KR101551886B1

KR101551886B1 - 코크스오븐가스와 산소제강로가스를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하기 위한 시스템 및 그 방법

Info

Publication number: KR101551886B1
Application number: KR1020137032986A
Authority: KR
Inventors: 게리 이. 메티우스; 제임스 엠. 쥬니어 맥크렐란드; 데비드 씨. 메이쓰너
Original assignee: 미드렉스 테크놀리지스, 인코오포레이티드
Priority date: 2011-05-13
Filing date: 2012-02-02
Publication date: 2015-09-18
Also published as: MY164763A; KR20140012169A; AR086253A1; EP2707511B1; TR201808706T4; ZA201308428B; BR112013029200B1; TW201245457A; CN103608468A; JP2014514460A; EP2707512B1; UA108166C2; RU2013155113A; MX2013013026A; CA2835380C; CA2835386C; KR20140043385A; CA2835386A1; EP2707512A4; BR112013029197A2

Abstract

본 발명은 배출가스를 공급하기 위한 직접환원로; 배출가스의 적어도 일부분을 포함하는 환원가스 스트림에 COG를 분사하기 위한 COG공급원; 그리고 환원가스 스트림과 분사된 COG를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하는 직접환원로를; 포함하는, 코크스오븐가스(COG)를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하기 위한 시스템 및 방법이다.
상기 COG는 분사할 때 약 1,200℃ 또는 그 이상의 온도를 갖는다. 상기 COG는 약 2% 내지 약 13%의 CH₄의 함유량을 갖는다. 상기 COG는 리폼된 COG이다. 선택적으로, 상기 COG는 신선한 고온 COG이다. 상기 COG공급원은 부분산화장치를 포함한다. 선택적으로, 상기 COG공급원은 고온 산소버너를 포함한다.

Description

코크스오븐가스와 산소제강로가스를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하기 위한 시스템 및 그 방법{System and method for reducing iron oxide to metallic iron using coke oven gas and oxygen steelmaking furnace gas}

본 비임시적인 특허출원/특허는 "코크스오븐가스와 산소제강로가스를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하기 위한 시스템 및 그 방법"이란 명칭으로 2010. 5. 14.에 출원된 미합중국 임시특허출원 제61/334,786호의 우선권이익을 청구하는, "코크스오븐가스와 산소제강로가스를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하기 위한 시스템 및 그 방법"이란 명칭으로 2011. 5. 13.에 출원된 공동계류 중인 미합중국 특허출원 제13/107,013호의 일부계속 특허출원/특허로서, 이 출원들의 내용들은 참조로 전체가 여기에 결합되어 있다.

본 발명은 일반적으로 코크스오븐 그리고/또는 산소제강로를 갖는 일관제철소(integrated steel mill) 또는 이와 유사한 제철소 등에서 산화철을 금속철로 환원하기 위한 신규의 시스템 및 그 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 코크스오븐가스와 산소제강로가스를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하기 위한 신규의 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

일관제철소들 및 그와 유사한 제철소들은 일반적으로 코크스 오븐 그리고/또는 산소 제강로를 가지며, 가열과 전력생산을 위하여 과도한 수반(隨伴)가스(associated gas)들을 사용한다. 많은 적용에 있어서, 산화철을 직접환원철(Direct Reduced Iron, DRI), 고온직접환원철(Hot Direct Reduced Iron, HDRI), 또는 고온브리킷철(Hot Briguetted Iron, HBI)의 형태로, 금속철로 환원하기 위하여 수반 코크스 오븐가스(COG) 그리고/또는 수반 기본산소로가스(Basic Oxygen Furnace Gas, BOFG)를 사용하는 것이 바람직하다. COG와 BOFG는 모두 상당한 비율의 일산화탄소(CO)와 수소(H₂)를 함유하는데, 이것들은 산화철을 금속철로 환원하기 위한 주요 환원제들이다. COG는 또한 20+%의 메탄(CH₄)을 함유하는데, 이것은 적절한 조건하에서 이산화탄소(CO₂)와 물(H₂O)로 리폼(reform)되어 CO와 H₂를 형성한다. BOFG는 20%이상의 질소(N₂)를 함유하는데, 이것은 예를 들어 재순환시스템에서 매우 높은 정도까지 증가할 수 있다.

여러 가지 실시예에서, 본 발명은 환원제의 외부 공급원이 COG와 산소 제강로가스로서도 알려진 BOFG 중 어느 하나 또는 모두 일 때 철광석의 직접환원을 위한 경제적인 공정을 제공한다.

