KR100930680B1 - Molten iron manufacturing equipment and molten iron manufacturing method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용철제조장치 및 용철제조방법에 관한 것이다. 용철제조장치는, ⅰ) 철광석을 환원하여 환원철을 제조하는 하나 이상의 환원로, ⅱ) 환원로와 연결되어 환원철이 장입되고, 괴상 탄재가 장입되며, 산소가 취입되어 용철을 제조하는 용융가스화로, ⅲ) 환원로로부터 배출되는 배가스를 환원로로 순환시키는 배가스 공급관, 및 ⅳ) 배가스 공급관에 설치되어 배가스에 함유된 수소의 양을 증가시키는 하나 이상의 개질기를 포함한다.

Figure R1020070137303

PSA, WGSR, 가스, 개질

The present invention relates to a molten iron manufacturing apparatus and a molten iron manufacturing method. The molten iron manufacturing apparatus includes: i) one or more reduction furnaces for reducing iron ore to produce reduced iron; Iii) an exhaust gas supply pipe for circulating the exhaust gas discharged from the reduction furnace to the reduction furnace, and iii) one or more reformers installed in the exhaust gas supply pipe to increase the amount of hydrogen contained in the exhaust gas.

Figure R1020070137303

PSA, WGSR, Gas, Reform

Description

용철제조장치 및 용철제조방법 {APPARATUS FOR MANUFACTURING MOLTEN IRON AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}Apparatus for manufacturing molten iron and method for manufacturing molten iron {APPARATUS FOR MANUFACTURING MOLTEN IRON AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 용철제조장치 및 용철제조방법에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는환원가스의 환원력을 향상시킨 용철제조장치 및 용철제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for manufacturing molten iron and a method for manufacturing molten iron, and more particularly, to an apparatus for manufacturing molten iron and a method for manufacturing molten iron, which improves reducing power of reducing gas.

최근에 용철 제조 방법으로서 고로법을 대체하는 용융환원제철법이 개발되고 있다. 용융환원제철법에서는 연료 및 환원제로서 일반탄을 직접 사용하고, 철원으로는 철광석을 직접 사용하여 환원로에서 철광석을 환원하고 용융가스화로에서 용철을 제조한다.Recently, a molten reduced iron production method which replaces the blast furnace method has been developed as a molten iron manufacturing method. In the molten iron reduction method, ordinary coal is directly used as a fuel and a reducing agent, and iron ore is directly used as an iron source to reduce iron ore in a reduction furnace and to produce molten iron in a melt gasifier.

용융가스화로에는 산소가 취입되어 용융가스화로내의 석탄충전층을 연소시킨다. 산소는 환원가스로 전환되어 용융가스화로로부터 배출된다. 용융가스화로에서 배출된 환원가스는 환원로로 이송된다. 환원로에서는 환원가스에 의해 철광석이 환원된다. 철광석을 환원한 환원가스는 배가스로서 환원로로부터 배출된다.Oxygen is blown into the melt gasifier to combust the coal packed bed in the melt gasifier. Oxygen is converted to reducing gas and discharged from the melt gasifier. The reducing gas discharged from the melt gasifier is sent to the reduction furnace. In the reduction furnace, iron ore is reduced by the reducing gas. The reducing gas which reduced iron ore is discharged | emitted from a reduction furnace as waste gas.

환원가스의 환원력을 향상시키는 용철 제조 장치를 제공하고자 한다. 또한, 환원가스의 환원력을 향상시키는 용철 제조 방법을 제공하고자 한다.An object of the molten iron manufacturing apparatus for improving the reducing power of the reducing gas. In addition, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing molten iron that improves reducing power of reducing gas.

본 발명의 일 실시예에 따른 용철제조장치는, ⅰ) 철광석을 환원하여 환원철을 제조하는 하나 이상의 환원로, ⅱ) 환원로와 연결되어 환원철이 장입되고, 괴상 탄재가 장입되며, 산소가 취입되어 용철을 제조하는 용융가스화로, ⅲ) 환원로로부터 배출되는 배가스를 환원로로 순환시키는 배가스 공급관, 및 ⅳ) 배가스 공급관에 설치되어 배가스에 함유된 수소의 양을 증가시키는 하나 이상의 개질기를 포함한다.In the molten iron manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention, iii) at least one reduction furnace for reducing iron ore to produce reduced iron, ii) is connected to a reduction furnace charged with iron, the bulk carbon is charged, oxygen is blown A melt gasification furnace for producing molten iron, i) comprising an exhaust gas supply pipe for circulating exhaust gas discharged from a reduction furnace to a reduction furnace, and iii) one or more reformers installed in the exhaust gas supply pipe to increase the amount of hydrogen contained in the exhaust gas.

하나 이상의 개질기는 WGSR(water gas shift reactor, 수성가스 전환 반응기) 또는 PSA(pressure swing absorber, 압력 순환 흡착기)일 수 있다. 하나 이상의 개질기는 복수의 개질기들을 포함하고, 복수의 개질기들은 WGSR 및 PSA를 포함할 수 있다.One or more reformers may be a water gas shift reactor (WGSR) or a pressure swing absorber (PSA). One or more reformers include a plurality of reformers, and the plurality of reformers may include WGSR and PSA.

배가스 공급관에 설치되어 배가스를 압축시키는 압축기를 더 포함하고, 압축기는 WGSR의 전단 또는 후단에 WGSR과 나란히 위치할 수 있다. WGSR는 배가스에 함유된 일산화탄소를 수소로 변환시키고, PSA는 배가스에 함유된 이산화탄소를 흡착할 수 있다. WGSR을 통과한 수소는 배가스의 38vol% 이상이고 100vol% 미만일 수 있다.The compressor may further include a compressor installed at the exhaust gas supply pipe to compress the exhaust gas, and the compressor may be positioned alongside the WGSR at the front or the rear of the WGSR. WGSR converts carbon monoxide contained in flue gas to hydrogen, and PSA can adsorb carbon dioxide contained in flue gas. Hydrogen passing through the WGSR may be at least 38 vol% and less than 100 vol% of the exhaust gas.

PSA는 배가스로부터 수소를 추출하여 배출할 수 있다. PSA로부터 배출된 수소는 배가스의 97vol% 이상이고 100vol% 미만일 수 있다. 환원로에 연결되어 환원로에 증기를 취입하는 증기 취입기를 더 포함할 수 있다.PSA can extract and discharge hydrogen from flue gas. The hydrogen released from the PSA may be at least 97 vol% and less than 100 vol% of the flue gas. It may further include a steam blower connected to the reduction furnace to blow steam into the reduction furnace.

환원로는 충전층형 환원로 또는 유동층형 환원로일 수 있다. 환원로가 유동층형 환원로인 경우, 하나 이상의 환원로는 복수의 유동환원로들을 포함할 수 있다. 복수의 유동환원로들은, 철광석을 예열하는 제1 유동환원로, 제1 유동환원로와 연결되어 예열된 철광석을 예비 환원하는 제2 유동환원로, 및 제2 유동환원로와 연결되어 예비 환원된 철광석을 최종 환원하는 제3 유동환원로를 포함하며, 용철제조장치는 제1 유동환원로 및 제2 유동환원로 사이에 설치되어 제1 유동환원로에 증기를 취입하는 증기취입기를 더 포함할 수 있다.The reduction furnace may be a packed bed reduction furnace or a fluidized bed reduction furnace. When the reduction furnace is a fluidized bed reduction furnace, the one or more reduction furnaces may comprise a plurality of flow reduction reactors. The plurality of flow reduction reactors may include: a first flow reduction reactor for preheating iron ore, a second flow reduction reactor connected with the first flow reduction reactor, and preliminarily reducing preheated iron ore, and a second flow reduction reactor, and And a third flow reduction reactor for finally reducing the iron ore, and the molten iron manufacturing apparatus may further include a steam blower installed between the first flow reduction reactor and the second flow reduction reactor to blow steam into the first flow reduction reactor. have.

본 발명의 일 실시예에 따른 용철제조장치는 용융가스화로로부터 배출되는 환원가스를 환원로에 공급하는 환원가스 공급관을 더 포함할 수 있다. 환원가스 공급관은 배가스 공급관과 연결될 수 있다. 배가스 공급관은 용융가스화로에 설치되어 산소를 취입하는 풍구를 통해 배가스를 용융가스화로에 공급하고, 배가스는 용융가스화로를 거쳐서 환원로로 순환될 수 있다.The molten iron manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention may further include a reducing gas supply pipe for supplying the reducing gas discharged from the molten gasifier to the reduction furnace. The reducing gas supply pipe may be connected to the exhaust gas supply pipe. The exhaust gas supply pipe is installed in the molten gasifier to supply the exhaust gas to the molten gasifier through a vent for blowing oxygen, and the exhaust gas may be circulated to the reduction furnace via the molten gasifier.

본 발명의 일 실시예에 따른 용철제조방법은, ⅰ) 철광석을 환원로에 장입하여 환원철을 제조하는 단계, ⅱ) 괴상 탄재를 용융가스화로에 장입하는 단계, ⅲ) 용융가스화로에 환원철을 장입하는 단계, ⅳ) 용융가스화로에 산소를 취입하여 환원철을 용융함으로써 용철을 제조하는 단계, ⅴ) 환원로와 연결되어 환원로에서 배출된 배가스를 공급하는 배가스 공급관에 설치된 하나 이상의 개질기가 배가스를 개질하여 배가스에 함유된 수소의 양을 증가시키는 단계, 및 ⅵ) 개질된 배가스를 환원로에 공급하는 단계를 포함한다.The method for manufacturing molten iron according to an embodiment of the present invention includes the steps of: i) charging iron ore into a reduction furnace to produce reduced iron, ii) charging the bulk carbonaceous material into a melting gasifier, and iii) charging reduced iron into a melt gasifier. (B) preparing molten iron by injecting oxygen into a molten gas furnace to melt reduced iron; and iii) at least one reformer installed in a flue gas supply pipe connected with a reduction furnace to supply exhaust gas discharged from the reduction furnace. Thereby increasing the amount of hydrogen contained in the flue-gas, and iii) feeding the reformed flue-gas to the reduction furnace.

배가스에 함유된 수소의 양을 증가시키는 단계에서, 하나 이상의 개질기는 WGSR 또는 PSA일 수 있다. 하나 이상의 개질기는 복수의 개질기들을 포함하고, 복수의 개질기들은 WGSR 및 PSA를 포함할 수 있다.In the step of increasing the amount of hydrogen contained in the flue-gas, one or more reformers may be WGSR or PSA. One or more reformers include a plurality of reformers, and the plurality of reformers may include WGSR and PSA.

배가스 공급관에 설치된 압축기에 의해 배가스를 압축하는 단계를 더 포함하고, 배가스를 압축하는 단계에서 압축기는 WGSR의 전단 또는 후단에 WGSR과 나란히 위치할 수 있다. 배가스를 압축하는 단계 이후에 배가스에 함유된 수소의 양을 증가시키는 단계가 이루어질 수 있다.The method may further include compressing the exhaust gas by a compressor installed in the exhaust gas supply pipe, and in the compressing the exhaust gas, the compressor may be positioned parallel to the WGSR at the front or the rear of the WGSR. After the step of compressing the exhaust gas, a step of increasing the amount of hydrogen contained in the exhaust gas may be made.

