KR960005037Y1

KR960005037Y1 - 폐가스 냉각 및 정제정치

Info

Publication number: KR960005037Y1
Application number: KR2019930012096U
Authority: KR
Inventors: 곽호남; 최영운
Original assignee: 포항종합제철 주식회사; 조말수
Priority date: 1993-07-02
Filing date: 1993-07-02
Publication date: 1996-06-21
Also published as: KR950003166U

Abstract

내용없음.

Description

폐가스 냉각 및 정제정치

제1a도는 유황회수설비 공정도.

제1b도는 폐가수 처리 공정도 및 석탄건류가스 공정도.

제2도는 종래의 폐가스 처리 사시도.

제3도는 종래의 폐가스 냉각 및 정제장치 구조 및 공정도.

제4a도는 본 고안의 폐가스 냉각 및 정제장치 공정도.

제4b도는 본 고안의 페가스 냉각 및 정체장치 구조도.

제5a도는 본고안의 폐가스 유입관 및 보호관 평단면도.

제5b도는 본 고안의 보호관내 증기유입배관 평단면도.

제6도는 본 고안의 암모니아수 분사장치의 평면도.

제7도는 본 고안의 상부 증기분사 장치의 평면도.

제8도는 본 고안의 더스트 제거장치의 정면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

31 : 폐가스 유입관 31a : 폐가스 유입관 보호관

32 : 폐가스 방출구 33 : 보호관내 증기 유입관

33a : 보호관내 증기 방출관 34, 35 : 상부 증기 분사장치

36 : 암모니아수 유입배관 37 : 암모니아 분사장치

38 : 원추형 하부장치 39 : 더스트 제거장치

40 : 암모니아수 이송 및 순환펌프

41, 42 : 암모니아수 수위조절 장치

43 : 더스트 제거판 45 : 암모니아수 이송배관

55 : 내부 점검용 맨홀

본 고안은 코크스로의 폐가스를 냉각하여 정제시키는 장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 공해를 방지하고, 설비부하를 감소시키며, 정비비 절감 및 안전사고의 예방을 이룰 수 있는 페가스 냉각 및 정제 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 코크스로에서 석탄을 건류하여 코크스를 제조하는 과정에서 발생되는 석탄 건류 가스중에 포함되어 있는 황화수소(H₂S)는 황화수소 포집탑에서 농축 암모니아수와 석탄 건류 가스의 직접 접촉에 의해서 포집되고, 암모니아(NH₃)는 암모니아 포집탑에서 암모니아가 물에 잘 녹는 성질을 이용하여 암모니아 성분이 약간 포함되어 있는 저농도의 암모니아수와 담수 중에서 칼슘 경도를 제거한 물(연수)을 석탄 건류 가스와 직접 접촉시켜서 포집하는데 이 두 화학물질(황화수소, 암모니아)을 함유한 액체는 대형 암모니아수 탱크에 유입되어진 후 암모니아와 황화수소를 기체화하기 위한 암모니아 증류 공정을 거쳐 황화수소 가스와 암모니아 가스가 기체 상태로 혼합되어 유황회수설비에 유입되어지게 된다.

이 두 혼합기체는 제1도에 도시된 바와 같이 유황회수설비인 촉매로 채워진 고온(1100℃∼1200℃)의 화학 반응로(1)를 통과할때 화학반응에 의해서 암모니아가스(NH₃)는 800℃이상에서 수소(H₂)와 질소(N₂)로 완전히 분해되며 (암모니아분해가스) 황화수소는 촉매화학반응로에 공급되어진 공기중의 산소(O₂)와 반응하여 액체 상태의 유황으로 회수되어지고, 촉매화학반응로를 통과하면서 아직 덜 회수되어진 유황은 또 다른 촉매로 채워진 화학 반응기(4)(5)(6)를 통과하면서 회수되어지는데 그 반응식은 아래와 같다.

촉매화학반응로(1)에서 상기 식(Ⅱ)의 ㉮, ㉯와 같은 반응을 거쳐 분리되어진 유황은 높은 온도로. 비등되어 있는 상태로 존재하면서 미반응의 H₂S와 함께 두개의 공정가스 냉각기(고압, 저압 공정 가스 냉각기)를 거치면서 온도가 하락되어 액체 상태의 유황으로 회수되는데 회수되어진 유황은 배액관을 통하여 유황배액탱크(12)에 보내지고, 미반응의 황화수소는 식(Ⅱ)의 ㉰와 같은 반응을 거치면서 No1촉매반응기(4)에 유입되는데 온도가 낮기 때문에 유황회수 조건을 맞춰주기 위해 고압공정 가스 냉각기(2)와 저압 공정가스 냉각기(3) 사이에 있는 챔버(Chamber)에서 높은 온도의 공정가스 일부를 통과시켜 두 가스를 혼합하여 공정에서 요구되는 온도로 조정하는데 이때 온도는 온도자동조절변(미도시)에 의해서 조절된다.

