코크스의 화학적 분석법

산업에 사용되는 코크스

코크스의 화학적 특성은 크게 두 가지로 분석이 가능합니다.

상황에 따라 공업 분석(proximate analysis)과 원소 분석(elementary analysis) 등을 이용해 특성을 파악할 수 있습니다.

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공업 분석이란?

연료의 성분을 분석하는 하나의 방법.

석탄의 성분을 고정 탄소, 휘발분, 수분, 회분 4가지로 나눈 것을 중량 백분율(%)로 나타낸 것.

보일러 용어 사전

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공업 분석의 요소

 

1. 고정 탄소

2. 수분

3. 회분

4. 휘발분

공업 분석은 위의 네 가지 성분들의 함량을 측정하는 것으로 볼 수 있습니다. 용도에 따라 발열량(Calorific value)까지 포함하는 경우도 있습니다.

 

고정 탄소

- 가열해도 휘발되어 날아가지 않는 탄소 성분을 뜻합니다.

- 석탄, 코크스 따위의 물질에서 수분, 회분(灰分), 휘발성 성분을 제거하고 남은 고체. 주성분은 탄소이고, 소량의 수소ㆍ산소ㆍ질소 따위가 함유되어 있습니다.

 

수분

- 수분은 코크스 품질의 중요한 요소입니다. 별도의 건조 공정을 거치지 않은 코크스에는 수분이 많이 함유되어 있기 때문에 연소와 같은 공정에 방해가 될 수 있기 때문입니다.

- 수분 함량의 변동 폭이 클 경우, 일정한 품질을 생산할 수 없기 때문에 수분은 중요한 측정요소가 됩니다.

 

회분

- 약 800도에서 연소했을 때 남은 무기물의 양을 뜻하며, 석탄에 있어서 유해 성분으로 역할을 하며 적을수록 좋습니다.

 

휘발분

- 항습 시료를 밀착 뚜껑이 있는 백금 도가니에 넣고, 시료와 공기를 차단하여 약 900℃에서 7분간 가열했을 때 무게 변화를 측정한 것

- 석탄을 고온 건류할 때에 분해 온도에서 가스형으로 되어 분리되는 탄화수소

- 휘발분은 착화성이 좋고 긴 불꽃을 내며 연소하는데, 휘발분은 복잡한 탄화수소이며 완전연소가 어렵고 검은 연기 즉, 매연을 발생하기 쉬움

 

공업 분석은 정밀도는 약하나, 간단히 행할 수 있고, 연료(석탄)의 연소 시 발생되는 현상 등이 실용상 비교적 적정할 자료를 부여한다는 이점이 있습니다.

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원소 분석이란?

유기 화합물을 구성하는 원소에 관한 화학 분석. 원소의 종류를 검출하는 정성 분석과 각 원소의 함유량을 구하는 정량 분석이 있다.

표준국어 대사전

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원소 분석의 요소

 

원소 분석은 위의 공업 분석의 고정 탄소 부분을 더 상세히 분석하는 분석 법이라 볼 수 있습니다. 그 요소는 다음 다섯 가지가 있습니다.

1. 탄소(Carbon)

2. 수소(Hydrogen)

3. 질소(Nitrogen)

4. 황(Sulfur)

5. 기타 금속 성분들

 

탄소, 수소, 질소, 황 그리고 산소

- CHNS 성분들은 CHNS 분석법으로 측정할 수 있습니다. 하지만 이 측정법으로는 산소함량을 알아낼 수는 없습니다. 석탄이나 코크스의 경우 대체로 탄소, 수소, 질소, 황 성분들을 제외하면 대부분 산소가 차지하고 있습니다. 따라서 산소는 이 네 가지 성분을 제외한 나머지 성분으로 볼 수 있죠.

 

기타 금속 성분들

위의 유기물질들을 제외하고 나서 미량의 금속 성분들이 함유되어 있다. 이런 성분들은 공정 상 내벽에서 떨어져 나오기도 하고, 회분의 제거가 완벽하지 않아 남아있는 경우도 있습니다. 이런 미량의 금속 성분들은 ICP 분석법을 통해 ppm 단위로 검출할 수 있습니다.