KR20140096054A

KR20140096054A - 이산화탄소에 의해 코크스를 건식 냉각하고 생성된 일산화탄소를 이후 이용하는 코크스의 건식 냉각 방법

Info

Publication number: KR20140096054A
Application number: KR1020147012401A
Authority: KR
Inventors: 홀거 틸레르트
Original assignee: 티센크루프 인더스트리얼 솔루션스 아게
Priority date: 2011-10-12
Filing date: 2012-09-21
Publication date: 2014-08-04
Also published as: IN2014CN02520A; JP2014528503A; CA2851773A1; AR088301A1; WO2013053426A1; US20140251784A1; AU2012323525A1; CN103917627A; EP2766452A1; DE102011115699A1; RU2014113703A; JP6242797B2

Abstract

본 발명은 생성된 일산화탄소를 이후에 이용하는 이산화탄소를 이용한 코크스의 건식 냉각 방법에 관한 것으로서, 석탄이 주기적으로 코크스로 변환되고, 코크스는 코킹 오븐이 비워진 후에 냉각 장치로 유입되고, 건식 냉각을 위해 이산화탄소가 냉각 장치에 유입되어, 부다 반응이 일산화탄소를 생성시키고, 생성된 일산화탄소가 코킹 오븐을 가열하는데 이용된다. 이 방법은 일산화탄소의 생성을 위한 코킹 과정에서 발생한 (나중에 가열에 이용되는) 열을 이용할 수 있게 하여, 전반적으로 전체 공정의 매우 균형적인 열수지(heat budget)를 얻을 수 있다.

Description

이산화탄소에 의해 코크스를 건식 냉각하고 생성된 일산화탄소를 이후 이용하는 코크스의 건식 냉각 방법{PROCESS FOR DRY COOLING OF COKE WITH CARBON DIOXIDE WITH SUBSEQUENT USE OF THE CARBON MONOXIDE PRODUCED}

본 발명은 이산화탄소에 의해 코크스를 건식 냉각하고 생성된 일산화탄소를 이후에 이용하는 코크스의 건식 냉각 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 코크스로 만들기 위해 석탄을 주기적으로 코킹(coking)하고 코크스가 코크스 오븐으로부터 배출된 후 냉각 장치로 보내지고 건식 냉각을 위해 이산화탄소가 냉각 장치로 도입되는 것을 포함하고, 이에 따라 부다 반응(Boudouard reaction)을 통해 일산화탄소가 생성되고 생성된 일산화탄소는 코크스 오븐을 가열하는데 이용된다. 이 방법은 코킹 중에 생성된 열이 일산화탄소를 생성하는데 이용될 수 있게 하고, 결과적으로 일산화탄소는 가열 공정에 이용될 수 있어, 전체 공정에 걸쳐서 전반적으로 매우 균일한 열균형(heat balance)을 얻을 수 있다.

코크스를 생산하는 대부분의 방법들은 통상의 코크스 오븐 챔버들이나 "열 회수(heat recovery)" 또는 "비-회수(non-recovery)" 타입의 코크스 오븐 챔버들을 포함하는 커다란 코크스 오븐 배터리들(coke oven battery) 또는 코크스 오븐 뱅크들(coke oven bank)에서 이루어진다. "열 회수" 또는 "비 회수" 타입의 코크스 오븐 뱅크들의 코킹 가스는 상기 오븐을 가열하기 위해 코크스 오븐에서 연소되는 반면, 통상의 코크스 오븐 챔버들에서 코킹 가스는 수집되어 처리된다. 여기서, 많은 실시예들에서, 코크스 오븐의 가열은 코크스 케이크(coke cake) 위의 가스 공간에서 그리고 코크스 오븐 챔버 아래의 코크스 오븐 바닥에서 여러 단계들로 수행된다.

코킹 공정은 주기적으로 수행되고, 이 주기들은 장입(charging), 코킹(coking), 배출(discharging) 및 냉각(quenching)이다. 코킹 후에, 코크스는 대략 1,100℃의 온도로 코크스 오븐 챔버로부터 배출된다. 이 코크스는 냉각차(quenching car) 안에 넣어지고, 냉각차는 코크스 케이크를 수집하여 이를 냉각 장치로 이송한다. 많은 실시예들에서는, 냉각 장치는 습식 냉각 타워이고, 여기에서는 코크스에 물이 분사되고 물은 증발하여 코크스 케이크를 코크스의 점화 온도 아래의 온도로 냉각시키며, 그로 인해 코크스는 위험을 주지 않고 대기중으로 이송될 수 있다. 냉각 후에, 코크스의 온도는 코크스 케이크에서 불균일하게 분포되지만 보통 100℃ 미만이다.

