KR100517175B1

KR100517175B1 - 습식 배연탈황방법

Info

Publication number: KR100517175B1
Application number: KR10-2003-0004550A
Authority: KR
Inventors: 정경성
Original assignee: 주식회사 한국건설관리공사
Priority date: 2003-01-23
Filing date: 2003-01-23
Publication date: 2005-09-26
Also published as: KR20040067443A

Abstract

본 발명은 습식 배연탈황방법에 관한 것으로, 황산화물을 함유하는 배기가스를 흡수탑에 도입시키고, 이를 석회석 슬러리와 접촉시켜 탈황시키고, 상기 흡수탑 하부에 저장된 흡수처리제 슬러리중에 공기를 취입하여 석회석 슬러리를 석고 슬러리로 만들고, 이의 일부를 회수하고, 잔류물을 황 산화물의 흡수액으로서 재순환시키는 습식 배연탈황 방법에 있어서, 상기 석회석 슬러리는 석회석 폐기물을 현탁시킨 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 석회석 폐기물을 이용한 습식 배연탈황방법은 소다공장을 비롯한 화학공장, 폐수처리장, 제철소 등에서 다량의 부산물로 배출되는 석회석 폐기물은 흡수제로 사용하므로, 종래 석회석분 또는 중질탄산칼슘을 사용하여 배연탈황하는 것에 비하여 그 비용이 현저히 감소되며, 아울러 강한 알칼리성 산업폐기물로서 그 처리하기 곤란한 석회석 폐기물을 재활용하므로써 자원의 활용과, 무엇보다 현재 환경오염 방지에 큰 효과가 있다.

Description

습식 배연탈황방법{ METHOD FOR DESULFURIZING FLUEGAS }

본 발명은 화력발전소, 공장, 소각장 등에서 연소에 의하여 발생하는 배기가스 중의 황산화물을 제거하는 습식 배연탈황방법에 관한 것이다.

배연탈황이란 배기가스 탈황이라고도 하는 데, 공장·화력발전소 등에서 배출되는 배기가스 중의 황성분, 특히 이산화황을 제거하는 것을 말한다.

현대산업의 발달과 더불어 각종 공장, 화력발전소, 소각장에서 배출되는 SO_X, NO_X와 같은 유해가스 등은 심각한 대기오염을 초래함으로써 우리 인체에 호흡기 질환, 천식, 폐암 등 각종 질병을 유발시키고 있다. 특히 이산화황(SO₂)은 대기오염의 주원인으로 이러한 유해가스를 제거하는 방법은 세계 각국에서 많은 방식이 연구되고 있다.

배연탈황방법으로서는 배기가스의 흡수처리제의 종류 및 사용형태에 따라 습식법 및 건식법 등으로 분류된다.

습식법은 유해가스를 암모니아수, 수산화나트륨 용액, 석회유(石灰乳) 등 액상의 흡수처리제와 접촉반응시켜 제거하는 방법으로 효율이 높고, 설비의 안정적인 운전이 가능하여 화력발전소, 대형 소각로 등에 이용되고 있다.

그리고, 건식법은 활성탄, 탄산염 등의 입자 ·분말을 배출가스와 접촉시켜, 이산화황을 흡착(吸着) 또는 반응시킴으로써 제거하는 방법으로, 흡수처리제를 액상이 아닌 건조분말상태의 고체흡수제로 배출가스에 직접접촉시키므로 다소 효율이 떨어지나, 흡수탑이나 세정 집진기(SCRUBBER)와 같은 장치등이 불필요하여 설비 비용이 낮아 소형 소각로 등에 주로 이용되고 있다.

상기 습식법에는 흡수제로서 탄산나트륨(Na₂CO₃), 탄산수소나트륨(NaHCO₃), 탄산칼슘(석회석분, CaCO₃) 등이 널리 사용되고 있는 데, SO₂와의 반응성이 우수한 장점이 있으나 가격이 비싸기 때문에 배연탈황 처리비용이 많이 드는 문제점이 있다..

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 습식 배연탈황방법이 가지는 고비용의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 습식 배연탈황방법에서 황산화물의 흡수제로 새로운 재료를 찾아내어 배연탈황에 소요되는 비용을 절감시킴과 아울러 환경발전에도 도움이 되는 습식 배연탈황방법을 제공하는 데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 습식 배연탈황방법은, 황산화물함유 연소 배기가스를 흡수탑에 도입시키고, 이를 석회석 슬러리와 접촉시켜 탈황시키고, 상기 흡수탑 하부에 저장된 흡수처리제 슬러리중에 공기를 취입하여 석회석 슬러리를 석고 슬러리로 만들고, 이의 일부를 회수하고, 잔류물을 황 산화물의 흡수액으로서 재순환시키는 습식 배연탈황 방법에 있어서, 상기 석회석 슬러리로 석회석 폐기물을 물에 현탁시킨 것을 사용하는 데 특징이 있다.