WGSR은 배가스에 함유된 일산화탄소를 수소로 변환시키고, PSA는 배가스에 함유된 이산화탄소를 흡착할 수 있다. WGSR을 통과한 수소는 배가스의 38vol% 이상이고 100vol% 미만일 수 있다. PSA는 배가스로부터 수소를 추출하여 배출할 수 있다. PSA로부터 배출된 수소는 배가스의 97vol% 이상이고 100vol% 미만일 수 있다. 환원로에 증기를 취입하는 단계를 더 포함할 수 있다. WGSR converts carbon monoxide contained in flue gas to hydrogen, and PSA can adsorb carbon dioxide contained in flue gas. Hydrogen passing through the WGSR may be at least 38 vol% and less than 100 vol% of the exhaust gas. PSA can extract and discharge hydrogen from flue gas. The hydrogen released from the PSA may be at least 97 vol% and less than 100 vol% of the flue gas. The method may further include injecting steam into the reduction furnace.

환원철을 제조하는 단계는, 철광석을 예열하는 단계, 예열된 철광석을 예비 환원하는 단계, 및 예비 환원한 철광석을 최종 환원하는 단계를 포함하고, 증기는 철광석을 예열하는 단계에서 사용될 수 있다. 철광석을 환원로에 장입하여 환원철을 제조하는 단계에서, 환원로는 충전층형 환원로 또는 유동층형 환원로일 수 있다.Preparing the reduced iron includes preheating the iron ore, preliminarily reducing the preheated iron ore, and finally reducing the prereduced iron ore, and steam may be used in the preheating of the iron ore. In the step of preparing iron ore by charging the iron ore into a reduction furnace, the reduction furnace may be a packed-bed reduction furnace or a fluidized-bed reduction furnace.

본 발명의 일 실시예에 따른 용철제조방법은, 용융가스화로에서 생성된 환원 가스를 환원로에 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다. 개질된 배가스를 환원로에 공급하는 단계에서 개질된 배가스는 환원가스와 혼합되어 환원로에 공급될 수 있다. 용철을 제조하는 단계에서, 산소는 용융가스화로에 설치된 풍구를 통하여 용융가스화로에 공급될 수 있다. 개질된 배가스를 환원로에 공급하는 단계에서, 개질된 배가스는 풍구를 통하여 용융가스화로에 공급되고, 개질된 배가스는 용융가스화로를 거쳐서 환원로에 공급될 수 있다.The molten iron manufacturing method according to an embodiment of the present invention may further comprise the step of supplying a reducing gas generated in the molten gasifier to the reduction furnace. In the step of supplying the reformed exhaust gas to the reduction furnace, the reformed exhaust gas may be mixed with the reducing gas and supplied to the reduction furnace. In the step of producing molten iron, oxygen may be supplied to the molten gasifier through the tuyere installed in the molten gasifier. In the step of supplying the reformed exhaust gas to the reduction furnace, the reformed exhaust gas may be supplied to the molten gasifier through the tuyere, and the reformed exhaust gas may be supplied to the reduction furnace via the molten gasifier.

WGSR 및 PSA를 이용하여 환원가스를 개질함으로써 환원가스의 환원력을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 수소 함량이 증가된 환원가스를 사용하므로, 철광석의 융점이 크게 낮아져서 용철 제조시에 연료비를 크게 절감할 수 있다.By reducing the reducing gas by using WGSR and PSA, the reducing power of the reducing gas can be greatly improved. In addition, since the reducing gas is used to increase the hydrogen content, the melting point of the iron ore is significantly lowered, it is possible to significantly reduce the fuel cost when manufacturing molten iron.

첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명의 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.With reference to the accompanying drawings, it will be described embodiments of the present invention to be easily implemented by those skilled in the art. As can be easily understood by those skilled in the art, the embodiments described below may be modified in various forms without departing from the concept and scope of the present invention. Where possible the same or similar parts are represented with the same reference numerals in the drawings.

이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.All terms including technical terms and scientific terms used below have the same meaning as those commonly understood by those skilled in the art. Terms defined in advance are additionally interpreted to have a meaning consistent with the related technical literature and the presently disclosed contents, and are not interpreted in an ideal or very formal sense unless defined.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 용철제조장치(100)를 개략적으로 나타낸다.1 schematically shows a molten iron manufacturing apparatus 100 according to a first embodiment of the present invention.

도 1에 도시한 바와 같이, 용철제조장치(100)는 복수의 유동층형 환원로(20), 용융가스화로(10), 환원가스 공급관(40) 및 개질기(70, 80)를 포함한다. 이외에, 필요에 따라 용철제조장치(100)는 괴성체 제조 장치(30), 고온 균배압 장치(12) 및 괴성체 저장조(16)를 더 포함한다.As illustrated in FIG. 1, the apparatus for manufacturing molten iron 100 includes a plurality of fluidized-bed reduction reactors 20, a melt gasifier 10, a reducing gas supply pipe 40, and reformers 70 and 80. In addition, the molten iron manufacturing apparatus 100 further includes a compacted material manufacturing apparatus 30, a high temperature uniform back pressure device 12 and a compacted material storage tank 16 as needed.

용철제조장치(100)는 산지에서 채취한 철광석 및 석탄을 직접 이용하여 용철을 제조한다. 먼저, 유동층형 환원로(20)에 철광석을 공급하여 유동층형 환원로(20) 내에서 철광석을 유동시킨다. 철광석으로는 분철광석을 사용할 수 있고, 필요하면 부원료를 섞어서 사용할 수 있다. 유동층형 환원로(20)의 내부에는 유동층이 형성되어 철광석을 환원시킨다. 유동층형 환원로(20)는 제1 유동환원로(24), 제2 유동환원로(25), 제3 유동환원로(26) 및 제4 유동환원로(27)를 포함한다. 도 1에는 4개의 유동환원로를 도시하였지만, 하나 이상의 유동환원로를 사용할 수 있다. 또한, 도 1에는 유동환원로를 도시하였지만, 이는 본 발명을 예시하기 위한 것이며 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 다른 종류의 환원로를 사용할 수도 있다.The molten iron manufacturing apparatus 100 manufactures molten iron by directly using iron ore and coal collected from a mountain region. First, iron ore is supplied to the fluidized-bed reduction furnace 20 to flow iron ore in the fluidized-bed reduction furnace 20. Iron ore can be used as iron ore, if necessary, can be used by mixing the side materials. A fluidized bed is formed inside the fluidized bed reduction furnace 20 to reduce iron ore. The fluidized-bed reduction reactor 20 includes a first flow reduction path 24, a second flow reduction path 25, a third flow reduction path 26, and a fourth flow reduction path 27. Although four flow reduction reactors are shown in FIG. 1, one or more flow reduction reactors may be used. In addition, although the flow reduction path is shown in FIG. 1, this is for illustrating the present invention and the present invention is not limited thereto. Therefore, other kinds of reduction furnaces may be used.

제1 유동환원로(24)는 제2 유동환원로(25)에서 배출되는 환원가스로 철광석을 예열한다. 제2 유동환원로(25) 및 제3 유동환원로(26)는 예열한 철광석을 예비 환원한다. 그리고 제4 유동환원로(27)은 예비 환원한 철광석을 최종 환원하여 환원철로 변환한다.The first flow reduction path 24 preheats the iron ore with reducing gas discharged from the second flow reduction path 25. The second flow reduction path 25 and the third flow reduction path 26 preliminarily reduce the preheated iron ore. In addition, the fourth flow reduction path 27 converts the preliminarily reduced iron ore into reduced iron.

철광석은 유동층형 환원로(20)를 통과하면서 환원 및 가열된다. 용융가스화로(10)에서 생성되어 배출되는 환원가스는 환원가스 공급관(40)을 통하여 유동층형 환원로(20)에 공급된다. 용융가스화로(10)에서 배출되는 환원가스에 포함된 미분이 비산하는 것을 방지하기 위하여 싸이클론(14)을 설치한다. 따라서 미분은 싸이클론(14)에 의해 포집되어 용융가스화로(10)에 다시 유입된다. 철광석은 유동층형 환원로(20)에서 환원가스에 의해 환원되어 환원철로 제조된다. 환원철은 괴성체 제조 장치(30)에 의해 괴성체로 제조된다.Iron ore is reduced and heated while passing through the fluidized-bed reduction furnace 20. The reducing gas generated and discharged from the melt gasifier 10 is supplied to the fluidized bed reduction furnace 20 through a reducing gas supply pipe 40. The cyclone 14 is installed to prevent the fine powder contained in the reducing gas discharged from the melt gasifier 10 from scattering. Therefore, the fine powder is collected by the cyclone 14 and flows back into the melt gasifier 10. Iron ore is reduced by a reducing gas in the fluidized bed reduction furnace 20 is made of reduced iron. Reduced iron is manufactured into compacted material by the compacted material manufacturing apparatus 30.

괴성체 제조 장치(30)는, 장입 호퍼(31), 한 쌍의 롤(33), 파쇄기(35) 및 저장조(37)를 포함한다. 이외에, 필요에 따라 괴성체 제조 장치(30)는 다른 장치를 더 포함할 수 있다. 장입 호퍼(31)는 환원철을 저장한다. 환원철은 장입 호퍼(31)로부터 한 쌍의 롤(33)로 장입되면서 스트립 형태로 압착 성형된다. 압착 성형된 환원철은 파쇄기(35)에서 파쇄되어 저장조(37)에 저장된다.The compacted material manufacturing apparatus 30 includes the charging hopper 31, the pair of rolls 33, the crusher 35, and the storage tank 37. In addition, the compacted material manufacturing apparatus 30 may further include another apparatus as needed. The charging hopper 31 stores reduced iron. The reduced iron is press-molded in strip form while charging from the charging hopper 31 to the pair of rolls 33. The press-formed reduced iron is crushed in the crusher 35 and stored in the storage tank 37.

저장조(37)에 저장된 환원철은 용융가스화로(10)로 이송된다. 고온 균배압 장치(12)는 괴성체 제조 장치(30) 및 용융가스화로(10) 사이의 압력을 조절하여 괴성체를 용융가스화로(10)로 압송한다. 괴성체 저장조(16)는 괴성체를 임시 저장하고, 용융가스화로(10)에 괴성체를 장입시킨다.The reduced iron stored in the storage tank 37 is transferred to the molten gasifier (10). The high temperature uniform pressure-reducing apparatus 12 adjusts the pressure between the compacted body manufacturing apparatus 30 and the melt gasifier 10, and presses the compacted body to the melt gasifier 10. The compacted material storage tank 16 temporarily stores the compacted material and charges the compacted material into the melt gasifier 10.

