KR20160105750A - 코크스용 첨가제 제조 방법과 제조 장치 - Google Patents

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Abstract

코크스 오븐 설비에서 발생되는 부산물을 이용하여 코크스용 첨가제를 추출할 수 있도록, 석탄을 용매에 분산시켜 슬러리화하는 석탄 전처리 공정; 석탄 슬러리와 크래킹 가스를 반응하여 석탄 슬러리를 액화하는 석탄 액화 공정; 석탄 액화 공정시 크랙킹 가스로 COG 및 타르를 공급하는 공정; 액화 생성물로부터 첨가제를 분리하는 분리공정; 및 분리 공정에서 얻어진 액상의 오일을 상기 석탄 전처리 공정으로 공급하여 용매로 사용하는 재순환 공정을 포함하는 코크스용 첨가제 제조 방법을 제공한다.

Description

코크스용 첨가제 제조 방법과 제조 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING BINDER FOR COKE}
코크스의 강도를 향상시킬 수 있는 코크스용 첨가제 제조 방법 및 제조 장치를 개시한다.
일반적으로, 코크스는 원료탄(coking coal)을 사용하여 코크스 제조 공정을 통해 제조한다. 코크스를 제조하는데 사용되는 원료탄은 점결성의 정도에 따라 강점탄과 미점탄으로 분류된다. 대형 고로의 안정적인 조업을 위해서는 고강도 코크스의 사용이 요구된다. 고강도의 코크스를 제조하기 위해서는 점결성이 우수한 강점탄을 사용하거나, 미점탄에 비해 강점탄을 대량 사용하는 것이 유리하다. 이에, 그 동안 코크스의 제조에 있어서 고품위이고 고가인 강점탄이 대량으로 사용되었다.
하지만, 세계적인 야금용 점결탄 수요의 급격한 증가와 강점탄의 제한된 매장량으로 인해, 강점탄의 확보가 점점 어려워지고 있으며, 이로 인해 가격이 급등되는 문제가 발생 되었다. 따라서, 저품위이고 저가인 아역청탄 또는 갈탄 등의 비점결탄을 원료탄으로 사용하면서 고강도의 코크스를 제조할 수 있는 기술 개발이 활발히 진행되고 있다.
예를 들어, 저품위의 원료탄을 고온 고압 조건에서 고가의 초임계용매에 녹여 점결물질을 추출하는 용매출방식을 통해 코크스 제조용 품질 개선제를 제조하는 기술이 개발되었다.
그러나, 종래의 구조는 대단위의 설비 구축이 요구되어 투자비가 과다하게 소요되는 단점이 있으며, 고가의 수소를 지속적으로 공급해야 하고, 이를 위해 수소화설비와 같은 고가의 설비가 필요하므로 생산 비용이 증가하는 문제가 있다.
코크스 오븐 설비에서 발생되는 부산물을 이용하여 코크스용 첨가제를 추출할 수 있도록 된 코크스용 첨가제 제조 방법 및 제조 장치를 제공한다.
또한, 수소화설비와 같은 대단위 설비의 구축없이 첨가제를 생산할 수 있도록 된 코크스용 첨가제 제조 방법 및 제조 장치를 제공한다.
또한, 제조 공정을 보다 단순화하여 경제성을 높일 수 있도록 된 코크스용 첨가제 제조 방법 및 제조 장치를 제공한다.
또한, 저품위탄을 이용하여 코크스용 첨가제를 제조할 수 있도록 된 코크스용 첨가제 제조 방법 및 제조 장치를 제공한다.
본 구현예의 첨가제 제조 방법은, 석탄을 용매에 분산시켜 슬러리화하는 석탄 전처리 공정; 석탄 슬러리와 크래킹 가스를 반응하여 석탄 슬러리를 액화하는 석탄 액화 공정; 석탄 액화 공정시 크랙킹 가스로 COG 및 타르를 공급하는 공정; 액화 생성물로부터 첨가제를 분리하는 분리공정; 및 분리 공정에서 얻어진 액상의 오일을 상기 석탄 전처리 공정으로 공급하여 용매로 사용하는 재순환 공정을 포함할 수 있다.
