KR101384804B1 - Apparatus for manufacturing molten irons using the exhausted gas and method thereof - Google Patents

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Abstract

제선공정의 배출가스를 이용하여 이산화탄소를 저감시킬 수 있는 용철제조장치 및 제조방법이 개시된다. 본 발명에 의한 용철제조장치는 제선로에서 발생하는 배출가스의 일부를 공급받아 연소시켜 열을 발생시키는 연소기, 상기 연소기와 연결되며 상기 연소기로부터 발생한 열을 이용하여 수증기에 의해 전기를 생산하는 발전기, 및 상기 제선로에서 발생하는 배출가스의 잔부를 공급받고, 상기 발전기와 연결되며, 발전에 사용된 수증기를 공급받아 배출가스의 일산화탄소를 수소가스로 전환시켜 다시 제선로로 전환된 수소가스를 취입하는 수소가스 제조기를 포함한다. 본발명은 제선공정에서 발생하는 배출가스의 일산화탄소를 수소로 전환하여 제선로로 재취입함으로써 가스 이용률을 높일 수 있어 제철소에서 발생하는 이산화탄소 발생량을 대폭 저감시킬 수 있다.Disclosed are a molten iron manufacturing apparatus and a manufacturing method capable of reducing carbon dioxide by using exhaust gas from a steelmaking process. The molten iron manufacturing apparatus according to the present invention is a combustor for generating heat by receiving a portion of the exhaust gas generated in the steelmaking furnace, the generator is connected to the combustor and generates electricity by steam using heat generated from the combustor, And receiving the remainder of the exhaust gas generated in the smelting furnace, connected to the generator, and receiving water vapor used for power generation to convert carbon monoxide from the effluent gas into hydrogen gas and injecting hydrogen gas converted into the smelting furnace again. Hydrogen gas maker. The present invention can increase the gas utilization rate by converting carbon monoxide in the exhaust gas generated in the iron making process into hydrogen and re-injecting it into the iron making furnace, thereby significantly reducing the amount of carbon dioxide generated in the steel mill.

Description

제선공정의 배출가스를 이용한 용철제조장치 및 제조방법{Apparatus for manufacturing molten irons using the exhausted gas and method thereof}Apparatus for manufacturing molten irons using the exhausted gas and method

본 발명은 용철제조장치 및 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제선공정의 배출가스를 이용하여 이산화탄소를 저감시킬 수 있는 용철제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a molten iron manufacturing apparatus and a manufacturing method, and more particularly to a molten iron manufacturing apparatus and a manufacturing method that can reduce the carbon dioxide by using the exhaust gas of the iron making process.

일반적으로 철광석을 환원시켜 선철을 생산하는 제선로에서는 환원제로서 다량의 탄소를 사용하고 있으며, 이는 곧바로 이산화탄소의 발생과 직결된다. 그리하여 제선공정에서 발생되는 이산화탄소는 제철소 전체에서 발생하는 양의 80%를 차지하게 된다. In general, a large amount of carbon is used as a reducing agent in an iron furnace that produces iron ore by reducing iron ore, which is directly connected to generation of carbon dioxide. Thus, carbon dioxide generated in the steel making process accounts for 80% of the total amount generated in the steel mill.

현재까지는 제선로의 생산성에만 초점이 맞추어져 왔기 때문에 환원용 탄소의 사용효율은 큰 고려의 대상이 되지 못했지만, 환원용 탄소의 사용효율을 향상시켜 탄소사용량을 줄이면 그만큼 이산화탄소의 줄일 수 있기 때문에 제선로 배출가스의 일부를 다시 제선로에 재사용되게 함으로써 사용되지 않고 그대로 배출되는 일산화탄소를 줄이고 가능한 모든 탄소를 이산화탄소 형태로 배출시킴으로써 연료 및 이산화탄소 발생을 줄이는 기술 개발이 요구되고 있다.Until now, the use efficiency of reducing carbon has not been a big consideration because the focus has only been on the productivity of the steel mills.However, reducing the carbon consumption by improving the use efficiency of reducing carbons can reduce carbon dioxide. There is a need to develop a technology to reduce fuel and carbon dioxide emissions by reducing part of the exhaust gas to be reused in the smelter to reduce carbon monoxide that is not used as it is and to discharge all possible carbon in the form of carbon dioxide.

제선공정의 배출가스는 일반적으로 제철공정의 열원이나 발전에 이용되었다. 근래에 이산화탄소 배출저감을 목적으로 화학흡착법, 물리흡착법 등의 이산화 포집공정을 거쳐 포집된 이산화탄소를 지하에 저장하는 기술들이 개발되었다.Exhaust gas from the steelmaking process was generally used for the heat source or power generation of the steelmaking process. Recently, technologies for storing carbon dioxide collected underground have been developed through the process of dioxide capture such as chemical adsorption and physical adsorption for the purpose of reducing carbon dioxide emissions.