DE 19614482 C1은 습식 냉각 타워의 일 실시예를 제공한다. 이 선행문헌은 급수 장치를 구비한 냉각 타워에 위치한 코크스 이송 슈트(coke transfer chute)와 코크스 슬루스(coke sluice)를 이용하여 석탄을 코킹하는 방법의 고온 코크스의 습식 냉각용 플랜트를 기술한다. 한편, 슈트는 바닥 단부에 코크스 배출 장치와 배수 플랩들을 구비한 코크스 냉각차에 적합하다. 급수 시스템은 이송 슈트에 바로 위치하여 코크스 냉각차 안으로 물을 흘려 보내고, 이 냉각차는 수밀 가능하고 제어 시스템을 구비하며, 이 제어 시스템은 물이 공급되는 동안 코크스 배수 플랩들이 수밀되어 폐쇄된 상태로 있게 하고 급수가 완료되면 배수 플랩들을 개방한다. 물이 냉각에 이용될 때, 코크스 케이크에 저장된 모든 열 에너지는 사용되지 않고 소실된다.

이러한 이유로, 최근에는 물 대신에 가스를 이용하여 고온 코크스를 건식 냉각하려는 노력들이 점점 많아졌다. 여기서, 가스는 고온 코크스를 통과하고 코크스가 코크스 점화 온도 아래로 냉각될 때까지 수집되거나 추출된다. 고온 가스는 보통 증기가 발생되는 열 회수 유닛을 통과하여, 열 에너지가 회수된다. 이어서, 증기는 보조 유닛들을 구동하는데 또는 전력을 발생시키는데 이용될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 질소나 고로 가스와 같은 불활성 가스가 종종 이용된다.

WO 9109094 B1은 순환하는 냉각 가스의 도움으로 냉각 챔버 내의 코크스를 건식 냉각하는 방법을 기술하고, 상기 방법은 코크스로부터 유입된 가스의 속도를 조절할 수 있어 혼입된 코크스 분진 입자들의 입자 크기는 3mm 미만이고 고온의 냉각 가스가 폐열 보일러에 진입할 때 혼입된 코크스 분진의 입자 크기는 1mm 미만이며, 상기 방법은 이 가스가 대략 같은 크기의 원형 단면 및 금속 재질의 원통형 외부 케이스를 갖는 대기 챔버와 냉각 챔버로 구성된 장치를 통과하는 것을 포함하고, 특히 냉각 챔버의 지붕은 경사진 상태로 있어 가스가 고온 가스 채널로 올라가고, 따라서 냉각 시에 고온 냉각 가스의 가스 속도를 조절하기에 족할 정도로 코크스 더미 위의(above) 환형 가스 채널의 횡단면을 증가시켜 가스 속도가 길이에 걸쳐서 실질적으로 균일하게 된다.

WO 8602939 A1은 냉각 가스를 이용한 건식 코크스 냉각 방법을 기술하고, 상기 방법은 코크스와 냉각 가스가 2-스테이지의 냉각기(two-stage quencher)를 역류방향으로 관통하여 이송되는 것을 포함하고, 여기서 제1 스테이지는 대략 800℃의 코크스 온도로 냉각하는 것을 포함하고, 냉각 가스는 증기를 포함한 제2 냉각 스테이지를 관통하여 이송되며, 따라서 냉각 가스 순환로는 증기가 추가되는 열 처리 단계와 바로 연결되어 본질적으로 촤 연소(char burnout)가 존재하지 않고, 이는 열교환기 벽들을 통한 코크스와 냉각수 사이의 간접 열교환에 의해서만 이루어지는 제1 냉각 스테이지에서의 냉각 및, 증기를 포함한 냉각 가스에 의해서만 수행되는 제2 스테이지에서의 냉각에 의해 달성된다.

최신식의 건식 코크스 냉각 방법들은 다양한 실시예들을 포함할 수 있다. EP 0317752 A2는 코크스 건식 냉각기의 성능을 개선하는 방법을 기술하고, 이 방법은 고온 코크스가 냉각 샤프트(quenching shaft)에 진입하기 전에 파쇄되는 것을 포함한다. DE 3030969 A1은 코크스 오븐 배터리의 챔버로부터 나와 냉각 챔버로 배출된 고온의 미가공 코크스(raw coke)를 건식 냉각하는 방법을 기술하고, 여기서 미가공 코크스는 냉각제와 직접 또는 간접 접촉하여, 또는 직접 및 간접 접촉하여 냉각되고, 따라서 미가공 코크스는 냉각 챔버로 진입하기 전에 2개 이상의 입도군(size fraction)으로 미리 구분되고 각각의 입도군들은 별개의 냉각 챔버들에서 냉각된다.

