KR20130050668A - 고반응 소석회를 이용한 소결 배가스의 탈황방법 - Google Patents

고반응 소석회를 이용한 소결 배가스의 탈황방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일측면인 고반응 소석회를 이용한 소결 배가스의 탈황방법은 소석회를 이용한 소결 배가스의 탈황방법에 있어서, 상기 소석회 분말과 물을 혼합하여 소석회 슬러리를 제조하는 단계, 상기 소석회 슬러리를 소결 배가스에 취입하는 단계 및 상기 소석회 슬러리에 의하여 상기 소결 배가스내의 황산화물을 제거하는 단계를 포함하며, 상기 소석회는 고반응 소석회인 것을 특징으로 한다. 이를 통하여, 소결 배가스내의 황산화물을 높은 효율로서 제거할 수 있으며, 추가적으로 물에 의하여 발생하는 설비고장 문제도 해결할 수 있다.

Description

고반응 소석회를 이용한 소결 배가스의 탈황방법{Method for Removal of Sulfur Oxides In Exhausted Gas Using The High Activity Calciumhydrooxide}
본 발명은 소결 배가스 중 포함된 황산화물을 제거하는 탈황방법에 관한 것이다.
소결공정이란 제철공정에 있어서, 고로에 장입하는 소결광을 제조하기 위한 공정으로서, 철광석에 석회석이나 사문암 등을 혼합하여, 연료로서 코크스, 유연탄 등을 장입한 후 실시된다. 이러한 철광석이나 연료로서 사용되는 코크스나 유연탄 등에는 황(S)이 존재하며, 소결공정에서 상기 황성분은 공기 중에 포함된 산소와 반응하여 황산화물을 형성하게 된다.
상술한 황산화물이 배가스에 포함된채 대기 중으로 여과없이 배출될 경우 환경오염을 일으키게 되므로, 황산화물을 제거한 후 배가스를 대기 중으로 배출시켜야 한다. 이러한 기술로서, 탈황방법으로는 습식 탈황방법, 반건식 탈활방법, 건식 탈황방법이 제안되었다.
습식 탈황방법은 소석회 슬러리 등과 같은 알칼리 용액을 사용하는 방법이나, 상기 방법은 설비비용이 고가이며, 폐수처리 등의 2차 오염물질 처리가 필요하다는 단점이 있다.
건식 탈황방법으로는 활성탄 흡착법, 석회 투입법, 중탄산나트륨 투입법 등을 들 수 있다. 활성탄 흡착법은 활성탄의 표면에 SOx 및 NOx 성분을 흡착시켜 제거하는 방법으로서, 카본 종류의 촉매가 저온에서 SOx를 흡착하여 제거할 수 있다는 성질을 이용한 것이다. 그러나, 성탄공정은 배기가스 중의 산소농도가 높을 경우 또는 반응온도가 높을 경우, 핫 스팟(Hot Spot)이 발생하여, 발화 위험성이 높으며, 고가의 활성탄을 사용하기 때문에 운용비용이 고가라는 단점이 있다.
또한, 먼지의 제거효율을 높이고, 배가스의 탈황을 위해서 백필터와 같은 집진 설비가 많이 적용되고 있는데, 백필터 전단에서 값싼 분말 소석회를 분사하는 소석회 투입기술이 제안되었다. 소석회의 가격이 싸고 설비가 간단하기 때문에 비용이 저렴하나, 반응효율이 낮기 때문에 당량비보다 2~3배 정도 훨씬 많은 양의 석회를 투입하여야 하고, 황산화물 제거효율이 30~40% 이하로 매우 낮다는 단점이 있다.
상기 소석회 투입방법의 단점을 보완하기 위한 기술로서 중탄산나트륨을 투입하는 방법이 제안되었다. 그러나, 중탄산나트륨의 가격이 소석회에 비하여 매우 고가이기 때문에 소요비용이 많이 요구된다는 단점이 있다.
또한, 반건식 탈황방법으로서, 소석회를 투입하기 전에 물을 분사하는 방법이 제안되었으나, 이 경우 소석회와 반응하지 못한 물이 배가스 압력에 의하여 여과집진기에 모여 차압을 상승시키는 문제점이 노출되었다.
본 발명의 일측면은 소결 배가스내에 존재하는 황산화물을 제거할 수 있는 방법으로서, 저비용, 고효율의 탈황방법을 제공한다.
본 발명의 일측면인 고반응 소석회를 이용한 소결 배가스의 탈황방법은 소석회를 이용한 소결 배가스의 탈황방법에 있어서, 상기 소석회 분말과 물을 혼합하여 소석회 슬러리를 제조하는 단계, 상기 소석회 슬러리를 소결 배가스에 취입하는 단계 및 상기 소석회 슬러리에 의하여 상기 소결 배가스내의 황산화물을 제거하는 단계를 포함하며, 상기 소석회는 고반응 소석회인 것을 특징으로 한다.
상기 고반응 소석회는 CaO 93%이상인 생석회에 의하여 제조된 것이며, 비표면적이 35-45㎡/g인 것이 바람직하다.
상기 소석회 분말의 투입량은 배가스 유량 1N㎥ 당 0.0015-0.0030Kg/㎥인 것이 바람직하다.
상기 물의 공급량은 13-15㎥/h 인 것이 바람직하다.
상기 소석회 슬러리는 발포된 슬러리인 것이 바람직하다.
상기 소석회 슬러리는 2류체 노즐에 의하여 배가스에 취입되는 것이 바람직하다.
상기 2류체 노즐에 취입되는 압축공기의 압력은 3-5 Kgf/㎠ 인 것이 바람직하다.
상기 배가스내의 황산화물을 제거하는 단계 후, 여과집진기(Bag Filter)에 의해 상기 소석회를 회수되는 단계를 추가로 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일측면에 의하며, 소결 배가스내의 황산화물을 높은 효율로서 제거할 수 있으며, 추가적으로 물에 의하여 발생하는 설비고장 문제도 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일측면에 이용되는 고반응 소석회의 SEM 사진이다.
도 2는 온도에 따른 배가스내 수분함량별 황산화물의 제거효율을 나타내는 그래프이다.
본 발명자들은 소결 배가스의 황산화물을 효율적으로 제거하는 방법을 연구하였고, 고반응 소석회를 이용하는 것이 탈황효율을 증가시킬 수 있음을 확인하였고, 특히, 상기 고반응 소석회와 물을 혼합하여 슬러리로 제조한 후 2류체 노즐을 이용하여 소결 배가스에 취입함으로서, 높은 탈황율을 확보할 수 있음에 착안하여 본 발명을 제안하게 되었다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
