KR101153358B1 - 이산화탄소 발생량을 저감하는 용철 제조 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 용철을 생산하고 부생가스를 발생시키는 용철 제조로, 코크스를 생산하고 COG를 발생시키는 코크스로, 상기 부생가스와 상기 COG를 혼합하여 혼합가스를 발생시키는 가스 혼합 장치, 상기 혼합가스를 개질하여 환원가스를 발생시키는 혼합가스 개질 장치 및 상기 환원가스를 공급받아 철광석을 환원하는 철광석 환원 장치를 포함하는 용철 제조 장치를 제공한다.

Description

이산화탄소 발생량을 저감하는 용철 제조 장치{Apparatus for manufacturing molten irons that is capable of reducing carbon dioxide emissions}
본 발명은 용철 제조 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 용철 제조 공정에서 이산화탄소 발생량을 줄이고 수소, 액체연료 및 전기 에너지를 생산할 수 있는 용철 제조 장치에 관한 것이다.
용철 제조 공정에서 발생하는 부생가스를 그대로 대기 중으로 방출하면 환경에 유해할 뿐 아니라 재활용할 수 있는 성분을 폐기하는 것으로서 자원 및 에너지 효율 측면에서도 바람직하지 않다.
또한 부생가스에 포함된 이산화탄소는 기후 변화의 원인으로 지목되고 있으며 이를 회수하여 재활용할 필요가 있다.
본 발명은 제철 공정에서 발생한 이산화탄소를 재활용하여 용철 제조 공정에서 이산화탄소 발생량을 줄이는 용철 제조 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 용철 제조 공정에서 액체연료 및 전기 에너지를 생산할 수 있는 용철 제조 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 용철 제조 장치는, 용철을 생산하고 부생가스를 발생시키는 용철 제조로, 코크스를 생산하고 COG를 발생시키는 코크스로, 상기 부생가스와 상기 COG를 혼합하여 혼합가스를 발생시키는 가스 혼합 장치, 상기 혼합가스를 개질하여 환원가스를 발생시키는 혼합가스 개질 장치 및 상기 환원가스를 공급받아 철광석을 환원하는 철광석 환원 장치를 포함할 수 있다.
또한, 상기 용철 제조 장치는 부생가스 정제 설비를 더 포함하고, 상기 부생가스 정제 설비는 상기 제철 부생가스 중 유해 성분을 정제한 후 상기 제철 부생가스를 상기 가스 혼합 장치에 공급할 수 있다. 상기 부생가스 정제 설비는 사이클론, 필터 및 스크러버 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 부생가스 정제 설비는 열 교환 장치를 더 포함할 수 있다.
상기 용철 제조 장치는 COG 정제 설비를 더 포함하고, 상기 COG 정제 설비는 상기 COG 중 유해 성분을 정제한 후 상기 COG를 상기 가스 혼합 장치에 공급할 수 있다. 상기 COG 정제 설비는 사이클론, 필터, 스크러버 및 불순물 정제 반응기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 COG 정제 설비는 열 교환 장치를 더 포함할 수 있다.
상기 용철 제조 장치는 타르 개질 반응기를 더 포함하고, 상기 타르 개질 반응기는 상기 COG 정제 설비에 연결되고, 정제되기 전 COG에서 분리된 타르를 개질할 수 있다.
상기 용철 제조 장치는 열교환기를 더 포함하고, 상기 열교환기는 용철 제조로에서 발생하는 열을 상기 혼합가스 개질 장치에 공급할 수 있다.
상기 용철 제조 장치는 혼합가스 정제 설비를 더 포함하고, 상기 혼합가스 정제 설비는 상기 가스 혼합 장치와 상기 혼합가스 개질 장치 사이에 구비되고 상기 혼합가스를 정제하여 상기 혼합가스 개질 장치에 공급할 수 있다.
상기 용철 제조 장치는 제1 열교환기를 더 포함하고, 상기 제1 열교환기는 용철 제조로에서 발생하는 열을 상기 혼합가스 개질 장치에 공급할 수 있다.
