KR102878171B1

KR102878171B1 - 안수 증류설비에 사용되는 스팀 절감시스템

Info

Publication number: KR102878171B1
Application number: KR1020230176376A
Authority: KR
Inventors: 이미경; 강광원
Original assignee: (주)포스코퓨처엠
Priority date: 2023-12-07
Filing date: 2023-12-07
Publication date: 2025-10-28
Anticipated expiration: 2043-12-07
Also published as: KR20250087024A

Abstract

본 발명은 안수 증류설비에 사용되는 스팀 절감시스템에 관한 것으로서, 스팀을 열원으로 하는 안수 증류탑에 장입되는 혼합 포집액의 온도를 배출되는 안수와 열교환을 하여 온도를 상승시킨 후 투입되도록 하여 투입되는 스팀의 양을 줄일 수 있도록 하기 위하여 개발된 것으로, 황화수소/암모니아 포집탑에서 사용된 암모니아가 제거된 탈안수를 포함하는 포집액과 여과필터에 의하여 정제된 안수가 혼합되어 투입되도록 하는 안수 투입관로를 통하여 장입되고, 하부에서 고온의 스팀이 투입되는 스팀투입부 및 상기 스팀투입부를 통해 투입되는 고온의 스팀에 의하여 암모니아를 증류에 의하여 분리하도록 하며, 하부로 배출되는 암모니아가 제거된 탈안수가 냉각장치로 배출하는 탈안수 배출관로를 구비하는 안수증류탑을 포함하여 구성되는 안수증류설비에 있어서, 상기 안수 투입관로은 분기되어 연장되었다가 일정 구간을 우회한 후 합류하는 제1 열교환관로 및 상기 제1 열교환관로로 단절된 안수 투입관로에 장착되어 유체의 통과량과 우회량을 제어하는 제1 밸브를 구비하고; 상기 탈안수 배출관로는 분기되어 연장되었다가 일정 구간을 우회한 후 합류하는 제2 열교환관로 및 상기 제2 열교환관로로 단절된 탈안수 투입관로에 장착되어 유체의 통과량과 우회량을 제어하는 제2 밸브를 구비하며; 상기 제1 및 제2 열교환관로가 통과하도록 하여 열교환이 이루어지도록 하는 열교환장치를 구비함을 특징으로 하는 안수 증류설비에 사용되는 스팀 절감시스템에 관한 것이다.

Description

안수 증류설비에 사용되는 스팀 절감시스템{The steam saving system for an ammonia still}

본 발명은 안수 증류설비에 사용되는 스팀 절감시스템에 관한 것으로서, 좀더 상세하게 설명하면 스팀을 열원으로 하는 안수 증류탑에 장입되는 혼합 포집액의 온도를 배출되는 안수와 열교환을 하여 온도를 상승시킨 후 투입되도록 하여 투입되는 스팀의 양을 줄일 수 있도록 하기 위하여 개발된 안수 증류설비에 사용되는 스팀 절감시스템에 관한 것이다.

철을 생산하기 위한 제철소에서는 고로에서 대량의 쇳물을 생산하도록 하고 있는데 철광석으로부터 쇳물을 생산하기 위해서는 석탄을 가공한 코크스(Coke)를 필요로 하게 된다.

이때 석탄을 코크스로 가공하는 방법은 코크스 제조용 석탄을 전용 오븐을 이용하여 고온으로 건류하여 생산하도록 하게 되는데 이 과정에서 코크스 오븐 가스(COG; Coke Oven Gas)와 미량의 안수가 발생하게 되는데, 고온의 가스는 제철소의 열원으로 활용할 수 있으나 황화수소(H₂S)와 암모니아(NH₃) 등의 불순물이 다량 포함되어 있어 정제작업을 거쳐 활용하도록 하고 있으며 안수 또한 황화수소(H₂S)와 암모니아(NH₃) 등의 불순물을 제거해서 폐수로 처리함이 바람직하다.

이러한 코크스 오븐 가스와 안수의 정제는 타르 집진기, 냉각기, 황화수소 포집탑, 암모니아 포집탑, 조경유 포집탑을 거쳐 불순물을 포집하여 사용되거나 폐수로 처리되고 있다.

