KR101268125B1 - 안수 중에 함유된 나프탈렌의 회수방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코크스 제조공정에서 발생되는 안수 중에 함유된 나프탈렌의 회수방법에 관한 것으로, 안수 중에 함유된 유기성분 및 나프탈렌을 효율적으로 회수하기 위한 것이다.

이를 위하여 본 발명은, 안수에 경유 또는 노말-헥산 또는 경유와 노말-헥산의 혼합물을 혼합하여 안수에 포함된 유기성분을 용해시킴으로서 용매추출하는 용매추출단계(A)와 상기 용매에 의해 추출된 유기성분을 증류시키는 증류단계와, 상기 증류단계에서 증류되지 않고 잔유된 잔유물을 냉각하여 결정화시키는 결정화단계와, 상기 결정화단계에서 생성된 결정을 여과하여 나프탈렌을 회수하는 여과회수단계를 포함하는 안수 중에 함유된 나프탈렌의 회수방법을 제공하여, 안수 중에 함유된 유기성분 및 나프탈렌을 효율적으로 회수함으로서, 상기 유기성분 및 나프탈렌에 의한 공급배관의 폐쇄 및 그로인한 설비의 고장을 방지할 수 있게 한다.

안수, 나프탈렌, 배관, 용매, 회수

Description

안수 중에 함유된 나프탈렌의 회수방법{Naphthalene recovery method in ammonium liquor generated in coke making process}

도 1은 일반적인 코크오븐가스 정제장치의 개략도

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 안수 중에 함유된 나프탈렌의 회수방법의 흐름도

도 3은 도 2의 바람직한 용매의 함유량을 나타내는 그래프

도 4는 도 3의 바람직한 증류온도를 나타내는 그래프

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 코크오븐가스 정제장치 10 : 흡수탑

11 : 안수 공급배관 20 : 코크오븐가스 공급라인

30 : 코크오븐가스 배출라인 40 : 불용성탄산칼슘 필터

A : 용매추출단계 B : 증류단계

C : 결정화단계 D : 여과회수단계

본 발명은 코크스 제조공정에서 발생되는 안수 중에 함유된 나프탈렌의 회수 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 안수 중에 함유된 유기성분 및 나프탈렌을 효율적으로 회수함으로서, 상기 유기성분 및 나프탈렌에 의한 공급배관의 폐쇄 및 그로인한 설비의 고장을 방지할 수 있도록 한 안수 중에 함유된 나프탈렌의 회수방법에 관한 것이다.

일반적으로 석탄을 이용한 건류 공정을 통한 코크스 제조과정에서는 코크오븐가스, 타르 및 수분이 발생되는데, 이러한 생성물 중 타르 및 수분은 액상상태로 회수 처리되며, 가스 상태인 코크오븐가스는 포집되어 제철소내의 에너지원으로 사용된다.

그러나, 상기 코크오븐가스 중에는 연료로 활용되지 못하는 이산화탄소, 이산화황 및 유입 산소가 일부 함유되어 있어 코크오븐가스의 부피증가와 함께 발열량을 감소시키게 되며, 대기중으로 방출되어 이산화황에 의한 대기오염 및 이산화탄소에 의한 지구 온난화 현상 등을 야기시키는 원인이 되고, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 코크오븐가스는 정제공정을 거치게 된다.

도 1은 코크오븐가스에 함유된 산화가스를 제거하기 위한 일반적인 코크오븐가스 정제장치의 개략도로서, 이를 통해 코크오븐가스의 정제공정을 살펴보면, 코크스의 제조과정에서 생성된 코크오븐가스는 코크오븐가스 정제장치(100)의 코크오븐가스 공급라인(20)을 통해 장치 내부로 삽입되어 장치 상부에 구성된 흡수탑(10)을 통과하여 정제된 후 코크오븐가스 배출라인을 통해 배출되게 된다.

상기의 흡수탑(10)에는 코크오븐가스에서 산화가스를 흡수하여 제거하기 위한 안수(암모니아수)가 안수 공급배관(11)을 통해 공급되어 분사되며, 분사 후의 흡수액은 코크오븐가스의 이산화탄소와의 반응에 의해 생성된 불용성탄산칼슘을 포함하고 있어, 외부에 별도로 구성된 불용성탄산칼슘필터(40)를 거쳐 순환되면서 불용성탄산칼슘을 제거하고 다시 재활용되어 흡수탑(10)에서 분사되게 된다.

그러나 상기 안수에는 나프탈렌을 포함하는 유기성분이 함유되어 있어, 상기 안수 공급배관(11)을 통한 공급 시, 상기 유기성분 및 나프탈렌이 공급배관(11)에 고착되어 공급배관(11)을 폐쇄시키게 되고 공급배관(11)의 폐쇄로 인해 설비의 정상적인 운전이 방해되어 설비 전체가 고장을 일으키는 등의 문제점이 있었다.