추가의 실시예들은 냉각 가스의 열회수 또는 세정에 관한 것이다. DE 2435500 A1은 과열된 폐열 증기를 이용하여 점결탄(coking coal)을 예열하는 방법을 기술하고, 여기서 과열된 폐열 증기는 코크스가 자신의 열의 일부를 그 최고 온도 수준에서 증기 재킷(steam jacket)의 벽들에 방출함으로써 건식 코크스 냉각기에서 생성된다. DE 3217146 A1은 코크스 건식 냉각기의 순환 가스를 탈진하는 장치를 기술하고, 이 장치에서 가스 유입 채널과 가스 배출 채널은 서로 직각으로 위치하고, 가스 배출 채널은 원뿔형 팽창을 통해 가스 순환로로 통합되는 폐열 회수 보일러의 유입 개구와 직접적으로 연결되고, 경사진 분진 배출 영역을 갖는 탈진 챔버는 가스 유입 채널의 맞은편에 위치한다.

그러나, 상기 방법들과 이의 실시예들은, 냉각 중에 대량의 가스가 발생됨에 따라 냉각 중에 코크스의 열이 회수될 수 없거나 또는 코크스의 열이 단지 비효율적으로만 회수되고, 또한 이 대량의 가스가 열 회수 유닛을 통과해야 할 필요가 있으며, 따라서 냉각을 기술적으로 어렵게 또는 경제적으로 비효율적으로 만든다는 단점을 갖는다. 이러한 이유로, 열 에너지를 화학적인 형태로 이용 가능하게 하는 흡열 반응(endothermic chemical reaction)을 통해, 배출된 코크스에 존재하는 열을 이용하는 것이 유리하다.

하나의 적당한 흡열 반응은 부다 반응(Boudouard reaction)이다. 이 반응을 수행하기 위해, 이산화탄소(CO₂)는 고온 코크스를 통과하고, 코크스는 이산화탄소와 반응하여 일산화탄소(CO)를 형성한다. 이 반응은 흡열 반응이고 다음과 같이 기재된다.

C + CO₂↔2 CO; ㅿH = + 172.45 kJ/mol

다음에, 일산화탄소는 코크스의 냉각에 의해 가열된 가스에 함유되고 코크스 오븐을 가열하는데 이용될 수 있다. 부다 평형(Boudouard equilibrium)을 이용하여 이산화탄소로 고온 코크스를 냉각하는 방법이 GB 245702 A에 기술되어 있다. 이 출원은 연료 가스로서 일산화탄소의 이용을 기술하지만, 이산화탄소를 이용하여 냉각 장치에서 코크스를 냉각하는 것, 이후에 일산화탄소를 수집하는 것, 그리고 일산화탄소로 코크스 오븐 챔버를 가열하는 것을 제안하지는 않는다.

따라서, 본 발명의 목적은 주기적으로 석탄을 탄화시키고 코킹 사이클 이후에 고온 코크스를 건식 냉각하기 위해 이산화탄소(CO₂)를 이용하고, 따라서 이산화탄소는 적어도 부분적으로 코크스와 반응하여 부다 평형(Boudouard equilibrium)에 따라 일산화탄소(CO)를 형성하고, 얻어진 일산화탄소는 수집되어 적어도 하나의 코크스 오븐을 가열하는데 이용되는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 이산화탄소를 이용한 코크스의 냉각은 바람직하게는 냉각 샤프트(quenching shaft)로 설계된 냉각 장치에서 이루어진다. 석탄의 코킹 및 코킹 공정의 완료 후에, 코크스 케이크는 냉각차로 이송 또는 배출되고, 냉각차는 코크스 케이크를 냉각 장치로 이송한다. 여기서, 코크스 케이크는 주변의 공기로부터 밀폐되어 있고, 이산화탄소는 코크스 케이크를 관통한다. 바람직하게는, 이산화탄소가 코크스 케이크를 관통하는 것은 수직 상방의 가스 흐름 방향으로 행하여져서, 특히 무거운 이산화탄소는 냉각 공정 중에 가벼운 일산화탄소에 의해 밀려난다. 이산화탄소는 임의의 상태의 가스 혼합물일 수 있고, 다른 가스들을 구비한 혼합물일 수도 있지만, 바람직하게는 순수 형태(pure form)로 냉각 및 건조된 상태로 이용된다.

