KR100401996B1 - 배기가스에함유된질소산화물의개선된습식제거방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)의 개선된 습식 제거 방법에 관한 것으로,

NaOH 또는 Na₂S와 같은 알칼리 용액을 사용하는 습식 세정공정에서 질소산화물을 제거함에 있어서, 산화제로서 세정용액의 중량을 기준으로 과산화수소를 0.5 ~ 2% 첨가함을 특징으로 하는 배기가스내에 함유된 질소산화물 제거방법이 제공된다.

본 발명의 방법을 사용함으로써 고형물질을 발생시키지 않고 배기가스내의 질소산화물을 보다 효율적으로 제거할 수 있다.

Description

배기가스에 함유된 질소산화물의 개선된 습식 제거방법{IMPROVED METHOD OF WET SCRUBBING OF NITROGEN OXIDES FROM FLUE GAS}

본 발명은 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)의 개선된 습식 제거 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 질소산화물의 습식 세정공정에서 산화제로서 과산화수소를 주입하여 질소산화물의 제거효율을 증진시키는 개선된 방법에 관한 것이다.

일반적으로 배기가스내에 함유된 NOx를 제거하는 방법으로는 크게 건식공정과 습식공정이 있다. 이중 습식공정은 질산 제조설비나 금속의 산세 공정 등에서 발생하는 배기가스내의 NOx를 제거하는데 주로 사용되는데, 이들 공정에서 발생하는 NOx는 물에 잘 용해되어 쉽게 제거되는 이산화질소(NO₂)가 많이 포함되어 있기 때문이다.

이와같은 습식 세정공정에서는 주로 NaOH 또는 Na₂S와 같은 알칼리 용액을 사용하여 다음과 같은 반응들에 의해 NOx가 제거된다.

2NaOH + 2NO₂→NaNO₂+ NaNO₃+ H₂O

Na₂S + 2NO₂→ Na₂SO₃+ N₂+ 1/2O₂

4Na₂SO₃+ 2NO₂→ 4Na₂SO₄+ N₂

NO + 1/2O₂→ NO₂

그러나, NOx중 많은 부분을 차지하는 일산화질소(NO)의 경우 물에 잘 용해되지 않고, 산소와의 산화반응에 의해 NO₂로 산화되는 정도가 매우 낮기 때문에 NOx중 NO의 함량이 높을 경우 제거효율이 떨어지게 된다.

이와같은 습식 세정 공정의 문제점을 해결하기 위한 방법들이 고안되어 왔다. 예를들어, 산화제로서 KMnO₄를 NaOH 용액에 사용하여 NO를 물에 대한 용해도가 높은 NO₂또는 NO₃로 산화시킴으로써 NOx의 제거효율을 증대시킬 수 있다고 개시되어 있다〔Industrial & Engineering Chemistry : Process Design and Development, Vol.22, No.2, pp 323 ~ 329(1983)〕. 그러나, 이 방법에서는 반응 과정에서 MnO₂고형분이 일부 생성되기 때문에 세정탑이 막히는 문제점이 있다.

이에 본 발명의 목적은 질소산화물의 습식 세정공정에 과산화수소를 산화제로서 사용함으로써 고형물질을 발생시키지 않고 질소산화물의 제거효율을 증대시키는 개선된 질소산화물 제거 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면,

NaOH 또는 Na₂S와 같은 알칼리 용액을 사용하는 습식 세정공정에서 질소산화물을 제거하는데 있어서,

산화제로서 세정용액의 중량을 기준으로 과산화수소를 0.5 ~ 2% 첨가함을 특징으로 하는 배기가스내에 함유된 질소산화물 제거 방법이 제공된다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에서는 종래 NaOH 또는 Na₂S와 같은 알칼리 용액을 사용하는 배가스중의 질소산화물 제거시, 과산화수소를 첨가함으로써 질소산화물의 제거 효율이 증대된다는 것이다.

이와같이 종래 질소산화물의 습식 세정공정에 산화제로 과산화수소를 첨가함으로써, 습식공정에서는 다음과 같은 2가지 작용에 의하여 NOx의 제거효율을 증대시킨다.

첫째, 과산화수소는 강력한 산화제로서 NO를 NO₂로 산화시키면서 물로 전환되기 때문에 물에 대한 용해도가 높은 NO₂의 양이 증가하여 NOx의 제거효율이 향상된다.

둘째, 세정용액에 흡수된 NOx는 다음과 같이 물과 반응하여 HNO₂를 생성하게 되는데, 이 HNO₂는 매우 불안정하기 때문에 NO와 NO₂로 쉽게 다시 분해된다.

