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KR102567157B1 - 연소재의 처리방법 및 시스템, 그리고 석유계 연료연소 플랜트 - Google Patents

연소재의 처리방법 및 시스템, 그리고 석유계 연료연소 플랜트 Download PDF

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KR102567157B1
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세이지 타바타
스구루 야바라
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카와사키 주코교 카부시키 카이샤
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Abstract

석유계 연료를 연소하는 연소로에서 배출된 연소재의 처리방법에서, 연소재를 건식 분리법에 의해 중질분과 경질분으로 분리하고, 경질분을 연소로로 연료로서 공급하고, 중질분을 회수한다. 연소재의 중질분으로부터는, 바나듐 등의 금속을 분리추출한다.

Description

연소재의 처리방법 및 시스템, 그리고 석유계 연료연소 플랜트
본 발명은, 중유, 중질유, 및 석유 잔류물 중 적어도 하나의 석유계 연소재의 처리기술에 관한 것이다.
중유, 아스팔트 등의 중질유, 및 피치·코크스 등의 석유 잔류물의 연소에 의해 생기는 연소재(이하, "석유계 연소재"로 칭한다)에는, 미연탄소, 바나듐 등의 유가금속, 및 유안(황산암모늄)이 포함된다. 중유, 중질유, 및 석유 잔류물은, 석유정제의 과정에서 농축에 의해 질소분·유황분의 함유 농도가 높아, 그들의 연소배기가스는 다량의 NOx를 포함한다. 연소재 중의 유안은, 이와 같은 연소배기가스를 탈질하기 위해 환원제로서 주입되는 암모니아 가스와 상기 배기가스 중에 포함되는 황산화물과의 반응에 의해 생성된 것이다.
바나듐은, 특수강의 첨가제, 촉매 등의 화성품의 원료 외에, Ti-V 합금 등의 기능성 합금이나 Ti-V계 수소흡장합금 등의 2차 전지의 재료로서 이용되고 있다. 그러나, 최근에는 바나듐(페로바나듐)의 가격이 급등하고 있어, 수입에 의존하고 있는 바나듐을 저렴하면서도 안정적으로 입수하는 것이 어렵다. 따라서, 안정적이고 대량으로 배출되는 석유계 연소재로부터 바나듐을 효과적으로 회수하는 기술이 요망되고 있다.
상술한 대로, 석유계 연소재는, 바나듐 등의 유가금속 외에, 많은 미연탄소를 포함하기 때문에 부피가 크다. 그 때문에, 석유계 연소재로부터 바나듐을 회수하기 위한 처리설비가 대규모가 된다. 따라서, 특허문헌 1에서는, 바나듐 분리추출공정을 소규모화하기 위한 기술이 제안되고 있다.
특허문헌 1에서는, 보일러 연도의 집진장치에서 회수된 중유재를 물에 현탁시켜 현탁액으로 하고, 상기 현탁액에 습식처리를 실시함으로써 중유재로부터 유가금속 및 암모니아염을 용출시킴과 동시에 불용의 미연탄소를 현탁액으로부터 분리하고, 이들을 각각 처리하여 유가금속을 회수하는 방법이 나타나 있다. 여기에서, 미리 현탁액 중에서 중유재 중의 경질분과 중질분을 비중차에 의해 침강 분리하고, 경질분을 포함하는 상층 현탁액과 중질분을 포함하는 하층 현탁액을 각각 별개로 도출하는 전처리를 행하는 것이 제안되고 있다.
일본 특허공개공보 제2009-154093호
특허문헌 1에서는, 중유재의 현탁액이 침강 분리조에서 처리되기 때문에, 침강 분리조에는 중유재 이외에 다량의 물이 유입하기 위해 큰 용량이 요구된다. 또한, 연소재에 포함되는 미연탄소는 연료로서 재이용할 수 있지만, 일단 물과 혼합시켜버리면 바로 연료로서 사용하는 것이 어렵다.
