신에너지 리튬 배터리 탄산염 생산을 위한 다중 오염물질 연도가스 정화

사례 연구 · 산업 배출 제어

선도적인 탄산리튬 생산업체가 터널 소성로 배출가스 10만 Nm³/h에서 SO₂, NOx, PM, 텔루륨, 불소 및 산성 미스트에 대한 초저배출 기준을 동시에 충족한 방법 — 충전탑 스크러빙, COA 산화 탈질, 석회석-석고 FGD, 습식 정전기 집진 및 자기 플룸 저감을 결합한 혁신적인 5단계 통합 처리 시스템을 도입했습니다.

리튬 배터리 탄산염 방출 가스
COA 산화 탈질
습식 정전기 집진기
텔루륨 및 불소 회수
백색 연기 저감

84%
SO₂ 제거
석회석-석고 FGD
60%
NOx 제거
COA 산화 탈질
99.5%
텔루륨 제거
충전탑 복구
100,000
Nm³/h
표준 연도 가스 부피

01 — 산업 배경

리튬 탄산염은 핵심 배터리 소재이며, 배출 규제 환경은 더욱 강화되고 있습니다.

탄산리튬은 리튬 이온 배터리 양극재, 유리 세라믹 및 특수 화학 물질 생산에 필수적인 원료입니다. 전기 자동차와 대규모 에너지 저장 시스템의 전 세계적인 폭발적인 성장은 탄산리튬 생산 능력의 급속한 확대를 촉진하여 생산량이 2014년 연간 4.1톤에서 2022년 3,950만 톤으로 증가했으며, 이는 연평균 2억 8,100만 톤의 복합 성장률을 나타냅니다. 향후 생산량은 연간 1억 1,000만 톤에 도달할 것으로 예상되며, 3,110만 톤의 연평균 성장률로 5,179만 톤까지 추가 증가할 것으로 전망됩니다. 탄산리튬 생산은 신에너지 자동차 공급망의 핵심이며, 여러 국가에서 신에너지, 신소재 및 신에너지 자동차를 5개년 계획의 전략적 개발 우선순위로 지정하고 있습니다.

본 사례 연구의 생산업체는 신에너지 리튬 소재 및 루비듐-세슘 기술의 연구 개발, 생산 및 판매를 전문으로 합니다. 풍부한 지역 리튬 및 루비듐 운모 자원을 기반으로 구축된 이 기업은 기존 채굴 산업의 높은 에너지 소비 및 낮은 회수율 문제를 해결하는 첨단 운모 리튬 추출 기술을 개발했습니다. 선진 기술 자원을 보유한 모기업의 지원을 받는 이 기업은 수직 통합 공급업체로서 리튬 소재 및 배터리 시스템 가치 사슬에 참여하고 있습니다.

배터리 등급 탄산리튬 생산 공정은 터널 가마를 사용하여 탄산염 전구체를 고온에서 소결합니다. 천연가스를 연료로 사용하는 이 터널 가마는 220°C에서 시간당 10만 Nm³의 배기가스를 배출하는데, 이 배기가스에는 고온 연소 반응과 탄산염 원료에서 미량 오염 물질이 증발하면서 발생하는 SO₂, NOx, 미세 입자, 텔루륨 화합물, 불소 화합물, 질소 산화물 등의 복합적인 오염 물질이 포함되어 있습니다. 환경 규제가 강화됨에 따라, 특히 2024년 이후 더욱 그러합니다. 오염물질 배출 허가 관리 규정 EU의 배출 통제 정책에 발맞춰 리튬 탄산염 터널 소성로의 배출 가스가 초저배출 기준을 충족해야 하는 요건은 이제 불가피해졌습니다.

통합 연도 가스 정화 시스템 가동 전, 리튬 배터리 탄산염 터널 소성로 배기가스 굴뚝에서 흰색 연기가 보이는 자기 연기 저감 시스템의 폐쇄 대기 모드 모습입니다.

"리튬 배터리 탄산염 터널 소성로 배출가스는 이산화황(SO₂), 질소산화물(NOx), 텔루륨 화합물, 불소, 미세먼지 등 다양한 오염물질이 동시에 존재하고, 고습도의 스크러버 후단 배출가스에서 발생하는 흰색 연기까지 더해져, 서로 다른 다섯 가지 처리 기술을 순차적으로 적용해야 하는 독특한 복합 오염 제어 문제를 안고 있습니다. 단 하나의 기술로는 이러한 모든 오염물질을 처리할 수 없습니다."

— 신에너지 리튬 배터리 산업 배기가스 정화 프로젝트 엔지니어링 기술 요약


02 — 오염 현황

터널 소성로 배출가스: 텔루륨 및 불소 회수를 포함한 7가지 오염물질 동시 검출

리튬 배터리 탄산염 터널 소성로는 시간당 약 1,000m³의 천연가스를 연료로 사용하며, 소성로에서 발생하는 배기가스는 220°C에서 시간당 100,000Nm³(공정 조건에서는 시간당 180,000Nm³)에 달합니다. 이 배기가스에는 다음과 같은 규제 대상 오염물질이 동시에 포함되어 있습니다.