NO + NO₂+ H₂O → 2HNO₂

NO + OH → HNO₂

NO₂+ OH → HNO₃

그러나, 여기에 과산화수소가 첨가되면 하기식과 같은 반응에 의해 불안정한 HNO₂가 안정하고 물에 잘 용해되는 HNO₃로 산화되기 때문에 NOx 제거효율이 증대된다.

HNO₂+ H₂O₂→ HNO₃+ H₂O

본 발명의 방법에서 산화제로서 사용되는 과산화수소의 첨가량은 세정용액의 중량을 기준으로 0.1% 이상이며, 보다 바람직하게는 0.5 ~ 2%이다. 과산화수소의 투입량이 0.1% 미만일 경우에는 약품의 효과가 너무 적게 나타나며, 2% 이상 투입할 경우에는 투입량에 비해 제거효율이 낮아 경제적이지 않다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

비교예 1 : 습식 세정 방법을 사용한 질소산화물의 제거

2단의 세정탑으로 이루어진 장치에서 세정용액으로서 NaOH 단독으로, 그리고 NaOH와 Na₂S를 혼합하여 사용한 경우 각각에 있어, 금속 산세정 공정에서 발생된 배기가스에 함유된 NOx의 제거율을 측정하였다. 본 실험에서는 세정용액으로 NaOH와 Na₂S가 함께 사용되는데, 배기가스중에 함께 배출되는 HF를 제거하기 위해 NaOH가 사용되어야 한다. 상기 배출된 배기가스의 유량은 약 350Nm³/min이었으며, 세정 용액의 투입량은 각각 NaOH는 1.9kg/hr이며, Na₂S는 18.7kg/hr였다. 세정용액으로 NaOH 단독으로 사용한 경우와 NaOH와 Na₂S를 함께 사용한 경우에 있어, NOx 제거율의 차이를 표 1에 나타내었다.

세정 용액의 성분에 따른 질소산화물의 제거율

	입구 농도(ppm)	출구 농도(ppm)	총 NOx제거율(%)
	NO	NO2		NOx	NO	NO2	NOx
NaOH 단독투입	453	230	683	199	113	312	54.3
NaOH+Na2S 투입	453	230	683	188	76	264	61.3

실시예 1 : H ₂ O ₂ 첨가에 의한 질소산화물 제거율의 향상

세정용액으로서 NaOH 용액만을 사용하고, 이 용액에 세정용액의 중량을 기준으로 과산화수소 1%를 투입한 것을 제외하고는, 비교예 1에서와 동일한 장치 및 조건을 사용하여 배기가스내에 함유된 NOx의 제거율을 측정하였다. 출구쪽의 NOx의 농도는 각각 NO가 150ppm, NO₂가 81ppm으로 총 231ppm이었으며, NOx의 총 제거율은 66.2%였다. 이와같이, 과산화수소를 첨가하지 않고 NaOH 단독으로, 또는 NaOH와 Na₂S의 혼합물을 세정액으로 사용한 경우에 비해 NOx의 제거율이 높다는 것을 알 수 있다.

실시예 2 : H ₂ O ₂ 첨가량 변화에 따른 질소산화물 제거율의 변화

실시예 1에 기술된 방법을 사용하여 과산화수소의 첨가량을 변화시키면서 NOx 제거율의 변화를 측정하였다. 결과는 표 2에 나타내었다.

H₂O₂첨가량 변화에 따른 NOx 제거율

	입구 농도(ppm)	출구 농도(ppm)	총 NOx제거율(%)
	NO	NO2		NOx	NO	NO2	NOx
NaOH 단독 투입	342	143	485	211	104	315	35.1
NaOH + 0.5% H2O2투입	342	143	485	167	80	247	49.1
NaOH + 1.0% H2O2투입	342	143	485	156	69	225	53.6
NaOH + 1.5% H2O2투입	342	143	485	154	67	221	54.4
NaOH + 2.0% H2O2투입	342	143	485	149	67	216	55.5

표 2에 나타난 바와 같이, NaOH 세정용액에 첨가한 과산화수소의 양이 증가할수록 질소산화물의 제거율이 향상되었음을 알 수 있다.

본 발명에 의하면, 알칼리 용액을 사용하는 습식 세정공정에서 질소산화물을 제거하는데 있어 산화제로서 과산화수소를 주입함으로써 보다 효율적으로 질소산화물을 제거할 수 있다.

Claims (1)

1. NaOH 또는 Na₂S와 같은 알칼리 용액을 사용하는 습식 세정공정에서 질소산화물을 제거함에 있어서, 산화제로서 세정용액의 중량을 기준으로 과산화수소를 0.5 ~ 2% 첨가함을 특징으로 하는 배기가스내에 함유된 질소산화물 제거방법.