석회석 폐기물은 소다공장을 비롯한 화학공장, 폐수처리장, 제철소 등에서 다량의 부산물로 배출되는데 강한 알칼리성 산업폐기물로서 비산먼지가 되거나 또는 빗물에 쓸려 개천이나 주변환경을 오염시키지만, 환경오염 물질이기 때문에 매립과 같이 폐기하기 곤란하다.

따라서, 본 발명에서와 같이 습식 배연탈황방법에 의한 황산화물 흡수제로 석회석 폐기물을 이용하므로써, 자원의 재활용 및 환경오염 방지의 여러가지 효과를 볼 수 있는 것이다.

이하 본 발명의 습식 배연탈황방법을 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 습식 배연탈황 방법은, 황산화물함유 연소 배기가스를 흡수탑에 도입시키고, 이를 석회석 슬러리와 접촉시켜 탈황시키고, 상기 흡수탑 하부에 저장된 흡수처리제 슬러리중에 공기를 취입하여 석회석 슬러리를 석고 슬러리로 만들고, 이의 일부를 회수하고, 잔류물을 황 산화물의 흡수액으로서 재순환시키는 습식 배연탈황 방법에 있어서, 상기 석회석 슬러리로는 석회석 폐기물을 현탁시킨 것을 사용하는 데 특징이 있다.

석회석 폐기물은 소다공장을 비롯한 화학공장, 폐수처리장, 제철소 등에서 다량의 부산물로 배출된다. 석회석 폐기물은 다량의 탄산칼슘과 산화칼슘을 함유하고 있다. 탄산나트륨(Na₂CO₃) 제조공정에 배출되는 석회석 폐기물의 성분을 조사한 결과, CaCO₃24.1wt%, CaO 10.9wt%, MgO 4.6wt%, CaCl₂ 5.8wt%, CaSO₄ 3.5wt%, Fe₂O₃ 1.2wt%, Al₂O₃ 2.3wt%, NaCl 3.6wt%, SiO₂ 4.0wt%, 수분 40.0wt% 으로 나타났다. 이는 수분을 제외하면 CaCO₃및 CaO 가 전체 중량의 약 58wt%를 차지함을 알 수 있다. 종래 습식 배연탈황방법에서 황산화물 흡수제로 사용되는 석회석은 석회암을 조크러셔로 파쇄한 후, 해머크러셔로 조쇄하여 제조되는 석회석분말이나 중질탄산칼슘의 형태로 사용되고 있고, 보통 약 53% 이상의 탄산칼슘(CaCO₃) 함유율을 가진다.

탄산칼슘(CaCO₃)을 이용한 SO₂제거 반응은 다음과 같다.

SO₂(g) + H₂O → H⁺+ HSO₃ ^-(흡수반응)

CaCO₃(s) + H⁺→Ca²⁺+ HCO₃ ^-(중화반응)

HCO₃ ^-+ H⁺ → H₂0 + CO₂

HSO₃ ^-+ ½O₂(aq) → SO₄ ^2-+ H⁺(산화반응)

Ca²⁺+ SO₄ ^2-+ 2H₂O → CaSO₄·2H₂O 석고성장(결정화반응)

CaCO₃(s) + SO₂(g) + 2H₂O + ½O₂ → CaSO₄·2H ₂O(s) + CO₂(g) (총괄반응)

그리고, 산화칼슘(CaO)을 이용한 SO₂제거 반응은 다음과 같다.

SO₂(g) + CaO → CaSO₃

2CaSO₃ + O₂ → 2CaSO₄

석회석 폐기물은 다량의 CaCO₃및 CaO를 함유하고 있으므로 황산화물의 우수한 흡수제가 된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명의 습식 배연탈황방법을 설명한다.

도 1은 일반적인 습식 배연탈황장치를 나타낸 구성도이다.

습식 배연탈황장치는 배기가스 중의 황산화물을 흡착하는 석회석 슬러리를 분무하는 다수개의 분무노즐(2)을 갖는 분무단(14)과, 다수의 황산화물과 석회석 슬러리를 저장하는 순환탱크(4)와, 상기 순환탱크(4)의 석회석 슬러리를 상기 분무단(14)의 분무노즐(2)로 이송하는 석회석 슬러리 순환펌프(3)와, 상기 순환탱크(4) 내에 설치되어 황산화물의 산화를 촉진시키는 산화용 교반기(5)와, 상기 순환탱크(4) 내부로 산소를 공급하는 공기흡입관(6)과, 상기 분무단(14)을 거쳐 황산화물이 제거된 배기가스를 방출하기 앞서 배기가스에 섞인 미세한 미스트를 회수하기 위해 상기 흡수탑(1)의 상단에 설치되는 미스트 제거기(7)와, 석회석에 물을 섞는 석회석슬러리탱크(8)와, 상기 순환탱크(4)로부터 취출된 석회석슬러리를 폐기물의 고체성분과 석회석이 희석된 물로 분리하는 시크너(Thickener)(9)와, 상기 시크너(9)로부터 보내진 상기 고체성분을 농축하는 고체성분 농축물 탱크(12)와, 상기 고체성분으로부터 최종적으로 수분을 취출하는 원심분리기(10)와, 상기 순환탱크(4)에서 석회석슬러리를 취출하여 상기 시크너(9)로 보내는 슬러리취출펌프(11)로 구성된다.

