지구온난화의 주범인 이산화탄소의 포집저장기술(CCS) 중 포집기술에 집중하여 기술하였다. 이산화탄소 포집기술은 연소 후 포집, 연소 전 포집, 순산소 연소 포집기술로 분류되는데, 그 중에서도 연소 후 포집기술은 기존발생원에 적용하기 가장 용이한 기술로 판단되고 있다. 따라서 이 글에서는 연소 후 포집기술에 적용되는 다양한 기술 중 건식 고체 흡착제의 종류 및 건식 고체 흡착제를 이용한 연소 후 이산화탄소 포집기술 개발의 현황에 대하여 기술하였다.
현재 국내 산업공정 및 먼지발생공정에서는 발생된 먼지를 포집 제거하기 위해 머지 발생원의 특성에 따라 각종 집진기술을 적용하고 있는데, 여과포집진장치의 경우 년간 고체연료 사용량이 1,000톤 이상인 사업장을 대상으로 조사한 자료에 의하면 1985년에는 1,374기 였고, 1989년에는 2,100기, 1991년에는 5,710기로 년 평균 110% 이상 증가하는 추세를 나타냈다. 이와 같은 증가 추세는 여과포집진 기술이 다른 집진기술에 비해 여러가지 장점을 갖고 있기 때문이라고 볼 수 있다. 앞으로 산업체에서는 먼지배출 허용농도의 강화 대응 뿐만 아니라 대기오염 방지 측면과 인간의 호흡기에 유입되어 폐에 침착되는 미세한 입자까지 포집, 제거하기 위해서는 먼지제거 설비에는 고효율 집진기술을 적용하여야 한다. 따라서 본 글에서는 선진국에서 고효율 집진기술로 판명되고 있는 여과포집진기술에 대해 먼지포집 특성과 장치의 구성을 먼저 살펴보고 최근에 산업체 및 발전소에 적용하고 있는 여과포집진기술의 운전현황을 고찰하여 미래에 한국형 종합배가스 처리용 여과포집진기술을 개발하기 위한 기초자료로 활용하고자 한다.
$CO_2$ 포집기술은 크게 연소 후 포집(Post-Combustion Capture), 연소 중 포집기술인 순산소 연소(Oxy-Fuel Combustion) 및 연소 전 포집(Pre-Combustion)으로 구분되며, 이 글에서는 기존의 공기연소 대신에 산소만으로 연소하여 배가스 중의 수분을 응축 제거함으로써 $CO_2$를 포집하는 순산소 기술의 국내 외 개발현황 등을 소개한다.
여과포에 의한 분진 포집기술은 다른 분진포집기술에 비해 가장 우수한 집진성능을 나타낼수 있는 집진기술로서 최근에 와서는 분진발생공정, 연소설비 및 폐기물 소각설비의 중금속 물질, 유해 기체 및 분진의 동시포집 적용 등 광범위한 산업분야에 적응되어 운전되고 있다. 배출기체의 악조건과 습도가 다량 함유된 조건에서는 여과포 집진장치의 적용이 어렵다고 생각되고 있지만, 처리 기체의 조건 및 포집분진의 특성에 적합한 여과포의 개발과 탈진방식(cleaning method)의 개선으로 인해 해결이 가능하게 되었다. 또한 여과포에 의한 분진포집기술은 장치를 통과하는 배출기체의 속도가 다른 집진기술에 비해 느려 여과포 면적이 상대적으로 넓어져서 장치의 설치면적이 많이 소요된다는 단점이 있으나, 여과포를 원간으로 봉재하여 서로 접근시켜 많은 갯수를 다단으로 배치함과 동시에 연속탈진시스템(on-line cleaning)을 채택함으로써 장치에 소요되는 면적을 최소한으로 줄이려는 연구가 계속되고 있다. 대체적으로 여과포에 의한 분진포집기술의 산업체 적용에서 장치의 압력손실은 약 100 - 100 $mmH_2O$ 정도의 범위가 대부분이고 분진 포집효율은 거의 99.9%에서 99.99% 정도 달성이 가능하다[1,2,3].
