KR101384800B1 - 용철제조장치 및 용철제조방법 - Google Patents

용철제조장치 및 용철제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101384800B1
KR101384800B1 KR1020120155092A KR20120155092A KR101384800B1 KR 101384800 B1 KR101384800 B1 KR 101384800B1 KR 1020120155092 A KR1020120155092 A KR 1020120155092A KR 20120155092 A KR20120155092 A KR 20120155092A KR 101384800 B1 KR101384800 B1 KR 101384800B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
furnace
gas
ore
iron
reduced
Prior art date
Application number
KR1020120155092A
Other languages
English (en)
Inventor
정종헌
남궁원
정병준
조민영
이상호
우종수
Original Assignee
주식회사 포스코
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 포스코 filed Critical 주식회사 포스코
Priority to KR1020120155092A priority Critical patent/KR101384800B1/ko
Priority to PCT/KR2013/010962 priority patent/WO2014104596A1/ko
Priority to CN201380066677.9A priority patent/CN104870659B/zh
Application granted granted Critical
Publication of KR101384800B1 publication Critical patent/KR101384800B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/14—Multi-stage processes processes carried out in different vessels or furnaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B11/00—Making pig-iron other than in blast furnaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/0006—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes obtaining iron or steel in a molten state
    • C21B13/0013—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes obtaining iron or steel in a molten state introduction of iron oxide into a bath of molten iron containing a carbon reductant
    • C21B13/002—Reduction of iron ores by passing through a heated column of carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/06—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes in multi-storied furnaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/20—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases
    • C21B2100/28—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases by separation
    • C21B2100/282—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases by separation of carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/40—Gas purification of exhaust gases to be recirculated or used in other metallurgical processes
    • C21B2100/44—Removing particles, e.g. by scrubbing, dedusting
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/10—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions
    • Y02P10/134—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions by avoiding CO2, e.g. using hydrogen

Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 용철제조장치는 철광석을 장입하고 환원가스를 취입하여 환원철을 생산하는 철광석 환원로와, 석탄을 충진하고 상기 철광석 환원로에서 환원되어 배출되는 환원철을 장입하여 용철과 상기 철광석 환원로에 제공할 환원가스를 생산하는 용융가스화로와, 산화연소로로부터 이송된 소결광을 장입하고 상기 철광석 환원로에서 철광석을 환원한 후 배출되는 공정가스를 취입하여 소결광을 환원시키는 가스정제 필터형 환원로와, 상기 가스정제 필터형 환원로에서 환원되어 배출되는 환원된 소결광으로부터 분진을 제거하기 위한 미세분진 제거장치, 및 분진이 제거된 환원된 소결광을 장입하고 공기와 함께 연소시켜 환원된 소결광을 산화시키는 산화 연소로를 포함한다.

