KR100516501B1 - 생산수율이 향상된 코크 오븐가스 정제용 흡수유 제조방법및 이로부터 제조된 코크 오븐가스 정제용 흡수유 - Google Patents

생산수율이 향상된 코크 오븐가스 정제용 흡수유 제조방법및 이로부터 제조된 코크 오븐가스 정제용 흡수유 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 코크 오븐가스를 정제하는데 사용되는 흡수유를 보다 효율적으로 제조하기위한 것으로, 본 발명에 의해 원료인 코울타르를 제오라이트 촉매반응기를 거쳐 저분자량화한 후, 증류공정에 의해 제조하는 코크 오븐가스 정제용 흡수유 제조방법 및 이로부터 획득된 흡수유가 제공된다.
본 발명의 방법은 코울타르를 제오라이트 촉매반응기를 거쳐 저분자량화함으로써 코크 오븐가스를 정제하는데 사용되는 흡수유 제조시 생산수율을 향상시킨다.

Description

생산수율이 향상된 코크 오븐가스 정제용 흡수유 제조방법 및 이로부터 제조된 코크 오븐가스 정제용 흡수유{PREPARING METHOD OF ABSORPTION OIL FOR REFINING OF COKE OVEN GAS HAVING IMPROVED YIELD AND THE ABSORPTION OIL THEREOF}
본 발명은 코크 오븐가스 정제용 흡수유 제조방법 및 이로부터 제조된 코크 오븐가스 정제용 흡수유에 관한 것이다.
제철공정에서 다종의 석탄을 배합하여 코크스를 제조하는 건류공정에서 코크 오븐가스(coke oven gas: 이하, 'COG' 라고 한다.), 타르와 수분이 발생되며, 이 생성물중 타르와 수분은 액상상태로 회수 처리되며, 가스상태인 COG는 포집하여 제철소내의 에너지원 사용된다. COG 중에는 일부 휘발성 유기물질인 벤젠, 톨루엔, 크실렌(Benzen, Toluen, Xylene: 이하, 'BTX' 라고 한다.) 등의 방향족 유기 화합물이 존재하는데 이는 배송과정에서 액화되어 배관에 침적되는 현상을 일으킨다. 따라서, COG 중에 함유된 BTX를 회수하는 경유회수설비가 있다. 이러한 경유설비에서 COG 중 BTX를 정제 및 회수하기위해 흡수유를 사용한다.
종래에는 이러한 흡수유를 제조하기위해, 석탄계 코울타르를 증류기에서 200℃에서 증류하여 1차로 BTX등의 경유성분을 제거하고, 이 증류기 하부에서 추출한 1차 처리물질을 다시 2차로 300℃에서 증류하여 흡수유를 제조한다.
이와 같이, 증류온도를 높게하여 증류를 하면 흡수유 생산이 가능하지만 흡수유의 물성 즉 비중과 점도가 상승하여 공정상의 문제를 야기하며, 이 물성으로는 흡수유의 열화진행이 빨라져서, 슬러지의 생성이 과대해지며, 이로 인하여 경유회수공정의 열교환기 및 기타 부분에서 배관등의 폐쇄를 일으키게 되어 결국, 흡수유 제조의 수율이 저하되는 문제가 있다.
이에 본 발명의 목적은 COG를 정제하는데 사용되는 흡수유를 보다 효율적으로 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 방법으로 제조된 COG 정제용 흡수유를 제공하는 것이다.
본 발명의 일견지에 의하면,
석탄계 코울타르를 제오라이트 촉매반응기에 넣고 반응기의 온도를 170-180℃로 유지시켜 코울타르의 불포화성분을 크래킹 반응시키는 단계;
상기 반응기로부터 획득된 결과물을 1차 증류탑에서 190-210℃로 증류시킨 다음, 냉각시켜 라이트 오일이 제거된 1차 흡수유를 생성하는 단계; 및
상기 1차 흡수유를 2차 증류탑에서 290-310℃로 증류시키고 이를 냉각시켜 피치를 제거하는 단계;
를 포함하는 COG(코크 오븐가스) 정제용 흡수유 제조방법이 제공된다.
본 발명의 다른 견지에 의하면, 상기 방법으로 제조된 COG 정제용 흡수유가 제공된다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명자는 코울타르로부터 COG 정제용 흡수유를 제조하는데 있어서, 기존의 증류공정에 의해서만 제조하지않고 원료인 코울타르를 제오라이트 촉매반응기를 거쳐 저분자량화하는 경우, 흡수유의 생산 수율이 크게 향상됨을 발견하였다.
