KR20130072797A - 고로 드라이피트 슬래그 중의 황화수소 제거 장치 및 방법 - Google Patents

고로 드라이피트 슬래그 중의 황화수소 제거 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일측면인 황화수소 제거장치는, 드라이피트에서 슬래그를 냉각시킬 때 발생하는 황화수소를 제거할 수 있는 제거장치에 있어서, 상기 드라이피트 상부에 구비되고, 상기 드라이피트가 밀폐되도록 구비된 차폐지붕, 상기 차폐지붕에 일측에 연결되고, 상기 드라이피트 내에서 발생된 황화수소를 포함한 수증기를 포집하는 덕트부, 상기 덕트부에 연결되고, 상기 수증기가 이송되는 배관부, 상기 배관부에 구비되고, 상기 수증기에 냉각수를 분사하는 냉각수 분사부 및 상기 배관부에 연결되고, 상기 수증기로부터 황화수소를 제거하기 위한 흡수액이 구비된 흡수탑을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 일측면인 황화수소 제거방법은, 드라이피트에서 슬래그를 냉각시킬 때 발생하는 황화수소를 제거할 수 있는 제거 방법에 있어서, 상기 슬래그에 냉각수를 투입하는 단계, 상기 냉각수에 의하여 발생된 황화수소를 포함한 수증기를 포집하는 단계, 상기 포집된 수증기에 냉각수를 살수하는 단계 및 상기 수증기에 흡수액을 분사하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

고로 드라이피트 슬래그 중의 황화수소 제거 장치 및 방법{APPARATUS FOR REMOVAL HYDROGEN SULFIDE GENERATED DURING PREPARING SLAG SANDS AND METHOD THE SAME}
본 발명은 제철소 제선공정에서 선철을 생산하는 과정에서 부산물로 발생하는 유해물질인 황화수소를 높은 효율로 제거할 수 있는 기술에 관한 것이다.
철광석은 보통 30~70%의 철분(Fe)을 함유한 광석을 의미한다. 좋은 철광석이란 철분이 풍부하고 황(S), 인(P), 동(Cu)과 같은 유해성분이 적으며 크기가 일정한 것을 들 수 있는데, 이와 같은 이상적인 철광석은 그리 흔하지 않고 원산지에 따라 품질, 성분, 형상이 각기 다르므로 그대로 고로에 투입할 수는 없다. 따라서 고로조업에 투입하기 전에 품질을 고르게 하고 철광석 가루를 일정한 크기로 만들어 내는데, 이를 소결공정이라 한다.
제선공정은 이러한 소결공정에서 철광석과 분광석을 사전 처리하여 만든 소결광과 코크스 공장에서 석탄을 건류하여 만든 코크스를 고로에 장입하고 열을 가하여 철광석을 녹이고 철광석 중의 산화철을 환원하여 선철을 제조하는 공정이다.
철광석(소결광), 코크스, 석회석은 고로 윗부분에 넣어져 서서히 아래로 떨어진다. 이때 코크스는 고로 밑부분에 유입되는 열풍에 의해 연소되는데 이 과정에서 발생하는 일산화탄소(CO)가 철광석과 환원반응을 일으키면서 쇳물이 생산된다. 즉, 코크스는 철광석을 녹이는 열원으로서의 역할과 산화철인 철광석에서 산소와 쇳물을 분리시키는 역할을 한다. 한편, 환원된 철은 탄소를 흡수하여 선철이 되어 노바닥에 고이게 되는 것이다. 이 과정에서 부산물로 고로 슬래그가 발생하는데, 냉각공정을 거쳐 다양한 용도로 사용할 수 있다.
냉각방법으로는 공냉을 하거나, 수냉을 할 수 있는데, 공냉은 황화수소 등의 유해물질이 발생되지 않아서 친환경적이나, 냉각효율이 떨어지고, 냉각이 넓은 면적이 필요한 단점이 있다. 반면에, 수냉은 냉각효율은 좋으나, 하기 반응식 1과 같이, 슬래그 냉의 황화칼슘과 물이 반응하여 유해물질인 황화수소를 배출하는 단점이 있다.
