KR100804399B1 - 아민류를 이용한 고로 슬래그 중의 황화수소 제거장치 및방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제철소의 재선공정에서 선철을 생산하는 과정에서 부산물로 발생하는 고로 슬래그를 냉각시킬 때 발생하는 황화수소를 제거하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아민류를 사용하여 황화수소를 1차적으로 제거하고, 제거되지 않은 황화수소는 2차적으로 배가스 유로에 스프레이 노즐을 설치하여 아민용액을 미세분사함으로써 접촉시간을 증가시켜 황화수소를 제거하는 아민류를 이용한 고로 슬래그 중의 황화수소 제거장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면 에탄올아민류 및 폴리아민류를 이용하여 고로 슬래그의 냉각 중에 발생하는 황화수소를 제거함으로써 배출 규제치 이하의 황화수소 배출농도를 얻을 수 있는 효과가 있다.

고로 슬래그, 황화수소, 재선공정, 아민류, 배가스

Description

아민류를 이용한 고로 슬래그 중의 황화수소 제거장치 및 방법 { Apparatus and Method of H2S Removal from Blast Furnace Slag by Amine Compounds }

도 1은 기존의 고로 슬래그 냉각설비의 구성도.

도 2는 기존의 고로 슬래그 중의 황화수소 제거방법의 흐름도.

도 3은 본 발명에 따른 아민류를 이용한 고로 슬래그 중의 황화수소 제거방법의 흐름도.

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 냉각설비의 구성도.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 냉각설비의 구성도.

< 도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명 >

1 : 교반조 2 : 스크류 피더

3 : 탕도 4 : 용융 슬래그

5 : 냉각수 배관 6 : 아민류가 첨가된 냉각수

7 : 공급 펌프 8 : 방해판

9 : 홀 10: 스프레이 노즐

본 발명은 제철소의 재선공정에서 선철을 생산하는 과정에서 부산물로 발생하는 고로 슬래그를 냉각시킬 때 발생하는 황화수소를 제거하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아민류를 사용하여 황화수소를 1차적으로 제거하고, 제거되지 않은 황화수소는 2차적으로 배가스 유로에 스프레이 노즐을 설치하여 아민용액을 미세분사함으로써 접촉시간을 증가시켜 황화수소를 제거하는 아민류를 이용한 고로 슬래그 중의 황화수소 제거장치 및 방법에 관한 것이다.

철광석은 보통 30 ~ 70%의 철분(Fe)을 함유한 광석을 의미한다. 좋은 철광석이란 철분이 풍부하고 황(S), 인(P), 동(Cu)과 같은 유해성분이 적으며 크기가 일정한 것을 들 수 있는데, 이와 같은 이상적인 철광석은 그리 흔하지 않고 원산지에 따라 품질, 성분, 형상이 각기 다르므로 그대로 고로에 투입할 수는 없다. 따라서 고로조업에 투입하기 전에 품질을 고르게 하고 철광석 가루를 일정한 크기로 만들어 내는데, 이를 소결공정이라 한다.

제선공정은 이러한 소결공정에서 철광석과 분광석을 사전 처리하여 만든 소결광과 코크스 공장에서 석탄을 건류하여 만든 코크스를 고로에 장입하고 열을 가하여 철광석을 녹이고 철광석 중의 산화철을 환원하여 선철을 제조하는 공정이다.

철광석(소결광), 코크스, 석회석은 고로 윗부분에 넣어져 서서히 아래로 떨어진다. 이때 코크스는 고로 밑부분에 유입되는 열풍에 의해 연소되는데 이 과정에서 발생하는 일산화탄소(CO)가 철광석과 환원반응을 일으키면서 쇳물이 생산된다. 즉, 코크스는 철광석을 녹이는 열원으로서의 역할과 산화철인 철광석에서 산소와 쇳물을 분리시키는 역할을 한다. 한편, 환원된 철은 탄소를 흡수하여 선철이 되어 노바닥에 고이게 되는 것이다.

이 과정에서 부산물로 고로 슬래그가 발생하며, 이를 냉각시키기 위하여 물을 사용하여 급냉시키게 된다. 냉각설비에서 슬래그의 냉각과정을 살펴보면 다음과 같다.

도 1 및 도 2에서 도시한 바와 같이, 고로에서 발생된 고온의 용융상태의 슬래그(4)는 탕도(3)를 통하여 교반조(1)로 투입된다. 이때 슬래그로 냉각수가 살포되어 슬래그는 냉각, 분쇄 및 응고되어진다.

