KR100338398B1 - 석탄의코크스화방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 석탄으로부터 코크스를 제조하기 위한 신규 방법에 관한 것이다. 본 발명에 있어서, 코크스는 2개의 동심원튜브(11, 12)로 제한된 환형 단면(13)내에서 석탄의 이동 투입물을 가열함으로써 연속적으로 제조된다. 코크스화 챔버(13)는 대직경 튜브(11) 및 더 소직경 동심원튜브(12)를 포함하고, 야금석탄과 같은 석탄의 공급에 의해 작동된다. 석탄은 소직경 튜브(12)의 내벽과 대직경 튜브(11)의 외벽사이의 제어 온도 구배에 따라 양방향으로 가열된다. 석탄은 상기 2가지 튜브의 축을 따라 세로로 이송됨에 따라 코크스로 변환된다. 코크스는 투입된 반대 단부에서 챔버로부터 배출되어 대기중에 노출되기 전에 냉각된다. 코크스화 동안 생성된 가스는 수집되어 처리된다. 모든 작업은 오염을 방지하기 위해 밀폐된 시스템내에서 수행된다.

Description

코크스의 연속 제조법 및 그 장치

특히, 이러한 신규한 방법은 레인트제스(Reintjes)에 부여된 미국특허 제 2,922,752호의 개량이며, 이 특허는 간접적으로 가열된 석탄을 얻도록 하는 방법으로 가열되는 각각의 튜브(코크스화 챔버)내로 석탄을 강제 공급함으로써 석탄을 코크스로 전환시키는 것을 개시하고 있다. 석탄은 열 불량도체이므로, 석탄을 유효하게 가열 가능하도록 하기 위하여 레인트제스의 코크스화 챔버는 직경이 작게 유지하고 있으며(12 인치, 즉 30.48cm); 그 때문에 다수의 코크스화 챔버를 이들에 부수하는 각각의 투입 기구, 밸브 및 제어장치가 함께 필요로 하며; 이러한 다수의 코크스화 챔버는 상업적 시설의 건설을 비경제적으로 함과 동시에 그의 작업을 복잡하게 한다.

본 발명은 용융철을 제조하는 로에 사용하는 코크스를 제조하기 위한 것으로, 예를 들면 야금용 코크스의 탄화와 같은 석탄을 코크스화 하는 연속 제조법 및 그 장치에 관한 것이다.

도 1은 신규 코크스화 챔버의 종단면도이다.

도 2는 코크스 투입 부위에서 본 챔버의 측면도(도 1의 좌측면도)이다.

도 3은 도 1의 선 3-3의 단면도이다.

도 4는 코크스화 챔버를 나란히 배치된 코크스 배출 단부에서 본 측면도로서 상업 플랜트의 일부를 나타낸 도이다.

도 5는 도 4를 시계방향으로 90° 회전시켜서 본 평면도이다.

도 6은 석탄 준비처리, 코크스화 작업, 가스 처리 시스템 및 열회수 증기발생 장치를 나타내는 평면도로서 상업 플랜트의 배치를 나타낸 도이다.

도 7은 상하관계를 배치한 코크스화 챔버를 나타내며, 도 6의 선 7-7의 단면도이다.

본 발명은 대직경(7피트, 즉 2.1m)의 튜브와 소직경(5피트, 즉 1.5m)의 튜브 사이로 만들어진 스페이스(환상)내에서 코크스를 효율 좋게 만드는 것이며, 양자의 튜브는 동심상으로 배치되고, 가열되어, 석탄을 대직경 튜브내의 내벽과 소직경 튜브의 외벽에 의해 가열되도록 가열된다. 이러한 본 발명의 제안은 석탄이 노출되는 가열 표면적이 큰 코크스화 챔버를 제공한다. 그 결과, 레인트제스법에 비하여 동일 생산능력에 요구되는 코크스화 챔버의 수를 현저히 감소할 수 있고, 그 결과, 투자 자본의 감소를 가져오고, 상업적 코크스 제조 설비의 작업의 단순화를 용이하게 할 수 있다.

