탈황 & 실록산 제거 설비

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탈황기술

철-킬레이트 액상촉매(Ferric Chelate Catalyst)

철-킬레이트 액상촉매

철을 중심으로 EDTA(Ethylene-Diamine-Tetra-Acetic acid) 및 Nitrilotriacetic acid(NTA)를 킬레이트제로 이중 구조 형태로 제조하여 촉매의 안정성을 획기적으로 증대시킨 제품이다.
또한 발생되는 황화수소농도에 따라 적용할 수 있는 촉매의 농도를 FCC-1,000CAT(1,000ppmas Fe+3)부터 FCC-20,000CAT (20,000 ppm as Fe+3)까지 다양한 농도로 제조가 가능하다.

FCC를 이용한 탈황 설비의 기본원리

철-킬레이트 액상촉매

철-킬레이트 액상 촉매를 황화수소 흐름과 접촉시켜 가스를 액상으로 흡수한 후 이온화하고 이들 이온을 촉매의 환원 반응을 이용하여 고체의 황으로 침전시켜 제거하며, 철-킬레이트 액상 촉매는 산화되어 재순환되는 설비이다.

탈황설비 메커니즘

Absorption Step액상으로 흡수된 성분은 이온화하여 각각의 이온으로 존재하며 이온의 존재비는 pH에 의존

H2S(gas) + H2O → H2S(aq) + H2O

Ionization Step황화수소가 수용액 중에서 해리됨

H2S(aq) → H+ + HS- ----- K1 = 6.3 x 10-8 (at 25℃)

HS- → H+ + S2- ----- K2 = 1.3 x 10-12 (at 25℃)

Reaction Step

수용액 중의 이온들은 3가의 촉매로부터 전자를 공긍받아 산화되어 고체 황으로 침전 환원된 철은 2가 형태로 변화되고, 재생 상태를 통하여 3가 철로 산화

HS- + OH-+Fe3+ - chelate → So + H2O+Fe2+ -chelate

S2- + 2H + + 2OH- + 2Fe2+ - chelate → So + 2H2O + 2Fe2+ -chelate

촉매와 황화수소와의 반응은 다음과 같이 추론
H2S+Fe3+(OH-)Ln- → Fe3+(SH-)Ln-+H2O
Fe3+(SH-)Ln- → Fe2+Ln +HS0
HSo+Fe3+(OH-)Ln → Fe3+Ln-+So+H2O
액상촉매의 재생반응
O2(gas) → O2(aq)
4Fe2+-chelate + O2(aq) + 2H2O → 4Fe3+ -chelate + 4OH-

탈황설비 공정

탈황설비 공정
  • 1스프레이탑에서 황화수소 1차, 2차 처리
  • 2충진탑에서 황화수소 잔여물 최종 처리
  • 3생성된 고체황을 필터프레스에 의해 제거
  • 4황화수소와 반응한 액상촉매의 Air에 의한 재생

탈황설비 공정

  • 1산화/환원반응이 반복되어 순환되므로 촉매의 수명은 반영구적임
  • 22차 폐수, 폐기물, 대기공해를 유발하지 않음
  • 3탈황효율이 우수(99.9% 이상)
  • 4설비가 간단하여 부지면적이 적게 소요
  • 5설치비용 및 유지관리 비용이 타 방식에 비하여 저렴함
  • 6설비의 간단하여 운전이 용이하고 유지관리가 간편함

탈황설비 모식도

탈황설비_모식도

국내유사기술비교

구 분 Fe계 습식 촉매 탈황 습식탈황(약액법) 건식 탈황
접촉 촉매 액 상 액 상 고 상
촉매종류 철-킬레이트 40% NaOH 산화철(Fe2O3)계 탈황제
촉매수명 소 비 주기적 교체
재생비용 - -
적용농도 고 ~ 저 고 ~ 저
장치복잡성
장치가격 중 / 대
유지관리비용
장ㆍ단점
  • ㆍH2S 제거 탈황효율우수
  • ㆍ고효율이 일정하게 유지
  • ㆍ농도 변화에 대응
  • ㆍ주기적인 유지관리 필요
  • ㆍH2S 제거율 비교적양호
  • ㆍ폐수 다량발생
  • ㆍH2S 농도 변화에 취약
  • ㆍ유지비 높음
  • ㆍ저농도 H2S 제거에 이용
  • ㆍH2S 제거 탈황효율우수
  • ㆍ효율 불균형(고농도)
  • ㆍ수분에 의한 탈황제 응결
  • ㆍ주기적인 유지관리 필요
  • ㆍ폐기물 위탁처리 필요

실록산 제거 설비 기술

실록산 종류별 물리적/화학적 특성

Substance Formular Abbreviation Molecular
weight
Vapor pressure
(mmHg, 25℃)
Boiling
point (℃)
Water solubility
(mg/L, 25℃)
Hexamethyldisiloxane C6H18OSi2 L2, MM 162 31 106.9 0.93
Octamethyltrisiloxane C8H24O2Si3 L3, MDM 237 3.9 - 0.035
Decamethyltetrasiloxane C10H30O3Si4 L4, MD2M 311 0.55 - -
Dodecamethylpentasiloxane C12H36O4Si5 L5, MD3M 385 0.07 - -
Hexamethylcyclotrisiloxane C6H18O3Si3 D3 222 10 135.2 1.56
Octamethylcyclotetrasiloxane C8H24O4Si4 D4 297 1.3 175.7 0.056
Decamethylcyclopentasiloxane C10H30O5Si5 D5 371 0.4 211.2 0.017
Dodecamethylcyclohexasiloxane C12H36O6Si6 D6 445 0.02 245.1 0.005
  • 1바이오가스 내에 발생되는 실록산 종류는 대표적으로 8종류(선형구조 4종, 고리형 구조 4종)
  • 2실록산의 종류별로 화학적/물리적 특성 들이 모두 다르기 때문에 여러 제거 방법 중 흡착법이 가장 효과적임
  • 3실리카겔을 이용한 흡착 제거시, 열풍으로 인한 재생이 가능함
  • 4선형구조 실록산은 활성탄으로 흡착제거하고, 고리형(환형)구조 실록산은 실리카겔로 흡착제거
  • 5실리카겔은 흡착탑의 하부에 위치하며 상부의 활성탄 흡착탑의 부하를 줄임
  • 6최종 총실록산 제거율 95% 이상

실리카겔의 실록산 흡착 메커니즘

1Silica gel은 흡착을 위해 넓은 표면적을 갖고 있다.
2흡착이 진행되면서 610~650 Kcal/kg의 흡착열이 발생된다.
3흡착 대상 물질은 습도가 높은 영역에서 낮은 영역으로 이동하면서 흡착된다
4Gel의 흡습은 포화상태에 이를 때까지 계속되며, 그 이상 흡착하려면, Gel을 교체하거나 재생하여야 한다.
5흡착 대상 물질은 Gel의 표면에 흡착
실록산 흡착 메커니즘

실록산제거 설비

열풍공급설비

실록산의 선형구조 L형과 고리형 구조 D형의 효과적인 제거를 위해 흡착탑 상단에는 활성탄, 하단에는 실리카겔을 충진함.
투입구와 유출부를 2way-tower 방식으로 설계하여 한쪽 tower에서는 제거반응, 다른 한쪽에서는 STAND-BY 유지

탈황 설비(습식) + 실록산 제거 설비

탈황 설비(습식) 실록산 제거 설비

실록산 모식도

실록산_모식도