KR101250702B1 - 금속제조에서의 광석 및/또는 다른 금속함유 물질의소결처리에 의해 생성된 배기가스 정화방법 - Google Patents

금속제조에서의 광석 및/또는 다른 금속함유 물질의소결처리에 의해 생성된 배기가스 정화방법 Download PDF

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Abstract

고체 금속 또는 다른 금속-함유 재료와 조합될 수 있는 혼합 광석으로 이루어지는 금속제조에서의 광석 소결공정 및 증류공정에 의한 소결 배기가스를 정화시키기 위한 방법에 있어서, 촉매를 사용하여 NOx가 제거되고 또한 다른 유해성분, 특히 SO2가 대량으로 제거되며, 소결 배기가스는 선택적으로 예비정화 스테이지 후에, 유동층 반응기 시스템에서의 단일 유동층내의 하나 이상의 흡착 및/또는 흡수제에 의해 적어도 2단계로 상기 소결 배기가스로부터 유해성분이 제거되고, 가스상 성분 SO2, HCl, 승화성 또는 응축성 잔류물, 중탄화수소 및 중금속 및 선택적으로 칼륨 및/또는 나트륨 화합물 중의 적어도 하나는 흡수식 또는 흡착식으로 결합되며, 미립자 성분은 유동 입력 영역 및 선택적으로 유동층의 인접한 하부층에서 접착에 의해 트랩되며, 실질적인 질소 및 다이옥신과 푸란과 같은 가스상 성분의 선택적인 흡착 또는 흡수 제거는 유동 입력 영역에 인접한 층 영역과 유동층내의 인접한 하부 층에서 실시되는 것을 특징으로 한다.

