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직접접촉식 응축기를 통한 가압순산소 연소 배가스 내 SO<sub>x</sub>, NO<sub>x</sub> 동시저감 연구
최솔비,목진성,양원,류창국,최석천,Choi, Solbi,Mock, Chinsung,Yang, Won,Ryu, Changkook,Choi, Seuk-Cheon 한국청정기술학회 2019 청정기술 Vol.25 No.3
가압순산소 연소는 발전 공정의 온실가스 포집 기술의 하나로서, $CO_2$의 압축 전 단계에 FGC (Flue gas condensor)를 통해 배가스 내 수분의 잠열을 회수하여 효율을 높일 수 있다. 또한 FGC는 가스의 용해도를 이용하여 $SO_x$ 및 $NO_x$를 동시에 효과적으로 제거할 수 있는 장점이 있다. 이 연구에서는 FGC의 방식 중 하나로서 직접 접촉식 응축기를 고안하여 $SO_x$ 및 $NO_x$의 저감율을 평가하였다. 특히 가스가 물에 직접 통과할 때 용해를 통한 저감효율을 측정하기 위해 단독가스와 혼합가스로 분리하여 상압에서 10 bar까지의 압력조건을 변수로 실험을 진행하였다. 단독 가스 실험결과 $NO_x$는 상압에서 저감율이 약 20%, 10 bar 압력조건에서 약 76%로 크게 증가하였다. 또한 $SO_2$는 높은 용해도로 전량이 용해하여 초기 저감율에 큰 차이가 나타나지 않았으나, 압력이 증가할수록 최고 저감율이 유지되는 시간이 증가하였다. 동시저감 실험 결과 상압에서 $NO_x$의 저감율은 13%이나, 압력이 상승할수록 헨리법칙에 의한 용해도 증가에 따라 20 bar에서 56%로 증가하였다. $SO_2$는 초기에 다량 용해된 후 다시 배출 농도가 증가하는 폭이 상압에서는 1,219 ppm, 20 bar에서는 165 ppm으로 감소하였다. 결론적으로 $NO_x$ 및 $SO_x$ 모두 압력이 높아질수록 저감율이 증가하였으나, 단독가스 실험과 비교하면 저감율이 감소함을 확인하였다. 이는 혼합가스 투입으로 인해 반응기 내부에 채운 물의 산성화가 빠르게 이루어졌기 때문이다. Pressurized oxy-fuel combustion is a promising technology for $CO_2$ capture with a benefit of improving power plant efficiency compared with atmospheric oxy-fuel combustion. Prior to $CO_2$ compression in this process, a flue gas condenser (FGC) is used to remove $H_2O$ while recovering the latent heat. At the same time, the FGC has a potential for high-efficiency removal of $SO_x$ and $NO_x$ by exploiting their good solubility in water. In this study, experiments were carried out in a lab-scale, direct contact FGC under different pressures varying between 1 and 20 bar to evaluate the removal efficiency of $SO_2$ and $NO_x$ for individual gases and their mixture. In the tests for individual gases, 20% and 76% of $NO_x$ was removed at 1 bar and 10 bar, respectively. Even higher removal efficiencies were achieved for $SO_2$, and also these were maintained for longer as the pressure increased. In the tests for $SO_2$ and $NO_x$ mixture, the removal efficiency of $NO_x$ increased from 13% at 1 bar to 56% at 20 bar because of higher solubility at elevated pressures. $SO_2$ in the mixture was initially dissolved almost completely and then increased by 1,219 ppm at 1 bar and by 165 ppm at 20 bar. Overall, the removal efficiency of $SO_2$ and $NO_x$ was increased at elevated pressures, but it was lower in the mixture compared with individual gases at identical conditions because of a lower pH and associated chemical reactions in water.
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직접접촉식 응축기를 통한 가압순산소 연소 배가스 내 SOx, NOx 동시저감 연구
최솔비,목진성,양원,류창국,최석천 한국청정기술학회 2019 청정기술 Vol.25 No.3
가압순산소 연소는 발전 공정의 온실가스 포집 기술의 하나로서, CO2의 압축 전 단계에 FGC (Flue gas condensor)를 통해 배가스 내 수분의 잠열을 회수하여 효율을 높일 수 있다. 또한 FGC는 가스의 용해도를 이용하여 SOx 및 NOx를 동시에 효과적으로 제거할 수 있는 장점이 있다. 이 연구에서는 FGC의 방식 중 하나로서 직접 접촉식 응축기를 고안하여 SOx 및 NOx의 저감율을 평가하였다. 특히 가스가 물에 직접 통과할 때 용해를 통한 저감효율을 측정하기 위해 단독가스와 혼합가스로 분리하여 상압에서 10 bar까지의 압력조건을 변수로 실험을 진행하였다. 단독 가스 실험결과 NOx는 상압에서 저감율이 약 20%,10 bar 압력조건에서 약 76%로 크게 증가하였다. 또한 SO2는 높은 용해도로 전량이 용해하여 초기 저감율에 큰 차이가 나타나지 않았으나, 압력이 증가할수록 최고 저감율이 유지되는 시간이 증가하였다. 동시저감 실험 결과 상압에서 NOx의 저감율은 13%이나, 압력이 상승할수록 헨리법칙에 의한 용해도 증가에 따라 20 bar에서 56%로 증가하였다. SO2는 초기에 다량용해된 후 다시 배출 농도가 증가하는 폭이 상압에서는 1,219 ppm, 20 bar에서는 165 ppm으로 감소하였다. 결론적으로 NOx및 SOx 모두 압력이 높아질수록 저감율이 증가하였으나, 단독가스 실험과 비교하면 저감율이 감소함을 확인하였다. 이는혼합가스 투입으로 인해 반응기 내부에 채운 물의 산성화가 빠르게 이루어졌기 때문이다. Pressurized oxy-fuel combustion is a promising technology for CO2 capture with a benefit of improving power plantefficiency compared with atmospheric oxy-fuel combustion. Prior to CO2 compression in this process, a flue gas condenser(FGC) is used to remove H2O while recovering the latent heat. At the same time, the FGC has a potential for high-efficiencyremoval of SOx and NOx by exploiting their good solubility in water. In this study, experiments were carried out in a lab-scale,direct contact FGC under different pressures varying between 1 and 20 bar to evaluate the removal efficiency of SO2 and NOx forindividual gases and their mixture. In the tests for individual gases, 20% and 76% of NOx was removed at 1 bar and 10 bar,respectively. Even higher removal efficiencies were achieved for SO2, and also these were maintained for longer as the pressureincreased. In the tests for SO2 and NOx mixture, the removal efficiency of NOx increased from 13% at 1 bar to 56% at 20 bar because of higher solubility at elevated pressures. SO2 in the mixture was initially dissolved almost completely and then increasedby 1,219 ppm at 1 bar and by 165 ppm at 20 bar. Overall, the removal efficiency of SO2 and NOx was increased at elevatedpressures, but it was lower in the mixture compared with individual gases at identical conditions because of a lower pH andassociated chemical reactions in water.
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