KR101561277B1 - 코크스 오븐 가스 내의 염화수소 제거방법 - Google Patents

코크스 오븐 가스 내의 염화수소 제거방법 Download PDF

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Abstract

코크스 오븐 가스 내의 염화수소 제거방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 가스 내의 염화수소 제거방법은 코크스 오븐에서 발생된 코크스 오븐 가스를 황화수소 흡수탑과, BTX 흡수탑, 그리고 암모니아 흡수탑을 연속적으로 통과하도록 하여 각각 황화수소와, BTX, 그리고 암모니아를 제거하는 코크스 오븐 가스의 정제공정 중에 코크스 오븐 가스 내의 염화수소를 제거하는 방법으로서, 상기 암모니아를 탈기(脫氣)하여 배출한 탈안수에 일정량의 탄산나트륨 수용액을 공급한 후, 혼합하는 단계, 상기 혼합 용액을 상기 황화수소 흡수탑에 공급하는 단계, 및 상기 혼합 용액이 공급된 황화수소 흡수탑에 코크스 오븐 가스가 공급되도록 함으로써, 상기 혼합 용액 내의 탄산나트륨에 의해 상기 코크스 오븐 가스 내의 염화수소를 제거하는 단계를 포함한다.

Description

코크스 오븐 가스 내의 염화수소 제거방법{THE REMOVAL METHOD OF HYDROGEN CHLORIDE IN COKES OVEN GAS}
본 발명은 코크스 오븐 가스 내의 염화수소 제거방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 코크스 오븐 가스 중에 함유된 염화수소를 보다 용이하게 제거할 수 있는 코크스 오븐 가스 내의 염화수소 제거방법에 관한 것이다.
코크스 오븐 가스는 코크스에 장입된 석탄이 건류(dry distillation)되면서 발생하는 가스로서, 코크스오븐 가스 내에는 석탄에 함유된 염소분과 석탄이 코크스로 전환되는 과정에 발생된 수소가 결합하면서 발생하는 염화수소(HCl)를 함유하게 된다.
염화수소는 염소(Cl2) 기체와 수소(H2) 기체를 직접 반응시켜 만드는데 이 반응은 250℃ 이상의 온도에서 빨리 일어난다. 반응식은 H2+Cl2→2HCl이며, 발열반응으로 습기가 있으면 반응이 촉진된다. 보통 염화나트륨(NaCl) 같은 염화물과 황산(H2SO4)을 반응시켜 만든다.
염화수소는 강한 냄새가 나는 무색의 기체로 -85℃에서 응축되며, -114℃에서 언다. 이 기체는 물에 매우 잘 녹으며 20℃에서는 같은 부피의 물에 477배나 녹는다. 용해도가 크기 때문에 기체상태의 염화수소는 습한 공기 중에서 연기를 낸다. 무게의 20.24%의 염화수소를 포함하고 있는 수용액은 110℃에서 조성의 변화없이 끓는다. 수용액에서 옥소늄 이온(H3O+)과 염소 이온(Cl)으로 해리되며, 묽은 용액에서 완전히 해리되므로 염산은 강산이다. 화학식은 HCl. 염화수소 기체가 물에 녹아 있는 수용액을 염산이라고 한다.
염화수소는 실험실 내에서나 대규모로, 보통 염화나트륨(NaCl) 같은 염화물과 황산(H2SO4)을 반응시켜 만든다. 또한, 일부 염화물(예를 들면, 삼염화인 PCl3, 염화티오닐 SOCl2)을 물과 반응시켜 만들기도 하며, 많은 유기화합물(메탄·벤젠)의 염소화 반응에서 부산물로 얻어질 수도 있다.
염화수소 기체는 반응성이 큰 금속과 금속의 산화물·수산화물·탄산염과 반응하여 염화물을 만든다. 이 반응은 습기가 있으면 쉽게 일어나며 습기가 전혀 없는 염화수소는 반응성이 없다. 염산은 전형적인 강산의 반응과 같다. 즉 금속과 반응하여 수소기체를, 염기성 산화물과 수산화물과 중화반응하여 염화물과 물을, 약산의 염과 반응하여 약산을 생성한다.
한편, 코크스 오븐에서 발생하는 코크스 오븐 가스는 다수의 흡수탑을 거침으로써 정제공정을 수행하게 된다.
도 1은 종래기술에 따른 코크스 오븐 가스의 정제공정을 나타낸 구성 모식도이다.
도 1을 참조하면, 코크스 오븐(1)에서 발생된 코크스 오븐 가스는 황화수소 흡수탑(2)을 거쳐, 가스 중에 함유된 황화수소를 제거하고, 가스 중의 BTX을 제거 및 회수하기 위하여 BTX 흡수탑(3)을 거치며, 암모니아 흡수탑(4)을 거쳐 가스 중의 암모니아를 제거하게 된다.
그리고, 암모니아 흡수탑(4)에서 제거된 암모니아는 암모니아 탈기기(4a)에서 탈기(脫氣)되어 폐수처리관(6)으로 유입된다.
한편, 황화수소, 암모니아 및 BTX가 제거된 코크스 오븐 가스는 코크스 오븐 저장탱크(5)에 저장된 후, 제철소 내에서 단위공정의 열원으로 사용된다.
이 때, 코크스 오븐 가스의 정제공정 중에는 염화수소를 제거하는 공정이 없기 때문에, 정제된 코크스 오븐 가스에 염화수소가 포함되어 있어서, 코크스 오븐 가스를 열원으로 사용하는 제철소 내 단위공정에서 설비부식 등의 문제점이 발생하고 있다.