이와 같이 처리된 슬래그는 수재 슬래그로 변환되어 상기 교반조(1)의 내부에 물과 수재 슬래그가 혼합된 상태로 존재하며, 상기 교반조(1)에서 발생된 수재 슬래그는 스크류 피더(2)에 의하여 상기 교반조(1)로부터 배출되어 저장 호퍼에 저장되게 된다. 또한, 사용된 물은 냉각탑을 거쳐 냉각되며 냉각수 배관(5)을 통하여 다시 재사용 됨으로써 냉각과정을 반복 수행하게 되는 것이다.

이때, 슬래그 중에 존재하는 CaS 등의 황화합물이 물과 반응하여 황화수소를 발생시키며, 일어나는 반응은 다음과 같다.

CaS + H2O = H2S + CaO

한편, 황화수소의 발생농도는 수백ppm 에 달하며, 굴뚝에서의 배출규제 농도가 10ppm이므로 이를 저감하기 위한 작업이 필요하였다. 따라서, NaOH 등의 강알카리를 사용하여 황화수소를 제거하였으나, 부산물로 망초 등이 발생하여 설비에 부착되는 관계로 설비운영에 지장을 초래하는 등의 문제점이 있었다. 관련 반응은 다음과 같다.

NaOH + H2S = NaHS + H2O

이에, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점들을 개선시키기 위한 것으로 그 목적은, 부산물로 생성되는 망초와 같은 부산물의 부착이 일어나지 않는 황화수소 제거제를 개발하고, 황화수소의 농도를 배출 규제치 이하로 저감하기 위하여 스프레이 노즐을 설치함으로써 접촉시간을 증대하여 황화수소를 효율적으로 제거하는 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1의 실시예는, 고로 슬래그 냉각수 중에 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 디에텔렌트리아민의 에탄올아민을 통해 황화수소를 1차 제거하고, 아민용액을 미세분사하여 고로 슬래그 냉각 중에 발생하는 황화수소를 2차 제거하는 것을 특징으로 하는 아민류를 이용한 고로 슬래그 중의 황화수소 제거방법이다.

아울러, 아민류의 농도를 10~200ppm으로 하여 황화수소를 1차 제거하고, 황화수소를 2차 제거하는 경우 아민류의 농도는 10~200ppm, 분사량은 200~1000kg/min 으로 하여 황화수소를 제거함을 특징으로 한다.

삭제

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서 본 발명인 아민류를 이용한 고로 슬래그 중의 황화수소 제거장치는, 교반조(1)의 배가스 유로에 설치되어, 황화수소의 2차 제거를 위해 아민용액을 미세분사하는 스프레이 노즐(10);과 상기 교반조(1)의 상기 스프레이 노즐(10)의 하부에 설치되어, 황화수소의 2차 제거시 상기 스프레이 노즐(10)을 통하여 미세분사된 아민용액이 황화수소가 포함된 수증기와 접촉하는 시간을 증대시키기 위한 다수의 홀(9)이 천공되어 있는 방해판(8);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 상기 방해판(8)은 SUS재질로 이루어졌으며, 다수개의 홀(9)이 천공된 형태로 제작된다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 아민류를 이용한 고로 슬래그 중의 황화수소 제거방법의 흐름도이고, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 냉각설비의 구성도이며, 도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 냉각설비의 구성도이다.

도 3 및 도 4에서 도시한 바와 같이, 고로에서 발생된 고온의 용융상태의 슬래그(4)는 탕도(3)를 통하여 교반조(1)로 투입된다. 이때 슬래그로 아민류가 첨가된 냉각수가 살포되어 슬래그는 냉각, 분쇄 및 응고되고, 냉각수에 첨가된 아민류에 의해 황화수소가 제거된다.

이와 같이 처리된 슬래그는 수재 슬래그로 변환되어 상기 교반조(1)의 내부에 물과 수재 슬래그가 혼합된 상태로 존재하며, 상기 교반조(1)에서 발생된 수재 슬래그는 스크류 피더(2)에 의하여 상기 교반조(1)로부터 배출되어 저장 호퍼(도면 미도시)에 저장되게 된다. 또한, 사용된 물은 냉각탑(도면 미도시)을 거쳐 냉각되며, 아민류가 첨가되어 냉각수 배관(5)을 통하여 다시 재사용하게 된다.

도 5에서 도시한 바와 같이, 탕도(3)를 통해 교반조(1)로 투입된 슬래그(4) 에 아민류가 첨가된 냉각수(6)가 살포되면 냉각수에 첨가된 아민류에 의해 황화수소가 1차 제거된다. 이때 제거되지 않은 황화수소는 배가스 유로에 설치된 스프레이 노즐(10)을 통해 미세분사된 아민용액에 의해 2차로 제거된다.

