KR101299894B1 - 고로 가스의 이용 프로세스에 있어서의 고로 가스로부터의 이산화탄소의 분리 회수 방법 - Google Patents

고로 가스의 이용 프로세스에 있어서의 고로 가스로부터의 이산화탄소의 분리 회수 방법 Download PDF

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Abstract

고로로부터 취출된 고로 가스를 흡수탑에 도입하고, 상기 흡수탑 내에서 흡수액에 상기 고로 가스 중의 이산화탄소를 흡수시키고, 상기 이산화탄소가 제거된 상기 고로 가스의 일부를 팽창 터빈에 도입하고, 감압시킨 후 가스 홀더에 저장하여 제철 프로세스의 가열용 연료로서 이용하고, 상기 이산화탄소가 제거된 상기 고로 가스의 다른 일부는 상기 팽창 터빈에 의해 구동되는 고로 가스 압축기에 도입하고, 승압시킨 후 가스 터빈 발전 장치에 도입하여 고압 연소시켜 발전을 행하는 연료로서 이용하고, 상기 흡수탑에서 상기 이산화탄소를 흡수한 흡수액을 재생탑에 도입하고, 상기 재생탑 내에 도입된 상기 흡수액을, 상기 가스 터빈 발전 장치의 배기 가스의 열을 이용하여 가열함으로써 상기 흡수액으로부터 상기 이산화탄소를 제거하고, 상기 이산화탄소가 제거된 상기 흡수액을 상기 재생탑으로부터 상기 흡수탑으로 순환시키는 고로 가스의 이용 프로세스에 있어서의 고로 가스로부터의 이산화탄소의 분리 회수 방법이다.

Description

고로 가스의 이용 프로세스에 있어서의 고로 가스로부터의 이산화탄소의 분리 회수 방법 {METHOD FOR SEPARATING AND COLLECTING CARBON DIOXIDE FROM BLAST FURNACE GAS IN BLAST FURNACE GAS UTILIZATION PROCESS}
본 발명은, 고로 가스의 이용 프로세스에 있어서의 고로 가스로부터의 이산화탄소의 분리 회수 방법에 관한 것으로, 고로 가스를 제철 프로세스나 발전용에 이용함과 동시에, 고로 가스로부터 이산화탄소를 분리 회수하는 방법에 관한 것이다.
종래, 고로로부터 배출되는 고로 가스는, 집진기에 의해 더스트를 제거한 후라도 0.2 내지 0.3㎫의 압력을 갖기 때문에, TRT(로정 압력 회수 터빈 : Top　pressure Recovery Turbine)를 사용하여 발전에 이용되고 있다. 그 후, 이 고로 가스는, 제철 프로세스에 있어서의 가열용 및 발전용의 연료 가스로서 사용되고 있다.
최근, 발전 효율을 향상시키기 위해서, 고로 가스를 가스 터빈 발전 장치에서 연소시킴으로써 발전을 행하는 방법이 있다. 그 일례로서 특허문헌 1에 개시되어 있는 방법이 있다.
도 7을 사용하여 상기의 종래 기술의 개요를 설명한다. 도 7은 고로 가스를 연료로 하는 가스 터빈 발전 장치의 계통도, 즉, 고로 가스의 이용 방법을 예시하는 도면이다. 도 7에 도시한 바와 같이, 더스트가 제거되어 청정화된 0.2 내지 0.3㎫ 정도의 고로 가스는, TRT(5)에 의해 발전을 행하면서 강압한 후, 가스 홀더(8)에 저장된다. TRT(5)를 가동시키지 않을 때는, 고로 가스는, 감압 밸브(6)에 의해 강압하여 사일렌서(7)에 의해 소음된 후, 가스 홀더(8)에 저장된다.
가스 홀더(8)에 저장된 고로 가스는, 가스 터빈 발전 장치(9)측과 도시하지 않은 열풍로, 코크스로 등의 제철 프로세스에 있어서의 가열측에 분기하여 도입된다. 가스 터빈 발전 장치(9)측에 도입된 고로 가스는 도시하지 않은 코크스로 가스(COG) 등과 혼합되어 가스 터빈 연소에 필요한 열량까지 증연(增燃)되고, 연료 가스 압축기(9-1)에 의해 대기압으로부터 승압된 후, 공기 압축기(9-5)에서 승압된 공기와 혼합하여 연소기(9-2)에서 연소된다. 연소기(9-2)에서 연소된 고로 가스는 가스 터빈(9-3)을 구동한 후, 증기 보일러(9-4)에 공급되어 증기의 라인을 가열함으로써 과열 증기를 생성한다. 이 과열 증기에 의해 증기 터빈(9-7)을 구동함으로써 발전이 행해진다.
