KR102009835B1

KR102009835B1 - 코크스 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR102009835B1
Application number: KR1020170179871A
Authority: KR
Inventors: 최재훈; 정하명; 장동민
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2017-12-26
Filing date: 2017-12-26
Publication date: 2019-08-12
Also published as: KR20190078123A

Abstract

본 발명은 코크스 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 구현예는 건조탄 및 성형탄을 포함하는 코크스이되, 상기 코크스 100중량%에 대해, 건조탄: 70 내지 90중량% 및 성형탄: 10 내지 30중량%를 포함하고, 상기 성형탄 전체 100중량%에 대해, 미점탄 5 내지 30중량%, 폐수 처리 공정(BET) 슬러지: 5 내지 10중량%, 및 잔부 미분탄을 포함하는 코크스를 제공한다.

Description

코크스 및 이의 제조방법{COKE AND METHOD FOR MANUFACTURING OF THE SAME}

본 발명의 일 구현예는 코크스 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 야금용 고강도 코크스(Coke)의 제조 원가를 저감하기 위해, 저가의 미점탄 배합비를 증대하는 수단으로 배합탄을 건조하는 공정에서 부생되는 미분탄(Coal Dust)을 이용하는 기술이다.

상세하게는 석탄 건조 공정에서 발생된 미분탄과 코크스(Coke) 공정의 폐수 처리 공정(BET: Biological Effluent Treatment)의 슬러지를 효과적으로 처리하면서 미점탄 사용 증대를 도모하고자 한다.

통상적으로, 용광로에 사용하는 코크스(Coke)는 9 내지 10% 수분을 포함하는 석탄으로 제조한다. 이후, 상기 석탄을 건조하면 Coke 생산성과 Coke 냉간 강도가 향상되는 효과가 있다. 석탄을 건조하는 상용 설비로는 석탄 조습(CMC: Coal Moisture Control) 공정이 있으며, 건조된 석탄의 수분 함량은 4 내지 7% 수준이다.

그러나, 분말 상태의 석탄을 건조하면 미분탄 발생량이 증가하므로, 이를 해결할 필요가 있다. 구체적으로, 미분탄은 코크스 오븐(Coke Oven) 탄화실 노벽에 부착되어 탄화실 손상 요인으로 작용하거나, 탄화실에 부착되지 않은 미세한 성분은 COG(Coke Oven Gas) 타르와 조경유 등의 부산물 회수 공정의 배관과 설비의 폐쇄 요인으로 작용하기 때문이다.

따라서, 통상 미분탄 처리 방법으로 유기 바인더를 사용하여 성형하고 있다. 구체적으로, 선행문헌에서는 석탄 건조 공정에서 발생한 미분탄에 바인더를 첨가하여 성형한 후 코크스 오븐에 투입하는 방법을 이용하고 있다.

다만, 최근 석탄 가격이 100달러 수준으로 낮아진 상황에서 상기 석탄보다 수 배 이상으로 비싼 고가의 바인더를 다량 첨가한다는 것은 석탄 건조 공정 전체의 경제성을 저하시키는 상황이다.

이에, 저가 바인더 또는 바인더 없이 미분을 성형하는 기술의 필요성이 대두되고 있다.

KR 2009-0110379 KR 2010-0910513 KR 2011-0117623

본 발명의 일 구현예에서는 바인더를 사용하지 않고 코크스를 제조하는 방법을 제공할 수 있다.

구체적으로, 배합탄 건조 공정에서 발생하는 미분탄을 포집한 후, 폐수 처리 공정(BET) 슬러지와 미점탄을 이용하여 성형탄을 제조할 수 있다.

이에, 상기 미분탄, 폐수 처리 공정(BET) 슬러지, 및 미점탄을 포함하는 성형탄을 건조탄에 투입 후 건료하여 바인더 없이 코크스를 제조할 수 있다.

이로써, 미분탄 처리가 용이하고, 미점탄 사용과 바인더 미사용으로 인해 코크스의 제조 원가를 저감시킬 수 있는 코크스를 제공하고 한다.