Description

용철제조장치 및 용철제조방법{APPARATUS FOR MANUFACTURING MOLTEN IRON AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}
본 발명은 용철제조장치 및 용철제조방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는 매체순환공정을 이용하여 배가스를 처리하는 용철제조장치 및 용철제조방법에 관한 것이다.
전력생산은 대부분 화석연료에 의존하는 것으로 특히, 석탄을 연소하여 발생한 열을 이용한 발전은 19세기 말 영국의 파슨스에 의해 발명된 현대적인 스팀터빈과 함께 시작 되었다.
스팀터빈은 석탄, 공기, 또는 스팀을 보일러 반응기내에서 연소함으로써 열을 발생시키고 열을 스팀으로 회수하여 전력을 생산한다. 그러나 스팀터빈은 전력생산방식의 대부분을 차지함에도 불구하고 효율이 낮아서 석탄가스화에 의해 재(ash) 등 오염물질을 제거한 고온의 정제 가스를 가스터빈과 스팀터빈을 순차적으로 활용한 복합발전으로 개발되었다.
이때 보다 높은 열효율과 하부공정 장치의 장기적 사용을 위해 가스터빈을 통과하는 가스는 재(ash) 및 유해물질을 포함하지 않는 1100℃ 이상의 고온 상태를 요구하게 된다. 이러한 석탄가스화에 의한 발전은 여전히 전력생산 시 발생되는 이산화탄소 배출 감소를 위해 이산화탄소 포집장치 또는 공기로부터 산소분리장치를 필요로 하게 된다.
최근에 이러한 문제를 해결하기 위한 방편으로 매체순환연소공정(Chemical Looping Combustion Process)이 개발되고 있다. 특히, 문헌(미국특허 US6572761, USS7404942, US7767191, US2010/0050654)은 석탄 또는 바이오 매스(biomass) 등 고체연료를 직접 사용하여 이산화탄소 분리 또는 수소생산을 통하여 전력생산을 효율화하는 방법을 제시하였다.
매체순환공정은 1950년대 초 순수한 이산화탄소를 얻기 위한 방법으로 발명(미국특허: US2665971)된 것으로 이산화탄소에 질소가스를 포함하지 않으면서도 공정에서의 열 소모를 줄이기 위해 고안되었다.
매체순환 공정은 두 개의 반응기를 순환하는 고체산화물의 산소공여입자를 이용하는 것으로, 환원반응기에서는 화석연료가 고체산화물에서 산소를 공급받아 완전 산화반응하며 이에 의해 순수한 이산화탄소가 생성된다. 또한, 산화반응기에서는 산소가 결핍된 순환하는 고체산화물이 공기부터 산소를 공급받아 산화되며, 환원반응기로 되돌아가서 열을 공급하는 역할을 수행한다.
이때 고체산화물인 산소공여입자는 지지체를 가지는 니켈(Ni), 철(Fe) 계열 등의 금속입자로 이루어지는데 저비용으로 이용이 가능한 철(Fe) 계열의 금속산화물을 선호된다. 이는 반복적인 산화, 환원 반응을 거치면서 순환하는 산소공여입자가 불순물에 의해 활성이 떨어져 주기적으로 교체해야 하기 때문이다.
이러한 매체순환공정은 산소공여입자를 매개체로 환원반응기에서 메탄가스를 개질하여 질소가스를 포함하지 않는 순수한 이산화탄소를 생성하고 산화반응기에서 수분을 함유한 공기를 투입하여 생성된 고온의 정제 가스로 전력을 생성하는 매체순환연소공정((Chemical Looping Combustion Process)으로 발전되어 졌다(미국특허: 5447024).
이때 생성된 이산화탄소는 지하로의 수송 및 저장을 위해 고압의 오염물질이 없는 고농축 이산화탄소를 선호한다. 따라서, 매체순환연소공정에 의한 발전은 공정 중 산소분리장치가 필요 없고, 자연스러운 배출가스분리가 이루어진다.
본 발명의 목적은 용철 생산과정에서 발생된 배가스로부터 이산화탄소를 효율적으로 제거하고, 전력을 생산하며 공정에서 발생된 분진을 제거할 수 있는 용철제조장치 및 용철제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 용철제조장치는 철광석을 장입하고 환원가스를 취입하여 환원철을 생산하는 철광석 환원로와, 석탄을 충진하고 상기 철광석 환원로에서 환원되어 배출되는 환원철을 장입하여 용철과 상기 철광석 환원로에 제공할 환원가스를 생산하는 용융가스화로와, 산화 연소로로부터 이송된 소결광을 장입하고 상기 철광석 환원로에서 철광석을 환원한 후 배출되는 공정가스를 취입하여 소결광을 환원시키는 가스정제 필터형 환원로와, 상기 가스정제 필터형 환원로에서 환원되어 배출되는 환원된 소결광으로부터 분진을 제거하기 위한 미세분진 제거장치, 및 분진이 제거된 환원된 소결광을 장입하고 공기와 함께 연소시켜 환원된 소결광을 산화시키는 산화 연소로를 포함한다.
상기 산화 연소로는 산화된 소결광을 상기 가스정제 필터형 환원로로 공급하기 위한 산화소결광 공급라인이 설치될 수 있다.
상기 가스정제 필터형 환원로는 배출되는 환원된 소결광의 일부를 상기 용융가스화로에 공급하는 제 1 환원소결광 공급라인과 환원된 소결광의 나머지를 상기 미세분진 제거장치로 공급하는 제2 환원소결광 공급라인이 설치될 수 있다.
상기 소결광은 자연상태의 철광석 분말, 석회석 및 석탄을 혼합하고 900℃~1,400℃ 범위에서 가열, 재결정 또는 반용융상태까지 소성한 후 10mm이하로 분쇄한 광석으로 이루어질 수 있다.
상기 환원된 소결광의 나머지는 상기 가스정제 필터형 환원로에서 일산화탄소, 수소에 산소를 제공하고 배출된 FeO 또는 Fe의 소결광, 상기 공정가스로부터 분리된 분진 및 반복적인 매체순환식 산화, 환원반응에서 발생한 소결광의 분화광석을 포함할 수 있다.
상기 산화 연소로에는 상기 용융가스화로에 공급된 환원된 소결광의 양을 보충하고 활성을 촉진하기 위하여 새로운 소결광이 추가적으로 공급될 수 있다.
상기 용철생산장치는 상기 가스정제 필터형 환원로에서 배출되는 배가스를 열교환시켜 배가스내 수증기는 물로 전환시켜 이산화탄소를 분리하고 고온의 스팀을 생산하기 위한 열교환장치, 및 상기 열교환장치에 의해 생성된 스팀으로부터 전기를 생산하기 위한 스팀터빈을 더 포함할 수 있다.
상기 산화 연소로에서 환원된 소결광이 공기중 산소와 연소됨으로써 발생한 열량은 상기 새로운 소결광, 공기 및 상기 미세분진 제거장치로부터 공급되는 환원된 소결광에 열량을 공급할 수 있다.
상기 용철생산장치는 상기 산화 연소로에서 새로운 소결광 및 환원된 소결광에 연소를 위한 산소를 공급한 후 배출되는 산소가 결핍된 공기로부터 전기를 생산하기 위한 가스터빈 또는 상기 산소가 결핍된 공기를 열교환시켜 스팀을 생산하고 생산된 스팀을 이용하여 전기를 생산하는 스팀터빈을 더 포함할 수 있다.
상기 용철생산장치는 상기 가스정제 필터형 환원로에 연결되어 상기 가스정제 필터형 환원로에서 배출되는 배가스로부터 이산화탄소를 제거하기 위한 이산화탄소 제거장치를 더 포함할 수 있다.
상기 가스정제 필터형 환원로에서 배출되는 배가스는 열교환에 의해 스팀을 생산하고 생산된 스팀으로 스팀터빈을 돌려 전기를 발생시키고, 물을 제거한 후 상기 이산화탄소 제거장치에 공급될 수 있다.
상기 이산화탄소 제거장치는 이산화탄소가 제거된 가스정제 필터형 환원로 배가스를 상기 가스정제 필터형 환원로에 재취입하기 위한 재순환 가스 공급라인이 설치될 수 있다.
상기 이산화탄소 제거장치는 수증기-가스 개질반응기(water-gas shift reactor) 및 수소 압력스윙흡착기(pressure swing adsorption)를 포함할 수 있다.
상기 철광석 환원로에서 배출되는 공정가스로부터 분진을 제거하기 위한 가스정제장치가 상기 가스정제 필터형 환원로의 전단에 설치될 수 있다.
상기 가스정제장치는 싸이클론, 세라믹 캔들 필터, 메탈 필터 및 스크러버에서 선택된 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
