KR20040057935A

KR20040057935A - 코크스 건식 소화 설비 내의 가스 중의 황화합물 저감 방법

Info

Publication number: KR20040057935A
Application number: KR1020030093529A
Authority: KR
Inventors: 스즈끼아쯔시; 하시모또시게루; 시오따하루유끼
Original assignee: 신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2004-07-02
Also published as: CN1511924A; JP2004204132A; KR100568660B1; TW200420720A; TWI300803B; CN1511924B; JP3899020B2

Abstract

본 발명의 목적은 CDQ 설비 내의 가스 중의, 코크스가 예비 챔버 내에 존재하는 공기에 의해 연소될 때 발생하는 황화합물을 저감시키기 위한 방법을 제공하는 것이다. 상기 방법은 10 ㎜ 미만의 입자 크기를 갖는 10 중량％ 이상의 석회를 포함하는 석회를 준비하는 단계와, 적열 코크스가 투입되는 CDQ 설비의 예비 챔버 및/또는 버킷 트럭 내로 일톤의 코크스당 25 내지 640 g의 준비된 석회를 투입하는 단계를 포함한다.

Description

코크스 건식 소화 설비 내의 가스 중의 황화합물 저감 방법 {METHOD FOR REDUCING SULFUR COMPOUNDS IN THE GAS IN COKE DRY QUENCHING EQUIPMENT}

본 출원은 본 명세서에 참고로 전체적으로 포함된 2002년 12월 26일자로 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2002-376817호에 우선권의 주장한다.

본 발명은 석회를 첨가함에 의해서 코크스 건식 소화(이하, CDQ 라 함) 설비 내에 발생하는 가스 중의 황화합물의 농도를 저감시키기 위한 기술에 관한 것이다.

코크스 오븐은 크기가 크고 양호한 열효율을 갖는 외부 가열형 노(furnance)이다. 에너지 회수에서 이루어진 진보에 의해, 현대의 코크스 오븐은 아주 진보된 에너지 회수 기술을 포함한다. 에너지 회수는 코크스가 대량의 순환 가스(통상 질소 가스)에 의해 냉각되고 그런 후 가열된 순환 가스가 전기를 발생시키기 위한 증기 터빈에 의해 이용되는 증기를 발생시키기 위해 이용되는 CDQ 설비를 이용하여 주로 수행된다.

CDQ 설비에서, 코크스 오븐으로부터의 적열 코크스(red-hot coke)는 예비 챔버 내에 투입되고(예를 들면, 첨가되고), 그런 후 하부에서 냉각 챔버를 통과한다. 순환 가스는 코크스를 소화하기 위한 냉각 가스로 냉각 챔버 내부로 공급되어 가열되게 된다. 가열된 순환 가스는 증기를 발생시키도록 보일러와 같은 열교환기로 공급된다. 증기는 전기를 발생시키는 증기 터빈을 작동시키기 위해 이용된다. 따라서 CDQ 설비는 a) 코크스를 소화 및 b) 열 에너지를 회수하는 2가지 기능을 수행한다. 냉각 챔버로부터 배출되는 냉각된 코크스는 소결광(sintered ore)의 가열 및 환원용 연료를 감소시키는 역할을 하도록 용광로 내로 충전된다.

가스 성분을 안정시키고 연소하는 코크스로부터의 열 회수량을 증가시키기 위해 예비 챔버 내부로 공기를 도입하는 기술이 제안되어 있다.

연료 오일 버너가 이용되어 석회의 열 분해에 의해 생석회(quick lime)를 제조하는 종래의 방법에서, 이산화탄소가 연료 오일의 연소에 의해 발생되고 석회가 분해된다. 따라서 종래의 방법은 이산화탄소 발생 공정이다.

그러나, 예비 챔버 내의 공기에 기인한 코크스 연소에 의해 생성되는 미량의 황화합물의 문제는 연구되지 않았다.

코크스 연소에 의해 생성되는 황화합물은 CDQ 설비의 순환 장치를 통해 순환 가스와 함께 반송되고 보일러(열교환기)의 저온부(출구)에서 냉각 후에 황산(H₂SO₄) 또는 아황산(H₂SO₃)으로 부분적으로 응축되고, 이는 장치의 금속부의 표면 상에 금속 부식을 유발한다. 따라서, 작동이 중단되고 부식된 금속 표면부의 연마 및 폴리싱이 수행되고 필요하다면, 부식이 광범위하다면 부식된 부분을 교체하는 주기적인 보수가 필요하다. 만일 이러한 금속 부식이 회피될 수 있다면, 보수의 횟수가 감소될 수 있고, 이는 작업량, 시간 및 비용 면에서 큰 저감을 이룰 수 있다. 그러나, CDQ 설비의 순환 장치, 특히 보일러의 저온부에서의 금속 부식의 방지를 위한 효과적인 기술이 아직 제안되지 않았다.

본 발명의 목적은 CDQ 설비의 가스 중의 황화합물을 저감하는 방법을 제공하는 것이고, 코크스의 연소에 의해 발생된 황화합물은 예비 챔버 내에 존재하는 공기 중에 있다.

발명자는 놀랍게도 석회가 CDQ 설비의 예비 챔버 내부로 투입될 때 (1) CDQ 설비의 예비 챔버 내로 석회를 투입함에 의해서 중유와 같은 다른 연료의 추가적인 양에 대한 필요없이 석회의 열 분해를 위한 충분한 온도 및 잔류 시간이 얻어지고, (2) 적열 코크스의 현열만이 석회를 분해하기 위해 이용되기 때문에 이 열원은 이산화탄소 양을 증가시키기 않으며, (3) 오일 버너를 이용하여 별도로 생석회를 형성하고 형성된 생석회를 CDQ 설비 내로 투입하는 석회의 분해와 비교할 때 높은 열회수 효율이 예상된다는 것을 발견하였다.

본 발명은 CDQ 설비 내의 가스 내의 황화합물을 감소시키기 위한 다음의 10 가지 방법 중 하나에 의해 달성될 수 있다.

본 발명의 제1 태양에 따르면, CDQ 설비 내의 가스 중의 황화합물을 감소시키기 위한 방법은 CDQ 설비 내에 석회를 투입하는 단계를 포함한다.

본 발명의 제2 태양에 따르면, 석회는 적열 코크스가 이어서 투입될 예비 챔버 내로 투입된다.

본 발명의 제3 태양에 따르면, 석회는 적열 코크스를 이동 및 투입하기 위한 버킷 및/또는 버킷 트럭 내로 투입된다.

본 발명의 제4 태양에 따르면, 예비 챔버 내부의 일부 또는 전체 공간의 가스 온도는 1000 내지 1100 ℃이다.

본 발명의 제5 태양에 따르면, 석회는 입자 크기가 10 ㎜ 미만인 석회를 10 중량％ 보다 많이 포함한다.

본 발명의 제6 태양에 따르면, 투입될 석회의 양은 1 톤의 코크스당 25 내지 640 g이다.

본 발명의 제7 태양에 따르면, 석회는 적열 코크스의 단속적인 투입들 사이에 예비 챔버 내로 투입되거나 또는 석회는 적열 코크스와 동시에 예비 챔버 내로 투입된다.

본 발명의 제8 태양에 따르면, 석회는 CDQ 설비의 상부에 위치된 코크스 투입 개구 및/또는 예비 챔버에 위치된 하나 이상의 석회 투입 개구를 통해 투입된다.

본 발명의 제9 태양에 따르면, 석회는 질소 가스 및/또는 순환 가스를 반송 가스로 이용하는 가스 이동의 힘에 의해서 투입된다.

본 발명의 제10 태양에 따르면, 석회는 버킷 및/또는 버킷 트럭 상으로의 적열 코크스의 적재 전에, 적재와 동시에 및/또는 적재 후에 버킷 및/또는 버킷 트럭 내에 투입된다.

도1은 본 발명에서 사용될 대표적인 CDQ 설비의 개략도.

도2a는 바이오매스(biomass)를 분쇄하기 위해 사용되는 분쇄기의 개략도.

