KR20210126118A - 코크스 건식 소화 설비 및 열교환기를 이용한 생석회의 제조 방법 및 제조 장치 - Google Patents
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Abstract
양호한 열효율이고 또한 간단한 구성으로 생석회를 제조할 수 있는 코크스 건식 소화 설비 및 열교환기를 이용한 생석회의 제조 방법 및 제조 장치를 제공하기 위해, 코크스 건식 소화 설비로 적열 코크스를 냉각하여 가열된 가열 순환 가스를 열교환기에 공급하고, 열교환기로 가열 순환 가스에 의해 공기를 가열하여 가열 가스를 생성하고, 생성한 가열 가스를 석회 소성로에 공급하고, 석회 소성로에서 공급된 가열 가스에 의해 석회석을 열 분해하여 생석회로 하는 동시에, 열교환기로 공기의 가열에 의해 가열 순환 가스를 냉각하여 얻어진 냉각 순환 가스를 코크스 건식 소화 설비에 공급하여, 적열 코크스를 냉각하기 위한 냉각 순환 가스로서 이용한다.
Description
본 발명은 생석회의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히, 코크스 건식 소화 설비의 배기가스 및 열교환기를 이용하는 생석회의 제조 방법 및 제조 장치에 관한 것이다.
종래, 생석회의 제조 방법으로서, 매르츠로나 베켄바흐로 등의 수직형 노나 로터리 킬른로를 이용하여, 석회석(CaCO3)을 열 분해(CaCO3→CaO+CO2)하여 생석회(CaO)를 제조하는 방법이 일반적이다(비특허문헌 1 참조). 이 방법의 경우, 열 분해를 위해 이론 열량:766kcal/kg-CaO의 열에너지가 필요하다. 그 때문에, 종래의 생석회의 제조 방법에서는 이하의 표 1에 나타내는 바와 같이, 로마다 필요한 열에너지를 중유, 석탄, LNG, 코크스 등을 연료로 해서 외부로부터 공급하고 있다. 그 때문에, 상술한 종래의 생석회의 제조 방법에서는 생석회를 제조하기 위해, 외부로부터 석회석의 열 분해를 위한 열에너지를 공급할 필요가 있고, 열 효율이 좋지 않은 문제가 있었다.
[표 1]
한편, 코크스로에서 나온 적열 코크스를 냉각하여, 적열 코크스의 현열에서 열에너지를 회수하는 코크스 건식 소화 설비(CDQ)가 일반적으로 이용되고 있다. 그리고, 열 효율을 고려하여 생석회를 제조하는 방법으로서, 코크스의 건식 소화 설비의 프리 챔버에 냉각해야 할 적열 코크스와 함께 석회석을 투입하고, 코크스 현열을 이용하여 생석회를 제조하는 방법이 알려져 있다(특허문헌 1 참조).
비특허문헌 1:석고 석탄 핸드북(1972년, 석고 석회 학회편), 478쪽∼505쪽
그러나, 특허문헌 1과 같은 석회석을 적열 코크스와 함께 프리 챔버에 투입하는 방법에서는 사용할 수 있는 코크스 현열이 적다는 문제가 있었다. 즉, 석회석에서 생석회로의 분해 반응(CaCO3→CaO+CO2)은 800℃이상에서 일어나기 때문에, 800℃이상의 코크스 현열밖에 이용할 수 없었다. 또한, 석회석을 적열 코크스와 함께 혼합하여 석회석의 열 분해를 실행하고 있기 때문에, 코크스와 생석회의 분리가 곤란하였다. 또, 생석회가 코크스를 냉각하는 가스 중의 수분을 흡습하는 것에 의해 발열하고, 코크스가 충분히 냉각되지 않는다는 문제도 있었다. 또한, 코크스 건식 소화 설비의 냉각탑내에 석회석을 투입하기 때문에, 냉각할 수 있는 코크스의 양에 영향을 미친다는 문제도 있었다.
본 발명의 목적은 코크스 건식 소화 설비 및 열교환기를 이용한 생석회의 제조 방법으로서, 적열 코크스의 현열을 유효하게 이용하고, 양호한 열 효율이고 또한 간단한 구성으로 생석회를 제조할 수 있는 코크스 건식 소화 설비 및 열교환기를 이용한 생석회의 제조 방법 및 제조 장치를 제공하는 것에 있다.
종래 기술이 안고 있는 전술한 과제를 해결하고, 상기의 목적을 실현하기 위해 예의 연구한 결과, 발명자들은 이하에 기술하는 새로운 코크스 건식 소화 설비 및 열교환기를 이용한 생석회의 제조 방법을 개발하기에 이르렀다.
즉, 본 발명은 코크스 건식 소화 설비에서 적열 코크스를 냉각하여 가열된 가열 순환 가스를 열교환기에 공급하고, 열교환기로 가열 순환 가스에 의해 공기를 가열하여 가열 가스를 생성하고, 생성된 가열 가스를 석회 소성로에 공급하고, 석회 소성로에서 공급된 가열 가스에 의해 석회석을 열 분해하여 생석회로 하는 동시에, 열교환기로 공기의 가열에 의해 가열 순환 가스를 냉각하여 얻어진 냉각 순환 가스를 코크스 건식 소화 설비에 공급하여, 적열 코크스를 냉각하기 위한 냉각 순환 가스로서 이용하는 것을 특징으로 하는 코크스 건식 소화 설비 및 열교환기를 이용한 생석회의 제조 방법이다.
