KR20060023074A

KR20060023074A - 고로 수재 제조시 발생하는 황화수소의 제거방법

Info

Publication number: KR20060023074A
Application number: KR1020040071903A
Authority: KR
Inventors: 조기현
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2004-09-08
Filing date: 2004-09-08
Publication date: 2006-03-13

Abstract

본 발명은 고로 수재 제조시 발생하는 황화수소의 제거방법에 관한 것으로, 특히 고로 수재 제조시 슬래그가 냉각수에 의해 급냉될 때 슬래그에 함유된 유황분과 물이 접촉하여 발생되는 황화수소를 제거하기 위하여 상기 냉각수에 수산화나트륨 : 황산아연 : 황산암모늄을 2 : 1 : 3의 당량비로 가하여 혼합한 혼합액을 황화수소와 반응시켜 착염을 형성시킴으로써 슬래그샌드 제조설비에서 배출되는 황화수소를 효율적으로 제거할 수 있는 고로 수재 제조시 발생하는 황화수소의 제거방법에 관한 것이다.

고로 수재, 황화수소, 냉각수

Description

고로 수재 제조시 발생하는 황화수소의 제거방법 {METHOD FOR REMOVING OF HYDROGEN SULFIDE ORIGINATED FROM SAND MAKING OF BLAST FURNACE}

도 1은 본 발명에 따른 일실시예들과 비교예들의 황화수소 농도에 따른 황화수소 제거율을 측정한 그래프이다.

도 2는 본 발명에 따른 일실시예들과 비교예들의 황화수소 투입속도에 따른 황화수소 제거율을 측정한 그래프이다.

도 3은 본 발명에 따른 일실시예들과 비교예들의 반응온도에 따른 황화수소 제거율을 측정한 그래프이다.

본 발명은 고로 수재 제조시 발생하는 황화수소의 제거방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 슬래그샌드 제조설비에서 배출되는 황화수소를 효율적으로 제거할 수 있는 고로 수재 제조시 발생하는 황화수소의 제거방법에 관한 것이다.

현재 고로에서 선철을 생산할 때 부수적으로 발생되는 슬래그는 드라이 피트(dry pit)에서 괴재로 만들거나 수재 설비에서 고압의 냉각수로 급냉, 세립화시켜 수재(slag sand)로 만든다.

상기 수재의 일반적인 제조공정은 다음과 같다.

우선 제철소의 고로에서 철을 제조할 때 철광석과 코크스 중에 함유된 SiO₂, Al₂O₃, MgO 등의 산성 또는 염기성 산화물들이 석회와 반응하여 생성된 고로의 용융 슬래그를 수재 설비의 교반조로 공급하고, 상기 공급된 슬래그와 냉각수를 직접 접촉시켜 급냉시킨다. 이결과 생성된 수재와 냉각수는 교반조의 하부에 체류된 다음, 슬러리 펌프에 의해 분리조로 이송되어 물과 수재로 분리된다. 상기와 같이 분리된 수재는 필요한 곳에 재사용되고, 냉각수는 냉각탑에서 냉각시켜 재순환된다.

이같이 용융 슬래그가 냉각수에 의해 급냉될 때 슬래그에 함유된 유황분이 산화되어 SO₂로 방출되거나 물과 접촉하여 H₂S를 발생하게 된다. 이와 같이 발생한 증기와 황화수소는 교반조 상부의 스택을 통하여 대기중으로 방출되는데, 방출된 증기와 황화수소의 혼합가스는 부식성이 강하여 설비를 조기 부식시키고, 황화수소의 계란 썩는 냄새로 인하여 강한 악취를 발생시키기 때문에 반드시 제거하여야만 한다.

이와 같이 발생된 황화수소 함유 증기를 제거하기 위하여, 대한민국공개특허공보 제10-1986-7000843호는 황화수소 함유 증기를 물추진 분사류가 도입된 수용기에서 부분 응축시킨 다음 잔류 증기와 가스에 물을 분무시켜 응축시킨 다음, 최종적으로 잔류하는 가스는 분무 헤드로 재순환시키는 것을 특징으로 하는 용광로 슬래그로부터 슬래그 샌드(입자)를 제조하는 방법 및 이에 사용되는 장치에 대하여 개시하고 있으며, 이때 수용기내에서 부분 응축된 황화수소 가스는 슬래그내 Ca 성분과 반응하여 제거된다.

또한 대한민국공개특허공보 제10-1998-0057559호는 수재스택에서 발생하는 증기 및 황화수소의 제거방법 및 장치에 대하여 개시하고 있다.

