대기오염방지기술 - 황산화물(SOx) 처리법

1. 중유탈황법

(1) 종류

 - 금속산화물에 의한 흡착탈황

 - 미생물에 의한 생화학적 탈황

 - 방사선화학에 의한 탈황

 - 접촉수소화에 의한 탈황법 -> 가장많이사용

  (온도 : 350~420℃, 압력 : 50~220kg/cm2)

 

(2) 직접탈황법

 - 내독성 촉매를 첨가하여 고온과 고압수조의 존재하여 반응시켜 황과 황화수소(H2S)를 제거

 -Co - Ni - Mo 을 수소첨가촉매로 하여 250~450℃ 에서 30~150kg/cm2의 압력을 가하여 H2S, S, SO2 형태로 제거하는 탈황법

 

 

 

 

 

2. 습식탈황법

(1) 종류

 - 석회세정법

 - 아황산소오다법

 - 암모니아법

 - 가성소다 흡수법

 - 산화마그네슘 세정법

 

(2) 특징

 - 배출가스가 굴뚝으로 배출될 때 확산이 나쁨

 - 반응 효율이 높다

 - 수질 오염의 문제가 크다

 

 

 

 

 

3. 건식탈황법

(1) 종류

 - 건식 석회석 주입법

 - 활성산화망간법

 - 알칼리성 알루미나 흡수법

 - 활성탄흡착법

 

(2) 특징

 - 장치가 대규모이다.

 - 배출가스의 온도저하가 없다.

 - 대용량 처리가 가능하다.

 

 

 

 

 

 

4. 황산화물 처리 반응식 및 계산법

① 아황산가스(SO2) 계산 방법

 

 

아황산가스(SO2) 계산 방법

 

ex) 황함량 1.1%인 중유를 2000kg/hr 로 연소할 때 생성되는 SO2가스의 양(Sm3/hr)은 대략 얼마인가? (단, 황분은 모두 SO2로 된다.)

풀이

 

중유의 황이 모두 SO2로 된다는 반응식을 세운 다음 몰수비에 맞춰서 계산을 하면 된다.

 

S + O2 -> SO2

 

위 반응식에서 황과 이산화황 각각 1몰씩이므로 이산화황의 양을 x라 하면

황 32kg : SO2 22.4Sm3  = 2000kg/hr * 0.011 : x

따라서 계산을 하면 

 

x  = (22.4Sm3 * 2000kg/hr * 0.011) / 32kg

   = 15.4Sm3/hr

 

 

 

② 가성소다(NaOH) 계산 방법

 

 

 

ex) 황 함량이 2.5%인 중유를 9ton/hr으로 완전연소하는 소각시설의 배출가스를 NaOH로 탈황하고자 할 때 이론적으로 필요한 NaOH양(kg/hr)은? (단, 탈황률은 98%로 가정한다.)

풀이

 

황의 연소반응식에서 이산화황과 NaOH 반응식을 사용해서 문제를 풀면 된다.

 

반응식 : S + O2 -> SO2 + 2NaOH -> Na2SO3 + H2O

 

 

이때, 황과 NaOH의 몰 비율이 1 : 2 이므로 계산은 다음과 같다,

32kg : 2 * 40kg = 9*10^3kg/hr * 0.025 * 0.98 : x

따라서

 

x = (9*10^3kg/hr * 0.025 * 0.98 * 2 * 40kg) / 32kg

  = 551.25kg/hr

 

 

 

③ 탄산칼슘(CaCO3) 계산 방법

 

 

 

ex) 황성분이 무게비로 1.6%인 중유를 1000kg/hr로 연소할 때 배출되는 SO2를 CaSO4로 회수하는 경우 시간당 생성되는 CaSO4의 양(kg/hr)은? (단, Ca원자량 : 40, 황분은 전량 SO2로 전환된다고 가정한다.)

풀이

 

건식석회석 주입법 반응식을 사용해서 시간당 생성되는 CaSO4의 양을 구하면 된다. 

반응식을 완성시키면 다음과 같다.

 

반응식 : S + O2 -> SO2 + CaCO3 + 1/2O2 -> CaSO4 + CO2

 

황과 CaSO4의 몰비가 1 : 1 이므로 계산을 하면 다음과 같다.

 

32kg : 136kg = 1000kg/hr * 0.016 : x

 

따라서

x = (1000kg/hr * 0.016 * 136kg) / 32kg

  = 68kg/hr

 

 

 

④ 석회세정법(CaSO4*2H2O) 계산 방법

 

 

 

 

 

ex) 황성분이 1.1%인 중유를 15ton/hr 로 연소할 때 배출되는 가스를 CaCO3로 탈황하고 황을 석고(CaSO4*2H2O)로 회수하고자 할 경우 회수하는 석고의 양(ton/hr)은? 

(단, 황분은 100% SO2로 전환되고, 탈황률은 93%이다.)

풀이

 

우선 황과 산소 반응식을 작성한 후 이산화황과 CaCO3를 반응시켜 반응식의 작성을 완성한다.

 

반응식 : S + O2 -> SO2 + CaCO3 + 1/2O2 -> CaSO4*2H2O +CO2

 

황과 석고의 몰비가 1 : 1 이므로 계산을 하면 다음과 같다.

32kg : 172kg = 15ton/hr * 0.011 * 0.93 : X

 

따라서 

 

X  = (15ton/hr * 0.011 * 0.93 * 172kg) / (32kg)

    = 0.83ton/hr

 

 

 

 

 

5. 촉매산화법 (접촉산화법, 산화법)

: 배출가스중의 황산화물을 촉매를 사용하여 SO2를 SO3로 산화시켜 약 80%의 농도의 황산을 직접 회수하는 방법

 

① 특징

 - 촉매를 사용하기 때문에 아주 낮은 온도에서 반응이 일어남

 - 체류시간은 연소장치에서 요구되는 것보다 짧음

 

② 사용 촉매

 - 백금(Pt)

 - 오산화바나듐(V2O5)

 - K2SO4