이산화탄소만을 포집하여 지하에 저장하는 기술은 지하저장 공간이 부족하거나 천연재해 등에 의해 그 적용에 한계가 있다. 또한 이산화탄소를 제거한 배출가스를 제선로로 재순환할 경우, 일산화탄소와 함께 과량의 질소가 고로로 재취입됨으로서 가스 이용률이 떨어지는 한계가 있다.The technology of capturing only carbon dioxide and storing it underground has its limitation in application due to lack of underground storage space or natural disasters. In addition, when the exhaust gas from which carbon dioxide has been removed is recycled to the smelting furnace, an excessive amount of nitrogen is re blown into the blast furnace together with carbon monoxide.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 일관 제철공정에서 발생하는 배출가스를 이용하여 수소가스를 제조하고 이를 제선로로 다시 공급하는 용철제조장치 및 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a molten iron manufacturing apparatus and a manufacturing method for producing hydrogen gas using the exhaust gas generated in the integrated steelmaking process and to supply it back to the steel mill in order to solve the above problems.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 제선공정의 배출가스를 이용한 용철제조장치는 철광석 또는 환원철 중 적어도 하나와 석탄을 장입하여 용선을 제조하는 제선로; 상기 제선로에서 발생하는 배출가스의 일부를 공급받아 연소시켜 열을 발생시키는 연소기; 상기 연소기와 연결되며 상기 연소기로부터 발생한 열을 이용하여 수증기에 의해 전기를 생산하는 발전기; 및 상기 제선로에서 발생하는 배출가스의 잔부를 공급받고, 상기 발전기와 연결되며, 발전에 사용된 수증기를 공급받아 배출가스의 일산화탄소를 수소가스로 전환시켜 다시 제선로로 전환된 수소가스를 취입하는 수소가스 제조기를 포함한다.An apparatus for manufacturing molten iron using exhaust gas of a steelmaking process according to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object includes an iron making line for preparing molten iron by charging coal with at least one of iron ore or reduced iron; A combustor configured to generate a heat by receiving a part of the exhaust gas generated in the first furnace; A generator which is connected to the combustor and generates electricity by steam using heat generated from the combustor; And receiving the remainder of the exhaust gas generated in the smelting furnace, connected to the generator, and receiving water vapor used for power generation to convert carbon monoxide from the effluent gas into hydrogen gas and injecting hydrogen gas converted into the smelting furnace again. Hydrogen gas maker.

상기 수소가스 제조기는 상기 공급받은 배출가스의 잔부와 상기 발전기로부터 공급받은 수증기를 이용하여 일산화탄소를 수소로 치환하는 수성가스전환반응기(WGSR), 상기 발전기로부터 전기를 공급받아 상기 수성가스전환반응기(WGSR)에서 제조된 수소가 함유된 배출가스의 압력을 높이는 압축기 및 상기 압축기와 연결되어 배출가스의 수소함량을 높이는 압력순환흡착기(PSA)를 포함할 수 있다.The hydrogen gas generator is a water gas shift reactor (WGSR) for substituting carbon monoxide with hydrogen using the remainder of the supplied exhaust gas and water vapor supplied from the generator, the water gas shift reactor (WGSR) Compressor to increase the pressure of the hydrogen-containing discharge gas produced in the) and may be connected to the compressor pressure circulation adsorber (PSA) to increase the hydrogen content of the exhaust gas.

상기 제선로는 코렉스 공정의 용융가스화로, 파이넥스 공정의 용융가스화로 및 제선로 중에서 어느 하나일 수 있다.The smelting furnace may be any one of a melt gasification furnace of a Corex process, a melt gasification furnace of a Finex process, and a smelting furnace.

본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의한 용철제조방법은 철광석 또는 환원철 중 적어도 하나와 석탄을 제선로에 장입하여 용선을 제조하는 방법에 있어서, 상기 제선로로부터 배출된 배기가스를 연소기와 수소가스 제조기로 분리하는 단계; 상기 연소기로 공급된 배기가스를 순산소 또는 공기와 반응시켜 연소시키는 단계; 상기 연소기에서 발생한 열을 이용하여 수증기로부터 전기를 생산하는 단계; 상기 수소가스 제조장치로 공급된 배기가스와 상기 발전에 사용된 수증기의 일부를 이용하여 수소가스를 제조하는 단계; 및 상기 생산된 수소가스를 상기 제선로에 다시 취입하는 단계를 포함한다.In the molten iron manufacturing method according to another preferred embodiment of the present invention is a method of manufacturing molten iron by charging at least one of iron ore or reduced iron and coal in the iron making furnace, the exhaust gas discharged from the iron making furnace to the combustor and hydrogen gas producer Separating; Reacting and combusting the exhaust gas supplied to the combustor with pure oxygen or air; Producing electricity from water vapor using heat generated in the combustor; Preparing hydrogen gas using a portion of the exhaust gas supplied to the hydrogen gas manufacturing apparatus and a part of steam used for power generation; And blowing the produced hydrogen gas back into the furnace.