도 3은 종래 안수증류설비를 나타낸 개념도로서, 황화수소/암모니아 포집탑(100)에서 사용된 암모니아가 제거된 탈안수를 포함하는 포집액과 여과필터에 의하여 정제된 안수가 혼합되어 투입되도록 하는 안수 투입관로(11)를 통하여 장입되고, 하부에서 고온의 스팀이 투입되는 스팀투입부(12) 및 상기 스팀투입부(12)를 통해 투입되는 고온의 스팀에 의하여 암모니아를 증류에 의하여 분리하도록 하며, 하부로 배출되는 암모니아가 제거된 탈안수가 냉각장치로 배출하는 탈안수 배출관로(13)를 구비하는 안수증류탑(200)을 포함하여 구성되는 안수증류설비를 나타내었다.

좀더 상세하게 설명하면 황화수소/암모니아 포집탑(100)에서 사용된 탈안수-NaOH 혼합 포집액(25℃, 15㎥)과 안수 중 이물질을 제거하는 Gravel Filter에서 정제된 잉여안수(68℃, 80㎥)가 믹싱되어 안수증류탑(200; Desorber)에 62±2℃의 상태로 장입하여 하부에 공급되는 스팀과 혼합되어 의하여 87±3℃의 온도로 황화수소와 암모니아가 증류되어 가스 상태로 상부로 빠져나가도록 하고 하부로는 탈안수가 배출안수 배출관로(13)를 통하여 배출되도록 하는 것이다.

이때 안수 투입관로(11)에서 투입되는 온도가 62±2℃이기에 스팀과 혼합되어 87±3℃로 상승시키기 위해서는 스팀의 투입량은 많아야 하며, 스팀 증가에 따른 안수증류탑(200)의 상부에서 배출되는 가스 내의 수분 함량 상승하여 이후 실시하는 탈황공정에서 연소를 위한 에너지 사용이 증가하고 탈황 촉매의 반응이 저하되어 효율이 떨어지는 등의 문제점이 발생하게 된다.

또한 장입되는 낮은 온도(62±2℃)로 인한 안수증류탑(200)의 내부에 거품이 발생하는 경우가 생겨 증류효율이 하락하고 거품 제거를 위한 소포제 사용으로 약품비 증가하는 원인이 되고 있다.

따라서, 안수증류탑(200)에 장입되는 혼합 포집액과 잉여안수의 온도를 높일 수 있도록 하여 스팀과 탈황공정에서의 에너지 소비를 줄이고 증류효율을 높일 수 있도록 하는 방안이 필요하다.

대한민국 특허등록 제10-0373820호 (2003년 2월 13일 등록) 대한민국 특허등록 제10-0523104호 (2005년 10월 13일 등록) 대한민국 특허등록 제10-0797284호 (2008년 1월 16일 등록)

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 그 목적은 혼합 포집액과 잉여안수를 안수증류탑에 장입하기 전에 기존의 온도보다 높은 온도로 장입되도록 하고, 장입되는 압력을 높여 고압으로 토출되도록 하여 안수증류탑 내부에서 고르게 배출되도록 하는 안수 증류설비에 사용되는 스팀 절감시스템을 개발하는 것에 있다.

또한, 안수증류탑에 장입되는 혼합 포집액과 잉여안수의 온도를 용이하게 조절할 수 있는 안수 증류설비에 사용되는 스팀 절감시스템을 개발하는 것에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 황화수소/암모니아 포집탑에서 사용된 암모니아가 제거된 탈안수를 포함하는 포집액과 여과필터에 의하여 정제된 안수가 혼합되어 투입되도록 하는 안수 투입관로를 통하여 장입되고, 하부에서 고온의 스팀이 투입되는 스팀투입부 및 상기 스팀투입부를 통해 투입되는 고온의 스팀에 의하여 암모니아를 증류에 의하여 분리하도록 하며, 하부로 배출되는 암모니아가 제거된 탈안수가 냉각장치로 배출하는 탈안수 배출관로를 구비하는 안수증류탑을 포함하여 구성되는 안수증류설비에 있어서,

상기 안수 투입관로은 분기되어 연장되었다가 일정 구간을 우회한 후 합류하는 제1 열교환관로 및 상기 제1 열교환관로로 단절된 안수 투입관로에 장착되어 유체의 통과량과 우회량을 제어하는 제1 밸브를 구비하고;

상기 탈안수 배출관로는 분기되어 연장되었다가 일정 구간을 우회한 후 합류하는 제2 열교환관로 및 상기 제2 열교환관로로 단절된 탈안수 투입관로에 장착되어 유체의 통과량과 우회량을 제어하는 제2 밸브를 구비하며;

상기 제1 및 제2 열교환관로가 통과하도록 하여 열교환이 이루어지도록 하는 열교환장치를 구비함을 특징으로 한다.

