KR820001196B1 - 배기가스내 이산화유황으로 부터 유화수소의 제조공정 - Google Patents

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Description

배기가스내 이산화유황으로 부터 유화수소의 제조공정

제1도는 본 발명에 따른 단계들의 상호관계를 설명한 공정도.

본 발명은 이산화휴황(SO₂)이 소량 존재하는 혼합기체에 함유된 이산화 유황을 유화수소 가스로의 경제 적전환 장치에 관한 것이다. 본 발명은 환경의 여러범위에 사용할 수 있으나 특히 배기가스탈황(FGD)에 유용하다.

이산화 유황이 대기중에 소량만으로도 존재하면 동물, 수생식물의 생명에 대단히 유해다는 것은 공지되였다. 이산화 유황은 공기중에서 산소와 습기에 의하여 황산으로의 전환이 용이하게 일어나나 이것은 강철 및 콘크리트를 포함한 전물의 많은 물질의 부식을 일으킨다.

다량의 SO₂를 연료 연소장치로 부터공기내로의 배출은 1976년에 금지 되었는데 당해에 의회는 공기 정회법을 통과시켰고 1970년 수정 하였다. 이러한 법 제정의 결과로서 환경 보호국은 가스내에 합유된 기본오염물의 방출을 제한하는 표준치를 정하였다. 이러한 오염물은 입자, 이산화유황 및 이산화질소로 측정된 산화질소이며 이들의 표준치들이 표 1에 표시되였다.

[표 1]

석탄용 증기 발생기에 대한 배기표준치(1971년 8월 18일 이후 시행되는 건축)

일상 사용되는 중질 연료 예컨데 역청탄 및 잔류 연로 오일은 중량으로 약 3% 이상의 유황을 포함한다. 0.8%의 유황을 그리하여 유한 12,000BTU/파운드의 석탄을 연소 시킬 때 EPA에서 정한 한계치를 초과한다.

EPA 한계치내에서 조작하기 위하여 다량의 경제적인 연료를 연소시키는 장치는 연소대역을 떠나는 배출가스내에 함유된 다량의 SO₂를 제거하기 위하여 제정되어야 한다. 가장 보편적인 제거제로는 SO₂의 직접 또는 간접적으로 결합하여 배기 가스를 정화 시키는 석회나 석회암을 사용한다. 석회나 석회암을 사용하는 주요목적은 형성된 오염물 즉 주로 아황산칼슘과 황산칼슘으로 구성된 찌꺼기는 공기중에서 SO₂보다는 해롭지 않는데 이러한 찌거기는 땅을 메우는 것으로 국부적으로 사용이 허용되는 이외에는 매몰된다.

다량의 이산화유황을 대기내로 방출시키는 것은 어느때인가 미국에서 금지될 것이라는 것은 오래전부터 예견하고 있었으며 수년동안 세계의 여러곳에서 금지되였다. 1930년대에는 석회암 스러리를 사용하여 배기가스로부터 SO₂를 제거하였고 이러한 문제를 해결하기 위한 연구가 1935년경에 미국에서 시작되었다. 이러한 노력의 결과는 Inderstrial and Engineering chemistry란 칙의 32권 8호의 1037-1049페이지내에 수록된 존스톤과 신그 에의한 논문에 기술되였다. 미국내 FGD의 모든 현황에 대한 요약은 1977년 5월 23일에 출판된 Chemical Engineering의 101-103 페이지내에 수록 되었다. 수록된 방법중에서 본 발명을 구성하는 방법에 가장 가까운 것은 소위 "수용성 탄산화물 공정(ACP) 인데 이것은 방법중에서 본 발명을 구성하는 방법에 가장 가까운 것은 소위 "수용성 탄산화물 공정(ACP)인데 이것은 1976년 3월 뉴우도리언스에서 개최된 배출가스 탈황에 대한 심포지움에 대한 Proceedings 11권 (환경보호기술시리즈)에 상세히 기술되였다.

대개의 연로 고체 및 액체는 소량의 질소 함유 화합물을 포함하고 있다. 이러한 염료가 연소할 때 질소는 산화질소로서 배출 가스 내에 나타나며 또는 대개의 보일러에 일어나는 고온에서 전체반응에 따라질소의 산소로부터 형성된다.

N₂+O₂=2NO

그러므로 SO₂뿐만 아니라 질소의 산화물을 제거할 수 있는 제거시스템의 사용을 필요로 하였다. NO보다는 수용성 제거액으로 NO₂를 가스류로부터 제거하는 것이 보다 용이하다.

반응이 비교적 느릴지라도 보통온도에서 NO와 산소는 결합하여 NO₂를 형성하는데 그 반응는 다음과 같다.

2NO+O₂=2NO₂

본 발명은 사용한 적당한 방법에서 배출기스내의 대부분의 NO는 NO₂로 전환시킬 수 있는 기회를 갖는다. 다행히 SO₂를 제거하기 위한 본 발명에 사용돈 제거액은 NO₂흡착제로서도 효과 적이다.

