KR100321064B1

KR100321064B1 - 코크스로의 가스 발생량 측정장치

Info

Publication number: KR100321064B1
Application number: KR1019970071688A
Authority: KR
Inventors: 이성영; 박양덕
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사; 신현준; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 1997-12-22
Filing date: 1997-12-22
Publication date: 2002-03-08
Also published as: KR19990052233A

Abstract

본 발명은 온도가 조절되는 열분해로에서 발생되는 가스량을 측정하고, 또한 열분해로의 온도가 측정됨으로써 온도와 가스발생량과의 관계가 함수로 표현되며, 따라서 코크스로 가스의 발생량예측이 가능하도록 된 코크스로의 가스 발생량 측정장치에 관한 것으로서,

서로 연결된 1차 열분해로(11)와 2차 열분해로(12)에는 히터(21)(22)와 온도계(31)(32)를 갖추고, 상기 히터(21)(22)와 온도계(31)(32)는 온도제어기(40)에 연결되어 열분해로의 온도감지 및 히터의 발생열량이 제어되며, 상기 2차 열분해로(12)로부터 배출되는 가스는 내부에 물을 수용하는 트랩(50)을 통하여 가스홀더(60)로 공급되고, 상기 열분해로의 압력에 부합하는 전류값이 압력제어기(70)에서 발생되어 가스홀더(60)의 솔레노이드밸브(62)의 개도를 조절하며, 상기 가스홀더(60)로부터 배출되는 물은 수조(82)에 채워져 무게측정기(80)에 의해 무게가 측정되고, 상기 온도제어기(40)와 무게측정기(80)는 컴퓨터(90)에 연결됨으로써 컴퓨터(90)는 열분해로의 온도값과 발생된 가스량과의 관계를 함수로 출력함을 특징으로 한다.

Description

코크스로의 가스 발생량 측정장치

본 발명은 탄화실내에서 석탄이 열분해하면서 발생하는 가스의 발생량을 측정하는 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 온도가 조절되는 열분해로에서 발생되는 가스량을 측정하고, 또한 열분해로의 온도가 측정됨으로써 온도와 가스발생량과의 관계가 함수로 표현되며, 따라서 코크스로 가스의 발생량예측이 가능하도록 된 코크스로의 가스 발생량 측정장치에 관한 것이다.

일반적으로, 코크스로에 장입되는 석탄은 가열벽으로부터의 전열에 의하여 열분해되어 코크스를 생성함과 동시에 다량의 타르와 COG를 발생시킨다. 이들 타르와 COG는 분리 포집되어 타르는 화학제품의 원료로 사용되고 있으며, 석탄 톤당 약 360∼360Ν㎥ 발생하는 코크스로 가스는 제철소 전공정의 연료로 사용되어 전제철소 에너지 공급의 93%를 차지하며 그 조성은 건류조건, 건류방식, 조업조건, 원료탄의 조건에 따라 변화가 많지만 대략적으로 수소 50∼55%, 메탄 28∼33%, CO 6∼8%, CO₂2∼3%등이다. 에너지원으로서 COG의 발열량 및 발생량을 예측하는 것은 제철소내 타공장에서의 조업안정과 직결되는 매우 중요한 사항이다.

가열온도는 석탄의 열분해 생성물 조성에 가장 큰 영향을 미치는 변수이다. 온도는 2가지 영향을 미치게 되는데, 첫째는 석탄의 분해이고, 둘째는 휘발분의 2차반응에 대한 영향이다. 일반적으로 메탄의 형성은 2개 또는 4개의 반응이 평행하게 발생하여 중복적으로 겹치게 되는 것으로 해석되며, 건류온도가 낮아지면 메탄의 조성이 높아지고 온도가 높으면 작아진다. 이것은 메탄이 석탄 열분해시 1차 생성물이기 때문이다. 이러한 1차 생성물이 고온영역(hot zone)을 지날 때 분해되어 다시 수소로 전환되기 때문이다. 수소는 약 400℃부터 발생하여 약 700℃부근에서 최대를 보이며 이후 서서히 감소하지만 1000℃이상에서도 계속 발생하며 이는 통계적 활성화 에너지 분포를 갖는 수많은 1차 반응의 조합이기 때문이다.