또한, 상기와 같이 구성되는 본 발명에 관한 코크스 건식 소화 설비 및 열교환기를 이용한 생석회의 제조 방법에 있어서는
(1) 상기 열교환기로 가열 순환 가스에 의해 가열된 가열 가스를 가열 버너로 가열하는 것,
(2) 상기 열교환기로 가열 순환 가스에 의해 가열된 가열 가스를 석회 소성로에 설치된 배기가스 중의 O2 농도, CO 농도, CO2 농도, H2 농도의 비율에 의거하여, 상기 가열 버너로 가열하는 것,
(3) 상기 열교환기로 가열 순환 가스에 의해 가열된 가열 가스를 석회 소성로에 설치된 배기가스 중의 온도에 의거하여, 상기 가열 버너로 가열하는 것,
(4) 상기 적열 코크스 냉각 후의 가열 순환 가스를 제진기에 통과시키는 것,
(5) 상기 석회 소성로가 수직형 노 또는 로터리 킬른로인 것이 더욱 바람직한 해결 수단으로 되는 것으로 생각된다.
또, 본 발명은 적열 코크스를 냉각하여 가열된 가열 순환 가스를 배출하는 코크스 건식 소화 설비와, 배출된 가열 순환 가스에 의해 공기를 가열하여 가열 가스를 생성하는 동시에, 공기의 가열에 의해 가열 순환 가스를 냉각하여 얻어진 냉각 순환 가스를 배출하는 열교환기와, 열교환기로 생성된 가열 가스에 의해 석회석을 열 분해하여 생석회로 하는 석회 소성로를 갖고, 열교환기에서 배출된 냉각 순환 가스를 재차 코크스 건식 소화 설비에 있어서 적열 코크스 냉각용의 냉각 순환 가스로서 이용하는 것을 특징으로 하는 코크스 건식 소화 설비 및 열교환기를 이용한 생석회의 제조 장치이다.
또한, 상기와 같이 구성되는 본 발명에 관한 코크스 건식 소화 설비 및 열교환기를 이용한 생석회의 제조 장치에 있어서는
(1) 상기 열교환기에서 가열 순환 가스에 의해 가열된 가열 가스를 가열 버너로 가열하여 상기 석회 소성로에 공급하는 것,
(2) 상기 적열 코크스 냉각 후의 가열 순환 가스를 제진기에 통과시키는 것,
(3) 상기 석회 소성로가 수직형 노 또는 로터리 킬른로인 것이 더욱 바람직한 해결 수단으로 되는 것으로 생각된다.
본 발명의 코크스 건식 소화 설비 및 열교환기를 이용한 생석회의 제조 방법 및 제조 장치에 따르면, 코크스 건식 소화 설비의 순환 가스 현열을 이용하여 열교환기에서 공기를 가열하여 얻어진 가열 가스를 사용하여 석회석에서 생석회를 제조하도록 했으므로, 특허문헌 1과 같이 프리 챔버 투입에 비해, 많은 현열을 이용할 수 있게 되었다. 프리 챔버 투입에서는 이용할 수 있는 코크스 현열은 800℃∼1000℃인 것에 반해, 순환 가스 현열을 이용하는 경우에는 200℃∼800℃의 현열을 또한 이용할 수 있다. 또, 코크스 냉각과 생석회 제조를 독립적으로 실행하므로, 코크스와 생석회의 분리를 실행할 필요가 없다는 효과도 있다. 또한, 적열 코크스의 현열을 유효하게 이용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 코크스 건식 소화 설비 및 열교환기를 이용한 생석회의 제조 방법을 실시하는 제조 장치의 일예의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 코크스 건식 소화 설비 및 열교환기를 이용한 생석회의 제조 방법을 실시하는 제조 장치의 다른 예의 구성을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 코크스 건식 소화 설비 및 열교환기를 이용한 생석회의 제조 방법 및 제조 장치에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 코크스 건식 소화 설비 및 열교환기를 이용한 생석회의 제조 방법을 실시하는 제조 장치의 일예의 구성을 나타내는 도면이다. 도 1에 나타내는 예에 있어서, 본 발명의 생석회의 제조 장치는 코크스 건식 소화 설비(1)와 열교환기(21)와 석회 소성로로서의 수직형 노(41)로 구성되어 있다.
도 1에 나타내는 코크스 건식 소화 설비(1)에 있어서, '2'는 냉각탑, '3'은 도시하지 않은 코크스로에서 반송되는 적열 코크스, '4'는 적열 코크스(3)를 냉각탑(2)의 탑부에 반송하여 냉각탑(2)내에 공급하기 위한 코크 버킷, '5'는 냉각탑(2)의 하부로부터 적열 코크스(3)를 냉각하기 위한 냉각 순환 가스(6)를 공급하기 위한 제 1 순환 가스 공급관, '7'은 순환 가스 공급관(5)에서 냉각탑(2)내에 냉각 순환 가스(6)를 공급하기 위한 순환 가스 공급 배관, '8'은 냉각탑(2)의 저부에 마련된 냉각 후의 코크스를 냉각탑(2)에서 꺼내기 위한 코크스 배출부, '9'는 냉각탑(2)의 상부에 마련된 적열 코크스(3)의 현열에 의해 냉각 순환 가스(6)를 가열하여 얻어진 가열 순환 가스, '10'은 가열 순환 가스(9)를 냉각탑(2)에서 외부로 배출하기 위한 순환 가스 배출부, '11'은 순환 가스 배출부(10)에 공기(12)를 공급하는 블로어, '13'은 제 1 순환 가스 공급관에 마련된 순환 가스를 필요에 따라 외부에 배출하기 위한 순환 가스 배출구이다.