배출가스를 SO₂를 위한 제거하기 위한 많은 흡착제들은 약간 용해성 화합물을 형성하므로 결과적으로 가스와 흡착제간의 접촉을 효과적으로 하는데 사용되는 장치는 대규모로 되어 휴업상에 대한 조작이 곤란하고 과잉의 유지비를 요한다.

SO₂를 칼슘 화합물에 의하여 배출가스로부터 간접적 또는 직접적으로 제거할 때 결과적인 물질은 폐기를 시켜야하는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 흡착된 다음 결정화된 SO₂가분산된 염입자상에 용액으로 되어 제거장치의 규모를 최소로 할수 있도록 분산된 가용성 아황산염을 함유하는 흡착스 러리의 방법에 의하여 배출 가스내의 SO₂를 제거하는 방법을 제공한다.

본 발명의 다른 목적은 희석가스를 혼합물로 흡수된 SO₂를 가스혼합물의 주성분으로서 유화수소를 전환시켜 유화수소는 액체유화수소, 유황원소, 황산등으로 경제적으로 전환시킴에 의하여 폐기 문제를 해결하는 방법을 제공한다.

본 발명의 다른 목적은 SO₂에 대한 강한 친화력을 갖고 다음 공정 단계를 실시함에 의하여 완전히 재생시킬수 있는 흡착제로서 배출가스의 SO₂를 제거하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 아황산화물의 상당한 분율이 제거용액이 제거대역내에 있는 동안 황산화물로 산화될지라도 완전히 재생시킬 수 있는 흡착제의 방법에 의하여 배출가스내의 SO₂를 제거하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 스러리가 제거대역을 통하여 흐를 때 SO₂를 흡수하는 능력이 감소되지 않는 흡착 제스러리를 배출가스내의 SO₂를 제거하는데 사용하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 배출가스내 SO₂를 제거하는데 광범 위한 온도 범위내에서 조작할 수 있는 흡착제 스러리를 사용하는 방법을 제공한다.

하기 기술에 의하여 명시된 상기목 적들 및 기타 장점들은 일련의 공지된 화합반응들을 신규한 순서로 사용함에 의하여 수득할 수 있다.

본 발명의 공정에 사용된 반응들은 다음 반응들로 구성되였다. 아황산나트륨으로 포화되였거나 용해된 탄산나트륨을 포함하는 용액내에 SO₂를 흡수시키는 단계에서의 기본적반응은 다음과 같다.

SO₂+Na₂CO₃=CO₂+NA₂SO₂

이러한 반응은 흡수대역내에 있는 용액이 어떤 용해된 탄산나트륨을 포함할 때 일어난다. 만일 탄산나트륨이 존재하지 않드래도흡수제로서 용해된 다황산나트륨을 사용하여 흡수가 이루어지며 이러한반응은 다음과 같다.

Na₂SO₂+SO₂+SO₂=2NaHSO₃

SO₂를 연속적으로 흡수하는 흡착제의 능력은 탄산나트륨의 부가에 의하여 유지되며 쏘디움 미술파이프는 다음과 같이 탄화화물과 반응한다.

2NaHSO₃+Na₂CO₃=CO₂+2Na₂SO₃+H₂O

공정중 발생되는 원하지 않는 반응은 아황산화물의 부분적인 황산화이다.

Na₂SO₂+1/2 O₂(공기)=Na₂SO₄

둘째 형태의 반응은 용이하게 사용할수 있는 환원제의 방법에 의하여 아황산나트륨과 황산나트륨을 황화나트륨으로의 환원을 포함한다. 대개의 경우 이러한 환원제로는 역청탄 및 코크스, 나무나증질오일 같은 저렴한 환원제가 있으며 이러한 환원반응은 다음식으로 표시될 수 있다.

2Na₂SO₃+2C=2NaS+3SO₂

Na₂SO₄+2C=Na₂S+2CO₂

질산나트륨이 존재한다면 이것은 탄산나트륨과 질소로 전환되며 이러한 반응은 다음과 같다.

4NaNO₃+3C=Na₂CO₃+2N₂+3CO₂

환원반응은 다음의 반응은 유화나트륨과 중탄산나트륨으로부터 유화수소를 발생시키는 것으로 이러한 반응은 다음과 같다.

Na₂S+2NaHCO₃=H₂S+2Na₂CO₃

유화수소 발생단계에 따른 환원반응 순서는 SO₂흡수단계에 사용되는 탄산나트륨을 재생시키는 결과를 얻는다.

최종 단계는 나트륨의 공지된 중탄산화물 형성반응이다.

