대기오염방지기술 - 질소산화물(NOx)의 처리

1. 선택적 촉매(접촉)환원법 (SCR)

 : 배기가스 중에 존재하는 산소와는 무관하게 NOx를 선택적으로 접촉환원 시키는 방법

 - 질소산화물에 촉매에 의해 환원되어 질소분자와 물로 전환됨

 

 - 환원제로는 NH3, H2S 등이 존재

 

 - 최적의 온도범위는 300~400℃이며, 보통 80%의 NOx 저감 능력

 

 - NH3를 환원제로 사용하는 방법은 산소존재에 의해 반응속도가 증가하며 2차공해 문제가 적어 많이 사용됨

 

 

 

 

 

 

 

2. 비선택적 접촉환원법(NCR)

 : 배기가스중의 산소를 환원제로 소비한 다음 NOx를 접촉환원 시키는 방법

 - NO의 환원제는 아세틸렌계 > 올레핀계 > 방향족계 > 파라핀계 순으로 반응성이 좋음 (불포화도가 높은 순)

 - Pt 촉매 뿐만 아니라 Co, Ni, Cu, Cr 등도 이용 가능

 

 - NOx와 환원제의 반응순서는 CO > H2 > CH4

 

 

 

 

 

 

 

3. 선택적 환원제의 특징

 - CO의 경우 반응에 소모되지 않고 남은 것을이 대기오염을 일으킬 수 있음

 

 - H2의 경우 촉매에 따라 연소반응에서 생기는 CO에 의해 효과가 감소함

 

 - CH4의 경우 공기를 가능한 낮게 공급해야 함

 

 - NH3의 경우 온도조절이 필요함

 

 

 

 

 

 

 

 

4. 질소산화물(NOx)의 발생억제방법

 - 저온도연소 : 주입하는 공기의 예열온도를 조절한다.

 

 - 수증기분무 : 화로내에 물이나 수증기를 분무하며 산소와 수소를 분해시키면 흡열반응을 일으키는 동시에 둥근 화염을 형성해 NOx 발생 방지

 

 - 배기가스 재순환법 : 불꽃의 최고온도가 낮아져서 질소산화물의 생성량이 줄어든다.

 

 - 연소용 공기의 과잉 공급량을 약 10% 이내로 줄인다.

 

 

 

 

 

 

 

5. 질소산화물(NOx) 제거법

 - 배기가스 재순환법

 

 - 2단 연소법

 

 - 연소부분 냉각법

 

 - 연소온도를 낮게하기

 

 - NOx 함량 적은 연료 사용하기

 

 - 연소영역에서 산소농도를 낮게하고 연소가스의 체류시간을 짧게 하기

 

 

 

 

 

 

 

6. NH3를 사용한 선택적 접촉환원법에서의 계산방법

 

 

 

ex) NO 460ppm, NO2 46ppm을 함유한 배기가스 100,000Nm3/h를 NH3에 의해 선택적 접촉환원법에서 처리할 경우 NOx를 제거하기 위한 NH3의 이론양(kg/hr)은? 

(단, 반응에 산소는 고려하지 않는다.)

풀이

먼저 NO와 NH3를 반응시켜 NH3의 양을 계산하고 NO2와 NH3를 반응시켜 NH3의 양을 계산한다. 그 다음 둘의 양을 더한값이 필요한 NH3의 이론양이 된다.

 

① 반응식 : 6NO + 4NH3 -> 5N2 + 6H2O

NO와 NH3의 몰비가 6 : 4 이므로 계산을 하면 다음과 같다.

 

6 * 22.4Nm3 : 4 * 17kg = 100,000Nm3/hr * 460ppm * 10^-6 : X1

 

X1 = ( 4 * 17kg * 100,000Nm3/hr * 460ppm *10^-6) / 6 * 22.4Nm3

    = 23.27kg/hr

 

 

② 반응식 : 6NO2 + 8NH3 -> 7N2 + 12H2O

NO와 NH3의 몰비가 6 : 8 이므로 계산을 하면 다음과 같다.

 

6 * 22.4Nm3 : 8 * 17kg = 100,000Nm3/hr * 46ppm * 10^-6 : X2

 

X2 = ( 8 * 17kg * 100,000Nm3/hr * 46ppm *10^-6) / 6 * 22.4Nm3

    = 4.65kg/hr

 

 

최종 NH3의 이론양은 X1과 X2를 더한 값이므로 결과는 다음과 같다.

NH3양 = X1 + X2

          =23.27kg/hr + 4.65kg/hr

          = 27.92kg/hr