상기 산화 연소로는 취입되는 공기를 가열하기 위한 열교환장치가 상기 산화 연소로 전단에 설치될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 용철제조장치는 철광석을 장입하고 환원가스를 취입하여 환원철을 생산하는 철광석 환원로와, 석탄을 충진하고 상기 철광석 환원로에서 환원되어 배출되는 환원철을 장입하여 용철과 상기 철광석 환원로에 제공할 환원가스를 생산하는 용융가스화로와, 소성 펠렛을 장입하고 상기 철광석 환원로에서 철광석을 환원한 후 배출되는 공정가스를 취입하여 소성 펠렛을 환원시키는 가스정제 필터형 환원로와, 상기 가스정제 필터형 환원로에서 환원되어 배출되는 환원된 소성 펠렛으로부터 분진을 제거하기 위한 미세분진 제거장치, 및 분진이 제거된 환원된 소성 펠렛을 장입하고 공기와 함께 연소시켜 환원된 소성 펠렛을 산화시키는 산화 연소로를 포함한다.
상기 소성 펠렛은 입도 100㎛ 이하의 극미분 철광석, 벤토나이트, 석회석, 백운암, 감람석을 회전식 드럼내에 물과 함께 투입하여 8mm 크기 이하의 구형펠렛으로 만든 후 800℃~900℃에서 예비가열한 후, 1,200℃~1,400℃ 에서 소성하여 형성될 수 있다.
상기 철광석 환원로 또는 가스정제 필터형 환원로에는 첨가제로 CaO 또는 CaCO3가 투입될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 용철제조방법은 환원로에 철광석을 장입하고 환원가스를 취입하여 환원철을 제조하는 단계와, 석탄을 충진하고 상기 환원로에서 배출되는 환원철을 장입하여 용철과 상기 환원로에 취입되는 환원가스를 제조하는 단계와, 가스정제 필터형 환원로에 소결광 또는 소성 펠렛을 장입하고 상기 환원로에서 배출되는 공정가스를 취입하여 상기 소결광 또는 소성 펠렛을 환원시키는 단계와, 상기 환원된 소결광 또는 소성 펠렛으로부터 분진을 제거하는 단계, 및 산화 연소로에 상기 분진이 제거된 소결광 또는 소성 펠렛을 장입하고 공기와 함께 연소시키는 단계를 포함하며, 상기 가스정제 필터형 환원로에서 환원된 후 배출되는 소결광 또는 소성 펠렛의 일부는 상기 용융가스화로에 장입된다.
상기 용철제조방법은 상기 가스정제 필터형 환원로에서 배출되는 배가스를 열교환시켜 수증기를 물로 응축시켜 이산화탄소를 분리하고, 생성된 스팀으로 스팀터빈을 회전시켜 전기를 생산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 용철제조방법은 상기 산화 연소로에서 소결광 또는 소성 펠렛을 연소시킨 후 배출되는 산소가 결핍된 공기를 이용하여 가스터빈을 회전시켜 전기를 생산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 용철제조방법은 상기 가스정제 필터형 환원로에서 배출되는 배가스를 이산화탄소 제거장치에 통과시켜 이산화탄소를 제거하고, 이산화탄소가 제거된 배가스를 상기 가스정제 필터형 환원로에 재취입하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 용철제조방법은 상기 철광석 환원로에서 배출되는 공정가스를 가스정제장치에 통과시켜 분진을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 용철제조방법은 상기 산화 연소로에 공급되는 공기를 가열하기 위하여 열교환시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 용철 생산과정에서 발생된 배기가스에 포함된 이산화탄소를 용이하게 제거할 수 있으며, 공정과정에서 발생된 고온가스를 이용하여 전력을 생산할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 가스정제 필터형 환원로를 구비하므로 공정에서 발생된 분진 및 미세오염물질을 효율적으로 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 실시예에 따른 용철제조장치를 도시한 구성도이다.
도 2는 석탄비와 일산화탄소 및 수소의 양에 따른 용철 생산량과 전력 생산량을 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 용철제조장치를 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 용철제조장치를 도시한 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 본 명세서 및 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용철제조장치를 도시한 구성도이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 용철제조장치(101)는 용융가스화로(10), 철광석 환원로(20), 가스정제 필터형 환원로(30), 미세분진 제거장치(45), 및 산화 연소로(40)를 포함한다.
용융가스화로(10)는 석탄을 충진하고 철광석 환원로(20)에서 환원되어 배출되는 환원철을 장입하여 용철과 철광석 환원로(20)에 제공할 환원가스를 생산하는 장치이다. 용융가스화로(10)에는 산소 공급라인(14), 미분탄 공급라인(13), 환원철 공급라인(61), 및 석탄 공급라인(15)이 연결 설치된다.
산소 공급라인(14)을 통해서 공기 또는 산소가 용융가스화로(10)로 취입되며, 미분탄 공급라인(13)을 통해서 미분탄이 용융가스화로(10)로 충진된다. 또한, 석탄 공급라인(15)을 통해서 석탄이 용융가스화로(10)로 충진되고, 환원철 공급라인(61)은 용융가스화로(10)와 철광석 환원로(20) 사이에 배치되어 철광석 환원로(20)에서 생성된 환원철을 용융가스화로(10)에 장입한다.
또한, 용융가스화로(10)에는 가스정제 필터형 환원로(30)와 연결된 제1 환원소결광 공급라인(64)이 설치되는 바, 제1 환원소결광 공급라인(64)을 통해서 가스정제 필터형 환원로(30)에서 생성된 산소가 결핍된 소결광이 용융가스화로(10)로 공급된다.
이에 따라 용융가스화로(10)에서 사용되는 환원철은 철광석 환원로(20)에서 공급된 환원된 철과 가스정제 필터형 환원로(30)에서 공급된 환원소결광으로 이루어진다. 이때, 환원소결광은 환원된 소결광 또는 환원된 소성 펠렛으로 이루어진다.
용융가스화로(10)는 석탄 및 미분의 연소에 의하여 높은 열을 발생시키며, 이와 함께 용융가스화로(10) 내에서 환원가스가 생성된다. 환원가스는 1400℃ ~ 1600℃의 높은 열을 갖고, 일산화탄소와 수소를 주성분으로 한다.
높은 열을 갖는 환원가스는 용융가스화로(10) 내에 열량을 공급하고 환원철에 작용하여 산소를 제거하는 환원과 용융을 통하여 환원철을 용철과 기타물질의 슬래그로 분리한다. 용융가스화로(10)에는 용철과 슬래그의 배출을 위해서 용철 배출라인(16)이 설치된다.
석탄은 사전처리 과정을 거쳐 코크스, 또는 석탄 덩어리로 공급될 수 있으며, 공기가 용융가스화로(10)로 취입될 수 있으나, 이산화탄소 저감을 위해서 공정가스로부터 이산화탄소 분리를 용이하게 하기 위해서 산소가 용융가스화로(10)에 취입될 수 있다.
철광석 환원로(20)는 철광석을 장입하고 용융가스화로(10)에서 공급되는 고온의 환원가스를 취입하여 환원철을 생산하는 장치이다. 철광석 환원로(20)는 제1 환원로(21), 제2 환원로(22), 및 제3 환원로(23)를 포함한다. 본 실시예에서는 철광석 환원로(20)는 3개의 환원로를 포함하는 것으로 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 철광석 환원로(20)는 복수개의 환원로를 포함하면 충분하다. 제1 환원로(21)는 철광석을 예열하고, 제2 환원로(22)는 예열한 철광석을 예비 환원하며, 제3 환원로(23)는 예비 환원한 철광석을 최종 환원하여 환원철로 변환한다.
철광석 환원로(20)에는 철광석 환원로(20)에 철광석을 공급하는 철광석 공급라인(27)이 설치된다. 이때 공급되는 철광석은 외부에서 공급되는 자연 상태의 광석으로 이루어진다.