본 발명에 따라 석탄계 코울타르로부터 COG 정제용 흡수유를 제조하기위해, 먼저 코울타르를 제오라이트 촉매반응기에 통과시킨다. 이 과정은, 촉매반응기에서 코울타르내의 불포화성분들을 크래킹함으로써 고분자의 타르를 저분자량화시켜 원하는 흡수유의 양을 크게 증대시킬 수 있게한다. 상기 코울타르내의 불포화성분들에는 코울타르의 불포화성분중 비등점이 높은 물질인 아세나프텐, 디벤조퓨란 및 안트라센 등을 포함한다.
상기 촉매반응기내의 촉매재료로는 제올라이트 촉매를 사용하며, 촉매반응기의 온도는 170-180℃로 유지한다. 촉매반응기의 온도가 이러한 온도범위에서 흡수유의 수율이 현저히 향상됨을 실험적으로 확인할 수 있었다(실시예 2 및 도 2).
그리고, 상기 반응기내에서 이루어지는 코울타르의 크래킹 정도는 주입 속도와 체류시간에 따라 달라질 수 있으나, 바람직하게 상기 코울타르는 제올라이트 반응기에 20-40cm/분의 속도로 주입하고 반응기내 체류시간은 0.5-1.5시간으로 한다. 이러한 범위를 벗어나 너무 느리거나 빠른 속도로 주입하거나 또는 반응기내 체류시간이 너무 짧거나 긴 경우에는 제올라이트 촉매에 의한 코울타르의 불포화성분 의 크래킹이 제대로 이루어지지않을 수 있다. 보다 바람직하게, 상기 코울타르는 제올라이트 반응기에 30cm/분의 속도로 주입하고 반응기내 체류시간은 1시간으로 한다.
그 다음, 상기 반응기를 거쳐 일차처리된 코울타르를 1차 증류탑에서 증류시키고 냉각시켜 라이트 오일을 제거한다. 1차 증류탑에서의 증류온도는 일반적으로 행하여지는 190-210℃로 하며, 이때 라이트 오일은 증발되어 제거되고 미증류분은 냉각됨으로써 1차 흡수유가 생성된다.
그 다음, 상기 1차 흡수유로부터 피치를 제거하기위해 이를 2차 증류탑에서 일반적으로 행하여지는 증류온도 290-310℃로 증류시키고 이를 냉각시킴으로써 최종 흡수유가 제조된다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다.
실시예
실시예 1
본 실시예는 본 발명의 방법에 의한 흡수유 생산 수율이 종래방법에 의한 흡수유 생산수율에 비하여 현저히 향상됨을 입증하는 것이다. 도 1 및 도 2에 흡수유를 제조하는 종래공정과 본 발명의 공정을 각각 나타내었다.
발명예(본 발명의 방법에 따른 흡수유 제조) - 코울타르를 제올라이트 촉매 반응기(5mm크기의 구상 제올라이트를 200g함유)에 분당 30cm로 하고 체류시간을 1시간으로하여 1리터를 주입하고 반응기 온도 180℃에서 반응시켜 코울타르를 촉매에 의해 크래킹시킨다음, 200℃로 증류시키고 냉각시켜 라이트 오일을 제거하고, 그 다음 그 결과물을 300℃로 증류시키고 냉각시켜 흡수유를 제조하였다. 사용된 코울타르는 코크스제조시에 발생된 타르로 사용하였다.
종래예(종래 방법에 따른 흡수유 제조) - 제올라이트 촉매반응기를 거치지않은채로 상기와 동일한 양의 코울타르를 직접 200℃로 증류시키고 냉각시켜 라이트 오일을 제거하고, 그 다음 그 결과물을 300℃로 증류시키고 냉각시켜 흡수유를 제조하였다.
상기 본 발명에 따른 방법과 종래 방법에 따른 방법으로 제조된 경우의 코울타르 사용량 대비 흡수유의 생산량을 부피비를 기준으로 백분율로 환산하여 생산수율을 계산하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
구분 흡수율 생산 수율(부피%)
종래예 35.2
발명예 48.3
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 종래방법으로 제조된 경우 35.2부피%의 생산 수율을 나타내지만, 본 발명의 방법으로 제조된 경우 48.3부피%의 생산 수율을 나타내어 기존 공정 대비 137%의 생산 수율이 향상되었음을 알 수 있다.
