Hybrid 수분 전처리 장치가 배출원 HCl 회수율에 미치는 영향 :The effect of Hybrid water pretreatment device on the recovery rate of HCl from its emission sources

길한뉘

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자료유형: 학위논문

저자정보: 길한뉘 (건국대학교, 건국대학교 대학원)

지도교수: 김조천

발행연도: 2022

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2022

Hybrid 수분 전처리 장치가 배출원 HCl 회수율에 미치는 영향

길한뉘 환경공 2022.01 학위논문

2020

굴뚝배출가스 내 수분조건에 따른 수분 전처리 장치 암모니아 회수율 평가 연구

길한뉘 , 박신영 , 안지원 외 8명 한국대기환경학회 학술대회논문집 2020.10 학술대회자료

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굴뚝 배출 가스는 국소적이지만 농도가 높고 발암성과 같은 유해성이 큰 물질들이 다량 존재하기 때문에 집중적인 농도 관리 및 측정이 요구되고 있다. 이에 따라 우리나라는 TMS (Tele Monitoring System)를 이용하여 대형 사업장에서 배출되는 대기오염물질 농도를 원격으로 상시 측정 및 관리하고 있다. TMS 측정 시 굴뚝 배출 가스는 고온 고습의 특징을 가지고 있어 분석기로 유입 전 수분 전처리 장치가 필요하며 수분 제거 과정에서 분석 물질의 손실이 없는 것이 가장 중요하다. 하지만 굴뚝 배출 가스 조건에서 수분 전처리 장치에 대한 연구가 부족한 것이 비단 우리나라뿐만이 아니고 전 세계적인 실정이다. 따라서 본 연구에서는 굴뚝 배출 가스 조건에서 수분에 대한 용해도가 큰 HCl을 대상으로 수분 전처리 장치의 회수율을 비교 ? 분석하고 각 장치의 한계점을 보완한 Hybrid 수분 전처리 장치를 제안 및 평가하였다.
굴뚝 배출 가스 조건을 모사하기 위해 도관을 180 ℃로 유지하였으며 습윤 가스 생성기를 이용하여 절대 습도 4 ± 2(v/v%), 17 ± 2 (v/v%)의 시료가스를 생성하였다. 연구에 사용된 수분 전처리 장치는 Cooler, Nafion dryer (Roll type Nafion dryer, Poly tube Nafion dryer)와 KPASS 총 4종이었다.
Cooler의 경우 85% 이상의 높은 수분 제거율은 보였으나, HCl 회수율은 5% 이내의 낮은 회수율을 보여 배출원 HCl 수분 전처리 장치로써는 부적합하다고 판단되었다. Nafion dryer의 수분 제거율은 종류 및 가열 온도에 따라 유의한 차이가 발견되지 않았으며 83% 이상의 높은 제거 효율을 나타내었다. 반면 HCl 회수율은 Nafion dryer의 종류 및 가열 온도에 따라 유의한 차이를 보였다(p-value<0.05). 실온(25 ℃)조건에서 비교적 표면적이 작은 Roll type Nafion dryer가 Poly tube Nafion dryer보다 높은 HCl 회수율을 보였다. 또한 가열 온도가 증가할수록 HCl 회수율이 증가하였고 가열 온도 80 ℃에서 90%이상의 회수율을 나타냈다. 그러나 고온에서 장시간 가열 시 Nafion dryer의 변형 및 사용기간의 단축이 확인되어 수분 농도에 따른 적절한 온도 설정이 중요하다고 판단된다. 본 연구 조건 중 가장 낮은 수분 제거율을 보인 KPASS는 유량에 따른 수분 제거 효율에 유의한 차이는 발견되지 않았다. 반면, HCl 회수율은 유량이 증가할수록 증가하였고 5 L/min에서 90% 이상의 회수율을 나타냈다.
Hybrid KPASS의 수분 제거 효율 및 HCl 회수율을 평가하였고 각각 85% 이상, 95% 이상의 높은 효율을 보였다. 또한, Hybrid KPASS에서 온도를 50 ℃ 조건으로 고정하고 실험을 진행한 결과, 수분 제거 효율 83%이상, HCl 회수율은 92% 이상으로 나타났다. 향후 다양한 배출가스 온도에 대해서도 본 연구에서 얻어진 Hybrid KPASS의 적용이 가능하다고 사료된다.