반응식 1: CaS + H2O -> H2S + CaO
일반적으로, 냉각효율면에서 수냉방식을 채택하고 있으며, 이 경우 상술한 황화수소를 효과적으로 제거하는 방안이 요구되어 왔다. 이러한 기술로 다양한 방안이 제안되었으며, 그 중 개방된 드라이피트 내에서 아민류를 이용하여 상기 황화수소를 제안하는 방안이 제안되었으나, 드라이피트가 개방된 상태에서 대기 중으로 다량 발생하는 수증기 중에 포함된 황화수소를 제거하는 것에 한계가 있었다.
본 발명의 일측면은, 고로에서 생성되는 부산물인 슬래그를 드라이피트에서 냉각시킬 때 발생하는 황화수소를 효율적으로 제거하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 일측면인 황화수소 제거장치는, 드라이피트에서 슬래그를 냉각시킬 때 발생하는 황화수소를 제거할 수 있는 제거장치에 있어서, 상기 드라이피트 상부에 구비되고, 상기 드라이피트가 밀폐되도록 구비된 차폐지붕, 상기 차폐지붕에 일측에 연결되고, 상기 드라이피트 내에서 발생된 황화수소를 포함한 수증기를 포집하는 덕트부, 상기 덕트부에 연결되고, 상기 수증기가 이송되는 배관부, 상기 배관부에 구비되고, 상기 수증기에 냉각수를 분사하는 냉각수 분사부 및 상기 배관부에 연결되고, 상기 수증기로부터 황화수소를 제거하기 위한 흡수액이 구비된 흡수탑을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일측면인 황화수소 제거방법은, 드라이피트에서 슬래그를 냉각시킬 때 발생하는 황화수소를 제거할 수 있는 제거 방법에 있어서, 상기 슬래그에 냉각수를 투입하는 단계, 상기 냉각수에 의하여 발생된 황화수소를 포함한 수증기를 포집하는 단계, 상기 포집된 수증기에 냉각수를 살수하는 단계 및 상기 수증기에 흡수액을 분사하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일측면에 따르면, 고로드라이피트의 상부에 차폐지붕을 설치하여 황화수소가 포함된 수증기를 포집하고 이를 아민류 또는 수산화나트륨, 수산화칼륨이 포함된 냉각수를 사용하여 슬래그의 냉각 중에 발생하는 황화수소를 제거함으로써 배출 규제치인 10ppm 이하의 황화수소 배출농도를 얻을 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예인 황화수소 제거장치를 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예인 황화수소 제거장치를 나타내는 단면도이다.
본 발명자들은 드라이피트내에서 슬래그 냉각 중 발생하는 황화수소를 효율적으로 제거하기 위한 방안에 대하여, 깊이 연구한 결과, 드라이피트 상부에 차폐지붕을 철치하여 드라이피트를 밀폐하고, 먼저 황화수소를 포함한 수증기를 포집하고, 상기 수증기에, 황화수소를 제거하는 물질을 포함한 냉각수를 분사하여 황화수소를 제거함으로서, 최대 1ppm 이하로 황화수소의 농도를 제어할 수 있음을 인지하고, 본 발명에 이르게 되었다.
이하, 본 발명의 일측면인 황화수소 제거 장치에 대하여 상세히 설명한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도 1 및 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일측면은, 드라이피트에서 슬래그를 냉각시킬 때 발생하는 황화수소를 제거할 수 있는 제거장치에 있어서, 상기 드라이피트 상부에 구비되고, 상기 드라이피트가 밀폐되도록 구비된 차폐지붕(4), 상기 차폐지붕(4)에 일측에 연결되고, 상기 드라이피트 내에서 발생된 황화수소를 포함한 수증기를 포집하는 덕트부(5), 상기 덕트부(5)에 연결되고, 상기 수증기가 이송되는 배관부(6), 상기 배관부(6)에 구비되고, 상기 수증기에 냉각수를 분사하는 냉각수 분사부(7) 및 상기 배관부(6)에 연결되고, 상기 수증기로부터 황화수소를 제거하기 위한 흡수액이 구비된 흡수탑(8)을 포함할 수 있다. 더불어, 도 1 및 2에서 도면부호 1 및 2는 각각 드라이피트 야드 및 양벽이다.
