2016.05.09 《지식보급》코크스 가스, 고로 가스, 전로 가스

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1. 고로 가스: 고압 풍기를 이용해 공기를 불어넣고, 그 공기를 열풍로에서 가열한 뒤 고로로 보냅니다. 이러한 열풍과 코크스가 연소를 돕게 되며, 그 결과 이산화탄소와 일산화탄소가 생성됩니다. 이산화탄소는 뜨거운 코크스와 반응하여 다시 일산화탄소를 만들어냅니다. 일산화탄소는 위로 올라가면서 철광석 속의 철 성분을 환원시켜 생철로 만듭니다. 이것이 바로 제철의 화학적 과정입니다.용철은 용광로 바닥에 잠시 저장되어 있다가, 정해진 시간에 꺼내어 직접 강철을 제련하거나 주물을 만드는 데 사용된다. 이때 고로의 가스 속에는 과량의 일산화탄소도 함께 존재하는데, 이러한 혼합 가스가 바로 고로 가스입니다.철 1톤을 제련할 때마다 2,100~2,200입방미터의 고로가스가 생산됩니다. 가연성 일산화탄소를 함유한 이 가스는 저열량의 가스 연료로, 열간 압연된 강철 덩어리를 가열하거나 강철 용기를 예열하는 등 금속 가공 공장에서 자체적으로 사용될 수 있다.민간용으로도 공급할 수 있으며, 코크스 가스를 혼합하면 “혼합 가스”가 되어 발열량이 높아집니다. 고로가스는 철을 제련하는 과정에서 발생하는 부산물로, 주요 성분으로는 CO, CO2, N2, H2, CH4 등이 있습니다. 그중에서도 연소 가능한 성분인 CO의 비율은 약 25% 정도이며, H2와 CH4의 비율은 매우 낮습니다. CO2와 N2의 비율은 각각 15%, 55%입니다. 열량은 약 3500KJ/m3 정도에 불과합니다.고로 가스의 성분과 열량은 고로에 사용되는 연료, 생산되는 철의 종류 및 제련 공정과 관련이 있습니다. 현대의 철생산에서는 대용량, 높은 공기 온도, 높은 제련 강도, 많은 양의 석탄 분말을 사용하는 공정이 일반적으로 채택됩니다. 이러한 첨단 생산 공정을 통해 노동 생산성이 향상되고 에너지 소비가 줄어듭니다. 하지만 그 결과로 생성되는 고로 가스의 열량은 더 낮아져서 활용하기가 더 어려워집니다.고로 가스의 CO2와 N2는 연소 과정에서 열을 생성하는 데 관여하지도 않으며, 연소를 촉진하는 역할도 하지 않습니다. 오히려 연소 과정에서 발생하는 많은 양의 열을 흡수하여 고로 가스의 이론적 연소 온도를 낮추는 원인이 됩니다.고로 가스의 발화점은 그리 높지 않아서, 발화에 장애가 있는 것 같지는 않습니다. 하지만 실제 연소 과정에서는 여러 요인들의 영향으로 인해 혼합 기체의 온도가 발화점보다 훨씬 높아야만 안정적인 연소가 가능합니다.고로 가스의 이론적 연소 온도가 낮으며, 연소에 참여하는 고로 가스의 양이 많아 혼합 기체의 온도 상승 속도가 매우 느리고 온도도 높지 않아 연소 안정성이 좋지 않다. 연소 반응이 일어날 수 있는 또 다른 조건은 기체 분자들 사이에 효과적인 충돌이 일어날 수 있어야 한다는 것입니다. 즉, 충분한 에너지를 가진 분자들끼리 산화 반응을 일으킬 수 있는 충돌이 일어나야 합니다. 하지만 많은 양의 CO2와 N2가 존재하면 분자들 사이에 효과적인 충돌이 일어날 가능성이 줄어들고, 그 결과 연소 속도가 느려지고 연소가 불안정해집니다. 고로 가스에는 다량의 CO2와 N2가 포함되어 있으며, 연소 과정에서는 거의 화학 반응에 참여하지 않습니다. 그래서 이들은 거의 그대로 연소로 인해 발생하는 연기 속으로 들어갑니다. 고로 가스를 연소시킬 때 발생하는 연기의 양은 석탄을 연소시킬 때보다 훨씬 많습니다. ----------------------------------------------------- 二、전로 가스: 전로를 이용한 강철 제조 과정에서, 용철 속의 탄소가 고온 상태에서 주입된 산소와 반응하여 일산화탄소와 소량의 이산화탄소가 섞인 기체가 생성됩니다.