KR101429635B1 - 코크스 오븐 가스의 황화수소 제거장치 - Google Patents

Abstract

코크스 오븐 가스 내에 함유되어 있는 황화수소를 효율적으로 제거할 수 있도록, 가스냉각기의 출측 공통배관에 설치되어 공통배관 내로 안수를 분사하기 위한 분사부와, 상기 배관 내로 분사되는 안수의 온도를 조절하기 위한 온도조절부를 포함하는 제거장치를 제공한다.

가스, 공통배관, 분사노즐, 안수, 열교환기

Description

코크스 오븐 가스의 황화수소 제거장치{DEVICE FOR REMOVING HYDROGEN SULFIDE IN COKE OVEN GAS}

본 발명은 코크스 오븐 가스 처리장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게 본 발명은 코크스 오븐 가스에 포함된 황화수소를 처리하기 위한 장치에 관한 것이다.

일반적으로 코크스 오븐 가스는 고온의 코크스 오븐에 석탄을 장입하여 코크스를 제조할 때 석탄의 휘발성분에 의해서 생성된다.

이러한 코크스오븐 가스에는 벤젠, 톨루엔, 나프탈렌 등과 같은 석유화학의 원료가 되는 유가 물질이 포함되어 있으나, 한편으로는 황화수소와 같은 대기오염을 유발시키는 물질이 다량 포함되어 있다.

이에 코크스 오븐 가스는 냉각기를 거치면서 온도를 다운시킨 후 후공정으로 보내어 가스 중에 포함된 각종 불순물을 제거하고 유가 물질을 회수한 후 최종적으로 정제된 코크스 오븐 가스(정제 COG)는 제철소내의 고열량 연소가스로 재사용 되고 있다.

그런데 코크스 오븐 가스 중에 함유되어 있는 황화수소의 제거가 만족스럽지 못한 경우에는 후 공정에서 여러 가지 문제가 발생하게 된다.

즉, 적절하게 황화수소가 제거되지 않은 상태의 코크스 오븐 가스를 연료로 사용하게 되면 후 공정에서 속스(SOx)를 발생시켜 환경문제를 일으키게 된다.

따라서 코크스 오븐 가스의 황화수소를 경제적이면서도 보다 우수한 흡수효율로 제거하는 장치의 개발이 요원한 실정이다.

이에 코크스 오븐 가스 내에 함유되어 있는 황화수소를 효율적으로 제거할 수 있는 제거장치를 제공한다.

이를 위해 본 제거장치는 가스냉각기의 출측 공통배관에 설치되어 공통배관 내로 안수를 분사하기 위한 분사부와, 상기 배관 내로 분사되는 안수의 온도를 조절하기 위한 온도조절부를 포함할 수 있다.

이에 온도조절부를 통해 열교환되어 온도가 낮아진 저온의 안수가 가스냉각기를 거친 가스에 재차 분사함으로서 안수와 가스의 접촉량과 접촉 시간을 늘려 황화수소 제거 효율을 높일 수 있게 된다.

여기서 상기 분사부는 안수를 공급하는 순환관 상에서 분기되는 분기관과, 상기 분기관에 연결되고 상기 냉각기를 거친 가스가 배출되는 공통배관 상에 설치되는 적어도 하나 이상의 분사관, 상기 분사관에 설치되어 공통배관 내로 안수를 분사하기 위한 분사노즐을 포함할 수 있다.

또한, 상기 온도조절부는 상기 분기관 외측으로 냉각수를 순환시키기 위한 열교환기, 상기 열교환기에 연결되는 냉각수관, 냉각수관의 유량 제어를 통해 안수의 온도를 제어하는 온도제어밸브를 포함할 수 있다.

상기 온도조절부를 거쳐 가스로 분사되는 안수의 온도는 20℃ ~ 30℃일 수 있다.

이와 같이 본 장치에 의하면, 가스냉각기를 거치면서 코크스 오븐 가스에 포함된 황화수수를 효율적으로 저감시킬 수 있게 되어 후 공정에서 황화수소에 의한 배관부식이나 유화철 또는 원소상태의 유황이 배관에 누적되는 현상을 방지할 수 있고, 코크스 오븐 가스 연소시 유황산화물이 생성을 줄여 대기 오염을 방지할 수 있게 된다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었다. 그리고 동일한 참조 부호가 일반적으로 다른 실시예에서 대응하거나 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.

도 1은 본 실시예에 따른 황화수소 제거장치의 구성을 도시한 개략적인 도면이다.

상기 도 1에 의하면, 본 제거장치는 코크스 오븐(도시되지 않음)으로부터 가스냉각기(10)를 거쳐 온도가 낮춰진 코크스 오븐 가스가 이송되는 공통배관(20) 내부로 안수를 분사하기 위한 분사부와, 상기 공통배관(20) 내부로 분사되는 안수의 온도를 낮추기 위한 온도조절부를 포함한다.