CO₃+H₂O+CO₂=2NaHCO₃

저렴함 가격의 CO₃연료를 사용할 수 있으며 환원단계로부터 나온 가스는 SO₂가 유리된 배출가스가 된다. 본 발명의 조작형태는 배출가스를 대기에배기 시키기전에 오염물을 제거하는 어떤 다른 공정을 사용하는 것과 비교하여 결제적인 장점을 제공한다.

본 발명은 유화 화합물로 출발하여 공정에 이산화유황으로서 주입되어 최종적으로 농축된 유화수소의 형태로 나오는 각단계에 의하여 이해할 수 있다. SO₂함유 배출가스를 물로 세정하여 입자성 고체르 제거한다. 제1도를 참조하면 도관(2)의 장치에 의하여 첫 번째 흡수대역(1)의 저부에 있는 가스 입구내로 유입(流入) 시키면 이 대역내에서 가스는수용성 스러리와 접촉되고 이것의 액체상은 대부분이 용해된 아황산 나트륨과 황산나트륨 소량의 다른 나트륨 염 예컨데 질산나트륨과 소량의 탄산나트륨을 포함한 수용액이다. 고체상은 근본적으로 아황산나트륨과 황산나트륨의 혼합된 고체이고 고체의 대부분은 아황산나트륨으로 구성되였다. 세정 단계의 공정은 무수염이 결정화하도록 조절 되어야 하는데 예를 들면 온도는 침전된 고체염들이 결정화 수소부터 유리되는 그러한 온도로 유지하여야 하며 적당한 온도범위는 40℃-50℃이다. 세정 용액을 상기 온도로 유지하는 목적은 공정의 다음단계에서 연료비를 최소로 하기 위한 것이다. 이것은 O₂나질소의 산화물을 세정하는 용액의 능력에 영향을 주지 않으며 아황산화물을 황산화물로의 원하지 않는 산화는 근본적으로 첫 번째 흡수 단계에서 일어난다.

산화범위는 배출가스내 잉여공기의 양, 미량으로 용해된 철, 동과같은 촉매 금속의 존재/온도등고 같은 많은 요인에 따른다. 아황산나트륨과 황산나트륨이 적당한 농도로 용액내에 있고 용액이 침전이 생기도록 포화되였을 때 형성된 결정은 아황산과 황산나트륨의 혼합된 결정이다. 흡수용액이 아황산나트륨으로 포화되였기 때문에 산소를 용해시키는 능력이 제한되면 이것은 보다 작은 아황산화물 농도의 세정 용액을 사용하였을 때일어나는 정도와 비교하여 산화반응이 일어나는 정도가 감소된다.

흡수제스러리의 성질들 때눈에 스서리내에 있는는 고체는 항상이 황산나트륨과 혼합된 어떤 황산나트륨을 포함한다. 아황산나트륨에 상술한 바와 같을 때 이것은 어떤 황산나트륨과 혼합되여 있으며 유사하게 흡착제 스러리의 액체상은 어떤 용해된 황산나트륨을 포함하나주면 용질은 아황산나트륨이다.

배출가스내 질소의 산화물들은 존재하는 NO와 NO₂의 양에 따라 보다 많이 또는 작게 첫 번째 흡수대역 내에서 흡수된다. 만일동일한 물 농도가 있다면 대개의 산화물이 흡수되여아 질산나트륨을 형성한다. 잉여의 이산화질소는 질산화나트륨을 형성하고 공지된 바와 같이 공기내에는 존재하는 NO는 용해된 아황산화물을 포함한 알카리 수용액내에 흡수되나 이산화질소의 흡수보다 서서히 일어난다. 질소의 산화물들은 항상 적당한 농도의 SO₂를 흡수하기 위한 용액의 활성도를 유지하고 흡수된 SO₂로부터 무수아황산 나트륨결정을 형성시키기 위하여 용액은 탄산나트륨의 연속적 또는 주기적 첨가에 의하여 보충시킨다.

SO₂-함유가스를 첫 번째 흡수 대역내에서 접촉시키는데 사용되는 스러리를 도시되지 않은 펌프에 의하여 파이프(3)을 통하여 대역의 단부에 주입한다. 스러리는 대역을 통하여 반대 방향으로 흐르는 SO₂-유리가스는 배기 파이프(22)를 통하여 대역으로부터 나가면 SO₂가 흡수되였을 때 용액은 포화 조건으로 유지 되었으므로 부가적인 아황산나트륨 고체가 형성된다. 스러리는 첫 번째 흡수 대역으로부터 나와서 출구 파이프(4)를 통하여 침전기(5) 내로 들어간다. 스러리 내의 보다 많은 결정이 침전기의 저부에 가라 앉아서 보다 조밀한 연괴(軟塊)를 형성한다.

