KR101424093B1 - 어닐링 및 산세 라인으로부터의 탈가스의 질소 산화물 제거방법 및 특히 스테인레스 스틸의 열간 또는 냉간 스트립용어닐링 및 산세 라인 - Google Patents

어닐링 및 산세 라인으로부터의 탈가스의 질소 산화물 제거방법 및 특히 스테인레스 스틸의 열간 또는 냉간 스트립용어닐링 및 산세 라인 Download PDF

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Abstract

산세 섹션으로부터의 탈가스가 가열되고 선택적인 촉매 환원(SCR)에 의해 질소 산화물 제거되는 어닐링 및 산세 라인으로부터의 탈가스 질소 산화물 제거 방법에 관한 것이다.
가능한 한 최소의 소모 비용으로 탈가스 내에 최저 질소 산화물 수치를 만족시키기 위해, 상기 어닐링 노(1)로부터 공급되는 탈가스로부터의 열이 상기 선택적인 촉매 환원(9) 이전에 상기 산세 섹션(3)으로부터 공급되는 탈가스에 공급된다.

Description

어닐링 및 산세 라인으로부터의 탈가스의 질소 산화물 제거 방법 및 특히 스테인레스 스틸의 열간 또는 냉간 스트립용 어닐링 및 산세 라인 {PROCESS FOR DENOXIFICATION OF OFF-GASES FROM ANNEALING AND PICKLING LINES, AND AN ANNEALING AND PICKLING LINE, ESPECIALLY FOR STAINLESS STEEL HOT OR COLD STRIP}
도 1은 종래의 어닐링 및 산세 라인의 개략도.
도 2는 도 1의 산세 섹션으로부터의 탈가스를 위한 종래의 SCR 처리를 나타내는 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 구성에 있어서 어닐링 및 산세 라인의 개략도.
도 4는 본 발명에 따른 도 3에 도시된 라인으로부터의 탈가스를 위한 SCR 처리를 나타내는 개략도.
본 발명은 어닐링 및 산세 라인으로부터의 탈가스를 선택적인 촉매 환원법(SCR)에 의해 가열 및 질소 산화물 제거시키는, 탈가스의 질소 산화물 제거 방법, 및 하나 이상의 어닐링 노, 하나 이상의 산세 섹션, 및 상기 하나 이상의 산세 섹션의 탈가스 시스템에 연결되는 선택적인 촉매 환원을 위한 플랜트를 포함하는, 특히 스테인레스 스틸 열간 스트립 또는 냉간 스트립을 위한 어닐링 및 산세 라인에 관한 것이다.
종래의 연소 플랜트에는 아주 오랜 기간동안 연도 가스의 질소 산화물 제거를 위해 선택적인 촉매 환원(SCR) 기술이 사용되어 왔다. 이러한 공정에서, 질소 산화물은 촉매의 도움으로 질소와 물로 변환된다. 이러한 기술은 또한, 금속의 화학적 처리 공정, 특히 산세 공정(pickling process)에서 NOX 함유 탈가스의 처리에도 사용된다.
SCR 촉매는 통상적으로, 충분한 활성화를 진전시키기 위해서 250 내지 300℃ 범위의 작동 온도를 필요로 한다. 가장 낮은 작동 온도는 대략 200℃ 정도이며, 그러한 작동 온도의 한계 요인은 암모늄 질화물의 형성 여부이다. 산세 라인으로부터의 탈가스가 대략 40℃에서 방출되므로, SCR에 필요한 온도로 이들 탈가스를 가열하는데에는 높은 비용 소모를 초래한다.
산세 섹션과 분리된 금속 처리 라인들은 종종, 저-NOX 버너를 갖춘 어닐링 노를 가진다. 노의 탈가스에 보증가능한 NOX 함량인 200 내지 240 mg/N㎥는 몇몇 작동 모드에 적합하지 않으므로, 보증가능한 NOX 함량이 안전하게 만족되지 못하면 추가의 비용 소모를 필요하게 된다.
그러므로, 본 발명의 이면에 있는 과제는 가능한 한 비용 소모를 최소화하면 서 탈가스 중의 NOX 함량을 만족시킬 수 있는 서두에 설명한 형태의 방법을 제공하는 것이다. 추과의 과제는 이러한 과제를 달성하도록 설계된 어닐링 및 산세 라인을 제공하는 것이다.
