KR920002062B1 - 배기가스처리를 위한 습식 탈황방법. - Google Patents

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KR920002062B1 KR1019880012035A KR880012035A KR920002062B1 KR 920002062 B1 KR920002062 B1 KR 920002062B1 KR 1019880012035 A KR1019880012035 A KR 1019880012035A KR 880012035 A KR880012035 A KR 880012035A KR 920002062 B1 KR920002062 B1 KR 920002062B1
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Abstract

내용 없음.

Description

발명의 명칭]
배기가스처리를 위한 습식 탈황방법
[도면의 간단한 설명]
제1도는 본 발명에 사용되는 배기가스처리장치의 도식적 설명이다.
제2도는 실시예에서 사용되는 배기가스처리장치의 도식적 설명이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 반응기 2 : 배기가스 인입관
3 : 냉각장치 4 : 파이프
5 : 안개분리기 6 : 방출파이프
7 : 석고분리기 8 : 비산재 분리기
9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 : 도관 19, 20, 21, 22 : 노즐
[발명의 상세한 설명]
본 발명은 배기가스처리를 위한 습식 탈황방법, 보다 상세히는, 배기가스에 포함된 SO2와 다른대기 오염 물질, 특히 HF, HCL 및 분진(비산재)을 효율적이고 완전히 제거하는 방법에 관한 것이다.
SO2과 비산재와 같은 대기 오염물질을 제거하기 위한 흡수제를 포함하는 용액이나 슬러리와 배기가스를 접촉시키는 습식 탈황공정은 널리 알려져 있다. 지금까지 다양한 공정이 제안되었고 열보일러 등에서 생기는 배기가스의 처리를 위하여 다수의 상업용 장치들이 실제로 사용되었다. 이들 공정중에서, 석회석이 흡수제로 사용되고 부산물로 석고가 생성되는 공정이 가장 널리 사용된다. 이와같은 공정의 중심기술을 이루는 이산화황 흡수탑으로서 여러 유형의 흡수탑이 채택되었다. 분무탑과 충전탑이 대표적인 흡수탑이다. 그러나 분무탑은 기체-액체 접촉공간이 구조적으로 희박하여 스케일링과 고장에 잘 견디는 장점이 있는 반면, 충전탑은 기체-액체 접촉이 꼬부라진 공간에서 실행되므로 높은이산화황 제거 효율을 제공한다. 분무탑은, 예를들어 미립자를 형성하고 기체-액체의 접촉을 실행하기 위하여 크고 높은 수두펌프를 이용하여 다량의 흡수제 슬러리 액체를 재순환시켜야 하므로 많은 양의 전력과 큰 설치비를 필요로 한다. 더구나 흡수제 슬러리 액체를 재순환시키는 펌프는 출발에 따라 작동하거나 정지시켜야 하므로 보일러의 정지와 부하변이 및 운전제어가 복잡해진다.
이와는 반대로 충전탑은 기체-액체의 접촉부피가 커야하고 고체가 축적되기 쉬운 결점을 갖고 있어 가스와 흡수제 슬러리 액체가 흐르는 복잡한 통로 때문에 고장을 야기하고 스케일링의 세척을 어렵게 한다. 부가적으로 두 형태의 탑은 장치를 밀집하여 만들 수 없으므로 커다란 설치면적을 필요로 한다. 특히 석탄을 연료로 사용하는 보일러로부터 방출되는 배기가스는 비산재라 불리는 상대적으로 다량의 분진에다 석탄의 종류에 따라 HCL와 HF와 같은 대기 오염물질을 포함한다. 그래서 SO2의 제거뿐만 아니라 흡착을 통한 이들 오염물질의 제거까지 완전히 고려한 배기가스 처리의 경제적 방법을 수립하는 것이 필요하다. 배기가스내에 약 200ppm과 150ppm의 높은 농도로 각각 포함되어 있는 HCL 및 HF는 칼슘화합물과 반응하여 염화칼슘과 불화칼슘을 형성하는 경향때문에, SO2흡수를 위하여 제공된 석회석과 반응할 수 있다. 이러한 반응 과정 동안에 주목적인 이산화황의 흡수제거가 방해된다. 따라서 통상적 유형의 흡수탑을 이용한 습식 배기가스 탈황 시스템에서는 석회석을 포함하는 슬러리의 반응성이 낮아진 결과 SO2제거의 갑작스러운 감소 및 석회석 활용요의 상당한 감소현상이 종종 나타낸다.