Flue gas emitted from a stack comprises of many harmful substances. Thus, concentrated management and continuous measurement are required. Accordingly, Korea uses a Tele Monitoring System (TMS) to remotely measure and manage the concentration of air pollutants emitted from various companies.
The stack emission gas has the characteristics of high temperature and humidity. It is the most important thing to use a water pretreatment device before introducing the gas into an analyzer. However, the lack of research was carried on water pretreatment devices under the conditions of stack emission, not only in Korea but also all over the world.
In this study, the recovery rates of HCl with respect to various water pretreatment devices was compared and analyzed under stack conditions. Hydrogen Chloride (HCl) was selected because humidity strongly influences its measurement.
Moreover, a hybrid water pretreatment device was proposed and evaluated to supplement the limitations of other conventional devices.
To simulate the stack condition, the sample gas was maintained at 180 °C with absolute humidity of 4 ± 2 (v/v%) and 17 ± 2 (v/v%). Water pretreatment devices used in this study were four types: Cooler, Roll type Nafion dryer, Poly tube Nafion dryer and hybrid KPASS.
Cooler showed a high humidity removal rate over 85%, but the HCl recovery rate was low as < 5%, so that it was found to be unsuitable to use the cooler as a water pretreatment device for the measurement of HCl.
In terms of Nafion dryers, no significant difference was found in the water removal rate with respect to the type of Nafion dryer and heating temperatures. On the other hand, the HCl recovery rate showed a significant difference depending on the type of Nafion dryers and heating temperatures. The roll type Nafion dryer with a relatively small surface area under room temperature (25 °C) revealed a higher HCl recovery rate than that of the poly tube Nafion dryer. In addition, as the heating temperature increased, the HCl recovery rate increased. The recovery rate was higher than 90% at the heating temperature of 80 °C.
KPASS, showed the lowest humidity removal rate among these study conditions. No significant difference was found for the water removal rate of KPASS according to flow rates. On the other hand, the HCl recovery rate showed a significant difference depending on the flow rates. As the flow rate increased, the HCl recovery rate increased.
The humidity removal efficiencies and HCl recovery rates of the Hybrid KPASS were evaluated. The humidity removal efficiencies and the HCl recovery rate were found to be higher than 85% and 95%, respectively. When fixed at 50 °C in the Hybrid KPASS,
the humidity removal efficiency was higher than 83%, and the HCl recovery rate was higher than 92%.

#수분 전처리 #염화수소 #굴뚝 배출 가스 #굴뚝자동측정기기 #하이브리드

제1장 서론 1
제1절 연구배경 및 현황 1
제2절 연구의 목적 및 필요성 4
제2장 이론적 고찰 6
제1절 염화수소(HCl) 6
1. HCl의 성질 및 발생원 6
2. HCl의 측정방법 12
제2절 수분 전처리 장치 13
1. Cooler 14
2. Nafion Dryer 17
3. KPASS 20
제3절 굴뚝 자동측정기기(TMS) 24
제3장 연구방법 30
제1절 시료채취 및 분석방법 30
1. 검정곡선 32
2. 방법검출한계 33
제2절 수분 전처리 장치별 수분 제거 효율 연구 방법 34
1. Cooler 37
2. Nafion dryer 37
3. KPASS 38
4. Hybrid KPASS 38
제3절 수분 전처리 장치별 염화수소 회수율 연구방법 39
1. Cooler 42
2. Nafion dryer 43
3. KPASS 44
4. Hybrid KPASS 45
제4장 연구결과 및 고찰 46
제1절 정도관리 결과(QA/QC) 46
1. 검정곡선 47
2. 방법검출한계 48
제2절 수분 전처리 장치별 수분 제거 효율 49
1. Cooler 51
2. Nafion dryer 53
3. KPASS 56
4. Hybrid KPASS 57
제3절 수분 전처리 장치별 HCl 회수율 비교 분석 58
1. Cooler 59
2. Nafion dryer 61
3. KPASS 66
4. Hybrid KPASS 68
제5장 결론 71
참고문헌 74
국문초록 79

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