상기 석탄 전처리 공정은 석탄을 분쇄하는 단계와, 분쇄된 석탄을 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 석탄은 갈탄 또는 아역청탄을 포함할 수 있다.
상기 석탄 분쇄 단계에서 석탄은 60메쉬(mesh) 이하의 크기로 분쇄될 수 있다.
상기 석탄 건조 단계는 석탄의 수분 함량이 10wt% 이하가 되도록 건조하는 구조일 수 있다.
상기 석탄 전처리 공정은 용매에 대해 건조된 석탄을 중량비로 1/1 내지 1/4로 혼합하여 슬러리화하는 구조일 수 있다.
상기 COG와 타르 공급 공정은 제철 공정의 코크스 제조 과정에서 생성된 COG와 타르를 공급하는 구조일 수 있다.
상기 타르는 석탄과 타르의 총 중량에 대해 5 내지 50중량%로 공급될 수 있다.
상기 분리공정은 액화 생성물에서 기체 성분을 분리하는 세퍼레이팅(separating) 단계, 액상 물질과 고상 물질을 분리하는 여과 단계, 및 여과 단계에서 분리된 액상 물질을 증류하여 첨가제를 분리하는 분별증류단계를 포함하고, 상기 재순환 공정은 상기 분별증류단계에서 첨가제와 분리된 오일을 상기 석탄 전처리 공정으로 공급하는 구조일 수 있다.
상기 여과 단계는 120 내지 400℃의 온도에서 수행될 수 있다.
상기 분별증류단계는 350 내지 450℃의 온도에서 수행될 수 있다.
본 구현예의 제조 장치는 전처리된 석탄과 용매를 혼합하여 슬러리화하는 믹싱드럼, 상기 믹싱드럼을 거친 석탄 슬러리를 액화하는 반응기, 상기 반응기로 COG와 타르를 공급하는 공급부, 상기 반응기로부터 생성된 액화 생성물에서 첨가제를 분리하기 위한 분리부, 및 상기 분리부와 상기 믹싱드럼 사이에 연결되어 분리부에서 분리된 오일을 믹싱드럼에 용매로 공급하는 공급라인을 포함할 수 있다.
상기 분리부는 액화 공정 생성물에서 기체 성분을 분리하는 세퍼레이터와, 상기 세퍼레이터에 연결되어 액상 물질과 고상 물질을 분리하는 필터장치, 및 상기 필터장치에서 분리된 액상 물질을 증류하여 첨가제를 분리하며 상기 공급라인을 통해 상기 믹싱드럼에 연결되어 첨가제와 분리된 오일을 믹싱드럼으로 공급하는 증류기를 포함할 수 있다.
상기 제조 장치는 석탄 전처리를 위해 석탄을 분쇄하는 분쇄기와, 분쇄된 석탄을 건조하는 건조기를 더 포함할 수 있다.
상기 공급부는 코크스 제조 설비와 상기 반응기 사이에 연결되어 코크스 제조설비에서 생성된 COG를 반응기로 공급하는 COG 공급기와, 코크스 제조설비에서 생성된 타르를 반응기로 공급하는 타르공급기를 포함할 수 있다.
이와 같이 본 구현예에 의하면, 코크스 오븐 공정에서 발생되는 부산물을 활용함으로써, 코크스용 첨가제를 보다 경제적이고 효율적으로 생산할 수 있게 된다.
또한, 공정을 단순화함으로써 원가 절감이 가능하여 첨가제 제조 비용을 줄일 수 있게 된다.
또한, 수소 제조를 위한 설비 구축이 불필요하여 생산원가를 낮출 수 있게 된다.
또한, 코크스 제조 설비의 부산물인 타르를 첨가제와 오일로 전환하여 부가가치를 높일 수 있게 된다.