특히, 본 발명은,

고열량 가스에 의한 가열에 의해 코크스 오븐에서 석탄이 가열되고, 주기적인 코킹을 통해 코크스가 얻어지고, 코킹이 완료되면 상기 코크스가 냉각차로 배출되고,

코크스 냉각차에서 백열 코크스가 코크스 냉각 장치로 이송되고, 상기 백열 코크스는 상기 코크스 냉각 장치에서 냉각 가스에 의해 점화 온도 아래의 온도로 냉각되고,

적어도 부분적으로 백열 코크스와 반응하여 부다 반응에 의해 일산화탄소(CO)를 형성하는 이산화탄소(CO₂)가 냉각 가스로서 이용되는 코크스의 건식 냉각 방법으로서,

상기 방법은,

코크스 냉각 장치에서 건식 냉각이 이루어짐으로써, 얻어진 일산화탄소 함유 냉각가스가 수집되고,

일산화탄소(CO)를 이용하여 상기 오븐을 가열하기 위해, 얻어진 가스 혼합물이 적어도 부분적으로 코크스 오븐으로 복귀하는 것을 특징으로 한다.

냉각 목적으로 추가된 이산화탄소는 건조되거나 건조되지 않을 수 있다. 원치 않는 부산물의 발생을 피하기 위해, 추가된 이산화탄소는 보통 건조된 순수 형태이다. 이를 위해, 이산화탄소는 임의의 소스(source)로부터 얻어질 수 있고 한 예시적인 실시예에서는 가스 세정 공정들로부터 유입된다. 상기 이산화탄소는 세정되지 않고 이용될 수 있지만, 사용 전에 세정될 수도 있다. 질소와 같은 다른 불활성 가스들이 이산화탄소에 추가될 수도 있다.

추가를 위해, 이산화탄소는 저장 탱크에 임시로 저장될 수 있다. 코크스의냉각 중에 얻어진 일산화탄소 역시 임시로 저장될 수 있다. 이 두 가스들의 일부 스트림들(streams)들은 또한 코크스 생산 플랜트와 관련이 없는 목적을 위해 전환되어 이용될 수 있다. 가스들의 농도를 측정하기 위한 계량기들이 이산화탄소 또는 일산화탄소 라인들에 설치될 수 있다. 이 계량값들은 여러 경우들에서 이 가스들의 사용을 결정하기 위해 참조될 수 있다. 이는 수동으로 또는 컴퓨터로 이루어질 수 있다.

다른 실시예에서, 증기(H₂O)가 냉각 가스로서 이산화탄소에 추가된다. 그리고 증기는 코크스와 반응하여 수소(H₂)와 일산화탄소(CO)를 형성하고, 이로부터 코크스와 반응한 이산화탄소에 의해 형성되는 일산화탄소와 함께 합성 가스가 발생된다. 합성 가스는 오직 가열을 위해서만 이용될 수 있고, 또는 일부 스트림은 전환되어 임의의 다른 목적을 위해 이용될 수 있다.

증기는 임의의 시점에서 냉각에 이용되는 이산화탄소에 추가될 수 있다. 예를 들면, 증기는 상기 이산화탄소가 코크스를 냉각하는데 이용되기 전에 이산화탄소에 추가될 수 있다. 그러나, 증기는 상기 이산화탄소로부터 별도로 또한 흐름 방향의 하류측에서, 이산화탄소용 공급 지점 위에 있는 샤프트에 또는 냉각 장치에 공급될 수도 있다. 이를 위해, 물이 액체 형태로 이산화탄소 스트림에 주입될 수도 있다. 또한, 코크스의 일부가 이미 이산화탄소와 반응했을 때, 흐름 방향의 바로 하류에 있는 측면 공급 노즐들을 통해, 코크스 케이크에 증기를 추가하는 것이 가능하다.

별개의 일산화탄소(CO) 이동을 수행하여 합성 가스로 변환시키기 위해, 이산화탄소에 의한 냉각 이후에 증기가 또한 일산화탄소에 추가될 수 있다. 그리고 나서 증기는 이산화탄소가 코크스를 통과한 후에 추가된다. 이를 위해, 액체수가 추가될 수도 있다. 전형적인 실시예에서는, 액체수는 냉각 가스가 코크스 케이크를 통과한 후에 냉각 가스 안으로 분무된다. 부다 반응이 수행된 후에, 일산화탄소는 냉각되고 변환 반응 장치(conversion reactor)를 통과하여 수성 가스 전화 반응(water-gas shift reaction)을 통해 일산화탄소(CO)가 이산화탄소(CO₂) 및 수소(H₂)로 변환된다.