상기 용철 제조 장치는 수소 분리 장치 및 이산화탄소 재생 장치를 더 포함하고, 상기 수소 분리 장치는 상기 혼합가스 개질 장치에 연결되어 상기 환원가스에서 수소를 분리하며, 상기 이산화탄소 재생 장치는 상기 수소 분리 장치에서 공급받은 수소를 이산화탄소와 반응시킬 수 있다. 또한, 상기 용철 제조 장치는 물 분리 장치를 더 포함하고, 상기 물 분리 장치는, 상기 이산화탄소 재생 장치에 연결되며, 상기 이산화탄소 재생 장치에서 발생한 물을 분리 및 제거할 수 있다.
상기 용철 제조 장치는 액체연료 생성 장치를 더 포함하고, 상기 액체연료 생성 장치는, 상기 혼합가스 개질 장치 장치에 연결되며, 상기 혼합가스 개질 장치로부터 환원가스를 공급받아 액체연료를 생성할 수 있다. 한편, 상기 액체연료 생성 장치에서 생성되는 액체연료는 메탄올, 디메틸에테르 및 하이드로 카본 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 액체연료 생성 장치는 슬러리 반응기일 수 있다.
또한, 상기 용철 제조 장치는 제2 열교환기를 더 포함하고, 상기 제2 열교환기는 상기 액체연료 생성 장치에서 발생하는 열을 상기 혼합가스 개질 장치에 공급할 수 있다.
상기 용철 제조 장치는 압축기를 더 포함하고, 상기 압축기는, 상기 혼합가스 개질 장치와 상기 액체연료 생성 장치 사이에는 구비될 수 있다.
상기 용철 제조 장치는 발전 장치를 더 포함하고, 상기 발전 장치는 상기 액체연료 생성 장치에 연결되며 상기 액체연료 생성 장치로부터 가스를 공급받아 전기 에너지를 생산할 수 있다. 상기 발전 장치는 터빈일 수 있다.
한편, 상기 가스 혼합 장치에서 발생되는 혼합가스는 수소(H2)와 일산화탄소(CO)를 포함하고, 상기 수소와 상기 일산화탄소의 몰 비율이 0.5 이상 2.0 이하일 수 있다. 또한, 상기 혼합가스는 이산화탄소(CO2)와 메탄(CH4)을 더 포함하고, 상기 이산화탄소와 상기 메탄의 몰 비율이 0.7 이상 4.0 이하일 수 있다.
상기 용철 제조 장치는 수소 분리 장치 및 이산화탄소 재생 장치를 더 포함하고, 상기 수소 분리 장치는 상기 COG 정제 설비에 연결되어 COG에서 수소를 분리하며, 상기 이산화탄소 재생 장치는 상기 수소 분리 장치에서 공급받은 수소를 이산화탄소와 반응시킬 수 있다. 또한, 상기 용철 제조 장치는 물 분리 장치를 더 포함하고, 상기 물 분리 장치는, 상기 이산화탄소 재생 장치에 연결되며, 상기 이산화탄소 재생 장치에서 발생한 물을 분리 및 제거할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 용철 제조 장치는, 철광석을 환원하여 환원철을 제조하는 제1 철광석 환원 장치, 상기 환원철을 공급받아 용철을 생산하고 부생가스를 발생시키는 용철 제조로, 코크스를 생산하고 COG를 발생시키는 코크스로, 상기 부생가스와 상기 COG를 혼합하여 혼합가스를 발생시키는 가스 혼합 장치, 상기 혼합가스를 개질하여 환원가스를 발생시키는 혼합가스 개질 장치 및 상기 환원가스를 공급받아 철광석을 환원하는 제2 철광석 환원 장치를 포함할 수 있다.
상기 용철 제조 장치는 부생가스 정제 설비를 더 포함하고, 상기 부생가스 정제 설비는 상기 제철 부생가스 중 유해 성분을 정제한 후 상기 제철 부생가스를 상기 가스 혼합 장치에 공급할 수 있다.
상기 용철 제조 장치는 COG 정제 설비를 더 포함하고, 상기 COG 정제 설비는 상기 COG 중 유해 성분을 정제한 후 상기 COG를 상기 가스 혼합 장치에 공급할 수 있다.