도2b 내지 도2e는 도2a의 분쇄기의 출구부들에 설치된 출구 스크린의 메쉬 패턴 및 메쉬 크기와 분쇄된 석회를 분류하고 분쇄된 석회의 입자 크기 및 특정 입자 크기의 비율을 규정하기 위한 분류 스크린을 도시하는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

101 : CDQ

102 : 버킷 트럭

103 : 상부 리드

104 : 코크스 투입 개구

105 : 예비 챔버

106 : 냉각 챔버

107 : 순환 가스

108 : 배출 출구

109 : 열교환기

115 : 링 덕트

127 : 순환 가스 입구

151 : 코크스

183 : 투입 장치

185 : 석회 투입 개구

201 : 코크스 오븐

본 발명의 일 실시예에서, CDQ 설비 내의 가스 중의 황화합물을 저감시키기 위한 방법이 제공되고, 여기서 석회는 가스 중의 황화합물을 저감시키기 위해 CDQ 설비 내로 충전(투입)된다.

코크스의 연소 동안, 코크스 내에 함유된 황은 가스로 이행하는 황화합물(SO_x)로 변환된다. 예비 챔버 내로 직접 또는 버킷 트럭을 통해 예비 챔버 내로 간접적으로 투입되는 석회는 적열 코크스의 열로 인하여 열분해 반응, 즉 700 내지 900 ℃에서 CaCO₃→CaO + CO₂에 따라 열분해된다. 가스(순환 가스 및 예비 챔버 내의 가스) 중의 SO₂또는 H₂S와 같은 황화합물은 석회의 열 분해에 의해 형성된 CaO와의 반응 즉, (1) CaO + SO₂+ 1/2O₂→CaSO₄및 (2) CaO + H₂S →CaS + H₂O, CaS + 2O₂→CaSO₄를 통해 깁스(gypsum, CaSO₄)로 변환된다. 투입된 석회가 온도가 800 내지 1000℃인 CDQ 설비 내의 영역을 통과하는 데 약 1시간이 소요되기 때문에 반응이 일어날 충분한 시간이 있다. SO₂또는 H₂S 는 코크스의 표면 상에 깁스로서 퇴적(고정화)된다. 그 결과, 기체 중의 황화합물은 크게 저감되고(예를 들면, SO_x농도는 92％만큼 감소된다), 시스템 내의 산 부식은 크게 억제된다. 따라서, 시스템은 무보수(maintenance-free) 상태로 근접하게 된다. 본 발명에서, 가스 중의 황화합물은 석회를 투입함에 의해서 고정되고 잔류하는 미반응 CaCO₂및 CaO는 CDQ 및 소결 공정 모두에서 탈황할 수 있는 석회의 대체 재료로서 소결 공정에서 이용될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 석회는 탄산칼슘(CaCO₃), 소석회[수산화칼슘, Ca(OH)₂], 하나 이상의 전술한 것 및 생석회[산화 칼슘(CaO)]의 혼합물 중 임의의 것일 수 있고, 주성분이 탄산칼슘인 천연 석회암을 사용할 수 있다.

석회의 입자 크기에 대해, 특별한 제한은 없다. 바람직하게는 10 중량％ 이상의 석회는 10 ㎜ 미만의 입자 크기를 가져야 한다. 보다 정확하게는 10 내지 100 중량％의 석회, 바람직하게는 50 내지 100 중량％의 석회가 10 ㎜ 미만의 입자 크기를 가져야 하고, 0 내지 90 중량％의 석회가, 바람직하게는 0 내지 50 중량％의 석회가 10 내지 200 ㎜의 입자 크기를 가져야 한다. 그 이유는 일부 큰 크기의 석회 입자는 열 분해되기 어렵고 CDQ 설비 내의 탈황 공정에 기여하기 어렵고, 이는 황 고정의 감소를 초래할 수 있기 때문이다. 따라서, 추가적인 석회가 필요하게 될 것이다. 다시 말해, 석회의 크기 범위가 바람직한 크기 범위 내에 있을 때, 석회는 예비 챔버 내에 투입된 후에 온도가 700 ℃이상인 고온 영역에서 약 1시간 동안 유지되는 동안 열분해되어 충분히 탈황 공정에 기여할 수 있다. 만일 입자 크기가 너무 크다면, 석회 입자가 고온 영역을 벗어나기 전까지 열분해 반응은 입자의 표면을 지나서 그 중심까지 진행되지 않을 것이다(석회의 일부가 CO₂가스로 전환되고, 이는 열분해 부분을 부서러지게 하여 미세한 입자가 되게 한다). 따라서, 코크스의 재생열을 이용하는 열분해 반응은 불충분하게 되고 석회와 순환 가스 사이의 접촉은 가스 중의 황화합물과의 반응을 충분하게 촉진하지 못한다. 따라서, 고정화에 의한 황화합물의 저감은 어려워질 것이다.

그러나, 200 ㎜가 넘는 입자 크기를 갖는 석회는 본 발명에서 이용될 수 있다. 이러한 큰 크기의 석회 입자는 CDQ 설비를 통과하는 동안 크기가 전술한 범위로 되는 정도로 분쇄될 수 있다(가중된 마찰로 인해). 여분량의 석회가 투입될 때, 석회의 일부분이 열분해되지 않고 잔류하는 경우, 잔류 석회는 소결 공정에서 이용될 수 있다. 보통 CDQ 설비를 통과한 후의 코크스는 평균 입자 크기가 25 내지 30 ㎜인 좁은 크기 분포인 것이 요구되며 큰 크기의 코크스는 코크스 절단기를 이용하여 분쇄되고 25 내지 30 ㎜의 메쉬를 갖는 스크린을 이용하여 분류된다. 만일 석회가 미세한 입자로 분쇄된다면, 작은 크기는 입자가 분말로된 코크스와 함께 소결 공정으로 보내지는 것을 허용한다.

석회가 입자 크기가 10 ㎜ 미만인 석회를 10 중량％ 이상, 바람직하게는 50 내지 100 중량％ 이상 포함하여야 하는 이유는 소결 공정에서 사용되는 석회의 크기는 통상 10 ㎜미만이기 때문에 이 크기가 취급하기 편리하기 때문이다. 이와 15 ㎜ 미만의 석회가 동일한 경우에 사용되는 사실에 비추어, 바람직한 조건은 아래와 같다. 석회의 10 내지 100 중량％, 바람직하게는 50 내지 100 중량％는 소결 공정에서 이용될 석회의 크기보다 작은 입자 크기를 가져야하고, 석회의 0 내지 90 중량％, 바람직하게는 0 내지 50 중량％는 소결 공정에서 이용되는 석회의 크기보다 크지만 200 ㎜ 미만의 입자 크기를 가져야 한다.

석회의 크기는 다음과 같이 정의된다.

석회의 크기는 분쇄기에 의해 분쇄된 분쇄 석회를 분류하기 위해 이용되는스크린의 종방향의 메쉬 크기(도2b 내지 도2e에서 화살표로 나타냄)로서 정의된다. 정의는 메쉬의 형상에 의존하지 않으며, 이들 중 일부 예는 도2b 내지 도2e에 도시된다.

분쇄기는 충격, 마찰 절삭 등을 이용하여 재료를 작은 크기의 조각으로 부순다. 충격력을 이용하는 전형적인 기계는 해머밀(hammer mill)과 볼밀(ball mill)이고, 마찰을 이용하는 전형적인 기계는 그라인딩 밀(grinding mill)이고 절삭을 이용하는 전형적인 기계는 커터 형태이다. 대부분의 분쇄 석회의 형상이 구형 또는 입방체(석탄 또는 음식의 경우)에 가깝기 때문에, 자연적인 입자 직경은 분쇄 입자 크기의 양호한 측도일 것 같다. 따라서, 대표 직경 또는 평균 직경의 개념이 용이하게 얻어질 수 있다. 그러나, 본 발명에서 석회의 크기가 분쇄된 석회가 통과하는 스크린의 메쉬 크기로 정의된다. 크기 분류를 위해 이용되는 스크린은 도2에 도시된 분쇄기에 부착된 스크린이 아니고, 이미 분쇄된 석회를 분류하기 위해서만 준비된 별도의 다른 스크린이다. 분류는 석회 입자를 스크린을 통해 통과시키고 스크린에 직각인 방향으로의 진동을 최대한으로 감소시킴에 의해서 수행된다. 만일 스크린의 경사각이 영(0)이면, 진동은 수평 방향으로 행해진다.

