황 및 암모니아 함유 악취제거를 위한 gas scrubber의 개발

박진수, 김종우, 이상국*, 김동욱

인제대학교 화학공학과, (주) 하나*

Development of a gas scrubber to remove

odor gas containing H2S and NH3

Jin-Soo Park, Chong-Woo Kim, Sang-Kook Lee* and Donguk Kim

Department of Chemical Engineering, Inje University

Hana Co*

서론

본 연구자와 공동으로 기술개발을 하고자 하는 (주)하나는 황화수소, 메르캅탄류, 암모니아, 헬륨, 질소 및 반도체제조용 고압가스를 생산, 혼합 및 판매하는 회사로서 황 및 암모니아 함유가스혼합 및 농도측정시 잔류기체로부터 심한 악취가 발생되고 있다. 사업장내 쾌적한 환경을 조성하고 대기환경법을 준수하기 위해서는 발생악취를 효과적으로 제거하는 장치가 반드시 필요하다.

황화수소와 암모니아를 제거하기 위해서 심냉법, 흡수법, 막분리법, 흡착법 및 생물학적 방법등 여러 가지 처리방법이 제시되고 있다.(1) 이들 중 심냉법은 분리된 가스의 액화에 필요한 동력비 과다로 경제성이 떨어지고, 흡수법은 흡수액의 성능저하와 재료부식, 흡수액 이송에 따른 동력비 과다의 문제점이 있다. 일반 사업장에서는 고농도, 불연속적으로 오염물질을 배출하기 때문에 생물학적방법 역시 적당하지가 않다.(2-4) 반면에 흡착법은 현재 가장 상용화 되어있는 방법이며, 재료부식이나 운반에 따른 동력비의 부담이 없이 악취를 효과적으로 제거하므로 가장 적당한 방법으로 생각된다.

따라서 본 연구에서는 흡착법을 이용하여 흡착제의 종류, 기체유량과 주입농도, 온도변화 및 L/D 변화에 따른 황화수소와 암모니아의 흡착능을 분석하고 위의 결과를 이용하여 소규모의 실용적인 gas scrubber를 제작한 후 황화수소와 암모니아의 흡착제거에 대한 결과를 얻고자 하였다.

실험

황화수소와 암모니아의 실험실규모의 흡착제거를 위해 Fig.1과 같은 실험장치를 제작하였다. 흡착제의 종류로는 직경 0.6∼4.75 mm의 활성탄과 molecular sieve를 사용하였으며, bed의 높이는 L/D = 0.5∼1.5로 하였다. 황화수소의 주입농도를 10∼300 ppm, 암모니아의 농도를 10∼300 ppm, 기체의 유량을 30∼240 L/h, column의 온도를 10∼70℃로 변화하면서 악취성분에 대한 흡착능을 측정하였다.

황화수소의 농도 측정에는 습식법인 메틸렌블루법과 Gastech를 이용한 검지관법을 사용하였고, 암모니아의 농도 측정에는 인도페놀법과 검지관법을 사용하였다.

결과 및 고찰

0.6∼1.4 mm의 활성탄을 흡착제로 사용하였을 때 주입농도 70 ppm, 기체유량 120 L/h의 암모니아에 대한 흡착이 Fig.2에 나타나 있다. 악취성분이 배출되기 시작하는 분기점시간(breakpoint time)은 L/D=1.0에서 2시간 20분으로 너무 작아서 활성탄은 암모니아의 흡착제로 적절하지 못함을 보여주었다. 주입농도 100 ppm, 기체유량 120 L/h의 황화수소에 대한 흡착은 Fig.3에 나타나 있으며, L/D=1.0에서 34시간의 분기점시간을 보여주었다.

1.4∼4.75 mm의 molecular sieve를 흡착제로 사용하였을 때 주입농도 70 ppm, 기체유량 120 L/h의 암모니아에 대한 흡착이 Fig.4에 나타나 있다. 흡착제의 직경이 감소할수록 분기점시간이 증가하였으며, 동일직경에서는 흡착제의 총량이 증가할수록 분기점이 증가하였다. 주입농도 100 ppm, 기체유량 120 L/h의 황화수소에 대한 흡착은 Fig.5에 나타나있으며, 활성탄과는 반대로 황화수소에 대한 흡착은 거의 이루어지지 않음을 알 수 있다.

위의 실험결과를 바탕으로하여 Fig.6과 같은 gas scrubber를 제작하였다. 흡착제로는 황화수소와 암모니아의 흡착에 각각 높은 흡착력을 가진 활성탄과 molecular sieve를 그림과 같이 배치하였다. 황화수소의 주입농도는 50 ppm, 암모니아의 주입농도는 35 ppm, 기체유량은 240 L/h로 실험을 하였다. 복합기체의 흡착결과는 황화수소와 암모니아에 각각 72시간과 43시간의 높은 분기점시간을 나타내어서 단일 흡착제를 사용하였을 때 보다 두 가스에 대해 모두 높은 흡착능을 나타내었다.

활성탄은 황화수소에 대한 흡착력이 뛰어난 반면 암모니아에 대해서는 거의 흡착을 하지 못하였고, molecular sieve는 활성탄과는 반대로 암모니아에 대해서는 뛰어난 흡착을 보였으나 황화수소에 대해서는 거의 흡착을 하지 못하였다. 이러한 두 종류의 값싼 흡착제를 충전한 gas scrubber를 제작하여 황화수소와 암모니아를 동시에 효과적으로 처리할 수가 있었다. 위의 장치를 보다 개량하면 현재 수입에 의존하고있는 소규모 흡착장치를 대체할 값싸고 좋은 gas scrubber가 개발될 것으로 기대된다.

참고문헌

1. 박영성, □IGCC용 고온건식 탈황시스템 개발.□ 한국전력공사 기술연구원,      연구보고서, KRC-92G-T05, pp. 4∼20 (1994)

2. 川井利長, 炭酸力, (株)NTS. 日本 (1991).

3. Kohl Arthur L. and Riesenfeld Fred C.,"Gas Purification."4th Ed. Gulf          Publishing Company, Huston Texas, U.S.A.(1985)

4. Koros W. J.,"Adsorption/Desorption Technology." Proceeding for Separation    of Fluid Mixtures. The University of Texas at Austin, College of             Engineering, Feb. (1991)

Fig. 1. Schematic diagram of adsorption experimental apparatus.

Fig. 2. Adsorption removal of NH3    Fig. 3. Adsorption removal of H2S

by activated carbon.                  by activated carbon.

Fig. 4. Adsorption removal of NH3     Fig. 5. Adsorption removal of H2S

by molecular sieve.                    by molecular sieve.

Fig. 6. Schematic diagram of adsorption apparatus sample.

Fig. 7. Adsorption removal of NH3 and H2S

by activated carbon and molecular sieve.