상기 용철 제조 장치는 상기 혼합가스 개질 장치와 상기 제2 철광석 환원 장치 사이에 가스 분배 장치를 구비하고, 상기 가스 분배 장치는 상기 혼합가스 개질 장치에서 발생한 환원가스 중 일부를 상기 제2 철광석 환원 장치에 공급하고 나머지를 상기 제1 철광석 환원 장치에 공급할 수 있다.
한편, 상기 제1 철광석 환원 장치 또는 상기 제2 철광석 환원 장치는 유동 환원로일 수 있다.
본 발명에 의하면, 용철 제조 공정에서 이산화탄소 발생량을 줄이는 한편 발생한 이산화탄소를 재활용할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 용철 제조 공정에서 수소, 액체연료 및 전기 에너지를 생산할 수 있다.
도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 용철 제조 장치를 나타내는 개략도이다.
도2은 본 발명의 제2실시예에 따른 용철 제조 장치를 나타내는 개략도이다.
도3은 본 발명의 제3실시예에 따른 용철 제조 장치를 나타내는 개략도이다.
도4은 본 발명의 제4실시예에 따른 용철 제조 장치를 나타내는 개략도이다.
도5은 본 발명의 제5실시예에 따른 용철 제조 장치를 나타내는 개략도이다.
도6은 본 발명의 제6실시예에 따른 용철 제조 장치를 나타내는 개략도이다.
도7은 본 발명의 제7실시예에 따른 용철 제조 장치를 나타내는 개략도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서, 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 명세서 전체에서 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용철 제조 장치를 나타내는 개략도이다.
도1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 용철 제조 장치는 용철 제조로(110), 코크스로(120), 가스 혼합 장치(130), 혼합가스 개질 장치(140), 철광석 환원 장치(150), 부생가스 정제 설비(160), COG 정제 설비(170), 제1 열교환기(180), 수증기 분리 장치(190) 및 발전장치(195)를 포함한다.
용철 제조로(110)는 철 함유 원료와 탄소 함유 원료를 사용하여 용철 및 슬래그를 생산하고 부생가스를 발생시키는 장치다. 철 함유 원료는 철광석이고 탄소 함유 원료는 석탄일 수 있다.
용철 제조로(110)에서 철 함유 원료 환원 반응은 주로 일산화탄소(CO)와 수소(H2)에 의해 이루어지며 아래 화학식(1)과 (2)로 각각 나타난다.
Figure 112010003279062-pat00001
(1)
Figure 112010003279062-pat00002
(2)
부생가스는 350℃ 이상 고온에서 H2/CO 몰 비율이 0.5 이상일 수 있다.
부생가스는 부생가스 정제 설비(160)를 거쳐 가스 혼합 장치(130)에 공급된다. 부생가스 정제 설비(160)는 용철 제조로(110)와 가스 혼합 장치(130) 사이에 구비되는데, 부생가스에 포함된 미립자 분진, 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx), 수은 등 유해 성분을 제거하는 장치다. 부생가스 정제설비(160)는 사이클론, 필터나 스크러버(scrubber) 등을 구비하여 유해성분을 제거한다. 한편, 부생가스 정제 설비(160)는 부생가스의 열 효율을 유지하기 위해 열 교환 장치(미도시) 등을 포함할 수도 있다. 열 교환 장치는 고온인 부생가스에서 열을 회수하고, 정제된 부생가스가 가스 혼합 장치(130)에 공급되기 전에, 정제된 부생가스에 다시 열을 공급한다. 정제된 부생가스가 고온 상태로 가스 혼합 장치(130)에 유입하므로 가스 혼합 장치(130)에 추가 공급해야 할 열량이 줄어든다. 결국, 용철 제조 장치 전체의 열 효율이 향상되고 이산화탄소 발생량이 줄어들 수 있다. 열 교환 장치는 사이클론, 필터나 스크러버 등과 결합된 형태로 존재할 수도 있다.
