초록
Ca계 및 Na계 탈황제를 대상으로 열중량 분석실험과 승온탈리 실험을 수행하여 탈황제의 열적안정성, 집진기 전단 온도인 $250^{\circ}C$에서 탈황 성능, 그리고 상온에서 흡수용량 등을 비교하여 아래와 같은 결론을 도출하였다. 소석회($Ca(OH)_2$)는 약 $390^{\circ}C$에서 열 분해되기 시작하여 480~$500^{\circ}C$에 이르면 완전하게 분해되었다. 열분해 결과 생성된 생석회(CaO)의 무게는 최초 소석회 무게의 76%로 감소하였다. 중탄산나트륨($NaHCO_3$)은 약 $95^{\circ}C$에서부터 분해되기 시작하여 $190^{\circ}C$ 이하의 온도에서 완전하게 분해되어 처음 도입된 중탄산나트륨 무게와 비교하여 약 63%로 감소하였다. $250^{\circ}C$에서 실시한 열중량 분석 결과, 무수탄산나트륨($Na_2CO_3$)의 경우에는 탈황제 무게의 35%에 해당하는 $SO_2$를 흡수할 수 있고, 생석회는 15.6%, 소석회는 6.5%까지 $SO_2$를 흡수할 수 있는 것으로 나타났다. $250^{\circ}C$에서 초기반응 속도를 비교하면, Ca계 탈황제의 경우에는 초기 미반응 시간이 있는 반면에 Na계 탈황제인 무수탄산나트륨에서는 이러한 초기 미반응 시간이 없어, Ca계 반응제의 경우보다 Na계 탈황제의 경우에 $SO_2$와 더 빠른 반응이 진행되었다. 상온에서 실시한 승온탈리 실험 결과, Na계인 무수탄산나트륨보다는 Ca계인 소석회가 더 많은 $SO_2$를 흡수하였다. 따라서 저온에서는 Ca계인 소석회가 적절하고 고온에서는 무수탄산나트륨이 더 적절한 탈황제인 것으로 판단된다.
Physico-chemical characteristics of the Ca-based and Na-based dry sorbents were compared using thermo-gravimetric analysis (TGA) and temperature programmed desorption (TPD) methods. The studied characteristics were thermal stability, sulfur dioxide ($SO_2$) absorption capacity and absorption rate at $250^{\circ}C$ which is a typical temperature before a fabric filter, and $SO_2$ absorption capacity at an ambient temperature. Calcium hydroxide ($Ca(OH)_2$) started to decompose into calcium oxide (CaO) at $390^{\circ}C$ and completed at 480~$500^{\circ}C$, showing 76% of an original $Ca(OH)_2$ weight. Sodium bicarbonate ($NaHCO_3$) also converted to sodium carbonate ($Na_2CO_3$) between $95^{\circ}C$ and $190^{\circ}C$, decreasing the weight to 63% of its initial weight. Among four sorbents tested at $250^{\circ}C$, sodium carbonate had the highest capacity, absorbing 0.35 g $SO_2$/g sorbent. Calcium oxide and calcium hydroxide followed that showing 0.156 g and 0.065 g $SO_2$ absorption per absorbent respectively. Ca-based absorbents showed slower rate than sodium carbonate because of initial stagnant step. However, calcium hydroxide caught more $SO_2$ than sodium carbonate at ambient temperature. From this work, it can be concluded that Ca-based absorbent is a proper sorbent for $SO_2$ treatment at low temperature and sodium carbonate, at high temperature.
