온도변화에 따른 황화수소와 이산화탄소의 흡수특성

이 종규, 김 장규, 이 용국

포항산업과학연구원(RIST), 환경에너지연구센타

Characteristics of H2S& CO2 Absorption according to temperature

J.G. Lee, J.K. Kim, Y.K. Lee

Research institute of Industrial Science&Technology(RIST)

Environment&Energy Res. Center.

1. 서   론

Coke Oven에서 석탄을 건류하면서 발생하는 COG(Coke Oven Gas)을제철소의 연료로서 사용하기 위하여 COG중의 불순물인 황화수소성분은 단위공정중 황화수소흡수탑에서 암모니아를 주성분으로 한 흡수액으로 정제을 하고 있다.

하지만, COG중에는 이산화탄소도 함께 공존하고 있어 흡수액중 암모니아는 황화수소 및 이산화탄소가 경쟁적인 반응을 보임으로 인하여 황화수소흡수효율에 이산화탄소가 크게 영향을 미치고 있다.

암모니아를 주성분으로 한 흡수액과 황화수소간에는 화학반응을 동반한 가스흡수로서 이에 대한 연구는 문헌에서 많이 찾아볼수가 있었다[1-5].

본 연구에서는 황화수소 및 암모니아성분을 흡수제거하는데 있어서 온도변화에 따른 황화수소흡수효율변화를 관찰하였다. 또한 액기비을 변화시킴에 따른 흡수효율을 관찰하였다.

2. 이론적 고찰

2-1. 암모니아와 이산화탄소의 평형반응

암모니아와 이산화탄소을 함유한 용액에서의 평형반응은 다음과 같다 .

2-2. 암모니아와 황화수소의 평형반응

[eqn: (NH3^{ } )=A-S-Z#(HS-)=S#(NH4+)=S+Z]

2-3. 총괄물질전달계수

3. 실험방법

(1) 흡수탑의 구조

Structured packing Absorber인 흡수액에 Sulzer사의 laboratory packing을 충전하였다. 흡수탑의 직경은 25mm이고 유입되는 가스로는 황화수소 7000ppm, 이산화탄소 1%로 하였다. 흡수액으로는  28%암모니아수를 증류수와 희석하여 농도변화를 10,15,20g/l로 하였다.

(2) H2S 와 CO2분석

흡수탑이 높아짐에 따라 5군데에서 흡수액을 샘플링하여 흡수액중의 H2S와 CO2농도의 변화를 분석하였다.

흡수액중의 H2S의 분석은 Packed Column인 HeySep Q로 분리한 후 FPD(Flame Photomeric detector)을 이용하여 검량선을 작성한 후 흡수액중의 H2S을 분석하였다. 또한 흡수액중의 CO2분석도 위와 같은 칼럼을 사용하였지만, TCD(Thermal Conductivity Detector)을 사용하여 분석하였다.

4. 결과 및 토론

Fig.1.에서 보는 바와 같이 가스의 온도가 상승함으로 인하여 황화수소에 대한 총괄물질전달계수는 감소하지만. 이산화탄소에 대해서는 증가함을 보여주고 있다. 이는 황화수소가 액상에서 이온화경향이 강하여 온도증가에 의하여 가스상으로 전환되는 한편, 이산화탄소의 수화속도가 증가하여 이산화탄소와의 화학반응을 촉진하게 되어 이산화탄소의 흡수가 잘 이루어지게 되기 때문이다.

(a)                                      (b)

Fig.1 온도에 따른 총괄물질전달계수의 변화 [(a)H2S, (b)CO2 , 15g/l-NH3]

참고문헌

1)Prausnitz, John, Lichtenthaler, Rudiger and de Azevedo, Edmundo , "Molecular Thermodynamics of fluid-phase Equlilbria"3rd ed. Prentice Hall, 1999

2)D.W. Krevelen , P.J.Hoftijzer and F.J. Huntjens, Recueil, 68, 191p, 1949

3)G. Astarita, D.W.Savage and A. Bisio, "Gas treating with chemical solvent' Jon wiley& Sons, 1983

4)R. Zarzycki and A.Chacuk, "Absorption; Fundamentals&Applications"

Pergamon Press, 1993

5) Thielert, H. (1997). 'Simulation und Optimierung der okereigasreinigung",

Dissertation, TUBerlin