여기서 코크스 오븐으로부터 배출되는 코크스 오븐 가스는 약 800 ~ 900℃에 이른다. 이러한 코크스 오븐 가스는 가스냉각기(10)로 유입되기 전에 일차적으로 온도를 낮추게 된다. 이에 코크스 오븐 가스는 코크스 오븐의 출구측 배관에서 데칸터로부터 공급되는 안수에 의해 약 80℃로 온도가 낮춰진다.

상기와 같이 온도가 일차적으로 저감된 코크스 오븐 가스는 냉각기 입측 배관(11)을 통해 각 가스냉각기(10)로 공급되고, 상기 가스냉각기(10)에서 냉각수에 의해 열교환되어 적정한 온도로 냉각된다.

본 실시예에서는 상기 온도조절부를 통해 안수의 온도를 낮추고, 이렇게 온도가 낮아진 안수를 상기 분사부를 이용하여 공통배관(20)내의 코크스 오븐 가스에 분사함으로서 황화수소 포집효율을 높이는 구조로 되어 있다.

상기 분사부는 안수를 순환 공급하는 순환관(30) 상에서 분기되는 분기관(31)과, 상기 분기관(31)에 연결되고 가스냉각기(10)를 거친 코크스 오븐 가스가 배출되는 공통배관(20) 상에 설치되는 복수개의 분사관(32), 상기 분사관(32)에 연결설치되고 상기 공통배관(20) 내에 위치하여 공통배관(20) 내의 가스에 안수를 분사하기 위한 분사노즐(33)을 포함한다.

이에 분사노즐(33)을 통해 안수가 공통배관(20) 내부로 스프레이되어 코크스 오븐 가스에 함유되어 있는 황화수소를 저감시키게 된다.

즉, 공통배관(20) 내부로 안수가 스프레이됨으로서 코크스 오븐 가스 중에 포함된 황화수소가 아래 식 1과 같이 중화반응을 일으켜 저감되는 것이다.

[식 1]

2NH₄OH + 4H₂S → (NH₄)₂S + 2H₂S

NH₄OH + H₂S → NH₄HS + H₂O

도 1에서 도면 부호 (34)는 분기관(31) 일측에 설치되어 안수의 공급량을 제어하기 위한 제어밸브이고, 도면 부호 (35)는 상기 각 분사관(32)에 설치되는 개폐밸브이다.

여기서 도 2에 도시된 바와 같이 상기 분사노즐(33)은 안수를 넓은 각도로 흩뿌리는 구조로 되어 있다.

상기 분사노즐(33)에 의한 안수 분사각도는 특별히 한정되지 않으나, 본 실시예에 의하면 상기 분사노즐에 의한 안수 분사각도는 약 120°로 설정된다. 이에 코크스 오븐 가스와 안수의 접촉면적이 보다 넓어져 황화수소의 포집 효율을 극대화할 수 있게 된다.

한편, 상기 온도조절부는 상기 분기관(31) 일측에 설치되어 분기관(31) 외측으로 냉각수를 순환시키기 위한 열교환기(40)와, 상기 열교환기(40)에 연결되는 냉각수를 공급하기 위한 냉각수관(41), 상기 냉각수관 일측에 설치되는 온도제어밸브(42)를 포함한다.

이에 80℃의 안수는 상기 온도조절부를 거치면서 20 ~ 30℃로 온도가 낮아져 상기 분사부로 공급된다.

따라서 코크스 오븐 가스의 온도가 낮을수록 유해 성분의 흡수율이 높아진다 는 점을 고려할 때 상기와 같이 저온의 안수를 코크스 오븐 가스에 분사함으로서 황화수소의 포집 효율을 높이 수 있게 된다.

여기서 상기 온도조절부를 거친 안수의 온도가 30℃이상인 경우에는 포집이 발량할 우려가 있으며, 20℃ 이하인 경우에는 코크스 오븐 가스에 포함된 나프탈렌의 배관 누적현상이 발생될 우려가 있다.

상기 열교환기(40)는 상기 분기관(31) 외주면을 따라 냉각수가 유통되도록 냉각자켓을 구비한 구조로, 외측면에는 냉각수가 유출입되는 냉각수관(41)이 설치된 구조로 되어 있다.

본 실시예에서 상기 냉각수관(41)은 상기 가스냉각기(10)로 냉각수를 공급하는 공급관(43) 일측에 연결설치되며, 공급관(43) 상에 설치된 순환펌프(44)의 작동에 따라 냉각수를 공급받게 된다.

상기 온도제어밸브(42)는 냉각수의 공급량을 조절하여 상기 안수의 온도를 20 ~ 30℃로 유지하게 된다.