괴상 탄재는 용융가스화로(10)에 장입되어 그 내부에 석탄충전층을 형성한다. 괴상 탄재로는 괴탄 또는 성형탄을 예로 들 수 있다. 성형탄은 미분탄을 가 압 성형하여 제조한다. 이외에 필요에 따라 코크스를 장입할 수도 있다. 용융가스화로(10)의 내부에는 산소(O2)를 취입한다. 산소(O2)는 석탄충전층에 취입되어 연소대를 형성하고, 괴상 탄재는 연소대에서 연소되어 환원가스를 발생시킨다. 괴상 탄재의 연소에 의해 괴성체가 용융되어 용철이 제조된 후 외부로 배출된다.The bulk carbonaceous material is charged into the molten gasifier 10 to form a coal filling layer therein. The bulk coal material includes lump coal or coal briquettes. Coal briquettes are produced by press-molding pulverized coal. In addition, coke may be charged as needed. Oxygen (O 2 ) is blown into the molten gasifier 10. Oxygen (O 2 ) is blown into the coal packed bed to form a combustion zone, and the bulk coal ash is burned in the combustion zone to generate reducing gas. The compacted material is melted by the combustion of the bulk carbon material, and molten iron is produced and then discharged to the outside.

제1 유동환원로(24)로부터 배가스관(50)을 통하여 배출되는 배가스에는 미분이 포함된다. 따라서 도 1에 도시한 바와 같이, 배가스관(50)에 설치된 수집진기(51)를 사용하여 물에 의해 미분을 포집하고, 배가스관(50)을 통하여 배가스만 배출한다. 물에 의해 집진된 먼지는 슬러지로 외부에 배출된다.The fine gas is discharged from the first flow reduction path 24 via the exhaust gas pipe 50. Therefore, as shown in FIG. 1, the fine dust is collected by water using a collector oscillator 51 installed in the exhaust gas pipe 50, and only the exhaust gas is discharged through the exhaust gas pipe 50. Dust collected by water is discharged to the outside as sludge.

배가스 중 일부는 외부로 배출되고, 그 나머지는 타르제거장치(53)를 통과하면서 배가스에 포함된 타르가 제거된다. 따라서 타르제거장치(53)의 후단에 위치한 개질기(70, 80) 및 가스 압축기(55)에 타르가 응축되어 오작동하는 것을 방지할 수 있다.Some of the exhaust gas is discharged to the outside, and the remainder is passed through the tar removal device 53, the tar contained in the exhaust gas is removed. Therefore, it is possible to prevent malfunction due to condensation of tar in the reformers 70 and 80 and the gas compressor 55 located at the rear end of the tar removing device 53.

개질기(70, 80)는 배가스를 개질하여 특정 가스를 추출한다. 개질기(70, 80)로는 PSA(pressure swing absorber, 압력 순환 흡착기) 또는 WGSR(water gas shift reactor, 수성가스 전환 반응기)를 사용할 수 있다. 도 1에는 개질기로서 WGSR(70) 및 PSA(80)를 사용하는 것을 예시한다.The reformers 70 and 80 extract the specific gas by reforming the exhaust gas. The reformers 70 and 80 may use a pressure swing absorber (PSA) or a water gas shift reactor (WGSR). 1 illustrates the use of WGSR 70 and PSA 80 as reformers.

PSA는 가늘고 긴 관에 복수의 미세공이 형성된 복수의 흡착제들을 포함한다. 흡착제는 필터로 작용한다. 흡착제로는 예를 들면 CMS(carbon molecular sieve, 탄소 분자체) 또는 ZMS(zeloite molecular sieve, 제올라이트 분자체)를 사용할 수 있다. 배가스가 흡착제를 통과하면서 미세공의 크기에 따라 배가스에 포함된 기체 성분별로 흡착 정도에 차이가 발생한다. 즉, 어떤 기체는 흡착제에 의해 흡착되는 반면에, 다른 기체는 흡착되지 않고 PSA를 통과한다. 배가스가 PSA를 완전히 통과한 후, PSA의 압력을 떨어뜨림으로써 흡착제에 흡착된 특정 가스를 배출시킨다. 가스 종류에 따라 흡착할 수 있는 미세공의 크기는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로, 그 상세한 설명을 생략한다.The PSA includes a plurality of adsorbents in which a plurality of micropores are formed in an elongated tube. The adsorbent acts as a filter. As the adsorbent, for example, carbon molecular sieve (CMS) or zeloite molecular sieve (ZMS) may be used. As the exhaust gas passes through the adsorbent, the degree of adsorption varies according to the gas components included in the exhaust gas according to the size of the micropores. That is, some gases are adsorbed by the adsorbent, while others are not adsorbed and pass through the PSA. After the exhaust gas has passed completely through the PSA, it releases the specific gas adsorbed on the adsorbent by lowering the pressure of the PSA. The size of the fine pores that can be adsorbed according to the type of gas can be easily understood by those skilled in the art, and a detailed description thereof will be omitted.

WGSR은 배가스로부터 특정 가스를 생성한다. WGSR가 PSA의 전단에 설치되면, 그 기능을 적절하게 발휘할 수 있다. 즉, WGSR에 의해 특정 가스를 생성시킨 후, PSA로 특정 가스를 추출하면, 특정 가스의 추출량이 증가할 뿐만 아니라 그 순도도 높아진다.WGSR produces certain gases from flue gases. If the WGSR is installed at the front of the PSA, the function can be properly performed. In other words, after the specific gas is generated by the WGSR and the specific gas is extracted by the PSA, not only the extraction amount of the specific gas is increased but also the purity thereof is increased.

일례로, WGSR은 촉매제를 사용하여 배가스에 포함된 일산화탄소에 수분을 첨가함으로써 일산화탄소를 수소로 치환한다. 이 반응은 200℃ 내지 450℃의 온도에서 이루어지며, 다음의 화학식 1과 같이 이루어진다.In one example, the WGSR replaces carbon monoxide with hydrogen by adding moisture to the carbon monoxide contained in the exhaust gas using a catalyst. This reaction is carried out at a temperature of 200 ℃ to 450 ℃, it is made as shown in formula (1).

CO + H2O → CO2 + H2 CO + H 2 O → CO 2 + H 2

전술한 화학식 1에 기초하여 WGSR에서 수분을 일산화탄소와 반응시킴으로써 수소 및 이산화탄소를 생성할 수 있다. 전술한 WGSR의 구조 및 작동 원리는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로, 그 상세한 설명을 생략한다.Hydrogen and carbon dioxide may be generated by reacting moisture with carbon monoxide in WGSR based on Formula 1 described above. Since the structure and operation principle of the above-described WGSR can be easily understood by those skilled in the art, detailed description thereof will be omitted.

도 1에 도시한 바와 같이, 배가스관(50)으로부터 분기된 배가스 공급관(57)에는 타르제거장치(50), WGSR(70), 가스 압축기(55) 및 PSA(80)가 설치된다. WGSR(70)은 PSA(80)의 전단에 위치하며, WGSR(70)와 PSA(80)의 사이에는 가스 압축기(55)가 위치한다. 가스 압축기(55)는 배가스를 승압시킨다. 그리고 승압된 가스는 가스 압축기(55)의 후단에 위치한 PSA(80)에 제공된다. PSA(80)가 원활하게 작동하기 위해서 가스 압축기(55)에 가스를 승압시켜 공급한다.As shown in FIG. 1, the tar removal device 50, the WGSR 70, the gas compressor 55, and the PSA 80 are installed in the exhaust gas supply pipe 57 branched from the exhaust gas pipe 50. The WGSR 70 is located in front of the PSA 80, and a gas compressor 55 is located between the WGSR 70 and the PSA 80. The gas compressor 55 boosts the exhaust gas. The boosted gas is provided to the PSA 80 located at the rear end of the gas compressor 55. In order to operate the PSA 80 smoothly, the gas is boosted and supplied to the gas compressor 55.

WGSR(70)은 배가스에 수분을 첨가하여 이산화탄소와 수소를 생성한다. WGSR(70)은 타르제거장치(53)의 후단에 위치하여 타르가 제거된 배가스를 공급받는다.The WGSR 70 generates carbon dioxide and hydrogen by adding moisture to the exhaust gas. The WGSR 70 is located at the rear end of the tar removing device 53 to receive the exhaust gas from which tar is removed.

PSA(80)는 이산화탄소를 제거한다. 즉, PSA(80)을 지나는 배가스 내에 포함된 이산화탄소는 PSA(80)의 흡착제에 흡착되어 제거되며 나머지 기체는 PSA(80)를 통과한다. PSA(80)로부터 제거된 이산화탄소는 발전소 또는 제철소 등에 공급하여 사용할 수 있다. 이산화탄소는 발전소 또는 제철소에서 소화용으로 사용한다.PSA 80 removes carbon dioxide. That is, carbon dioxide contained in the exhaust gas passing through the PSA 80 is adsorbed and removed by the adsorbent of the PSA 80, and the remaining gas passes through the PSA 80. The carbon dioxide removed from the PSA 80 may be supplied to a power plant or an ironworks. Carbon dioxide is used for fire extinguishing in power plants or steel mills.

배가스는 WGSR(70)과 PSA(80)를 통과하면서 기체의 성분비가 변화한다. WGSR(70) 및 PSA(80)를 통과하기 전의 배가스에는 일산화탄소, 이산화탄소, 수소 및 질소 등이 포함되어 있다. 배가스는 WGSR(70)을 통과하면서 다량의 일산화탄소가 수분과 반응하여 이산화탄소와 수소로 변환된다. 그리고 이산화탄소와 수소 함량이 증가된 배가스가 PSA(80)를 통과하면서 이산화탄소가 제거된다. 따라서 배가스의 수소 함량이 증가한다.As the exhaust gas passes through the WGSR 70 and the PSA 80, the composition ratio of the gas changes. The exhaust gas before passing through the WGSR 70 and the PSA 80 includes carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen, nitrogen, and the like. As the exhaust gas passes through the WGSR 70, a large amount of carbon monoxide reacts with moisture to be converted into carbon dioxide and hydrogen. And while the exhaust gas with increased carbon dioxide and hydrogen content passes through the PSA 80, carbon dioxide is removed. Therefore, the hydrogen content of the flue gas increases.

PSA(80)를 통과한 배가스는 배가스 공급관(57)을 통하여 유동층형 환원로(20)로 순환된다. 여기서, 개질된 배가스는 용융가스화로(10)에서 생성된 환원가스와 혼합되어 유동층형 환원로(20)에 공급된다. 여기서, 배가스 공급관(57)은 용융가스화로(10)와 싸이클론(14)을 상호 연결하는 관에 연결된다. 따라서 개질된 배가스는 싸이클론(14)으로부터 빠져나와 환원가스 공급관(40)을 통해 유동층형 환원로(20)에 공급된다. 한편, 싸이클론(14)은 미분을 집진하여 관(18)을 통해 집진을 용융가스화로(10)에 리턴시킨다. 따라서 배가스에 포함된 수소는 환원가스 공급관(40)을 통하여 유동층형 환원로(20)에 공급된다. 이하에서는 본 발명의 제1 실시예와 같이, 환원가스 중의 수소 함량이 철광석의 환원율에 미치는 영향을 설명한다.The exhaust gas passing through the PSA 80 is circulated to the fluidized bed reduction reactor 20 through the exhaust gas supply pipe 57. Here, the reformed exhaust gas is mixed with the reducing gas generated in the melt gasifier 10 and supplied to the fluidized bed reduction furnace 20. Here, the exhaust gas supply pipe 57 is connected to the pipe connecting the melt gasifier 10 and the cyclone 14 to each other. Therefore, the reformed exhaust gas is discharged from the cyclone 14 and supplied to the fluidized bed reduction furnace 20 through the reducing gas supply pipe 40. On the other hand, the cyclone 14 collects the fine powder and returns the dust collection to the molten gasifier 10 through the pipe 18. Therefore, the hydrogen contained in the exhaust gas is supplied to the fluidized bed reduction furnace 20 through the reducing gas supply pipe 40. Hereinafter, as in the first embodiment of the present invention, the effect of the hydrogen content in the reducing gas on the reduction rate of iron ore will be described.

