• 대한환경공학회지
• /
• 제31권1호
• /
• pp.21-28
• /
• 2009

Ca계 및 Na계 탈황제를 대상으로 열중량 분석실험과 승온탈리 실험을 수행하여 탈황제의 열적안정성, 집진기 전단 온도인 $250^{\circ}C$에서 탈황 성능, 그리고 상온에서 흡수용량 등을 비교하여 아래와 같은 결론을 도출하였다. 소석회($Ca(OH)_2$)는 약 $390^{\circ}C$에서 열 분해되기 시작하여 480~$500^{\circ}C$에 이르면 완전하게 분해되었다. 열분해 결과 생성된 생석회(CaO)의 무게는 최초 소석회 무게의 76%로 감소하였다. 중탄산나트륨($NaHCO_3$)은 약 $95^{\circ}C$에서부터 분해되기 시작하여 $190^{\circ}C$ 이하의 온도에서 완전하게 분해되어 처음 도입된 중탄산나트륨 무게와 비교하여 약 63%로 감소하였다. $250^{\circ}C$에서 실시한 열중량 분석 결과, 무수탄산나트륨($Na_2CO_3$)의 경우에는 탈황제 무게의 35%에 해당하는 $SO_2$를 흡수할 수 있고, 생석회는 15.6%, 소석회는 6.5%까지 $SO_2$를 흡수할 수 있는 것으로 나타났다. $250^{\circ}C$에서 초기반응 속도를 비교하면, Ca계 탈황제의 경우에는 초기 미반응 시간이 있는 반면에 Na계 탈황제인 무수탄산나트륨에서는 이러한 초기 미반응 시간이 없어, Ca계 반응제의 경우보다 Na계 탈황제의 경우에 $SO_2$와 더 빠른 반응이 진행되었다. 상온에서 실시한 승온탈리 실험 결과, Na계인 무수탄산나트륨보다는 Ca계인 소석회가 더 많은 $SO_2$를 흡수하였다. 따라서 저온에서는 Ca계인 소석회가 적절하고 고온에서는 무수탄산나트륨이 더 적절한 탈황제인 것으로 판단된다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제57권6호
• /
• pp.853-860
• /
• 2019

나날이 엄격해지는 환경 규제를 만족시키기 위하여, 고체 입자를 유체처럼 이용하는 순산소 순환유동층 및 초초임계 순환유동층 발전 기술이 전세계에서 개발되고 있다. 순환유동층 발전 공정들에서 미세먼지, 산성비의 주범으로 알려진 황산화물을 저감하는 전통적인 방법은 황산화물과 반응하는 석회석을 보일러 내에 직접 주입하는 것이다. 그러나 보일러 내에 주입된 석회석은 다양한 조업 변수들(온도, 압력, 고체 순환속도, 층밀도, 체류시간 등)의 영향을 받아 탈황 성능이 지속적으로 변화하게 된다. 이에 본 연구에서는 기존에 발표된 탈황 반응 속도식과 순환유동층의 수력학적 특성식들을 결합하여 순환유동층 보일러에서 석회석과 순환유동층 운전 특성들만으로 탈황 효율을 예측하는 식을 개발하였다. 특히 다양한 국내 석회석들의 탈황 반응들로부터 얻어진 실험 결과들을 이용하여 탈황 효율 예측식을 개선하였다.

• 자원환경지질
• /
• 제52권2호
• /
• pp.119-128
• /
• 2019

국내에서는 연간 약 30만 톤 내외의 굴패각이 발생되고 있어, 이를 대규모로 활용할 수 있는 적절한 방안이 요구되고 있다. $CaCO_3$가 주성분인 굴패각을 탈황재료로 사용하는 연구들이 많이 진행되어 왔으나, 지금까지는 주로 건식탈황을 대상으로 한 것이었다. 본 연구에서는 굴패각을 소성하여 습식탈황재료로 활용하는 가능성에 대하여 고찰하였다. 이를 위하여 습식배연탈황공정의 하나인 spray type 방식의 모사탈황장치를 제작하여 소성 굴패각의 탈황특성을 석회석과 비교하였다. 연구결과, 소성 굴패각은 석회석이나 소성하지 않은 굴패각에 비하여 우수한 $SO_2$ 흡수능을 보였다. 이는 굴패각이 소성 및 수화반응을 통해 상대적으로 반응성이 높은 형태($Ca(OH)_2$)로 전환되었기 때문이다. 이로 인하여 반응잔류물 중에 석고($CaSO_4{\cdot}2H_2O$)의 함량이 다른 경우에 비하여 높게 나타났다. 본 연구의 연속탈황실험에서는 소성 굴패각이 석회석에 비하여 큰 pH 변동폭을 보였으며, 석회석과 소성 굴패각을 혼합하여 수행된 탈황실험에서도 소성 굴패각의 혼합비율이 증가됨에 따라 pH변동폭이 커지는 결과를 보였다. 이러한 현상은 소성 굴패각의 $SO_2$ 흡수 반응성이 큰 것을 잘 보여주는 것이다. 본 연구결과는 소성 굴패각을 습식탈황에 이용할 경우 탈황효율을 크게 향상시킬 수 있음도 보여준다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제47권6호
• /
• pp.710-714
• /
• 2009

