KR101615024B1

KR101615024B1 - 황 회수 장치

Info

Publication number: KR101615024B1
Application number: KR1020140111659A
Authority: KR
Inventors: 김광화
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2016-04-22
Also published as: KR20160024621A

Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 황 회수 장치가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 황 회수 장치는 유입된 일부 황화수소와 산소가 반응되어 유황과 수분이 생성되는 반응로, 생성된 유황이 응축되는 제1 냉각기, 제1 냉각기와 연결되며, 제1 냉각기를 통하여 유입된 일부 황화수소와 이산화황이 반응되어 유황과 수분이 생성되고, 수분이 제거되는 적어도 두 개의 반응기, 적어도 두 개의 반응기와 연결되어 반응기에서 생성된 유황을 응축하는 제2 냉각기 및 제1 냉각기 및 제2 냉각기에서 응축된 유황을 저장하는 황 저장조를 포함하되, 적어도 두 개의 반응기는 각 반응기의 수분함량에 따라 교대로 제1 냉각기와 유로 소통 방향이 제어될 수 있다.

Description

황 회수 장치{DEVICE FOR SULFUR RECOVERY}

본 발명은 황 회수 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 황 회수율이 향상된 황 회수 장치에 관한 것이다.

코크스 오븐 가스는 황 함유 가스가 포함되며, 대기 오염을 방지하기 위하여 황을 분리하여 회수되어야 한다.

한편, 클라우스 반응은 황화수소의 황을 이용하여 기체 황과 수증기를 생성하는 반응이다. 클라우스 기술은 클라우스 반응을 황의 끓는점 이하에서 진행하여 생성되는 기체 황을 액체로 제거시키면서 황 회수율을 높인다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허 제10-0975456호(2010. 08. 05 등록, 클라우스 플랜트에서 코크 오븐 기체로부터 황화수소를 분리하여 반응 후 원소 상태의 황을 회수하는 방법)에 개시되어 있다.

본 발명의 목적은 황 회수율을 증가시키는 황 회수 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 황 회수 장치가 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 황 회수 장치는 유입된 일부 황화수소와 산소가 반응되어 유황과 수분이 생성되는 반응로, 생성된 유황이 응축되는 제1 냉각기, 제1 냉각기와 연결되며, 제1 냉각기를 통하여 유입된 일부 황화수소와 이산화황이 반응되어 유황과 수분이 생성되고, 수분이 제거되는 적어도 두 개의 반응기, 적어도 두 개의 반응기와 연결되어 반응기에서 생성된 유황을 응축하는 제2 냉각기 및 제1 냉각기 및 제2 냉각기에서 응축된 유황을 저장하는 황 저장조를 포함하되, 적어도 두 개의 반응기는 각 반응기의 수분함량에 따라 교대로 제1 냉각기와 유로 소통 방향이 제어될 수 있다.

본 발명은 수분을 제거하여 황 회수의 화학반응이 가역적으로 일어날 수 있게 하여 황 회수율을 증가시킬 수 있다.

본 발명은 수분으로 인해 발생되는 설비 및 조업 문제를 개선할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 황 회수 장치를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기를 나타낸 도면.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 황 회수 장치를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 황 회수 장치는 반응로(100), 냉각기(200), 반응기(300), 씰팟(Seal pot)(400) 및 황 저장조(500)를 포함한다.

반응로(100)는 황화수소(H₂S) 가스와 공기, 그리고 코크스 오븐 가스(COG; Cokes Oven Gas)가 주입된다.

반응로(100)는 일부 황화수소(H₂S) 가스와 공기 중의 산소(O₂)가 클라우스 반응에 의해 유황과 수분을 생성한다. 여기서, 코크스 오븐 가스는 클라우스 반응에 필요한 열 에너지를 전달한다.

반응로(100)는 우선 아래 화학식 1과 같이, 황화수소(H₂S) 가스의 일부가 공기에 포함된 산소와 반응하여 이산화황(SO₂)과 수분(H₂O)이 발생된다.

[화학식 1]

H₂S + 3/2O₂↔ SO₂ + H₂O

이후, 반응로(100)는 화학식 1에서 생성된 이산화 황(SO₂)과 남아있는 일부 황화수소(H₂S)가 반응하여 아래 화학식 2와 같이, 유황 가스(S₂)와 수분(H₂O)이 생성된다. 여기서, 반응의 촉진시키기 위하여 촉매가 사용될 수 있다.

[화학식 2]

2H₂S + SO₂ ↔ 3/2S₂ + 2H₂O

냉각기(200)는 제1 냉각기(210) 및 제2 냉각기(220)로 구성된다. 여기서, 제1 냉각기(210) 및 제2 냉각기(220)는 2단으로 구성될 수 있으며, 제1 냉각기(210)는 하단에 제2 냉각기(220)는 상단에 위치할 수 있다.

제1 냉각기(210)는 반응로(100)에서 배출된 유황 가스를 응축시켜 응축된 유황이 황 저장조(300)로 배출된다. 또한, 제1 냉각기(210)는 응축되지 않은 나머지 가스상 물질들을 반응기(400)로 전송한다.