예를 들면, 1시간당 4.7톤의 석탄을 평균 온도 1150℉(621℃)로 가열하기 위하여는, 레인트제스 장치는 길이 20피트(6.1m)의 코크스화 챔버 30개로 구성된다(레인트제스 특허의 컬럼 5의 상부 참조), 본 발명에서는 길이 48피트(14.6m)의 코크스화 챔버 2개가 1시간당 5.6톤의 석탄을 1853℉(1012℃)의 평균 온도로 가열할 수 있다. 상기 모든 사실을 고려하면, 이는 본 발명의 1개의 코크스화 챔버는 레인트제스 장치의 약 12개의 코크스화 챔버와 동등한 양을 생산하는 것으로 해석된다.

이하, 본 발명을 첨부 도면을 예로 들어 구체적으로 설명한다.

도 1, 2 및 3도에 있어서, 부호 10은 코르크화 챔버이다. 이 챔버는 주로 대직경 튜브(11) 및 소직경 튜브(12)로 구성되고; 공간(13)은 상기 튜브(11)와 튜브(12) 사이에 형성된 환상 스페이스이다. 부호 14로 표시되는 관상 엔벨로프는 튜브(11)와 튜브(12)의 양자를 포함하여 열을 보존하고, 오염 배출을 막기 위해 대기로부터 챔버(10)를 밀폐하며; 열 손실을 최소화하기 위해 절연재(15)가 엔벨로프(14)의 내벽에 부착되어 있다. 외측으로부터 튜브(11)를 가열하기 위하여 연소가스가 벽을 향하도록 절연재(15)와 튜브(11)의 외벽사이에 연도(16)가 형성되어 있다. 튜브(12) 내부에서, 연소가스가 내부로부터 튜브(12) 벽으로 향하도록 연도(17)가 설치되어 있다. 이러한 배치구조는 도 1의 부호 18으로 표시되는 바와 같이 환상 스페이스(13)내에서 코크스를 만들기 위하여 환상 스페이스(13)내에 들어간 석탄이 양방향으로 가열되어 코크스화 될 수 있도록 한다.

튜브(12)는 바람직하게는 120°의 간격을 두고 배치되며, 부호 19, 19(a) 및 19(b)로 표시되는 웨브재에 의해 지지된다. 웨브재(19)는 가스 통과를 위해 중공(中空)으로 만들어저 있으며, 튜브(12) 외벽상에 부착되고, 웨브재(19(a)) 및 (19(b))는 튜브(11)의 내벽상에 부착된다. 튜브(11) 및 (12)는 팽창시 자유롭게 증대된다. 코크스화 챔버(10)의 석탄 단부로부터 코크스 단부로 연소가스가 되돌리도록 중공 웨브재(19)는 석탄 단부에서 연도(17)와 직접 연통되고, 코크스 단부에서의 웨브재(19)는 도관(20)에 설치되어 연도(16)와 연통되며, 코크스 단부의 웨브재(19)는 대직경 튜브(11)의 외벽을 둘러싼 연도(16)와 상호 연결하기 위하여 도관(2O)을 갖추고 있다. 도관(20)은 뱀과 같은 형태로 되어 있어서 팽창 및 수축시 보정된다. 버너(21)는 튜브(12)의 석탄 투입 단부에 배치되고, 튜브(12) 내부에서, 튜브(12) 내벽에 대해 연소가스가 와류상으로 진행하여 튜브(12)의 벽을 내측으로부터 가열하기 때문에 튜브(12)의 내부에 연도가스 반송도관(22)이 연소 생성물을 버너(2l)로부터 챔버(10)의 코크스 단부로 향하고, 이어서 연도(17)내로 들어가도록 설치되어 있다. 연소가스는 석탄투입 단부에서 나와 웨브재(19)내로 들어간다. 석탄을 점진적으로 환상 스페이스(13)내로 강제 공급하기 위해 코크스화 챔버(10)의 석탄 투입 단부에 푸싱 피스톤(23)이 설치되어 있다. 석탄은 도 5, 6 및 7에 도시된 록호퍼(lockhopper) 장치로부터 포트(24)를 통해 공급된다. 한편, 석탄은 챔버(10)의 한쪽 단부내로 푸싱되고, 코크스는 챔버(10)의 다른 쪽 단부(도 1의 왼쪽 부분)밖으로 푸싱된다. 튜브(12)의 외벽을 둘러싸고 있는 구멍 뚫린 실린더 형태로 만들어진 피스톤(23)은 액압 실린더(25)에 의해 전진 및 후진되고, 푸싱로드(37)는 피스톤(23)에 연결되어 있다.