작은 크기의 석회는 예를 들면 다음과 같이 얻어진다. 도2에 도시된 바와 같이, 석회 재료(301)는 두꺼운 화살선을 따라 분쇄기(302, 해머형)로 충전된다. 로터(303)는 회전 방향(305)으로 가는 화살선을 따라 충전된 석회를 회전시킨다. 회전된 석회는 분쇄기 내에 장착된 해머(304)와의 충돌에 의해서 또는 해머(304)와 로터(303) 사이의 갭을 통과함에 의해서 분쇄되어 작아지게 분쇄된다. 크기가 감소된 석회는 원심력에 의해 회전 경로의 외측벽에 부착된 스크린을 통해 날아갈 수 있다. 만일 스크린(307)이 특정 형상(308) 및 메쉬 크기(예는 도2b 내지 도2e에 도시된다)를 갖는다면, 메쉬를 통과할 수 있는 감소된 크기의 석회(306)만이 스크린(307)의 밖으로 날아갈 수 있다.

스크리닝(screening)의 예가 아래에 설명된다.

분쇄된 석회는 해머형 분쇄기[분쇄량은 100 ㎏/h, 회전 속도는 200 rpm, 해머 폭은 10 ㎜, 해머의 수는 12개, 출구 스크린 메쉬 크기는 50 ㎜(제곱 메쉬)]에 의해 만들어진다. 분쇄된 석회는 진동 스크린[메쉬 크기 10 ㎜(제곱 메쉬), 5 °경사지고, 경사 방향에 수평 및 수직인 방향으로 10 ㎜의 진폭, 진동수는 30/분]을 이용하여 선별된다. 만일 메쉬를 통과하지 못한 석회가 3번의 시험 운행의 각각에 대해 각각 10, 9, 10 중량％이면, 분쇄된 석회는 10 ㎜ 미만의 입자 크기를 갖는 10 중량％의 석회를 포함하는 것으로 정의된다(3번의 시험 운행의 중량％ 값은 평균이 구해지고 반올림된다.). 동일한 방식으로 출구 스크린 메쉬 크기가 30 ㎜이고 진동 스크린 메쉬 크기가 10 ㎜일 때 만일 메쉬를 통과하지 못한 석회가 각각 20, 20, 20 중량％이면, 분쇄된 석회 샘플은 10 ㎜ 미만의 입자 크기를 갖는 20 중량％의 석회를 포함하는 것으로 정의된다. 또한, 출구 스크린 메쉬 크기가 10 ㎜이고 진동 스크린 메쉬가 10 ㎜일 때, 만일 메쉬를 통과하지 못한 석회가 각각 80, 79, 79 중량％이면, 분쇄된 석회는 10 ㎜ 미만의 입자 크기를 갖는 80 중량％의 석회를 포함하는 것으로 정의된다.

보다 소형의 다른 분쇄기(분쇄량 50 ㎏/h, 200 rpm, 해머 폭 10 ㎜, 해머의수 12개)를 사용함에 의해서, 데이터 신뢰도는 상승될 수 있다.

전술한 바와 같이, 10 ㎜ 미만의 크기를 갖는 석회의 비율이 메쉬 스크린을 통과하지 못한 석회의 중량％로 정의된다. 중량％를 변경하기 위하여, 분쇄기에 부착된 스크린의 메쉬 크기가 변경된다. 입자 크기는 a) 해머의 형상, b) 해머의 폭, c) 회전 속도, d) 스크린 위치, e) 분쇄기의 형태, 즉 그라인드 밀 커터 또는 커터 밀, f) 전술한 분쇄기 스크린의 메쉬 크기를 변경함에 의해서 변경될 수 있다. 어쨌든, 입자 크기는 스크리닝에 의해 한정된다. 스크리닝 그 자체는 진동 형태 또는 조건(예를 들면, 캠에 의한 충격, 스크린의 원형/타원형 운동, 진동수) 및 스크린 메쉬의 형상(직사각형, 원형 또는 타원형)을 변경시킴에 의해서 변경될 수 있다. 그러나, 전술한 진동 스크리닝이 이용되는 한, 입자 크기는 공통 수치로서 정의된다.

투입되는 석회의 양에 대한 특정 제한은 없다. 가스 중의 황화합물은 투입된 양에 비례하여 감소될 수 있다. 바람직하게는 일 톤의 코크스 당 25 내지 640 g의 석회가 투입되어야 한다. 만일 투입된 석회의 양이 일 톤의 코크스 당 25 g보다 적으면, 황화합물은 완전히 제거되지 않을 수도 있다. 반대로, 만일 투입된 석회의 양이 일 톤의 코크스 당 640 g을 넘으면, 황화합물은 완전히 제거될 수 있으나 석회의 일부가 반응하지 않은 채 잔류한다. 그러나 잔류 석회의 양이 전술한 소결 공정에 대해 완전하게 사용될 수 있는 양의 범위인 한, 해롭지 않을 것이다.

석회의 바람직한 양이 넓게 분포하는 이유는 코크스 연소에 의해 발생되는 황화합물의 양이 코크스의 일 톤당 존재하는 공기의 양에 의존하기 때문이다. 일부 공기는 코크스가 투입되는 개구에서 자연적으로 도입되고, 일부 공기는 어떤 목적을 위해 일부러 도입될 수 있다.

예를 들면, 5 내지 20 ㎥(대기 상태 하에서 측정)의 공기가 예비 챔버 내부로 공급될 때, 1.13 내지 4.5 ㎏의 코크스가 연소되고, 이는 코크스 내에 함유된 4.5 내지 20.3 g의 황을 3.2 내지 14.2 리터의 SO_x로 변환시킨다. 이는 실제 생산 시스템에 의한 실험 데이터에 따르면 배출된 가스 중의 13 내지 52 ppm 의 SO_x농도에 해당한다.

석회와 코크스 주위의 열분해 산물 CaO는 유동층(fluidized bed) 상태와 같이 순환 가스에 의해 유동된다고 가정하면, Ca/S ≥2, 즉 투입된 석회 내의 Ca 성분의 양은 순환 가스 내의 황 성분(S)의 2배 이상이다. 이 조건 하에서, 효과적으로 탈황하는 것이 가능하다. 결론적으로 1톤의 코크스당 적절한 석회의 양은 CaCO₃의 측면에서 25 내지 130 g 이다.

코크스 주위의 석회 및 열분해 산물 CaO 가 충전층(packed bed) 상태와 같이 충전된다면, 가스와의 접촉이 감소되기 때문에, 비율 Ca/S ≥10 은 탈황을 효과적으로 할 수 있게 하기 위한 조건이다. 결론적으로, 일톤의 코크스당 적절한 석회의 양은 충전층 상태에서의 CaCO₃의 측면에서 140 내지 640 g이어야 한다.

CDQ 설비 내의 코크스는 이동층에서와 같이 거동한다. 다시 말해, 가스 접촉의 정도는 유동층 상태와 충전된 상태의 것의 사이 정도이다. 이 때문에 일톤의코크스당 적절한 석회의 양은 CaCO₃의 측면에서 25 내지 640 g일 수 있다. 그러나, 공기량의 임의의 변화에 대해 이동층 조건 하에서 투입되어야할 석회의 적절한 양을 결정하기 위해 생산 시스템을 이용한 파일럿 실험 테스트가 수행되는 것이 바람직하다.

예비 챔버 내로 투입될 코크스 대신에 바이오매스를 이용하는 기술이 본 출원인에 의해 제안되었다. 바이오매스와 같은 대체 연료가 이용되는 경우, 첨가될 석회의 양은 공기량과 바이오매스 투입량 등의 임의의 차이를 고려하는 동시에 가스 중의 황화합물의 발생량을 추정함에 의해서 결정될 수 있다. 그러나, 검증 시험은 공기 및 바이오매스량에 대해 투입될 석회의 적절한 양을 결정하기 위해 생산 장비를 이용하여 수행되는 것이 바람직하다.

