KR100725333B1

KR100725333B1 - 물리적 화학적 특성을 고려한 흡수유의 성능평가 시스템 및관리방법

Info

Publication number: KR100725333B1
Application number: KR1020050129945A
Authority: KR
Inventors: 이현
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2005-12-26
Filing date: 2005-12-26
Publication date: 2007-06-07

Abstract

본 발명은 물리적 화학적 특성을 고려한 흡수유의 성능평가 시스템 및 관리방법에 관한 것으로서, COG정제용 흡수유의 화학적 및 물리적 변성으로 인하여 성능이 저하된 흡수유의 기준을 설정하고, 조건에 따라서 교체함으로 인하여 COG중의 경유성분의 회수율을 증대하는 COG중 경유 회수용 흡수유의 성능평가시스템 및 관리방법에 관한 것이다.

제철공정, 코크스, 건류공정, 코크오븐가스, BTX, COG, 경유, 흡수유

Description

물리적 화학적 특성을 고려한 흡수유의 성능평가 시스템 및 관리방법{The Performance evaluation system and management Method considered physical and chemical property of Absorption oil}

도 1은 본 발명의 경유회수 설비에서 흡수유를 이용하여 경유를 회수하는 공정을 보여주는 개략도.

도 2는 본 발명의 흡수유 성능평가지표의 그래프.

도 3은 본 발명의 흡수유 성능평가지표의 물리,화학적 특성인자 및 지표에 따른 관리기준을 보여주는 블록도.

일반적인 제철공정에서 다종의 석탄을 배합하여 코크스를 제조하는 건류 공 정에서 코크 오븐가스(coke oven gas: 이하 COG라고 한다), 타르와 수분이 발생되며, 이 생성물 중 타르와 수분은 액상상태로 회수 처리되며, COG중에는 일부 휘발성 유기물질인 벤젠, 톨루엔, 크실렌(Benzen, Tolune, Xylene: 이하 BTX라고 한다) 등의 방향족 유기화합물을 경유회수설비에서 흡수유를 사용하여 흡수유 내에 회수하는데 COG중에서는 여러 가지 불순물 즉 H2S, COS, CS2 및 HCN산성가스로 인하여 흡수유의 성능이 저하되는 현상을 보인다.

따라서, 흡수유의 성능저하를 방지하기 위해 일부 전 공정(previous process)에서 불순물을 제거하는 공정을 거치는데 완벽하게 제거하는 것이 어려운 실정이다.

흡수유는 석탄계 콜타르(coal tar)를 증류기에서 1차로 200℃에서 증류하여 일차로 BTX등의 경유성분을 제거하고 이 증류기 하부에서 추출한 1차 처리물질을 다시 2차로 300℃에서 증류하여 흡수유를 제조하게 된다.

또한 증류온도를 높게 하여 증류를 하면 많은 량의 흡수유 생산이 가능하지만 흡수유의 물성 즉 비중과 점도가 상승하여 공정상의 문제뿐만 아니라 흡수유의 화학적 성분의 변동으로 인하여 흡수유 성능저하를 야기시킨다. 흡수유의 성분으로는 벤조퓨란, 인덴, 인단, 나프탈렌, 큐놀린, 메틸나프탈렌, 인돌, 에틸나프탈렌, 인돌, 디메틸나프탈렌, 에세나프탈렌, 트리메틸나프탈렌, 프로렌 등 수십 종이 존재하며, 공정상에서 흡수유의 열화 진행이 빨라져서, 화학적인 변성으로 슬러지의 생성이 과대해지며, 이로 인하여 경유회수공정의 열교환기 및 기타 부분에서 배관 등의 폐쇄를 일으키게 된다.

따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 연구 개발된 것으로서, 본 발명의 목적은 흡수유 중에 발생 되는 화학적 및 물리적인 변성에 의한 성능 저하를 막고, 이로 인한 배관 부착 및 폐쇄를 일으키는 흡수유의 성능을 평가하는 COG중 경유 회수용 흡수유의 성능을 평가하고, 흡수유의 관리기준을 제시하여 열화된 흡수유를 교체 및 정제하고 부족분에 대한 공급의 관리방법을 제안하여 BTX의 회수율을 증대시키는 COG중 경유 회수용 흡수유의 성능평가시스템 및 관리방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 COG(코크(스) 오븐 가스)정제용 흡수유의 화학적 및 물리적 변성으로 인하여 성능이 저하된 흡수유의 기준을 설정하고, 조건에 따라서 교체함으로 인하여 COG중의 경유성분의 회수율을 증대하기 위한 COG중 경유 회수용 흡수유의 성능평가시스템 및 관리방법에 관한 것이다.

