KR100367140B1

KR100367140B1 - 기체를습식정화하여기체오염물질을제거하는방법

Info

Publication number: KR100367140B1
Application number: KR1019970701821A
Authority: KR
Inventors: 장-프랑수아 비까르; 로랑 귀오; 베르나르 시레
Original assignee: 라브 에스. 아.
Priority date: 1994-09-21
Filing date: 1995-09-19
Publication date: 2003-02-19
Also published as: FR2724577B1; DE69506429D1; CA2200200A1; EP0782472B1; DE69506429T2; JPH10506047A; US6294139B1; EP0782472A1; KR970706052A; FR2724577A1; ATE173953T1; WO1996009108A1

Abstract

본 발명은 수은 금속 또는 일산화질소와 같이 용해성이 적은 기체 오염물질을 제거하기 위한, 기체를 습식 정화시키는 개선된 방법에 관한다. 정화시킬 기체 전체에 분산되어 있는 소적 표면 상의 오염물질을 산화시키는데 효과적인 산화제를 사용한다. 이렇게 얻어진 산화된 오염물질은 증가된 용해도를 가지므로 불순물 제거 액체내로 전달될 수 있을 것이다.

Description

기체 또는 증기를 습식 정화하여 기체 오염물질을 제거하는 방법{METHOD FOR WET CLEANING GASES TO REMOVE GASEOUS POLLUTANTS}

발명의 영역

본 발명은 대기로 배출되기 전에 정화시켜야 할 기체 또는 증기를 방출하는 공정에 관한다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 기체 오염물질, 특히 용해성이 매우 낮은 기체 오염물질을 함유하는 기체 또는 증기를 습식 정화하는 방법에 관한다.

기술 상태

대부분의 공정은 상이한 오염물질들이 입자 또는 기체 상태로 함유되어 있는 증기를 방출한다. 먼지를 수거하기 위하여 싸이클론, 건식 전기필터, 백 필터, 벤추리 스크러버, 습식 전기필터 등과 같은 다수의 기법이 고안되어 실시되었다. 기체 오염물질을 수거하기 위하여 건식 및 습식 기법이 고안되어 실시되었다. 건식 기법에서는, 정화시켜야 할 증기 내에 미분된 고체를 주입한다. 그 다음, 기체 오염물질은 화학적 반응 (예를 들어, 석회 입자에서의 HCl 반응과 같은) 또는 흡착 (예를 들어, 활성탄에 흡착된 수은처럼)을 통하여 상기 고체 입자로수거된다. 이후 미분된 고체는 예를 들어 전기필터 또는 백 필터와 같은 제진기에 수거된다.

이러한 모든 기법은 본래 기체/고체 전달이 곤란하기 때문에 제한되고 시약(reagent)의 과량 소모를 초래한다. 이것이 종종, 특히 정화시켜야 할 증기 내에서 수거해야 하는 오염 물질의 농도가 낮은 경우, 습식 기법이 바람직한 이유이다. 습식 기법에서는, 증기와 세정액이 긴밀하게 접촉하고, 기체 오염물질이 상기 세정액으로 전달되어, 용해성이 매우 높은 기체의 경우 (예를 들어, 물에 대한 HCl과 같이) 에는 용이하게 용해되거나, 또는 용해성이 매우 낮은 기체의 경우에는 세정액 내에 분산된 반응 제제와의 물리화학적 반응에 의해 "중화"되어, 이러한 "중화"를 통하여 기체 오염물질의 용해도가 낮더라도 당해 오염물질이 계속 용해될 수 있게 된다. (예를 들어, 수성 상에서 석회로 SO₂를 중화시키거나, 또는 수성 상에서 활성탄 상의 흡착으로 수은을 중화시키는 경우)이 습식 기법은 일반적으로 건식 기법보다 더 효과적이나, 수은 금속 또는 일산화질소와 같이 용해도가 매우 낮은 특정 기체 오염물질의 경우에는 역시 제한된다. 이 습식 기법은 또한 정화시켜야 할 증기 내에 존재하는 용해성이 더 높은 기타 오염물질로 인하여 부가되는 수거 조건에 의하여 제한된다. 이것이 오염물질을 수거하기 전에, 기체 상태에서 이 기체오염물질의 화학적 상태를 개질시키는 것이 제안되어온 이유이다. 따라서, 황화 나트륨을 증기에 주입하여 오염물질과 함께 입자 형태인 상이한 황화물이 생성(특히, 수은과 함께 황화 수은을 생성함)되도록 하여, 상기 황화물이 주입 지점의 하류에 위치한 제진기로 수거될 수 있도록 하는 것이 고안되었다. 상기 방법의 단점은 증기 정화 단계에서 또는 증기 정화 잔류물로부터 황화수소가 방출될 위험이 있다는 것이다. 다른 방법에서는 또한 클로린 디옥사이드, 오존 등과 같은 상이한 산화제를 증기에 주입하여 일산화질소를 이산화질소로 산화시키는 것이 제안되었다. 이렇게 기체 상에서 산화 단계 후, 증기는 습식 기법에 의하여 정화된다. 상기 방법은, 한편으로는 고유속 증기(high fume flowrate)와 산화제를 혼합시키기 어렵기 때문에, 다른 한편으로는 산화의 선택성이 매우 적어서 예컨데, 매우 흔하게 존재하는 이산화황에 작용하고, 다른 방법으로 수거하는 것보다 덜 효율적이고 덜 경제적이기 때문에 시약을 많이 소비하게 되는 단점이 있다. 특허 제 FR-B-2 643 286 호에서는, 한편으로는 용이하게 용해되는 기체 산 제제 (예를 들어 HCl) 를 증기에 주입시키고, 다른 한편으로는 산화 화합물(예를 들어 NaClO₂)을 함유하는 세정액을 하류에 분무하여, HCl이 세정액의 소적(droplet)에 흡수되어 NaClO₂와 반응할 때, 소적과 증기의 접촉을 통해 클로린 디옥사이드라는 당해 실시례의 산화제가 생성됨으로써, 더욱 효과적인 산화가 이루어진다. 그러나, 이 방법은 스크러버의 상류에서 고유속 증기와 기체 산 제제의 균질한 혼합물이요구된다는 단점이 있다.

