KR930000278B1 - 연료의 연소 배출 물질 제어용 금속 산화물 에어로졸의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도는 금속 산화물 에어로졸을 제조하고 이 금속 산화물 에어로졸을 사용하여 가스상 기류로부터 배출물질을 제거하기 위한 본 발명의 방법의 개략도이고,
제2도는 수착매 금속으로서 칼슘을 사용하고 배출 물질로서 황을 사용한 본 발명의 방법의 배출 물질 흡수능을 예시하는 그래프이고,
제3도는 수착매 금속으로서 마그네슘을 사용하고 배출 물질로서 황을 사용한 본 발명의 방법의 배출 물질 흡수능을 예시하는 그래프이다.
본 출원은 1988년 10월 28일자 출원된 출원번호 제263,896호의 CIP출원이며, 이 제263,896호 출원은 1987년 9월 11일자 출원된 출원번호 제096,643호의 분할 출원이고, 이 제096,643호 출원은 1989년 1월 3일자로 미합중국 특허 제4,795,478호로 등록되었다. 이 특허는 또한 1987년 2월 17일자 출원된 출원번호 제014,871호의 CIP 출원이며, 이 제014,871호 출원은 1989년 5월 30일자로 미합중국 특허 제4,83 4,775호로 등록되었다. 이 특허는 또한 1986년 6월 17일자 출원된 출원번호 제875, 450호의 CIP출원이며, 이제875,450호 출원은 1989년 1월 31일자로 미합중국 특허 제4,801,304호로 등록되었다. 본 출원은 또한 1989년 4월 24일자로 출원된 출원번호 제342,148호의 CIP출원이며, 이 제342,148호 출원은 1987년 12월 16일자 출원된 출원번호 제133,323호의 CIP 출원이고, 이 제133,323호 출원은 1989년 4월 25일자로 미합중국 특허 제4,824,439호로 등록되었다. 이 특허는 다시 1987년 2월 17일자 출원된 출원번호 제014,871호의 CIP출원이며, 이 제014,871호 출원은 1989년 5월 30일자로 미합중국 특허 제4,834,775호로 등록되었다.
본 발명은 금속 산화물 에어로졸의 제조방법 및 제조된 금속 산화물 에어로졸을 배출 물질의 수착매로서 사용하는 방법에 관한 것이다. 잘 알려진 바와 같이, 다수의 화학 반응으로부터 발생되는 SO2, SO3, NO, NO2, H2S 및 HCl과 같은 산가스 배출 물질은 주요한 대기 오염 물질이다. 종전에는 이러한 가스상 기류중의 산가스 배출 물질을 환경학적으로 허용되는 농도로 감소시키는 데에는 많은 비용이 소요되는 것으로 알려져 있다.
예를들면, 상업적인 규모의 발전소에서 배출되는 SO2를 조절하는데 사용되는 상업적인 방법 중의 하나는 로내에 석회석을 주입하는 방법이다. 이러한 상업적인 방법에 의하면 석회석을 로내에 주입하여, 이곳에서 황산화물과 반응하여 고체 황산 칼슘을 형성한다. 이어서, 고체 황산칼슘 입자를 통상적인 입자성 물질 조절 장치에 의하여 연도 가스로부터 분리시킨다. 로내의 SO2를 포획하기 위한 석회석 주입 방법의 중요한 단점은 칼슘 이용률이 낮다는 점이다. 로내에 석회석 주입법에 의하여 연소 생성물로부터 제거된 황의 양은 50% 수준인 반면에, 칼슘 이용률은 단지 15-25% 수준이었다. 결과적으로, 연료에 함유된 황의 단위 질량당 극히 다량의 석회석을 주입하여 한다. 이것은 매우 비경제적인 것으로 판명되었다.