도 1은 본 실시예에 따른 코크스용 첨가제 제조 장치를 도시한 개략적인 구성도이다.
이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 이에, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 실시예에 따른 코크스용 첨가제 제조 장치의 구성을 개략적으로 도시하고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 제조 장치는 전처리된 석탄과 용매를 혼합하여 슬러리화하는 믹싱드럼(10), 상기 믹싱드럼(10)을 거친 석탄 슬러리(slurry)를 액화하는 반응기(30), 상기 반응기(30)로 COG와 타르(tar)를 공급하는 공급부, 상기 반응기(30)로부터 생성된 액화 생성물에서 첨가제를 분리하기 위한 분리부(40), 및 상기 분리부(40)와 상기 믹싱드럼(10) 사이에 연결되어 분리부에서 분리된 오일을 믹싱드럼(10)에 용매로 공급하는 공급라인(50)을 포함한다.
상기 제조장치는 석탄을 전처리하기 위해, 석탄을 분쇄하는 분쇄기(12)와, 분쇄된 석탄을 건조하는 건조기(14)를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에서 첨가제 제조를 위한 원료인 석탄은 갈탄이나 아역청탄과 같은 저품위의 비점결탄을 포함할 수 있다. 갈탄이나 아역청탄 등의 저품위탄은 점결성 등의 물성이 낮은 반면 매장량이 풍부하고 저가이므로, 코크스용 첨가제 제조시 생산 단가를 낮출 수 있게 된다.
상기 믹싱드럼(10)은 전처리된 석탄과 용매를 혼합하여 석탄 슬러리를 형성한다.
본 실시예에서 상기 믹싱드럼(10)에 투입되는 용매는 상기 분리부(40)를 통해 최종적으로 첨가제를 분리하고 남은 오일을 활용하는 구조로 되어 있다.
이를 위해, 공급라인(50)이 분리부(40)와 믹싱드럼(10) 사이에 연결되어, 첨가제 분리 후 남은 오일이 공급라인(50)을 통해 믹싱드럼(10)에 용매로 재순환되어 공급된다.
이와 같이, 분리부(40)를 거처 분리된 액상의 오일을 바로 믹싱드럼(10)으로 공급하여 용매로 재활용함으로써, 설비를 단순화할 수 있고 공정을 단순화하여 첨가제 생산 원가를 낮출 수 있게 된다.
믹싱드럼(10)에서 혼합된 석탄 슬러리는 고압펌프에 의해 반응기(30)로 이송된다. 믹싱드럼(10)에서 반응기(30) 사이로 석탄 슬러리가 이송되는 과정에서 믹싱드럼(10)과 반응기(30) 사이에 설치된 가열부(16)를 통해 석탄 슬러리에 열량을 공급하여 석탄 슬러리를 설정 온도까지 가열한다.
상기 반응기(30)는 고온 고압에 충분히 견디며 내부에 반응 공간을 갖는 용기로, 고온 고압하에서 석탄 슬러리를 액화시킨다. 반응기(30)의 외측에는 반응기(30)에 열 에너지를 가하기 위한 히터 등이 설치되며, 내부에는 교반기가 설치될 수 있다.
상기 공급부는 반응기(30) 일측에 연결되어 반응기(30)로 크랙킹 가스를 공급한다. 본 실시예에서 상기 가스공급부(32)는 크랙킹 가스로 COG(Coke Oven Gas) 및 타르(tar)를 공급한다.
이와 같이, 크랙킹 가스로 COG와 타르를 이용함으로써, 본 실시예의 장치는 종래 수소제조설비를 갖출 필요가 없게 된다. 수소제조설비는 알려진 바와 같이 대단히 복잡한 설비로, 건설비용이 전체 설비의 1/4에 달하며 운전비 역시 많이 소요된다. 따라서, 본 실시예의 경우 수소제조설비를 구축하지 않아도 되므로, 전체 공장 규모를 줄이고 첨가제의 생산 원가를 크게 낮출 수 있게 된다.