본 발명의 첫 번째 과제는 본 발명에 따라, 선택적인 촉매 환원 이전에 어닐링 노로부터의 탈가스로부터 산세 섹션으로부터의 탈가스로 열을 공급함으로써 해결된다. 이는 어닐링 노로부터의 탈가스 내부의 열 함량이 손실되지 않고, 외부로부터의 에너지 공급 대신에 SCR 처리 목적으로 산세 라인으로부터의 탈가스를 가열하는데 사용됨을 의미하며, 이는 전체 에너지 요구량을 현저히 낮출 수 있게 한다.
본 발명의 제 1 장점에 따라서, 본 발명은 산세 섹션으로부터의 탈가스를 어닐링 노로부터의 탈가스와 결합시켜 선택적인 촉매 환원될 수 있도록 조합될 수 있다. 그와 같은 방법에 의해, NOX 농도는 SCR 처리 이전에 이미 현저히 감소되는데, 이는 촉매 성능에 잠재적인 영향을 끼치게 된다. 다른 한편으로, 그러한 영향은 탈가스의 NOX 함량의 약간의 벗어남이 SCR 처리에 의해 상쇄되기 때문에 제조 요건에 따라 배타적으로 운영될 수 있다.
유리하게, 산세 섹션으로부터의 탈가스에는, 어닐링 노로부터의 탈가스와 결합되기 전에, 산세 섹션 및 어닐링 노로부터의 이전에 미리 결합된 탈가스 스트림으로부터의 열이 공급된다. 어닐링 노로부터의 탈가스 양이 산세 섹션으로부터의 탈가스 양보다 훨씬 더 많기 때문에, 매우 양호한 열전달과 그에 따른 전체 효율의 증가가 달성될 수 있다.
특히 유리한 실시예에서, 산세 섹션으로부터의 탈가스에는 특히, 어닐링 노로부터의 탈가스와 결합되기 이전에 미리 결합되고 SCR 처리된 탈가스 스트림으로부터의 열이 제공된다.
본 발명의 다른 실시예는 외부 공급원으로부터의 추가의 열이 산세 섹션에 제공됨으로써, 불충분한 고온의 탈가스 또는 너무 낮은 탈가스 양에 대한 임의의 노 작동 조건을 보상하게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 방법은 철 재료 및 스테인레스 스틸의 고온 스트립에도 사용될 수 있다.
바람직하게, 산세 섹션 내의 탈가스는 140 내지 280℃ 범위로 가열된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따라, 결합된 탈가스는 선택적인 촉매 환원 이전에 200 내지 360℃ 범위로 가열된다.
본 발명에 따른 과제를 해결하기 위한 목적으로, 서두에서 설명한 어닐링 및 산세 라인들은 하나 이상의 산세 섹션의 탈가스 시스템 및 어닐링 노의 탈가스 시스템을 선택적인 촉매 환원 이전에 결합하는 것을 특징으로 한다. 이는 SCR 처리에 의해 노 탈가스의 NOX 함량의 약간의 어긋남을 완화시킬 수 있으며, 따라서, 제조 요건에 따라 노를 단독으로 작동시킬 수 있게 한다. SCR 처리를 위한 탈가스의 NOX 함량은 또한 심지어 처리 이전에도 현저히 감소되는데, 이는 촉매 성능에 잠재적인 영향을 끼친다.
특히 노 탈가스 내에 함유된 열을 이용하기 위해서, 어닐링 노의 탈가스 시스템과 하나 이상의 산세 섹션과의 결합 이전에, 그리고 선택적인 촉매 환원 플랜트 이전에 열교환기, 바람직하게 환열기(recuperator)가 유리하게 사용된다.
본 발명의 양호한 실시예에 따라, 저온 매체용 열교환기가 하나 이상의 산세 섹션의 탈가스 시스템과 연결된다면, 외부 에너지 공급은 산세 섹션으로부터의 탈가스의 가열을 고려하여 제거될 수 있는데, 이는 노로부터의 탈가스에 의해 달성되는 SCR 기술에는 필요한 것이다.
고온의 대량 탈가스와 저온의 소량 탈가스 사이의 상대적인 비율을 고려할 때, 고온 매체용 열 교환기의 연결부가 어닐링 노와 하나 이상의 산세 섹션의 탈가스 시스템의 결합부에 연결되면 특히 양호한 열교환이 달성될 수 있다. 이 경우, SCR 처리를 위해 더 공급되는 탈가스는 SCR 플랜트 작동 온도 이하로 냉각될 필요가 없다.