본 발명의 일 구현예인 코크스는 건조탄 및 성형탄을 포함하는 코크스이고, 상기 코크스 100중량%에 대해, 건조탄: 70 내지 90중량% 및 성형탄: 10 내지 30중량%를 포함하고, 상기 성형탄 전체 100중량%에 대해, 미점탄 5 내지 30중량%, 폐수 처리 공정(BET) 슬러지: 5 내지 10중량%, 및 잔부 미분탄을 포함하는 코크스를 제공할 수 있다.

상기 미점탄의 휘발분 함량은 35중량% 이상일 수 있다.

상기 폐수 처리 공정(BET) 슬러지의 수분 함량은 75중량% 이상일 수 있다.

상기 건조탄은 3 내지 10중량% 수분을 포함할 수 있다.

상기 배합탄은 100중량%에 대해, 휘발분: 25 내지 28중량%, 회분(Ash): 8 내지 10중량%, 및 잔부 고정 탄소를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일 구현예인 코크스의 제조방법은, 배합탄을 건조하여 건조탄을 제조하는 단계, 성형탄을 제조하는 단계, 및 상기 배합탄에 상기 성형탄을 첨가하여 코크스를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.

이때, 상기 코크스 100중량%에 대해, 건조탄: 70 내지 90중량% 및 성형탄: 10 내지 30중량%를 포함하고, 상기 성형탄 전체 100중량%에 대해, 미점탄 5 내지 30중량%, 폐수 처리 공정(BET) 슬러지: 5 내지 10중량%, 및 잔부 미분탄을 포함할 수 있다.

배합탄을 건조하여 건조탄을 제조하는 단계에서, 미분탄을 더 형성하고, 상기 미분탄은 성형탄의 원료로 사용될 수 있다.

상기 성형탄을 제조하는 단계에서, 10 내지 40kN/cm 성형압으로 성형탄을 제조할 수 있다.

상기 배합탄에 상기 성형탄을 첨가하여 코크스를 제조하는 단계는, 1000 내지 1200℃ 온도 범위에서 건류하여 코크스를 제조할 수 있다.

본 발명의 일 구현예는, 석탄 건조 공정에서 발생되는 미분탄에 미점탄과 코크스(Coke) 제조 공정에서 부생되는 BET 슬러지를 혼합 후 가압 성형하여 성형탄을 제조할 수 있다.

이후, 코크스 제조용 건조탄에 상기 성형탄을 첨가 후 건료하여 코크스를 제조할 수 있다. 이로써, 코크스 부산물 처리가 용이하고, 미점탄 사용 증대로 인해 코크스 원료 절감 효과를 수득할 수 있다. 뿐만 아니라, 코크스 강도 향상도 도모할 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 코크스를 제조하는 공정을 모식도로 나타낸 것이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 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. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.

이하, 본 명세서에서 %란 특별히 언급하지 않는 한 중량%를 의미할 수 있다.

본 발명의 일 구현예인 코크스는 건조탄 및 성형탄을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 코크스 100중량%에 대해, 건조탄: 70 내지 90중량% 및 성형탄: 10 내지 30중량%를 포함할 수 있다.

더 구체적으로, 건조탄과 성형탄의 함량 범위가 상기와 같을 경우, 바인더 없이 고강도의 코크스를 제조할 수 있다.

먼저, 건조탄과 성형탄에 대해 정의한다.

상기 건조탄은 3 내지 10중량% 수분을 포함하는 배합탄일 수 있다.

구체적으로, 상기 배합탄은 100중량%에 대해, 휘발분: 25 내지 28중량%, 회분(Ash): 8 내지 10중량%, 및 잔부 고정 탄소를 포함할 수 있다.

배합탄의 상기 성분 및 함량으로 인해 대형 용광로에 필요한 고강도 코크스를 제조할 수 있다.

후술하겠지만, 상기 건조탄은 배합탄을 건조하여 제조한 형태이기 때문에 수분 함량이 상기 범위일 수 있다. 이에, 상기 건조탄은 친수성이 상실되어 있으므로, 물을 첨가하여도 혼합되지 않는 특성이 있다.