상기 수소가스를 제조하는 단계는 발전기로부터 공급된 수증기를 이용하여 상기 공급된 배출가스의 일산화탄소를 수소로 치환하는 수성가스 전환반응으로 이루어질 수 있다.The preparing of the hydrogen gas may be performed by a water gas shift reaction in which carbon monoxide of the supplied exhaust gas is replaced with hydrogen by using steam supplied from a generator.

상기 수성가스 전환반응으로 제조된 수소가 포함된 배출가스를 6기압 이상으로 압축한 후, 압력순환흡착기를 이용하여 수소함량을 90% 이상으로 제조할 수 있다.After compressing the exhaust gas containing hydrogen produced by the water gas conversion reaction to 6 atm or more, the hydrogen content may be manufactured to 90% or more using a pressure circulation adsorber.

상기 제선공정으로 수소가스를 취입하는 단계에서 수소가스의 온도는 800℃ 이상일 수 있다.The temperature of the hydrogen gas in the step of blowing the hydrogen gas in the iron making process may be 800 ℃ or more.

상기 제선로는 코렉스 공정의 용융가스화로, 파이넥스 공정의 용융가스화로 및 제선로 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The smelting furnace may be any one selected from a melt gasification furnace of a Corex process, a melt gasification furnace of a Finex process, and a smelting furnace.

본 발명에 의하면, 제선공정에서 발생하는 배출가스의 일산화탄소를 수소로 전환하여 제선로로 재취입함으로써 가스 이용률을 높일 수 있어 제철소에서 발생하는 이산화탄소 발생량을 대폭 저감시킬 수 있다.According to the present invention, by converting carbon monoxide in the exhaust gas generated in the iron making process into hydrogen and re-injecting it into the iron making furnace, the gas utilization rate can be increased, and the amount of carbon dioxide generated in the steel mill can be greatly reduced.

도1은 본 발명의 일실시예에 따른 용철제조장치의 계통도를 도시한 구성도이다.
도2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 용철제조방법의 공정도이다.
1 is a block diagram showing a system diagram of a molten iron manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a process chart of the molten iron manufacturing method according to another embodiment of the present invention.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the invention. The singular forms as used herein include plural forms as long as the phrases do not expressly express the opposite meaning thereto. Means that a particular feature, region, integer, step, operation, element and / or component is specified, and that other specific features, regions, integers, steps, operations, elements, components, and / And the like.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 제선공정에서의 배출가스를 이용한 수소 제조 및 취입장치에 대하여 설명한다. 참고로 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a hydrogen production and blowing apparatus using the exhaust gas in the steelmaking process according to a preferred embodiment of the present invention. For reference, in the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도1은 본 발명의 일 실시예에 의한 제선공정 배출가스를 이용한 수소가스 취입장치의 개략도이다.Figure 1 is a schematic diagram of a hydrogen gas blowing device using the exhaust gas production process according to an embodiment of the present invention.

도1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의한 제선공정 배출가스를 이용한 용철제조장치는 철광석 또는 환원철 중 적어도 하나와 석탄을 장입하여 용선을 제조하는 제선로(10), 상기 제선로에서 발생하는 배출가스의 일부를 공급받아 연소시켜 열을 발생시키는 연소기(20), 상기 연소기(20)와 연결되며 상기 연소기(20)로부터 발생한 열을 이용하여 수증기에 의해 전기를 생산하는 발전기(30) 및 상기 제선로(10)에서 발생하는 배출가스의 잔부를 공급받고, 상기 발전기(30)와 연결되며, 발전에 사용된 수증기를 공급받아 배출가스의 일산화탄소를 수소가스로 전환시켜 다시 제선로로 전환된 수소가스를 취입하는 수소가스 제조기(40, 50, 60)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the apparatus for manufacturing molten iron using the exhaust gas from the steelmaking process according to an embodiment of the present invention includes an iron mill 10 for preparing molten iron by charging coal with at least one of iron ore or reduced iron, and in the mill. Combustor 20 is connected to the combustor 20 to generate heat by receiving a portion of the exhaust gas generated by combustion, the generator 30 to generate electricity by steam using heat generated from the combustor 20 And receives the remainder of the exhaust gas generated in the furnace 10, is connected to the generator 30, receives the water vapor used for power generation to convert the carbon monoxide of the exhaust gas to hydrogen gas to switch back to the furnace Hydrogen gas makers 40, 50, and 60 which blow in the hydrogen gas which were used are included.

