본 연구는 LNG를 연료로 사용하는 화력발전소 보일러에서 배출되는 1,000 Nm3/day의 연소 배가스에 포함된 8 ∼10%의 CO2를 대상으로 순도 99%, 회수율 90%로 회수할 수 있는 실증규모의 다단계 막분리 공정에 관한 운전 결과이다. 이를 위해 본 연구팀에서는 가소화 안정성이 우수한 폴리이서설폰 중공사막을 개발하고 CO2/N2의 분리특성을 연구한바 있 으며[1], 소형 모듈을 이용하여 압력 및 CO2의 조성 변화에 따른 투과 특성을 실험과 향류 방식의 전산 모사를 통하여 확인 하여 막분리에 의한 CO2의 회수 가능성을 확인한 바 있다[2-4]. 이러한 선행 연구결과를 바탕으로 pilot 규모의 다단계 막분 리 plant를 설계하여 제작, 설치, 운전하였으며 그 운전 결과를 다단계 공정의 수치 모사 결과와 비교하였다. 전체 공정은 크게 배출되는 배가스 내의 수분을 전단에서 제거하기 위한 제습 공정과 후단에 재순환이 가능한 4단계 막분리 공정으로 구성되어 있다. 4단 분리막 공정에서 배출되는 최종 CO2의 농도는 운전 조건에 따라 95∼99%의 CO2가 0.15∼0.2 ton/day 의 회수율 70∼95% 회수규모로 얻어졌다. 얻어진 실험 결과는 수치 모사 결과와 비교하였을 때 매우 잘 일치 하는 것을 알 수 있었으며 운전 중 전체 공정은 안정적으로 작동하는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구를 통해 다단계 막분리 공정을 통한 배가스에서 CO2를 성공적으로 분리할 수 있었다.

본 연구는 LNG를 연료로 하는 화력발전소의 보일러를 대상으로 여기에서 배출되는 8~15% 내외의 이산화탄소 배가스 1,000 Nm3/일로부터 이산화탄소를 회수율 90%, 농도 99%로 회수하기 위한 다단 막분리 공정을 설계 및 제작하기 위한 선행연구결과이다. 본 연구실에서 이산화탄소에 대한 가소화안정성 및 이산화탄소/질소의 분리특성이 탁월한 폴리이서술폰(PES)소재를 대상으로 비대칭구조의 중공사형 분리막 및 모듈이 개발되었다[1].. 개발된 중공사막을 대상으로 모듈의 투과현상을 전산모사 하였으며 이를 이용하여 막분리 공정의 최종 회수조건에 적합하게 하기 위해 재순환공정이 가능한 4단 막분리 공정을 전산모사 하였다. 설계된 다단계 막분리 공정의 타당성을 입증하기 위해 개발된 중공사막모듈을 대상으로 설계된 운전 압력(공급측의 압력 및 투과측의 압력)과 공급 농도의 변화에 따른 막분리 공정의 투과량 및 농도를 조사하였다. 얻어진 결과를 공정모사를 통하여 계산된 결과를 비교한 결과 운전조건에 따른 유량, 순도, 막 면적 등에서 이론치와 실험치가 매우 잘 일치함을 확인할 수 있었다.