본 발명은 상기의 문제점을 극복하는 관점에서 만들어졌으며 이산화황뿐만 아니라 석탄보일러 배기가스에 다량 포함되어 있는 비산제, HCL 및 HF를 함유하는 대기오염물질까지 완전히 처리하여 배기가스를 효율적으로 정제하는 공정의 제공을 목적으로 한다.
본 발명에 따라, 배기가스에 포함되어 있는 이산화황과 비산재와 같은 대기오염물질을 (a) 석고뿐만 아니라 석회석 또는 소석회와 같은 칼슘 화합물을 포함하는 수성 흡수제를 배기가스에 진하게 분무하고; (b) 수직의 개방단 파이프 내부로 분무한 배기가스의 분출을 막아 환상의 제트기류 또는 액체와 고체를 수반하는 기체 연속 흐름을 형성하여, 배기가스에 포함된 SO2와 비산제 부분을 액체로 전달하고; (c) 상기의 수직 개방단 파이프로부터 환상의 제트기류를 잘 혼합된 용기에 있는 수성 흡수제에 스퍼지하여 수성 흡수제의 얕은 상단부의 액체 연속상에 미세한 기포를 포함하는 제트기포층이나 액체/고체/기체의 삼상 혼합층을 형성으로써 대부분의 SO2와 비산재를 가스로부터 제거하고, (d) 수성 흡수제의 깊은 하단부안으로 공기를 분산 도입하여 산소를 함유하는 미세한 기포의 기류를 제공함으로써 제트기포층을 포함한 전체 용기까지 흡수된 SO2와 다른 아황산염을 산화시켜 상기 흡수제의 화학적 산소요구량(COD)을 감소시키면서 조악한 석고 결정을 형성하고; (e) 수성흡수제의 일부분을 회수함으로써 석고의 농도를 미리 결정된 범위로 유지하는 단계를 포함하는 공정에 의해 제거한다.
흡수제로는 이산화황과 반응할 수 있는한 어떤 물질로 사용될 수 있다. 따라서 수산화나트륨, 수산화마그네슘 및 암모니아와 같은 나트륨 화합물, 마그네슘 화합물 및 암모늄 화합물이 본 발명의 공정에 사용될 수 있다. 이들 혼합물은 일반적으로 칼슘화합물보다 비싸지만 생성된 흡수액이 슬러리의 형태가 아니라는 장점이 있다.
소석회와 같은 알칼리 유형의 흡수제를 포함하는 액체를 제트 기포층으로부터 분리된 가스에 진하게 분무함으로써 가스로부터 대기 오염물질을 실제로 완전히 제거하는 것이 바람직하다.
또한 배기가스가 다량의 말하자면 200㎎/N㎥의 비산재를 포함할때는 고온의 배기가스를 미리 부분적으로 냉각시키는 것이 바람직하다. 이 방법에 의해 비산재는 석고로부터 따라 회수될 수 있다.