제2 냉각기(220)는 반응기(400)에서 생성된 유황가스가 응축되고, 응축된 유황가스는 황 저장조(500)로 보내져 저장된다. 또한, 제2 냉각기(220)는 미처 응축되지 못한 유황가스를 씰팟(Seal pot)으로 보낸다.

반응기(300)는 클라우스 반응의 생성물인 수분(H₂O)을 제거하여 클라우스 반응이 더욱 촉진되어 유황(S₂)의 생성을 촉진한다.

반응기(300)는 일부 황화수소(H₂S) 가스가 이산화황(SO₂)과 반응하여 상술한 화학식 2에 의해 유황 가스(S₂)와 수분(H₂O)이 생성된다. 여기서, 반응 촉진을 위하여 알루미나와 같은 촉매가 사용될 수 있다.

반응기(300)는 계속적인 반응을 유도하기 위하여 내부에 적어도 2개 이상의 반응기(310, 320)를 포함할 수 있다.

또한, 반응기(300)는 내부에 수분센서를 포함하며, 각 반응기(310, 320)의 수분함량에 따라 교대로 이용될 수 있다. 이에 대해서는 도 2에서 더욱 상세히 설명하기로 한다.

반응기(300)는 생성된 유황 가스를 제2 냉각기(220)로 보낸다.

씰팟(400)은 제2 냉각기(220)에서 미쳐 응축되지 못한 유황가스가 밀폐된 공간에서 압력에 의해 응축되어 황 저장조(500)로 보내진다.

씰팟(400)은 응축된 유황 이외의 물질은 배가스로 배출한다.

황 저장조(500)는 제1 냉각기(210), 제2 냉각기(220) 및 씰팟(400)에서 응축된 유황이 저장된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기를 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 반응기(300)는 제1 반응기(310), 제2 반응기(320), 다방향밸브(330), 제1 열공급기(340), 제2 열공급기(350) 및 공급제어부(360)를 포함한다.

제1 반응기(310) 및 제2 반응기(320)는 동일한 구조이므로, 이하에서는 제1 반응기(310)를 주로 설명하며, 이는 제2 반응기(320)에 동일하게 적용된다. 또한, 제2 반응기(320)에 포함된 구성요소 또한, 제1 반응기(310)에 모두 대응되며, 동일하게 작동된다.

제1 반응기(310)는 상술한 화학식 2의 클라우스 반응이 진행되며, 생성물 중 하나인 수분을 제거하여, 또 다른 생성물인 유황이 생성되는 방향으로 클라우스 반응이 촉진된다.

제1 반응기(310)는 수분을 제거하는 제1 수분흡수부(312) 및 제1 수분흡수부(312)의 수분 흡수 능력을 회복시키는 제1 열공급부(314), 클라우스 반응이 진행되는 제1 클라우스 반응부(316) 및 제1 클라우스 반응부(316)의 수분함량을 측정하는 제1 수분센서부(318)을 포함한다.

제1 수분흡수부(312)는 제1 냉각기(210)에서 유입된 물질 중 수분을 제거한다. 제1 수분흡수부(312)는 다양한 수분흡수물질이 이용될 수 있으며, 예를 들면, 실리카 겔일 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 제1 수분흡수부(312)는 제1 클라우스 반응부(316)에 포함된 촉매 층에 함께 포함될 수 있다.

제1 열공급부(314)는 제1 수분흡수부(312)에 열을 공급하여 흡수된 수분을 증발시켜 제거하여 수분 흡수 능력을 회복한다. 제1 열공급부(314)는 제1 수분흡수부(312) 사이에 배관형태로 구성될 수 있으며, 열원으로 스팀이 사용될 수 있다. 제1 열공급부(314)는 외부의 제1 열공급기(340)로부터 열원을 공급받는다.

제1 클라우스 반응부(316)는 유입된 물질들의 클라우스 반응이 진행된다. 여기서, 클라우스 반응은 상술한 화학식 1 및 화학식 2에 의해 진행된다.

제1 클라우스 반응부(316)는 반응의 촉진을 위해 촉매 층을 포함할 수 있다. 여기서, 촉매는 알루미나(Al₂O₃)가 이용될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

제1 클라우스 반응부(316)는 생성물인 수분이 계속적으로 제거되므로, 생성물이 계속적으로 생성되는 방향으로 화학반응이 일어나며, 다른 생성물인 유황도 더욱 생성되어, 황 회수율이 증가된다.

제1 클라우스 반응부(316)는 설명의 편의상 제1 수분흡수부(312) 및 제1 열공급부(314)와 구별되지만, 제1 수분흡수부(312) 및 제1 열공급부(314)와 공간의 구분 없이 섞여 배치될 수 있다.

제1 수분센서부(318)는 제1 클라우스 반응부(316)의 수분함량을 측정한다. 제1 수분센서부(318)는 측정된 수분함량 값을 공급제어부(360)에 제공한다.

