[발명의 명칭]

개질 타르 생산 공정

【기술분야】

개질 타르 생산 공정에 관한 것이다.

【발명의 배경이 되는 기술】

제철소에서는 고로에서 다량의 쇳물을 생산한다. 쇳물 생산을 위해서는 원료인 석탄과 철광석이 필요하며 고로에 석탄과 철광석을 바로 투입 시 통기성 등의 문제가 발생하므로 가공하여 사용한다. 구체적으로， 석탄은 코크스로， 철광석은 소결광 또는 펠랫으로 변환 후 고로에 투입된다. 특히 코크스는 고로에서 통기성 향상 및 열원을 공급하는 역할을 하며， 코크스는 코크스용 석탄을 코크스 오본에서 고온으로 건류하여 생산한다. 배나 열차로 들어온 코크스용 석탄은 파쇄기를 거쳐서 입자 크기를 줄이고 Blending Bin에서 성분을 맞추는 배합을 하게 된다. Blending된 석탄은 코크스 오븐으로 장입되어 건류 과정을 거쳐 코크스로 변환된다. 코크스 오븐은 독립된 다수의 연소실과 탄화실로 구성되며 연소실에서 코크스 오븐 가스 (Coke Oven Gas : COG) 연소로 탄화실에 에너지를 공급하며 탄화실에서는 석탄의 건류가 일어난다.

탄화실에서 건류를 진행하면 석탄에 포함된 휘발성 성분이 가스형태로 상승관을 통해 코크스 오본을 빠져나간다. 이를 코크스 오븐 가스 (Coke Oven Gas : COG)로 부르며 제철소의 중요한 에너지원이다. 또한， 정제되지 않은 코크스 오븐 가스를 Crude COG라 한다. Crude COG는 황을 제거하는 설비인 탈류와 각종 Scrubber를 거쳐 정제되어 제철소에서 사용되는 C0G가 된다. Crude COG는 Tar Decanter를 거치면 침전되는 물질이 Tar 및 중질 Tar이다. 코크스 공정의 부산물인 Tar는 판매를 위해 저장탱크에서 저장된다.

고로에 투입되는 코크스는 강도가 코크스 품질의 중요한 지표가 된다. 강도가 낮으면 코크스가 부서져 고로 및 이송에서 문제가 발생할 수 있으므로 강도를 높게 유지하는게 중요하다. 강도가 높으면 코크스용 석탄보다 질이 떨어지지만 가격이 비교적 싼 미분탄을 섞어서 일정 강도로 맞추고 원가를 절감할 수 있다. 많은 제철소에서는 코크스의 강도를 향상시키기 위해 많은 노력을 기울이고 있다.

그리고， 종래에는 Tar를 코크스용 석탄에 섞어 강도를 올리는 시도가 있었으나 Tar를 그대로 사용 시 삼각한 악취 및 나프탈렌으로 인한 후공정 배관막힘이 발생되었다. 이를 막기 위해 악취가 나는 부분만 제거하여 석탄 점결 보충제 제조 방법이 고안되었다. 하지만 위의 방법은 COG 정제 공정에 나프탈렌 제거 설비가 반드시 존재해야 하는 단점이 있다.

【발명의 내용】

【해결하고자 하는 과제】

코크스 공정의 부산물인 타르 (Tar)에서， 악취가 나는 ^' 물질인 라이트 오일 (Light Oi l ) , 및 코크스 공정 이후의 공정에서 배관막힘을 유발하는 나프탈렌을 제거하여， 기존에 사용되던 타르 (Tar) 점결 보층재의 부작용을 개선할 수 있는 개질 타르 생산 공정을 제공하고자 한다.

나아가， 상기 개질 타르 생산 공정을 통해 분리된 라이트 오일 (Light Oi l )은 연료로 사용하거나 판매하고， 나프탈렌은 별도로 판매하고， 흡수유는 화성공정에 사용할수 있어， 경제성이 향상될 수 있다.

【과제의 해결 수단】

본 발명의 일 구현예는， 코크스 공정의 부산물질인 타르 (Tar)를 거 U 증류 타워에서 100 ^° C 이상 (180 ^° C ~ 나프탈렌의 끓는점) 이하에서 증류하여, 물 및 /또는 끓는점이 (180 ^° C ~ 나프탈렌의 끓는점) 이하인 게 1 라이트 오일 (Light Oi l )을 제기하는 제 1 증류 단계， 상기 제 1 증류 단계에서 물 및 /또는 제 1 라이트 오일 (Light Oi l )이 제거된 결과물을 제 2 증류 타워에서 3001 이상 350 ^° C 이하에서 증류하여， 끓는 점이 나프탈렌보다 낮은 제 2 라이트 오일; 나프탈렌， 흡수유 및 개질 Tar를 포함하는 흔합유 (Mixed Oi l ) ;와 개질 Tar ;를 각각 분리하는 게 2 증류 단계， 및 상기 제 2 증류 단계의 결과물 중 흔합유 (Mixed Oi l )를 제 3 증류 타워에서 220 ^° C 이상 260 ^° C 이하에서 증류하여， 나프탈렌 흡수유， 및 개질 Tar를 각각 분리하는 제 3 증류 단계;를 포함하는， 개질 타르 (Tar) 생산 공정을 제공한다.

