KR101616059B1 - 황화수소 및 실록산 동시 제거용 흡착제 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무정형 수산화철(FeO(OH)), 실리카겔 분말, 활성탄을 이용하여 황화수소 및 실록산을 동시에 제거할 수 있는 황화수소 및 실록산 동시 제거용 흡착제에 관한 것이다.
본 발명은 무정형 수산화철(FeO(OH)), 실리카겔 분말, 활성탄 및 변성실리케이트 또는 실리카졸의 무기 바인더를 포함하고, 각각의 함량은 전체중량을 기준으로 무정형 수산화철(FeO(OH)) 50~60 중량%, 실리카겔 분말 20~35 중량%, 활성탄 2~10 중량%, 무기 바인더 5~20 중량%인 것을 특징으로 한다.

Description

황화수소 및 실록산 동시 제거용 흡착제{Adsorbent for simultaneous removal of H₂S and Siloxane}
본 발명은 무정형 수산화철(FeO(OH)), 실리카겔 분말, 활성탄을 이용하여 황화수소 및 실록산을 동시에 제거할 수 있는 황화수소 및 실록산 동시 제거용 흡착제에 관한 것이다.
바이오가스는 매립지가스, 혐기성 소화가스를 포함한다. 일반적인 바이오가스의 조성은 메탄 60% 내외, 이산화탄소 30% 내외 질소 그리고 황화수소(H2S), 실록산과 같은 유해성분을 포함한다. 바이오가스를 연소시키거나 천연가스로 사용하기 위해서는 황화수소나 실록산과 같은 물질의 제거가 필수적이다. 유해성분이 제거되지 않는 경우 바이오가스 시스템의 효율저하, 부식으로 인한 설비의 손상 및 운전정지 등이 야기될 수 있으므로 바람직하지 않으며, 특히 바이오가스의 적용성을 확대하기 위해서는 상기와 같이 언급된 성분들을 제거하는 것이 매우 중요하다고 할 수 있다.
대한민국공개특허 제10-2013-0012728호(흡착력 향상을 위한 실리카겔의 표면 개질방법 및 실록산 제거방법 그리고 이를 이용한 투웨이 방식의 실록산 제거장치)는 실리카 표면처리에 의한 실록산 제거를 청구하고 있다. 그러나 공개특허 10-2013-0012728호에서는 실록산만을 제거할 수 있을 뿐이며 황화수소를 제거할 수 없는 문제가 있다.
이처럼 바이오가스에 포함된 황화수소와 실록산을 제거하기 위해서는 황화수소 흡착제와 실록산 흡착제를 각각 별도로 사용해야 하는 문제가 있다.
본 발명은 무정형 수산화철(FeO(OH)), 실리카겔 분말, 활성탄을 이용하여 황화수소 및 실록산을 동시에 제거할 수 있는 황화수소 및 실록산 동시 제거용 흡착제을 제공하는 데 있다.
본 발명의 황화수소 및 실록산 동시 제거용 흡착제는, 전체중량을 기준으로 무정형 수산화철(FeO(OH)) 40~60 중량%, 실리카겔 분말 25~35 중량%, 활성탄 2~10 중량%, 무기 바인더 13~30 중량%을 포함하는 것을 특징으로 한다.
삭제
바람직하게, 무정형 수산화철(FeO(OH))은 염화제2철(농도 32% 이상)과 암모니아수(농도 28%)의 비가 1:0.6이 될 때까지 염화제2철에 암모니아를 적정하여 고형화시킨 후에 고형화된 물질을 필터프레스로 워싱하고 건조시켜 제조된 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 무기 바인더는 변성실리케이트 또는 실리카졸인 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 변성실리케이트는 규산소다(Na2SiO3) 85중량부 용액에 대하여, 점착증강 및 경화조절제인 글리세린(C3H8O3) 10중량부와, 산화방지제인 산화티탄(TiO2) 5중량부를 혼합한 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 무정형 수산화철(FeO(OH)), 실리카겔 분말, 활성탄, 및 무기 바인더에 혼합하고 물로 교반하여 펠렛 형상으로 압축 성형되는 것을 특징으로 한다.
도 1은 수산화철(FeO(OH)) 제조시의 염화제2철과 암모니아수의 농도에 따른 pH변화를 나타낸 그래프.