실시예 2
제올라이트 촉매반응기의 적절한 온도 조건을 조사하기위하여, 제올라이트 촉매반응기의 온도를 160℃, 170℃, 180℃ 및 190℃로 한것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 흡수유를 제조하였다. 제조된 흡수유 생산 수율을 상기 실시예 1의 종래예와 비교하여 온도별로 각 경우의 흡수유 생산수율을 백분율로 환산하여 그 결과를 도 3에 나타내었다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 촉매반응기의 온도가 160℃ 및 190℃인 경우 생산 수율은 130%미만이며, 170℃ 및 180℃에서는 생산 수율이 현저히 증가되는 경향을 나타내었다. 따라서, 본 발명의 방법에 적절한 제올라이트 촉매반응기의 온도는 170-180℃범위임을 알 수 있다.
실시예 3
본 발명의 방법으로 제조된 COG 정제용 흡수유의 COG내 BTX 흡수능력을 시험하였다.
BTX가 1.3% 함유된 COG를 용기내에 순환시스템으로 구성하고 여기에 COG 가스 분당 5리터를 통과시키면서 상기 실시예 1의 발명예 및 종래예에서 제조된 흡수유를 분당 20ml로 분사시켜 COG중 BTX를 흡수하였다. 상기 순환시스템에서 각각의 흡수유를 사용하여 20분씩 가동하고 그 결과물을 채취하여 BTX양을 가스크로마토그래피로 분석하였다. 초기 COG내 BTX함량과 정제후 COG내 BTX함량을 대비하여 흡수유에 함유되어 제거되는 BTX의 회수율을 계산하여 하기 표 2에 나타내었다.
구분 COG내 BTX 회수율(%)
발명예의 흡수유 85.9
종래예의 흡수유 86.3
상기 표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 기존 공정으로 제조한 흡수유와 본 발명의 방법으로 제조한 흡수유는 COG내 BTX 흡수성능에 대하여 거의 차이가 없으며, 오히려, 본 발명의 방법으로 제조한 흡수유의 BTX 흡수성능은 회수율이 0.4% 더 우수함을 확인할 수 있었다. 따라서, 본 발명의 방법으로 제조한 흡수유는 기존공정으로 제조한 흡수유와 동등한 조건으로 사용이 가능하다.
본 발명의 방법은 코울타르를 제오라이트 촉매반응기를 거쳐 저분자량화함으로써 COG를 정제하는데 사용되는 흡수유 제조시 생산수율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 코크 오븐가스 정제용 흡수유 제조공정을 나타내며,
도 2는 본 발명의 코크 오븐가스 정제용 흡수유 제조공정을 나타내며 그리고
도 3은 촉매반응기 온도에 따른 흡수유 수율을 나타낸다.

Claims (4)

  1. 석탄계 코울타르를 제오라이트 촉매반응기에 넣고 반응기의 온도를 170-180℃로 유지시켜 코울타르의 불포화성분을 크래킹 반응시키는 단계;
    상기 반응기로부터 획득된 결과물을 1차 증류탑에서 190-210℃로 증류시킨 다음, 냉각시켜 라이트 오일이 제거된 1차 흡수유를 생성하는 단계; 및
    상기 1차 흡수유를 2차 증류탑에서 290-310℃로 증류시키고 이를 냉각시켜 피치를 제거하는 단계;
    를 포함하는 COG(코크 오븐가스) 정제용 흡수유 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 코울타르는 제올라이트 반응기에 20-40cm/분의 속도로 주입되며, 반응기내 체류시간은 0.5-1.5시간임을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 코울타르의 불포화성분은 아세나프텐, 디벤조퓨란 및 안트라센을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1항 내지 3항의 방법중 어느 한 항에 의한 방법으로 제조된 COG 정제용 흡수유.
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