아울러, 상기 제1 열교환관로에는 열교환장치를 통과하기 전 유체의 압력을 상승시키도록 하는 펌프를 구비함을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 열교환관로에는 열교환장치를 통과한 후 유체의 온도를 측정하는 온도계를 구비하여, 상기 온도계의 온도에 따라 제2 밸브를 제어하여 열교환장치를 통과하는 탈안수의 양을 조절하도록 구성됨을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 혼합 포집액과 잉여안수를 안수증류탑에 장입하기 전에 고온의 탈안수와 열교환장치 에의하여 가온되도록 하여 높은 온도로 장입되어 스팀의 사용량을 줄이도록 하고 소포제를 포함한 약품의 사용을 줄이도록 하며 증류효율을 높일 수 있어 폐수의 처리 비용 등 전체적인 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 안수증류탑에 장입되는 혼합 포집액과 잉여안수의 온도에 따라 열교환장치에 투입되는 탈안수의 양을 증감하도록 하여 다양한 상황에 따라 안수증류탑에 투입되는 스팀의 양을 최적의 양으로 조절하면서 증류효율을 최적화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안수증류설비를 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스팀절감시스템을 나타낸 개념도이다.
도 3은 종래 안수증류설비를 나타낸 개념도이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안수증류설비를 나타낸 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스팀절감시스템을 나타낸 개념도로서, 황화수소/암모니아 포집탑(100)에서 사용된 암모니아가 제거된 탈안수를 포함하는 포집액과 여과필터에 의하여 정제된 안수가 혼합되어 투입되도록 하는 안수 투입관로(11)를 통하여 장입되고, 하부에서 고온의 스팀이 투입되는 스팀투입부(12) 및 상기 스팀투입부(12)를 통해 투입되는 고온의 스팀에 의하여 암모니아를 증류에 의하여 분리하도록 하며, 하부로 배출되는 암모니아가 제거된 탈안수가 냉각장치로 배출하는 탈안수 배출관로(13)를 구비하는 안수증류탑(200)을 포함하여 구성되는 안수증류설비에 있어서,

상기 안수 투입관로(11)은 분기되어 연장되었다가 일정 구간을 우회한 후 합류하는 제1 열교환관로(111) 및 상기 제1 열교환관로(111)로 단절된 안수 투입관로(11)에 장착되어 유체의 통과량과 우회량을 제어하는 제1 밸브(112)를 구비하고;

상기 탈안수 배출관로(13)는 분기되어 연장되었다가 일정 구간을 우회한 후 합류하는 제2 열교환관로(131) 및 상기 제2 열교환관로(131)로 단절된 탈안수 투입관로(13)에 장착되어 유체의 통과량과 우회량을 제어하는 제2 밸브(132)를 구비하며;

상기 제1 및 제2 열교환관로(111, 131)가 통과하도록 하여 열교환이 이루어지도록 하는 열교환장치(14)를 구비함을 특징으로 하는 안수 증류설비에 사용되는 스팀 절감시스템을 나타내었다.

본원은 안수증류탑(200)에 장입되는 혼합 포집액과 잉여안수의 혼합 액체가 보통 62±2℃의 온도로 내부의 스팀과 만나서 87±3℃의 온도로 상승하기 위해서 많은 스팀을 필요로 하고 이에 따른 효율의 저하를 방지하기 위하여 개발된 것으로, 안수증류탑(200)의 하부에서 배출되는 탈안수 즉 암모니아가 제거된 포집액의 온도가 85~90℃인 것을 감안하여 이러한 탈안수에 의하여 혼합 포집액과 잉여안수의 온도를 높여 투입할 수 있도록 하는 것이다.

특히, 탈안수의 경우 고온이기에 냉각수단을 거치게 되지만 열교환에 의하여 온도가 낮아진 탈안수는 냉각수단의 가동을 상당히 줄일 수 있도록 하여 에너지의 손실을 상당량 방지할 수 있게 된다.

본원에서는 열교환장치에 의하여 혼합 포집액과 잉여안수의 온도를 62±2℃에서 80℃로 높이고 탈안수도 동일한 80℃로 낮출 수 있게 되며, 사용되는 스팀을 줄이고, 증류 효율을 높여 폐수처리비용을 줄이며, 낮은 온도에 의한 거품이 발생하여 투입되는 소포제를 줄이도록 하여 수억원 이상의 비용을 절감하는 효과가 있는 것이다.

이때 추가적으로 안수 증류 공정과 탈황공정이 안정화되며, 탈안수의 온도가 하락하여 폐수처리시 고온에 의한 미생물 증식을 상당히 억제할 수 있는 추가적인 효과를 얻을 수 있는 것이다.