또한 냉각 및 코크스 케이스를 관통하는 통과 이전에 과잉 증기가 추가되어, 과잉 증기와 일산화탄소를 수소로 변환하기 위한 반응이 이후에 수행될 수 있다. 이 경우, 증기(H₂O)의 일부는 수성 가스 반응으로 미리 고온 코크스와 반응하여 일산화탄소(CO)와 수소(H₂)를 형성할 수 있다. 액체수가 증기 대신에 이용될 수도 있다. 액체수는, 일산화탄소 스트림이 코크스를 통과하기 전에 일산화탄소 스트림에 분무된다. 이러한 과정은 또한 냉각 가스에 증기를 공급하는 것과 조합되어 수행될 수 있다.

물이 냉각 가스에 추가되거나 이후의 변환 반응 중에 추가될 때, 합성 가스가 얻어진다. 다른 목적을 위해 합성 가스의 일부 스트림을 전환하고 합성 가스를 이용하는 것이 가능하다. 본 발명의 일 실시예에서, 합성 가스는 적어도 부분적으로 코크스 오븐을 가열하는데 이용될 수 있다.

코크스 오븐을 가열하는데 이용되는 일산화탄소는 코크스 오븐에 공급되기 전에 연료 가스와 혼합될 수 있다. 일 실시예에서, 연료 가스는 탄화수소이고, 따라서 탄화수소 연료 가스가 일산화탄소와 혼합된다. 본 발명의 일 실시예에서, 연료 가스는 천연 가스이다. 코크스 오븐에 공급되어 상기 오븐을 가열하는데 이용되기 전에 천연 가스는 일산화탄소와 혼합된다. 또한 코크스 오븐을 가열하기 위한 일산화탄소는 다른 공정들에서 부산물로서 생성되고 여전히 특정 발열량을 갖는 연료 가스들과 혼합될 수 있다. 예를 들면, 일산화탄소가 코크스 오븐에 추가되기 전에, 고로 공정으로부터의 고로 가스가 일산화탄소에 추가될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서는, 또한 추가 가열을 위해, 일산화탄소가 코크스 오븐에 추가되기 전에 코크스 오븐 가스를 일산화탄소에 공급할 수 있다.

부다 반응에 의해 생성되고 필요에 따라 연료 가스가 부가되어진 일산화탄소는 코크스 오븐에 공급되기 전에 추가로 처리되지 않고 바로 가열에 이용될 수 있다. 그러나, 일산화탄소는 코크스 오븐에서 가열에 이용되기 전에 열 회수 공정을 거칠 수도 있다. 유리한 실시예에서, 일산화탄소는 대략 1,000℃의 온도로 코크스 케이크를 통과한다. 코크스 케이크를 통과한 후에, 일산화탄소의 온도는 이 온도 임계치 아래에서 부다 반응이 거의 끝나기 때문에 보통은 여전히 대략 900℃이다.

이 온도는 열 회수에 적절하고, 따라서 유리한 실시예에서 일산화탄소는 연소용 코크스 오븐에 공급되기 전에 열 회수 유닛을 통과한다. 예를 들면, 이 열은 공급되는 이산화탄소 가스 스트림을 역류방향으로 예열하는데 이용될 수 있다. 또한 다양한 목적들로 이 열을 이용할 수 있지만, 증기를 생성하는데 이용하는 것이 유리하다. 증기는 또한 다양한 목적들로 이용될 수 있지만, 보통은 기계적인 에너지를 생성하는데 이용된다. 전형적인 실시예에서는, 결국 기계적인 에너지는 터빈을 구동하는데 그리고 전력을 생성하는데 이용된다.

냉각 이후에, 코크스 케이크는 보통 500 ~ 900℃의 온도를 갖는다. 냉각 후에 최종적으로 코크스를 점화 온도 아래의 온도로 가져오기 위해, 최종 냉각은 본 발명의 범위 내에 있는 이산화탄소를 이용한 냉각 작업이 이어지는 최신의 방법들을 이용하여 수행된다.

