SCR, SNCR

SCR과 SNCR은 NOX 질소산화물 저감기술이다.

  질소 산화물(NOx)은 NO, NO2 등과 같이 질소와 산소가 결합된 물질이다. 연료의 연소과정에서 공기중의 질소가 고온에서 산화하여 발생하거나, 연료내에 함유되어 있는 질소 성분이 열분해되어 NH3, HCN, CN와 같은 저분자량의 질소 화합물로 변하고 이들이 산소와 반응하여 발생된다. 즉 거의 모든 플랜트에서 PRODUCT생산 공정에서 질소산화물은 필연적으로 나오게 된다. 이제 질소산화물을 제거하는 SCR과 SNCR을 알아보자

 

1. SCR (Selective Catalytic Reduction) - 선택적 환원 촉매

 

 

  배기가스에 환원제(암모니아 등)를 분사하여 촉매층을 통과시켜 상대적으로 저온인 250~400도에서 NOx의 환원반응을 효과적으로 진행시키는 시스템이다. 주로 보일러, 발전시설, 폐수/기물/가스 소각처리 시설등에서 사용되고 있다. SCR법은 촉매하에서 NH3,CO, 탄화수소 등의 환원제를 사용하여 NOx를 N2로 전환시키는 기술이다. SCR법은 현재가지 신뢰성이 높고, 정화효율이 높아 상업적 질소산화물 처리기술로 발전했다. 대부분 고정원에서는 하니컴 형태의 지지체에 촉매를 코팅 (washcoat)하여 사용하거나 촉매 자체를 하니컴 형태로 제조하여 사용하고 있다. 적절한 촉매와 조업 조건을 설정할 경우 높은 먼지 영영인 50g/m3 에서도 94% 이 상의 탈질 효율을 보이는 것으로 알려져 있다. 

   환원제에 따라 공정을 분류할 수 있는데 탄화수소를 사용하는 HC-SCR과 수소를 사용하는 H2-SCR, 암모니아를 사용하는 NH3-SCR로 구분할 수 있다.

  암모니아를 환원제롤 사용할 경우 누출 문제가 발생할 수 있기 때문에 탄화수소나 수소를 환원제로 이용하는 촉매개발이 진행되고 있으나, 암모니아가 가장 우수하기 때문에 대부분의 고정원에서 NH3-SCR 공정을 채택하고 있다. 일반적으로 SCR은 NH3-SCR을 의미한다. 상용적으로 사용되는 촉매는 VOx/TiO2 (바나듐 산화물/ 이산화 타이타늄) 촉매로 250~400도 온도범위에서 높은 탈질 효율을 보인다. 또한 배기가스내 함유된 수분과 황산화물에 의한 활설저하가 작다.  4NO+4NH3+O2 -> 4N2+6H20로 반응식이 일어나게 되는데 산소가 있는 조건에서는 반응이 가속된다. 식에서 확인할 수 있듯이  질소산화물과 암모니아는 1:1로 반응하기 때문에 몰비는 1이 최적이지만, 암모니아 누출을 억제하기 위해 일반적으로 1.0이하의 몰비에서 조업된다. 

  단점으로는 HN3-SCR은 환원제로 사용되는 암모니아가 독성과 부식성이 있어 누출을 방지해야 한다는 것이고, 암모니아는 SO3와 반응하여 황산암모늄이 생산될 수 있다. 황산암모늄은 접착력이 높고 부식성이 강하지에 촉매층 후단의 장비를 부식시킬 수 있다. 따라서 촉매인 바나듐의 함량을 줄여 SO2가 SO3로 산화되는 것을 방지해야 한다.

 

2. SNCR (Selectiv non-Catalytic Reduction)

 

 

  배기가스 환원제를 분사하여 촉매 없이 연소실을 통과하여 850~1100도에서 질소산화물의 호나원반응을 통해 처리하는 시스템이다. 보일러, 발전시설, 소각시설 등에서 사용하는데, SCR과 다른점은 촉매를 사용하지 않고, 높은 반응온도에서 암모니아를 몰농도 비율로 배기가스 또는 연소 대류영역에 주입하여 질소산화물을 저감하는 방법으로 효율은 약 50%이다. SNCR은 설치비용이 저렴하나, 적정량의 암모니아주입 및 적정반응온도 유지 등읜 어려움이 있다. 

 

SNCR은 자세한 데이터를 찾기 힘들다. SCR과 비교하였을 때 설치비가 저렴하나 운영비와 효율이 좋지 않다는 것만 알면 될것 같다.