KR101733666B1 - 탈황제 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탈황제 조성물에 관한 것으로서, 유리분말 44Wt% 내지 60Wt%; 플라이애쉬(Fly Ash) 8Wt% 내지 15Wt%; 인터크리트(Inetercrete) 4Wt% 내지 8Wt%; 물유리(Water Glass) 18Wt% 내지 20Wt%; 및 삼산화철(Fe2O3) 5Wt% 내지 15Wt%를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

탈황제 조성물{DESULFURIZATION MATERIAL COMPOSITE}
본 발명은 탈황제 조성물에 관한 것으로서, 보다 자세히는 제조공정이 간편하고 친환경적이며 탈황효율이 높은 황화합물 제거용 탈황제 조성물을 제공하는 것이다.
발전소에서 발생되는 바이오가스 또는 하폐수처리 장에서 발생되는 바이오가스에서 발생되는 황화합물은 탈황제를 이용해 제거되고 있다. 종래 탈황제의 일례가 등록특허 제10-0558971호 "개량형 아연티타네이트 탈황제 조성물 및 그 제조방법"에 개시된 바 있다.
종래 탈황제는 칼슘계, 아연계 및 동계 및 여러 금속산화물이 있지만, 최근들어 대량제조의 필요성 때문에 철광계, 아연폐라이트계, 아연티타네이트계가 집중 연구되고 있다. 그러나, 이들 종래 탈황제는 높은 발열반응 때문에 온도조절이 어렵고 방출가스 성분의 불균일한 발생과 제조과정이 복접한 단점이 있다.
본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 제조방법이 간편하며, 친환경적이고 탈황효율이 높은 황화합물 제거용 탈황제 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 탈황제 조성물에 의해 달성될 수 있다. 본 발명의 탈황제 조성물은, 유리분말 44Wt% 내지 60Wt%; 플라이애쉬(Fly Ash) 8Wt% 내지 15Wt%; 인터크리트(Inetercrete) 4Wt% 내지 8Wt%; 물유리(Water Glass) 18Wt% 내지 20Wt%; 및 삼산화철(Fe2O3) 5Wt% 내지 15Wt%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 상기 유리분말, 상기 플라이애쉬, 상기 인터크리트 및 상기 물유리의 표면에 삼산화철이 코팅될 수 있다.
본 발명에 따른 탈황제 조성물은 세라믹 조성물에 삼산화철(Fe2O3)을 혼합하여 제조되므로 제조공정이 간편하고, 높은 황화합물 제거효율을 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 탈황제별 조성비율을 도시한 도표,
도 2는 본 발명에 따른 탈황제의 처리효율을 실험하기 위한 실험장비의 개략도,
도 3은 본 발명에 따른 탈황제의 탈황 처리효율을 도시한 도표이고,
도 4와 도 5는 탈황제 1과 탈황제 2의 처리효율울 나타낸 그래프들이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
본 발명에 따른 탈황제 조성물은 유리분말(또는 폐유리)와 플라이애쉬(fly ash) 및 인터크리트, 물유리와, 삼산화철(Fe2O3)를 혼합하여 제조된다. 여기서, 폐유리(또는 유리분말)과 플라이애쉬 및 인터크리트 및 물유리는 건축자재 등에 단열재로 이용되는 세라믹 조성물이다. 유리분말은 일반 유리 분말 뿐만 아니라 폐유리 분말의 적용도 가능하다.
세라믹 조성물은 내부에 많은 기공을 포함하고 있어 무게가 가볍고 비표면적이 넓은 특성이 있다. 본 발명의 탈황제 조성물은 세라믹 조성물에 탈황제거 효율을 증가시키기 위하여 삼산화철(Fe2O3)을 첨가하여 제조된다.
탈황제 조성물이 희망하는 발포 및 폐기공 크기를 형성하고, 탈황제거 효율을 높이려면 유리분말(또는 폐유리)와 플라이애쉬(fly ash) 및 인터크리트, 물유리와, 삼산화철(Fe2O3)가 일정한 조성범위에 있어야만 본 발명의 목적에 적합한 효과를 낼 수 있다.
