KR101758796B1 - 코크스용 첨가제 제조 장치 - Google Patents

Abstract

코크스용 첨가제를 제조함에 있어서 보다 효과적으로 슬러리를 혼합할 수 있도록, 전처리된 석탄과 용매를 혼합하여 슬러리화하는 혼합기, 상기 혼합기로 분산형 철촉매를 공급하는 촉매공급부, 상기 혼합기를 거친 석탄 슬러리를 액화하는 반응기, 상기 반응기에 크래킹 가스로 COG 및/또는 LNG를 공급하는 가스공급부, 상기 반응기로부터 생성된 액화 생성물에서 첨가제를 분리하기 위한 분리부, 상기 분리부와 상기 혼합기 사이에 연결되어 분리부에서 분리된 오일을 혼합기에 용매로 공급하는 공급라인을 포함하는 코크스용 첨가제 제조 장치를 제공한다.

Description

코크스용 첨가제 제조 장치{APPARATUS FOR PRODUCING BINDER FOR COKE}

코크스 강도 향상을 위해 사용되는 코크스용 첨가제를 제조하기 위한 제조 장치를 개시한다.

일반적으로, 코크스는 원료탄(coking coal)을 사용하여 코크스 제조 공정을 통해 제조한다. 코크스를 제조하는데 사용되는 원료탄은 점결성의 정도에 따라 강점탄과 미점탄으로 분류된다. 대형 고로의 안정적인 조업을 위해서는 고강도 코크스의 사용이 요구된다. 고강도의 코크스를 제조하기 위해서는 점결성이 우수한 강점탄을 사용하거나, 미점탄에 비해 강점탄을 대량 사용하는 것이 유리하다. 이에, 그 동안 코크스의 제조에 있어서 고품위이고 고가인 강점탄이 대량으로 사용되었다.

하지만, 세계적인 야금용 점결탄 수요의 급격한 증가와 강점탄의 제한된 매장량으로 인해, 강점탄의 확보가 점점 어려워지고 있으며, 이로 인해 가격이 급등되는 문제가 발생 되었다. 따라서, 저품위이고 저가인 아역청탄 또는 갈탄 등의 비점결탄을 원료탄으로 사용하면서 고강도의 코크스를 제조할 수 있는 기술 개발이 활발히 진행되고 있다.

예를 들어, 저품위의 원료탄을 고온 고압 조건에서 고가의 초임계용매에 녹여 점결물질을 추출하는 용매출방식을 통해 코크스 제조용 품질 개선제를 제조하는 기술이 개발되었다.

그러나, 현재는 주로 석탄으로부터 오일의 생산에 초점이 맞춰져 있어 첨가제 추출을 위한 최적화된 공정이 전무한 실정으로, 첨가제를 효과적으로 생산하기에는 부족한 점이 있다. 또한, 기존 석탄 직접 액화 방식의 공정을 이용함으로써, 잦은 고장과 더불어 새로운 운영 노하우가 요구되어 첨가제 생산에 있어 경제성이 떨어지는 문제가 있다.

이에, 코크스용 첨가제를 효과적으로 제조할 수 있는 최적화되고 차별화된 기술의 개발이 요구된다.

코크스용 첨가제를 제조함에 있어서 보다 효과적으로 슬러리를 혼합할 수 있도록 된 코크스용 첨가제 제조 장치를 제공한다.

또한, 슬러리를 혼합하는 과정에서 혼합기의 내면에 슬러리가 고착되는 것을 방지할 수 있도록 된 코크스용 첨가제 제조 장치를 제공한다.

본 구현예의 제조 장치는, 전처리된 석탄과 용매를 혼합하여 슬러리화하는 혼합기, 상기 혼합기로 분산형 철촉매를 공급하는 촉매공급부, 상기 혼합기를 거친 석탄 슬러리를 액화하는 반응기, 상기 반응기에 크래킹 가스로 COG 및/또는 LNG를 공급하는 가스공급부, 상기 반응기로부터 생성된 액화 생성물에서 첨가제를 분리하기 위한 분리부, 상기 분리부와 상기 혼합기 사이에 연결되어 분리부에서 분리된 오일을 혼합기에 용매로 공급하는 공급라인을 포함할 수 있다.

