KR20060071622A - 코크스 오븐 가스 중 유화수소의 선택적 흡수율 향상 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 야금용 코크스를 제조하는 공정에서 발생되는 코크스 오븐 가스(Coke Oven Gas)중에 함유되어 있고 대기로 방출되는 경우 대기오염물질이 되는 유화수소(H₂S)의 제거에 관한 것으로서, 코크스 오븐 가스가 공급되는 유화수소 흡수탑 상부에는 암모니아 흡수탑으로부터 조안수가 공급되고, 유화수소 흡수탑 하부에는 농안수가 공급되어 코크스 오븐 가스 중의 유화수소를 흡수하는 공정에 있어서, 상기 농안수에 2-4g/L 농도의 가성소다 또는 1~1.5% 농도의 모노에탄놀아민을 첨가하는 것을 특징으로 하여, 유화수소의 흡수과정 중에서 유화수소의 흡수를 방해하는 물질인 이산화탄소의 흡수를 억제하고 유화수소의 흡수율을 향상시키는 방법에 관한 것이다.

유화수소, 이산화탄소, 가성소다, 모노에탄놀아민

Description

코크스 오븐 가스 중 유화수소의 선택적 흡수율 향상 방법{Method of increasing selective absorption of hydrogen sulfide from cokes oven gas}

도 1은 종래의 코크스 오븐 가스의 정제 공정을 나타내는 개략도.

도 2는 본 발명이 적용되는 코크스 오븐 가스의 정제 공정을 나타내는 개략도.

도 3a, 3b는 각각 가성소다의 첨가에 따른 유화수소와 이산화탄소의 분동 농도 변화량을 나타내는 그래프.

도 4a, 4b는 각각 모노에탄놀아민의 첨가에 따른 유화수소와 이산화탄소의 분당 농도 변화량을 나타내는 그래프.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 코크스 오븐 20 : 냉각기

30 : 전기집진기 40 : 유화수소 흡수탑

50 : 암모니아 흡수탑

본 발명은 야금용 코크스를 제조하는 공정에서 발생되는 코크스 오븐 가스(Coke Oven Gas)중에 함유되어 있고 대기로 방출되는 경우 대기오염물질이 되는 유화수소(hydrogen sulfide, H₂S)의 제거에 관한 것이다. 좀 더 상세히 설명하면 코크스 오븐 가스에 함유된 유화수소를 제거하는 흡수법에 있어서 흡수과정 중에서 유화수소의 흡수를 방해하는 물질인 이산화탄소의 흡수를 억제하고 유화수소의 흡수율을 향상시키는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 코크스 오븐 가스에는 수소, 메탄, 이산화탄소, 시안화합물, 벤젠과 같은 방향족 유기화합물과 유화수소가 함유되어 있으며 이중에서 수소와 메탄은 발열량이 높은 물질로서 연료가스로 활용되고 있다.

그런데 이러한 연료가스는 유화수소가 함유된 상태로 연소되는 경우 이산화유황화합물을 생성시켜서 철강 후처리 공정에서 제품의 불량을 발생시키고 또한 대기로 방출되는 경우 대기 오염 규제물질을 방출하므로 연료가스로 재사용하기 전에 유화수소를 제거할 필요가 있다.

이러한 유화수소를 제거하기 위해서 여러 가지 공정이 상업화되어 운전되고 있으며 대표적인 공정으로서 1) 아민류를 흡수액으로 이용하여 흡수 제거하는 공정과 2) 카보네이트 용액을 이용하여 흡수 제거하는 공정 및 3) 암모니아수를 이용하여 흡수하는 공정이 있다. 이중 암모니아수를 이용하는 공정은 코크스 오븐가스의 처리에 있어서 다량 함유된 암모니아를 물로 흡수시켜서 이를 흡수액으로 이용하여 재활용하는 방법으로서 많이 채택되고 있는 방법이며, 본 발명은 이에 관한 것이다.

상기 공정들 모두는 산성가스인 유화수소를 제거하기 위해서는 알칼리성의 흡수액을 사용하는데, 이 경우 산성가스인 이산화탄소도 동시에 흡수되어 흡수액의 흡수능력을 포화시키기 때문에 유화수소의 흡수율을 저하시키는 원인이 되고 있어서 이산화탄소의 흡수율을 억제하고 유화수소만을 선택적으로 흡수하여 흡수율을 향상시키는 방법이 필요하다.

종래에 암모니아수를 흡수액으로 사용하는 코크스 오븐의 정제공정에서 유화수소를 흡수 제거하는 공정은 도 1에 도시된 바와 같다.