본 발명은 이상의 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 석유계 연료를 이용하는 연소로의 연소재로부터 바나듐 등의 금속을 회수하는 기술에 있어서, 연소재를 효과적으로 감용(減容)하고, 금속의 분리추출공정의 소규모화·고효율화를 도모하는 것에 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 연소재의 처리방법은, 석유계 연료를 연소하는 연소로에서 배출된 연소재의 처리방법으로서, 상기 연소재를 건식 분리법에 의해 중질분과 경질분으로 분리하는 것, 상기 경질분을 상기 연소로로 연료로서 공급하는 것, 및 상기 중질분을 회수하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명의 일 양태에 따른 연소재의 처리시스템은, 석유계 연료를 연소하는 연소로에서 배출된 연소재의 처리시스템으로서, 상기 연소재를 중질분과 경질분으로 분리하는 건식 분리장치와, 상기 경질분을 상기 연소로로 연료로서 공급하는 경질분 반송라인과, 상기 중질분을 회수하는 회수용기를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명의 일 양태에 따른 석유계 연료연소 플랜트는, 석유계 연료를 연소하는 연소로와, 상기 연소로에서 배출된 연소재를 회수하는 건식 집진기와, 상기 연소재를 처리하는 상기 연소재의 처리시스템을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 연소재의 처리방법 및 시스템, 및, 석유계 연료연소 플랜트에서는, 배출된 연소재의 일부가 연소로로 되돌아와 연료로서 사용되기 때문에, 연소로에서 배출되는 연소재에는, 연료의 연소재와, 연소재의 연소재가 포함된다. 연료의 연소재는 미연탄소를 많이 포함하기 때문에 비중이 작다. 한편, 연소재의 연소재는, 연료의 연소재와 비교하여 미연탄소가 적고, 바나듐 등의 중금속이 응축되어 있기 때문에 비중이 크다. 따라서, 연소재를 중질분과 경질분으로 건식 분리하면, 중질분에는 연소재의 연소재가 많이 포함되고, 경질분에는 연료의 연소재가 많이 포함된다.
연소재의 경질분은 미연탄소를 많이 포함하고, 연소로에서 연료로서 사용되기에 적절하고, 연소재의 에너지를 유효하게 이용할 수 있다. 게다가, 연소재의 경질분은 건식으로 분리되기 때문에, 연소재의 경질분을 그대로 연소로에서 연료로서 이용할 수 있다.
연소재의 중질분은, 연소로에서 배출된 연소재보다도 감용되어 있다. 이와 같이 감용된 연소재의 중질분이 회수되므로, 중질분의 회수용기를 소형화할 수 있다. 따라서, 연소재의 중질분을 저장하기 위한 공간을 삭감할 수 있고, 저장 효율을 높일 수 있다. 또한, 연소재의 중질분을 반송하기 위한 공간이나 에너지를 삭감할 수 있고, 반송 효율을 높일 수 있다. 또한, 감용된 연소재의 중질분에 대해 후공정인 금속분리추출처리가 행해지므로, 금속분리추출공정에 따른 설비(예를 들어, 바나듐 분리추출장치)의 소규모화를 도모할 수 있다. 또한, 연소재의 중질분은, 연소로에서 배출된 연소재보다도 미연탄소의 함유량이 낮고, 또한, 바나듐 등의 중금속이 응축되어 있다. 따라서, 금속분리추출처리에서, 금속 회수의 고효율화를 도모할 수 있다.
본 발명에 의하면, 석유계 연료를 이용하는 연소로의 연소재로부터 바나듐 등의 금속을 회수하는 기술에서, 연소재를 효과적으로 감용하고, 금속 분리추출공정의 소규모화·고효율화를 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보일러 시스템의 계통적 개략 구성도이다.
도 2는 연료 및 연소재의 특징을 설명하는 도이다.
도 3은 분리장치의 개략 구성도이다.
도 4는 바나듐 분리추출처리의 흐름을 나타내는 블록도이다.
이하, 도면을 참조하여 실시예에 기초하여 본 발명에 대해 설명한다. 본 발명은, 중유, 아스팔트 등의 중질유, 및 피치·코크스 등의 석유 잔류물 중 적어도 하나를 연료로 하는 연소로에서 배출되는 연소재의 처리기술에 관한 것이고, 보다 상세하게는, 연소재로부터 바나듐 등의 금속을 회수하는 기술에 관한 것이다. 본 실시예에서는, 연소로로서 석유 잔류물 연소 보일러(1)를 예로 들어 설명한다. 단, 본 발명은, 중유 연소 보일러, 및 중질유 연소 보일러를 구비하는 석유계 연료연소 플랜트(100)에도 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 석유계 연료연소 플랜트(100)의 계통적 개략 구성도이다. 도 1에 나타내는 석유계 연료연소 플랜트(100)는, 연소로로서의 석유 잔류물 연소 보일러(1) 및 그 배기가스 처리계통(30)을 구비한다. 석유계 연료연소 플랜트(100)는, 배기가스 처리계통(30)에서 회수된 보일러(1)의 연소재의 처리시스템(101)을 더 구비한다. 처리시스템(101)은, 연소재로부터 금속을 회수하는 금속 분리추출장치(50)와, 그 전처리 장치인 분리장치(40)를 포함한다.
