코크스 오븐 가스 생성 및 사용

코크스 오븐 가스 생성 및 사용

코크스는 제철 공정에 필수적인 원료입니다. 코크스를 만들기 위해 석탄은 공기가 없는 상태에서 가열되어 휘발성 물질(VM)을 끌어냅니다. 석탄을 코크스로 전환하는 것을 석탄 탄화라고 하며 이 과정은 코크스 오븐에서 수행됩니다. 코크스 오븐 배터리는 여러 개의 코크스 오븐으로 구성됩니다. 현재 고로용 코크스를 생산하는 방법은 크게 두 가지가 있습니다.

첫 번째 방법은 석탄을 완전히 환원성 분위기에서 가열하고 휘발성 생성물을 관련 부산물 공장에서 회수하는 회수 공정으로 구성됩니다. 이 석탄 탄화 방법에 사용되는 코크스 오븐을 부산물 오븐이라고 하고 코크스 오븐 배터리를 부산물 코크스 오븐 배터리라고 합니다. 부산물 코크스 오븐 배터리에서 코크스 석탄을 탄화하는 동안 충전된 석탄의 약 25% ~ 30%로 구성된 VM은 코크스 오븐 챔버를 뜨거운 원시 코크스 오븐 가스로 나가는 배출 가스로 배출됩니다. 생 코크스 오븐 가스는 가연성 가스이며 황갈색을 띠고 유기 냄새가 납니다.

두 번째 방법에서 석탄의 탄화는 비회수(열회수 또는 에너지 회수라고도 함) 코크스 오븐 배터리에서 수행됩니다. 비회수 공정에서는 코크스로 내 코크스 베드 상부로 공기를 주입하고 탄화 과정에서 발생하는 휘발성 생성물을 오븐 자체에서 연소시켜 석탄 탄화 공정에 필요한 열을 공급합니다.

부산물 공장은 부산물 코크스 제조 공정의 필수적인 부분입니다. 각 오븐의 작동은 주기적이지만 배터리에는 원시 코크스 오븐 가스의 본질적으로 연속적인 흐름을 생성하기에 충분히 많은 수의 오븐이 포함되어 있습니다. 개별 오븐은 코크스 주기 동안 거의 동일한 시간 간격으로 충전 및 비워집니다. 코킹은 15시간에서 18시간 동안 진행되어 BF 코크스를 생산합니다. 이 기간 동안 석탄의 VM은 원료 코크스 오븐 가스로 증류됩니다. 코크스화 시간은 혼합탄, 수분 함량, 소성 속도 및 코크스의 원하는 특성에 따라 결정됩니다. 코크스 수요가 적으면 코킹 시간을 24시간까지 늘릴 수 있다. 코크스 온도 범위는 일반적으로 900°C에서 1100°C입니다. 공기가 수집 메인에서 양의 배압을 유지하여 코크스 오븐으로 누출되는 것을 방지합니다. 코크스 오븐은 배터리에서 약 10mm 수주의 높은 유압 주 압력을 유지하여 양압으로 유지됩니다. 열 증류 중에 발생하는 가스와 탄화수소는 회수 시스템을 통해 제거되고 회수를 위해 부산물 공장으로 보내집니다.

부생 코크스로 전지에서 코크스를 생산하는 과정에서 석탄 내 VM의 기화로 인해 발생하는 다량의 가스는 인접 부생공장에서 처리된다. 코크스 주기 동안 가스는 대부분의 코크스 기간 동안 생성됩니다. CO 가스의 조성 및 발생 속도는 기간 동안 변화하며 CO 가스의 발생은 일반적으로 배터리의 석탄 충전량이 700℃에 도달할 때 완료됩니다. 이 가스는 원료 코크스 오븐 가스로 알려져 있으며 다음에서 처리됩니다. 부산물 공장. 부산물 공장의 기능은 원료 가스를 처리하여 귀중한 석탄 화학 물질을 회수하고 원료 코크스 오븐 가스를 깨끗하고 환경 친화적 인 연료로 사용할 수 있도록 충분히 처리하는 것입니다. 부산물 공장에서 처리된 코크스로 가스를 클린 코크스 오븐 가스 또는 간단히 CO 가스라고 합니다.