상기 혼합기는 석탄과 용매가 투입되어 혼합되는 혼합탱크, 상기 혼합탱크 내부 중심에 회전가능하게 설치되는 회전축, 상기 회전축에 축방향을 따라 간격을 두고 설치되는 적어도 하나 이상의 교반날개, 상기 회전축을 회전 구동시키기 위한 구동부를 포함할 수 있다.

상기 혼합기는 혼합탱크의 저부와 상부 사이를 연결하여 슬러리가 순환되는 순환관과, 상기 순환관 일측에 설치되어 혼합탱크 내에서 슬러리를 순환시켜 교반시키는 순환펌프를 더 포함할 수 있다.

상기 혼합기는 혼합탱크의 내주면에 간격을 두고 설치되고 중심부를 향해 돌출되는 적어도 하나 이상의 베플을 더 포함할 수 있다.

상기 베플은 혼합탱크의 축방향을 따라 상부에서 하부로 연장 형성될 수 있다.

상기 분리부는 액화 공정 생성물에서 기체 성분을 분리하는 세퍼레이터와, 상기 세퍼레이터에 연결되어 액상 물질과 고상 물질을 분리하는 필터장치, 및 상기 필터장치에서 분리된 액상 물질을 증류하여 첨가제를 분리하며 상기 공급라인을 통해 상기 혼합기에 연결되어 첨가제와 분리된 오일을 혼합기으로 공급하는 증류기를 포함할 수 있다.

상기 제조 장치는 석탄 전처리를 위해 석탄을 분쇄하는 분쇄기와, 분쇄된 석탄을 건조하는 건조기를 더 포함할 수 있다.

상기 석탄은 갈탄 또는 아역청탄을 포함할 수 있다.

상기 분쇄기는 석탄을 60메쉬(mesh) 이하의 크기로 분쇄할 수 있다.

상기 건조기는 석탄의 수분 함량이 10wt% 이하가 되도록 석탄을 건조하는 구조일 수 있다.

상기 촉매공급부는 분산형 철촉매로 Fe₂O₃을 공급하는 구조일 수 있다.

상기 촉매공급부는 분산형 철촉매를 석탄 100중량부에 대해 0.5 내지 3.0 중량부로 투입할 수 있다.

이와 같이 본 구현예에 의하면, 보다 효과적으로 슬러리를 혼합할 수 있게 되어 슬러리 혼합에 필요한 시간을 줄이고 코크스용 첨가제 생산량을 증대시킬 수 있게 된다.

또한, 슬러리 혼합시 탱크 내부의 온도를 균질화할 수 있고, 탱크의 내면에 슬러리가 고착되는 것을 방지함으로써 코크스용 첨가제를 보다 경제적이고 효율적으로 생산할 수 있게 된다.

도 1은 본 실시예에 따른 코크스용 첨가제 제조 장치를 도시한 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 코크스용 첨가제 제조 장치의 혼합기를 도시한 개략적인 단면도이다.

이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 이에, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 실시예에 따른 코크스용 첨가제 제조 장치의 구성을 개략적으로 도시하고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 첨가제 제조 장치는 전처리된 석탄과 용매를 혼합하여 슬러리화하는 혼합기(10), 상기 혼합기(10)로 분산촉매를 공급하는 촉매공급부(20), 상기 혼합기(10)를 거친 석탄 슬러리(slurry)를 액화하는 반응기(30), 상기 반응기(30)로 크랙킹 가스를 공급하는 가스공급부(32), 상기 반응기(30)로부터 생성된 액화 생성물에서 첨가제를 분리하기 위한 분리부(40), 및 상기 분리부(40)와 상기 혼합기(10) 사이에 연결되어 분리부에서 분리된 오일을 혼합기(10)에 용매로 공급하는 공급라인(50)을 포함한다.

상기 제조장치는 석탄을 전처리하기 위해, 석탄을 분쇄하는 분쇄기(12)와, 분쇄된 석탄을 건조하는 건조기(14)를 더 포함할 수 있다.