소결 배가스에는 일반적으로 황산화물(SOx)이 포함되어 있으며, 이러한 황산화물을 포함한 배가스를 여과없이 대기 중으로 배출할 경우 환경오염을 일으키게 되므로, 황산화물을 최대한 제거한 후 배가스를 대기 중으로 배출시켜야 한다.
본 발명의 일측면은 상기 황산화물을 제거하기 위하여 소석회분말을 이용할 수 있다. 하기 반응식 1, 2에 나타낸 바와 같이, 소석회는 이산화황과 반응하여 황산칼슘 및 물이 생성된다.
(반응식 1)
Ca(OH)2 + SO2 -> CaSO2·1/2H2O + 1/2H2O
(반응식 2)
CaSO2·1/2H2O + 1/2O2 -> CaSO4·1/2H2O
이 때, 상기 소석회는 고반응 소석회를 이용하는 것이 바람직하다. 상기 고반응 소석회(Ca(OH)2)는 일반적인 생석회에 물과 첨가제를 투입하여 소석회의 비표면적을 세공용적을 극대화시켜 가스상 오염물질과 반응성을 배가시킨 소석회이며, 상세하게는 소석회를 제조하기 위한 원료로서 CaO의 순도를 93%이상으로 제어한 것이다. 또한, 비표면적이 35-45㎡/g 정도이며, 세공용적이 0.15-0.22cc/g 정도로서, 배가스에 포함된 황산화물의 제거효율이 매우 높다. 도 1에 통상적인 고반응 소석회의 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진을 나타내었다.
더불어, 본 발명의 일측면은 상기 소석회 분말에 물을 혼합하여 적용할 수 있다. 일반적으로 소결 배가스 중에 소분이 증가할수록 황산화물의 제거 효율이 증가된다. 하기 반응식 3 및 4에 나타낸 바와 같이, 이산화황이 물과 반응하여 황산이 생성되고, 상기 황산과 소석회가 반응하여 황산칼슘이 생성됨으로서, 상기 이산화황을 용이하게 제거할 수 있다.
(반응식 3)
SO2 + H2O -> H2SO3
(반응식 4)
H2SO3 + Ca(OH)2 -> CaSO4 + H2O
상술한 바와 같이, 배가스에 먼저 물을 취입한 후 소석회를 투입하여 배가스 내의 황산화물을 제거하는 방법은 황산화물과 반응하지 못한 여분의 물이 배가스의 압력에 의해 여과집진기에 응축되는 현상이 발생한다. 본 발명의 일측면은 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 소석회 분말과 물을 혼합하여 소석회 슬러리로서, 배가스에 취입할 수 있다. 이 때 압축공기를 동시에 취입하여 배가스에 취입하는 것이 바람직하다. 상기 물은 소석회 분말의 표면에 응축되면서 물과 소석회 분말이 결합하게 되고, 배가스에 투입될 때, 배가스에 포함된 황산화물과 반응하게 된다.
이 때, 물의 공급량은 13㎥/h~15㎥/h 인 것이 바람직하다. 물의 공급량이 너무 적은 경우(13㎥/h 미만)에는 황산화물에 결합될 수 있는 물의 공급량이 적어서 충분한 탈황효율을 확보하기 어렵다. 반면에, 물의 공급량이 너무 많은 경우(15㎥/h 초과), 황산화물과 반응 후 남는 여분의 물이 여과집진기에 응축되는 문제점이 발생한다.
또한, 소석회 분말의 투입량은 배가스 유량 1N㎥ 당 0.0015-0.0030Kg/㎥인 것이 바람직하다. 배가스 유량에 비하여 소석회 분말의 투입량이 너무 적은 경우(0.0015Kg/㎥ 미만)에는 배가스에 포함된 황산화물의 제거 효율이 현저히 떨어지고, 너무 많은 경우(0.0030Kg/㎥ 초과)에는 배가스에 포함된 황산화물의 제거 효율은 상승하나 비용이 상승하여 경제적으로 비효율적이다.
슬러리는 고체와 액체의 혼합물 또는 미세한 고체입자가 물 속에 현탁된 현탁액으로서, 본 발명의 일측면에 따르믄 소석회 분말과 물을 적절히 제어하여 소석회 슬러리로 제조한다. 또한, 상기 소석회 슬러리는 발포된 슬러리인 것이 바람직하다. 발포 슬러리의 경우 표면적이 넓기 때문에 반응면적이 상대적으로 증가하여 상기 황산화물과의 반응성을 크게 향상시킬 수 있다.
상기 제조한 소석회 슬러리에 압축공기를 취입하여 배가스에 투입시킬 수 있다. 이 때, 취입되는 압축공기의 압력은 3-5 Kgf/㎠ 인 것이 바람직하다. 압축공기의 압력이 너무 낮은 경우(3 Kgf/㎠ 미만)에는 분사 범위의 한계로 인한 반응면적이 축소되어 반응성이 저하되는 문제점이 있다. 반면에, 압축공기의 압력이 너무 높은 경우(5 Kgf/㎠ 초과)에는 덕트 표면 등에 부착되어 반응 면적 축소와 함께 2차 괴성화 문제로 반전될 수 있다.
상기 소석회 분말과 물을 혼합한 소석회 슬러리에, 압축공기를 취입하여, 2류체 노즐에 의하여 분사하는 것이 바람직하다. 2류체 노즐(Two Fluid Nozzle) 은 액공과 기공을 모두 포함한 노즐로서, 본 발명의 일측면은 액상인 물과 소석회 분말의 혼합체와 기상인 압축공기가 노즐내부로 투입되면서 혼합된 유체가 노즐을 통하여 피분사체에 분사하는 것이다.
본 발명의 다른 일측면에 따르면, 상기 배가스내의 황산화물을 제거하는 단계 후, 여과집진기(Bag Filter)에 의해 상기 소석회를 회수되는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
배가스내의 황산화물과 반응하고 잔존하는 소석회 또는 황산화물과 결합한 소석회 슬러리는 상기 여과집진기에 의하여 추가로 제거되는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 여과집진기의 종류는 어떠한 것이라도 무방하나, 상술한 효과를 나타낼 수 있는 것일 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범상에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
(실시예)
배가스 내에 수분함량 따른 탈황효율의 증가됨을 확인하기 위하여, 각 수분함량별 온도에 따라 황산화물의 제거효율을 도 2에 나타내었다.
도 2에 도시한 바와 같이, 배가스내에 포함된 수분의 함량이 증가할수록 황산화물의 제거효과가 높아짐을 확인할 수 있었다. 다만, 수분의 함량이 지나치게 높은 경우 상술한 바와 같이 설비에 악영향을 줄 수 있다.