자연히, 산업적인 규모의 연소 기류로부터 경제적인 방식으로 배출 물질을 제거하는 메카니즘을 제공하는 것이 매우 요망되게 되었다. 따라서, 본 발명의 중요한 목적은 배출 물질의 수착매 에어로졸 물질의 제조방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 가스상 기류로부터 산가스 배출 물질을 제거하는데 매우 효과적인 배출 물질 수착매 산화물 에어로졸의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적 및 잇점들은 아래에서 설명한다.
상기한 목적 및 잇점은 본 발명에 의해 용이하게 달성된다. 본 발명은 금속 산화물 에어로졸을 대응하는 금속으로부터 제조하는 방법 및 제조된 이 금속 산화물 에어로졸을 배출 물질의 수착매로서 사용하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은, 산화제가 없는 환경하에서 바람직하기로는 온도 T1의 제1대역에서 증기화 온도 조건하에 불활성 가스의 가스상 기류 내에서 목적하는 수착매의 금속을 증기화시키고, 이어서 증기화된 금속의 가스상 기류를 제1대역으로부터 제2대역으로 통과시키고, 여기에서 금속 증기 기류를 산화제와 접촉시킴으로써 금속 증기를 산화시켜서 가스상 운반 기류내에 고상 금속 산화물 입자로 구성되는 에어로졸을 형성하는 것을 특징으로 한다. 공정상의 각종 변수들을 조절함으로써, 금속 산화물 입자의 크기를 조절하여 최적화된 금속 산화물 에어로졸을 제조할 수 있다. 이어서, 금속 산화물 에어로졸을 산 가스배출 물질을 함유하는 가스상 기류에 공급하고, 금속 산화물 에어로졸과 포획하고자 하는 배출 물질 간의 반응에 적합한 온도에서 접촉시킴으로써 배출 물질의 고상 금속 화합물을 형성한다.
본 발명은 금속 산화물 에어로졸의 제조방법 및 제조된 금속 산화물 에어로졸을 배출 물질 수착매로서 사용하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 각종 화학 반응의 부산물인 SO2, SO3, NO, NO2, H2S 및 HCl과 같은 산 가스 배출 물질을 화학 반응의 폐가스로부터 제거하는데 특히 유용하다.
이하, 제1도 및 여기에 개략적으로 도시된 것들을 참조하여 본 발명의 방법을 상세하게 설명한다.
본 발명의 방법은 금속 산화물 에어로졸을 형성하고, 이어서 포획하고자 하는 배출 물질을 고상 금속 화합물로 형성하는 것을 특징으로 한다. 연소 가스 기류내의 배출 물질로서 황을 예로 들어 본 발명을 설명하겠지만, 본 발명의 방법은 다수의 화학 반응의 부산물인 상기한 모든 산 가스 배출 물질을 포획하는데 유용하다.
제1도를 참조하면, 금속 산화물 에어로졸은 산화제가 없는 환경인 증기화 대역내에서 증기화 온도 조건하에 목적하는 수착매의 금속을 증기화시키고, 이어서, 생성된 금속 증기를 산화 대역으로 통과시킴으로써,이곳에서 금속 증기와 산화제를 접촉시켜 금속 산화물 에어로졸을 제조한다.