작업시에는 버너(21)로부터 농산소의 고온의 린(lean) 연소가스가 챔버(10)의 튜브(12)의 내부로 들어가서 도관(22)을 통해 튜브(12)의 단부로 향하게 되며, 여기서 이들은 연도(17)로 강제적으로 들어가 튜브(12)의 내벽에 대해 그 길이 방향을 따라 직접적으로 와류상으로 진행하면서 코크스화 챔버(10)의 석탄 투입 단부쪽으로 흘러 가서 튜브(12) 내측에서 환상 스페이스(13)내에 들어있는 석탄/코크스를 가열한다. 연도 가스는 석탄 단부에 이르게 되면 웨브재(19)를 향하며 화살표(26)로 나타낸 것처럼 튜브(12)의 코크스 단부로 되돌려지고, 스네이크 도관(20)를 거쳐 챔버(10)의 코크스 단부에 위치한 부스터 버너(27)로 이동된다. 이 시점에서 연소가스의 온도를 원하는 수준으로 상승시키고, 외부로부터 튜브(11) 벽을 유효하게 가열하기 위해, 산소가 풍부한 가스가 연도(16)쪽으로 향하기 전에 포트(29)를 통해 화살표(28)로 표시한 산소 풍부 연소가스를 추가로 가하여진다. 이는 튜브(12) 벽의 높은 열 전도율이 차례로 환상 스페이스(11)내에 함유된 석탄/코크스를 가열하기 때문이다.

일단 이들 연소가스가 석탄 투입 단부에 이르게 되면, 화살표(31)로 나타낸 챔버(10)의 포트(30)를 통해 소진된다. 환상 스페이스(13)내의 석탄을 가열하는 동안, 석탄은 양쪽 반대 방향으로 즉, 편심적으로 방사된 열로 튜브(12)의 외벽에 의해서 및 동심적으로 방사된 열로 튜브(11)의 내벽에 의해서 가열된다. 버너(11)내로 가해진 열 및 부스터 버너(27)내로 가해진 열은 환상 스페이스(13) 중간에서 부호 32로 표시된 분할선을 형성함으로써 코크스를 균일하게 만드는 방식으로 균형을 이룬다. 코크스화 동안에 배출된 석탄 가스는 챔버(10)의 코크스 배출 단부를 향하게 된다. 석탄 가스가 연도 가스가 혼합되는 것을 방지하기 위하여 부호 33으로 표시되는 스프링 어셈블리를 형성하여 마개(gland)(34) 및 패킹(35)을 이용하여 밀폐시키고; 또한, 로드 어셈블리(36)는 응력을 조정하기 위해 설치된다. 또한, 상기 환상 스페이스내에 릴리이프를 제공하기 위하여 테이퍼를 설치할 수 있다.