본 실시예에서 첨가제 제조를 위한 원료인 석탄은 갈탄이나 아역청탄과 같은 저품위의 비점결탄을 포함할 수 있다. 갈탄이나 아역청탄 등의 저품위탄은 점결성 등의 물성이 낮은 반면 매장량이 풍부하고 저가이므로, 코크스용 첨가제 제조시 생산 단가를 낮출 수 있게 된다.

상기 혼합기(10)는 전처리된 석탄과 용매를 혼합하여 석탄 슬러리를 형성한다.

본 실시예에서 상기 혼합기(10)에 투입되는 용매는 상기 분리부(40)를 통해 최종적으로 첨가제를 분리하고 남은 오일을 활용하는 구조로 되어 있다.

이를 위해, 공급라인(50)이 분리부(40)와 혼합기(10) 사이에 연결되어, 첨가제 분리 후 남은 오일이 공급라인(50)을 통해 혼합기(10)에 용매로 재순환되어 공급된다.

이와 같이, 분리부(40)를 거처 분리된 액상의 오일을 바로 혼합기(10)로 공급하여 용매로 재활용함으로써, 설비를 단순화할 수 있고 공정을 단순화하여 첨가제 생산 원가를 낮출 수 있게 된다.

상기 촉매공급부(20)는 혼합기(10)에 연결되어 분산형 철촉매를 공급한다. 이에, 분산형 철촉매가 혼합기(10) 내에서 석탄 및 용매와 같이 고르게 혼합된다.

본 실시예에서 상기 분산형 철촉매는 Fe₂O₃ 일 수 있다. 이와 같이 분산형 철촉매를 투입하여 석탄 슬러리에 혼합함으로써, 액화 반응시 반응성을 높일 수 있게 된다. 이에, 액화 반응시 크랙킹 가스로 COG 또는 LNG를 사용하더라도 상기 분산형 철촉매가 반응성을 높여 첨가제 생산을 위한 충분한 반응 효과를 끌어낼 수 있다.

혼합기(10)에서 혼합된 석탄 슬러리는 고압펌프에 의해 반응기(30)로 이송된다. 혼합기(10)에서 반응기(30) 사이로 석탄 슬러리가 이송되는 과정에서 혼합기(10)와 반응기(30) 사이에 설치된 가열부(16)를 통해 석탄 슬러리에 열량을 공급하여 석탄 슬러리를 설정 온도까지 가열할 수 있다.

상기 반응기(30)는 고온 고압에 충분히 견디며 내부에 반응 공간을 갖는 용기로, 고온 고압하에서 석탄 슬러리를 액화시킨다.

반응기(30)의 외측에는 반응기(30)에 열 에너지를 가하기 위한 히터 등이 설치되며, 내부에는 교반기가 설치될 수 있다. 상기 가스공급부(32)는 반응기(30) 일측에 연결되어 반응기(30)로 크랙킹 가스를 공급한다. 본 실시예에서 상기 가스공급부(32)는 크랙킹 가스로 COG(Coke Oven Gas), LNG(Liquefied Natural Gas) 또는 이들의 조합을 공급한다.

이와 같이, 크랙킹 가스로 COG나 LNG를 이용함으로써, 본 실시예의 장치는 종래 수소 제조설비를 갖출 필요가 없게 된다. 수소제조설비는 알려진 바와 같이 대단히 복잡한 설비로, 건설비용이 전체 설비의 1/4에 달하며 운전비 역시 많이 소요된다. 따라서, 본 실시예의 경우 수소제조설비를 구축하지 않아도 되므로, 전체 공장 규모를 줄이고 첨가제의 생산 원가를 크게 낮출 수 있게 된다.

상기 분리부(40)는 액화 생성물에서 기체 성분을 분리하는 세퍼레이터(42)와, 상기 세퍼레이터에 연결되어 액상 물질과 고상 물질을 분리하는 필터장치(44), 및 상기 필터장치에서 분리된 액상 물질을 증류하여 코크스용 첨가제(B)를 분리하는 증류기(46)를 포함한다.