부산물 코크스 오븐 배터리에서 발생된 코크스 오븐 가스는 섭씨 1100도에 가까운 고온에서 코크스 오븐 챔버를 떠납니다. CO 가스는 일부 분무액(플러싱액)의 단열 증발에 의해 약 80℃로 냉각됩니다. 물이 포화 상태입니다. 가스의 온도는 가스 수집 본관에서 처리할 수 있을 정도로 충분히 낮아집니다. 가스 수집 메인에서 원시 코크스 오븐 가스는 흡입 메인으로 흐릅니다. 오븐 챔버를 떠나는 뜨거운 가스에 분사되는 세척액의 양은 냉각에 필요한 것보다 훨씬 많으며 증발되지 않은 나머지 세척액은 응축된 타르 및 기타 물질을 세척하는 역할을 하는 가스 수집 메인에 액체 스트림을 제공합니다. 화합물. 플러싱 액체의 흐름은 중력에 따라 원료 코크스 오븐 가스와 함께 흡입 메인으로 흐릅니다. 원료 코크스 오븐 가스와 세척액은 흡입 메인에 있는 배수 포트(하향통)를 사용하여 분리됩니다. 세척액과 코크스 오븐 가스는 처리를 위해 부산물 공장으로 별도로 흐릅니다. 원료 코크스 오븐 가스의 주요 구성 요소의 일반적인 구성은 탭 1에 나와 있습니다.

코크스 오븐 배터리에서 나오는 포화된 원료 가스에는 약 46% ~ 48%의 수증기가 포함되어 있습니다. 미가공 가스의 기타 성분은 수소(H2), 메탄(CH4), 질소(N2), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 고 파라핀 및 불포화 탄화수소(에탄, 프로판 등) 및 산소를 포함합니다. (O2) 등. 원료 코크스 오븐 가스에는 코크스 오븐 가스에 고유한 특성을 부여하는 다양한 오염 물질도 포함되어 있습니다. 이들은 (i) 타르 성분, (ii) 타르 산성 가스(페놀 가스), (iii) 타르 염기성 가스(피리딘 염기), (iv) 벤젠, 톨루엔 및 크실렌(BTX), 경유 및 기타 방향족으로 구성됩니다. v) 나프탈렌, (vi) 암모니아 가스, (vi) 황화수소 가스, (vii) 시안화수소 가스, (viii) 염화암모늄 및 (ix) 이황화탄소.

원료 코크스 오븐 가스를 깨끗하고 환경 친화적인 연료 가스로 사용하기에 적합하게 만들기 위해 부산물 공장은 다음을 포함하는 특정 기능을 수행해야 합니다. ii) 가스 라인/장비 오염을 방지하기 위해 타르 및 나프탈렌을 제거하고, (iii) 가스 라인 부식을 방지하기 위해 암모니아(NH3)를 제거하고, (iv) 벤젠, 톨루엔 및 크실렌(BTX)의 회수 및 판매를 위해 벤졸 오일을 제거하고, ( v) 코크스 오븐 가스의 연소를 관리하는 지역 배출 규정을 충족하기 위해 황화수소를 제거합니다. 원료 코크스 오븐 가스의 처리 흐름도는 그림 1에 나와 있습니다.

그림 1 원료 코크스 오븐 가스 처리 흐름도

코크스 오븐 가스로부터 부산물 회수의 효과는 (i) 코크스 오븐 가스의 부피 감소, (ii) 가스의 발열량 감소, (iii) 화염 온도 및 화염 부피에 대한 영향, 그리고 (iv) 기체의 밀도와 조성의 변화. 청정 코크스 오븐 가스는 황화수소와 탄화수소의 냄새 특성을 지닌 무색 가스입니다.

