KR20120117764A - 코크스 오븐의 배기가스에서 질소산화물을 환원시키는 방법 - Google Patents

코크스 오븐의 배기가스에서 질소산화물을 환원시키는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 코크스 오븐의 배기 가스로부터 질소산화물을 환원시키기 위한 방법으로서, 코크스 오븐은 복수의 코킹 챔버와, 코킹 챔버들 사이에 위치되고 코킹 챔버의 간접 가열을 위한 가열 연도(12, 12')를 갖춘 가열 벽을 갖는다. 코크스 오븐 가스를 전체적으로 또는 부분적으로 구성하는 가연성 가스(16)는 가열 연도(12, 12') 내에서 연소되어, 질소산화물을 함유하는 배기 가스를 생성한다. 환원제가 700℃ 내지 1100℃의 온도에서 배기 가스로 공급되고, 배기 가스 내의 질소산화물의 비율은 환원제와 질소산화물 사이의 동질 가스 반응에 의해 감소된다. 배기 가스는 후속적으로 열 회수용 축열 장치(4)를 통과한다. 또한, 가연성 가스 공급부의 고온부의 탄소 퇴적물은 탈흑연 공기와 함께 연소되고, 하나의 가열 연도(12')로의 가연성 가스 공급이 중단되는 축열 장치 반주기 동안, 탈흑연 공기가 관련 버너 공급 라인 및 가연성 가스 노즐(15')을 통해 가열 연도(12') 내로 도입되고 그리고 뜨거운 배기 가스와 함께 다른 가열 연도(12)로부터 배출된다. 본 발명에 따르면, 계량된 양의 환원제가 탈흑연 공기에 공급되고, 탈흑연 공기와 함께 뜨거운 배기 가스와 접촉된다.

Description

코크스 오븐의 배기가스에서 질소산화물을 환원시키는 방법{METHOD FOR REDUCING NITROGEN OXIDES FROM THE EXHAUST GAS OF A COKE OVEN}
본 발명은, 복수의 코킹(coking) 챔버와, 코킹 챔버를 간접 가열하기 위한 가열 연도(flue)를 갖는 가열 벽을 갖는, 코크스 오븐(coke oven)의 연도 가스로부터 질소산화물을 환원시키는 방법에 관한 것으로서, 가열 벽은 코킹 챔버들 사이에 위치된다. 코크스 오븐 가스를 전체적으로 또는 부분적으로 구성하는 가연성 가스는 가열 연도 내에서 연소되어, 질소산화물을 함유하는 연도 가스를 발생시킨다. 환원제(reducing agent)가 700℃ 내지 1100℃의 온도로 연도 가스에 공급되고, 연도 가스의 질소산화물 성분은 환원제와 질소산화물 사이의 동질 가스 반응에 의해 환원된다. 연도 가스는 후속적으로 열 회수용 축열 장치를 통과한다.
이런 유형의 방법이 유럽특허 제0 217 045호에 개시되어 있다. 공지된 방법에서, 환원제는 표면 재료 층 위의 축열 장치 내로 분무되거나 송풍된다. 내열 재료로 구성된 노즐 랜스(lance)가 이런 목적을 위해 이용된다. 연도 가스가 예컨대, 900℃ 내지 1100℃의 고온으로 여전히 존재하는 구역에서 환원제를 균일하게 분배하는 것은 어렵다. 이런 목적을 위해 필요한 랜스 조립체는 기술적으로 돈이 많이 든다. 환원제를 함유하는 연도 가스는 후속적으로 열 회수용 축열 장치를 통과하고, 축열 장치 표면 재료는 적어도 200℃ 내지 500℃의 온도 구역에서 질소산화물을 선택적으로 환원시키기 위한 촉매의 형태로 제공된다.
