고정층 반응기에서 K-계열 흡수제의 압력에 따른 HCl 흡수 거동 연구

Abstract

본 연구에서는 고정층 반응기(높이 15 cm, 내경 0.5 cm)에서 K-계열 건식 흡수제(<TEX>$K_2CO_3/Al_2O_3$</TEX>, 한국전력공사 전력연구원)를 이용하여 반응압력 변화에 따른 염화수소 흡수 실험을 수행하였다. 반응온도는 가스화 직후, 필터를 거쳐서 주입되는 것을 가정하여 <TEX>$400^{\circ}C$</TEX>로 설정하였으며, 반응기체 농도는 750 ppm HCl (<TEX>$N_2$</TEX> balance)으로 설정하였다. 반응압력은 1, 5, 10, 15, 20 bar로 증가시켰다. 압력이 증가할수록 K-계열 흡수제의 흡수 성능이 증가하였다. 흡수제를 구성하고 있는 주요 물질인 <TEX>$K_2CO_3$</TEX>가 HCl 가스와 반응하여 KCl 결정을 형성하였으며, 강한 결합에너지로 인하여 흡수제의 재생이 실질적으로 불가능하였다. 이에 대한 광학적, 물리적, 화학적 특성을 SEM, EDX, BET, TGA, XRD를 이용하여 분석하였다. <TEX>$400^{\circ}C$</TEX>, 20 bar 조건(가스화 이후 탈할로겐 공정의 온도 및 압력조건)에서 <TEX>$K_2CO_3$</TEX> 흡수제는 Ca 계열 및 Mg 계열의 흡수제에 비해 높은 HCl 흡수능 및 HCl/<TEX>$N_2$</TEX> 분리 거동을 보였다. In this study, the hydrogen chloride removal using K-based dry sorbents (<TEX>$K_2CO_3/Al_2O_3$</TEX>, KEPRI, Korea) was studied with varying the pressure in a fixed bed reactor (15 cm tall bed with 0.5 cm I.d.). Working temperature was <TEX>$400^{\circ}C$</TEX> and feed gas concentration was 750 ppm (HCl vol%, <TEX>$N_2$</TEX> balance). The chloride sorption capacity of sorbent increases with increasing pressure (1, 5, 10, 15 and 20 bar). Also, after forming KCl crystal by reaction with <TEX>$K_2CO_3$</TEX> and HCl, owing to the strong bonding energy, sorbent regeneration was practically impossible. Its optical, physical and chemical characterizations were evaluated by SEM, EDAX, BET, TGA and XRD. At <TEX>$400^{\circ}C$</TEX> and 20 bar condition, working condition for the dehalogenation process after gasification, K-based dry sorbent showed high HCl sorption capacity and HCl/<TEX>$N_2$</TEX> separation performances comparing with Ca-based and Mg-based dry sorbents.