The Characteristics of NO_x Formation in Stainless Mixed Acid Pickling Process and The Effect of Hydrogen Peroxide Addition on NO_x Formation

스테인레스 혼산 산세 공정에서 NO_x 생성 특성과 과산화수소첨가에 따른 영향

$NO_x$ is mainly emitted from mixed acid pickling process in the stainless industry and its impact to the environment has been worried over. This study which may be considered as one of the development of clean technologies, differing from the traditional end pipe technology is about how to reduce $NO_x$ emission through the modification of corresponding process. This study consists of two parts. First, the influence of various reaction parameters in a acid pickling process on $NO_x$ emission was investigated. Second, the influence of hydrogen peroxide on $NO_x$ formation, which is known as inhibitor of $NO_x$ emission, was investigated. Major findings in this study are as follows. The important reaction parameters which have a great influence on $NO_x$ emission are the reaction temperature and the concentration of fluoric acid. The concentration of nitric acid, some of which results in $NO_x$ compound is not as important as the concentration of fluoric acid. Synthetic mixed acid of nitric acid and fluoric acid itself in absent of pickling plate contributed the $NO_x$ emission, however, its impact was negligible in terms of quantity. The addition of hydrogen peroxide to the acid pickling process significantly contributed to the reduction of $NO_x$ emission and successfully achieved 80% reduction of $NO_x$ emission at the condition of $9.51{\times}10^{-2}mole\;hydrogen\;peroxide/m^2$ pickling area. This result was compared to literature value from Avesta steel process, indicating a sixth of hydrogen peroxide addition of Avesta's in achieving a same amount of $NO_x$ reduction. The region of the economic hydrogen peroxide addition per unit area of plate to be pickled from the result of this study was established.

질산과 불산의 혼산용액을 사용하는 스테인레스 산세 공정에서 많은 $NO_x$가 발생하고 이로 인한 주위환경의 피해가 우려되어 왔다. 본 연구는 이미 생성된 $NO_x$를 제거하는 기존의 환경공학 연구와 달리, 청정기술 개발의 일환으로 기존 산세 공정을 일부 변경하여 $NO_x$ 생성을 저감하기 위한 연구이다. 연구내용은 크게 둘로 나누어지는데, 첫째로 산세 공정의 다양한 공정 변수가 $NO_x$ 생성에 어떻게 영향을 주는 가를 파악하였고 둘째로 $NO_x$ 생성 억제제인 과산화수소가 $NO_x$ 발생량에 미치는 영향을 조사하였다. 중요 결과로는 산세 공정에서 $NO_x$ 생성에 영향을 미치는 주요 산세공정 변수는 불산 농도, 반응 온도이며 $NO_x$ 발생의 원인 물질인 질산 농도의 영향은 불산 농도에 비하여 크지 않다. 합성 혼산의 경우 산세를 하지 않는 동안에도 $NO_x$를 발생시키나 그 양은 무시할 정도이다. 그러나, 산세 현장의 산세 용액은 산세를 하지 않는 상태에서도 $NO_x$ 발생은 크다. 산세 공정에서 과산화수소 첨가에 따른 $NO_x$ 생성의 저감은 매우 효과적이어서 과산화수소의 농도가 스테인레스 시편 면적에 대하여 $9.51{\times}10^{-2}\;mole/m^2$ 이상일 때 $NO_x$ 발생이 약 80%까지 저감이 되었다. 이러한 결과는 실공정으로 운영되는 스웨덴 AVESTA 산세공정에서 비슷한 정도의 $NO_x$ 생성 저감률을 가져오기 위한 단위산세면적당 과산화수소 주입량의 1/6 정도이다. 실험실에서 행해진 과산화수소 주입에 따른 $NO_x$ 생성저감 결과를 이용하여 단위 산세면적에 대한 경제적인 과산화수소 주입양을 나타내는 영역을 설정하였다.