KR101558928B1 - 흡착제에 의해 산화 물질의 양이 제어된 순환가스를 사용하는 코크스 건식 소화 설비 및 소화 방법 - Google Patents

흡착제에 의해 산화 물질의 양이 제어된 순환가스를 사용하는 코크스 건식 소화 설비 및 소화 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101558928B1
KR101558928B1 KR1020130099949A KR20130099949A KR101558928B1 KR 101558928 B1 KR101558928 B1 KR 101558928B1 KR 1020130099949 A KR1020130099949 A KR 1020130099949A KR 20130099949 A KR20130099949 A KR 20130099949A KR 101558928 B1 KR101558928 B1 KR 101558928B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
circulating gas
carbon dioxide
coke
gas
cooling chamber
Prior art date
Application number
KR1020130099949A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150023121A (ko
Inventor
이창훈
Original Assignee
재단법인 포항산업과학연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 재단법인 포항산업과학연구원 filed Critical 재단법인 포항산업과학연구원
Priority to KR1020130099949A priority Critical patent/KR101558928B1/ko
Publication of KR20150023121A publication Critical patent/KR20150023121A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101558928B1 publication Critical patent/KR101558928B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B39/00—Cooling or quenching coke
    • C10B39/02—Dry cooling outside the oven
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B45/00—Other details

Abstract

본 발명은 흡착제에 의해 산화 물질의 양이 제어된 순환가스를 사용하는 코크스 건식 소화 설비 및 소화 방법에 관한 것으로, 프리 챔버에서 배출되는 순환가스에 공기 주입으로 발생되는 수분 및 이산화탄소의 산화 물질을 흡착제를 사용하여 제거함으로써, 냉각 챔버로 재주입되는 순환가스에 포함된 수분 및 이산화탄소의 산화 물질의 양을 제어하여, 상기 산화 물질이 코크스 건식소화설비 내에서 수소 및 일산화탄소로 전환되는 것을 방지하여, 안정적으로 상기 소화설비의 운전이 가능하도록 한다. 또한, 본 발명은 수분 및 이산화탄소와 코크스의 반응에 의해 손실되는 코크스의 양을 줄여 코크스 생산 수율을 향상시킬 수 있도록 한다.

Description

흡착제에 의해 산화 물질의 양이 제어된 순환가스를 사용하는 코크스 건식 소화 설비 및 소화 방법{The Coke Dry Quenching using circulating gas controlled the amount of oxidative materials by absorbent and the method thereof}
본 발명은 코크스 건식 소화 공정 중 배출되는 순환가스에 공기를 주입하여 발생되는 수분 및 이산화탄소의 산화 물질의 양을 흡착제를 사용하여 제어한 뒤, 다시 코크스 냉각에 순환가스로 재이용하는 코크스 건식 소화 설비에 관한 것이다.
일반적으로, 코크스 건식 소화(Coke Dry Quenching; CDQ) 설비는 코크스 오븐에서 압출되는 적열 코크스를 건식 방식으로 냉각시키는 설비로서, 적열 코크스가 장입된 냉각 챔버에 불활성 기체의 순환가스를 순환시켜 적열 코크스와의 열 교환을 통하여 상기 적열 코크스를 냉각 소화시킨다.
상기 열 교환에 의해 가열된 순환가스는 보일러에서 열 회수되도록 순환시켜 증기를 발생시킬 수 있으며, 보일러에서 발생된 증기는 터빈을 회전시키는데 사용되어 전력을 생산할 수 있다.
한편, 적열 코크스와의 열 교환에 의해 가열된 순환가스는 적열 코크스의 건류 정도나 순환가스 내 수분 및 이산화탄소 등과 같은 산화물질의 포함 정도에 따라 수소 및 일산화탄소를 발생하게 되며, 하기 표 1은 열 교환 후 순환가스의 조성을 나타낸 것으로, 수소 및 일산화탄소가 포함되어 있는 것을 볼 수 있다. 이러한 가스는 순환가스가 소화설비 내의 보일러와 적열 코크스가 저장된 챔버를 순환하는 과정에서 농도가 증가하게 된다.
성분 조성(부피%)
H2 0~5
CO 0~10
CO2 0~10
N2 70~95
H2O 0~10
이때, 수소 및 일산화탄소 가스는 폭발성이 강하기 때문에 농도가 일정한 수준 이상으로 높아지게 되면, 소화설비 운전 시 폭발의 위험성이 있다. 따라서, 종래에는 이러한 위험성을 사전에 제거하고자 냉각 챔버로부터 나오는 순환가스에 일정량의 외부 공기를 투입하고 연소함으로써 수소 및 일산화탄소 가스의 농도를 조절하여 왔다.
그런데, 상기 방법에 의할 경우, 연소에 의해 수분 및 이산화탄소의 산화 물질이 발생하게 되고, 이러한 물질은 냉각 챔버에 재투입 시, 상기 표 1에서의 수분 및 이산화탄소의 농도가 더욱 증가하게 되며, 이들은 적열 코크스와 하기와 같은 수성가스 반응 및 부다 반응을 통하여 수소 및 일산화탄소로 전환되고, 결과적으로는 다시 폭발의 위험성을 증가시키는 문제점을 야기하였다.
