KR20140079190A - 코크스 제조 설비 및 이를 이용한 코크스 제조 방법 - Google Patents

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KR20140079190A
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Abstract

본 발명은 원료탄을 건류하여 코크스를 제조하는 코크스 제조 설비로서, 원료탄을 건류하는 코크스 오븐, 타르에 함유된 나프탈렌을 제거하도록 상기 타르를 증류시키는 증류탑 및 나프탈렌이 제거된 첨가제와 상기 원료탄을 혼합하는 혼합기를 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시형태들에 의하면, 타르를 증류시켜 상기 타르로부터 나프탈렌을 제거함으로써, 나프탈렌으로 인한 설비의 막힘 문제를 방지할 수 있다. 즉, COG를 열원으로 사용하는 설비에서 나프탈렌이 석출되어 배관 또는 밸브를 막는 문제가 발생되지 않는다.

Description

코크스 제조 설비 및 이를 이용한 코크스 제조 방법{Facility for manufacturing coke and method for manufacturing coke using the same}
본 발명은 코크스 제조 설비 및 이를 이용한 코크스 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 타르로부터 나프탈렌을 제거하는 증류탑을 포함하는 코크스 제조 설비 및 이를 이용한 코크스 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 코크스 오븐 가스(Coke Oven Gas ; 이하 COG)는 사전 처리된 원료탄을 코크스 오븐에서 코크스로 제조하는 공정 중에 발생되는 부생가스로서, 가스 내에 포함되어 있는 불순물을 제거하여 제철소 전 공정의 에너지원으로 사용하고 있다.
코크스 제조 설비는 COG 정제 장치를 포함하는데, 상기 COG 정제 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 메인 배관을 통해 COG를 처리하여 COG와 안수로 분리하는 안수 분리기(31), 안수 분리기(31)를 거쳐 분리된 COG를 냉각하기 위한 가스 냉각기(32), 냉각된 COG를 집진하는 집진기(33), 집진기(33)와 연결된 블로어(34), 블로어(34)의 후방에 연결되어 H2S를 포집하는 포집기(35), 안수 분리기(31)를 거쳐 분리된 안수와 타르를 포함하는 불순물을 비중 차이에 의해 분리하는 디켄더(41), 안수를 저장하는 안수 탱크(42) 및 안수를 증류하는 안수 증류기(43)를 포함한다.
이러한 COG 정제 장치를 이용한 COG 정제 공정을 살펴보면, 코크스 오븐(10)에서 발생된 800℃의 COG를 안수로 냉각하고, 안수 분리기(31)에서 COG와 안수로 각각 분리한다. 안수 분리기(31)에서 분리된 비중이 무거운 타르 등의 불순물은 안수와 함께 디켄더(41)로 유입되어, 이곳에서 비중 차이에 의해 타르와 안수가 분리되며, 분리된 타르는 타르 탱크(20), 안수는 안수 탱크(42)로 이송되어 각각 저장된다. 그리고, 타르 탱크(20)에 저장된 타르는 이후 원료탄과 혼합되는 첨가제로 사용된다.
한편, 타르에는 약 11 wt% 내지 13wt%의 나프탈렌이 함유되어 있는데, 나프탈렌은 온도가 일정 온도 이하로 낮아지면 석출, 침적되는 성질을 가지고 있다. 그런데, 코크스 제조를 위해서는 원료탄과 타르를 혼합하여 코크스 오븐에서 건류하게 되는데, 이때 발생되는 COG에는 나프탈렌이 함유되어 있다. 그리고 상술한 바와 같이 COG는 COG 정제 장치 내를 순환하게 되는데, 이때 COG에 함유되어 있는 나프탈렌에 의해 배관이나, 가스 냉각기(32), 집진기(33) 및 포집기(35)에 문제가 발생되어, 냉각 효율, 집진율이 저하되며, 또한 포집기(35)에서의 H2S의 포집율이 저하된다. 그리고, COG를 열원으로 사용하는 장치 예컨대, 소둔로로 이송되는 중에 나프탈렌이 배관 또는 밸브에 석출되어 막힘의 원인이 되고 있다. 그리고 이러한 막힘은 전체 설비에 문제를 야기 시킨다.
한국 공개 특허 제2012-0050332호에는 코크스 오븐과 연결된 안수 분리기, 가스 냉각기, 정제탑, 디켄더를 포함하는 COG 정제 장치가 개시되어 있다.
한국 공개 특허 제2012-0050332호
본 발명은 타르로부터 나프탈렌을 제거하는 증류탑을 포함하는 코크스 제조 설비 및 이를 이용한 코크스 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 원료탄을 건류하여 코크스를 제조하는 코크스 제조 설비로서, 상기 원료탄을 건류하는 코크스 오븐; 타르에 함유된 나프탈렌을 제거하도록 상기 타르를 증류시키는 증류탑; 및 상기 나프탈렌이 제거된 첨가제와 상기 원료탄을 혼합하는 혼합기;를 포함한다.