석회가 예비 챔버 내에 투입되는 것이 요구되는 것은 아니다. 본 발명이 요지는 석회, 특히 석회석, 탄산칼슘 및 소석회를 열분해함에 의해서 생성되는 산화칼슘(CaO)을 황화합물을 반응시킴으로써 CDQ 가스 중의 황화합물을 고정하는 것이다. (이들중 가장 분해되기 어려운 탄산칼슘 조차로 900 ℃ 가 넘는 온도에서 분해될 수 있다). 열분해 반응이 계속되도록 하기 위해서 예비 챔버 내의 적열 코크스(약 1000 ℃)의 열이 이용될 수 있고 버킷 또는 버킷 트럭 상에 적재된 코크스 오븐으로부터 방출되는 적열 코크스의 열이 이용될 수 있다. 통상적으로, 적열 코크스(예비 챔버 내로 투입되기 전)의 열은 이용되지 않았었다. 이 열은 버킷 또는 버킷 트럭으로 적재 시부터 CDQ에 도달할 때까지 시간(약 5분) 동안 대기 중으로방사됨으로써 낭비되었다. 발명의 공정은 열을 효과적으로 이용하기 위하여 열분해를 위해 석회를 예열하도록 버킷 상에 석회를 적열 코크스를 함께 넣는 것을 포함한다.

도면에 따라 세부가 설명된다. 도1은 본 발명에서 이용되는 대표적인 CDQ 설비의 개략도이다.

코크스 오븐(201)에서 만들어진 대략 1000 ℃ 정도의 적열 코크스(151)는 CDQ(101) 설비 내로 이송되기 위해 버킷 또는 버킷 트럭(102, 이하 단순히 버킷 트럭 등이라 함) 내로 압송된다. 적열 코크스는 CDQ(101) 장비의 상부 상에 위치되어 보통 코크스 투입 개구(104)를 덮는 상부 리드(103)를 개방함에 의해서 상부 코크스 투입 개구(104)를 통해 예비 챔버(105) 내로 투입된다. 적열 코크스(151)를 투입한 후 상부 리드(103)는 공기의 자연적인 유입을 차단하기 위해 폐쇄된다. 텅빈 버킷 트럭 등(102)은 다음 적재를 위해서 코크스 오븐(201)으로 복귀된다.

예비 챔버(105) 내의 고온 코크스(151)는 순환 가스(107)에 의해 200 ℃로 냉각되도록 하부 섹션의 냉각 챔버(106)를 통과하도록 하강되고, 그런 후 냉각 챔버(106)의 바닥부의 배출 출구(108)로부터 배출된다. 도1에서, 적열 코크스는 CDQ 설비 내로 투입되기 전에 두터운 화살선(151)에 의해 표시되고, CDQ 설비 내부의 코크스는 참조 부호 153으로 나타내고 이동 방향은 참조번호가 없는 두터운 화살선으로 표시되고, CDQ 설비로부터 배출된 코크스(석회 및 깁스를 포함)는 참조 부호 155로 표시된다.

열은 질소 가스로 주로 구성되는 순환 가스(107)를 통해 열교환기(보일러,109)에 의해 회수된다. 열에 의해 발생된 증기(111)는 증기 터빈(113)을 작동시켜 전기를 발생시킨다. 휘발성 성분 또는 분말 코크스(및 본 발명에서 분말 석회 및 깁스)가 열교환기에 도달하여 코킹(coking) 또는 어떤 열 전달 문제를 유발하는 경우 잔류 휘발성 성분 및 코크스 분말을 태우기 위해 외부 공기(117)가 가스 배기 출구인 링 덕트(115) 내로 추가된다. 더스트 캐처(123)는 코크스 분말, 석회 분말 및 깁스 분말을 수집하기 위하여 링 덕트(115)와 열교환기(109) 사이의 순환 경로(121) 내에 장착되고, 수집된 분말은 다음 소결 공정에서 이용될 것이다. 보일러(109)와의 열교환 후 순환 가스(107)는 순환 경로(121) 내의 순환 가스 송풍기(125)를 이용하여 가스 압력을 조정함에 의해서 순환 가스 입구(127)을 통해 냉각 챔버(106)로 복귀된다. 순환 가스(107)의 일부를 방출하기 위한 가스 방출 경로(129)가 CDQ(101) 설비 내부로의 순환 가스의 유동 속도를 유지하기 위하여 순환 가스 송풍기(125)와 순환 가스 입구(127) 사이의 순환 경로(121)에 설치될 수 있다. 적절한 때, 유동 제어 밸브, 유동계 및/또는 배기 가스 정화 장치가 가스 방출 경로(129)에 설치될 수 있다.

본 발명의 CDQ 설비 내의 가스 중의 황화합물을 저감시키기 위한 방법이 도1에 기초하여 더 설명될 것이다.

도1에 도시된 바와 같이, 석회(181a)는, 투입 형태 (A)로 불리는 적열 코크스(151)가 투입되는 CDQ(101) 설비의 예비 챔버(105) 내에 투입될 수 있고, 석회(181b)는, 투입 형태 (B)로 불리는 버킷 및/또는 버킷 트럭(102) 내에 투입될 수 있고, 석회는 형태 (A) 및 형태 (B)의 조합으로 예비 챔버와 버킷 및/또는 버킷트럭 모두에 투입될 수 있다.

투입 형태 (A)의 실시예들이 지금 설명된다.

투입 형태 (A-1)에서, 적열 코크스(151)는 수분 내지 수십분의 간격으로 배치(batch) 충전(배치 작업에 의해 투입)된다. 석회(181a)는 적합한 석회 투입 장치(183)를 통해 적열 코크스(151)의 투입들 사이에 투입될 수 있고, 이는 투입 타이밍을 용이하게 한다. 그러나, 바람직하게는 석회는 예비 챔버(105)내로 적열 코크스(151)가 투입된 직후에 투입되어야 한다. 보통 CDQ(101) 설비 내부의 공간의 온도는 적열 코크스의 열때문에 1000 내지 1100 ℃이고, 석회가 코크스와 잘 혼합될 필요는 없다. 더욱이, 투입된 석회가 CDQ 설비 내의 온도가 800 내지 1000 ℃인 영역을 통과하는 데 약 1시간이 소요되기 때문에 반응을 위한 충분한 시간(체류 시간)이 있다. 따라서 투입 타이밍에는 특별한 제한이 없다. 그러나, 적열 코크스(151)의 투입 직후에 석회의 투입은 가스 중의 황화합물이 가스 순환 경로 내부로 유동되기 전에 고정되는 황화합물의 양을 증가시킬 수 있고, 이는 보일러의 출구부에서 가스 중에 함유된 황화합물의 응축의 감소를 유발하여, 시스템 내의 산 부식이 감소될 수 있다.

"코크스 배치 충전의 간격"은 제1 버킷 트럭 등(102) 내의 모든 적열 코크스가 예비 챔버(105)로 투입된 시간부터 제2 버킷 트럭 등(102)의 바닥부가 다음 배치의 적열 코크스의 투입을 위해 개방되기 시작하는 시간까지이다.

석회가 적열 코크스 투입 사이에 투입될 때, 코크스층 및 석회층은 CDQ 설비 내에서 하강하고, 열분해 반응 및 깁스로 변환되는 탈황 반응을 갖는 석회층은 코크스 상에 퇴적되어 고정되면서 코크스층 및 코크스층은 샌드위치처럼 교대로 적층되어, 바닥 배출 출구(108)로부터 외부로 배출된다.

투입 형태 (A-2)에서, 석회(181a)는 적열 코크스(151)가 투입됨과 동시에 투입 장치(183)를 이용하여 예비 챔버(105) 내에 투입될 수 있다. 이 동시 투입은 바람직한 실시예 중 하나이다. 석회가 적열 코크스층에 분산되기 때문에 석회를 둘러싼 적열 코크스의 열은 열분해 반응을 촉진시키는 데 효과적으로 이용될 수 있다. 열분해된 석회는 코크스들 사이의 갭 사이를 유동하는 순환 가스 중의 황화합물과 용이하게 접촉하고, 이는 황화합물의 효과적인 고정을 초래한다.

