KR100694478B1 - 화성공장 안수에 함유된 유기성에멀전의 제거방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화성공장 안수에 함유된 유기성 에멀전의 제거방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 (a) 안수를 여과하여 무기성 물질 및 이물질을 제거하는 단계; (b) 용해 탱크에서 상기 (a)의 여과된 안수에 노말헥산을 부피비로 1.0 % 이상 혼합하여 30 ℃ 이상의 온도에서 유기성 에멀전을 완전 용해하는 단계; 및 (c) 유수분리 시스템에서 상기 (b)의 유기성 에멀전이 완전 용해된 안수를 정제안수와 노말헥산으로 분리하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 화성공장 안수에 함유된 유기성 에멀전의 제거방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 코크스 제조과정에서 발생되는 코크오븐가스(COG) 중에 함유된 유화수소가스의 포집효율을 증대시켜 유화수소함량이 저감되어, 제철소의 연료로 사용 시 SOx 및 NOx의 발생량을 감소시킬 수 있는 환경친화적인 크린 연료인 COG를 제공할 수 있으며, 배관 및 설비의 막힘 현상으로 인한 폐쇄를 억제할 수 있어, 보수비용을 절감하는 효과가 있다.

안수, 코크오븐가스, 유기성 에멀전

Description

화성공장 안수에 함유된 유기성에멀전의 제거방법{ELIMINATION METHOD FOR ORGANIC EMULSION IN AMMONIA LIQUOR AT CHEMICAL BY-PRODUCT PLANT}

도 1은 본 발명의 안수에 함유된 유기성 에멀전의 제거공정을 나타낸 흐름도이다.

도 2는 본 발명의 일실시예들 및 비교예들의 노말헥산 첨가량에 따른 유기성 에멀전의 제거율을 나타낸 그래프이다.

도 3은 본 발명의 일실시예들 및 비교예들의 혼합온도에 따른 유기성 에멀전의 제거율을 나타낸 그래프이다.

*도면의 주요 부호에 대한 설명*

10:안수 저장조 20:여과용 필터

30:용해 탱크 31:노말헥산 투입라인

40:유수분리 시스템 50:증류재생탑

60:정제안수 저장조

본 발명은 화성공장 안수에 함유된 유기성 에멀전의 제거방법에 관한 것으 로, 보다 상세하게는 코크스 제조과정에서 발생되는 코크오븐가스(COG) 중에 함유된 유화수소의 포집효율을 증대시켜 유화수소함량을 저감시키고, 배관 및 설비의 막힘 현상으로 인한 폐쇄를 억제하는 효과가 있는 화성공장 안수에 함유된 유기성 에멀전의 제거방법에 관한 것이다.

석탄을 이용하여 건류공정을 통하여 코크스를 제조하는 과정에서, 코크오븐가스(coke oven gas, 이하 'COG'라 함), 타르 및 수분과 같은 생성물이 발생하게 된다. 이러한 생성물 중 액체 상태인 타르 및 수분은 건류공정 내에서 순환 및 회수하는 공정에서 처리되며, 가스 상태인 COG는 포집하여 제철소 내의 에너지원으로 사용하게 된다.

COG에는 이산화탄소, 암모니아 및 유화수소가스가 함유되어 있다. 이중 이산화탄소는 에너지원의 발열에 불필요하며, 암모니아 및 유화수소가스는 연소 시에 SOx 및 NOx를 발생시켜 대기 환경오염의 원인이 된다.

수분에는 코크스 건류공정 중 화학반응에 의해서 생성된 여러 가지 화합물이 존재하는데, 특히 암모니아가 다량 함유되어 있어 안수라고 한다. 이러한 안수 중에는 암모니아 이외에도 유기성 에멀전이 다량 함유되어 있다.

안수 중에 함유된 유기성 에멀전은 고분자 타르, 소량의 나프탈렌 및 BTX(벤젠, 톨루엔, 크실렌) 등이 함유되어 있다. 비중이 큰 고분자 타르 물질은 침강분리에 의해 분리하는 공정인 데칸타에서 하부로 배출된다. 그러나 유기성 에멀전은 안수와 같은 거동을 하기 때문에 침강분리가 일어나지 않아, 공정 안수에 존재하게 되어 공정 내에 여러 부작용을 일으키게 된다.