아직 유황이 덜 회수되어진 공정가스는 유황회수공정을 거치면서 액체 유황으로 회수되는데 가스의 흐름은 다음과 같다.

저압공정가스냉각기(3)

→ No1 촉매반응기(4) → 유황응축기(8) → 공기가스가열기(7)

→ No2 촉매반응기(5) → 유황응축기(8) → 고정가스가열기(7)

→ No3 촉매반응기(6) → 폐가스냉각 및 정체장치(11)를

통과하면서 유황이 회수되는데 공정가스 및 유황이 흐름도는 제1a도에 자세히 도시되어 있다.

각 유황회수 장치(저압공정가스 냉각기(3), No 1, 2, 3 촉매반응기(4)(5)(6), 유황응축기(8), 공정가스 가열기(7)의 전(前) 공정가스배관, 폐가스냉각 및 정제장치(11)의 전(前) 공정가스배관)에는 유황분리기(미도시)가 설치되어 있으며, 각 장치에서 회수된 유황은 2개의 실-포트(Seal-pots)(9)(10)에 유입되어 유황배액탱크로 보내지게 된다.

그리고 공정가스 가열기(7)는 유황응축기를 통과하면서 하락한 공정가스의 온도를 조절하기 위해서 설치되어 있는데 공정가스와 뜨거운 증기가 열교환되도록 되어 있으며, 공정가스의 온도는 온도조절변에 의해서 조절되어지고, 가열기에는 고압공정가스 냉각기에 공급되는 연수와 공정가스의 간접 열교환에 의해 연수가 증기로 발생되어 공급되어진다.

또한 저압공정가스 냉각기(3)와 유황응축기(8)에서 공정가스와 연수의 간접열교환에 의해서 발생되는 증기는 각 유황회수장치 및 유황이 통과하는 배관의 보온용으로 사용되어진다.

한편, 유황배액 탱크(12)에 보내어진 유황은 펌프에 의해 2개의 유황 저장탱크(13)(14)에 저장되어 차량에 의해 출하되며, 유황응축기(8)를 거쳐 최종적으로 폐가스 냉각 및 정제 장치(11)에 유입되는 질소와 수소(상기 화학반응식(Ⅰ))는 냉각되어지며, 미분의 유황을 포함한 폐가스는 암모니아수의 살수에 의해서 냉각 및 정제 되어진다.

상기와 같은 과정을 거쳐 냉각 및 정재되어진 폐가스(암모니아 분해가스)는 코크스로에서 석탄을 건류할때 발생되는 석탄건류 가스 속으로 흡입되는데 석탄건류가스 최초 냉각기 전에 배관으로 석탄 건류 가스 배관과 연결되어 있어 가스송풍기(5)의 흡입력에 의해 흡입되어진다 (제1b도 참조). 석탄 건류가스의 성분중에 수소(H₂)와 질소(N₂)가 차지하는 비율이 각각 52%와 1%로써, 이 폐가스는 석탄건류가스속으로 흡입되어 효율적으로 사용되어지며, 또한 유황회수공정을 통과하면서 덜 회수되어진 공해물질인 약간의 황화수소(H₂S)가스와 미반응물질인 황산화물(Sox)을 대기중에 방출되지 않고 공정내로 흡입하여 다시 정제되어 질수 있도록된다. 본 고안은 상기 폐가스(분해가스)를 냉각하고 폐가스중에 포함되어 있는 유황 더스트(찌꺼기)를 제거하는 폐가스(분해가스) 냉각 및 정제장치에 집중된다.

종래에는 유황회수설비를 통과한 폐가스는 제2도에서와 같이 소각로에서 연소처리하고 있다. 그러나 이와 같은 방법으로 폐가스를 처리할때 분해가스(수소, 질소)를 회수하지 못하며 폐가스중에 포함되어 있는 황화수소와 황산화물, 그리고 연소과정에서 발생되는 일산화탄소 이산화탄소, 질소화합물등이 대기중으로 방출디어 커다란 공해 문제로 등장하게 되었다.