미가공 CO 가스는 수소, 메탄, 질소, 일산화탄소, 이산화탄소, 에탄, 산소, 에틸렌 및 벤젠을 포함할 수 있습니다. 또한 일정량의 암모니아, 황화수소, 수증기, 시클로펜타디엔, 톨루엔, 나프탈렌, 시안화수소, 시아노겐 및 산화질소를 함유할 수 있습니다. 깨끗한 코크스 오븐 가스의 일반적인 구성은 여관 탭 2에 나와 있습니다.

  부산물 공장에서 처리한 후 깨끗한 코크스 오븐 가스의 최종 생산량은 건탄 톤당 약 300N cum입니다. 가스 생산량은 (i) 장입 석탄의 휘발성 물질 및 (ii) 탄화 조건에 따라 달라집니다. 표준 온도 및 압력에서 CO 가스의 밀도는 0.45kg/cum ~ 0.50kg/cum 범위입니다. CO 가스의 발열량은 4000kcal/N cum ~ 4600kcal/N cum입니다. 이론적인 화염 온도는 1982℃입니다. 실제 화염 온도가 이론적인 화염 온도에 근접하도록 하는 화염 전파 속도를 가지고 있습니다. CO 가스는 코크스 오븐 및 부산물 배터리에서 입력 에너지의 약 18%를 운반합니다(그림 2).

그림 2 코크스 오븐과 부산물 공장의 일반적인 에너지 균형

분석 데이터에 따르면 휘발성 HAP(Hazardous Air Pollutants)는 부산물 공장에서 미가공 CO 가스를 통상적으로 처리한 후 총체적으로 1% 미만의 CO 가스를 구성합니다. 따라서 공정 히터 및 보일러 등과 같이 잘 관리된 연소 장치에서 CO 가스 연소는 HAP 배출 수준을 매우 낮춥니다. CO 가스 연소로 인한 여과 가능한 입자상 물질(PM) 배출은 일반적으로 낮습니다. CO 가스의 HAP 금속 배출량은 중요하지 않습니다.

코크스 오븐 가스 사용

코크스 오븐 가스는 제철소의 에너지 균형에서 주요 구성 요소를 형성합니다. 일반적으로 코크스로 배터리 가열, 제철소의 다른 로 가열 및 발전에 사용됩니다. 코크스로 가스는 그대로 사용하거나 용광로에서 연료로 사용하기 전에 고로 가스와 혼합할 수 있습니다.

COG는 또한 고로에서 환원제로 사용될 수 있습니다. CO 가스 주입은 고로의 궤도에 다량의 코크스로 가스를 주입하는 공정입니다. 이것은 보충 탄소원을 제공할 뿐만 아니라 용광로에서 반응을 위한 야금 코크스의 필요성을 줄이는 것 외에도 액체 철 생산을 가속화합니다. CO 가스 주입 기술은 또한 절대 CO2 배출량과 고로의 SO2 배출량을 줄입니다.

가용 CO 가스를 활용하여 통합 철강 루트에서 DRI(직접환원철)를 생산하는 것은 매우 최근의 현상입니다. DRI 생산을 위해 CO 가스를 사용하면 경제적인 측면과 환경적인 측면 모두에서 몇 가지 이점이 있습니다. 잉여 CO 가스를 환원 가스로 사용하여 DRI를 생산하면 CO 가스를 연소하여 전력을 생산하여 30~40%를 회수하는 것과 비교하여 가용 에너지의 97%를 회수합니다. CO 가스 이용률은 그림 3에 나와 있습니다.

그림 3 CO 가스 활용을 보여주는 철강 공장의 일반적인 가스 흐름

국제 에너지 기구(International Energy Agency)의 2007년 연구에 따르면 CO 가스의 약 70%는 철강 제조 공정에 사용되고 15%는 코크스 오븐 가열에, 15%는 전기 생산에 사용됩니다. 더 나아가 연구에서는 발전을 위해 더 많은 CO 가스를 사용함으로써(바람직하게는 평균 효율로 증기 사이클로 작동하는 보일러 기반 발전소에서 사용하는 것과는 대조적으로 약 42%의 효율을 제공할 수 있는 보다 효율적인 복합 사이클 발전 기술에 의해) 약 30%의 에너지 효율 개선을 달성할 수 있습니다.