  • 초기 농도가 100~500 mg/Nm³인 SO₂ (범위는 탄산염 원료의 배치별 변동성을 반영합니다.) 목표 배출구: 석회석-석고 FGD를 통해 84% 제거 효율로 ≤80 mg/Nm³. 넓은 유입량 범위로 인해 FGD 시스템은 최대 500 mg/Nm³ 시나리오를 고려하여 설계해야 합니다.
  • NOx 농도 30–50 mg/Nm³산업용 보일러나 제련로의 NOx는 훨씬 높은 농도를 나타내는 반면, 터널 가마의 NOx는 비교적 낮은 수준이지만 ≤80 mg/Nm³의 제한을 충족해야 합니다. COA(이산화염소 산화 또는 촉매 산화 흡수) 탈질 공정은 이 농도 범위에서 60%의 제거 효율을 달성합니다.
  • 미세먼지(PM) 농도 30~50 mg/Nm³목표 배출량: ≤20 mg/Nm³. 소결 공정에서 발생하는 미세 탄산염 및 산화물 입자. 습식 전기 집진기는 스크러빙 단계의 다른 PM 연마 효과와 함께 60%의 분진 제거 효율을 달성합니다. 전체 시스템의 실제 분진 제거 효율: 약 69%.
  • 텔루륨(Te) 화합물, 농도: 0.5–10 mg/Nm³목표 배출량: ≤0.05 mg/Nm³. 텔루륨은 전략적으로 중요한 희귀 원소로, 일부 탄산리튬 원료에 미량 불순물로 존재하며 고온 소결 과정에서 증발합니다. 따라서 텔루륨을 회수하여 재사용 가치를 확보하는 동시에 극히 낮은 배출 한도까지 제어해야 합니다. 충전탑(패킹탑) 스크러버 단계에서는 99.5%의 텔루륨 제거 효율을 달성하여 텔루륨을 회수하고 재사용할 수 있습니다.
  • 불소(HF) 0.16–20 mg/Nm³목표 배출 농도: ≤6 mg/Nm³. 넓은 유입 농도 범위는 원료의 불소 함량 변동성을 반영합니다. 석회석 스크러빙은 탈황 과정에서 불용성 불화칼슘을 생성하여 산성 가스 스크러빙 단계와 함께 불소 제거에 기여합니다.
  • 산성 안개(분무) 농도 23~30 mg/Nm³목표 배출구: ≤15 mg/Nm³. 스크러빙 단계에서 발생하는 미세 산성 에어로졸 입자는 최종 배출 전에 포집되어야 합니다. 습식 전기 집진기는 미세 입자 정화와 함께 산성 미스트 제거 기능을 제공합니다. 산성 미스트 제거 효율: 70%.
  • 흰색의 눈에 띄는 연기스크러버 후단의 배기가스는 약 40°C에서 수증기와 잔류 에어로졸로 포화됩니다. 자기 플룸 저감(MPA) 습식 정전기 집진기 조합은 모든 주변 환경 조건에서 눈에 보이지 않는 방전을 달성하기 위한 최종 정화 작업을 제공합니다.
매개변수 초기 농도 콘센트(디자인) EU IED/NER 한도
NOx 30–50 mg/Nm³ ≤80 mg/Nm³ IED 2010/75/EU: 100 mg/Nm³ (연소)
SO₂ 100–500 mg/Nm³ ≤80 mg/Nm³ 네덜란드 활동 법령 NER
미세먼지(PM) 30–50 mg/Nm³ ≤20 mg/Nm³ 네덜란드 활동 규정 NER ≤5 mg/Nm³
텔루륨(Te) 0.5–10 mg/Nm³ ≤0.05 mg/Nm³ IED BAT 중금속
불소(HF) 0.16–20 mg/Nm³ ≤6 mg/Nm³ IED 2010/75/EU HF BAT
산성 안개(분무) 23–30 mg/Nm³ ≤15 mg/Nm³ IED 배트
눈에 띄는 흰색 깃털 현재의 없음 (보이지 않음) 눈에 띄는 흰 연기는 없음
정격(표준) 연도 가스량 100,000 Nm³/h
공정 연도 가스 부피 180,000 Nm³/h (조건부)
연소 가스 온도(가마 출구) 220°C

03 — 치료 솔루션

텔루륨 회수 및 백색 연기 제거 기능을 갖춘 5단계 통합 정화 시스템

통합 처리 시스템은 5단계의 체계적인 과정을 통해 7가지 오염물질 범주 모두를 처리하도록 설계되었습니다. 각 오염물질을 개별적으로 처리하는 대신, 이 시스템은 각 단계의 교차 포집 효과를 활용하고 시약 화학 반응을 조율하여 한 단계의 반응 부산물이 다음 단계의 효율을 높이도록 합니다.

1단계: 유도 통풍 팬 흡입구에서의 예냉

냉각수 첨가제는 유도 통풍 팬 입구에 투입되어 연도 가스 온도를 220°C에서 약 120°C로 낮추어 하류 처리 장비 전체에서 부식 방지 재료가 정격 온도를 초과하는 것을 방지하고 습식 스크러버 내부를 열 손상으로부터 보호합니다.