뿐만 아니라 소각로 설비에 고장이 발생할 경우에는 유황회수 설비의 가동이 불가능하므로 설비를 휴지하여야 하며, 이로 인해 석탄 건류 가스중에 포함되어 있는 철을 부식시키는 성질이 아주 강한 황화수소를 제거할 수 없게 되어 결과적으로 석탄건류가스를 열원으로 사용하는 제철공정인 압연설비에까지 영향을 미쳐 좋은 품질의 철강제품을 생산할 수 없는 상황에 이를 수도 있는 것이다.

따라서 이러한 문제점을 해결하기 위해서 종래에는 제3도에 도시된 바와 같이, 폐가스(분해가스) 냉각 및 정제장치를 제작설치하고 이 장치를 통과한 폐가스는 방출배관(22)을 통해서 석탄건류가스가 통과되는 배관속으로 유입되도록 폐가스 배관(21)과 석탄건류 가스 배관(미도시)을 연결하였다.

그러나 상기 폐가스 냉각 및 정제장치에 설치되어 폐가스 냉각용으로 사용되는 암모니아수가 분사되는 방향과 유황회수 설미에서 장치 내부로 유입되는 폐가스의 흐르는 방향이 같으며 암모니아수 분사노즐이 4개가 설치되어 있어 분사가과 분사면적이 적어 폐가스와 암모니아수의 접촉이 완전히 이루어지지 않아 냉각효과가 없으며 더스트를 제거하는 정제효과도 없었다.

그러므로 폐가스중 유황 더스트가 제거가 안되어 장치의 방출관과 석탄건류 가스관과 연결되어 있는 배관에 더스트가 가득 누적되어 폐가스가 통과되지 못하므로 설비가동부하가 증대되고, 설비고장 발생의 원인이 될뿐아니라 결국 유황회수설비를 휴지하고 폐가스 배관을 해체하여 배관내부를 관통작업해야 하는데 이로 인해 정비비증가 및 안전사고 요인으로 작용해왔다.

또한 폐가스 유입배관이 장치 상부에 까지만 연결되어 있어 폐가스가 장치내로 유입되면서 장치 상부에 폐가스가 정체되어 부식성이 강한 황화수소, 황산화물로 인해 장치가 급격히 부식되는 문제점이 발생하였다.

한편 장치내에서 제거된 더스트는 냉각용 암모니아수중에 포함되어 있는 콜-타르 성분에 의해서 점성이 강한 물질로 변화되어 타원형으로 되어 있는 장치 하부에 가득 누적될 뿐아니라 암모니아수를 이송 및 순환시키는 펌프와 펌프전후 배관을 폐쇄시켜 암모니아수 유로를 차단, 결과적으로 폐가스 냉각 및 정제장치로서의 기능을 상실하게 되어 여기에 따르는 설비가동부하증대 및 휴지, 작업부하증대, 인력낭비와, 폐쇄부분 관통작업시 사용하는 증기에 의해 화상위험등 안전사고의 위험이 잠재하고 있다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서 목적은 공해를 방지하고 폐가스 냉각 및 정제효율을 증대시키며 설비휴지시간을 없애고, 설비가동부하를 줄이고 작업부하 감소와 성력화 정비비절감, 안전사고를 예방하기 위한 폐가스 냉각 및 정제장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해서 본 고안은, 유황 회수 설비로부터 유입되는 유독성 및 부식성 가스가 장치내 장시간 체류함으로써 발생되는 장치 상부의 급격한 부식을 방지해주는 폐가스 유입관; 암모니아수의 냉각작용으로 인해 폐가스 유입배관의 온도가 하락되어 더스트가 배관 벽면에 부착되는 것을 방지하여 가스의 흐름을 원활히 해주고 폐가스 유입관의 부식을 방지해 주는 폐가스 유입관 보호관 및 보호관내의 온도를 일정하게 유지해주는 증기 유입관과 방출관; 장치 상부에 유독성 및 부식성 폐가스의 체류를 방지하여 장치 상부가 급격히 부식되는 것을 방지해 주는 증기 분사장치; 폐가스와의 접촉면적을 크게하여 냉각 및 정제효율을 한층더 증대시킨 암모니아수 분사장치; 장치하부에 점성이 강한 콜타르 성분을 포함한 더스트가 누적되는 것을 방지하고 암모니아수의 흐름을 원활히 해주는 원추형 하부장치; 및 장치로부터 제거된 더스트를 암모니아수와의 비중차이에 의해서 분리시켜 순수한 암모니아수만 순환 및 이송되도록 하여 펌프와 배관의 폐쇄를 방지해주는 더스트 제거장치; 를 포함하는 폐가스 냉각 및 정제장치를 마련함에 있다.

이하 도면을 참조하여 본 고안을 보다 상세히 설명한다.