소량의 결정과 액체상의 대부분은 배수관(6)을 통하여 침전기로부터 배출되어 탱크(7) 내로 흘러들어간다. 침전기의 기저내에 형성된 연괴는 저부출구를 통하여 나와서 파이프(8)에 의하여 원심분리기(9)내로 흘러들어간다. 원심분리기(9) 내에서 대부분의 고체들은 이들과 함께 있든 액체상으로부터 분리된다. 액체상(10)은 파이프를 통하여 탱크(7)내로 향하고 불순한 탄산나트륨은 벨트(17)의 장치에 의하여 탱크(7) 내에 주입된다. 탱크(7)내에 형성된 혼합물은 상술한 펌프의 장치에 의하여 흡수대역(1)을 통하여 순환시킨다. 원심분리기(9)로부터 분리된 축측한 고체들은 벨트(11)에 의하여 주입호퍼hopper)(12) 내로 운반된다. 주입호퍼(13)은 스크류 운반기(53)에 의하여 분쇄된역청탄으로 주기적으로 다시 채워지며 분쇄된 석탄은 스크류 운반기(14)에 의하여 호퍼(13)으로부터 제거되어 혼합기(15) 내로 주입된다. 불순하고 축축한 아황산 나트륨은 주입기(160에 의하여 주입호퍼(12)로부터 회수되여 혼합기(15) 내에 주입되어 불순하고 축축한 아황산나트륨과 석탄은 즉시 혼합기(15) 내에서 혼합되고 혼합물은 스크류 운반기(18)에 의하여 직접가열된 회전로(19)의 주입구내로 주입한다. 스크류 주입기(20)에 장치에 의하여 호퍼(13)으로 부터의 분말로된 석탄과 배관(21)로 부터의 연소 공기가 로의 배출와부(19)에 주입된다. 석탄은 화학당량의 산소화함께 연소하므로 로내의 가스 분위기는 산화보다는 환원성이다. 석탄과 아황산나트륨의 혼합물의 로를 통하여 연소의 뜨거운 생성물과역류로 움직일 때 아황산 나트륨은 유황화나트륨으로 환원되고 탄소는 이산화탄소로 산화된다.

필수적인 것은 아니나 아황산나트륨내 석탄의 비가 약 4 : 1를 사용하는 것이 적당하며 나트륨의 대부분은 유황화물로 전환된다. 로내의 혼합물이 응융점에 도달하지 않도록 온도를 조절하는 것이 좋으며 이러한 조건하에 작동시킴에 의하여 대부분의 유황화나트륨은 로의 배출구로 흘러나온다.

로내에서의 최대 온도가 650℃-750℃ 범위를 가지므로 열혼합물들은 유연화되지 않는다. 잉여의 탄소가로를 나온 혼합물에 존재하므로 90% 이상의 아황산나트륨이 유황화나트륨으로 전환된다.

회전로 내에 형성된 고체 혼합물은 공기가 뜨거운 유황화 나트륨고체를 함유한 혼합물과의 접촉을 방지하기 위한 장치(도시되지않았음)로 상치된 스크류 운반기(23)에 의하여 로의배출구를 통하여 회수된다. 스크류 운반기(23)은 유황화나트륨을 함유한 혼합물을 연속 혼합기-마쇄기(24)에 전달하여 마쇄기내에서 화학적당량의 축축한 중탄산나트륨과 혼합킨다. 혼합기-마쇄기는 혼합물을 작은 입자로 전환되여 충분히 혼합된다. 혼합기 마쇄기(24)는 혼합조작중 형성되는 어떤 증기의 배출을 방지하기 위하여 봉쇄장치가 장착되였다.

증기를 혼합기-마쇄기(24) 내에서 배기 되지 않도록 약간 낮은 압력으로 유지한다.

중탄산화물과 유황화나트륨을 함유한 고체의 혼합으로부터 생긴 혼합물은 혼합기-마쇄기 출구로부터 스크류 운반기(25) 내로 나와서 증기관 회전 하소기(26)에 전달된다.

증기관 하소기는 고압증기 예컨데 400-450psi 압력의 증기에 의하여 가열된다.

하소기내에서 대부분의 중탄산 나트륨과 유황화 나트륨은 약 200℃의 온도로 가열되고 이 조건하에 이들은 반응하여분 산한탄산나 트륨과유 화수소가스를 생성한다. 하소기내에 주입된 혼합물내의 물은 중기화되고 수증기와 유화수소가스는 하소기의 가스출구를 나와서 파이프(27)을 통하여 응축기에 보내서 여기에서 대부분의 수증기 H₂S로부터 분리되고 분리된 H₂S는 크라우스 공정내에서 유황으로 전환된다.

