KR101466481B1 - 코크스 공정의 황화수소 발생량 예측방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 코크스 공정의 황화수소 발생량 예측방법에 관한 것으로, 석탄의 배합지수 데이터를 수집하는 단계(S11)와, 상기 수집한 석탄의 배합지수 데이터들에 대한 통계적 유의수준을 분석하여 코크스 공정의 황화수소 발생량과의 상관성이 있는 인자들을 독립변수로 선택하는 단계(S13)와, 상기 독립변수에 대한 상기 코크스 공정의 황화수소 발생량과의 상관관계를 도출하고(S15), 상기 도출된 상관관계로부터 상기 코크스 공정의 황화수소 발생량을 예측하는 단계(S17)를 포함한다.
본 발명은 코크그 오븐가스 내 이산화황 농도를 예측하여 화성공정의 이산화황 처리 효율을 최적화하고 코크그 오븐가스의 품질을 관리할 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 코크그 오븐가스 내 이산화황 농도를 예측하여 화성공정의 이산화황 처리 효율을 최적화하고 코크그 오븐가스의 품질을 관리할 수 있는 이점이 있다.
Description
본 발명은 코크스 공정의 황화수소 발생량 예측방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 코크스 공정 중 발생되는 황화수소의 발생량을 예측하기 위한 코크스 공정의 황화수소 발생량 예측방법에 관한 것이다.
코크스는 고로의 열원으로 사용되는 연료인 동시에 철광석을 환원시키는 환원제의 역할을 한다. 코크스는 석탄을 코크스 오븐 설비에서 가열 건류하여 제조한다.
코크스 제조용 석탄은 건류시에 점결이 잘 이루어질 수 있는 점결성을 가져야하므로 원료로는 역청탄이 많이 사용된다. 코크스 제조에 이용되는 석탄을 일반적인 연료용과 구분하여 원료탄이라 칭하기도 한다.
본 발명과 관련된 선행기술로는 국내등록특허 제10-0206486호 "고로용 코크스의 제조방법"이 있다.
본 발명의 목적은 화성공정에서의 이산화황 처리 효율을 최적화하고 코크그 오븐가스의 품질관리를 위해, 코크스 공정 중 발생되는 황화수소의 발생량을 예측할 수 있도록 한 코크스 공정의 황화수소 발생량 예측방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 석탄의 배합지수 데이터를 수집하는 단계와, 상기 수집한 석탄의 배합지수 데이터들에 대한 통계적 유의수준을 분석하여 코크스 공정의 황화수소 발생량과의 상관성이 있는 인자들을 독립변수로 선택하는 단계와, 상기 독립변수에 대한 상기 코크스 공정의 황화수소 발생량과의 상관관계를 도출하고 상기 도출된 상관관계로부터 상기 코크스 공정의 황화수소 발생량을 예측하는 단계를 포함한다.
상기 독립변수는 배합탄의 황 함량(TS)과 휘발분(VM)이다.
상기 상관관계는 하기의 <수학식>을 만족한다.
<수학식>
H2S(mg/N㎥) = 557.3 × (TS) + 6.7 × (VM) + 0.7
여기서, H2S는 코크스 공정의 황화수소 발생량, TS:배합탄의 황 함량, VM:휘발분이다.
상기 <수학식>은 배합탄에 적용되어 상기 코크스 공정시 발생하는 황화수소 발생량을 예측한다.
본 발명은 배합탄의 황 함량과 휘발분 함량을 측정하고 코크스 공정의 황화수소 발생량 예측 수학식에 대입하는 것에서 실제 코크스 공정의 이산화황 발생량예측할 수 있다.
따라서, 석탄 배합지수 및 코크그 공정 조업 변경에 따른 코크그 오븐가스 내 이산화황 농도를 예측하고 화성조업 대응력을 강화할 수 있으며, 코크그 오븐가스 사용 공정(예, 고로조업) 내 황 성분을 저감하여 제품 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 코크스 공정의 황화수소 발생량 예측방법을 보인 과정도.
도 2는 본 발명에 의한 코크스 공정의 황화수소 발생량 예측방법에 의해 예측된 코크스 공정의 황화수소 발생량과 실제 측정한 코크스 공정의 황화수소 발생량의 상관관계를 나타낸 그래프.
도 2는 본 발명에 의한 코크스 공정의 황화수소 발생량 예측방법에 의해 예측된 코크스 공정의 황화수소 발생량과 실제 측정한 코크스 공정의 황화수소 발생량의 상관관계를 나타낸 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명의 코크스 공정의 황화수소 발생량 예측방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 석탄의 배합지수 데이터를 수집하는 단계(S11)와, 수집한 석탄의 배합지수 데이터들에 대한 통계적 유의수준을 분석하여 코크스 공정의 황화수소 발생량과의 상관성이 있는 인자들을 독립변수로 선택하는 단계(S13)와, 독립변수에 대한 코크스 공정의 황화수소 발생량과의 상관관계를 도출하고(S15), 도출된 상관관계로부터 코크스 공정의 황화수소 발생량을 예측하는 단계(S17)를 포함한다.