공정 내에서 유기성 에멀전은 유화수소가스를 포집 및 제거하는데 방해하는 역할을 한다. 정제안수와 COG 중의 유화수소가스가 반응하여 황화암모늄으로 포집되는데 정제안수 중에 함유된 유기성 에멀전은 COG 중에 함유된 유화수소가스의 포집을 방해하여 포집효율을 저하시킨다. 또한, 공정 안수는 COG 중의 유화수소가스의 제거를 위한 중화제로도 활용되고 있는 것으로, 가스 처리공정인 유화수소 스크러버에 사용되는 공정 안수 중에 유기성 에멀전의 함량이 높으면 안수에 의한 중화효과가 감소할 뿐만 아니라, 스크러버의 내벽 및 트레이에 부착되어 배관 및 설비를 막아 폐쇄를 일으키는 문제점이 있다.

따라서, 안수 중에 함유된 유기성 에멀전을 제거하여 공정 내에서 유기성 에멀전의 함량을 최소화하기 위하여, 안수와 거동을 같이 하는 유기성 에멀전을 분리시키기 위한 공정 개발이 요구되고 있다.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 코크스 제조과정에서 발생되는 코크오븐가스(COG) 중에 함유된 유화수소가스의 포집효율을 증대시켜 유화수소가스의 함량을 저감시키고, 배관 및 설비의 막힘 현상으로 인한 폐쇄를 억제하는 효과가 있는 화성공장 안수에 함유된 유기성 에멀전의 제거방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 상기 목적 및 기타 목적들은 하기 설명된 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은

(a) 안수를 여과하여 무기성 물질 및 이물질을 제거하는 단계;

(b) 용해 탱크에서 상기 (a)의 여과된 안수에 노말헥산을 부피비로 1.0 % 이상 혼합하여 30 ℃ 이상의 온도에서 유기성 에멀전을 완전 용해하는 단계; 및

(c) 유수분리 시스템에서 상기 (b)의 유기성 에멀전이 완전 용해된 안수를 정제안수와 노말헥산으로 분리하는 단계;

를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 안수에 함유된 유기성 에멀전의 제거방법을 제공한다.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명자들은 COG 정제용으로 사용되는 화성공장 안수 중에 포함된 유기성 에멀전을 효과적으로 제거하기 위한 연구를 진행하던 중, 유기성 에멀전이 제거된 정제안수를 사용할 경우 COG 중에 함유된 유화수소가스의 포집효율이 증대되며, 상기 유화수소가스의 함량이 감소된 COG를 연료로 사용할 경우 대기 환경오염에 악영향을 미치는 SOx 및 NOx의 발생량을 감소시키는 것을 확인하였다. 이러한 유기성 에멀전을 효율적으로 제거, 처리하기 위하여 물리적인 처리 방법을 사용하여 공정 안수를 여과하고, 유기성 에멀전을 파괴하기 위하여 노말헥산을 미량 첨가하고 온도를 조절하여 추출, 분리하는 공정을 포함하여 이루어지는 안수 중에 함유된 유기성 에멀전 제거방법이 공정 상에서 효율적임을 확인하고, 이를 토대로 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 안수에 함유된 유기성 에멀전의 제거방법은 안수를 여과하여 무기성 물질 및 이물질을 제거하는 단계, 상기 여과된 안수에 함유된 유기성 에멀전을 파괴하기 위하여 노말헥산에 완전 용해시키는 단계 및 상기 유기성 에멀전이 용해된 안수를 유수분리 시스템에서 정제안수와 노말헥산으로 분리하는 단계를 포함하여 이루어져, 유기성 에멀전에 함유된 고분자량 타르 및 고형 유기물을 함께 제거하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 안수에 함유된 유기성 에멀전의 제거공정을 도 1에 나타내었다. 발생안수 저장조(10)에 저장된 안수에 함유된 무기성 물질 및 이물질을 제거하기 위하여 안수를 여과용 필터(20)에서 여과한다. 상기 여과된 안수를 용해 탱크(30)로 이송하고, 여기에 노말헥산 투입라인(31)을 통하여 노말헥산을 투입하고 혼합하여 안수에 함유된 유기성 에멀전을 완전 용해시킨다. 상기 유기성 에멀전이 용해된 안수를 유수분리 시스템(40)으로 이송하여 정제안수와 노말헥산으로 분리하여, 정제안수는 정제안수 저장조(60)로 이송하고, 노말헥산은 증류 재생탑(50)에서 증류되어 노말헥산 투입라인(31)을 통하여 용해 탱크의 반응에 사용된다.