먼저, 화학공장, 폐수처리장, 제철소 등에서 다량의 부산물로 배출되는 석회석 폐기물은 물과 혼합하여 현탁액, 즉 석회석 폐기물 슬러리 상태로 석회석 슬러리탱크(8)에 저장된다. 상기 석회석 슬러리탱크(8)에 저장된 석회석 폐기물 슬러리는 펌프를 통하여 순환탱크(4)로 이송된다. 상기 순환탱크(4)의 석회석 폐기물 슬러리는 순환펌프(3)를 통하여 분무단(14)의 다수개의 분무노즐(2)을 통하여 분무된다.

배기가스는 입구덕트에 의해 흡수탑(1)에 유입되어 분무노즐(2)에서 분무되는 석회석 폐기물 슬러리와 기액접촉이 이루어지게 된다.

상기 석회석 폐기물 슬러리는 배기가스 중의 SO₂를 흡수하여 아황산칼슘을 생성하여 순환탱크(4)내에 저장되고, 공기흡입관(6)을 통하여 순환탱크(4) 내부로 산소가 공급되고 산화용 교반기(5)의 교반에 의하여 황산칼슘, 즉 석고 결정화가 이루어진다.

그리고 석회석 폐기물 및 석고가 공존하는 순환탱크(4)내에 모인 슬러리의 일부는 순환펌프(3)에 의해 다시 분무노즐(2)에 보내져 상기의 과정을 여러번 거친다.

상기 석회석 폐기물은 석회석슬러리탱크(8)에서 물과 같이 섞여 슬러리 상으로 되어 순환탱크(4)에 주기적으로 공급되는 한편, 상기 순환탱크(4)로부터 일부의 슬러리는 취출펌프(11)에 의해 취출하여 시크너(9)에 보내지고, 상기 시크너(9)에서는 석회석 및 석고 슬러리 중의 고체성분을 자연 침강시켜 상등수와 분리하고 분리된 고체성분은 농축물탱크(12)로 보낸다.

상기 농축물탱크(12) 내의 농축물은 펌프에 의해 원심분리기(10)로 이송되고 여기서 최종적으로 탈수되어 석고(13)로서 회수된다.

또한, 상기 분무노즐(2)에서 분무되어 미립화된 흡착액 중에서 액적지름이 작은 것은 배기가스에 섞여 동반되지만 흡수탑 상부에 설치된 미스트제거기(7)에 의해 회수되어 인체에 유해한 배기가스는 제거된다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 석회석 폐기물을 이용한 습식 배연탈황방법은 소다공장을 비롯한 화학공장, 폐수처리장, 제철소 등에서 다량의 부산물로 배출되는 석회석 폐기물은 흡수제로 사용하므로, 종래 석회석분 또는 중질탄산칼슘을 사용하여 배연탈황하는 것에 비하여 그 비용이 현저히 감소되며, 아울러 강한 알칼리성 산업폐기물로서 그 처리하기 곤란한 석회석 폐기물을 재활용하므로써 자원의 활용과, 무엇보다 현재 환경오염 방지에 큰 효과가 있다.

도 1은 일반적인 습식 배연탈황장치를 나타낸 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 흡수탑 2 : 분무노즐

3 : 순환펌프 4 : 순환탱크

5 : 산화용 교반기 6 : 공기 흡입관

7 : 미스트 제거기 8 : 석회석슬러리탱크

9 : 시크너 (Thickener) 10 : 원심분리기

11 : 슬러리취출펌프 12 : 고체성분 농축물탱크

13 : 석고 14 : 분무단

Claims

황산화물을 함유하는 배기가스를 흡수탑에 도입시키고, 이를 석회석 슬러리와 접촉시켜 탈황시키고, 상기 흡수탑 하부에 저장된 흡수처리제 슬러리중에 공기를 취입하여 석회석 슬러리를 석고 슬러리로 만들고, 이의 일부를 회수하고, 잔류물을 황 산화물의 흡수액으로서 재순환시키는 습식 배연탈황 방법에 있어서, 상기 석회석 슬러리는 탄산나트륨 제조공정에서 배출되는 것으로 화학적 주성분이 탄산칼슘(CaCO₃) 24~25wt%, 산화칼슘(CaO) 10~11wt%, 산화마그네슘(MgO) 4~5wt%, 염화칼슘(CaCl₂) 5~6wt%, 황산칼슘(CaSO₄) 3~4wt%, 산화제2철(Fe₂O₃) 1~2wt%, 산화알루미늄(Al₂O₃) 2~3wt%, 염화나트륨(NaCl) 3~4wt%, 이산화황(SiO₂) 4~5wt%, 수분 38~42wt% 인 석회석 폐기물을 물과 혼합하여 현탁시킨 것임을 특징으로 하는 습식 배연탈황 방법.