코크스 오븐에서, 코크스 오븐의 코킹 챔버는 부가스(rich gas), 예컨대 코크스 오븐 가스 또는 높은 코크스 오븐 가스 성분을 갖는 가연성 가스로 가열되며, 탄소 퇴적물이 부가스가 관통하여 유동하는 배관의 고온부 내에, 특히 가연성 가스 노즐에 자주 형성되는데, 이런 탄소 퇴적물은 탈흑연(degraphiting) 공기를 공급함으로써 정기적으로 연소되어야 한다. 공지된 방법은 버너 배열체 내의 부가스가 중단된 축열 장치 사이클 시간 동안 적절한 버너 공급 라인을 통해 탈흑연 공기를 도입하는 것이다.
이런 종래 기술에 반해, 본 발명의 목적은 코킹 챔버가 부가스로 가열되는 코크스 오븐의 연도 가스로부터의 질소산화물을 환원시키는 것이다. 본 명세서에서 부가스는 코크스 오븐 가스 전체를 또는 코크스 오븐 가스의 상당한 부분을 구성하는 고발열량 가연성 가스를 지칭한다. 또한, 본 발명의 목적은 탄소 퇴적물을 제거하는 것이다.
상술된 방법에 기초하여, 본 발명의 목적은, 가연성 가스 공급부의 고온부에서 탈흑연 공기와 함께 탄소 퇴적물을 연소시키고, 가연성 가스가 가열 연도에 공급되지 않는 축열 장치 반주기 동안 탈흑연 공기가 가연성 가스 공급 라인 및 가연성 가스 노즐을 통해 가열 연도 내로 공급되고 그리고 뜨거운 연도 가스와 함께 다른 가열 연도로부터 배출되며, 환원제를 탈흑연 공기에 대해 계량하고 그리고 환원제를 탈흑연 공기와 함께 뜨거운 연도 가스와 접촉시키는, 본 발명에 따라 달성된다.
본 발명에 따르면, 탈흑연 공기와 환원제의 혼합물은 가열 단계 동안만, 코크스 오븐 가스에 대해선 폐쇄되지만 탈흑연 공기에 대해선 개방되는 전환 밸브를 통해, 공급 라인 및 노즐 라인 또는 통로를 통해, 그리고 코크스 오븐 가스 노즐을 통해, 각각의 연소 연도 내로 연결 라인을 통해 도입된다. 그 결과, 동질 가스 반응이 700℃ 내지 1100℃의, 특히 900℃ 내지 1000℃의 온도 범위에서 환원제와 질소산화물 사이에서 유발되어, 질소산화물을 환원시킨다. 환원제를 탈흑연 공기에 추가하는 것은 2가지 이점이 있다. 본 발명에 따른 방법은 기존의 기술적 장비를 이용한다. 탈흑연 공기 스트림과의 혼합물에 환원제를 제공하는 것은 질소산화물을 함유하는 뜨거운 연도 가스 스트림과의 균일한 접촉 및 혼합을 제공함으로써, 효율적인 동질 가스 반응을 위한 전제조건을 생성한다.
탈흑연 공기의 사전 결정된 체적 유량은 공기 송풍기에 의해 발생된다. 계량될 환원제의 유동은 공기 스트림 내의 환원제의 농도가 발화성 혼합물의 농도 레벨 미만으로 유지되도록 후속적으로 산출된다.
탈흑연을 위해 이용되는 환원제/공기 혼합물은 가연성 가스 공급부와 더불어 전환 밸브에 연결되는 공기 덕트 시스템에 제공되고, 전환 밸브를 작동시키는 것은 가연성 가스 또는 환원제/공기 혼합물이 가연성 가스 노즐로 교호적으로 공급될 수 있게 한다.
열 회수용 축열 장치는 가열 연도 아래에 위치되는 복수의 개별 셀을 포함한다. 본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예에서, 외부로부터 접근가능한 적어도 단부 축열 장치 셀은 코킹 챔버의 코크스 측 및 코킹 챔버의 기계 측에 축열 장치 층을 포함하고, 축열 장치 층은 200℃ 내지 500℃의 온도 범위에서 질소산화물을 선택적으로 환원시키기 위한 촉매 기능을 하는 코팅을 갖는다. 단부 축열 장치 셀의 축열 장치 층은 바람직하게는 교체가능한 카세트 내에 보유된다.