회수된 상부 공급 산소 전로 가스는 일산화탄소 60~80%, 이산화탄소 15~20%, 그리고 질소, 수소와 미량의 산소를 포함한다.전로 가스의 발생량은 제련 과정에서 균일하지 않으며, 성분도 변화한다(그림 참조).일반적으로 전로의 여러 차례 용해 과정에서 회수된 가스는 가스 저장탱크에 모아져 혼합된 후 사용자에게 공급됩니다. 전로 가스는 로입에서 분출될 때 온도가 1450~1500℃에 달하며, 대량의 산화철 먼지를 함유하고 있어 사용하기 전에 냉각 및 제진 처리가 필요합니다.정화에는 습식과 건식 두 가지 유형이 있습니다.①습식 정화 시스템의 일반적인 공정은 다음과 같습니다. 가스가 전환로에서 나온 후, 증발 냉각기를 통해 온도가 800~1000℃까지 낮아집니다. 그 후, 1단계 벤츄리관, 첫 번째 꺾임부형 탈수기, 2단계 벤츄리관, 두 번째 꺾임부형 탈수기를 순차적으로 통과합니다. 벤츄리관의 입구에서 세척수가 분사되어 가스의 온도가 약 35℃로 낮아지며, 가스 내의 먼지 함량도 약 100mg/입방미터로 줄어듭니다.그런 다음 송풍기를 이용해 정화된 가스를 가스 저장탱크로 보냅니다.습식 공정은 전 세계적으로 비교적 널리 사용되고 있으며, 강철 1톤당 60~80입방미터의 가스를 회수할 수 있습니다. 평균 열량은 약 2000~2200칼로리/입방미터입니다.②미국과 서독 등 일부 국가의 공장들은 건식 전기집진 정화 시스템을 사용하고 있습니다.가스는 냉각 연도를 통해 온도가 1000℃까지 내려간 후, 증발 냉각탑을 거쳐 다시 200℃로 낮아집니다. 그 다음 건식 전기 집진기를 통해 먼지가 제거되어, 먼지 함량이 50밀리그램/입방미터 미만인 깨끗한 가스가 됩니다. 이 가스는 송풍기를 통해 가스 저장 탱크로 보내집니다.건식 시스템은 습식 시스템에 비해 투자 비용이 약 12~15% 더 높습니다；하지만 폐수 처리 시설을 구축할 필요가 없으며, 에너지 소비도 적습니다. 다만, 가스와 공기가 섞여 폭발성 가스가 생성되는 것을 막기 위한 적절한 조치가 필요합니다. 전로 가스는 철강 기업 내부에서 사용되는 중등 열량의 가스 연료입니다.단독으로 산업용 용광로의 연료로 사용될 수 있으며, 코크스 오븐 가스, 고로 가스, 발생로 가스와 혼합하여 다양한 열량을 가진 혼합 가스로도 사용될 수 있다.전로 가스에는 다량의 일산화탄소가 포함되어 있어 독성이 매우 강하므로, 저장, 운송, 사용 과정에서 반드시 누출을 철저히 방지해야 합니다. --------------------------------------------------- 삼. 코크스 가스
코크스 가스란, 여러 종류의 석탄을 혼합하여 코크스를 만드는 데 사용되는 원료로, 이를 코크스 제조용 용광로에서 고온으로 가열하여 코크스와 타르와 같은 제품들을 얻는 과정에서 함께 생성되는 연소 가능한 가스입니다. 이는 코크스 제품의 부산물입니다.주로 연료와 화학 원료로 사용됩니다.코크스 1톤을 생산할 때마다 300~320입방미터의 코크스 가스가 생성됩니다. 코크스 가스는 주로 수소와 메탄으로 구성되어 있으며, 각각 56%와 27%를 차지합니다. 그 외에 소량의 일산화탄소, 이산화탄소, 질소, 산소 및 기타 탄화수소들도 포함되어 있습니다；그의 낮은 발열량은 18250kJ/Nm3이며, 밀도는 0.4~0.5kg/Nm3입니다. 또한, 운동 계수는 25×10`(-6)m2/s입니다.코크스 오븐 본체와 냉각 시스템의 흐름도에 따르면, 코크스 오븐에서 나오는 가스는 들어가기 전에 이미 대량으로 액체 상태로 응축됩니다. 동시에, 가스에 섞여 있던 석탄 먼지나 코크스 가루도 함께 포집됩니다. 또한, 가스에 포함된 수용성 성분들도 암모니아수에 용해됩니다.