다른 견지에서, 본 발명은 (a) 배기가스를 가습지역으로 도입하여 배기가스가 가습지역내로 분무된 가습액체와 직접 접촉하게 함으로써 가습된 배기가스를 포함하는 혼합물을 수득하고; (b) 혼합물을 가습지역으로부터 각각이 반응기내로 뻗어있고 각각이 고속으로 흐르는 혼합물의 내부직경을 갖는 하나 또는 그 이상의 수직튜브를 갖는 혼합지역으로 도입하여 기체, 액체 및 고체상으로 구성되어 있고 기체상이 연속상을 형성하는 제트흐름을 형성함으로써 이산화황의 일부분이 액체상에 흡수된 액체상에 의해 비산재의 일부분을 포집시키고; (c) 제트흐름을 반응기내에 포함된 흡수제를 함유하는 슬러리에 주입하여 슬러리 상단부에 액체상은 연속상으로 형성되고 기체, 액체 및 고체상으로 구성된 제트기포층을 형성하게 함으로써 제트기포층의 기체상에 포함된 이산화황을 슬러리에 흡수시키고 제트기포층의 고체상에 포함된 비산재를 슬러리에 포집되도록 하고; (d) 반응기로부터 제트기포층 아래의 처음부분의 슬러리를 방출하여 가습액의 적어도 일부분으로서 가습지역으로 재순환시키고; (e) 회수를 위하여 반응기로부터 제트기포층 아래의 두번째 부분의 슬러리를 방출하는 단계를 포함하는 이산화황과 비산재를 함유하는 배기가스 처리방법을 제공한다.
(f) 제트기포층을 이탈하는 가스를 세정을 위하여 반응기내의 슬러리위의 상단공간에 분무한 세정액과 직접 접촉하게 하고; (g) 반응기로부터 세정된 가스를 회수하고; (h) 반응기로부터 제트기포층 아래의 세번째 부분의 슬러리를 방출하여 세정액의 일부분으로서 단계(f)로 재순환시키는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
산소를 포함하는 가스는 반응기의 하단부에 이송하는 것이 바람직하고 현장에서 아황산이나 아황산염을 석고와 같은 황산염으로 산화시키기 위하여 슬러리를 통하여 기포가 발생하도록 해 준다.
본 발명은 첨부된 도면을 참고하여 아래에서 상세히 설명될 것이다.
흡수제로서 석회석이 사용되는 제1도에서는, 보일러, 가열로, 소각로, 황산플랜트 또는 유사 플랜드에서 방출된 배기가스를 배기가스 인입관 2로 도입하고 도관 11을 통하여 공급된 물을 노즐 19로부터 분무한다. 그후 배기가스는 가스 냉각및 가습장치 3에서 노즐 20으로부터 석회석과 석고를 포함하고 반응기 1로부터 도관 12와 13을 통하여 공급되는 흡수액을 분무함으로써 가습되고 냉각된다.
일반적으로 약 130~200℃의 고온을 갖는 배기가스는 물과 접촉함으로써 처음 냉각된다. 본 발명에서는 배기가스가 흡수제를 포함하는 액체와 접촉하기 때문에 액체의 pH는 낮아지지 않는다. 이것은 재질의 관점에서 유리하다. 즉, 배기가스가 단순한 물로 직접 냉각될때는 pH가 1 또는 그 이하로 내려가므로 양질의 재료가 필요하다. 이와는 달리 pH는 단지 약 4~5로 감소된다. 더구나 석고를 용해시키는 액체가 사용되기 때문에 물의 증발의 결과로 불가피하게 고체가 형성되는 반면, 희박한 내부를 갖는 분무식으로 단계가 수행되기 때문에 고장이 일어나지 않는다.
그런후 배기가스와 흡수제 슬러리의 혼합물은 파이프 4를 통과한다. 미세한 액체입자의 결과 표면적의 증가로 물질전달 효율이 높고 혼합물이 파이프 4를 고속으로 통과하기 때문에 SO2, 비산재, HCL 및 HF 부분이 가스로부터 제거된다. 이산화황은 흡수제 슬러리 액체와의 접촉때문에 아황산 또는 아황산염의 형태로 액체로 전달되어 다시 배기가스에 남아있는 산소와 반응하여 파이프 4내에 석고를 새로이 형성한다. 그러나 석고는 원래 파이프 4내의 액체에 포함되어 있고 이 석고는 종자 결정으로서의 역활을 하므로 석고의 스케일링은 방지된다.
가스가 형성하는 연속상에 있는 고속의 기체/액체/고체 삼상기류는 파이프 4의 하단부에서 반응기 1내에 포함된, 석회석과 석고를 함유하는 흡수제 슬러리 액체의 얕은 상층으로 주입되어 액상이 연속상을 형성하는 액체/고체/기체 삼상 혼합체(제트기포층)을 형성함으로써 이산화황과 비산재가 가스로부터 거의 완전히 제거된다.