상기 분리부(40)의 증류기(46)는 공급라인(50)을 통해 상기 혼합기(10)에 연결된다. 이에, 증류기(46)를 거쳐 첨가제와 분리된 오일은 공급라인을 통해 혼합기(10)으로 공급된다. 상기 증류기(46)는 끓는점의 차이를 이용하여 첨가제를 분리시키는 분별 증류기가 사용될 수 있다. 이와 같이, 본 장치는 분리부(40)를 거쳐 최종적으로 코크스용 첨가제(B)를 생산할 수 있게 된다.

상기한 구조의 코크스용 첨가제 제조 장치에서 상기 혼합기(10)는 슬러리를 보다 효과적으로 교반하여 혼합하는 구조로 되어 있다. 도 2는 본 실시예에 따른 상기 혼합기의 구조를 예시하고 있으며, 이하 도 2를 참조하여 본 실시예의 혼합기 구조에 대해 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 혼합기(10)는 석탄과 용매가 투입되어 혼합되는 혼합탱크(102), 상기 혼합탱크 내부 중심에 회전가능하게 설치되는 회전축(104), 상기 회전축에 축방향을 따라 간격을 두고 설치되는 적어도 하나 이상의 교반날개(106), 상기 회전축을 회전 구동시키기 위한 구동부(108)를 포함할 수 있다.

상기 혼합탱크(102)는 내부에 석탄과 용매가 수용되도록 공간을 형성하며, 상하방향으로 길게 연장된 원통 실린더 구조로 이루어질 수 있다. 상기 혼합탱크(102)의 중심축을 따라 회전축(104)이 연장되어 회전가능하게 설치된다. 상기 회전축(104)의 일측 선단에는 예를 들어, 구동모터를 포함하는 구동부(108)가 연결되어 회전축(104)을 설정된 속도로 회전시키게 된다.

상기 회전축(104)에는 혼합탱크(102) 내부에 수용된 석탄과 용매를 고르게 혼합할 수 있도록 교반날개(106)가 설치된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 교반날개(106)는 두 개가 구비되어 하나는 회전축(104)의 하단에 설치되고 나머지 하나는 회전축(104) 하단에서 상부로 소정거리 이격된 위치에 설치될 수 있다. 상기 교반날개(106)의 설치 개수는 2개에 한정되지 않으며 설비의 사양이나 운전 조건에 따라 다양한 개수로 구비될 수 있다.

상기 교반날개(106)는 예를 들어 프로펠러형(propeller type), 스크류형(screw type), 터빈형(turbine type)의 임펠러(impeller) 구조로 이루어질 수 있다.

이에, 상기 회전축(104)이 회전 구동되면 회전축(104)에 설치된 교반날개(106)가 회전하면서, 혼합탱크(102) 내부에 수용된 석탄과 용매를 보다 고르게 교반시킬 수 있게 된다.

또한, 상기 혼합기(10)는 혼합탱크(102)의 저부와 상부 사이를 연결하여 슬러리가 순환되는 순환관(110)과, 상기 순환관 일측에 설치되어 혼합탱크(102) 내에서 슬러리를 순환시켜 교반시키는 순환펌프(112)를 더 포함할 수 있다.

상기 순환관(110)은 혼합탱크(102)의 하단과 상부 일측을 연결하여 설치된다. 이에, 순환펌프(112)가 구동되면 혼합탱크(102) 내부에서 혼합된 슬러리가 순환관(110)을 따라 순환된다. 혼합탱크(102) 내부의 슬러리는 예를 들어, 혼합탱크(102) 하단에서 순환관(110)을 통해 혼합탱크(102) 상부로 이송된다. 이에, 혼합탱크(102) 내부에서 상하로 슬러리가 순환되면서 슬러리가 서로 뒤섞이게 된다.

이와 같이, 교반날개(106)의 회전에 의한 교반 작용과 더불어 슬러리를 상하로 순환시켜 뒤섞어줌으로써, 슬러리의 교반 효율을 높일 수 있게 된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 혼합기(10)는 혼합탱크(102) 내면에는 슬러리의 교반 효율을 증대시키면서 내면에 슬러리가 쌓여 고착되는 것을 방지하기 위한 베플(114)이 더 설치될 수 있다. 상기 베플(114)은 혼합탱크(102)의 내면에 설치되며, 축방향을 따라 상부에서 하부로 연장되고 중심부를 향해 소정 높이로 돌출된 구조로 되어 있다.

