KR102117403B1 - 코크스 오븐 가스(cog)를 이용한 코크스 건식 냉각 방법 및 합성가스 재활용 방법 - Google Patents

코크스 오븐 가스(cog)를 이용한 코크스 건식 냉각 방법 및 합성가스 재활용 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 CDQ 본체 상부의 프리챔버에 적열 코크스를 장입한 후 상기 CDQ 본체 하부의 냉각챔버로 적열 코크스를 이동시키는 장입 단계; 상기 냉각챔버에 냉각가스를 주입하고, 상기 냉각챔버의 하부에 COG 및 스팀을 주입하는 냉각가스 주입단계; 및 상기 CDQ 본체 내에서 적열 코크스, COG 및 스팀이 카운터 플로를 형성하면서 냉각 및 열회수되는 냉각단계를 포함하는 COG를 이용한 코크스 건식 냉각 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 상기 냉각단계에서 COG의 메탄과 스팀의 반응에 의해 생성된 일산화탄소 및 수소가스를 포함하는 합성가스를 재활용하는 합성가스 재활용 방법을 제공한다. 본 발명에 따르면 열회수 효율이 높고 소형화된 CDQ 설비를 제공할 수 있다. 또한 화학 반응시 생성되는 일산화탄소 및 수소가스를 포함하는 합성가스를 재활용하는 방법을 제공할 수 있다.