본 연구에서는 석탄가스의 환원도와 석탄가스에 함유된 $H_2O/H_2S$ 농도변화에 따른 세 가지 종류의 아연계 탈황제의 반응성능을 회분식 유동층반응기에서 분석하였다. 가스화에서 생성되는 가스의 조성은 환원도가 각각 다른 KRW(Kellogg-Rust-Westinghouse) 공기이용 가스 조성, Shell 산소이용 가스 조성, 고등기술연구원의 가스 조성을 기준으로 모사가스를 이용하여 입구의 $H_2O$와 $H_2S$ 농도를 변화시켜 실험을 수행하였다. $H_2O$의 농도는 5부터 30%까지 $H_2S$의 농도는 0.5에서 2%로 변화시켜 탈황성능을 분석하였다. 실험 결과 $H_2O$의 농도가 증가할수록 탈황성능이 감소하고 입구의 $H_2S$ 농도가 증가할수록 탈황반응기 후단의 $H_2S$ 농도 역시 증가하였다. 모든 조건에서 환원도에 따른 탈황성능 변화는 없었으며 탈황성능은 최저 99.5%로 건식탈황제를 이용하여 99% 이상의 $H_2S$ 제거 성능을 보이는 것을 확인하였다.

• 에너지공학
• /
• 제12권4호
• /
• pp.302-308
• /
• 2003

본 연구에서는 황토를 지지체로 사용한 고온연료가스 정제용 아연계 탈황제의 성능시험을 수행하였다. 산화아연과 황토를 75：25의 비율로 혼합하여 탈황제를 제조하였고 황화/재생 반응속도, 황수용능력, 내마모성을 조사하였다. 탈황 및 재생반응실험은 중온(황화/재생 ： 48$0^{\circ}C$/58$0^{\circ}C$)에서 수행되었다. 황토를 지지체로 사용한 아연계 탈황제는 장기사이클실험중에 나타나는 급속한 비활성화가 억제되었으며 반응속도, 황수용능력, 내구성 그리고 내마모성이 개선되었다. 황수용능력은 약 19gS/100g sorbent정도로 10 cycle 까지 유지되었으며, 내마모도는 AI=19.1%정도였다. 아연계 탈황제의 성능개선은 황토에 함유된 금속산 화물(Fe$_2$O$_3$, $Na_2$O, MnO$_2$)의 영향으로 판단된다. 이들 결과로부터 황토를 지지체로 사용하여 중온건식 아연계 탈황제의 특성을 개선할 수 있음을 확인하였다.

• 대한환경공학회지
• /
• 제33권6호
• /
• pp.420-425
• /
• 2011

순산소연소 조건하의 로내 탈황공정에서 황화반응 생성물인 $CaSO_4$의 재분해가 탈황반응에 미치는 영향이 크다. 본 연구에서는 DTF (Drop Tube Furnace)를 이용하여 반응온도, $CO_2$, $O_2$, $SO_2$, 농도 등을 포함한 다양한 실험 변수들이 $CaSO_4$ 탈황반응에 미치는 영향을 파악하기 위하여 분해반응의 전환율을 측정하고 반응속도를 계산하였다. 반응온도가 상승함에 따라 $CaSO_4$ 분해반응의 전환율과 반응속도가 증가하였고 $O_2$가 존재하는 조건에서 $CO_2$ 농도의 영향은 크지 않았다. 동일한 조건에서 $CaSO_4$ 분해속도는 $O_2$ 농도가 감소함에 따라 증가하였으나 $SO_2$ 농도가 증가함에 따라 감소되었다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제43권1호
• /
• pp.140-145
• /
• 2005

본 연구에서는 주 반응물질로 CuO를 사용하고, $Fe_2O_3$의 함량을 7.5 wt%, 15 wt%, 22.5 wt%로 변화시키고, 지지체 $SiO_2$의 함량을 25 wt%로 고정하여 흡수제를 제조하였다. 특히 소성온도의 변화에 따른 흡수제의 탈황성능의 변화를 조사하기 위하여, 흡수제의 소성 온도를 700, 900 그리고 $1,100^{\circ}C$로 달리하여 흡수제를 제조하였다. 제저된 흡수제는 GC/소형반응기를 이용하여 사이클 실험을 하였으며, 이때 흡수제의 황화온도는 $500^{\circ}C$, 재생온도는 $700^{\circ}C$로 하였다. 반응 전후의 XRD 분석을 통하여 화합물의 형태를 확인하였으며, BET 분석을 통하여 소성온도의 변화에 따른 흡수제의 표면적 변화를 조사하였다. 또한, 장기사이클에서 $700^{\circ}C$에서 소성된 CFS3 흡수제(CuO : $Fe_2O_3$ : $SiO_2$=52.5 wt% : 22.5 wt% : 25 wt%)의 $H_2O$의 유/무에 따른 탈황성능의 변화를 확인하였다. 그 결과 소성온도에 따른 비표면적의 변화는 크게 나타나지 않았다. 또한, 장기사이클에서 $H_2O$에 의한 탈황성능의 저하를 확인할 수 있었다. 특히 $1,100^{\circ}C$에서 소성된 CFS1 흡수제(CuO : $Fe_2O_3$ : $SiO_2$=67.5 wt% : 7.5 wt% : 25 wt%)의 경우에는 $H_2O$가 존재함에도 불구하고, 100 사이클이 지난 후에도 흡수제 100 g당 10 g의 황을 제거할 수 있는 탈황성능을 보였다.