Description

금속제조에서의 광석 및/또는 다른 금속함유 물질의 소결처리에 의해 생성된 배기가스 정화방법{METHOD FOR CLEANING EXHAUST GASES PRODUCED BY A SINTERING PROCESS FOR ORES AND/OR OTHER METAL-CONTAINING MATERIALS IN METAL PRODUCTION}
본 발명은 금속제조에서의 광석 소결처리에 의해 생성된 배기가스 정화방법에 관한 것으로, 특히 광석 재료가 적어도 부분적으로 고체 연료와 함께 공급원료의 소결을 거치고 고체 재료의 적어도 부분적인 연소와 저온 열분해 공정이 일어나는 금속 제조 공정 중에서 소결 배기가스가 광석에서 발생되는 것을 특징으로 하는 소결 배기가스 정화방법에 관한 것이다.
광석 재료가 소결될 때, 미립자 형상의 탄소함유 고체와 혼합되어 방출 단부로의 이송시에 소결 벨트(sintering belt)상에 피착되며, 소결 벨트 상에서 전진되는 동안 고체 재료의 적어도 일부가 연소된다. 선택적으로, 출발재료는 펠렛(pellet) 또는 성형탄(briquette)으로 형성된 후 소결된다. 연소공기가 공급된다. 소결 동안, 공급원료(feedstock)는 저온 열분해공정(pyrolysis process)을 거치며, 그의 적어도 일부는 공급원료를 대형 덩어리로 응집시키는 효과를 갖는 연소공정을 거치게 되는데, 이를 소결이라 한다. 연소공기가 첨가되는 연소 및 저온 열분해공정에서 공급원료에 의한 배기가스가 상당한 양으로 방출되며, 배기가스는 CO2 외에 경우에 따라 O2, H20 및/또는 N2와, 아주 다양한 유해성분을 함유한다. 특히, 이들은 산화질소(NOx), SO2, HCl, 다이옥신, 푸란(furan), 더스트 및 저온 열분해 공정으로부터의 승화성 또는 응축성 잔류물, 중탄화수소 및/또는 중금속을 포함한다.
대기오염 방지연구는 예를 들면 소결 벨트로부터의 배기가스가 강 제조공정에서 발생되는 전체 오염물질의 대부분을 차지하고 있다는 것을 밝히고 있다. 예를 들면, 철 및 강 제조공정에서의 대응 배출물내에 오염물질의 90%를 초과하는 분율의 다이옥신 및 푸란이 검출되었다. 배기가스의 엄청난 양이 소결 벨트 시스템에 의해 방출되기 때문에, 현재, 전체 강 제조비용을 더 증가시키지 않으면서 배기가스를 만족스럽게 정화시키는 것은 불가능하다. 특히, 소결 벨트 배기가스내 유해성분의 비율이 다르고, 공급원료에 따라 그들의 성분이 매우 다양하고, 그들의 다양한 반응차이 및 이용가능한 정화방법의 다양성으로 인해, 다수의 정화단계를 연속적으로 연결하는 것이 필요하다.
따라서, 예를 들면, 다이옥신을 감소시키기 위해 비말동반된 입자의 하류 필터링과 추가의 하류 촉매산화를 포함하는 비말동반 공정(entrainment process)이 제안되고 있다. 촉매는 촉매표면이 유기탄화수소의 피착에 의해 피복되는 공정에서 심하게 열화된다(Final report 50 441-5/217 "Reduction of dioxin emissions from sintering systems" commissioned by the German Federal Enviornmental Agency, December 2002). 소결 벨트 시스템에 대한 다른 배기가스 정화방법은 소결 배기가스를 비말동반 정화 스테이지에 이어, 비말동반 구름이 형성되도록 비말동반 스테이지에서 비교적 작은 입자크기의 분쇄된 고품질 활성탄소를 배기가스에 첨가하는 흡착 정화 스테이지에서 정화시키는 것이 효과적인 것으로 WO 01/17663호에 제안되어 있다. 미립자 입자 흡착매체는 소결 벨트 배기가스로부터 제거되는 유해성분의 일부와 비말동반 상(entrainment phase)에서 반응한다. 그러나, 비말동반 스테이지 후의 후속 반응 스테이지에 있어서, 연도 더스트(flue dust)는 섬유 필터 또는 전기필터상에 침전되지 않으며, 역류 유동층 반응기(counterflow moving bed reactor)의 입력측에 침전(precipitation)되어, 연도 더스트가 유동층 입자 재료의 입자, 즉 그의 표면 또는 틈새 부피(interstitial volume) 상에 침전된다. 그 후, 소결 벨트 가스는 예를 들면 활성탄소(activated carbon)로 이루어지는 역류 유동층 반응기의 입자층을 통과하여, 흡착에 의한 정화 전에 비말동반 상에서 예비정화되었다. 유동층 반응기의 상류에서 비말동반 정화공정은 제 2 입자 정화제의 사용을 필요로 하지만, 이것은 유동층내에서 촉매의 이롭지 못한 열화를 방지하지 못한다.