이하 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 황화수소 및 실록산 동시 제거용 흡착제는 무정형 수산화철(FeO(OH)), 실리카겔 분말, 활성탄 및 무기 바인더를 포함하며, 무정형 수산화철(FeO(OH)), 실리카겔 분말, 활성탄, 및 무기 바인더를 혼합하고 물로 교반하여 펠렛 형상으로 압축 성형되는 것이 바람직하다.
일반적으로 수산화철은 FeO(OH), Fe2O3, Fe(OH)3, Fe3O₄ 등 여러 가지 산화물의 형태로 존재하지만, 본 발명에 따른 황화수소 및 실록산 동시 제거용 흡착제를 구성하는 수산화철로 특정적으로 무정형 수산화철(FeO(OH))을 사용한다. 바람직하게 무정형 수산화철(FeO(OH))은 입자크기가 5 ㎛ 내지 10 ㎛인 미세분말이고 더욱 바람직하게는 200 m2/g 내지 420 m2/g의 비표면적, 0.24 cm2/g 내지 0.46 cm2/g의 기공부피를 갖는다. 무정형 수산화철(FeO(OH))은 전체 중량에 대하여 40~60 중량%로 사용된다. 이때, 무정형 수산화철(FeO(OH))의 첨가량이 많으면 황화수소의 제거율은 높지만, 실록산의 제거율이 낮아지는 단점이 있다.
이러한 무정형 수산화철(FeO(OH))은 염화제2철(농도 32% 이상)과 암모니아수(농도 28%)의 비가 1:0.6이 될 때까지 염화제2철에 암모니아를 적정하여 고형화시킨 후에 고형화된 물질을 필터프레스로 워싱하고 110 ℃에서 건조시켜 제조된다. 이때, 도 1에 도시된 바와 같이 FeCl₃:NH₄OH=1:0.6 적정시점 이후부터는 pH와 점도가 급격히 상승하여 암모니아수 주입부 주변만 고형화가 되어 염화제2철용액에 암모니아수의 공급이 차단될 수 있으므로 염화제2철과 암모니아수의 비가 1:0.5(NH₄OH 250g)가 되는 시점부터는 암모니아수의 적정량과 속도의 조절이 필요하다.
본 발명의 실리카겔 분말은 실리카겔의 종류 및 형상에도 특별한 제약은 없지만, 그 입자경은 컬럼의 통액성, 활성탄과 혼합했을 때의 활성탄 분산성 등을 고려하여 결정되고, 50 ㎛ 내지 500 ㎛이고, 특히 바람직하게는 100 ㎛ 내지 250 ㎛이다. 이러한 실리카겔 분말은 전체 중량에 대하여 25~35 중량%로 사용된다. 이때, 실리카겔의 첨가량이 많으면 실록산의 제거율이 낮아지는 단점이 있다.
활성탄은 비표면적 1,000 ㎡/g, 입도 200 메쉬 이상의 것으로 입자경은 75 ㎛ 이하, 특히 38 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이러한 활성탄은 전체 중량에 대하여 2~10 중량%로 사용된다. 이때, 활성탄의 첨가량이 많으면 전체 비중이 낮아져 성형성이 떨어지는 단점이 있다.
무기 바인더는 변성실리케이트 또는 실리카졸을 사용하며, 전체 중량에 대하여 13~30 중량%의 혼합된다. 이때, 무기 바인더의 첨가량이 30 중량% 이상이면 다른 성분들의 함유량이 낮아져 황화수소 또는 실록산의 흡착율이 낮아지는 문제가 있다. 이때, 무기 바인더는 수분이 70% 함유된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
변성실리케이트는 규산소다(Na2SiO3) 85 중량부 용액에 대하여, 점착증강 및 경화조절제인 글리세린(C3H8O3) 10 중량부와, 산화방지제인 산화티탄(TiO2) 5 중량부를 혼합한 혼합물을 의미한다.
실리카졸은 중성 실리카졸을 사용하며, 예를 들어 수용성 실리카졸인 AEROSIL 200(상품명, 데구사)를 사용하는 것이 바람직하다.
<실시예>
무정형 수산화철(FeO(OH)) 140 g, 실리카겔 분말 100 g을 활성탄 10 g 및 실리카졸 80 g에 혼합하여 물 80 ml을 가하여 90 분간 더 교반하여 균질의 반죽을 만들고 16ㅧ35 메쉬의 입도를 갖는 펠렛 형상으로 압축 성형하여 흡착제를 제조하였다.