본 발명에 따른 방법은 소위 언더제트(underjet) 유형으로 설계된 코크스 오븐뿐만 아니라, 소위 상부가열식(top-heated) 코크스 오븐 또는 사이드 버너(side burner)를 갖는 코크스 오븐에 이용될 수 있다. 본 발명에 따른 방법은 부가스만을 이용하여 작동되는 채굴기반(mining-based) 코킹 플랜트의 코크스 오븐에 매우 적합하다. 그러나 또한, 본 발명에 따른 방법은, 소위 화합물 오븐으로서 제련 플랜트와 결합되어 작동되고 희박 가스뿐만 아니라 부가스로 가열될 수 있는 코크스 오븐에 또한 이용될 수 있다. 본 발명에 따른 방법은 장비가 가연성 가스 공급 라인의 고온부의 탄소 퇴적물을 연소시킬 있도록 제공되는 한 항상 이용될 수 있다.
도 1은 코크스 오븐용 가열 시스템을 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 가열 시스템의 이중 가열 연도를 도시하는 도면이다.
도 3은 코크스 오븐 연도 가스로부터 발생된 질소산화물을 환원시키기 위한 방법을 실시하는데 이용되는 환원제를 위한 계량 스테이션을 포함하는 탈흑연 공기 시스템의 개략도이다.
본 발명은 하나의 실시예만을 도시하는 도면을 참조하여 이하에서 상세히 기술된다.
도 1은, 복수의 코킹 챔버와, 가열 연도가 코킹 챔버의 간접 가열을 위해 코킹 챔버들 사이에 위치된 가열 벽을 갖는, 코크스 오븐을 도시하는데, 도면의 우측 절반에 있는 코킹 챔버(1)들 중 하나의 코킹 챔버의 부분, 도면의 좌측 절반에 있는 가열 벽(2)의 부분, 및 도면의 하부 절반에 있는 열 회수용 축열 장치(4)를 갖춘 하부 노(3)의 부분의 다양한 평면도들을 도시한다. 코킹 챔버(1)는 중간 천장(5)에 의해 하부 노(3)로부터 분리된다. 공기 및 연도 가스를 위한 바닥 연도(5, 7)가 축열 장치 아래에서 연장된다.
코크스 오븐의 코킹 챔버(1)는 오븐 천장(8)의 충전 개구(9)를 통해 위에서부터 충전된다. 완성된 코크스는 코크스 측(10)에 대해 측방향으로 밀어내진다. 축적되는 처리 가스(raw gas)는 스탠드 파이프(11)를 통해 리시버 내로 배출된다. 고온 저항 벽돌(12, 12')이 열로 배치되어 있는 가열 연도를 갖춘 가열 벽(2)이 코킹 챔버(1)들 사이에 위치된다. 가열 연도(2)들 사이의 칸막이(13)는, 공기 또는 연도 가스용 통로를 형성하고 관통구를 가열 연도(12)와 연결시키는, 중공 커넥터로 구성된다. 가열 연도(12)의 하부 단부에 있는 가연성 가스 노즐(15)은 가연성 가스 공급 라인에 연결된다. 가연성 가스 공급 라인은 예컨대, 코크스 오븐의 중간 천장(5) 내에 제공된다.