한편, 제철 프로세스에 있어서의 가열측에 도입되는 고로 가스는 코크스로 가스와 함께 열풍로나 코크스로 등의 가열용의 연료로서 사용된다.
이와 같이, 도 7에 도시한 종래의 고로 가스의 이용 프로세스에 있어서는, 청정화된 고로 가스의 압력을 TRT(5)에 의해 강하시켜, 발전을 행하고, 그 후, 가스 홀더(8)에 저장한 후, 저장되어 있는 고로 가스의 일부를 강하시킨 압력 상태 그대로 연소시켜 열풍로나 코크스로 등의 제철 프로세스에서의 가열용 연료로서 사용하는 한편, 저장되어 있는 나머지의 고로 가스를, 승압하여 가스 터빈 발전 장치(9)에서 연소시킴으로써 발전을 행하였다.
최근, 지구 온난화를 방지하기 위해서, 이산화탄소의 배출 삭감이 중요한 과제로 되고 있다. 따라서, 이산화탄소의 분리 회수 방법에 대해서는, 종래부터 다양한 제안이 이루어지고 있다. 일례로서, 특허문헌 2에는, 제철소에서 발생하는 부생 가스 등으로부터 화학 흡수법에 의해 이산화탄소를 분리 회수하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법은, 부생 가스로부터 화학 흡수액에 의해 이산화탄소를 흡수한 후, 화학 흡수액을 가열하여 이산화탄소를 분리시키는 프로세스에 있어서, 제철소에서 발생하는 저품위 배열을 활용함으로써, 대규모 이산화탄소 발생원으로부터 배출되는 이산화탄소를, 콤팩트한 설비에서 효율적으로 또한 염가로 분리 회수하는 이산화탄소의 분리 회수 방법이다.
일본 공개 특허 평9-79046호 공보 일본 공개 특허 제2004-292298호 공보
그러나, 상기 특허문헌 1에는, 가스 중의 이산화탄소의 흡수ㆍ분리에 대해서는, 일절 개시가 없다. 따라서, 가스 홀더(8)를 거쳐 제철 프로세스에 있어서의 가열측에 도입되는 고로 가스 및 고로 가스 연소 후의 가스 터빈으로부터의 배기 가스 중에 포함되어 있는 이산화탄소를 처리할 수 없다.
또한, 고로 가스의 압력을 일단 대기압까지 강압한 후, 가스 터빈(9-3) 연소시키기 위해서, 연료 가스 압축기(9-1)를 설치하여 고로 가스를 승압할 필요가 있어, 그를 위한 설비 비용이 들고, 또한 강압 및 승압할 때에 에너지 손실이 발생하여, 설비 전체의 에너지 효율이 저하된다고 하는 문제점이 있었다.
또한, 고로로부터 배출되는 고로 가스의 배출량은, 매우 다량이기 때문에, 그 처리량이 다량으로 된다. 따라서, 다량의 이산화탄소를 흡수한 흡수액을 가열ㆍ재생하기 위해서, 상기 특허문헌 2에 개시되어 있는, 제철소에서 발생하는 저품위 배열을 이용하는 방법에서는, 그 가열 에너지가 현저하게 부족하다. 따라서, 다량의 고로 가스를 처리하기 위해서는, 흡수액을 가열ㆍ재생하기 위한 새로운 가열 수단을 배치할 필요가 있어, 실용 기술로서의 실현성이 낮다.
본 발명의 주된 목적은, 전술한 바와 같은 종래 기술의 과제를 해결하고, 발전 효율을 향상시키기 위해서, 청정화된 고로 가스를 가스 터빈 발전 장치에서 연소시킴으로써 발전을 행하는 방법에 있어서, 설비 전체의 에너지 효율을 저하시키지 않고, 또한, 흡수액을 가열ㆍ재생하기 위한 새로운 가열 수단을 배치하지 않고, 고로 가스 중 및 고로 가스 연소 후의 가스 터빈으로부터의 배기 가스 중에 포함되어 있는 다량의 이산화탄소를 분리 회수하는 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 고로 가스의 이용 프로세스에 있어서의 고로 가스로부터의 이산화탄소의 분리 회수 방법은, 고로로부터 취출된 고로 가스를 흡수탑에 도입하고, 상기 흡수탑 내에서 흡수액에 상기 고로 가스 중의 이산화탄소를 흡수시키고, 상기 이산화탄소가 제거된 상기 고로 가스의 일부를 팽창 터빈에 도입하고, 감압시킨 후 가스 홀더에 저장하여 제철 프로세스의 가열용 연료로서 이용하고, 상기 이산화탄소가 제거된 상기 고로 가스의 다른 일부는 상기 팽창 터빈에 의해 구동되는 고로 가스 압축기에 도입하고, 승압시킨 후 가스 터빈 발전 장치에 도입하여 고압 연소시켜 발전을 행하는 연료로서 이용하고, 상기 흡수탑에서 상기 이산화탄소를 흡수한 흡수액을 재생탑에 도입하고, 상기 재생탑 내에 도입된 상기 흡수액을, 상기 가스 터빈 발전 장치의 배기 가스의 열을 이용하여 가열함으로써 상기 흡수액으로부터 상기 이산화탄소를 제거하고, 상기 이산화탄소가 제거된 상기 흡수액을 상기 재생탑으로부터 상기 흡수탑으로 순환시킨다.