안수에 용매를 혼합하여 유기성분을 용매추출하고 추출된 유기성분을 증류시켜 나프탈렌의 회수함으로서, 상기 유기성분 및 나프탈렌에 의한 공급배관의 폐쇄 및 그로인한 설비의 고장을 방지할 수 있도록 하는 안수 중에 함유된 나프탈렌의 회수방법을 제공함에 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 안수에 경유 또는 노말-헥산 또는 경유와 노말-헥산의 혼합물을 혼합하여 안수에 포함된 유기성분을 용해시킴으로서 용매추출하는 용매추출단계(A)와, 상기 용매에 의해 추출된 유기성분을 증류시키는 증류단계(B)와, 상기 증류단계에서 증류되지 않고 잔유된 잔유물을 냉각하여 결정화시키는 결정화단계(C)와, 상기 결정화단계에서 생성된 결정을 여과하여 나프탈렌을 회수하는 여과회수단계(D)를 포함하는 안수 중에 함유된 나프탈렌의 회수방법이다.

상기 본 발명의 특징에 의한 용매추출단계(A)는, 용매로서 사용되는 경유 또는 노말-헥산 또는 경유와 노말-헥산의 혼합물이 안수에 5 부피% 이상 함유되게 하는 실시예를 구성할 수 있다.

또한, 상기 본 발명의 특징에 의한 증류단계(B)는, 증류온도가 60℃ 이상인 상태에서 실시하는 실시예를 구성할 수 있다.

또한, 경유와 노말-헥산의 혼합물은, 경유와 노말-헥산의 부피비를 1 : 1로 혼합하여 사용하는 실시예를 구성할 수 있다.

상기 본 발명의 목적과 특징 및 장점은 첨부도면 및 다음의 상세한 설명을 참조함으로서 더욱 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예의 구성 및 그 작용 효과에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 안수 중에 함유된 나프탈렌의 회수방법의 흐름도로서, 본 발명의 안수 중에 함유된 나프탈렌의 회수방법은 용매추출단계(A)와, 증류단계(B)와, 결정화단계(C)와, 여과회수단계(D)를 포함하여 구성된다.

상기 용매추출단계(A)는, 안수에 용매를 혼합하여 안수에 포함된 나프탈렌을 포함하는 유기성분을 용해시킴으로서 용매추출하는 단계로서, 안수 중에 함유된 유기성분보다 높은 용해도를 가지는 용매를 이용하여 상기 나프탈렌을 포함하는 유기성분을 용매에 용해시켜 추출하는 것으로, 상기 용매로서 경유 또는 노말-헥산 또는 경유와 노말-헥산의 혼합물을 안수에 5 부피% 이상 혼합하는 것이 바람직하며, 그 이유는 후술되어질 실험예 1을 통해 증명하였다.

또한, 상기 경유 또는 노말-헥산의 단독 사용 외에 경유와 노말-헥산을 혼합하여 사용할 경우, 경유와 노말-헥산의 부피비를 1 : 1로 혼합하는 것이 가장 바람직하며, 상기 경유의 단독 사용, 노말-헥산의 단독 사용, 경유와 노말-헥산의 혼합물의 사용에 따른 유기성분의 추출량에는 큰 차이가 없으며, 그 또한 후술되어질 실험예 1을 통해 증명하였다.

상기 증류단계(B)는, 상기 용매에 의해 추출된 유기성분을 증류시키는 단계로서, 증류온도가 60℃ 이상인 상태에서 물의 비등점인 100℃ 이하까지 실시하는 것이 가장 바람직하며, 그 이유는 후술되어질 실험예 2를 통해 증명하였다.

상기 결정화단계(C)는, 상기 증류단계에서 증류되지 않고 잔유된 잔유물을 냉각하여 결정화시키는 단계이며, 상기 여과회수단계(D)는, 상기 결정화단계에서 생성된 결정을 여과하여 나프탈렌을 회수하는 단계로서, 본 발명은 상기의 각 단계를 거쳐 안수 중에 함유된 나프탈렌을 회수하게 된다.

이하, 실험예 1 및 실험예 2를 통하여 상기 용매추출단계(A)에서의 바람직한 용매혼합량 및 증류단계(B)에서의 바람직한 증류온도조건을 산출하면 다음과 같다.

실험예 1 용매추출단계(A)에서의 바람직한 용매혼합량 산출

본 발명은 코크스 제조과정에서 발생하는 안수중에 함유된 유기성분을 효율적으로 회수하기 위해서 물리화학적인 방법인 용매에 용해시켜 추출 분리하도록 하며, 사용하는 용매는 여러가지의 종류를 사용할 수 있지만 본 발명에서는 공정에서 회수된 경유와 노말헥산을 사용하여 시험을 실시하였고, 이에 따른 조건을 설정하였다. 상기 용매의 사용량은 공정시간을 포함하여 확정하였는데 경유와 노말-헥산 을 각각 또는 혼합하고 안수에 함유하여 추출되는 양을 실험한 것이다.