도 1에 나타내는 열교환기(21)에 있어서, '22'는 열매 통로, '23'은 냉매 통로이다. 코크스 건식 소화 설비(1)의 순환 가스 배출부(10)로부터의 가열 순환 가스(9)는 제 2 순환 가스 공급관(24)을 통해, 열교환기(21)의 열매 통로(22)의 입구에 공급된다. 또, 열매 통로(22)의 출구에서 배출되는 냉각 순환 가스(25)는 제 1 순환 가스 공급관(5)을 통해 냉각탑(2)으로 되돌리고, 냉각탑(2)에 있어서 적열 코크스(3)의 냉각에 이용된다. 또한, 공기 공급부(26)에서 냉매 통로(23)의 입구에 공급되는 공기(29)는 열매 통로(22)의 가열 순환 가스(9)의 현열에 의해 가열되어 가열 가스(27)로 된다. 가열 가스(27)는 가열 가스 공급관(28)을 통해 외부에 공급된다. 또한, '30'은 공기(29)를 열교환기(21)의 냉매 통로에 공급하여 가열 가스(27)를 외부에 공급하기 위한 블로어이다. 블로어는 공기 공급부(26)의 입구측에 마련되어 있어도 좋다. 가열 가스 공급관(28)에는 가열 가스(27)를 더욱 가열하기 위한 가열 버너(71)가 마련되어 있다. 수직형 노(41)에는 내화물이 라이닝되어 있고, 노체 자체는 강철제로 만들어져 있으며, 대형화가 가능하다. 수직형 노(41)에는 베켄바흐로나 매르츠로가 있다.
또, 도 1에 나타내는 예에 있어서, 수직형 노의 상부에 온도계, 배기가스 농도계(81)(O2, CO, CO2, H2의 측정 가능)가 설치되어 있다. 가열 버너의 연소량을 온도나 배기가스 농도에 따라 제어함으로써, 가열 버너에서의 온도 제어성이 향상한다.
구체적으로는 석회 소성로 상부(석회석 충전층의 상부의 공간부)에서의 CO2 농도를 측정하고, 그 위치에서의 가스 유량(예를 들면, 시간당 표준 상태의 가스 유량 Nm3/h)과 CO2 농도로부터 CO2 유량(Nm3/h)을 계산할 수 있다. 석회석에서 생석회가 생성될 때에는 CO2가 발생하기 때문에, 생석회의 단위시간당 생성량과 석회 소성로에서 배출되는 CO2의 양에는 상관이 있다. 생석회의 생성량을 추정할 수 있으면, 석회석의 분해율을 추정할 수 있으므로, 분해율이 목표값보다 낮은 경우에는 석회 소성로에 도입되는 가스의 온도를 상승시키도록, 가열 버너의 연소량을 올리도록 제어할 수 있다. 본 발명에서는 코크스 건식 소화 설비로부터 얻어지는 배기열을 이용하고 있기 때문에, 얻어지는 열량이 코크스 건식 소화 설비의 조업에 따라 변동하는 경우가 있다. 그 때문에, 석회 소성로 상부에 있어서의 CO2 유량에 의거하여 가열 버너의 연소를 제어하는 것이 바람직하다.
또, 마찬가지로, 석회 소성로 상부에서의 온도에 의거하여 가열 버너의 연소를 제어할 수도 있다. 이것은 석회 소성로 상부의 온도와, 석회석의 분해율에 상관이 있는 것에 의거하고 있으며, 예를 들면, 석회 소성로 상부의 온도가 목표값보다 낮은 경우에는 가열 버너의 연소량을 늘리도록 제어를 실행할 수 있다.
또한, 도 1에 나타내는 예에 있어서, 제 1 순환 가스 공급관(5)에는 순환 가스를 송급하기 위한 블로어(31)가 마련되어 있다. 이 블로어(31)의 기능에 의해, 냉각 순환 가스(6), 가열 순환 가스(9) 및 냉각 순환 가스(25)를, 코크스 건식 소화 설비(1)와 열교환기(21) 사이에서 순환시키고 있다. 또한, 적열 코크스(3)를 냉각한 후의 가열 순환 가스(9)를 제진기에 통과시킴으로써, 가열 순환 가스(9) 중의 코크스를 분리 제거하는 것이 바람직하다. 제진기는 순환 가스가 CDQ에서 배출된 후의 열교환기의 순환 가스 입구까지의 사이에 마련하면, 열교환기의 코크스분에 의한 마모를 방지하는 점에서 바람직하다.
도 1에 나타내는 수직형 노(41)에 있어서, 열교환기(21)의 가열 가스 공급관(28)으로부터 가열 가스(27)가 수직형 노(41)의 저부로부터 공급된다. 또, '43'은 수직형 노(41)의 노정에서 석회석(44)(CaCO3)을 노내에 공급하기 위한 석회 공급부, '45'는 석회석(44)을 가열 가스(27)로 열 분해시킨 후의 냉각 가스(46)를 노 밖으로 배출하기 위한 가스 배출부, '48'은 수직형 노(41)의 저부에 마련된 석회석(44)을 열 분해하여 제조한 생석회(49)(CaO)를 외부에 꺼내기 위한 생석회 배출부이다.
도 2는 본 발명의 코크스 건식 소화 설비 및 열교환기를 이용한 생석회의 제조 방법을 실시하는 제조 장치의 다른 예의 구성을 나타내는 도면이다. 도 2에 나타내는 예에 있어서, 본 발명의 생석회의 제조 장치는 코크스 건식 소화 설비(1)와 열교환기(21)와 석회 소성로로서의 로터리 킬른로(61)로 구성되어 있다.
도 2에 나타내는 코크스 건식 소화 설비(1) 및 열교환기(21)의 구성은 상술한 도 1에 있어서 설명한 코크스 건식 소화 설비(1) 및 열교환기(21)와 동일한 구성이기 때문에, 여기서는 도 1에 나타낸 예와 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다. 또, 그 밖의 구성 부재에 있어서도, 도 2에 있어서 설명한 부재와 동일한 부재에 대해서는 도 1에 나타낸 예와 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
도 2에 나타내는 로터리 킬른로(61)에 있어서, 열교환기(21)의 가열 가스 공급관(28)으로부터 가열 가스(27)가 로터리 킬른로(61)의 하단부로부터 공급된다. 또, '63'은 로터리 킬른로(61)의 노정에서 석회석(64)(CaCO3)을 노내에 공급하기 위한 석회 공급부, '65'는 석회석(64)을 가열 가스(27)로 열 분해시킨 후의 냉각 가스(66)를 노 밖으로 배출하기 위한 가스 배출부, '68'은 로터리 킬른로(61)의 하단부에 마련된 석회석(64)을 열 분해하여 제조한 생석회(69)(CaO)를 외부에 꺼내기 위한 생석회 배출부이다. 가열 가스 공급관(28)에는 가열 가스(27)를 가열하기 위한 가열 버너(71)가 마련되어 있다. 로터리 킬른로(61)는 원형의 철피로 내화물이 라이닝되어 있고, 조업시는 일정 속도로 축 주위에 회전하여 소성을 실행하고 있다.