본 실시예에서, 상기 공급부는 제철 공정의 코크스 제조 과정에서 생성된 COG와 타르를 공급하는 구조일 수 있다. 이를 위해, 상기 공급부는 코크스 제조 설비(C)와 상기 반응기(30) 사이에 연결되어 코크스 제조설비에서 생성된 COG를 반응기로 공급하는 COG 공급기(32)와, 코크스 제조설비에서 생성된 타르를 반응기로 공급하는 타르공급기(34)를 포함한다.
제철소의 코크스 제조 설비(C)는 코크스 오븐 내에 원료탄을 장입하고 연료가스를 열원으로 하여 코크스(coke)를 제조하는 설비로, 코크스 제조 과정에서 부산물로 COG와 타르가 생성된다. 코크스 제조 설비에서 발생된 COG와 타르는 각각 COG 공급기(32)와 타르공급기(34)를 통해 본 장치의 반응기(30)에 크랙킹 가스로 공급된다.
본 실시예에서, 상기 COG 공급기(32)와 타르공급기(34)는 코크스 제조 설비(C)에서 생성된 고온의 COG와 타르를 냉각하지 않고 고온 상태로 반응기(30)에 공급하는 구조로 되어 있다. 따라서 고온의 타르와 COG를 석탄 액화 공정으로 공급함으로써, 가열부(16)를 통해 석탄 슬러리를 가열하는 과정에서 석탄 슬러리를 가열하는 데 소요되는 에너지를 줄일 수 있게 된다.
COG 공급기(32)로부터 공급되는 COG는 반응기(30) 내에서 클랙킹 가스로 작용하며, 타르공급기(34)로부터 반응기로 공급되는 타르는 보조제로서 작용한다. 타르는 애쉬(ash) 함량이 0%에 가깝고 액화에 도움이 되지 않는 산소와 질소 함량이 석탄 대비 상대적으로 낮아 공정의 효율을 향상시키게 된다.
본 실시예에서, 상기 타르는 석탄과 타르의 총 중량에 대해 5 ~ 50중량%로 공급될 수 있다. 타르의 혼합비가 5중량%보다 작으면 석탄을 액화시키는 데 필요로 하는 수소를 충분하게 공급하기 어려우며, 타르의 혼합비가 50중량%를 넘게되면 석탄을 액화시키는 효율이 한계점을 초과하므로 추가적인 효율의 향상은 기대하기 어렵고 반면에 타르의 가격이 석탄보다 비싸기 때문에 경제성이 떨어지게 된다.
상기 분리부(40)는 액화 생성물에서 기체 성분을 분리하는 세퍼레이터(42)와, 상기 세퍼레이터에 연결되어 액상 물질과 고상 물질을 분리하는 필터장치(44), 및 상기 필터장치에서 분리된 액상 물질을 증류하여 코크스용 첨가제(B)를 분리하는 증류기(46)를 포함한다.
상기 분리부(40)의 증류기(46)는 공급라인(50)을 통해 상기 믹싱드럼(10)에 연결된다. 이에, 증류기(46)를 거쳐 첨가제와 분리된 오일은 공급라인을 통해 믹싱드럼(10)으로 공급된다. 상기 증류기(46)는 끓는점의 차이를 이용하여 첨가제를 분리시키는 분별 증류기가 사용될 수 있다.
이와 같이, 본 장치는 분리부(40)를 거쳐 최종적으로 코크스용 첨가제(B)를 생산할 수 있게 된다.
이하, 본 실시예에 따른 첨가제 제조 과정을 설명하면 다음과 같다.
첨가제 제조를 위한 공정은, 석탄을 용매에 분산시켜 슬러리화하는 석탄 전처리 공정, 석탄 슬러리와 크래킹 가스를 반응하여 석탄 슬러리를 액화하는 석탄 액화 공정, 석탄 액화 공정시 크랙킹 가스로 COG 및 타르를 공급하는 공정, 액화 생성물로부터 첨가제를 분리하는 분리공정, 및 분리 공정에서 얻어진 액상의 오일을 상기 석탄 전처리 공정으로 공급하여 용매로 사용하는 재순환 공정을 포함한다.