2단계: 1차 충전탑 (충전탑 - 텔루륨 및 불소 제거)

약 120°C의 가스가 1단계 충전탑으로 유입되어 재순환 세정액과 접촉합니다. 이 탑에서 가스 중의 텔루륨 화합물과 불소는 물과 반응하여 수용성 화합물을 형성하고 세정액에 흡수됩니다. 충전탑의 순환액 수위가 점차 상승함에 따라, 텔루륨과 불소를 함유한 폐수의 일부는 이송 펌프를 통해 농축/탈염 조절 탱크로 이송됩니다. 이 1차 텔루륨 함유 폐수는 첨가된 불화칼슘과 함께 반응을 거칩니다. 불화칼슘 첨가로 인해 불화칼슘이 침전되고, 액체는 가압 여과를 통해 고액 분리되어 수용성 불소가 제거되고 물이 재활용됩니다. 이 단계의 핵심은 충전탑(텔루륨 제거탑) 재순환액의 pH 조절, 배기가스 온도 및 텔루륨 화합물 함량에 따른 순환 펌프 작동의 동시 조절, 그리고 텔루륨 및 촉진제 첨가량 조절입니다. 충전탑은 텔루륨 제거율 99.5%, 불소 제거율 70%를 달성합니다.

3단계: COA 탈질 시스템

스크러버 후처리 가스는 COA(이산화염소 산화/촉매 산화 흡수) 탈질 시스템으로 재유입됩니다. 이 시점에서 연도 가스에는 여전히 산화 가능한 NOx가 포함되어 있습니다. COA 탈질 메커니즘은 이산화염소 산화제를 사용하여 NO(수용성이 낮음)를 NO₂(수용성이 높음)로 산화시켜 후속 습식 스크러빙 흡수를 가능하게 함으로써 기존의 물 또는 알칼리 스크러빙만으로는 달성할 수 없는 상당한 NOx 제거 효과를 얻습니다. COA 시스템은 60%의 탈질 효율을 달성하여 유입구의 30~50 mg/Nm³에서 배출구의 ≤80 mg/Nm³까지 NOx 농도를 감소시킵니다. COA 탈질 후, 가스는 이산화황 제거를 위해 FGD 단계로 이동합니다.

4단계: 석회석-석고 FGD 타워 (직경 4.6m, 시간당 202,000Nm³)

COA 후 가스는 SO₂ 제거를 위해 석회석-석고 FGD 타워로 유입됩니다. FGD 타워는 84%의 탈황 효율을 달성하여 SO₂ 농도를 100~500 mg/Nm³에서 ≤80 mg/Nm³로 낮춥니다. 주요 매개변수는 다음과 같습니다. 타워 내경 φ4.6 m; 액체-기체 비율 15.5; 분무층 3개; 단일 펌프 유량 600 m³/h; 슬러리 침전 시간 5시간; 석회석 가동 소비량 65 kg/h (최대 사용량); 석고 생산량 131 kg/h (최대 생산량); 석고 수분 함량 ≤15%; 1단계 미스트 제거기 2단 스크린형; 2단계 미스트 제거기 1단 스크린 미스트 제거기 + 튜브 번들 미스트 제거기 세트 1개; 중간 석회석 저장 용량 10 m³ (7일 자립 가능). 탈황 반응에서 생성되는 석고 부산물은 탈수 과정을 거쳐 건축 자재로 재사용될 수 있습니다.

5단계: 습식 정전기 집진기(WESP) + 자석식 연기 저감 장치

탈황 후 가스는 잔류 미세 입자, 산성 미스트 방울 및 포화 수증기를 함유하고 있으며, 습식 전기 집진기(모델 BLSD360-64, 타워형 외부 설치, 하부 유입/상부 배출)로 유입됩니다. 습식 전기 집진기는 고전압 전계(BLEMG-2K 발생기, 평균 출력 80kW, 정화 효율 ≥95%)를 인가하여 잔류 미세 에어로졸 입자와 산성 미스트를 이온화하고, 이를 집진 전극으로 이동시킵니다. 유입 혼합 오염물질 농도: 100mg/m³; 유출: 5mg/m³. 장비 크기: 평면 6,200×7,200mm; 높이 17,900mm; 시스템 저항 350Pa; 설계 압력 ±5,000Pa; 작동 온도 <40°C. BLEMG-2K 발생기의 자기 연기 제거 기능은 WESP가 가스 흐름을 심층적으로 정화한 후 최종적으로 흰색 연기를 제거하여 굴뚝에서 눈에 띄지 않는 배출을 보장합니다.

터널
가마
220°C
예냉
→120°C
IDF 팬
충전탑 ⭐
Te + F⁻ 제거
99.5% / 70%
COA ⭐
탈질화
60% NOx
FGD ⭐
석회암
84% SO₂
WESP+MPA ⭐
오후/안개/연기 기둥
≥95%
깨끗한
스택

⭐ 본 프로젝트에는 새 장비 또는 업그레이드된 장비가 사용됩니다.

리튬 배터리 탄산염 터널 소성로 배출가스 처리를 위한 다중 오염물질 연도가스 정화 공정 흐름도. 예냉, 충전탑, 텔루륨 제거, COA 탈질, 석회석-석고 FGD 및 습식 정전기 집진기(자석 플룸 저감 기능 포함) 단계를 보여준다.

신에너지 리튬 배터리 탄산염 생산 터널 소성로 배출가스 정화를 위한 통합 다중 오염물질 배기가스 정화 시스템의 외관 설계 입면도. 충전탑, 탈황 설비(FGD) 스크러버 및 습식 전기 집진기 구성이 표시되어 있다.


04 — 핵심 장점

터널 소성로 탄산염 배출가스 처리에 이 5단계 구조가 적합한 이유는 무엇일까요?