또, 도 2에 나타내는 예에 있어서, 로터리 킬른로(61)에 온도계, 배기가스 농도계(82)(O2, CO, CO2, H2의 측정 가능)가 설치되어 있다. 가열 버너의 연소량을 온도나 배기가스 농도에 따라 제어함으로써, 가열 버너에서의 온도 제어성은 향상한다. 온도계, 배기가스 농도계를 마련하는 위치는 로터리 킬른로(61)내의 석회석 투입부에 가까운 위치의 가스가 유통하는 공간부가 바람직하고, 예를 들면, 로터리 킬른로(61)의 회전체의 석회석 투입부에 가까운 단에서 50㎝ 이내에 마련하는 것이 바람직하다. 또, 로터리 킬른로(61)로부터의 냉각 가스의 배출부(65)에 마련해도 좋다. 배기가스 농도계, 온도계를 이용한 제어의 방법은 도 1의 예와 마찬가지이다.
도 1 및 도 2에 나타낸 예에 있어서, 코크스로에서 건류된 약 1000℃의 적열 코크스(3)는 코크스 건식 소화 설비(1)의 냉각탑(2) 상부의 프리 챔버에 투입된다. 냉각탑(2)에 들어간 적열 코크스(3)는 냉각 순환 가스(6)에 의해서 200℃ 정도까지 냉각된다. 한편, 냉각 순환 가스(6)의 온도는 적열 코크스(3)의 현열에 의해서 800∼900℃ 정도까지 상승하여 가열 순환 가스(9)로 된다. 또한, 블로어(11)로 공기를 취입하여 가열 순환 가스(9) 중의 가연 가스 성분을 연소시킴으로써, 또한 온도를 상승시킬 수 있다. 냉각탑(2)을 나온 가열 순환 가스(9)의 현열은 열교환기(21)에 있어서 공기를 가열하는데 사용되고, 공기는 700℃ 정도의 가열 가스(27)로 된다. 또한, 가열 가스는 가열 버너(71)에 의해, 800℃이상으로 승온된다. 이 때, 코크스 건식 소화 설비(1)의 조업 조건에 따라서는 가열 버너(71)를 이용하지 않아도 800℃이상의 공기를 얻을 수도 있다.
그리고, 열교환기(21)로부터의 가열 가스(27)는 석회 소성로에서, 구체적으로는 도 1에서는 수직형 노(41) 및 도 2에서는 로터리 킬른로(61)에서, 석회석을 열 분해하여 생석회를 제조하는 것에 이용된다. 이것에 의해서, 적열 코크스(3)의 현열을 최대한 이용하여 생석회를 제조할 수 있다.
도 1 및 도 2에 나타내는 예에 있어서, 코크스 건식 소화 설비에서 회수되는 적열 코크스의 현열을 사용하여 석회석에서 생석회를 제조하도록 했으므로, 특허문헌 1과 같이 프리 챔버 투입에 비해, 많은 현열을 이용할 수 있게 되었다. 또, 코크스 냉각과 생석회 제조를 독립적으로 실행하므로, 코크스와 생석회의 분리를 실행할 필요가 없다는 효과도 있다. 또한, 열교환기(21)로 가열 가스(27)를 생성하기 위한 순환 가스를 재차 코크스 건식 소화 설비의 냉각용의 순환 가스로서 사용함으로써, 적열 코크스의 현열을 유효하게 이용할 수 있다.
실시예
도 1에 나타내는 구성의 제조 장치를 이용하고, 본 발명의 코크스 건식 소화 설비 및 열교환기를 이용한 생석회의 제조 방법에 따라, 이하의 발명예 1, 발명예 2, 발명예 3, 발명예 4 및 비교예 1의 조건에서 조업하고, 생석회를 제조하였다. 우선, 석회석을 열 분해하여 생석회로 하는 경우의 열에너지의 수지는 이하와 같다.
석회석 중의 CaCO3의 열 분해 반응(CaCO3→CaO+CO2)에 필요한 열량 766kcal/kg-CaO에 대해, 코크스 냉각 후의 순환 가스 현열 228kcal/Nm3(180℃∼850℃)를 이용하는 경우를 생각한다. 순환 가스 1Nm3당 제조 가능한 생석회는 228/766 =최대 0.297kg-CaO/Nm3이다.
<발명예 1>
본 발명의 코크스 건식 소화 설비 및 열교환기를 이용한 생석회의 제조 방법에 따라, 도 1의 설비를 이용하여 가열 버너(71)을 이용하지 않고, 코크스 처리량 68t/hr, 순환 가스 유량 84000Nm3/hr의 코크스 건식 소화 설비로 생석회를 제조한 결과, 생석회 제조량은 15t/hr이었다.
<발명예 2>
본 발명의 코크스 건식 소화 설비 및 열교환기를 이용한 생석회의 제조 방법에 따라, 도 1의 설비를 이용하여 가열 버너(71)를 이용하지 않고, 코크스 처리량 86t/hr, 순환 가스 유량 106000Nm3/hr의 코크스 건식 소화 설비로 생석회를 제조한 결과, 생석회 제조량은 20t/hr이었다.