도 2는 유동층형 환원로에서의 환원가스의 수소 함유율 변화에 따른 철광석의 환원율을 나타낸다. 도 2에서 선 A는 환원가스의 수소 함량이 100vol%인 경우를 나타내고, 선 B는 환원가스 중 수소 함량이 50vol%이고, 일산화탄소 함량이 50vol%인 경우를 나타낸다. 그리고 선 C는 환원가스의 일산화탄소 함량이 100vol%인 경우를 나타낸다. 또한, 700℃, 800℃ 및 900℃에서의 철광석의 환원율을 각 선 A, B, C에서 각각 마름모, 사각형 및 세모로 표시한다. 여기서, 온도는 유동층형 환원로 내부의 온도를 의미한다.Figure 2 shows the reduction rate of iron ore according to the hydrogen content of the reducing gas in the fluidized bed reduction reactor. In FIG. 2, line A represents a case where the hydrogen content of the reducing gas is 100 vol%, and line B represents a case where the hydrogen content of the reducing gas is 50 vol% and the carbon monoxide content is 50 vol%. And the line C represents a case where the carbon monoxide content of the reducing gas is 100 vol%. In addition, the reduction rates of iron ores at 700 ° C., 800 ° C. and 900 ° C. are indicated by rhombuses, squares, and triangles at lines A, B, and C, respectively. Here, the temperature means the temperature inside the fluidized-bed reduction furnace.

선 A를 참조하면, 유동층형 환원로 내의 온도가 각각 700℃, 800℃, 900℃ 일 때, 철광석의 환원율은 각각 75%, 88%, 90%가 된다. 또한, 선 B를 참고하면 유동층형 환원로 내의 온도가 각각 700℃, 800℃, 900℃ 일 때, 철광석의 환원율은 각각 61%, 79%, 80%가 된다. 그리고 선 C를 참고하면 용융가스화로 내의 온도가 각각 700℃, 800℃, 900℃ 일 때, 철광석의 환원율은 각각 35%, 43%, 52%가 된다.Referring to line A, when the temperatures in the fluidized bed reduction furnace are 700 ° C., 800 ° C., and 900 ° C., respectively, the reduction rates of iron ore are 75%, 88%, and 90%, respectively. In addition, referring to line B, when the temperatures in the fluidized bed reduction furnace are 700 ° C., 800 ° C., and 900 ° C., respectively, the reduction rates of iron ore are 61%, 79%, and 80%, respectively. And referring to line C, when the temperatures in the melt gasifier are 700 ° C., 800 ° C., and 900 ° C., respectively, the reduction rates of iron ore are 35%, 43%, and 52%, respectively.

도 2를 참조하면, 철광석의 환원율은 유동층형 환원로 내의 온도가 높아질수록 상승한다. 그런데 유동층형 환원로 내의 온도를 높이면 철광석이 유동층형 환원로 내부에 점착하여 잘 유동되지 않는다. 따라서 유동층형 환원로 내부의 온도를 적절하게 유지해야 한다.Referring to FIG. 2, the reduction rate of iron ore increases as the temperature in the fluidized bed reduction furnace increases. However, when the temperature in the fluidized-bed reduction furnace is increased, iron ore sticks inside the fluidized-bed reduction furnace and does not flow well. Therefore, the temperature inside the fluidized bed reduction furnace should be maintained properly.

도 2에 도시한 바와 같이, 환원가스 중 수소의 함유율이 증가할수록 철광석의 환원율이 높아진다. 선 C에서, 일산화탄소 함량이 100vol%인 환원가스를 이용하는 경우, 유동층형 환원로 내의 온도가 900℃일 때 52%의 철광석 환원율을 가진다. 반면, 선 A에서 수소 함량이 100vol%인 환원가스를 이용하는 경우, 유동층형 환원로 내의 온도가 700℃일 때 75%의 철광석 환원율을 가진다. 즉, 환원가스 중 수소의 함량을 증가시키면, 유동층형 환원로 내의 온도를 낮추면서 철광석 환원율을 높일 수 있다.As shown in FIG. 2, as the content of hydrogen in the reducing gas increases, the reduction rate of iron ore increases. In line C, when using a reducing gas having a carbon monoxide content of 100 vol%, the iron ore reduction rate is 52% when the temperature in the fluidized bed reduction furnace is 900 ° C. On the other hand, in the case of using a reducing gas having a hydrogen content of 100 vol% in line A, the iron ore has a reduction rate of 75% when the temperature in the fluidized bed reduction furnace is 700 ° C. That is, by increasing the content of hydrogen in the reducing gas, it is possible to increase the iron ore reduction rate while lowering the temperature in the fluidized bed reduction furnace.

따라서, 본 발명의 제1 실시예에서는 배가스를 개질하여 수소 함량을 높이고 이 배가스를 환원가스로 재사용한다. 따라서 용철제조장치의 에너지 효율을 최대화하면서 용철 제조 비용을 절감할 수 있다.Therefore, in the first embodiment of the present invention, the exhaust gas is reformed to increase the hydrogen content, and the exhaust gas is reused as the reducing gas. Therefore, it is possible to reduce the cost of manufacturing molten iron while maximizing the energy efficiency of the molten iron manufacturing apparatus.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 용철제조장치(200)를 개략적으로 나타낸다. 도 3에 도시한 용철제조장치(200)는 도 1의 용철제조장치(100)와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 사용하며, 그 상세한 설명을 생략한다.3 schematically shows a molten iron manufacturing apparatus 200 according to a second embodiment of the present invention. Since the apparatus for manufacturing molten iron 200 shown in FIG. 3 is similar to the apparatus for manufacturing molten iron 100 of FIG. 1, the same reference numerals are used for the same parts, and a detailed description thereof will be omitted.

도 3에 도시한 바와 같이, 가스 압축기(55)는 WGSR(70)의 전단에 위치한다. 가스 압축기(55)는 배가스를 승압시키고, WGSR(70)은 배가스로부터 수소를 생성한다. 압축된 배가스가 WGSR(70)에 공급되면 일산화탄소와 수분의 반응 속도가 높아진다. 즉, WGSR(70)은 승압된 배가스를 이용하여 좀더 효율적으로 수소와 이산화탄소를 생산한다. PSA(80)는 이산화탄소를 제거하여 수소 함량을 높인 배가스를 용융가스화로(10)에 공급한다.As shown in FIG. 3, the gas compressor 55 is located at the front end of the WGSR 70. The gas compressor 55 boosts the exhaust gas, and the WGSR 70 generates hydrogen from the exhaust gas. When the compressed flue gas is supplied to the WGSR 70, the reaction rate of carbon monoxide and water is increased. That is, the WGSR 70 produces hydrogen and carbon dioxide more efficiently using the boosted exhaust gas. The PSA 80 removes carbon dioxide and supplies a flue gas having a higher hydrogen content to the melt gasifier 10.

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 용철제조장치(300)를 개략적으로 나타낸다. 도 4의 용철제조장치(300)는 도 1의 용철제조장치(100)와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 사용하며, 그 상세한 설명을 생략한다.4 schematically shows a molten iron manufacturing apparatus 300 according to a third embodiment of the present invention. Since the apparatus for manufacturing molten iron 300 of FIG. 4 is similar to the apparatus for manufacturing molten iron 100 of FIG. 1, the same reference numerals are used for the same parts, and a detailed description thereof will be omitted.

도 4에 도시한 바와 같이, 증기 취입기(90)는 제1 유동환원로(24) 및 제2 유동환원로(25) 사이에 위치한다. 도 4에는 증기 취입기(90)가 제1 유동환원로(24) 및 제2 유동환원로(25) 사이에 위치하는 것으로 도시하였지만, 이는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 증기 취입기(90)를 다른 위치에도 배치할 수 있다. 증기 취입기(90)는 증기를 유동층형 환원로(20)에 취입한다. 증기 취입기(90)는 제1 유동환원로(24)와 제2 유동환원로(25)의 사이에 배치되어 제1 유동환원로(24)로 장입되는 철광석을 예열하기 위한 환원가스의 양을 증대시킨다. 따라서 철광석의 예열 효율을 높일 수 있다.As shown in FIG. 4, the steam blower 90 is located between the first flow reduction path 24 and the second flow reduction path 25. Although the steam blower 90 is shown in FIG. 4 as being located between the first flow reduction path 24 and the second flow reduction path 25, this is merely to illustrate the present invention, the present invention is It is not limited. Therefore, the steam blower 90 can be arrange | positioned also in another position. The steam blower 90 blows steam into the fluidized-bed reduction reactor 20. The steam blower 90 is disposed between the first flow reduction path 24 and the second flow reduction path 25 to determine the amount of reducing gas for preheating the iron ore charged into the first flow reduction path 24. Increase Therefore, the preheating efficiency of iron ore can be improved.

철광석의 일부는 환원되는 과정 중에 산화철(Fe3O4)의 형태로 존재한다. 따라서, 증기 취입기(90)로 증기가 취입되면, 산화철이 촉매로 작용하여 증기와 환원가스 중의 일산화탄소가 반응한다. 따라서 전술한 화학식 1의 반응에 의해 환원가 스 내의 수소 및 이산화탄소의 비율이 증가한다. 이는 도 1의 WGSR(70)에서 촉매로서 산화철(Fe3O4)을 사용하는 원리와 동일하다. WGSR은 산화철(Fe3O4) 촉매를 이용하여 수소 및 이산화탄소를 생성한다.Some of the iron ore is present in the form of iron oxide (Fe 3 O 4 ) during the reduction process. Therefore, when steam is blown into the steam blower 90, iron oxide acts as a catalyst and the carbon monoxide in the reducing gas reacts. Therefore, the ratio of hydrogen and carbon dioxide in the reducing gas is increased by the reaction of Chemical Formula 1 described above. This is identical to the principle of using iron oxide (Fe 3 O 4 ) as a catalyst in the WGSR 70 of FIG. WGSR uses hydrogen oxide (Fe 3 O 4 ) catalysts to produce hydrogen and carbon dioxide.

도 4에 도시한 바와 같이, 증기 취입기(90)에 의해 증가된 수소 일부는 제1 유동환원로(24)에서 철광석을 예열하거나 예비 환원하고, 나머지 수소는 배가스관(50)을 통하여 배기되므로, 배가스 중의 수소 함량이 증가된다. 배가스 중 수소 이외에 이산화탄소의 함량도 높지만, 이산화탄소는 PSA(80)를 통과하면서 제거된다. 즉, 본 발명의 제4 실시예에서는 WGSR을 사용하지 않고도 배가스 중의 수소 함량을 증가시키므로, 용철제조장치(300)의 연료비를 크게 줄일 수 있다.As shown in FIG. 4, some of the hydrogen increased by the steam blower 90 preheats or pre-reduces iron ore in the first flow reduction path 24, and the remaining hydrogen is exhausted through the exhaust gas pipe 50. In addition, the hydrogen content in the flue-gas is increased. In addition to hydrogen in the exhaust gas, the carbon dioxide content is high, but the carbon dioxide is removed while passing through the PSA (80). That is, in the fourth embodiment of the present invention, since the hydrogen content in the exhaust gas is increased without using WGSR, the fuel cost of the apparatus for manufacturing molten iron 300 can be greatly reduced.