Description

코크스 오븐 가스(COG)를 이용한 코크스 건식 냉각 방법 및 합성가스 재활용 방법{Method of Coke Dry Quenching by using Coke Oven Gas and Recycle Method of Syngas}
본 발명은 코크스 건식 냉각 설비(CDQ: Coke Dry Quenching)에서 코크스 건식 냉각 방법 및 상기 CDQ 에서 발생한 합성가스 재활용방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 CDQ 설비 내의 냉각챔버에 투입되는 순환가스로 코크스 오븐 가스(COG: Coke Oven Gas)를 사용함으로써 물리적인 열교환은 물론, 화학적인 흡열반응으로 열교환 가능하게 함으로써 보다 효율적으로 열회수를 가능하게 하고, CDQ 설비의 소형화를 가능하게 하는 코크스 건식 냉각 방법 및 상기 반응시 발생되는 일산화탄소 및 수소가스를 포함하는 합성가스 재활용방법에 관한 것이다.
제철소에서 고로의 열원, 환원재, 통기성 확보용도로 사용되는 코크스는 원료배합탄을 코크스 오븐에서 건류시킨 후 냉각시키게 되는데, 기존의 습식 소화 대신 최근에는 CDQ(Coke dry quenching)를 통한 건식냉각방법을 많이 사용하고 있다.
일반적으로 제철소의 코크스 공장에 적용되는 건식 냉각 설비(CDQ)는 코크스 버킷부터 공급되는 적열 코크스를 냉각시키는 방식에 따라 습식과 건식으로 분류될 수 있다.
기존의 CDQ는 주성분이 질소인 냉각가스가 순환 팬(Circulation fan)에 의해서 순환하는 구조로 되어 있다. CDQ의 하부에서는 챔버의 중심부위와 벽면을 통해서 냉각가스가 주입되며 적열코크스는 CDQ의 상부에서 장입되어서 하부로 빠지면서 적열코크스와 냉각가스가 카운터 플로(counter flow)를 형성하면서 냉각 및 열회수가 이루어지게 된다. 냉각가스는 냉각/열회수 후 약 980℃까지 온도가 상승하며 상기 냉각가스는 보일러에서 고압증기를 생산하고, 다시 온도가 낮아진 냉각가스는 순환하는 구조로 되어 있다.
그러나, 이러한 코크스 건식 냉각 방법은 적열 코크스를 충분히 냉각하고 대량의 열을 회수하기 위해서 대량의 냉각가스를 순환시켜주어야 하는바, CDQ설비가 대형화될 수 밖에 없다는 문제점이 있었다.
본 발명은 열회수 효율이 높고 소형화된 CDQ 설비를 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 화학 반응시 생성되는 일산화탄소 및 수소가스를 포함하는 합성가스를 재활용하는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 CDQ 본체 상부의 프리챔버에 적열 코크스를 장입한 후 상기 CDQ 본체 하부의 냉각챔버로 적열 코크스를 이동시키는 장입 단계; 상기 냉각챔버에 냉각가스를 주입하고, 상기 냉각챔버의 하부에 COG 및 스팀을 주입하는 냉각가스 주입단계; 및 상기 CDQ 본체 내에서 적열 코크스, COG 및 스팀이 카운터 플로를 형성하면서 냉각 및 열회수되는 냉각단계를 포함하는 COG를 이용한 코크스 건식 냉각 방법을 제공한다.
상기 스팀은 보일러에서 발생한 스팀일 수 있다.
한편 본 발명은 상기 냉각단계에서 COG의 메탄과 스팀의 반응에 의해 생성된 일산화탄소 및 수소가스를 포함하는 합성가스를 재활용하는 합성가스 재활용 방법을 제공한다.
상기 합성가스를 보일러의 열원으로 공급할 수 있다.
또한 상기 합성가스를 고로에 환원가스로 투입할 수 있다.
본 발명에 따르면 열회수 효율이 높고 소형화된 CDQ 설비를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 화학 반응시 생성되는 일산화탄소 및 수소가스를 포함하는 합성가스를 재활용하는 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 CDQ 설비의 개략적인 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
본 발명은 CDQ 본체 상부의 프리챔버에 적열 코크스를 장입한 후 상기 CDQ 본체 하부의 냉각챔버로 적열 코크스를 이동시키는 장입 단계; 상기 냉각챔버에 냉각가스를 주입하고, 상기 냉각챔버의 하부에 COG 및 스팀을 주입하는 냉각가스 주입단계; 및 상기 CDQ 본체 내에서 적열 코크스, COG 및 스팀이 카운터 플로를 형성하면서 냉각 및 열회수되는 냉각단계를 포함하는 COG를 이용한 코크스 건식 냉각 방법을 제공한다.