코크스로(120)는 코크스를 생산하고 800℃ 이상의 COG(Coke oven gas, 코크스 오븐 가스)를 발생시킨다. 코크스는 용철 제조로(110)의 열원과 환원제로 사용될 수 있다. COG는 대부분 수소(58%), 메탄(26%), 일산화탄소(6%)로 이루어져 있다. COG는 제철 공정의 열원으로 사용될 수도 있고 환원가스, 수소, 메탄올 또는 환원철(Direct Reduced Iron) 제조에 사용될 수도 있다.
COG는 COG 정제 설비(170)를 거쳐 가스 혼합 장치(130)에 공급된다. COG 정제 설비(170)는 코크스로(120)와 가스 혼합 장치(130) 사이에 구비되는데, COG에 포함된 미립자 분진, 황 화합물(H2S), 암모니아(NH3), BTX, 수은 등 유해 성분을 제거하는 장치다. 정제된 COG에서 수소를 생산할 수 있으며, COG 성분은 후 공정에 연속적으로 사용될 수 있다. COG 정제 설비(170)는 사이클론, 필터, 스크러버(scrubber)나 불순물 정제 반응기 등을 구비하여 유해성분을 제거한다. 한편, COG 정제 설비(170)는 부생가스의 열 효율을 유지하기 위해 열 교환 장치(미도시) 등을 포함할 수도 있다. 이 경우 열 교환 장치는 고온인 COG에서 열을 회수하고, 정제된 COG가 가스 혼합 장치(130)에 공급되기 전에, 정제된 COG에 다시 열을 공급한다. 열 교환 장치는 사이클론, 필터나 스크러버 등과 결합된 상태로 존재할 수도 있다.
가스 혼합 장치(130)는 부생가스와 COG 성분을 혼합하여 혼합가스를 발생시키는 장치다. 혼합가스는 수소(H2), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2)와 메탄(CH4)을 포함한다. 수소와 일산화탄소의 몰 비율은 0.5 이상 2.0 이하일 수 있고, 이산화탄소와 메탄의 몰 비율은 0.7 이상 4.0 이하일 수 있다.
혼합가스는 수증기(H2O)와 질소(N2)를 포함할 수도 있다. 혼합 가스에서 O/C 몰 비율은 1.0이상일 수 있다. 이 비율은 부생가스 중 과량의 이산화탄소 또는 제철 공정에서 회수된 여분의 이산화탄소를 투입하여 조절할 수 있다. 이 비율은 부생가스 중 수증기 또는 여분의 수증기를 투입하여 조절할 수도 있다.
혼합가스 개질 장치(140)는 혼합가스를 개질하여 환원가스를 발생시키는 장치다. 발생한 환원가스는 수소 및 일산화탄소를 포함한다. 즉, 혼합가스 개질 장치(140)는 주로 메탄(CH4)과 이산화탄소(CO2)를 반응시켜 수소(H2)와 일산화탄소(CO)를 발생시키는 장치이며, 개질 반응은 아래 화학식(3) 내지 (6)으로 나타난다.
Figure 112010003279062-pat00003
(3)
Figure 112010003279062-pat00004
(4)
Figure 112010003279062-pat00005
(5)
Figure 112010003279062-pat00006
(6)
혼합가스 개질 장치(140)로 유동층 반응기를 사용할 수 있다. 유동층 반응기를 사용하면, 탄소 침적에 의한 촉매 비활성화를 방지할 수 있으며 생성되는 수소와 일산화탄소의 수율을 향상시킬 수도 있다.
용철 제조로(110)와 혼합가스 개질 장치(140) 사이에 제1 열교환기(180)를 구비할 수 있다. 제1 열교환기(180)는 용철 제조로(110)에서 발생하는 열을 혼합가스 개질 장치(120)에 공급한다.
철광석 환원 장치(150)는 혼합가스 개질 장치(140)로부터 환원가스를 공급받아 철광석을 환원하여 환원철을 생산하는 장치이다. 즉, 철광석 환원 장치(150) 내에서 환원가스가 환원제로 작용한다.