특히, 소결 배기가스로부터 NOx를 제거하는 것이 가장 중요한 경우 NOx가 촉매에 의해 배기가스로부터 제거되어야 하는 경우, 소결 가스내의 SO2와 HCl 가스 및 다른 오염물질은 NOx의 제거에 관한 한 "촉매 독(catalyst poison)"이기 때문에 SO2와 HCl과 같은 다른 오염성분은 특히 불편하다는 것이 입증되었다.
전술한 관점에 따라, 본 발명의 목적은 소결 배기가스, 특히 NOx 정화공정에서 다른 유해성분, 특히 SO2 및/또는 응축성 탄화수소의 촉매-열화 영향을 감소시키거나 또는 크게 제거하는 동시에 공정을 간단하게 하는 것이다. 청구항 1의 특징을 갖는 공정이 이 목적을 해결하기 위해 제안된다.
예를 들면 SO2를 수산화칼슘으로 어느 정도 제거하는 예비정화 스테이지는 배기가스내에 잔류하는 SO2 및/또는 HCl 잔류량이 NOx를 전환시키기 위해 사용되어야 하는 암모니아와 반응하고, 촉매가 활성탄소와 같은 탄소-함유 흡수매체 및/또는 흡착매체인 경우, NOx 촉매의 입자(grain)를 팽창(뻥뛰기)시키기 때문에 충분하지 않다는 것을 발견하였다. 이 영향은 황산암모늄 또는 염화암모늄의 결정이 다공성 촉매내에 형성되는 경우 발생한다. 공극 구조(pore system)내에 형성된 결정(crystal)은 팽창하여 촉매 구조를 파괴시킨다. 그 결과, 촉매가 소비될 뿐만 아니라 분해된다. 촉매 재료의 입자 크기를 감소시키는 것은 정화공정의 비용을 증가시키는 압력손실을 유도한다.
본 발명은 단일 유동층 반응기에서 2-스테이지 배기가스 정화공정을 실시하는 기본 개념에 기초하며, 제 1 스테이지는 입력 영역에서 실시되며, 제 2 정화 스테이지는 흡착매체 및/또는 흡수매체의 후속 층에서 실시된다. 놀랍게도, 배기가스가 바람직하게 역류 방향으로 작용하는 유동층 반응기 시스템의 유동 영역으로 도입될 때 배기가스가 상당한 농도의 SO2 및/또는 HCl을 함유하여도 소결 배기가스에 대한 단일 유동층에서의 2-스테이지 정화공정은 가능하다는 것을 알 수 있었다. 따라서, 미리 소결 배기가스로부터 SO2 및 HCl 거의 전부를 제거하기 위해 SO2 및 HCl에 대한 매우 복잡한 예비정화 스테이지를 실시할 필요가 없다. 반대로, 예비정화 스테이지에서 놓친 일부 SO2 및 HCl은 NOx에 대한 정화공정을 상당히 방해하거나 또는 촉매의 공격적인 영향에도 불구하고 사용된 촉매의 어떠한 부정적 영향 없이 유동층 반응기 시스템에서 제거된다. 상류 정화 스테이지의 영향에도 불구하고 유동층 반응기 시스템에 도달하고, 승화에 의해 결정으로써 침전된 소결 배기가스 내에 함유되고, 또한 촉매 독으로 고려될 수 있는 알칼리 화합물은 본 발명의 공정의 목적에 대해 무해하다는 것을 알 수 있다.
유동층(fluidised bed) 반응기 시스템이 역류 모드에서 작동된다면, 배기가스가 하부로부터 상부로 반응기를 통해 유동하면서 정화되는 동안 흡수매체 및/또는 흡착매체는 상부로부터 하부로 반응기를 통해 유동하는 것을 말하며, 제 1 정화 스테이지에 대해 요구된 층 깊이는 최적화될 수 있다. 특히, 제 1 정화 스테이지에서 제거되어야 하는 소결 배기가스내의 더스트의 양 및/또는 촉매 독의 양과 같은 보편화된 조건에 적합할 수 있다. 배기가스가 유동층의 유입 깊이(perfusion depth) 또는 부분적인 깊이를 통과할 때의 소결 배기가스내의 유입 압력 손실은 제 1 정화 스테이지의 층 두께를 제어하는데 사용되는 것이 바람직하다. 또한, 소망한다면 이 층 깊이를 일정하게 유지하는 것이 가능하다. 이 경우에 있어서, 흡착제 및/또는 흡수제의 이동 속도(moving rate)는 유동층 반응기 자체에 의해 증가 또는 감소된다. 압력 손실 수단에 의한 제어 대신에, 또한 촉매를 침식하는 성분에 의한 흡착제 및/또는 흡수제로의 손실에 따라 제어를 실시할 수 있다.
소결 배기가스를 예비정화시키기 위한 목적을 위해, 배기가스를 유동층 반응기 시스템으로 도입하기 전에, 백 필터(bag filter) 또는 전기 필터 및/또는 연도 가스 스크러버(scrubber)가 선택적으로 사용된다. 상기에 부가하여 또는 대신에, 배기가스를 반응기 시스템내에 도입하기 전에 배기가스로부터 SO2 및 HCl의 유해성분의 적어도 일부를 제거하기 위해 석회 더스트 및/또는 활성 탄소 더스트와 같은 미세하게 분쇄된 반응제 및/또는 흡착제가 비말동반 유동내의 소결 배기가스에 첨가될 수 있다. 바람직하게는, 예비정화된 소결 배기가스는 배기가스가 유동층 반응기 시스템내로 도입될 때 입방미터당 100 mg 미만, 특히 표준 입방미터당 5 mg 이하의 SO2 함량을 가진다.