이러한 본 발명에 있어서는, 고로로부터의 고로 가스는 흡수탑에 있어서 이산화탄소가 제거된 후, 제철 프로세스의 열원으로서 이용됨과 동시에, 가스 터빈 발전 장치의 연료로서 발전에 이용된다.
이때, 가스 터빈 발전 장치(9)로 보내어지는 고로 가스를 미리 고로 가스 압축기(13)에서 승압함으로써, 연료 가스 압축기(9-1)에서 소비하는 에너지가 삭감되어, 가스 터빈 발전 장치(9) 전체의 발전량을 증가시킬 수 있다. 고로 가스 압축기(13)의 구동에는, 제철 프로세스의 가열용 연료로 이용하는 고로 가스를 팽창 터빈(14)에서 강압시킬 때의 에너지를 이용한다. 가스 터빈 발전 장치에서의 발전량의 증가량은 종래 방식의 가스 이용법에 있어서의 TRT에서의 발전량보다 많기 때문에, 전체적으로 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
이때, 흡수탑을, 고로 가스가 팽창 터빈과 고로 가스 압축기로 분기하기 전에 설치함으로써, 흡수탑에 있어서는 고로 가스를 감압 전의 높은 압력으로 할 수 있어, 흡수액에의 이산화탄소의 흡수 성능을 높게 유지할 수 있음과 동시에, 흡수탑을 1개소에 집약할 수 있다. 또한, 고로 가스 중의 불연 성분인 이산화탄소를 제거하기 때문에, 연료 가스로서의 열량이 높아져, COG 등의 증연재(增燃材)의 첨가량을 삭감할 수 있다.
또한, 가스 터빈으로부터의 배기 가스는, 그 열을 앞의 흡수탑에서 이산화탄소 제거에 사용한 흡수액의 재생에 이용한다. 따라서, 이산화탄소의 분리 회수를 효율적으로 행할 수 있다.
본 발명의 고로 가스의 이용 프로세스에 있어서의 고로 가스로부터의 이산화탄소의 분리 회수 방법에 있어서, 가스 터빈 발전 장치의 배기 가스를 부흡수탑에 도입하고, 부흡수탑 내에서 흡수액에 배기 가스 중의 이산화탄소를 흡수시키는 것이 바람직하다.
이러한 본 발명에 있어서는, 고로로부터의 고로 가스에 포함되는 이산화탄소는 전술한 흡수탑에서 흡수됨과 동시에, 그 후에 가스 터빈 발전 장치에서 고로 가스가 연소함으로써 발생하는 이산화탄소는 부흡수탑에서 흡수할 수 있어, 이산화탄소의 분리 회수량을 증가시키면서 흡수액의 순환에 의한 효율적인 운용을 행할 수 있다.
본 발명의 고로 가스의 이용 프로세스에 있어서의 고로 가스로부터의 이산화탄소의 분리 회수 방법에 있어서, 상기 가스 터빈 발전 장치의 배기 가스를 부흡수탑에 도입하고, 상기 부흡수탑 내에서 상기 흡수액에 상기 배기 가스 중의 이산화탄소를 흡수시켜도 된다.
이러한 본 발명에 있어서는, 제철 프로세스에서 발생하는 이산화탄소에 대해서도 부흡수탑에서 흡수할 수 있어, 이산화탄소의 분리 회수량을 증가시키면서 흡수액의 순환에 의한 효율적인 운용을 행할 수 있다. 또한, 가스 터빈으로부터의 배기 가스와 제철 프로세스로부터의 배기 가스를 혼합함으로써, 이산화탄소 흡수액 가열용 열 교환기에서의 가스 온도를 내릴 수 있어, 이산화탄소 흡수액이 과열됨으로써 열화되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 고로 가스의 이용 프로세스에 있어서의 고로 가스로부터의 이산화탄소의 분리 회수 방법에 있어서, 상기 흡수액의 가열에 필요한 열량이 상기 가스 터빈의 배기 가스가 갖는 열량과 비교하여 현저하게 적은 경우에는, 상기 가스 터빈 발전 장치로서, 가스 터빈의 배기 가스의 열을 이용하여 고압 증기를 발생하는 증기 보일러와, 이 증기 보일러로부터의 고압 증기를 상기 가스 터빈 발전 장치의 동력으로서 이용하는 증기 터빈과, 이 증기 터빈으로부터의 이용 완료된 증기를 복수하는 복수기를 갖는 장치를 사용하여, 상기 가스 터빈의 배기 가스의 열의 일부와 상기 복수기의 열을 상기 흡수액의 가열에 이용해도 된다.
