제철소 화성공정내 암모니아증류탑의 폐쇄 및 부식

이종규, 김장규, 김제영

포항산업과학연구원(RIST), 환경에너지연구부문

Blockage &Corrosion in Ammonia Still in Coke&Chemical Process

Jong-Gyu Lee, Jang-Gyu Kim, Je-Young Kim

Research institute of Industrial Science&Technology(RIST)

Environment&Energy Res.Div.

서 론

폐수처리설비중에서 물속에 함유된 암모니아를 탈기시키는 방법은Steam과 Air을 매체로하여 Stripping하는방법이 가장 많이 쓰이고 있다.

현재 제철소에서 발생하는 COG(Coke Oven Gas)를 각공장의 열원으로 공급하기 위해서는 COG정제설비가 운전되고 있지만 COG가 함유한 각종 부식성 불순믈성분들로 인하여 설비 각부분에 부식현상이 일어나고 있고,또한 암모니아증류탑에서는 tray의 막힘현상이 현저하게 일어나고 있다.

본 연구는 암모니아증류탑을 페쇄시키는 물질의 성분을 알아보고 또한 상부Cover에서 일어나는 부식현상을 알아보고자 한다.

이 론

일관제철소의 화성설비는 COKE OVEN 석탄건류 과정중 발생되는 COKE OVEN GAS(COG)을 정제하는 공정으로 GAS배송, COG정제, 탈류, 폐수처리설비로 대별하며, 안수처리공정은 COG중에 함유된 수분(안수;AMMONIA LIQUOR)을 GAS배송설비에서 TAR, 안수로 분리하고 안수는 COKE OVEN에 순환되며 잉여안수는 GAS정제설비로 이송, GAS정제설비에서 GAS중 NH3을 연수와 기액접촉하여 NH3분을 정제하여 안수가 안수저장 TANK에 저장,NH3증류설비에서 STEAM증류, NH3,H2S GAS는 탈유설비로 장입되고,안수 일부가 GAS정제설비로 RETURN 과 폐수처리설비에서 정화되어 배수종말처리설비로 이송 최종방류하게 된다.

아래의 공정도는 일관제철소에서 발생하는 COG의 정제공정도이다

실험

각tray표면에 부착된 물질을 채취하여 SEM, 원소분석, XRD분석을 행하였다.

결과 및 토론

Table 1에서는 Coke Oven에서 Coal을 건류할 때 발생하는 COG의 조성을 나타내고, Tabl 2에서는 Coke Oven에서 나온 고온의 COG을 순환되는 안수로 냉각된 Coal-water의 조성을 보여주고 있다.

<Table 1. COG의 조성>

구성성분	H2(vol%)	CH4(vol%)	CO(vol%)	CO2(vol%)	HCN(ppm)
함량	50-60	20-30	5-8	2-3	1,000-1,5000
구성성분	H2S(ppm)	NH3(ppm)	BTX(ppm)	C10H8(ppm)
함량	4,000-6,000	5,000-6,500	23,000-25,000	500-600

<Table 2. 안수(Ammoniacal Liquor)의 조성>

구성성분	Cl-	SCN	H2S	HCN	Phenol	CO2	NH3
							Free	Fixed
함량	500	400	1500	400	0.5	5,000	20,000	1,500
구성성분	F-	Na	K	Si	Fe	Ca	P
함량	50	20-25	5-10	2-3	2-5	3-4	3-4

<사진1>에서는 암모니아증류탑내 Bubble cap에 부착되어 있는 것을 보여주고 있다. Coal Water에는 여러 가지 화합물이 함유되어 있으므로 증류과정중에 휘발되는 성분들이 서로 화학결합에 의하여 슬러지를 형성하는 것으로 추정된다.

또한 <사진 2>은 증류도중에 발생하는 vapor에 의하여 부식된 babble cap을 보여주고 있다. 암모니아 증류탑에 장입되는 Coal Water의 pH는 9.5-10.5이고 또한 안수중에는 Tar mist가 함유되어 있어서 증류탑의 tray에서는 pitch성분이

부착하게 된다. <사진3>은 증류탑하부에 침적된물질로서 EDAX분석에 위하면

주로이루어진 성분은 Fe, S, C로 구성되어있고,<사진4>은 증류탑에 장입되는

coal water와 스팀이 맨먼저 접촉하는 1단으로서 Ca,Fe, Mn으로 아루어졌고,

<사진5>은 증류탑5단으로 Fe, C,O순으로, <사진6>은 7단으로 Ca,C,O순으로

구성되어있다.

<그림1>은 암모니아증류탑의 하부tray에서 채취한 샘플의 FT-IR분석결과인데

보는바와같이 N,S,C가 서로 결합한 화합물들이다.

예를 들자면 isothiocyanide, chloride, amine계통을 화합물을 이루고 있다.

<그림2>은 암모니아 증류탑의 상부에 부착된물질의 분석결과로서 <그림1>에

비하여 유기물이 존재하지 않고 주로 카본계열의 pitch가 주성분을 이루고

있다.

결  론

암모니아증류탑에 유입되는 coal-water에는 여러유기물과 금속이온이 함유되어

있으며, 또한 Tar mist가 함유되어 있다.

결론적으로 말해서 이와같은 coal water가 증류탑에서 증류되는 과정중에

금속이온들이 촉매역할을 하여 금속착화합물을 이루게 되고, Tar mist는 스팀에

의하여 pitch가  증류탑의 각tray에 쌓이게 된다.

참고문헌

1. Corrosion& Maintenance, April-June, p187, 1982

2. Chemistry of Coal utilization, supplmental vol, 1981

3. China Steel Tech.Rep.No 6, p96, 1992

4. Chem.Eng.Pro.Jan,p64, 1995

5. Materials Performance, Dec., p9, 1980