따라서, 이러한 건조탄을 혼합하기 위해 하기 성형탄을 사용할 수 있다. 이에, 상기 성형탄은 종래 기술의 바인더 역할을 할 수 있다.

구체적으로, 성형탄은 전체 100중량%에 대해, 미점탄 5 내지 30중량%, 폐수 처리 공정(BET) 슬러지: 5 내지 10중량%, 및 잔부 미분탄을 포함할 수 있다.

더 구체적으로, 성형탄 내 미점탄의 함량은 5 내지 30중량%일 수 있다. 이때, 상기 미점탄의 휘발분 함량은 35% 이상일 수 있다.

통상적으로, 휘발분의 함량이 상기 범위와 같이 높은 미점탄을 포함하는 경우 코크스의 강도가 저감될 수 있다.

다만, 본 발명의 일 구현예에 따라 5 내지 30 중량%만큼 포함하는 경우, 코크스의 강도를 소폭 향상시킬 수 있다.

상기 폐수 처리 공정(BET) 슬러지의 함량은 5 내지 10중량%일 수 있다. 구체적으로, 슬러지의 함량이 상기 범위인 이유는 발생량이 많지 않고 불연속적이기 때문이다. 또한, 슬러지의 함량이 상기 범위일 경우, 미점탄의 사용량을 증대시켜 코크스의 제조 원가를 효과적으로 저감할 수 있다.

상기 폐수 처리 공정(BET) 슬러지의 수분 함량은 75% 이상일 수 있다. 구체적으로, 폐수 처리 공정(BET) 슬러지의 수분 함량이 상기와 같이 높기 때문에 수분 함량이 낮은 건조탄과 혼합이 가능할 수 있다.

또한, 상기 성형탄의 잔부는 미분탄일 수 있다. 이때, 미분탄은 앞서 배합탄을 건조하는 단계에서 발생한 것일 수 있다.

구체적으로, 상기 미분탄의 평균 입경은 0.2mm 이하일 수 있다. 더 구체적으로, 미분탄의 평균 입경이 상기 범위와 같이 매우 작기 때문에, 발진성이 매우 높은 특성을 가진다.

본 명세서에서 입경이란, 측정 단위 내 존재하는 구형 물질의 평균 지름을 의미한다. 만약 물질이 비구형일 경우, 상기 비구형 물질을 구형으로 근사하여 계산한 구의 지름을 의미한다.

이에, 본 발명의 일 구현예는 배합탄을 건조하는 공정에서 발생하는 미분탄을 포집하여 코크스를 제조함으로써, 추후 코크스 오븐의 탄화실에 미분탄 유입을 방지할 수 있다. 이로부터, 노체 손상을 방지할 수 있다.

먼저, 배합탄을 건조하여 건조탄을 제조하는 단계에서, 8 내지 12중량%의 수분을 포함하는 배합탄을 건조할 수 있다.

구체적으로, 상기 배합탄은 100중량%에 대해, 휘발분: 25 내지 28중량%, 회분(Ash): 8 내지 10중량%, 및 잔부 고정 탄소를 포함할 수 있다. 구체적인 설명은 앞서 코크스에서 전술한 바와 같으므로 생략한다.

또한, 상기 단계에서 배합탄을 건조하여 건조탄과 미분탄을 제조할 수 있다. 구체적으로, 상기 건조 단계에 의해 제조된 건조탄은 3 내지 10중량%의 수분을 포함할 수 있다.

한편, 상기 미분탄의 평균 입경은 0.2mm 이하일 수 있다.

상기 범위와 같이 작은 입경으로 인해 발진성이 우수한 미분탄을 포집하여, 후술하는 성형탄 제조 단계에서 사용할 수 있다.

성형탄을 제조하는 단계에서, 상기 성형탄은 전체 100중량%에 대해, 미점탄 5 내지 30중량%, 폐수 처리 공정(BET) 슬러지: 5 내지 10중량%, 및 잔부 미분탄을 포함할 수 있다. 상기 성형탄의 성분 및 조성을 한정한 이유는 전술한 바와 같으므로 생략한다.