도 1에 의하면, 코크스 오븐(10)에서 나오는 코크스 오븐 가스는 우선 냉각기(20)를 통과하여 온도를 900℃ 정도에서 약 40℃ 정도로 냉각되고, 그 후 전기집진기(30)를 거치면서 코크스 오븐 가스 중에 함유된 미세한 콜타르 입자가 제거된 다음, 유화수소 흡수탑(40)으로 인입되어 유화수소의 흡수 공정을 거치게 된다.

이 때 흡수에 사용되는 흡수액은 암모니아 흡수탑(50)으로부터 공급되는 조안수 용액이 유화수소 흡수탑(40)의 상부로 공급되며, 또한 유화수소 흡수탑(40) 하부에는 흡수에 사용된 후 처리된 암모니아수를 농축시킨 농안수가 공급되어 코크스 오븐 가스 중에 함유된 유화수소를 흡수하게 된다.

그 후, 이러한 유화수소의 흡수공정을 거친 코크스 오븐 가스는 암모니아 흡수탑(50)의 하부로 유입되고, 외부에서 탈안수와 연수의 공급을 통하여 정제된다.

이 때 유화수소의 흡수에 있어서 이산화탄소의 농도가 높은 경우 유화수소의 흡수율이 하락하는 문제점이 있었다. 특히, 하절기와 같이 대기 온도가 높아 유화수소의 흡수율이 하락할 때 탈안수에 가성소다를 다량 첨가하고 있으나 이는 유화수소의 흡수율에 직접적인 영향을 미치기보다는 탈안수 중에 함유된 고정질소화합물을 분해하여 탈안수의 흡수능을 향상시키기 위한 것이나, 실질적으로 고정질소의 분해만으로 흡수율의 향상은 크게 증가하지 않는다는 문제점이 있었다.

한편, 코크스 오븐 가스 중의 유화수소의 제거를 위한 종래의 방법으로서, 안수를 사용하지 않고 가성소다 또는 모노에탄놀아민을 사용하는 방법이 있었다.

그러나 가성소다를 사용하는 경우 유화수소를 효율적으로 포집하기 위해서는 pH값이 10 ~ 13의 고농도의 가성소다를 사용하여야 하며, 이러한 경우 이산화탄소도 동시에 반응을 하여 탄산염이 발생되어 유화수소의 흡수율 저하는 물론 전체 공정의 폐색현상을 유발할 수 있다는 문제점이 있었다.

그리고 모노에탄놀아민을 사용하는 경우, 15%농도 정도의 고농도로 인하여 경제적인 부담은 물론 이 경우에도 이산화탄소를 동시에 흡수함으로써 첨가된 모노에탄놀아민의 효능이 저하된다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 현재 제철공정에서 운전되고 있는 코크스 오븐 가스 정제공정에서 이산화탄소의 흡수를 억제하면서 유화수소의 흡수율을 선택적으로 향상시키기 위하여 유화수소 흡수탑에 공급되는 농 안수에 소정의 화학약품을 첨가하는 코크스 오븐 가스 중 유화수소의 선택적 흡수율 향상 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 코크스 오븐 가스 중 유화수소의 선택적 흡수율 향상 방법은, 코크스 오븐 가스가 공급되는 유화수소 흡수탑 상부에는 암모니아 흡수탑으로부터 조안수가 공급되고, 유화수소 흡수탑 하부에는 농안수가 공급되어 코크스 오븐 가스 중의 유화수소를 흡수하는 공정에 있어서, 상기 농안수에 2-4g/L 농도의 가성소다를 첨가하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 코크스 오븐 가스가 공급되는 유화수소 흡수탑 상부에는 암모니아 흡수탑으로부터 조안수가 공급되고, 유화수소 흡수탑 하부에는 농안수가 공급되어 코크스 오븐 가스의 중의 유화수소를 흡수하는 공정에 있어서, 상기 농안수에 1~1.5% 농도의 모노에탄놀아민을 첨가하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명의 구성에 대하여 첨부된 도 2를 참조하여 설명하면, 기본적으로 도 1의 종래 공정도와 동일한 공정 순서를 갖는 코크스 오븐 가스의 정제공정에 관한 것이나, 다만 유화수소 흡수탑(40)에 첨가되는 화학약품의 종류와 그 농도를 조절함으로써 유화수소의 선택적 흡수율을 현저히 향상시킬 수 있다는 점에서 본 발명의 특징이 있다.

구체적으로, 본 발명은 유화수소 흡수탑(40)에 공급되는 농안수에 소량의 가 성소다 또는 모노에탄놀아민을 첨가하여 유화수소의 흡수율을 향상시키되, 이산화탄소의 흡수율은 크게 변화시키지 않는 것에 그 특징이 있게 된다.

이때, 가성소다를 사용하는 경우 그 농도는 2 ~ 4g/L가 바람직하다. 만약 2g/L 미만인 경우 유화수소 흡수율의 변화가 미미하며, 4g/L를 초과하는 경우 후 공정에서 증류시 거품 생성 등의 문제가 발생하기 때문이다.