상기 증류탑과 연결되어, 상기 첨가제를 저장하는 제 1 첨가제 탱크; 및 상기 제 1 첨가제 탱크와 연결되어 첨가제가 일정한 온도로 유지되도록 가열하는 가열 장치;를 포함한다.
상기 가열 장치는, 스팀(steam)을 이용하여 상기 첨가제가 일정한 온도로 유지되도록 가열하는 열 교환기; 일단이 상기 제 1 첨가제 탱크에 연결되고, 타단이 상기 열 교환기에 연결되어, 상기 제 1 첨가제 탱크 내의 첨가제를 상기 열 교환기로 이송시키는 제 1 순환 배관; 일단이 상기 열 교환기에 연결되고, 타단이 상기 제 1 첨가제 탱크에 연결되어, 상기 열 교환기에서 가열된 첨가제를 상기 제 1 첨가제 탱크로 이송시키는 제 2 순환 배관; 및 상기 제 1 순환 배관에 설치된 순한 펌프를 포함한다.
상기 제 1 첨가제 탱크와 연결되어 상기 첨가제를 저장하는 제 2 첨가제 탱크; 상기 제 2 첨가제 탱크와 상기 혼합기 사이를 연결하도록 설치되어, 상기 제 2 첨가제 탱크 내의 첨가제를 혼합기로 공급하는 공급 라인을 포함하고, 상기 공급 라인은, 내부 공간을 가지는 제 1 배관; 및 상기 제 1 배관 내에서 상기 제 1 배관의 내벽과 이격 되도록 삽입 설치되며, 상기 첨가제가 이동하는 내부 공간을 가지는 제 2 배관; 을 구비하고, 상기 제 1 배관과 제 2 배관 사이의 이격 공간으로 열원이 공급된다.
상기 제 1 배관과 연결되어, 상기 제 1 배관과 제 2 배관 사이의 이격 공간으로 열원을 공급하는 열원 공급부를 포함하고, 상기 열원 공급부는 스팀(steam)을 발생시키는 스팀 발생기이다.
본 발명에 따른 코크스 제조 방법은 원료탄 및 타르를 마련하는 과정; 상기 타르를 증류시킴으로써, 상기 타르로부터 나프탈렌이 제거된 첨가제를 마련하는 과정; 상기 원료탄과 타르를 혼합하는 과정; 및 상기 원료탄과 타르가 혼합된 혼합물을 건류하여 코크스를 제조하는 과정;을 포함한다.
상기 타르를 250℃까지 가열하여, 250℃ 이하의 비점을 가지는 타르산 및 흡수유, 나프탈렌을 제거하고, 크레오소트(creosote), 피치(pitch)를 함유하는 첨가제를 제조한다.
첨가제 탱크 내에 저장된 첨가제를 상기 첨가제 탱크로부터 배출시켜 상기 첨가제가 70℃ 내지 80℃의 온도를 유지하도록 가열하고, 가열된 첨가제를 상기 첨가제 탱크 내로 다시 공급하는 순환 방식의 제 1 열처리 과정을 포함한다.
상기 원료탄과 첨가제를 혼합하는 혼합기로 상기 첨가제를 이송시키는 배관을 가열하여, 상기 첨가제가 70℃ 내지 80℃의 온도를 유지하도록 하는 제 2 열처리 과정을 포함한다.
상기 제 1 및 제 2 열처리 과정에서 첨가제를 가열하는 열원으로 스팀(steam)을 사용한다.
본 발명의 실시형태들에 의하면, 타르를 증류시켜 상기 타르로부터 나프탈렌을 제거함으로써, 나프탈렌으로 인한 설비의 막힘 문제를 방지할 수 있다. 즉, COG를 열원으로 사용하는 설비에서 나프탈렌이 석출되어 배관 또는 밸브를 막는 문제가 발생되지 않는다.
또한, 본 발명에 따른 첨가제의 경우(타르가 제거된 타르; 탈 나프탈렌 타르) 종래와 같이 나프탈렌을 제거하지 않은 타르를 첨가제로 사용할 때에 비해, 적은 양으로도 코크스의 냉간 강도 및 열간 강도의 특성을 확보할 수 있다. 따라서, 코크스 제조 조업에서 원료탄과 혼합되어 소비되는 첨가제의 소비량을 줄일 수 있으며, 이로 인해 전체 조업 비용이 절감되는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 코크스 제조 설비를 블록화하여 도시한 도면
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 코크스 제조 설비의 요부를 블록화하여 도시한 도면
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 첨가제 제조 방법을 도시한 순서도
도 4는 실시예, 제 2 비교예에 따른 경우의 코크스의 냉간 강도를 나타낸 그래프이고, 도 5는 열간 강도를 나타낸 그래프
도 6은 실시예, 제 1 및 제 2 비교예에 따른 경우의 코크스의 냉간 강도를 나타낸 그래프이고, 도 7은 열간 강도를 나타낸 그래프
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 코크스 제조 설비의 요부를 블록화하여 도시한 도면이다. 이때, 도 2에 도시된 코크스 제조 설비는 도 1에 도시된 COG 정제 장치를 포함하나, 이를 생략하여 도시하였다.