제선로(10)에서는 철광석 소결공정 및 석탄 코크스공정을 거쳐 투입된 연원료를 1500℃ 이상의 온도에서 환원, 용융과정을 통해 용철을 생산한다. 이 때 발생하는 배출가스는 보통 질소가 50%, 이산화탄소가 25% 수준이며 일산화탄소를 포함한 환원제 가스는 20% 이상으로 존재하게 된다.In the furnace 10, molten iron is produced by reducing and melting the raw material introduced through an iron ore sintering process and a coal coke process at a temperature of 1500 ° C. or higher. At this time, the emitted gas is usually 50% of nitrogen, 25% of carbon dioxide and reducing agent gas containing carbon monoxide is more than 20%.

상기 제선로는 코렉스 공정의 용융가스화로, 파이넥스 공정의 용융가스화로, 제선로 중 선택된 어느 하나일 수 있다.The smelting furnace may be any one selected from a melting gasification furnace of the Corex process, a melting gasification furnace of the Finex process.

코렉스®공정은 샤프트(shaft furnace)와 용융가스화로(melter-gasifier)로 구성되며 일정한 입도를 갖는 철광석과 분상의 석탄을 연원료로 하여 샤프트로에서 환원철을 생산하고, 생산된 환원철을 용융가스화로에 장입하여 최종환원시켜 용철을 제조하는 공정이다. The Korex ® process consists of a shaft furnace and a melt-gasifier, which produces reduced iron in the shaft furnace using iron ore and powdered coal with a constant particle size as a raw material, and produces the reduced iron in the melt gasifier. It is a process of manufacturing molten iron by charging it in the final reduction.

파이넥스®공정은 다단의 유동환원로(fluidized bed reactor)와 용융가스화로로 구성되며 분철광석과 분상의 석탄을 연원료로 하여 분철광석을 다단의 유동환원로를 경유하여 환원철을 생산하고, 생산된 환원철을 용융가스화로에 장입하여 최종환원시켜 용철을 제조하는 공정이다.The Finex ® process consists of a multi-stage fluidized bed reactor and a melt gasification furnace. The reduced iron is produced through a multi-stage fluidized-bed reactor using ferrous ore and pulverized coal as a raw material. It is a process of manufacturing molten iron by charging reduced iron into a melt gasifier and finally reducing it.

연소기(20)는 제선로(10)에 연결되며, 제선로(10)에서 발생한 배출가스 중의 일부가 투입된다. 투입된 배출가스에 존재하는 일산화탄소 및 수소를 포함하는 일부 연소가스를 순산소 또는 공기를 이용하여 완전연소시켜 발전기(30)에 필요한 열을 얻고, 완전연소에 의해 질소 및 이산화탄소 등의 비활성가스를 얻을 수 있게 된다. 이때 생산된 이산화탄소는 따로 저장될 수 있다.Combustor 20 is connected to the furnace 10, a part of the exhaust gas generated in the furnace 10 is introduced. Some combustion gases including carbon monoxide and hydrogen present in the injected exhaust gas are completely burned using pure oxygen or air to obtain heat required for the generator 30, and inert gases such as nitrogen and carbon dioxide can be obtained by complete combustion. Will be. At this time, the produced carbon dioxide may be stored separately.

발전기(30)는 연소기(20)와 연결되어 연소기(20)에서 발생된 열이 전달된 수증기를 이용하여 전기를 생산한다. 발전기(30)로부터 배출되는 수증기의 일부는 수소제조기의 수성가스전환반응기(WGSR)(40)로 공급되어 수소를 제조하는데 사용될 수 있다. 또한 발전기(30)에서 생산된 전기는 수소제조기의 압축기(50)를 구동시키는데 이용될 수 있다. 따라서 배출가스에 포함되어 있는 연소가스 성분의 연소에 의해 발생된 열이 수소제조에 이용됨으로써 별도의 전원이 필요없는 장점이 있다.The generator 30 is connected to the combustor 20 to generate electricity by using water vapor transmitted from the heat generated by the combustor 20. Some of the water vapor discharged from the generator 30 may be fed to the water gas shift reactor (WGSR) 40 of the hydrogen generator and used to produce hydrogen. The electricity produced by the generator 30 may also be used to drive the compressor 50 of the hydrogen generator. Therefore, since the heat generated by the combustion of the combustion gas components included in the exhaust gas is used for hydrogen production, there is an advantage that no separate power source is required.