본 실험예에서는 안수중에 함유된 유기성분을 용매추출함에 있어, 용매추출단계(A)에서의 바람직한 용매혼합량을 부피%로 결정하기 위한 실험예로 용매추출을 위해서 충분한 시간을 혼합하였으며, 추출 시간을 동시에 시험한 결과이다. 따라서 본 발명의 공정에서는 충분한 혼합용매추출을 위해서 10분간, 상온 25℃을 기준으로 실시하였으며, 그 결과 용매의 혼합량(부피%)에 따른 추출되는 양(%)를 정리하여 도 3에 나타내었다.

도 3에 도시된 바와 같이, 안수 중에 함유된 유기성분을 추출하는데 용매를 사용하는 양은 5 부피%이상을 함유시켜야 95% 이상의 추출이 가능하며, 용매로 각각 경유 또는 노말-헥산을 사용하거나 혼합하여 사용하여도 큰 차이가 없음을 알 수 있으며, 용매혼합량은 용매를 안수에 5부피%이상 혼합시켜 추출하는 것이 본 발명의 바람직한 조건이 된다. 상한 값으로는 일반적으로 사용하는 10 부피%이하에서 실시하는 것이 바람직하다.

실험예 2 증류단계(B)에서의 바람직한 증류온도조건 산출

본 실험예에서는 용매에 의해서 추출된 유기성분을 분리하는데 증류방법을 사용하게 되며, 나프탈렌을 회수하기 위해서 일부 기화성이 강한 용매을 일차적으로 증류하고, 상기 증류과정에서 나프탈렌은 잔유물에 포함되도록 하기 위한 증류온도조건 설정이 필요함에따라 증류온도와 나프탈렌 함유량 및 용매회수량과 관련하여 실험하였으며, 통상 공정시간이 20분간 진행됨으로 증류시간 20분을 기준으로 용매 회수율을 산정하였고 그 결과를 도 4에 나타내었다.

도 4에 도시된 바와 같이, 용매의 증류 회수율이 90%이상 되는 온도조건은 60℃이상이며, 60℃미만에서는 회수율이 매우 감소한 현상을 보인다. 따라서 본 발명에서는 증류온도가 60℃이상에서 실시하는 것이 증류회수율을 높일 수 있는 바람직한 조건이 되며, 증류공정은 고압의 스팀을 사용하게 되는데 열전달 상태를 감안하면 물의 비증점인 100℃이하의 조건이 바람직하다.

본 발명은 상기 실험예를 통해 산출된 각 조건에 따라서 용매추출단계(A)와, 증류단계(B)를 진행시킨 후에 용매가 증류 분리된 잔유물을 냉각과정을 거쳐 결정화하고 여과하여 나프탈렌을 효율적으로 회수함으로서, 상기 유기성분 및 나프탈렌에 의한 공급배관의 폐쇄 및 그로인한 설비의 고장을 방지할 수 있게 된다.

이외에도 본 발명인 안수 중에 함유된 나프탈렌의 회수방법은 다양하게 변형실시될 수 있는 것으로, 본 발명의 목적범위를 일탈하지 않는 한, 변형되는 실시예들은 모두 본 발명의 권리범위에 포함되어 해석되어야 한다.

이상의 본 발명에 의하면, 안수 중에 함유된 유기성분 및 나프탈렌을 효율적으로 회수함으로서, 상기 유기성분 및 나프탈렌에 의한 공급배관의 폐쇄 및 그로인한 설비의 고장을 방지할 수 있게 되는 등의 이점을 얻을 수 있게 된다.

Claims (4)

1. 코크스 제조공정에서 발생되는 안수 중에 함유된 나프탈렌의 회수방법에 있어서,

   안수에 노말-헥산 또는 경유와 노말-헥산의 혼합물을 혼합하여 안수에 포함된 유기성분을 용해시킴으로써 용매추출하는 용매추출단계(A)와,

   상기 용매에 의해 추출된 유기성분을 증류시키는 증류단계(B)와,

   상기 증류단계에서 증류되지 않고 잔유된 잔유물을 냉각하여 결정화시키는 결정화단계(C)와,

   상기 결정화단계에서 생성된 결정을 여과하여 나프탈렌을 회수하는 여과회수단계(D)를 포함하되,

   상기 용매추출단계(A)는,

   용매로서 사용되는 노말-헥산 또는 경유와 노말-헥산의 혼합물이 안수에 5 부피% ~ 10부피% 함유되는 것을 특징으로 하는 안수 중에 함유된 나프탈렌의 회수방법.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   증류단계(B)는,

   증류온도가 60℃ 이상에서 물의 비등점인 100℃ 이하까지 실시하는 것을 특징으로 하는 안수 중에 함유된 나프탈렌의 회수방법.
4. 제 1항에 있어서,

   경유와 노말-헥산의 혼합물은,

   경유와 노말-헥산의 부피비가 1 : 1로 혼합된 것을 특징으로 하는 안수 중에 함유된 나프탈렌의 회수방법.

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