수성가스 반응(Water gas reaction): C + H2O → CO + H2, ΔH= +131KJ/mol
부다 반응(Boudouard reaction): C+ CO2 → 2CO, ΔH= +172.5KJ/mol
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 프리 챔버에서 배출되는 순환가스에 공기 주입으로 발생되는 수분 및 이산화탄소의 산화 물질을 흡착제를 사용하여 제거함으로써, 냉각 챔버로 재주입되는 순환가스에 포함된 수분 및 이산화탄소의 산화 물질의 양을 제어하여, 상기 산화 물질이 코크스 건식소화설비 내에서 수소 및 일산화탄소로 전환되는 것을 방지하고자 한다.
본 발명의 일 구현 예에 따르면, CDQ(Coke Dry Quenching) 본체 내의 상부에 위치하며 적열 코크스가 수용되는 프리 챔버;
상기 프리 챔버의 하부에 위치하며 순환가스에 의해 적열 코크스의 냉각이 이루어지는 냉각 챔버;
상기 냉각 챔버에 순환가스를 공급하는 순환가스 공급관;
상기 프리 챔버에 연결되어 순환가스를 배출하는 순환가스 배출관;
상기 순환가스 배출관에 공기를 주입하는 공기 주입장치; 및
상기 공기가 주입된 순환가스에 포함된 수분 및 이산화탄소에 대하여 흡착능이 있는 흡착제를 포함하는 수분 및 이산화탄소 흡착탑을 포함하며,
상기 흡착탑에서 수분 및 이산화탄소가 제거된 순환가스는 상기 순환가스 공급관을 통하여 냉각 챔버에 재공급되는 코크스 건식 소화설비를 제공한다.
상기 수분 및 이산화탄소 흡착탑은 복수의 흡착탑이 병렬로 연결된 것일 수 있다.
상기 수분 및 이산화탄소 흡착탑은 셸 앤드 튜브식(shell and tube type)일 수 있다.
상기 흡착제는 분자체를 포함하고, 실리카겔, 활성 알루미나 또는 이들의 혼합물을 선택적으로 포함할 수 있다.
상기 수분 및 이산화탄소 흡착탑과 순환가스 공급관 사이에 위치하며, 냉각챔버로 주입되는 수분 및 이산화탄소가 제거된 순환가스의 일부를 배출하는 순환가스 제2 배출관을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 구현 예에 따르면, CDQ(Coke Dry Quenching) 본체 내 상부의 프리 챔버에 적열 코크스를 투입하는 단계;
상기 프리 챔버의 하부에 위치하는 냉각 챔버에 순환가스를 공급하여 상기 적열 코크스를 열 교환에 의해 냉각하는 단계;
상기 열 교환에 의해 가열된 순환가스를 냉각 챔버 외부로 배출하여 공기를 주입하는 단계;
상기 공기가 주입된 순환가스를 수분 및 이산화탄소에 흡착능이 있는 흡착제에 통과시켜 순환가스에 포함된 수분 및 이산화탄소를 제거하는 단계; 및
상기 수분 및 이산화탄소가 제거된 순환가스를 냉각 챔버에 재주입하는 단계를 포함하는 코크스 건식 소화방법을 제공한다.
상기 흡착제는 분자체를 포함하고, 실리카겔, 활성 알루미나 또는 이들의 혼합물을 선택적으로 포함할 수 있다.
상기 공기는 50 내지 60L/hr의 유량으로 주입될 수 있다.
상기 냉각 챔버에 재주입하는 단계는 수분 및 이산화탄소가 제거된 순환가스를 공기 주입 유량과 동일한 유량으로 배출한 뒤 재주입할 수 있다.
본 발명은 프리 챔버에서 배출되는 순환가스에 공기를 주입하여 발생되는 수분 및 이산화탄소의 산화 물질을 흡착제를 사용하여 제거함으로써, 냉각 챔버로 재주입되는 순환가스에 포함된 수분 및 이산화탄소의 산화 물질의 양을 제어하여, 상기 산화 물질이 코크스 건식소화설비 내에서 수소 및 일산화탄소로 전환되는 것을 방지하고, 안정적으로 상기 소화설비의 운전이 가능하도록 한다.
또한, 본 발명은 수분 및 이산화탄소와 코크스의 반응에 의해 손실되는 코크스의 양을 줄여 코크스 생산 수율을 향상시킬 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 흡착제를 사용하여 산화 물질의 양이 제어된 순환가스를 이용하는 코크스 건식 소화 설비를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 코크스 건식 소화 설비에 포함된 셸 앤드 튜브식 수분 및 이산화탄소 흡착탑의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 코크스 건식 소화 설비의 운전 시 순환가스에 포함된 수소 및 일산화탄소에 의한 폭발의 위험성을 방지하기 위하여, 순환가스에 공기를 투입하여 연소할 때, 수분 및 이산화탄소의 산화 물질이 발생하고, 이러한 산화 물질이 냉각 챔버 내에서 수소 및 일산화탄소로 재전환되어 폭발의 위험성이 다시 발생되는 것을 방지하기 위한 것으로, 흡착제를 사용하여 코크스 건식 소화 시 사용되는 순환가스 내 포함된 산화 물질의 양을 제어하여 안정적으로 적열 코크스를 건식 소화시킬 수 있도록 한다.