유황회수설비(제1도)로부터 제4도에 도시된 본 고안의 장치내부에 설치된 폐가스 유입관(31)을 통해서 유입되어진 폐가스는 방출관(32)으로 빠져 나가기 위해 유입관 출구로부터 상부로 올라오게 되면 이때 폐가스 냉각 및 정재용 암모니아수는 일정한 간격을 두고 설치된 6개의 암모니아수 분사장치에 의해서 상부에서 하부로 분사되게 된다. (역류식) 이로써 폐가스와 암모니아수는 완전하게 접촉이 되어 폐가스의 냉각효과가 탁월하고 또한 더스트가 완전히 제거가 되어 폐가스 방출관과 석탄건류가스관이 서로 연결된 배관의 폐쇄가 방지된다.

한편 가스 유입관 보호간(31a)는 가스유입관(31) 외부를 둘러싸고 있는 파이프로써 가스유입관과 약간의 공간을 형성하고 이 두관 사이에 높은 온도의 증기를 보호관내 증기유입관(33)을 통하여 유입되게 하고 증기방출관(34)을 통하여 배출되게 함으로써 가스 유입관에 높은 온도가 전달되어 가스가 유입되면서 가스중에 포합되어 있는 더스트가 관내 부착되지 못하게 하여 관의 폐쇄를 방지하고, 상부에 폐가스가 정체되어 장치 상부가 급격하게 부식되는 것을 방지하기 위해 최상부에는 증기 분사장치(34)(35)를 설치하여 일정한 압력의 증기를 연속적으로 유통 분사시켜 가스가 상부에 정체되지 못하도록 한다.

또한 암모니아수와 폐가스의 접촉에 의해서 제거된 콜타르 성분을 포함한 더스트가 하부에 쌓여 암모니아수의 흐름을 방해하는 것을 방지하고, 설비휴지가 발생되는 것을 방지하기 위해 하부를 타원형에서 원추형 하부장치(38)로 개조하여 더스트가 장치하부로 잘빠져 나갈 수 있도록 하였으며 제거되어진 더스트가 암모니아수 순환펌프와 배관을 폐쇄시키는 것을 방지하기 위해 원기둥형 더스트 제거장치(39)를 설치하여 더스트와 암모니아수를 비중차이에 의해서 분리 비중이 큰 더스트는 장치 하부에 쌓이고, 암모니아수는 장치 상부에 설치된 배관을 통하여 펌프에 유입되게 하며 장치 하부에 누적된 더스트는 배액관(43)을 통하여 주기적으로 배액할 수 있도록 한다.

그리고, 장치내 암모니아수 수위조절은 설치된 수위조절장치(41,42)의 전자신호장치에 의해서 자동조절되며 항상 새로운 암모니아수가 일정량 유입되는 것이다.

한편, 장치내부를 필요시 점검할 수 있도록 점검용 맨홀(55)이 설치된다.

미설명부호(36)는 암모니아수 공급관이고, (37)는 암모니아수 분사노즐이다.

상기와 같이 본 고안에 의하면 폐가스의 냉각 및 정제효율이 뛰어나 폐가스의 온도를 공정에서 원하는데로 낮춰주고 더스트르 완전히 제거하여 폐가스 배관과 암모니아수 순환배관에 더스트가 쌓이는 것을 방지하여 유황회수설비 가동률을 최대한 높이고 장치 상부가 부식되는 것을 방지하여 설비수명을 연장시키고 작업부하 감소로 성력화를 이루었으며, 정비비를 포함한 원가를 절감되고, 작업중 발생되는 안전사고를 예방하였으며 나아가 공해발생을 방지하는 효과가 얻어지게 된다.

Claims

폐가스가 장치의 하단부까지 유입되도록 한 가스 유입관(31); 가스유입관내 더스트 부착을 방지하고 폐쇄를 방지하며 관의 부식을 방지해주는 가스 유입관 보호관(31a)과 이에 다른 증기 유입관 및 방출관(33)(33a); 장치 상부에 가스가 정체되어 이로 인해 장치 상부가 급격히 부식되는 것을 방지해주는 증기분사 장치(34)(35); 가스를 냉각시켜주고 가스중에 포함된 더스트를 제거해주는 암모니아 분사장치(36)(37); 더스트가 장치하부에 누적되는 것을 방지해주는 원추형 하부장치(38); 장치로부터 유출된 더스트를 암모니아수와 비중차이에 의해 분리제거시켜 주는 더스트 제거장치(39);장치내부 점검작업을 위해 작업자가 출입할 수 있도록 설치한 점검용 맨홀(55); 을 포함하는 폐가스 냉각 및 정제장치.