코크스를 냉각시키는 이산화탄소는 스트림으로 간단하게 코크스 케이스 안으로 이동될 수 있다. 그러나, 스트림은 임의의 수의 부분 스트림들로 분할될 수도 있다. 본 발명에 따른 방법의 일 실시예에서는, 안으로 공급되는 이산화탄소 스트림은 적어도 2개의 부분 스트림들로 분할되고, 하나의 이산화탄소 부분 스트림은 아래로부터 코크스 냉각 장치 안으로 공급되고, 다른 이산화탄소 부분 스트림은 냉각될 코크스가 500 ~ 900℃의 온도를 갖는 샤프트의 부분 안으로 공급된다. 이산화탄소 부분 스트림은 임의의 시점에서 냉각 장치에 공급될 수 있지만, 바람직하게는 열의 이용이 최적인 시점에서 공급된다. 추가적인 이산화탄소의 부분 스트림이 또한 코크스의 냉각을 완료하기 위해 언제라도 공급될 수 있다. 부분 스트림들은 일반적으로 고온 코크스 케이크에서 임의의 시점에 코크스 안으로 공급될 수 있다.

상기 방법을 실행하는데 이용하기 위해, 코크스 오븐 배터리 또는 코크스 오븐 뱅크는 임의의 디자인을 가질 수 있고 임의의 방식으로 구성될 수 있다. 코크스가 배출되고 일산화탄소에 의해 가열되는 코크스 오븐 배터리는, 예를 들면 코킹 가스가 수집되어 처리되는 코크스 오븐 배터리일 수 있다. 코크스가 배출되고 일산화탄소에 의해 가열되는 코크스 오븐 뱅크는, 예를 들면 "열-회수" 타입의 코크스 오븐 배터리일 수 있다. 마지막으로, 코크스가 배출되고 일산화탄소에 의해 가열되는 코크스 오븐 뱅크는 "비-회수" 타입의 코크스 오븐 배터리일 수도 있다. 코크스 오븐 배터리 또는 뱅크에 위치되는 코크스 오븐들도 궁극적으로는 코크스의 제조에 적합하고 일산화탄소에 의해 가열되기에 적합한 한 임의의 디자인을 가질 수 있다. 또한 코크스의 배출은 냉각 시에 얻어진 일산화탄소가 공급될 수 있는 코크스 오븐 배터리 또는 뱅크와는 다른 코크스 오븐 배터리 또는 뱅크에서 수행될 수 있지만, 이것은 일반적인 예가 아니다.

본 발명의 일 실시예에서, 코크스 오븐으로부터의 폐가스 또는 완전히 연소된 코킹 가스는 가스 세정 공정을 거친다. 이는 이산화탄소가 폐가스로부터 세정될 수 있게 하고 또한 얻어진 이산화탄소가 코크스 냉각을 위해 이산화탄소에 추가될 수 있게 한다. 이렇게 하여, 폐가스로부터의 이산화탄소가 결국 코크스를 냉각하는데 이용되고 또한 일산화탄소로 변환된 후에 오븐을 가열하는데 이용되기 때문에, 전체 플랜트에 대해 균일한 이산화탄소(CO₂) 균형이 얻어질 수 있다. 결과적으로, 전체적인 이산화탄소의 배출은 적고 이상적으로는 없게 된다.

코크스용 냉각 장치는 본 발명을 실행하기 위한 임의의 구조를 가질 수 있다. 바람직하게는, 예를 들어, 코크스 냉각 장치는 코크스 냉각 샤프트일 수 있다. 그러나, 코크스 냉각 장치는 또한 코크스 냉각 챔버일 수 있다. 코크스 냉각 챔버는 냉각을 개선하거나 최적화하기 위해 보조 장비를 구비할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 코크스 냉각 챔버는 가스 속도가 안정되어 있는 대기 챔버(antechamber)를 구비한다. 냉각 장치 또는 이후의 일산화탄소용 이송 라인은 또한 탈진 장치(dedusting device)를 구비할 수 있다. 이는 분진이 함유된 석탄이 사용되거나 냉각 중에 다량의 분진이 생성되는 경우에 분진을 감소시킨다.

또한, 액체나 가스용 저장 탱크, 펌프, 밸브, 가열 또는 냉각 장비, 또는 가스 성분의 온도나 농도를 측정하는 계량기 등의 보조 장비가 본 발명에 따른 방법에서 임의의 시점에 사용될 수 있다.

본 발명은 코킹 후에 흡열 반응에 의한 코크스의 열 에너지를 활용할 수 있는 이점을 갖고, 따라서 고온 코크스의 열 에너지는 종래 기술에 따른 방법들에서 보다 더욱 양호하게 활용될 수 있다. 또한, 폐가스의 하류측 가스 세정이 채용된다면, 본 발명은 이산화탄소가 상기 방법으로 재공급되기 때문에 이산화 탄소의 대기 방출과 관련하여 이산화탄소 균형(balance)을 상당히 감소시키거나 이산화탄소 균형을 제로로 감소시킬 수 있는 이점을 갖는다. 따라서, 상기 방법의 주위 환경과의 적합성이 상당히 개선될 수 있다.