또한, 제철소 내 단위공정에서 코크스 오븐 가스를 열원으로 사용하면서 연소과정 중에 대기로 배출되는 폐가스 내에는 염화수소 가스가 함유되어 있어 대기오염의 주범이 되고 있다.
본 발명의 일 실시예는, 황화수소 흡수탑에서 탄산나트륨(Na2CO3) 수용액을 흡수액으로 이용하여 코크스 오븐 가스 중에 포함된 염화수소 가스를 제거할 수 있는 코크스 오븐 가스 내의 염화수소 제거방법을 제공하고자 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 코크스 오븐에서 발생된 코크스 오븐 가스를 황화수소 흡수탑과, BTX 흡수탑, 그리고 암모니아 흡수탑을 연속적으로 통과하도록 하여 각각 황화수소와, BTX, 그리고 암모니아를 제거하는 코크스 오븐 가스의 정제공정 중에 코크스 오븐 가스 내의 염화수소를 제거하는 방법으로서, 상기 암모니아를 탈기(脫氣)하여 배출한 탈안수에 일정량의 탄산나트륨 수용액을 공급한 후, 혼합하는 단계, 상기 혼합 용액을 상기 황화수소 흡수탑에 공급하는 단계, 및 상기 혼합 용액이 공급된 황화수소 흡수탑에 코크스 오븐 가스가 공급되도록 함으로써, 상기 혼합 용액 내의 탄산나트륨에 의해 상기 코크스 오븐 가스 내의 염화수소를 제거하는 단계를 포함하는, 코크스 오븐 가스 내의 염화수소 제거방법이 제공된다.
이 때, 상기 탄산나트륨 수용액의 농도는 3M 일 수 있다.
또한, 상기 탈안수와 상기 탄산나트륨 수용액의 혼합비율은 부피비로서, 1:0.1 내지 0.3 일 수 있다.
또한, 상기 혼합 용액은 상기 황화수소 흡수탑에 공급되는 코크스 오븐 가스의 유량 1Nm3에 대하여 0.1 내지 0.5리터의 비율로 공급되도록 할 수 있다.
상술한 본 발명의 과제 해결 수단의 일부 실시예 중 하나에 따른 코크스 오븐 가스 내의 염화수소 제거방법에 의하면, 코크스 오븐 가스 중의 염화수소 가스를 미리 제거할 수 있게 됨에 따라, 제철소의 열원으로 코크스 오븐 가스를 사용 시, 염화수소로 인하여 이송배관 등이 부식되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 제철소의 열원으로 사용하기 위한 코크스 오븐 가스의 연소과정에서, 대기로 배출되는 폐가스 내 염화수소 가스로 인한 대기오염을 방지할 수 있는 효과도 있다.
도 1은 종래기술에 따른 코크스 오븐 가스의 정제공정을 나타낸 구성 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 가스 내의 염화수소 제거방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 가스 내의 염화수소 제거방법을 나타낸 구성 모식도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 가스의 정제공정에 대하여 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 가스 내의 염화수소 제거방법을 나타낸 흐름도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 가스 내의 염화수소 제거방법을 나타낸 구성 모식도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 가스 내의 염화수소 제거방법은 코크스 오븐(1)에서 발생된 코크스 오븐 가스를 황화수소 흡수탑(2)과, BTX 흡수탑(3), 그리고 암모니아 흡수탑(4)을 연속적으로 통과하도록 하여 각각 황화수소와, BTX, 그리고 암모니아를 제거하는 코크스 오븐 가스의 정제공정 중에 코크스 오븐 가스 내의 염화수소를 제거하는 방법으로서, 상기 암모니아를 탈기(脫氣)하여 배출한 탈안수에 일정량의 탄산나트륨 수용액을 공급한 후, 혼합하는 단계(S10)와, 상기 혼합 용액을 상기 황화수소 흡수탑(2)에 공급하는 단계(S20), 및 상기 혼합 용액이 공급된 황화수소 흡수탑(2)에 코크스 오븐 가스가 공급되도록 함으로써, 상기 혼합 용액 내의 탄산나트륨에 의해 상기 코크스 오븐 가스 내의 염화수소를 제거하는 단계(S30)를 포함한다.
보다 상세하게, S10에서는, 암모니아 흡수탑(4)에서 제거된 암모니아가 암모니아 탈기기(4a)에 의해 탈기(脫氣)되어 탈안수로 배출된다.
그리고, 배출된 탈안수와 일정량의 탄산나트륨 수용액을 혼합탱크(4b)로 유입시킨 후, 이를 혼합하게 된다(S10).
이 때, 상기 혼합탱크(4b)에 유입되는 탄산나트륨 수용액은 물 1리터에 대하여 고체인 탄산나트륨을 318그램 용해한 약 3M의 탄산나트륨 수용액 일 수 있다.
여기에서, 탄산나트륨 수용액의 농도를 반드시 3M로 한정하는 것은 아니지만, 탄산나트륨 수용액을 제조함에 있어서 3M 수용액이 취급성, 인체 유해성 및 공급배관 부식 등의 측면에서 유리한 장점을 가지고 있어 비교적 바람직하다.
또한, S10에서, 상기 탈안수와 상기 탄산나트륨 수용액의 혼합비율은, 부피비로서, 탈안수 1리터에 대하여 탄산나트륨 수용액을 0.1~0.3리터를 혼합하는 것이 바람직하다.