  • 99.5% 효율의 텔루륨 회수 - 단순한 규정 준수 의무가 아닌 수익 창출 자산: 텔루륨은 전략적으로 중요하고 상업적으로 가치가 높은 희귀 원소입니다. 0.5~10 mg/Nm³의 유입 농도에서 99.51 TP3T의 제거 효율을 달성하는 충전탑 단계에서는 텔루륨이 풍부한 세정액을 회수할 수 있으며, 이 세정액은 불화칼슘 침전 및 압력 여과 과정을 거쳐 배터리 소재 제조에 재사용할 수 있는 텔루륨 회수 공정에 활용될 수 있습니다. 텔루륨 농도를 ≤0.05 mg/Nm³까지 포집해야 하는 규제 의무를 준수함으로써, 이러한 자원 회수 기회를 통해 처리 시스템의 운영 비용(OPEX)을 부분적으로 상쇄할 수 있습니다.

  • COA 탈질 공정은 기존 습식 스크러빙으로는 불가능한 NOx 제거를 달성합니다. 일반적인 알칼리 습식 스크러빙은 NO₂를 흡수하지만 NO는 흡수하지 못하는데, 이는 터널 킬른에서 발생하는 NOx의 90~95%를 차지합니다. COA 시스템은 습식 흡수 단계 전에 이산화염소를 사용하여 NO를 NO₂로 산화시켜, 일반적인 습식 스크러빙만으로는 달성할 수 없는 60%의 NOx 제거 효율을 제공합니다. 이 방식은 고온 가스 조절이 필요하고, 상대적으로 낮은 NOx 농도를 고려할 때 상당한 초기 투자 비용과 압력 강하를 유발하는 별도의 SCR 촉매층이 필요 없게 합니다.

  • 텔루륨 폐수 처리를 위한 통합 반응-응집-침전 공정 — 유해 화합물 무방류(Zero Liquid Discharge, LOD) 달성: 충전탑에서 나오는 텔루륨과 불소를 함유한 세정액은 칼슘 불화물을 첨가하여 불소를 침전시키고, 응집시킨 후, 압력 여과를 통해 고액 분리하는 포괄적인 반응-응집-침전 공정을 거칩니다. 여과액은 시스템으로 재순환됩니다. 이를 통해 텔루륨 오염 폐수의 지속적인 배출을 방지하고, 물 재활용을 실현하며, 텔루륨을 폐수 시스템으로 배출하는 대신 고체 형태로 회수할 수 있습니다.

  • 탄산리튬 응용 분야에서 석회석-석고 FGD의 장점: 석회석-석고 공정은 다음과 같은 7가지 구체적인 장점 때문에 선택되었습니다. (1) 낮은 에너지 소비; (2) 석고 부산물을 2차 오염 없이 처리할 수 있음; (3) 작은 설치 공간, 합리적인 유동 설계; (4) 낮은 저항과 에너지 효율을 위한 컴퓨터 시뮬레이션 최적화; (5) 균일한 흡수를 위한 낮은 가스 속도 설계; (6) 석회석 원료가 풍부하고 공급이 용이하며 저렴함; (7) 타워 내부에 역류 분무 및 미스트 제거 장치 설계를 적용하여 타워 벽면 침전물 감소. 또한, 석회석-석고 화학 반응은 탄산염 원료의 불소 함량과 호환되어 불소를 석고 폐수로 방출하는 대신 FGD 슬러리 루프 내에서 불용성 불화칼슘 형태로 포집합니다.

  • 습식 정전기 집진기는 미세먼지 제거 및 산성 미스트 제거를 동시에 달성합니다. BLSD360-64 WESP(모델 BLEMG-2K)는 정전기적 입자 포집과 자기적 연기 제거를 하나의 장치에 결합한 장비입니다. 고전압 자기장은 잔류 미세 입자(FGD 공정에서 미스트 제거기를 통과하는 미세 황산칼슘 결정 포함)를 이온화하여 집진 전극에 포집하는 동시에, 눈에 보이는 흰색 연기를 발생시키는 잔류 산성 미스트 방울과 수분 에어로졸도 포집합니다. 95% 이상의 복합 정화 효율을 통해 배출구 혼합 오염물질 농도를 5mg/m³까지 낮추고 단일 공정으로 눈에 보이는 흰색 연기를 제거합니다.

  • 원터치 자동 재시작 및 실시간 피드백 제어 기능으로 작업자 업무 부담 및 응답 오류 위험을 줄입니다. 시스템 내 각 타워와 연못에는 수위계가 설치되어 제어 시스템에 실시간 피드백을 제공하고, 급수 밸브와 펌프를 자동으로 연동시킵니다. 요소 용액 제조 및 요소 열분해에 대한 피드백을 제어 시스템에 제공함으로써 원터치 자동 재시작 기능을 구현하여, 변동성이 큰 부하 시스템에서 규정 위반 위험이 가장 높은 재시작 시점에 발생할 수 있는 작업자 오류 위험을 줄입니다.

05 - 운영 결과

검증된 규정 준수 데이터: 7개 항목 모두 EU IED/네덜란드 NER 제한치 이하

80mg 이하
SO₂ 배출구 (제한치 80)
84% 제거
80mg 이하
NOx 배출구 (제한치 80)
60% COA 제거
20mg 이하
오후 매장 (최대 20개)
69% 먼지 제거
≤0.05mg
출구(한도 0.05)
99.5% 텔루륨 회수
≤6mg
HF 출력 (제한 6)
70% 불소 제거
1,047kW
실제 작동 전력
(최대: 1,186kW)

전체 시스템의 최대 설치 전력은 1,186.67kW이며, 실제 운전 전력은 1,047.52kW입니다. 24시간 연속 운전 시, kWh당 0.36위안의 전기 요금을 적용하면 일일 전기 요금은 9,050.57위안입니다. 연간 8,000시간 운전 시 연간 전기 요금은 약 301,683.76위안에 해당합니다. 연간 용수 비용은 약 8만 위안(시간당 4.66톤, 톤당 2위안 기준)입니다. 연간 석회석 비용은 약 1만 5,360위안(시간당 64kg, 톤당 300위안 기준)입니다.