본 발명의 목적에 대해, 용어 "흡착(adsorption)"은 하나 또는 그 이상의 성분(들)이 배기가스로부터 직접적으로 흡착되는 공정을 언급하는데 사용된다. 본 발명의 목적에 대해, 용어 "흡수(absorption)"는 정화되어야 하는 배기가스로부터 생겨나는 물질이 흡착되기 전에 화학반응을 거치게 것을 의미한다.
소결 배기가스의 조성에 따라, (도핑된 또는 도핑되지 않은) 활성탄소와 같은 흡착제 및/또는 흡수제, 또는 탄소-함유의, 도핑된 또는 도핑되지 않은 흡착제 및/또는 흡수제의 혼합물, 특히 석회와 같은 산성 오염물질용 시약(reagent)을 구비한 활성탄소가 바람직하다.
수착 공정(sorption process)은 사용되는 흡착제 및/또는 흡수제에 상관없이 다양한 작동 모드에서 실시될 수 있다.
단일 패스에 있어서, 개개의 입자층이 유동층 반응기를 통과하면, 반응기의 하단부에서의 증분식 인출에 의해 수착 공정에서 다시 사용되지 않는다. 증분식 보충(incremental replenishment)을 위해 미사용된 수착제(sorption agent)가 상부로부터 유동층 반응기에 첨가된다. 이 방법은 매우 작은 화학량론 인자 및/또는 정화되는 유체의 낮은 고체 하중, 특히 낮은 더스트 하중을 갖는 수착제에 대해 추천된다.
유체내의 고체 하중, 특히 더스트 하중이 비교적 크다면 및/또는 수착제의 화확량론 인자가 호의적으로 적다면, 수착제는 수착 반응기를 수회 통과할 수 있다. 그 후, 수착제는 각 패스 후의 재사용을 위해 처리될 수 있다. 이 처리는 다음과 같다.
- 예를 들면 왕복식 선별기, 침식 목적을 위한 동시 또는 후속 공기 정화(air elutriation) 선별, 수착제 입자에 결합된 더스트 및/또는 과소 입자 제거,
- 촉매 특성을 회복 또는 개선시키기 위한 재생 또는 도핑(dotation).
양쪽의 경우에 있어서(1회 또는 복수회 사용), 반응기내에서 수착제의 높은 전체 체류시간을 달성하는 것이 가능하며, 체류시간은 단일 패스 모드에서 특히 길며, 이는 수착제의 이동 속도가 도입부터 방출까지 비교적 저속인 것을 말한다. 일반적으로, 수착제는 정화되는 유체가 높은 고체 분율을 갖는다면 반응기를 통한 빠른 이동성을 가져야 한다.
하기 성분을 정화시키기 위한 수착제의 조성은 소결 벨트 시스템으로부터의 배기가스의 성질에 따른다:
1. 다이옥신/푸란, 더스트 또는
2. 다이옥신/푸란, SO2, HCl 및 더스트 또는
3. 다이옥신/푸란, SO2, HCl, 더스트 및 NOx
활성탄소는 다이옥신/푸란을 제거하는데 사용된다. 수산화칼슘은 SO2, HCl(산성 오염성분)을 제거하는데 사용된다. NOx의 제거 정도는 촉매 특성을 강화시키는 물질로 도핑시킴으로써 특히 개선된다.
탄소-함유의, 도핑되거나 도핑되지 않은 흡착제 및 도핑되거나 도핑되지 않은 흡수제 중 적어도 어느 하나, 특히 활성탄소 및 산성 오염성분용 시약은 층상 구성에 의해 유동층 반응기 내에서 실시될 수 있고, 또한 적어도 2개의 수착제의 혼합물로 이루어진 과립 형태의 입자상 수착제를 사용함으로써 실시될 수 있다. 이들 수착제 중의 하나는 바람직하게는 흡착제, 특히 노(爐) 코크스(갈탄으로부터 얻어짐) 또는 무연탄 코크스(무연탄으로부터 얻어짐)와 같은 탄소-함유제 또는 대응하는 활성 석탄 또는 코크스, 또는 점토 광물 또는 제올라이트와 같은 탄소를 함유하지 않는 흡착제이며, 적어도 다른 하나의 수착제는 화학 수착제이며, 바람직하게는 칼슘, 마그네슘, 칼륨 및/또는 나트륨, 특히 바람직하게는 수산화칼슘의 화합물을 함유한다. 바람직한 공급원료는 석회 또는 백운석으로부터 생겨나는 수화석회(hydrated lime)를 포함한다. 석회로부터 생겨나는 수화석회는 또한 CaCO3 및 CaO를 함유한다. 백운석으로부터 생겨나는 수화석회는 Mg, Na 및/또는 K 화합물 뿐만 아니라 Ca 화합물을 함유한다. 수착제의 기본 조성은 탄소-함유 흡수제/흡착제 및 수산화칼슘으로 이루어진다. 정화되는 배기가스내의 오염성분의 농도 및 정화된 가스로부터 제거되어야 하는 이들 물질의 각각의 정도에 따라, 활성 코크스 또는 활성 석탄의 더 큰 또는 더 적은 비율이 과립을 선택할 때 고려된다. 화학 수착제와 흡착제 사이에서의 과립 입자의 바람직한 혼합비율은 화학 수착제에 대해 65 내지 90 중량% 및 흡착제에 대해 35 내지 10 중량%이다. 어떤 경우에 있어서, 이들 제한은 화학 수착제에 대해 20 내지 95 중량% 및 흡착제에 대해 80 내지 5 중량%로 확장될 수 있다. 10 내지 65 중량% 흡착제 및 90 내지 35 중량% 화학 수착제를 사용하는 이점이 입증되었다.
