KR20000041662A - 코크스로 탄화실의 석탄가스 발생량 예측방법 - Google Patents

코크스로 탄화실의 석탄가스 발생량 예측방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 코크스로 탄화실의 석탄가스 발생량을 예측하는 방법에 관한 것으로서, 보다 정확하고, 보다 간단하게 탄화실 석탄가스 발생량을 예측할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
본 발명은 탄화실험장치를 이용하여 코크스 오븐의 탄화실 석탄가스 발생량을 예측하는 방법에 있어서, 2차 열분해로 온도를 변화시키면서 배합탄을 탄화실험하여 석탄가스 발생속도를 측정하여 2차 열분해로 온도(T)의 함수로 하는 석탄가스 발생속도(F)모델을 구하는 단계; 상기 단계를 배합탄중의 휘발분 함량을 변화시키면서 수행하는 단계; 상기 석탄가스 발생속도(F)모델를 석탄가스 발생량(G)모델로 변환하는 단계; 상기 각각의 휘발분을 갖는 배합탄을 코크스로에서 건류할 때 발생되는 석탄가스발생량을 측정하고, 이 측정된 석탄가스발생량모델을 이용하여 최적 2차 열분해로 온도(T1)를 구하는 단계; 배합탄중의 휘발분 함량과 최적 2차 열분해로 온도(T1)와의 상관관계를 구하는 단계; 및 배합탄 변경시 배합탄의 휘발분을 측정하여 휘발분 함량과 최적 2차 열분해로 온도(T1)와의 상관관계에 대입하여 최적 2차분해로 온도를 구한 다음, 상기 석탄가스 발생량(G)모델에 대입하여 석탄가스 발생량을 구하고, 이를 탄화실 석탄가스 발생량으로 예측하는 단계를 포함하여 구성되는 코크스 로 탄화실의 석탄가스 발생량 예측방법을 그 요지로 한다.

Description

코크스 로 탄화실의 석탄가스 발생량 예측방법
본 발명은 코크스로 탄화실의 석탄가스 발생량을 예측하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 코크스 제조시 배합탄의 탄종 및 배합비 변동시에도 보다 간단하게 탄화실 석탄가스 발생량을 예측할 수 있는 방법에 관한 것이다.
코코스 로에 장입되는 석탄은 가열벽으로 부터의 전열에 의하여 열분해되어 코크스를 생성함과 동시에 타르와 다량의 코크스 로(오븐) 가스(COG)를 발생시킨다.
이들 타르와 COG는 분리 포집되어 타르는 화학제품의 원료로 사용되고 있으며 석탄 톤당 약 300∼360Nm3발생하는 코크스 로 가스는 제철소 전공정의 연료로 사용되어 전 제철소 에너지 공급의 93%를 차지하며 그 조성은 건류조건, 건류방식, 조업조건, 원료탄의 조건에 따라 변화가 많지만 대략적으로 수소 50∼55%, 메탄 약 28∼33%, CO 6∼8%, CO22∼3%등이다.
상기와 같이 에너지원으로서 사용되는 COG의 발열량 및 발생량을 예측하는 것은 제철소내 타공장에서의 조업안정과 직결되는 매우 중요한 사항이다.
가열온도는 석탄의 열분해 생성물 조성에 가장 큰 영향을 미치는 변수이다. 즉, 상기 가열온도는 두가지 영향을 미치는데 첫째는 석탄의 분해이고, 둘째는 휘발분의 2차 반응에 대한 영향이다.
일반적으로, 메탄의 형성은 2개 또는 4개의 반응이 평행하게 발생하여 중복적으로 겹치게 되는 것으로 해석되며, 건류온도가 낮아지면 메탄의 조성이 높아지고 온도가 높으면 작아진다.
이것은 메탄이 석탄열분해시 1차 생성물이기 때문이다. 이러한 1차 생성물이 가열 죤(hot zone)을 지날 때 분해되어 다시 수소로 전환되기 때문이다. 수소는 약 400℃부터 발생하여 약 700℃부근에서 최대를 보이며 이후 서서히 감소하지만 1000℃이상에서도 계속 발생하며 이는 통계적 활성화 에너지 분포를 갖는 수많은 1차반응의 조합이기 때문이다.
단위 중량의 석탄에서 열분해에 의하여 발생하는 가스의 발생속도를 석탄온도의 함수로 나타냄으로써 석탄온도가 T1에서 T2로 상승하는 사이에 발생하는 가스의 양을 구하는 것이 가능하며 수식으로는 하기 식(1)및(2)와 같이 나타낼 수 있다.