<발명예 3>
본 발명의 코크스 건식 소화 설비 및 열교환기를 이용한 생석회의 제조 방법에 따라, 도 2의 설비를 이용하여 가열 버너(71)을 이용하지 않고, 코크스 처리량 68t/hr, 순환 가스 유량 84000Nm3/hr의 코크스 건식 소화 설비에서 생석회를 제조한 결과, 생석회 제조량은 14t/hr이었다.
<발명예 4>
본 발명의 코크스 건식 소화 설비 및 열교환기를 이용한 생석회의 제조 방법에 따라, 도 1의 설비를 이용하고, 또한 가열 버너로 석회 소성로에 공급되는 가스의 온도를 900℃까지 승온하여, 코크스 처리량 68t/hr, 순환 가스 유량 84000Nm3/hr의 코크스 건식 소화 설비로 생석회를 제조한 결과, 생석회 제조량은 16t/hr이었다.
<비교예 1>
특허문헌 1에 따라 프리 챔버에 적열 코크스와 함께 석회석을 투입하여 코크스와 생석회를 제조한 경우, 코크스 100t/hr에 대해 생석회 제조량은 4.7t/hr이었다.
이상의 결과로부터, 발명예의 경우는 모두, 비교예 1에 비해 코크스 1t당 생석회 제조량을 증가시킬 수 있는 것을 알 수 있다. 또, 석회석에서 생석회를 제조함에 있어서, 외부로부터 연료를 공급하여 연소시킬 필요가 없으며, 적열 코크스의 현열을 유효하게 이용할 수 있다.
<산업상의 이용 가능성>
본 발명에 관한 코크스 건식 소화 설비 및 열교환기를 이용한 생석회의 제조 방법 및 제조 장치는 종래 공지의 생석회의 제조에 비해, 열 효율의 점에서 우수한 조업이 가능하며, 각종 장치 배열에 의한 생석회의 제조 방법 및 제조 장치에도 적용 가능하다.
도 2는 본 발명의 코크스 건식 소화 설비 및 열교환기를 이용한 생석회의 제조 방법을 실시하는 제조 장치의 다른 예의 구성을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 코크스 건식 소화 설비 및 열교환기를 이용한 생석회의 제조 방법 및 제조 장치에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 코크스 건식 소화 설비 및 열교환기를 이용한 생석회의 제조 방법을 실시하는 제조 장치의 일예의 구성을 나타내는 도면이다. 도 1에 나타내는 예에 있어서, 본 발명의 생석회의 제조 장치는 코크스 건식 소화 설비(1)와 열교환기(21)와 석회 소성로로서의 수직형 노(41)로 구성되어 있다.
도 1에 나타내는 코크스 건식 소화 설비(1)에 있어서, '2'는 냉각탑, '3'은 도시하지 않은 코크스로에서 반송되는 적열 코크스, '4'는 적열 코크스(3)를 냉각탑(2)의 탑부에 반송하여 냉각탑(2)내에 공급하기 위한 코크 버킷, '5'는 냉각탑(2)의 하부로부터 적열 코크스(3)를 냉각하기 위한 냉각 순환 가스(6)를 공급하기 위한 제 1 순환 가스 공급관, '7'은 순환 가스 공급관(5)에서 냉각탑(2)내에 냉각 순환 가스(6)를 공급하기 위한 순환 가스 공급 배관, '8'은 냉각탑(2)의 저부에 마련된 냉각 후의 코크스를 냉각탑(2)에서 꺼내기 위한 코크스 배출부, '9'는 냉각탑(2)의 상부에 마련된 적열 코크스(3)의 현열에 의해 냉각 순환 가스(6)를 가열하여 얻어진 가열 순환 가스, '10'은 가열 순환 가스(9)를 냉각탑(2)에서 외부로 배출하기 위한 순환 가스 배출부, '11'은 순환 가스 배출부(10)에 공기(12)를 공급하는 블로어, '13'은 제 1 순환 가스 공급관에 마련된 순환 가스를 필요에 따라 외부에 배출하기 위한 순환 가스 배출구이다.
도 1에 나타내는 열교환기(21)에 있어서, '22'는 열매 통로, '23'은 냉매 통로이다. 코크스 건식 소화 설비(1)의 순환 가스 배출부(10)로부터의 가열 순환 가스(9)는 제 2 순환 가스 공급관(24)을 통해, 열교환기(21)의 열매 통로(22)의 입구에 공급된다. 또, 열매 통로(22)의 출구에서 배출되는 냉각 순환 가스(25)는 제 1 순환 가스 공급관(5)을 통해 냉각탑(2)으로 되돌리고, 냉각탑(2)에 있어서 적열 코크스(3)의 냉각에 이용된다. 또한, 공기 공급부(26)에서 냉매 통로(23)의 입구에 공급되는 공기(29)는 열매 통로(22)의 가열 순환 가스(9)의 현열에 의해 가열되어 가열 가스(27)로 된다. 가열 가스(27)는 가열 가스 공급관(28)을 통해 외부에 공급된다. 또한, '30'은 공기(29)를 열교환기(21)의 냉매 통로에 공급하여 가열 가스(27)를 외부에 공급하기 위한 블로어이다. 블로어는 공기 공급부(26)의 입구측에 마련되어 있어도 좋다. 가열 가스 공급관(28)에는 가열 가스(27)를 더욱 가열하기 위한 가열 버너(71)가 마련되어 있다. 수직형 노(41)에는 내화물이 라이닝되어 있고, 노체 자체는 강철제로 만들어져 있으며, 대형화가 가능하다. 수직형 노(41)에는 베켄바흐로나 매르츠로가 있다.
또, 도 1에 나타내는 예에 있어서, 수직형 노의 상부에 온도계, 배기가스 농도계(81)(O2, CO, CO2, H2의 측정 가능)가 설치되어 있다. 가열 버너의 연소량을 온도나 배기가스 농도에 따라 제어함으로써, 가열 버너에서의 온도 제어성이 향상한다.