철광석 환원 장치(150)에 공급되는 철광석은 용철 제조로(110)에 공급되는 철광석보다 평균 입도가 작을 수 있다. 예를 들면, 평균 입도가 1㎜ 이하인 미분철광석 또는 극미분철광석을 철광석 환원 장치(150)에 공급할 수 있다.
철광석 환원 장치(150)는 온도 700℃ 이상, 압력 1 bar 이상에서 작동할 수 있는 유동층 반응기일 수 있다. 예를 들면, 유동층 반응기는 버블링(bubbling), 난류(turbulent) 또는 라이저(riser) 형태일 수 있다. 극미분철광석이 하강하고 환원용 합성가스가 상승하는 역류(counter current)형 또는 스프레이(spray)형 유동층 반응기도 사용될 수 있다.
반응기 여러 개를 병렬 또는 직렬로 연결하여 철광석의 체류 시간을 연장함으로써 환원철의 철 함량을 조절하거나 환원철의 환원율을 높일 수도 있다.
철광석 환원 장치(150)에서 생성된 환원철은 전로, 고로, 특히 전기로에 투입되어 철강 공정에서 이산화탄소를 줄이는 데 기여할 수 있다.
철광석 환원 장치(150)에는 수증기 분리 장치(190)가 연결될 수 있다. 수증기 분리 장치(190)는 철광석 환원 과정에서 발생한 수증기를 분리 및 제거하며, 열도 회수할 수 있다.
발전 장치(195)는 수증기 분리 장치(190)에 연결되어 수증기 및 혼합가스를 공급받아서 전기 에너지를 생산한다. 생산된 전기 에너지는 용철 제조 장치를 구성하는 각 장치에 공급될 수 있다. 발전 장치(195)는 터빈일 수 있다.
도2는 본 발명의 제2실시예에 따른 용철 제조 장치를 나타내는 개략도이다.
도2를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 용철 제조 장치의 기본 구성 요소는 제1실시예와 동일하나 타르 개질 반응기(210)를 추가로 구비하였다.
타르 개질 반응기(210)는 COG 정제 과정에서 발생하는 타르를 개질하는 장치이다. 타르 개질 반응기(210)는 COG 정제 설비(170)와 함께 설치된다. 타르 개질 반응기(210)에서 타르가 개질되므로 COG는 이산화탄소와 수소의 함량이 증가된 상태로 가스 혼합 장치(130)로 유입될 수 있다.
도3은 본 발명의 제3실시예에 따른 용철 제조 장치를 나타내는 개략도이다.
도3을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 용철 제조 장치의 기본 구성 요소는 제1실시예와 유사하나 부생가스와 COG가 가스 혼합 장치(130)에 함께 유입한 후 혼합가스 정제 설비(310)을 거쳐 가스 혼합 장치(140)에 유입한다.
혼합가스 정제 설비(310)는 부생가스와 COG가 혼합된 혼합가스에서 고체 입자를 분리한다. 고체 입자는 주로 철광석, 석탄 잔류물로서 COG에서 나온 타르 잔류물과 함께 분리된다. 이렇게 분리된 고체 입자 및 타르 잔류물은 고온에서 브리켓이나 펠릿으로 만들어져 고로, 전로 또는 전기로에 투입될 수 있다.
도4는 본 발명의 제4실시예에 따른 용철 제조 장치를 나타내는 개략도이다.
도4를 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 용철 제조 장치의 기본 구성 요소는 제3실시예와 유사하나 수소 분리 장치(410), 이산화탄소 재생 장치(420) 및 물 분리 장치(430)를 추가로 구비하였다.
수소 분리 장치(410)는 혼합가스 개질 장치(140)에서 발생한 환원가스 중 수소를 분리하여 이산화탄소 재생 장치(420)에 공급한다.
이산화탄소 재생 장치(420)는 수소 분리 장치(410)에서 공급된 수소를 이산화탄소와 반응시켜 일산화탄소와 수증기를 발생시킨다. 반응식은 아래 화학식(7)로 나타난다.