따라서, 본 발명은 흡착제에 의해 산화 물질의 양이 제어된 순환가스를 사용하는 코크스 건식 소화 설비 및 소화 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 견지에 따르면, CDQ(Coke Dry Quenching) 본체의 상부에 위치하며 적열 코크스가 수용되는 프리 챔버, 상기 프리 챔버의 하부에 위치하며 순환가스에 의해 적열 코크스의 냉각이 이루어지는 냉각 챔버, 상기 냉각 챔버에 순환가스를 공급하는 순환가스 공급관, 상기 프리 챔버에 연결되어 순환가스를 배출하는 순환가스 배출관, 상기 순환가스 배출관에 공기를 주입하는 공기 주입장치 및 상기 공기가 주입된 순환가스에 포함된 수분 및 이산화탄소에 대하여 흡착능이 있는 흡착제를 포함하는 수분 및 이산화탄소 흡착탑을 포함하며, 상기 흡착탑에서 수분 및 이산화탄소가 제거된 순환가스는 상기 순환가스 공급관을 통하여 냉각 챔버에 재공급되는 코크스 건식 소화설비를 제공한다.
도 1은 본 발명의 흡착제를 사용하여 산화 물질의 양이 제어된 순환가스를 이용하는 코크스 건식 소화 설비를 개략적으로 도시한 것으로, 이를 참조하면 본 발명은 코크스 버킷(1), 더스트 제거 장치(6), 가스/스팀 열교환기(7), 가스 순환 팬(8) 및 냉각 코크스 배출 회전 밸브(12)를 추가로 구비할 수 있다.
코크스 오븐에서 제조된 적열 코크스는 코크스 버킷(1)에 실려 CDQ 본체의 상부에 위치하는 프리 챔버(2)에 투입될 수 있다.
상기 프리 챔버(2)에 수용된 적열 코크스가 상기 프리 챔버(2)의 하부에 위치하는 냉각 챔버(3)로 적하되면, 냉각 챔버(3)의 하부에 위치하는 순환가스 공급관(11)을 통하여 순환가스가 냉각 챔버(3) 내로 공급되고, 공급된 순환가스는 적열 코크스와 열 교환 반응에 의해 투입 당시 약 1100℃의 온도에 해당하는 적열 코크스를 약 200℃의 온도까지 냉각시킬 수 있다. 이때 사용되는 순환가스의 종류는 특별히 한정하지 않으나, 불활성 기체를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 열 교환 반응에 의해 가열된 순환가스는 프리 챔버(2)에 연결된 순환가스 배출관(4)을 통하여 배출되며, 배출되는 순환가스에는 상기 챔버(2, 3) 내에서 열 교환에 의해 폭발의 위험성이 있는 수소 및 일산화탄소가 발생되어, 상기 표 1과 같이 일부 포함되어 있으므로, 상기 수소 및 일산화탄소의 농도를 감소시키기 위하여 공기 주입장치(5)를 통하여 순환가스 배출관(4)에 외부 공기를 주입할 수 있다. 이때 주입되는 공기는 조성이 총 부피를 기준으로 질소(N2) 가스 79% 및 산소(O2) 가스가 21%가 포함될 수 있다.
한편, 상기 공기 주입장치(5)를 통하여 순환가스에 주입되는 공기는 50 내지 60L/hr의 유량으로 주입되는 것이 바람직하다. 종래에는 순환가스에 포함된 수소 및 일산화탄소의 농도를 조절하기 위하여 상기 순환가스에 외부 공기를 약 100L/hr의 유량으로 주입하였으나, 본 발명에서는 하기 검토하는 바와 같이, 흡착제에 의해 순환가스에 포함된 수분 및 이산화탄소를 제거함에 따라, 챔버(2, 3) 내에서 발생되는 수소 및 일산화탄소의 양이 감소하게 되므로, 그 농도를 감소시키기 위하여 종래에 비하여 적은 양의 공기 주입만으로도 충분하게 된다.
상기 공기가 순환가스에 주입되면, 순환가스는 열 교환에 의해 고온을 유지하고 있으므로 연소 반응이 일어나게 되고, 이와 같은 반응에 의해 수분 및 이산화탄소의 산화 물질이 발생하게 된다.