제트기포층은 배기가스와 흡수액의 기포사이의 기체-액체 접촉이 진행되고 액체상이 연속상을 형성하는 층이다. 가스가 자신의 에너지에 의해 흡수액과 충돌함으로써 야기되는 기포의 분리결과로 생기는 격렬한 기체-액체간의 접촉과 제트기포층에서 분리된 기포의 격렬한 변형의 결과로 생기는 효율적인 기체-액체간의 접촉이 둘다 실행된다. 이리하여 액체상이 연속상을 형성하고 기체-액체 접촉이 실행되는 제트기포 생성에서 높은 효율의 기체-액체 접촉이 달성된다. 더구나 기체-액체 접촉층의 높이는 1m이내이기 때문에 밀집성을 획득할 수 있다.
따라서 흡수제 슬러리 액체의 pH가 3~5의 범위에 있을때에도 적어도 95%의 요구되는 이산화황 제거율을 유지할 수 있다. 이리하여 석회석의 이용은 높아지는 반면에 반응하지 않는 석회석의 양은 일반적으로 1중량% 이내로 억제할 수 있다. HCL과 HF의 존재가 제거율과 사용요인에 악영향을 미치는 경우는 거의 없다. 더구나 배기가스는 가습되고 포화되기 때문에 파이프의 벽은 항상 물에 젖어 있어서 파이프내의 배기가스와 흡수액사이의 기체-액체상의 경계면에서 야기된 흡수액에 용해된 물질의 증발 및 농축으로 인한 벽내부에 고체의 침전은 일어나지 않는다.
SO2와 같은 대기 오염물질의 제거는 파이프내의 고속의 연속기체 기류와 파이프외부의 제트기포 생성에 의한 2단계 흡수기구에서 실행된다. 따라서 가스주입 파이프(스퍼저파이프)의 흡수액안으로의 침지 깊이는 상대적으로 얕아서 배기가스 공급팬에 필요한 전력비용은 최소화된다. 특히 가스기포가 액체에 둘러싸이는 방식으로 흡수가 수행될때는 접촉확률이 높아져서 대기오염 물질은 효과적으로 제거되고 비산재의 양은 5㎎/N㎥ 이하로 된다. 석회석은 슬러리로 형성된 이후에 장치에 공급된다. 높은 pH값을 주는 이 슬러리가 흡수제 슬러리 액체로부터 분리된 가스에 분무될 때 가스에 남아있는 SO2는 슬러리에 흡수되어 SO2제거율은 그정도로 개선되고 높은 성능의 장치가 수득될 수 있다.
제트기포층을 이탈하는 가스에 석회석의 혼합물, 모액제 및/또는 흡수액이 노즐 21에서 도관 9, 14 및 18을 경유하여 분무된다. 이 슬러리의 양이 작은 반면 pH가 높기 때문에 가스에 남아있는 이산화황은 효율적으로 제거된다. 안개분리기에서 인트레인먼트를 제거한 후에 정제된 가스는 방출파이프 6으로부터 대기로 방출된다.
흡수액의 이산화황이 흡수와 동시에, 도관 10과 노즐 22를 통하여 반응기 1의 바닥에 있는 흡수액으로 주입된 대기에 산화되어 황산을 형성하므로 흡수액은 산성화된다. 흡수액이 산성이기 때문에 노즐 21에서부터 공급된 석회석은 재빨리 용해되어 황산과 반응하여 석고를 형성한다. 따라서 흡수액내에 반응을 하지 않는 아황산 칼슘과 반응을 하지 않은 석회석의 양은 낮다. 안개분리기 5에서 배기가스에 포함된 이산화황과 산소와 침전되는 흡수액 인트레인먼트에 포함된 반응하지 않은 물질의 반응결과로 생기는 석고의 형성에 의해서 야기되는 딱딱한 스케일이 형성되지 않는다. 흡수액에 5~30% 포함된 석고는 종자 결정으로서의 역할을 하고 흡수액에 석고의 과포화를 감소시킬 수 있다. 이리하여 석고는 장치의 벽보다도 종자 결정의 표면에 나타나서 석고의 침전물 형성에 의한 스케일링을 피할 수 있다. 이렇게 형성된 석고는 도관 15를 통하여 방출되어 흡수액에 5~30% 농도로 맞추어져 회수를 위하여 석고 분리기 7로 도입된다.