본 발명의 방법에 의하면, 본 발명의 방법에 사용하기에 적합한 수착매 금속은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 알카리 토금속과 같거나 더 큰 원자가를 갖는 금속 및 그들의 혼합물로 구성되는 군 중에서 선택된 금속이다. 특히, 적합한 금속은 마그네슘 및 칼슘이며, 칼슘이 더욱 바람직하다. 본 발명의 방법에서는 가스상 기류중에 증기화 대역에서 목적하는 금속 수착매를 증기화시키는 것이 바람직하다. 가스상 기류는 불활성 기류인 것이 요구되며 아르곤, 헬륨, 질소 및 메탄 등의 가스중 어느 것을 사용해도 좋다. 바람직한 가스는 아르곤 및 질소이다. 불활성 가스는, 증기화 단계에서 금속 수착매의 완전한 증기화를 보장하기 위하여 실질적으로 산화제가 없는 환경에서 일어나야만 하기 때문에 요구된다. 불활성 가스 기류를 사용하는 것이 바람직한데, 그 이유는 불활성 가스기류는 생성되는 금속 산화물의 입자 크기에 정(+)의 효과를 갖는 가스상 기류중의 금속 증기량, 즉 금속증기 하중을 증가시키기 때문이다. 가스상 기류의 유속은 금속 산화물 에어로졸의 적합한 입자크기 (0.1μm보다 작음)에 대해 요구되는 에어로졸 특성이 얻어지도록 조절되어야만 한다. 요구되는 불활성 가스의 유속은 5-250g/Nm3, 바람직하게는 50-150g/Nm3의 금속 증기 하중이 얻어지도록 조절되어야만 한다.
불활성 가스의 유속은 다른 많은 요인 중에서 금속 증기화 온도(T1), 증기화되는 금속의 종류, 에어로졸 형성 공정에 사용되는 냉각속도, 요구되는 에어로졸의 일차 입도와 같은 몇몇 인자에 의존된다. 본 발명의 방법에 사용되는 불활성 가스의 유속은 배출 물질 흡수 단계에서 높은 금속이용률을 얻는데 이상적으로 적합한 평균 직경 약 0.05μm의 에어로졸 일차입도를 계속해서 얻을 수 있는 적합한 금속 증기 하중을 제공하도록 선택되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 로의 제1대역에서 수행되는 가스상 기류 중에서의 금속의 증기화는 조절된 온도 조건 T1및 압력 P1하에서 수행되는 것이 필요하다. 온도 T1은 완전한 금속 증기화를 얻기 위하여 필요한 온도,즉 금속치 융점이며, 증기화되는 금속 수착매에 의존하여 변화된다. 또한 완전한 금속 증기화를 얻기 위해서는 증기화 대역에 실질적으로 산화제가 없어야 한다. 더우기, 증기화에 사용되는 온도는 사용되는 금속 수착매의 융점보다 상당히 더 높은 것이 바람직하다. 이러한 조건은, T1온도의 증가는 상기 지적한 바와같이 금속 산화물 입자 크기에 정의 효과를 갖는 산화 대역에 공급되는 기류중의 증기 하중을 증가시키기 때문에 바람직하다. 증기화 온도는 경제적인 면을 고려하여 2000℃ 이하이어야 한다. 본 발명에 의하면 증기화 온도는 대기압하에서 칼슘의 경우에는 약 650°-1200℃, 바람직하게는 약 1000°-1300℃이고, 마그네슘의 경우에는 450°-1150℃, 바람직하게는 750°-950℃이다.
일단 증기화 대역에서 금속 증기가 생성되면, 불활성가스 기류와 함께 또는 불활성 가스 기류없이 가스상 기류중의 금속 증기를 로의 제1대역으로부터 제2대역으로 통과시킨다.
이어서, 가스상 기류중의 금속 증기를 로의 제2대역에서 산소, 공기, CO2등의 산화제와 접촉시킴으로써 금속증기를 산화시켜, 운반가스의 가스상 기류중의 금속 산화물 입자들로 이루어진 본 발명의 에어로졸을 형성한다. 본 발명에 의하면, 제2대역에서의 에어로졸 기류의 형성은 요구되는 입자 크기를 얻을 수 있도록 조절되어야만 한다. 입자크기가 서브미크론 단위인 금속 산화물 입자가 효과적인 수착매 이용률 및 그에 따라 양호한 배출 물질의 포획을 얻을 수 있어 바람직한 것으로 밝혀졌다. 0.1미크론 미만의 평균 입자 크기가 바람직하며, 0.05미크론 미만의 입자 크기가 이상적이다.