상기 베플(114)은 혼합탱크(102)의 내면에 원주방향을 따라 적어도 하나 이상이 간격을 두고 설치될 수 있다. 상기 베플(114)은 회전축(104)에 설치된 교반날개(106) 회전시 교반날개(106)와 간섭되지 않는 정도로 돌출 형성될 수 있다.

상기 베플(114)에 의해 혼합탱크(102) 내부에서 슬러리에 와류가 형성되면서 내주면으로 슬러리가 쌓이는 것을 방지할 수 있게 된다. 임펠러가 회전하게 되면 혼합탱크 내부에서 임펠러의 회전방향으로 슬러리가 따라 회전하게 된다. 이에, 베플이 없는 경우, 혼합탱크 내부에서는 슬러리가 일방향으로 일정하게 회전하게 되어 슬러리가 혼합탱크 내면에 고착될 가능성이 높아지게 된다.

본 실시예의 경우, 베플(114)이 회전하는 임펠러에 대해 혼합탱크 내면에 고정 설치되어 있어서, 임펠러의 회전에 따라 회전되는 슬러리가 베플에 부딪히면서 와류를 형성하게 된다. 이에, 베플에 충돌된 슬러리가 혼합탱크 중심에 위치한 임펠러쪽으로 유도되어 유동성이 커지게 되고, 혼합탱크 내면에 부착되는 것을 최소화할 수 있게 된다.

이하, 본 실시예에 따라 첨가제를 제조하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

첨가제 제조를 위한 공정은, 석탄을 용매에 분산시켜 슬러리화하는 석탄 전처리 공정, 석탄 전처리 시 분산형 철촉매를 투입하는 공정, 석탄 슬러리와 크래킹 가스를 반응하여 석탄 슬러리를 액화하는 석탄 액화 공정, 석탄 액화 공정시 크랙킹 가스로 COG 및/또는 LNG를 공급하는 공정, 액화 생성물로부터 첨가제를 분리하는 분리공정, 및 분리 공정에서 얻어진 액상의 오일을 상기 석탄 전처리 공정으로 공급하여 용매로 사용하는 재순환 공정을 포함한다.

석탄 전처리 공정은 첨가제 제조를 위한 원료인 석탄을 전처리하여 준비하는 과정으로, 석탄을 분쇄한 후 분쇄된 석탄을 건조하는 과정을 거친다.

원료인 석탄은 점결성이 낮거나 없고, 가격이 저렴한 미점탄(또는 저급탄)이며, 갈탄, 아역청탄 등을 사용할 수 있다. 갈탄, 아역청탄 등의 저품위탄은 분쇄기를 통해 분쇄한다. 석탄의 분쇄는 예를 들어, 60메쉬 이하로 크기로 분쇄할 수 있다.

분쇄된 석탄은 건조 공정을 거쳐 수분을 제거한다. 석탄의 수분은 석탄과 용매와의 혼합을 방해하고 반응기 압력을 불안정하게 만들어 반응 효율을 저하시킨다. 본 실시예에서, 석탄 건조 공정을 통해 석탄은 수분함량이 10wt% 이하가 되도록 건조한다. 석탄의 수분함량이 10wt%를 넘게 되면 상기와 같은 공정 효율 저하 및 추가적인 폐가스 처리공정이 필요하게 된다.

분쇄 및 건조된 석탄은 용매와 혼합되어 슬러리화된다. 본 실시예에서 상기 용매에 대해 건조된 석탄은 중량비로 1/1 내지 1/4로 혼합된다.