고장, 작동 정지(예를 들어, 스테인레스 스틸 열간 스트립의 경우) 및 노로부터의 너무 작은 탈가스 양으로 인한 어떤 급작스런 온도 감소를 보상할 수 있도록, 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 버너 바람직하게, 저-NOX 버너가 열 교환기로부터의 저온 매체용 출구와 선택적인 촉매 환원용 플랜트 사이에 설치된다.
열 교환기는 대항류 열 교환기로서 설계되는 것이 유리하다.
다음의 설명은 첨부된 도면에 따라 본 발명을 더욱 상세히 설명하는 역할을 한다.
도 1에 개략적으로 도시한 라인들은 어닐링 섹션(1), 및 예비-산세(2) 및 혼 합 산세 섹션(3)으로 이루어지는 산세 라인을 포함한다. 어닐링 섹션(1)은 스테인레스 스틸 열간 스트립 공정인 경우에 없을 수 있거나 적어도 소형으로 유지될 수 있다. 어닐링 섹션(1)으로부터의 탈가스는 특히, 오늘날의 통상적인 형태대로 어닐링 노가 저- NOX 버너 설비를 갖추었다면, 처리 없이 배기구(4)를 통해 방출된다. 예비 산세(2) 및 혼합 산세 섹션(3)으로부터의 탈가스도 분리된 배기구(5,6)를 통해 방출된다.
정상적으로, 혼합 산세 섹션(3)으로부터의 배기구(6)는 도 2에 개략적으로 도시한 바와 같이 SCR 플랜트에 연결된다. 배기구(6)로부터 다가오는 산세 섹션(3)으로부터의 탈가스는 열교환기, 바람직하게는 대항류 열교환기를 정상적으로 통과하여, 통상적으로 대략 40℃로 산세 섹션으로부터의 탈가스를 예열한다. 바람직하게, 저- NOX 버너인 버너(8)는 열교환기(7) 다음에 배열되어서 산세 섹션으로부터의 3,000 내지 20,000 N㎥/h의 탈가스 양을 SCR 반응로(9)용 작동 온도, 통상적으로 적어도 200℃, 바람직하게 250 내지 300℃로 가열한다. 그 후 처리된 탈가스는 열교환기(7)를 통과하면서 열교환기의 내부에서 산세 섹션(3)으로부터의 탈가스가 예열된다. 최종적으로, 탈가스는 굴뚝(10)을 통해 대기로 방출된다.
이와 대조적으로, 본 발명에 따른 신규의 해결책은 혼합 산세 섹션(3)으로부터의 탈가스가 별도로 처리되지 않고 연결 라인(11)으로 나타낸 바와 같이 어닐링 섹션(1)으로부터의 탈가스와 결합되어 공동으로 더 처리되게 된다. 높은 NOX 함량을 갖는 산세 섹션으로부터의 3,000 내지 20,000 N㎥/h의 탈가스와 훨씬 더 낮은 질소 산화물 함량을 갖는 어닐링 섹션(1)으로부터의 10,000 내지 80,000 N㎥/h의 탈가스를 병합함으로써 SCR 처리 이전이라도 NOX 함량이 현저히 감소하게 된다.
유리하게, 이는 탈가스를 혼합 산세 섹션(3)으로부터의 탈가스를 배기구(6)와 열교환기를 통해 가열함으로써 달성된다. 열교환기(7)를 이탈하면서 대략 140 내지 280℃로 가열된 탈가스는 250 내지 400℃ 범위의 온도를 갖는 탈가스와 합쳐져서, SCR 반응로(9)로 유입되는 탈가스 혼합물은 탈가스 양과 온도에 따라 200 내지 360℃ 범위의 온도를 갖게 된다. 따라서, SCR 반응은 최적 온도와 최적 효율로 수행된다. 여전히 높은 SCR 처리 이후의 탈가스 온도는 탈가스의 열을 산세 섹션(3)으로부터의 탈가스로 전달하며 SCR 처리로부터의 탈가스를 열 교환기(7)에 통과시킴으로써 이들 탈가스를 예열시키는데 사용되며 그 후 이들 탈가스는 대기로 방출된다. 이는 고온에서 혼합되는 탈가스의 양보다 훨씬 더 많은 양인 산세 탈가스의 양을 고려할 때 특히 양호한 효율로 수행되는 것이며, 탈가스의 에너지가 최적으로 사용됨을 의미한다. 끝으로, 굴뚝(10)을 통해 대기로 방출되는 탈가스는 최적으로 독성이 제거된 가스이다.
노의 작동 조건이 충분히 높은 고온 탈가스와 너무 낮은 탈가스 양의 방출을 초래하지 않는다면, 추가의 버너, 바람직하게 저- NOX 버너는 어닐링 섹션(1)으로부터 탈가스를 추가로 공급하는 대신에, 열 교환기(7)와 SCR 반응로(9) 사이에 배열 될 수 있다.