상기한 바와 같이, 제2의 대역으로부터 공급된 에어로졸 기류는 조절된 온도 조건하에 제3의 대역에서 배출 물질을 운반하는 가스 기류와 접촉한다. 금속 산화물 에어로졸이 배출 물질을 운반하는 가스 기류와 접촉하는 온도는 배출 물질의 고상 금속 화합물을 형성할 수 있도록 금속 산화물 에어로졸과 포획하고자 하는 배출 물질간의 반응에 적합한 온도범위 내이어야 한다. 예를들면, 황을 포획하고자 하는 경우에 배출 물질의 흡수 공정은 다음의 조건, 즉 산화칼슘 에어로졸인 경우 650℃ 내지 1250℃, 바람직하기로는 약 950℃내지 1200℃이고, 마그네슘인 경우 350℃ 내지 850℃, 바람직하기로는 약 700℃ 내지 800℃의 온도 조건하에서 수행된다. 이러한 온도 범위는 칼슘 및 마그네슘 산화물의 황화에 대한 실질적이고(또는) 열역학적인 한계치를 나타낸다.
본 발명의 방법에 의하면, 수착매의 이용률은 약 2000ppm의 SO2를 함유하는 가스 기류에 있어서 CaO에어로졸 및 MgO 에어로졸에 대해 각각 약 90% 및 50%이상이다.
이하의 실시예는 본 발명의 방법의 특징을 예시하지만, 어떠한 방법으로든지 제한하고자 하는 것은 아니다.
[실시예 1]
제1도 및 2도를 참조하여, 칼슘 금속 3.5g을 증기화 대역에 공급하였다. 아르곤 가스를 16.5ml/초의 가스 유속으로 25℃의 온도 및 1기압하에서 상기 증기화 대역에 공급하였다. 증기화 대역을 1000℃로 가열하였다. 이러한 조건하에서 에어로졸은 약 5mg/분의 속도로 일정하게 생성되는 것으로 측정되었다. 이 에어로졸 기류를 산화 대역에서 950℃로 가열된 건조 공기 기류 54리터/분과 접촉시켜 CaO의 금속 산화물 에어로졸을 생성하였다. 이 에어로졸을 측정량의 SO2를 포함하는 가스상 기류중에 분사하고, 배출 물질 흡수대역에서 에어로졸 기류와 접촉시켰다. 공기중에 250ppm, 500ppm, 7 50ppm, 2000ppm 및 3500ppm(용적기준)의 5가지 SO2농도를 사용하여 별도로 5회 시험하였다. 정전기식 침전기의 샘플링 프로브를 흡수 대역의 말단에 위치시켜 에어로졸 샘플을 포획하였다. 에어로졸 샘플을 취해서 황 흡수에 사용된 칼슘량을 측정하였다. 결과는 제2도에 나타냈다. 이 실험중에 사용된 잔류시간(약 0.5초)은 산업용 보일러내에서 연도가스를 1200℃에서 950℃로 강하시키는데 소비된 짧은 시간내에서 양호하다는 데 주목할 필요가 있다. 따라서, 나타난 결과는 요구되는 공업적인 시간 계획안에서 양호하였다. 제2도로부터 알수 있는 바와 같이, 칼슘 이용률은 1500ppm 이상의 SO2농도에서 80% 이상이며, 이는 로내에 석회석 주입 방법으로부터 얻은 칼슘 이용률보다 훨씬 더 우수한 것이다. 상기한 것 이외에, 배출 물질 흡수가 일어나는 온도, 즉 칼슘인 경우 950℃ 및 마그네슘인 경우 800℃는 로내에 석회석을 주입하는 방법에 사용된 온도보다 훨씬 낮은 온도이며, 이는 본 발명의 방법을 훨씬 더 매력적인 방법이 되게 한다. 마지막으로, 산화칼슘의 평균 입경을 측정하였으며, 그 값은 0.015μm였다.