도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 용철제조장치(400)를 개략적으로 나타낸다. 도 5의 용철제조장치(400)는 도 1의 용철제조장치(100)와 유사하므로 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 사용하며, 그 상세한 설명을 생략한다.5 schematically shows a molten iron manufacturing apparatus 400 according to a fourth embodiment of the present invention. Since the apparatus for manufacturing molten iron 400 of FIG. 5 is similar to the apparatus for manufacturing molten iron 100 of FIG. 1, the same reference numerals are used for the same parts, and a detailed description thereof will be omitted.

배가스가 WGSR(70)을 통과하면서 배가스 중의 이산화탄소의 함량 및 수소의 함량이 증가한다. 따라서 PSA(81)에는 수소 함량이 증가된 배가스가 제공된다. PSA(81)는 배가스 중 수소만 배출한다. 따라서 배가스에서 수소를 제외한 일산화탄소, 이산화탄소 및 질소는 제거되고, PSA(81)에 의해 수소만 용융가스화로(10)에 공급된다. 따라서 환원가스 중의 수소 함량이 비약적으로 높아져서 철광석의 환원율을 증가시킬 수 있다.As the exhaust gas passes through the WGSR 70, the content of carbon dioxide and hydrogen in the exhaust gas increases. Thus, the PSA 81 is provided with flue gas having an increased hydrogen content. The PSA 81 discharges only hydrogen in the exhaust gas. Therefore, carbon monoxide, carbon dioxide, and nitrogen other than hydrogen are removed from the exhaust gas, and only hydrogen is supplied to the melt gasifier 10 by the PSA 81. Therefore, the hydrogen content in the reducing gas can be dramatically increased to increase the reduction rate of iron ore.

만약 PSA로 이산화탄소를 흡착하여 제거하는 경우, 질소는 흡착되지 않는다. 질소는 환원가스로 사용되지 않고 환원가스를 희석시켜 철광석의 환원율을 저하시킨다. PSA로 질소를 흡착하면, 질소와 흡착력이 유사한 일산화탄소까지 흡착되어 철광석의 환원에 필요한 일산화탄소도 제거되므로 환원가스 중 질소를 분리할 수 없다. 그런데 본 발명의 제4 실시예에서는 배가스가 WGSR(70)을 통과하면서 배가스 중 수소 함량이 높아지고 일산화탄소의 양은 매우 적어지므로, PSA(81)를 이용하여 질소와 함께 일산화탄소를 제거해도 무방하다.If carbon dioxide is adsorbed and removed with PSA, nitrogen is not adsorbed. Nitrogen is not used as a reducing gas, but diluting the reducing gas reduces the reduction rate of iron ore. When nitrogen is adsorbed by PSA, carbon monoxide, which has similar adsorption power to nitrogen, is also adsorbed and carbon monoxide required for iron ore reduction is also removed. However, in the fourth embodiment of the present invention, since the exhaust gas passes through the WGSR 70 and the hydrogen content of the exhaust gas is increased and the amount of carbon monoxide is very small, the carbon monoxide may be removed together with nitrogen using the PSA 81.

도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 용철제조장치(500)를 개략적으로 나타낸다. 도 6의 용철제조장치(500)는 도 5의 용철제조장치(400)와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 사용하며, 그 상세한 설명을 생략한다.6 schematically shows a molten iron manufacturing apparatus 500 according to a fifth embodiment of the present invention. Since the apparatus for manufacturing molten iron 500 of FIG. 6 is similar to the apparatus for manufacturing molten iron 400 of FIG. 5, the same reference numerals are used for the same parts, and a detailed description thereof will be omitted.

도 6에 도시한 바와 같이, 가스 압축기(55)는 WGSR(70)의 전단에 위치한다. 가스 압축기(55)는 배가스를 승압시키고, WGSR(70)를 개질한다. 따라서 압축된 배가스가 WGSR(70)에 공급되어 일산화탄소 및 수분의 반응 속도가 높아진다. 따라서, WGSR(70)은 수소와 이산화탄소를 좀더 효율적으로 생성할 수 있다.As shown in FIG. 6, the gas compressor 55 is located at the front end of the WGSR 70. The gas compressor 55 boosts the exhaust gas and reforms the WGSR 70. Therefore, the compressed flue gas is supplied to the WGSR 70 to increase the reaction rate of carbon monoxide and water. Thus, the WGSR 70 can produce hydrogen and carbon dioxide more efficiently.

그리고 배가스는 PSA(81)를 통과하면서 수소와 수소 이외의 성분으로 분리된다. 수소는 PSA(81)로부터 배기되어 용융가스화로(10)에 공급되고, 수소 이외의 성분은 제거된다. 따라서 환원가스 중의 수소 함량이 비약적으로 높아지므로 철광석의 환원율을 증가시킬 수 있다.The exhaust gas is separated into hydrogen and components other than hydrogen while passing through the PSA 81. Hydrogen is exhausted from the PSA 81 and supplied to the molten gasifier 10, and components other than hydrogen are removed. Therefore, since the hydrogen content in the reducing gas is dramatically increased, the reduction rate of iron ore can be increased.

도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 용철제조장치(600)를 개략적으로 나타낸다. 도 7의 용철제조장치(600)는 도 1의 용철제조장치(100)와 유사하므로 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 사용하며, 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 증 기 취입기(90)는 도 4의 증기 취입기(90)와 동일하므로, 동일한 도면 부호를 사용하며 그 상세한 설명을 생략한다.7 schematically shows a molten iron manufacturing apparatus 600 according to a sixth embodiment of the present invention. Since the apparatus for manufacturing molten iron 600 of FIG. 7 is similar to the apparatus for manufacturing molten iron 100 of FIG. 1, the same reference numerals are used for the same parts, and a detailed description thereof will be omitted. In addition, since the steam blower 90 is the same as the steam blower 90 of FIG. 4, the same reference numerals are used and detailed description thereof will be omitted.

도 7에 도시한 바와 같이, 증기 취입기(90)에 의해 산화철이 촉매로 작용하여 취입된 증기와 환원가스 중의 일산화탄소가 반응한다. 따라서 환원가스 내의 수소의 함량 및 이산화탄소의 함량이 증가된다. 증가된 수소는 제1 유동환원로(24)를 통과하며 배가스관(50)을 통해 배기된다. 배가스가 WGSR(70)을 통과하면서 배가스 중의 수소 및 이산화탄소의 함량이 높아진다. 즉, 증기 취입기(90)와 WGSR(70)을 통과하면서 수소가 두 번에 걸쳐 생성되므로, 배가스 중 수소의 함량이 더욱 높아진다. 여기서, 이산화탄소는 PSA(80)에 의해 흡착 및 제거되므로, 용융가스화로(10)에 공급되는 배가스의 수소 함량이 매우 높다.As illustrated in FIG. 7, iron oxide acts as a catalyst by the steam blower 90 to react the steam blown with carbon monoxide in the reducing gas. Therefore, the content of hydrogen and carbon dioxide in the reducing gas is increased. The increased hydrogen passes through the first flow reduction path 24 and is exhausted through the exhaust gas pipe 50. As the exhaust gas passes through the WGSR 70, the contents of hydrogen and carbon dioxide in the exhaust gas are increased. That is, since hydrogen is generated twice while passing through the steam blower 90 and the WGSR 70, the content of hydrogen in the exhaust gas is further increased. Here, since carbon dioxide is adsorbed and removed by the PSA 80, the hydrogen content of the exhaust gas supplied to the melt gasifier 10 is very high.

도 8은 본 발명의 제7 실시예에 따른 용철제조장치(700)를 개략적으로 나타낸다. 도 8의 용철제조장치(700)는 도 3의 용철제조장치(200)와 유사하므로 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 사용하며, 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 증기 취입기(90)는 도 4의 증기 취입기(90)와 동일하므로, 동일한 도면부호를 사용하며 그 상세한 설명을 생략한다.8 schematically shows a molten iron manufacturing apparatus 700 according to a seventh embodiment of the present invention. Since the apparatus for manufacturing molten iron 700 of FIG. 8 is similar to the apparatus for manufacturing molten iron 200 of FIG. 3, the same reference numerals are used for the same parts, and a detailed description thereof will be omitted. In addition, since the steam blower 90 is the same as the steam blower 90 of FIG. 4, the same reference numerals are used, and detailed description thereof will be omitted.

도 8에 도시한 바와 같이, 증기 취입기(90)에 의해 환원가스 내의 수소의 함량 및 이산화탄소의 함량이 증가된다. 환원가스는 제1 유동환원로(24)를 통과한 후 배가스관(50)을 통과하여 배가스로서 배기된다. 그리고 배가스는 가스 압축기(55)를 통과하면서 승압된다. 승압된 배가스가 WGSR(70)에 공급되면 수소와 이산화탄소를 좀더 효율적으로 생성할 수 있다. 수소는 증기 취입기(90) 및 WGSR(70)을 통과하면서 두 번 생성되므로, 배가스 중 수소 함량이 더욱 높아진다. 여기서, 이산화탄소는 PSA(80)에 의해 흡착 및 제거되므로, 용융가스화로(10)에 공급되는 배가스의 수소 함량이 매우 높다.As shown in FIG. 8, the content of hydrogen in the reducing gas and the content of carbon dioxide are increased by the steam blower 90. The reducing gas passes through the first flow reduction path 24 and then passes through the exhaust gas pipe 50 to be exhausted as exhaust gas. The exhaust gas is boosted while passing through the gas compressor 55. When the boosted exhaust gas is supplied to the WGSR 70, hydrogen and carbon dioxide may be generated more efficiently. Since hydrogen is generated twice while passing through the steam blower 90 and the WGSR 70, the hydrogen content in the exhaust gas is higher. Here, since carbon dioxide is adsorbed and removed by the PSA 80, the hydrogen content of the exhaust gas supplied to the melt gasifier 10 is very high.

도 9은 본 발명의 제8 실시예에 따른 용철제조장치(800)를 개략적으로 나타낸다. 도 9의 용철제조장치(800)는 도 5에 도시한 용철제조장치(400)와 유사하므로 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 사용하며, 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 증기 취입기(90)는 도 4의 증기 취입기(90)와 동일하므로, 동일한 도면부호를 사용하며 그 상세한 설명을 생략한다.9 schematically shows a molten iron manufacturing apparatus 800 according to an eighth embodiment of the present invention. Since the apparatus for manufacturing molten iron 800 of FIG. 9 is similar to the apparatus for manufacturing molten iron 400 illustrated in FIG. 5, the same reference numerals are used for the same parts, and a detailed description thereof will be omitted. In addition, since the steam blower 90 is the same as the steam blower 90 of FIG. 4, the same reference numerals are used, and detailed description thereof will be omitted.