용매에 대한 석탄의 비율이 1/1보다 큰 경우에는 용매의 양이 작아 석탄 슬러리가 잘 생성되지 않는다. 이에 반응기에서의 석탄 전환율도 낮아지게 된다. 용매에 대한 석탄의 비율이 1/4보다 낮은 경우에는 용매가 너무 많이 섞여 석탄 슬러리의 점도가 떨어지며, 각 공정에서 처리량이 증대하여 설비의 규모가 증가하게 된다. 이에 장치 비용 및 유틸리티 사용량이 증가하여 비용 문제가 발생된다.

여기서, 상기 용매는 첨가제 제조과정을 거쳐 최종적으로 첨가제를 분리하고 남은 오일을 이용할 수 있다.

상기 석탄 전처리 과정에서 분산형 철촉매가 투입될 수 있다.

본 실시예에서, 상기 분산형 철촉매는 Fe₂O₃ 일 수 있다. 이와 같이, 분산형 철촉매를 투입하여 석탄 슬러리에 혼합함으로써, 액화 반응시 반응성을 높일 수 있게 된다.

상기 분산형 철촉매는 석탄 100중량부에 대해 0.5 내지 3.0 중량부로 투입될 수 있다.

상기 분산형 철촉매의 투입이 상기 범위보다 적은 경우에는 촉매로써 역할을 제대로 수행할 수 없으며, 상기 범위를 넘게 되면 재회수가 어렵고 촉매가 너무 많아 안좋은 영향을 끼치게 된다.

본 실시예의 혼합기로 공급된 석탄과 용매는 혼합탱크 내부에서 효과적으로 교반되어 슬러리화된다. 혼합탱크에서 슬러리는 교반날개의 회전에 따라 교반되며 순환펌프의 구동에 따라 순환관을 통해 상하로 순환되면서 뒤섞이게 된다.

이와 같이, 슬러리는 혼합탱크 내에서 교반날개와 순환관을 통해 효과적으로 뒤섞여 혼합됨으로써, 슬러리 혼합에 소요되는 교반 시간을 줄이고 온도를 균질화할 수 있게 된다. 따라서, 궁극적으로 코크스용 첨가제 생산량을 증대시킬 수 있게 된다.

상기 공정을 거쳐 슬러리화된 석탄은 반응기로 이송되어 석탄 액화 공정을 거친다. 석탄 슬러리는 액화 공정으로 이송하는 과정에서 가열공정을 거쳐 원하는 온도까지 가열된다.

석탄 액화 공정은 상기 전처리 공정에서 충분히 높은 온도로 슬러리화된 석탄을 액화하는 단계이다. 반응기 내에 석탄 슬러리와 크랙킹 가스를 투입하고 설정된 온도와 압력하에서 액화 반응을 진행한다.

본 실시예에서, 상기 석탄 액화 공정은 250 내지 450℃의 온도와, 30 내지 120bar의 압력하에서 이루어질 수 있다. 반응기 내부의 압력은 크랙킹 가스의 공급유량을 조절함으로써 제어할 수 있다.

반응기 내부가 상기 온도와 압력 범위로 조성됨에 따라, 석탄과 용매가 혼합된 혼합물 즉, 석탄 슬러리에서 액화 반응이 진행된다. 이때, 공급되는 크랙킹 가스는 반응기 내부의 압력 조절뿐만 아니라, 석탄을 구성하는 탄소 원자간의 끊어진 고리를 이어, 액화시키는 역할을 한다.

석탄 액화 공정에서 온도가 250℃보다 낮은 경우에는 석탄이 멜팅(melting)되지 않아 액화공정이 진행되지 않고, 온도가 450℃를 넘게 되면 석탄의 코킹이 일어나서 석탄이 딱딱하게 굳어 반응을 저하시키게 된다.

또한, 석탄 액화 공정에서 반응 압력이 30bar보다 작은 경우에는 반응기 내의 압력이 낮아 석탄으로 수소의 공여가 발생하지 않는 문제가 생긴다. 압력이 120bar를 넘게 되면 석탄으로 수소가 과다하게 공여되어 최종 결과물인 코크스용 첨가제 생산량이 줄게 되며, 오일 등의 원하는 않는 물질의 생산량은 늘게 된다.

상기 석탄 액화 단계에서 상기 크랙킹 가스로 COG, LNG 또는 이들의 혼합 가스가 공급될 수 있다.