그리고 모노에탄놀아민을 사용하는 경우 그 농도는 1 ~ 1.5%로 하는 것이 바람직하다. 이는 1%농도 미만인 경우 효과가 매우 작으며, 1.5%농도를 초과한 경우에는 투여된 양에 비하여 그 효과상 차이가 작기 때문이다.

이하에서는, 본 발명에 대한 실시예를 비교예와 비교함으로써 그 작용 및 효과에 대하여 구체적으로 설명한다.

(1) 가성소다(NaOH)를 사용하는 경우

유화수소 8000ppm, 이산화탄소 4%, 암모니아 10000ppm이 함유된 동일한 코크스 오븐 가스에 대하여, 가성소다를 첨가하지 않은 경우(비교예 1), 농안수에 가성소다 2g/L를 첨가한 경우(실시예 1), 농안수에 가성소다 4g/L를 첨가한 경우 각각에 대한 유화수소 및 이산화탄소의 분당 농도변화를 각각 도 3a, 3b로 표시하였다.

도 3a는 가성소다 첨가에 따른 시간당 유화수소의 농도 변화를 나타내는 그래프로서, 본 발명에 따른 실시예 1, 2의 경우 비교예 1에 비하여 유화수소의 농도가 상당히 감소됨을 알 수 있으며 실시예 2의 경우 유화수소의 농도가 최대 23% 정도 저하됨을 확인할 수 있다. 한편 탈안수 및 연수에 가성소다 5g/L를 첨가하는 경 우 비교예 1에 비하여 유화수소의 농도 변화는 없었다.

그리고 도 3b는 가성소다 첨가에 따른 시간당 이산화탄소의 농도 변화를 나타내는 그래프로서, 실시예 1, 2의 경우 비교예 1에 비하여 이산화탄소의 농도가 약 3% 정도만 감소하였음을 확인할 수 있다.

(2) 모노에탄놀아민(Monoethanolamine, MEA)을 사용하는 경우

상기 (1)과 동일한 코크스 오븐 가스에 대하여, 모노에탄놀아민을 첨가하지 않은 경우(비교예 2), 농안수에 모노에탄놀아민 1%를 첨가한 경우(실시예 3) 및 농안수에 모노에탄놀아민 1.5%를 첨가한 경우(실시예 4) 각각의 경우에 대하여 분당 유화수소 및 이산화농도의 변화를 실험하였으며 그 결과는 도 4a, 4b와 같다.

도 4a로부터 본 발명에 따른 실시예 3, 4의 경우 비교예 2에 비하여 유화수소의 농도가 20% 내지 40% 감소함을 알 수 있었고, 도 4b로부터 실시예 3, 4의 경우 비교예 1에 비하여 12% 정도 감소되었으나 유화수소의 농도 감소량에 비하여 훨씬 작음을 알 수 있다.

즉, 이상의 실험으로부터 농안수에 가성소다 또는 모노에탄놀아민을 첨가하게 되면 종래에 비하여 이산화탄소의 농도의 감소는 작게 유지하면서 유화수소의 농도를 상대적으로 현저히 저하시킬 수 있음을 알 수 있다. 따라서 본 발명에 의하면 유화수소의 선택적 흡수율을 현저히 향상시키게 됨을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 형태에 관해 설명하였으나, 이는 단지 예시적인 것이며 본 발명의 기술적 사상의 범주에서 벗어 나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 코크스 오븐 가스 중 유화수소의 선택적 흡수율 향상 방법을 사용하면, 농안수에 소량의 가성소다 및 모노에탄놀아민을 첨가하였을 때 유화수소의 선택적 흡수율을 향상시킴으로써 대기오염물질이 되는 유화수소를 효율적으로 제거할 수 있다.

Claims (2)

1. 코크스 오븐 가스가 공급되는 유화수소 흡수탑 상부에는 암모니아 흡수탑으로부터 조안수가 공급되고, 유화수소 흡수탑 하부에는 농안수가 공급되어 코크스 오븐 가스 중의 유화수소를 흡수하는 공정에 있어서,

   상기 농안수에 2-4g/L 농도의 가성소다를 첨가하는 것을 특징으로 하는 코크스 오븐 가스 중 유화수소의 선택적 흡수율 향상 방법.
2. 코크스 오븐 가스가 공급되는 유화수소 흡수탑 상부에는 암모니아 흡수탑으로부터 조안수가 공급되고, 유화수소 흡수탑 하부에는 농안수가 공급되어 코크스 오븐 가스의 중의 유화수소를 흡수하는 공정에 있어서,

   상기 농안수에 1~1.5% 농도의 모노에탄놀아민을 첨가하는 것을 특징으로 하는 코크스 오븐 가스 중 유화수소의 선택적 흡수율 향상 방법.

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