Figure 112010003279062-pat00007
(7)
물 분리 장치(430)는 이산화탄소 재생 장치(420)에서 발생한 수증기를 분리 및 제거하는 장치이다. 결국, 일산화탄소가 환원가스에 더해져서 철광석 환원 장치(150)에 공급되므로 환원제비를 감축할 수 있다.
도5는 본 발명의 제5실시예에 따른 용철 제조 장치를 나타내는 개략도이다.
도5를 참조하면, 본 발명의 제5실시예에 따른 용철 제조 장치의 기본 구성 요소는 제3실시예와 유사하나 액체연료 생성 장치(510)를 추가로 구비하였다.
액체연료 생성 장치(510)는 철광석 환원 장치(130)에 연결되어 혼합가스를 공급받아서 액체연료를 생성한다. 철광석 환원 장치(150)에서 발생한 혼합가스 중 수증기는 수증기 분리 장치(190)에서 분리 및 제거되고, 나머지 가스가 액체연료 생성 장치(510)에 공급된다. 나머지 가스가 액체연료 생성 장치(510)에 공급되기 전에 압축기(520)에서 압축될 수도 있다.
생성되는 액체연료는 메탄올이나 디메틸에테르, 하이드로 카본 등일 수 있다.
메탄올은 일산화탄소(CO)의 수소화(hydrogenation) 반응, 이산화탄소(CO2)의 수소화 반응 및 수성가스 이동반응(water gas shift reaction)에 의해 생성된다. 각 반응은 아래 화학식(8) 내지 (10)로 표현된다.
Figure 112010003279062-pat00008
(8)
Figure 112010003279062-pat00009
(9)
Figure 112010003279062-pat00010
(10)
디메틸에테르는 메탄올에 의해 생성될 수 있으며 아래 화학식(11)로 표현된다.
Figure 112010003279062-pat00011
(11)
액체연료 생성장치(510)로는 유동층 반응기의 하나인 슬러리 반응기를 사용함으로써 탄소 침적(carbon deposition)에 의한 촉매 비활성화를 방지할 수 있다.
슬러리 반응기는 촉매인 금속 고체상, 탄화수소의 액체상 왁스(High molecular weight liquid)와 이산화탄소, 일산화탄소 및 수소를 포함하는 부생가스로 이루어지며, 부생가스는 촉매와 반응하여 메탄올 등 액체연료를 생성한다.
탄화수소의 액체상 왁스는 열과 물질을 전달하는 매개체이며 발열반응에 의해 발생한 열을 회수할 수 있도록 제2 열교환기(530)가 설치될 수 있다. 제2열교환기(530)는 액체연료 생성 장치(510)에서 발생하는 열을 회수하는 한편 혼합가스 개질 장치(140)에 공급되는 혼합가스에 열을 전달하는 장치이다. 제2열교환기(530)의 작동에 의해 열효율이 높아질 수 있다.
한편, 액체연료 생성장치(510)의 구조는 슬러리 반응기로 한정되는 것은 아니며, 부생가스와 촉매층으로 이루어진 고정층 반응기도 사용될 수 있다.
액체연료 생성 장치(510)에서 생성된 메탄올 등 액체연료와 물은 액체연료/물 분리기(540)에서 서로 분리되고, 발생한 혼합가스는 발전 장치(195)에 공급된다.
도6은 본 발명의 제6실시예에 따른 용철 제조 장치를 나타내는 개략도이다.
본 발명의 제6실시예에 따른 용철 제조 장치의 구성 요소 중 제1실시예와 동일하거나 유사한 것에 관한 설명은 생략한다.
제1 철광석 환원 장치(610)는 철광석을 환원하여 환원철을 제조하는 장치이다. 용철 제조로(620)는 환원철을 공급받아 용철을 생산한다.
가스 분배 장치(630)는 혼합가스 개질 장치(140)에서 발생한 환원가스 중 일부를 제1 철광석 환원 장치(610)에 공급하고 나머지를 제2 철광석 환원 장치(640)에 공급한다. 제1 철광석 환원 장치(610) 또는 제2 철광석 환원 장치(640)는 유동 환원로일 수 있다.
도7은 본 발명의 제7실시예에 따른 용철 제조 장치를 나타내는 개략도이다.