본 발명의 (a) 단계는 공정 중에 발생하는 안수에 함유된 미세한 고형입자 및 고분자 타르와 같은 무기성 물질 및 이물질을 제거하기 위하여 안수를 여과하는 단계이다.

상기 (a) 단계는 미세한 고형입자에 유기성 에멀전이 동시에 거동하는 상태가 다발적으로 발생하며, 여과를 통하여 일부 유기성 에멀전을 함께 제거할 수 있다.

본 발명의 (b) 단계는 안수에 함유된 유기성 에멀전을 제거하기 위하여 용해 탱크에서 상기 (a)의 여과된 안수에 노말헥산을 혼합하여 유기성에멀전을 완전 용해시키는 단계이다.

상기 유기성 에멀전은 노말헥산에 매우 잘 용해되는 특성이 있다.

상기 유기성 에멀전의 용해 시, 혼합온도는 30 ℃ 이상인 것이 바람직하다. 상기 온도가 30 ℃ 이상인 경우에는 유기성 에멀전 입자가 용해되는 속도가 증가되고, 표면장력이 낮아져 노말헥산에 더욱 잘 용해되는 효과가 있다. 또한, 미세한 고형의 고분자 나프탈렌, 아세나프탈렌 등의 입자도 용해되어 제거되는 효과가 있다.

상기 유기성 에멀전의 용해 시, 노말헥산은 안수에 대하여 부피비로 1.0 % 이상으로 사용되는 것이 바람직하다. 상기 부피비가 1.0 % 이상인 경우에는 유기성 에멀전이 안수 중에 용해되어 비중차에 의해서 분리가 잘 일어나는 효과가 있다.

본 발명의 (c) 단계는 상기 (b)의 유기성 에멀전이 노말헥산에 완전 용해된 안수를 유수분리 시스템에서 정제안수 및 노말헥산으로 분리하는 단계이다.

유기성 에멀전이 노말헥산에 완전 용해되면, 비중의 차이에 의하여 유기성 에멀전이 용해된 노말헥산은 상부로, 정제안수는 하부로 분리된다.

본 발명의 안수에 함유된 유기성 에멀전의 제거방법 은 상기 (c)단계 에서 분리된 정제안수를 추출하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 안수에 함유된 유기성 에멀전의 제거방법 은 상기 (c)단계 에서 분리된 노말헥산을 증류 및 재생하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예 에 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

실시예 1

미세한 고형입자 및 유기성 에멀전을 함유한 안수를 여과용 필터로 여과하였다. 상기 여과된 안수에 포함된 고형입자를 측정하여 여과하기 전과 비교하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

구분	여과 전	여과 후	비고
고형입자함량(mg/l)	0.52	0.005	만족 조건 : 0.01 mg/l

상기 표 1에 따르면, 여과하기 전과 후의 미세한 고형입자의 존재 상태가 다르며, 여과 전에는 0.52 mg/l인 고형입자 함량이 여과 후에 0.005 mg/l로 감소하여 0.01 mg/l의 만족 조건에 부합되는 것을 확인할 수 있었다.