도 9에 도시한 바와 같이, 증기 취입기(90)에 의해 환원가스 내의 수소의 함량 및 이산화탄소의 함량이 증가된다. 환원가스는 제1 유동환원로(24)를 통과한 후 배가스관(50)을 통하여 배가스로서 배기된다. 수소는 증기 취입기(90)와 WGSR(70)을 통과하면서 두 번 생성되므로, 배가스 중의 수소 함량이 더욱 높아진다. 그리고 배가스가 PSA(81)를 통과하면서 수소만 배가스 공급관(57)을 통하여 공급되고 나머지 성분들은 제거된다. PSA(81)는 수소를 용융가스화로(10)에 공급하고, 일산화탄소, 이산화탄소, 질소 등은 제거한다. 따라서 환원가스 중의 수소 함량이 비약적으로 높아지므로 철광석의 환원율을 크게 증가시킬 수 있다.As shown in FIG. 9, the content of hydrogen and carbon dioxide in the reducing gas is increased by the steam blower 90. The reducing gas is exhausted as exhaust gas through the exhaust gas pipe 50 after passing through the first flow reduction path 24. Since hydrogen is produced twice while passing through the steam blower 90 and the WGSR 70, the hydrogen content in the exhaust gas is higher. And while the exhaust gas passes through the PSA 81, only hydrogen is supplied through the exhaust gas supply pipe 57 and the remaining components are removed. The PSA 81 supplies hydrogen to the melting gasifier 10 and removes carbon monoxide, carbon dioxide, nitrogen, and the like. Therefore, since the hydrogen content in the reducing gas is dramatically increased, the reduction rate of iron ore can be greatly increased.

도 10은 본 발명의 제9 실시예에 따른 용철제조장치(900)를 개략적으로 나타낸다. 도 10의 용철제조장치(900)는 도 6의 용철제조장치(500)와 유사하므로 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 사용하며, 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 증기 취입기(90)는 도 4의 증기 취입기(90)와 동일하므로, 동일한 도면부호를 사용하 며 그 상세한 설명을 생략한다.10 schematically shows a molten iron manufacturing apparatus 900 according to a ninth embodiment of the present invention. Since the apparatus for manufacturing molten iron 900 of FIG. 10 is similar to the apparatus for manufacturing molten iron 500 of FIG. 6, the same reference numerals are used for the same parts, and a detailed description thereof will be omitted. In addition, since the steam blower 90 is the same as the steam blower 90 of Figure 4, the same reference numerals are used and the detailed description thereof will be omitted.

도 10에 도시한 바와 같이, 증기 취입기(90)에 의해 환원가스 내의 수소의 함량 및 이산화탄소의 함량이 증가된다. 환원가스는 제1 유동환원로(24)를 통과한 후 배가스관(50)을 통해 배가스로서 배기된다. 배가스는 가스 압축기(55)를 통과하면서 승압된다. 승압된 배가스가 WGSR(70)에 공급되어 개질되면서 수소와 이산화탄소를 좀더 효율적으로 생성할 수 있다. 즉, 수소는 증기 취입기(90)와 WGSR(70)을 통과하면서 두 번 생성되므로, 배가스 중 수소의 함량이 더욱 높아진다.As shown in FIG. 10, the content of hydrogen in the reducing gas and the content of carbon dioxide are increased by the steam blower 90. The reducing gas is exhausted as exhaust gas through the exhaust gas pipe 50 after passing through the first flow reduction path 24. The exhaust gas is boosted while passing through the gas compressor 55. As the boosted exhaust gas is supplied to the WGSR 70 and reformed, hydrogen and carbon dioxide may be generated more efficiently. That is, since hydrogen is generated twice while passing through the steam blower 90 and the WGSR 70, the content of hydrogen in the exhaust gas is further increased.

다음으로, 배가스는 PSA(81)를 통과하면서 수소 이외의 성분이 제거된다. 따라서 PSA(81)는 수소만 용융가스화로(10)에 공급하고, 일산화탄소, 이산화탄소, 질소 등은 제거한다. 그 결과 환원가스 중의 수소 함량이 비약적으로 높아져서 철광석의 환원율을 증가시킬 수 있다.Next, while exhaust gas passes through PSA 81, components other than hydrogen are removed. Therefore, the PSA 81 supplies only hydrogen to the melting gasifier 10 and removes carbon monoxide, carbon dioxide, nitrogen, and the like. As a result, the hydrogen content in the reducing gas is dramatically increased to increase the reduction rate of iron ore.

도 11은 본 발명의 제10 실시예에 따른 용철제조장치(1000)를 개략적으로 나타낸다. 도 11의 용철제조장치(1000)는 도 1의 용철제조장치(100)와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 사용하고 그 상세한 설명을 생략한다.11 schematically shows a molten iron manufacturing apparatus 1000 according to a tenth embodiment of the present invention. Since the apparatus for manufacturing molten iron 1000 of FIG. 11 is similar to the apparatus for manufacturing molten iron 100 of FIG. 1, the same reference numerals are used for the same parts, and a detailed description thereof will be omitted.

도 11에 도시한 바와 같이, WGSR(70) 및 PSA(81)를 통과하면서 개질된 환원가스는 바로 용융가스화로(10)에 공급될 수 있다. 즉, 환원가스는 용융가스화로(10)에 설치된 풍구(미도시)를 통하여 산소와 함께 용융가스화로(10)에 바로 공급될 수 있다. 따라서 배가스는 용융가스화로(10)를 거쳐서 유동층형 환원로(20)에 공급된다. 이 경우, 용융가스화로(10) 내에서 용융되는 철광석의 융점을 크게 낮출 수 있다. 즉, 개질되어 수소 함량이 증가된 환원가스를 사용하므로, 철광석의 융점이 크게 낮아진다. 그 결과, 용철 제조시에 연료비를 크게 절감할 수 있다.As shown in FIG. 11, the reformed reducing gas passing through the WGSR 70 and the PSA 81 may be directly supplied to the melting gasifier 10. That is, the reducing gas may be directly supplied to the molten gasifier 10 together with oxygen through a tuyere (not shown) installed in the molten gasifier 10. Therefore, the exhaust gas is supplied to the fluidized bed reduction furnace 20 via the melt gasifier 10. In this case, the melting point of the iron ore melted in the melt gasifier 10 can be significantly lowered. That is, since the reformed gas is used to increase the hydrogen content, the melting point of the iron ore is significantly lowered. As a result, fuel cost can be greatly reduced at the time of manufacturing molten iron.

도 12는 본 발명의 제11 실시예에 따른 용철제조장치(1100)를 개략적으로 나타낸다. 도 12의 용철제조장치(1100)는 도 1의 용철제조장치(100)와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 사용하고 그 상세한 설명을 생략한다.12 schematically shows a molten iron manufacturing apparatus 1100 according to an eleventh embodiment of the present invention. Since the apparatus for manufacturing molten iron 1100 of FIG. 12 is similar to the apparatus for manufacturing molten iron 100 of FIG. 1, the same reference numerals are used for the same parts, and a detailed description thereof will be omitted.

도 12에 도시한 바와 같이, 용철제조장치(1100)는 충전층형 환원로(22)를 포함한다. 도 12에는 도시하지 않았지만, 용철제조장치는 충전층형 환원로 및 유동층형 환원로를 함께 구비할 수도 있다. 또한, 용철제조장치는 복수의 충전층형 환원로들을 구비할 수도 있다. 충전층형 환원로(22)에는 철광석이 장입되고, 용융가스화로(10)로부터 생성된 환원가스가 환원가스 공급관(40)을 통해 충전층형 환원로(22)에 공급된다. 충전층형 환원로(22)에서 철광석은 환원가스에 의해 환원된다. 따라서 철광석은 환원철로 변환되고, 환원철은 용융가스화로(10)에 장입되어 괴상 탄재에 의해 형성된 석탄 충전층에 의해 용융된다. 이러한 방법을 이용하여 용철을 제조할 수 있다.As shown in FIG. 12, the apparatus for manufacturing molten iron 1100 includes a packed-bed reduction reactor 22. Although not shown in FIG. 12, the apparatus for manufacturing molten iron may include a packed-bed reduction reactor and a fluidized-bed reduction reactor together. In addition, the molten iron manufacturing apparatus may be provided with a plurality of packed-bed reduction reactors. Iron ore is charged into the packed-bed reduction furnace 22, and the reducing gas generated from the molten gasifier 10 is supplied to the packed-bed reduction reactor 22 through a reducing gas supply pipe 40. In the packed-bed reduction furnace 22, iron ore is reduced by reducing gas. Therefore, iron ore is converted into reduced iron, and the reduced iron is charged into the molten gasifier 10 and melted by a coal packed bed formed by the bulk coal ash. This method can be used to produce molten iron.

충전층형 환원로(22)로부터 배출되는 배가스는 WGSR(70)과 PSA(80)를 통과한다. 배가스는 WGSR(70)을 통과하면서 배가스 중의 수소의 함량 및 이산화탄소의 함량이 증가한다. 다음으로, 배가스는 PSA(80)을 통과하면서 배가스 중의 이산화탄소가 제거된다. 따라서 충전층형 환원로(22)에 공급되는 배가스 중의 수소 함량이 매우 높다. 그 결과, 충전층형 환원로(22)에서 철광석의 환원율을 크게 증가사 킬 수 있다. The exhaust gas discharged from the packed-bed reduction reactor 22 passes through the WGSR 70 and the PSA 80. As the exhaust gas passes through the WGSR 70, the hydrogen content and carbon dioxide content in the exhaust gas increase. Next, the exhaust gas passes through the PSA 80 to remove carbon dioxide in the exhaust gas. Therefore, the hydrogen content in the exhaust gas supplied to the packed-bed reduction furnace 22 is very high. As a result, the reduction rate of iron ore in the packed-bed reduction furnace 22 can be greatly increased.

한편, 도 12에는 도시하지 않았지만, 개질된 배가스를 바로 용융가스화로(10)에 공급할 수도 있다. 이 경우, 철광석의 융점이 크게 낮아져서 용철 제조시에 연료비를 크게 절감할 수 있다.On the other hand, although not shown in Figure 12, the reformed exhaust gas may be directly supplied to the melt gasifier (10). In this case, the melting point of the iron ore is significantly lowered, which can greatly reduce the fuel cost during the production of molten iron.

이하에서는 실험예를 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 이러한 실험예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through experimental examples. These experimental examples are only for illustrating the present invention and the present invention is not limited thereto.

실험예Experimental Example 1 One

도 11의 용융가스화로와 동일한 조건을 구비한 챔버에 철광석을 장입한 후, 챔버에 환원가스를 공급하여 챔버의 온도 상승에 따른 철광석의 융점 변화를 4번 측정하고, 철광석의 형상 변화를 촬영하였다. 환원가스는 수소 33vol%와 일산화탄소 67vol%를 포함하였다.After charging the iron ore into the chamber having the same conditions as the melting gas furnace of Figure 11, by supplying a reducing gas to the chamber to measure the melting point of the iron ore according to the temperature rise of the chamber four times, the shape change of the iron ore was photographed . The reducing gas contained 33 vol% hydrogen and 67 vol% carbon monoxide.