[실시예 2]
실시예 2의 공정은 칼슘 대신 마그네슘을 사용한 것을 제외하고는 실시예 I과 유사한 방법으로 행하였다. 산화 마그네슘 에어로졸을 형성하고, 이어서 상기 실시예 I에서 설명한 5가지 농도의 SO2를 함유하는 공기 기류에 공급하였다. 마그네슘을 증기화시키기 위해서 제1대역의 온도를 850℃로 조절하였다. 결과는 제3도에 나타냈다. 산화 마그네슘 입자를 함유하는 에어로졸은 낮은 SO2농도에서 산화칼슘 입자를 함유하는 에어로졸 만큼 효과적이지 못하였지만, 산화마그네슘 에어로졸은 여전히 기존의 로내에 석회석을 주입하는 방법보다 효과적이었다. 본 발명에 따른 에어로졸에서 얻은 산화마그네슘 입자의 입도는 0.020μm였다.
본 발명은 본 발명의 사상 또는 본질적인 특징에서 벗어남이 없이 다른 형태로 구체화되거나 또는 다른 방법으로 실시할 수 있다. 따라서, 상기 본 발명의 실시 태양은 모든 면에서 예시적인 것이지 제한하기 위한 것이 아니며, 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구의 범위로 한정되며, 동등한 의미 및 범위내에서 이루어지는 모든 변화는 본 발명에 속하게 된다.
Claims (10)
- (a) 금속을 온도 T1보다 높거나 같은 온도의 제1대역에서 증기화 온도 조건하에 증기화시키는 공정, (b) 가스상 기규중의 상기 금속증기를 상기 제1대역에서 제2대역으로 통과시키는 공정 및 (c) 상기금속증기를 상기 제2대역에서 산화제와 접촉시킴으로써 상기 금속증기를 산확시켜 상기 가스상 기류중의 고상 금속 산화물 입자들로 이루어진 에어로졸을 형성하는 공정으로 이루어진, 대응하는 금속으로부터 금속산화물 에어로졸을 제조하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 금속의 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 알칼리 토금속 보다 더 크거나 같은 원자가를 갖는 금속 및 이들의 혼합물로 구성되는 군 중에서 선택되는 것이 특징인 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 금속이 마그네슘 및 칼슘으로 구성되는 군중에서 선택되는 것이 특징인 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 금속을 증기화시키는 동안 불활성 가스 기류를 상기 제1대역에 공급하는 것이 특징인 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 가스 기류에 가해지는 금속 증기량이 5g/Nm3내지 250 g/Nm3인 것이 특징인 방법.
- 제1항에 있어서, 온도 T1이 증기화되는 금속의 융점인 것이 특징인 방법.
- 제1항에 있어서, 금속이 마그네슘이고, 증기화 온도가 대기압하에서 450°-11 50℃인 것이 특징인 방법.
- 제1항에 있어서, 금속이 칼슘이고, 증기화 온도가 대기압하에서 650°-1300℃인 것이 특징인 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 에어로졸이 0.001-1.0μm의 입도를 갖는 금속 산화물로 특징지어지는 것이 특징인 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 에어로졸을 조절된 온도 조건하에서 배출 물질을 함유하는 가스상 기류와 접촉시킴으로써 상기 금속 산화물 입자를 배출 물질과 반응시키는 공정을 추가로 포함하는 것이 특징인 방법.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1019900010732A KR930000278B1 (ko) | 1990-07-14 | 1990-07-14 | 연료의 연소 배출 물질 제어용 금속 산화물 에어로졸의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| KR1019900010732A KR930000278B1 (ko) | 1990-07-14 | 1990-07-14 | 연료의 연소 배출 물질 제어용 금속 산화물 에어로졸의 제조방법 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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-
1990
- 1990-07-14 KR KR1019900010732A patent/KR930000278B1/ko not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| KR920002202A (ko) | 1992-02-28 |
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