본 발명의 실시예에서는 타르(tar)를 증류시켜 상기 타르로부터 나프탈렌을 제거하여, 이를 원료탄과 혼합되는 첨가제로 사용한다. 이하에서는 증류에 의해 나프탈렌이 제거된 타르를 '첨가제'라 명명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 코크스 제조 설비는 원료탄을 파쇄하는 파쇄기(810), 복수 종의 원료탄을 정량 불출하기 위해, 각각의 호퍼(hopper)에 저장하여 배합하는 배합조(820), 파쇄 및 배합된 원료탄을 저장하는 콜빈(830), 콜빈(830)으로부터 배출된 원료탄(즉, 배합탄)을 장입시켜 건류하는 코크스 오븐(100), 첨가제의 원료가 되는 타르를 저장하는 타르 탱크(200), 타르 탱크(200)와 연결되어, 상기 타르 탱크(200)로부터 제공된 타르를 증류시켜 첨가제를 제조하는 증류탑(300), 증류탑(300)과 연결되어, 증류 공정이 종료된 타르 즉, 첨가제를 저장하는 제 1 첨가제 탱크(400), 제 1 첨가제 탱크(400)로부터 첨가제를 제공받아, 상기 첨가제를 열처리하여 일정 온도로 유지시키는 가열 장치(700), 원료탄과 첨가제를 혼합하는 혼합기(600), 제 1 첨가제 탱크(400)로부터 제공된 첨가제를 일시 저장하여 혼합기(600)로 공급하는 제 2 첨가제 탱크(500)를 포함한다. 또한, 타르 탱크(200)와 증류탑(300) 사이를 연결하여 타르를 증류탑(300)으로 공급하는 제 1 공급 라인(910), 증류탑(300)과 제 1 첨가제 탱크(400) 사이를 연결하여 증류탑(300)에서 제조된 첨가제를 제 1 첨가제 탱크(400)로 공급하는 제 2 공급 라인(920), 제 1 첨가제 탱크(400)와 제 2 첨가제 탱크(500) 사이를 연결하는 제 3 공급 라인(930) 및 제 2 첨가제 탱크(500)와 혼합기(600) 사이를 연결하도록 설치된 제 4 공급 라인(940)을 포함한다.
여기서, 제 1 내지 제 4 공급 라인(910, 920, 930, 340)은 내부 공간을 가지는 파이프(pipe) 일 수 있다.
또한, 도 2에 도시된 본 실시예에 따른 코크스 제조 설비는 도 1에 도시된 COG 정제 장치를 포함한다. 도 2에 별도로 도시하지는 않았지만, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 코크스 제조 설비는 코크스 오븐(100)과 연결되어 COG를 처리하여 COG와 안수로 분리하는 안수 분리기(31), 안수 분리기(31)를 거쳐 분리된 COG를 냉각하기 위한 가스 냉각기(32), 냉각된 COG를 집진하는 집진기(33), 집진기(33)와 연결된 블로어(34), 블로어(34)의 후방에 연결되어 H2S를 포집하는 포집기(35), 안수 분리기(31)를 거쳐 분리된 안수와 타르를 포함하는 불순물을 비중 차이에 의해 분리하는 디켄더(decanter)(41), 안수를 저장하는 안수 탱크(42) 및 안수를 증류하는 안수 증류기(43)를 포함한다. 그리고, 디켄더(41)에 의해 분리된 타르는 도 2에 도시된 타르 탱크(200)에 저장된다.
상술한 코크스 오븐(100), 타르 탱크(200), 안수 분리기(31), 가스 냉각기(32), 집진기(33), 블로어(34), 포집기(35), 혼합기(600), 파쇄기(810), 배합조(820), 콜빈(830) 등은 일반적인 코크스 제조 설비의 것과 유사하므로, 이들에 대한 상세한 설명은 생략한다.
증류탑(300)은 타르 탱크(200)로부터 첨가제의 원료 즉, 타르(tar)를 제공받아, 비점(Boiling point) 차이를 이용한 증류를 통해, 상기 타르로부터 나프탈렌을 제거한다. 보다 상세히 설명하면, 타르에는 약 4 wt%의 수분, 1 wt% 내지 2 wt%의 타르산, 5 wt%의 흡수유(wash oil), 11 wt% 내지 13 wt%의 나프탈렌, 35 wt%의 40 wt%의 크레오소트(creosote) 및 35 wt% 내지 40 wt%의 피치(pitch)가 함유되어 있다. 타르에 함유된 성분을 원소 성분으로 설명하면, 92.6 wt%의 C, 5.15 wt%의 H, 0.96 wt%의 0.96, 0.75 wt%의 S 및 불가피한 불순물로 이루어지는 성분계를 함유한다. 여기서 타르에 함유된 방향족 탄화 수소의 H는 원료탄의 연화 개시 온도를 낮추고, 원료탄의 점결성을 향상시킨다. 한편, 타르에 함유되어 있는 타르산, 흡수유, 나프탈렌, 크레오소트(creosote), 피치(pitch) 각각의 비점이 다르며, 비점이 낮은 순서부터 나열하면 타르산, 흡수유, 나프탈렌, 크레오소트(creosote), 피치(pitch)이다. 즉, 타르산의 비점이 가장 낮고, 피치(pitch)의 비점이 가장 높으며, 타르산, 흡수유, 나프탈렌은 비점이 250℃ 이하이고, 크레오소트(creosote), 피치(pitch)의 비점은 250℃를 초과한다.