종래에는 코크스로 가스의 발생량을 정확하게 예측할 수 있는 방법이 없었으며, 다만 대략적인 경험치로서 그를 예상할 뿐이며, 이러한 부정확함은 제철설비 등의 안정적이고 계획적인 조업을 불가능하게 하는 것이었다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 탄화실내에서 단위중량의 석탄에서 열분해에 의하여 발생하는 가스의 발생속도를 석탄온도의 함수로 나타내는 것에 의해 코크스로 가스의 발생량을 예측하고, 이러한 예측에 의하여 가스발생량의 탄력적인 수급관리를 수행하여 코크스로가스를 에너지원으로 사용하는 설비의 안정적이고 계획적인 조업이 가능하도록 한 코크스로의 가스 발생량 측정장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 코크스로의 가스 발생량 측정장치를 도시한 구성도

도 2a 및 2b는 본 발명의 장치에 의하여 측정된 코크스로의 가스 발생량을 열분해로의 온도에 대한 관계로서 나타낸 그래프도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

11,12 ... 열분해로

21,22 ... 히터

31,32 ... 온도계

40 ... 온도제어기

50 ... 트랩

60 ... 가스홀더

70 ... 압력제어기

80 ... 무게측정기

90 ... 컴퓨터

상기 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서 본 발명은, 서로 연결된 1차 열분해로와 2차 열분해로에는 히터와 온도계를 갖추고, 상기 히터와 온도계는 온도제어기에 연결되어 열분해로의 온도감지 및 히터의 발생열량이 제어되며, 상기 2차 열분해로로부터 배출되는 가스는 내부에 물을 수용하는 트랩을 통하여 가스홀더로 공급되고, 상기 열분해로의 압력에 부합하는 전류값이 압력제어기에서 발생되어 가스홀더의 솔레노이드밸브의 개도를 조절하며, 상기 가스홀더로부터 배출되는 물은 수조에 채워져 무게측정기에 의해 무게가 측정되고, 상기 온도제어기와 무게측정기는 컴퓨터에 연결됨으로써 컴퓨터는 열분해로의 온도값과 발생된 가스량과의 관계를 함수로 출력함을 특징으로 하는 코크스로의 가스 발생량 측정장치를 마련함에 의한다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 코크스로의 가스 발생량 측정장치를 개략적으로 도시한 구성도로서, 서로 연결되도록 이루어진 1차 열분해로(11)와 2차 열분해로(12)를 갖추며, 이들 각각의 열분해로(11)(12)는 히터(21)(22)에 의하여 가열되고, 또한 온도계(31)(32)에 의하여 온도가 감지된다. 그리고, 상기 히터(21)(22)와 온도계(31)(32)는 온도제어기(40)에 연결되며, 상기 온도제어기(40)는 온도계(31)(32)로부터 온도데이터를 전송받고 히터(21)(22)를 제어하여 열분해로(11)(12)의 온도를 조절할 수 있게 된다.

열분해로에 일정중량(30∼50g)의 석탄을 장입하고 100℃미만부터 일정 승온속도(5℃/분)로 가열 상승하고, 이때 장입된 석탄은 온도분포가 생기지 않도록 구조를 고려하고 장입하는 석탄의 중량을 조절한다. 석탄온도의 상승에 따라 석탄은 1차열분해로(11)에서 열분해(1차 열분해)하고 가스와 타르를 생성한다. 1차열분해로(11)에서 생성된 가스와 타르는 곧바로 2차 열분해로(12)를 거친다. 2차 열분해로(12)는 실제의 코크스로 탄화실의 상부 적열공간등 석탄의 1차 열분해에서 생성한 가스와 타르가 2차 분해되는 기구를 집약적으로 나타낸 가열로이고, 실제의 코크스로 탄화실 상부 적열공간의 온도를 고려하여 일정의 온도로 설정된다. 1차 열분해로(11)로부터 2차 열분해로(12)로 공급된 가스 및 타르는 2차 분해되고 타르의 일부는 가스화한다. 2차 열분해로(12)를 통과한 가스 및 타르는 트랩(Trap)(50)을 통과하여 정제된 가스만이 가스홀더(60)에 채워진다.