한편, 상기 발전기로부터 수성가스전환반응기(WGSR)(40)로 공급되는 수증기는 열교환기(미도시)에 의해 300~400℃의 온도로 유지될 수 있다.On the other hand, the water vapor supplied from the generator to the water gas shift reactor (WGSR) 40 may be maintained at a temperature of 300 ~ 400 ℃ by a heat exchanger (not shown).

상기 수소제조기는 연소기(20)와 함께 제선로(10)에 연결되어 배출가스의 일부를 공급받고, 상기 배출가스에 포함되어 있는 일산화탄소를 수소로 전환하여 수소가스를 제조하는 장치이다. 수소제조기는 수성가스전환반응기(WGSR)(40), 압축기(50) 및 압력순환흡착기(PSA)(60)를 포함할 수 있다.The hydrogen generator is connected to the furnace 10 with the combustor 20 to receive a part of the exhaust gas, and is a device for producing hydrogen gas by converting carbon monoxide contained in the exhaust gas into hydrogen. The hydrogen generator may include a water gas shift reactor (WGSR) 40, a compressor 50, and a pressure swing adsorber (PSA) 60.

상기 수성가스전환반응기(WGSR)(40)는 하기식 (1)과 같이 촉매의 존재하에서 제선로(10)로부터 공급된 일부 배출가스와 상기 발전기(30)로부터 공급된 수증기를 반응 시켜 배출가스중의 일산화탄소를 수소로 치환하게 된다.The water gas shift reactor (WGSR) 40 reacts some of the exhaust gas supplied from the furnace 10 with the water vapor supplied from the generator 30 in the presence of a catalyst as shown in Equation (1). Will replace carbon monoxide with hydrogen.

CO + H2O → CO2 + H2 ---- (1)CO + H2O → CO2 + H2 ---- (1)

상기 수성가스전환반응(water gas shift reaction)은 200~350℃의 온도에서 이루어지며 발열반응으로 40.1kJ/mol의 반응열이 발생한다. 발열 반응으로 인하여 고온에서 수성가스 전환반응의 반응 평형치가 감소하여 일산화탄소로부터 수소로의 전환율이 낮아지는 경우에는 저온 수성 가스 전환에 의해 추가적으로 수소로의 전환율을 높일 수 있다.The water gas shift reaction (water gas shift reaction) is carried out at a temperature of 200 ~ 350 ℃ and generates a reaction heat of 40.1kJ / mol as an exothermic reaction. When the reaction equilibrium value of the water gas shift reaction decreases at high temperature due to the exothermic reaction, and the conversion rate from carbon monoxide to hydrogen is lowered, the conversion rate to hydrogen may be further increased by low temperature water gas conversion.

압축기(50)는 상기 수성가스전환반응기(WGSR)(40)와 연결되며, 상기 발전기(30)로부터 전력을 공급받아 상기 수성가스전환반응기(WGSR)(40)에서 치환된 수소를 함유하는 배출가스를 압력을 6기압 이상으로 압축시킬 수 있다. Compressor 50 is connected to the water gas shift reactor (WGSR) 40, the exhaust gas containing hydrogen substituted in the water gas shift reactor (WGSR) 40 receives power from the generator 30 The pressure can be compressed to 6 atm or higher.

상기 압축기(50)에는 압력순환흡착기(PSA)(60)가 연결된다. 압력순환흡착기(PSA)(60)는 가늘고 긴 관에 복수의 미세공이 형성된 복수의 흡착제를 포함하며 흡착제는 필터로 작용하게 된다.The compressor 50 is connected to a pressure circulating adsorber (PSA) 60. The pressure circulating adsorber (PSA) 60 includes a plurality of adsorbents in which a plurality of micropores are formed in an elongated tube, and the adsorbent serves as a filter.

상기 흡착제로는 탄소 분자체(carbon molecular sieve)를 사용할 수 있다. 미세공은 수 옴스트롱(Angstrom) 크기로 형성될 수 있으며, 혼합가스가 흡착제를 통과하면세 미세공의 크기에 따라 기체성분별로 흡착 정도의 차이가 발생하게 된다. As the adsorbent, a carbon molecular sieve may be used. The micropores may be formed to a size of several angstroms, and when the mixed gas passes through the adsorbent, a difference in the degree of adsorption for each gas component may occur depending on the size of the three micropores.