필요에 따라, 요구된 제거 정도가 높으면 촉매 특성을 강화하는 적어도 하나의 물질이 도핑(doting)에 의해 이 기본 조성에 첨가될 수 있으며, 이에 의해 배기가스 정화공정이 개선된다. 도핑(charging)(도팅)은 오산화바나듐(vanadium pentoxide), 산화티타늄, 텅스텐 화합물 등으로 달성될 수 있다. 도핑은 활성탄소 또는 수산화칼슘 화합물에 개별적으로 실시될 수 있거나 또는 과립이 생성될 때(즉, 펠렛화) 도핑이 실시될 수 있다. 또한, 도핑은 촉매 물질을 함유하는 현탁액(suspension)에 의한 처리에 의해 과립이 제조된 후에 실시될 수 있다. 도핑 물질은 더스트로써 적용될 수 있으며, 이는 사용된 과립이 이들 더스트에 대해 우수한 결합 특성을 갖는 것이 실증되었기 때문이다. 이 도핑은 또한 배기가스가 유동층 반응기내에서 정화되기 전 및/또는 정화되는 동안 실시 및/또는 보충될 수 있다. 동일하게, 유동층의 촉매 특성을 제어하는 것이 적용된다. 이들 도핑 방법은 이들 방법이 다른 가스 처리공정에서 이롭게 실시될 수 있기 때문에 소결 공정에 관계없이 그 자체로 중요한 발명적 의의를 나타낸다.
본 발명에 따른 과립 혼합물은 놀랍고 양호한 기계적 강도를 가지며, 비교적 큰 다공성, 특히 전도성 공극 구조로 제조될 수 있으며, 수착공정이 입자 표면 뿐만 아니라 입자 내측에서 비교적 빠르게 완료될 수 있다. 따라서, 활성탄소와 같은 비교적 큰 비율의 탄소-함유 반응제 및/또는 오산화바나듐, 산화티타늄, 텅스텐 화합물 등과 같은 촉매 활성 물질이 함께 혼합될 수 있으며, 이에 의해 다이옥신, 푸란, 수은 및 다른 중금속 뿐만 아니라 NOx에 대해 높은 제거속도가 달성된다.
수착제의 성분으로서는, 황 화합물 및 염소 화합물과 용이하게 반응하기 때문에 수산화칼슘이 특히 유용하다는 것이 입증되었다. 사실, 입자의 강도는 수착공정 동안 실질적으로 증가하며, 예컨대 이산화탄소가 정화되는 유체내에 존재하면 탄산칼슘이 Ca(OH)2로부터 형성된다.
다수의 수착제 성분으로 이루어지는 본 발명에 따른 수착제는 제조성의 관점에서 특이 효과적이다는 것이 입증되었다. 과립 생성은 수산화칼슘 및 활성 탄소의 존재하에서 실행되면 특히 용이하다. 대체로, 수착제는 예컨대 1 내지 8 mm, 특히 바람직하게는 2 내지 6 mm의 과립에서 생성되는 형태로 사용될 수 있다.
많은 경우에 있어서, 본 발명에 따른 화학 수착 재료는 그들의 성질에 의해 충분한 다공성 표면을 이미 가지며, 50 ㎡/g 및 그 이상의 BET 표면영역이 바람직하다. 놀랍게도, 다공성은 쉽게 재생성 가능하다.
본 발명의 수착제의 특정한 이점은 완성된 과립의 기공 표면이 이 물질의 개개의 성분의 공극 표면에 대해 어느 정도 부가적으로 작용하는 것이다.
특정한 패킹 강도(packing strength)의 규격은 다양한 적용을 위한 중요한 선택 기준인 것이 입증되었다. 따라서, 물질의 강도는 개개의 입자가 아니라 입자의 규격된 패킹층으로 결정된다.
적어도 2개의 수착제의 혼합물로 이루어지는 과립은 개별적으로 이점을 줄 수 있으며, 이는 청구항 1에 따른 공정의 적용에 관계가 없는 것을 말하며, 그 자체만으로 중요한 발명적 특징을 갖는다.
전술한 문장에 인용되고, 청구항 및 실시예에 기술된 본 발명에 따라 사용된 성분은 그들의 크기, 구조, 재료 선택 또는 기술적 설계에 관한 어떠한 특정 자격에 제한되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지된 선택 기준이 제한없이 적용될 수 있다.
본 발명의 목적의 다른 세부사항, 특징 및 이점은 종속항 및 소결 벨트 배기가스를 정화하기 위한 공정의 예시적 실시예를 나타내는 조합된 도면 및 표의 기술로부터 명백할 것이다.
도면은 본 발명에 따른 공정의 선택적인 가능성을 실시하기 위한 3개의 블럭도를 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 공정의 선택적인 가능성을 실시하기 위한 블럭도,
도 2는 본 발명에 따른 공정의 선택적인 가능성을 실시하기 위한 다른 블럭도 및
도 3은 본 발명에 따른 공정의 선택적인 가능성을 실시하기 위한 또 다른 블럭도를 도시한다.