드라이피트 야드에 슬래그가 위치하고, 상기 슬래그에는 냉각수 분사부에 의하여 냉각수가 분사된다. 그리고, 상기 드라이피트 상부에는 차폐지붕이 구비된다. 상기 차폐지붕에 의하여 드라이피트가 밀폐될 수 있으며, 상기 차폐지붕은 특별히 한정되지 않으며, 지지력이 있는 다양한 형태가 가능하다. 여기서, 차폐지붕은 수분 및 부식성 가스가 접촉하는 관계로 내식성 재질을 사용하여 하는 것이 바람직하며, 고온에서 잘 견디는 플라스틱 종류가 바람직하고, FRP(Fiber Reinforced Plastics) 및 스테인레스강 중 1종으로 이루어지는 것이 보다 바람직하다. 차폐지붕은 지지력이 있는 다양한 형태가 가능하다.
상기 차폐지붕에는 덕트부(Duct)가 구비될 수 있다. 상기 덕트부로 황화수소가 포함된 수증기가 이동될 수 있다. 상기 덕트부의 형태 및 재질 등은 특별히 한정하지 않으며, 통상의 덕트를 이용할 수 있다. 그리고, 상기 덕트부에는 블로워가 구비될 수 있으며, 상기 블로워를 이용하여 상기 수증기를 흡인하는 경우, 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
그리고, 상기 장치는, 상기 덕트부에 연결되고, 상기 수증기가 이송되는 배관부를 포함한다. 상기 배관부에는 상기 수증기에 냉각수를 분사하는 냉각수 분사부가 구비될 수 있다. 상기 냉각수 분사부에 의하여 분사된 냉각수에 의하여, 상기 수증기는 응축되어 그 부피가 감소되고, 황화수소 일부를 제거할 수 있다. 상기 냉각수 분사부는 특별히 한정되지 않으나, 하나 또는 다수의 스프레이 노즐인 것이 바람직하다.
상기 배관부를 통하여 이동된 상기 수증기는 흡수탑으로 이동된다. 상기 흡수탑에는 황화수소와 반응하여, 황화수소를 제거할 수 있는 흡수액이 구비되어 있다. 또한, 상기 흡수탑의 상부에는 흡수액을 분사하는 노즐이 구비되고, 하부에는 상기 수증기가 도입되는 도입부가 구비되는 것이 바람직하다. 또한, 2단의 패킹이 내부에 설치되어, 상기 흡수액과 상기 황화수소의 반응율을 향상시킬 수 있는 것이다.
이를 통하여, 드라이피트 밀폐할 수 있으며, 냉각수 또는 흡수액 등에 의하여 황화수소를 포집함으로서, 상기 황화수소의 농도를 최대 10ppm 이하로 제어할 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 일측면인 황화수소의 제거 방법에 대하여 상세히 설명한다.
드라이피트내에 슬래그가 투입되면, 상기 슬래그에 먼저 냉각수를 투입한다. 상기 냉각수에는 우레아를 포함하는 것이 바람직하며, 상기 우레아의 농도는 10~2000ppm인 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이, 냉각수에 의하야 황화수소가 발생되고, 상기 황화수소 중 일부분은 우레아와 반응하여 황화수소의 일부를 먼저 제거할 수 있다.
상기 냉각수에 의하여 발생된 황화수소를 포함한 수증기는 드라이피트 상부로 이동되는데, 이 때, 상술한 제거장치를 이용함으로서, 차폐지붕에 의하여, 상기 수증기는 공기중으로 이동되지 못하고, 덕트부를 통하여, 흡수탑으로 이동될 수 있다. 이 때, 흡수탑으로 이동되는 중 냉각수를 살수하는 것이 바람직하다.