이는, 탈안수는 코크스 오븐 가스의 정제공정에서 부산물로 발생하는 일종의 폐수로서, 이를 희석할 수 있는 3M의 탄산나트륨 수용액의 양을 기준으로 한 것이다.
여기에서, 탈안수를 가스 정제공정에 재순환하여 사용함에 따라 용수 부족뿐만 아니라 폐수처리 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.
상기 탈안수와 상기 탄산나트륨 수용액를 혼합한 혼합 용액을 전술한 황화수소 흡수탑(2)으로 공급한다(S20).
그리고, 혼합 용액이 공급된 황화수소 흡수탑(2)에 코크스 오븐 가스를 공급되도록 함으로써, 혼합 용액 내의 탄산나트륨에 의해 코크스 오븐 가스 내의 염화수소가 제거되도록 한다(S30).
코크스 오븐 가스에 함유된 염화수소 가스와 탄산나트륨은 다음과 같은 [반응식 1]을 거침으로써 염화수소를 제거할 수 있다.
[반응식 1]
Na2CO3 + 2HCl -> 2NaCl + H2O + CO2
이 때, 황화수소 흡수탑(2)에 탄산나트륨과 탈안수를 혼합한 혼합 용액은 황화수소 흡수탑(2)에 공급되는 코크스 오븐 가스의 유량 1Nm3에 대하여 0.1~0.5리터의 비율로 공급하는 것이 바람직하다.
이는, [반응식 1]에 보여지는 바와 같이 통상적으로는 염화수소 가스 2몰에 대하여 탄산나트륨 1몰이 소비되지만, 코크스 오븐 가스 내에 함유된 황화수소 가스의 함량에 의해서도 영향을 받는다. 탄산나트륨은 코크스 오븐 가스 내에 함유된 황화수소 가스와도 다음과 같은 [반응식 2]와 같이 경쟁적으로 반응하는 특성을 가지고 있다.
[반응식 2]
Na2CO3 + 2H2S -> Na2S + H2O + CO2
이에 따라, 탄산나트륨이 포함된 혼합 용액은 코크스 오븐 가스의 유량 1Nm3에 대하여 0.1~0.5리터의 비율로 공급되어야 한다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 염화수소의 제거 성능과 비교예에 대하여 설명하도록 한다.
탈안수와 3M 탄산나트륨 수용액의 혼합비율을, 부피비로서 탈안수 1리터에 대하여 0.3리터를 공급하여 혼합하여 혼합 용액을 형성한 후, 황화수소 흡수탑에 공급되는 코크스 오븐 가스 유량 1Nm3에 대하여, 혼합 용액을 0.5리터 공급하였을 때, 황화수소 흡수탑 상부에서 배출되는 코크스 오븐 가스 내의 염화수소 제거 성능은 99%였다.
탈안수와 3M 탄산나트륨 수용액의 혼합비율을, 부피비로서 탈안수 1리터에 대하여 0.3리터를 공급하여 혼합하여 혼합 용액을 형성한 후, 황화수소 흡수탑에 공급되는 코크스 오븐 가스 유량 1Nm3에 대하여, 혼합 용액을 0.1리터 공급하였을 때, 황화수소 흡수탑 상부에서 배출되는 코크스 오븐 가스 내의 염화수소 제거 성능은 95%였다.
탈안수와 3M 탄산나트륨 수용액의 혼합비율을, 부피비로서 탈안수 1리터에 대하여 0.3리터를 공급하여 혼합하여 혼합 용액을 형성한 후, 황화수소 흡수탑에 공급되는 코크스 오븐 가스 유량 1Nm3에 대하여, 혼합 용액을 0.4리터 공급하였을 때, 황화수소 흡수탑 상부에서 배출되는 코크스 오븐 가스 내의 염화수소 제거 성능은 98%였다.
[비교예 1]
황화수소 흡수탑에 공급되는 코크스 오븐 가스 유량 1Nm3에 대하여, 탄산나트륨이 함유되지 않은 탈안수를 1리터 공급하였을 때, 황화수소 흡수탑 상부에서 배출되는 코크스 오븐 가스 내의 염화수소 제거 성능은 34%였다.
[비교예 2]
탈안수와 3M 탄산나트륨 수용액의 혼합비율을, 부피비로서 탈안수 1리터에 대하여 0.3리터를 공급하여 혼합하여 혼합 용액을 형성한 후, 황화수소 흡수탑에 공급되는 코크스 오븐 가스 유량 1Nm3에 대하여, 혼합 용액을 1리터 공급하였을 때, 코크스 오븐 가스 내의 황화수소와 격렬한 반응하며, 황화수소 흡수탑 내부의 충진물에 고체인 황화나트륨(Na2S)이 축적되어 황화수소 흡수탑의 차압이 증가하게 되어 황화수소 흡수탑을 정상적으로 운전할 수 없었다.
이에 따라, 상기한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 가스 내의 염화수소 제거방법에 의하면, 코크스 오븐 가스 중의 염화수소 가스를 미리 제거할 수 있게 됨에 따라, 제철소의 열원으로 코크스 오븐 가스를 사용 시, 염화수소로 인하여 이송배관 등이 부식되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 제철소의 열원으로 사용하기 위한 코크스 오븐 가스의 연소과정에서, 대기로 배출되는 폐가스 내 염화수소 가스로 인한 대기오염을 방지할 수 있는 효과도 있다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
1: 코크스 오븐 2: 황화수소 흡수탑
3: BTX 흡수탑 4: 암모니아 흡수탑
4a: 암모니아 탈기기 4b: 혼합탱크
5: 코크스 오븐 저장탱크 6: 폐수처리관

