KR100415917B1

KR100415917B1 - 황화수소 포집탑내 익스펜드 메탈 패킹 세정방법

Info

Publication number: KR100415917B1
Application number: KR10-2001-0070851A
Authority: KR
Inventors: 박양주; 강광원
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2001-11-14
Filing date: 2001-11-14
Publication date: 2004-01-24
Also published as: KR20030039797A

Abstract

본 발명은 황화수소 포집탑내 익스펜드 메탈 패킹 세정방법에 관한 것으로, 포집탑내 상부로 안수와 흡수유가 혼합된 세정액을 공급하는 제1단계와; 시간 경과에 따라 흘러내려 포집탑의 중부에 집수된 세정액중 일부를 다시 포집탑 상부로 공급순환시키는 제2단계와; 상기 포집탑의 중부에 집수된 세정액중 오버플로우유도부를 통해 오버플로우되어 포집탑의 하부에 집수된 세정액을 제2단계와 유사하게 상기 오버플로우유도부 인접 하측으로 제공급하여 세정하는 제3단계와; 상기 제3단계 후 세정완료와 동시에 포집탑의 중부 및 하부에 각각 별도 구비된 배출수단을 통해 세정액을 배출 수거하여 후속공정으로 이송하는 제4단계를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따르면, 코크스로에서 발생된 COG중 황화수소를 포집하는 황화수소 포집탑 내에서 발생된 차압을 간단하면서도 단시간에 효과 있게 해소시킬 수 있게 된다.

Description

황화수소 포집탑내 익스펜드 메탈 패킹 세정방법{METHOD FOR CLEANING EXPANDED METAL PACKING IN HYDROGEN SULFIDE COLLECTING TANK}

본 발명은 코크스로에서 발생된 COG(Coke Oven Gas)중 황화수소를 포집하는 황화수소 포집탑 내에서 발생된 차압을 해소시킬 수 있도록 개선된 황화수소 포집탑내 익스펜드 메탈 패킹 세정방법에 관한 것이다.

일반적으로 코크스오븐에서 발생된 COG중 황화수소(H₂S)는 황화수소 포집탑에서 고농도의 안수를 COG와 기액접촉시킴으로써 포집되게 된다.

이러한 조업을 장기간 실시하게 되면 황화수소 포집탑내 차압이 발생하고 세정을 실시하지 않으면 않게 된다.

이는 안수중에 타르, 타르미스트 등 무기물질을 함유한 슬러지가 다량 포함되어 있기 때문에 안수를 이용하여 COG중 H₂S를 포집하다 보면 기액접촉을 높이고 포집율을 향상시키기 위한 익스펜드 메탈 패킹(Expanded Metal Packing)이 다수 설치되는데 상기 익스펜드 메탈 패킹이 타르, 타르미스트 등의 무기물질에 의해 폐쇄되면서 포집탑내 차압이 발생하여 포집에 어려움을 겪게 된다.

안수중 타르, 타르미스트 등의 경피치류 및 슬러지가 황화수소 포집탑내 분배관과 트레이, 그리고 익스펜드 메탈 패킹에 쌓여서 부착되고 그 양이 차츰 증가되면서 포집탑내를 통과하는 가스의 압력손실이 증가되어 조업이 불가능하게 된다.

이와 같은 상태가 되면 조업을 중지하고 COG를 바이패스시켜 황화수소 포집탑을 세정하여야 한다.

종래에는 도 1의 도시와 같이, 고농도의 안수를 스팀으로 온도상승시킨 후 안수공급라인(2)을 통해 포집탑(1) 상부에서 하부로 스프레이하고 익스펜드 메탈 패킹(3)을 거쳐 하부로 이동된 안수를 안수탱크(4)로 직송하여 수거하는 방식을 사용하였다.

그런데, 이와 같은 방식은 유로중 어느 일부가 관통되게 되면 세정용 안수가 그 부분으로 편중되어 타부분에서는 세정작업이 전혀 이루어지지 않게 되고, 또한 안수가 씰포트(SEAL POT)(5)를 통해 안수탱크(4)로 오버플로우되어 수거되어 버리기 때문에 포집탑(1)의 하측부는 전혀 세정할 수 없었다.

여기에서, 도면중 미설명 부호 6,7은 COG 입,출구이며; 8은 차단밸브이다.

