KR100804241B1 - 소화가스 중 황화수소 및 휘발성 실록세인의 제거방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 소화가스에서 황화수소 및 휘발성 실록세인을 제거하는 방법은 a) 산화철 분말을 물에 혼합하여 흡수액을 만드는 단계; b) 소화가스 중에 함유되어 있는 황화수소에 대해 3~4의 기액접촉 비율로 상기 흡수액을 접촉시켜 황화수소를 제거하는 단계; c) 상기 b) 단계에서 황화수소가 제거된 소화가스를 상대 습도 30부피 백분율 이하로 제습하는 단계; d) 상기 c) 단계를 거쳐 제습된 소화가스를 활성탄 흡착탑에서 이동시켜 휘발성 실록세인을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라 소화가스에서 불순물인 황화수소 및 휘발성 실록세인을 효율적으로 제거함으로서 메탄을 함유한 정제된 소화가스를 발전설비의 열원으로 사용하여, 대기환경규제 물질 방출을 억제할 수가 있고, 폐활성탄 및 폐산화철 처리라는 2차적인 처리비용 절감, 또한 소화가스가 열원인 발전설비의 수명 및 유지보수 비용절감을 가져올 수가 있다.

소화가스, 황화수소, 휘발성 실록세인, 정제

Description

소화가스 중 황화수소 및 휘발성 실록세인의 제거방법{Process for Removing hydrogen Sulfide and Volatile Siloxane of Digestion Gas}

도 1은 본 발명에 따른 소화가스의 정제공정을 간략하게 도식화한 것이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>

1 : 탈활공정

2 : 제습공정

3 : 활성탄 흡착공정

본 발명은 소화가스의 정제방법에 관한 것으로, 더 자세하게는 혐기성 소화가스 중에 함유된 불순물인 황화수소와 휘발성 실록세인을 선택적으로 제거하는 방법에 관한 것이다.

혐기성 소화가스는 당분, 전분, 알코올, 제지 그리고 식료품 제조공장, 또는 활성오니 공정을 이용한 하수 및 폐수 슬러지 및 음식물 쓰레기의 혐기성 소화 슬러지 처리시 발생한다. 우리나라는 슬러지를 탈수하여 소화조에서 혐기성 분해반응을 이용하여 메탄, 이산화탄소, 황화수소 및 휘발성 실록세인등의 성분을 함유한 혐기성 소화가스를 생산하고 있다. 이렇게 생산된 소화가스는 발전설비의 열원으로 사용하여 전기 및 온수를 생산하고 있다. 하지만, 소화가스중에 함유된 불순물인 황화수소는 산화철 및 활성탄을 이용한 건식탈황공정을 이용하여 가스중에 함유된 황화수소만을 정제하고 있을 뿐이며, 기존의 건식탈황공정은 일반적으로 탈황효율이 95%수준에 미치므로 2차적인 탈황공정을 필요로 함으로 시간과 비용면에서 소모적이었다. 또한 일정한 주기로 활성탄 및 산화철을 교체해야 하며, 폐활성탄 및 폐산화철은 현재 매립처리하고 있지만, 향후에는 매립처리에 대한 환경규제가 시행될 예정이므로 건식탈황공정의 적용에 커다란 어려움이 따르게 된다.

또한, 소화가스 중에 함유되어 있는 황화수소는 발전설비에서 공기와의 연소시 환경규제 대기오염물질인 아황산가스를 발생하게 되며, 설비부식을 초래하게 된다.

이외에 소화가스 중에는 휘발성 실록세인이 포함되어 있는데 공기와의 연소시 발전설비 내부표면에 실리콘피막을 형성하게 되어 배관폐쇄 및 열전달효율 감소를 초래하게 되어 운전 및 유지비용증가를 가져오게 된다.

그러므로, 소화가스 중에 함유되어 있는 황화수소 및 휘발성 실록세인을 효과적이고 경제적인 소화가스 정제공정으로 정제하여 소화가스 중 메탄을 열원으로 사용하는 발전설비의 수명 및 유지보수비용을 절감하는 것이 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 소화가스 중에 함유되어 있는 황화수소 및 휘발성 실록세인을 경제적인 정제공정으로 통해 황 화수소의 2차 정제 없이 효과적인 환경친화적인 탈황공정으로 제거하여 소화가스 중 메탄을 열원으로 사용하는 발전설비의 수명 및 유지보수비용을 절감하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 황화수소 및 휘발성 실록세인을 포함하는 소화가스에서 황화수소 및 휘발성 실록세인을 제거하는 방법은 a) 산화철 분말을 물에 혼합하여 흡수액을 만드는 단계; b) 소화가스 중에 함유되어 있는 황화수소에 대해 3~4의 기액접촉 비율로 상기 흡수액을 접촉시켜 황화수소를 제거하는 단계; c) 상기 b) 단계에서 황화수소가 제거된 소화가스를 상대 습도 30부피 백분율 이하로 제습하는 단계; d) 상기 c) 단계를 거쳐 제습된 소화가스를 활성탄 흡착탑에서 이동시켜 휘발성 실록세인을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 흡수액은 물 1리터당 산화철 분말을 300~3000mg 혼합비인 것이 바람직하다.

상기 산화철 분말은 20 ~50마이크로미터의 입도인 것이 바람직하며, 상기 d)단계의 소화가스는 0.2~0.5m/s의 선속도로 이동하는 것이 바람직하다.

이하 본 발명에 대하여 상세히 설명하고자 한다.

