[논문]오존발생장치와 흡수환원법을 이용한 배기가스 동시 탈황 탈질 공정

목영선; 이주혁; 신동남; 고동준; 김경태

[국내논문] 오존발생장치와 흡수환원법을 이용한 배기가스 동시 탈황 탈질 공정
Simultaneous Removal of $SO_2$ and NOx Using Ozone Generator and Absorption- Reduction Technique 원문보기

대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, v.28 no.2, 2006년, pp.191 - 196

목영선 (제주대학교 청정화학공학과) , 이주혁 (제주대학교 청정화학공학과) , 신동남 (포항산업과학연구원 환경연구팀) , 고동준 (포항산업과학연구원 환경연구팀) , 김경태 (포항산업과학연구원 환경연구팀)

초록
AI-Helper

유전체장벽방전에 의해 발생된 오존을 배기가스에 주입하면 질소산화물의 주성분인 NO가 빠르게 $NO_2$로 산화된다. 일단 NO가 $NO_2$로 산화되면 다음 단계에서 황화나트륨이나 아황산나트륨과 같은 환원제에 의해 쉽게 $N_2$로 환원될 수 있다. 본 연구에 사용된 환원제들은 $SO_2$도 효과적으로 제거시킬 수 있으므로 $NO_x$와 $SO_2$를 동시에 처리하는 것이 가능하다. 오존처리실과 흡수환원반응기로 구성된 본 연구의 2단계 공정은 모사 배기가스에 포함된 $NO_x$를 95%, $SO_2$를 100% 제거시킬 수 있었다. 환원제인 황화나트륨으로부터 발생되는 황화수소는 강염기인 수산화나트륨을 환원제와 함께 사용함으로써 방지할 수 있었다. $NO_x$와 $SO_2$를 동시에 처리하기 위한 환원제로 $Na_2SO_3$보다 $Na_2S$가 더 우수한 성능을 보여주었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The injection of ozone, produced by dielectric barrier discharge, into the exhaust gas gives rise to a rapid oxidation of NO that is the main component of nitrogen oxides($NO_x$) in most practical exhaust gases. Once NO is converted into $NO_2$, it on readily be reduced to $N_2$ in the next step by a reducing agent such as sodium sulfide and sodium sulfite. The reducing agents used ca also remove $SO_2$ effectively, which makes it possible to treat $NO_x\;and\;SO_2$ simultaneously. The present two-step process made up of an ozonizing chamber and an absorber containing a reducing agent solution was able to remove about 95% of the $NO_x$ and 100% of the $SO_2$, initially contained in the simulated exhaust gas. The formation of $H_2S$ from sodium sulfide was prevented by using a strong basic reagent(NaOH) together with the reducing agent. The removal of $NO_x$\;and\;SO_2$ was more effective for $Na_2S$ than $Na_2SO_3$.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

NO*와 SO?를 동시에 제거할 수 있는 배기가스 처리 기술을 제시하는 것이다. 본 연구를 위해 DBD 장치가 오존발생 기로 사용되 었고 황화나트륨과 아황산나트륨이 환원제로 사용되었다.
본 연구의 주요 목적은 오존 주입 방법과 환원제를 사용하여 NO*와 SO?를 동시에 제거할 수 있는 배기가스 처리 기술을 제시하는 것이다. 본 연구를 위해 DBD 장치가 오존발생 기로 사용되 었고 황화나트륨과 아황산나트륨이 환원제로 사용되었다.
그러나 약 70 min의 시간이 경과한 후 NO의 농도가 얼마간 급격히 상승하다가 감소하였고, 이때 고농도의 HzS가 발생되었다. 이 결과는 환원제 용액의 pH 감소, 즉 산성도가 증가하여 일어난 현상으로서 뒤에서 자세히 살펴볼 것이다. 한편 약 110 min의 시간이 경과한 후부터는 NO₂의 농도가 점차 증가하였다.