따라서, 본 발명에서는 나프탈렌으로 인한 문제 발생을 방지하기 위해, 증류탑(300)에서 타르를 250℃ 이하, 바람직하게는 250℃까지 가열하여 나프탈렌을 제거한다. 이때, 상술한 바와 같이 타르산과 흡수유 역시 비점이 250℃ 이하이며, 나프탈렌에 비해 비점이 낮기 때문에, 나프탈렌에 비해 먼저 증류되어 제거된다. 그런데 타르산과 흡수유는 유동도 및 점결성에 영향을 미치지 않으므로 제거되어도 무방하다.
한편, 타르는 COG 가스를 정제하여 마련된 산물이고, COG에는 조경유(BTX)가 함유되어 있기 때문에, 상기 타르에 조경유(BTX)가 함유될 수 있다. 그리고 조경유(BTX)의 비점은 약 80℃ 내지 120℃ 이다. 따라서, 증류탑(300)에서 타르를 250℃까지 승온시키는 중에 나프탈렌이 증류되기 전에 조경유(BTX)가 80℃ 내지 120℃ 온도에서 먼저 증류되어 제거된다.
이와 같이 증류탑(300)에서 타르를 증류시켜, 상기 타르로부터 조경유(BTX), 타르산, 흡수유 및 나프탈렌이 제거되는데, 이것이 본 발명의 실시예에 따른 첨가제이다.
가열 장치(700)는 첨가제가 점도가 높아지는 것을 방지하기 위하여 소정의 온도로 유지하도록 가열하는 수단이다. 이러한 가열 장치는 스팀(steam)을 발생시키는 열 교환기(710), 일단이 제 1 첨가제 탱크(400)에 연결되고, 타단이 열 교환기(710)에 연결된 제 1 순환 배관(720), 일단이 열 교환기(710)에 연결되고 타단이 제 1 첨가제 탱크(400)에 연결된 제 2 순환 배관(730), 제 1 순환 배관(720)에 설치되어 펌핑력을 제공하는 순환 펌프(740)를 포함한다. 순환 펌프(740)는 펌핑력으로 제 1 첨가제 탱크(400) 내의 첨가제가 제 1 순환 배관(720)으로 배출되도록 하고, 제 1 첨가제 탱크(400) 내의 첨가제가 자체 순환되도록 한다. 이러한 가열 장치(700) 특히, 열 교환기(710)는, 열 교환 작용을 통해 첨가제가 70℃ 내지 80℃의 온도를 유지하여 150cp 이하의 점도를 유지하도록 한다.
한편, 첨가제의 온도가 70℃ 만인 경우 상기 첨가제의 점도가 150cp를 초과하여 점도가 너무 높아, 제 1 첨가제 탱크 또는 이송 중에 배관 내에 고착되거나, 원료탄과의 혼합이 용이하지 않은 문제가 있다. 또한, 예를 들어, 첨가제의 온도가 80℃를 초과하면 첨가제의 점도가 너무 낮아 첨가제의 제어가 용이하지 않은 문제가 생길 수 있다.
혼합기(600)는 원료탄과 첨가제를 혼합하는 수단으로서, 실시예에 따른 혼합기(600)는 예컨대, 도시되지는 않았지만 원료탄과 첨가제를 수용하는 용기, 용기 내로 장입되도록 설치되며 회전 가능한 블레이드를 포함한다. 이에, 블레이드가 회전하면 용기 내에 수용된 석탄과 첨가제가 혼합된다. 물론 혼합기는 상기에서 서술한 블레이드를 가지는 구조에 한정되지 않고, 원료탄과 탈피치유를 혼합시킬 수 있는 다양한 수단이 사용될 수 있다.
제 2 첨가제 탱크(500)는 제 1 첨가제 탱크(400)에 비해 작은 체적을 가지며, 첨가제를 혼합기(600)로 공급하기 전에 일시 저장하는 수단으로, pams 탱크일 수 있다.