다방향밸브(330)는 제1 반응기(310) 및 제2 반응기(320)의 수분 함량에 따라 제1 냉각기(210)로부터 유입되는 물질들이 제1 반응기(310) 및 제2 반응기(320) 중 적어도 하나로 유출되도록 유로 소통방향이 조절된다. 다방향밸브(330)는 반응기의 수에 따라 유로 소통 방향이 조절될 수 있으며, 예를 들면, 삼방밸브일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

제1 열공급기(340)는 제1 반응기(310)의 수분 함량이 미리 설정된 값 이상인 경우, 공급제어부(360)의 제어에 의해 제1 열공급부(314)로 열원을 공급한다.

제2 열공급기(350)는 제2 반응기(320)의 수분 함량이 미리 설정된 값 이상인 경우, 공급제어부(360)의 제어에 의해 제2 열공급부(324)로 열원을 공급한다.

공급제어부(360)는 제1 반응기(310) 및 제2 반응기(320)의 수분의 함량에 따라 제1 냉각기(210)로부터 유입된 물질이 제1 반응기(310) 및 제2 반응기(320) 중 적어도 하나로 유출되도록 다방향밸브(330)의 유로 소통방향을 제어한다.

또한, 공급제어부(360)는 제1 수분센서부(318)로부터 제1 반응기(310)의 수분함량 정보를 수신하고, 미리 설정된 값과 비교한다. 여기서, 미리 설정된 값은 수분의 몰 ?량 20% 일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

공급제어부(360)는 비교결과, 더 큰 경우, 다방향밸브(330)를 제어하여 제1 냉각기(210)와 제1 반응기(310)로의 유로 소통을 폐쇄하고, 제1 냉각기(210)와 제2 반응기(320)로의 유로 소통을 개방한다.

공급제어부(360)는 이후, 제1 열공급기(340)를 개방하여 제1 반응기(310)로 열원을 공급하고, 제1 반응기(310)의 흡수된 수분을 증발시켜 제거하여 제1 반응기(310)의 수분 흡수 능력을 회복시킨다.

즉, 공급제어부(360)는 제1 냉각기(210)와 제1 반응기(310) 및 제1 냉각기(210)와 제2 반응기(320)의 소통을 교대로 제어하여, 수분 흡수 능력이 회복된 반응기에서 클라우스 반응이 연속적으로 이루어질 수 있도록 한다.

본 발명은 수분을 제거하여 황 회수의 화학반응이 가역적으로 일어날 수 있게 하여 황 회수율을 증가시킬 수 있으며, 수분이 연속적으로 제거되어 수분으로 인해 발생되는 설비 및 조업 문제를 개선할 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

100: 반응로
200: 냉각기
300: 반응기
400: 씰팟
500: 황 저장조

Claims

유입된 일부 황화수소와 산소가 반응되어 유황과 수분이 생성되는 반응로;
상기 생성된 유황이 응축되는 제1 냉각기;
상기 제1 냉각기와 연결되며, 상기 제1 냉각기를 통하여 유입된 일부 황화수소와 이산화황이 반응되어 유황과 수분이 생성되고, 수분이 제거되는 적어도 두 개의 반응기;
적어도 두 개의 상기 반응기와 연결되어 상기 반응기에서 생성된 유황을 응축하는 제2 냉각기; 및
상기 제1 냉각기 및 상기 제2 냉각기에서 응축된 유황을 저장하는 황 저장조를 포함하되,
적어도 두 개의 상기 반응기는 각 반응기의 수분함량에 따라 교대로 상기 제1 냉각기와 유로 소통 방향이 제어되고,
적어도 두 개의 상기 반응기는
상기 제1 냉각기와 유로 소통 방향이 조절되는 다방향밸브;
내부의 수분함량이 측정되는 수분센서부;
상기 일부 황화수소와 상기 이산화황이 반응되어 상기 유황과 상기 수분이 생성되는 반응이 진행되는 클라우스 반응부;
상기 클라우스 반응부에서 생성된 수분을 흡수하여 제거하는 수분흡수부;
상기 수분흡수부에 흡수된 상기 수분을 증발하여 제거하는 열공급부; 및
상기 측정된 수분함량에 따라서 상기 다방향밸브를 제어하여 상기 유로 소통 방향을 다른 반응기로 변경하는 공급제어부를 포함하는 황 회수 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 공급제어부는
상기 측정된 수분함량이 미리 설정된 값 이상인 경우, 상기 유로 소통 방향이 다른 반응기로 변경되되, 이전 반응기의 상기 열공급부에 열원이 공급되도록 제어하는 황 회수 장치.
제1항에 있어서,
상기 공급제어부는
상기 반응기의 상기 수분흡수부의 수분 흡수 능력이 회복되는 경우, 수분 흡수 능력이 회복된 상기 반응기로 유로 소통 방향을 변경하는 황 회수 장치.
제1항에 있어서,
상기 클라우스 반응부는 촉매 층을 포함하는 황 회수 장치.
제5항에 있어서,
상기 수분흡수부는 상기 촉매 층 사이에 섞여 배치되는 황 회수 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 냉각기 및 제2 냉각기는 2 단으로 구성되되, 상기 제1 냉각기는 하단에 상기 제2 냉각기는 상단에 위치하는 황 회수 장치.