본 발명은 경유공정에서 기존에 사용하는 흡수유의 흡수율을 물리적 및 화학적 특성의 변동에 의해 COG중 BTX 및 나프탈렌 회수율 감소 및 공정 내의 슬러지 발생으로 배관부착 및 폐쇄를 일으키는 문제를 해결하기 위해서 흡수유의 성능평가 시스템을 물리적 및 화학적 특성을 고려한 흡수유 성능 평가 시스템으로 물리적 성능인 동점도(cSt)와 흡수유 화학성분 중 유효성분을 포함하는 함량을 기준으로 한 흡수유 성능 평가시스템으로서, 표 1에 나타내었다.

표1: 흡수유 화학성분 분석을 위한 정성적 데이터

흡수유의 화학성분이 포함된 이중에서 화학성능알고리즘을 개발하기 위해서 성분별 함량(Xi, i=1, 6)과 흡수능 (Xj, j=1, 6)의 곱인 유효화학성분 지수(Xc)는

Xc = Σ (Xi ×Xj) 가 된다.

표2 화학성분과 흡수능 데이터

성 분	흡수능 (g/100g Sol.)	비 고
Quinoline	1.37	액상
1,2-Methylnaphthalene	3.4	1.액상, 2.고상 BP: 241 ℃
Indole	1.4	고상
Biphenyl	1.25	고상 BP: 255 ℃
Acenaphthalene	0.96	고상 BP: 278 ℃
Naphthalene	0.90	고상 BP: 218 ℃
Fluorene	0.82	고상 BP: 298 ℃
Diphenylene Oxide	0.78	고상 / Anthracene : BP 340 ℃

표2의 흡수능 데이터에서 가장 큰 흡수능을 지닐 때 3.4g/100gSolution이므로 이때 유효화학 성분지수는 100%가 된다.

또한 물리적 특성인 동점도를 측정하고 측정된 동점도와 유효화학성분지수를 동시에 고려하기 위해서 실시한 실험계획법을 이용하여 동점도와 유효화학성분지수를 동시에 고려한 흡수유 성능평가 방법을 제안하고자 하였다.

실시예1

을 통하여 데이터 산출 시험을 실시한 결과

을 통하여 통계적 실험계획법으로 분석한 결과 2차 교호작용을 고려하면 다음과 같은 관계식이 도출된다.

Per. Index=13.81 -0.222 Temp. + 2.47 K.Vis + 2.16 Eff.com -0.113 K.Vis x Eff.com

최종 흡수유 성능평가지표(Per. Index)는 온도(Temp), 동점도(K.Vis) 그리고 유효성능성분(Eff.com)으로 유효화학성분지수를 나타내는 본 발명의 상호관계식으로 도출하였다.

도 1은 본 발명의 경유회수 설비에서 흡수유를 이용하여 경유를 회수하는 공정을 보여주는 개략도이고, 도 2는 본 발명의 흡수유 성능평가지표의 그래프이고, 도 3은 본 발명의 흡수유 성능평가지표의 물리,화학적 특성인자 및 지표에 따른 관리기준을 보여주는 블록도이다.

본 발명을 통하여 전체적인 경유설비의 시스템을 운전하는데 있어서 정제량과 공급량을 설정하게 되는데 그 방법은 다음과 같다.

성능평가 지표에 따라서 공정관리를 위하여 지표에 대한 시험을 실시하였다.

실시예 2

본 실시예 2에서 성능평가 지표의 변화에 따라서 흡수유의 물리화학적 변동이 일어나서 흡수유의 정제공정으로 이송하는 단계를 거치도록 하기 위해서 성능평가 지표의 변화에 따라서 경유 회수량의 정도를 측정하고자 하였다.

연구를 통하여 흡수유의 화학성분을 분석하고 분석된 화학성분 중에는 COG중에 함유된 BTX 경유성분의 흡수효과를 나타내는 성능평가지표에 따라서 흡수유 종류를 선정하고 COG 중의 BTX 회수율(%)을 측정하여 그 결과를 도 2에 나타내었다.

도 2에서 흡수유 성능 평가지표의 변화에 따라서 COG중의 BTX 회수율(%)이 변동되는데 성능평가지표 69 이하에서는 회수율이 저조하여 본 공정에서 요구하는 조건이 90%미만을 나타내므로 정제공정을 거처서 성능평가지표를 70 이상이 유지되도록 하는 것이 필요하다.