본 발명은 상기 발생한 산화 물질을 포함하는 순환가스가 냉각 챔버(3)에 재주입되는 경우, 상기 산화 물질이 코크스와 하기와 같은 수성가스 반응 및 부다 반응을 통하여 수소 및 일산화탄소로 전환되어, 다시 폭발의 위험성을 일으키는 문제점을 방지하기 위한 것으로, 상기 순환가스의 흐름을 기준으로 공기 주입장치(5)의 하단에 위치하며, 수분 및 이산화탄소에 대해 흡착능이 있는 흡착제를 포함하는 흡착탑(9-1, 9-2)을 더 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.
수성가스 반응(Water gas reaction): C + H2O → CO + H2, ΔH= +131KJ/mol
부다 반응(Boudouard reaction): C+ CO2 → 2CO, ΔH= +172.5KJ/mol
본 발명은 코크스 건식 소화 설비에 흡착탑(9-1, 9-2)을 포함함으로써, 순환가스에 공기를 주입하여 연소에 의해 발생되는 수분 및 이산화탄소의 산화 물질을 제거할 수 있어, 이러한 순환가스를 냉각 챔버(3) 내로 재주입하더라도 냉각 챔버 내에서 상기 산화 물질의 적열 코크스와의 반응을 방지하여, 코크스 손실량을 감소시키며, 수소 및 일산화탄소 발생량을 감소시켜 안정적으로 상기 설비를 운전할 수 있도록 한다.
단, 본 발명에서는 공기가 주입된 순환가스는 상기한 바와 같이 챔버(2, 3) 내에서 열 교환에 의해 고온을 유지하므로, 상기 순환가스는 흡착탑(9-1, 9-2)에 보내어지기 앞서, 가스/스팀 열 교환기(7)로 이동하여 고온의 열이 회수될 수 있도록 순환되며, 증기를 발생시킬 수 있다. 이렇게 발생된 증기는 터빈을 회전시키는 등으로 사용되어 전력을 발생시킬 수 있다.
상기 가스/스팀 열 교환기(7)에서 열 교환에 의해 약 200℃ 이하로 냉각된 순환가스는 이후 가스 순환 팬(8)에 의하여 수분 및 이산화탄소 흡착탑(9-1, 9-2)으로 보내어진다.
상기 수분 및 이산화탄소 흡착탑(9-1, 9-2)은 공기의 주입으로 순환가스에 다량 발생한 수분 및 이산화탄소의 산화 물질을 흡착, 제거하기 위한 것으로, 상기 산화 물질에 흡착능이 있는 흡착제를 포함하며, 흡착 효율을 향상시키기 위하여 도 1에 도시된 바와 같이 복수의 흡착탑(9-1, 9-2)이 병렬로 연결된 것일 수 있다.
본 발명에서 상기 흡착탑(9-1, 9-2)에 충진되는 흡착제로는 수분 및 이산화탄소에 흡착능이 있는 Molecular sieve type 4A 또는 13X 등을 포함하는 분자체를 포함하는 것이 바람직하며, 상기 분자체에 수분에 대하여 흡착능이 있는 실리카겔(Silica gel), 활성 알루미나(Activated alumina) 또는 이들의 혼합물을 선택적으로 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 흡착탑(9-1, 9-2)의 형태는 흡착제를 충진할 수 있으면 되고, 특별히 한정하지는 않으나, 셸 앤드 튜브식(shell and tube type)을 사용하는 것이 흡착 효율 면에 있어서나, 추후 흡착제 재생 면에 있어서나 바람직하다.
도 2는 본 발명의 코크스 건식 소화 설비에 포함된 셸 앤드 튜브식의 수분 및 이산화탄소 흡착탑(9-1, 9-2)의 단면을 개략적으로 도시한 것으로, 튜브 내에 수분 및 이산화탄소에 흡착능이 있는 흡착제를 충진한 뒤, 순환가스를 튜브 사이드에 공급함으로써 상기 순환가스에 포함된 수분 및 이산화탄소가 제거될 수 있다.
한편, 상기 순환가스가 튜브 사이드를 통과하여 그에 포함된 수분 및 이산화탄소가 흡착제에 흡착되면, 셸 사이드에 300℃ 이상의 고온 스팀 또는 상기 프리 챔버(2)로부터 배출된 고온의 순환가스를 투입하여 흡착탑 내부를 250 내지 350℃로 유지하며, 튜브 사이드에 진공을 가하거나, 퍼지(purge) 가스로 질소 가스를 사용하여 흡착제에 흡착된 수분 및 이산화탄소를 제거함으로써, 상기 흡착제를 재생할 수 있다.
흡착제의 재생에 있어 일 실시예에 따르면, 순환가스의 수분 및 이산화탄소 흡착에 사용된 Molecular sieve 13X 및 활성 알루미나의 흡착제를 300℃에서 1 내지 2시간 동안 진공 분위기 또는 퍼지 가스로 질소가스를 사용하여 재생한 결과, 초기 성능과 동일한 정도의 흡착능을 나타내었다.
단, 상기 흡착제의 재생방법으로는 상기 방법에 한정할 것은 아니고, 그 외에 흡착된 수분 및 이산화탄소를 제거하여 흡착제를 재생할 수 있는 방법이면 어느 것이든 무방하다.