신에너지 리튬 배터리 탄산염 생산 시설에 적용된 다중 오염물질 배기가스 정화 시스템의 적용 시나리오를 보여주는 그림으로, 충전탑 COA 탈질 FGD 스크러버 및 습식 전기 집진기를 포함한 설치 완료 사례를 통해 깨끗하고 눈에 보이지 않는 굴뚝 배출을 달성한 것을 보여줍니다.


06 — 구현 시 주의 사항

탄산리튬 소성로 배출가스 처리 관련 핵심 엔지니어링 및 운영 교훈

  • ⚠️
    연소 가스 온도 및 SO₂ 변동은 시스템 배출 불안정의 주요 원인이므로, 소성로 팀과 처리 제어실 간의 긴밀한 운영 소통을 보장해야 합니다. 주요 운영 위험 요소는 배기가스 온도 및 SO₂ 농도 변동입니다. SO₂ 유입 농도는 탄산염 원료 배치에 따라 100~500 mg/Nm³ 범위일 수 있습니다. 가스 조성 또는 부피에 영향을 미치는 계획된 생산 변경 사항에 대해서는 공식적인 사전 통지 절차를 수립하고 시행해야 합니다. 소성로 작동 매개변수 변경에 대한 최소 15분 전 사전 통지를 통해 FGD 제어 시스템은 농도 변화가 흡수기에 유입되기 전에 시약 투입량을 미리 조정할 수 있습니다.
  • ⚠️
    충전탑(텔루륨 제거탑)의 pH 조절은 운영상 가장 민감한 매개변수입니다. 텔루륨 제거 성능의 핵심은 충전탑 재순환액의 pH 제어와 연도 가스 온도 및 텔루륨 화합물 함량에 따른 순환 펌프 작동 조절입니다. pH가 최적 흡수 범위를 벗어나면 텔루륨 제거 효율이 급격히 떨어져 규정 위반 및 회수 가치 손실이 발생합니다. 목표 pH 범위의 하한 및 상한에 경보 설정값을 두고 연속적인 pH 모니터링을 시행하고, pH가 목표 상한값을 초과할 경우 자동으로 담수를 공급하는 연동 장치를 구현해야 합니다.
  • ⚠️
    충전탑(1차 탈황탑) 및 탈황탑 입구 온도 모니터링은 하류 장비를 보호하기 위해 제어 시스템에 피드백되어야 합니다. 탈황탑 1단 및 2단 입구의 온도 모니터링은 자동 피드백 기능을 갖춘 제어 시스템에 연결되어야 합니다. 측정된 가스 온도는 장비 작동 매개변수 및 공정 설정값을 실시간으로 조정하여 부식 방지 재료가 정격 온도를 초과하는 것을 방지하고, 탈황 공정이 석회석 용해 및 아황산칼슘 산화에 최적의 온도 범위 내에서 작동하도록 보장합니다.
  • ⚠️
    생산 공정 중 배관 누출은 이차적인 운영 위험 요소입니다. 부식성 가스 환경은 접합부 및 밀봉재의 열화를 가속화합니다. 산성 가스와 텔루륨 화합물이 결합된 환경은 모든 배관에 심각한 부식성을 유발합니다. 모든 배관 및 밸브 연결부에 대해 매주 육안 검사를 실시하고, 특히 플랜지 면, 신축 이음부 벨로우즈, 펌프 기계식 씰에 주의를 기울여야 합니다. 모든 중요 배관 구간에 대한 예비 부품 재고를 유지해야 합니다. 비상시 배관 교체는 계획된 유지보수 시간을 초과하여 생산 중단이 발생하지 않도록 4시간 이내에 완료할 수 있어야 합니다.
  • ⚠️
    충전탑에서 발생하는 텔루륨 함유 폐수는 유출수 내 텔루륨 농도가 기준치 이하로 확인될 때까지 유해 폐기물로 취급해야 합니다. 텔루륨은 EU REACH 규정에 따라 환경 기준치를 초과하는 농도에서 유해 물질로 분류됩니다. 충전탑 반응에서 발생하는 폐수에는 용해된 텔루륨 화합물과 불화칼슘 고형물이 포함되어 있으며, 배출 또는 재사용 여부를 결정하기 전에 반드시 실험실 분석을 통해 특성을 규명해야 합니다. 압력 여과에서 생성되는 고형물(텔루르화칼슘/불화칼슘 케이크) 또한 폐기 또는 재사용 전에 유사하게 분류되어야 합니다.
  • ⚠️
    WESP 고전압(80kV) 시스템은 엄격한 전기 안전 프로토콜과 인원 접근 통제가 필요합니다. 습식 정전기 집진기는 약 80kV의 고전압에서 작동합니다. 모든 인원은 습식 정전기 집진기 구역에 출입하기 전에 고전압 전원 공급 장치를 물리적 키 인터록으로 차단하는 공식적인 잠금/태그아웃(LOTO) 절차를 준수해야 합니다. 네덜란드 전기 설비 규정(NEN 3140)에 따라 공인 전기 검사 기관에서 매년 전기 안전 검사를 받아야 합니다. BLEMG-2K 발전기의 SCADA 시스템에는 출입문이 열려 있을 때 고전압 공급을 차단하는 검증된 인원 안전 인터록이 포함되어야 합니다.