석고 분리기 7에서 분리된 모액의 일부분은 도관 16과 17을 통하여 회수되어 염화칼슘, 불화칼슘 및 비산재의 농도를 일정하게 유지한다. 모액은 비산재와 불화칼슘의 제거를 위하여 비산재 분리기 8에 공급되고 폐수로서 시스템으로부터 방출된다.
본 발명에 따르면, SO2뿐만 아니라 아니라 배기가스에 포함된 HCL, HF 및 비산재를 따로이 제거할 필요없이 동시에 처리할 수 있다. HCL 또는 HF 어느것도 탄산칼슘의 반응성에 역효과를 미치지 않는다. 더구나 SO2의 제거는 파이프내의 고속의 분무기류와 파이프 외부의 고속의 기포흐름에서 2단계로 실행되기 때문에 높은 탈황율을 수득할 수 있다. 2단계 기구는 단일 파이프의 내부와 외부의 밀집된 공간에서 실행되기 때문에 장치는 단순하고 경제적이다. 부가하여 2단계 흡수기구는 기체-액체 접촉이 효과적으로 수행되도록 해주기 때문에 흡수액의 pH가 낮게 조정되어 있을때에도 원하는 이산화황 제거율을 얻을 수 있다. 2개의 고속의 분무흐름 중에서 하나는 배기가스의 냉각 및 가습을 위하여 기체-액체의 직접적 접촉을 실행하는 역할을 하고 다른 하나는 시스템에 석회석과 같은 흡수제를 제공하는 역할을 하기 때문에 장치 비용을 감소시킬 수 있다는 장점을 가진다.
다음의 실시예는 본 발명을 더욱 설명할 것이나 어떠한 방식으로든 특허청구의 범위를 제한하지는 않는다.
[실시예]
배기가스 처리에 사용되는 장치의 유형은 제2도에 나타난다. 원형의 단면도를 가지는 반응기 1은 1000㎜의 직경을 갖는다. 액체의 높이는 2000㎜이다. 스퍼저 파이프로는 4인치의 직경을 갖는 12개의 튜브가 사용된다. 튜브의 주입구는 약 100㎜의 깊이로 조정한다. 800ppm의 이산화황, 80㎎/N㎥의 분진, 3%의 산소, 90㎎/N㎥의 HCL 및 170㎎/N㎥의 HF를 포함하는 배기가스는 배기가스 공급관 2를 통해 4000N ㎥/h의 속도로 가스 가습 및 냉각장치 3에 도입하고, 도관 12 및 13을 통해 반응기 1로부터 공급된 10-20%이 석고 함량을 갖는 흡수액을 분무노즐 20으로부터 4㎥/h의 공급속도로 분무한다. 배기가스는 분무된 슬러리와 함께 스퍼저 파이프 4로 공급되고 반응기 1내의 흡수액으로 제트기포를 생성하여 이산화황, 분진, HCL 및 HF를 제거한다. 제트기포층을 이탈하는 가스에 약 10㎏/h의 석회석의 혼합슬러리, 모액 및 도관 9, 14 및 18을 통하여 공급된 흡수액을 노즐 22로부터 2㎥/h의 속도로 분무한다. 안개분리기 5에서 인트레인먼트를 제거한 후에 가스는 정제된 가스로 시스템 바깥으로 방출된다. 이렇게 흡수된 이산화황은 도관 10을 통하여 공급된 공기에 의하여 산화되고 노즐 22로부터 흡수액으로 주입되어 황산을 형성하고, 이것은 다시 상기 석회석과 반응하여 석고로 전환된다. 이렇게 형성된 석고는 흡수액에서 그의 농도를 10-20%의 범위로 유지하기 위하여 도관 15를 통하여 방출되고 회수를 위하여 석고분리기 7로 도입된다.
