흡수 공정이 산업적으로 활용되고 있는 원리는?

Question

기체에 포함된 특정 성분을 다른 물질을 이용해 제거하거나 분리하는 공정이 산업 현장에서 사용됩니다.

흡수 공정은 어떤 원리를 이용하고 어떤 특징들을 가지고 있나요?

Answer 1

안녕하세요, 궁금증해결을위한님. 이중철 전문가입니다.

먼저, 흡수 공정은 기체 혼합물 속에 섞여 있는 특정 성분을 액체 흡수제에 선택적으로 녹여 분리해내는 대표적인 기-액 물질 전달 단위 조작이며, 화력발전소나 제철소의 매연 정화부터 최신 이산화탄소 포집에 이르기까지 산업 전반에서 폭넓게 활용되고 있답니다.

■ 용해도 차이와 농도 구배를 이용한 물질 전달 원리

​흡수 공정의 기본 원리는 기체 성분이 액체에 녹아들어 가는 용해도 차이에 기반합니다. 혼합 기체 속 특정 가스의 분압이 액체 표면의 평형 압력보다 높을 때, 헨리의 법칙에 따라 기체 분자가 액체 속으로 확산하여 이동하는데요. 단순히 물이나 기름에 기체를 물리적으로 녹이는 물리적 흡수뿐만 아니라, 알칼리성 아민 용액처럼 특정 기체와 빠르게 결합하는 약품을 섞어 용해 속도를 극대화하는 화학적 흡수가 널리 쓰입니다. 공정 장치 내부에서는 기체는 아래에서 위로 올라가고 액체는 위에서 아래로 떨어지는 향류 흐름을 유도하여, 농도 차이를 지속해서 유지함으로써 물질 전달 효율을 극대화합니다.

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■ 충전탑을 통한 대용량 처리와 흡수제 재생의 경제성

​산업 현장에서는 기체와 액체가 닿는 표면적을 넓히기 위해 내부에 복잡한 충전물이 채워진 거대한 충전탑을 주로 사용합니다. 이를 통해 수천 톤에 달하는 공장 배가스 속의 황산화물이나 질소산화물 같은 미세먼지 원인 물질을 단시간에 고효율로 걸러내는데요. 기체를 흡수한 용액은 버려지는 것이 아니라, 뒤이어 연결된 탈거탑으로 보내져 열을 가함으로써 흡수했던 기체를 분리해내고 깨끗해진 흡수제를 다시 공정으로 되돌려 보냅니다. 이처럼 흡수제를 연속으로 재생하여 재사용할 수 있어 대규모 공정에서도 운영 비용을 획기적으로 낮출 수 있어요.

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정리하자면,

흡수 공정은 기체와 액체의 용해도 차이 및 화학 반응을 이용해 유해 기체를 선택적으로 녹여 분리하는 물질 전달 원리를 따르며, 넓은 접촉 면적을 활용한 대용량 배가스 처리와 흡수제 재생 재순환 구조 덕분에 대기오염 방지와 탄소 중립을 동시에 달성하는 핵심 화학 기술이랍니다.

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