상기 흡수탑으로 이동된 수증기에 흡수액을 분사한다. 이 때, 흡수액은 1) a그룹: 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민 및 디에텔렌트리아민 중 1종 또는 2종 이상, 2) b그룹: 수산화나트륨 및 수산화칼륨 중 1종 또는 2종 중 하나의 그룹 또는 두개의 그룹을 포함하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 흡수액에 포함된 a그룹 및 b그룹 중 1종 또는 2종의 그룹의 농도는 10~200 ppm인 것이 바람직하다. 또한, 상기 흡수탑 내의 기액비는 1~3으로 제어하는 것이 바람직하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
(실시예)
도 1에 도시된 황화수소 제거장치를 이용하였으며, 하기 표 1에 나타낸 흡수액 및 그 농도에 따라 다양한 실험을 하였으며, 상기 실험을 통하여, 저감된 황화수소의 최종 농도를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
1차적으로 수분을 냉각응축 시켜서 물과 함께 황화수소를 제거하였고 잔여 가스중의 황화수소는 10~500 ppm의 수산화나트륨 또는 10~ 1500 ppm의 아민류를 냉각수에 혼합하여 스프레이 하여 제거하였다. 이 때 냉각수의 유량은 200kg/min으로 고정하였다.
또한, 열교환기는 튜브와 쉘로 구성된 형식의 열교환기로 내부는 부식을 방지하기 위하여 스테인레스 304 재질로 제작하였다. 냉각은 프레온 냉매를 이용하여 직접팽창식으로 냉매가 순환하여 가스를 냉각 응축시켜 물로 제거하는 방식을 취하였다.
구분 흡수액 종류 흡수액 농도(ppm) 황화수소 농도(ppm)
비교예1 모노에탄올아민 10 70
비교예2 모노에탄올아민 30 35
비교예3 모노에탄올아민 50 20
비교예4 모노에탄올아민 70 15
발명예1 모노에탄올아민 100 8
발명예2 모노에탄올아민 200 2
비교예5 디에탄올아민 10 78
비교예6 디에탄올아민 30 52
비교예7 디에탄올아민 50 35
비교예8 디에탄올아민 70 21
발명예3 디에탄올아민 100 12
발명예4 디에탄올아민 200 7
비교예9 트리에탄올아민 10 90
비교예10 트리에탄올아민 30 65
비교예11 트리에탄올아민 50 45
비교예12 트리에탄올아민 70 33
발명예5 트리에탄올아민 100 17
발명예6 트리에탄올아민 200 10
비교예13 디에틸렌아민 10 55
비교예14 디에틸렌아민 30 25
비교예15 디에틸렌아민 50 15
비교예16 디에틸렌아민 70 10
발명예7 디에틸렌아민 100 5
발명예8 디에틸렌아민 200 1
비교예17 수산화나트륨 10 40
비교예18 수산화나트륨 30 32
발명예9 수산화나트륨 50 10
발명예10 수산화나트륨 70 3
비교예19 수산화칼륨 10 45
비교예20 수산화칼륨 30 38
발명예11 수산화칼륨 50 15
발명예12 수산화칼륨 70 4
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 아민계를 흡수액에 포함시킨 경우 그 농도가 100ppm 이상인 경우 황화수소를 높은 효율로 저감시킬 수 있으며, 수산화나트륨 또는 수산화칼륨을 흡수액에 포함시킨 경우, 그 농도가 50ppm이상일 때, 황화수소를 높은 효율로 저감시킬 수 있음을 확인할 수 있다. 다만, 상기 실험은 현장 사정상 초기농도를 일정하게 맞추기 어렵기 때문에, 이를 고려하여 해석하는 것이 바람직하다.
더불어, 아민의 경우, 종류별 제거효율의 순서는 디에틸렌트리아민 > 모노에탄올아민 > 디에탄올아민 > 트리에탄올아민의 순서로 나타났다.