또한, 용융가스화로(10)와 철광석 환원로(20) 사이에는 용융가스화로(10)에서 생성된 고온의 환원가스를 철광석 환원로(20)로 공급하는 환원가스 공급라인(12)이 연결 설치된다.
용융가스화로(10)로부터 공급되는 고온의 환원가스는 공기 또는 산소와 석탄, 미분탄의 연소에 의해 생성되며, 철광석을 환원, 용융한 후 발생된 가스로서 일산화탄소, 이산화탄소, 수소, 수증기 및 메탄을 포함한다.
아래의 [반응식 1], 및 [반응식 2]에 나타난 바와 같이 철광석 환원로(20)에서 철광석은 환원가스와 반응하여 산소를 많이 포함하는 상태(Fe2O3, Fe3O4)에서 산소를 적게 포함하는 상태(FeOx, Fe)인 환원철로 전환된다. 여기서 X는 0~1 사이의 값을 갖는다. 또한, [반응식 3]에 나타난 바와 같이 환원가스는 스팀 기체 전이 반응(Water-Gas Shift Reaction)에 의하여 이산화탄소와 수증기로 전환된다. 즉, 일산화탄소와 수소를 포함하는 환원가스는 철광석에 작용하여 산소를 제거하고 이산화탄소와 수증기로 전환된다.
[반응식 1]
1/3 Fe2O3 + CO/H2 ----> 2/3 Fe + CO2/H2O
[반응식 2]
1/4 Fe3O4 + CO/H2 ----> 3/4 Fe + CO2/H2O
[반응식 3]
CO + H2O ----> CO2 + H2
상기한 바와 같이 철광석 환원로에서 생성된 환원철(FeOx, Fe)은 환원철 공급라인(61)을 통해서 용융가스화로(10)로 공급된다.
가스정제 필터형 환원로(30)는 소결광을 장입하고 철광석 환원로(20)에서 철광석을 환원한 후 배출되는 공정가스를 취입하여 소결광을 환원시키는 장치이다. 철광석 환원로(20)와 가스정제 필터형 환원로(30) 사이에는 철광석 환원로(20)에서 생성되며 일산화탄소와 수소를 주성분으로 하는 공정가스를 가스정제 필터형 환원로(30)로 취입하는 공정가스 공급라인(62)이 연결 설치된다.
철광석 환원로(20)로부터 배출되는 공정가스의 양은 용융가스화로(10)로 공급되는 공기 또는 산소와 석탄, 미분탄의 양과 철광석 환원로(20)로 투입되는 철광석량을 통해서 조절될 수 있다. 공정가스의 주성분인 일산화탄소와 수소는 석탄 및 미분탄 소비량에 의존하여 조절될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 석탄비가 낮고, 일산화탄소와 수소의 양이 적을수록 용철 생산이 유리하고, 석탄비가 높고 일산화탄소와 수소의 양이 많을수록 전력 생산이 유리하다.
예로서 공정가스 중, 일산화탄소와 수소의 비중이 30부피비(vol%) 이하일 경우 전력생산량보다는 용철 생산량을 증가시키며, 일산화탄소와 수소의 비중이 60부피비(vol%) 이상일 경우 용철 생산량보다는 전력생산량을 증가시킨다. 이는 석탄비가 높고 일산화탄소와 수소의 양이 많은 경우에는 공정 가스의 양이 상대적으로 커지므로 전력 생산 효율이 증가하기 때문이다.
공정가스 공급라인(62)은 가스정제 필터형 환원로(30)의 하부에 연결되며, 공정가스는 가스정제 필터형 환원로(30)의 아래로부터 위로 상승하면서 소결광을 환원시킨다. 또한, 소결광은 가스정제 필터형 환원로(30)의 상부로 투입된다.
한편, 가스정제 필터형 환원로(30)와 산화 연소로(40)와 사이에는 산화 연소로(40)에서 생성된 산화소결광을 가스정제 필터형 환원로(30)로 공급하는 산화소결광 공급라인(66)이 가스정제 필터형 환원로(30)의 상부에 연결 설치된다.
이때, 공정가스의 주성분인 일산화탄소와 수소는 가스정제 필터형 환원로(30)내에서 소결광과 접촉하여 소결광의 산소를 제거하고 이산화탄소와 스팀으로 전환되어 배출된다. 이에 따라 공정가스에서 이산화탄소의 분리가 용이하고, 생성된 물은 스팀으로 전환이 가능하게 된다.
가스정제 필터형 환원로(30)로 공급되는 공정가스는 500℃ 이상의 고온으로 이루어질 수 있으며, 가스정제 필터형 환원로(30)가 예비 환원로를 구비하는 경우에는 300℃ 이상으로 유지될 수 있다. 가스정제 필터형 환원로(30)에 장입되는 소결광은 고온의 산소가 많이 포함된 상태로 가스정제 필터형 환원로(30)에 열량을 공급하고 공정가스와 접촉, 환원되어 산소가 적게 포함된 상태로 전환된다.
공정가스는 가스정제 필터형 환원로(30)의 아래에서 위로 상승하고, 분진은 천천히 하강하는 소결광과 함께 아래로 이동한다. 이에 따라 분진이 공정가스로부터 분리되어 소결광과 함께 배출될 수 있다. 이때, 상승하는 공정가스의 유속이 느릴수록 공정가스에서 분진을 제거하는 효율이 향상된다.
상기한 바와 같이 본 실시예에서는 매체순환공정의 산소공여입자로서 소결광을 사용하고, 소결광을 가스정제 필터형 환원로(30)의 상부로 투입함으로써 상승하는 공정가스에 포함된 분진을 효율적으로 제거할 수 있다.
소결광은 자연상태 철광석이 고온에서 소성하여 분쇄되어 형성되며, 공정가스 중의 분진은 소결광과 반응하여 제거될 수도 있다. 가스정제 필터형 환원로(30)의 상부로 공급되는 소결광은 산소를 많이 포함하는 Fe2O3 또는 Fe3O4로 이루어지며, 700℃ 내지 800℃ 이상의 온도를 갖는다. 이러한 소결광은 가스정제 필터형 환원로(30)에 열을 공급하고, 공정가스 중의 이산화탄소 및 수소와 반응하여 환원되며, 이에 따라 산소가 적게 포함된 FeO 또는 Fe 상태로 전환된다.
가스정제 필터형 환원로(30)의 반응 온도는 산화 연소로(40)로부터 투입되는 소결광의 열량 및 환원성을 고려하여 600℃ 내지 700℃ 이상이 되며, 반응온도가 높을수록 유리하다.
여기서 소결광은 자연상태 철광석 분말, 석회석 및 석탄을 혼합하고 900℃~1400℃, 또는 1100℃~1400℃로 가열, 재결정 또는 반용융상태까지 소성한 후, 1mm~10 mm로 분쇄한 광석으로 이루어질 수 있다.
분쇄된 소결광은 일반적으로 FeO를 3~10중량%, 광석 중 전체 Fe를 50중량%이상 함유한 광석으로 이루어질 수 있다. 다만 분쇄된 소결광의 성분은 공정 조건에 따라 다양하게 설정될 수 있으며 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 분쇄된 소결광은 환원, 산화반응을 거쳐 기공을 형성한 광석으로 높은 기계적 강도, 낮은 환원분화도, 높은 환원성을 가질 수 있다. 이러한 소결광은 가스정제 필터형 환원로(30)에서 Fe2O3 상태에서 FeO, 또는 Fe상태까지 순환하여 이산화탄소 및 수소와의 반응효율을 향상시킬 수 있다.
소결광의 크기는 작을수록 공정가스 중의 분진제거 효율은 증가된다. 본 발명에서 사용되는 소결광은 용철제조공정을 위해 적용되는 소결기로부터 얻어지는 소결광을 사용하는 것도 가능하다. 소결기로부터 얻어진 소결광 중에서 분쇄되어 입도가 5mm~50mm인 것은 고로에 사용되고 이보다 작은 소결광을 가스정제 필터형 환원로(30)의 산소공여입자로 사용될 수 있다. 가스정제 필터형 환원로(30)의 소결광의 입도는 10mm 이하로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 소결광의 입도는 0.5mm~8mm로 이루어질 수 있다.
본 실시예에서는 산소공여입자인 매체로서 소결광이 사용된 것으로 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 매체는 소성 펠렛(pellet) 형태로 이루어질 수 있다.
매체가 소성 펠렛으로 이루어지는 경우, 소성 펠렛은 입도 100㎛ 이하, 또는 60㎛ 이하의 극미분철광석과, 바인더로써 벤토나이트와, 첨가 물질로 석회석, 백운암, 감람석 등을 포함한다. 또한, 소성 펠렛은 극미분철광석과 바인더와 첨가 물질을 회전하는 드럼속에 물과 함께 투입하여 3mm ~ 8mm 정도 크기의 구형 펠렛 형태로 제조된다. 상기와 같이 제조된 구형 펠렛은 800℃-900O℃로 예비 가열된 후, 1200℃~1400℃에서 소성하여 제조된다.