이러한 본 발명에 있어서는, 가스 터빈 발전 장치의 종래 버렸던 복수열(復水熱)을 흡수액의 가열에 이용하므로, 가스 터빈 발전 장치에서 고로 가스의 연소에 의해 발생하는 열의 이용 효율이 향상된다.
본 발명에 따르면, 발전 효율을 향상시키기 위해서, 청정화된 고로 가스를 가스 터빈 발전 장치에서 연소시킴으로써 발전을 행하는 방법에 있어서, 설비 전체의 에너지 효율을 저하시키지 않고, 또한, 흡수액을 가열ㆍ재생하기 위한 새로운 가열 수단을 배치하지 않고, 고로 가스 중 및 고로 가스 연소 후의 가스 터빈으로부터의 배기 가스 중에 포함되어 있는 다량의 이산화탄소를 분리 회수할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태를 도시하는 블록도이다.
도 2는 제1 실시 형태에 있어서의 구성 A의 효과를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 형태를 도시하는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시 형태를 도시하는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시 형태를 도시하는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 제5 실시 형태를 도시하는 블록도이다.
도 7은 종래예를 도시하는 블록도이다.
이하, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대하여 도면을 사용하여 상세하게 설명한다.
[제1 실시 형태]
도 1에는 본 발명의 제1 실시 형태가 도시되어 있다.
도 1에 있어서, 참조 부호 6은 감압 밸브, 7은 사일렌서, 13은 고로 가스 압축기, 14는 팽창 터빈(14)을 나타내고, 이상에 의해 고로 가스의 감압 수단이 구성되어 있다. 또한, 참조 부호 10은 흡수탑, 9-4A는 이산화탄소 흡수액 가열용 열 교환기, 12는 재생탑을 각각 나타낸다.
도면 중, 화살표 B는, 상기의 종래 기술의 항에서 설명한 각종 집진 장치(도시 생략)에 의해 청정화된 고압 청정 고로 가스이며, 일부는 라인 C로 분기되고, 다른 일부는 라인 E, F를 거쳐서 화살표 G로 배출된다. 한편, 화살표 L, M으로 나타내는 흐름은, 이산화탄소의 흡수액의 순환 흐름을 나타낸다. 화살표 K는 분리된 이산화탄소이다.
또한, 이후의 각 실시 형태에 있어서, 동일한 요소에 대해서는 동일한 기호를 사용함으로써 설명의 중복을 피한다.
본 발명에 있어서는, 더스트가 제거되어 청정화된 0.2 내지 0.3㎫ 정도의 고로 가스를, 가스 터빈 발전 장치(9)에서 연소시키는 라인 E와 제철 프로세스에 있어서의 가열용 연료로서 연소시키는 라인 C에 분기시켜 도입한다. 라인 C에서는, 고로 가스는 팽창 터빈(14)을 통과시켜 압력을 강하시킨 후, 가스 홀더(8)에 저장하여 도시하지 않은 열풍로, 코크스로 등의 제철 프로세스에 있어서의 가열용 연료로서 사용한다. 한편, 라인 E에서는, 팽창 터빈(14)의 회전에 의해 구동시키는 고로 가스 압축기(13)에 가스 터빈 발전 장치(9)에서 연소시키는 고로 가스를 통과시켜 승압한다. 승압된 고로 가스는 가스 터빈 발전 장치(9)에 공급되고, 연료 가스 압축기(9-1)에서 더 승압된 후, 연소기(9-2)에서 연소된다. 연소기(9-2)에서 연소된 고로 가스는 가스 터빈(9-3)을 구동시킴으로써 발전을 행한다. 그 후, 고로 가스는 이산화탄소 흡수액 가열용 열 교환기(9-4A)에 공급되어, 이산화탄소가 제거된 흡수액의 라인을 가열한다(이상 구성 A).