이때 제1 및 제2 밸브(112, 132)는 완전히 닫거나 열리도록 하여 제어할 수 있으며 상황에 따라 부분적인 개방으로 제1 또는 제2 열교환관로(111, 131)로 투입되는 유체의 양을 제어할 수 있도록 함이 바람직하다.

또한, 상기 제1 열교환관로(111)에는 열교환장치(14)를 통과하기 전 유체의 압력을 상승시키도록 하는 펌프(113)를 구비하도록 하면, 안수증류탑(200)에 투입되는 혼합 포집액과 잉여안수의 혼합 액체의 토출 압력을 용이하게 높일 수 있게 되어 안수증류탑(200)의 내부에 고르게 투입되여 효율을 높일 수 있게 된다.

또한, 본원에서는 상기 제1 열교환관로(111)에는 열교환장치(14)를 통과한 후 유체의 온도를 측정하는 온도계(114)를 구비하여, 상기 온도계(114)의 온도에 따라 제2 밸브(132)를 제어하여 열교환장치(14)를 통과하는 탈안수의 양을 조절하도록 구성됨을 특징으로 하는 실시 예를 추가로 제시하였다.

이러한 실시 예는 혼합 포집액과 잉여안수의 혼합 액체의 온도를 80℃를 기준으로 높거나 낮으면 투입되는 탈안수의 양을 줄이거나 늘일 수 있도록 하여 일정한 환경에서 공정이 이루어지도록 하기 위한 수단이 된다.

또한, 반대로 스팀의 생산량에 이상이 발생한 경우 이에 따라 혼합 포집액과 잉여안수의 혼합 액체의 온도를 80℃ 보다 높거나 낮게 투입되도록 하여 공정에 지장이 없도록 하는 등 다양한 변수에도 대응하기 위하여 제시한 실시 예이다.

본 명세서를 통해 보호받고자 하는 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

11 : 안수 투입관로
111 : 제1 열교환관로 112 : 제1 밸브
113 : 펌프 114 : 온도계
12 : 스팀투입부
13 : 탈안수 배출관로
131 : 제2 열교환관로 132 : 제2 밸브
14 : 열교환장치
100 : 황화수소/암모니아 포집탑
200 : 안수증류탑

Claims

황화수소/암모니아 포집탑(100)에서 사용된 암모니아가 제거된 탈안수를 포함하는 포집액과 여과필터에 의하여 정제된 안수가 혼합되어 투입되도록 하는 안수 투입관로(11)를 통하여 장입되고, 하부에서 고온의 스팀이 투입되는 스팀투입부(12) 및 상기 스팀투입부(12)를 통해 투입되는 고온의 스팀에 의하여 암모니아를 증류에 의하여 분리하도록 하며, 하부로 배출되는 암모니아가 제거된 탈안수가 냉각장치로 배출하는 탈안수 배출관로(13)를 구비하는 안수증류탑(200)을 포함하여 구성되는 안수증류설비에 있어서,
상기 안수 투입관로(11)은 분기되어 연장되었다가 일정 구간을 우회한 후 합류하는 제1 열교환관로(111) 및 상기 제1 열교환관로(111)로 단절된 안수 투입관로(11)에 장착되어 유체의 통과량과 우회량을 제어하는 제1 밸브(112)를 구비하고;
상기 탈안수 배출관로(13)는 분기되어 연장되었다가 일정 구간을 우회한 후 합류하는 제2 열교환관로(131) 및 상기 제2 열교환관로(131)로 단절된 탈안수 투입관로(13)에 장착되어 유체의 통과량과 우회량을 제어하는 제2 밸브(132)를 구비하며;
상기 제1 및 제2 열교환관로(111, 131)가 통과하도록 하여 열교환이 이루어지도록 하는 열교환장치(14)를 구비함을 특징으로 하는 안수 증류설비에 사용되는 스팀 절감시스템.
제 1항에 있어서,
상기 제1 열교환관로(111)에는 열교환장치(14)를 통과하기 전 유체의 압력을 상승시키도록 하는 펌프(113)를 구비함을 특징으로 하는 안수 증류설비에 사용되는 스팀 절감시스템.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 제1 열교환관로(111)에는 열교환장치(14)를 통과한 후 유체의 온도를 측정하는 온도계(114)를 구비하여, 상기 온도계(114)의 온도에 따라 제2 밸브(132)를 제어하여 열교환장치(14)를 통과하는 탈안수의 양을 조절하도록 구성됨을 특징으로 하는 안수 증류설비에 사용되는 스팀 절감시스템.