하소기내에 형성된 분순한 탄산나트륨을 포함한 고체는 하소기배출구를 나와서 스크류 운반기(28)과 (29)에 의하여 불순한 탄산 나트륨은 벨브(17)을 통하여 각각 탱크(7)과 용해기(30)에 주입된다. 하기와 같은 원료로된 중탄산나트륨을 포함한 용액이 또한 배관(32)를 통하여 용해기(30) 내에 주입되고 용해기(30) 내에 형성된 스러리는 파이프(31)을 통하여 여과기(37) 내로 배출된다. 여과기(37)에 의하여 고체로부터 분리된 진한여과액은 한 펌프(도시되지 않았음)에 의하여 배관(33)을 통하여 탱크(34)에 보낸다. 물주입관(35)의 장치에 의하여 세수를 여과기(37)의 세척단면에 도입하고 용해기(30)에 들어간다. 수용성성분으로부터 유리된 세척된 고체는 여과기(37)로부터 유리되어 스크류 운반기(38)에 의하여 연료의 혼합시킨후 보일러(도시되지 않았음)에 주입되고 그내에서 연소의 이산화유황-함유 생성물이 형성된다.

대부분이 중탄산화나트륨과 탄산나트륨으로 구성된 탱크(34) 내에 포함된 용액과 현탁된 고체들은 파이프(54)의 장치에 의하여 둘째흡수대역(40)의 액체주입구로 순환된다. 이산화탄소를 함유한 가스는 파이프관(41)에 의하여 흡수대역(40)의 입구에 주입되며 이산화 탄소의 원료는 다음에 기술되였다. 흡수대역(40)내에서 이산화탄소는 중탄산나트륨으로 포화되여 유지된 탄산나트륨을 함유한 용액에 의하여 흡수된다. 이산화탄소의 흡수결과로 탄산나트륨을 중산나트륨으로 전환되여 용액으로부터 결정화된다. 흡수대역(40)을 떠난 스러리는 배관(43)의 장치에 의하여 침전기(420내로 향한다.

스러리내에 있는 중탄나트륨 고체의 보다 큰 입자들은 침전기(42)의 저내부로 가라앉는다. 보다 작은 입자들과 대부분의 용액은 침전기의 상단 출구로부터 나와서 파이프(44)의 장치에 의하여 탱크(34)에 전달된다. 침전기(42)의 저부내에 형성된 여괴는 파이프(46)의 장치에 의하여 원심 분리기(45)에 주입되며 원심분리기(45)는 2개의 분율로 분리시키는데 이중하는 많은 부분이 축축한 중탄산나트륨과 스러리내에포함된 대부분의 용액으로 구성된 것이고 다른 것은 원심분리 케이크이다. 축축한 중탄산나트륨 케이크는 벨트운반기(47)에 의하여 혼합기-마쇄기(24)에 운반되고 원심 분리기를 떠난 용액은 파이프(48)의 장치에 의하여 탱크(34) 내로 흘러들어간다.

흡수대역(40)에 주입되는 이산화탄소는 파이프(41)을 통하여 도관(49)의 장치에 서로(19)로 부터의 배출그스로서 수득된다. 만일 이 가스가 국부적 조건의 결과로서 이용할수 없거나 CO₂의 양이 어떤 이유로 불충분하다면 이산화탄소는 흡수대역(1)을 떠난 가스로부터 수득할 수 있다. CO₂를 흡수대역(40)을 떠난가스로부터 흡수대역(40)에 주입했을 때 배기 파이프로부터 배관(50)의 장치에 의하여 흡수대역(40)으로 연결되는 파이프(41)내로 펌프시킨다.

대역(40) 내에서 흡수에 필요치 않은 흡수대역91)로부터 나온 이산화 탄소를 함유한 가스는 배기 파이프(51)의 장치에 의하여 대기내로 배출시킨다. 흡수대역에 들어가는 일산화탄소의 원료가 무엇이든지 간에 CO₂는 다량의 질소와 혼합된다. 질소와 혼합된 모든 남어지 흡수되지 않은 가스는 배출 파이프(52)의 장치에 의하여 대역(40)을 나온다.

많은 변형이 상술한 각 단계에 사용될수 있으며 이러한 공정은 많은 장점을 갖는다.

본 발명에 공정에 의하여 처리되기전에 입자성 물질을 SO₂-함유가스로부터 제거할 필요가 있다. 그러나 본 발명의 공정은 비록 입자성 물질들이 존재할지라도 성공적으로 실시할 수 있다. SO₂-함유가스에 의하여 생긴 대개의 입자성 물질은 세정액 체에의 하여세정되며 이러한 고체는 고체 아황산나트륨과 함께 세정시스템을 떠난다.

용해성 스러리 흡착제 예컨데 현탁된 아황산나트륨 결정을 포함한 아황산 나트륨으로 포화된 수용액을 사용함에 의하여 세정기의 내면상에 스케링이 일어나는 경향이 거의 없다. 만일 스케링이 일어난다면 가용성 아호아산화물은 세정액의 아호아산나트륨농도를 조절함에 의하여 신속히 재용해 시킨다.

필요에 따라 하이드로크론이 친전기 대신에 사용될 수 있고 유사에게 여과기가 원심 분리기 대신에 사용될 수도 있다.