실험예Experimental Example 1의 실험 결과 Experiment result of 1

도 13은 실험예 1에 따른 철광석의 형상 변화를 차례로 나타낸다.13 shows the shape change of the iron ore according to Experimental Example 1.

도 13에 도시한 바와 같이, 챔버 내의 온도가 1300℃, 1400℃, 1430℃, 1440℃로 증가함에 따라 철광석이 용융되었다. 챔버 내의 온도가 1300℃일 때는 철광석의 형상 변화가 없었다. 챔버 내의 온도가 1400℃일 때 철광석이 약간 용융되기 시작하였다. 그리고 챔버 내의 온도가 1430℃일 때 철광석의 대부분이 용융되었으며, 철광석은 1440℃에서 완전히 용융되었다. 따라서 실험예 1에서 철광석의 융점은 1400℃로 확인되었다.As shown in FIG. 13, iron ore melted as the temperature in the chamber increased to 1300 ° C, 1400 ° C, 1430 ° C, and 1440 ° C. When the temperature in the chamber was 1300 ° C., there was no change in the shape of the iron ore. Iron ore began to melt slightly when the temperature in the chamber was 1400 ° C. Most of the iron ore was melted when the temperature in the chamber was 1430 ° C, and the iron ore was completely melted at 1440 ° C. Therefore, the melting point of iron ore in Experimental Example 1 was confirmed to 1400 ℃.

비교예Comparative example 1 One

도 1의 용융가스화로와 동일한 조건을 구비한 챔버에 철광석을 장입한 후, 챔버에 환원가스를 공급하여 챔버의 온도 상승에 따른 철광석의 융점 변화를 4번 측정하고, 철광석의 형상 변화를 촬영하였다. 환원가스는 일산화탄소 100vol%를 포함하였다.After charging the iron ore into the chamber having the same conditions as the melt gasifier of Figure 1, by supplying a reducing gas to the chamber and measuring the melting point of the iron ore according to the temperature rise of the chamber four times, the shape change of the iron ore was photographed . The reducing gas contained 100 vol% carbon monoxide.

비교예Comparative example 1의 실험 결과 Experiment result of 1

도 14는 비교예 1에 따른 철광석의 형상 변화를 차례로 나타낸다.14 shows the shape change of the iron ore according to Comparative Example 1.

도 14에 도시한 바와 같이, 챔버 내의 온도가 1300℃, 1400℃, 1490℃, 1500℃로 증가함에 따라 철광석이 용융되었다. 챔버 내의 온도가 1300℃와 1400℃인 경우 철광석의 형상에는 거의 변화가 없었다. 챔버 내의 온도가 1490℃일 때 철광석의 내부로부터 용융이 시작되며, 1500℃일 때 철광석이 완전히 용융되었다. 따라서 비교예 1에서 철광석의 융점은 1490℃로 확인되었다.As shown in FIG. 14, iron ore melted as the temperature in the chamber increased to 1300 ° C, 1400 ° C, 1490 ° C, and 1500 ° C. When the temperatures in the chamber were 1300 ° C. and 1400 ° C., there was little change in the shape of the iron ore. Melting started from the inside of the iron ore when the temperature in the chamber was 1490 ° C, and the iron ore was completely melted at 1500 ° C. Therefore, the melting point of iron ore in Comparative Example 1 was confirmed to 1490 ℃.

전술한 실험예 1과 비교예 1을 비교하면, 실험예 1의 철광석은 비교예 1보다 약 90℃ 정도 낮은 융점을 가졌다. 즉, 철광석은 일산화탄소로 된 환원가스를 사용하는 경우보다 수소를 포함하는 환원가스를 사용하는 경우에 좀더 그 융점이 낮았다. 따라서 환원가스 중의 수소 함량을 증대시킴으로써 철광석의 융점을 낮출 수 있다. 그 결과, 용철 제조시에 연료비를 크게 절감할 수 있다.Comparing Experimental Example 1 and Comparative Example 1 described above, the iron ore of Experimental Example 1 had a melting point about 90 ° C. lower than that of Comparative Example 1. In other words, the iron ore has a lower melting point when using a reducing gas containing hydrogen than when using a reducing gas of carbon monoxide. Therefore, it is possible to lower the melting point of iron ore by increasing the hydrogen content in the reducing gas. As a result, fuel cost can be greatly reduced at the time of manufacturing molten iron.

실험예Experimental Example 2 2

도 1의 WGSR을 이용하여 WGSR을 통과하기 전의 배가스의 성분과 WGSR을 통과한 후의 배가스의 성분을 조사하였다.The components of the exhaust gas before passing through the WGSR and the components of the exhaust gas after passing through the WGSR were examined using the WGSR of FIG. 1.

실험예Experimental Example 2의 실험 결과 2 experimental results

도 15는 배가스가 WGSR을 통과하기 전후의 배가스의 조성 변화를 나타낸다.15 shows the compositional changes of the exhaust gas before and after the exhaust gas passes through the WGSR.

도 15에 도시한 바와 같이, WGSR을 통과하기 전에 1.0 L/min의 배가스는 질소 20vol%, 이산화탄소 30vol%, 수소 20vol%, 및 일산화탄소 30vol%를 포함하였다. 그리고 WGSR을 통과한 배가스는 총 유량이 1.25 L/min으로 증가하였고, 질소 16vol%, 이산화탄소 45vol%, 수소 38vol%, 및 일산화탄소 0.5vol%를 포함하였다. 즉, WGSR을 통과한 후 배가스 중 이산화탄소와 수소의 유량 및 이들의 환원가스내 함량이 증가하였다. 반면에, 배가스 중 일산화탄소의 유량 및 환원가스내 함량은 감소하였다. 질소는 환원가스내 함량이 16vol%로 감소하였으나, 유량은 WGSR을 통과하기 전과 동일하였다.As shown in FIG. 15, the 1.0 L / min flue gas contained 20 vol% nitrogen, 30 vol% carbon dioxide, 20 vol% hydrogen, and 30 vol% carbon monoxide before passing through WGSR. The exhaust gas passing through the WGSR increased the total flow rate to 1.25 L / min and contained 16 vol% nitrogen, 45 vol% carbon dioxide, 38 vol% hydrogen, and 0.5 vol% carbon monoxide. That is, after passing through the WGSR, the flow rate of carbon dioxide and hydrogen in the exhaust gas and their content in the reducing gas increased. On the other hand, the flow rate of carbon monoxide in exhaust gas and the content in reducing gas were decreased. Nitrogen decreased in the reducing gas to 16 vol%, but the flow rate was the same as before passing through the WGSR.

전술한 바와 같이, 배가스를 WGSR에 통과시키면 배가스 중의 수소 및 이산화탄소의 함량 및 유량이 각각 증가하고, 일산화탄소의 함량 및 유량이 감소하였다. 따라서 WGSR을 이용하여 배가스에 포함된 수소의 함량을 증가시킬 수 있었다.As described above, when the exhaust gas passes through the WGSR, the content and flow rate of hydrogen and carbon dioxide in the exhaust gas are increased, respectively, and the content and flow rate of carbon monoxide are decreased. Therefore, using WGSR it was possible to increase the content of hydrogen contained in the exhaust gas.

실험예Experimental Example 3 3

도 5의 PSA를 이용하여 PSA를 통과하기 전의 배가스의 성분과 PSA를 통과한 후의 배가스의 성분을 표시하였다.Using the PSA of FIG. 5, the components of the exhaust gas before passing through the PSA and the components of the exhaust gas after passing through the PSA were displayed.

실험예Experimental Example 3의 실험 결과 3, experimental results

도 16은 배가스가 PSA를 통과하기 전후의 배가스의 조성 변화를 나타낸다. 여기서, PSA는 배가스 중의 수소만 배기시키고, 나머지 성분들을 전부 제거한다.Fig. 16 shows changes in the composition of the exhaust gas before and after the exhaust gas passes through the PSA. Here, PSA exhausts only the hydrogen in the exhaust gas and removes all remaining components.

도 16에 도시한 바와 같이, PSA를 통과하기 전의 배가스는 질소 16vol%, 이 산화탄소 45vol%, 수소 38vol% 및 일산화탄소 0.5vol%를 포함한다. 배가스 중의 이산화탄소의 함량 및 수소의 함량이 높았다. 반면에, PSA를 통과한 배가스는 질소 3vol% 및 수소 97vol%를 포함하였다. 따라서 PSA를 이용하여 배가스 중의 수소 함량을 최대화할 수 있었다.As shown in FIG. 16, the exhaust gas before passing through PSA contains 16 vol% of nitrogen, 45 vol% of this carbon oxide, 38 vol% of hydrogen, and 0.5 vol% of carbon monoxide. The content of carbon dioxide and hydrogen in the flue gas was high. On the other hand, the exhaust gas passing through the PSA contained 3 vol% nitrogen and 97 vol% hydrogen. Therefore, PSA was able to maximize the hydrogen content in the exhaust gas.

본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.Although the present invention has been described above, it will be readily understood by those skilled in the art that various modifications and variations are possible without departing from the spirit and scope of the claims set out below.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 용철제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a view schematically showing a molten iron manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention.

도 2는 환원가스의 조성에 따른 철광석의 환원율을 나타낸 그래프이다.2 is a graph showing the reduction rate of iron ore according to the composition of the reducing gas.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 용철제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.3 is a view schematically showing a molten iron manufacturing apparatus according to a second embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 용철제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.4 is a view schematically showing a molten iron manufacturing apparatus according to a third embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 용철제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.5 is a view schematically showing a molten iron manufacturing apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 용철제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.6 is a view schematically showing a molten iron manufacturing apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 용철제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.7 is a view schematically showing a molten iron manufacturing apparatus according to a sixth embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 제7 실시예에 따른 용철제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.8 is a view schematically showing a molten iron manufacturing apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.

도 9는 본 발명의 제8 실시예에 따른 용철제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.9 is a view schematically showing a molten iron manufacturing apparatus according to an eighth embodiment of the present invention.

도 10은 본 발명의 제9 실시예에 따른 용철제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.10 is a view schematically showing a molten iron manufacturing apparatus according to a ninth embodiment of the present invention.

도 11은 본 발명의 제10 실시예에 따른 용철제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.11 is a view schematically showing a molten iron manufacturing apparatus according to a tenth embodiment of the present invention.

도 12는 본 발명의 제11 실시예에 따른 용철제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.12 is a view schematically showing a molten iron manufacturing apparatus according to an eleventh embodiment of the present invention.

도 13 및 도 14는 각각 실험예 1 및 비교예 1에 따른 철광석의 용융 상태를 나타낸 사진이다.13 and 14 are photographs showing the molten state of iron ore according to Experimental Example 1 and Comparative Example 1, respectively.

도 15는 실험예 2에 따른 배가스의 조성 변화를 나타낸 그래프이다.15 is a graph showing a change in composition of the exhaust gas according to Experimental Example 2. FIG.

도 16은 실험예 3에 따른 배가스의 조성 변화를 나타낸 그래프이다.16 is a graph showing a change in composition of the exhaust gas according to Experimental Example 3.