구체적으로는 석회 소성로 상부(석회석 충전층의 상부의 공간부)에서의 CO2 농도를 측정하고, 그 위치에서의 가스 유량(예를 들면, 시간당 표준 상태의 가스 유량 Nm3/h)과 CO2 농도로부터 CO2 유량(Nm3/h)을 계산할 수 있다. 석회석에서 생석회가 생성될 때에는 CO2가 발생하기 때문에, 생석회의 단위시간당 생성량과 석회 소성로에서 배출되는 CO2의 양에는 상관이 있다. 생석회의 생성량을 추정할 수 있으면, 석회석의 분해율을 추정할 수 있으므로, 분해율이 목표값보다 낮은 경우에는 석회 소성로에 도입되는 가스의 온도를 상승시키도록, 가열 버너의 연소량을 올리도록 제어할 수 있다. 본 발명에서는 코크스 건식 소화 설비로부터 얻어지는 배기열을 이용하고 있기 때문에, 얻어지는 열량이 코크스 건식 소화 설비의 조업에 따라 변동하는 경우가 있다. 그 때문에, 석회 소성로 상부에 있어서의 CO2 유량에 의거하여 가열 버너의 연소를 제어하는 것이 바람직하다.
또, 마찬가지로, 석회 소성로 상부에서의 온도에 의거하여 가열 버너의 연소를 제어할 수도 있다. 이것은 석회 소성로 상부의 온도와, 석회석의 분해율에 상관이 있는 것에 의거하고 있으며, 예를 들면, 석회 소성로 상부의 온도가 목표값보다 낮은 경우에는 가열 버너의 연소량을 늘리도록 제어를 실행할 수 있다.
또한, 도 1에 나타내는 예에 있어서, 제 1 순환 가스 공급관(5)에는 순환 가스를 송급하기 위한 블로어(31)가 마련되어 있다. 이 블로어(31)의 기능에 의해, 냉각 순환 가스(6), 가열 순환 가스(9) 및 냉각 순환 가스(25)를, 코크스 건식 소화 설비(1)와 열교환기(21) 사이에서 순환시키고 있다. 또한, 적열 코크스(3)를 냉각한 후의 가열 순환 가스(9)를 제진기에 통과시킴으로써, 가열 순환 가스(9) 중의 코크스를 분리 제거하는 것이 바람직하다. 제진기는 순환 가스가 CDQ에서 배출된 후의 열교환기의 순환 가스 입구까지의 사이에 마련하면, 열교환기의 코크스분에 의한 마모를 방지하는 점에서 바람직하다.
도 1에 나타내는 수직형 노(41)에 있어서, 열교환기(21)의 가열 가스 공급관(28)으로부터 가열 가스(27)가 수직형 노(41)의 저부로부터 공급된다. 또, '43'은 수직형 노(41)의 노정에서 석회석(44)(CaCO3)을 노내에 공급하기 위한 석회 공급부, '45'는 석회석(44)을 가열 가스(27)로 열 분해시킨 후의 냉각 가스(46)를 노 밖으로 배출하기 위한 가스 배출부, '48'은 수직형 노(41)의 저부에 마련된 석회석(44)을 열 분해하여 제조한 생석회(49)(CaO)를 외부에 꺼내기 위한 생석회 배출부이다.
도 2는 본 발명의 코크스 건식 소화 설비 및 열교환기를 이용한 생석회의 제조 방법을 실시하는 제조 장치의 다른 예의 구성을 나타내는 도면이다. 도 2에 나타내는 예에 있어서, 본 발명의 생석회의 제조 장치는 코크스 건식 소화 설비(1)와 열교환기(21)와 석회 소성로로서의 로터리 킬른로(61)로 구성되어 있다.
도 2에 나타내는 코크스 건식 소화 설비(1) 및 열교환기(21)의 구성은 상술한 도 1에 있어서 설명한 코크스 건식 소화 설비(1) 및 열교환기(21)와 동일한 구성이기 때문에, 여기서는 도 1에 나타낸 예와 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다. 또, 그 밖의 구성 부재에 있어서도, 도 2에 있어서 설명한 부재와 동일한 부재에 대해서는 도 1에 나타낸 예와 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
도 2에 나타내는 로터리 킬른로(61)에 있어서, 열교환기(21)의 가열 가스 공급관(28)으로부터 가열 가스(27)가 로터리 킬른로(61)의 하단부로부터 공급된다. 또, '63'은 로터리 킬른로(61)의 노정에서 석회석(64)(CaCO3)을 노내에 공급하기 위한 석회 공급부, '65'는 석회석(64)을 가열 가스(27)로 열 분해시킨 후의 냉각 가스(66)를 노 밖으로 배출하기 위한 가스 배출부, '68'은 로터리 킬른로(61)의 하단부에 마련된 석회석(64)을 열 분해하여 제조한 생석회(69)(CaO)를 외부에 꺼내기 위한 생석회 배출부이다. 가열 가스 공급관(28)에는 가열 가스(27)를 가열하기 위한 가열 버너(71)가 마련되어 있다. 로터리 킬른로(61)는 원형의 철피로 내화물이 라이닝되어 있고, 조업시는 일정 속도로 축 주위에 회전하여 소성을 실행하고 있다.
또, 도 2에 나타내는 예에 있어서, 로터리 킬른로(61)에 온도계, 배기가스 농도계(82)(O2, CO, CO2, H2의 측정 가능)가 설치되어 있다. 가열 버너의 연소량을 온도나 배기가스 농도에 따라 제어함으로써, 가열 버너에서의 온도 제어성은 향상한다. 온도계, 배기가스 농도계를 마련하는 위치는 로터리 킬른로(61)내의 석회석 투입부에 가까운 위치의 가스가 유통하는 공간부가 바람직하고, 예를 들면, 로터리 킬른로(61)의 회전체의 석회석 투입부에 가까운 단에서 50㎝ 이내에 마련하는 것이 바람직하다. 또, 로터리 킬른로(61)로부터의 냉각 가스의 배출부(65)에 마련해도 좋다. 배기가스 농도계, 온도계를 이용한 제어의 방법은 도 1의 예와 마찬가지이다.