반응 혼합물을 용융시킴이 없이아 황산나트륨을 석탄으로 환원시키는 것이 좋으나 이것은 필수적인 것이 아니다. 대부분의 아호아산나트륨을 용융된 상태로 유지하기 에충분한온도에서 환원을 실시함에 의하여 환원반응이 촉진되나 이러한 방법은 환원을 실시하는 용기의 내면을 배열하는데 보다 비싼 내화물을 요한다. 용융된 생성물은 축축한 중탄산나트륨과 혼합하기전에 재산화를 최초로 하기 위하여 불활성 기권하에 냉각하여 고체화 되어야 한다.

환원단계를 실시할때에는 잉여의 환원제를 사용할 필요가 있으며 미반응, 환원제 반응된 석탄으로 부터의 재 및 석탄의 연소 결과로 남은 재를 수증기관 회전 하소기내에 형성된 탄산나트륨과 혼합된다.

스템의 재를 제거하고 여과 케이크내에 남아있는 가치있는 연료를 회수하기 위하여 여과 케이크를 보일러에 주입된 연료에 혼합한다. 여과 케이크의 중량은 연료의 중량의 단지 소분율에 지나지 않으며 연료의 중량과 비교하여 여과케이크의 주입은 버어너의 작동에 영향을 주지 않으나 연료가 소비되는 것을 방지한다.

본 공정은 전기는 발진시키기 위하여 사용된 석탄을 연소하여 다량의 증기를 발생시키는 장치의 배출가스내의 오염울을 제거하는데 사용할 때 특별한 장점이 있다. 여러 가지 나트륨염이 형성되여 석탄보다는 다른 염으로 전환될지라도 이들은 쉽게 사용할 수 있고 비교적 저렴하다.

본 발명전에 석회암 스러리 세정보다 우수한 FGD공정은 이용된 바 있다. 결과적으로 많은 석회암스러리 세정 시스템이 설치되였는데 이들의 비부분은 연속 작동되며 새로운 규칙에 부합하도록 건설 되었으며 세정기를 건설하는데에는 충분한 공간을 요하고 이들을 사용하기 위한 보조장치를 요한다.

본 발명은 석회암 세정장치들로 장설된 옛날의 증기발생장치에서 배출가스의 처리 비용을 감소시킬 수 있다는 것이다. SO₂세정단계를 위한 방만 있다면 석회암을 불순한 탄산나트륨으로 대치함에 의하여 이룩될 수 있다. 대개의 이러한 장치들은 스러리를재순환 시키고 스러리로부터 여과케이크를 분리하기 위한 장치를 가지며 여과 케이크를 낮은 수분 함량으로 수득하기 위한 원심 분리장치의 설치를 필요로 하고 이것은 운반비를 절약할 수 있다.

순환된 스러리는 현탁된 수용성 나트륨, 유황염과 입지성물질을 포함한다.

원심분리조작에 의하여 수득된 축축한 여과케이크는 배기 가스내에 현탁되였었든 물에 불용성이 입자성 물질과 나트륨염 예컨데 아황산나트륨, 황산 나트륨 및 소량의 아질산 나트륨과 질산나트륨을 포함한다.

여과 케이크는 어떤 존래의 장치에 의하여 공정을 실시하기 위하여 요하는 남은 장치를 설치하기에 충분한 땅이 있는 장소에 운반된다. 많은 장치들이 이미 기술되였으며 부가적인 설비도 필요하나 이러한 설비는 근본적으로 용해기, 여과기 및 최소의 물을 사용하여 여과 케이크의 수용성 나트륨염을 세척하기 위한 장치들로 구성되였다.

종래의 용해, 증발, 결정화 및 세척방법에 의하여 불용성 입자성 물질은 혼합된 나트륨염으로부터 분리된다 최종결과는 2개의 여과 케이크로 구성되였는데 이중 하나는 물에 불용성인 고체주로 연료의 연소로부터 결과된 재로 구성되였고 다른 것은 아황산 나트륨, 황산나트륨과 황산나트륨으로 구성된 축축한 여과 케이크이다.

나트륨염의 여과케이크는 유황을 회수하고 탄산나트륨을 재생시키기 위하여 상술한 바와 같이 처리된다. H₂S 형성단계에서 형성된 불순한 탄산나트륨의 부분을 부가적인 SO₂흡수를 위하여 세정조작에 다시 보낸다.

2 또는 그 이상의 FGD 세정조작으로부터 결과된 스러리를 처리하는 장치를 설치 및 조작하는 것은 기술적으로 가능하다는 것은 명백하다. 입자성 물질을 용해성나 트륨염으로부터 분리하는 상술된 변형으로부터 본 발명은 아황산나트륨 농도를 이것의 포화치이하로 유지되는 알카리 흡수액체내에 SO₂를 흡수시킴에 의하여 실시될 수 있다. 조성물을 좁은 범위내에서 유지시키기 위하여 흡착액체에 탄산나트륨과 물을 첨가한다. 용해성 아호아산나트륨을 함유한용액이 세정 시스템으로부터 회수되고 고체 아황산나트륨을 종래의 증발 및 결정화 공정에 의하여 회수된다. 그리고 회수된 종래의 증발 및 결정화 공정에 의하여 회수된다. 그리고 회수된 축축한 아황산나트륨 여과 케이크는 상기와 같이 처리된다.