또한, 도시하지 않은 고로로부터 취출된 고로 가스는 흡수탑(10)에 도입되고, 흡수탑(10) 내에서 흡수액에 고로 가스 중의 이산화탄소를 흡수시킨다. 흡수탑(10) 내에서 이산화탄소를 흡수한 흡수액 L은 재생탑(12)에 도입되고, 재생탑(12) 내에서 흡수액으로부터 이산화탄소를 제거한다. 이산화탄소가 제거된 흡수액 M은 재생탑(12)으로부터 흡수탑(10)으로 순환된다(이상 구성 B).
도 2는 전술한 구성 A에 대하여 종래의 고로 가스의 이용 방법과 비교하여 그 효과를 예시하는 도면이다. 본 실시 형태에 있어서는, 전술한 구성 A에 의해, 팽창 터빈(14)에 의해 제철 프로세스의 가열용 연료를 강압할 때에 발생하는 팽창에너지를 사용하여, 가스 터빈 발전 장치(9)의 연료로 사용하는 고로 가스를 승압시켜 가스 터빈 발전 장치(9)의 연료로서 공급할 수 있다.
이에 의해, 종래의 고로 가스의 이용 방법에 있어서 사용하였던 도 7의 TRT(5)에서의 발전량 I는 없어지지만, 고로 가스를 고압으로 공급하고 있기 때문에, 연료 가스 압축기(9-1)에서 필요한 구동력을 Ⅳ로부터 Ⅳ'로 삭감할 수 있다. 공기 압축기(9-5)에 필요한 구동력 Ⅲ는 변하지 않는다.
또한, 가스 터빈 발전 장치(9)의 총 출력 Ⅵ는 일정하므로 가스 터빈 발전기(9-6)에서의 발전량은 Ⅱ로부터 Ⅱ'로 증가한다. 이 증가량은 고로 가스 압축기(13)에 의해 회수한 에너지 Ⅴ와 동등하다. 이것은 종래 방식에서의 TRT 발전량Ⅰ보다 많으므로 전체적으로 발전량이 증가하여, 고로 가스의 에너지 이용 효율이 좋아진다.
본 실시 형태에서는, 종래의 TRT(5) 대신에 고로 가스 압축기(13) 및 팽창 터빈(14)을 설치할 필요가 있지만, 가스 터빈 발전 장치(9)의 연료 가스 압축기(9-1)를 소형화할 수 있고, 또한, 가스 홀더(8)에 저장하는 고로 가스의 양이 감소하기 때문에, 가스 홀더(8)의 용량도 작게 할 수 있다. 그 때문에, 전체적으로 설비 비용을 저감할 수 있다.
또한, 청정화된 고로 가스는, 고로의 조업 상태에 따라서 압력 및 유량이 변동하지만, 가스 터빈 발전에 사용하는 고로 가스의 압력 및 유량은 일정하게 유지하는 것이 가스 터빈 발전 장치(9)의 조업상 바람직하다.
따라서, 고로 가스 압축기(13) 및 팽창 터빈(14)을 통과시키는 고로 가스의 유량을 일정하게 하고, 나머지의 고로 가스는 감압 밸브(6)를 통과시켜 대기압으로 강압시킨 후, 가스 홀더(8)에 저장한다. 이에 의해, 가스 터빈 발전에 사용하는 고로 가스의 압력 및 유량을 일정하게 유지할 수 있다.
본 발명에 있어서는, 감압 밸브(6)를 통과하는 고로 가스의 유량을 제어하는 방법은 불문하지만, 유량계(16)에 의해 고로 가스 압축기(13) 및 팽창 터빈(14)에 도입되는 고로 가스의 유량을 측정하고, 이 유량이 일정하게 되도록 유량 조정 밸브(15)의 개방도를 조정함으로써, 고로 가스 압축기(13) 및 팽창 터빈(14)에 도입되는 유량을 조정할 수 있다.
본 발명에 적용하는 이산화탄소의 분리 흡수법으로서는, 예를 들어 아민류 등의 화학 흡수액을 사용하는 화학 흡수법이 있다.
도 1에 도시한 바와 같이 고로로부터 취출되어 청정화된 고압 청정 고로 가스 B는, 고로 가스의 감압 수단의 전단에 설치되어 있는 흡수탑(10)에 도입된다. 상기 흡수탑(10) 내에서는, 상기 고로 가스를, 이산화탄소 흡수 매체인 화학 흡수 액에 대략 30℃∼50℃에서 접촉시킴으로써, 화학 흡수액에 고로 가스 중의 이산화탄소가 흡수된다.
그 후, 이산화탄소가 제거된 고로 가스의 일부는, 가스 홀더(8)를 거쳐, 예를 들어, 도시하지 않은 코크스로, 가열로 등에 반송되어 각종 제철 프로세스에서 연소되어 열원으로서 이용된다.