• 플랜트 저널
• /
• 제15권4호
• /
• pp.30-35
• /
• 2019

미세먼지 감축에 대한 사회적 요구 증가와 강화되는 대기오염물질 배출허용기준을 충족시키기 위해 구조적 제약조건을 갖는 500 MW급 석탄화력발전소 탈황설비의 성능개선 방안을 제시하였다. 탈황설비 흡수탑을 통과하는 배기가스가 선회하도록 내부 설비를 개조하여 난류를 형성시켜 물질전달효율을 증가시키고 반응 면적 및 시간을 증가시킴으로써 황산화물 저감 및 먼지 포집 능력을 향상시킬 수 있었다. 개선결과 황산화물 제거효율은 91.61%에서 98.43%로 향상되었고 먼지 제거성능은 77.4%에서 87.08%로 향상되었다. 배출농도는 황산화물 7.85 ppm, 먼지 4.67 mg/㎥이 배출되어 2023년의 대기오염물질 배출허용기준인 황산화물 25 ppm, 먼지 5 mg/㎥을 만족하는 수준이다. 본 연구의 성능 개선 방식은 유사한 제약조건을 갖는 다른 석탄화력발전소에도 효과적으로 적용될 수 있으리라 기대된다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제48권1호
• /
• pp.116-120
• /
• 2010

CCS($CO_2$ capture & storage) 기술의 하나인 순산소 석탄화력발전 시스템에서 시스템의 안정한 운전을 위하여 연소가스 재순환이 적용되게 된다. 연소가스 재순환시 황산화물 및 분진의 농축이 발생되게 되며 일반적인 화력발전 시스템에서 탈황 및 집진과는 다른 형태의 운전조건을 나타내게 되므로 상용 석탄화력 발전소에 적용하기에 앞서 관련 연구가 필요하다. 본 연구에서는 이와 같은 순산소 석탄 연소 시스템에서 황산화물 및 분진의 효과적인 제거를 위하여 석회석을 이용한 로내탈황 및 고온 전기집진에 관한 기초적인 연구를 수행하였다. 석회석을 이용한 로내탈황에서 ash에 의한 탈황효과를 포함하여 60%의 탈황효율을 나타내었고 전기집진의 경우에는 $CO_2$ 비율이 높을수록 분진입자의 크기가 클수록 코로나 전류량의 감소로 인하여 집진효율이 저하하는 것으로 나타났다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
• /
• pp.107.1-107.1
• /
• 2010

고체 흡수제를 이용한 석탄합성가스 중의 황제거 기술은 습식 스크러빙 방식에 비해 고온에서 운전가능하므로 석탄가스화복합발전의 효율 향상을 가져올 수 있다. 고체탈황제는 서로 연결된 두 개의 유동층 반응기를 순환하면서 흡수탑에서는 합성가스 중의 $H_2S$로부터 황을 흡수하고 재생탑에서는 공기 중의 산소와 흡수된 황이 반응하여 $SO_2$를 배출하고 재생된다. 따라서 고체 황 흡수제는 유동층 공정에 응용가능한 물성과 함께 높은 황흡수능과 빠른 반응성이 요구된다. 본 연구에서는 기존 개발된 고체 탈황제가 가졌던 소성시 수축 현상, 낮은 내마모도 등을 개선하기 위해 지지체 조성을 변경하여 개발한 분무성형 탈황제의 흡수 재생 온도에 따른 황흡수 특성 변화를 조사하였다. $H_2S$ 1 vol. %를 함유한 모사 합성가스를 이용하여 흡수온도 450, $500^{\circ}C$, 재생온도 500, 550, 600, $650^{\circ}C$에서 황 흡수능을 열중량분석기를 이용하여 측정하였다. 개발된 흡수제는 유동층 공정 적용에 적합한 훌륭한 물성(형상, 밀도, 강도 등)과 함께 $500^{\circ}C$ 흡수와 $650^{\circ}C$ 재생을 기준으로 10 wt% 이상의 높은 황흡수능을 보여주었다. 흡수온도 변화는 황 흡수능 변화에 큰 영향을 미치지 않았으나, 재생온도가 $600^{\circ}C$ 이하인 경우 황흡수능이 5 wt% 이하로 크게 떨어져 재생온도를 $650^{\circ}C$ 이상 유지시키는 것이 중요함을 알 수 있었다.