🌫️ 황산화물과 질소산화물 동시 제거! H₂S 활용 공정의 계산

 

❓ 문제 

최근 산업 현장에서는 환경규제 강화에 대응하기 위해 다양한 배출가스 정화 기술이 도입되고 있다.
특히 제철, 석유화학, 반도체 등 고온 공정이 포함된 산업에서는 연료 연소 및 반응 과정에서 이산화황(SO₂)과 일산화질소(NO)가 함께 발생하는 경우가 많다.
이 두 물질은 산성비, 광화학 스모그, 호흡기 질환 등을 유발하는 주요 대기오염물질로 분류되며, 이를 효과적으로 제거할 수 있는 기술의 도입이 필수적이다.
최근에는 공정 내에서 발생한 황화수소(H₂S)를 활용해 이산화황과 일산화질소를 동시에 제거하는 방식이 주목받고 있다.
H₂S는 환원제로 작용하여 SO₂ 및 NO와 반응함으로써 고체 형태의 황(S)을 생성하게 되며,
이 과정은 유해물질 제거와 동시에 황 자원 회수까지 가능하다는 점에서 친환경적인 대안으로 평가되고 있다.
해당 공정에서는 다음과 같은 반응이 일어난다.

• SO₂ + 2H₂S → 3S + 2H₂O
• NO + H₂S → S + H₂O + ½N₂

이 공장에서는 황화수소를 주입하여 배출가스 내 이산화황과 일산화질소를 동시에 제거하고 있으며,
반응을 통해 생성된 황을 고체 자원으로 회수하여 자원화하고 있다.
다음은 공정 조건이다.

• 배출가스 유량: 1200 Sm³/h
• SO₂ 농도: 1800 ppm
• NO 농도: 800 ppm
• 운전 조건: 하루 20시간, 월 26일 가동
• 반응은 100% 효율로 진행되며, 기체 1 mol의 부피는 22.4 Sm³로 가정한다

상기 조건을 바탕으로 다음 항목을 계산하시오.

1. 한 달 동안 소비되는 황화수소(H₂S)의 양 (단위: Sm³/월)
2. 반응을 통해 생성되는 황(S)의 총량 (단위: ton/월)

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🧪 반응식

• SO₂ + 2H₂S → 3S + 2H₂O
• NO + H₂S → S + ½N₂ + H₂O

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✍️ 풀이 과정

✅ 1단계. 배출가스 중 SO₂, NO 부피 계산 (Sm³/h)

yaml

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SO₂ 농도: 1800 ppm → 1800 / 10⁶ × 1200 = 2.16 Sm³/h NO 농도: 800 ppm → 800 / 10⁶ × 1200 = 0.96 Sm³/h

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✅ 2단계. 필요한 H₂S 부피 계산

• SO₂ 제거용: 2.16 × 2 = 4.32 Sm³/h
• NO 제거용: 0.96 × 1 = 0.96 Sm³/h
  → 총 H₂S 소비 = 5.28 Sm³/h

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✅ 3단계. 월간 H₂S 사용량 계산

bash

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5.28 × 20시간 × 26일 = 2745.6 Sm³/month

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✅ 4단계. 황(S)의 생성량 계산

ⓐ SO₂ 반응 생성 S

• 2.16 / 22.4 = 0.09643 mol
• 생성 S = 0.09643 × 3 × 32 = 9.25 kg/h

ⓑ NO 반응 생성 S

• 0.96 / 22.4 = 0.04286 mol
• 생성 S = 0.04286 × 32 = 1.37 kg/h

→ 총 S = 9.25 + 1.37 = 10.62 kg/h
→ 월간 S = 10.62 × 20 × 26 = 5522.4 kg = 5.52 ton/month

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✅ 최종 정답 요약 (변형 문제)

항목값

H₂S 사용량	2745.6 Sm³/month
황 생성량	5.52 ton/month

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🏭 적용 산업 예시

산업 분야적용 위치설명

정유/석유화학	탈황 공정, 폐가스 처리	H₂S 재활용 + 오염 제거
제철소	소결/코크스 공정	배기가스 중 SO₂/NO 제거
반도체	에칭 후 폐가스 처리	초미세 NO/SO₂ 제거
폐기물 소각	배연가스 처리 장치	NOx/SOx 동시 저감

🔁 마무리

이번 문제는 단순히 화학 반응식을 적용하는 걸 넘어서
실제 산업 설계에서 얼마나 많은 환원제(H₂S)가 필요한지,
생성되는 황을 어느 정도 회수할 수 있는지를 계산하는 데 유용하다.
이런 데이터는 배출가스 처리 설비, 저장탱크, 원료 계획 수립 시 매우 중요하게 활용된다.