석탄 전처리 공정은 첨가제 제조를 위한 원료인 석탄을 전처리하여 준비하는 과정으로, 석탄을 분쇄한 후 분쇄된 석탄을 건조하는 과정을 거친다.
원료인 석탄은 점결성이 낮거나 없고, 가격이 저렴한 미점탄(또는 저급탄)이며, 갈탄, 아역청탄 등을 사용할 수 있다. 갈탄, 아역청탄 등의 저품위탄은 분쇄기를 통해 분쇄한다. 석탄의 분쇄는 예를 들어, 60메쉬 이하로 크기로 분쇄할 수 있다.
분쇄된 석탄은 건조 공정을 거쳐 수분을 제거한다. 석탄의 수분은 석탄과 용매와의 혼합을 방해하고 반응기 압력을 불안정하게 만들어 반응 효율을 저하시킨다. 본 실시예에서, 석탄 건조 공정을 통해 석탄은 수분함량이 10wt% 이하가 되도록 건조한다. 석탄의 수분함량이 10wt%를 넘게 되면 상기와 같은 공정 효율 저하 및 추가적인 폐가스 처리공정이 필요하게 된다.
분쇄 및 건조된 석탄은 용매와 혼합되어 슬러리화된다. 본 실시예에서 상기 용매에 대한 건조된 석탄은 중량비로 1/1 내지 1/4로 혼합된다.
용매에 대한 석탄의 비율이 1/1보다 큰 경우에는 용매의 양이 작아 석탄 슬러리가 잘 생성되지 않는다. 용매에 대한 석탄의 비율이 1/4보다 낮은 경우에는 용매가 너무 많이 섞여 석탄 슬러리의 점도가 떨어지며 설비의 규모가 커지고 이송과정에서 관로가 막히는 등의 문제가 발생된다.
여기서, 상기 용매는 첨가제 제조과정을 거쳐 최종적으로 첨가제를 분리하고 남은 오일을 이용할 수 있다.
상기 공정을 거쳐 슬러리화된 석탄은 반응기로 이송되어 석탄 액화 공정을 거친다. 석탄 슬러리는 액화 공정으로 이송하는 과정에서 가열공정을 거쳐 원하는 온도까지 가열된다.
석탄 액화 공정은 상기 전처리 공정에서 충분히 높은 온도로 슬러리화된 석탄을 액화하는 단계이다. 반응기 내에 석탄 슬러리와 크랙킹 가스를 투입하고 설정된 온도와 압력하에서 액화 반응을 진행한다.
본 실시예에서, 상기 석탄 액화 공정은 250 내지 450℃의 온도와, 30 내지 120bar의 압력하에서 이루어질 수 있다. 반응기 내부의 압력은 크랙킹 가스의 공급유량을 조절함으로써 제어할 수 있다.
반응기 내부가 상기 온도와 압력 범위로 조성됨에 따라, 석탄과 용매가 혼합된 혼합물 즉, 석탄 슬러리에서 액화 반응이 진행된다. 이때, 공급되는 크랙킹 가스는 반응기 내부의 압력 조절뿐만 아니라, 석탄을 구성하는 탄소 원자간의 끊어진 고리를 이어, 액화시키는 역할을 한다.
석탄 액화 공정에서 온도가 250℃보다 낮은 경우에는 석탄이 멜팅(melting)되지 않아 액화공정이 진행되지 않고, 온도가 450℃를 넘게 되면 석탄의 코킹이 일어나서 석탄이 딱딱하게 굳어 반응을 저하시키게 된다.
또한, 석탄 액화 공정에서 반응 압력이 30bar보다 작은 경우에는 반응기 내의 압력이 낮아 석탄으로 수소의 공여가 발생하지 않는 문제가 생긴다. 압력이 120bar를 넘게 되면 석탄으로 수소가 과다하게 공여되어 최종 결과물인 코크스용 첨가제 생산량이 줄게 되며, 오일 등의 원하는 않는 물질의 생산량은 늘게 된다.