구체적으로, 성형탄을 제조하는 단계는 원통형의 고속 교반 믹서에 전술한 미점탄, 폐수 처리 공정(BET) 슬러지, 및 미분탄을 투입하여 혼합할 수 있다. 이후, 혼합된 물질을 바인더 없이 성형하여 성형탄을 제조할 수 있다.

또한, 상기 성형탄을 제조하는 단계는 10 내지 40 kN/cm 성형압으로 성형탄을 제조할 수 있다. 다만, 이에 제한하는 것은 아니다.

마지막으로, 상기 배합탄에 상기 성형탄을 첨가하여 코크스를 제조하는 단계는, 상기 배합탄과 성형탄을 코크스 오븐에 투입 후 건류하여 코크스를 제조할 수 있다.

구체적으로, 상기 코크스 100중량%에 대해 건조탄: 70 내지 90중량% 및 성형탄: 10 내지 30중량%로 혼합하여 코크스 오븐에 투입할 수 있다.

구체적으로, 1000 내지 1200℃ 온도 범위에서 건류할 수 있다. 다만, 이에 제한하는 것은 아니다.

이하, 실시예를 통해 상세히 설명한다. 단 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

실시예

하기 표 1에 개시된 배합탄(수분 9중량%)을 건조하여 건조탄을 제조하였다. 구체적으로, 상기 배합탄은 휘발분 26.5%중량%, 회분(Ash) 8.8 중량%, 및 잔부 고정 탄소를 포함한다. 또한, 건조에 의해 상기 건조탄은 5% 수분을 포함하는 배합탄일 수 있다.

이후, 하기 표 2에 개시된 성형탄 조성과 같이, 미점탄, BET 슬러지, 및 미분탄을 혼합하였다. 구체적으로, BET 슬러지는 10%로 일정하게 첨가하였고, 미점탄은 10%, 20%, 및 30%로 첨가하였다. 이후, 바인더 없이 30kN/cm 성형압으로 성형하여 성형탄을 제조하였다.

이때, 상기 BET 슬러지의 수분은 87중량%였다. 또한, 미점탄은 하기 표 1에 개시된 바와 같이, 휘발분의 함량이 40.2%로 매우 높고, 전팽창지수는 2%, 평균 반사율은 0.55%로 매우 낮은 것을 알 수 있다.

마지막으로, 하기 표 2에 개시된 코크스 조성과 같이 상기 건조탄과 성형탄을 혼합하여 코크스 오븐에 투입 후 건류하여 코크스를 제조하였다. 구체적으로, 40kg/charge 용량의 Test Oven을 이용하였다.

이와 같이 실시예에 따른 코크스 제조 공정은 도 1에도 개시되어 있다.

비교예

비교예 1은 상기 실시예의 건조탄 100%만을 이용하여 코크스를 구성하였다.

비교예 2는 상기 실시예의 건조탄 98%에 하기 표 1의 미점탄 2%를 직접 첨가하여 코크스를 구성하였다.

이와 같이 제조한 실시예와 비교예의 코크스 강도를 측정하여 하기 표 2에 개시하였다. 코크스 강도 측정 방법은 하기와 같다.

[코크스 강도 측정 방법]

Coke 강도는 Drum Index로 표현되는 일본 규격(JIS) K2151에 나타낸 방법을 적용하여 측정하였다.

탄종	휘발분, %	전팽창지수, %	평균 반사율, %	비고
습탄	26.5	87	1.08	배합탄
미점탄	40.5	2	0.55	단일탄

상기 표 1에서 전팽창지수는 점결성을 나타내는 수치이고, 상기 비트리나이트 평균 반사율은 석탄화도를 나타내는 수치이다.

구체적으로, 실시예의 원료로 사용한 상기 배합탄(습탄)의 휘발분 함량은 26.5%이고 전팽창지수는 87%로 높으며, 평균 반사율도 1.08%로 높은 것을 알 수 있다.

통상 고강도 코크스(Coke) 제조에 필요한 강점탄의 휘발분 함량은 20% 수준이지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스에는 원가 저감 목적으로 미점탄을 일부 첨가한다. 미점탄은 휘발분 함량이 높기 때문에 상기 배합탄의 휘발분 함량이 강점탄보다 높은 값을 나타낸다.

