KR101076183B1 - 배가스의 황산화물 처리방법 - Google Patents

배가스의 황산화물 처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배가스의 황산화물 처리방법에 관한 것이다. 본 발명은 황산화물이 함유된 배가스를 배관을 통해 반응기로 공급하는 중에 상기 배관에 미분상태의 환원슬래그를 투입하여 배가스와 환원슬래그의 혼합을 유도하는 제1단계와, 상기 제1단계에서 환원슬래그와 혼합된 배가스를 반응기(10)로 유입하는 중에 상기 반응기(10) 내에 물을 분사하여 탈황 반응을 유도하는 제2단계와, 상기 제2단계 실시후 배가스를 백필터(20)를 거쳐 배출시키는 제3단계를 포함한다. 본 발명은 황산화물이 함유된 배가스를 처리함에 있어 환원슬래그를 이용하므로 경제적 처리가 가능하고 환원슬래그를 재활용한다는 측면에서 환경 보호에 기여할 수 있는 이점이 있다.
환원슬래그, 반응기

Description

배가스의 황산화물 처리방법{Method for removing sulfur oxide in flue gas}
본 발명은 배가스의 황산화물 처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기로 제강공정에서 발생하는 부산물인 환원슬래그를 이용하여 황산화물(SOx)을 제거하는 배가스의 황산화물 처리방법에 관한 것이다.
공장, 소각장 등에서 발생되는 배가스에는 질산화물(NOx), 황산화물(SOx) 등의 다양한 오염물질이 함유되며, 배가스 중에 함유된 오염물질은 산업발전의 영향으로 그 발생량이 증가하고 있다.
배가스 중에 함유된 황산화물은 질산화물과 더불어 산성비의 주요 원인일 뿐만 아니라 광학 스모그를 유발시키는 주요 대기오염물질이므로 배가스에서 이러한 오염물질들을 제거한 후 대기로 배출하여야 한다.
황산화물(SOx)을 제거하는 방법으로는 가성소다법, 수산화마그네슘법, 석회법, 활성탄법 등의 반응제를 주입하는 방법이 있으며, 그 중 석회법이 주로 활용된다.
석회법은 배가스 중에 함유된 황산화물을 수산화물 형태로 바꾸어 제거하는 방법이다. 석회법은 비용면에서 저렴한 장점이 있지만 효율이 낮고 스케일발생 등의 문제가 있어 주로 대형설비에 사용된다.
가성소다법은 배가스를 석회수 또는 가성소다용액과 반응시켜 배가스 중 황산화물을 제거하는 방법이다. 가성소다법은 비교적 간단하고 효율이 높은 기술이다. 하지만 강알카리인 가성소다(NaOH)를 사용하므로 장치의 부식문제와 강알카리 부산물의 처리문제가 발생한다.
수산화마그네슘법의 경우에는 인체에 무해하고 탈황효율이 높지만 슬러지 투입장비가 별도로 필요하고, 스케일 등의 문제가 발생하지 않도록 산화조건을 잘 조절해야 하는 단점이 있다.
그리고, 활성탄법은 효율은 높지만 고가의 운전비를 요구하므로 실제 산업현장에 적용하는데는 어려움이 있다고 할 수 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 배가스에 함유된 황산화물을 처리함에 있어 기존의 반응제(예컨데, 석회석, 가성소다, 수산화마그네슘, 활성탄 등)을 대체하면서도 저비용으로 황산화물의 처리효율을 높일 수 있는 배가스의 황산화물 처리방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 황산화물이 함유된 배가스를 배관을 통해 반응기로 공급하는 중에 상기 배관에 미분상태의 환원슬래그를 투입하여 배가스와 환원슬래그의 혼합을 유도하는 제1단계와, 상기 제1단계에서 환원슬래그와 혼합된 배가스를 반응기로 유입하는 중에 상기 반응기 내에 물을 분사하여 탈황 반응을 유도하는 제2단계와, 상기 제2단계 실시후 배가스를 백필터를 거쳐 배출시키는 제3단계를 포함한다.
상기 환원슬래그는 SR비(mole of Ca(OH)2/mole of (SO2 + HCl))가 2~2.5범위가 되도록 투입한다.