Claims (8)

  1. 소석회를 이용한 소결 배가스의 탈황방법에 있어서,
    상기 소석회 분말과 물을 혼합하여 소석회 슬러리를 제조하는 단계;
    상기 소석회 슬러리를 소결 배가스에 취입하는 단계; 및
    상기 소석회 슬러리에 의하여 상기 소결 배가스내의 황산화물을 제거하는 단계를 포함하며,
    상기 소석회는 고반응 소석회인 것을 특징으로 하는 고반응 소석회를 이용한 소결 배가스의 탈황방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 고반응 소석회는 CaO 93%이상인 생석회에 의하여 제조된 것이며, 비표면적이 35-45㎡/g인 것을 특징으로 하는 고반응 소석회를 이용한 소결 배가스의 탈황방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 소석회 분말의 투입량은 배가스 유량 1N㎥ 당 0.0015-0.0030Kg/㎥인 것을 특징으로 하는 고반응 소석회를 이용한 소결 배가스의 탈황방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 물의 공급량은 13-15㎥/h 인 것을 특징으로 하는 고반응 소석회를 이용한 소결 배가스의 탈황방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 소석회 슬러리는 발포된 슬러리인 것을 특징으로 하는 고반응 소석회를 이용한 소결 배가스의 탈황방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 소석회 슬러리는 2류체 노즐에 의하여 배가스에 취입되는 것을 특징으로 하는 고반응 소석회를 이용한 소결 배가스의 탈황방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 2류체 노즐에 취입되는 압축공기의 압력은 3-5 Kgf/㎠ 인 것을 특징으로 하는 고반응 소석회를 이용한 소결 배가스의 탈황방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 배가스내의 황산화물을 제거하는 단계 후, 여과집진기(Bag Filter)에 의해 상기 소석회를 회수되는 단계를 추가로 포함하는 하는 고반응 소석회를 이용한 소결 배가스의 탈황방법.
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