KR100503349B1 - 조경유 및 에탄올을 이용한 코크스가스 중 나프탈렌제거장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 고가의 흡수유 소비를 없애고, 나프탈렌 흡수탑을 따로 두도록 하는 공정상의 복잡성을 해소하며, 나프탈렌이 단지 냉각에 의해 제거되도록 하며, 코크스가스의 온도를 높게 유지함으로써 다른 불순물의 정제효율이 낮아지는 현상을 해결하는 나프탈렌 제거장치를 제공하는 데 있다.

이에 본 발명의 하부에 설치되는 흡수유 공급라인, 코크스 가스를 냉각시키는 냉각수 공급라인, 상기 코크스가스와 냉각수를 분리시키는 액적 제거기 및 하부에서 코크스가스를 공급하여 코크스가스에 함유된 나프탈렌을 제거하는 스프레이 탑형 코크스가스 냉각기에서, 상기 코크스가스 냉각기에서 상기 흡수유 공급라인을 제거하고, 상기 냉각수 공급라인을 코크스가스 냉각기 전체로 배치시켜 냉각기 전체에서 순환되도록 하며, 상기 액적 제거기를 적어도 두 개 이상 구비하여 층을 이루도록 배열하고 상기 액적 제거기의 사이에 조경유와 에탄올을 혼합한 혼합물 공급라인을 배치하고, 상기 냉각수 공급라인의 열교환기 이전 라인에 조경유 공급라인을 연결시키는 구조를 포함한다.

Description

조경유 및 에탄올을 이용한 코크스가스 중 나프탈렌 제거장치{Apparatus for removing Naphthalene from Coke oven use light oil and ethanol}

본 발명은 코크스가스 정제설비에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 코크스가스 중에 함유되어 있는 나프탈렌을 제거하고 가스를 냉각시키는 조경유 및 에탄올을 이용한 코크스가스 중 나프탈렌 제거장치에 관한 것이다.

코크스가스 중에는 나프탈렌이 다량 함유되어 있어 이를 제거하지 않으면 가스 정제 설비에 침적되어 폐쇄시키는 역할을 하기 때문에 반드시 일정수준 이하로 제거하여야 하며 이의 제거는 코크스가스의 정제과정중 중요한 위치를 차지하여 왔다.

종래에 사용된 방법중의 하나로서 코크스가스를 직접 냉각수에 접촉시켜 냉각시킬 때 함께 응고되는 나프탈렌을 제거하는 방법이 있다. 이는 코크스 가스 냉각기에서 냉각수에 냉각되어 응고된 나프탈렌을 타르에 흡수시켜 제거되도록 하고 여기에서 일부 넘쳐나오는 타르를 침전조에서 분리하며 새로운 타르를 보충하는 방법을 사용하였다.

이 방법의 특징은 단지 냉각되어 응고된 나프탈렌만을 제거하기 때문에 가스 온도를 너무 많이 낮추어 나프탈렌의 응고량이 많게 될 경우 응고된 나프탈렌의 폐쇄현상으로 인하여 가스의 온도를 낮추는데 한계가 있다.

따라서 냉각기 온도가 높게 관리되어 냉각을 위해 분사된 수분의 비말동반 현상으로 많은 양의 수분이 가스에 첨가되며 또한, 낮은 나프탈렌 제거율로부터 초래되는 문제인 나프탈렌 침적에 의한 여러 가지 폐쇄 문제를 방지하기 위하여 가스의 온도를 높게 유지하여야 하기 때문에 가스중 다른 불순물을 제거하는데 여러 가지 문제점을 동반하게 된다.

코크스가스로부터 나프탈렌을 제거하는 또 다른 방법은 기름성분에 흡수시켜 제거하는 것인데 이 흡수유는 재생하여 사용하기도 하고 재생하지 않기도 한다. 다른 공정들은 가스를 냉각시켜 나프탈렌을 제거하거나 고체물질에 흡착시켜 제거하기도 하는 공정들이 있지만 상업적으로 널리 쓰이고 있지 않다.