도 1은 소화가스의 정제공정으로서, 황화수소 및 휘발성 실록세인을 함유한 소화가스를 탈황공정(1)에서 의해 황화수소를 제거하고, 휘발성 실록세인을 함유한 소화가스를 정제하기 위하여 가스중 상대습도를 제습공정(2)에서 조정한 후 활성탄 흡착공정(3)에서 휘발성 실록세인을 제거하여 소화가스를 열원으로 사용하는 후공정인 발전설비로 공급한다.

첫번째 탈황공정(1)은 20~50마이크로미터인 산화철분말을 물에 혼합하여 흡수액으로 사용하여 황화수소를 제거한다. 상기 흡수액은 물 1리터당 산화철 분말을 300~3000mg 혼합비로 한다. 산화철을 이용한 황화수소제거는 산화철 표면에서의 표면반응에 기인한 것으로, 입자크기가 클수록 황화수소를 제거하는데 소요되는 산화철의 부피보다 황화수소가 미접촉하게 되는 내부의 미접촉부피가 증가하게 되어, 산화철 자체의 사용량이 증가하게 되며, 입자크기가 작을수록, 산화철분말 제조공정에서 비용증가를 가져오게 된다.

또한, 산화철 분말을 함유한 흡수액과 황화수소를 함유한 가스와의 기액접촉비율을 3~4이 바람직하며 그 이유는 황화수소 정제효율 및 산화철 소비비용과의 최적점이기 때문이다.

기액접촉비율이 제시한 값보다 낮을시에는 황화수소 정제효율이 낮아지게 되며, 높을시에는 과잉의 산화철을 사용하지만, 제시한 기액접촉비율인 3~4로 공급한 정제효율을 기점으로 정제효율은 최대값을 보이고, 더 이상의 정제효율증가를 가져오지 못한다. 또한 과잉의 산화철사용으로 운전비용증가를 가져오게 된다.

소화 가스중 황화수소를 정제하고 나서, 휘발성 실록세인을 정제하기 위한 활성탄 흡착공정에서는 가스중에 함유된 습도가 실록세인정제효율에 매우 큰 영향을 미치게 된다.

따라서, 활성탄 흡착탑에 공급되는 소화가스중 상대습도를 30부피백분율 이 하로 조정하였을 때, 활성탄 흡착탑에서 최대의 실록세인 정제효율을 보여주고 있다.

한편, 활성탄 흡착공정 (3)에서 소화가스중 휘발성 실록세인은 활성탄의 표면 기공에서의 흡착현상에 의하여 정제된다. 활성탄 흡착 공정에서 선속도를 0.2~0.5m/s로 한정하는 이유는 활성탄 표면기공에 실록세인의 흡착효율을 극대화할수 있기 때문이다. 상기 선속도보다 낮을시에는 흡착공정에서의 압력증가로 정제한 소화가스를 생산할 수가 없으며, 높을시에는 실록세인 정제효율이 낮아져서 후공정에 문제점을 야기하게 된다

[실시예 1]

황화수소를 함유한 소화가스와 산화철분말을 물에 현탄한 흡수액의 기액접촉비율 조정에 따른 소화가스의 탈황효율을 실험한 결과는 다음의 표 1과 같다. 이때 산화철분말과 물의 비율을 물 1리터당 2000mg으로 하였다.

기액접촉비율	탈황비율(%)
2	85
3	99.5
4	99.8
5	99.8

상기 표 1에서 보는 바와 같이 기액접촉비율이 증가할수록 소화가스의 탈황효율이 증가하지만, 과잉의 산화철 분말을 함유하여 공급한 기액접촉비율이 5에서는 기액접촉비율이 4에서 최대값에 도달한 이후에는 탈황효율의 변화를 보여주고 있지 않다.

[실시예 2]

다음은 소화가스중 휘발성 실록세인 정제효율을 상대습도 변화에 따른 실험으로 표 2에 결과를 보여주고 있다. 이때 산화철분말과 물의 비율을 물 1리터당 2000mg으로 하였고, 기액접촉비율을 3으로 하였다.

상대습도	휘발성 실록세인 정제(%)
20	99.8
30	99.5
40	74.3
50	50.2

소화가스 중 상대습도가 증가함에 따라 휘발성 실록세인 정제효율이 감소함을 보여주고 있으며, 상대습도가 30%이하에서 정제효율이 크게 증가함을 보여 주고 있다.

이상 설명한 본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 상기 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안된다.

이와 같은 본 발명의 소화가스에서 황화수소 및 휘발성 실록세인을 제거하는 방법은 소화가스에서 불순물인 황화수소 및 휘발성 실록세인을 효율적으로 제거함으로서 메탄을 함유한 정제된 소화가스를 발전설비의 열원으로 사용하여, 대기환경 규제 물질 방출을 억제할 수가 있고, 폐활성탄 및 폐산화철 처리라는 2차적인 처리비용 절감, 또한 소화가스가 열원인 발전설비의 수명 및 유지보수 비용절감을 가져올수가 있다.

Claims (4)

1. 황화수소 및 휘발성 실록세인을 포함하는 소화가스에서 황화수소 및 휘발성 실록세인을 제거하는 방법에 있어서,

   a) 물 1리터당 20~50 마이크로미터 입도의 산화철 분말 300~3000mg을 혼합하여 흡수액을 만드는 단계;

   b) 소화가스 중에 함유되어 있는 황화수소에 대해 3~4의 기액접촉 비율로 상기 흡수액을 접촉시켜 황화수소를 제거하는 단계;

   c) 상기 b) 단계에서 황화수소가 제거된 소화가스를 상대 습도 30부피 백분율 이하로 제습하는 단계; 및

   d) 상기 c) 단계를 거쳐 제습된 소화가스를 활성탄 흡착탑에서 0.2~0.5m/s의 선속도로 이동시켜 휘발성 실록세인을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 소화가스에서 황화수소 및 휘발성 실록세인을 제거하는 방법.
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