상기 석탄 액화 단계에서 상기 크랙킹 가스로 COG 및 타르가 공급된다. 본 실시예에서 상기 COG와 타르 공급 공정은 제철 공정의 코크스 제조 과정에서 생성된 COG와 타르를 공급하는 구조일 수 있다.
이와 같이, 석탄 액화 공정시 석탄 조직을 고온 고압 환경에서 분해하고 수소를 넣어주어 안정화시키는 과정이 필요한데, 본 공정의 경우 상기와 같이 액화 공정시 필요한 수소를 코크스 제조 공정에서 발생되는 고온의 COG와 타르를 통해 공급하게 된다. 이에, 수소화 용매를 만드는 공정을 생략하고 경제적으로 설비를 구축할 수 있게 된다. 또한, 첨가제 제조 효율과 품질을 높일 수 있게 된다.
본 실시예에서, 코크스 제조 설비에서 생성된 상기 COG와 타르는 냉각하지 않고 고온 상태로 반응기에 공급할 수 있다. 따라서 고온의 타르와 COG를 석탄 액화 공정으로 공급함으로써, 석탄 슬러리의 가열 공정시 석탄 슬러리를 가열하는 데 소요되는 에너지를 줄일 수 있게 된다.
상기 석탄 액화 공정에서 생성된 생성물은 분리 공정을 통해 최종 목표인 코크스용 첨가제로 분리할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 분리공정은 순차적으로 액화공정 생성물에서 기체 성분을 분리하는 세퍼레이팅(separating) 단계, 액상 물질과 고상 물질을 분리하는 여과 단계, 및 여과 단계에서 분리된 액상 물질을 증류하여 첨가제를 분리하는 분별증류단계를 포함한다.
석탄 액화 공정을 거쳐 액화된 생성물은 고상 생성물, 액상 생성물 및 기상 생성물을 모두 포함한다. 액상 생성물은 코크스용 첨가제 및 오일을 포함하며, 기상 생성물은 연료가스, 황, 암모니아 등을 포함할 수 있다.
상기 세퍼레이팅 단계는 석탄 액화 공정을 통해 생성된 물질들 중 가장 가벼운 기체 성분(C1 ~ C5, H2S, NH3, H2 등)들을 생성물에서 분리한다. 상기 여과 단계에서는 생성물을 고상 생성물(residue)와 액상 생성물로 분리한다.
상기 여과 단계에 이어지는 상기 분별증류단계는 여과 단계에서 분리된 액상 생성물을 증류하는 것으로, 최종적으로 코크스용 첨가제가 분리되어 얻어진다.
본 실시예에서, 상기 여과 단계는 120 내지 400℃의 온도에서 수행될 수 있다.
상기 코크스용 첨가제는 연화점이 120도 내외이다. 따라서, 상기 여과단계에서 온도가 120℃보다 낮은 경우에는 코크스용 첨가제는 고상 생성물로 존재하게 되고 이에, 고상 생성물과 코크스용 첨가제가 혼합되므로 코크스용 첨가제만을 분리할 수 없게 된다. 이에, 상기 여과 단계는 코크스용 첨가제의 연화점을 고려하여 120℃ 이상의 온도에서 수행한다.
또한, 언급한 바와 같이 석탄 액화 공정은 250 내지 450℃의 온도에서 수행되므로, 석탄 액화 공정에서 생성된 최초 생성물은 냉각하지 않는 이상 120 내지 400℃의 고온으로 존재하게 된다. 따라서 상기 여과 단계에서 생성물을 추가로 가열하지 않고 석탄 액화 공정 직후에 여과 단계를 수행하는 경우, 생성물이 갖는 열을 이용하여 120℃ 이상의 온도로 여과 과정을 수행할 수 있다. 이에, 본 실시예에서 상기 여과 단계는 석탄 액화 공정 직후에 생성물의 온도가 120℃ 아래로 낮아지기 전에 수행할 필요가 있다.