여기서, g: 단위중량 석탄의 가스 발생량
T :석탄온도
ψ(T) : 석탄 단위중량당 가스 발생속도
여기서, g: 석탄온도가 T1에서 T2로 상승하는 사이에 단위중량의 석탄에서 발 생하는 가스 양
석탄가스의 발생속도를 석탄온도의 함수로 나타내는 방법으로는 1차분해로 및 2차분해로를 이용하여 온도에 따른 석탄가스의 발생속도를 직접 측정하는 방법이 알려져 있는데, 석탄가스의 발생패턴이 도 1에 나타난 바와 같이 2차 분해로의 온도에 따라 매우 다양하게 변화하기 때문에 2차 분해로의 온도 설정이 매우 중요하다.
상기 석탄가스 발생패턴은 경우에 따라 한달 3∼4번씩 변화하는 탄종 배합비에 의해서 매우 큰 폭으로 변화하기 때문에 상기 방법에서와 같이 고정된 2차 분해로값을 사용하는 경우에는 정확한 예측을 할 수 없게 된다.
왜냐하면, 탄종 및 배합비가 바뀐경우에는 석탄 조성변화에 따른 석탄의 물리, 화학적 특성이 달라지므로 석탄조성변화에 따른 석탄가스발생속도가 변화하게 되기 때문이다.
또한, 탄종 및 배합비는 석탄의 하적상황에 따라 월 3-4번도 바뀔 수 있으므로 배합비가 변경될때 마다 석탄가스 발생속도실험을 다시 수행하여 온도의 함수로서의 석탄가스 발생속도에 대한 데이타를 얻어야 하는 번거러움이 있다.
본 발명자는 상기한 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 행하게 된 것으로서, 본 발명은 코크스 제조시 배합탄의 탄종 및 배합비 변동시에도 2차 분해로 온도를 구하기 위한 실험을 다시 행하지 않고 배합탄중의 휘발분의 함량을 이용하여 2차 분해로 온도를 구하고 이를 근거로하여 탄화실 석탄가스 발생량을 예측하므로서, 보다 정확하고, 보다 간단하게 탄화실 석탄가스 발생량을 예측할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
도 1은 배합탄의 2차 분해로 온도에 대한 1차 분해로 온도변화에 따른 석탄가스 발생량 변화를 나타내는 그래프
도 2는 휘발분이 25.3%인 배합탄을 사용하여 본 발명에 의해 예측한 석탄가스 발생량과 실제측정한 석탄가스 발생량의 변화를 나타내는 그래프
본 발명은 1차 열분해로와 2차 열분해로로 이루어진 탄화실험장치를 이용하여 코크스 로 탄화실의 석탄가스 발생량을 예측하는 방법에 있어서,
2차 열분해로 온도를 변화시키면서 배합탄을 탄화실험하여 석탄가스 발생속도를 측정하여 2차 열분해로 온도(T)의 함수로 하는 석탄가스 발생속도(F)모델을 구하는 단계;
상기 단계를 배합탄중의 휘발분 함량을 변화시키면서 수행하는 단계;
상기 석탄가스 발생속도(F)모델를 석탄가스 발생량(G)모델로 변환하는 단계;
상기 각각의 휘발분을 갖는 배합탄을 코크스로에서 건류할 때 발생되는 석탄가스발생량을 측정하고, 이 측정된 석탄가스발생량모델을 이용하여 최적 2차 열분해로 온도(T1)를 구하는 단계;
배합탄중의 휘발분 함량과 최적 2차 열분해로 온도(T1)와의 상관관계를 구하는 단계; 및
배합탄 변경시 배합탄의 휘발분을 측정하여 휘발분 함량과 최적 2차 열분해로 온도(T1)와의 상관관계에 대입하여 최적 2차분해로 온도(T1)를 구한 다음, 상기 석탄가스 발생량(G)모델에 대입하여 석탄가스 발생량을 구하고, 이를 탄화실 석탄가스 발생량으로 예측하는 단계를 포함하여 구성되는 코크스 로 탄화실의 석탄가스 발생량 예측방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은 1차 열분해로와 2차 열분해로로 이루어진 탄화실험장치를 이용하여 코크스 오븐의 탄화실 석탄가스 발생량을 예측하는 방법에 적절히 적용된다.
2차 열분해로 온도를 변화시키면서 배합탄을 석탄 탄화실험하여 석탄가스 발생속도를 측정하여 2차 열분해로 온도(T)의 함수가 되는 석탄가스 발생속도(F)모델을 구한다.