한편, 이산화탄소가 제거된 고로 가스의 다른 일부는, 가스 터빈 발전 장치(9)에 있어서, 연소하고, 배기 가스는 이산화탄소 흡수액 가열용 열 교환기(9-4A)를 거쳐 굴뚝으로부터 대기 중으로 방출된다.
이때, 흡수탑(10)에서 이산화탄소를 흡수한 흡수액은, 재생탑(12)으로부터 흡수탑(10)으로 순환되는 흡수액 M과 열 교환함으로써 예비적으로 가열된 후, 재생탑(12) 내에 도입되어, 탑내 상부에 배치된 노즐로부터 살포된다.
한편, 이산화탄소가 제거된 후에 재생탑(12) 내 저부에 소정량 잔치된 흡수액은, 그 일부가 계속적으로 재생탑(12)으로부터 추출되고, 이산화탄소 흡수액 가열용 열 교환기(9-4A)를 통하여 재생탑(12)으로 되돌려진다. 열 교환기(9-4A)는 가스 터빈(9-3)의 배기 가스에 접촉하므로, 재생탑(12)으로부터 추출된 흡수액은, 열 교환기(9-4A)에 있어서 배기 가스의 열로 120℃ 전후로 가열된다.
가스 터빈(9-3)의 배기 가스의 열로 가열된 후, 재생탑(12) 내로 되돌려진 흡수액은, 재생탑(12) 내에서 기화하여, 탑내 상부로부터 살포되는 흡수액과 접촉하여 동(同)흡수액을 가열한다. 이산화탄소를 흡수한 흡수액이 가열되면, 가열된 흡수액으로부터 이산화탄소가 분리된다. 분리된 이산화탄소 K는 재생탑(12)으로부터 배출된다. 한편, 이산화탄소가 제거된 흡수액은, 재생탑(12) 내 저부에 낙하하고, 소정량을 남기고 재생탑(12)으로부터 흡수탑(10)으로 순환된다.
상술한 대로, 가스 터빈 발전 장치(9)로부터의 배기 가스는, 그 열이 앞의 흡수탑에서 이산화탄소 제거에 사용한 흡수액의 재생에 이용된다. 따라서, 새로운 가열 수단을 설치하지 않고, 이산화탄소의 분리 회수를 효율적으로, 또한 다량의 고로 가스의 처리가 가능해진다.
가스 터빈(9-3)으로부터의 배기 가스 전체 열량은, 산화탄소 흡수액 가열용 열 교환기(9-4A)에서 모두, 이산화탄소 흡수액 가열용으로서 사용되기 때문에, 종래와 같이, 도 7의 증기 터빈(9-7)을 설치할 필요가 없어, 설비를 간소하게 하면서 에너지를 유효하게 활용하는 것이 가능하다. 또한, 고로 가스를 연료로서 사용하기 전에 고로 가스 중의 불연 성분인 이산화탄소를 제거하기 때문에, 연료 가스로서의 열량이 높아져, COG(코크스 가스) 등의 증연제의 첨가량을 삭감할 수 있다.
또한, 상술한 대로, 분리 회수된 이산화탄소는, 예를 들어, 압축 처리되어 초임계 상태로 땅속에 압입되므로, 대기 중으로 배출되는 이산화탄소를 대폭 삭감할 수 있다.
또한, 흡수탑(10)의 배치 위치를 고로 가스의 각종 집진 장치의 후단으로 하고 있기 때문에, 상기 고로 가스는, 청정화된 것이며 흡수액이 열화되는 일이 없다.
[제2 실시 형태]
도 3에는 본 발명의 제2 실시 형태가 도시되어 있다.
도 3에 있어서, 본 실시 형태의 제1 실시 형태에 대한 그 구성상의 차이점은, 이산화탄소 흡수액 가열용 열 교환기(9-4A)의 후단에, 새롭게 부흡수탑(11)을 설치한 점이다. 그 밖의 구성은, 도 1과 동일한 구성이므로, 중복되는 설명은 생략한다.
가스 터빈 발전 장치(9)의 배기 가스는, 부흡수탑(11)에서, 흡수액과 접촉하여, 배기 가스 중으로부터, 이산화탄소가 제거된 후, 밖으로 배출된다.
한편, 부흡수탑(11)에 있어서 이산화탄소를 흡수한 흡수액은, 흡수탑(10)에서 이산화탄소를 흡수한 흡수액과 함께 재생탑(12) 내에 도입되어, 탑내 상부에 배치된 노즐로부터 살포된다. 이후의 이산화탄소 제거의 프로세스는 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
[제3 실시 형태]
도 4에는 본 발명의 제3 실시 형태가 도시되어 있다.