본 발명에서 상기 흡착탑(9-1, 9-2)에서 수분 및 이산화탄소가 제거된 순환가스는 순환가스 공급관(11)을 통하여 냉각 챔버(3)로 재주입되어 적열 코크스의 냉각에 재이용될 수 있다.
단, 상기 냉각 챔버(3)에 주입되는 순환가스는 1,300~1,500L/hr의 유량으로 주입되는 것이 바람직하므로, 수분 및 이산화탄소가 제거된 순환가스를 냉각 챔버(3)에 재주입하기에 앞서, 순환가스에 공기를 주입하여 증가한 양만큼, 즉 주입된 공기의 유량과 동일한 유량으로 순환가스를 배출하는 것이 바람직하고, 이때 배출은 순환가스 흐름을 기준으로 순환가스 공급관(11) 보다 전단에 위치하는 순환가스 제2 배출관(10)을 통하여 수행하는 것이 바람직하다.
이렇게 일부 배출된 수분 및 이산화탄소가 제거된 순환가스는 순환가스 공급관(11)을 통하여 냉각 챔버(3)의 하부로 재주입되어 적열 코크스와의 열 교환에 의해, 적열 코크스를 냉각시키고, 냉각된 적열 코크스는 CDQ 본체의 하단부에 위치하는 냉각 코크스 배출 회전 밸브(12)를 통하여 외부로 배출될 수 있다.
본 발명의 다른 견지에 의하면, 흡착제에 의해 산화 물질의 양이 제어된 순환가스를 사용하는 코크스 건식 소화 방법에 관한 것으로, 이는 상기 코크스 건식 소화 설비에 의해 수행되는 바, 그 내용이 상기 설비에서의 기재와 중복되므로, 이하 간략히 기재하겠다.
구체적으로, 본 발명의 코크스 건식 소화 방법은 CDQ 본체 상부의 프리 챔버에 적열 코크스를 투입하는 단계, 상기 프리 챔버의 하부에 위치하는 냉각 챔버에 순환가스를 공급하여 상기 적열 코크스를 열 교환에 의해 냉각하는 단계, 상기 열 교환에 의해 가열된 순환가스를 냉각 챔버 외부로 배출하는 단계, 상기 배출된 순환가스에 공기를 주입하는 단계, 상기 공기가 주입된 순환가스를 수분 및 이산화탄소에 흡착능이 있는 흡착제에 통과시켜 순환가스에 포함된 수분 및 이산화탄소를 제거하는 단계 및 상기 수분 및 이산화탄소가 제거된 순환가스를 냉각 챔버에 재주입하는 단계를 포함한다.
본 발명에서 상기 흡착제는 분자체를 포함하고, 실리카겔, 활성 알루미나 또는 이들의 혼합물을 선택적으로 포함할 수 있다.
또한, 상기 공기는 50 내지 60L/hr의 유량으로 주입되는 것이 바람직하며, 상기 냉각 챔버에 재주입하는 단계는 수분 및 이산화탄소가 제거된 순환가스를 상기 공기 주입 유량과 동일한 유량으로 일부 배출한 뒤 재주입하는 것이 바람직하다.
실시예
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
CDQ 본체의 프리 챔버로 약 1100℃의 고온의 적열 코크스를 1kg/hr의 양으로 연속적으로 투입하되, 상기 적열 코크스가 냉각 챔버로 적하 시, 냉각 챔버의 하부에 존재하는 순환가스 공급관을 통하여 순환가스를 주입하였다. 주입된 순환가스는 상기 고온의 적열 코크스와 열 교환에 의해 970℃로 가열되었고, 열 교환된 순환가스를 프리 챔버에 존재하는 순환가스 배출관을 통하여 1400L/hr의 유량으로 배출하였다. 배출된 순환가스에 공기 주입장치를 통하여 조성이 총 부피를 기준으로 질소 79% 및 산소 21%를 갖는 공기를 50L/hr의 유량으로 주입하였다. 공기가 주입된 순환가스는 이후 가스/스팀 열 교환기로 보내어져 열 교환에 의해 150℃로 냉각되었고, 그 후, 가스 순환 팬에 의해 Molecular sieve 13X의 흡착제가 충진된 셸 앤드 튜브식 흡착탑의 튜브 사이드로 보내어져 상기 순환가스에 포함된 수분 및 이산화탄소가 흡착, 제거되었다. 그 후, 순환가스 제2 배출관을 통하여 50L/hr의 유량으로 순환가스의 일부를 배출하여 상기 프리 챔버에서 배출된 순환가스와 동일한 유량인 1400L/hr의 유량으로 순환가스 공급관을 통하여 냉각 챔버로 재주입하였다. 이때 재주입되는 순환가스의 조성 및 각 성분의 유량은 하기 표 2에 나타내었고, 이후, 재주입된 순환가스는 적열 코크스의 냉각에 재이용되어, 열 교환에 의해 970℃로 가열되었고, 가열된 순환가스는 1400 L/hr의 유량으로 프리 챔버로부터 배출하였으며, 이때 배출되는 순환가스의 조성 및 각 성분의 유량 또한 하기 표 2에 나타내었다.