제안 방법

, Japan) 이용되었다. DBD 장치에 인가된 고전압은 1000 : 1 고전압 프로브(PVM-4, North Star Research Corporation, USA)와 디지털 오실로스코프 (TDS 3032, Tektronix, USA)를 이용하여 측정하였다.
NO 와 NO 의 농도는 화학발광 NO-NO₂-NOx 분석기 (Model 42C, Thermo Environmental Instruments, Inc., USA)를 이용하여 분석하였으며, 오존 농도의 측정을 위해 휴대용 기체분석기 (Porta Sens Ⅱ, Analytical Technology, Inc., USA)가 사용되었다. SO₂ 농도는 배기가스 분석기(GreenLine MK2-9.
, USA)가 사용되었다. SO₂ 농도는 배기가스 분석기(GreenLine MK2-9.007, Eurotron)를 이용하여 분석하였고, 황화수소 농도 측정에는 검지관(Product number 4HM, Gastec Co., Japan) 이용되었다. DBD 장치에 인가된 고전압은 1000 : 1 고전압 프로브(PVM-4, North Star Research Corporation, USA)와 디지털 오실로스코프 (TDS 3032, Tektronix, USA)를 이용하여 측정하였다.
모사 배기가스는 공기에 고농도 NO 가스 (5%(v/v), 질소밸런스) 및 고농도 SO 가스 (5%(v/v), 질소 밸런스)를 희석하여 제조하였다. 고농도 NO 가스 및 고농도 SO₂ 가스의 유량은 질량유량조절기(MFC, Model 1179A, MKS Instruments, Inc.
황화나트륨은 배기가스 처리과정 중에 황화수소를 발생시킬 수 있는데, 황화수소 생성을 방지하기 위하여 수산화나트륨과 같은 염기성 물질이 환원제와 함께 사용되기도 하였다. 본 연구에서 제안된 공정의 탈황 탈질 성능은 모사 배기가스를 이용하여 평가되었다.
아황산나트륨은 Wellman-Lord 공정으로 알려진 상용 재생식 탈황공정의 주요 반응제인데, 아황산나트륨은 NCh를 N₂로 환원시키는 능력이 있어 오존을 이용하여 NO를 NCh로 산화시키면 동시 탈황 탈질에 이용될 수 있다. 위에서와 마찬가지로 흡수환원반응기 입구(오존처리실 출구)의 NO와 NO₂ 농도를 대략 10과 290 ppm으로 조절하였으며, 아황산나트륨의 농도는 0.3-2.4%(w/w) 범위로 변화시켰다. 아황산나트륨에 의한 NO₂와 SO₂ 제거반응은 다음과 같다.
유전체장벽방전을 이용하여 생성된 오존을 주입하여 배기가스를 1차 처리한 후 흡수환원반응기에 통과시켜 NOx와 S6를 동시에 처리하는 2단계 공정이 제시되었다. NOx의 주성분인 NO는 오존에 의해 빠르게 NO?로 산화될 수 있었으며, 다음 단계에서 환원제에 의해 쉽게 N₂로 환원되었다.

대상 데이터

9H20)로 Mallinckrodt Laboratoiy Chemicals(USA)에서 구입하였으며, 아황산나트륨 무수물은 DC Chemical Co.(Korea)에서 구입하였다. 이들 환원제와 N₆의 반응생성물은 황산나트륨(NazSCU)인데, 황산나트륨은 무독성의 수용성 물질이다.
제시하는 것이다. 본 연구를 위해 DBD 장치가 오존발생 기로 사용되 었고 황화나트륨과 아황산나트륨이 환원제로 사용되었다. 황화나트륨과 아황산나트륨은 NQ 뿐만 아니라 SO₂도 제거시킬 수 있으므로 배기가스의 동시 탈황 탈질이 가능하다.

성능/효과

01, International Business Machines Corporation)을 이용하여 수행되었으며, 계산 결과들의 일반적인 경향은 실험데이터와 전반적으로 잘 일치하고 있음을 알 수 있다. Fig. 2의 결과들은 본 연구의 오존주입 방법이 NO를 N₆로 산화시키는 데 성공적으로 이용될 수 있음을 나타내고 있다.
4%(v/w)까지 증가시켜도 NOx 및 SO₂ 제거효율 측면에서 만족할 만한 결과를 얻지 못하였다. 결론적으로 동시 탈황 탈질을 위한 환원제로 아황산나트륨보다 황화나트륨이 더 효과적이다.
2에는 Table 1의 반응들을 이용하여 계산된 NO와 NCh의 농도(solid, dash, dotted lines)가 함께 주어져 있다. 이 계산은 Chemical Kinetics Simulator (Version 1.01, International Business Machines Corporation)을 이용하여 수행되었으며, 계산 결과들의 일반적인 경향은 실험데이터와 전반적으로 잘 일치하고 있음을 알 수 있다. Fig.
황화나트륨을 환원제로 사용하여 얻어진 NOx 제거효율은 95% 내외였으며 SO? 제거효율은 100%였다. 황화나트륨에서 발생되는 H₂S 문제는 환원제 용액의 pH를 높게 유지시킴으로써 해결할 수 있었는데, pH 조절을 위해 수산화나트륨을 사용했을 때 H2S가 발생되지 않음을 확인하였다. 아황산나트륨을 환원제로 사용한 경우 환원제 소모속도가 너무 빨라 높은 제거효율이 유지되는 시간이 너무 짧았다.
이 결과는 NaOH에 의한 산들의 증화로 인해 pH가 높은 상태로 유지되어 반응 (9)와 (10)이 억제되었기 때문이다. 흡수환원반응기 출구의 S6 농도는 실험시간 동안 0을 유지하였으며(100% 제거), NOX 제거효율은 95% 수준이었다. 염기성 물질을 환원제와 함께 사용했을 때의 또 다른 장점은 반응 (3)이외에 상당량의 SO₂가 염기에 의해 제거되므로 상대적으로 값이 비싼 환원제 소모량을 절감할 수 있다는 것이다.

후속연구

아황산나트륨을 환원제로 사용한 경우 환원제 소모속도가 너무 빨라 높은 제거효율이 유지되는 시간이 너무 짧았다. 따라서 본 연구에서 제시된 2단계 공정을 위해서는 환원제용액 제조에 황화나트륨과 강염기성 물질을 혼합사용하는 것이 바람직 한 것으로 판단되며, 본 연구의 공정이 단순하고 탈황 탈질 효율이 매우 높은 장점이 있으므로 각종 배기가스 처리에 적용될 수 있을 것으로 전망된다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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