도 4에 있어서, 그 구성은 도 3에서 설명한 제2 실시 형태의 구성에 더하여, 제철 프로세스의 배기 가스 N을 이산화탄소 흡수액 가열용 열 교환기(9-4A)에 도입하여, 가스 터빈 발전 장치(9)의 배기 가스와 합류시킨 점이다. 그 밖의 점은 도 3과 동일한 구성이므로, 중복되는 설명은 생략한다.
제철 프로세스의 배기 가스 L은 가스 터빈 발전 장치(9)의 배기 가스와 함께 부흡수탑(11)에서, 흡수액과 접촉하여, 배기 가스 중으로부터, 이산화탄소가 제거된 후, 밖으로 배출된다. 또한, 가스 터빈으로부터의 배기 가스와 제철 프로세스로부터의 배기 가스를 혼합함으로써, 이산화탄소 흡수액 가열용 열 교환기(9-4A)에서의 가스 온도가 내려간다. 그 때문에, 이산화탄소 흡수액이 과열됨으로써 열화되는 것을 방지할 수 있다.
[제4 실시 형태]
도 5에는 본 발명의 제4 실시 형태가 도시되어 있다.
도 5에 있어서, 참조 부호 9-4는 증기 보일러, 9-7은 증기 터빈, 9-8은 증기 터빈(9-7)으로부터의 이용 완료된 증기를 복수하는 복수기를 나타낸다. 증기 보일러(9-4) 내에는, 2개의 열 교환 관로(9-4B, 9-4C)가 설치되어 있다. 가스 터빈(9-3)의 배기 가스의 열로, 한쪽의 열 교환 관로(9-4B)는, 고압 증기 Ⅰ를 발생시켜, 증기 터빈(9-7)을 구동시켜, 발전을 행하기 위한 것이고, 다른 쪽의 열 교환 관로(9-4C)는, 재생탑(12) 내 저부에 소정량 잔치된 흡수액을 가열하는 것이다.
이산화탄소가 제거된 후에 재생탑(12) 내 저부에 소정량 잔치된 흡수액은, 그 일부가 계속적으로 재생탑(12)으로부터 추출되어, 복수기(9-8)에 도입된다. 복수기(9-8)에 도입된 흡수액은 이용 완료된 증기와 열 교환함으로써 가열되는 한편, 이용 완료된 증기는 흡수액과 열 교환함으로써 복수된다. 복수기(9-8)를 거친 흡수액은, 열 교환 관로(9-4C)를 통하여 재생탑(12)으로 되돌려진다. 열 교환 관로(9-4C)는 가스 터빈(9-3)의 배기 가스에 접촉하므로, 재생탑(12)으로부터 추출된 흡수액은, 열 교환 관로(9-4C)에 있어서 배기 가스의 열로 가열된다. 이후의 이산화탄소 제거의 프로세스는 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
이러한 구성을 갖는 고로 가스로부터의 이산화탄소 분리 회수 방법의 적용 방법은, 흡수액의 가열에 필요한 열량이 가스 터빈(9-7)의 배기 가스가 갖는 열량과 비교하여 현저하게 적은 경우에 실시하면 바람직하다.
즉, 가스 터빈 발전 장치(9)로서, 가스 터빈(9-3)의 배기 가스의 열의 일부를 이용하여 고압 증기 Ⅰ를 발생시키는 증기 보일러(9-4)와, 이 증기 보일러로부터의 고압 증기를 가스 터빈 발전 장치(9)의 동력으로서 이용하는 증기 터빈(9-7)과, 이 증기 터빈(9-7)으로부터의 이용 완료된 증기를 복수하는 복수기(9-8)를 갖는 장치를 사용하고, 흡수액의 가열에는 가스 터빈(9-3)의 배기 가스의 열의 일부와 복수기(9-8)에서의 복수열을 이용한다.
이와 같은 본 발명에 있어서는, 가스 터빈 발전 장치(9)를 구성하는 복수기(9-8)에 있어서 종래 허비되었던 복수열을 흡수액의 가열에 이용할 수 있다. 그 때문에, 가스 터빈 발전 장치(9)에서 고로 가스의 연소에 의해 발생하는 열의 이용 효율이 향상된다.
[제5 실시 형태]
도 6에는 본 발명의 제5 실시 형태가 도시되어 있다.
도 6에 있어서, 그 구성은 도 5에서 설명한 구성에 더하여, 이산화탄소 흡수액 가열용 열 교환기(9-4A)의 후단에, 부흡수탑(11)을 설치하고 있다. 그 밖의 구성은, 도 5와 동일한 구성이므로, 중복되는 설명은 생략한다.