구분	코크스 조성	건조탄 수분	Coke 강도	성형탄 조성
비교예 1	건조탄 100%	5%	81.2	성형탄 첨가 없음
비교예 2	건조탄 98% + 미점탄 2%	5%	80.8	미점탄 직접 첨가
실시예 1	건조탄 90% + 성형탄 10%	5%	81.9	건조 미분탄 80% + 미점탄 10% + BET 슬러지 10%
실시예 2	건조탄 90% + 성형탄 10%	5%	81.7	건조 미분탄 70% + 미점탄 20% + BET 슬러지 10%
실시예 3	건조탄 90% + 성형탄 10%	5%	81.3	건조 미분탄 60% + 미점탄 30% + BET 슬러지 10%

표 2에 개시된 바와 같이, 건조탄에 성형탄을 첨가하지 않은 비교예 1의 코크스 강도는 81.2%인 것을 알 수 있다. 한편, 건조탄에 미점탄을 직접 첨가한 비교예 2의 경우 코크스 강도가 80.8%인 것을 알 수 있다. 이는, 소량의 미점탄을 직접 첨가하였기 때문으로 판단된다.

한편, 건조탄에 성형탄을 혼합한 실시예 1 내지 3의 코크스 강도는 각각 81.9%, 81.7%, 그리고 81.3%로 비교예 1에 비해 향상되었음을 알 수 있다.

구체적으로, 실시예 1 내지 3에 따른 코크스에 포함된 미점탄의 함량이 1 내지 3중량%로 비교예 2와 유사한 수준이지만 비교예 2에 비해 코크스 강도가 더 우수한 것을 확인할 수 있다.

이로부터, 성형탄이 건조탄의 장입 밀도를 상승시켜 코크스 강도를 향상시키는 효과가 있는 것으로 해석할 수 있다. 또한, 이는 성형탄에 포함된 미점탄이 건조탄과 강하게 압착함으로써 밀도를 향상시킬 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

건조탄 및 성형탄을 포함하는 코크스이고,
상기 코크스 100중량%에 대해, 건조탄: 70 내지 90중량% 및 성형탄: 10 내지 30중량%를 포함하고,
상기 성형탄 전체 100중량%에 대해, 미점탄 5 내지 30중량%, 폐수 처리 공정(BET) 슬러지: 5 내지 10중량%, 및 잔부 미분탄을 포함하는 코크스.
제1항에서,
상기 미점탄의 휘발분 함량은 35중량% 이상인 코크스.
제2항에서,
상기 폐수 처리 공정(BET) 슬러지의 수분 함량은 75중량% 이상인 코크스.
제3항에서,
상기 건조탄은 3 내지 10중량% 수분을 포함하는 배합탄인 코크스.
제4항에서,
상기 배합탄은 100중량%에 대해, 휘발분: 25 내지 28중량%, 회분(Ash): 8 내지 10중량%, 및 잔부 고정 탄소를 포함하는 코크스.
배합탄을 건조하여 건조탄을 제조하는 단계;
성형탄을 제조하는 단계; 및
상기 배합탄에 상기 성형탄을 첨가하여 코크스를 제조하는 단계를 포함하고,
상기 코크스 100중량%에 대해, 건조탄: 70 내지 90중량% 및 성형탄: 10 내지 30중량%를 포함하고,
상기 성형탄 전체 100중량%에 대해, 미점탄 5 내지 30중량%, 폐수 처리 공정(BET) 슬러지: 5 내지 10중량%, 및 잔부 미분탄을 포함하는 코크스의 제조방법.
제6항에서,
배합탄을 건조하여 건조탄을 제조하는 단계에서,
미분탄을 더 형성하고,
상기 미분탄은 성형탄의 원료로 사용되는 코크스의 제조방법.
제6항에서,
상기 성형탄을 제조하는 단계에서,
10 내지 40kN/cm 성형압으로 성형탄을 제조하는 코크스의 제조방법.
제6항에서,
상기 배합탄에 상기 성형탄을 첨가하여 코크스를 제조하는 단계는,
1000 내지 1200℃ 온도 범위에서 건류하는 코크스의 제조방법.