Removal of $SO_2$ gas from the flue gases was carried out using copper oxide adsorbent. Reaction among $SO_2$, $O_2$, and CuO can be represented as follows.
CuO+ $SO_2$ + $\frac{1}{2}O_2$ = $CuSO_4$
Copper oxide adsorbents were manufactured by the method of impregnation of γalumina tablet in a solution of copper(II) nitrate.
$SO_2$ breakthrough curves were obtained changing temperature and initial concentration in a tubular packed bed reactor. The kinetic parameters were estimated by fitting breakthrough curves to the theoretical kinetic model and the saturation capacities were calculated by the numerical integration of breakthrough curves.
The effects of temperature on adsorption rate and saturation capacity were considered.
Rate equation was obtained under the assumption that copper sulfate formation might be the ratedetermining step. And the equation representing breakthrough curves was obtained under the assumption of gas plug flow. By means of this equation the influence of space time on breakthrough curve was simulated.
산화 구리 흡착제를 사용 하여 $SO_2$gas 를 폐가스로부터 제거하는 방법을 연구 하였다. 그 반응식은 다음과 같다.
CuO + $SO_2$ + $\frac{1}{2}O_2$ = $CuSO_4$
산화 구리 흡착제는 다공성 담체인 γ-alumina($\frac{3}{16} × \frac{1}{8}"$ Tablet)에 질산 구리 용액을 함입시킨후 산화 처리하여 제조 하였다. 흡착제에 포함된 구리의 함량은 5wt\% 정도이며 반응 전후의 흡착제를 X-ray diffraction 분석한 결과 그 화학적 조성이 각각 CuO 와 $CuSO_4$ 임이 밝혀졌다.
반응 온도와 $SO_2$ 농도를 변화시키면서 관형 충전층에서 흡착 반응을 행하여 $SO_2$ breakthrough curue 를 구하였다. 한편 이론적으로 구한 kinetic model 을 비선형 최적화 방법으로 실험에서 구한 breakthrough curve 와 일치시켜 model 의 parameter 들을 구하였다. 또한, 이 curve 들을 수치 적분하여 산화 구리 흡착제의 온도에 따른 포화 용량을 구하였다.
온도가 증가함에 따라 (250-450 ℃) 흡착속도가 증가 하였다. 그러나 포화 용량은 약 425 ℃ 에서 거의 최대가 되었으며 그 이상의 온도에서는 감소하기 시작했다. 이러한 현상은 산화 구리에 의하여 $SO_2$ 가 촉매 산화 되기때문일 것으로 생각 되었다. 따라서, 최적 흡착 온도는 약 425 ℃ 라고 간주할 수 있다.
흡착 반응 속도식은 황산구리의 형성 단계가 율속 단계라고 가정하여 구해진 것이며, break through curve 식은 gas 가 plug flow 임을 가정 하여 세웠다. 그 식들은 각각 다음과 같다.
$r_A = K_{r} exp (-K_{d}t) C_A$
$\frac{C_{Ao}}{C_{Ai}} = exp (-\frac{V}{F} K_r exp (-K_{d}t)$
여기서
$K_r = 560.96 exp (-8.314/RT)$
$K_d = 0.156 exp (-3.43/RT)$
이다.
위의 식들은 반응 온도 250-450 ℃, 농도 2,000-10,000 ppm 의 범위에서 적용될 수 있다.