상기 제 2 증류 단계에서， 상기 제 1 증류 단계에서 물 및 /또는 제 1 라이트 오일 (Light Oi l )이 제거된 결과물이 300 ^° C 이상 350 ^° C 이하로 가열되어 상기 게 2 증류 타워로 이송되는 것일 수 았다.

상기 게 3 증류 단계에서， 상기 제 2 증류 단계의 결과물 중 흔합유 (Mixed Oi l )가 별도의 가열 없이 상기 제 3 증류 타워로 이송되는 것일 수 있다.

상기 제 2 증류 타워 및 /또는 상기 게 3 중류 타워에서 분리된 개질 타르 (Tar )를， 상기 제 2 증류 타워로 재순환 (recycle)시키는 것일 수 있다. 상기 게 2 증류 단계에서， 상기 제 2 증류 타워로 스팀 (Steam)을 공급하는 것일 수 있다.

상기 계 3 증류 단계 이후에， 상기 게 3 증류 단계에서 분리된 개질 타르 (Tar )를 히터 (heater )를 통해 재가열 (reboi 1 ing)한 후， 상기 게 3 증류 타워로 재투입하는 단계를 더 포함하는 것알 수 있다.

상기 게 2 증류 단계에서， 상기 제 1 증류 단계에서 분리된 물 및 /또는 제 1 라이트 오일 (Light Oi l )이 제거된 결과물, 및 상기 재순환된 제 2 증류 타워 및 /또는 상기 제 3 증류 타워에서 분리된 개질 타르 (Tar )가 300 ^° C 이상 350 ^° C 이하로 가열되어 게 2 증류타워로 투입되는 것일 수 있다.

상기 제 1 증류 단계 이전에， 코크스 공정의 부산물질인 타르 (Tar )를 열교환기 또는 히터를 통해 가열하여 제 1 증류 타워로 투입하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.

상기 개질 타르 (Tar )은， 코크스 제조 공정에 투입되는 점결 보충재용인 것일 수밌다.

【발명의 효과]

코크스 공정의 부산물인 타르 (Tar )에서， 악취가 나는 물질인 라이트 오일 (Light Oi l ) , 및 코크스 공정 이후의 공정에서 배관막힘을 유발하는 나프탈렌을 제거하여, 기존에 사용되던 타르 (Tar ) 점결 보층재의 부작용을 개선하할수 있는 개질 타르 생산 공정을 제공한다.

나아가， 상기 개질 타르 생산 공정을 통해 분리된 라이트 오일 (Light Oi l )은 연료로 사용하거나 판매하고， 나프탈렌은 별도로 판매하고， 흡수유는 화성공정에 사용할 수 있어, 경제성아향상될 수 있다.

【도면의 간단한 설명]

도 1은 본 발명의 일 구현예의 개질 타르 생산 공정에 사용될 수 있는 장치의 예시적인 모식도이다.

【발명을 실시하기 위한 구체적인 내용】

이하， 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만， 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

제 1， 제 2 및 게 3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분， 영역， 층 및 /또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분， 성분， 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분， 성분， 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서， 이하에서 서술하는 제 1 부분， 성분, 영역， 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 게 2 부분, 성분， 영역， 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.

여기서 사용되는 전문 용어는 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 ¹ '의 의미는 특정 특성， 영역, 정수， 단계， 동작， 요소 및 /또는 성분을 구체화하며， 다른 특성， 영역， 정수， 단계， 동작， 요소 및 /또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