도 1의 실시예에 있어서, 소결 벨트(10)에서 생성된 배기가스는 파이프(11)를 통해 본 발명이 속하는 기술분야에서 알려진 전기필터(20)에 도달된다. 이렇게 생성된 더스트는 파이프(12)를 통해 소결 벨트로 복귀된다. 전기필터로부터 배출된 배기가스는 파이프(13)를 통해 본 발명에 속하는 기술분야에서 알려진 백 필터(bag filter)(30)에 도달되며, 비말동반 구름을 형성시키기 위해 배기가스에 파이프(13)로부터 수산화칼슘이 첨가되며, 많은 SO2 및 HCl이 수산화칼슘에 결합된다. 회수 후에, 특히 화학량론 비율을 개선시키기 위해, 필터 호스에 형성된 필터 케이크(filter cake)는 그것을 회로내로 도입하고 동비말반 구름이 생성되도록 그 일부를 사용함으로써 재사용될 수 있다. 백 필터(30)로부터 가스 배출구의 하류에 배치된 팬(14)은 시스템이 작동가능하도록 압력을 충분히 증가시키는 작용을 한다. 파이프(15)를 통해 배출되는 소결 배기가스는 역류로 동작하는 유동층 반응기 시스템(50) 내의 유동 베이스(flow base)에 공급되기 전에 공지된 방식으로 NH3와 혼합된다. 바람직하게는, 베이스는 유럽특허 제257 653 B1호에 개시된 방식으로 구성된다. 파이프(16)를 통해 배출되는 정화된 가스는 배기가스 스택(stack)(60)에 직접 도달되어 대기로 방출된다.
유동층 반응기 시스템(50) 내에 형성된 입자층(54)은 예를 들면 활성탄소입자로 이루어진다. SO2, HCl 및 더스트가 백 필터(30)에서 이미 실질적으로 제거되었기 때문에 예컨대 표준 입방미터당 5 mg의 SO2 및 HCl의 잔류량만이 유동층 반응기 시스템(50)에서 제거된다. 백 필터(30)를 통과하고 수은 및 다른 중금속을 포함하는 더스트의 잔류량에 대해서도 동일하게 적용된다. 전술한 유해물질은 유동영역, 즉 유동 바닥부(52) 및 바로 그 위에 위치된 입자층의 영역 내에 흡착, 흡수 및 결합(스테이지 I)에 의해 직접적으로 침전된다. 그 위의 흡착제 층(스테이지 II)에 있어서, 소결 배기가스는 실질적으로 단지 NOx, 다이옥신/푸란, 그리고 PCB 및/또는 탄화수소(PAKs)와 같은 다른 가능한 몇몇 불순물을 함유하며, 그 후, 위로부터 아래로 유동하는 미사용의 흡착제 및 흡수제에 결합된다. 이 상황에 있어서, NOx 및 NH3는 분해되고 활성탄소의 촉매 효과하에서 실질적으로 스팀과 질소를 산출한다.
이 실시예에 있어서, 유동층 반응기 시스템(50)으로부터 제거된 후에, 활성탄소의 일부는 파이프(17, 17')를 통과하며, 소결 벨트(10)에 첨가되어 소결공정에서 연료로 작용하거나, 아니면 파이프(17, 17')를 통과해서 본 발명이 속하는 기술분야에서 알려진 바와 같은 재생 스테이지(70)로 이동하고, 재생 스테이지에서 재생된 흡착제는 파이프(18)를 통해 저장 호퍼(storage hopper)(56)로 복귀된다. 사용된 활성탄소는 파이프(17)를 통해 선별 장치(screening device)(80)로 공급되며, 선별 장치에서 선별된 미립자는 연소를 위해 파이프(17')를 통해 소결 벨트로 공급된다. 과대 입자(oversize particle)는 파이프(17")를 통해 재생 스테이지(70)에 전달되고, 과소 입자(undersize particle)는 유동층 반응기 시스템으로 복귀하지 않는다. 재생 스테이지(70)에서 산출된 SO2와 같은 물질은 파이프(19)를 통해 백 필터(30) 전의 소결 배기가스에 공급되어, 단지 소량의 유해성분이 회로내로 도입된다.
도 2의 실시예와 도 1의 차이점은 백 필터(30) 대신에 전기필터(20)의 하류에 본 발명의 기술분야에서 알려진 습식 스크러버(wet scrubber)(90)가 배치되며, 배기가스는 여기서 가능한 한 많은 SO2 및 HCl을 제거하기 위해 석회 슬러리(lime slurry)로 습식 세정된다. 따라서, 배출되는 배기가스는 일차로 팬(14)과 활성탄소 흡착기(유동층 반응기 시스템(50))으로의 암모니아 공급장치(40)를 통과하기 전에 열교환기(100)에서 다시 가열된다. 유동층 반응기 시스템은 본 발명의 3개의 실시예에서 동일한 구성이다. 미사용된 활성탄소는 유동층 반응기 시스템(50)으로 끊임없이 공급되며, 제거 장치(58)에 도달하는 사용된 활성탄소는 파이프(17, 17')를 통해 소결 벨트에 전체적으로 전달된다. 스테이지(20, 90, 50)에서 제거된 오염물질은 제 1 실시예의 스테이지(20, 30, 50)에서 제거된 것과 실질적으로 동일하다.
도 3의 실시예는 특히 간단한 구성으로, 다른 2개의 실시예와는 달리 제 2 예비정화 스테이지(백 필터 또는 습식 스크러버)를 포함하지 않는다. 따라서, SO2, HCl 및 HF와 같은 산 성분에 대한 상류 정화 스테이지는 포함되지 않는다. 대신에, 석회와 활성 탄소의 혼합물로 제조된 과립으로 이루어지는 특수한 흡착제/흡수제가 도입부에 상술된 바와 같이 유동층에 사용된다. 이 방식에 있어서, 스테이지 I에서 존재하는 모든 SO2 및 HCl을 제거할 수 있으며, 이는 스테이지 II에서의 촉매가 이들 성분에 의해 침식되지 않는 것을 의미한다.
이들 3개의 시스템 버전의 예:
스테이지 I 및 II에서의 배기가스 온도는 일반적으로 100℃ 내지 150℃이다. 배기가스 정화 전후의 전형적인 배기가스 조성은 표 1에 나타나 있다.