소성 펠렛은 소결광보다 더 많은 기공을 갖고, 전형적으로 전체 Fe을 50중량%이상, 적절하게는 60중량%이상 함유하게 된다. 소성 펠렛은 소결광처럼 단단함과 높은 환원성, 낮은 환원분화도를 가지는 것이 가능하다. 또한, 펠렛의 구성 성분 중에 미세 석탄분말을 함유하여 펠렛을 형성하고 소성 할 경우 소성 펠렛은 기공 발달 측면에서 소결광에 비하여 더 우수하다.
용철생산을 위해 만들어진 2mm~20mm의 펠렛 중에서 8mm~20mm사이의 펠렛은 주로 고로공정에서 사용되고, 2mm~8mm의 작은 크기 펠렛만 선택하여 산소공여입자로 사용될 수 있다. 또한, 산소공여입자는 0.5mm~2mm의 작은 크기의 펠렛을 사용하는 것도 가능하다.
매체로서 소성 펠렛을 사용하는 경우, 철광석 환원로(20) 또는 가스정제 필터형 환원로(30)에는 첨가제로 CaO 또는 CaCO3가 투입될 수 있다.
가스정제 필터형 환원로(30)는 고정층 반응기, 유동층 반응기, 무빙베드(moving bed) 반응기 형태로 이루어질 수 있으나, 산소공여입자의 주기적인 교체 편리성 및 카본침적에 의한 비활성 방지 측면에서 유동층 반응기 또는 무빙베드(moving bed) 반응기 형태로 이루어지는 것이 바람직하다.
가스정제 필터형 환원로(30)가 유동층 형태로 이루어질 경우, 투입된 공정가스가 반응기 내의 소결광과 혼합되어 균일한 온도분포를 가질 수 있다. 또한, 공정가스는 산화되어 가스정제 필터형 환원로(30)의 상부로 배출되고 소결광은 환원되면서 공정가스내의 분진과 함께 가스정제 필터형 환원로(30)의 하부로 배출될 수 있다. 유동층 반응기는 복수 개가 직렬로 연결되는 바, 이에 의하면 공정가스의 완전산화가 용이하며, 분진제거 효율이 향상된다.
가스정제 필터형 환원로(30)가 무빙베드(moving bed) 반응기 형태로 이루어질 경우, 반응기 윗부분 또는 측면으로부터 공정가스가 투입되며, 투입된 공정가스는 천천히 하강하는 다량의 소결광과 지속적인 접촉에 의해 완전 산화될 수 있다. 또한, 이때 하강하는 소결광은 환원되면서 공정가스 내의 분진을 함께 필터링하여 배출될 수 있다.
가스정제 필터형 환원로(30)에는 배출되는 환원된 소결광의 일부를 용융가스화로(10)에 공급하는 제1 환원소결광 공급라인(64)과, 환원된 소결광의 나머지를 미세분진 제거장치(45)로 공급하는 제2 환원소결광 공급라인(65)이 설치된다. 환원된 소결광의 나머지는 가스정제 필터형 환원로(30)에서 일산화탄소, 수소에 산소를 제공하고 배출된 FeO 또는 Fe의 소결광, 공정가스로부터 분리된 분진 및 반복적인 매체순환식 산화, 환원반응에서 발생한 소결광의 분화광석을 포함한다.
또한, 미세분진 제거장치(45)로 공급된 소결광은 분진이 제거된 후, 활성을 촉진하기 위해 외부에서 공급된 소결광과 혼합되어 산화 연소로(40)로 투입된다.
가스정제 필터형 환원로(30)에는 배가스 배출관(63)이 연결 설치되는 바, 배가스 배출관(63)을 통해서 가스정제 필터형 환원로(30)에서 생성된 배가스가 배출된다. 배가스 배출관(63)에는 열교환기가 연결 설치될 수 있으며, 열교환기는 가스정제 필터형 환원로에서 배출되는 배가스를 열교환시켜 배가스내 수증기는 물로 전환시켜 이산화탄소를 분리하고 고온의 스팀을 생산한다.
이때 분리된 이산화탄소는 지하 등에 저장 처리되거나 별도로 이용될 수 있다. 또한, 배가스 배출관(63)은 발전기(50)와 연결되며, 발전기는 열교환기에 의해 생성된 스팀으로부터 전기를 생산하는 스팀터빈을 포함한다.
미세분진 제거장치(45)는 가스정제 필터형 환원로(30)로부터 배출된 환원된 소결광으로부터 분진을 제거하는 장치이다. 미세분진 제거장치(45)는 제2 환원소결광 공급라인(65)에 연결 설치되며, 미세분진을 제거하는 진동스크린장치를 포함한다. 또한, 미세분진 제거장치(45)는 진동스크린장치 에 도입하기 이전에 공기 또는 질소를 불어넣어 미세분진의 일부를 미리 제거하는 사전분진제거장치부를 포함할 수 있다.
또한, 미세분진 제거장치(45)는 자석분진제거부를 포함할 수 있으며, 자석분진제거부는 환원소결광에 자기장을 인가하여 비활성화된 산소공여입자 및 분진을 제거한다. 자석분진제거부에 의해 분리된 비활성산소공여입자 및 분진은 상기 용융가스화로(10)로 순환될 수 있다.
제2 환원소결광 공급라인(65)에는 가스정제 필터형 환원로(30)에서 배출된 소결광에 신선한(새로운) 소결광을 공급하는 소결광 공급라인(68)이 연결 설치된다. 소결광 공급라인(68)은 용융가스화로(10)에 공급된 환원된 소결광의 양을 보충하고 활성을 촉진하기 위하여 새로운 소결광을 추가적으로 공급한다. 제2 환원소결광 공급라인(65)은 산화 연소로(40)의 하부에 연결 설치되며, 산화 연소로(40)의 하부에는 공기를 공급하는 공기 공급라인(69)이 연결 설치된다.
산화 연소로(40)는 분진이 제거된 환원된 소결광을 공급되는 공기와 연소시켜서 소결광을 산화시키는 장치이다. 산화 연소로(40)는 연소에 의하여 열을 발생시키고, 환원된 소결광을 산소가 많이 포함된 산화된 소결광으로 전환한다.
산소가 결핍된 소결광은 공기 중 산소를 공급받아 산화되면서 열을 반응기에 공급하거나 소결광 또는 공기에 열을 전달하고 고온의 산소가 많이 포함된 산화된 소결광으로 전환하여 가스정제 필터형 환원로(30)로 재순환된다. 이를 위해서 산화 연소로(40)와 가스정제 필터형 환원로(30) 사이에는 산화 연소로(40)에서 산화된 소결광을 가스정제 필터형 환원로(30)로 공급하는 산화소결광 공급라인(66)이 설치된다.
또한, 공기 공급라인(69)을 통해서 높은 압력을 갖는 압축 공기가 유입되며, 압축 공기는 상온인 상태로 공급될 수 있으며, 가스정제 필터형 환원로(30)로부터 배출되는 소결광과 열교환 후, 고온의 상태로 산화 연소로(40)로 투입될 수 있다. 유입된 공기는 소결광에 연소를 위한 산소를 공급한 후, 산소가 결핍된 상태로 배출된다. 이때 배출되는 공기의 온도는 700℃~1200℃로 이루어진다.
산화 연소로(40)에서 발생되는 열을 공기에 효율적으로 전달하기 위해서는 공기의 유량이 소결광의 유량보다 크도록 조절될 수 있다. 또한, 산화 연소로(40)는 상승관(riser) 반응기로 이루어질 수 있으며, 상승관 반응기는 하부에 배출구를 설치할 수 있는 바, 10mm 또는 15mm이상의 입도를 갖는 소결광이 상승관의 하부에서 제거될 수 있다. 또한, 상승관의 상부에는 사이클론(cyclone)이 설치되는 바, 이에 따라 넓은 공간을 확보하여 상승하는 산화소결광이 공기에서 용이하게 분리될 수 있다.
또한, 산화 연소로(40)는 병렬로 연결된 복수의 반응기를 포함할 수 있으며, 반응기 압력은 효율적 전력생산을 위하여 상온에서 30bar로 유지될 수 있다. 이때 압력은 투입되는 압축공기에 의해 조절된다.
산화 연소로(40)에는 고온의 공기를 발전기로 전달하는 배가스 공급라인(42)이 설치되는 바, 배가스 공급라인(42)은 산화 연소로(40)와 발전기(50) 사이에 설치되어 산화 연소로(40)에서 생성된 고온의 배가스를 발전기로 전달한다.
발전기(50)는 배가스 공급라인(42)을 통해서 공급된 고온의 공기를 이용하여 전력을 생산하는 장치로서 가스터빈으로 이루어질 수 있다. 또한, 발전기(50)는 가스터빈과 스팀터빈을 포함하는 복합발전 시스템으로 이루어질 수 있다. 가스터빈은 산화 연소로(40)에서 새로운 소결광 및 환원된 소결광에 연소를 위한 산소를 공급한 후 배출되는 산소가 결핍된 공기로부터 전기를 생산하며, 스팀 터빈은 산소가 결핍된 공기를 열교환시켜 스팀을 생산하고 생산된 스팀을 이용하여 전기를 생산한다.
본 실시예와 같이 산화 연소로에서 배출되는 공기의 온도가 700℃~1200℃로 이루어지면, 이러한 상태에 있는 높은 압력을 갖는 공기의 부피가 팽창하며, 이에 따라 터빈을 강한 힘으로 구동하여 발전효율을 향상시킬 수 있다.