본 발명은 황산화물이 함유된 배가스를 처리함에 있어 전기로 제강공정에서 발생되는 부산물인 환원슬래그를 재활용한다. 따라서 종래의 석회석, 가성소다, 수산화마그네슘, 활성탄 등의 반응제를 사용하여 배가스에 함유된 황산화물 제거하는 방법보다 원가절감 측면에서 경제적인 효과가 있다.
이하 본 발명에 의한 배가스의 황산화물 처리방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 배가스의 황산화물 처리방법을 실현하기 위한 공정의 개략적인 구성도이다.
본 발명은 황산화물이 함유된 배가스를 배관을 통해 반응기로 공급하는 중에 상기 배관에 미분상태의 환원슬래그를 투입하여 배가스와 환원슬래그의 혼합을 유도하는 제1단계와, 상기 제1단계에서 환원슬래그와 혼합된 배가스를 반응기로 유입하는 중에 상기 반응기 내에 물을 분사하여 탈황 반응을 유도하는 제2단계와, 상기 제2단계 실시후 배가스를 백필터를 거쳐 배출시키는 제3단계를 포함한다.
더 상세히 설명하면, 배가스에 함유된 황산화물을 처리함에 있어 기존의 반응제 대신 전기로 제강 부산물인 환원슬래그를 활용하여 배가스에 함유된 황산화물을 제거하는 것이다.
전기로 제강공정에서는 제강톤당 13~17%의 양으로 부산물인 슬래그가 발생된다. 슬래그는 산화슬래그와 환원슬래그로 구분된다. 그 중 환원슬래그는 제강공정에서 산소(O2)와 황(S)을 제거하기 위해 투입되는 생석회와 용강과의 반응에 의해 발생되며, 슬래그 총량의 약 10%를 차지한다.
전기로 환원슬래그의 성분비는 아래의 표 1과 같다.
성분 Fe SiO2 Al2O5 MgO CaO Free CaO
 Ni Zn Pb Cu
함량(%) 22.09 3.91 19.41 11.52 38.03 1.62
 N.D N.D N.D N.D
표 1과 같이, 환원슬래그는 황산화물 제거에 이용할 수 있는 산화마그네슘(MgO)과 산화칼슘(CaO)의 함량이 높아 기존의 반응제(예컨데, 석회석, 가성소다, 수산화마그네슘 등)를 대체하기에 적합하다. 상술한 점에 착안하여 배가스 중 함유된 황산화물을 환원슬래그를 이용하여 제거한다.
환원슬래그 내 성분인 산화마그네슘(MgO)과 산화칼슘(CaO), 배가스 성분인 황산화물(SOx)는 물(H2O)과 반응하면 수용액속에서 Ca(OH)2, Mg(OH)2, H2SO4를 생성한다. 그리고, Ca(OH)2, Mg(OH)2는 각각 H2SO4와 반응하여 SOx를 MgSO4, CaSO4형태로 제거하게 된다.
이하, 각 단계의 공정에 대해 상세히 설명하기로 한다.
1. 제 1 단계(환원슬래그 투입)
황산화물이 함유된 배가스를 배관(미도시)을 통해 반응기(10)로 공급하고, 그 과정에서 배관에 미분상태의 환원슬래그를 투입하여 난류에 의해 배가스와 환원슬래그가 혼합되도록 유도한다.
환원슬래그는 아래에서 설명될 제 2단계에서 황산화물의 처리효율이 70~80%범위가 되도록 SR비 2~2.5범위로 투입한다. SR비는 반응제 주입비 즉, 황산화물에 대한 환원슬래그의 투입비를 나타내는 것으로, 본 실시예에서는 반응제로 환원슬래그가 사용된다.
SR비를 구하는 식은 아래와 같다.
Figure 112008088683904-pat00001
배가스 중 함유된 황산화물은 CaO, MgO와 각각 1:1로 반응한다. 따라서 배가스 중 함유된 황산화물 1ppm(2.857mg/m3)과 반응하는 환원슬래그의 양을 이론적으로 계산하면 황산화물 1ppm에 CaO 2.5mg, MgO 1.8mg이 필요하다.
이를 환원슬래그의 투입량으로 계산하면 환원슬래그 1g당 황산화물 200ppm정도를 제거할 수 있음이 계산된다. 여기서, 본 발명의 목적이 황산화물 제거에 있으므로 반응식 1에 포함된 염산(HCl)의 몰비는 O으로 두고 계산한다.
일반적으로 황산화물 처리효율을 70~80%로 보았을 때 반응제 주입비(SR비) 1.1~1.5범위로 소석회가 투입된다. 예를 들어, SR비가 1.5일 경우 황산화물의 농도가 300ppm이고 유량이 100m3/s라 가정하면 환원슬래그의 필요량은 225g이 된다.
환원슬래그를 이용하여 70~80%의 처리효율을 얻기 위한 최소 SR비는 2이상이다. 하지만 환원슬래그의 투입량이 많아지면 부산물의 처리문제가 발생할 수 있으므로 환원슬래그의 적정 투입량을 SR비 2~2.5범위로 한다.