흡수유의 종류로는 석유계 흡수유와 석탄계 흡수유를 쓰고 있다.

흡수탑의 형태는 충전탑의 형태가 주로 쓰이며 흡수유와 가스는 서로 반대 방향으로 흐르게 되다.

이 경우 흡수탑은 두 단계로 나뉘어 운전된다.

즉, 하단부에서는 대부분의 흡수유를 재순환시키면서 흡수유의 유량이 매우 높기 때문에 대부분의 나프탈렌이 이 단계에서 제거되고, 여기서 일부의 나프탈렌을 함유하고 있는 가스는 상단부로 들어가서 나머지의 나프탈렌이 제거된다.

여기서는 작은 양의 흡수유가 흡수유 재생탑으로부터 공급되며 여기에 공급되는 흡수유는 그 중에 대부분의 나프탈렌이 제거되기 때문에 미량의 나프탈렌을 제거하기에 적합하다.

최근에 개발된 코크스가스 정제 공정에서는 잘 설계된 가스 냉각기에서 온도를 충분히 낮추어 여기서 응고되는 나프탈렌이 같이 응축되는 타르와 함께 냉각기 내에서 흘러내려 액상으로 제거될 수 있도록 하고 이 후의 가스 정제공정에서는 이보다 높은 온도에서 운전되도록 함으로써 나프탈렌에 의한 폐쇄 현상이 방지되도록 하는 방법이 적용되고 있다.

그러나 1차 가스 냉각기에서 가스를 충분히 냉각할 수 없는 상황에서는 가스 중 여러 불순물의 흡수효율을 유지하기 위하여 2차 가스 냉각기에서 가스를 1차 냉각기 보다 낮은 온도로 냉각할 필요성이 있고, 이에 따라 앞에서 설명한 바와 같은 냉각기 전이나 냉각기 내에서의 나프탈렌 제거가 필요하게 된다.

도 2에서는 종래 2차 냉각기 내에서의 나프탈렌 제거장치를 나타내고 있다.

이 장치를 통하여 나프탈렌 제거방법에 대하여 설명하면, 이 방법은 타르에 의해 냉각수 중에 응고된 나프탈렌을 제거하는 방법의 변형이라 볼 수 있으며, 타르를 투입하는 대신에 나프탈렌 흡수단에서 나프탈렌을 미리 흡수한 후 냉각기에서 냉각시키는 방법을 사용하는 것이다.

코크스가스(5)는 나프탈렌 흡수단(6)에서 순환되는 흡수유에 의해 나프탈렌이 흡수되도록 한 후 가스 냉각기(1)로 올라가 냉각수 공급라인(3)을 통해 공급되는 냉각수와 접촉하여 냉각이 된다.

여기서 흡수유 공급라인(7)을 통해 공급되는 흡수유는 코크스 가스 중 벤졸을 흡수하는 크레오소트 흡수유의 일부를 취하여 공급하고 배출되는 흡수유는 다시 벤졸 흡수유 본래 배관으로 돌려보낸다. 이렇게 함으로써 나프탈렌이 연속적으로 흡수되어 처리되게 된다.

가스 냉각기(1)에서는 가스가 순환되는 냉각수와 접촉하여 냉각되며, 가스 냉각기(1)에 들어가는 코크스가스(5) 중에는 수분이 포화되어 있어 냉각될 때 응축수가 발생하게 되는데 응축되는 응축수는 배출수 라인(4)을 통해 증류공정을 거친 후 폐수처리 공정으로 보내진다.

가스 냉각기의 온도를 원하는 온도로 유지하기 위하여 열교환기(2)에서 순환 냉각수를 냉각하여 준다.

탑의 상부에는 가스와 가스에 함유된 액을 분리하는 액적 분리기(8)가 설치된다.

가스냉각기(1)와 나프탈렌 흡수단(6)의 형태는 텅 빈 탑내에 액이 분무되고 액과 가스가 직접 접촉하도록 하는 스프레이 탑형이다.