한편, 석탄의 열분해에 의하여 가스가 발생함에 따라 밀폐된 열분해장치계 내에는 압력이 증가하며, 증가된 압력은 압력계(42)에서 감지되고, 압력제어기(70)는 4∼20㎃의 전류를 발신하여 가스홀더(60) 하단에 부착된 솔레노이드밸브(62)를 제어하고 압력이 낮추어져 원상태로 될 때까지 가스홀더(60) 내부에 있는 물을 방출시킨다. 방출된 물은 수조(82)로 중력낙하되며 그 무게는 무게측정기(80)에 의하여 측정되어 1차 열분해로의 온도와 함께 컴퓨터(90)에 보내져 기록된다. 로의 승온속도가 일정하므로 기록은 가스의 발생속도를 석탄온도의 함수로 나타낼 수 있다.

통상, 단위중량의 석탄에서 열분해에 의하여 발생하는 가스의 발생속도는 석탄온도의 함수로 나타냄으로써 석탄온도가 T₁에서 T₂로 상승하는 사이에 발생하는 가스의 양을 구하는 것이 가능하며 수식으로는 다음과 같이 식 1 및 식 2로 나타낸다.

여기에서, g는 단위중량 석탄의 가스 발생량, T는 석탄온도, ψ(Τ)는 석탄 단위중량당 가스 발생속도이다.

여기에서, g는 석탄온도가 T₁에서 T₂로 상승하는 사이에 단위중량의 석탄에서 발생하는 가스의 양이다.

즉, 가스홀더(60)로부터 배출된 물의 양과 온도계(31)(32)에서 감지되는 열분해로의 온도값에 의하여 상기 식 1 및 식 2를 이용해 온도변화에 따른 석탄가스발생량이 측정될 수 있는 것이다.

본 발명은, 석탄을 담는 용기 및 로 반응기는 금속제를 이용하며 그 용기는 사각인 것을 사용하는데, 이는 석탄에 전열효과를 좋게 하여 전체 석탄이 균등하게 가열되도록 하기 위한 것으로서, 석탄이 균일하게 가열되지 않으면 온도의 함수로서 그 가스 발생량을 구할 수 없기 때문이다.

트랩(50) 및 가스홀더(60)에는 물을 채워넣는데, 이는 석탄가스중에 포함되어 있는 암모니아, 황화수소 및 그외의 불순물을 물에 용해시켜 그 부피를 최소화함으로써 석탄가스만의 발생량을 측정하기 위해서이다.

도 2에 혼합탄의 가스발생패턴을 나타내었는바, 이에 의하면 가스발생속도가 2차 열분해 온도가 변화함에 따라 온도 구간별 발생량이 변화하고 있으며(도 2a 참조), 이에 따라 발생총량인 누적가스발생량이 변화함을 알 수 있다(도 2b 참조).

상술한 바와같이 본 발명에 따른 코크스로의 가스 발생량 측정장치에 의하면, 열분해로를 히터에 의하여 가열하면서 그 온도가 측정되고, 또한 그러한 계에서 발생하는 가스발생량에 부합하도록 가스홀더로부터 배출되는 물의 무게측정에 의하여, 온도에 대한 석탄가스발생량이 측정되고, 따라서 탄화실내에서 단위중량의 석탄에서 열분해에 의하여 발생하는 가스의 발생속도를 석탄온도의 함수로 나타낼 수 있으며, 이에 의하여 코크스로 가스의 발생량을 예측하는 것이 가능하고, 이러한 예측에 의하여 가스발생량의 탄력적인 수급관리를 수행함으로써 코크스로가스를 에너지원으로 사용하는 설비의 안정적이고 계획적인 조업이 가능하게 된다.

Claims

서로 연결된 1차 열분해로(11)와 2차 열분해로(12)에는 히터(21)(22)와 온도계(31)(32)를 갖추고, 상기 히터(21)(22)와 온도계(31)(32)는 온도제어기(40)에 연결되어 열분해로의 온도감지 및 히터의 발생열량이 제어되며, 상기 2차 열분해로(12)로부터 배출되는 가스는 내부에 물을 수용하는 트랩(50)을 통하여 가스홀더(60)로 공급되고, 상기 열분해로의 압력에 부합하는 전류값이 압력제어기(70)에서 발생되어 가스홀더(60)의 솔레노이드밸브(62)의 개도를 조절하며, 상기 가스홀더(60)로부터 배출되는 물은 수조(82)에 채워져 무게측정기(80)에 의해 무게가 측정되고, 상기 온도제어기(40)와 무게측정기(80)는 컴퓨터(90)에 연결됨으로써 컴퓨터(90)는 열분해로의 온도값과 발생된 가스량과의 관계를 함수로 출력함을 특징으로 하는 코크스로의 가스 발생량 측정장치.