용해 탱크에서 상기 여과하여 미세한 고형입자의 함량이 0.005 mg/l이고, 유기성 에멀전이 1.34 % 포함된 안수에 노말헥산을 부피비로 1.0 % 투입하고 30 ℃에서 5 분간 혼합하여 유기성 에멀전을 용해시켰다. 이를 유수분리 시스템에서 정제안수 및 노말헥산으로 분리하였다.

상기 분리된 정제안수에 함유된 유기성 에멀전의 함량을 측정하고 백분율로 환산하였다.

실시예 2~5 및 비교예 1~2

상기 실시예 1에서 노말헥산의 함량을 하기 표 2와 같이 투입한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

구분	노말헥산 부피비 (%)	유기성 에멀전 제거율 (%)
실시예 1	1.0	86.7
실시예 2	1.5	91.1
실시예 3	2.0	96.6
실시예 4	2.5	97.2
실시예 5	3.0	97.0
비교예 1	0	0
비교예 2	0.5	64.1

상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 2의 노말헥산 부피비에 따른 유기성 에멀전의 제거율을 환산하여 도 2에 나타내었다.

도 2에 따르면, 노말헥산의 투입량이 증가함에 따라 유기성 에멀전의 제거율은 급격하게 증가하게 되는데, 이는 통상적인 공정에서 유기성 에멀전의 함유율이 0.1 % 이하로 관리하는 기준에서 보면 노말헥산의 투입량이 1.0 %인 경우 유기성 에멀전의 제거율이 86.7 %로 양호한 상태를 나타내는 것을 확인할 수 있었다.

실시예 6~7 및 비교예3~4

상기 실시예 1에서 용화 탱크의 혼합온도를 하기 표 3과 같은 조건으로 조절한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

구분	용해 탱크 혼합온도 (℃)	유기성 에멀전 제거율 (%)
실시예 1	30	86.3
실시예 6	40	91.8
실시예 7	50	92.7
비교예 3	10	43.6
비교예 4	20	64.1

상기 실시예 1, 6 내지 7 및 비교예 3 내지 4의 용해 탱크의 혼합온도에 따른 유기성 에멀전의 제거율을 환산하여 도 3에 나타내었다.

도 3에 따르면, 용해 탱크에서 안수와 노말헥산의 혼합온도가 증가할수록 유기성 에멀전의 제거효율이 증가하게 되는데, 특히 혼합온도가 30 ℃ 이상에서 유기성 에멀전의 제거율이 80 % 이상으로 우수한 것을 확인할 수 있었다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면 코크스 제조과정에서 발생되는 코크오븐가스(coke oven gas, COG) 중에 함유된 유화수소의 포집효율을 증대시켜 유화수소함량이 저감되어, 제철소의 연료로 사용 시 SOx 및 NOx의 발생량을 감소시켜 대기 환경오염을 억제하고, 환경 부담금을 감소시킬 수 있는 환경친화적인 크린 연료인 COG를 제공할 수 있다. 또한, 배관 및 설비의 막힘 현상으로 인한 폐쇄를 억제할 수 있어, 보수비용을 절감하는 효과가 있다. 이상에서 본 발명의 기재된 구체예를 중심으로 상세히 설명하였지만, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.

Claims (3)

1. (a) 안수를 여과하여 무기성 물질 및 이물질을 제거하는 단계;

   (b) 용해 탱크에서 상기 (a)의 여과된 안수에 노말헥산을 부피비로 1.0 % 이상 혼합하여 30 ℃ 이상의 온도에서 유기성 에멀전을 완전 용해하는 단계; 및

   (c) 유수분리시스템에서 상기 (b)의 유기성 에멀전이 완전 용해된 안수를 정제안수와 노말헥산으로 분리하는 단계;

   를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 안수에 함유된 유기성 에멀전의 제거방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 안수에 함유된 유기성 에멀전의 제거방법은 상기 (c)단계 에서 분리된 정제안수를 추출하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 안수에 함유된 유기성 에멀전의 제거방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 안수에 함유된 유기성 에멀전의 제거방법은 상기 (c)단계 에서 분리된 노말헥산을 증류 및 재생하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 안수에 함유된 유기성 에멀전의 제거방법.

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