종래의 CDQ는 주성분이 질소인 냉각가스가 순환 팬(Circulation fan)에 의해서 순환하는 구조로 되어 있다. CDQ의 하부에서는 챔버의 중심부위와 벽면을 통해서 냉각가스가 주입되며 적열코크스는 CDQ의 상부에서 장입되어서 하부로 빠지면서 적열코크스와 냉각가스가 카운터 플로(counter flow)를 형성하면서 냉각 및 열회수가 이루어지게 된다. 냉각가스는 냉각 및 열회수 후 약 980℃까지 온도가 상승하며 상기 냉각가스는 보일러에서 고압증기를 생산하고, 다시 온도가 낮아진 냉각가스는 순환하는 구조로 되어 있다. 그러나, 이러한 코크스 건식 냉각 방법은 적열 코크스를 충분히 냉각하고 대량의 열을 회수하기 위해서 대량의 냉각가스를 순환시켜주어야 하는바, CDQ설비가 대형화될 수 밖에 없다는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 COG를 주입하여, 열회수 효율이 높은 CDQ 설비를 제공하고, CDQ 설비를 소형화하고자 한다.
도 1은 본 발명에 따른 CDQ 설비의 개략적인 도면이다.
본 발명에 의한 COG를 이용한 코크스 건식 냉각 방법의 장입 과정은 CDQ 본체에 형성된 프리챔버(101)에 적열 코크스를 투입하는 과정이다. 코크스버킷에 담겨 있는 약 1100℃ 정도의 적열 코크스를 윈치리프트를 이용하여 CDQ본체에 형성된 프리챔버(101)에 장입한다.
상기 프리챔버(101)는 적열 코크스 투입의 시간차 때문에 발생되는 COG와의 반응성 저하 및 갑작스러운 COG와의 반응에 의한 작업의 위험성을 감소시키는 과정에 해당된다.
상기 장입 과정이 이루어진 후, 일정 시간 경과하면 상기 프리챔버(101) 하부에 위치하는 냉각챔버(102)로 적열 코크스를 이동시키는 반응준비 과정이 진행된다. 상기 냉각챔버(102)는 적열 코크스의 열을 회수하기 위한 COG와의 반응 공간에 해당된다.
반응준비 과정의 진행과 거의 동시에 COG 및 스팀의 주입 과정이 진행된다. 이 때 주입되는 상기 COG 및 스팀의 양은 CDQ에서 제어가능한 범위 내에 있어야 하며, 필요에 따라 냉각가스는 가스 블로 오프(Gas blow off)라인을 통해서 외부로 배출되게 된다.
상기 스팀은 보일러(103)에서 발생한 스팀일 수 있다.
상기 COG 및 스팀을 주입하면, 상기 CDQ 본체 내에서 하기 식 (1) 내지 (6)의 반응 과정이 진행된다.
상기 COG는 주성분이 CH4로 구성되며, 상기 COG 및 스팀을 주입하였을 때 일어나는 반응 과정은 다음과 같다.
CH4 + H2O = CO + 3H2 (1)
CH4 + 2H2O = CO2 + 4H2 (2)
C + H2O = CO + H2O (3)
C + 2H2O = CO2 + 2H2 (4)
CO2 + C = 2CO (5)
CO2 + CH4 = 2CO + 2H2 (6)
상기 반응식 중 (1) 내지 (5)는 흡열반응이고, (6)은 발열반응이다. 상기 흡열반응에 의해서 주성분이 질소인 냉각가스의 강제대류(forced convection)에 의해서 냉각되는 것보다 더 빠른 시간에 적열코크스를 냉각시킬 수 있다. 또한 일산화탄소 및 수소 가스를 얻을 수 있다.
상기 반응 과정은 상기 CDQ 본체 내에서 적열 코크스, COG 및 스팀이 카운터 플로를 형성하면서 냉각 및 열회수되어 진행된다.
상기 반응 과정에서 적열코크스는 COG 및 H2O와 반응하여 일산화탄소 및 수소가스를 포함하는 합성가스를 발생시킨다. 상기 냉각챔버(102) 내에서 이루어지는 반응은 반응물인 적열 코크스(C(s))와 COG가 갖는 반응엔탈피보다 생성물에 해당되는 일산화탄소(CO)의 엔탈피가 증가하는 흡열반응에 해당된다. 따라서, 냉각챔버(102)에 공급되는 적열 코크스의 온도가 대략 300℃ 이상이라면 급격한 흡열반응이 일어나게 되어 고온의 코크스의 열을 생성물인 고온의 일산화탄소로 회수할 수 있게 된다.
한편 본 발명은 상기 냉각단계에서 COG의 메탄과 스팀의 반응에 의해 생성된 일산화탄소 및 수소가스를 포함하는 합성가스를 재활용하는 합성가스 재활용 방법을 제공한다.
이를 통해 본 발명은 화학 반응시 생성되는 일산화탄소 및 수소가스를 포함하는 합성가스를 재활용하는 방법을 제공하고자 한다.
상기 COG를 이용한 코크스 건식 냉각 방법의 상기 반응 과정에 의하여 생성된 합성가스는 일산화탄소 및 수소 가스를 포함하고, 상기 일산화탄소는 고온의 일산화탄소이다. 상기 재활용은 일산화탄소가 갖는 열에너지는 물론, 일산화탄소 가스 자체를 재활용할 수 있다.
상기 합성가스의 재활용은 다양한 형태로 일산화탄소 등을 재활용할 수 있다.
먼저 상기 합성가스를 보일러(103)의 열원으로 공급할 수 있다. 즉, 일반적인 발전시스템에서 보일러(103)에 공급되는 열을 일산화탄소의 열로 대체하는 것이다. 이로부터 일산화탄소가 갖는 열에너지는 발전시스템으로부터 전기에너지로 회수될 수 있다.
또한, 상기 합성가스를 고로에 환원가스로 투입할 수 있다. 일반적으로 제철공정에서는 철광석과 원료탄 유연탄을 높이 약 100m의 고로에 넣은 뒤 1,200℃ 정도의 뜨거운 바람을 불어 넣으면 원료탄이 타면서 나오는 열에 의해 철광석이 녹아 쇳물을 만드는 과정을 거치게 된다. 이러한 철광석은 산소가 결합된 산화물의 형태인 바, 필수적으로 환원제가 필요한데 본 발명의 반응 과정에서 생성된 합성가스는 고로에 직접 주입되어 환원가스로 재활용될 수 있다.
101: 프리챔버
102: 냉각챔버
103: 보일러