Claims (13)

  1. 산세 섹션으로부터의 탈가스가 가열되고 선택적인 촉매 환원(SCR)에 의해 질소 산화물이 제거되는 어닐링 및 산세 라인으로부터의 탈가스의 질소 산화물 제거 방법에 있어서,
    상기 어닐링 노(1)로부터의 탈가스의 열이 상기 선택적인 촉매 환원(9) 이전에 상기 산세 섹션(3)으로부터의 탈가스에 공급되는 것을 특징으로 하는,
    어닐링 및 산세 라인으로부터의 탈가스의 질소 산화물 제거 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 산세 섹션(3)으로부터의 탈가스가 상기 어닐링 노(1)로부터의 탈가스와 결합되어 선택적인 촉매 환원(9)이 공동으로 수행되는 것을 특징으로 하는,
    어닐링 및 산세 라인으로부터의 탈가스의 질소 산화물 제거 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 산세 섹션(3)으로부터의 탈가스에는, 상기 어닐링 노(1)로부터의 탈가스와 결합되기 전에, 상기 산세 섹션 및 어닐링 노로부터의 미리 결합된 탈가스 스트림으로부터의 열이 공급되는 것을 특징으로 하는,
    어닐링 및 산세 라인으로부터의 탈가스의 질소 산화물 제거 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 산세 섹션(3)으로부터의 탈가스에는, 상기 어닐링 노(1)로부터의 탈가스와 결합되기 전에, 미리 결합되고 선택적인 촉매 환원(9) 처리된 탈가스 스트림으로부터의 열이 제공되는 것을 특징으로 하는,
    어닐링 및 산세 라인으로부터의 탈가스의 질소 산화물 제거 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산세 섹션(3)으로부터 공급되는 탈가스에는 외부 공급원으로부터의 추가 열이 공급되는 것을 특징으로 하는,
    어닐링 및 산세 라인으로부터의 탈가스의 질소 산화물 제거 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산세 섹션(3)으로부터 공급되는 탈가스는 140℃ 내지 280℃ 범위로 가열되는 것을 특징으로 하는,
    어닐링 및 산세 라인으로부터의 탈가스의 질소 산화물 제거 방법.
  7. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결합된 탈가스는 선택적인 촉매 환원(9) 이전에 200℃ 내지 360℃ 범위로 가열되는 것을 특징으로 하는,
    어닐링 및 산세 라인으로부터의 탈가스의 질소 산화물 제거 방법.
  8. 하나 이상의 어닐링 노, 하나 이상의 산세 섹션, 및 상기 하나 이상의 산세 섹션의 탈가스 시스템에 연결되는 선택적인 촉매 환원용 플랜트를 포함하는, 스테인레스 스틸 열간 스트립 또는 냉간 스트립용 어닐링 및 산세 라인에 있어서,
    상기 어닐링 노(1)의 탈가스 시스템과 하나 이상의 산세 섹션(3)의 탈가스 시스템이 선택적인 촉매 환원 플랜트(9) 이전에서 결합되는 것을 특징으로 하는,
    스테인레스 스틸 열간 스트립 또는 냉간 스트립용 어닐링 및 산세 라인.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 어닐링 노(1)의 탈가스 시스템과 하나 이상의 산세 섹션(3)의 탈가스 시스템이 선택적인 촉매 환원 플랜트(9) 이전에서 결합되기 이전에, 열 교환기(7)가 사용되는 것을 특징으로 하는,
    스테인레스 스틸 열간 스트립 또는 냉간 스트립용 어닐링 및 산세 라인.
  10. 제 9 항에 있어서,
    저온 매체용 상기 열 교환기(7)가 상기 하나 이상의 산세 섹션(3)의 탈가스 시스템에 연결되는 것을 특징으로 하는,
    스테인레스 스틸 열간 스트립 또는 냉간 스트립용 어닐링 및 산세 라인.
  11. 제 10 항에 있어서,
    고온 매체용 상기 열 교환기(7)의 연결부가 상기 하나 이상의 산세 섹션(3) 및 상기 노의 탈가스 시스템과의 결합과 연결되는 것을 특징으로 하는,
    스테인레스 스틸 열간 스트립 또는 냉간 스트립용 어닐링 및 산세 라인.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    버너가 상기 열 교환기(7)로부터의 저온 매체용 배기구와 상기 선택적인 촉매 환원 플랜트(9) 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는,
    스테인레스 스틸 열간 스트립 또는 냉간 스트립용 어닐링 및 산세 라인.
  13. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 교환기(7)는 유리하게 대항류 열교환기로 설계되는 것을 특징으로 하는,
    스테인레스 스틸 열간 스트립 또는 냉간 스트립용 어닐링 및 산세 라인.
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