이 공정 중 나프탈렌 흡수단에서의 문제점은 여기에 사용된 흡수유가 가스 정제공정에 들어가기 전의 제일 앞에서 가스와 접촉하기 때문에 흡수유를 열화시킬 수 있는 다량의 불순물을 흡수하게 되고, 이 흡수유가 다시 다른 공정내 흡수유와 섞여지기 때문에 전체 흡수유를 오염시키는 역할을 하여 흡수유 열화의 주된 원인으로 작용한다는 것이다.

또한, 나프탈렌 흡수단에서 뿌려지는 흡수유의 일부가 가스와 함께 비말동반되어 상부의 냉각수와 함께 버려짐으로써 흡수유의 손실을 가중시키게 된다.

이와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 나프탈렌 제거공정에 있어서 흡수유에 의해 흡수되어 제거되도록 하는 공정에서의 문제점인 고가의 흡수유 소비를 없앨 수 있는 나프탈렌 제거장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 나프탈렌 흡수탑을 따로 두도록 하는 공정상의 복잡성을 해소하고자하며 나프탈렌이 단지 냉각에 의해 제거되도록 하고, 이때 응축된 나프탈렌은 타르에 의해 흡수되도록 하는 공정에서의 문제점인 낮은 나프탈렌 제거율과 낮은 제거율로 인해 함량이 높은 나프탈렌이 응축되어 배관등을 폐쇄하는 현상을 방지하며 코크스가스의 온도를 높게 유지함으로써 다른 불순물의 정제효율이 낮아지는 현상을 해결하는 나프탈렌 제거장치를 제공하는 데 있다.

상술한 바와 같은 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 나프탈렌 제거장치는, 하부에 설치되는 흡수유 공급라인, 코크스 가스를 냉각시키는 냉각수 공급라인, 상기 코크스가스와 냉각수를 분리시키는 액적 제거기 및 하부에서 코크스가스를 공급하여 코크스가스에 함유된 나프탈렌을 제거하는 스프레이 탑형 코크스가스 냉각기에서, 상기 코크스가스 냉각기에서 상기 흡수유 공급라인을 제거하고, 상기 냉각수 공급라인을 코크스가스 냉각기 전체로 배치시켜 냉각기 전체에서 순환되도록 하며, 상기 액적 제거기를 적어도 두 개 이상 구비하여 층을 이루도록 배열하고 상기 액적 제거기의 사이에 조경유와 에탄올을 혼합한 혼합물 공급라인을 배치하고, 상기 냉각수 공급라인의 열교환기 이전 라인에 조경유 공급라인을 연결시키는 구조를 포함한다.

전술한 구성에서, 상기 혼합물의 조성은 조경유와 에탄올의 부피 함량이 각각 40-60%인 것이 바람직하다.

전술한 구성에서, 상기 혼합물 공급라인을 통해 공급되는 혼합물의 공급량은 상기 냉각수 공급라인을 통해 공급되는 냉각수 유량에 대한 부피비가 1/100,000 - 1/10,000 이 되도록 하는 것이 바람직하다.

전술한 구성에서, 상기 열교환기에 유입되는 조경유의 양은 상기 냉각수 유량에 대한 부피비가 1/100,000 - 1/10,000 이 되도록 하는 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 참고로 본 발명의 원활한 설명을 위하여 종래 장치에서 기재된 도면부호와 본 발명에서 기재된 도면부호의 일부가 동일하게 기재됨을 밝힌다.

도 1은 본 발명에 따른 나프탈렌 제거장치를 도시한 개략도이다.

코크스가스 냉각기(1)에서 상기 흡수유 공급라인(7)을 제거하고, 상기 냉각수 공급라인(3)을 코크스가스 냉각기(1) 전체로 배치시켜 냉각기 전체에서 순환되도록 하며, 상기 액적 제거기(8)를 적어도 두 개 이상 구비하여 층을 이루도록 배열하고 상기 액적 제거기(8)의 사이에 조경유와 에탄올을 혼합한 혼합물 공급라인(10)을 배치하고, 상기 냉각수 공급라인(3)의 열교환기(2) 이전 라인에 조경유 공급라인(9)을 연결시키는 구조를 포함한다.