"동시 투입"은 버킷 트럭 등(102)으로부터의 적열 코크스(151)의 투입의 시작으로부터 투입을 마칠 때까지의 시간동안 석회의 투입이 개시되고 종료되는 것을 의미한다. 동시 투입은 코크스와 석회의 양호한 혼합을 가능하게 하고, 이는 석회와 코크스 사이의 접촉 가능성을 증가시키고(이는 열전달 효율을 증가시키고 열분해 반응을 촉진한다), 또한 순환 가스와의 접촉 기회를 증가시킨다(이는 CaO와 가스 중의 황화합물 사이의 반응 효율을 증가시키고, 이는 황화합물 고정화를 촉진한다).

동시 투입의 경우, 각각의 배치 작업의 적열 코크스(151)와 석회(181a)는 다중층을 형성하도록 적층되고, 다중층은 CDQ 설비에서 하강하고 석회는 바닥 배출 출구(108)로부터 최종적으로 배출될 때까지 열분해 반응 및 탈황 반응을 통해 코크스의 표면에 퇴적되는 깁스로 계속 변환된다.

투입 형태 (A-3)는 형태 (A-1)와 형태 (A-2)의 조합이다. 일부 단계에서,석회는 적열 코크스 투입 사이에 투입되고, 다른 단계에서 동시 투입이 이뤄진다. 요구되는 석회의 양이 개별 투입 형태들의 유리한 특징들을 이용하기 위한 목적으로 코크스와 석회의 분리된 층 또는 혼합된 층을 형성하도록 투입된다.

전술된 모든 투입 형태에서, 각각의 배치 작업의 석회(181a) 및 적열 코크스(151)의 투입 양은 한꺼번에, 정해진 주기의 시간에 걸쳐 연속적으로, 또는 일 주기에 걸쳐 단속적으로 투입될 수 있다. 투입의 방식에는 특별한 제한은 없다. 연속적인 또는 단속적인 투입의 경우, 투입량은 일정하거나 변할 수 있다.

전술된 투입 형태 (A)에서, 석회(181a)는 CDQ(101) 설비의 상부 상의 상부 코크스 투입 개구(104) 및/또는 예비 챔버(105) 상에 설치된 하나 이상의 석회 투입 개구(185)를 통해서 예비 챔버 내로 투입될 수 있다.

예비 챔버(105) 상에 설치된 석회 투입 개구(185)의 수에 대해서는, 특별한 제한은 없다. 그러나, 예비 챔버는 순환 가스 중의 황화합물과의 접촉 가능성을 증가시키기 위하여(이는 증가된 반응 효율을 유발한다), 예비 챔버(105) 내에 균일하게 석회를 분산시키기 위한 목적으로 원주 상에 등간격으로 이격된 2개 이상의 투입 개구, 바람직하게는 3개 이상, 보다 바람직하게는 4 내지 16개의 투입 개구를 갖는 것이 권장된다. 17개 이상의 개구가 설치될 수 있지만, 구성 및 제어가 복잡해지고 17 미만의 개구가 통상 충분하다. 복수의 개구는 바람직하게는 동일한 원주 상에 즉 개별 개구에서의 석회(181a)의 공급 비율 또는 투입량, 반송 가스 유동 속도, 투입 유동 속도 및 투입 각을 제어하기 용이하게 하기 위해서 높이가 같은 위치에 설치된다.

투입량, 투입 타이밍, 투입 유동 속도 등은 가스 중의 황화합물이 코크스 내에 존재하는 열을 효과적으로 이용함에 의해서 효과적으로 고정될 수 있는 한 개별 개구에서 동일하거나 또는 각각 변경될 수 있다. 예를 들면, 투입량, 투입 타이밍, 투입 유동 속도 등은 석회가 결여된 위치들이 순환 가스 내의 황화합물과의 전체 반응 효율의 감소를 초래할 수 있기 때문에 예비 챔버 내의 중심 영역과 원주 영역 사이의 차이와 같은 석회의 불균일한 분포를 방지하기 위해 개별 개구에서 변경될 수 있다. 더욱이, 투입될 석회의 형태 또는 이의 혼합물은 투입 타이밍에 따라 변경될 수 있다.

도1에 도시된 바와 같이, 석회 투입 개구(185)의 설치 위치는 예비 챔버의 상부 리드(103) 상에 부가하여 바람직하게는 링 덕트(115) 위의 단면이 하향으로 연장하는 예비 챔버의 부분 상이다. 투입 형태 (A)에서, 개별 개구에서의 투입량, 투입 유동 속도(유동 비율) 및 투입각과 같은 요인들은 석회의 전체 투입량, 투입 타이밍, 투입 위치(상부 리드 또는 예비 챔버의 하향 연장부로부터) 및/또는 이용될 개구의 수에 따라 결정되어야 한다. 최적 조건에 대한 결정은 파일럿 실험 또는 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 행해질 수 있고, 바람직하게는 생산 설비를 이용한 검증 시험에 의해 최종적으로 행해져야만 한다. 특히 투입량, 투입 유동 속도(유동 비율) 및 투입각은 석회가 예비 챔버 내에 균일하게 분포될 수 있도록 후술되는 반송 가스 유동 비율을 변경함에 의해서 조정되는 것이 추천된다.

석회가 적열 코크스(151)의 투입들 사이에 상부 코크스 투입 개구(104)를 통행 투입되는 경우(투입 형태 A)에, 개구(104)는 완전히 개방될 필요는 없고 석회가통과될 정도로만 개방될 수 있다. 상부 리드(103)의 일부분에 별도의 석회 투입 개구(도시 생략)를 형성하는 것이 또한 가능하다. 복수의 석회 투입 개구는 상부 코크스 투입 개구 주위에 설치될 수 있지만, 이는 장치를 복잡하게 할 수도 있기 때문에 상부 리드(103) 내의 개구를 이용하는 것이 보다 용이하고 편리하다.

석회(181a)가 상부 코크스 투입 개구(104) 또는 예비 챔버(105)의 원주 상에 설치된 석회 투입 개구(185)를 통해 투입되는 경우, 석회가 용이하게 예비 챔버(105) 내에 균일하게 분산되도록 개구 크기가 확대되거나 가동 기구 또는 노즐이 개구의 단부 에지 상에 설치될 수 있다. 그러나, 이들이 이용가능한 경우에도 현존하는 구동 장치 또는 기구가 비용을 증가시키는 높은 내열 부재로 만들어지는 것이 필요하기 때문에 분산을 위해 (이후에 설명될) 반송 가스를 이용하는 것이 보다 바람직하다.

적열 코크스(151)와 석회(181a)가 동시에 투입되는 투입 형태 (A-2)의 경우, 석회의 중심 영역을 향한 투입을 막는 낙하하는 적열 코크스(151) 때문에 석회를 균일하게 분산시키는 것이 곤란하기 때문에, 석회는 예비 챔버(105)의 원주 상에 설치된 석회 투입 개구(185)를 통해 투입되는 것보다는 코크스 투입 개구(104)를 통해 적열 코크스(151)와 함께 투입되는 것이 더 좋다.

코크스를 투입(이송)하는 방식에 대해서는 복수의 방법이 있다. 예를 들면, 첫번째 방법은 이송 장치 예를 들면 중력에 의해 개구를 통해 석회를 떨어뜨리는 테이블 공급기 또는 스크류 공급기와 같은 적절한 투입 장치(183)를 이용하는 것이다. 2번째 방법은 석회가 이에 의해 반송되고 투입되는(송입되는) 반송 가스를 이용하는 것이다. 질소 가스 및/또는 순환 가스의 일부가 반송 가스로 이용될 수 있다.