가열 연도(12, 12')는 이중 가열 연도(17)를 형성하도록 쌍으로 연결된다. 이런 유형의 이중 가열 연도에서의 유동 형태가 도 2에 도시되어 있다. 바닥 연도(6)를 통해 유입되는 공기(14)는 축열 장치(4)를 통과하여 예열된다. 예열된 공기(14)는 바닥 공기 개구를 통해 그리고 가열 연도의 높이를 따라 위치된 추가의 개구를 통해 이중 가열 연도(17)의 제1 가열 연도(12) 내로 진입한다. 코크스 오븐 가스 전체를 또는 적어도 코크스 오븐 가스의 상당한 부분을 구성하는 부가스인 가연성 가스(16)는 가열 연도와 결합된 버너 공급 라인(19)으로 가연성 가스 라인을 통해 이동하여 가열 연도의 바닥부에 있는 가연성 가스 노즐(15)을 통해 가열 연도(12) 내로 도입된다. 가연성 가스(16)는 가열 연도(12) 내로 도입된 공기의 산소와 함께 가열 연도(12)에서 연소된다. 연도 가스의 고온으로 인해 질소산화물을 함유하게 되는 연도 가스는 최상부에서 이중 가열 연도(17)의 제2 가열 연도(12') 내로 진행하여, 제2 가열 연도(12')를 통해 아래로 유동한 다음, 제2 가열 연도(12')의 공기 개구를 통해 제2 가열 연도(12')를 탈출한다. 연도 가스 스트림은 제2 가열 연도(12')와 결합된 축열 장치(4)를 통해 유동하여, 열을 축열 장치(6)로 전달하고, 200℃ 내지 280℃의 온도로 그리고 드물게 이런 온도 범위를 초과하는 온도로 바닥 연도(7) 내로 배출된다.
코킹 챔버는 부가스, 즉 코크스 오븐 가스 또는 코크스 오븐 가스의 상당한 부분을 함유하는 가연성 가스로 가열될 때, 부가스가 관통하여 유동하는 도관의 고온부에, 특히 가연성 가스 노즐(15)에 퇴적되는 탄소가 형성되는데, 이런 탄소는 탈흑연 공기를 추가함으로써 정기적인 간격으로 연소되어야 한다. 탈흑연 공기는, 가열 연도(12, 12')로의 가연성 가스 공급이 중단되는 축열 장치 반주기 동안, 관련 버너 공급 라인(19) 및 가연성 가스 노즐(15')을 통해 가열 연도(12') 내로 도입되고, 이중 가열 연도(17)의 다른 가열 연도(12)로부터 뜨거운 연도 가스와 함께 배출된다.
연도 가스의 질소산화물 함유량을 감소시키기 위해, 환원제가 탈흑연 공기에 대해 계량되고, 탈흑연 공기와 함께, 700℃ 내지 1100℃의 온도로 존재하는 뜨거운 연도 가스와 접촉된다. 이용된 환원제는 바람직하게는 암모니아이다.
도 3은 특히, 탈흑연 공기의 한정된 체적 유동(21)이 공기 송풍기(20), 또는 복수의 공기 송풍기를 포함할 수 있는 송풍기 배열체에 의해 발생되는 것과, 환원제의 한정된 유동(22)이 이런 공기 유동에 대해 계량되고 그리고 환원제의 양은 공기 유동 내의 환원제의 농도가 발화성 혼합물의 농도 미만으로 유지되도록 산출되는 것을 도시한다. 암모니아를 이용하는 경우, 탈흑연 공기 내의 NH3의 최대 농도는 체적2%이여야 한다. 암모니아는 수증기가 가득한 상태로 탈흑연 공기에 공급되고, 기화 유닛(23)에서 생성된다. 환원제의 유동(22) 및 공기의 체적 유동(21)은 제어식 프로세스의 제어 파라미터이다.
탈흑연을 위해 이용된 환원제/공기 혼합물(18)은, 가연성 가스 공급부와 유사하게 3방향 밸브 형태의 전환 제어 밸브(25)에 연결되는, 공기 덕트 시스템 내에 공급된다. 전환 밸브(25)를 작동시키는 것은 가연성 가스(16) 또는 환원제/공기 혼합물(18)이 가열 연도(12)의 가연성 가스 노즐(15)로 교호적으로 공급될 수 있게 한다.
열을 회수하기 위해 축열 장치(4)는 가열 연도 아래에 위치되는 복수의 개별 셀을 포함하는 것으로 도 1에 도시되어 있다. 외부로부터 접근가능한 적어도 단부 축열 장치 셀은 각각, 200℃ 내지 500℃의 온도 범위에 질소산화물을 선택적으로 환원시키기 위한 촉매 기능을 하는 코팅을 갖는, 축열 장치 층(26)을 코킹 챔버의 코크스 측 및 코킹 챔버의 기계 측에 포함한다. 촉매 기능을 하는 단부 축열 장치 셀의 축열 장치 층(26)은 교체가능한 카세트 내에 보유된다.