미정화 가스

정화 가스

다이옥신

SO2

HCl

NOx

3 내지 10

700

50

350

0.1 내지 0.5

<50

<5

<100

ng/㎥

mg/㎥

mg/㎥

mg/㎥
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 소결 벨트
11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 17', 17", 18, 19 : 파이프
20 : 전기필터 30 : 백 필터
40 : NH3 공급장치 50 : 유동층 반응기 시스템
52 : 유동 베이스 54 : 입자층(particulate layer)
56 : 저장 호퍼 58 : 제거 장치
60 : 스택 70 : 재생 스테이지
80 : 선별 장치 90 : 습식 스크러버
100 : 열교환기

Claims (30)

  1. 금속-함유 폐기물의 소결공정에 의해 생성되는 소결 배기가스를 정화시키기 위한 방법에 있어서,
    상기 소결 배기가스는 NOx, SO2, HCl, Hg, 다이옥신, 푸란, 더스트, 저온 열분해 공정으로부터의 승화성 잔류물 또는 응축성 잔류물, 중탄화수소, 중금속, 칼륨 화합물, 및 나트륨 화합물인 유해물질의 적어도 어느 하나와 CO2, CO, O2, H2O 중 적어도 어느 하나를 함유하고,
    상기 유해물질은 유동층 반응기 시스템의 단일 유동층 내에서 하나 이상의 흡착제 및 흡수제 중 적어도 하나에 의해 적어도 2 단계로 상기 소결 배기가스로부터 제거되며,
    상기 유동층은 상기 유동층의 흡착제층(스테이지 II) 하부 및 유동 입력영역 상부에 배치된 입자층(스테이지 I)을 포함하고,
    상기 유해물질인 SO2, HCl, 승화성 또는 응축성 잔류물, 중탄화수소, 중금속, 칼륨 화합물, 나트륨 화합물 중 적어도 어느 하나는 흡수식 또는 흡착식으로 결합되며, 상기 유해물질은 상기 유동층의 유동 입력영역 또는 입자층(스테이지 I)에서 접착에 의해 트랩되고, NOx의 제거 및 다이옥신과 푸란의 흡착식 제거 또는 흡수식 제거는 상기 유동층 내의 흡착제층(스테이지 II)에서 실시되는 것을 특징으로 하는 소결 배기가스 정화방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유동층 반응기 시스템은 역류 시스템인 것을 특징으로 하는 소결 배기가스 정화방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡착제 및 흡수제 중 적어도 하나가 상기 유동층의 하단부로부터 제거되고, 미사용 또는 재생된 흡착제 및 흡수제 중 적어도 하나는 (i) 소결 배기가스가 상기 유동층의 부분적인 깊이 또는 유입 깊이 홈을 통과하는 때 상기 소결 배기가스 내의 유입 압력손실, 및 (ii) 상기 유동 입력영역 내의 촉매를 침식하는 가스상 성분 및 더스트상 성분 중 적어도 하나에 의해 유발된 상기 흡착제 및 흡수제 중 적어도 하나로의 손실 중에서 적어도 하나에 따라 상기 유동층의 상단부에 첨가되도록 상기 유동층 반응기 시스템이 사이클되는 것을 특징으로 하는 소결 배기가스 정화방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 입자층(스테이지 I) 내의 촉매를 침식하는 가스상 성분 및 더스트상 성분 중 적어도 하나에 의해 유발된 상기 흡착제 및 흡수제 중 적어도 하나로의 손실을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 소결 배기가스 정화방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    예비정화하기 위해 상기 유동층 반응기 시스템의 상류에 배치된 전기필터와 백 필터 중 적어도 하나를 통과하는 단계, 및
    석회 더스트, 활성탄소 및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 분쇄된 반응제와 흡착제 중 적어도 하나로 비말동반 유동내에서 유해물질 SO2 및 HCl의 적어도 일부를 제거하는 단계 중에서 적어도 어느 하나가 상기 소결 배기가스에 실시되는 것을 특징으로 하는 소결 배기가스 정화방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 소결 배기가스의 SO2 함량은 예비정화 스테이지에서 표준 입방미터당 30 내지 100 mg으로 감소되는 것을 특징으로 하는 소결 배기가스 정화방법.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 유동층 반응기 시스템으로부터 제거되는 적어도 부분적으로 사용된 흡착제 및 흡수제 중 적어도 하나는 처리를 위해 소결 벨트에 공급되는 것을 특징으로 하는 소결 배기가스 정화방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡착제 및 흡수제 중 적어도 하나는 탄소 함유 흡착제 및 흡수제 중 적어도 하나와 산성 오염물질용 시약의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 소결 배기가스 정화방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 배기가스는 80℃ 이상의 온도에서 상기 흡착제 및 흡수제 중 적어도 하나에 의해 정화되는 것을 특징으로 하는 소결 배기가스 정화방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 NOx의 제거는 암모늄-함유 화합물의 첨가하에서 발생하는 것을 특징으로 하는 소결 배기가스 정화방법.