따라서 본 발명에서는 성능평가지표를 70이상으로 하여 COG 중 경유회수 설비를 운전하는 것이 바람직한 조건이 된다.

또한 성능평가 지표가 50이하에서는 BTX회수율이 60% 이하로 전량 교체 공급하는 것이 바람직한 것으로 판단된다. 따라서 본 발명의 조건이 된다.

본 발명의 내용에 따라서 정리한 흐름도를 도 3에 나타내었다. 흡수유의 온도 (℃) , 동점도(cSt) 그리고 유효화학성분지수(%)를 측정하고, 흡수유의 흡수유 성능평가지표를 산출하여 성능평가지수가 70 이상일 때는 흡수유를 정상적으로 사용하고, 성능평가지수가 60 이하일 때는 흡수유를 전량 교체하고, 성능평가지수가 61~70 사이일 때는 흡수유를 정제탑으로 이송하여 흡수유를 정제하여 재사용하고, 정제탑으로 이송되는 흡수유의 이송량은 최대가 된다.

본 발명의 흡수유의 성능평가시스템 및 관리방법을 통하여 코크스오븐가TM(COG)중에 함유된 벤제, 톨루엔, 크실렌(BTX) 등의 방향족 유기화합물을 정제하기 위해서 사용한 흡수유를 적정하게 관리하는 조건을 통하여 성능평가지표를 계산하는 시스템을 구성하여 흡수유를 교체 및 정제를 통하여 흡수유 공정의 열교환기 및 배관의 부착성 문제 해결 및 COG 중의 경유 정제효율을 증대시키는 COG중에 함유된 BTX의 회수율을 증대시켜서 후공정에서 발생되는 악영향을 제거 가능하게 된다.

따라서 배관폐쇄에 의한 설비 교체 및 정제를 통하여 사용량의 절감이 가능하고 열화된 흡수유를 사용하지 않게 됨으로써 세정 비용 및 배관폐쇄 등의 설비 관리 및 운전비용의 저감이 가능한 효과를 갖는다.

Claims

제철공정에서 다종의 석탄을 배합하여 코크스를 제조하는 건류공정에서 코크스오븐가스(COG) 중의 일부 휘발성 유기물질인 벤젠, 톨루엔, 크실렌(BTX) 등의 방향족 유기화합물을 경유회수설비에서 흡수유를 사용하여 흡수유 내에 회수하는 시스템에 있어서,

COG정제용 흡수유의 물리적 화학적 특성인 온도(Temp) (℃) , 동점도(K.Vis)(cSt) 그리고 유효화학성분지수(Eff.com)(%)를 측정하여 다음 식에 의해

Per.Index=13.81 - 0.222 Temp. + 2.47 K.Vis + 2.16 Eff.com -0.113 K.Vis x Eff.com

최종 성능평가지표(Per. Index)를 산출하고,

이 성능평가지표에 의해 흡수유의 성능을 평가하는 것을 특징으로 하는 물리적 화학적 특성을 고려한 흡수유의 성능평가방법.
제철공정에서 다종의 석탄을 배합하여 코크스를 제조하는 건류공정에서 코크스오븐가스(COG) 중의 일부 휘발성 유기물질인 벤젠, 톨루엔, 크실렌(BTX) 등의 방향족 유기화합물을 경유회수설비에서 흡수유를 사용하여 흡수유 내에 회수하는 시스템에 있어서,

COG정제용 흡수유의 물리적 화학적 특성인 온도(Temp) (℃) , 동점도(K.Vis)(cSt) 그리고 유효화학성분지수(Eff.com)(%)를 측정하여 다음 식에 의해

Per.Index=13.81 - 0.222 Temp. + 2.47 K.Vis + 2.16 Eff.com -0.113 K.Vis x Eff.com

최종 성능평가지표(Per. Index)를 산출하고 이 성능평가지표에 따라 흡수유를 정제시키거나 교체하여 사용하는 것을 특징으로 하는 물리적 화학적 특성을 고려한 흡수유의 관리방법.
제 2항에 있어서,

성능평가지표가 61~70일 때는 정제탑으로 흡수유를 이송하여 정제시켜 사용하는 것을 특징으로 하는 물리적 화학적 특성을 고려한 흡수유의 관리방법.
제 3항에 있어서,

성능평가지표가 60 이하일 때는 흡수유를 전량 교체 공급하여 운전하는 것을 특징으로 하는 물리적 화학적 특성을 고려한 흡수유의 관리방법.