순환 가스를 이용하는 2번째 방법에서, 가스의 온도는 낮아진다. 예는 순환 가스 송풍기(125)를 통과한 후의 가스가 분기되어 파이프(186)를 거쳐 테이블 공급기와 같은 반송 장치의 투입 장치(183) 내로 공급되고, 반송 장치 및 공급된 가스는 가스가 반송 장치로부터 석회 투입 개구(185)까지 연장하는 석회 반송 파이프(187)로 반송 가스로서 공급될 수 있도록 조합식으로 작용한다. 질소 가스를 이용하는 경우, 가스는 질소 가스 공급원으로부터 파이프(188)를 통해 테이블 공급기와 같은 반송 장치의 투입 장치(183)로 공급되고, 앞서 순환 가스를 이용하는 것과 마찬가지로, 반송 장치 및 공급된 질소 가스는 가스가 반송 장치로부터 석회 투입 개구(185)로 연장하는 석회 반송 파이프(187) 내로 반송 가스로서 공급될 수 있도록 조합식으로 작용한다. 또한, 질소 가스 및 순환 가스 모두를 이용하는 경우에, 양자를 위한 파이프 경로가 설치될 것이다. 이 방법에 의해서, 질소 가스 및 순환 가스는 파이프 경로를 절환함에 의해서 동시에 또는 교대로 이용될 수 있어, 반송 가스의 효율적인 공급이 되게 한다.

질소 가스 및 순환 가스에 부가하여 반송 가스로 이용 가능한 가스로서, 다음의 가스들이 이용될 수 있다. 즉, 아르곤 가스와 같은 불활성 가스, 공기(일부 다른 특정 목적을 위해 도입된 공기의 일부), 코크스 오븐 가스와 같은 제철 공정에서 발생되는 다양한 가스들, 용광로 가스 및 변환로 가스가 의도적으로 도입된 공기에 대한 대체 산소 공급원으로 이용 가능하다.

가스 반송은 더 적은 수의 투입 개구를 이용함에 의해서 넓은 영역에 걸쳐 석회를 분산시킬 수 있고, 이는 단순히 중력에 의해 석회를 낙하시키는 것에 비해 보다 균일한 두께의 석회층을 제공한다(동시 투입의 경우, 보다 양호한 분산성을 제공한다). 반송 가스로서 순환 가스(107)를 이용하는 것은 질소 가스를 이용하는 것에 비해 비용의 불이익을 최소화할 수 있다.

석회를 낙하시키기 위해 중력을 이용하는 방식은 반송 가스를 이용하지 않기 때문에 낮은 운영 비용의 이점을 갖는다. 상부 코크스 투입 개구(104)로부터 석회의 투입은 석회가 중력에 의해 낙하하는 경우에서도 석회가 예비 챔버(105) 내의 가스의 열 대류에 기인하여 적당하게 흩뿌려질(분산될) 수 있기 때문에 바람직하다.

투입 형태 (B)의 경우, 버킷은 적열 코크스를 이송하기 위한 용기이다. 버킷 트럭은 도1에 도시된 바와 같이 트럭을 갖춘 버킷이다. 당연히, 다른 이송 및 투입 설비가 본 발명에서 사용될 수 있다.

투입 형태 (B)에서, 석회(181b)는 예비 챔버 내로 투입되기 전에 버킷 및/또는 버킷 트럭 상에 적재된 코크스 오븐으로부터 배출된 적열 코크스의 현열을 이용하기 위해서 적열 코크스(151)와 함께 버킷 및/또는 버킷 트럭(102) 상에 함께 투입되고, 그런 후 적재된 석회 및 적열 코크스는 CDQ(101) 장비의 예비 챔버(105)[정확하게는 코크스 투입 개구(104) 바로 위의 위치]로 이송되어 장치의 이 부분에서 투입된다. CDQ 설비 내에 석회를 투입하기 위한 방법은 투입 형태 (A) 및 투입 형태 (B)를 포함한다.

버킷 및/또는 버킷 트럭 내에 석회를 넣기 위해 요구되는 특정 타이밍은 없다. 코크스의 열은 석회를 예열하기 위한 모든 경우에서 이용가능하기 때문에, 적열 코크스(151)가 코크스 오븐(201)으로부터 버킷 트럭 등(102)에 적재되는 전, 또는 적열 코크스가 적재되는 것과 동시에 또는 적열 코크스가 적재된 후와 같이 언제든지 버킷 및/또는 버킷 트럭 내에 담겨질 수 있다.

(1) 석회(181a)는 적열 코크스(151)가 적재되기 전에 버킷 트럭 등(102)에 적재된다. 예를 들면, 석회는 버킷 트럭 등(102)이 CDQ(101) 설비 내에 적열 코크스(151)를 투입한 후 코크스 오븐으로 복귀하는 동안 빈 버킷 트럭 등(102)에 적재된다. 석회는 석회 투입 장치(예를 들면, 투입 형태 (A)에 대하여 상술한 바와 같이 스크류 공급기 또는 테이블 공급기에 부가하여 로터리 공급기)에 의해서 중력 또는 가스 반송을 이용하여 빈 버킷 트럭 등(102)에 담겨질 수 있고, 그런 후 코크스 오븐으로부터 적열 코크스(151)가 석회를 담고 있는 버킷 트럭 등(102)에 적재된다.

(2) 석회(181b)는 적열 코크스(151)가 이미 적재되어 있는 버킷 트럭 등(102)에 적재된다. 예를 들면, 적열 코크스는 버킷 트럭 등(102)으로 적재되도록 압출 기계를 이용하여 코크스 오븐으로부터 배출되고, 그런 후 버킷 트럭은 석회(181a)이 중력 또는 가스 반송에 의해 적열 코크스를 이미 함유하고 있는 버킷 트럭 등(102)에 담겨지는 석회 투입 장치(예를 들면 투입 형태 (A)에 대해 상술한 바와 같이 스크류 공급기 또는 테이블 공급기에 부가하여 로터리 공급기가 이용될 수 있다) 아래의 위치로 나가간다. 두 방식 모두 작동이 간단하고 용이하고 석회투입 장치, 코크스 압출 기계 및 CDQ 설비와 간섭하지 않는다.

상기 (1)의 방식에서, 적열 코크스를 적재한 후에, 버킷 트럭 등(102)은 CDQ 설비에 도달하기 전에 석회를 적재하는 시간을 소비함이 없이 CDQ(101) 설비에 도달할 수 있다. 상기 (2)의 방식에서, 버킷 트럭 등(102) 내의 적열 코크스(151)는 석회(181b)로 덮혀질 수 있고, 이는 적열 코크스의 열의 방사를 제한하고 또한 적열 코크스(151)가 공기와 접촉하는 것을 방지하여 적열 코크스가 연소하는 것을 방지하는 동시에 석회의 열 분해를 촉진할 수 있다.

전술된 2개의 투입 형태 (A) 및 (B)은 조합될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 적열 코크스(151)의 열의 방사를 제한하는 동시에 석회(181b)의 열 분해를 촉진시킬 정도의 특정량의 석회만이 버킷 등(102) 내의 적열 코크스에 투입되고(투입 형태 (B)), 그런 후 필요한 나머지 양은 석회가 적열 코크스와 균일하게 혼합되어 분산될 수 있도록 투입 형태 (A)에 의해서 투입된다.