07 — 공학적 핵심 사항

리튬 배터리 탄산염 배기가스 정화 프로젝트에서 얻은 네 가지 교훈

  • 1
    규제 준수 요건과 자원 회수 기회는 서로 대립되는 개념이 아니라, 서로를 강화하도록 설계될 수 있습니다. 텔루륨 포집 요건(배출구 ≤0.05 mg/Nm³)은 배출 가스 스트림에서 99.5%의 텔루륨 회수를 동시에 달성하도록 합니다. 회수된 텔루륨은 배터리 소재 제조에 직접 재사용될 수 있는 가치를 지닙니다. 규제 요건을 단순히 비용 부담으로만 보는 프로젝트는 규제상 포집이 요구되는 상업적으로 가치 있는 화합물을 회수할 수 있는 경제적 기회를 놓치게 됩니다. 텔루륨, 불소, 석고, 열 회수는 모두 이 프로젝트에서 규제 요건과 자원 회수 기회가 일치하는 사례입니다.
  • 2
    COA 산화 탈질은 SCR이 과도하게 설계되는 습식 스크러빙 응용 분야에서 중간 정도의 NOx 농도(30~50 mg/Nm³)에 적합한 기술입니다. NOx 유입 농도가 100 mg/Nm³ 미만이고 처리 공정에 이미 습식 스크러빙 단계가 포함된 경우, COA 탈질(60% 제거, 촉매층 불필요, 스크러버 작동 온도에서 운전 가능)은 SCR(350~400°C의 온도 관리, 촉매 조달 및 교체, 암모니아 또는 요소 주입 시스템 필요)보다 경제적이고 운영상 더 적합합니다. 기술 선택은 특정 기술에 대한 사양 작성자의 숙련도가 아니라 특정 NOx 농도 수준과 처리 공정의 맥락에 따라 결정되어야 합니다.
  • 3
    오염물질 농도 유입 범위가 넓기 때문에 시스템 규모는 평균값이 아닌 최악의 경우를 기준으로 설계해야 합니다. 100~500 mg/Nm³의 SO₂ 유입 농도 범위는 최소값과 최대값 사이의 5배 변동을 나타냅니다. 평균 농도(예: 300 mg/Nm³)를 기준으로 설계된 시스템에서 84%의 제거 효율을 적용하면 평균 조건에서는 48 mg/Nm³의 배출 농도를 달성하지만, 500 mg/Nm³의 최대 농도 발생 시에는 정확히 허용 기준치인 80 mg/Nm³의 배출 농도를 달성하게 되며, 운영상의 사소한 오류라도 발생하면 규정을 초과하게 됩니다. 올바른 설계 기준은 항상 최대 유입 농도이며, 평균 농도 기간 동안의 규정 준수 여유는 운영 변동성에 대비한 설계 완충 장치입니다.
  • 4
    새로운 처리 시스템을 설계하는 대신 기존 공정 인프라를 활용하면 자본 비용과 설치로 인한 불편함을 줄일 수 있습니다. 본 프로젝트는 기존 시설의 기술 체계 및 공정 인프라를 기반으로 구축되었으며, 기능적 인프라를 교체하는 대신 새로운 처리 단계와 기존 장비 간의 통합 지점을 최적화했습니다. 핵심 엔지니어링 원칙은 기존 인프라가 제공할 수 있는 역량(유량, 온도, 압력, 화학적 특성)을 정확하게 파악하고 기존 시스템이 제공할 수 없는 추가적인 처리 기능만을 설계하는 것입니다. 이러한 접근 방식은 일반적으로 완전히 새로운 처리 시스템을 설계하는 것에 비해 프로젝트 투자 비용을 20~35% 절감합니다.

08 — 자주 묻는 질문

리튬 배터리 탄산염 터널 소성로 배기가스 처리: 10가지 질문에 대한 답변

EU 산업안전보건법(IED)/네덜란드 활동규정 요건에 따라 배기가스 정화 설비 개선을 계획 중인 탄산리튬 및 양극 활성물질 제조 시설의 환경 허가 담당자, 배터리 소재 생산 엔지니어, 지속가능성 팀의 질문입니다.