본 발명의 상기 기술에서는 배출가스와 흡수 스러리가 역류하도록 되었다. 본 발명의 한 형태는 모든 성분이 수용성이고 일정한 높은 준위의 SO₂흡수능력을 가진 흡착제를 장치하는 것이다. 결과적으로 흡수매체는 세정기 같은 공류(共流) 접촉기나 교류(交流)접촉기내에서 효과적으로 사용될 수 있다.

모든 세정 조작의 기 본비용은 세정 장치의 초기 비용과를 흡수하도록 필요한 가스-액체접촉을 이룩하는데 드는 에너지이며 이러한 에너지 소비는 가스를 세정 시스템을 통하여 흐르도록 하는데 요하는 압력강하에 의하여 측정된다. 적당한 SO₂제거에서 환원압력강하와 자본 투자에 따른 어떤 장점은 물질의 경제적 이익을 제공한다. 대개의 SO₂세정 공정에서와 상이하게 이러한 공정은 어떤 부작용 없이 비교적 높은 pH 예컨데 pH8이상에서 조작할 수 있다. 이것은 설비에 저렴한 물질을 사용할 수 있음을 의미하여 부가적으로 공지된 장치를 알카리용액(장치가 시스템내의 소량의 암모니아에 의하여 알카리성의 유지된)에 의하여 휘발성인 산성-가스의 흡수를 개량하는데 사용할 수 있는데 이러한 장치는 SO₂뿐만 아니라 CO₂를 흡수 시키는데에 유용하다. 암모니아가 증기상에 들어가서 산성 가스와 반응하여 용이하게 습윤화되도록 수증기를 신속히 흡수하는 염입자를 형성한다. 축축한 입자는 세정액에 의하여 신속히 용해되고 높은 pH에서 용해되었을 때 암모니아는 증발하여 순환을 반복한다. 이것은 가스-액체내면을 통하여 산성가스를 확산시킬 필요성 즉 가스 흡착 조작에서 속도조절단계를 제거한다. 세정 시스템내에 암모니아의 낮은 농도를 유지함으로부터 결과된 악력강하에 따른 절약은 연속적으로 공급되어야 하는 암모니아의 비용보다 크다.

이미 설치된 세정기내의 석회암을 탄산나트륨으로 치환하였을 때 시스템의 SO₂흡수력은 증가하며 만일 소량의 암모니아 농도 즉 1%이하의 농도가 시스템내에 유지 되었다면 SO₂흡수력은 보다 증가된다. 이미 설치된 장치의 탈황능력을 증가시킴에 의하여 증가된 유황함량을 가진 연료를 연소시켜 시스템으로부터 나오는 SO₂를 허용량까지 제한할 수 있게 되었다. 연료의 가격은 연료의 유황함량에 따라 역으로 변하므로 보다 저렴한 연료를 연소시켜 증기를 발생시키는 조작에 부가적인 절약을 제공하게 된다.

본 발명은 상술한 특별한 형태의 장치에 따르지 않고 어떤 적당한 스러리-가스 접촉장치가 SO₂와 CO₂흡수단계에 사용될 수도 있으며 원심분리기, 여과기나 침전기의 여러 가지 형태가 고체를 스러리로부터 분리시키기 위하여 사용될 수 있다. 본 공정은 스러리내에 어떤 고체들이 여과액내에 존재할 때 어떤한 손실도 없는 장점을 가지며 이러한 장치는 낮은 수분함량의 여과 케이크를 수득하도록 대치될수도 있다. 환원단계는 반응물과 생성물은 고체로 남아있게 또는 이들이 용융하는 높은 온도에서 실시할 수 있음은 상술된 바와 같다.

반응물이 고체로 남았을 때 환원은 직접 가열하는 회전로 또는 다중 난로내에서 실시할 수 있다. 유황화나트륨을 포함한 혼합물을 용융하는 온도에서 반응을 실시할 때 반응기는 환원시키고자 하는 나트륨염과 반응물을 첨가하기 위한 장치가 있는내화물로 된 용기로 되었다. 어떤 환원물을 연소하여 필요한 열을 제공하기 위하여 공기를 혼합물 내에 불어 넣는다. 생성물 출구를 장치함에 의하여 전체조작은 연속적으로 이루어질 수 있다. H.S와 탄산나트륨을 생성하는 유황화 나트륨과 중탄산나트륨사이의 반응은 180°-220℃의 온도엣 실시되며 초기 혼합물내에 수분의 양을 증가 시키기 위하여 보다 낮은 온도가 사용될 수 있다. 압력 수증기를 이용하고자할 때 이러한 반응을 실시하기 위하여 회전 수증기관 하소기가 특히 유용한 장치이다. 공지된 도우템(dowtherm) 같은 높은 비등점을 가진 열 전달 유체가 높은 압력 수증기 대신에 사용될 수 있고 Na₂S와 NaHCO₃의 초기 혼합물을 밀폐 조건하에 반응 올도까지 가열할 수 있는 다른 장치들이 사용될 수 있다. 간접 가열되는 회전로 뿐만 아니라 다중 난로가 사용될 수 있다.