상기 단계를 배합탄중의 휘발분 함량을 변화시키면서 수행한다.
상기 석탄가스 발생속도(F)모델을 석탄가스 발생량(G)모델로 변환한다.
상기 각각의 휘발분을 갖는 배합탄을 코크스로에서 건류할 때 발생되는 석탄가스발생량을 측정하고, 이 측정된 석탄가스발생량모델을 이용하여 최적 2차 열분해로 온도(T1)를 구한다.
배합탄중의 휘발분 함량과 최적 2차 열분해로 온도(T1)와의 상관관계를 구하는데, 이에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
예를 들면, 휘발분(VM)의 함량이 다른 4개의 배합탄에 대한 배합탄중의 휘발분 함량과 최적 2차 열분해로 온도(T1)를 상기와 같은 방법으로 구하여 배합탄중의 휘발분 함량과 최적 2차 열분해로 온도(T1)와의 상관관계를 구하면 하기 식(3)과 같으며, 4개의 휘발분 함량과 2차 열분해로 온도 데이타쌍의 회귀분석을 통하여 하기 식(3)의 상수a,b,c를 구한다.
T = a(VM)2+ b(VM) + c
(a,b,c: 회귀분석에 의해 구해지는 상수)
다음에, 배합탄 변경시 배합탄의 휘발분을 측정하여 휘발분 함량과 최적 2차 열분해로 온도(T1)와의 상관관계에 대입하여 최적 2차분해로 온도(T1)를 구한 다음, 상기 석탄가스 발생량(G)모델에 대입하여 석탄가스 발생량을 구하고, 이것을 탄화실 석탄가스 발생량으로 예측한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
실시예
휘발분(VM)이 25.3%인 배합탄을 사용하여 본 발명법에 따라 탄화실 석탄가스 발생량을 예측하고, 그 예측결과를 도 2에 나타내었다.
이때,상기 배합탄에 대하여 하기 식(4)를 이용하여 최적 2차열분해온도를 구하였는데, 2차열분해온도는 873.4℃였다.
T = 25(VM)2+ 1221.5(VM) + 15775.1
상기 식(4)는 하기 표1에 제시되어 있는 배합탄을 이용하여 구했다.
휘발분(VM)(%) 2차분해온도(℃)
1 25.2 870
2 24.8 858
3 25.5 883
4 25.1 865
도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 탄화실 석탄가스 발생량을 예측하는 경우는 예측정도에 큰 변화 없이 배합탄의 정보만으로 실험 없이 석탄가스 발생량을 예측할 수 있음을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 코크스로 가스의 발생량을 보다 정확하고 보다 간단하게 예측할 수 있으므로, 석탄 가스 발생량의 탄력적인 수급관리를 하여 코크스로가스를 에너지원으로 사용하는 여러 설비의 안정적이고 계획적인 조업이 가능하도록 하는 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1차 열분해로와 2차 열분해로로 이루어진 탄화실험장치를 이용하여 코크스 로 탄화실의 석탄가스 발생량을 예측하는 방법에 있어서,
2차 열분해로 온도를 변화시키면서 배합탄을 탄화실험하여 석탄가스 발생속도를 측정하여 2차 열분해로 온도(T)의 함수로 하는 석탄가스 발생속도(F)모델을 구하는 단계;
상기 단계를 배합탄중의 휘발분 함량을 변화시키면서 수행하는 단계;
상기 석탄가스 발생속도(F)모델를 석탄가스 발생량(G)모델로 변환하는 단계;
상기 각각의 휘발분을 갖는 배합탄을 코크스로에서 건류할 때 발생되는 석탄가스발생량을 측정하고, 이 측정된 석탄가스발생량모델을 이용하여 최적 2차 열분해로 온도(T1)를 구하는 단계;
배합탄중의 휘발분 함량과 최적 2차 열분해로 온도(T1)와의 상관관계를 구하는 단계; 및
배합탄 변경시 배합탄의 휘발분을 측정하여 휘발분 함량과 최적 2차 열분해로 온도(T1)와의 상관관계에 대입하여 최적 2차분해로 온도(T1)를 구한 다음, 상기 석탄가스 발생량(G)모델에 대입하여 석탄가스 발생량을 구하고, 이를 탄화실 석탄가스 발생량으로 예측하는 단계를 포함하여 구성되는 코크스 로 탄화실의 석탄가스 발생량 예측방법
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