폴리이서설폰은 상용화된 엔지니어링 고분자 소재 중에서 이산화탄소/질소 및 이산화탄소/메탄의 분리 능력이 아주 우수하면서 이산화탄소에 대한 가소화에 대한 저항력이 아주 뛰어난 것으로 알려져 있다[1-4]. 본 연구에서는 연소 배가스내 이산화탄소의 분리/회수를 위하여 건-습식 상전이법에 의해 비대칭구조의 폴리이서설폰 중공사막을 제조하였다. 제막용액은 고비점이면서 폴리이서설폰의 용매인 NMP와 저 비점의 폴리이서설폰의 팽윤제인 acetone를 일정한 조성으로 함께 녹여서 제조하였다. 방사용액의 농도, NMP와 acetone의 비, 방사높이, 증발조건, 실리콘 코팅조건을 변화시키면서 중공사를 제조하였으며, 얻어진 중공사막의 이산화탄소와 질소에 대한 기체투과도와 선택도는 순수기체를 통하여 측정하였다. 최적의 PES 중공사막은 PES/Acetone/NMP = 30/35/35 wt% 방사용액과 실리콘의 코팅조건하에 제조된 것으로 폴리이서설폰 소재 자체의 고유선택도인 30~40의 CO2/N2 선택도를 보였으며 25~50 GPU의 이산화탄소 투과플럭스를 보였다. 이러한 선택도와 투과도로부터 계산된 중공사 외표면의 선택층의 두께는 0.1;μm였다. 제조된 폴리이서설폰중공사막이 향후 연소 배가스내 이산화탄소 분리/회수용 막분리 공정에 적용될 경우 우수한 결과를 보일 것으로 예측된다.

본 총설에서는 지구온실기체인 배가스내의 이산화탄소의 분리기술중 가장 잠재성이 큰 막분리기술에 관해 기술하였다. 고분자막에 대한 기체투과(용해확산)이론과 이산화탄소/질소의 물리적인 특성을 배경으로, 많은 문헌에서 발표된 고분자소재의 투과데이터를 분석하고 이를 통해 고분자막의 물리화학적인 구조와 이산화탄소/질소의 투과선택성의 상관관계를 설명하였다. 상업적으로 기체분리에 가장 널리 사용되는 중공사막모듈의 및 분리막공정의 동향에 대해 소개하였다. 마지막으로 국내외에서 발표된 이산화탄소/질소 분리막에 대한 현재까지의 연구동향과 앞으로의 전망에 대해 기술하였다.

To achieve energy efficiency improvement is used to lower temperature for emission gas at catalyst inlet, or to reduce/stop using steam to reheat emission gas. Saved energy from this process can be used as power source in order to increase generation efficiency. Dry emission gas treatment, on the other hand, is the technology to increase generation efficiency by using highly efficient desalination materials including highly-responsive slaked lime and sodium type chemicals in order to comply with air pollution standards and reduce used steam volume for reheating emission gas. If dry emission gas is available, reheating is possible only with the temperature of 45℃ in order to expect generation efficiency by reducing steam volume for reheating. Retention energy of emission gas from combustion is calculated by emission gas multiplied by specific heat and temperature. In order to obtain more heat recovery from combustion emission gas, it is necessary to reduce not only exothermic loss from boiler facilities but emission calorie of emission gas coming out of boiler facilities. In order to reduce emission calorie of emission gas, it is efficient to realize temperature lowering for the emission gas temperature from the exit of heat recovery facility and reduce emission gas volume. When applying low temperature catalysts, the energy saving features from 0.03% to 2.52% (average 1.28%). When increasing the excess air ratio to 2.0, generation efficiency decreases by 0.41%. When the inlet temperature of the catalyst bed was changed from 210℃ to 180℃, greenhouse gas reduction results were 47.4, 94.8, 118.5, 142.2 thousand tons-CO2/y, CH4 was calculated to be 550.0, 1100.1, 1375.1, 1650.1 kg-CH4/y, and N2O was 275.0, 550.0, 687.6, 825.1 kg-N2O/y. In the case of high efficiency dry flue gas treatment, reduction of greenhouse gases by the change of temperature 120~160℃ and exhaust gas 5,000 ~ 6,500 ㎥/ton is possible with a minimum of 355,461 ton/y of CO2 and minimum 4,125 tons of CH4/y to a maximum of 6,325 ton/y and N2O to a minimum of 2,045 kg/y to a maximum of 3,135 kg/y.