구분 냉각 챔버 배출 순환가스 냉각 챔버 재주입 순환가스
조성(부피%) 유량(L/hr) 조성(부피%) 유량(L/hr)
가
스		 H2 2 28 1 12
CO 4 56 4 51
CO2 3 42 3 47
N2 90 1,260 90 1,260
H2O 1 14 2 30
Total 100 1,400 100 1,400
또한, 재주입된 순환가스가 적열 코크스와 열 교환 반응 수행 결과, 냉각되는 적열 코크스 중 11.3g/hr 의 양이 손실된 것을 알 수 있었다.
[실시예 2]
상기 실시예 1과 동일한 조건으로 공정을 수행하되, 공기는 60L/hr의 유량으로 주입하였고, 수분 및 이산화탄소가 제거된 순환가스를 냉각 챔버에 재주입하기 전에도 공기 주입 유량과 동일한 60L/hr의 유량으로 배출한 뒤 재주입하였으며, 단 흡착탑에 포함된 흡착제로는 Molecular sieve 13X와 활성 알루미나를 함께 사용하였다. 이때, 냉각 챔버로 재주입되는 순환가스의 조성 및 각 성분의 유량과 재주입된 순환가스가 냉각 챔버에서 열 교환 후, 다시 배출되는 순환가스의 조성 및 각 성분의 유량은 하기 표 3에 나타내었다.
구분 냉각 챔버 배출 순환가스 냉각 챔버 재주입 순환가스
조성(부피%) 유량(L/hr) 조성(부피%) 유량(L/hr)
가
스		 H2 2 28 1 9
CO 4 56 4 51
CO2 5 70 5 50
N2 87 1,218 87 1,218
H2O 2 28 3 47
Total 100 1,400 100 1,400
또한, 재주입된 순환가스가 적열 코크스와 열 교환 반응 수행 결과, 냉각되는 적열 코크스 중 13.5g/hr 의 양이 손실된 것을 알 수 있었다.
[비교예 1]
CDQ 본체의 프리 챔버로 약 1100℃의 고온의 적열 코크스를 1kg/hr의 양으로 연속적으로 투입하되, 이 후 상기 적열 코크스가 냉각 챔버로 적하 시, 냉각 챔버의 하부에 존재하는 순환가스 공급관을 통하여 순환가스를 주입하였다. 주입된 순환가스는 상기 고온의 적열 코크스와 열 교환에 의해 950℃로 가열되었고, 열 교환된 순환가스를 프리 챔버에 존재하는 순환가스 배출관을 통하여 1400L/hr의 유량으로 배출하였다. 배출된 순환가스의 조성 및 각 성분의 유량은 하기 표 4와 같으며, 이러한 순환가스에 공기 주입장치를 통하여 조성이 총 부피를 기준으로 질소 79% 및 산소 21%를 갖는 공기를 100L/hr의 유량으로 주입하였다. 공기가 주입된 순환가스는 이후 가스/스팀 열 교환기로 보내어져 열 교환에 의해 150℃로 냉각된 뒤, 순환가스 제2 배출관을 통하여 공기 주입 유량과 동일한 100L/hr의 유량으로 순환가스 일부를 배출하여 상기 프리 챔버에서 배출된 순환가스와 동일한 유량인 1400L/hr의 유량으로 상기 냉각 챔버에 재주입하였고, 이때 재주입되는 순환가스의 조성 및 각 성분의 유량은 하기 표 4에 나타내었다. 이후, 재주입된 순환가스는 적열 코크스와 열 교환으로 950℃로 가열되었고, 이를 1400 L/hr의 유량으로 프리 챔버로부터 배출하였으며, 이때 배출되는 순환가스의 조성 및 각 성분의 유량 또한 하기 표 4에 나타내었다.
구분 냉각 챔버 배출 순환가스 프리 챔버 재주입 순환가스
조성(부피%) 유량(L/hr) 조성(부피%) 유량(L/hr)
가
스		 H2 5 70 3 39
CO 8 112 7 102
CO2 5 70 6 81
N2 75 1,050 75 1,050
H2O 7 98 9 130
Total 100 1,400 100 1,400
또한, 재주입된 순환가스가 적열 코크스와 열 교환 반응 수행 결과, 냉각되는 적열 코크스 중 22.5g/hr 의 양이 손실된 것을 알 수 있었다.
상기 표 2 내지 4에서 보는 바와 같이, 실시예 1 및 2의 경우, 공기가 주입된 순환가스를 수분 및 이산화탄소 흡착탑을 통과시켜 연소에 의해 발생된 산화 물질을 제거함으로써, 냉각 챔버로 재주입되는 순환가스에 포함된 수분 및 이산화탄소의 양을, 공기의 주입에도 불구하고 배출된 때와 같은 정도로 유지할 수 있는 반면, 비교예 1의 경우 흡착제를 사용하고 있지 않으므로, 공기 주입으로 연소에 의해 수분 및 이산화탄소가 발생하는 바, 프리 챔버로 주입되는 순환가스에 상기 산화 물질의 양이 많이 증가한 것을 볼 수 있다.