이를 위해 탈황제 조성물은 유리분말(또는 폐유리) 44Wt% 내지 60Wt%, 플라이애쉬(Fly Ash) 8Wt% 내지 15Wt%, 인터크리트(Inetercrete) 4Wt% 내지 8Wt%, 물유리(Water Glass) 18Wt% 내지 20Wt%, 삼산화철(Fe2O3) 5Wt% 내지 15Wt%를 혼합하여 제조된다.
유리 분말은 연화점을 낮춰 비교적 낮은 온도에서도 발포가 가능하도록 돕는 기능과 유리화에 의한 강도 개선 및 유지를 목적으로 한다. 여기서, 유리 분말의 조성 비율이 44Wt% 이하가 되면 기공의 크기가 작아지면서 밀도가 증가되는 현상이 나타난다. 또한, 60Wt% 이상이 되면 탈황제 조성물의 표면이 유리화되고 과대 발포현상이 나타난다.
플라이애쉬는 석탄 연소 후 발생되는 부산물로서 집진기에서 포집되는 미세한 분말 형태이다. 포졸란성(Pozzolan)의 대표 물질로써 석회와 결합하여 물과 혼합되면서 상온에서 시멘트 성질을 갖는 화합물을 생성한다. 현재 플라이애쉬는 시멘트 대체재로 우수한 특성을 갖는다.
플라이애쇠는 전체 탈황제 조성물의 8Wt% 내지 15Wt%인 것이 바람직하다. 8Wt% 이하가 되면 과대 발포와 함께 강도가 떨어지며, 15Wt% 이상이 되면 발포 현상이 극도로 억제되면서 기공이 작아지고 밀도가 증가된다.
인터크리트(intercrete)는 시멘트 사용시 급결제로 주로 사용된다. 그 성분이 주재료인 유리분말과 비슷하나, 통상의 유리 분말의 성분 중 산화칼슘(CaO) 성분이 조금 많은 재료로써, 발포된 성형체의 상부 표면을 거칠지 않고 매끄럽게 해주기 위해 사용된다.
발포 정도에 따른 상부표면의 평활도를 개선시켜 부피가 큰 판상 형태의 성형체를 제조할 목적인 경우, 절단 및 가공단계에서 버려지는 부분을 절감시켜 주는 효과가 있다. 본 발명에서 인터크리트는 4Wt% 내지 8Wt%의 혼합비가 바람직하다. 4Wt% 이하에서는 발포력에 의해 시료의 상부 표면층이 둥글게 부풀려 올라갈 수 있고, 8Wt% 이상은 추가량에 의한 생산비 증가가 발생된다.
물유리는 수용성 규산염 중 가장 널리 사용되고 있는 무기 화합물이다. 물에 대한 용해성 때문에 물유리로 불리고 있다. 물유리는 순도 높은 모래를 탄산나트륨 또는 탄산칼륨과 함께 1100~1200℃에서 용융시켜 생성된다.
물유리는 18Wt% 이하에서는 발포력이 떨어져 무게가 무거워지며, 20Wt% 이상에서는 과대 발포에 의해 표면 유리화가 진행될 수 있다.
삼산화철(Fe2O3)은 바이오가스 내 유화수소(H2S)와 반응하는 촉매제로서 5Wt% 이하에서는 발포력은 증대되나 촉매제로서 효율저하를 가져오며, 15Wt% 이상은 세라믹 조성물의 강도를 저하시킨다.
이러한 조성비율을 갖는 본 발명이 탈황제 조성물은 유리분말(또는 폐유리)와 플라이애쉬(fly ash) 및 인터크리트, 물유리와, 삼산화철(Fe2O3)를 혼합하는 단계, 혼합된 각 조성물들을 건조 및 분쇄하는 단계, 건조 분쇄된 혼합 분말을 열처리로 소성 및 발포하는 단계, 그리고 성형체를 용도에 맞게 가공하는 단계로 제조될 수 있다.