Q1. 이 응용 분야에서 NOx 제거를 위해 SCR 대신 COA 탈질 공정을 사용하는 이유는 무엇입니까?
SCR 공정은 효과적인 촉매 반응을 위해 가스 온도가 350~400°C에 도달해야 합니다. 리튬 탄산염 터널 소성로 배출가스는 처리 단계 전에 이미 약 120°C로 예냉되어 있습니다. 가스를 SCR 작동 온도로 재가열하면 상당한 에너지 손실과 열교환기 설치 비용이 발생합니다. COA 탈질 공정은 상온(30~70°C)에서 작동하며 촉매층이 필요 없고, 본 적용 분야의 유입 농도 범위인 30~50 mg/Nm³에서 60%의 NOx 제거율을 달성하여 배출 제한 기준인 ≤80 mg/Nm³를 충족합니다. NOx 농도가 200 mg/Nm³ 이상일 경우에는 SCR 공정이 더 높은 제거 효율을 제공하므로 온도 관리 비용에도 불구하고 SCR 공정이 선호될 수 있습니다. 그러나 30~50 mg/Nm³ 농도 범위에서는 COA 공정이 비용 효율적이고 운영상 더 적합한 선택입니다.
Q2. 충전탑 세척액에서 회수된 텔루륨은 어떻게 처리됩니까?
충전탑에서 나온 텔루륨 함유 세정액은 농축/탈염 조절 탱크로 이송되어 불화칼슘이 첨가됩니다. 불화칼슘 첨가는 불화칼슘 침전(용액에서 불소 포집)을 유발하고 텔루륨 화합물의 응집을 촉진합니다. 생성된 슬러리는 고액 분리를 위해 가압 여과를 거쳐 고농축 텔루륨 화합물과 불화칼슘 고형물을 함유하는 고체 케이크를 생성합니다. 이 케이크는 텔루륨 회수 및 정제 공정의 상업적 원료로 사용됩니다. 정화된 여과액은 보충 세정액으로 충전탑에 재순환되어 내부 용수 재활용이 이루어집니다. 방류 또는 재사용 경로가 확정되기 전에 여과액의 텔루륨 농도를 측정하고 EU REACH 규정에 따른 환경 기준치 미만임을 확인해야 합니다.
Q3. EU IED 및 네덜란드 규정에 따른 탄산리튬 소성로 배출가스에 대한 규제 체계는 무엇입니까?
네덜란드의 탄산리튬 생산 시설은 무기화학 분야 시설로서 EU 산업 배출 지침(IED 2010/75/EU)의 적용을 받습니다. 적용되는 최적가용기술(BAT) 결론은 SO₂, NOx, 분진, HF 및 텔루륨을 포함한 중금속에 대한 배출 제한값을 설정합니다. 네덜란드의 환경 허가는 활동령(Activiteitenbesluit milieubeheer) 및 환경법(Omgevingswet)에 따라 발급되며, 각 주 환경청(Omgevingsdienst)에서 현장별 제한값을 설정합니다. 텔루륨과 불소는 EU REACH 규정(EC) 1907/2006에 따라 유해 물질로 분류되어 특정 허가 조건을 준수해야 합니다. 무기화학 생산에 대한 네덜란드 허가에 따른 연속 배출 모니터링 시스템(CEMS) 요건에는 SO₂, NOx, PM, HF 및 O₂의 지속적인 모니터링과 중금속 및 기타 분야별 특정 매개변수에 대한 주기적인 샘플링이 포함됩니다. 모든 CEMS는 EN 14181 QAL1/QAL2/AST 표준에 따라 인증을 받아야 하며 관할 당국의 보고 시스템에 연결되어야 합니다.
Q4. 석회석-석고 FGD 시스템은 100~500 mg/Nm³ 범위의 SO₂ 유입 농도를 어떻게 관리합니까?
FGD 시스템은 최대 SO₂ 유입 조건(500 mg/Nm³)에서 목표 제거 효율 84%를 달성하도록 설계되었으며, 최악의 조건에서도 배출구 SO₂ 농도는 ≤80 mg/Nm³를 유지합니다. 실제 SO₂ 유입량이 더 낮은 경우(100 mg/Nm³)에는 배출구 SO₂ 농도가 ≤16 mg/Nm³에 도달하여 규제 준수 여유를 확보합니다. FGD 유입구와 배출구에 설치된 온라인 SO₂ 분석기는 농도를 지속적으로 모니터링하여 유입 농도 변화에 따라 석회 슬러리 투입량을 동적으로 조절할 수 있도록 합니다. 석회 저장 용량은 7일간의 자립을 보장하여 일시적인 공급 중단에도 규제 준수에 차질이 없도록 합니다. 최대 SO₂ 부하 시 석회 소비량은 시간당 65 kg, 석고 생산량은 시간당 131 kg이며, 이러한 생산량은 실제 SO₂ 유입 농도에 비례하여 증가합니다.
Q5. 이 통합 처리 시스템의 연간 운영 비용은 얼마로 책정해야 합니까?
주요 연간 운영 비용 항목은 다음과 같습니다. (1) 전기: 실제 가동 전력 1,047.52kW, 연간 가동 시간 8,000시간, kWh당 0.36위안 환산 시 약 30만 1,700위안 상당; (2) 용수: 시간당 4.66톤 소비, 약 8만 위안 상당; (3) 석회석: 시간당 64kg, 톤당 300위안 환산 시 약 1만 5,360위안 상당; (4) COA 시약(이산화염소 또는 동등품): 특정 COA 시약 소비율과 현재 시장 가격을 기준으로 계산; (5) 교체 부품: 충전탑 패킹(3년마다), FGD 미스트 제거기 노즐 점검(매년), WESP 집진 전극 세척(6개월마다), 펌프 기계식 씰(매년). 텔루륨 회수 판매로 이러한 비용의 일부를 상쇄하고, 석고 부산물 판매로 추가적인 수익을 얻습니다.