또한, 실시예 1 및 2의 경우 흡착제를 이용하여 프리 챔버에 재주입되는 순환가스에 포함된 수분 및 이산화탄소의 농도를 제어함으로써, 열 교환 후 다시 배출되는 순환가스에 포함된 수분 및 이산화탄소의 양이 비교예 1과 비교할 때 현저히 감소된 것을 볼 수 있다.
뿐만 아니라, 실시예 1 및 2는 상기 산화 물질의 양의 제어로, 이로부터 전환되는 수소 및 일산화탄소로의 양 또한 감소되므로, 다시 배출되는 순환가스에 포함된 수소 및 일산화탄소의 양이 비교예 1과 비교하여 할 때, 매우 적으며, 따라서, 수소 및 일산화탄소의 농도를 제어하기 위하여 주입하는 공기의 양 또한 비교예 1에 비하여 1/2 정도만 주입하여도 충분하므로, 수분 및 이산화탄소의 발생을 더더욱 줄일 수 있다.
더욱이, 실시예 1 및 2는 재주입되는 순환가스에 포함된 산화 물질의 양을 제어함으로써, 이들과 반응에 의한 코크스 손실량이 비교예 1과 비교할 때 1/2 정도로 감소된 것을 볼 수 있다.
즉, 실시예 1 및 2는 본원발명의 범위에 속하는 것으로, 배출되는 순환가스에 공기의 주입으로 생성되는 수분 및 이산화탄소를 흡착제를 사용하여 제거함으로써, 종래(비교예1)에 비하여, 건식 소화 공정에서 순환되는 순환가스에 포함된 수분 및 이산화탄소의 양을 현저히 줄임으로써, 수소 및 일산화탄소로 전환되는 양이 감소하므로, 폭발의 위험성이 높은 수소 및 일산화탄소의 양 또한 줄일 수 있고, 코크스 손실량 또한 감소시킬 수 있는 것을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
1: 코크스 버킷
2: 프리 챔버
3: 냉각 챔버
4: 순환가스 배출관
5: 공기 주입장치
6: 더스트 제거 장치
7: 가스/스팀 열교환기
8: 가스 순환 팬
9-1, 9-2: 수분 및 이산화탄소 흡착탑
10: 순환가스 제2 배출관
11: 순환가스 공급관
12: 냉각 코크스 배출 회전 밸브

Claims (9)

  1. CDQ(Coke Dry Quenching) 본체 내의 상부에 위치하며 적열 코크스가 수용되는 프리 챔버;
    상기 프리 챔버의 하부에 위치하며 순환가스에 의해 적열 코크스의 냉각이 이루어지는 냉각 챔버;
    상기 냉각 챔버에 순환가스를 공급하는 순환가스 공급관;
    상기 프리 챔버에 연결되어 순환가스를 배출하는 순환가스 배출관;
    상기 순환가스 배출관에 공기를 주입하는 공기 주입장치; 및
    상기 공기가 주입된 순환가스에 포함된 수분 및 이산화탄소에 대하여 흡착능이 있는 흡착제를 포함하는 수분 및 이산화탄소 흡착탑을 포함하며,
    상기 흡착탑에서 수분 및 이산화탄소가 제거된 순환가스는 상기 순환가스 공급관을 통하여 냉각 챔버에 재공급되는 코크스 건식 소화설비.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수분 및 이산화탄소 흡착탑은 복수의 흡착탑이 병렬로 연결된 코크스 건식 소화설비.
  3. 제1항에 있어서, 상기 수분 및 이산화탄소 흡착탑은 셸 앤드 튜브식(shell and tube type)인 코크스 건식 소화설비.
  4. 제1항에 있어서, 상기 흡착제는 분자체; 또는 분자체와 함께, 실리카겔 및 활성 알루미나 중 적어도 하나를 포함하는 코크스 건식 소화설비.
  5. 제1항에 있어서, 상기 수분 및 이산화탄소 흡착탑과 순환가스 공급관 사이에 위치하며, 냉각챔버로 주입되는 수분 및 이산화탄소가 제거된 순환가스의 일부를 배출하는 순환가스 제2 배출관을 더 포함하는 코크스 건식 소화설비.