발명의 개요

본 발명은, 정화시킬 증기에 세정액을 분산시키고, 세정액을 재순환시키고, pH를 조절하기 위하여 재순환 탱크에 산 또는 중화 제제를 주입하고, 수거된 오염물질의 농도를 낮추기 위하여 블리드(bleed)시키며, 방출제에 의하여 방출될 수 있는 산화 화합물을 상기 세정액에 주입시키는 장치가 하나 이상 장착된 스크러버에서 용해성이 매우 낮은 기체 오염물질을 함유하는 증기를 습식 기법으로 정화하는 방법에 있어서,

a)적어도, 스크러버 입구에서 정화시켜야 할 증기로 세정액을 분무하는 분 산 장치(13a)에 공급되는 세정액에, 상기 산화 화합물(19)을 도입하는 것, 및

b)산화 화합물의 주입 지점과 상기 분산 장치 사이를 세정액이 통과하는 동안 세정액에 함유된 방출 제제 또는 제제들에 의하여 상기 세정액이 분무되는 순간에 실질적으로 산화 화합물이 방출되는 것을 가능케 하는 지점에서 산화 화합물을 가하는 것, 및

c)방출 제제 내 세정액의 조성물이 실질적으로 산화 화합물의 주입 지점 보다 상류가 되도록 일정하게 유지되는 것;

을 특징으로 하는, 방법에 관한다.

훨씬 더 용해되기 쉬운 산화된 오염물질이 세정액 내로 전달될 수있다.

상기 방법이 가능한 한 효과적이려면, 세정액에 대한 요건(특히, pH에 대한 조건)이 산화 및 중화에 대하여 유사한 경우에는 스크러버 자체 내에서, 또는 상기 요건이 양립되지 않을 경우에는 하류에 위치된 제2의 스크러버 내에서, 상기 산화시킨 오염물질을 물리화학적인 방법으로 "중화"시키는 단계를 포함하도록 변형하는 것이 바람직하다.

SO₂존재하에서 산화 화합물의 과도한 소모를 피하기 위하여, 세정액은 산 pH, 바람직하게는 1.5 - 3.5 로 대부분 유지한다.

본 발명의 주제를 구성하는 방법을 대략적으로 나타낸 도1과 함께 하기의 상세한 설명을 읽으면 본 발명이 더욱 용이하게 이해될 것이다.

정화시킬 증기 (2) 는 스크러버 (1) 에 투입되어, 적절한 장치 (13a) 및 (13b)에 의하여 기체로 분무되는 재순환하는 세정액(12) 와 접촉된다. 증기는 스크러버로부터 정화되어 나온다 (3). 세정액을 스크러버 (1)에 도입하여, 기체와 접촉시킨 다음, 스크러버(1)의 하부에 배치될 수 있는 탱크 (5) 로 회수한다.(4) 정화시킬 증기의 조성물(2) 는 대개 다양하고, 회수되는 세정액(4) 의 pH도 다양하다. 탱크 (5) 에 액체 산 제제 (16) 또는 중화제 (17) 를 가하여, 세정액의 pH를 일정하게 유지시킬수 있다. pH 는 세정액 (4) 또는 액체 (10) 또는 액체 (12) 에서 측정할 수 있다.

탱크 (5) 의 출구에서, 소량의 액체 (6) 는 처리 장소 (7) 로 보내진다. 수거된 오염물질 및 반응 생성물은 고체 잔류물 (9) 의 형태로 침전되어 분리되는 한편, 맑은 물 (8) 은 자연 환경에 대하여 일반적으로 문제를 일으키지 않는 중성 염을 함유한다.

대부분의 액체 (10) 은 재순환 펌프 (11) 에 의하여 스크러버로 보내지고, 상기에서 가압된 순환하는 액체는 적절한 장치 (13a) 및 (13b)에 의하여 정화시킬 증기로 다시 분무된다. 물 (18)을 탱크 (5)내에 가하여 상기 탱크 내부가 일정 수준의 액체 상태가 되도록 하고, 이로 인하여 스크러버 (1)에서 증발된 물이 보충되어, 농도 저하를 위한 블리드(deconcentration bleed)(6) 뿐만 아니라 증기도 수증기로 포화되도록 한다.

그 자체로 공지된 상기 장치는 본 발명을 실시하기 위하여 다음과 같이 완성된다. 스크러버의 입구에 위치한 분산 장치 (13a)에, 산화 화합물이 그 입구로 주입되는 장치 (20)를 경유하여 가압된 세정액(12) 를 공급한다. 장치 (13a) 는 정화시킬 증기 (2) 가 스크러버 (1) 에 침투될 때, 마주치게 되는 제 1 분산 장치이다. 이 장치 (13a) 는 중앙에 위치한 하나의 스프레이 또는 동일 평면에 위치한 복수의 스프레이로써 사용 가능하게 구성될 수 있다. 산화 화합물은 아염소산 나트륨,하이포아염소산 나트륨, 오존과 같은 강력한 산화제에서 유용하게 선택될 수 있다. 상기 산화 화합물이 세정액(12) 에 주입되면, 세정액(11)이 적절한 조성을 가질 경우, 상기 산화 화합물에 의한 산화 작용이 체계적으로 유발될 수 있다. 이로 인해 클로린 디옥사이드, 발생기의 산소 등과 같은 기체 산화 제제가 생성되고, 이 때 주입(19) 및 분산 장치(13a) 사이를 세정액(11)이 통과하는 시간동안 산화 화합물(19)이 방출될 수 있도록 장치 (20) 의 용량을 결정한다. 테스트 결과 이러한 시간은 1초 미만인 것으로 나타났다. 장치 (20) 의 용량이 너무 클 경우, 정화하려고 한 오염물질이외에, 증기에 흔히 존재하는 이산화황에서 생성될 수 있는 아황산염/아황산수소염와 같이 세정액에 이미 존재하는 다른 오염물질들에 의하여 산화제가 너무 빨리 소모될 것이다. 산화 화합물을 근접하여 주입하고 조절하여 방출시킨다면, 고가의 산화 화합물의 소비를 줄일 수 있고, 이 산화화합물의 과소비와 관련된 부수적인 효과를 방지할 수 있으며, 특히 증기 내에 분산된 소적(droplets)의 표면에 기체상의 산화 제제를 효과적으로 생성할 수 있다. 이렇게 하면 수은 금속 또는 일산화질소와 같이 용해성이 매우 낮은 기체 오염물질을 효과적으로 산화시킬 수 있다. 즉, 수은 금속 Hg(0) 은 훨씬 더 용해되기 쉬운 Hg(II) 으로, 일산화질소도 훨씬 더 용해되기 쉬운 이산화질소로 전환되어 세정액으로 전달될 수 있다. 상기 방법이 가능한 한 효과적이려면, 세정액에 대한 요건 (특히 pH) 이 산화 및 중화에 대하여 유사할 경우에는 세정액을 분무시키는 장치 (13b)를 이용하여 스크러버 자체에서, 또는 상기 요건이 양립하지 않는 경우에는 하부에 위치된 제 2 스트러버에서, 물리화학적 반응으로 상기 산화된 오염물질을 중화시키는 단계를 포함하는 방법으로 변형시키는 것이 바람직하다.

