첨가제를 사용한 연속식 전자빔 공정에서 미세먼지 전구물질인 NOx (NO, NO₂) 및 SOx 제거 :Removal of Particulate Matter Precursors NOx (NO and NO₂) and SOx in a Continuous Electron Beam Process Using Additives (NaOH and NH₄OH)

신재경

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자료유형: 학위논문

저자정보: 신재경 (전북대학교, 전북대학교 일반대학원)

지도교수: 김현우

발행연도: 2020

저작권: 전북대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수20

이 논문의 연구 히스토리 (3)

2020

첨가제를 사용한 연속식 전자빔 공정에서 미세먼지 전구물질인 NOx (NO, NO₂) 및 SOx 제거

신재경 2020.01 학위논문

2019

첨가제 및 전자선 연속식 공정에 대한 NO_x (NO, NO₂) 제어 연구

신재경 , 오용환 , 김탁현 외 2명 한국대기환경학회 학술대회논문집 2019.11 학술대회자료

2018

전자빔을 이용한 NO의 제어효율: 첨가제 및 흡수선량의 영향

신재경 , 김경목 , 김현우 외 1명 대한환경공학회 학술발표논문집 2018.11 학술대회자료

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대기 환경에 직접적인 영향을 미치는 대기 오염물질은 스모그, 산성비 및 호수의 부영양화를 유발하여 물과 토양을 오염시키며 인간 동물, 그리고 생태계에 악영향을 끼친다. 국내의 경우, 2016년을 기준으로 초미세먼지(PM2.5) 100,000 ton, 질소산화물(NOx) 1,250,000 ton, 황산화물(SOx) 360,000 ton의 연간 배출량을 보였다. 본 연구에서는 첨가제를 이용한 연속식 전자빔 공정으로 SO2및 NOx (NO, NO2)를 제거하였다.

실험은 첨가제의 분사 없이 전자빔 만을 조사하는 전자빔 단일공정과 첨가제 분사-전자빔 조사가 동시에 이루어지는 복합공정으로 나누어 진행되었다. 첨가제의 종류, 초기농도, 조사선량 등을 실험의 변수로 설정하여 보다 자세한 제어효율의 비교분석을 위한 연구가 수행되었다. 대상 가스(NO, NO2 및 SO2)는 고-순도 Air로 희석되어, 초기농도 100, 200 및 500 ppm으로 설정되었다. 사용된 첨가제는 NaOH와 NH4OH이며, 전자빔은 0-20 kGy의 흡수선량으로 조사되었다.

실험 결과, 첨가제의 분사만으로도 90% 이상의 높은 제어효율을 보인 SO2는 거의 모든 실험조건에서 100% 가까이 제거되었다. NOx (NO, NO2)는 초기농도에 따라서 최대 효율을 보이는 조건이 상이하지만, 그 제어효율은 모두 94% 이상이었다. NOx 는 대부분의 경우에 초기농도가 낮고 흡수선량이 높을수록 효과적으로 제거되었다. 전자빔의 조사 강도 (mA)가 높아지면 전자의 방출계수가 증가하여 물질에 대한 전자의 충돌 확률 또한 증가하는데, 이는 제어효율의 증가로 이어질수 있다. 흡수선량이 증가함에 따라서 SO2와 NO 모두 제어효율이 증가하였다. 대상 가스의 농도 희석을 위하여 배경 가스로 사용된 고-순도 Air에 전자빔이 조사되면 NO2가 발생되는데, 이 때 흡수선량이 증가할수록 NO2의 발생량 또한 증가하였다. NO2는 첨가제 NaOH를 사용하였을 때 특정 흡수선량 이후 제어효율이 감소하는 경향을 보였다.

첨가제를 사용한 연속식 전자빔 공정에서 SO2와 NOx는 효과적으로 제거되었다. 그러나, 본 연구에서 사용된 기술의 현장 적용을 위해서는 실제 배기가스 성분과 비슷한 샘플을 이용한 실험이 이어져야 하고, 에너지 효율과 제어효율을 동시에 고려하여 최적의 조건을 찾아내는 연구가 계속되어야 할 것으로 사료된다.

The air pollutants, which have direct effects on the atmosphere, polluting the water and soil by causing smog, acid rain, and eutrophication of lakes, are known to be harming not only humans and other living organisms but also the environment where we live. In2016, Korea showed annual emissions of particulate matter(PM2.5) of 100,000 tons, nitrogen oxides (NOx) of1,250,000 tons, sulfur oxides (SOx) of 360,000 tons, respectively. In this study, SO2 and NOx were removed using a continuous electron beam process with additives.

The removal efficiency was measured and compared between a single process of electron beam irradiation without spraying of additives or a hybrid process of additive spraying-electron beam irradiation. The effects of the type of additive, initial concentration, and absorbed dose as parameters of the experiments on the removal of NOx and SO2 were evaluated. Target gases (NO, NO2 and SO2) were diluted with high-purity air and set to an initial concentration of 100, 200 and 500 ppm. The additives used were NaOH and NH4OH, and the electron beam was irradiated with an absorbed dose of 0?20 kGy.

As a result of the experiment, SO2, which has a high removal efficiency of over 90% just by spraying additives, has been removed nearly 100% from almost all experimental conditions. The conditions for maximum efficiency of NOx (NO, NO2) differed depending on the initial concentration, but their removal efficiencies were all above 94%. In most cases, NOx was removed better with lower initial concentrations and higher absorbed doses. As the irradiation strength (mA) of the electron beam increases, so does the probability of electron impact on the material, which may lead to increased removal efficiency. The removal efficiency of NOand SO2 increased as the absorbed dose increased. The high-purity air used as a background gas to dilute the concentration of target gases produced NO2 when the electron beam was irradiated, and the amount of NO2 produced increased as the absorbed dose was on the rise. NO2 showed a tendency of decreasing removal efficiency at specific absorbed doses when additive NaOH was used.

In the continuous electron beam treatment process using additives, both SO2 and NOx were effectively removed. However, additional experiments with samples similar to the actual emission components should be followed in order to apply the techniques used in this study on-site. Furthermore, studies should continue on optimal conditions that take into account both energy efficiency and removal efficiency.

#electron beam #NOx #SOx #particulate matter precursors #additives

1. Introduction 1
2. Literature review 6
2.1. Generation and environmental effects of nitrogen oxides (NOx) and sulfur oxides (SOx) 6
2.2. Treatment technologies 9
2.2.1. Denitration 9
2.2.2. Desulfurization 13
2.3. Electron beam flue gas treatment 14
2.3.1. Definition of electron beam and electron accelerator 15
2.3.2. Development and application of EBFGT 18
2.3.3. Decomposition mechanism of electron beam reaction 19
2.3.4. G-value 24
3. Materials and methods 26
3.1. Continuous EB system 26
3.2. Experimental conditions 32
3.3. Measurement of absorbed dose 34
3.4. Analysis method 40
4. Results and discussion 44
4.1. Effect of additives 44
4.2. Effect of initial concentration 48
4.3. Effect of absorbed dose 52
4.3.1. Nitrogen monoxide (NO) 53
4.3.2. Nitrogen dioxide (NO2) 58
4.3.3. Behavior of total NOx with single gas (NO and NO2) 64
4.3.4. Sulfur dioxide (SO2) 68
4.3.5. G-value by the various absorbed dose
5. Conclusion 76

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