NH3의 배출처리와 NH3+H2O Reaction

 

암모니아 냉동기

암모니아 (NH3)는 독성 물질이면서 인화성 물질입니다. 또한, 암모니아는 고압가스 입니다. 높은 증기압을 가진 물질로써 모든 압력용기에는 안전밸브(PSV)가 설치됩니다.
배출된 암모니아는 Flare stack, RTO로 처리하여 연소 후 대기로 배출됩니다. 정상적인 운전조건에서는 배출되지 않으니 년간 배출량은 Zero에 가깝겠습니다. 암모니아는 Water에 대한 용해도가 매우 높습니다. NH3 분자식 구조의 특징 때문입니다. 이러한 이유로 Scrubber, Water Pit로 처리하여 물에 용해를 시켜 암모니아 가스를 처리합니다. 공장에 정전이 발생되면 Flare stack, RTO는 비상전력을 이용하여 운전이 가능합니다만 비상전력 (UPS 등)이 소진되고 복전에 지연되는 경우 장기간 운전이 어렵습니다. 그러나  물을 이용한 처리 방법인 Scrubber, Water Pit는 일반적으로 처리하는 방법중에 하나이며 Water Pit를 이용한 방법은 별도의 동력을 필요로 하지 않습니다.  

NH3 & Water Reaction / NH3 Solubility

✅ NH3 & Water Reaction

NH3 (g)  + H2O (ℓ) → NH4OH (aq)

✅ NH3 Solubility

암모니아는 수소 결합에 의해 물과 상호작용 때문에 상온에서 용해성이 높은 것이다. 수소 결합은 약한 정전기 상호작용의 일종이다. 온도가 증가함에 따라, H2O 분자의 활동성이 상승하기 때문에 NH3 분자가 물분자와 결합이 어려워지고 수소 결합은 더 약해진다. 그래서 온도가 올라갈수록 NH3 가스의 용해도는 감소한다.

※ Solubility (g gas per kg water)의 의미
위의 그림은 NH3 gas의 물에 대한 용해도 그래프입니다. 온도가 높을수록 용해도는 낮습니다. g gas per kg water의 의미는 물 1kg에 녹을수 있는 NH3의 g량을 의미합니다. 예를 들면 적색으로 표기된 부분은 30℃에서 물 1000g에 400g의 NH3의 가스가 녹을수 있다. 라는 의미입니다.

NH3 + Water 용해 처리 설비

[ Water Pit로 처리 공정 ]

Water Pit로 처리방은 공정

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[ SCRUBBER 처리 공정 ]

Scrubber를 이용한 NH3 처리

※ NH3 (g)  + H2O (ℓ) → NH4OH (aq)
반응된 NH4OH는 특이한 악취가 있으므로 대기로 노출되지 않도록 대기 노출 설비는 최대한 Sealing하는 것이 바람직하다.

NH3 + Water 반응 속도

NH3 + H2O 반응은 산염기 반응이며, 반응속도 역시 매우 빠르다. 다음의 영상은 Liquid상의 NH3와 Vapor상의 NH3의 물에 대한 반응 실험 영상이며, 반응속도가 매우 빠른 것을 알 수 있습니다. 

 

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