이산화질소의 경우, 바람직한 중화 반응에서는 pH 가 바람직하게 8.5 - 9 사이인 아황산나트륨 (증기에 함유되어 있는 이산화황을 중화시켜 생성될 수 있음) 이 주입된 세정액을 사용하여, 아황산염이 산화되는 동안, 이산화질소는 질소로 환원됨으로써 질산염이 생성되는 문제를 피할 수 있다. 수은의 경우, 염소 이온의 함량을 10 g/l 이상으로 유지시키거나 (착물 HgCl₄) 킬레이트 주입에 의한 착물화 반응, 또는 활성탄 분말 또는 플라이-애쉬 (fly-ash) (바람직하게는 농도 5 g/l 이상) 와 같은 미분된 고체 상의 흡착 반응과 같은 다른 물리화학적인 중화 반응을 유용하게 사용할 수 있다.

방출 제제는 예를 들어,

(a)액체의 pH (바람직하게는 1.5 - 3.5 범위의 산성 pH) 에 의하여 농도가 정해진 수소 이온,

(b)플라이 애쉬와 같은 미분된 고체

이다.

방출 제제를 재순환 탱크 (5)에 도입시키거나(21) 또는 스크러버의상류의 증기(22)에 도입시킨 후 수거하여 세정액(4)으로 보내거나, 또는 정화시킬 증기를 방출하는 공정에서 나올 수도 있다.

Claims

(정정) 정화시킬 증기에 세정액을 분산시키고, 세정액을 재순환시키고, pH를 조절하기 위하여 산 또는 중화제를 재순환 탱크에 주입시키고, 수거된 오염물질의 농도를 낮추기 위하여 블리드(blees)시키며, 하나 이상의 방출 제제에 의하여 방출되는 산화 화합물을 상기 세정액에 주입하기 위한 장치가 하나 이상 장착된 스크러버에서, 상기 산화 화합물은 상기 스크러버의 입구에서 세정액을 상기 정화시킬 증기에 분산시키는 역할을 하는 분산 장치로 보내어지는 세정액에 적어도 도입되도록 하고, 방출 제제 내의 세정액 조성물을 상기 산화 화합물의 주입지점의 상류에 실질적으로 일정하게 유지시키면서, 용해성이 매우 낮은 기체 오염 물질을 함유한 증기를 습식 기법으로 정화하는 방법에 있어서, 상기 세정액이 상기 주입 지점과 상기 분산 장치의 사이를 통과하는 시간 동안, 세정액 내의 하나 이상의 방출제제에 의하여 세정액이 분산되는 순간에 실질적으로 상기 산화 화합물이 방출될 수 있게 하는 주입 지점에서 상기 산화 화합물을 도입하는 것을 특징으로 하는 정화 방법.
(삭제)
(정정) 제 1 항에 있어서, 산화 화합물이 아염소산 나트륨, 하이포아염소산 나트륨, 오존의 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
(정정) 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 방출 제제가

(a)수소 이온의 농도가 액체의 pH에 의하여 결정되는 수소 이온, 및/또는;

(b)플라이 애쉬와 같은 미분된 고체

인 것을 특징으로 하는 방법.
(정정) 제 4 항에 있어서, 방출 제제가 재순환 탱크에 가해지거나, 또는 정화시킬 증기가 스크러버를 통과하는 동안 방출 제제가 스크러버에 수거되는 것을 특징으로 하는 방법.
(정정) 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

(a)세정액에 관한 요건이 산화 및 중화에 대하여 유사할 경우에는, 산화 화합물이 주입된 세정액을 분산시키는 분산 장치의 하류에 있는, 세정액 분산 장치에 의하여 스크러버 자체 내에서, 또는

(b)상기 요건이 양립하지 않을 경우에는, 하류에 있는 제 2 스크러버내에서,

산화된 오염물질을 물리화학적인 반응으로 중화시키는 것을 특징으로 하는 방법.
(정정) 제 6 항에 있어서, 수거되어야 하는 오염물질이 수은 금속이고 상기 물리화학적인 반응이 세정액 내 염소 이온의 농도를 10 g/l 이상으로 유지시키거나 세정액 내에 킬레이트를 주입하여 산화된 수은을 착물화시키는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
(신설) 제 6 항에 있어서, 수거되어야 하는 오염물질이 일산화질소이고, 상기 물리화학적인 반응이 바람직하게 pH 8.5 내지 9 로 유지된 세정액 내에 아황산 나트륨을 주입하여, 산화로 얻어진 이산화질소를 질소로 환원시키는 것을 특징으로 하는 방법.