상기 분별증류단계에서는 여과 단계를 거쳐 분리된 액상 생성물을 증류기를 이용하여 증류하여 코크스용 첨가제를 얻을 수 있다.
여과 단계에서 분리된 액상 생성물은 언급한 바와 같이 코크스용 첨가제 뿐아니라 오일을 포함하고 있으며, 온도에 따라서는 일부 연료가스, 황, 암모니아 등을 더 포함할 수 있다.
상기 분별증류단계에서는 통상 사용되는 분별증류가 사용될 수 있다.
본실시예에서, 상기 분별증류단계는 350 내지 450℃의 온도에서 수행될 수 있다. 액상 생성물 중 오일은 끓는점이 350 내지 450℃보다 낮으므로, 분별증류방법을 이용하여 액상 생성물에서 오일을 분리 제거하여 코크스용 첨가제를 얻을 수 있게 된다. 즉, 분별증류단계에서 350℃ 내지 450℃의 온도로 액상 생성물을 가열하게 되면, 오일(Oil)이 증발되고 잔류물로 코크스용 첨가제만을 분리할 수 있게 된다. 이에, 분별증류단계를 통해 오일을 분리하여 최종적으로 코크스용 첨가제가 얻어진다.
상기 재순환 공정은 분리 공정에서 얻어진 오일을 상기 석탄 전처리 공정으로 공급함으로써, 오일은 석탄 슬러리화 공정의 용매로 재활용한다.
본 실시예에서, 상기 재순환 공정은 분별증류단계를 통해 얻어진 오일을 바로 석탄 전치리 공정의 믹싱드럼으로 공급하게 된다. 이와 같이, 분리공정에서 분리되어 나온 오일을 바로 석탄 전처리 공정으로 재순환시킴으로써, 공정을 단순화할 수 있게 된다.
(실시예)
아래 표 1에서 비교예는 종래기술에 따라 첨가제를 제조한 경우를 나타내고 있다. 비교예의 경우 투입되는 원료는 석탄 100중량%이며, 공정의 안정성과 석탄 액화 솔벤트(solvent)의 수소화를 위해 사용된 수소(H2)가 석탄 100중량부 대비 3중량부로 사용되었다.
표 1의 실시예는 코크스 제조 설비에서 부산물로 발생하는 타르와 COG를 사용하여 첨가제를 제조항 경우를 나타내고 있다. 실시예의 경우 투입되는 원료의 함량은 주요 원료 100중량%에 대해 석탄 50중량% 및 타르 50중량% 이며, 상기 주요 원료인 석탄과 타르 100중량부에 대해 COG는 3중량부 사용되었다.
단위 비교예 실시예
투입 석탄(coal) 중량% 100 50
타르(tar) 중량% 50
수소(H2) 중량부 3 3(COG)
생성 가스(gas) 중량% 20 15
오일(oil) 중량% 10 14
첨가제 중량% 40 56
잔사(residue) 중량% 30 15
위 표 1에 나타난 바와 같이, 본 실시예의 경우 첨가제가 56중량% 생산되어 비교예와 비교하여 약 15%의 생산성 향상이 나타났다. 오일의 경우에도 14중량%로 비교예와 비교하여 약 5% 생산성이 향상되었다. 그리고 액화되지 않은 잔사(residue)는 실시예의 경우 비교예와 비교하여 약 15% 감소하였다.
이는 타르에 포함된 애쉬(ash) 함량이 거의 0%에 가까우며, 액화에 도움이 되지 않는 산소와 질소 함량이 석탄대비 상대적으로 낮기 때문에, 실시예의 경우 타르를 사용하여 공정 효율을 향상시킬 수 있는 것이다. 또한, COG를 사용하여 공정 안정 효과를 유지하면서 첨가제의 생산량을 높일 수 있게 된다.