상기 압축기(50)를 통과하여 압력이 상승한 배출가스는 수소 함유율을 90% 이상의 수소가스로 분리할 수 있다. 더욱 바람직하게는 95%이상 까지도 생산이 가능하다.The exhaust gas whose pressure is increased through the compressor 50 may be separated into a hydrogen gas having a hydrogen content of 90% or more. More preferably, up to 95% or more can be produced.

압력순환흡착기(PSA)(60)를 통해 분리된 수소가스는 제선로(10)로 투입될 수 있다. 이때 수소가스는 800℃ 이상의 온도로 가열하여 투입할 수 있다. 제선로(10)로 투입된 수소가스는 제선로(10)내 철광석 환원 반응을 가속화 시켜 환원제비 저감에 기여하게 된다.Hydrogen gas separated through the pressure circulating adsorber (PSA) 60 may be introduced into the furnace 10. At this time, the hydrogen gas may be heated to a temperature of 800 ℃ or more. Hydrogen gas introduced into the iron making line 10 accelerates the iron ore reduction reaction in the iron making line 10, thereby contributing to the reduction of the reducing agent ratio.

또한 상기 압력순환흡착기(PSA)(60)에서 분리되어 외부로 방출되는 가스는 주로 질소와 이산화탄소로 이루어진다. 이 중 이산화탄소는 분리하여 지하에 저장하거나 재활용하는 것도 가능하다.In addition, the gas separated from the pressure circulating adsorber (PSA) 60 and released to the outside mainly consists of nitrogen and carbon dioxide. Among them, carbon dioxide can be separated and stored or recycled underground.

도2는 본 발명의 일 실시예에 의한 제선공정 배출가스를 이용한 수소가스 제조 및 취입방법의 공정도이다.2 is a process chart of the hydrogen gas production and blowing method using the exhaust gas production process according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 제선공정 배출가스를 이용한 수소가스 취입방법은 제선로로부터 배출된 배기가스를 연소기와 수소가스 제조기로 분리하는 단계(S10); 상기 연소기로 공급된 배기가스를 순산소 또는 공기와 반응시켜 연소시키는 단계(S20); 상기 연소기에서 발생할 열을 이용하여 수증기로부터 전기를 생산하는 단계(S30); 상기 수소가스 제조기로 공급된 배기가스와 상기 발전에 사용된 수증기의 일부를 이용하여 수소를 제조하는 단계(S40); 및 상기 생산된 수소가스를 제선로로 다시 취입하는 단계(S50)를 포함한다.Hydrogen gas blowing method using the iron making process exhaust gas according to an embodiment of the present invention comprises the steps of separating the exhaust gas discharged from the furnace into a combustor and hydrogen gas producer (S10); Reacting and combusting the exhaust gas supplied to the combustor with pure oxygen or air (S20); Producing electricity from steam using heat generated in the combustor (S30); Preparing hydrogen using a portion of the exhaust gas supplied to the hydrogen gas producer and steam used for power generation (S40); And blowing back the produced hydrogen gas into the smelting furnace (S50).

제선로(10)에서 발생하는 배기가스는 철광석 환원반응에 기여한 후에 배출되는 가스로서 질소, 이산화탄소, 일산화탄소 및 기타가스로 이루어져 있다. 보통 질소가 50%, 이산화탄소가 25% 수준이며, 일산화탄소 20%를 포함한 환원제 가스는 20% 이상으로 존재하게 된다. 본 발명의 일시예에 따른 제선공정의 배출가스를 이용한 용철제조방법은 상기 배출가스를 분리하여 일부는 완전연소에 의해 발전에 사용되고 잔부는 배출가스중에 포함된 일산화탄소를 수소로 전환하여 제선로(10)에 재투입하는 것이 가능하다.Exhaust gas generated in the iron line 10 is a gas discharged after contributing to the iron ore reduction reaction is composed of nitrogen, carbon dioxide, carbon monoxide and other gases. Normally 50% of nitrogen, 25% of carbon dioxide, and reducing agent gas containing 20% of carbon monoxide is present in more than 20%. In the manufacturing method of molten iron using the exhaust gas of the steelmaking process according to an embodiment of the present invention, the exhaust gas is separated and part of it is used for power generation by complete combustion, and the remainder is converted into carbon monoxide contained in the exhaust gas into hydrogen furnace (10). It is possible to re-enter

제선로에서 발생한 배기가스는 정제과정을 거친후 연소기와 수소가스제조기로 분리된다.(S10) 일부는 연소기에서 완전연소에 사용되며 잔부는 수소제조기에서 배가가스에 포함된 일산화탄소를 수소가스로 전환하는데 사용된다.After the purification process, the exhaust gas is separated into a combustor and a hydrogen gas maker (S10). Some are used for complete combustion in the combustor, and the remainder converts carbon monoxide contained in the exhaust gas to hydrogen gas in the hydrogen generator. Used.