도 1 및 도 2에 나타낸 예에 있어서, 코크스로에서 건류된 약 1000℃의 적열 코크스(3)는 코크스 건식 소화 설비(1)의 냉각탑(2) 상부의 프리 챔버에 투입된다. 냉각탑(2)에 들어간 적열 코크스(3)는 냉각 순환 가스(6)에 의해서 200℃ 정도까지 냉각된다. 한편, 냉각 순환 가스(6)의 온도는 적열 코크스(3)의 현열에 의해서 800∼900℃ 정도까지 상승하여 가열 순환 가스(9)로 된다. 또한, 블로어(11)로 공기를 취입하여 가열 순환 가스(9) 중의 가연 가스 성분을 연소시킴으로써, 또한 온도를 상승시킬 수 있다. 냉각탑(2)을 나온 가열 순환 가스(9)의 현열은 열교환기(21)에 있어서 공기를 가열하는데 사용되고, 공기는 700℃ 정도의 가열 가스(27)로 된다. 또한, 가열 가스는 가열 버너(71)에 의해, 800℃이상으로 승온된다. 이 때, 코크스 건식 소화 설비(1)의 조업 조건에 따라서는 가열 버너(71)를 이용하지 않아도 800℃이상의 공기를 얻을 수도 있다.
그리고, 열교환기(21)로부터의 가열 가스(27)는 석회 소성로에서, 구체적으로는 도 1에서는 수직형 노(41) 및 도 2에서는 로터리 킬른로(61)에서, 석회석을 열 분해하여 생석회를 제조하는 것에 이용된다. 이것에 의해서, 적열 코크스(3)의 현열을 최대한 이용하여 생석회를 제조할 수 있다.
도 1 및 도 2에 나타내는 예에 있어서, 코크스 건식 소화 설비에서 회수되는 적열 코크스의 현열을 사용하여 석회석에서 생석회를 제조하도록 했으므로, 특허문헌 1과 같이 프리 챔버 투입에 비해, 많은 현열을 이용할 수 있게 되었다. 또, 코크스 냉각과 생석회 제조를 독립적으로 실행하므로, 코크스와 생석회의 분리를 실행할 필요가 없다는 효과도 있다. 또한, 열교환기(21)로 가열 가스(27)를 생성하기 위한 순환 가스를 재차 코크스 건식 소화 설비의 냉각용의 순환 가스로서 사용함으로써, 적열 코크스의 현열을 유효하게 이용할 수 있다.
실시예
도 1에 나타내는 구성의 제조 장치를 이용하고, 본 발명의 코크스 건식 소화 설비 및 열교환기를 이용한 생석회의 제조 방법에 따라, 이하의 발명예 1, 발명예 2, 발명예 3, 발명예 4 및 비교예 1의 조건에서 조업하고, 생석회를 제조하였다. 우선, 석회석을 열 분해하여 생석회로 하는 경우의 열에너지의 수지는 이하와 같다.
석회석 중의 CaCO3의 열 분해 반응(CaCO3→CaO+CO2)에 필요한 열량 766kcal/kg-CaO에 대해, 코크스 냉각 후의 순환 가스 현열 228kcal/Nm3(180℃∼850℃)를 이용하는 경우를 생각한다. 순환 가스 1Nm3당 제조 가능한 생석회는 228/766 =최대 0.297kg-CaO/Nm3이다.
<발명예 1>
본 발명의 코크스 건식 소화 설비 및 열교환기를 이용한 생석회의 제조 방법에 따라, 도 1의 설비를 이용하여 가열 버너(71)을 이용하지 않고, 코크스 처리량 68t/hr, 순환 가스 유량 84000Nm3/hr의 코크스 건식 소화 설비로 생석회를 제조한 결과, 생석회 제조량은 15t/hr이었다.
<발명예 2>
본 발명의 코크스 건식 소화 설비 및 열교환기를 이용한 생석회의 제조 방법에 따라, 도 1의 설비를 이용하여 가열 버너(71)를 이용하지 않고, 코크스 처리량 86t/hr, 순환 가스 유량 106000Nm3/hr의 코크스 건식 소화 설비로 생석회를 제조한 결과, 생석회 제조량은 20t/hr이었다.
<발명예 3>
본 발명의 코크스 건식 소화 설비 및 열교환기를 이용한 생석회의 제조 방법에 따라, 도 2의 설비를 이용하여 가열 버너(71)을 이용하지 않고, 코크스 처리량 68t/hr, 순환 가스 유량 84000Nm3/hr의 코크스 건식 소화 설비에서 생석회를 제조한 결과, 생석회 제조량은 14t/hr이었다.
<발명예 4>
본 발명의 코크스 건식 소화 설비 및 열교환기를 이용한 생석회의 제조 방법에 따라, 도 1의 설비를 이용하고, 또한 가열 버너로 석회 소성로에 공급되는 가스의 온도를 900℃까지 승온하여, 코크스 처리량 68t/hr, 순환 가스 유량 84000Nm3/hr의 코크스 건식 소화 설비로 생석회를 제조한 결과, 생석회 제조량은 16t/hr이었다.
<비교예 1>
특허문헌 1에 따라 프리 챔버에 적열 코크스와 함께 석회석을 투입하여 코크스와 생석회를 제조한 경우, 코크스 100t/hr에 대해 생석회 제조량은 4.7t/hr이었다.
이상의 결과로부터, 발명예의 경우는 모두, 비교예 1에 비해 코크스 1t당 생석회 제조량을 증가시킬 수 있는 것을 알 수 있다. 또, 석회석에서 생석회를 제조함에 있어서, 외부로부터 연료를 공급하여 연소시킬 필요가 없으며, 적열 코크스의 현열을 유효하게 이용할 수 있다.