[석유 잔류물 연소 보일러(1)]
석유 잔류물 연소 보일러(1)는, 고온 연소존(21) 및 2단 연소존(22)을 포함하는 연소실을 구비한다. 연소실의 하방에 위치하는 고온 연소존(21)에는, 석유 잔류물 연료를 연소하기 위한 버너(24)가 설치된다. 고온 연소존(21)에는 로내측 전면에 약 2000℃의 로내 온도에 대응시키기 위한 내화재(25)가 첩설(貼設)되어 있다.
고온 연소존(21)의 상부의 연소가스 유출부에는, 스로틀부(23)가 형성되어 있다. 스로틀부(23)에 의해, 고온 연소존(21)으로부터 2단 연소존(22)으로 연소가스가 통과하는 단면적이, 고온 연소존(21)의 연소가스 통과 단면적보다도 20~50％ 축소된다. 스로틀부(23)의 연소가스 유입측의 로내에 면하는 측에도, 고온 연소존(21)과 동일한 내화재(25)가 첩설되어 있다. 이로 인해, 열전달에 의해 고온 연소존(21) 내의 온도가 저하되는 것이 방지된다.
스로틀부(23)의 상방에는, 수냉벽 구조로 이루어지는 2단 연소존(22)이 형성되어 있다. 2단 연소존(22)의 상방에는 증기 과열기(27)가 배설되어 있다. 또한, 2단 연소존(22)의 측벽에는, 고온 연소존(21)에서 배출되는 연소가스 중에 포함되는 미연분을 연소시키기 위한 공기를 공급하는 2단 연소용 공기노즐(26)이 단단 혹은 복수단 배설된다.
이와 같은 석유 잔류물 연소 보일러(1)에서, 먼저 버너(24)에 공급된 석유 잔류물 연료는, 고온 연소존(21)의 공기비가 1 미만(예를 들어 0.7 정도)의 환원분위기로 유지되도록 연소된다. 고온 연소존(21)의 내면은 2단 연소존(22)의 개구부를 제외하고 전면이 내화재(25)에 의해 덮여 있음으로써, 연소실 내부는 평균 약 1500℃의 고온으로 유지된다.
이와 같은 조건 하에서는, 먼저 연료 중의 N분의 산화에 기초하는 퓨얼 NOx와, 대기 중의 N분의 산화에 기초하는 서멀 NOx가 생성된다. 그러나, 고온 연소존(21) 내부가 고온 환원분위기 중인 것에 의해, 그 대부분은 분해되어 N2가 되고, 그 외의 일부는 NH3(암모니아) 혹은 HCN(시안) 등의 유기질소화합물의 형태로 존재한다.
이들 NH3 혹은 HCN은 산소와 반응하여 가연분이 연소하고, 퓨얼 NOx를 발생시킨다. 그러나, 연소실 내 산소농도가 낮게 유지됨으로써, 퓨얼 NOx로의 전환율은 낮게 억제된다. 또한, 생성된 NOx는 더욱 고온 환원분위기 내로 유지됨으로써, 질소로 열분해된다.
고온 연소존(21)에서 유출된 연소가스는, 스로틀부(23)를 통해 2단 연소존(22)에 유입된다. 2단 연소존(22)에는, 2단 연소용 공기노즐(26)로부터 연소용 공기가 도입된다. 이로 인해, 2단 연소존(22)은, 공기비가 1 이상(예를 들어, 1.1 정도)의 산화분위기로 유지된다. 2단 연소존(22) 내에 유입된 연소가스는, 2단 연소용 공기노즐(26)로부터 송입되는 연소용 공기와 접촉하여 가스 중의 미연분의 연소를 완결시키고(즉, 완전연소하고), 증기 과열기(27)를 통해 연소실에서 배기가스 처리계통(30)으로 유출한다.
일반적으로, 석유 잔류물 연료의 연소에서 NOx의 발생량은, 연소온도와 공기비에 강하게 의존한다. 즉, 환원분위기 하에서는 고온연소가 될 수록 NOx 발생량이 적고, 산화분위기 하에서는 저온연소가 될 수록 NOx 발생량이 적다. 본 실시예에 따른 석유 잔류물 연소 보일러(1)에서는, 고온 연소존(21)의 고온 환원분위기 하에서 연료를 연소시킴으로써 퓨얼 NOx의 발생이 억제되고, 2단 연소존(22)의 저온 산화분위기 하에서 연소가스 중의 미연분을 완전하게 연소시킴으로써 서멀 NOx의 발생이 억제된다. 본 실시예에 따른 석유 잔류물 연소 보일러(1)에서는, 상기와 같은 2단 연소 방식을 채용함으로써, 효과적으로 NOx 발생량이 저감되어 있다.
