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직접접촉식 응축기를 통한 가압순산소 연소 배가스 내 SOx, NOx 동시저감 연구
Simultaneous Removal of SOx and NOx in Flue Gas of Oxy-fuel Combustion by Direct Contact Condenser 원문보기

청정기술 = Clean technology, v.25 no.3, 2019년, pp.245 - 255  

최솔비 (한국생산기술연구원) ,  목진성 (한국생산기술연구원) ,  양원 (한국생산기술연구원) ,  류창국 (성균관대학교) ,  최석천 (한국생산기술연구원)

초록
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가압순산소 연소는 발전 공정의 온실가스 포집 기술의 하나로서, $CO_2$의 압축 전 단계에 FGC (Flue gas condensor)를 통해 배가스 내 수분의 잠열을 회수하여 효율을 높일 수 있다. 또한 FGC는 가스의 용해도를 이용하여 $SO_x$$NO_x$를 동시에 효과적으로 제거할 수 있는 장점이 있다. 이 연구에서는 FGC의 방식 중 하나로서 직접 접촉식 응축기를 고안하여 $SO_x$$NO_x$의 저감율을 평가하였다. 특히 가스가 물에 직접 통과할 때 용해를 통한 저감효율을 측정하기 위해 단독가스와 혼합가스로 분리하여 상압에서 10 bar까지의 압력조건을 변수로 실험을 진행하였다. 단독 가스 실험결과 $NO_x$는 상압에서 저감율이 약 20%, 10 bar 압력조건에서 약 76%로 크게 증가하였다. 또한 $SO_2$는 높은 용해도로 전량이 용해하여 초기 저감율에 큰 차이가 나타나지 않았으나, 압력이 증가할수록 최고 저감율이 유지되는 시간이 증가하였다. 동시저감 실험 결과 상압에서 $NO_x$의 저감율은 13%이나, 압력이 상승할수록 헨리법칙에 의한 용해도 증가에 따라 20 bar에서 56%로 증가하였다. $SO_2$는 초기에 다량 용해된 후 다시 배출 농도가 증가하는 폭이 상압에서는 1,219 ppm, 20 bar에서는 165 ppm으로 감소하였다. 결론적으로 $NO_x$$SO_x$ 모두 압력이 높아질수록 저감율이 증가하였으나, 단독가스 실험과 비교하면 저감율이 감소함을 확인하였다. 이는 혼합가스 투입으로 인해 반응기 내부에 채운 물의 산성화가 빠르게 이루어졌기 때문이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Pressurized oxy-fuel combustion is a promising technology for $CO_2$ capture with a benefit of improving power plant efficiency compared with atmospheric oxy-fuel combustion. Prior to $CO_2$ compression in this process, a flue gas condenser (FGC) is used to remove $H_2O$

주제어

표/그림 (16)

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
온실가스 포집기술의 문제점은 무엇인가? 기존 대형 연소설비에서 온실가스를 직접 저감할 수 있는 기술적인 대안은 온실가스 포집 저장(CO2 capture and storage, CCS)이다. 온실가스 포집기술은 CO2의 포집 방식에 따라 연소 전 포집, 연소 후 포집, 순산소 연소 등[1-3]이 있으나, 공정 특성상 높은 설비 비용 및 효율 하락이 수반된다[4]. 이 중 순산소 연소 기술은 공기로부터 분리된 산소를 재순환된 배가스과 혼합하여 산화제로 사용하는 기술이다.
순산소 연소 기술이란 무엇인가? 온실가스 포집기술은 CO2의 포집 방식에 따라 연소 전 포집, 연소 후 포집, 순산소 연소 등[1-3]이 있으나, 공정 특성상 높은 설비 비용 및 효율 하락이 수반된다[4]. 이 중 순산소 연소 기술은 공기로부터 분리된 산소를 재순환된 배가스과 혼합하여 산화제로 사용하는 기술이다. 이를 통해 배가스 내 질소 유입이 최소화하면서 배가스 응축기(flue gas condensor, FGC)를 이용하여 수분을 응축/분리하여 최종 배가스 내 CO2 순도를 높인 후 직접 압축 액화함으로써 수송과 저장이 용이하다[5].
FGC에서 NOx와 SOx의 동시제거 방식을 통해 개선할 수 있는 운전상의 문제점은 무엇인가? 특히, FGC에서 NOx와 SOx의 동시제거 방식은 별도의 열원이나 촉매, 암모니아의 공급이 필요하지 않으며, 기존의 연소 공정에서 선택적촉매반응기(selective catalytic reactor, SCR)와 탈황장치(flue gas desulfurizer, FGD) 등을 설치하여 각각 제거하는 전통적인 방식에 비해 공정의 단순화가 가능하다[8]. 이로 인해 암모니아 슬립(slip), SOx로 인한 촉매 피독 등 운전상의 문제점을 차단할 수 있다. 반면, NOx와 SOx의 높은 제거효율을 달성하기 위해 FGC 내 반응 특성을 이해하고, 이에 기초하여 열교환기 설계와 운전을 최적화하는 것이 필요하다.
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