기존의 냉각수 분사에 의해 냉각수와 코크스 가스(5)가 직접 접촉함에 의해 가스를 냉각시키는 스프레이 탑형 가스 냉각기(1)에서 흡수유를 사용하는 나프탈렌 흡수단(6)을 없애고 대신에 탑 전체에 냉각수 공급라인(3)을 설치하여 탑 전체로 냉각수가 순환되도록 한다.

이때 냉각수에 의해 가스가 냉각되어 응고된 나프탈렌 입자들이 비말되면 액적제거기(8)에 침적되어 가스의 흐름을 현저히 방해하는 작용을 하며, 가스 정제공정 전체를 마비시키는 작용을 하기 때문에 이를 방지하고자 본 발명의 특징에 따라, 액적제거기(8)를 두개의 층으로 만들고 층 사이에 조경유와 에탄올의 혼합물을 공급하는 혼합물 공급라인(10)을 설치한다.

이러한 혼합물 공급라인(10)을 통해 공급되는 혼합물의 양은 나프탈렌을 녹여서 흘러내릴 수 있을 정도의 양만 공급한다.

혼합물의 조경유와 에탄올은 비슷한 양으로 혼합하게 되는 바, 좀 더 바람직하게는 조경유와 에탄올의 부피 함량이 각각 40-60%인 것이 바람직하다.

상기 조경유는 나프탈렌을 녹이고, 에탄올은 혼합액이 냉각수 중에 분산되는 것을 돕도록 하는 역할을 한다.

본 발명의 다른 특징으로 제안된 조경유 공급라인(9)은 탑의 하부로 연결된다.

상기 과정에서 공급되는 조경유는 코크스가스 중에 포함되어 있는 것으로 코크스가스 정제시 얻어지는 것을 사용한다.

코크스가스 냉각기(1)로 유입되는 코크스가스 중에는 수분이 포화되어 있으며 포화된 수분이 가스가 응축되면서 응축되어 냉각수 중에 첨가되기 때문에 일정량의 냉각수를 배출시켜 주어야 냉각수 수위를 일정하게 유지시켜 줄 수가 있게 된다.

배출수 라인(4)을 통해 배출되는 배출수(4)에 나프탈렌 및 이를 용해시킨 조경유 및 에탄올이 함께 배출된다. 이 배출수(4)는 코크스가스 정제공정에서 응축수와 타르를 분리하는 데칸터(decanter)로 유입되어 처리되기 때문에 나프탈렌 및 조경유는 데칸터 내의 타르와 함께 처리되고 에탄올은 타르 및 응축수에 분배되어 처리된다.

또한 코크스가스 냉각기(1)의 온도를 원하는 온도로 유지시키기 위하여 열교환기(2)가 존재하게 되고 이 열교환기(2)는 나프탈렌 이외에 냉각수 중에 응축된 타르에 의해 자주 오염되는 문제를 안게 된다.

그러므로 이를 방지하기 위하여 열교환기(2)에 들어가는 냉각수 공급라인(3)에 조경유 공급라인(9)을 연결시켜 일정량의 조경유를 냉각수에 첨가시켜 열교환기(2)의 오염을 방지하게 된다.

[실시예]

유량이 약 30000Nm³/h 인 코크스 가스를 직경 3m, 총 높이 26m인 가스 냉각기(1)에 통과시키고 냉각수 유량을 약 200m³/h로 한 경우에 가스냉각기(1)로 들어가는 가스온도가 50℃정도에서 배출되는 가스온도가 22℃까지 냉각되었으며 들어가는 냉각수 온도는 20℃정도에서 30℃정도까지 상승되었다.

이때 배출수 유량은 3m³/h이었고 따라서 조경유, 에탄올 혼합물은 혼합물 공급라인(10)을 통해 액적 제거기(8)의 두 층 사이로 3L/h로 공급하였다.