타르, 암모니아수, 그리고 먼지와 타르 찌꺼기가 함께 기계식 타르-암모니아수 분리탱크로 유입됩니다.분리된 후 암모니아수는 재사용되며, 타르는 집중적으로 처리됩니다. 타르 찌꺼기는 석탄에 다시 혼합하여 코크스를 생산하는 데 사용됩니다. 코크스 가스는 예비 냉각기를 통해 직접적으로 또는 간접적으로 상온까지 냉각됩니다. 이때 가스에 남아 있는 수분과 타르가 더욱 제거됩니다.초냉각기를 나온 가스는 기계적 타르 제거 장치를 통해 가스에 떠 있는 타르 안개가 기계적 방법으로 제거된 후, 송풍기로 들어가 약 19,600파스칼(2,000mm 수주)의 압력으로 가압됩니다.후속의 가스 정제 공정에 영향을 주지 않도록, 예를 들어 황암모늄에 의한 색상 변화나 탈황액의 노화와 같은 문제를 방지하기 위해, 가스는 전기 톨루엔 제거기를 통과시켜 남아 있는 톨루엔 안개를 제거합니다.온도가 낮을 때 나프탈렌이 가스에서 결정화되어 분리되는 것을 방지하기 위해, 가스가 탈황탑에 들어가기 전에 나프탈렌을 흡착하기 위한 세척탑이 설치됩니다.탈황탑 내에서 탈황제를 사용하여 가스 속의 황화수소를 흡착하는 동시에, 가스 속의 시안화수소도 함께 흡착됩니다.가스 중의 암모니아는 흡암모니아탑에서 물이나 수용액에 의해 흡수되어 액체 암모니아나 황암모늄이 생성된다.가스가 흡암탑을 통과할 때, 황산이 암모니아를 흡수하는 반응은 발열 반응이기 때문에 가스의 온도가 상승합니다. 이로 인해 원유의 회수 과정에 지장이 생기지 않도록, 가스는 최종 냉각탑을 거쳐 온도가 낮아진 후 세척탑으로 들어갑니다. 여기서 세척용 오일을 사용하여 가스 내의 벤젠, 톨루엔, 디메틸벤젠과 같은 저끓는점을 가진 탄화수소 화합물들과 스티렌, 나프탈렌, 구마론과 같은 고끓는점을 가진 물질들을 제거합니다. 동시에 유기황화물도 함께 제거됩니다. 1 가스 안전 기초 지식 1.1 가스의 특성 1.1.1 가스의 성분 우리가 흔히 말하는 가스란 인공가스를 의미하며, 다양한 기체 성분을 포함한 가연성 혼합기체입니다.가스를 생산하는 원료와 가스를 제조하거나 회수하는 방법이 다르기 때문에, 각종 가스의 구성 성분과 그 비율도 서로 다릅니다. 흔히 알려진 가스로는 코크스 오븐 가스, 발생로 가스, 연속식 직립 탄화로 가스, 고로 가스, 전환로 가스 등이 있습니다.일반적인 가스의 성분은 표 1-1을 참조하십시오. 1.1.2 석탄가스의 물리화학적 특성 (1) 코크스 오븐 가스 정제된 코크스 오븐 가스는 무색이며, 악취가 나고 독성이 있는 가연성·폭발성 기체입니다. 밀도는 0.3623이며, 열량은 16800–18900 kJ/m³입니다. 발화 온도는 550–650℃이며, 폭발 한계는 4.5%–35.8%입니다. 이론적인 연소 온도는 약 2150℃입니다.코크스 가스의 CO 함량은 고로 가스보다 낮지만, 여전히 중독 사고를 일으킬 수 있습니다. (2) 고로가스
고로가스는 무색무취이지만 독성이 있으며, 쉽게 발화하고 폭발할 수 있는 가스입니다. 밀도는 0.9–1.1이며, 열량은 3349–4187 kJ/m³입니다. 이론적인 연소 온도는 약 1500℃이며, 발화 온도는 약 730℃입니다. 폭발 한계는 30.8%–89.5%입니다. N2와 CO2의 비율은 약 70%에 달하며, 산소 함량이 매우 낮기 때문에 호흡곤란이나 질식을 유발할 수 있습니다. (3) 전로 가스 전로 가스의 성분은 제련 주기 동안 시기에 따라 달라지며, 회수 장비 및 회수 시의 운전 조건과도 관련이 있습니다.전로 가스는 무색무취이며, 독성이 있는 가연성·폭발성 기체입니다. 열량은 6800-10000kj/m3이며, 발화 온도는 530℃입니다. 폭발 한계는 18.2%-83.2%입니다.전로 가스의 이론적 연소 온도는 고로 가스보다 높습니다.