더욱이, 코크스 제조 설비에서 발생한 타르와 COG를 냉각시키지 않고 고온 상태 그대로 석탄 액화 공정에 투입하여 활용함으로써, 석탄 슬러리를 가열하는 데 사용되는 열량을 줄일 수 있게 된다.
이와 같이, 첨가제 제조 공정을 코크스 제조 공정과 연계시킴으로써, 솔벤트 수소화설비, 수소제조설비를 사용하지 않고 설비를 단순화시켜 투자비를 38% 이상 절감할 수 있고, 솔벤트의 열화를 원천적으로 차단하여 공정의 효율과 제품의 품질을 높일 수 있게 된다. 또한, 타르를 첨가제와 오일로 전환하여 부가가치를 높일 수 있게 된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10 : 믹싱드럼 12 : 분쇄기
14 : 건조기 30 : 반응기
32 : COG 공급부 34 : 타르공급부
40 : 분리부 42 : 세퍼레이터
44 : 필터장치 46 : 증류기
50 : 공급라인

Claims (8)

  1. 석탄을 용매에 분산시켜 슬러리화하는 석탄 전처리 공정;
    석탄 슬러리와 크래킹 가스를 반응하여 석탄 슬러리를 액화하는 석탄 액화 공정;
    석탄 액화 공정시 크랙킹 가스로 COG 및 타르를 공급하는 공정;
    액화 생성물로부터 첨가제를 분리하는 분리공정; 및
    분리 공정에서 얻어진 액상의 오일을 상기 석탄 전처리 공정으로 공급하여 용매로 사용하는 재순환 공정
    을 포함하는 코크스용 첨가제 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 석탄 전처리 공정은 용매에 대해 건조된 석탄을 중량비로 1/1 내지 1/4로 혼합하는 코크스용 첨가제 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 COG와 타르 공급 공정은 제철 공정의 코크스 제조 과정에서 생성된 COG와 타르를 공급하는 구조의 코크스용 첨가제 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 타르는 석탄과 타르의 총 중량에 대해 5 내지 50중량%로 공급되는 코크스용 첨가제 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 분리공정은 액화 생성물에서 기체 성분을 분리하는 세퍼레이팅(separating) 단계, 액상 물질과 고상 물질을 분리하는 여과 단계, 및 여과 단계에서 분리된 액상 물질을 증류하여 첨가제를 분리하는 분별증류단계를 포함하고,
    상기 재순환 공정은 상기 분별증류단계에서 첨가제와 분리된 오일을 상기 석탄 전처리 공정으로 공급하는 구조의 코크스용 첨가제 제조 방법.
  6. 전처리된 석탄과 용매를 혼합하여 슬러리화하는 믹싱드럼,
    상기 믹싱드럼을 거친 석탄 슬러리를 액화하는 반응기,
    상기 반응기로 COG와 타르를 공급하는 공급부,
    상기 반응기로부터 생성된 액화 생성물에서 첨가제를 분리하기 위한 분리부, 및
    상기 분리부와 상기 믹싱드럼 사이에 연결되어 분리부에서 분리된 오일을 믹싱드럼에 용매로 공급하는 공급라인
    을 포함하는 코크스용 첨가제 제조 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 분리부는 액화 공정 생성물에서 기체 성분을 분리하는 세퍼레이터와, 상기 세퍼레이터에 연결되어 액상 물질과 고상 물질을 분리하는 필터장치, 및 상기 필터장치에서 분리된 액상 물질을 증류하여 첨가제를 분리하며 상기 공급라인을 통해 상기 믹싱드럼에 연결되어 첨가제와 분리된 오일을 믹싱드럼으로 공급하는 증류기를 포함하는 코크스용 첨가제 제조 장치.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 공급부는 코크스 제조 설비와 상기 반응기 사이에 연결되어 코크스 제조설비에서 생성된 COG를 반응기로 공급하는 COG 공급기와, 코크스 제조설비에서 생성된 타르를 반응기로 공급하는 타르공급기를 포함하는 코크스용 첨가제 제조 장치.
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