<실험예>
실시예1에서 제조된 흡착제를 건식 흡착탑에 설치하고 바이오가스를 통과시켜 황화수소와 실록산의 제거율을 3회 확인하였다. 흡착제를 통과하기 전의 바이오가스 성분을 표 1에 나타내었고, 흡착제를 통과한 후의 바이오가스 성분을 표 2에 나타내었다.
바이오가스 성분 시험 1 시험 2 시험 3 평균(㎍/m3)
Toluene 930 790 760 827
disiloxane hexamethyl L2 50 60 60 57
Cyclotrisiloxane hexamethyl- D3 500 <100 <100 233
Trisiloxane octamethyl-L3 100 100 90 97
Cyclotetrasiloxane octamethyl- D4 590 320 320 410
Tetrasiloxane decamethyl- L4 60 30 40 43
cyclopentasiloxane decamethyl D5 8760 2470 3030 4,753
pentasiloxane dodecamethyl L5 80 <30 <30 47
cyclohexasiloxane dodecamethyl D6 830 80 80 330
cyklohexanon 240 950 870 687
alfa pinen 60 35 40 45
Dekan 90 20 20 43
p-cymen 390 1020 960 790
D-limonen 110 30 50 63
황화수소 3000ppm 이상 3000ppm 이상 3000ppm 이상 3000 ppm 이상
바이오가스 성분 시험 1 시험 2 시험 3 평균(㎍/m3)
Toluene 300 270 110 227
disiloxane hexamethyl L2 40 40 20 33
Cyclotrisiloxane hexamethyl- D3 <100 <100 <100 100
Trisiloxane octamethyl-L3 < 5 < 5 < 5 5
Cyclotetrasiloxane octamethyl- D4 70 60 30 53
Tetrasiloxane decamethyl- L4 <10 <10 <10 10
cyclopentasiloxane decamethyl D5 940 1990 630 1187
pentasiloxane dodecamethyl L5 < 30 < 30 < 30 30
cyclohexasiloxane dodecamethyl D6 20 20 20 20
cyklohexanon <10 <10 <10 10
alfa pinen 40 40 20 33
Dekan 10 10 10 10
p-cymen 150 190 80 140
D-limonen 20 30 10 20
황화수소 20 ppm 이하 20 ppm 이하 20 ppm 이하 20 ppm 이하
표 1, 2에서 나타난 바와 같이 흡착제는 바이오가스에 포함된 실록산의 제거율이 평균 70% 이상 유지하였고, 황화수소(H2S)의 제거율도 98% 이상임을 확인할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (6)

  1. 전체중량을 기준으로 무정형 수산화철(FeO(OH)) 40~60 중량%, 실리카겔 분말 25~35 중량%, 활성탄 2~10 중량%, 무기 바인더 13~30 중량%을 포함하는 것을 특징으로 하는 황화수소 및 실록산 동시 제거용 흡착제.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 무정형 수산화철(FeO(OH))은 염화제2철(농도 32% 이상)과 암모니아수(농도 28%)의 비가 1:0.6이 될 때까지 염화제2철에 암모니아를 적정하여 고형화시킨 후에 고형화된 물질을 필터프레스로 워싱하고 건조시켜 제조된 것을 특징으로 하는 황화수소 및 실록산 동시 제거용 흡착제.
  4. 청구항 1에 있어서, 무기 바인더는 수분이 70% 함유된 변성실리케이트 또는 실리카졸인 것을 특징으로 하는 황화수소 및 실록산 동시 제거용 흡착제.
  5. 청구항 4에 있어서, 변성실리케이트는 규산소다(Na2SiO3) 85중량부 용액에 대하여, 점착증강 및 경화조절제인 글리세린(C3H8O3) 10중량부와, 산화방지제인 산화티탄(TiO2) 5중량부를 혼합한 것을 특징으로 하는 황화수소 및 실록산 동시 제거용 흡착제.
  6. 청구항 1에 있어서, 무정형 수산화철(FeO(OH)), 실리카겔 분말, 활성탄, 및 무기 바인더에 혼합하고 물로 교반하여 펠렛 형상으로 압축 성형되는 것을 특징으로 하는 황화수소 및 실록산 동시 제거용 흡착제.
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