예비 챔버의 내부에서, 모든 또는 적어도 일부의 공간은 1000 내지 1100 ℃의 양호한 온도의 가스를 갖는다. 온도가 높을수록 석회의 열분해 반응에 대한 반응 비율과, 가스 중의 황화합물을 깁스(CaSO₄)로 고정시키는 가스 중의 황화합물과 열분해 산물 CaO 사이의 반응을 증가시킨다. 그 결과, 더 높은 탈황 효과가 실현된다. 코크스의 표면 상에 퇴적되는 깁스로 고정된 황은 냉각된 코크스(155) 및 잔류하는 미반응 CaCO₃및/또는 CaO와 함께 CDQ 설비의 바닥 배출 출구(108)로부터 배출된다. 큰 크기의 코크스는 코크스 절단기에 의해 분쇄되고 스크린에 의해 분류되고, 메쉬를 통과할 수 없는 분말 코크스는 수집되고 균일한 크기의 코크스 입자가 메쉬를 통과한 뒤 수집된다. 깁스(CaSO₄) 및 미반응 CaCO₃및/또는 CaO는 분말 코크스와 함께 후속 소결 공정으로 보내진다. 메쉬를 통과한 균일한 크기의 코크스는 용광로로 공급된다. 통상 소결광, 특히 용매제(flux)가 용광로에 부가될 필요가 없도록 CaO(통상 석회석 분말)가 미리 연소된 석회 함유 소결광 또는 자용성(self-fluxing) 소결광은 투입된 분말 코크스 및 투입된 석회와 함께 철광석을 소결함에 의해서 제조된다. 본 발명에서, 분말 코크스 내에 이미 포함된 CaCO₃및 CaO는 석회에 대한 대체 재료로서 이용가능하고, 이는 그렇지 않은 경우에 투입되어야할 소결 공정에서의 석회 소모의 감소를 초래한다. 따라서, 석회는 제철 공정에서 탈황제로서 효과적으로 이용될 수 있다. CDQ 및 소결 공정 모두에서, 석회는 CaSO₄로 변환된다.

만일 예비 챔버 내부의 공간의 가스 온도가 1000 ℃ 미만이면, 열분해 반응 CaCO₃→CaO + CO₂은 거의 진행되지 않는다(900 ℃ 이상에서 분해된다). 이에 부가하여, 탈황의 반응 효율은 높을 수가 없고, 이는 황화합물의 제거비(탈황 비율)가 낮아지게 할 수도 있다. 반대로, 만일 온도가 1100 ℃ 보다 높으면, CDQ의 냉각 효율이 열 방사와 같은 증가된 열 손실에 기인하여 낮아져서, 전체 열 효율을 저하시킨다.

예비 챔버의 내부 공간은 전체 공간에 걸쳐 균일한 온도 분포를 가질 필요는 없다. 비록 전술된 범위 밖의 온도의 구역(pocket)이 있다고 해도, 이는 전체적으로 무해하다.

예

본 발명은 다음의 특정 예들에 기초하여 아래에서 설명된다. 그러나, 본 발명의 기술사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 이 상세한 설명으로부터 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자들에게 명확하기 때문에 특정 예들이 본 발명의 바람직한 실시예를 지시할지라도 예의 목적으로만 주어진 것이라는 것을 이해하여야 한다.

비교예1(석회 투입 없음) - 도1에 도시된 CDQ 설비의 정상 작동은 일톤의 코크스당 5 ㎥(대기 조건 하에서 측정)이 예비 챔버로 도입되는 것으로 가정하고 운행된다. 5 ㎥(대기 조건 하에서 측정)의 값은 상부 리드(103)가 코크스를 투입하기 위해 개방된 때 자연적으로 예비 챔버 내로 도입되는 공기량으로, CDQ 생산 설비의 작동 기록에 기초하여 예측된 상당히 정확한 값으로 보인다. 이 비교예에서 사용된 코크스의 황함량은 0.4 중량％(건조)이고 휘발성 물질(VM)은 3 중량％이다. 예비 챔버 내부의 공간의 가스 온도는 작동 중 1000 내지 1100 ℃였다. 이 공간 내의 가스 온도는 도1에 도시된 바와 같이 예비 챔버(105) 내측에 위치된 온도 센서(191)에 의해서 측정되었다. 코크스 오븐(201)으로 충전된 석탄 조각은 입자 크기가 10 ㎜ 미만이다.

충전된 5 ㎥(대기 조건 하에서 측정됨) 내의 산소 가스(O₂)의 양은 1.05 ㎥(대기 조건 하에서 측정됨)이고, 이는 1.13 ㎏의 적열 코크스를 연소함에 의해서 4.5 g의 황(S) 함유 가스를 발생시킨다. 결과적으로 3.21 (대기 조건하에서 측정됨)의 SO_X가 발생된다. 발생된 SO_X는 도1의 가스 방출 경로(129)를 통해 방출된 방출 가스 내의 SO_X농도로서 측정된다. 결과는 석회를 사용하지 않은 경우에 방출된 가스 내의 SO_X양은 13 ppm (CDQ 작동 중에 방출된 방출 가스의 평균 SO_X농도)이었다.

예1(석회 투입) - 비교예와 마찬가지로 일톤의 코크스 당 5 ㎥ (대기 조건 하에서 측정)이 예비 챔버로 도입되는 것으로 가정된다. 석회는 적절한 투입 장치(183), 공기를 반송 가스로 이용하는 적절한 가스 반송 시스템 및 테이블 공급기를 이용하여 예비 챔버의 원주 상에 등간격으로 이격된 4개의 석회 투입 개구(185)를 통해 적열 코크스(151)의 단속적으로 수행되는 투입들 사이에 예비 챔버 내로 투입된다. 보다 상세하게는 균일한 석회층이 코크스 상에 형성될 수 있도록 테이블 공급기 및 가스 반송 유동 비율을 제어함에 의해서 4개의 석회 투입 개구(185)의 각각을 통해 동시에 같은 양의 석회가 송풍된다. 투입되는 석회의 양은 일톤의 적열 코크스 당 300 g이다. 다른 조건은 비교예1의 것과 동일하다. 예1에 사용된 코크스의 황함량은 1.4 중량％(건조)이고 휘발성 물질(VM)은 3 ％이다. 사용된 석회는 모두 탄산칼슘(CaCO₃)이다. 코크스 오븐(201)에 충전된 석탄은 입자 크기가 10 ㎜ 미만이다. 예1에서 사용된 석회는 입자 크기가 10 ㎜ 미만인 10 중량％의 석회를 포함한다. 보다 상세하게는 도2에 도시된 바와 같이, 사용된 석회는 해머형 분쇄기[분쇄량 = 100 ㎏/h, 회전 속도 200 rpm, 해머폭 = 10 ㎜, 해머 수 = 12개, 출구 스크린 메쉬 크기 = 50 ㎜(제곱 메쉬)]에 의해 만들어진다. 분쇄된 석회는 진동 스크린[메쉬 크기 10 ㎜ (제곱 메쉬), 5°경사, 진폭 = 경사 방향에 수평 및 직각 방향으로 10 ㎜, 진동수 = 30/분]을 사용하여 걸러진다. 메쉬를 통과하지 이전의 석회는 세번의 시험 운행에 대해 각각 10, 9, 10 중량％이다. 따라서, 분쇄된 석회는 입자 크기가 10 ㎜ 미만인 10 중량％의 석회를 포함하는 것으로 결정되고 그런 후 예1의 운행을 위해 사용된다.

이 예에서, CDQ 설비는 일톤의 적열 코크스 당 300 g의 석회(CaCO₃)를 투입하도록 작동된다. SO_x농도는 도1의 가스 방출 경로(129)를 통해 방출된 방출 가스에서 측정된다. 방출된 가스 내의 SO_x양은 1 ppm(CDQ 작동 동안 방출된 방출 가스의 평균 SO_x농도)로 낮아진다. 다시 말해, 황화합물의 제거 또는 회수율(탈황 비율)은 92 ％이다.

그 결과, 보일러(109)의 열교환 파이프의 표면 또는 보일러(109)의 출구 섹션 상의 H₂SO₄또는 H₂SO₃의 응축에 의해 유발되는 산 부식은 획기적으로 저감될 수 있다.