이 경우 가스냉각기로 들어가는 가스중 나프탈렌 함량은 0.5g/Nm³ 정도에서 배출되는 가스 중에는 0.15g/Nm³ 정도까지 감소되었다. 이는 기존 나프탈렌 흡수단이 2차 가스 냉각기 하단에 존재하는 방식에서 달성되는 0.3g/Nm³ 보다 훨씬 향상된 실적이다.

열교환기(2)에 공급된 조경유는 10L/h이다. 조경유 및 에탄올은 각각 같은 비율로 혼합하여 사용했다. 조경유 흡수용 흡수유의 사용량은 기존 공정에 비해 10% 정도 절감할 수 있었다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 기존의 방법에서 사용하는 냉각기 하단부에 타르 냉각수 접촉단을 전부 냉각단으로 사용할 수 있어서 가스의 냉각효율도 크게 향상시킬 수 있다.

이 방법을 이용하면 2차 냉각기에서 나프탈렌에 의한 막힘현상이 완전히 해소되어 가스 온도에 대한 제약이 없어지기 때문에 가능한 최대로 낮출 수 있고 이에 따른 비말동반 감소와 가스 정제효율 증대를 가져올 수 있다.

나프탈렌의 제거율도 나프탈렌이 탑 전체에서 제거되기 때문에 크게 향상시킬 수 있어서 이후 공정에서의 막힘현상을 훨씬 감소시킬 수 있다.

또한 여기에서 흡수되는 각종 불순물은 데칸터에서 처리되기 때문에 다른 가스 정제공정과 독립적으로 운전이 되어 조경유 흡수용 흡수유의 오염을 현저히 줄일 수 있어서 조경유의 사용량을 감소시킬 수 있다. 실제로 운전에서 기존에 사용하던 양의 10% 정도를 절감할 수 있었다.

도 1은 본 발명에 따른 나프탈렌 제거장치를 도시한 개략도이다.

도 2는 종래 나프탈렌 제거장치를 도시한 개략도이다.

<< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >>

1...코크스가스 냉각기 2...열교환기

3...냉각수 공급라인 4...배출수 라인

5...코크스가스 6...나프탈렌 흡수단

7...흡수유 공급라인 8...액적제거기

9...조경유 공급라인 10...혼합물 공급라인

Claims (4)

1. 하부에 설치되는 흡수유 공급라인, 코크스 가스를 냉각시키는 냉각수 공급라인, 상기 코크스가스와 냉각수를 분리시키는 액적 제거기 및 하부에서 코크스가스를 공급하여 코크스가스에 함유된 나프탈렌을 제거하는 스프레이 탑형 코크스가스 냉각기에 있어서,

   상기 코크스가스 냉각기에서 상기 흡수유 공급라인을 제거하고,

   상기 냉각수 공급라인을 코크스가스 냉각기 전체로 배치시켜 냉각기 전체에서 순환되도록 하며,

   상기 액적 제거기를 적어도 두 개 이상 구비하여 층을 이루도록 배열하고 상기 액적 제거기의 사이에 조경유와 에탄올을 혼합한 혼합물 공급라인을 배치하고,

   상기 냉각수 공급라인의 열교환기 이전 라인에 조경유 공급라인을 연결시키는 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 조경유 및 에탄올을 이용한 코크스가스 중 나프탈렌 제거장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 혼합물의 조성은 조경유와 에탄올의 부피 함량이 각각 40-60%인 것을 특징으로 하는 조경유 및 에탄올을 이용한 코크스가스 중 나프탈렌 제거장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 혼합물 공급라인을 통해 공급되는 혼합물의 공급량은 상기 냉각수 공급라인을 통해 공급되는 냉각수 유량에 대한 부피비가 1/100,000 - 1/10,000 이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 조경유 및 에탄올을 이용한 코크스가스 중 나프탈렌 제거장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 열교환기에 유입되는 조경유의 양은 상기 냉각수 유량에 대한 부피비가 1/100,000 - 1/10,000 이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 조경유 및 에탄올을 이용한 코크스가스 중 나프탈렌 제거장치.