산화.환원공정(OREOX)중 준휘발성 루데늄 산화물들을 포집하고 차후 고화 처리시 높은 온도(-110$0^{\circ}C$)에서도 안정한 화합물을 형성할 수 있는 최적의 포집재를 얻고자 하였다. 먼저 루데늄 포집재를 분석하였으며, 또한 열적으로 안정한 루데늄 화합물을 조사하여 각각에 대한 포집특성을 TG-DTA 및 XRD로 분석하였다. 이에 따르면 루테늄 포집재로 알려진 알루미나, 철과 티타늄 산화물 또는 이들 혼합물들은 100$0^{\circ}C$ 이상에서는 루데늄이 전량 휘발되었고, BaCO$_3$는 열적 안정성이 우수하지만, 화합물 생성 반응시 $CO_2$(g)가 발생한다는 단점이 있다. 따라서, 이론적 포집능이 크고 부산물이 발생되지 않는 $Y_2$O$_3$와 Li$_2$O를 적합한 루데늄 포집재로 제안하였다.
국내 원전에서 공기 중 삼중수소 농도를 평가하기 위해 사용하는 삼중수소 버블러의 포집효율에 대하여 고찰하였다. 수증기 형태인 공기 중 삼중수소는 기포가 물을 통과하는 동안 평형농도에 도달하게 된다. 많은 양의 기체시료를 통과시킬 경우 포집수의 삼중수소 농도가 높아지고 포집수가 감소하거나 증가하는 현상이 발생하여 포집효율에 영향을 미치게 된다. 이러한 영향을 고려한 포집수의 예측농도는 실측값과 잘 맞았다. 통상적인 방식과 같이 초기 포집수량을 이용하여 삼중 수소 포집량을 평가할 경우 기체시료의 상대습도가 0.5보다 높으면 포집효율은 1보다 낮아지고 상대습도가 0.5보다 낮으면 포집효율은 1보다 높아진다. 상대습도가 0.5가 아니더라도 $\frac{포화수증기량\times기체통과량}{포집수량}$을 작게 하면 포집효율을 1에 가깝게 유지할 수 있다.
철근 콘크리트 구조물의 염해 내구수명 산정을 위해서는 비래염분량 평가가 필수적이다. 현재까지 국내에서도 국외에서 개발된 포집기를 주로 사용해 왔으나 포집기 자체의 결함으로 포집 정확도에 문제가 있다는 지적이 일어왔었다. 본 연구 결과 기존의 포집기는 후풍의 영향을 배제할 수 없어 실제 포집기를 통과하면서 거즈에 부착된 비래염분은 후풍의 영향에 의해 이탈되어 포집량이 낮게 평가됨과 동시에 방향성, 즉 남쪽에서 불어오는 비래염분도 북향하고 있는 포집기에 포집되어 방향에 대한 구분이 없어지는 현상을 해석적, 실험적으로 규명하고, 문제해결형 개량형 포집기를 개발하였다. 또 해안지역에서 실측에 사용하여 높이별 비래염분량 측정과 동시에 포집기의 성능검증을 실시하였다.
방사성 $\beta$핵종 중의 하나인 $^{14}$ C은 중수로에서 상대적으로 많이 방출된다. 본 연구에서는 국내 유일의 중수로 원전인 월성 원자력발전소에서 배기구를 통해 환경으로 방출된 $^{14}$ C을 감시하기 위한 두 가지 타입의 대기시료 포집기술을 개발하였다. 하나는 전원을 이용하는 능동시료포집법(active air sampling)이며, 다른 하나는 전원을 사용하지 않는 수동시료포집법(passive air sampling)이다. 시료분석의 재현성 측면에서는 능동시료포집법이 보다 나은 것으로 알려져 있으나 시료채취 장소의 제한성 등으로 인해 최근에 들어와 수동시료포집법의 사용을 선호하고 있다. 본 연구를 통해 두가지 시료 채취법에 대한 측정오차의 신뢰성을 검증하기 위해 동위원소 분별효과를 비교 평가해 본 결과, 측정상의 오차가 약 2% 정도로 나타나 시료채취가 간단한 수동시료포집법의 사용타당성 및 활용 가능성을 입증하였다.
cyclone은 원심력을 이용하여 입자를 포집하는 집진장치로 간단한 구조 때문에 입자의 전처리 장치로 많이 사용되어 왔다. 그러나 미세 입자의 제어가 어렵고, 포집 효율의 증가를 위해 유량을 증가시킬 경우 유랑의 증가에 의한 압력손실과 에너지의 손실이 증가하며, 유량을 감소시킬 경우 입자의 포집 효율이 급격히 감소하는 점 등의 단점이 있다. 따라서, 미세 입자에 대한 포집 효율을 증가시키기 위해 싸이클론의 구조 및 형채를 변화시키는 많은 연구가 수행된 바 있다(Lim et al., 2001; Lim et al., 2003). 본 연구에서는 granule에 의한 관성충돌 효과를 이용하여, 일반적인 cyclone의 설계를 목적으로 하였다. (중략)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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