Claims (5)

  1. CDQ 본체 상부의 프리챔버에 적열 코크스를 장입한 후 상기 CDQ 본체 하부의 냉각챔버로 적열 코크스를 이동시키는 장입 단계;
    상기 냉각챔버에 냉각가스를 주입하고, 상기 냉각챔버의 하부에 COG 및 스팀을 주입하는 냉각가스 주입단계; 및
    상기 CDQ 본체 내에서 적열 코크스, COG 및 스팀이 카운터 플로를 형성하면서 냉각 및 열회수하면서 COG의 메탄과 스팀의 반응에 의해 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스를 생성하는 냉각단계; 및
    상기 합성가스를 회수하는 회수단계
    를 포함하는 COG를 이용한 코크스 건식 냉각 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 스팀은 보일러에서 발생한 스팀인 COG를 이용한 코크스 건식 냉각 방법.
  3. 제 1항 내지 제 2항 중 어느 한 항의 상기 회수된 합성가스를 재활용하는 합성가스 재활용 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 합성가스를 보일러의 열원으로 공급하는 합성가스 재활용 방법.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 합성가스를 고로에 환원가스로 투입하는 합성가스 재활용 방법.

















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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104830353A (zh) * 2015-05-10 2015-08-12 李东田 一种干、湿结合的熄焦方法
CN105349719A (zh) * 2015-10-10 2016-02-24 成都申川节能环保工程有限公司 基于低通滤波的高炉超导冷却式余热发电节能控制系统
CN106352711B (zh) * 2016-10-27 2018-08-17 武汉钢铁有限公司 炼焦工序余热余能综合利用系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001158883A (ja) 1999-09-20 2001-06-12 Nippon Steel Corp コークス乾式消火方法及び消火装置
JP2008133478A (ja) * 2008-01-18 2008-06-12 Nippon Steel Corp コークス乾式消火方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5975981A (ja) * 1982-10-22 1984-04-28 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd コ−クス乾式消火方法
JPS60122701A (ja) * 1983-12-08 1985-07-01 Nippon Kokan Kk <Nkk> Ｃｄｑ設備における重炭化水素の部分酸化による水素製造法
JPH07126647A (ja) * 1993-10-29 1995-05-16 Sumitomo Metal Ind Ltd 高炉用コークスの製造方法
KR101178526B1 (ko) * 2010-10-05 2012-08-30 주식회사 포스코 코크스로 가스 또는 석탄가스화로 가스의 이용방법
KR101321072B1 (ko) * 2011-09-06 2013-10-23 주식회사 포스코 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조장치 및 그의 제조방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001158883A (ja) 1999-09-20 2001-06-12 Nippon Steel Corp コークス乾式消火方法及び消火装置
JP2008133478A (ja) * 2008-01-18 2008-06-12 Nippon Steel Corp コークス乾式消火方法

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