상기 연소기로 투입되는 배기가스는 순산소 또는 공기와 반응하여 완전연소 하게 된다.(S20) 완전연소에 의해 발전에 필요한 열을 얻게 되며, 완전연소가 이루어진 후 이산화탄소와 질소 등의 비활성가스만이 남게된다. 이 때 발생하는 이산화탄소는 분리하여 지하에 저장되거나 재활용될 수 있다.The exhaust gas introduced into the combustor is completely combusted by reacting with pure oxygen or air. (S20) By the complete combustion, the heat required for power generation is obtained, and only inert gases such as carbon dioxide and nitrogen remain after the complete combustion. do. Carbon dioxide generated at this time can be separated and stored or recycled underground.

연소단계에서 발생한 열은 발전기에 공급되는 수증기의 온도를 상승시켜 발전기에서 터빈을 구동시켜 전기를 생산하는 데 사용된다.(S30) 발전기에 생산된 전기는 수소가스 제조단계에서 압축기(50)를 구동시키는데 사용된다. 압축기(50)를 구동시키는데 별도의 전원이 불필요하기 때문에 에너지가 절약될 수 있다.Heat generated in the combustion step is used to generate electricity by driving the turbine in the generator by raising the temperature of the steam supplied to the generator. (S30) The electricity produced in the generator drives the compressor 50 in the hydrogen gas manufacturing step. It is used to Energy may be saved because a separate power source is not required to drive the compressor 50.

상기 분리단계에서 수소제조기로 공급된 배기가스는 발전기에서 배출되는 수증기의 일부와 반응하여 수소를 제조하게 된다.(S40) 수소제조단계에서 필요한 수증기는 열교환에 의해 300~400℃로 유지시켜 수성가스전환기(WGSR)(40)로 공급될 수 있다. 수성전환반응은 배기가스에 포함되어 있는 일산화탄소를 수소로 치환하게 된다. The exhaust gas supplied to the hydrogen generator in the separation step reacts with a part of the water vapor discharged from the generator to produce hydrogen. (S40) The required water vapor in the hydrogen production step is maintained at 300 to 400 ° C. by heat exchange, and the water gas It may be supplied to the switcher (WGSR) 40. The aqueous conversion reaction replaces carbon monoxide in the exhaust gas with hydrogen.

상기 수성가스 전환반응으로 제조된 수소가 포함된 배출가스를 6기압 이상으로 압축한 후, 압력순환흡착기(PSA)를 이용하여 수소함량을 90% 이상으로 제조할 수 있다.After compressing the exhaust gas containing hydrogen produced by the water gas conversion reaction to 6 atm or more, the hydrogen content using a pressure circulation adsorber (PSA) can be produced to 90% or more.

압력순환흡착에 의해 분리된 수소가스는 제선공정에 다시 취입된다.(S50) 이 때 취입되는 수소는 800℃이상으로 가열되어 투입될 수 있다. 예열과정을 거쳐 제선과정에서 발생하는 에너지 손실을 줄일 수 있다. 제선로로 다시 취입된 수소는 제선로내 철광석 환원 반응을 가속화시켜 환원제비 저감에 기여하게 된다. Hydrogen gas separated by pressure circulation adsorption is again blown into the steelmaking process. (S50) At this time, the hydrogen is blown to 800 ℃ or more may be introduced. The preheating process can reduce the energy loss in the steelmaking process. Hydrogen injected back into the blast furnace accelerates the iron ore reduction reaction in the blast furnace and contributes to the reduction of the reducing agent ratio.

압력순환흡착기(PSA)에서 외부로 방출되는 가스에 포함되어 있는 이산화탄소는 분리하여 지하에 저장하거나 재활용하는 것도 가능하다.Carbon dioxide contained in the gas discharged from the pressure circulating adsorber (PSA) to the outside may be separated and stored or recycled underground.