[배기가스 처리계통(30)]
보일러(1)의 배기가스 처리계통(30)으로 유입하는 연소배기가스에는, 연소재(비회)가 동반하고 있다. 배기가스 처리계통(30)에서는, 연소배기가스를 정화함과 동시에, 연소배기가스에 동반하는 비회를 회수한다. 배기가스 처리계통(30)에는, NOx 제거촉매(31), 가스에어히터(32), 건식 집진기(33), 유인팬(34), SOx 제거촉매(35), 습식 집진기(36), 및, 연돌(37)이, 연소배기가스의 흐름의 상류에서 하류를 향해 이 순서로 설치되어 있다.
유인팬(34)의 가동에 의해 보일러(1)에서 배기가스 처리계통(30)으로 연소배기가스가 유입된다. 연소배기가스는, NOx 제거촉매(31), 가스에어히터(32), 건식 집진기(33), 유인팬(34), SOx 제거촉매(35), 및, 습식 집진기(36)를 순서대로 통과하여, 연돌(37)로부터 대기로 방출된다. NOx 제거촉매(31)는, 연소배기가스로부터 NOx를 제거한다. 가스에어히터(32)에서는, 연소배기가스와 예를 들어 보일러(1)의 연소용 공기가 열교환되고, 보일러(1)의 배열(排熱)을 이용하여 연소용 공기가 가열된다. 건식 집진기(33)에서는, 연소배기가스로부터 그것에 동반하고 있는 연소재가 분리된다. 연소재는, 연소재 반송라인(41)을 통해 분리장치(40)로 보내진다. SOx 제거촉매(35)는, 연소배기가스로부터 SOx를 제거한다. 습식 집진기(36)에서는, 연소배기가스로부터 그것에 동반하는 연소재보다 작은 먼지가 분리된다.
[분리장치(40)]
분리장치(40)는, 보일러(1)의 연소배기가스로부터 회수한 연소재를, 건조시킨 상태로 경질분과 중질분으로 분리하는 건식 분리장치이다. 연소재의 경질분은, 분리장치(40)로부터 경질분 반송라인(43)을 통해 버너(24)로 보내지고, 보일러(1)에서 연료의 일부로서 다시 이용된다. 연소재의 중질분은, 분리장치(40)로부터 중질분 반송라인(42)을 통해 회수용기(5)로 보내진다. 회수용기(5)로 회수된 연소재의 중질분은, 금속분리추출장치(50)로 보내지고 거기에서 함유된 금속이 분리 주출된다.
상기와 같이 연소재의 일부(경질분)가 다시 보일러(1)에서 연소하기 때문에, 건식 집진기(33)에서 회수되는 연소재에는, 석유 잔류물 연료의 연소에 의해 생긴 연소재(이하, 설명의 편의를 도모하여 "1차 연소재"로 칭한다)와, 연소재의 연소에 의해 생긴 연소재(이하, 설명의 편의를 도모하여 "고차 연소재"로 칭한다)가 포함된다. 도 2는 연료 및 연소재의 특징을 설명하는 도이다. 도 2에서는, 석유 잔류물 연료의 (a) 연료 입자, (b) 석유 잔류물 연료의 연소에 의해 생긴 연소재(즉, 1차 연소재), (c) 연소재의 연소에 의해 생긴 연소재(즉, 고차 연소재)의, 각각의 단면 이미지가 나타나 있다. 또한, 1차 연소재(b)를 기준(=1)으로 한 경우의, 고차 연소재(c)의 밀도비 및 입경비가 나타나 있다.
석유 잔류물 연료의 연소에 의해 생긴 1차 연소재(b)는, 바나듐 등의 중금속(유가금속) 외에, 많은 미연탄소를 포함한다. 1차 연소재(b)는, 석유 잔류물 연료에 포함되는 휘발 성분의 팽창에 의해 중공 구조로 되어 있다. 한편, 연소재의 연소에 의해 생긴 고차 연소재(c)는, 휘발 성분이 빠진 1차 연소재(b)가 다시 가열 용융됨으로써, 중실 구조로 되어 있다. 또한, 고차 연소재(c)는, 1차 연소재(b)에 포함되어 있던 미연탄소가 연소에 의해 감소하고, 그 만큼, 중금속이 농축되어 있다. 고차 연소재(c)는, 보일러(1)에서 연소가 더 반복됨으로써, 미연탄소가 저감하고, 중금속의 농축이 진행된다.
고차 연소재(c)는, 1차 연소재(b)와 비교하여 밀도가 크고, 또한, 입경이 작다. 다시 말하면, 1차 연소재(b)는 고차 연소재(c)와 비교하여 가볍고 큰 입자이고, 고차 연소재(c)는 1차 연소재(b)와 비교하여 무겁고 작은 입자이다. 이것으로부터, 1차 연소재(b)와 고차 연소재(c)를, 비중을 이용하여 분리하거나, 입경을 이용하여 분리하거나 하는 것이 가능하다.
보일러(1)의 연소배기가스로부터 회수한 연소재를 비중으로 경질분과 중질분으로 분리하면, 경질분에는 고차 연소재(c)보다도 1차 연소재(b)가 많이 포함된다. 1차 연소재(b)는 많은 미연탄소가 포함되기 때문에, 경질분은 보일러(1)의 연료로서 유용하다. 한편, 중질분에는 1차 연소재(b)보다도 고차 연소재(c)가 많이 포함된다. 고차 연소재(c)는 바나듐 등의 중금속이 농축되어 있는 데다가 부피가 작기 때문에, 중질분을 금속분리추출장치(50)에 공급하면, 연소재로부터 금속을 효율적으로 회수할 수 있다.
본 실시예에 따른 분리장치(40)는, 유동층(46)을 이용한 건식 비중분리법을 채용한 건식 비중분리장치이다. 도 3은 분리장치(40)의 개략 구성도이다. 도 3에 나타내는 분리장치(40)는, 분리용기(45)와, 분리용기(45) 내의 바닥부로 유동용 가스를 보내는 산기관(47)을 구비한다. 유동용 가스는, 예를 들어, 질소가스이다.
분리용기(45)의 상부에는, 연소재 공급구(45a)가 설치되어 있다. 연소재 공급구(45a)에는 연소재 반송라인(41)을 통해 건식 집진기(33)가 접속되어 있다. 이로 인해, 건식 집진기(33)에서 회수된 연소재가 연소재 공급구(45a)로부터 분리용기(45) 내로 공급된다. 또한, 연소재 반송라인(41)에는, 연소재를 정량적으로 공급하기 위하여, 정량 공급 장치(410)가 설치되어 있어도 좋다.
분리용기(45)에 공급된 연소재는, 분리용기(45)에 모여 연소재층을 이룬다. 산기관(47)으로부터 연소재층의 하부로 분출한 유동용 가스에 의해 연소재층을 부유 유동화시키면, 연소재로 이루어진 유동층(46)은 액체와 동일한 거동을 나타낸다. 연소재로 이루어진 유동층(46)에서, 연소재 중의 경질분이 부양하고, 연소재 중의 중질분이 침강한다. 여기에서, 연소재는, 유동매체임과 동시에 비중분리대상이다. 또한, 유동용 가스의 공탑속도는, 연소재 중의 경질분과 중질분이 부침분리할 수 있도록 실험에 의해 혹은 시뮬레이션에 의해 적절히 결정된다.
상기와 같이 연소재 중의 경질분과 중질분이 부침분리되고, 각각 다른 출구에서 배출된다. 분리용기(45)의 바닥부에는, 중질분 출구(45b)가 설치되어 있다. 중질분 출구(45b)는, 중질분 반송라인(42)을 통해 회수용기(5)와 접속되어 있다. 중질분 출구(45b)로부터 나온 중질분은, 중질분 반송라인(42)을 통해 회수용기(5)로 보내져 회수된다.
분리용기(45)의 하부 또는 중질분 출구(45b)보다 상방에는, 경질분 출구(45c)가 설치되어 있다. 경질분 출구(45c)는, 경질분 반송라인(43)을 통해 보일러(1)의 버너(24)와 접속되어 있다. 경질분 출구(45c)로부터 나온 경질분은, 경질분 반송라인(43)을 통해 버너(24)로 보내지고, 석유 잔류물 연료와 함께 버너(24)로부터 고온 환원 연소실(2)로 분출한다.
분리용기(45)의 정상부에는, 배기구(45d)가 설치되어 있다. 분리용기(45)에는 분진이 포함되어 있기 때문에, 배기구(45d)는 배기라인(49)을 통해 건식 집진기(33)의 입구와 접속되어도 좋다(도 1, 참조).
[금속분리추출장치(50)]
본 실시예에 따른 금속 분리추출장치(50)는, 바나듐 분리추출 처리조(50V)를 포함하고, 연소재로부터 바나듐을 분리추출한다. 단, 금속 분리추출장치(50)에서는, 바나듐 이외에, 니켈 등의 유가금속이 분리추출되어도 좋다. 회수용기(5)로 회수된 연소재의 중질분은, 바나듐 분리추출 처리조(50V)로 공급된다. 회수용기(5)로부터 바나듐 분리추출 처리조(50V)로의 연소재의 반송에는, 컨베이어 등의 반송 수단이나, 자동차나 선박 등의 운수수단이 이용되어도 좋다. 또한, 분리장치(40)와 금속 분리추출장치(50)가 근접하고 있는 경우에는, 회수용기(5)가 생략되어, 금속 분리추출장치(50)에 포함되는 처리조가 회수용기로서 기능해도 좋다.
다양한 바나듐의 분리추출방법이 알려져 있지만, 본 실시예에 따른 바나듐 분리추출 처리조(50V)에서는 알칼리 프로세스를 채용하고 있다. 도 4는 바나듐 분리추출처리의 흐름을 나타내는 블록도이다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 바나듐 분리추출 처리조(50V)에서는, 수세공정(51), 알칼리 추출공정(52), 농축공정(53), 중화공정(54)을 거쳐 바나듐 화합물을 얻는다. 수세공정(51)에서는, 분리장치(40)에서 분리된 연소재(중질분)를 물로 세정한다. 수용성의 유안이 물에 용출되어, 연소재로부터 유안이 분리된다. 알칼리 추출공정(52)에서는, 연소재를 수산화나트륨 등의 알칼리성 용액에 현탁시키고, 알칼리성 용액 중에 바나듐이 용출된 바나듐 용출액을 얻는다. 농축공정(53)에서는, 바나듐 용출액을 농축시켜, 고형물을 정석(晶析)시킨다. 중화공정(54)에서는, 액중으로부터 분리한 고형물에 유안 등의 희황산과 물을 가하여 중화시키고, 고형물로부터 용출한 수용액으로부터 바나듐 화합물을 정석시켜 분리회수한다. 얻어진 바나듐 화합물은, 예를 들어, 전지의 전해액으로서 이용할 수 있다.
이상으로 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 연소재의 처리방법은, 석유 잔류물 연료를 연소하는 보일러(1)(청구범위의 "연소로"에 상당)에서 배출된 연소재의 처리방법으로서, 연소재를 건식 분리법에 의해 중질분과 경질분으로 분리하는 것, 경질분을 보일러(1)로 연료로서 공급하는 것, 중질분을 회수하는 것을 포함한다. 본 실시예에 따른 연소재의 처리방법은, 회수한 중질분으로부터 바나듐을 분리추출하는 것을, 더 포함한다.
또한, 본 실시예에 따른 연소재의 처리시스템(101)은, 석유 잔류물 연료를 연소하는 보일러(1)에서 배출된 연소재의 처리시스템(101)으로서, 연소재를 중질분과 경질분으로 분리하는 건식 분리장치(40)와, 경질분을 보일러(1)에 연료로서 공급하는 경질분 반송라인(43)과, 중질분을 회수하는 회수용기(5)(혹은, 금속분리추출장치(50)의 처리조)를 구비한다. 본 실시예에 따른 연소재의 처리시스템(101)은, 회수용기(5)로 회수된 중질분으로부터 바나듐을 분리추출하는 금속분리추출장치(50)를 더 구비한다.
또한, 본 실시예에 따른 석유계 연료연소 플랜트(100)는, 석유 잔류물 연료를 연소하는 보일러(1)와, 보일러(1)에서 배출된 연소재를 회수하는 건식 집진기(33)와, 연소재를 처리하는 연소재의 처리시스템(101)을 구비한다.
상기 연소재의 처리방법 및 시스템(101)에서는, 배출된 연소재의 일부가 보일러(1)로 되돌아와 연료로서 사용되기 때문에, 보일러(1)에서 배출되는 연소재에는, 연료의 연소재(1차 연소재(b))와, 연소재의 연소재(고차 연소재(c))가 포함된다. 1차 연소재(b)는 미연탄소를 많이 포함하기 때문에 비중이 작다. 한편, 고차 연소재(c)는 1차 연소재(b)와 비교하여 미연탄소가 적고, 바나듐 등의 중금속이 응축되어 있기 때문에 비중이 크다. 따라서, 연소재를 중질분과 경질분으로 건식 비중분리하면, 중질분에는 고차 연소재(c)가 많이 포함되고, 경질분에는 1차 연소재(b)가 많이 포함된다.
연소재의 경질분은 미연탄소를 많이 포함하고, 보일러(1)에서 연료로서 사용되기에 적절하고, 연소재의 에너지를 유효하게 이용할 수 있다. 게다가, 연소재의 경질분은 건식으로 분리되기 때문에, 연소재의 경질분을 그대로 보일러(1)에서 연료로서 이용할 수 있다.
연소재의 중질분은, 보일러(1)에서 배출된 연소재보다도 감용되어 있다. 이와 같이 감용된 연소재의 중질분이 회수되므로, 중질분의 회수용기(5)를 소형화할 수 있다. 따라서, 연소재의 중질분을 저장하기 위한 공간을 삭감할 수 있고, 저장 효율을 높일 수 있다. 또한, 연소재의 중질분을 반송하기 위한 공간이나 에너지를 삭감할 수 있고, 반송 효율을 높일 수 있다. 또한, 감용된 연소재의 중질분에 대해, 후공정인 금속분리추출처리가 행해지므로, 금속분리추출공정에 따른 설비(금속분리추출장치(50))의 소규모화를 도모할 수 있다. 또한, 연소재의 중질분은, 보일러(1)에서 배출된 연소재보다도 미연탄소의 함유량이 낮고, 또한, 바나듐 등의 중금속이 응축되어 있다. 따라서, 금속 분리추출처리에서, 금속 회수의 고효율화를 도모할 수 있다.
본 실시예에 나타내는 바와 같이, 상기의 연소재의 처리방법에서, 연소재를 중질분과 경질분으로 그 비중으로 분리해도 좋다. 이 경우, 연소재를 분리하는 것이, 유동층(46)을 이용하여 연소재를 중질분과 경질분으로 부침분리하는 것이어도 좋다. 마찬가지로, 상기의 연소재의 처리시스템(101)에서, 건식 분리장치(40)가 연소재 중의 경질분과 중질분을 부침분리하는 유동층(46)을 가져도 좋다.
이와 같이 연소재를 분리할 때에, 중질분과 경질분을 비중분리할 수 있는 유동층(46)이 이용되는 것에 의하면, 도입 코스트 및 운전 코스트를 비교적 억제한 구성으로, 확실하게 경질분과 중질분을 분리할 수 있다. 게다가, 연소재의 중질분에 포함되는 고차 연소재(c)의 비율, 연소재의 경질분에 포함되는 1차 연소재(b)의 비율을, 공탑속도를 변화시킴으로써 용이하게 조정할 수 있다. 다시 말하면, 공탑속도를 변화시킴으로써, 중질분에 포함되는 고차 연소재(c)의 비율을 원하는 값으로 조정할 수 있다. 이로 인해, 바나듐 등의 금속을 분리추출하는 처리에서, 금속 회수의 고효율화를 더욱 도모할 수 있다.
상기의 연소재의 처리방법 및 처리시스템(101)에서, 유동층(46)의 유동매체가 연소재여도 좋다.
이로 인해, 유동층(46)에서 분리되는 중질분과 경질분은 모두 연소재이고, 일반적으로 유동매체로서 사용되는 규사 등은 유동층(46)의 유동매체에 포함되지 않는다. 따라서, 유동층(46)에서 분리된 연소재의 경질분을, 분리공정 등을 통하지 않고 그대로 보일러(1)의 연료로서 이용할 수 있다. 마찬가지로, 유동층(46)에서 분리된 연소재의 중질분을, 분리공정 등을 통하지 않고 그대로 금속분리추출장치(50)에 보낼 수 있다. 게다가, 분리장치(40)의 유동층(46)은 연소재만으로 구성되기 때문에, 분리장치(40)의 메인터넌스가 용이하다
이상에 본 발명의 적절한 실시예를 설명했지만, 본 발명의 사상을 이탈하지 않는 범위에서, 상기 실시예의 구체적인 구조 및/또는 기능의 상세를 변경한 것도 본 발명에 포함될 수 있다. 상기의 구성은, 예를 들어, 이하와 같이 변경할 수 있다.
예를 들어, 상기 실시예에서 연소재를 배출하는 연소로는 석유 잔류물 연소 보일러(1)이지만, 연소로의 양태는 이에 한정되지 않는다. 연소로는 중유, 중질유, 및 석유 잔류물 중 적어도 하나의 석유계 연료를 연소하는 연소로라면 좋다.
또한, 예를 들어, 상기 실시예에서 분리장치(40)는, 유동층(46)을 이용한 건식 비중분리법을 채용하고 있다. 단, 분리장치(40)의 양태는 이에 한정되지 않고, 예를 들어, 중질분과 경질분을 비중으로 분리하는 사이클론식의 건식 비중분리장치나, 중질분과 경질분을 입경으로 분리하는 체 등이 채용되어도 좋다. 예를 들어, 분리장치(40)로서 체를 채용하는 경우, 체의 위에 남은 것을 경질분, 체로부터 떨어진 것을 중질분으로 한다.
또한, 예를 들어, 상기 실시예에서 바나듐 분리추출처리조(50V)는 알칼리 프로세스를 채용하고 있지만, 바나듐 분리추출처리조(50V)의 양태는 이에 한정되지 않는다. 바나듐 분리추출처리조(50V)는, 바나듐의 용도에 따라 공지의 바나듐 회수방법을 실현하는 것이어도 좋다.
1: 석유 잔류물 연소 보일러(연소로의 일례)
5: 회수용기
2: 고온 환원 연소실
21: 고온 연소존
22: 2단 연소존
23: 스로틀부
24: 버너
25: 내화재
26: 2단 연소용 공기노즐
27: 증기 과열기
30: 배기가스 처리계통
31: NOx 제거촉매
32: 가스에어히터
33: 건식 집진기
34: 유인팬
35: SOx 제거촉매
36: 습식 집진기
37: 연돌
40: 건식 분리장치
41: 연소재 반송라인
42: 중질분 반송라인
43: 경질분 반송라인
45: 분리용기
45a: 연소재 공급구
45b: 중질분 출구
45c: 경질분 출구
45d: 배기구
46: 유동층
47: 산기관
49: 배기라인
50: 금속 분리추출장치
50V: 바나듐 분리추출 처리조
100: 석유계 연료연소 플랜트
101: 연소재의 처리시스템

Claims (11)

  1. 석유계 연료를 연소하는 연소로에서 배출된 연소재의 처리방법으로서,
    상기 연소재를 건식 분리법에 의해 중질분과 경질분으로 분리하는 것,
    상기 경질분을 상기 연소로로 연료로서 공급하여 가열 용융함으로써, 상기 경질분인 연소재의 미연탄소를 저감시킴과 함께 중금속을 농축시키는 것, 및
    상기 중질분을 회수하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 연소재의 처리방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분리하는 것이, 상기 연소재를 상기 중질분과 상기 경질분으로 건식 비중분리하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 연소재의 처리방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 분리하는 것이, 유동층을 이용하여 상기 연소재를 상기 중질분과 상기 경질분으로 부침분리하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 연소재의 처리방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유동층의 유동매체가 상기 연소재인 것을 특징으로 하는 연소재의 처리방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    회수한 상기 중질분으로부터 적어도 바나듐을 포함하는 금속을 분리 주출하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연소재의 처리방법.
  6. 석유계 연료를 연소하는 연소로와,
    상기 연소로에서 배출된 연소재를 회신하는 건식 집진기와,
    상기 건식 집진기로 회수된 상기 연소재를 중질분과 경질분으로 분리하는 건식 분리장치와,
    상기 경질분을 상기 연소로로 연료로서 공급하는 경질분 반송라인과,
    상기 중질분을 회수하는 회수용기를 가지는 연소재의 처리시스템을 구비하고,
    상기 연소로에서 상기 경질분을 가열 용융함으로써, 상기 경질분인 연소재의 미연탄소를 저감시킴과 함께 중금속을 농축시키는 것을 특징으로 하는 석유계 연료연소 플랜트.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 건식 분리장치는, 상기 연소재를 상기 중질분과 상기 경질분으로 비중분리하는 것을 특징으로 하는 석유계 연료연소 플랜트.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 건식 분리장치가, 상기 연소재 중의 상기 경질분과 상기 중질분을 부침분리하는 유동층을 가지는 것을 특징으로 하는 석유계 연료연소 플랜트.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 유동층의 유동매체가 상기 연소재인 것을 특징으로 하는 석유계 연료연소 플랜트.
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회수용기로 회수된 상기 중질분으로부터 바나듐을 분리추출하는 금속분리추출장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 석유계 연료연소 플랜트.
  11. 삭제
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