다르게 정의하지는 않았지만， 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고， 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다. 본 발명의 일 구현예는， 코크스 (Coke) 제조 공정에서 코크스의 품질향상을 위해 점결 보충재로서 첨가되는 타르 (Tar)를 개질하여 개질 타르를 제조하기 위한 공정을 제공하고자 한다. 구체적으로， 종래 코크스 공정의 부산물인 타르에서， 악취가 나는 물질인 라이트 오일 (Light Oi l ) , 및 코크스 공정 이후의 공정에서 배관막힘을 유발하는 나프탈렌을 제거하여， 기존에 사용되던 타르 (Tar) 점결 보층재의 부작용을 개선할 수 있는 개질 타르 생산 공정을 제공하고자 한다. 보다 구체적으로, 본 발명의 일 구현예는， 코크스 공정의 부산물질인 타르 (Tar )를 게 1 증류 타워에서 100 ^° C 이상 ( 180 ^° C 나프탈렌의 끓는점) 이하에서 증류하여， 물 및 /또는 끓는점이 ( 180 ^° C ~ 나프탈렌의 끓는점) 이하인 제 1 라이트 오일 (Light Oi l )을 제거하는 제 1 증류 단계, 상기 제 1 증류 단계에서 물 및 /또는 게 1 라이트 오일 (Light Oi l )이 제거된 결과물을 제 2 증류 타워에서 300 ^° C 이상 350 ^° C 이하에서 증류하여， 끓는 점이 나프탈렌보다 낮은 제 2 라이트 오일; 나프탈렌， 흡수유 (wash oi l ) , 및 개질 타르를 포함하는 흔합유 (Mixed Oi l ) ;와 개질 타르;를 각각 분리하는 제 2 증류 단계， 및 상기 제 2 증류 단계의 결과물 중 흔합유 (Mixed Oi l )를 제 3 증류 타워에서 220 ^° C 이상 260 ^° C 이하에서 증류하여， 나프탈렌， 흡수유, 및 개질 타르를 각각 분리하는 게 3 증류 단계;를 포함하는， 개질 타르 (Tar ) 생산 공정을 제공한다.

여기서， ( 180t ~ 나프탈렌의 끓는점)란， 180 ^° C ~ 나프탈렌의 끓는점 중 어느 한 온도를 의,미하며， A ~ B는 다른 정의가 없는 한， A 이상 B 이하를 의미한다.

도 1은 상기 본 발명의 일 구현예의 개질 타르 생산 공정에 사용될 수 있는 장치의 예시적인 모식도이다. 따라서， 이러한 장치는 다양한 형태로 변형할 수 있다. 이하, 도 1을 함께 참고하여， 본 발명의 일 구현예의 개질 타르생산공정에 대해 설명한다.