10: 제선로 20: 연소기
30: 발전기 40: 수성가스전환기(WGSR)
50: 압축기 60: 압력순환흡착기(PSA)
10: furnace 20: burner
30: generator 40: water gas converter (WGSR)
50: compressor 60: pressure circulation adsorber (PSA)

Claims (8)

철광석 또는 환원철 중 적어도 하나와 석탄을 장입하여 용선을 제조하는 제선로;
상기 제선로에서 발생하는 배출가스의 일부를 공급받아 연소시켜 열을 발생시키는 연소기;
상기 연소기와 연결되며 상기 연소기로부터 발생한 열을 이용하여 수증기에 의해 전기를 생산하는 발전기; 및
상기 제선로에서 발생하는 배출가스의 잔부를 공급받고, 상기 발전기와 연결되며, 발전에 사용된 수증기를 공급받아 배출가스에 포함된 일산화탄소를 수소가스로 전환시켜 다시 제선로로 전환된 수소가스를 취입하는 수소가스 제조기;
를 포함하며,
상기 수소가스 제조기는 상기 공급받은 배출가스의 잔부와 상기 발전기로부터 공급받은 수증기를 이용하여 일산화탄소를 수소로 치환하는 수성가스전환반응기(WGSR), 상기 발전기로부터 전기를 공급받아 상기 수성가스전환반응기에서 전환된 수소가 함유된 배출가스의 압력을 높이는 압축기 및 상기 압축기와 연결되어 배출가스의 수소함량을 증폭시키는 압력순환흡착기(PSA)를 포함하고,
상기 제선로는 코렉스 공정의 용융가스화로, 파이넥스 공정의 용융가스화로 및 고로 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 용철제조장치.
A furnace for preparing molten iron by charging coal with at least one of iron ore or reduced iron;
A combustor configured to generate a heat by receiving a part of the exhaust gas generated in the first furnace;
A generator which is connected to the combustor and generates electricity by steam using heat generated from the combustor; And
Receives the remainder of the exhaust gas generated in the smelting furnace, is connected to the generator, receives the water vapor used for power generation, converts the carbon monoxide contained in the exhaust gas into hydrogen gas and blows back the hydrogen gas converted to the smelting furnace again Hydrogen gas maker;
Including;
The hydrogen gas generator is a water gas shift reactor (WGSR) for substituting carbon monoxide with hydrogen using the remainder of the supplied exhaust gas and water vapor supplied from the generator, and receives electricity from the generator to convert the water gas shift reactor in the water gas shift reactor. And a pressure circulation adsorber (PSA) connected with the compressor to amplify the pressure of the exhaust gas containing hydrogen, and amplifying the hydrogen content of the exhaust gas.
The steelmaking furnace is any one selected from the melt gasification furnace of the Corex process, the melt gasification furnace and the blast furnace of the Finex process.
삭제delete 삭제delete 철광석 또는 환원철 중 적어도 하나와 석탄을 제선로에 장입하여 용선을 제조하는 방법에 있어서,
상기 제선로로부터 배출된 배기가스를 연소기와 수소가스 제조기로 분리하는 단계;
상기 연소기로 공급된 배기가스를 순산소 또는 공기와 반응시켜 연소시키는 단계;
상기 연소기에서 발생한 열을 이용하여 수증기로부터 전기를 생산하는 단계;
상기 수소가스 제조장치로 공급된 배기가스와 상기 발전에 사용된 수증기의 일부를 이용하고 발전기에서 생산된 전기를 사용하여 수성가스 전환반응에 의하여 수소가스를 제조하는 단계; 및
상기 생산된 수소가스를 상기 제선로에 다시 취입하는 단계;를 포함하며,
상기 수성가스 전환반응으로 제조된 수소가 포함된 배출가스를 6기압 이상으로 압축한 후, 압력순환흡착기를 이용하여 수소함량을 90% 이상으로 제조하며,
상기 제선공정으로 수소가스를 취입하는 단계에서 수소가스의 온도는 800℃ 이상인 것을 특징으로 하는 용철제조방법.
In the method of manufacturing molten iron by charging at least one of iron ore or reduced iron and coal into the blast furnace,
Separating the exhaust gas discharged from the furnace into a combustor and a hydrogen gas producer;
Reacting and combusting the exhaust gas supplied to the combustor with pure oxygen or air;
Producing electricity from water vapor using heat generated in the combustor;
Manufacturing hydrogen gas by a water gas shift reaction using exhaust gas supplied to the hydrogen gas manufacturing apparatus and a part of water vapor used in the power generation, and electricity generated from a generator; And
And blowing the produced hydrogen gas back into the furnace.
After compressing the exhaust gas containing hydrogen produced by the water gas conversion reaction to 6 atm or more, using a pressure circulating adsorber to produce a hydrogen content of more than 90%,
The temperature of the hydrogen gas in the step of blowing the hydrogen gas in the iron making process, characterized in that more than 800 ℃.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제4항에 있어서,
상기 제선로는 코렉스 공정의 용융가스화로, 파이넥스 공정의 용융가스화로 및 고로 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 용철제조방법.
5. The method of claim 4,
The steelmaking furnace is any one selected from the melt gasification furnace of the Corex process, the melt gasification furnace and the blast furnace of the Finex process.
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