  6. CDQ(Coke Dry Quenching) 본체 내 상부의 프리 챔버에 적열 코크스를 투입하는 단계;
    상기 프리 챔버의 하부에 위치하는 냉각 챔버에 순환가스를 공급하여 상기 적열 코크스를 열 교환에 의해 냉각하는 단계;
    상기 열 교환에 의해 가열된 순환가스를 냉각 챔버 외부로 배출하는 단계;
    상기 배출된 순환가스에 공기를 주입하는 단계;
    상기 공기가 주입된 순환가스를 수분 및 이산화탄소에 흡착능이 있는 흡착제에 통과시켜 순환가스에 포함된 수분 및 이산화탄소를 제거하는 단계; 및
    상기 수분 및 이산화탄소가 제거된 순환가스를 냉각 챔버에 재주입하는 단계를 포함하는 코크스 건식 소화방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 흡착제는 분자체; 또는 분자체와 함께, 실리카겔 및 활성 알루미나 중 적어도 하나를 포함하는 코크스 건식 소화방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 공기는 50 내지 60L/hr의 유량으로 주입되는 코크스 건식 소화방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 냉각 챔버에 재주입하는 단계는 수분 및 이산화탄소가 제거된 순환가스를 공기 주입 유량과 동일한 유량으로 배출한 뒤 재주입하는 코크스 건식 소화방법.
KR1020130099949A 2013-08-22 2013-08-22 흡착제에 의해 산화 물질의 양이 제어된 순환가스를 사용하는 코크스 건식 소화 설비 및 소화 방법 KR101558928B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130099949A KR101558928B1 (ko) 2013-08-22 2013-08-22 흡착제에 의해 산화 물질의 양이 제어된 순환가스를 사용하는 코크스 건식 소화 설비 및 소화 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130099949A KR101558928B1 (ko) 2013-08-22 2013-08-22 흡착제에 의해 산화 물질의 양이 제어된 순환가스를 사용하는 코크스 건식 소화 설비 및 소화 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150023121A KR20150023121A (ko) 2015-03-05
KR101558928B1 true KR101558928B1 (ko) 2015-10-12

Family

ID=53020668

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130099949A KR101558928B1 (ko) 2013-08-22 2013-08-22 흡착제에 의해 산화 물질의 양이 제어된 순환가스를 사용하는 코크스 건식 소화 설비 및 소화 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101558928B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110655932A (zh) * 2019-10-14 2020-01-07 西安华江环保科技股份有限公司 一种有效降低大型化干熄焦烧损率的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2912637B2 (ja) 1989-08-30 1999-06-28 川崎製鉄株式会社 コークス乾式消火方法
JP2004217834A (ja) 2003-01-16 2004-08-05 Nippon Steel Corp Ｃｄｑにおけるバイオマス処理時の可燃ガス回収方法
JP2005194410A (ja) 2004-01-08 2005-07-21 Mitsubishi Chemicals Corp ガス中の粗軽油分の回収方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2912637B2 (ja) 1989-08-30 1999-06-28 川崎製鉄株式会社 コークス乾式消火方法
JP2004217834A (ja) 2003-01-16 2004-08-05 Nippon Steel Corp Ｃｄｑにおけるバイオマス処理時の可燃ガス回収方法
JP2005194410A (ja) 2004-01-08 2005-07-21 Mitsubishi Chemicals Corp ガス中の粗軽油分の回収方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150023121A (ko) 2015-03-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2077176C (en) Gas separation process and unit therefor
EP2641980B1 (en) Method for separating blast furnace gas
EP2253915B1 (en) Method and apparatus for separating blast furnace gas
RU2509720C2 (ru) Способ получения водорода с полным улавливанием co2 и рециклом непрореагировавшего метана
JP5567185B2 (ja) 高炉ガスの分離方法
KR20200043524A (ko) Co₂ 포획/이용 및 n₂ 생산을 위한 압력 스윙 흡착과 발전소의 통합
TWI542831B (zh) 鼓風爐設備中操作回熱式加熱器之方法
JP2005520678A (ja) 炭酸塩化によるｃｏ２の集積的分離を伴う燃焼方法
JPS6325809B2 (ko)
US20080072760A1 (en) Carbon dioxide absorbent, carbon dioxide separating apparatus, and reformer
KR20120031003A (ko) 축열식 히터의 작동 방법
KR101558928B1 (ko) 흡착제에 의해 산화 물질의 양이 제어된 순환가스를 사용하는 코크스 건식 소화 설비 및 소화 방법
EP2258996B1 (en) Method for separating blast furnace gas
KR20160066122A (ko) 코크스 건식 소화 설비의 회수 열량 증대 방법
CN102190290B (zh) 氩气的精制方法及精制装置
CN108557787A (zh) 一种回收粗氩气再提纯方法
CN110735659B (zh) 一种电厂烟气注入井下防灭火降低烟气中氧含量方法
JP2005125200A (ja) 炭素系吸着剤の再生方法及び炭素系吸着剤の再生機能を有する排ガス処理装置
US20230312339A1 (en) Apparatus for producing hydrogen gas
CN109266373A (zh) 一种基于钙基化合物的煤化工动力多联产系统
CN103270255B (zh) 空气分离设备和包括空气分离设备的整体气化联合循环设备
KR102350033B1 (ko) Finex 부생가스로부터 수소를 회수하는 방법 및 장치
ES2526259B1 (es) Procedimiento de obtención de un adsorbente que utiliza residuos de café postconsumo y su utilización para la adsorción de co2
KR101695497B1 (ko) 순산소연소 발전시스템의 효율 향상 방법
JP2020058989A (ja) 気体精製装置及び気体精製方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee