24. 카바이드 생산

카바이드 생산

(1) 주요

-카바이드 생산공정 정의 : 카바이드의 생산은 일반적으로 원료 종류에 따라 칼슘카바이드 생산공정과 실리콘카바이드 생산공정으로 구분하고 있다. 생산공정은 원료를 전기아크로 또는 전기저항 가마에서 열을 가하여 용융시켜 생산된다.

-공정도 및 공정 설명

①칼슘카바이드 생산공정 ：칼슘카바이드(탄화석회) 생산공정은 일반적으로 코크스 건조공정, 석회석 생산공정, 카바이드 생산공정, 분쇄 및 선별공정의 4단계로 구성되어 있으며, 이외에 공정 특성상 분진 발생이 높아 집진 설비를 일반적으로 설치 운영하고 있다. 코크스 건조공정은 칼슘카바이드의 생산공정에서 코크스는 주요 반응물질(환원제와 산화제 역할을 동시에 수행)로 사용되며, 대기 중의 수분흡수 능력이 높다. 그러므로 공정 투입에 앞서 코크스를 건조할 칠요가 있다. 생석회 생산공정은 칼슘카바이드의 주요 원료로 생산하기 위해 석회석을 고온에서 소성하여 생석회를 생산하며, 이 과정에서 공정 부산물로서 이산화탄소가 배출된다. 반응로는 일반적으로 로터리 킬른을 많이 사용하며, 소성의 경우는 고온반으로 인하여 직화 방식을 택하고 있다. 소성공정은 고온이므로 폐열을 회수하여 고크스 건조로에서 사용하는 에너지 순환 재이용 공정이 적용되고 있다. 전기아크로는 1,900℃ 이상의 고온에서 주원료인 석유 코크스, 무연탄, 생석회를 혼합하여 칼슘카바이드를 생산하는 반응로이다. 생석회가 코크스와 반응하여 칼슘카바이드를 생성하며, 코크스는 산화제와 환원제의 역할을 도시에 수행한다. 이과정에서 CO가 생성되고, CO는 산고와 반응하여 최종적으로 이산화탄소로 전화, 배출된다. 석유 코크스 탄소 성분 중에서 약 67% 정도가 칼슘카바이드에 잔존하며, 생석회의 불순물 함량에 대해 제재를 가하고 있으며, 마그네슘산화물, 알루미늄산화물, 철산화물은 생석회 중량에 기준하여 각각 0.5% 이내, 인화합물은 0.004% 이하를 유지하도록 하고 있다. 전기아크로에서 생선도니 칼슘카바이드는 냉각과정을 거치면서 굳어지게 된다. 칼슘카바이드는 분쇄 과정을 거친 다음에 크기별로 선별되어 최종 출하 준비를 마치게 된다.

②실리콘카바이드 생산공정 : 실리콘카바이드는 탄소와 규소의 결합체로서 반짝이는 흑색을 띠며, 고온 강도가 높고 내마모성, 내산화성, 내식성 등이 우수하여 비산화물계 고온 구조 재료로 주로 사용된다. 실리콘카이드 생산공정은 칼슘카바이드 생산공정과 매우 유사하나 생산물로 얻기 위해 사용되는 원료(생석회 대신에 규소사용)가 다르다. 주원료는 석유 코크스와 규소가 사용되며, 이들은 고온의 전기저항 가마에서 고순도 규소와 저유황 석유 코크스를 1:3의 몰비율로 혼합하여 2,200~2,500℃에서 반응하여 생성된다. 규사가 코크스와 반응하여 환원되어 1차적으로 규소가 되었다가 코크스와 산화 반응하여 실리콘카바이드가 생성된다. 이러한 반응을 통해 사용된 원료 중 약 35%의 탄소는 생산물 안에 함뮤되고, 나머지65%나머지 65%는 산소와 반응하여 CO와 이산화탄소로 전횐되어 공정 부산물로 대기 중에 배출된다.

 

카바이드 생산에서 온실가스 공정배출시설은 칼슘카바이드의 경우는 소성로(생석회 생산용 로터리 킬른), 전기아크로(칼슘카바이드 생산용 반응로)이고, 실리콘카바이드는 실리콘카바이드 생산용인 전기저항 가마가 배출원이다. 한편 생산공정에서 사용되는 코크스 종류 중에서 메탄의 일부가 대기 중으로 방출되기도 한다.

 

온실가스 배출량 산정 보고 검증 절차는 총 9단계로 구성되어 있으며 에너지 고정연소 부문에서 특화되어 설명해야 할 부분은 1, 2, 5단계에 대해서만 다루었다.

1단계 : 조직경계 설정-배출형태는 크게 직접 배출과 간접배출로 구분할 수 있으며, 직접 배출은 고정연소에 의한 배출, 공정배출, 이동연소에 의한 배출, 탈루배출로 구분할 수 있다.

2단계 : 카바이드 생산시설의 온실가스 배출활동 확인-카바이드 생산시설의 온실가스 배출활동은 운영 경계를 기준으로 살펴보았다. 직접배출원과 간접 배출원으로 구분되며, 직접 배출원에는 고정연소, 이동연소, 탈루배출, 공정배출이 있고, 간접 배출원은 외부 전기 및 열 증기 사용을 꼽을 수 있다.

5단계 : 배출활동별 배출량 산정방법론의 선택-카바이드 생산시설에서의 배출량 산정방법론에서 정한 활동 자료, 배출계수 배출가스농도, 유량 등 각 매개변수에 대하여 자료의 수집 방법을 정하고 자료를 모니터링한다.