CO₂는 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려진, 종래 직접환원로로부터 얻어진 용광로 배출가스와, BOFG의 혼합물로부터 제거된다. 그리고 이 CO₂린 가스(lean gas)는 깨끗한 COG와 혼합되고, 가습되며. 그리고 간접 히터 내에서 가열된다. 다음에 산소(O₂₎는 그 온도를 더 높이기 위하여 가열된 환원가스 속으로 분사된다. 이 고온 환원가스는 직접환원로로 흐르고, 거기서 고온 환원가스내의 CH₄가 DRI/HDRI 와의 접촉에 의하여 리폼되고, 산화철의 환원이 뒤따른다. 사용된 고온 환원가스는 용광로 배출가스로서 직접환원로를 빠져나가고, 폐열보일러에서 스팀을 생산하고, 냉각기 세정기에서 정화되고, 그리고 압축되고 신선한 BOFG와 합류되어 재활용된다. 용광로 배출가스의 일부분은 히터 버너들로 보내진다.

BOFG에 대하여 생각할 수 있는 다른 용도는, 간접히터를 위한 톱가스연료로서의 용도를 위하여 정화된/냉각된 용광로 배출가스에 보충물로서의 용도를 포함한다. COG는 마찬가지로 여러 가지 다른 목적을 위하여 사용될 수 있다. 간접히터에서 가열된 COG는 산화공정(즉, 부분연소) 또는 그와 유사한 것(그에 따른 환원, 그리고 잠재적인 제거, BOFG 보충부족)으로 인하여 간접히터를 더럽힐 수 있는 복합적 탄화수소를 우선 정화한다.

복합적 탄화수소가 있는 또는 없는 COG는 또한 간접히터를 위한 톱가스연료를 보충하기 위하여 사용되고, 직접환원로 천이영역 분사가스로서 사용되며, 그리고/또는 최종 환원가스 스트림을 보강하기 위하여 사용될 수 있다. 이런 모든 가능성들은 상호 배타적이지 않고, 그리고 어떤 조합에서 사용될 수 있으며, 이하에서 보다 상세하게 기술되어진다.

본 발명의 한 목적은 특정한 양의 COG 그리고/또는 BOFG로부터 생산되는 DRI, HDRI, 또는 HBI의 양을 최대로 하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 COG 그리고/또는 BOFG의 변하는 양에 대하여 효율적인 공정을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 용광로 배출가스와 BOFG로부터의 산화제로 COG에 있는 CH₄를 리폼(reform)함으로써, CO와 H₂를 생성하는데 사용되는 외부 촉매 리포머를 제거함으로써 장비와 그에 따른 플랜트 코스트를 최소화 하는데 있다. CO₂린 가스(lean gas), CO₂린 BOFG 및 COG의 혼합물을 간접히터내에서 가열하는 것과, 그 뒤에 이어지는 O₂분사와 직접환원로내에서의 리포밍은 외부 촉매 리포머를 이용하는 경우보다 덜 비싸다.

본 발명의 또 다른 목적은 직접환원로에 전달된 고온 환원가스내의 CH₄레벨이 BOFG를 첨가함으로써 낮아지더라도, 그렇지 않으면 허용될 수 있는 것 보다 더 낮은 압력에서 직접환원로의 작용을 하게 하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 사용된 고온 화원가스의 일부분을 간접히터연료로서 사용함으로써 N₂의 증가를 받아들일 수 있는 레벨로 제한하는데 있다.

한 실시예에서, 본 발명은, 배출가스를 공급하기 위한 직접환원로; BOFG를 공급하기 위한 BOFG공급원; 배출가스와 BOFG의 혼합물로부터 CO₂를 제거하기 위한 이산화탄소(CO₂)제거장치; 그 결과로 초래되는 CO₂린 가스에 COG를 혼합하기 위한 COG공급원; 그리고 결과로 초래되는 환원가스를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하는 직접환원로를; 포함하는, 코크스오븐가스(COG)와 산소제강로가스(BOFG)를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하기 위한 신규의 시스템을 제공한다.