도 4에 있어서, 챔버(10)에서와 같이, 다수의 코크스화 챔버가 나란히 조립하여 배터리를 형성한다. 코크스 급냉(냉각) 레그(leg)(38)는 챔버(10)의 하류 방향으로 설치되어 엘보우(39)에 상호 연통되어 코크스가 레그(38)내로 향하게 된다. 밸브(40)는 코크스를 지지하나, 이 코크스는 증기와 같은 가스에 의해 급냉된다(그의 발화점 이하로 냉각된다). 상기 증기는 포트(41)를 통해 도입된다. 석탄의 코크스화에 의해 생긴 원료 가스를 수집하는 가스 수집기(42)는 급냉시에 발생되는 가스를 수집하는데도 이용된다. 원료 가스와 급냉 가스는 하류 방향 작업에서 처리된다. 밸브(43) 및 (44)은 유지하기 위하여 코크스화 챔버(10)의 격리하는 것이 가능하게 한다. 환경에 대하여 밀폐된 시스템을 제공하기 위하여 급냉 코크스는 드롭 파이프(46)를 거쳐, 록호퍼(45)로서 작용하는 튜브내로 배출된다. 밸브(47) 및 (48)는 방출물이 대기중에 누출하는 것 및 코크스를 대기중에 배출할 때의 시스템 압력의 손실을 방지하기 위하여 록호퍼(43)를 잠그고 여는 역할을 한다. 배출되는 코크스는 이송장치(49)와 컨베이어(50)에 의해 취급된다. 도 5는 도 4의 평면도로서, 대응하는 구성 요소는 동일한 번호로 표시한다. 석탄 이송 튜브(도 4에는 미도시)는 부호 51이며, 석탄 록호퍼는 부호 52로 나타낸다.

상업용 코크스 제조 플랜트를 나타내는 도 6은 새로운 방법을 실시한다. 배터리 형성하기 인하여 챔버(10)와 같은 다수의 코크스화 챔버를 구비한다. 석탄 준비처리 빌딩은 부호 53이고, 석탄 벙커는 부호 54이다. 석탄을 푸싱 피스톤(53)으로 공급하기 위하여 석탄 벙커로부터 석탄은 임의의 통상의 시스템에 의해 록호퍼(52)로 이송된다. 부호 55로 표시되는 가스처리 플랜트는 코크스화 챔버에서수집된 원료가스와 코크스 급냉에 의해 발생한 원료 가스를 정화하기 위해 설치되어 있다. 부호 56으로 표시되는 열회수 증기발생기도 상기 가스를 정제후 및 사용 시점에 이송전에 가스를 냉각시키기 위해 설치되며, 청정 가스의 냉각중 발생한 증기는 코크스 급냉용 및 터빈과 같은 회전장치의 구동용으로 사용될 수 있다. 부호 57로 표시되는 천장 크레인은 배터리를 작동시키기 위해 사용된다. 도 7은 도 6의 단면도로서, 록호퍼(52)로 이송되고 있는 석탄을 나타낸다. 이 록호퍼(52)는 환경 오염을 하는 배출 및 압력 손실을 방지하기 위한 장치로 사용되며, 상기 록호퍼(52)로 석탄을 공급할 때, 밸브(58 및 59)가 록호퍼의 잠금 및 열림을 제어한다.

상술한 설명은 본 발명을 한정하는 것이 아니라, 본 발명의 구체적 설명을 위한 목적으로 제공된 것으로서, 본 발명의 사상 및 범위내에서 다양한 변경 또는 변화가 이루어질 수 있음을 이해해야 할 것이다.

Claims (17)