우리나라의 경우 1990년대부터 환경오염문제의 사회화가 배경이 되어 환경에 대한 관심이 높아짐에 따라 1998년부터 배기가스의 탈황공정이 가동되어 화학석고가 발생하기 시작하였는데 이것이 화력발전소에서 부산물로 나오는 배연탈황석고이다. 국내의 석탄화력 발전소에 설치된 탈황설비는 흡착재로 석회석 분말을 사용하고 부산물로 석고를 생성하는 습식공정으로서, 배연탈황석고는 이수석고(CaSO4⋅2H2O)로 생성되는데, 인산석고와 비교할 때 pH가 중성이며 높은 순도의 균일한 품질을 가지고 있어 발생 전량이 시멘트 및 석고보드 원료로서 재활용되고 있다. 한편 최근 그 수요가 증가하는 고강도콘크리트 혼화재, 슬래그 시멘트에 사용하기 위하여 년간 30만톤 이상 수입되고 있는 천연무수석고는 우리나라에 광물로 부존하지 않는다. 선진국과 마찬가지로 배연탈황 석고가 전량 수입되고 있는 천연석고를 대체할 수 있다는 장점에 대하여 충분히 인식함에도 불구하고, 아직까지 전반적인 기술 기반의 취약성 및 인력 부족으로 석고보드 제조 등 초보적인 수준에 머물러 있으나 최근 콘크리트 혼화재료 제조기업은 중국의 값싼 제품으로 인해 가격 경쟁력을 상실하고 있어 미래 경쟁력 있는 분야로의 전환을 위해 배연탈황 석고를 이용한 고부가성 건설재료 제조 기술에 관심을 가지기 시작하고 있다. 이에 본 연구에서는 지속가능 친환경-고성능 건설용 복합재료의 생산 및 이의 활용 기술을 적극적으로 개발하고자 인공신경망 모델을 활용한 배연탈황석고 모르타르의 배합조건과 물리적 결과값의 데이터를 다양한 알고리즘에 적용하여 이의 분석과 예측의 정확성을 판별하여 기초데이터로 제공하고자 한다.

The re-emission of mercury (Hg), as a consequence of the formation and dissociation of the unstable complex HgSO3, is a problem encountered in flue gas desulphurization (FGD) treatment in coal-fired power plants. A model following a pseudo-second-order rate law for Hg2+ reduction was derived as a function of [SO32-], [H+] and temperature and fitted with experimentally obtained data to generate kinetic rate values of (0.120 ± 0.04, 0.847 ± 0.07, 1.35 ± 0.4) mM-1 for 40°, 60°, and 75℃, respectively. The reduction of Hg2+ increases with a temperature increase but shows an inverse relationship with proton concentration. Plotting the model-fitted kinetic rate constants yields ΔH = 61.7 ± 1.82 kJ mol-1, which is in good agreement with literature values for the formation of Hg0 by SO32-. The model could be used to better understand the overall Hg2+ re-emission by SO32- happening in aquatic systems such as FGD wastewaters.

용수보급률 증가에 따른 용수 공급량의 증가로 인해 하폐수처리시설이 증가되어 슬러지의 발생량 또한 증가하고 있다. 반면, 슬러지 해양투기가 금지됨에 따라 슬러지의 육상처리 및 재활용 처리방법이 갈구되고 있다. 현재 슬러지는 주로 소각, 매립, 시멘트 원료로의 사용, 복토제로의 활용 등의 방법으로 처리되고 있고, 슬러지를 연료로써 활용하는 방법도 많은 연구가 이루어지고 있다. 슬러지를 건조시켰을 때 발열량은 3,000~4,500kcal/kg 정도로, 국내 무연탄과 비슷한 수준이기 때문에, 슬러지를 에너지화하는 것이 가능하다. 하지만 슬러지는 다량의 중금속 및 유해성분을 함유하고 있기 때문에 연소 또는 소각 시 가스상 오염물질 배출의 문제가 있다. 슬러지 연소 또는 소각 시 발생되는 오염물질은 슬러지에 포함된 중금속 성분은 배출원 종류 및 처리방법에 따라 차이가 있기 때문에, 충분한 연구를 통해 소각이나 연소 시 해당 슬러지에 대한 오염물질 배출 특성을 분석하여야 한다. 본 연구에서는 슬러지 연소 시 중금속 배출특성을 조사하기 위해 lab-scale drop tube furnace를 이용해 건조슬러지를 연소하였다. 수은은 입자상 수은과 배출가스 중 산화수은, 원소수은으로 구별해 조사하였으며, 수은을 제외한 중금속은 바닥재의 농도를 조사하였다.