배기가스의 계속되는 처리결과 93-96%의 높은 탈황율을 수득한다. 출구 부분에서의 분진농도는 높은 분진 제거효율을 수득할 수 있음을 나타내는 1-5㎎/N㎥이다. 출구부분의 HCL 및 HF의 농도는 미량이다. 회수된 석고의 등급은 아래에서 보인 바와 같다.
[표 1]
Figure kpo00001
노즐 20 및 21로부터 흡수액을 분무함으로써 탈황 효과를 조사하기 위하여 노즐 20 및 21에 흡수액의 공급을 중단한다. 대신 1인치 파이프를 통하여 스퍼저 파이프의 하단에 인접한 위치에 석회석을 공급한다. 그 결과 탈황율은 87-90%로 감소한다. 액체내에 스퍼저 파이프 4의 침지깊이가 200㎜로 증가할때, 93-96%의 탈황율을 수득할 수 있다. 이렇게 해서 노즐 20 및 21로부터 흡수액을 분무하는 것이 배기가스 공급팬의 전기소모를 상당히 감소시키는데 효과적임이 밝혀진다. 노즐 20으로부터 슬러리의 분무를 중단할 때 스퍼저 파이프 4의 벽내부에 침전물이 발견되고, 따라서 장시간 작동을 계속하는 것은 불가능하다.

Claims (6)

  1. (a) 석회석 또는 소석회와 같은 칼슘 화합물뿐만 아니라 석고를 포함하는 수성 흡수제를 배기가스에 진하게 분무하고; (b) 분무된 배기가스를 수직의 개방된 파이프 내부로의 분출을 막아 환상의 제트기류 또는 액체 및 고체를 수반하는 기체-연속 흐름을 형성하여 배기가스에 포함된 이산화황 및 비산제 부분을 액체로 이동시키고; (c) 상기 수직 개방단 파이프로부터 환상의 제트기류를 잘 혼합된 용기내의 수성 흡수제로 스퍼지하여 수성 흡수제의 얕은 상단부의 액체-연속상에 미세한 기포를 함유하는 제트기포층 또는 액체/고체/기체 삼상 혼합층을 형성함으로 이산화황과 비산재의 대부분을 가스로부터 제거하고; (d) 공기를 수성 흡수제의 깊은 하단부로 분산 도입하여 제트기포층을 포함하는 전체 용기를 통하여 산소를 함유하는 미세한 가스 기포의 기류를 제공함으로써, 흡수된 이산화황 및 다른 아황산염을 산화시켜 흡수제의 화학적 산소 요구량(COD)은 감소시키면서 조악한 석고 결정을 형성하고; 그리고 (e) 수성 흡수제의 일부를 회수하여 석고의 농도를 미리 결정된 범위로 유지하는 단계를 포함하는 배기가스내에 함유된 이산화황 및 비산재와 같은 대기오염 물질의 처리방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기의 화합물이 이산화황과 반응할 수 있는 나트륨 화합물, 마그네슘 화합물, 암모늄 화합물 및 그의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된 시약이고, 석고는 상기 시약의 임의의 황산염인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 고온의 배기가스가 미리 가습되고 냉각되는 방법.
  4. 제2항에 있어서, 고온의 배기가스가 미리 가습되고 냉각되는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 단계 (c)에서 흡수제 슬러리 액체의 pH가 3 내지 5인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 석회석과 같은 알칼리성 화합물을 포함하는 액체를 제트기포층을 이탈하는 가스에 진하게 분무하는 것을 특징으로 하는 방법.
KR1019880012035A 1987-09-16 1988-09-16 배기가스처리를 위한 습식 탈황방법. KR920002062B1 (ko)

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JP62-231717 1987-09-16
JP23171787 1987-09-16

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