<산업상의 이용 가능성>
본 발명에 관한 코크스 건식 소화 설비 및 열교환기를 이용한 생석회의 제조 방법 및 제조 장치는 종래 공지의 생석회의 제조에 비해, 열 효율의 점에서 우수한 조업이 가능하며, 각종 장치 배열에 의한 생석회의 제조 방법 및 제조 장치에도 적용 가능하다.
1; 코크스 건식 소화 설비
2; 냉각탑
3; 적열 코크스 4; 코크 버킷
5; 제 1 순환 가스 공급관 6; 냉각 순환 가스
7; 순환 가스 공급 배관 8; 코크스 배출부
9; 가열 순환 가스 10; 순환 가스 배출부
11, 30, 31; 블로어 12, 29; 공기
13; 순환 가스 배출구 21; 열교환기
22; 열매 통로 23; 냉매 통로
24; 제 2 순환 가스 공급관 25; 냉각 순환 가스
26; 공기 공급부 27; 가열 가스
28; 가열 가스 공급관 41; 수직형 노
43, 63; 석회 공급부 44, 64; 석회석
45, 65; 가스 배출부 46, 66; 냉각 가스
48, 68; 생석회 배출부 49, 69; 생석회
61; 로터리 킬른로 71; 가열 버너
81, 82; 온도계 및 배기가스 농도계
3; 적열 코크스 4; 코크 버킷
5; 제 1 순환 가스 공급관 6; 냉각 순환 가스
7; 순환 가스 공급 배관 8; 코크스 배출부
9; 가열 순환 가스 10; 순환 가스 배출부
11, 30, 31; 블로어 12, 29; 공기
13; 순환 가스 배출구 21; 열교환기
22; 열매 통로 23; 냉매 통로
24; 제 2 순환 가스 공급관 25; 냉각 순환 가스
26; 공기 공급부 27; 가열 가스
28; 가열 가스 공급관 41; 수직형 노
43, 63; 석회 공급부 44, 64; 석회석
45, 65; 가스 배출부 46, 66; 냉각 가스
48, 68; 생석회 배출부 49, 69; 생석회
61; 로터리 킬른로 71; 가열 버너
81, 82; 온도계 및 배기가스 농도계
Claims (10)
- 코크스 건식 소화 설비에서 적열 코크스를 냉각하여 가열된 가열 순환 가스를 열교환기에 공급하고, 열교환기로 가열 순환 가스에 의해 공기를 가열하여 가열 가스를 생성하고, 생성된 가열 가스를 석회 소성로에 공급하고, 석회 소성로에서 공급된 가열 가스에 의해 석회석을 열 분해하여 생석회로 하는 동시에, 열교환기로 공기의 가열에 의해 가열 순환 가스를 냉각하여 얻어진 냉각 순환 가스를 코크스 건식 소화 설비에 공급하여, 적열 코크스를 냉각하기 위한 냉각 순환 가스로서 이용하는 것을 특징으로 하는 코크스 건식 소화 설비 및 열교환기를 이용한 생석회의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 열교환기로 가열 순환 가스에 의해 가열된 가열 가스를 가열 버너로 가열하는 것을 특징으로 하는 코크스 건식 소화 설비 및 열교환기를 이용한 생석회의 제조 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 열교환기로 가열 순환 가스에 의해 가열된 가열 가스를, 석회 소성로에 설치된 배기가스 중의 O2 농도, CO 농도, CO2 농도, H2 농도의 비율에 의거하여, 상기 가열 버너로 가열하는 것을 특징으로 하는 코크스 건식 소화 설비 및 열교환기를 이용한 생석회의 제조 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 열교환기로 가열 순환 가스에 의해 가열된 가열 가스를, 석회 소성로에 설치된 배기가스 중의 온도에 의거하여, 상기 가열 버너로 가열하는 것을 특징으로 하는 코크스 건식 소화 설비 및 열교환기를 이용한 생석회의 제조 방법. - 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 적열 코크스 냉각 후의 가열 순환 가스를 제진기에 통과시키는 것을 특징으로 하는 코크스 건식 소화 설비 및 열교환기를 이용한 생석회의 제조 방법. - 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 석회 소성로는 수직형 노 또는 로터리 킬른로인 것을 특징으로 하는 코크스 건식 소화 설비 및 열교환기를 이용한 생석회의 제조 방법. - 적열 코크스를 냉각하여 가열된 가열 순환 가스를 배출하는 코크스 건식 소화 설비와,
배출된 가열 순환 가스에 의해 공기를 가열하여 가열 가스를 생성하는 동시에, 공기의 가열에 의해 가열 순환 가스를 냉각하여 얻어진 냉각 순환 가스를 배출하는 열교환기와,
열교환기로 생성된 가열 가스에 의해 석회석을 열 분해하여 생석회로 하는 석회 소성로를 갖고,
열교환기에서 배출된 냉각 순환 가스를 재차 코크스 건식 소화 설비에 있어서 적열 코크스 냉각용의 냉각 순환 가스로서 이용하는 것을 특징으로 하는 코크스 건식 소화 설비 및 열교환기를 이용한 생석회의 제조 장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 열교환기로 가열 순환 가스에 의해 가열된 가열 가스를 가열 버너로 가열하여 상기 석회 소성로에 공급하는 것을 특징으로 하는 코크스 건식 소화 설비 및 열교환기를 이용한 생석회의 제조 장치. - 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 적열 코크스 냉각 후의 가열 순환 가스를 제진기에 통과시키는 것을 특징으로 하는 코크스 건식 소화 설비 및 열교환기를 이용한 생석회의 제조 장치. - 제 7 항 내지 제 9 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 석회 소성로는 수직형 노 또는 로터리 킬른로인 것을 특징으로 하는 코크스 건식 소화 설비 및 열교환기를 이용한 생석회의 제조 장치.
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