본 발명의 제7실시예에 따른 용철 제조 장치의 구성 요소 중 제1 및 제4실시예와 동일하거나 유사한 것에 관한 설명은 생략한다.
수소 분리 장치(710)는 COG 정제 설비(170)에서 정제된 COG에서 수소를 분리한다. 분리된 수소는 이산화탄소 재생 장치(420)에 공급된다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims (29)

  1. 용철을 생산하고 부생가스를 발생시키는 용철 제조로,
    코크스를 생산하고 COG를 발생시키는 코크스로,
    상기 부생가스와 상기 COG를 혼합하여 개질 혼합 원료가스를 발생시키는 가스 혼합 원료장치,
    상기 혼합가스를 개질하여 환원가스를 발생시키는 혼합가스 개질 장치 및
    상기 환원가스를 공급받아 철광석을 환원하는 철광석 환원 장치
    를 포함하는 용철 제조 장치.
  2. 제1항에서,
    부생가스 정제 설비를 더 포함하고,
    상기 부생가스 정제 설비는 상기 제철 부생가스 중 유해 성분을 정제한 후 상기 제철 부생가스를 상기 가스 혼합 장치에 공급하는 용철 제조 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 부생가스 정제 설비는 사이클론, 필터 및 스크러버 중 적어도 하나를 포함하는 용철 제조 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 부생가스 정제 설비는 열 교환 장치를 더 포함하는 용철 제조 장치.
  5. 제1항에서,
    COG 정제 설비를 더 포함하고,
    상기 COG 정제 설비는 상기 COG 중 유해 성분을 정제한 후 상기 COG를 상기 가스 혼합 장치에 공급하는 용철 제조 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 COG 정제 설비는 사이클론, 필터, 스크러버 및 불순물 정제 반응기 중 적어도 하나를 포함하는 용철 제조 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 COG 정제 설비는 열 교환 장치를 더 포함하는 용철 제조 장치.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에서,
    타르 개질 반응기를 더 포함하고,
    상기 타르 개질 반응기는 상기 COG 정제 설비에 연결되고, 정제되기 전 COG에서 분리된 타르를 개질하는 용철 제조 장치.
  9. 제1항에서,
    열교환기를 더 포함하고,
    상기 열교환기는 용철 제조로에서 발생하는 열을 상기 혼합가스 개질 장치에 공급하는 용철 제조 장치.
  10. 제1항에서,
    혼합가스 정제 설비를 더 포함하고,
    상기 혼합가스 정제 설비는 상기 가스 혼합 장치와 상기 혼합가스 개질 장치 사이에 구비되고 상기 혼합가스를 정제하여 상기 혼합가스 개질 장치에 공급하는 용철 제조 장치.
  11. 제10항에서,
    제1 열교환기를 더 포함하고,
    상기 제1 열교환기는 용철 제조로에서 발생하는 열을 상기 혼합가스 개질 장치에 공급하는 용철 제조 장치.
  12. 제11항에서,
    수소 분리 장치 및 이산화탄소 재생 장치를 더 포함하고,
    상기 수소 분리 장치는 상기 혼합가스 개질 장치에 연결되어 상기 환원가스에서 수소를 분리하며,
    상기 이산화탄소 재생 장치는 상기 수소 분리 장치에서 공급받은 수소를 이산화탄소와 반응시키는 용철 제조 장치.
  13. 제12항에서,
    물 분리 장치를 더 포함하고,
    상기 물 분리 장치는, 상기 이산화탄소 재생 장치에 연결되며, 상기 이산화탄소 재생 장치에서 발생한 물을 분리 및 제거하는 용철 제조 장치.
  14. 제11항에서,
    액체연료 생성 장치를 더 포함하고,
    상기 액체연료 생성 장치는, 상기 혼합가스 개질 장치 장치에 연결되며, 상기 혼합가스 개질 장치로부터 환원가스를 공급받아 액체연료를 생성하는 용철 제조 장치.
  15. 제14항에서,
    상기 액체연료 생성 장치에서 생성되는 액체연료는 메탄올, 디메틸에테르 및 하이드로 카본 중 적어도 하나를 포함하는 용철 제조 장치.