1: 드라이피트 야드,
2: 드라이피트 양벽,
3: 냉각수 분사노즐,
4: 차폐지붕,
5: 덕트부,
6: 배관부,
7: 냉각수 분사부,
8: 흡수탑.

Claims (11)

  1. 드라이피트에서 슬래그를 냉각시킬 때 발생하는 황화수소를 제거할 수 있는 제거장치에 있어서,
    상기 드라이피트 상부에 구비되고, 상기 드라이피트가 밀폐되도록 구비된 차폐지붕;
    상기 차폐지붕에 일측에 연결되고, 상기 드라이피트 내에서 발생된 황화수소를 포함한 수증기를 포집하는 덕트부;
    상기 덕트부에 연결되고, 상기 수증기가 이송되는 배관부;
    상기 배관부에 구비되고, 상기 수증기에 냉각수를 분사하는 냉각수 분사부; 및
    상기 배관부에 연결되고, 상기 수증기로부터 황화수소를 제거하기 위한 흡수액이 구비된 흡수탑을 포함하는 고로 드라이피트 슬래그 중의 황화수소 제거장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 차폐지붕은 FRP(Fiber Reinforced Plastics) 및 스테인레스강 중 1종으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고로 드라이피트 슬래그 중의 황화수소 제거장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 덕트부는 블로워(blower)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고로 드라이피트 슬래그 중의 황화수소 제거장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 냉각수 분사부는 하나 또는 다수의 분사노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 고로 드라이피트 슬래그 중의 황화수소 제거장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 흡수탑은, 상기 흡수탑 상부에 구비된 흡수액 분사부 및 상기 흡수탑 하부에 구비된 수증기 도입부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고로 드라이피트 슬래그 중의 황화수소 제거장치.
  6. 드라이피트에서 슬래그를 냉각시킬 때 발생하는 황화수소를 제거할 수 있는 제거 방법에 있어서,
    상기 슬래그에 냉각수를 투입하는 단계;
    상기 냉각수에 의하여 발생된 황화수소를 포함한 수증기를 포집하는 단계;
    상기 포집된 수증기에 냉각수를 살수하는 단계; 및
    상기 수증기에 흡수액을 분사하는 단계를 포함하는 고로 드라이피트 슬래그 중의 황화수소 제거방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 슬래그에 투입되는 냉각수는 우레아를 포함하는 것을 특징으로 하는 고로 드라이피트 슬래그 중의 황화수소 제거방법.
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 우레아의 농도는 10~2000ppm인 것을 특징으로 하는 고로 드라이피트 슬래그 중의 황화수소 제거방법.
  9. 청구항 6에 있어서, 상기 흡수액은
    1) a그룹: 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민 및 디에텔렌트리아민 중 1종 또는 2종 이상,
    2) b그룹: 수산화나트륨 및 수산화칼륨 중 1종 또는 2종
    중 1종 또는 2종의 그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 고로 드라이피트 슬래그 중의 황화수소 제거방법.
  10. 청구항 7에 있어서, 상기 흡수액에 포함된 a그룹 및 b그룹 중 1종 또는 2종의 그룹의 농도는 10~200 ppm인 것을 특징으로 하는 고로 드라이피트 슬래그 중의 황화수소 제거방법.
  11. 청구항 6에 있어서, 상기 흡수액이 분사되는 흡수탑 내의 기액비는 1~3인 것을 특징으로 하는 고로 드라이피트 슬래그 중의 황화수소 제거방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20160001315A (ko) * 2014-06-27 2016-01-06 현대제철 주식회사 슬래그 냉각 장치 및 방법
CN110129494A (zh) * 2019-05-24 2019-08-16 山东奇士登润滑科技有限公司 一种高炉炉渣冲渣、捞渣白色污染综合治理系统及方法
KR20210009684A (ko) * 2019-07-17 2021-01-27 주식회사 포스코 수소 가스 제조 설비 및 그 방법

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