코크스 오븐의 부산물인 타르 (Tar)는 저장탱크 (미도시)에서 굳어지는 -것을 방지하기 위해 70 ^° C 이상 100 ^° C 이하의 온도로 유지된다. 이후， 저장탱크에서 제 1 증류 타워 (101)로 배관을 통해 연결되며， 배관 중간에 열교환기나 히터 (미도시)를 통해 110 ^° C 이상 180 ^° C ~ 나프탈렌의 끓는점 증 어느 한 온도 이하의 온도로 승온된다. 승온된 타르는 제 1 증류 타워에서 증류되며， 구체적으로 물은 수증기 형태로 상단으로 빠져 나가며， 물을 제외한 나머지 타르는 하단으로 내려간다. 이에， 후속 단계로 제 1 히터 ( 104)에서 타르의 승온이 용이해질 수 있다. 이 때， 끓는 점이 (180 ^° C ~ 나프탈렌의 끓는점) 이하인 제 1 라이트 오일 (light oil) 또한 증발되어, 기체 상태로 제 1 증류 타워의 상단으로 빠져 나갈 수 있다. 이에， 상단으로 빠져 나온 물 및 끓는 점이 (180 ^° C ~ 나프탈렌의 끓는점) 이하인 제 1 라이트 오일 (light oil)이 별도로 구비되는 물 분리기 (106)에서 흔합 .상태로 분리된다. 이후， 물 분리기 (106)를 통해 물과 제 1 라이트 오일을 분리하여， 제 1 라이트 오일만 별도의 제 1 라이트 오일 저장 탱크 (107)로 분리할 수 있다. 이렇게 분리된 제 1 라이트 오일은， 코크스 제조 공정, 또는 개질 타르 공정에서의 연료로사용되거나， 별도로 판매될 수 있다. 거 U증류 타워에서 하단으로 내려온 물 및 제 1 라이트 오일이 제거된 타르는， 별도로 구비된 게 1 히터 (104)를 통해 300 ^° C 이상 35CTC 이하와 온도로 가열된 후， 제 2 증류 타워 (102)로 이송된다. 제 2 증류단계의 증류 온도를 상기와 같이 한정한 것은 상기 범위에서 흡수유의 분리가 용이하며, 350 ^° C를 초과하는 경우 불필요한 에너지가 공급되어 에너지 손실에서 불리하기 때문이다. 제 2 증류 타워에서， 끓는점 기준으로 나프탈렌 (약 218 ^° C)보다 낮은 성분으로 구성된 제 2 _. 라이트 오일; 나프탈렌， 흡수유， 및 개질 타르가 섞인 흔합유 (mixed oil);와 개질 타르로 분리된다. 여기서 흡수유는， 끊는점 기준으로 나프탈렌보다 높은 성분으로 구성된 물질로 일반적으로 약 230 ^° C 이상 330 ^° C 범위의 끓는점을 가지는 흔합물 형태의 액체이다. 이 때, 게 2 증류 타워 (102)는 상압으로 운전될 수 있으며， 분리의 효율을 높이기 위해 스팀 (stram)관 (111)을 통해 스팀을 투입한다. 스팀을 투입함으로써 , 제 2 ^' 증류 타워 (102) 내부의 유량이 증가하여， 분리 효율이 향상될 수 있다. 제 2 증류 타워 (102)에서 나온 제 2 라이트 오일은 물 분리기 (106)로 이송되어 제 1 증류 타워에서 나온 수증기， 게 1 라이트 오일과 흔합될 수 있다. 이후， 전술한 바와 같이 물 분리기 (106)를 통해 물과 라이트 오일들을 분리할 수 있고， 분리된 라이트 오일은， 코크스 제조 공정， 또는 개질 타르 공정에서의 연료로 사용되거나， 별도로 판매될 수 있다. 또한， 제 2 증류 타워 (102)에서 분리된 제 2 라이트 오일이 남아있던 수증기를 더 포함할 수 있음은 물론이다. 제 2 증류 타워 ( 102)에서 분리된 흔합유 (mixed oi l )는， 추가적인 가열 없이 게 3 증류 타워 (103)로 이송되어， 220 ^° C 이상 260 ^° C 이하의 온도에서 제 3 증류 타워 (103)에서 증류된다. 이에， 제 3 증류 타워 ( 103)의 상단에서 나프탈렌이 분리되어， 액체 상태로 나프탈렌 저장탱크 ( 108)에 저장된다. 게 3 증류 타워 (103)의 중간부분에서는 흡수유가 분리되며, 흡수유 저장탱크 (109)에 저장되어 화성공장 등에서 사용될 수 있다. 제 3 증류 타워 ( 103) 하단에서는 개질 타르가 분리되며， 개질 타르 저장탱크 ( 110)로 이송되어 저장된다. 제 3 증류단계를 상기 온도 범위에서 수행함으로써， 나프탈렌의 증류가 가능하며， 약 4%수준으로 흡수유를 분리할 수 있다. 상기 게 3 증류 타워 ( 103)에서의 제 3 증류 단계 이후， 상기 게 3 증류 단계에서 분리된 개질 타르 (Tar)를 제 2 히터 ( 105)를 통해 재가열 (reboi l ing)한 후， 상기 제 3 증류 타워 (103)로 재투입될 수 있다. 이에， 분리된 개질 타르를 제 3 증류 타워 ( 103)에서 한번 더 증류함으로써， 개질 타르의 순도가 더욱 더 향상될 수 있다.

또한, 상기 제 2 증류 타워 ( 102) 하단， 및 /또는 게 3 증류 타워 (103) 하단에서 나오는 개질 타르를 별도로 구비된 순환관 ( 112)을 통해 제 2 증류 타워 ( 102)로 재순환 시킬 수 있다. 구체적으로는， 전술한 제 1 히터 (104)에 의해 가열 되기 전, 제 1 증류 타워 ( 101) 하단에서 분리된 물 및 /또는 제 1 라이트 오일이 제거된 결과물과 흔합된 후， 제 1 히터 (104)에서 가열되어 게 2 증류 타워 (102)로 이송될 수 있다. 이쎄， 재순환된 개질 타르는 제 2 증류 타워 (102) 및 제 3 증류 타워 ( 103)에서의 증류 과정을 반복하여 수행되게 됨으로써, 순도가 향상될 수 있다. 상술한 공정을 거쳐 최종적으로 얻어진 개질 타르는， 코크스 제조 공정에서 점결 보층재로서 코크스용 석탄에 섞어 강도를 올리는데 사용될 수 있다. 또한， 기존 미개질 타르에서 유발되는 악취가 제거될 수 있고， 나프탈렌에 의한 배관 막힘을 이 해소될 수 있어， 기존 첨가제의 부작용을 개선하면서 코크스용 석탄을 강도를 향상시킬 수 있다. 또한， 개질 타르 생산 공정의 부산물인 Light Oi l 및 나프탈렌， 흡수유는 별도로 판매될 수 있어 부가적인 수입을 얻을 수 있다. 본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한， 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

【부호의 설명】

101 게 1 증류 타워 102 거 12 증류 타워

103 제 3 증류 타워 104 제 1 히터

105 제 2 히터 106 물 분리기

107 라이트 오일 저장 탱크 108 나프탈렌 저장 탱크

109 흡수유 저장 탱크 110 개질 타르 저장 탱크

111 스팀관 112 순환관