다른 방식으로, 포집탑(1) 내부에 작업자가 직접 들어가서 인위적으로 익스펜드 메탈 패킹(3)에 부착되어 이를 폐쇄하고 있는 경피치 및 슬러지 등을 제거하며 청소하는 방법으로 고농도의 독성가스에 중독되는 위험성과 중대 안전사고를 일으킬수 있는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 황화수소 포집탑내 익스펜드 메탈 패킹에 부착되어 이를 폐쇄시키는 물질인 타르, 타르미스트, 슬러지 및 무기물질 등을 간단하고 용이하면서도 단시간에 부착물질을 용해시켜 짧은 시간내에 세정작업을 이루어 차압을 해소할 수 있도록 한 황화수소 포집탑내 익스펜드 메탈 패킹 세정방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 황화수소 포집탑내 세정공정을 개략적으로 보인 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 황화수소 포집탑내 세정공정을 개략적으로 보인 구성도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 포집탑 12 : 익스펜드 메탈 패킹

14 : 오버플로우유도부 20 : 안수

30 : 흡수유 40 : 씰포트

42 : 차단밸브 50 : 안수탱크

60 : 중부순환펌프 62 : 중부순환라인

70 : 하부순환펌프 72 : 하부순환라인

본 발명의 상기한 목적은 COG중의 황화수소를 제거하는 황화수소 포집탑내 익스펜드 메탈 패킹 세정방법에 있어서, 포집탑내 상부로 안수와 흡수유가 혼합된 세정액을 공급하는 제1단계와; 시간 경과에 따라 흘러내려 포집탑의 중부에 집수된 세정액중 일부를 다시 포집탑 상부로 공급순환시키는 제2단계와; 상기 포집탑의 중부에 집수된 세정액중 오버플로우유도부를 통해 오버플로우되어 포집탑의 하부에 집수된 세정액을 제2단계와 유사하게 상기 오버플로우유도부 인접 하측으로 제공급하여 세정하는 제3단계와; 상기 제3단계 후 세정완료와 동시에 포집탑의 중부 및 하부에 각각 별도 구비된 배출수단을 통해 세정액을 배출 수거하여 후속공정으로 이송하는 제4단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 황화수소 포집탑내 익스펜드 메탈 패킹 세정방법을 제공함에 의해 달성된다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 세정방법을 설명하기 위한 황화수소 포집설비를 보인 개략적인 구성도이다.

황화수소 포집탑내 부착물은 타르, 타르미스트 및 경피치류 등 무기물질을 주성분으로 하는 슬러지가 다량 포함되어 있으며, 타르 및 타르미스트, 경피치류는 친유성이고 무기물인 슬러지는 친수성이기 때문에 상기 물질들은 여러가지 성분의 혼합물이다.

따라서, 부착물의 한 성분만 용해하는 세정액으로 세정시는 한계가 있으며, 아룰러 다른 성분이 용해되지 않기 때문에 부착물 용해가 진행되는 단계에서 실질적인 세정진행이 정지되고 만다.

그러므로, 상기와 같은 부착물을 용해하기 위해서는 사용하는 세정액이 2개 이상의 다른 성분을 용해하고 세정할 수 있는 성질을 가지고 있을 필요가 있다.

본 발명에서는 친유성의 석탄계 흡수유와 친수성의 안수를 혼합한 것을 세정액으로 사용한다.

이와같은 혼합액을 사용하면 타르와 피치류는 흡수유에 의해 용해되고 탑내 무기물질 및 슬러지 성분은 안수에 의해 용해되게 된다.

따라서, 피치류의 용해와 슬러지의 용해가 동시에 진행되기 때문에 부착물 용해가 촉진되는 효과를 얻을수 있다.

도 2를 참고하면, 고온의 안수(20)와 흡수유(30)를 혼합하여서 된 세정액을 황화수소 포집탑(10) 상부의 트레이에 100㎥/Hr로 장입한다.

여기에서, 상기 세정액의 혼합비율은 안수와 흡수유가 7:3의 비율로 혼합됨이 바람직하며, 그 이유에 대해서는 후술한다.

일정시간이 흐른 후 세정액은 황화수소 포집탑(10)의 중부까지 장입되며, 이때 씰포트(40)의 차단밸브(42)는 폐쇄되어 있고, 중부순환펌프(60)를 이용하여 중부순환라인(62)을 통해 포집탑(10)의 상부 트레이로 재공급하는 세정작업을 반복실시토록 한다.

이러한 과정중에 중부의 오버플로우유도부(14)를 통해 오버플로우된 세정액(안수+흡수유)은 탑내 하부에 모이게 되며, 일정레벨이 되면 하부순환펌프(70)를 기동하고 하부순환라인(72)을 통하여 황화수소 포집탑(10)의 하부, 즉 상기 오버플로우유도부(14)의 직하방에 위치된 별도의 트레이에 공급하여 중,하부순환 세정작업을 실시한다.

세정액의 순환을 일정시간 행한후 배출라인(80)을 통해 세정액을 일정량 빼낸 후 이 세정액을 후속공정인 플러쉬 리퀴어 데칸타(FLUSH LIQUOR DECANTER)로 보내어처리한다.

