KR101328691B1 - 타르를 이용한 코크스 건식 소화 방법 - Google Patents

타르를 이용한 코크스 건식 소화 방법 Download PDF

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본 발명은 타르를 이용한 코크스 건식 소화 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 코크스 건식 소화 설비(CDQ) 본체에 형성된 프리 챔버에 적열 코크스를 투입하여 유지하는 적열 코크스 투입단계; 상기 프리 챔버의 하부에 위치하는 냉각 챔버로 적열 코크스를 이동시키는 적열 코크스 이동 단계; 타르를 투입하여 상기 적열 코크스와 반응시켜 가연성 기체를 생성하는 타르 투입 단계; 및 공기를 투입하여 상기 가연성 기체를 연소시켜 배가스를 생성하는 연소 단계를 포함하는 코크스 건식 소화 방법에 관한 것이다.

Description

타르를 이용한 코크스 건식 소화 방법{A method for cokes dry quenching by using tar}
본 발명은 타르를 이용한 코크스 건식 소화 방법에 관한 것으로, 타르의 탄화 및 가스화에 의해 발생한 가연성 가스를 활용하여 코크스 건식 소화 설비에서 발생하는 열량을 조절하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 제철소의 코크스 공장에 적용되는 코크스 건식 소화 설비(Coke Dry Quencher, CDQ)는 코크스 버킷부터 공급되는 적열 코크스를 소화시키는 방식에 따라 습식과 건식으로 분류될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 코크스 건식 소화 설비는 CDQ본체(101)를 포함하여 구성된다. 즉, 코크스 건식 소화설비의 CDQ본체(101)는 윈치 리프트(103)를 통해 코크스 버킷(102)으로부터 고온 상태의 적열 코크스를 공급받으며, 이런 적열 코크스를 건식 소화시키는 과정을 통해 고열을 회수하고, CDQ본체(101) 내에서 건식 소화된 코크스를 코크스 배출 장치(104)로 배출한다.
이때, 종래 기술의 코크스 건식 소화설비는 CDQ본체(101) 내에서 적열 코크스를 건식 소화시키는 과정에서 발생되는 수소(H2) 또는 이산화탄소(CO2)와 같은 폭발의 원인이 될 수 있는 가스를 연소시켜 제거하는데, 이를 위하여 수소(H2) 또는 이산화탄소(CO2)를 연소시키는데 필요한 연소용 공기를 CDQ본체(101)의 상부 일측에 설치된 연소용 공기 공급장치(105)를 통해 공급시킨다.
상기한 바와 같이, 코크스 건식 소화 설비는 불활성 기체를 사용하여 코크스를 냉각 소화시킨다. CDQ본체(101)의 프리 챔버(101a)에 투입된 적열 코크스가 냉각 챔버(101b)로 이동된 후, 불황성 기체가 가스 공급관(106)을 통하여 냉각 챔버(101b)에 공급됨으로써, 불활성 기체와 적열 코크스가 열교환을 하게 되는 바, 고온의 불활성 기체로부터 회수된 열은 발전시스템 등에 이용되는 것이 일반적이었다.
그러나, 이러한 코크스 건식 소화 방법에서는 전단 공정인 석탄 고온 건류 공정의 조업 상황에 따라 CDQ 발생 열량의 변화가 심하여 후단의 발전량에 변동을 주게 되는데, 이로 인하여 발전 조업을 수시로 변경하는 번거로움이 존재하였다.
국제공개공보 제2004-022672호
이에 본 발명의 한 측면은 적열 코크스에 의해 타르를 열분해하고, 그 결과 생성되는 가연성 가스 성분을 연소시켜 배가스를 제조함으로써 스팀 생산량을 증가시키는 코크스 건식 소화 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 견지에 의하면, 코크스 건식 소화 설비(CDQ) 본체에 형성된 프리 챔버에 적열 코크스를 투입하여 유지하는 적열 코크스 투입단계; 상기 프리 챔버 하부에 위치하는 냉각 챔버로 적열 코크스를 이동시키는 적열 코크스 이동 단계; 타르를 투입하여 상기 적열 코크스와 반응시켜 가연성 기체를 생성하는 타르 투입 단계; 및 공기를 투입하여 상기 가연성 기체를 연소시켜 배가스를 생성하는 연소 단계를 포함하는 코크스 건식 소화 방법이 제공된다.
상기 타르 투입 단계는 300 내지 1200℃의 온도의 챔버 내에서 수행될 수 있다.
상기 타르 투입 단계는 프리 챔버, 냉각 챔버, 또는 프리 챔버 및 냉각 챔버에서 수행될 수 있다.
상기 연소 단계에 투입되는 공기는 산소:타르의 부피비가 1:2~2.5가 되도록 수행될 수 있다.
상기 코크스 건식 소화방법은 상기 연소 단계에서 발생된 배가스를 이용하여 열 교환기를 통해 스팀을 생산하고, 상기 스팀을 발전 시스템에 투입하여 증기 터빈을 회전시켜 전력을 생산하는 것일 수 있다.
본 발명에 의하면 고온의 적열 코크스를 이용함으로써, 분해가 어려운 타르를 열분해할 수 있으며, 이 때 열분해에 의해 생성된 가연성 가스를 연소시켜 스팀 생산을 증가시킴으로써 발전량을 증가시킬 수 있다.
또한, 발전량 변동을 타르의 열분해 및 연소로 조절할 수 있으므로 안정적으로 조업할 수 있고, 타르의 열분해 과정에서 탄소가 코크스에 침적되므로 코크스 생산량도 증가시킬 수 있다.
도 1은 종래 코크스 건식 소화 설비를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 사용될 수 있는 코크스 건식 소화 설비의 일 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 사용될 수 있는 코크스 건식 소화 설비의 다른 예를 개략적으로 도시한 것이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 살펴본다.
도 2 및 3은 본 발명의 코크스 건식 소화 방법을 위한 코크스 건식 소화 설비(CDQ)의 일 예를 나타낸 것이다.
본 발명의 코크스 건식 소화 방법은 코크스 건식 소화 설비(CDQ) 본체에 형성된 프리 챔버에 적열 코크스를 투입하여 유지하는 적열 코크스 투입단계; 상기 프리 챔버 하부에 위치하는 냉각 챔버로 적열 코크스를 이동시키는 적열 코크스 이동 단계; 타르를 투입하여 상기 코크스와 반응시켜 가연성 기체를 생성하는 타르 투입 단계; 공기를 투입하여 상기 가연성 기체를 연소시켜 배가스를 생성하는 연소 단계를 포함한다.
상기 적열 코크스 투입단계는 코크스 건식 소화 설비(CDQ) 본체(3)에 형성된 프리 챔버(4)에 적열 코크스를 투입하는 과정이다. 코크스 버킷(1)에 담겨져 있는 약 1200℃ 정도의 적열 코크스를 윈치 리프트(2)를 이용하여 코크스 건식 소화 설비 본체에 형성된 프리 챔버에 장입한다.
이러한 적열 코크스 투입단계가 이루어진 후에는 상기 프리 챔버 하부에 위치하는 냉각 챔버(5)로 적열 코크스를 이동시키는 적열 코크스 이동 단계가 수행된다.
또한, 본 발명에서는 타르를 투입하여 가연성 기체를 생성하는 타르 투입 단계가 수행된다.
즉, 본 발명은 타르(tar)를 코크스 건식 소화 설비의 챔버 내에 투입하여 고온의 적열 코크스에 의해 열분해시키고, 열분해에 의해 생성된 가연성 가스의 연소를 통해 열량을 증가시킬 수 있다.
상기 타르 투입 단계는 챔버 내 300℃ 이상의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다. 300℃ 미만의 온도에서 수행되는 경우 타르의 휘발성분이 코크스 내에 존재하게 되어 코크스 야적 시 휘발성 유기 물질이 발생하여 대기가 오염되고, 고로 투입 시 유기성 휘발 물질이 발생하여 고로 가스(BFG, Blast furnace gas) 처리에 문제가 있다. 다만, 상한 온도를 특별히 한정하지 않으나, 타르 투입 단계를 1200℃ 이내에서 수행하는 것이 바람직하며, 이는 설비 조건에 따라 달라질 수 있다.
통상 코크스 건식 소화 설비(CDQ) 본체(3) 내의 프리 챔버(4) 쪽은 온도가 약 1000~1200℃이며, 코크스 배출 장치(6) 쪽의 온도는 약 200℃로서, 그 사이에 위치하는 냉각 챔버(5)의 온도는 300~400℃의 범위이다.
따라서, 상기 타르 투입 단계는 프리 챔버 또는 냉각 챔버에서 수행되거나, 프리 챔버 및 냉각 챔버 모두에서 수행될 수 있다. 타르의 투입을 위해서는 도 2 및 3에 도시된 바와 같이 챔버에 연결된 타르 투입 펌프(7)가 추가로 설치되는 것이 바람직하다. 보다 상세하게 도 2는 냉각 챔버에 타르 투입 펌프(7)가 설치된 예를 도시한 것이고, 도 3은 이에 추가로 프리 챔버에 타르 투입 펌프(7´)가 설치된 예를 도시한 것이다.
상기와 같이 타르를 투입하면, 하기의 반응식(1)과 같이 반응하여 가연성 기체가 생성된다. 타르의 열분해 반응은 흡열 반응이며, 이에 필요한 반응열은 고온의 코크스로부터 제공받는다.
타르(CnHmOp) + C(열) → CH4 + H2 + C + H20 + Cn-xHm-yOp-z + CO + C02 (1)
이와 같이 타르를 챔버에 투입함으로써 타르의 열분해에 의해 탄소가 코크스에 침적되어 코크스 생산량도 증가시킬 수 있다.
후속적으로 상기 연소 단계에서는 상기 가연성 기체를 연소시켜 배가스를 제조함으로써, 궁극적으로 스팀 생산량을 균일하게 하거나 또는 증가시킬 수 있다. 이를 이용하여 발전량을 균일하게 하거나 증가시킬 수 있다.
즉, 코크스 건식 소화설비의 CDQ본체(3)는 윈치 리프트(2)를 통해 코크스 버킷(1)으로부터 고온 상태의 적열 코크스를 공급받으며, 상기 적열 코크스를 건식 소화시키는 과정을 통해 고열을 회수한 후, CDQ본체(3) 내에서 건식 소화된 코크스를 코크스 배출 장치(6)로 배출한다.
코크스 건식 소화설비의 CDQ본체(3) 내에서 적열 코크스를 건식 소화시키는 과정에서 수소(H2) 또는 이산화탄소(CO2)가 발생하는데, 이는 폭발의 원인이 될 수 있으므로 연소시켜 제거시켜야 한다. 이를 위하여 연소에 필요한 공기를 CDQ본체(3)의 상부 일측에 설치된 연소용 공기 공급장치(9)를 통해 공급시킨다.
이와 같이 상기 연소 단계에서는 연소를 위해 공기가 투입되며, 특히 상기 공기는 산소를 포함하고 있는 것이 바람직하다. 이때 투입되는 공기는 산소:타르의 부피비가 1:2~2.5가 되도록 수행되는 것이 바람직하다. 산소가 상기 부피비 미만의 양으로 포함되는 경우에는 타르 분해에 의해 발생한 가스가 불완전 연소되는 문제가 있고, 산소가 상기 부피비를 초과하여 포함되는 경우에는 과대한 산소의 투입으로 가스의 부피당 열량이 줄어드는 문제가 있다.
상기 공기 투입 시에는 배출 가스(8) 내 기준 성분으로 수소 함량을 모니터링하여 연소용 공기 공급장치(9)를 통해 당해 공기 투입 여부를 조절할 수 있다. 또한, 가스 내 분진이 열 교환기(11) 벽면에 침적하여 열 교환 효율을 저하시킬 수 있기 때문에, 도 1 및 3에 도시된 바와 같이 분진 집진기(10)를 설치하여 이를 방지할 수 있다.
상기 연소 단계의 배가스는 하기의 반응식에 의해 생성된다.
CH4 + 2O2 → CO2 + H2O + 열 (2)
H2 + 1/2O2 → H2O + 열 (3)
CO + 1/2 O2 → CO2 + 열 (4)
Cn-xHm-yOp-z + O2 → H2O + CO2 + 열 (5)
본 발명은 상기 연소 단계에서 발생된 배가스를 이용하여 열 교환기(11)를 통해 스팀을 생산하고, 상기 스팀을 발전 시스템(12)에 투입하여 증기 터빈을 회전시켜 전력을 생산할 수 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 첨부 도면을 들어 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다.
1: 코크스 버킷(coke bucket)
2: 윈치 리프트(winch lift)
3: CDQ 본체
4: 프리 챔버(prechamber)
5: 냉각 챔버(cooling chamber)
6: 코크스 배출 장치(coke discharge device)
7, 7´: 타르 투입 펌프(tar injection pump)
8: 배출 가스(flue gas)
9: 연소용 공기 공급장치(Air/ O2 blowing fan)
10: 분진 집진기(dust collector)
11: 열 교환기(Heat exchange)
12: 발전 시스템(Electric generation system)
13: 송풍기(blower)

Claims (5)

  1. 코크스 건식 소화 설비(CDQ) 본체에 형성된 프리 챔버에 적열 코크스를 투입하여 유지하는 적열 코크스 투입단계;
    상기 프리 챔버의 하부에 위치하는 냉각 챔버로 적열 코크스를 이동시키는 적열 코크스 이동 단계;
    타르를 투입하여 상기 적열 코크스와 반응시켜 가연성 기체를 생성하는 타르 투입 단계; 및
    산소:타르의 부피비가 1:2~2.5가 되도록 공기를 투입하여 상기 가연성 기체를 연소시켜 배가스를 생성하는 연소 단계를 포함하는 코크스 건식 소화 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 타르는 300 내지 1200℃의 온도의 챔버 내에 투입되는 코크스 건식 소화 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 타르는 프리 챔버, 냉각 챔버, 또는 프리 챔버 및 냉각 챔버에 투입되는 코크스 건식 소화 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서, 상기 연소 단계에서 발생된 배가스를 이용하여 열 교환기를 통해 스팀을 생산하고, 상기 스팀을 발전 시스템에 투입하여 증기 터빈을 회전시켜 전력을 생산하는 코크스 건식 소화 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH05171154A (ja) * 1991-12-26 1993-07-09 Nkk Corp コークス乾式消火設備のコークスの炭素付加方法及び 炭素付加で発生する混合ガスの回収方法
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