1. 작은 튜브의 외벽과 큰 튜브의 내벽에 의해 형성된 환상 스페이스를 갖는 적어도 1개의 연장된 코크스화 챔버를 제공하고,

   상기 코크스화 챔버의 투입 단부에 석탄을 강제 공급하고, 작은 튜브의 외벽과 큰 튜브의 내벽에 대해서 석탄을 압축하고,

   상기 연장된 코크스화 챔버의 환상 스페이스중에서 산소 부재중 강제로 흐르는 석탄을 가열함으로써 상기 석탄을 연속적으로 탄화시켜 코크스로 변환시키며, 상기 석탄이 연장된 코크스화 챔버를 통해 통과됨에 따라 환형 스페이스중에서 전도열에 의해 양방향으로 가열되며, 상기 탄화는 상기 환상 스페이스의 중간 부위에서 필수적으로 분열을 형성하기 위하여 상기 각각의 벽에서 일어남을 특징으로 하는 석탄으로부터 코크스의 연속 제조법.
2. 제 1항에 있어서. 석탄이 록호퍼 장치를 통해 상기 코크스화 챔버로 이송됨을 특징으로 하는 코크스의 연속 제조법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 코크스가 코크스화 챔버로부터 발화점 이하로 냉각되어있는 퀀칭 챔버내로 배출되는 것을 특징으로 하는 코크스의 연속 제조법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 코크스가 스팀에 의해 냉각되는 것을 특징으로 하는코크스의 연속 제조법.
5. 제 3항에 있어서, 냉각된 코크스가 록호퍼 장치를 통해 대기로 배출되는 것을 특징으로 하는 코크스의 연속 제조법.
6. 제 1항에 있어서, 상기 석탄의 탄화 동안에 발생된 가스를 수집하여 처리함을 특징으로 하는 코크스의 연속 제조법.
7. 제 1항에 있어서, 상기 석탄이 푸싱 피스톤에 의해 상기 연장된 코크스화 챔버의 단부로 강제로 이송되어 석탄의 압축이 상기 연장된 코크스화 챔버의 배출 단부로부터 코크스를 강제로 이송함을 특징으로 하는 코크스의 연속 제조법.
8. 제 1항에 있어서, 상기 석탄을 전도열로 가열하는 위한 열이 상기 벽에 대향하여 연소 생성물을 진행시켜 적용함을 특징으로 하는 코크스의 연속 제조법.
9. 제 8항에 있어서, 연소 생성물이 먼저 작은 튜브의 벽에 적용된 후, 큰 튜브의 벽으로 대향하게 함을 특징으로 하는 코크스의 연속 제조법.
10. 제 9항에 있어서, 생성물이 큰 튜브로 보내기 전에 연소생성물중의 열 에너지를 증가시키는 것을 특징으로 하는 코크스의 연속 제조법.
11. a) 탄화되는 물질을 함유하는 2개의 벽사이에 외벽, 내벽 및 스페이스에 의해 한정되는 환상 스페이스를 갖는 적어도 1개의 코크스화 챔버;

    b) 상기 환상 스페이스내의 물질을 양방향으로 가열하여 코크스와 원료가스를 생성하기 위하여, 상기 환상 스페이스 내의 물질을 한 방향에서 전도열에 의해 간접적으로 가열하기 위해서 뜨거운 연도 가스의 통로를 위한 제 1연도 어셈블리 및 상기 환상 스페이스 내의 물질을 다른 방향에서 전도 열에 의해 간접적으로 가열하기 위해서 뜨거운 연도 가스의 통로를 위한 제 2연도 어셈블리

    c) 상기 환상 스페이스의 반대 단부로부터 탄화된 물질을 강제로 배출하는 동안 환형 스페이스의 일단부내로 탄화될 물질을 압축에 의해 강제 공급하는 투입 기구

    로 이루어진 물질의 탄화 장치.
12. 제 11항에 있어서, 상기 환상 스페이스내에 함유되는 석탄을 유효하게 가열하기 위하여 상기 환상 스페이스를 형성하는 벽이 높은 열전도도를 갖는 장치.
13. 제 11항 또는 제 12항에 있어서, 상기 코크스화 챔버가 가압작업을 가능하게 하는 압력 봉쇄수단을 함유하는 장치.
14. 제 11항 또는 제 12항에 있어서, 상기 코크스화 챔버내로 탄화되는 물질을받아드리는 록호퍼와 상기 코크스화 챔버로부터 탄화된 물질을 배출하는 록호퍼가 압력 손실없이 작업되도륵 포함된 장치.
15. 제 11항 또는 제 12항에 있어서, 릴리이프를 제공하기 위하여 상기 환상 스페이스내에 테이퍼를 함유하는 장치.
16. 제 11항 또는 제 12항에 있어서, 탄화중 발생한 가스의 처리 부재가 포함된 장치.
17. 제 11항 또는 제 12항에 있어서, 열회수 부재가 포함된 장치.

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