그리고 환원슬래그는 입도 1mm이하로 미분화하여 투입할수록 배가스와 접촉되는 반응표면적이 넓어져 효율이 높아지므로, 볼(ball), 분쇄기(mill), 체(sieve) 가름 등을 이용하여 1mm이하의 입도를 가지도록 제조하여 사용한다.
2. 제 2 단계(탈황 반응)
환원슬래그와 혼합된 배가스가 반응기(SDR)(10)로 유입될 때 반응기 상단의 노즐을 통해 물을 분사하여 탈황반응을 유도한다.
탈황반응은 아래의 반응식 2와 같다.
1단계 : CaO + H2O → Ca(OH)2
MgO + H2O → Mg(OH)2
SO2 + H2O → H2SO4
2단계 Ca(OH)2 + H2SO4 → CaSO4+2H2O
Mg(OH)2 + H2SO4 → MgSO4+2H2O
환원슬래그 내 성분인 산화마그네슘(MgO)과 산화칼슘(CaO), 배가스 성분인 황산화물(SOx)이 물(H2O)과 반응하여 우선적으로 Ca(OH)2, Mg(OH)2, H2SO4를 생성한다. 그리고, Ca(OH)2와 H2SO4, Mg(OH)2와 H2SO4가 다시 반응하여 MgSO4, CaSO4형태 형성시킨다.
3. 제 3 단계(배출)
황산화물이 제거된 배가스는 반응기 후단에 설치된 백필터(B/F)(20)를 거쳐 배출시킨다. 이때, MgSO4와 CaSO4가 백필터(20)를 통해 제거된다.
이하, 본 발명의 이해를 돕고자 배가스의 황산화물 처리방법을 실시예를 통해 설명하기로 한다.
도 2에는 환원슬래그를 반응제로 주입할 경우 반응제 주입비(SR)에 따른 배가스의 황산화물 처리효율을 그래프로 나타낸 것이다.
[실시예]
표 1의 성분을 갖는 환원슬래그를 분쇄하고 체가름하여 입도 1mm이하로 제조하였다. 이와 같이 제조된 환원슬래그의 황산화물 처리효율(탈황효율)을 확인하기 위해 황산화물을 포함한 배가스를 제조하여 SR비를 1에서 3까지 각 0.5단위로 변화시키면서 황산화물 처리효율을 확인하였다.
이때, 황산화물(SOx)의 투입량은 300ppm이고, 유량은 100m3로 실험하였다. 그리고, 반응기(10)에 분사되는 물의 양은 CaO, MgO, SO2와의 반응비를 고려하되, 과도할 시 다량의 폐수가 발생할 수 있으므로 주의한다.
도 2에 도시된 바에 의하면, SR비가 2~2.5범위를 만족하는 경우 황산화물의 제거효율이 70~80% 수준을 유지함을 알 수 있다.
상술한 실험결과에 의해, 입도 1mm이하의 환원슬래그를 SR비 2~2.5범위를 만족하도록 배가스에 혼합하여 물과 반응시키는 방법이 배가스 중에 함유된 황산화물을 효율적으로 제거할 수 있는 방법임을 알 수 있다.
이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 권리범위는 첨부한 특허청구 범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 배가스의 황산화물 처리방법을 실현하기 위한 공정의 개략적인 구성도.
도 2는 환원슬래그를 반응제로 주입할 경우 반응제 주입비(SR)에 따른 배가스의 황산화물 처리효율을 나타낸 그래프.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10:반응기 20:백필터

Claims (2)

  1. 황산화물이 함유된 배가스를 배관을 통해 반응기로 공급하는 중에 상기 배관에 미분상태의 환원슬래그를 투입하여 배가스와 환원슬래그의 혼합을 유도하는 제1단계와,
    상기 제1단계에서 환원슬래그와 혼합된 배가스를 반응기로 유입하는 중에 상기 반응기 내에 물을 분사하여 탈황 반응을 유도하는 제2단계와,
    상기 제2단계 실시후 배가스를 백필터를 거쳐 배출시키는 제3단계를 포함하며,
    상기 환원슬래그는 SR비(mole of Ca(OH)2/mole of (SO2 + HCl))가 2~2.5범위가 되도록 투입하는 것을 특징으로 하는 배가스의 황산화물 처리방법.
  2. 삭제
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