본 발명의 경제적 인면에 영향을 주는 요인의 하나는 H₂S를 회수하는데 요하는 에너지의 양이다. 이것은 H₂S를 방출시키기 위하여 가열되는 Na₂S와 Na₂HCO₃의 혼합물의 수분함량에 의하여 많은 영향을 받는데 수분함량이 높으면 높을수록 혼합물을 가열하여야 하는 온도는 보다 낮다. 비록 어떤 환경하에서 3배의 양을 증발시키는 것이 좋으나 방출된 H₂S의 파운드당 2-3파운드의 물이 증발하도록 수분함량을 조절한다. 만일 혼합물을 약 200℃로 가열한다면 다소작은 수분이 초기 혼합물내에 존재할 때 보다 우수한 전환을 수득할 수 있었다.

요약하면 본 발명은 SO₂-함유 배기가스를 정제하여 깨끗한 무해배기 가스로서 대기에 배기시키는 동시에 유황을 회수하기 위한 개량된 공정을 제공한다. 하기 청구범위에서 정의된 바와 같이 본 발명의 범위를 변환시킴이 없이 공정 및 비율에 대한 변형을 사용할 수도 있다.

Claims (1)

1. 나트륨과 알카리성 물질은 재순환된 고체탄산나트륨의 첨가에 의하여 흡수 매체내에 공급되고 가스와 흡수매체를 받아드리기 위한 입구와 가스와 흡수매체를 배출시키기 위한 출구를 가진 유출가스를 수용성 알카리나트륨을 함유하는 흡수매체와 접촉시켜 이산화유황과 일부의 산호를 흡수시너무흡수매체내에 분산된 아황산나트륨과 황산나트륨의 혼합고체로 구성된 고체 입자혼합물을 형성하는 가스접촉흡수장치(1) : 입구와출구를 가진 흡수매체로부터 고체입자를 분리하기 위한 첫 번째 분리장(9) ; 가스접촉장치의 출구로부터 첫 번째 분리장치까지 흡수매체를 운반하기 위한 첫 번째 운반장치(4) : 입구와 출구를 가진 분리된 고체 입자를 환원하여 아황산 나트륨 릉 형성시키기 위한 환원장치(19) : 분리된 고체 입자를 첫 번째 분리 장치의 입구로부터 환원장치의 입구에 운반하기 위한 둘째 운반장치(11, 18)입구와 출구를 가진 고체아황산나트륨과 중탄산나트륨의 혼합물을 형성하기 위한 혼합장치(24) : 고체 아호아산나트륨을 환원장치의 출구로부터 혼합장치의 입구로 운반시키기 위한 셋째 운반장치(23) : 입구와 출구를 가진 공기의 부재하에서 혼합물을 중탄산나트륨이 탄산나트륨과 이산화탄소로 전환시켜 유화수소가스와 탄산나트륨을 형성시킬 수 있는 온도까지 가열하기 위한 가열장치(26) : 혼합물을 혼합장치의 출구로부터 가열장치의 입구까지 운반하기 위한 넷째 운반장치(25) : 입구를 가진 유화수소 가스를 회수하기 위한 회수장치 : 유화수소가스를 가열장치의 출구로부터 회수장치의 입구까지 운반하기 위한다섯번째 운반장치(27) : 입구와 출구를 가진 중탄산나트륨으로 포화된 용액내에서 가열장치에 의하여 형성된 탄산나트륨의 일부를 이산화탄소와 반응시켜 용액내에 분산된 중탄산나트륨의 고체 입자로 구성된 스러리를 형성시키기 위한 반응장치(30) : 탄산나트륨의 일부를 가열장치의 출구로부터 반응장치의 입구까지 운반하기 위한 여섯 번째 운반장치(29) : 출구와 입구를 가진 중탄산나트륨의 입자를 반응장치에 의하여 형성된 스러리로부터 분리하기 위한 둘째 분리장치(37) : 스러리를 반응 장치의 출구로부터 둘째 분리장치의 입구로 운반하기 위한 일곱 번째 운반장치(31) 및 분리된 입자를 둘째 분리장치의 출구로부터 혼합장치의 입구까지 운반하기 위한 여덟 번째 운반장치(38)로 구성됨을 특징으로 하는 유출가스내에 함유된 이산화유황으로부터 유화수소를 제조하는 공정.

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