Q6. 동일한 시스템 아키텍처를 다른 리튬 배터리 소재 생산 공정(LFP 양극, NMC 양극 등)에도 적용할 수 있습니까?
네, 공정별 맞춤형 수정이 필요합니다. 리튬인산철(LFP) 양극재 생산 과정에서는 인산 원료에서 유래한 인 화합물이 상당량 함유된 배기가스가 발생하므로, 탈황(FGD) 단계 이전에 인 화합물을 포집하기 위해 1단계 스크러버의 화학 조성을 수정해야 합니다. 니켈망간코발트(NMC) 양극재 생산 과정에서는 니켈과 코발트와 같은 중금속이 함유된 배기가스가 발생하므로, 중금속 포집 및 회수에 최적화된 습식 스크러버 화학 조성이 필요합니다. 일반적인 5단계 공정(예냉, 특정 금속 회수를 위한 1단계 충진탑 스크러빙, 산화 탈질, 석회석-석고 탈황, 플룸 제거를 위한 습식 스크러버)은 다른 양극재 소성로에도 적용 가능하지만, 1단계 스크러버 화학 조성은 각 양극재 유형의 특정 미량 원소 프로파일에 맞게 조정해야 합니다.
Q7. FGD 단계에서 발생하는 석고 부산물은 어떻게 EU 환경 규정을 준수하도록 관리됩니까?
최대 시간당 131kg까지 생산되는 FGD 석고(황산칼슘 이수화물)는 이송 전에 수분 함량이 15% 미만이 되도록 탈수됩니다. 발전 공정 이외의 산업 공정에서 발생하는 FGD 석고의 부산물 또는 폐기물 분류는 석고가 EU 부산물 규정 및 적용 가능한 품질 기준을 충족하는지 여부에 따라 결정됩니다. 석고가 EN 13279-1(석고 결합제)의 순도 요건을 충족하고 규제 대상 오염 물질(탄산리튬 원료에서 유입되는 불소 포함)이 기준치를 초과하는 농도로 함유되어 있지 않음이 입증되면 부산물로 분류되어 건축 자재 부문에 판매될 수 있습니다. 불소 또는 기타 오염 물질이 기준치를 초과하는 경우, 해당 석고는 허가받은 업체를 통해 산업 폐기물로 처리해야 합니다.
Q8. 네덜란드 규정에 따라 습식 정전기 집진기에 적용되는 전기 안전 요건은 무엇입니까?
WESP는 약 80kV의 고전압으로 작동하며, 이는 네덜란드 NEN 3140(저전압 전기 설비 작업 규칙) 및 NEN 3840(고전압)에 따라 고전압 전기 설비로 분류됩니다. WESP 구역에 출입할 수 있는 모든 인원은 해당 NEN 3140/3840 인증을 보유해야 하며, 출입 전에 문서화된 잠금/태그아웃(LOTO) 절차를 준수해야 합니다. 고전압 전원 공급 장치에는 출입문이 열려 있을 때 전원이 공급되지 않도록 하는 물리적 키 인터록이 설치되어 있어야 합니다. 공인 전기 시험 기관의 연례 검사가 필수이며, 고전압 부품에 대한 모든 유지 보수 작업은 공인 고전압 전기 기술자가 직접 수행하거나 그의 직접적인 감독 하에 수행해야 합니다.
Q9. 이 시스템은 탈황 후 포화 배기가스에서 발생하는 눈에 보이는 흰색 연기를 어떻게 처리합니까?
탈황 공정(FGD) 후 배출가스는 약 40°C의 온도에서 수증기로 포화된 상태로 배출되며, 잔류 미세 에어로졸 입자와 산성 미스트를 함유하고 있습니다. 이러한 가스는 추가 처리가 없을 경우 대부분의 주변 환경 조건에서 굴뚝에서 지속적으로 눈에 보이는 흰색 연기를 발생시킵니다. BLEMG-2K 자기 발생기가 통합된 습식 정전기 집진기(WESP)는 흰색 연기 발생을 억제하는 두 가지 메커니즘을 제공합니다. (1) 눈에 보이는 흰색 연기 발생의 응결핵 역할을 하는 미세 에어로졸 입자와 산성 미스트 입자를 정전기적으로 집진하는 기능, (2) 자기장 기울기를 이용하여 포화된 수증기 분자와 잔류 서브마이크론 에어로졸을 포집하는 자기적 연기 저감 기능입니다. 이러한 조합을 통해 모든 정상 운전 조건에서 굴뚝에서 눈에 보이지 않는 배출이 가능하며, WESP 배출구의 혼합 오염물질 농도는 5 mg/m³입니다.
Q10. 다른 리튬 배터리 소재 생산 시설에 현장 방문이 가능한 참고 설비가 있습니까?
네. 이 리튬 배터리 탄산염 생산 시설에 적용된 통합 배기가스 정화 기술은 유사한 신에너지 소재 생산 시설에도 적용되었습니다. 자격을 갖춘 잠재 고객에게는 현장 방문을 주선해 드리며, 검증된 CEMS 규정 준수 데이터, 텔루륨 회수 관련 문서 및 운영 경험 기록을 제공해 드립니다. 아래 연락처 링크를 통해 참고 자료를 요청하시거나 유사한 리튬 배터리 소재 소성로 배기가스 정화 설비 현장 방문을 예약해 주십시오.

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본 사례 연구는 신에너지 리튬 배터리 탄산염 생산 시설에 통합 다중 오염물질 배기가스 정화 기술을 실제로 적용한 사례를 기반으로 합니다. 기술 매개변수는 검증된 엔지니어링 기록 및 규정 준수 모니터링 데이터를 바탕으로 산출되었습니다. 개별 프로젝트 결과는 원료 구성, 터널 소성로 운영 조건 및 적용되는 규제 관할권에 따라 달라질 수 있습니다. 규제 관련 내용은 EU 산업 배출 지침 2010/75/EU 및 네덜란드 산업 활동령(Activiteitenbesluit milieubeheer)을 기준으로 합니다.