Claims (4)

  1. 코크스 오븐에서 발생된 코크스 오븐 가스를 황화수소 흡수탑과, BTX 흡수탑, 그리고 암모니아 흡수탑을 연속적으로 통과하도록 하여 각각 황화수소와, BTX, 그리고 암모니아를 제거하는 코크스 오븐 가스의 정제공정 중에 코크스 오븐 가스 내의 염화수소를 제거하는 방법으로서,
    상기 암모니아를 탈기(脫氣)하여 배출한 탈안수에 일정량의 탄산나트륨 수용액을 공급한 후, 혼합하는 단계;
    상기 혼합 용액을 상기 황화수소 흡수탑에 공급하는 단계; 및
    상기 혼합 용액이 공급된 황화수소 흡수탑에 코크스 오븐 가스가 공급되도록 함으로써, 상기 혼합 용액 내의 탄산나트륨에 의해 상기 코크스 오븐 가스 내의 염화수소를 제거하는 단계; 를 포함하되,
    상기 혼합 용액은 상기 황화수소 흡수탑에 공급되는 코크스 오븐 가스의 유량 1Nm3에 대하여 0.1 내지 0.5리터의 비율로 공급되는 것인, 코크스 오븐 가스 내의 염화수소 제거방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄산나트륨 수용액의 농도는 3M 인, 코크스 오븐 가스 내의 염화수소 제거방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 탈안수와 상기 탄산나트륨 수용액의 혼합비율은 부피비로서, 1:0.1 내지 0.3 인, 코크스 오븐 가스 내의 염화수소 제거방법.
  4. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2602085B2 (ja) * 1987-05-18 1997-04-23 エフテーウー ゲーエムベーハー フォルシュング ウント テヒニッシェ エントヴィックルング イム ウムヴェルトシュッツ ガス及び廃ガス浄化用の反応性水酸化カルシウム基浄化剤並びにガス及び廃ガスの浄化方法
JP2000109848A (ja) * 1998-10-07 2000-04-18 Meidensha Corp ガス発電設備

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