코크스 공정은 10~18종의 석탄을 배합한 배합탄을 코크스 오븐에 장입하고, 공기가 차단된 상태에서 800~1400℃의 고온으로 장시간 건류하여 코크스를 제조하는 공정이다. 석탄을 해외에서 수입하는 우리나라의 경우 통상적으로 10~18탄종의 석탄을 배합하여 코크스를 제조한다.
배합탄을 코크스 오븐에 장입하여 건류하면 배합탄은 고온에서 열분해 되어 단괴상 탄소 물질인 코크스를 생성함과 동시에 다량의 코크스 오븐가스(COG)를 발생한다.
코크스 오븐가스는 4200~4400kcal/N㎥로 열량이 높아 일관제철소에서 주 에너지원으로 사용된다. 코크스 오븐가스는 일산화탄소(CO)와 이산화황(H2S), 메탄(CH4)을 포함한다. 이 중 이산화황은 악취를 발생시키고 배관을 부식시키므로 코크스 공정에서 일정수준 이하로 관리하는 것이 중요하다.
또한, 이산화황은 대기로 방출되고 물과 결합하면 우리의 폐 속에 잔류하는 작은 입자가 되고 스모그와 산성비를 만들기도 하므로 발생량을 최소화하는 것이 중요하다.
또한, 코크스 공정의 이산화황 농도의 갑작스러운 변화는 화성공정 내 처리효율을 저감시키고, 코크스 오븐가스를 연료로 사용하는 타공정에도 영향을 미치게 된다. 화성공정은 코크스 오븐가스를 정제하는 공정이고, 타공정은 코크스 오븐가스를 사용하는 후공정을 의미한다.
예를 들어, 고로 조업에서 코크스 오븐 가스를 사용하는데, 코크스 오븐 가스에 이산화황 농도가 높으면 용선에 포함된 황 농도가 높아져 용선 품질이 저하되고 용선의 탈황처리를 위한 추가 비용이 소요되어 제조비용 상승을 초래하게 된다.
따라서, 코크스 공정시 발생하는 코크스 오븐가스의 품질지표 중 하나인 이산화황의 농도를 예측하는 것이 중요하다. 즉, 화성공정에서의 이산화황 처리 효율 최적화하고, 코크스 오븐가스의 품질관리를 위해 코크스 오븐가스 내 이산화황 농도를 예측하는 것이 중요하다.
석탄의 배합지수 데이터를 수집하는 단계(S11)는, 코크스 오븐가스에 영향을 미치는 데이터를 수집하는 단계이다. 코크스 오븐가스에 영향을 미치는 데이터는 배합탄의 황 함량(TS), 휘발분(VM), 회분 등이 있다. 그 밖에 불활성성분, 유동도, 점결성 등이 있다.
배합탄의 황 함량(TS,Total Sulfur)은 배합탄을 만들기 전 각 석탄의 원소를 분석하여 황 함량을 측정한 후, 기존 데이터와 상관식을 적용하고 튜닝하여 정확도를 높이는 방향으로 배합탄의 황 함량을 예측할 수 있다.
또한, 배합탄의 황 함량은 10~18종의 석탄을 배합한 후 배합탄의 원소를 분석하여 측정할 수도 있다.
휘발분은 석탄의 성분 중 건류가스가 되는 성분으로서 휘발성인 것을 의미한다. 휘발분의 측정은 건조한 석탄을 공기를 차단하고 900℃ 내외로 7분간 가열한 다음 그 감량으로부터 수분을 뺀 나머지를 휘발분으로 간주한다.
휘발분은 배합탄의 황 함량과 마찬가지로 각 탄종의 휘발분 함량을 측정한 후, 기존 데이터와 상관식을 적용하여 튜닝하여 정확도를 높이는 방향으로 배합탄의 황 함량을 예측할 수도 있고, 배합탄을 가열하여 측정할 수도 있다.
회분은 석탄을 태우고 남은 부분(재)를 의미한다. 회분은 주로 고로 후공정에 영향을 미치며, 배합탄의 회분 함량이 설정치를 초과하면 재가 많아져 고로 내 분화가 일어나고 고로 통기성에 악영향을 미치게 된다.
수집한 석탄의 배합지수 데이터들에 대한 통계적 유의수준을 분석하여 코크스 공정의 황화수소 발생량과의 상관성이 있는 인자들을 독립변수로 선택하는 단계(S13)는 수집한 데이터 중 코크스 공정의 황화수소 발생량과 직접적으로 관련이 있는 인자만 선택하는 단계이다.
독립변수는 배합탄의 황 함량(TS)과 휘발분(VM)이다.
배합탄의 황 함량 및 휘발분은 코크스 공정의 황화수소 발생량과의 상관성이 높다. 배합탄의 황 함량이 많아지면 황이 코크스 제조시 발생하는 수소와 결합하여 황화수소 발생량이 증가하고, 배합탄에 휘발분 함량이 많아지면 배합탄에 포함된 황이 불완전연소하면서 이산화황 발생량이 증가한다.
코크스 공정시 황이 완전연소를 하면 황의 산화물이 됨으로써 황화수소 발생이 되지 않으나 불완전연소때는 높은 온도와 물 등 기타 성분 중의 수소와 고온의 황이 결합하여 황화수소가 생성된다.