도 1은 석탄을 탄화시키는 역할을 하는 코크스 오븐을 도시한다.

본 발명은 단지 예시적인 실시예를 나타내며 본 발명을 한정하지 않는 도면을 통해 구체적으로 설명된다.

도 1은 석탄을 탄화시키는 역할을 하는 코크스 오븐을 도시한다. 도 1은 석탄 케이크(2), 코크스 오븐 챔버 도어들(3), 코크스 케이크(2) 위에 있는 1차 가열 공간(4) 및 코크스 케이크(2) 아래에 있는 2차 가열 공간(5)을 구비한 코크스 오븐 챔버(1)를 도시한다. 냉각을 위해 석탄 케이크(2)를 수집하는 냉각차(6)는 코크스 오븐 챔버(1)의 정면에 배치된다. 상기 냉각차(6)는 코크스 냉각 챔버(7)의 정면으로 옮겨지고, 코크스 케이크(2)는 공급 플랩(7a)을 통해 코크스 냉각 챔버(7)로 옮겨진다. 상기 플랩(7a)은 코크스 냉각 챔버(7)가 채워지면 닫힌다. 이어서 이산화탄소(8, CO₂)가 하부로부터 코크스 냉각 챔버(7)로 흘러 들어가서, 부다 평형에 따라 고온 코크스 케이크(2)와 반응하여 일산화탄소(9, CO)를 형성한다. 일산화탄소는 상방으로 추출되고, 탈진 유닛(10)에서 탈진되고 열교환기(11)에서 이산화탄소(8)의 예열을 위해 열교환된 후에, 일산화탄소는 코크스 오븐(1)의 2차 가열 공간(5)으로 이동된다. 여기서, 일산화탄소는 1차 가열 공간(4)으로부터 2차 가열 공간(5)으로 이미 유입되어 연소된, 부분적으로 연소된 코킹 가스에 부가된다. 그 결과, 일산화탄소는 코크스 오븐 챔버(1)의 바닥을 통한 코크스 케이크(2)의 가열에 기여한다. 연소 후에, 완전히 연소된 코킹 가스는 2차 가열 공간(5)으로부터 폐가스(12)로서 배출되어 가스 세정 장치(13)로 보내진다. 이로 인해 이산화탄소(13a)가 얻어진다. 이 이산화탄소는 이산화탄소(8)용 저장 탱크(14)를 통해 코크스(2)를 냉각하는데 이용된다. 세정된 폐가스(13b)는 가스 세정 장치(13)로부터 배출되어 열 회수 유닛(15)으로 보내진다. 여기서, 전력을 발생시키는 발전기(15a)가 터빈을 통해 구동된다. 냉각된 폐가스(15b)는 연도(16)를 통해 배출된다. 냉각된 코크스(5a)는 배출 플랩(7b)을 통해 배출되어 최종 냉각을 위해 보내진다.

1 코크스 오븐 챔버
2 석탄 또는 코크스 케이크
3 코크스 오븐 챔버 도어
4 1차 가열 공간
5 2차 가열 공간
5a 냉각 코크스
6 냉각차
7 코크스 냉각 챔버
7a 공급 플랩
7b 냉각 코크스용 배출 플랩
8 이산화탄소
9 일산화탄소
10 탈진 유닛
11 열교환기
12 폐가스
13 가스 세정 장치
13a 세정된 이산화탄소
13b 세정된 폐가스
14 저장 탱크
15 열 회수 유닛
15a 발전기
15b 냉각된 폐가스
16 연도