비교예 1

정상조업을 조건으로 하여 가스냉각기(10) 출측 공통배관(20)에 안수를 분사하지 않은 상태에서 황화수소 함량을 측정하였다.

실험은 코크스 오븐에서 발생된 코크스 오븐 가스 유량을 82000 N㎥/h, 냉각수 온도 25℃, 코크스 오븐 가스 온도 25℃의 3개 조건 하에서 실시하였다.

그리고 황화수소의 측정 위치는 코크스 오븐 가스를 처리하는 화성설비에 있어서 코크스 오븐으로부터 배출되는 코크스 오븐 가스가 유입되는 가스냉각기의 입 측과, 공통배관을 거친 코크스 오븐 가스가 지나는 최종 가스냉각기의 출측 그리고 화성설비의 벤젠포집탑 출구 3 지점으로 하여 각 지점에서 황화수소 함량을 측정하였다.

상기 실험 결과는 아래 표 1과 같다.

[표 1]

횟수	유량 (NK㎥/h)	가스온도(℃)	냉각수온도 (℃)	가스냉각기 (g/N㎥)			벤젠포집탑 (g/N㎥)
				입측	출측	포집율(%)	출측	포집율 (%)
1	82	25	25	5.62	5.41	3.73	1.15	78.74
2	82	25	25	5.43	5.11	5.89	1.01	80.23
3	82	25	25	5.92	5.71	3.55	1.09	80.91
4	82	25	25	5.81	5.46	6.02	1.18	78.39

상기 표 1에서 확인할 수 있듯이, 코크스 오븐에서 발생되는 가스 중에 포함된 황화수소의 함량이 최초 가스냉각기 입측에서 증가되는 량에 따라 최종 가스냉각기 출측에서의 황화수소 포집율이 평균 5.42%로 낮아지는 것을 알 수 있다. 또한, 벤젠포집탑에서도 황화수소가 평균 1.08g/N㎥로 포집되어, 포집율은 79.57%로 낮게 나타났다.

비교예 2

본 비교예는 가스냉각기 출측의 공통배관에 안수를 분사하는 경우에 있어서 황화수소 함량을 측정하였다.

실험조건은 농도 7.06 g/ℓ이고 온도는 40℃인 안수를 50㎥/h로 하여 분사각 60°로 연속적으로 스프레이 하였다. 그리고 측정 위치는 상기 비교예1과 동일하다.

상기 실험의 결과는 표 2와 같다.

[표 2]

횟수	안수유량 (㎥/h)	안수농도 (g/ℓ)	안수온도 (℃)	유량 (NK㎥/h)	가스온도(℃)	냉각수온도 (℃)	가스냉각기 (g/N㎥)			벤젠포집탑 (g/N㎥)
							입측	출측	포집율(%)	출측	포집율(%)
1	50	7.07	40	82	25	25	5.82	4.81	17.35	0.86	82.12
2	50	7.08	40	82	25	25	5.92	4.99	17.16	0.89	82.16
3	50	7.01	40	82	25	25	5.42	4.48	17.34	0.84	81.25
4	50	7.07	40	82	25	25	5.60	4.80	14.29	0.81	83.12

상기 표 2에서 확인할 수 있듯이 공통배관으로 안수를 분사한 결과 실시예 1과 같이 안수를 분사하지 않은 경우와 비교하였을 때, 최종 가스냉각기의 출측에서 황화수소가 5.42 g/N㎥에서 4.77 g/N㎥으로 포집되었음을 확인할 수 있다. 이에 포집율은 5.42%에서 16.54%로 상승하였음을 알 수 있다. 또한, 벤전포집탑 출구 지점에서는 황화수소가 1.11g/N㎥에서 0.85 g/N㎥로 포집되어, 포집율은 79.57%에서 82.16%로 상승하였다.

비교예 3

본 비교예는 가스냉각기 출측의 공통배관에 분사하는 안수의 실험조건을 달리하여 실험하였다.

본 실험에서는 농도 7.06 g/ℓ이고 온도는 30℃인 안수를 90㎥/h로 하여 분사각 80°로 연속적으로 스프레이 하였다. 측정위치는 상기 비교예 1과 동일하다.

상기 실험의 결과는 표 3과 같다.