상기 세정액(안수+흡수유)에 있어서 온도는 60℃ 이상되면 유리암모니아 증발량이 많게 되어서 세정력 저하가 빠르며, 또 세정액 온도가 40℃ 이하가 되면 세정력이 약해진다.

세정액 조성에 대해서도 유리암모니아 농도는 15~20g/ℓ범위가 장점을 가지고 있다.

흡수유 함유율은 30% 범위로 하는것이 가장 바람직하다.

즉, 안수중 유리암모니아 함유율이 15g/ℓ이하에서는 세정액이 슬러지를 용해하는 속도가 늦고 부착물의 세척력이 약하고, 또 20g/ℓ이상에서는 유리암모니아 농도가 진하므로 부식성이 강해서 장치나 배관등의 손실이 막심하기 때문에 바람직스럽지 못하다.

흡수유 함유율은 30% 범위로 하는것이 가장 좋으며 흡수유 함유율이 10~20% 범위는 피치류 및 타르을 용해하는 속도가 늦고 부착물의 세정력이 약해 세정시간을 장시간 필요하게 되며, 또 세정액중 흡수유 함유율이 40%을 초과하게 되면 안수량(NH₃함유량)이 적게되어 슬러지가 용해되지 않는 단점이 있다.

따라서, 안수와 혼합하는 흡수유로는 30%가 가장 바람직하고, 30~40%의 범위 내에서 혼합하는 것이 좋다.

아울러, 상기 흡수유는 그 비점이 260℃ 이하 유분, 예를들면 벤젠, 톨루엔, 메칠나프탈렌, 디페닐 등과 같은 1~2개의 벤젠핵을 가지는 방향족 탄화수소가 많이포함되어 있는 석탄계 흡수유가 가장좋다.

상기와 같은 방법 및 세정액의 함유율, 조성등의 조건을 갖춘 세정액으로 황화수소 포집탑(10) 세정을 실시함으로써 단시간내 우수한 세정효과를 달성할 수 있게 된다.

세정이 완료되면 중부측 세정액은 차단밸브(42)를 개방하여 안수탱크(50)로 집수하고, 하부측 세정액은 배출라인(80)을 통해 배출처리하여 후속공정으로 이송시킨다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.

하기한 실시예들은 본 발명을 예증하기 위한 것으로서 본 발명의 범위를 국한시키는 것은 아니다.

[실시예 1]

세정액(고온의안수+흡수유) 전체 유량을 100㎥/Hr로 조정하여 황화수소 포집탑 상부 트레이에 장입하여 세정작업을 실시했으며, 세정액중 고온의 안수 90㎥/Hr, 흡수유10㎥/Hr를 사용했고, 이때 세정액 온도는 70℃, 세정시간은 3시간, 안수중 유리암모니아 농도는 18g/ℓ로 세정작업을 실시하였다.

[실시예 2]

세정액(고온의안수+흡수유) 전체 유량을 100㎥/Hr로 조정하여 황화수소 포집탑 상부 트레이에 장입하여 세정작업을 실시했으며, 세정액중 고온의 안수 80㎥/Hr, 흡수유20㎥/Hr를 사용했고, 이때 세정액 온도는 60℃, 세정시간은 3시간, 안수중 유리암모니아 농도는 15g/ℓ로 세정작업을 실시하였다.

[실시예 3]

세정액(고온의안수+흡수유) 전체 유량을 100㎥/Hr 로 조정하여 황화수소 포집탑 상부 트레이에 장입하여 세정작업을 실시했으며, 세정액중 고온의 안수 70㎥/Hr, 흡수유30㎥/Hr를 사용했고, 이때 세정액 온도는 50℃, 세정시간은 3시간, 안수중 유리암모니아 농도는 20g/ℓ로 세정작업을 실시하였다.

[실시예 4]

세정액(고온의안수+흡수유) 전체 유량을 100㎥/Hr 로 조정하여 황화수소 포집탑 상부 트레이에 장입하여 세정작업을 실시했으며, 세정액중 고온의 안수 60㎥/Hr, 흡수유40㎥/Hr를 사용했고, 이때 세정액 온도는 40℃, 세정시간은 3시간, 안수중 유리암모니아 농도는 25g/ℓ로 세정작업을 실시하였다.

상기 각 실시예들의 황화수소 포집탑내 차압과 포집율에 대한 결과를 표 1에 나타내었으며, 흡수유를 혼합한 세정액의 세정효과가 기존의 방법보다 훨씬 높은 결과를 얻었고, 포집탑내 세정전,후 차압(압력손실)을 비교해서 세정효과를 확인하였다.