제 4 공급 라인(940)은 제 2 첨가제 탱크(500)와 혼합기(600) 사이를 연결하여, 제 2 첨가제 탱크(500)의 첨가제를 혼합기(600)로 공급한다. 이러한 제 4 공급 라인(940)은 첨가제가 소정의 온도를 유지하도록 보온 기능을 수반한다. 실시예에 따른 제 4 공급 라인(940)은 내부 공간을 가지는 제 1 배관(942), 제 1 배관(942) 내에서 상기 제 1 배관(942)의 내벽과 이격 되도록 삽입 설치되며, 첨가제가 이동하는 내부 공간을 가지는 제 2 배관(941)으로 이루어진다. 여기서, 제 1 배관(942)의 내벽과 제 2 배관(941)의 외주면 사이의 이격 공간은 제 2 배관(941) 및 첨가제를 가열하기 위한 열원이 이동하는 공간이다. 제 1 배관(942)와 제 2 배관(941) 사이로 열원을 공급하는 열원 공급부(943)이 마련되는데, 상기 열원 공급부(943)은 스팀을 발생시키는 스팀 발생기일 수 있으며, 열원 공급부(943)와 제 1 배관(942) 사이를 연결하도록 열원 공급 배관(945)을 설치한다. 이에, 열원 공급부(943)의 스팀이 열원 공급 배관(945)을 통해 제 1 배관(942) 내로 공급되면, 스팀의 열에 의해 제 2 배관(941)과 상기 제 2 배관 내로 이동하는 첨가제가 가열된다. 이때, 스팀의 온도 및 공급 유량을 조절하여, 첨가제가 소정 온도 예컨대, 70℃ 내지 80℃의 온도로 유지되도록 할 수 있으며, 이로 인해 점도가 150cp를 초과하도록 높아지는 것을 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 첨가제 제조 방법을 도시한 순서도이다. 이하에서는 도 3 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조된 첨가제를 이용한 코크스 제조 방법을 설명한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 본 발명의 실시예에 따른 첨가제 제조 방법은 코크스를 제조하기 위한 원료 즉, 원료탄을 준비하는 과정(S100), 원료탄과 혼합될 첨가제를 준비하는 과정(S200), 원료탄과 첨가제를 혼합하는 과정(S300) 및 원료탄과 첨가제가 혼합된 혼합물을 건류하여 코크스를 제조하는 과정(S400)을 포함한다.
첨가제를 준비하는 과정(S200)은 첨가제를 제조하기 위한 원료인 타르를 마련하는 과정(S210), 타르를 증류시켜 나프탈렌을 제거함으로써 첨가제를 제조하는 과정(S220)을 포함한다.
이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여, 첨가제를 준비하는 과정(S200) 중 타르를 증류하는 과정(S220)에 대해 설명한다.
먼저, 타르 탱크(200)에 저장된 타르를 제 1 공급 라인(910)을 통해 증류탑(300)으로 공급한다. 증류탑(300)으로 타르가 공급되면, 타르를 가열하여 250℃까지 승온시킨다. 증류탑(300)에서 타르가 승온되는 중에 80℃ 내지 120℃의 온도에 도달하면, 비점이 80℃ 내지 120℃인 조경유(BTX)가 먼저 기체가 되며, 이후 기체 상태의 조경유(BTX)가 증류탑(300) 외부로 배출된다. 이후, 타르가 더욱 가열되어 250℃까지 가열되는 중에, 조경유(BTX)에 비해 비점이 높고 250℃ 이하의 비점을 가지는 크루드 미들 오일이 기체화 되어 증류된다. 크루드 미들 오일은 타르산, 인덴, 흡수유, 나프탈렌을 함유하는 것으로, 비점 차이에 의해 타르산, 흡수유, 나프탈렌 순으로 증류된다.
이와 같이, 증류탑(300)에서 타르를 250℃까지 가열하면, 조경유(BTX), 타르산, 인덴, 흡수유, 나프탈렌이 제거되고, 크레오소트(creosote)와 피치(pitch)가 함유된 타르 즉, 첨가제가 제조된다.
증류탑(300)에서 제조된 첨가제는 제 2 공급 라인(920)을 통해 제 1 첨가제 탱크(400)로 이송되어 저장된다. 제 1 첨가제 탱크(400)에 첨가제가 저장되면, 가열 장치(700)의 순환 펌프(740)를 동작시킨다. 순환 펌프(740)의 펌핑력에 의해 첨가제가 제 1 첨가제 탱크(400) 내에서 자체 순환됨에 따라, 고착되지 않고 유동성을 가진다. 또한, 순환 펌프(740)의 펌핑력에 의해 제 1 첨가제 탱크(400) 내의 첨가제가 배출되어 제 1 순환 배관(720)을 통해 이송되어 열 교환기(710)로 공급되며, 열 교환기(710)에서 첨가제를 가열하여 온도 하락 및 점도가 높아지는 것을 방지한다. 이를 위해, 열 교환기(710)의 스팀을 이용하여 첨가제가 70℃ 내지 80℃의 온도로 유지되도록 가열함으로써, 150cp 이하의 점도를 유지시킨다. 이후, 열 교환기(710)에 의해 150cp 이하의 점도를 유지하는 첨가제는 다시 제 1 첨가제 탱크(400)로 공급된다. 이와 같이, 증류탑(300)에서 제조되어 제 1 첨가제 탱크(400)로 이송된 첨가제는 상기 제 1 첨가제 탱크(400)와 가열 장치(700)를 순환하면서, 150cp 이하의 점도를 가지는 온도로 유지될 수 있다.