1 : 코킹 챔버 2 : 가열 벽
3 : 하부 노 4 : 축열 장치
12, 12' : 가열 연도 13 : 칸막이
14 : 예열된 공기 15 : 가연성 가스 노즐
16 : 가연성 가스 17 : 이중 가열 연도
18 : 환원제/공기 혼합물 19 : 버너 공급 라인

Claims (6)

  1. 코크스 오븐의 연도 가스에서 질소산화물을 환원시키는 방법으로서,
    상기 코크스 오븐은, 복수의 코킹 챔버(1)와, 코킹 챔버(1)의 간접 가열을 위한 가열 연도(12, 12')를 갖춘 가열 벽(2)을 가지며,
    상기 가열 벽은 코킹 챔버들 사이에 위치되고,
    코크스 오븐 가스를 전체적으로 또는 부분적으로 구성하는 가연성 가스가 가열 연도(12, 12') 내에서 연소되어 질소산화물을 함유하는 연도 가스를 생성하고,
    환원제가 700℃ 내지 1100℃의 온도로 연도 가스에 공급되고,
    상기 연도 가스의 질소산화물 성분은 환원제와 질소산화물 사이의 동질 가스 반응에 의해 환원되고,
    상기 연도 가스는 후속적으로 열 회수용 축열 장치(4)를 통과하는, 질소산화물을 환원시키는 방법에 있어서,
    탄소 퇴적물이 가연성 가스 공급부의 고온부에서 탈흑연 공기(21)와 함께 연소되고,
    상기 가열 연도(12')로의 가연성 가스의 공급이 중단되는 축열 장치 반주기 동안, 상기 탈흑연 공기는 버너 공급 라인(19') 및 가연성 가스 노즐(15')을 통해 상기 가열 연도(12') 내로 도입되고 그리고 뜨거운 연도 가스와 함께 다른 가열 연도(12)로부터 배출되며,
    상기 환원제(22)는 탈흑연 공기(21)에 대해 계량되고 그리고 탈흑연 공기와 함께 뜨거운 연도 가스와 접촉되는 것을 특징으로 하는, 질소산화물을 환원시키는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 암모니아가 환원제(22)로서 이용되는 것을 특징으로 하는, 질소산화물을 환원시키는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 탈흑연 공기(21)의 한정된 체적 유동이 공기 송풍기(20)에 의해 생성되고, 계량될 환원제(22)의 유동은 공기 유동 내의 환원제의 농도가 발화성 혼합물의 농도 미만으로 유지되도록 산출되는 것을 특징으로 하는, 질소산화물을 환원시키는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 탈흑연을 위해 이용된 환원제/공기 혼합물(18)은 가연성 가스 공급부와 더불어 전환 밸브(25)에 연결되는 공기 덕트 시스템 내에 공급되고, 상기 전환 밸브(25)를 작동시키는 것은 가연성 가스 또는 환원제/공기 혼합물이 가열 연도(12')의 가연성 가스 노즐(15')로 교호적으로 공급될 수 있게 하는 것을 특징으로 하는, 질소산화물을 환원시키는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 연도(12, 12') 아래에 위치되는 복수의 개별 셀을 포함하는 축열 장치(4)가 열 회수를 위해 이용되고,
    외부로부터 접근가능한 적어도 단부 축열 장치 셀은 각각, 200℃ 내지 500℃의 온도 범위에서 질소산화물을 선택적으로 환원시키기 위한 촉매 기능을 하는 코팅을 갖는, 축열 장치 층(26)을 코킹 챔버(1)의 코크스 측 및 코킹 챔버의 기계 측에 갖는 것을 특징으로 하는, 질소산화물을 환원시키는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 촉매 기능을 하는 상기 단부 축열 장치 셀의 축열 장치 층(26)은 교체가능한 카세트 내에 보유되는 것을 특징으로 하는, 질소산화물을 환원시키는 방법.
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