반응기 내부로 공정 조건에 따라 COG 또는 LNG 중 어느 하나를 선택적으로 사용하거나, COG와 LNG 모두를 사용하여 반응기 내부에 공급할 수 있다.

이와 같이, COG나 LNG를 사용함으로써, 석탄 액화 공정에서 액화 오일의 생산량을 줄고 첨가제의 생산량을 늘어나게 된다.

상기 크랙킹 가스는 석탄 액화 반응이 이루어지는 반응기 내부 온도에 맞춰 400 내지 600℃로 가열하여 공급할 수 있다. 이에, 크랙킹 가스 투입시 반응기 내부의 온도에 변화가 최소화되어 반응성 저하를 방지할 수 있게 된다.

상기 석탄 액화 공정에서 생성된 생성물은 분리 공정을 통해 최종 목표인 코크스용 첨가제로 분리할 수 있다.

본 실시예에서, 상기 분리공정은 순차적으로 액화공정 생성물에서 기체 성분을 분리하는 세퍼레이팅(separating) 단계, 액상 물질과 고상 물질을 분리하는 여과 단계, 및 여과 단계에서 분리된 액상 물질을 증류하여 첨가제를 분리하는 분별증류단계를 포함한다.

석탄 액화 공정을 거쳐 액화된 생성물은 고상 생성물, 액상 생성물 및 기상 생성물을 모두 포함한다. 액상 생성물은 코크스용 첨가제 및 오일을 포함하며, 기상 생성물은 연료가스, 황, 암모니아 등을 포함할 수 있다.

상기 세퍼레이팅 단계는 석탄 액화 공정을 통해 생성된 물질들 중 가장 가벼운 기체 성분(C1 내지 C5, H₂S, NH₃, H₂ 등)들을 생성물에서 분리한다. 상기 여과 단계에서는 생성물을 고상 생성물(residue)와 액상 생성물로 분리한다.

상기 여과 단계에 이어지는 상기 분별증류단계는 여과 단계에서 분리된 액상 생성물을 증류하는 것으로, 최종적으로 코크스용 첨가제가 분리되어 얻어진다.

본 실시예에서, 상기 여과 단계는 120 내지 400℃의 온도에서 수행될 수 있다.

상기 코크스용 첨가제는 연화점이 120℃ 내외이다. 따라서, 상기 여과단계에서 온도가 120℃보다 낮은 경우에는 코크스용 첨가제는 고상 생성물로 존재하게 되고 이에, 고상 생성물과 코크스용 첨가제가 혼합되므로 코크스용 첨가제만을 분리할 수 없게 된다. 이에, 상기 여과 단계는 코크스용 첨가제의 연화점을 고려하여 120℃ 이상의 온도에서 수행한다.

또한, 언급한 바와 같이 석탄 액화 공정은 250 내지 450℃의 온도에서 수행되므로, 석탄 액화 공정에서 생성된 최초 생성물은 냉각하지 않는 이상 120 내지 400℃의 고온으로 존재하게 된다. 따라서 상기 여과 단계에서 생성물을 추가로 가열하지 않고 석탄 액화 공정 직후에 여과 단계를 수행하는 경우, 생성물이 갖는 열을 이용하여 120℃ 이상의 온도로 여과 과정을 수행할 수 있다. 이에, 본 실시예에서 상기 여과 단계는 석탄 액화 공정 직후에 생성물의 온도가 120℃ 아래로 낮아지기 전에 수행할 필요가 있다.

상기 분별증류단계에서는 여과 단계를 거쳐 분리된 액상 생성물을 증류기를 이용하여 증류하여 코크스용 첨가제를 얻을 수 있다.

여과 단계에서 분리된 액상 생성물은 언급한 바와 같이 코크스용 첨가제 뿐아니라 오일을 포함하고 있으며, 온도에 따라서는 일부 연료가스, 황, 암모니아 등을 더 포함할 수 있다.

상기 분별증류단계에서는 통상 사용되는 분별증류가 사용될 수 있다.