뿐만 아니라, 최근 고로 수재 제조시 발생하는 황화수소를 제거하는 방법으로 대한민국공개특허공보 제10-2001-0057467호는 냉각수에 수산화나트륨을 첨가하여 황화수소의 제거효율을 향상시키는 방법에 대하여 개시하고 있으나, 상기 방법은 S^2-의 농도가 급속히 저하되어 황화수소 제거효율을 저하시킨다는 문제점이 있다. 또한 대한민국공개특허공보 제10-2004-0009257호는 황화수소 함유 증기를 냉각함으로써 증기를 배출하지 않는 무증기 시스템에 대하여 개시하고 있으며, 상기 방법은 황화수소 제거에는 매우 효과적이나 고가의 장비를 사용하여야 한다는 문제점이 있다.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 슬래그샌드 제조설비에서 배출되는 황화수소를 효율적으로 제거할 수 있는 고로 수재 제조시 발생하는 황화수소의 제거방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 부식성이 강하고 악취발생의 원인이 되는 황화수소를 효율적으로 제거하여 설비의 조기 부식을 방지하고, 작업자들의 작업환경을 개선할 수 있는 고로 수재 제조시 발생하는 황화수소의 제거방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 고로 수재 제조시 슬래그가 냉각수에 의해 급냉될 때 슬래그에 함유된 유황분과 물이 접촉하여 발생되는 황화수소를 제거하는 방법에 있어서,

상기 냉각수에 수산화나트륨 : 황산아연 : 황산암모늄을 2 : 1 : 3의 당량비로 가하여 혼합한 혼합액을 황화수소와 반응시켜 착염을 형성시키는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 고로 수재 제조시 발생하는 황화수소의 제거방법을 제공한다.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명은 고로 수재 제조시 슬래그가 냉각수에 의해 급냉될 때 슬래그에 함유된 유황분과 물이 접촉하여 발생되는 황화수소를 제거하기 위하여 상기 냉각수에 수산화나트륨 : 황산아연 : 황산암모늄을 2 : 1 : 3의 당량비로 가하여 혼합한 혼합액을 황화수소와 반응시켜 착염을 형성시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 사용되는 상기 슬래그는 고로에서 발생되는 통상의 슬래그를 사용할 수 있다.

상기 고로에서 발생된 슬래그는 교반조로 유입되고, 이와 동시에 상기 교반조 슬래그를 수재화시키기 위한 물의 분사가 이루어지며, 상기 교반조에서 슬래그와 물이 혼합되면서 슬래그가 냉각, 분쇄, 및 응고되어 수재가 제조되며, 동시에 하기 반응식 1 및 2에 따라 가스가 발생된다.

[반응식 1]

[반응식 2]

이때, 상기 화학식 1 및 화학식 2에서 보여지는 반응은 슬래그에 물이 분사되어 발생되는 가스 전체에 대한 것은 아니고, 슬래그 성분 중 황 성분이 물과 반응하면서 발생되는 가스의 종류를 보여주기 위한 것이다.

즉, 슬래그에 물을 분사하여 수재를 제조할 때 슬래그의 황 성분이 물과 반응하여 H₂S, CaO, 및 SO₂가 발생되며, 이들 중 CaO는 물과 반응하여 소석회인 Ca(OH)₂를 생성하며, SO₂는 물 및 상기 소석회 성분과 반응하여 석고석을 생성한다. 또한, 상기 H₂S는 발생과 동시에 본 발명의 수산화나트륨, 황산아연, 및 황산암모늄을 포함하는 냉각수와 반응하여 하기 반응식 3과 같이 아염아민착염의 황화합물을 생성한다.

[반응식 3]

상기 냉각수에 함유되는 수산화나트륨, 황산아연, 및 황산암모늄은 통상의 것을 사용할 수 있음은 물론이다.

상기 수산화나트륨, 황산아연, 및 황산암모늄은 냉각수에 2 : 1 : 3의 당량 비로 포함되는 것이 바람직하며, 그 비율이 상기와 같은 경우에는 안정한 착염의 황화합물을 형성시켜 황화수소의 제거효율을 향상시키는데 있어 더욱 좋다.

상기와 같은 반응으로 생성되는 아염아민착염의 황화합물은 이후 진행되는 통상의 공정에 의해 제거할 수 있음은 물론이다.

상기와 같은 본 발명에 따르면 슬래그샌드 제조설비에서 배출되는 부식성이 강하고 악취발생의 원인이 되는 황화수소를 효율적으로 제거하여 설비의 조기 부식을 방지하고, 작업자들의 작업환경을 개선할 수 있는 잇점이 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

실시예 1

황화수소 표준가스 100 ppm을 정량펌프를 이용하여 0.5 L/min의 흐름속도로 배관을 통해 2L 용량의 반응용기에 주입하였다. 그 다음 냉각수에 0.02 N의 수산화나트륨, 0.01 N의 황산아연, 및 0.03 N의 황산암모늄을 혼합하고, 상기 혼합액을 반응용기에 투입하여 반응시켰다. 이때, 챔버를 이용하여 반응용기의 온도를 20 ℃로 일정하게 유지하였으며, 반응액은 정량펌프를 이용하여 지속적으로 반응기에 투입시키고, 반응에 이용된 반응액은 정량펌프를 이용하여 배출시켰다.