  11. 제 3 항에 있어서,
    상기 유동층 반응기 시스템으로부터 제거된 상기 흡착제 및 흡수제 중 적어도 하나는 동시 또는 후속 공기 정화로 선별되는 것을 특징으로 하는 소결 배기가스 정화방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡착제 및 흡수제 중 적어도 하나는 촉매 특성을 재생 또는 개선시키기 위해 재생 또는 도핑되는 것을 특징으로 하는 소결 배기가스 정화방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    촉매 특성을 개선시키기 위한 하나 이상의 물질이 도핑에 의해 상기 흡착제 및 흡수제 중 적어도 하나 또는 그들의 성분에 첨가되는 것을 특징으로 하는 소결 배기가스 정화방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 물질은 오산화바나듐, 산화티타늄, 텅스텐 화합물, 및 이들의 혼합물로 이루어지는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 소결 배기가스 정화방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    복수 성분으로부터 과립을 생성할 때 상기 도핑이 실시되는 것을 특징으로 하는 소결 배기가스 정화방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 흡착제 및 흡수제의 생성 후에 촉매 물질을 포함하는 현탁액으로 처리하는 것에 의해 상기 도핑이 실시되는 것을 특징으로 하는 소결 배기가스 정화방법.
  17. 제 12 항에 있어서,
    도핑 물질은 더스트 형태로 상기 흡착제 및 흡수제 중 적어도 하나에 적용되고, 접착되는 것을 특징으로 하는 소결 배기가스 정화방법.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 도핑은 가스 유동과 함께 도핑 매체의 첨가에 의해 상기 유동층 내에서 적어도 가스 정화 도중 및 가스 정화 전 중에서 어느 하나에 실시되는 것을 특징으로 하는 소결 배기가스 정화방법.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 유동층의 촉매 특성은 도핑 매체의 첨가에 의해 제어 또는 조절되는 것을 특징으로 하는 소결 배기가스 정화방법.
  20. 제 1 항에 있어서,
    광석 재료는 적어도 부분적으로 고체 연료와 함께 공급원료의 소결을 거치고 고체 재료의 적어도 부분적인 연소와 저온 열분해 공정이 일어나는 금속 제조 공정 중에서 상기 소결 배기가스가 광석에서 발생되는 것을 특징으로 하는 소결 배기가스 정화방법.
  21. 제 5 항에 있어서,
    상기 소결 배기가스의 SO2 함량은 예비정화 스테이지에서 표준 입방미터당 5 mg 이하로 감소되는 것을 특징으로 하는 소결 배기가스 정화방법.
  22. 제 8 항에 있어서,
    상기 탄소 함유 흡착제 및 흡수제 중 적어도 하나는 활성탄소를 포함하는 것을 특징으로 하는 소결 배기가스 정화방법.
  23. 제 8 항에 있어서,
    상기 산성 오염물질용 시약은 석회를 포함하는 것을 특징으로 하는 소결 배기가스 정화방법.
  24. 제 8 항에 있어서,
    상기 흡착제 및 흡수제 중 적어도 하나는 적어도 2개의 수착 매체의 혼합물로 구성되는 과립의 형태로서의 입자 수착 매체인 것을 특징으로 하는 소결 배기가스 정화방법.
  25. 제 9 항에 있어서,
    상기 배기가스는 80℃ 내지 180℃의 온도에서 정화되는 것을 특징으로 하는 소결 배기가스 정화방법.
  26. 제 9 항에 있어서,
    상기 배기가스는 100℃ 내지 150℃의 온도에서 정화되는 것을 특징으로 하는 소결 배기가스 정화방법.
  27. 제 10 항에 있어서,
    상기 암모늄-함유 화합물은 암모니아, 요소 및 이들의 혼합물로 이루어지는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 소결 배기가스 정화방법.
  28. 제 11 항에 있어서,
    상기 흡착제 및 흡수제 중 적어도 하나는 왕복식 선별기로 선별되는 것을 특징으로 하는 소결 배기가스 정화방법.
  29. 제 15 항에 있어서,
    상기 과립은 펠렛화에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 소결 배기가스 정화방법.
  30. 제 15 항에 있어서,
    상기 도핑은 활성탄소와 수산화칼슘 중 적어도 어느 하나를 사용하여 실시되는 것을 특징으로 하는 소결 배기가스 정화방법.
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