본실시예에서, 상기 분별증류단계는 350 내지 450℃의 온도에서 수행될 수 있다. 액상 생성물 중 오일은 끓는점이 350 내지 450℃보다 낮으므로, 분별증류방법을 이용하여 액상 생성물에서 오일을 분리 제거하여 코크스용 첨가제를 얻을 수 있게 된다. 즉, 분별증류단계에서 350℃ 내지 450℃의 온도로 액상 생성물을 가열하게 되면, 오일(Oil)이 증발되고 잔류물로 코크스용 첨가제만을 분리할 수 있게 된다. 이에, 분별증류단계를 통해 오일을 분리하여 최종적으로 코크스용 첨가제가 얻어진다.

상기 재순환 공정은 분리 공정에서 얻어진 오일을 상기 석탄 전처리 공정으로 공급함으로써, 오일은 석탄 슬러리화 공정의 용매로 재활용한다.

본 실시예에서, 상기 재순환 공정은 분별증류단계를 통해 얻어진 오일을 바로 석탄 전치리 공정의 혼합기로 공급하게 된다. 이와 같이, 분리공정에서 분리되어 나온 오일을 바로 석탄 전처리 공정으로 재순환시킴으로써, 공정을 단순화할 수 있게 된다.

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.

10 : 혼합기 12 : 분쇄기
14 : 건조기 20 : 촉매공급부
30 : 반응기 32 : 가스공급부
40 : 분리부 42 : 세퍼레이터
44 : 필터장치 46 : 증류기
50 : 공급라인 102: 혼합탱크
104: 회전축 106: 교반날개
108: 구동부 110: 순환관
112: 순환펌프 114: 베플

Claims (7)

1. 전처리된 석탄과 용매를 혼합하여 슬러리화하는 혼합기,
   상기 혼합기로 분산형 철촉매를 공급하는 촉매공급부,
   상기 혼합기를 거친 석탄 슬러리를 액화하는 반응기,
   상기 반응기에 크래킹 가스로 COG 및/또는 LNG를 공급하는 가스공급부,
   상기 반응기로부터 생성된 액화 생성물에서 첨가제를 분리하기 위한 분리부, 및
   상기 분리부와 상기 혼합기 사이에 연결되어 분리부에서 분리된 오일을 혼합기에 용매로 공급하는 공급라인을 포함하고,
   상기 혼합기는 석탄과 용매가 투입되어 혼합되는 혼합탱크, 상기 혼합탱크 내부 중심에 회전가능하게 설치되는 회전축, 상기 회전축에 축방향을 따라 간격을 두고 설치되는 적어도 하나 이상의 교반날개, 및 상기 회전축을 회전 구동시키기 위한 구동부를 포함하며,
   상기 분리부는 액화 공정 생성물에서 기체 성분을 분리하는 세퍼레이터, 상기 세퍼레이터에 연결되어 액상 물질과 고상 물질을 분리하는 필터장치, 및 상기 필터장치에서 분리된 액상 물질을 증류하여 첨가제를 분리하며 상기 공급라인을 통해 상기 혼합기에 연결되어 첨가제와 분리된 오일을 혼합기로 공급하는 증류기를 포함하는 코크스용 첨가제 제조 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 혼합기는 혼합탱크의 저부와 상부 사이를 연결하여 슬러리가 순환되는 순환관, 및 상기 순환관 일측에 설치되어 혼합탱크 내에서 슬러리를 순환시켜 교반시키는 순환펌프를 더 포함하는 코크스용 첨가제 제조 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 혼합기는 혼합탱크의 내주면에 간격을 두고 설치되고 중심부를 향해 돌출되는 적어도 하나 이상의 베플을 더 포함하는 코크스용 첨가제 제조 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 베플은 혼합탱크의 축방향을 따라 상부에서 하부로 연장 형성된 코크스용 첨가제 제조 장치.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,
   석탄 전처리를 위해 석탄을 분쇄하는 분쇄기, 및 분쇄된 석탄을 건조하는 건조기를 더 포함하는 코크스용 첨가제 제조 장치.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 촉매공급부는 분산형 철촉매로 Fe₂O₃를 공급하는 구조의 코크스용 첨가제 제조 장치.

Images