이후, 제 1 첨가제 탱크(400) 내의 첨가제는 제 3 공급 라인(930)을 통해 제 2 첨가제 탱크(500) 내로 이송되어 일시 저장되었다가 제 4 공급 라인(940)을 통해 혼합기(600)로 공급된다. 여기서, 제 4 공급 라인(940)은 상술한 바와 같이 첨가제의 온도 하락을 방지하도록 보온 기능을 수행하는 일종의 보온 배관으로서, 첨가제가 이송되는 제 2 배관(941)의 외측으로 열원 즉, 스팀이 이동 및 순환됨에 따라, 상기 제 2 배관(941) 내로 이송되는 첨가제의 온도 하락을 방지하고, 150cp 이하의 점도를 가지도록 가열한다.
상술한 바와 같이 첨가제를 제조하는 동안, 한쪽에서는 원료탄을 준비한다. 보다 상세히 설명하면, 복수 종의 석탄을 마련하고, 파쇄기에서 각각을 파쇄하는데, 입도가 10mm 이하가 되도록 파쇄한다. 보다 바람직하게는 3mm 이하의 입도가 전체의 80% 이상이 되도록 파쇄한다. 이후, 파쇄된 각각의 석탄은 각각의 호퍼에 저장되어 배합조(820)에서 일정량으로 배합된다. 그리고, 파쇄 및 배합이 완료된 원료탄은 콜빈(830)으로 이송되어 일시 저장되었다가, 혼합기(600)로 공급된다. 이와 같이 혼합기(600)로 원료탄 및 첨가제가 장입되면, 블레이드를 회전시켜 원료탄과 첨가제를 고르게 혼합한다.
원료탄과 첨가제가 혼합된 혼합물은 코크스 오븐(100) 내로 장입되며, 코크스 오븐(100)에서 고온의 열풍에 의해 가열, 건류되어 코크스가 제조된다. 코크스 오븐(100) 내에서 원료탄 및 첨가제가 가열되면, 첨가제가 팽창하여 원료탄과 접촉된다. 이때, 첨가제는 상술한 바와 같이 조경유, 타르산, 인덴, 흡수유, 나프탈렌이 제거되고, 크레오소트(creosote)와 피치(pitch)가 남아 있기 때문에, 상기 조경유, 타르산, 인덴, 흡수유, 나프탈렌이 함유되어 있을 때에 비해 크레오소트(creosote)와 피치(pitch)가 원료탄과 접촉하는 면적이 넓어진다. 이는, 조경유, 타르산, 인덴, 흡수유, 나프탈렌이 제거된 상태의 첨가제와 종래와 같이 증류 과정을 거치지 않은 첨가제 즉, 타르가 동일한 양으로 원료탄과 혼합될 때, 유동도 및 점결성에 영향을 미치는 고 비점 물질인 크레오소트(creosote)와 피치(pitch)의 함유량이 종래의 첨가제(나프탈렌을 포함하는 타르)에 비해 본 발명의 첨가제가 많기 때문이다. 따라서, 본 실시예에 따른 첨가제의 크레오소트(creosote) 및 피치(pitch)가 원료탄과 접촉되는 면적이, 종래의 첨가제(나프탈렌을 포함하는 타르)의 크레오소트(creosote) 및 피치(pitch)가 원료탄과 접촉되는 면적에 비해 크다. 이러한 접촉 면적 증가로 인해, 원료탄의 불활성(inert) 성분이 활성화되며, 이로 인해 코크스의 강도가 향상되는 효과가 있다. 또한, 접촉 면적에 증가로 종래에 비해 수소 공급이 많아 짐에 따라, 연화 개시 온도를 낮출 수 있고, 이로 인해 원료탄의 유동도(LMF)를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
표 1은 실시예, 제 1 및 제 2 비교예의 경우에 따른 유동도를 나타낸 표이다. 여기서, 실시예는 본 발명에 따른 첨가제와 원료탄을 혼합한 것이고, 제 1 비교예는 첨가제를 혼합하지 않은 원료탄, 제 2 비교예는 증류 과정을 거치지 않은 종래의 첨가제인 타르를 원료탄과 혼합한 경우이다. 실험을 위해, 원료탄을 구성하는 복수 종의 석탄의 종류 및 배합비는 동일하게 하고, 첨가제의 혼합 및 종류에 따라 실시예, 제 1 및 제 2 비교예로 나누었다. 그리고, 실시예의 경우 원료탄과 첨가제가 혼합된 전체에 대해 첨가제를 2.3 wt% 혼합하고, 제 2 비교예는 첨가제인 타르를 3 wt% 혼합하였다.