Claims (27)

철광석을 환원하여 환원철을 제조하는 하나 이상의 환원로,At least one reduction furnace for reducing iron ore to produce reduced iron, 상기 환원로와 연결되어 상기 환원철이 장입되고, 괴상 탄재가 장입되며, 산소가 취입되어 용철을 제조하는 용융가스화로,A molten gasification furnace connected with the reduction furnace to charge the reduced iron, the bulk carbon material is charged, and the oxygen is blown to produce molten iron, 상기 환원로로부터 배출되는 배가스를 상기 환원로로 순환시키는 배가스 공급관,An exhaust gas supply pipe for circulating the exhaust gas discharged from the reduction furnace to the reduction furnace, 상기 배가스 공급관에 설치되어 상기 배가스에 함유된 수소의 양을 증가시키는 하나 이상의 개질기 및One or more reformers installed in the flue gas supply pipe to increase the amount of hydrogen contained in the flue gas; 상기 배가스 공급관에 설치되어 상기 배가스를 압축시키는 압축기A compressor installed in the exhaust gas supply pipe to compress the exhaust gas 를 포함하고,Including, 상기 하나 이상의 개질기는 WGSR(water gas shift reactor, 수성가스 전환 반응기) 또는 PSA(pressure swing absorber, 압력 순환 흡착기)이며,The at least one reformer is a water gas shift reactor (WGSR) or a pressure swing absorber (PSA), 상기 하나 이상의 개질기는 복수의 개질기들을 포함하고, 상기 복수의 개질기들은 WGSR 및 PSA를 포함하며,The one or more reformers comprise a plurality of reformers, the plurality of reformers comprise WGSR and PSA, 상기 압축기는 상기 WGSR의 전단 또는 후단에 상기 WGSR과 나란히 위치하는 용철제조장치.The compressor is a molten iron manufacturing apparatus located in front of or behind the WGSR parallel to the WGSR. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 WGSR는 상기 배가스에 함유된 일산화탄소를 상기 수소로 변환시키고, 상기 PSA는 상기 배가스에 함유된 이산화탄소를 흡착하는 용철제조장치.The WGSR converts carbon monoxide contained in the exhaust gas into the hydrogen, and the PSA adsorbs carbon dioxide contained in the exhaust gas. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 WGSR을 통과한 수소는 상기 배가스의 38vol% 이상이고 100vol% 미만인 용철제조장치.The hydrogen passing through the WGSR is more than 38vol% and less than 100vol% of the exhaust gas manufacturing apparatus. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 PSA는 상기 배가스로부터 수소를 추출하여 배출하는 용철제조장치.The PSA is a molten iron manufacturing apparatus for extracting and exhausting hydrogen from the exhaust gas. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 PSA로부터 배출된 수소는 상기 배가스의 97vol% 이상이고 100vol% 미만인 용철제조장치.Hydrogen discharged from the PSA is more than 97vol% and less than 100vol% of the exhaust gas manufacturing apparatus. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 환원로에 연결되어 상기 환원로에 증기를 취입하는 증기 취입기를 더 포함하는 용철제조장치.And a steam blower connected to the reduction furnace to blow steam into the reduction furnace. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 환원로는 충전층형 환원로 또는 유동층형 환원로인 용철제조장치.The reduction furnace is a molten iron manufacturing apparatus is a packed-bed reduction furnace or fluidized bed reduction furnace. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 환원로가 유동층형 환원로인 경우, 상기 하나 이상의 환원로는 복수의 유동환원로들을 포함하고,When the reduction furnace is a fluidized bed reduction furnace, the at least one reduction furnace includes a plurality of flow reduction reactors, 상기 복수의 유동환원로들은,The plurality of flow reduction paths, 상기 철광석을 예열하는 제1 유동환원로,A first flow reduction furnace for preheating the iron ore, 상기 제1 유동환원로와 연결되어 상기 예열된 철광석을 예비 환원하는 제2 유동환원로, 및A second flow reduction path connected to the first flow reduction path to preliminarily reduce the preheated iron ore, and 상기 제2 유동환원로와 연결되어 상기 예비 환원된 철광석을 최종 환원하는 제3 유동환원로A third flow reduction reactor connected to the second flow reduction reactor to finally reduce the preliminarily reduced iron ore; 를 포함하며,Including; 상기 용철제조장치는, 상기 제1 유동환원로 및 상기 제2 유동환원로 사이에 설치되어 상기 제1 유동환원로에 증기를 취입하는 증기취입기를 더 포함하는 용철제조장치.The apparatus for manufacturing molten iron further includes a steam blower installed between the first flow reduction path and the second flow reduction path to blow steam into the first flow reduction path. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 용융가스화로로부터 배출되는 환원가스를 상기 환원로에 공급하는 환원가스 공급관을 더 포함하고, 상기 환원가스 공급관은 상기 배가스 공급관과 연결된 용철제조장치.And a reducing gas supply pipe for supplying the reducing gas discharged from the melt gasifier to the reducing furnace, wherein the reducing gas supply pipe is connected to the exhaust gas supply pipe. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 배가스 공급관은 상기 용융가스화로에 설치되어 상기 산소를 취입하는 풍구를 통해 상기 배가스를 상기 용융가스화로에 공급하고, 상기 배가스는 상기 용융가스화로를 거쳐서 상기 환원로로 순환되는 용철제조장치.The exhaust gas supply pipe is installed in the molten gasifier to supply the exhaust gas to the molten gasifier through a tuyere that blows the oxygen, and the exhaust gas is circulated through the molten gasifier to the reduction furnace. 철광석을 환원로에 장입하여 환원철을 제조하는 단계,Charging iron ore into a reduction furnace to produce reduced iron; 괴상 탄재를 용융가스화로에 장입하는 단계,Charging the lumped carbonaceous material into the melting gasifier, 상기 용융가스화로에 상기 환원철을 장입하는 단계,Charging the reduced iron into the melt gasifier; 상기 용융가스화로에 산소를 취입하여 상기 환원철을 용융함으로써 용철을 제조하는 단계,Manufacturing molten iron by injecting oxygen into the molten gasifier to melt the reduced iron; 상기 환원로와 연결되어 상기 환원로에서 배출된 배가스를 공급하는 배가스 공급관에 설치된 하나 이상의 개질기가 상기 배가스를 개질하여 상기 배가스에 함유된 수소의 양을 증가시키는 단계,At least one reformer installed in an exhaust gas supply pipe connected to the reduction furnace to supply the exhaust gas discharged from the reduction furnace to reform the exhaust gas to increase the amount of hydrogen contained in the exhaust gas; 상기 개질된 배가스를 상기 환원로에 공급하는 단계 및Supplying the reformed exhaust gas to the reduction furnace and 상기 배가스 공급관에 설치된 압축기에 의해 상기 배가스를 압축하는 단계를 포함하고,Compressing the exhaust gas by a compressor installed in the exhaust gas supply pipe; 상기 배가스에 함유된 수소의 양을 증가시키는 단계에서,In the step of increasing the amount of hydrogen contained in the exhaust gas, 상기 하나 이상의 개질기는 WGSR 또는 PSA이며, 상기 하나 이상의 개질기는 복수의 개질기들을 포함하고, 상기 복수의 개질기들은 WGSR 및 PSA를 포함하며,The at least one reformer is a WGSR or PSA, the at least one reformer comprises a plurality of reformers, the plurality of reformers comprises a WGSR and a PSA, 상기 배가스를 압축하는 단계에서,In the step of compressing the exhaust gas, 상기 압축기는 상기 WGSR의 전단 또는 후단에 상기 WGSR과 나란히 위치하는 용철제조방법.The compressor is a molten iron manufacturing method located in the front or rear end of the WGSR parallel to the WGSR. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 배가스를 압축하는 단계 이후에 상기 배가스에 함유된 수소의 양을 증가시키는 단계가 이루어지는 용철제조방법.And after the compressing the exhaust gas, increasing the amount of hydrogen contained in the exhaust gas. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 WGSR은 상기 배가스에 함유된 일산화탄소를 상기 수소로 변환시키고, 상기 PSA는 상기 배가스에 함유된 이산화탄소를 흡착하는 용철제조방법.The WGSR converts carbon monoxide contained in the exhaust gas into the hydrogen, and the PSA adsorbs carbon dioxide contained in the exhaust gas. 제19항에 있어서,The method of claim 19, 상기 WGSR을 통과한 수소는 상기 배가스의 38vol% 이상이고 100vol% 미만인 용철제조방법.Hydrogen passing through the WGSR is more than 38vol% and less than 100vol% of the exhaust gas manufacturing method. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 PSA는 상기 배가스로부터 수소를 추출하여 배출하는 용철제조방법.The PSA is a molten iron manufacturing method for extracting and discharging hydrogen from the exhaust gas. 제21항에 있어서,The method of claim 21, 상기 PSA로부터 배출된 수소는 상기 배가스의 97vol% 이상이고 100vol% 미만인 용철제조방법.Hydrogen discharged from the PSA is more than 97vol% and less than 100vol% of the exhaust gas manufacturing method. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 환원로에 증기를 취입하는 단계를 더 포함하는 용철제조방법.The method of manufacturing molten iron further comprising the step of blowing steam into the reduction furnace. 제23항에 있어서,The method of claim 23, wherein 상기 환원철을 제조하는 단계는,Preparing the reduced iron, 상기 철광석을 예열하는 단계,Preheating the iron ore, 상기 예열된 철광석을 예비 환원하는 단계, 및Preliminarily reducing the preheated iron ore, and 상기 예비 환원한 철광석을 최종 환원하는 단계Finally reducing the preliminarily reduced iron ore 를 포함하고,Including, 상기 증기는 상기 철광석을 예열하는 단계에서 사용되는 용철제조방법.The steam is a molten iron manufacturing method used in the step of preheating the iron ore. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 환원철을 제조하는 단계에서, 상기 환원로는 충전층형 환원로 또는 유동층형 환원로인 용철제조방법.In the step of producing the reduced iron, the reduction furnace molten iron manufacturing method is a packed-bed reduction furnace or fluidized bed reduction furnace. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 용융가스화로에서 생성된 환원가스를 상기 환원로에 공급하는 단계를 더 포함하고, 상기 개질된 배가스를 상기 환원로에 공급하는 단계에서 상기 개질된 배가스는 상기 환원가스와 혼합되어 상기 환원로에 공급되는 용철제조방법.And supplying the reducing gas generated in the melt gasifier to the reduction furnace, wherein the reformed exhaust gas is mixed with the reducing gas to supply the reformed exhaust gas to the reduction furnace. Supply method of molten iron. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 용철을 제조하는 단계에서, 상기 산소는 상기 용융가스화로에 설치된 풍구를 통하여 상기 용융가스화로에 공급되고, 상기 개질된 배가스를 상기 환원로에 공급하는 단계에서, 상기 개질된 배가스는 상기 풍구를 통하여 상기 용융가스화로에 공급되고, 상기 개질된 배가스는 상기 용융가스화로를 거쳐서 상기 환원로에 공급되는 용철제조방법.In the manufacturing of the molten iron, the oxygen is supplied to the molten gasifier through the tuyere installed in the molten gasifier, and in the step of supplying the reformed exhaust gas to the reducing furnace, the reformed exhaust gas is the And the reformed exhaust gas is supplied to the reduction furnace through the melt gasifier and supplied to the melting furnace.
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