[표 3]

횟수	안수유량 (㎥/h)	안수농도 (g/ℓ)	안수온도 (℃)	유량 (NK㎥/h)	가스온도(℃)	냉각수온도 (℃)	가스냉각기 (g/N㎥)			벤젠포집탑 (g/N㎥)
							입측	출측	포집율(%)	출측	포집율(%)
1	90	7.47	35	82	25	25	5.76	4.11	28.65	0.52	87.35
2	90	7.51	35	82	25	25	5.80	4.49	22.59	0.55	87.76
3	90	7.61	35	82	25	25	5.52	4.18	24.28	0.57	86.36
4	90	7.58	35	82	25	25	5.68	4.08	28.17	0.54	86.76

상기 표 3에서 확인할 수 있듯이 안수의 분사조건을 달리한 결과 최종 가스냉각기 출측에서 황화수수가 4.22 g/N㎥으로 포집되어 24.42%로 상승하였음을 알 수 있다. 또한, 벤젠포집탑 출구 지점에서는 황화수소가 0.85 g/N㎥에서 0.55g/N㎥로 포집되어 포집율은 82.16%에서 87.06%로 상승하였다.

실시예 1

본 실시예는 가스냉각기 출측의 공통배관으로 농도 7.77 g/ℓ이고 온도 23℃의 안수를 130㎥/h로 하여 분사각 120°로 연속적으로 스프레이 하였다. 측정 위치는 상기 비교예 1과 동일하다.

상기 실험의 결과는 표 4와 같다.

[표 4]

횟수	안수유량 (㎥/h)	안수농도 (g/ℓ)	안수온도 (℃)	유량 (NK㎥/h)	가스온도(℃)	냉각수온도 (℃)	가스냉각기 (g/N㎥)			벤젠포집탑 (g/N㎥)
							입측	출측	포집율(%)	출측	포집율(%)
1	130	7.77	23	82	25	25	5.86	2.91	50.34	0.25	91.40
2	130	7.69	23	82	25	25	5.92	3.00	49.32	0.29	90.33
3	130	7.88	23	82	25	25	5.72	2.88	49.65	0.26	90.97
4	130	7.75	23	82	25	25	5.94	2.98	49.83	0.27	90.94

표 4에서 확인할 수 있듯이 본 실시예에 따르면 공통배관으로 상기 조건의 안수를 분사하였을 경우 최종 가스냉각기의 출구쪽에서 황화수수가 3g/N㎥ 이하로 유지가 되는 것을 알 수 있다. 또한, 황화수소 포집탑의 입구쪽에서 황화수소의 함량을 측정한 결과 황화수소 함량이 2.94 g/ N㎥로 포집되어 포집율이 24.42% 에서 49.79%로 상승하였음을 알 수 있다.

벤젠포집탑의 출구쪽에서는 황화수소가 0.55g/N㎥에서 0.27g/N㎥로 포집되어, 포집율은 87.06%에서 90.91%로 상승효과가 있음을 알 수 있다. 황화수소 포집탑 입구에서 황화수소 함량이 하락되므로 최종 출구 벤젠 포집탑 출구에서 0.3g/N㎥이하로 크게 감소되는 효과가 있음을 알 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

도 1은 본 실시예에 따른 황화수소 제거장치의 구성을 도시한 개략적인 도면이다.

도 2는 본 실시예에 따른 황화수소 제거장치의 일부 구성 사시도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 가스냉각기 11 : 배관

20 : 공통배관 30 : 순환관

31 : 분기관 32 : 분사관

33 : 분사노즐 34 : 제어밸브

35 : 개폐밸브 40 : 열교환기

41 : 냉각수관 42 : 온도제어밸브

43 : 공급관 44 : 순환펌프

Claims (5)

1. 코크스 오븐 가스의 냉각을 위한 가스냉각기의 출측 공통배관에 설치되어 공통배관 내로 안수를 분사하기 위한 분사부와, 상기 공통배관 내로 분사되는 안수의 온도를 조절하기 위한 온도조절부를 포함하고,

   상기 온도조절부는 안수를 공급하는 순환관 상에서 분기되는 상기 분사부의 분기관 일측에 설치되어 분기관 외측으로 냉각수를 순환시키기 위한 열교환기와, 상기 열교환기에 연결되는 냉각수를 공급하기 위한 냉각수관, 상기 냉각수관 일측에 설치되어 냉각수량 조절로 안수의 온도를 제어하는 온도제어밸브를 포함하는 코크스 오븐 가스의 황화수소 제거장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 분사부는 안수를 공급하는 순환관 상에서 분기되는 분기관과, 상기 분기관에 연결되고 상기 가스냉각기를 거친 가스가 배출되는 공통배관 상에 설치되는 적어도 하나 이상의 분사관, 상기 분사관에 설치되어 공통배관 내로 안수를 분사하기 위한 분사노즐을 포함하는 코크스 오븐 가스의 황화수소 제거장치.
3. 삭제
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 분사노즐의 안수 분사각은 120°인 코크스 오븐 가스의 황화수소 제거장치.
5. 제 1 항, 제 2 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 온도조절부는 안수의 온도를 20℃ ~ 30℃로 제어하는 코크스 오븐 가스의 황화수소 제거장치.

Images