Claims

코크스 오븐(1)에서 고열량 가스에 의한 가열에 의해 석탄(2)이 가열되고, 주기적인 코킹을 통해 코크스(2)가 얻어지고, 코킹이 완료되면 상기 코크스가 코크스 냉각차(6)로 배출되고,
코크스 냉각차(6)에서 백열 코크스(2)가 코크스 냉각 장치(7)로 이송되고, 상기 백열 코크스(2)는 코크스 냉각 장치(7)에서 냉각 가스(8)에 의해 점화 온도 아래의의 온도로 냉각되고,
적어도 부분적으로 백열 코크스(2)와 반응하여 부다 반응에 의해 일산화탄소(9, CO)를 형성하는 이산화탄소(8, CO₂)가 냉각 가스(8)로서 이용되는 코크스(2)의 건식 냉각 방법으로서,
코크스 냉각 장치(7)에서 건식 냉각이 수행됨으로써 얻어진 일산화탄소 함유 냉각 가스(9)가 수집되고,
얻어진 가스 혼합물(9)은 일산화탄소(CO)를 이용하여 상기 오븐을 가열하기 위해 적어도 부분적으로 코크스 오븐(1)으로 복귀하는 것을 특징으로 하는 코크스(2)의 건식 냉각 방법.
제1항에 있어서,
냉각 가스(8)에 증기가 추가되는 것을 특징으로 하는 코크스(2)의 건식 냉각 방법.
제2항에 있어서,
상기 증기는 코크스 케이크(5a) 위에 있고 그리고 흐름 방향의 하류측에 있는 코크스 냉각 장치(7)에 추가되어, 과잉 이산화탄소(8)를 일산화탄소(9)로 변환하기 위한 반응이 이후에 수행될 수 있는 것을 특징으로 하는 코크스(2)의 건식 냉각 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
냉각 가스(8)가 코크스 케이크(5a)를 통과한 후에 액체수가 냉각 가스(8) 안으로 분무되어, 과잉 이산화탄소(8)를 일산화탄소(9)로 변환하기 위한 반응이 이후에 수행될 수 있는 것을 특징으로 하는 코크스(2)의 건식 냉각 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
일산화탄소(9)가 코크스 오븐(1)에 공급되기 전에, 탄화수소 연료 가스가 코크스 오븐(1)을 가열하는데 이용되는 상기 일산화탄소(9)와 혼합되는 것을 특징으로 하는 코크스(2)의 건식 냉각 방법.
제5항에 있어서,
상기 연료 가스는 천연 가스인 것을 특징으로 하는 코크스(2)의 건식 냉각 방법.
제5항에 있어서,
상기 연료 가스는 고로 공정으로부터의 고로 가스인 것을 특징으로 하는 코크스(2)의 건식 냉각 방법.
제5항에 있어서,
상기 연료 가스는 코크스 오븐 가스인 것을 특징으로 하는 코크스(2)의 건식 냉각 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
일산화탄소(9)는 가열을 위해 코크스 오븐(1)에 공급되기 전에, 열 회수 공정(11)에 보내지는 것을 특징으로 하는 코크스(2)의 건식 냉각 방법.
제9항에 있어서,
열 회수 공정(11) 중에 증기가 생성되는 것을 특징으로 하는 코크스(2)의 건식 냉각 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
냉각용 이산화탄소(8)는 적어도 두 부분의 스트림(stream)으로 나뉘고, 하나의 이산화탄소 부분 스트림(8)은 코크스 냉각 장치(7)에 아래로부터 공급되고, 다른 하나의 이산화탄소 부분 스트림(8)은 냉각될 코크스(5a)가 500 ~ 900℃의 온도를 갖는 코크스 냉각 장치(7)의 부분으로 공급되는 것을 특징으로 하는 코크스(2)의 건식 냉각 방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
코크스(2)가 배출되고 일산화탄소(9)에 의해 가열되는 코크스 오븐 배터리(1)는 "열-회수" 타입의 코크스 오븐 배터리(1)인 것을 특징으로 하는 코크스(2)의 건식 냉각 방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
코크스(2)가 배출되고 일산화탄소(9)에 의해 가열되는 코크스 오븐 배터리(1)는 "비-회수" 타입의 코크스 오븐 배터리(1)인 것을 특징으로 하는 코크스(2)의 건식 냉각 방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
코크스(2)가 배출되고 일산화탄소(9)에 의해 가열되는 코크스 오븐 배터리(1)는 코킹 가스(12)가 수집되어 처리되는 코크스 오븐 배터리(1)인 것을 특징으로 하는 코크스(2)의 건식 냉각 방법.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
코크스 오븐(1)으로부터의 폐가스(12) 또는 코킹 가스는 폐가스(12)로부터 이산화탄소(13b)가 세정되는 가스 세정 장치(13)에 보내지고, 얻어진 이산화탄소(13b)는 코크스(5a)를 냉각하기 위한 이산화탄소(8)에 추가되는 것을 특징으로 하는 코크스(2)의 건식 냉각 방법.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
코크스 냉각 장치(7)는 코크스 냉각 샤프트인 것을 특징으로 하는 코크스(2)의 건식 냉각 방법.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
코크스 냉각 장치(7)는 코크스 냉각 챔버인 것을 특징으로 하는 코크스(2)의 건식 냉각 방법.
제17항에 있어서,
코크스 냉각 챔버(7)는 대기 챔버를 구비한 것을 특징으로 하는 코크스(2)의 건식 냉각 방법.