실시예 2∼7

상기 실시예 1에서 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 실험 조건을 달리한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.

[표 1]

구분	실시예
구분	1	2	3	4	5	6	7
H₂S 농도 (ppm)	100	10	1,000	100	100	100	100
H₂S 투입속도 (L/min)	0.5	0.5	0.5	0.1	1	0.5	0.5
반응온도 (℃)	20	20	20	20	20	50	70

비교예 1∼7

상기 실시예 1 내지 7에서 그 다음 냉각수에 0.02 N의 수산화나트륨을 단독으로 첨가한 것을 제외하고는 상기 실시예 1 내지 7과 동일한 방법으로 실시하였다.

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에서 반응시킨 가스를 황화수소 분석기를 이용하여 황화수소 농도에 따른 황화수소 제거율을 측정하고, 그 결과를 도 1에 나타내었다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 10 ppm의 황화수소를 투입한 경우에는 본 발명에 따라 0.02 N의 수산화나트륨, 0.01 N의 황산아연, 및 0.03 N의 황산암모늄을 냉각수에 혼합한 실시예 2의 경우와 수산화나트륨만 단독으로 사용한 비교예 2의 경우 유사한 정도의 황화수소 제거효율을 나타냈으나, 100 ppm의 황화수소를 투입한 경우에는 본 발명에 따른 실시예 1은 98.9 %, 비교예 1은 94.2 %의 황화수소 제거효율을 나타냈으며, 1,000 ppm의 황화수소를 투입한 경우에는 본 발명에 따른 실시예 3은 97.3 %, 비교예 3은 88.4 %의 황화수소 제거효율을 나타내었다.

이로부터, 본 발명에 따라 수산화나트륨 : 황산아연 : 황산암모늄을 2 : 1 : 3의 당량비로 가하여 혼합한 냉각수와 황화수소를 반응시킨 실시예 1 내지 3의 경우 수산화나트륨을 단독으로 사용한 비교예 1 내지 3보다 황화수소의 농도증가에 따라 제거효율이 더욱 우수하게 나타남을 알 수 있었다.

또한, 상기 실시예 1, 실시예 4 또는 5와 비교예 1, 비교예 4 또는 5에서 반응시킨 가스를 반응시간 30 분 후 황화수소 분석기를 이용하여 황화수소 투입속도에 따른 황화수소 제거율을 측정하고, 그 결과를 도 2에 나타내었다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 0.02 N의 수산화나트륨, 0.01 N의 황산아연, 및 0.03 N의 황산암모늄을 혼합한 냉각수와 황화수소를 반응시킨 실시예 1, 실시예 4 또는 5와 수산화나트륨을 단독으로 사용한 비교예 1, 비교예 4 또는 5는 황화수소의 투입속도에 따라 황화수소 제거율의 변화가 없었으며, 이로부터 황화수소의 투입속도는 황화수소 제거율에 영향을 미치지 않음을 알 수 있었다.

또한, 상기 실시예 1, 실시예 6 또는 7와 비교예 1, 비교예 6 또는 7에서 반응시킨 가스를 황화수소 분석기를 이용하여 반응온도에 따른 황화수소 제거율을 측정하고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 0.02 N의 수산화나트륨, 0.01 N의 황산아연, 및 0.03 N의 황산암모늄을 혼합한 냉각수와 황화수소를 반응시킨 실시예 1, 실시예 4 또는 5와 수산화나트륨을 단독으로 사용한 비교예 1, 비교예 4 또는 5는 반응온도가 증가함에 따라 황화수소 제거효율이 감소하는 경향을 나타냄을 확인할 수 있었다.

본 발명에 따르면 슬래그샌드 제조설비에서 배출되는 부식성이 강하고 악취발생의 원인이 되는 황화수소를 효율적으로 제거하여 설비의 조기 부식을 방지하고, 작업자들의 작업환경을 개선할 수 있는 효과가 있다.

이상에서 본 발명의 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims

고로 수재 제조시 슬래그가 냉각수에 의해 급냉될 때 슬래그에 함유된 유황분과 물이 접촉하여 발생되는 황화수소를 제거하는 방법에 있어서,

상기 냉각수에 수산화나트륨 : 황산아연 : 황산암모늄을 2 : 1 : 3의 당량비로 가하여 혼합한 혼합액을 황화수소와 반응시켜 착염을 형성시키는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 고로 수재 제조시 발생하는 황화수소의 제거방법.