예2 - 이 예에서 사용되는 석회는 예1에서 사용된 것과 동일하다. 석회는 적열 코크스가 이미 적재된 버킷 트럭(102) 내로 담겨진다. 보통, CDQ 작동에서, 100 t/h의 적열 코크스가 1000 ℃의 가스 온도를 갖는 예비 챔버 내로 투입되고,이는 70.2 t/h의 증기, 즉 0.702 t-증기/t-코크스를 발생시키고, 30 g/h의 석회가 적열 코크스와 함께 예비 챔버 내로 투입될 때 CDQ 설비는 0.635 t-증기/t-코크스를 발생시킨다. 그러나, 본 발명자는 석회가 버킷 트럭으로 30 g/h씩 미리 담겨진 후, 적열 코크스와 함께 투입된 때, CDQ 설비는 0.64 t-증기/t-코크스를 발생시키는 것을 발견하였다. 결과적으로, CDQ 내로 투입되기 전에 버킷 트럭에서 분해되는 석회의 비율은 (0.64-0.635)/(0.702-0.635) X 100 = 7.5 ％이다. 다시 말해, 버킷 트럭 내에 머물면서 대기 중으로 방사된 적열 코크스의 열이 7.5 ％의 석회 양에 대한 분해열로서 회수될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 CDQ 가스 중의 황화합물을 감소시킬 수 있다. 일톤의 코크스당 5 ㎥(대기 조건 상태에서 측정)의 공기를 예비 챔버 내로 도입하는 경우, SO_X농도는 13 ppm 에서 1 ppm으로, 즉 92 ％ 만큼 감소될 수 있다. 이는 산 부식에 대한 유지 보수의 빈도를 매 3년에서 적어도 매 5년으로 감소시킬 수 있고, 이는 수리 시간, 작업 및 비용을 크게 감소시킨다. 이전에, 수리가 부식된 부분의 연마를 포함하고 필요한 연마는 그 부분을 예상보다 얇게 만들기 때문에 부식된 금속부는 예상보다 일찍 교체되어야만 했다. 또한, 본 발명은 급속히 부식되었던 장치가 더 오랜 기간동안 작동되는 것을 허용한다. 배출되는 SO_X양의 저감은 가스 정화 장치에 대한 운전 비용을 감소시킨다.

CDQ에 의해 냉각된 코크스는 그런 후 선별된다. 균일한 크기의 코크스 입자는 일단 메쉬를 통과한 후 수집되고, 그런 후 용광로로 보내지고 메쉬를 통과하지 못한 분말 코크스는 소결광을 만들기 위해 소결 공정으로 보내진다. 소결 공정에서, 철광석은 분말 코크스 및 석회와 함께 소결되어 10 내지 20 ㎜ 크기의 소결광을 형성한다. 본 발명에서, CDQ 설비에 투입된 석회는 황성분을 깁스(CaSO₄)로 고정하여, CDQ 설비로부터 배출되어 메쉬를 통과하지 못한 분말 코크스와 함께 수집되도록 수집되어 선별된다. 따라서, 깁스(CaSO₄)는 또한 소결 공정에 제공되고, 깁스(CaSO₄)가 소결 공정에서 석회에 대한 대체 재료로서 미반응 CaCO₃및 CaO에 부가하여, 열분해를 통해 CaO를 생성함으로써 석회에 대한 대체 재료로써 작용하기 때문에, 소결 공정으로 투입될 석회량이 영(0)까지 크게 감소될 수 있는 본 발명의 파생 효과를 제공한다. 일단 고정화되면, 깁스(CaSO₄)로서 황은 깁스의 황 성분이 가스화되어 다시 소모되는 용광로 및 소결 공정으로 보내진다. 그러나, 깁스의 황의 양은 원래 코크스 내에 함유된 황의 일부이고 소결 공정 및 용광로 내에 설치된 현존하는 황 제거 장치는 공정에서 코크스로부터 황 성분을 정화하기에 충분한 용량을 가진다. 따라서, 용광로뿐만 아니라 소결 공정도 CDQ 설비로부터 운반된 황 성분을 처리하기 위한 어떠한 추가 설비도 필요로하지 않는다.

Claims

CDQ 설비 내로 석회를 투입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 CDQ 설비 내의 가스 중의 황화합물 저감 방법.
제1항에 있어서, 상기 석회는 적열 코크스가 또한 투입되는 예비 챔버 내로 투입되는 것을 특징으로 하는 CDQ 설비 내의 가스 중의 황화합물 저감 방법.
제1항에 있어서, 상기 석회는 CDQ 설비 내로 적열 코크스를 이동 및 투입하기 위한 버킷 및/또는 버킷 트럭 내로 위치되는 것을 특징으로 하는 CDQ 설비 내의 가스 중의 황화합물 저감 방법.
제1항에 있어서, CDQ 설비의 예비 챔버 내부의 일부 또는 전체 공간의 가스 온도는 1000 내지 1100 ℃인 것을 특징으로 하는 CDQ 설비 내의 가스 중의 황화합물 저감 방법.
제1항에 있어서, 석회의 10 중량％ 이상은 10 ㎜ 미만의 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 CDQ 설비 내의 가스 중의 황화합물 저감 방법.
제1항에 있어서, 투입되는 석회의 양은 일톤의 코크스당 25 내지 640 g인 것을 특징으로 하는 CDQ 설비 내의 가스 중의 황화합물 저감 방법.
제2항에 있어서, 상기 석회는 적열 코크스의 단속적인 투입들 사이에 예비 챔버 내로 투입되거나 상기 석회는 적열 코크스와 동시에 예비 챔버 내로 투입되는 것을 특징으로 하는 CDQ 설비 내의 가스 중의 황화합물 저감 방법.
제2항에 있어서, 상기 석회는 CDQ 설비의 상부에 위치된 코크스 투입 개구 및/또는 예비 챔버 상에 위치된 하나 이상의 석회 투입 개구를 통해 투입되는 것을 특징으로 하는 것을 CDQ 설비 내의 가스 중의 황화합물 저감 방법.
제1항에 있어서, 상기 석회는 질소 가스 및/또는 순환 가스를 반송 가스로 이용하는 가스 반송에 의해 투입되는 것을 특징으로 하는 CDQ 설비 내의 가스 중의 황화합물 저감 방법.
제3항에 있어서, 상기 석회는 버킷 및/또는 버킷 트럭 상으로의 적열 코크스의 적재 전, 적재와 동시 및/또는 적재 후에 버킷 및/또는 버킷 트럭 내로 투입되는 것을 특징으로 하는 CDQ 설비 내의 가스 중의 황화합물 저감 방법.
제7항에 있어서, 상기 석회는 적열 코크스의 단속적인 투입들 사이에 예비 챔버 내로 투입되는 것을 특징으로 하는 CDQ 설비 내의 가스 중의 황화합물 저감방법.
제7항에 있어서, 상기 석회는 적열 코크스와 동시에 예비 챔버 내로 투입되는 것을 특징으로 하는 CDQ 설비 내의 가스 중의 황화합물 저감 방법.
제8항에 있어서, 상기 석회는 CDQ 설비의 상부에 위치된 코크스 투입 개구 및/또는 예비 챔버 상에 위치된 하나 이상의 석회 투입 개구를 통해 투입되는 것을 특징으로 하는 CDQ 설비 내의 가스 중의 황화합물 저감 방법.
제8항에 있어서, 상기 석회는 예비 챔버 상에 위치된 하나 이상의 석회 투입 개구를 통해 투입되는 것을 특징으로 하는 CDQ 설비 내의 가스 중의 황화합물 저감 방법.
제9항에 있어서, 상기 석회는 질소 가스를 반송 가스로 이용하는 가스 반송에 의해 투입되는 것을 특징으로 하는 CDQ 설비 내의 가스 중의 황화합물 저감 방법.
제9항에 있어서, 상기 석회는 순환 가스를 반송 가스로 이용하는 가스 반송에 의해 투입되는 것을 특징으로 하는 CDQ 설비 내의 가스 중의 황화합물 저감 방법.
제10항에 있어서, 상기 석회는 적열 코크스의 버킷 및/또는 버킷 트럭 상으로의 적재 전에 버킷 및/또는 버킷 트럭 내로 투입되는 것을 특징으로 하는 CDQ 설비 내의 가스 중의 황화합물 저감 방법.
제10항에 있어서, 상기 석회는 적열 코크스와 동시에 버킷 및/또는 버킷 트럭 내로 투입되는 것을 특징으로 하는 CDQ 설비 내의 가스 중의 황화합물 저감 방법.
제10항에 있어서, 상기 석회는 적열 코크스의 버킷 및/또는 버킷 트럭으로의 적재 후에 버킷 및/또는 버킷 트럭 내로 투입되는 것을 특징으로 하는 CDQ 설비 내의 가스 중의 황화합물 저감 방법.