Waste electrical and electronic equipment (WEEE) has been received much attention recently due to rapid changes in materials and shorter replacement of consumer products. Most of WEEEs are collected and recycled at the designated recycling centers in Korea, and final residues after recycling, sorting and shredding them to separate valuable and recyclable parts in series are left as forms of shredded plastic mixtures, which would be a problem to be resolved. By further plastics separation the polyurethane foams are mostly remained and becomes waste to be treated by appropriate methods. Gasification to produce syngas and incineration to recover energy for such polyurethane foam waste could be utilized instead landfill presently treated. In this study the experiment was conducted to evaluate such performance characteristics of thermal processes. Pelletized solid refuse fuel (SRF) was fabricated to feed into the test furnace even though it was light with low density. Thermogravimetric analysis, proximate analysis and higher heating value were made. During gasification and incineration, gas composition with gaseous pollutants were measured. Due to nitrogen content in polyurethane, nitrogen containing gaseous substances such as NH3 and HCN were observed with varying equivalent air ratios (ERs). The assessment of polyurethane waste foam to energy using incineration and gasification was made with finding out the optimal condition of air injection to emit less pollutants in both operations. Produced syngas could be utilized as energy fuels by lowering pollutants emission.

Among many types of flue gas desulfurization (FGD) facilities, wet type FGD using lime or limestone is most popular in the world because of its simplicity of operation and availability of lime and limestone. Seawater desulfurization utilizes the alkalinity of seawater, thus requires no addition of lime and limestone. The efficiency of seawater desulfurization depends on the variation of alkalinity of seawater at different locations. This study presents the effect of gas-water ratio and total alkalinity of absorbing solution on the removal efficiency of sulfur dioxide from the flue gas by means of seawater. Also this study provides an alternative way to increase total alkalinity of seawater by utilizing fly ash from coal-fired power plants. The increase of removal efficiency with increase of alkalinity was measured as 0.26 ± 0.01% per ppm of bicarbonate alkalinity from the set of experiments using seawater, underwater, and distilled water, the alkalinity of which were 111 ppm, 38 ppm, and 1 ppm, respectively. Capability to increase total alkalinity of seawater using fly ash was confirmed.

This paper presents the results of the electrochemical treatment of chemical oxygen demand(COD) and total nitrogen(T-N) compounds in the wastewater generated from flue gas desulfurization process by using a lab-scale electrolyzer. With the increase in the applied current from 0.6 Ah/L to 1.2 Ah/L, the COD removal efficiency rapidly increases from 74.5% to 96%, and the T-N removal efficiency slightly increases from 37.2% to 44.9%. Therefore, it is expected that an electrochemical treatment technique will be able to decrease the amount of chemicals used for reducing the COD and T-N in wastewater of the desulfurization process compared to the conventional chemical treatment technique.

On the basis of the distribution of particle size measured by laser diffraction spectrometers, this research was carried out to investigate the characteristics of mist removal with the change of operating condition in the plasma reactor of impulse streamer corona. The operating parameters in this experiment were power of impulse streamer corona, gas velocity, impulse generation time, gas temperature, and SOx/NOx concentration. The collection efficiency T(d) was estimated by the distribution of particle size in the collection zone through the advanced model.