실시예	세정액	포집탑압력	차압mmH₂O	세정시간	황화수소 포집	F-NH₃농도g/l	세정액온도
실시예	안수m³/H	흡수유m³/H	차압mmH₂O	세정시간	입구mmH₂O	F-NH₃농도g/l	세정액온도	출구mmH₂O	입구	출구	포집율%
1	90	10	1347	897	450	3	5.87	1.18	79.9	18	70
2	80	20	1290	967	323	3	6.18	1.04	83.1	15	60
3	70	30	1062	882	240	3	6.55	0.74	88.7	20	50
4	60	40	1137	840	297	3	6.77	0.81	88.0	25	40

아울러, 비교를 위해서 흡수유를 혼합하지 않은 방법 즉 안수만 가지고 세정을 실시한 세정결과를 표 2에 나타내었으며, 종합적인 결과를 표 3에 나타내었다.

실시예	세정액	포집탑 압력	차압	세정시간	세정액온도	황화수소포집율
실시예	안수	입구	차압	세정시간	세정액온도	황화수소포집율	출구
1	100	1566	897	591	3	70~80	75.0
2	100	1347	897	450	3	70~80	77.0
3	100	1430	1008	422	3	70~80	75.9
4	100	1390	960	430	3	70~80	76.7
5	100	1375	957	418	3	70~80	77.3

구분	차압
구분	기존방법(안수)	본발명(안수+흡수유)
황화수소 포집탑 차압	418~591	240
COG중 황화수소 포집율	76.4	88.7

상기 표들을 비교해 보면, 기존의 방법을 가지고 세정을 실시하던 때의 압력손실을 보면 본 발명의 세정방법 보다도 178~351mmH₂O 이상 높고 세정이 불충분했던 것을 알 수 있다.

따라서, 흡수유를 일정비율 혼합한 세정액으로 세정시 훨씬 높은 효과를 얻을수 있으며 COG중 H₂S 포집율까지도 상승하는 효과를 가져오기 때문에 후공정에서 H₂S로 인한 SOx 문제까지도 해결이 기대된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 황화수소 포집탑내 세정액으로는 안수와 흡수유를 혼합액을 사용하기 때문에 친유성물질 및 친수성물질양자를 용해하는 것이 가능한 장점이 있으며, 특히 친유성의 피치류와 친수성의 슬러지 혼합물로 있는 황화수소 포집탑내 익스펜드 메탈 패킹 부착물을 용해해서 제거하는 피치류의 용해와 슬러지의 용해가 동시에 진행하는 것 으로서 부착물 용해면이 상당히 변신되는 상태로 되고 부착물 용해가 촉진되며 단시간에 세정을 완료 할 수가 있다.

또한, 세정액중 안수 및 흡수유 함유율이 각각 70%, 30%로 한정되어 있기 때문에 세정액 용해력이 유지되고 장치의 부식이 완화된 조건으로 세정을 실시할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims

COG중의 황화수소를 제거하는 황화수소 포집탑내 익스펜드 메탈 패킹 세정방법에 있어서,

포집탑내 상부로 안수와 흡수유가 혼합된 세정액을 공급하는 제1단계와;

시간 경과에 따라 흘러내려 포집탑의 중부에 집수된 세정액중 일부를 다시 포집탑 상부로 공급순환시키는 제2단계와;

상기 포집탑의 중부에 집수된 세정액중 오버플로우유도부를 통해 오버플로우되어 포집탑의 하부에 집수된 세정액을 제2단계와 유사하게 상기 오버플로우유도부 인접 하측으로 제공급하여 세정하는 제3단계와;

상기 제3단계 후 세정완료와 동시에 포집탑의 중부 및 하부에 각각 별도 구비된 배출수단을 통해 세정액을 배출 수거하여 후속공정으로 이송하는 제4단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 황화수소 포집탑내 익스펜드 메탈 패킹 세정방법.
제1항에 있어서, 상기 제1단계에서 공급되는 세정액은 안수와 흡수유가 7:3의 비율로 혼합된 것을 특징으로 하는 황화수소 포집탑내 익스펜드 메탈 패킹 세정방법.
제2항에 있어서, 상기 안수중에는 15~20g/ℓ의 농도를 갖는 유리암모니아가함유된 것을 특징으로 하는 황화수소 포집탑내 익스펜드 메탈 패킹 세정방법.
제2항에 있어서, 상기 흡수유는 벤젠, 톨루엔, 메칠나프탈렌, 디페닐 중에서 선택된 어느 하나와 같이 1~2개의 벤젠핵을 갖는 방향족 탄화수소가 다량 포함되고 260℃ 이하의 비점을 갖는 유분인 것을 특징으로 하는 황화수소 포집탑내 익스펜드 메탈 패킹 세정방법.