100℃ 미만의 저온에서 질소산화물과 황산화물을 동시에 제거하기 위한 흡수액 합성 및 평가

Abstract

질소 산화물(NOx)과 황산화물(SOx)은 에너지 및 제조 산업에서 배출되는 주요 가스상 대기 오염 물질이며, 초미세먼지 생성의 2차적 원인으로 보고되었다. 현재 미세먼지 배출에 대한 환경 기준이 더욱 강화되고 있어 미세먼지 생성 원인 물질인 NOx 및 SOx의 제거는 필수적이다.

NOx 및 SOx의 제거를 위한 기술로는 선택적 촉매 환원법(Selective Catalytic Reduction, SCR) 및 탈황 공정(Flue Gas Desulfurization, FGD)의 방법이 가장 널리 알려져 있다. SCR은 300~400℃의 고온에서 NOx가 암모니아(NH3)와 반응하여 질소(N2)로 환원되는 기술이며 NOx 저감 효율이 80~90%로 높지만, 초기 설치비 및 촉매의 비용이 높다는 단점이 있다. 기존 석회석 슬러리를 이용하는 탈황 공정(WFGD)의 경우 흡수제인 석회석의 저조한 반응성에 의해 SOx 처리를 위해 과다한 석회석 및 에너지 비용이 소모된다. 이러한 기존 시스템의 단점을 해결하고 고효율로 NOx와 SOx를 제거하기 위하여, 100℃ 미만의 저온에서 흡수액을 사용한 scrubbing process를 통해 NOx와 SOx를 동시에 제거하는 연구 개발이 많이 진행되고 있다.

본 연구에서는 100℃ 미만의 저온에서 NOx 및 SOx를 동시에 제거하기 위한 흡수액 합성 및 평가를 수행하였다. 킬레이트제인 EDTA, DMPS, DMSA와 중심금속으로 Fe(II), Co(II), Cu(II)를 사용하여 금속 킬레이트 화합물을 합성한 뒤, NO에 대한 흡수능력 및 반응속도를 평가하였다. 다양한 온도 및 pH의 조건에서 실험을 수행하였으며, bubbling 및 교반 형태의 반응기를 제작하였고 lab-scale에서 수행되었다. 또한, 100℃ 미만의 저온에서 NOx 및 SOx를 동시에 제거 효율을 확인하기 위해, 아크릴로 제작된 흡수탑을 이용하였고 Fe(II)-EDTA를 세정액에 적용하여 scrubbing process를 수행하였다. Fe(II)-EDTA 농도가 0.1 M이상에서 NOx 및 SOx의 동시 제거효율이 90% 이상인 것을 알 수 있었으며, pH 3 – 14 범위내에서는 영향이 없는 것을 확인하였다. 마지막으로, 7시간의 장시간 recirculation 실험을 통해 공정 안정성 및 장기 운영 가능성을 검증하였다.