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.
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.
PSA, WGSR, Gas, Reform
Description
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
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
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
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
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-
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
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
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
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
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
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
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).
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
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
WGSR(70)은 배가스에 수분을 첨가하여 이산화탄소와 수소를 생성한다. WGSR(70)은 타르제거장치(53)의 후단에 위치하여 타르가 제거된 배가스를 공급받는다.The
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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-
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.
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