시료 유동도(LMF)
제 1 비교예
(원료탄 + 첨가제 0 wt%)		 2.28
실시예
(원료탄 + 첨가제 2.3 wt%)		 2.79
제 2 비교예
(원료탄 + 타르 3 wt%)		 2.71
표 1을 참조하면, 제 1 비교예에 비해 제 2 비교예 및 실시예의 유동도가 높다. 제 1 비교예의 경우 첨가제가 혼합되어 있지 않기 때문이다. 그리고, 실시예와 제 2 비교예를 비교하면, 소폭이기는 하나, 실시예의 유동도가 제 2 비교예에 비해 높다. 이때, 실시예의 경우 첨가제가 2.3 wt%, 제 2 비교예의 경우 타르가 3 wt% 첨가된 것을 감안하면, 실시예의 경우 제 2 비교예에 비해 적은 양으로 첨가제가 혼합되더라도, 유동도는 제 2 비교예에 비해 높음을 알 수 있다. 이는, 본 발명의 첨가제는 타르를 증류시켜, 조경유(BTX), 타르산, 인덴, 흡수유, 나프탈렌이 제거되고, 크레오소트(creosote)와 피치(pitch)가 남아 있기 때문에, 상기 조경유, 타르산, 인덴, 흡수유, 나프탈렌이 함유되어 있는 제 2 비교예에 비해 크레오소트(creosote)와 피치(pitch)가 원료탄과 접촉하는 면적이 넓기 때문이다. 따라서, 실시예의 경우 크레오소트(creosote) 및 피치(pitch)와 원료탄 간의 접촉 면적 증가로 인해, 연화 개시 온도를 낮출 수 있고, 이로 인해 원료탄의 유동도(LMF)를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 4는 실시예 및 제 2 비교예에 따른 경우의 코크스의 냉간 강도를 나타낸 그래프이고, 도 5는 열간 강도를 나타낸 그래프이다. 여기서, 실시예는 본 발명에 따른 첨가제와 원료탄을 혼합하여 건류시킨 코크스, 제 2 비교예는 증류 과정을 거치지 않은 종래의 첨가제인 타르를 원료탄과 혼합하여 건류시킨 코크스이다. 실험을 위해, 원료탄을 구성하는 복수 종의 석탄의 종류 및 배합비는 동일하게 하고, 첨가제의 혼합 및 종류에 따라 실시예, 제 2 비교예로 나누었다. 그리고, 실시예의 경우 원료탄과 첨가제가 혼합된 전체에 대해 첨가제를 2.3 wt% 혼합하고, 제 2 비교예는 첨가제인 타르를 3 wt% 혼합하였다. 그리고, 실시예, 제 2 비교예 각각에 따른 코크스 시료를 여러 개 마련하여 각각의 냉간 강도 및 열간 강도를 측정하여 평균값을 산출하였다.
도 4를 참조하면, 실시예에 따른 평균 냉간 강도는 제 2 비교예에 따른 평균 냉간 강도에 비해 높으며, 도 5를 참조하면, 실시예에 따른 평균 냉간 강도는 제 2 비교예에 따른 평균 냉간 강도에 비해 높다. 이때, 실시예의 경우 첨가제가 2.3 wt%, 제 2 비교예의 경우 타르가 3 wt% 첨가된 것을 감안하면, 실시예의 경우 제 2 비교예에 비해 적은 양으로 첨가제를 첨가하여, 타르를 3 wt% 첨가하는 경우와 상응하는 냉간 강도 및 열간 강도 특성을 얻을 수 있음을 알 수 있다. 다른 말로 하면, 종래와 같이 첨가제로 증류하지 않은 타르가 3 wt% 함유되도록 첨가할 때와, 본 발명의 실시예에 따른 첨가제를 2.3 wt% 함유하도록 첨가할 때 유사한 냉간 강도 및 열간 강도 특성을 보인다. 이로부터, 본 발명의 실시예에 따른 첨가제를 사용하는 경우, 종래에 비해 첨가제 소비량을 줄일 수 있으며, 나프탈렌으로 인한 문제를 방지할 수 있다.
도 6은 실시예, 제 1 및 제 2 비교예에 따른 경우의 코크스의 냉간 강도를 나타낸 그래프이고, 도 7은 열간 강도를 나타낸 그래프이다. 여기서, 실시예는 증류 과정을 거쳐 나프탈렌이 제거된 타르 즉, 본 발명에 따른 첨가제와, 증류 과정을 거치지 않은 일반적인 타르와, 원료탄을 혼합하여 건류한 코크스이다. 제 1 비교예는 첨가제를 혼합하지 않은 원료탄을 건류한 코크스이며, 제 2 비교예는 증류 과정을 거치지 않은 종래의 첨가제인 타르와 원료탄을 혼합하여 건류한 코크스이다. 실험을 위해, 원료탄을 구성하는 복수 종의 석탄의 종류 및 배합비는 동일하게 하고, 첨가제의 혼합 및 종류에 따라 실시예, 제 1 및 제 2 비교예로 나누었다. 그리고, 실시예의 경우 원료탄과 본 발명에 따른 첨가제와 타르가 혼합된 전체에 대해, 첨가제를 1.5 wt%, 타르를 1.5 wt% 혼합하고, 제 2 비교예는 첨가제인 타르를 3 wt% 혼합하였다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 실시예의 냉간 강도 및 열간 강도가 제 1 및 제 2 비교예에 비해 높다. 이는 실시예의 경우 나프탈렌이 제거된 타르를 첨가제로 이용함으로써, 원료탄의 불활성 성분이 활성화되고, 유동도가 제 1 및 제 2 비교예에 비해 높기 때문이다.