따라서, 코크스 공정의 황화수소 발생량과 상관성이 있는 인자로 코크스 오븐온도가 더 포함될 수 있다. 그러나 코크스 오븐온도는 배합탄의 황 함량 및 휘발분에 비해서는 상관도가 낮아 제외하기로 한다.
아래에서 설명할 상관관계 <수학식>은 최소의 독립변수를 이용하여 코크스 공정의 황화수소 발생량 예측식을 만드는 것이 목적이므로 상관도가 높지 않은 코크스 오븐온도는 독립변수에 포함하지 않는다.
독립변수에 대한 코크스 공정의 황화수소 발생량과의 상관관계를 도출하고(S15)는 단계는, 배합탄의 황 함량(TS)과 휘발분(VM)와 코크스 공정의 황화수소 발생량과의 상관관계를 도출하는 단계이다.
상관관계는 하기의 <수학식>을 만족한다.
<수학식>
H2S(mg/N㎥) = 557.3 × (TS) + 6.7 × (VM) + 0.7
(상관계수 R2이 0.62 이상)
여기서, H2S는 코크스 공정의 황화수소 발생량, TS:배합탄의 황 함량, VM:휘발분을 의미한다.
상기 <수학식>은 배합탄에 적용되어 코크스 공정시 발생하는 황화수소 발생량을 예측한다.
상기 수학식은 회귀분석 방법을 적용하여 독립변수와 코크스 공정의 황화수소 발생량의 상관관계를 도출한 것이다.
회귀분석(regression analysis) 방법은 둘 또는 그 이상의 변수들간의 관계를 파악함으로써 어떤 특정한 변수의 값을 다른 한 개 또는 그 이상의 변수(독립변수)들로부터 설명하고 예측하는 통계적 기법이다.
도출된 상관관계로부터 코크스 공정의 황화수소 발생량을 예측하는 단계(S17)는, 복수의 탄종을 배합한 배합탄의 황 함량과 휘발분을 측정하고 이를 상기 수학식에 대입하여 코크스 공정의 황화수소 발생량을 예측하는 것이다.
상기와 같이 산출된 수학식에 의하면, 배합탄의 황 함량(TS)과 휘발분(VM)을 통해 코크스 공정의 황화수소 발생량을 예측할 수 있으므로, 석탄의 배합지수 및 코크스 공정의 조업도 변경에 따라 코크스 오븐가스 내 이산화황 농도를 예측할 수 있고 화성공정의 조업 대응력을 강화할 수 있으며, 코크스 오븐가스를 사용하는 후공정의 황 성분 저감을 수행할 수 있다. 특히, 고로 조업에 공급되는 코크스 오븐가스의 황 성분 저감이 가능하여 용선 품질을 상승시킬 수 있는 이점이 있다.
도 2는 수학식에 의해 예측된 코크스 공정의 황화수소 발생량과 실제 측정한 코크스 공정의 황화수소 발생량의 상관관계를 나타낸 그래프이다.
도 2에 의하면, 수학식에 의해 도출되는 예측값이 실측값과 상관도가 있음이 확인된다.
따라서, 수학식을 이용하여 예측된 코크스 공정의 황화수소 발생량이 배합탄의 코크스 공정시 발생할 수 있는 황화수소 발생량으로 간주하고, 예측된 값이 원하는 황화수소 발생량을 넘어선 경우 잘못된 배합으로 판단하여 독립변수를 조정하여 원하는 배합탄을 제조할 수 있다.
상기 수학식을 이용하면 용이하게 배합탄의 황 함량, 휘발분만을 측정하여 코크스 공정시 황화수소 발생량을 예측할 수 있어 화성공정에서의 이산화황 처리 효율을 최적화하고 코크스 오븐가스의 품질을 관리할 수 있다.
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
Claims (4)
- 석탄의 배합지수 데이터로 배합탄의 황 함량, 휘발분, 불활성성분, 유동도, 점결성 인자를 수집하는 단계;
상기 수집한 석탄의 배합지수 데이터들 중 코크스 공정의 황화수소 발생량과의 상관성이 있는 영향인자를 독립변수로 선택하는 단계;
상기 독립변수에 대한 상기 코크스 공정의 황화수소 발생량과의 상관관계를 회귀분석 방법으로 도출하고 상기 회귀분석 방법으로 도출된 상관관계로부터 상기 코크스 공정의 황화수소 발생량을 예측하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 코크스 공정의 황화수소 발생량 예측방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 독립변수는
배합탄의 황 함량(TS)과 휘발분(VM)인 것을 특징으로 하는 코크스 공정의 황화수소 발생량 예측방법. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 상관관계는
하기의 <수학식>을 만족하는 것을 특징으로 하는 코크스 공정의 황화수소 발생량 예측방법.
<수학식>
H2S(mg/N㎥) = 557.3 × (TS) + 6.7 × (VM) + 0.7
여기서, H2S는 코크스 공정의 황화수소 발생량, TS:배합탄의 황 함량, VM:휘발분 - 삭제
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2013
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Patent Citations (4)
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