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보문: 미립지공학·유동층·기후변화대응기술·연료전환기술 ; 실험실규모 고온고압건식탈황공정의 수력학적 특성 및 탈황온도에 따른 아연계 탈황제의 반응특성 연구
경대현 ( Dae Hyun Kyung ),김재영 ( Jae Young Kim ),조성호 ( Sung Ho Jo ),박영철 ( Young Cheol Park ),문종호 ( Jong Ho Moon ),이창근 ( Chang Keun Yi ),백점인 ( Jeom In Baek ) 한국화학공학회 2012 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.50 No.3
본 연구에서는 고온고압 건식탈황장치를 이용하여 고체순환량과 탈황반응기 내의 공극률에 대한 수력학적특성을 파 악하고, 아연계 탈황제의 고온고압 조건에서 탈황반응온도에 대한 반응특성 및 연속운전을 통한 탈황 효율을 분석하였다. 실험에 사용된 고온고압건식탈황장치는 고속유동층 형태의 탈황반응기(내경: 0.015m, 높이: 6.2m), 기포유동층 형태의 재생반응기(내경: 0.053 m, 높이: 1.6 m), 가스의 역흐름을 방지하는 loop-seal, 두 반응기 후단에 압력컨트롤밸 브로 구성되어있다. 수력학 특성으로는 고체순환밸브 개구비, 탈황반응기 가스 유속, 탈황반응기 온도 변화에 따른 고 체순환량과 각 조건에서의 고속유동층 형태의 탈황반응기 높이에 따른 공극률 분포를 알아보았다. 고체순환량은 동일 한 유속조건, 동일한 고체순환밸브 개구비에서 탈황반응기 온도가 상온일 때보다 300˚C와 550˚C일 때 감소하였으며 300˚C와 550˚C 조건에서는 큰 차이가 없었다. 탈황반응기내의 공극률은 고체순환밸브 개구비가 10~20%로 고체순환 량이 적은 경우 고속유동층 형태의 공극률 분포를 보이고, 30~40%로 고체순환량이 많아지는 경우 탈황반응기 하부에 서 turbulent 형태의 공극률의 분포를 나타냈다. 아연계 탈황제의 탈황반응온도에 따른 반응특성은 시스템 압력 20atm, 연속 반응 조건에서 탈황온도를 변화시키면서 살펴보았다. 일정한 고체순환 조건에서 탈황온도 450˚C 이하에서 탈황 효율 저하가 시작되는 것을 확인하였으며, 높은 탈황 효율을 유지시키기 위하여 10시간 연속운전에서는 탈황 반응 온 도를 500˚C로 설정하여 실험하였다. 실험 결과, 10시간 연속운전을 통해, 유입 H2S 농도 5,000 ppmv 조건에서 탈황 반응기 후단 H2S 농도는 UV분석기(Radas2)와 검지관(GASTEC)의 검출한계인 1ppmv 이하를 유지하여 H2S 제거 효 율 99.99% 이상을 달성하였다. In this study, hydrodynamics such as solid circulation rate and voidage in the desulfurizer and the reaction characteristics of Zn-based solid sorbents were investigated using lab-scale high pressure and high temperature desulfurization process, The continuous HGD (Hot Gas Desulfurization) process consist of a fast fluidized bed type desulfurizer (6.2 m tall pipe of 0.015 m i.d), a bubbling fluidized bed type regenerator (1.6 m tall bed of 0.053 m i.d), a loop-seal and the pressure control valves. The solid circulation rate was measured by varying the slide-gate opening positions, the gas velocities and temperatures of the desulfurizer and the voidage in the desulfurizer was derived by the same way. At the same gas velocities and the same opening positions of the slide gate, the solid circulation rate, which was similar at the temperature of 300˚C and 550˚C, was low at those temperatures compared with a room temperature. The voidage in the desulfurizer showed a fast fluidized bed type when the opening positions of the slide gate were 10~20% while that showed a turbulent fluidized bed type when those of slide gate were 30~40%. The reaction characteristics of Zn-based solid sorbent were investigated by different desulfurization temperatures at 20 atm in the continuous operation. The H2S removal efficiency tended to decrease below the desulfurization temperature of 450˚C. Thus, the 10 hour continuous operation has been performed at the desulfurization temperature of 500˚C in order to maintain the high H2S removal efficiency. During 10 hour continuous operation, the H2S removal efficiency was above 99.99% because the H2S concentration after desulfurization was not detected at the inlet H2S concentration of 5,000 ppmv condition using UV analyzers (Radas2) and the detector tube (GASTEC) which lower detection limit is 1ppmv.
최욱(Ook Choi),경대현(Dae-Hyun Kyung),박영성(Yeong-Seong Park) 한국청정기술학회 2014 청정기술 Vol.20 No.3
본 연구에서는 γ-Al₂O₃에 구리를 함침시킨 촉매를 고정층 반응기에 충전시킨 후 휘발성유기물질(VOCs)인 벤젠의 촉매산화 반응특성을 살펴보았다. 실험조건은 반응온도 200~500 ℃, 벤젠의 농도 400~650 ppm, 가스유입량 50~100 cc/min, 공간속도 7,500~22,500 hr<SUP>-1</SUP>의 범위로 적용하였다. BET분석, 주사전자현미경(SEM), 열천칭(TGA) 분석을 통해 제조된 촉매의 물성을 조사하였으며, 벤젠의 촉매산화반응의 전환율에 대하여 고찰하였다. 실험결과, 벤젠의 농도와 공간속도가 낮아질수록 벤젠산화반응의 전환율은 증가함을 알 수 있었다. 벤젠의 촉매산화반응은 1차 균일반응으로 해석될 수 있었으며, 반응의 활성화 에너지(Ea)는 17.2 kcal/mol, 빈도인자(A)는 1.33 × 10<SUP>6</SUP> sec<SUP>-1</SUP>이었다. Catalytic oxidation characteristics of benzene as a VOC was investigated in a fixed bed flow reactor using Cu/γ-Al₂O₃ catalyst. The parametric tests were conducted at the reaction temperature range of 200~500 ℃, benzene concentration of 400~650 ppm, gas flow rate of 50~100 cc/min, and space velocity range of 7,500~22,500 hr<SUP>-1</SUP>. The property analyses by using the BET, SEM, TGA and the conversion of catalytic oxidation of benzene were examined. The experimental results showed that the conversion was increased with decreasing benzene concentration, gas flow rate and space velocity. Benzene oxidation reaction over Cu/γ-Al₂O₃ catalyst could be expressed as the first order homogeneous reaction of which the activation energy was 17.2 kcal/mol and frequency factor was 1.33 × 10<SUP>6</SUP> sec<SUP>-1</SUP>.