또한, 교반조(1)의 상기 스프레이 노즐(10)의 하부에 방해판(8)을 3단으로 설치하여 상기 스프레이 노즐(10)을 통해 미세분사된 아민용액이 황화수소가 포함된 수증기와 접촉하는 시간을 증대시킴으로써 황화수소의 2차 제거가 보다 효율적으로 이루어지도록 한다.

아민류의 사용에 의한 냉각과정은 다음과 같은 실시예들을 통하여 배출되는 황화수소의 농도를 저감시키는 효과를 얻을 수 있음이 증명된다.

(실시예 1)

종래에는 황화수소의 발생농도를 저감하기 위하여 NaOH 등의 강알칼리를 사용하여 제거해 왔으나, 망초 등의 부산물이 발생하는 문제가 있었다. 본 발명에서는 아민류를 사용하여 황화수소를 1차적으로 제거하였으며, 이를 위하여 기존의 고로 슬래그 냉각수에 아민 용액을 농도를 달리하여 첨가함으로써 황화수소의 농도를 저감하는 실험을 하였다.

다음의 표는 아민 종류별 농도에 따라 발생하는 황화수소의 농도를 측정한 결과이다.

상기 실험은 도 3 및 도4에 도시된 바와 같이 냉각수에 아민을 일정농도로 조절하여 주입하였으며, 굴뚝에서 배출되는 황화수소의 농도를 측정하였다.

실험결과 냉각수 중의 아민의 농도가 100ppm 이상일 때는 황화수소 제거가 규제치인 10ppm 이하로 유지되었으며, 추가적인 사용은 불필요하였다. 아민종류별 제거효율의 순서는 디에틸렌트리아민 > 모노에탄올아민 > 디에탄올아민 > 트리에탄올아민의 순서로 나타났다.

(실시예 2)

도 5에서 도시한 바와 같이, 고가인 아민의 사용량을 줄이기 위하여 교반조(1)의 스프레이노즐(10)의 하부에 방해판(8)을 3단으로 설치하고, 배가스 유로에 스프레이 노즐을 설치하여 아민류를 분사하여 황화수소를 2차로 제거하였다. 이렇게 배가스 유로에 상기 방해판(8)을 설치함으로써 배가스와 아민류의 접촉시간을 증대하여 화학반응이 충분히 일어날 수 있도록 하는 효과가 있다. 이때 아민의 농도는 50ppm으로 고정하고 분사량을 변화시키면서 실험하였다.

상기 방해판(8)은 SUS재질로 이루어졌으며, 다수개의 홀(9)이 천공된 형태로 제작되었다. 또한, 상기 아민류 중에서 일반적으로 입수가 용이하고, 유해성이 상대적으로 적으며, 환경적으로 안정적인 트리에탄올아민을 사용하여 실험을 하였다.

실험결과 농도 50ppm의 트리에탄올아민 용액을 1,000kg/min 이상 분사하는 경우 황화수소의 농도를 규제치인 10ppm 이하로 유지할 수 있었다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부된 도면의 범위안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 에탄올아민류 및 폴리아민류를 이용하여 고로 슬래그의 냉각 중에 발생하는 황화수소를 제거함으로써 배출 규제치인 10ppm 이하의 황화수소 배출농도를 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 고로 슬래그 냉각수 중에 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 디에텔렌트리아민의 에탄올아민을 통해 황화수소를 1차 제거하고, 아민용액을 미세분사하여 고로 슬래그 냉각 중에 발생하는 황화수소를 2차 제거하는 것을 특징으로 하는 아민류를 이용한 고로 슬래그 중의 황화수소 제거방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   황화수소를 1차 제거시 아민류의 농도는 10~200ppm으로 하여 황화수소를 저감하는 것을 특징으로 하는 아민류를 이용한 고로 슬래그 중의 황화수소 제거방법.
4. 제1항에 있어서,

   황화수소를 2차 제거시 아민류의 농도는 10~200ppm, 분사량은 200~1000kg/min 으로 함을 특징으로 하는 아민류를 이용한 고로 슬래그 중의 황화수소 제거방법.
5. 고로에서 발생된 슬래그를 교반조에서 처리하는 과정중에 발생되는 황화수소를 제거하는 제거장치에 있어서,

   상기 교반조의 배가스 유로에 설치되어, 황화수소의 2차 제거를 위해 아민용액을 미세분사하는 스프레이 노즐을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 아민류를 이용한 고로 슬래그 중의 황화수소 제거장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 교반조의 상기 스프레이 노즐의 하부에 설치되어, 황화수소의 2차 제거시 상기 스프레이 노즐을 통하여 미세분사된 아민용액이 황화수소가 포함된 수증기와 접촉하는 시간을 증대시키기 위한 다수의 홀이 천공되어있는 방해판을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 아민류를 이용한 고로 슬래그 중의 황화수소 제거장치.

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