이에 따라 본 실시예에 따른 용철제조장치(101)는 철광석을 매개로한 매체 순환을 이용하여 용철제조공정에서 발생된 이산화탄소를 용이하게 분리할 수 있을 뿐만 아니라 이 과정에서 생성된 고온의 공기를 이용하여 터빈을 회전시킴으로써 전력을 생산할 수 있다.
이하에서는 본 실시예에 따른 용철제조방법에 대해서 설명한다.
본 실시에 따른 용철제조방법은 환원로(20)에 철광석을 장입하고 환원가스를 취입하여 환원철을 제조하는 단계와, 석탄을 충진하고 환원로(20)에서 배출되는 환원철을 장입하여 용철과 환원로(20)에 취입되는 환원가스를 제조하는 단계와, 가스정제 필터형 환원로(30)에 산화연소로(40)에서 이송된 소결광 또는 소성 펠릿을 장입하고 환원로(20)에서 배출되는 공정가스를 취입하여 소결광 또는 소성 펠릿을 환원시키는 단계와, 환원된 소결광 또는 소성 펠릿으로부터 분진을 제거하는 단계, 및 산화 연소로에 분진이 제거된 소결광 또는 소성 펠릿을 장입하고 공기와 함께 연소시키는 단계를 포함한다.
또한, 본 실시에 따른 용철제조방법에서 가스정제 필터형 환원로(30)에서 환원된 후 배출되는 소결광 또는 소성 펠릿의 일부를 용융가스화로(10)에 장입한다.
또한, 본 실시에 따른 용철제조방법은 가스정제 필터형 환원로(30)에서 배출되는 배가스를 열교환시켜 수증기를 물로 응축시켜 이산화탄소를 분리하고, 생성된 스팀으로 스팀터빈을 회전시켜 전기를 생산하는 단계를 더 포함한다.
또한, 본 실시에 따른 용철제조방법은 산화 연소로(40)에서 소결광 또는 소성 펠릿을 연소시킨 후 배출되는 산소가 결핍된 공기를 이용하여 가스터빈을 회전시켜 전기를 생산하는 단계를 더 포함한다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 용철제조장치를 도시한 구성도이다.
도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 용철제조장치(102)는 가스정제 필터형 환원로(30)에 이산화탄소 제거장치(70)가 설치된 것을 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 용철제조장치와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
가스정제 필터형 환원로(30)의 배가스 배출관(63)에는 이산화탄소 제거장치(70)가 연결 설치되는 데, 이산화탄소 제거장치(70)는 상기 가스정제 필터형 환원로에서 배출되는 배가스로부터 이산화탄소를 제거하는 장치이다. 이산화탄소 제거장치(70)는 이산화탄소 흡착법, 아민 또는 암모니아를 사용한 이산화탄소 흡수, 탈거에 의한 이산화탄소 흡수법 등의 방법으로 이산화탄소를 흡수한다.
또한, 이산화탄소 제거장치(70)는 수증기-가스 개질반응기(water-gas shift reactor) 및 수소 압력스윙흡착기(pressure swing adsorption)를 포함할 수 있다.
이산화탄소 제거장치(70)에서 흡수된 고농도 이산화탄소 함유 가스는 지하에 저장, 처리하거나 재이용하는 것이 가능하다. 또한, 이산화탄소 제거장치(70)에는 이산화탄소가 제거된 가스정제 필터형 환원로 배가스를 가스정제 필터형 환원로(30)로 재취입하기 위한 재순환 가스 공급라인(72)이 설치되는 바, 재순환 가스 공급라인(72)은 가스정제 필터형 환원로(30)에서 배출되는 배가스에서 이산화탄소를 제거하고, 남은 환원력을 가지는 배가스를 가스정제 필터형 환원로(30)에 다시 공급한다.
이산화탄소가 제거된 가스정제 필터형 환원로 배가스는 철광석 환원로(20)에서 공급되는 공정가스와 함께 혼합되어 가스정제 필터형 환원로(30)에 공급되는데, 이산화탄소가 제거된 가스정제 필터형 환원로 배가스가 혼합되면 일산화탄소와 수소의 분율을 향상시켜서 전력 생산 효율이 향상된다.
또한 가스정제 필터형 환원로(30)와 이산화탄소 제거장치(70) 사이에는 배가스에 포함된 물을 제거하는 응축기(71)가 더 설치될 수 있다. 응축기(71)는 배가스 배출관(63)에 연결 설치되어 배가스에 포함된 물을 분리시킨다. 분리된 물은 응축기(71)와 발전기(50)에 연결 설치된 물배출관(74)을 통해서 발전기(50)로 공급되어 스팀의 생산에 사용된다.
한편, 본 실시예에 따른 용철제조방법은 상기한 제1 실시예에 따른 용철제조방법에 부가하여 가스정제 필터형 환원로(30)에서 배출되는 배가스를 이산화탄소 제거장치(70)에 통과시켜 이산화탄소를 제거하고, 이산화탄소가 제거된 배가스를 가스정제 필터형 환원로(30)에 재취입하는 단계를 포함한다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 용철제조장치를 도시한 구성도이다.
도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 용철제조장치(103)는 공정가스 공급라인(62)에 연결 설치된 가스정제장치(81)와 제2 환원소결광 공급라인(65)에 연결 설치된 열교환장치(82)를 제외하고는 상기한 제2 실시예에 따른 용철제조장치와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
공정가스 공급라인(62)은 철광석 환원로(20)에서 가스정제 필터형 환원로(30)로 공정가스를 공급하는 바, 가스정제장치(81)는 공정가스에 포함된 분진 등을 제거한다. 가스정제장치(81)는 가스정제 필터형 환원로(30)의 전단에 설치되어 철광석 환원로(20)에서 배출되는 공정가스로부터 분진을 제거한다.
가스정제장치(81)는 싸이크론, 세라믹 캔들 필터, 메탈 필터와 같은 건식집진장치 또는 스크러버와 같은 습식집진장치로 이루어질 수 있다. 가스정제장치(81)가 습식집진장치로 이루어질 경우, 열을 회수한 후, 습식집진장치 후단에서 공정가스에 열을 공급하는 구조로 이루어진다.
열교환장치(82)는 제2 환원소결광 공급라인(65)에서 가스정제 필터형 환원로(30)와 미세분진 제거장치(45) 사이에 설치되며, 열교환장치(82)에는 산화 연소로(40)에 공기를 공급하는 공기 공급라인(69)이 연결 설치된다.
열교환장치(82)는 산화 연소로(40)의 전단에 설치되어 고온의 소결광과 공기의 열교환을 유도하여 공기를 가열하며 가열된 공기는 공기 공급라인(69)에 의하여 산화 연소로(40)로 공급된다.
이와 같이 열교환장치(82)가 설치되면 산화 연소로(40)에 고온의 압축공기를 공급함으로써 산화 연소로(40)에서 배출된 고온공기의 압력 및 온도를 증가시켜서 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 용철제조방법은 상기한 제2 실시예에 따른 용철제조방법에 부가하여 철광석 환원로(20)에서 배출되는 공정가스를 가스정제장치(81)에 통과시켜 분진을 제거하는 단계와, 산화 연소로(40)에 공급되는 공기를 가열하기 위하여 열교환시키는 단계를 더 포함한다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있다.
101, 102, 103: 용철제조장치 12: 환원가스 공급라인
13: 미분탄 공급라인 14: 산소 공급라인
15: 석탄 공급라인 16: 용융철 배출라인
20: 철광석 환원로 21: 제1 환원로
22: 제2 환원로 23: 제3 환원로
27: 철광석 공급라인 30: 가스정제 필터형 환원로
40: 산화 연소로 42: 배가스 공급라인
45: 미세분진 제거장치 50: 발전기
61: 환원철 공급라인 62: 공정가스 공급라인
63: 배가스 배출관 64: 제1 환원소결광 공급라인
65: 제2 환원소결광 공급라인 66: 산화소결광 공급라인
68: 소결광 공급라인 69: 공기 공급라인
70: 이산화탄소 제거장치 71: 응축기
72: 재순환 가스 공급라인 74: 물배출관
81: 가스정제장치 82: 열교환장치