가스 터빈 발전 장치(9)의 배기 가스는, 부흡수탑(11)에서 흡수액과 접촉하여, 배기 가스 중으로부터, 이산화탄소가 제거된 후, 밖으로 배출된다.
한편, 부흡수탑(11)에 있어서 이산화탄소를 흡수한 흡수액은, 흡수탑(10)에서 이산화탄소를 흡수한 흡수액과 함께 재생탑(12) 내에 도입되어, 탑내 상부에 배치된 노즐로부터 살포된다. 이후의 이산화탄소 제거의 프로세스는 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
본 발명의 고로 가스로부터의 이산화탄소 분리 회수 방법은, 청정화된 고로 가스를 가스 터빈 발전 장치에서 연소시킴으로써 발전을 행하는 공정, 및 고로 가스 중 및 고로 가스 연소 후의 가스 터빈으로부터의 배기 가스 중에 포함되어 있는 다량의 이산화탄소를 흡수한 흡수액을 가열ㆍ재생하는 공정에 이용할 수 있다.
1 : 더스트 캐쳐
2 : 제1 벤투리 스크러버
3 : 제2 벤투리 스크러버
4 : 건식 집진 장치
5 : TRT(로정압 회수 터빈)
6 : 감압 밸브
7 : 사일렌서
8 : 가스 홀더
9 : 가스 터빈 발전 장치
9-1 : 연료 가스 압축기
9-2 : 연소기
9-3 : 가스 터빈
9-4 : 증기 보일러
9-4A : 이산화탄소 흡수액 가열용 열 교환기
9-5 : 공기 압축기
9-6 : 발전기
9-7 : 증기 터빈
9-8 : 복수기
10 : 흡수탑
11 : 부흡수탑
12 : 재생탑
13 : 고로 가스 압축기
14 : 팽창 터빈
15 : 유량 조정 밸브
16 : 유량계
A : 고로 가스
B : 고압 청정 고로 가스
C : 제철 프로세스의 가열용 연료 가스
D : 코크스로 가스
E : 가스 터빈 발전 장치용 연료 가스
F : 공기
G : 배기 가스
H : 냉각수
I : 증기
J : 오프 가스
K : 이산화탄소
L : 이산화탄소를 흡수한 이산화탄소 흡수액
M : 이산화탄소를 흡수하기 전의 이산화탄소 흡수액
N : 제철 프로세스로부터의 배기 가스

Claims (3)

  1. 고로로부터 취출된 고로 가스를 흡수탑에 도입하고,
    상기 흡수탑 내에서 흡수액에 상기 고로 가스 중의 이산화탄소를 흡수시키고,
    상기 이산화탄소가 제거된 상기 고로 가스의 일부를 팽창 터빈에 도입하고, 감압시킨 후 가스 홀더에 저장하여 제철 프로세스의 가열용 연료로서 이용하고,
    상기 이산화탄소가 제거된 상기 고로 가스의 다른 일부는 상기 팽창 터빈에 의해 구동되는 고로 가스 압축기에 도입하고, 승압시킨 후 가스 터빈 발전 장치에 도입하여 고압 연소시켜 발전을 행하는 연료로서 이용하고,
    상기 흡수탑에서 상기 이산화탄소를 흡수한 흡수액을 재생탑에 도입하고,
    상기 재생탑 내에 도입된 상기 흡수액을, 상기 가스 터빈 발전 장치의 배기 가스의 열을 이용하여 가열함으로써 상기 흡수액으로부터 상기 이산화탄소를 제거하고,
    상기 이산화탄소가 제거된 상기 흡수액을 상기 재생탑으로부터 상기 흡수탑으로 순환시키고,
    상기 가스 터빈 발전 장치의 배기 가스를 부흡수탑에 도입하고, 상기 부흡수탑 내에서 상기 흡수액에 상기 배기 가스 중의 이산화탄소를 흡수시키는, 고로 가스의 이용 프로세스에 있어서의 고로 가스로부터의 이산화탄소의 분리 회수 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 가스 터빈 발전 장치로서, 가스 터빈의 배기 가스의 열을 이용하여 고압 증기를 발생하는 증기 보일러와, 이 증기 보일러로부터의 고압 증기를 상기 가스 터빈 발전 장치의 동력으로서 이용하는 증기 터빈과, 이 증기 터빈으로부터의 이용 완료된 증기를 복수하는 복수기를 갖는 장치를 사용하여, 상기 가스 터빈의 배기 가스의 열의 일부와 상기 복수기의 열을 상기 흡수액의 가열에 이용하는, 고로 가스의 이용 프로세스에 있어서의 고로 가스로부터의 이산화탄소의 분리 회수 방법.
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