여기서, 상술한 과정에서 생성된 성형체에 삼산화철(Fe2O3)을 코팅할 수 있다. 삼산화철(Fe2O3)은 바이오가스 내의 악취성분인 유화수소만 반응할 뿐, 기타 다른 성분과 무관한 반응성을 갖는 특성을 갖는다. 이는 철분말의 촉매 역할을 극대화할 수 있을 뿐만 아니라 다른 저해인자에 의해 처리효율 저하 및 교체주기가 단축되는 타 환경촉매와 비교하여 잇점을 갖게 된다.
이 때, 삼산화철(Fe2O3)이 유리분말(또는 폐유리)와 플라이애쉬(fly ash) 및 인터크리트, 물유리와 함께 혼합되어 성형되므로 불규칙적인 두께로 코팅층이 형성된다.
이렇게 제조된 본 발명의 탈황제 조성물은 소성 중에 형성된 다수의 기공들이 매우 우수한 여재로서 활용이 가능하며, 특히 첨가되어진 삼산화철(Fe2O3)은 유입되어지는 바이오가스 중에 있는 유화수소, 메르캅탄 등과 같은 황화합물을 반응메커니즘을 통해 제거할 수 있다.
바이오가스의 악취 성분 중에 유화수소는 다음과 같이 반응한다.
Fe2O33H2O + 3H2S --------> Fe2S3 + 6H2O
Fe2O33H2O + 3H2S --------> 2FeS + S + 6H2O
도 1은 본 발명의 탈황제 조성물의 다양한 조성 비율을 도시한 도표이다. 도시도니 바와 같이 탈황제1, 탈황제2, 탈황제 3은 물유리와 삼산화철(Fe2O3)의 조성비율을 변화시켜 제조된다. 이는 물유리의 경우 일정 조성비율에 따라 발포력이 저하되거나 비중이 무거워 질 수 있으며, 삼산화철은 형성된 기공사이로 골고루 분포되어 탈황제로서의 화학반응을 유도하게 되기 때문이다. 위와 같은 조성을 혼합시키고, 건조 및 본쇄단계 및 열처리 단계를 걸쳐 최종 탈황제 메디아로 제조된다.
도 2는 도 1에 도시된 조성비율이 서로 다른 탈황제1, 탈황제2, 탈황제3의 처리효율을 알아보기 위한 실험장치이다.
도시된 바와 같이 반응조(20) 내부에 각각 탈황제1, 탈황제2, 탈황제3을 충진한다. 이 때, 반응조의 크기는 800mm∮*100mmH 로서 구성하였다. 반응조(20)의 바이오가스유입구(21)로 송풍기(10)가 황화수소가 함유된 바이오가스가 유입된다.
반응조(20) 내부에는 바이오가스를 균등분배하는 타공판(미도시)이 구비되고, 타공판(미도시)을 유한 바이오가스는 탈황제(C)를 통과한 후 배출관(23)을 통해 배출된다.
바이오가스(A)의 유입지점(B)과 배출지점(D)에서 각각 황화수소의 농도를 측정하여 그 제거효율을 비교하였다.
도 3은 도 2의 실험장치를 통한 황화수소 처리효율을 나타낸 도표이고, 도 4와 도 5는 탈황제1과 탈황제2의 처리효유을 나타낸 그래프이다. 도시된 바와 같이 시간의 흐름에 따라 탈황제1, 탈황제2, 탈황제 3 모두 높은 황화수소 처리효율을 나타내는 것을 알 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 탈황제 조성물의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (2)

  1. 탈황제 조성물에 있어서,
    유리분말 44Wt% 내지 60Wt%;
    플라이애쉬(Fly Ash) 8Wt% 내지 15Wt%;
    인터크리트(Inetercrete) 4Wt% 내지 8Wt%;
    물유리(Water Glass) 18Wt% 내지 20Wt%; 및
    삼산화철(Fe2O3) 5Wt% 내지 15Wt%를 포함하며,
    상기 유리분말, 상기 플라이애쉬, 상기 인터크리트 및 상기 물유리의 표면에 삼산화철이 코팅되는 것을 특징으로 하는 탈황제 조성물.
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