이와 같이, 본 발명의 실시형태들에 의하면, 타르를 증류시켜 상기 타르로부터 나프탈렌을 제거함으로써, 나프탈렌으로 인한 설비의 막힘 문제를 방지할 수 있다. 즉, COG를 열원으로 사용하는 설비에서 나프탈렌이 석출되어 배관 또는 밸브를 막는 문제가 발생되지 않는다.
또한, 본 발명에 따른 첨가제의 경우(타르가 제거된 타르; 탈 나프탈렌 타르) 종래와 같이 나프탈렌을 제거하지 않은 타르를 첨가제로 사용할 때에 비해, 적은 양으로도 코크스의 냉간 강도 및 열간 강도의 특성을 확보할 수 있다. 따라서, 코크스 제조 조업에서 원료탄과 혼합되어 소비되는 첨가제의 소비량을 줄일 수 있으며, 이로 인해 비용이 절감되는 효과가 있다.
100: 코크스 오븐 200: 타르 탱크
300: 증류탑 400: 제 1 첨가제 탱크
500: 제 2 첨가제 탱크 600: 혼합기
700: 가열 장치 710: 열 교환기

Claims (10)

  1. 원료탄을 건류하여 코크스를 제조하는 코크스 제조 설비로서,
    상기 원료탄을 건류하는 코크스 오븐;
    타르에 함유된 나프탈렌을 제거하도록 상기 타르를 증류시키는 증류탑; 및
    상기 나프탈렌이 제거된 첨가제와 상기 원료탄을 혼합하는 혼합기;
    를 포함하는 코크스 제조 설비.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 증류탑과 연결되어, 상기 첨가제를 저장하는 제 1 첨가제 탱크; 및
    상기 제 1 첨가제 탱크와 연결되어 첨가제가 일정한 온도로 유지되도록 가열하는 가열 장치;
    를 포함하는 코크스 제조 설비.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 가열 장치는,
    스팀(steam)을 이용하여 상기 첨가제가 일정한 온도로 유지되도록 가열하는 열 교환기;
    일단이 상기 제 1 첨가제 탱크에 연결되고, 타단이 상기 열 교환기에 연결되어, 상기 제 1 첨가제 탱크 내의 첨가제를 상기 열 교환기로 이송시키는 제 1 순환 배관;
    일단이 상기 열 교환기에 연결되고, 타단이 상기 제 1 첨가제 탱크에 연결되어, 상기 열 교환기에서 가열된 첨가제를 상기 제 1 첨가제 탱크로 이송시키는 제 2 순환 배관; 및
    상기 제 1 순환 배관에 설치된 순한 펌프를 포함하는 코크스 제조 설비.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제 1 첨가제 탱크와 연결되어 상기 첨가제를 저장하는 제 2 첨가제 탱크;
    상기 제 2 첨가제 탱크와 상기 혼합기 사이를 연결하도록 설치되어, 상기 제 2 첨가제 탱크 내의 첨가제를 혼합기로 공급하는 공급 라인을 포함하고,
    상기 공급 라인은,
    내부 공간을 가지는 제 1 배관; 및
    상기 제 1 배관 내에서 상기 제 1 배관의 내벽과 이격 되도록 삽입 설치되며, 상기 첨가제가 이동하는 내부 공간을 가지는 제 2 배관; 을 구비하고,
    상기 제 1 배관과 제 2 배관 사이의 이격 공간으로 열원이 공급되는 코크스 제조 설비.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제 1 배관과 연결되어, 상기 제 1 배관과 제 2 배관 사이의 이격 공간으로 열원을 공급하는 열원 공급부를 포함하고,
    상기 열원 공급부는 스팀 발생기인 코크스 제조 설비.
  6. 원료탄 및 타르를 마련하는 과정;
    상기 타르를 증류시킴으로써, 상기 타르로부터 나프탈렌이 제거된 첨가제를 마련하는 과정;
    상기 원료탄과 타르를 혼합하는 과정; 및
    상기 원료탄과 타르가 혼합된 혼합물을 건류하여 코크스를 제조하는 과정;
    을 포함하는 코크스 제조 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 타르를 250℃까지 가열하여, 250℃ 이하의 비점을 가지는 타르산 및 흡수유, 나프탈렌을 제거하고, 크레오소트(creosote), 피치(pitch)를 함유하는 첨가제를 제조하는 코크스 제조 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    첨가제 탱크 내에 저장된 첨가제를 상기 첨가제 탱크로부터 배출시켜 상기 첨가제가 70℃ 내지 80℃의 온도를 유지하도록 가열하고, 가열된 첨가제를 상기 첨가제 탱크 내로 다시 공급하는 순환 방식의 제 1 열처리 과정을 포함하는 코크스 제조 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 원료탄과 첨가제를 혼합하는 혼합기로 상기 첨가제를 이송시키는 배관을 가열하여, 상기 첨가제가 70℃ 내지 80℃의 온도를 유지하도록 하는 제 2 열처리 과정을 포함하는 코크스 제조 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 열처리 과정에서 첨가제를 가열하는 열원으로 스팀(steam)을 사용하는 코크스 제조 방법.
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