Claims (25)

  1. 철광석을 장입하고 환원가스를 취입하여 환원철을 생산하는 철광석 환원로;
    석탄을 충진하고 상기 철광석 환원로에서 환원되어 배출되는 환원철을 장입하여 용철과 상기 철광석 환원로에 제공할 환원가스를 생산하는 용융가스화로;
    산화 연소로로부터 이송된 소결광을 장입하고 상기 철광석 환원로에서 철광석을 환원한 후 배출되는 공정가스를 취입하여 소결광을 환원시키는 가스정제 필터형 환원로;
    상기 가스정제 필터형 환원로에서 환원되어 배출되는 환원된 소결광으로부터 분진을 제거하기 위한 미세분진 제거장치; 및
    분진이 제거된 환원된 소결광을 장입하고 공기와 함께 연소시켜 환원된 소결광을 산화시키는 산화 연소로를 포함하는 용철제조장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화 연소로는 산화된 소결광을 상기 가스정제 필터형 환원로로 공급하기 위한 산화소결광 공급라인이 설치된 것을 특징으로 하는 용철제조장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스정제 필터형 환원로는 배출되는 환원된 소결광의 일부를 상기 용융가스화로에 공급하는 제 1 환원소결광 공급라인과 환원된 소결광의 나머지를 상기 미세분진 제거장치로 공급하는 제2 환원소결광 공급라인이 설치된 것을 특징으로 하는 용철제조장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 소결광은 자연상태의 철광석 분말, 석회석 및 석탄을 혼합하고 900℃~1,400℃ 범위에서 가열, 재결정 또는 반용융상태까지 소성한 후 10mm이하로 분쇄한 광석인 것을 특징으로 하는 용철제조장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 환원된 소결광의 나머지는 상기 가스정제 필터형 환원로에서 일산화탄소, 수소에 산소를 제공하고 배출된 FeO 또는 Fe의 소결광, 상기 공정가스로부터 분리된 분진 및 반복적인 매체순환식 산화, 환원반응에서 발생한 소결광의 분화광석을 포함하는 용철제조장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 산화 연소로에는 상기 용융가스화로에 공급된 환원된 소결광의 양을 보충하고 활성을 촉진하기 위하여 새로운 소결광이 추가적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 용철제조장치.
  7. 제 1 항에서,
    상기 가스정제 필터형 환원로에서 배출되는 배가스를 열교환시켜 배가스내 수증기는 물로 전환시켜 이산화탄소를 분리하고 고온의 스팀을 생산하기 위한 열교환장치; 및
    상기 열교환장치에 의해 생성된 스팀으로부터 전기를 생산하기 위한 스팀터빈을 더 포함하는 용철제조장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 산화 연소로에서 환원된 소결광이 공기중 산소와 연소됨으로써 발생한 열량은 상기 새로운 소결광, 공기 및 상기 미세분진 제거장치로부터 공급되는 환원된 소결광에 열량을 공급하는 것을 특징으로 하는 용철제조장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 산화 연소로에서 새로운 소결광 및 환원된 소결광에 연소를 위한 산소를 공급한 후 배출되는 산소가 결핍된 공기로부터 전기를 생산하기 위한 가스터빈 또는 상기 산소가 결핍된 공기를 열교환시켜 스팀을 생산하고 생산된 스팀을 이용하여 전기를 생산하는 스팀터빈을 더 포함하는 용철제조장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스정제 필터형 환원로에 연결되어 상기 가스정제 필터형 환원로에서 배출되는 배가스로부터 이산화탄소를 제거하기 위한 이산화탄소 제거장치를 더 포함하는 용철제조장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 가스정제 필터형 환원로에서 배출되는 배가스는 열교환에 의해 스팀을 생산하고 생산된 스팀으로 스팀터빈을 돌려 전기를 발생시키고, 물을 제거한 후 상기 이산화탄소 제거장치에 공급되는 것을 특징으로 하는 용철제조장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 이산화탄소 제거장치는 이산화탄소가 제거된 가스정제 필터형 환원로 배가스를 상기 가스정제 필터형 환원로에 재취입하기 위한 재순환 가스 공급라인이 설치된 것을 특징으로 하는 용철제조장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 이산화탄소 제거장치는 수증기-가스 개질반응기(water-gas shift reactor) 및 수소 압력스윙흡착기(pressure swing adsorption)를 포함하는 용철제조장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 철광석 환원로에서 배출되는 공정가스로부터 분진을 제거하기 위한 가스정제장치가 상기 가스정제 필터형 환원로의 전단에 설치된 것을 특징으로 하는 용철제조장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 가스정제장치는 싸이클론, 세라믹 캔들 필터, 메탈 필터 및 스크러버에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 용철제조장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 산화 연소로는 취입되는 공기를 가열하기 위한 열교환장치가 상기 산화 연소로 전단에 설치된 것을 특징으로 하는 용철제조장치.
  17. 철광석을 장입하고 환원가스를 취입하여 환원철을 생산하는 철광석 환원로;
    석탄을 충진하고 상기 철광석 환원로에서 환원되어 배출되는 환원철을 장입하여 용철과 상기 철광석 환원로에 제공할 환원가스를 생산하는 용융가스화로;
    소성 펠렛을 장입하고 상기 철광석 환원로에서 철광석을 환원한 후 배출되는 공정가스를 취입하여 소성 펠렛을 환원시키는 가스정제 필터형 환원로;
    상기 가스정제 필터형 환원로에서 환원되어 배출되는 환원된 소성 펠렛으로부터 분진을 제거하기 위한 미세분진 제거장치; 및
    분진이 제거된 환원된 소성 펠렛을 장입하고 공기와 함께 연소시켜 환원된 소성 펠렛을 산화시키는 산화 연소로를 포함하는 용철제조장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 소성 펠렛은 입도 100㎛ 이하의 극미분 철광석, 벤토나이트, 석회석, 백운암, 감람석을 회전식 드럼내에 물과 함께 투입하여 8mm 크기 이하의 구형펠렛으로 만든 후 800℃~900℃에서 예비가열한 후, 1,200℃~1,400℃ 에서 소성한 것을 특징으로 하는 용철제조장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 철광석 환원로 또는 가스정제 필터형 환원로에는 첨가제로 CaO 또는 CaCO3가 투입되는 것을 특징으로 하는 용철제조장치.
  20. 환원로에 철광석을 장입하고 환원가스를 취입하여 환원철을 제조하는 단계;
    석탄을 충진하고 상기 환원로에서 배출되는 환원철을 장입하여 용철과 상기 환원로에 취입되는 환원가스를 제조하는 단계;
    가스정제 필터형 환원로에 소결광 또는 소성 펠렛을 장입하고 상기 환원로에서 배출되는 공정가스를 취입하여 상기 소결광 또는 소성 펠렛을 환원시키는 단계;
    상기 환원된 소결광 또는 소성 펠렛으로부터 분진을 제거하는 단계; 및
    산화 연소로에 상기 분진이 제거된 소결광 또는 소성 펠렛을 장입하고 공기와 함께 연소시키는 단계를 포함하며,
    상기 가스정제 필터형 환원로에서 환원된 후 배출되는 소결광 또는 소성 펠렛의 일부는 상기 용융가스화로에 장입되는 것을 특징으로 하는 용철제조방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 가스정제 필터형 환원로에서 배출되는 배가스를 열교환시켜 수증기를 물로 응축시켜 이산화탄소를 분리하고, 생성된 스팀으로 스팀터빈을 회전시켜 전기를 생산하는 단계를 더 포함하는 용철제조방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 산화 연소로에서 소결광 또는 소성 펠렛을 연소시킨 후 배출되는 산소가 결핍된 공기를 이용하여 가스터빈을 회전시켜 전기를 생산하는 단계를 더 포함하는 용철제조방법.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 가스정제 필터형 환원로에서 배출되는 배가스를 이산화탄소 제거장치에 통과시켜 이산화탄소를 제거하고, 이산화탄소가 제거된 배가스를 상기 가스정제 필터형 환원로에 재취입하는 단계를 더 포함하는 용철제조방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 철광석 환원로에서 배출되는 공정가스를 가스정제장치에 통과시켜 분진을 제거하는 단계를 더 포함하는 용철제조방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 산화 연소로에 공급되는 공기를 가열하기 위하여 열교환시키는 단계를 더 포함하는 용철제조방법.
KR1020120155092A 2012-12-27 2012-12-27 용철제조장치 및 용철제조방법 KR101384800B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120155092A KR101384800B1 (ko) 2012-12-27 2012-12-27 용철제조장치 및 용철제조방법
PCT/KR2013/010962 WO2014104596A1 (ko) 2012-12-27 2013-11-29 용철제조장치 및 용철제조방법
CN201380066677.9A CN104870659B (zh) 2012-12-27 2013-11-29 铁水制造设备及铁水制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120155092A KR101384800B1 (ko) 2012-12-27 2012-12-27 용철제조장치 및 용철제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101384800B1 true KR101384800B1 (ko) 2014-04-14