  16. 제14항에서,
    상기 액체연료 생성 장치는 슬러리 반응기인 용철 제조 장치.
  17. 제14항에서,
    제2 열교환기를 더 포함하고,
    상기 제2 열교환기는 상기 액체연료 생성 장치에서 발생하는 열을 상기 혼합가스 개질 장치에 공급하는 용철 제조 장치.
  18. 제14항에서,
    압축기를 더 포함하고,
    상기 압축기는, 상기 혼합가스 개질 장치와 상기 액체연료 생성 장치 사이에는 구비되는 용철 제조 장치.
  19. 제14항에서,
    발전 장치를 더 포함하고,
    상기 발전 장치는 상기 액체연료 생성 장치에 연결되며 상기 액체연료 생성 장치로부터 가스를 공급받아 전기 에너지를 생산하는 용철 제조 장치.
  20. 제19항에서,
    상기 발전 장치는 터빈인 용철 제조 장치.
  21. 제1항에서,
    상기 가스 혼합 장치에서 발생되는 혼합가스는 수소(H2)와 일산화탄소(CO)를 포함하고,
    상기 수소와 상기 일산화탄소의 몰 비율이 0.5 이상 2.0 이하인 용철 제조 장치.
  22. 제21항에서,
    상기 혼합가스는 이산화탄소(CO2)와 메탄(CH4)을 더 포함하고,
    상기 이산화탄소와 상기 메탄의 몰 비율이 0.7 이상 4.0 이하인 용철 제조 장치.
  23. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에서,
    수소 분리 장치 및 이산화탄소 재생 장치를 더 포함하고,
    상기 수소 분리 장치는 상기 COG 정제 설비에 연결되어 COG에서 수소를 분리하며,
    상기 이산화탄소 재생 장치는 상기 수소 분리 장치에서 공급받은 수소를 이산화탄소와 반응시키는 용철 제조 장치.
  24. 제23항에서,
    물 분리 장치를 더 포함하고,
    상기 물 분리 장치는, 상기 이산화탄소 재생 장치에 연결되며, 상기 이산화탄소 재생 장치에서 발생한 물을 분리 및 제거하는 용철 제조 장치.
  25. 철광석을 환원하여 환원철을 제조하는 제1 철광석 환원 장치,
    상기 환원철을 공급받아 용철을 생산하고 부생가스를 발생시키는 용철 제조로,
    코크스를 생산하고 COG를 발생시키는 코크스로,
    상기 부생가스와 상기 COG를 혼합하여 개질 혼합 가스 원료를 발생시키는 가스 혼합 원료장치,
    상기 혼합가스를 개질하여 환원가스를 발생시키는 혼합가스 개질 장치 및
    상기 환원가스를 공급받아 철광석을 환원하는 제2 철광석 환원 장치
    를 포함하는 용철 제조 장치.
  26. 제25항에서,
    부생가스 정제 설비를 더 포함하고,
    상기 부생가스 정제 설비는 상기 제철 부생가스 중 유해 성분을 정제한 후 상기 제철 부생가스를 상기 가스 혼합 장치에 공급하는 용철 제조 장치.
  27. 제25항에서,
    COG 정제 설비를 더 포함하고,
    상기 COG 정제 설비는 상기 COG 중 유해 성분을 정제한 후 상기 COG를 상기 가스 혼합 장치에 공급하는 용철 제조 장치.
  28. 제25항에서,
    상기 혼합가스 개질 장치와 상기 제2 철광석 환원 장치 사이에 가스 분배 장치를 구비하고,
    상기 가스 분배 장치는 상기 혼합가스 개질 장치에서 발생한 환원가스 중 일부를 상기 제2 철광석 환원 장치에 공급하고 나머지를 상기 제1 철광석 환원 장치에 공급하는 용철 제조 장치.
  29. 제25항 내지 제28항 중 어느 한 항에서,
    상기 제1 철광석 환원 장치 또는 상기 제2 철광석 환원 장치는 유동 환원로인 용철 제조 장치.
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