Family

ID=50657559

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120155092A KR101384800B1 (ko) 2012-12-27 2012-12-27 용철제조장치 및 용철제조방법

Country Status (3)

Country Link
KR (1) KR101384800B1 (ko)
CN (1) CN104870659B (ko)
WO (1) WO2014104596A1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101676196B1 (ko) * 2015-11-18 2016-11-15 주식회사 포스코 니켈 습식 제련 공정의 수소 재활용 방법 및 장치
KR20180071676A (ko) 2016-12-20 2018-06-28 주식회사 포스코 가스 제조장치 및 제조방법
WO2020105901A1 (ko) * 2018-11-22 2020-05-28 주식회사 포스코 용철 제조 장치

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106048212B (zh) * 2016-06-07 2017-11-28 东南大学 一种分级还原燃烧制取烧结矿并分离co2的装置及方法
CN106048214B (zh) * 2016-06-07 2017-11-28 东南大学 一种合成气还原燃烧制取烧结矿并分离co2的装置及其方法
KR101827996B1 (ko) * 2016-10-17 2018-02-13 주식회사 포스코 용철제조방법 및 이를 이용한 용철제조장치
KR101998733B1 (ko) * 2016-12-22 2019-07-10 주식회사 포스코 용선제조장치 및 용선제조방법
CN108611457B (zh) * 2018-06-11 2019-12-10 北京科技大学 一种煤制气还原含磁性金属的熔炼设备及其熔炼工艺
CN108676950B (zh) * 2018-06-11 2020-02-18 北京科技大学 一种基于煤制气还原含磁性金属的熔炼设备及其熔炼工艺
CN114350940A (zh) * 2021-12-25 2022-04-15 深圳市考拉生态科技有限公司 一种还原弱磁性铁矿生产碱性铁精矿的方法
CN114921602B (zh) * 2022-06-16 2023-10-10 山东省红森林新材料科技有限公司 一种超短流程炼钢装置系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005089797A (ja) 2003-09-16 2005-04-07 Kawasaki Heavy Ind Ltd 水素と還元鉄の製造方法及び装置
KR100797824B1 (ko) 2006-12-18 2008-01-24 주식회사 포스코 분상 또는 괴상의 일반탄 및 분상의 철함유 광석을 직접사용하는 용철제조장치
KR20090069591A (ko) * 2007-12-26 2009-07-01 주식회사 포스코 용철제조장치 및 용철제조방법
KR20100078327A (ko) * 2008-12-30 2010-07-08 주식회사 포스코 배가스 처리 장치 및 이를 이용한 용철 제조장치와 용철 제조장치의 부생가스를 이용한 수소 제조방법

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
UA84305C2 (ru) * 2003-12-05 2008-10-10 Поско Способ и устройство для получения расплава чугуна и горячекатанного стального листа
CN102031325A (zh) * 2010-11-26 2011-04-27 中冶赛迪工程技术股份有限公司 熔分造气生产铁水的炼铁系统及炼铁工艺
CN102409124A (zh) * 2011-11-23 2012-04-11 李振洪 一种熔融还原连续炼铁装置
CN102618684B (zh) * 2012-04-18 2013-05-15 石家庄新华能源环保科技股份有限公司 一种连续熔融还原炼铁的装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005089797A (ja) 2003-09-16 2005-04-07 Kawasaki Heavy Ind Ltd 水素と還元鉄の製造方法及び装置
KR100797824B1 (ko) 2006-12-18 2008-01-24 주식회사 포스코 분상 또는 괴상의 일반탄 및 분상의 철함유 광석을 직접사용하는 용철제조장치
KR20090069591A (ko) * 2007-12-26 2009-07-01 주식회사 포스코 용철제조장치 및 용철제조방법
KR20100078327A (ko) * 2008-12-30 2010-07-08 주식회사 포스코 배가스 처리 장치 및 이를 이용한 용철 제조장치와 용철 제조장치의 부생가스를 이용한 수소 제조방법

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101676196B1 (ko) * 2015-11-18 2016-11-15 주식회사 포스코 니켈 습식 제련 공정의 수소 재활용 방법 및 장치
KR20180071676A (ko) 2016-12-20 2018-06-28 주식회사 포스코 가스 제조장치 및 제조방법
WO2020105901A1 (ko) * 2018-11-22 2020-05-28 주식회사 포스코 용철 제조 장치
KR20200059933A (ko) * 2018-11-22 2020-05-29 주식회사 포스코 용철 제조 장치
KR102176350B1 (ko) 2018-11-22 2020-11-09 주식회사 포스코 용철 제조 장치
US20220002826A1 (en) * 2018-11-22 2022-01-06 Posco Device for manufacturing molten iron

Also Published As

Publication number Publication date
CN104870659B (zh) 2017-05-17
CN104870659A (zh) 2015-08-26
WO2014104596A1 (ko) 2014-07-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101384800B1 (ko) 용철제조장치 및 용철제조방법
JP5166443B2 (ja) ガス・蒸気タービン（コンバインドサイクル）発電所における電気的エネルギーの生成方法及び設備
RU2433341C1 (ru) Способ сжигания углеродсодержащего топлива при использовании твердого носителя кислорода
US5243922A (en) Advanced staged combustion system for power generation from coal
AU759861B2 (en) Power generation system based on gasification of combustible material
ES2911204T3 (es) Proceso y aparato para la fabricación de compuestos calcinados para la producción de productos calcinados
CN101391746B (zh) 小型煤汽化制氢方法
RU2618971C2 (ru) Способ обработки отходящих газов из установок для производства чугуна и/или синтез-газа
JP2004309067A (ja) 高炉ガスの利用方法
JPS62251428A (ja) ガスタ−ビン／蒸気タ−ビン複合サイクルの運転方法
CN110438277A (zh) 一种旋风闪速还原直接炼钢系统及工艺
KR101376138B1 (ko) 용철제조장치 및 용철제조방법
TWI765521B (zh) 製鐵設備及還原鐵之製造方法
CN107880938B (zh) 预热式分级气化方法及装置
CN113606946A (zh) 一种水泥窑尾烟气的二氧化碳捕集系统及减排方法
KR101384802B1 (ko) 용철제조장치 및 용철제조방법
CN1212730A (zh) 生产生铁水或钢水预产品的方法和实施该方法的设备
JP4427295B2 (ja) 還元性ガスの脱硫方法、高炉操業方法および還元性ガスの利用方法
McMullan et al. Clean coal technologies
KR101541900B1 (ko) 용철 제조 장치
EP3986596B1 (en) Method and a direct reduction plant for producing direct reduced iron
CN110016366B (zh) 生活垃圾气化甲烷化发电系统
KR101448605B1 (ko) 용철제조장치 및 용철제조방법
CN213086057U (zh) 依托高温换热器构建的闪速循环冶炼系统
JP2005114197A (ja) 廃棄物ガス化溶融処理方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170317

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180209

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190218

Year of fee payment: 6