본 발명의 시스템은 또한 결과로 초래되는 환원가스의 수분함유량을 환원가스가 직접환원로에서 사용되기 전에 조절하기 위한 포화기를 포함한다. 시스템은 또한 결과로 초래되는 환원가스를 환원가스가 직접환원로에서 사용되기 전에 가열하기 위한 간접히터를 포함한다. 가열히터를 위한 연료가스는 배출가스의 일부분과 COG와 BOFG 중 하나 또는 모두의 일부분을 함유한다. 시스템은 또한 결과로 초래되는 환원가스에, 환원가스가 직접환원로에서 사용되기 전에, 산소를 첨가하기 위한 산소 공급원을 포함한다. 선택적으로, 시스템은 또한 COG 공급원으로부터 결과로 초래되는 환원가스에, 환원가스가 직접환원로에서 사용되기 전에, COG의 일부분을 전달하는 도관(conduit)을 포함한다. 선택적으로, 시스템은 또한 COG 공급원으로부터 직접환원로의 천이영역에 COG의 일부분을 전달하는 도관을 포함한다. 선택적으로, 시스템은 또한 COG가 CO₂린 가스와 혼합하기 전에 COG으로부터 복합적 탄화수소를 제거하기 위한 부분산화 반응기를 포함한다. 바람직하기로는, 사용된 BOFG의 양은 사용된 COG의 양과 구성에 종속한다.

다른 실시예에서, 본 발명은, 직접환원로로부터 배출가스를 얻는 공정; BOFG공급원으로부터 BOFG를 얻는 공정; 상기 배출가스와 BOFG의 혼합물로부터 CO₂를 제거하는 공정; 결과로 초래되는 CO₂린 가스와 COG공급원으로부터의 COG를 혼합하는 공정; 그리고 직접환원로에서 결과로 초래되는 환원가스를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하는 공정을; 포함하는, 코크스오븐가스(COG)와 산소제강로가스(BOFG)를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하기 위한 신규의 방법을 제공한다.

본 발명의 방법은 또한 포화기를 사용하여 결과로 초래되는 환원가스의 수분함유량을, 환원가스가 직접환원로에서 사용되기 전에, 조절하는 공정을 포함한다. 방법은 또한 간접히터를 사용하여 결과로 초래되는 환원가스를, 환원가스가 직접환원로에서 사용되기 전에, 가열하는 공정을 포함한다. 선택적으로, 가열히터를 위한 연료가스는 배출가스의 일부분과 COG와 BOFG 중 하나 또는 모두의 일부분을 함유한다. 방법은 또한 산소 공급원을 사용하여 결과로 초래되는 환원가스에, 환원가스가 직접환원로에서 사용되기 전에, 산소를 첨가하는 공정을 포함한다. 선택적으로, 방법은 또한 도관(conduit)을 이용하여 COG 공급원으로부터 결과로 초래되는 환원가스에, 환원가스가 직접환원로에서 사용되기 전에, COG의 일부분을 전달하는 공정을 포함한다. 선택적으로, 방법은 또한 도관을 이용하여 COG 공급원으로부터 직접환원로의 천이영역에 COG의 일부분을 전달하는 공정을 포함한다. 선택적으로, 방법은 또한 부분산화 반응기를 이용하여, COG가 CO₂린 가스와 혼합하기 전에 COG 공급원으로부터 복합적 탄화수소를 제거하는 공정을 포함한다. 바람직하기로는, 사용된 BOFG의 양은 사용된 COG의 양과 구성에 종속한다.

또 다른 실시예에서, 본 발명은, 직접환원로로부터 배출가스를 얻는 공정; BOFG공급원으로부터 BOFG를 얻는 공정; 상기 배출가스와 BOFG의 혼합물로부터 CO₂를 제거하는 공정; 그리고 결과로 초래되는 CO₂린 가스를 이용하여 직접환원로에서 산화철을 금속철로 환원하는 공정을; 포함하는, 산화철을 금속철로 환원하기 위한 방법을 제공한다. 본 발명의 방법은 결과로 초래되는 CO₂린 가스와 COG공급원으로부터의 COG를, 이것을 환원가스로 사용하기 전에, 혼합하는 공정을 포함한다. 선택적으로, 방법은 또한 COG가 결과로 초래하는 CO₂린 가스와 혼합하기 전에 COG으로부터 복합적 탄화수소를 제거하는 공정을 포함한다.

또 다른 실시예에서, 본 발명은, 직접환원로로부터 배출가스를 얻는 공정; 배출가스를 COG공급원으로부터의 코크스오븐가스(COG)와 혼합하는 공정; 그리고 결과로 초래되는 환원가스를 이용하여 직접환원로에서 산화철을 금속철로 환원하는 공정을; 포함하는, 산화철을 금속철로 환원하기 위한 방법을 제공한다. 선택적으로, 본 발명의 방법은 BOFG 공급원으로부터 BOFG를 얻는 공정, 그리고 배출가스와 BOFG의 혼합물로부터 이산화탄소(CO₂)를 제거하는 공정, 그리고 결과로 초래하는 CO₂린 가스를 COG공급원으로부터의 COG에 혼합하는 공정을 포함한다. 선택적으로, 방법은 또한 COG로부터, 이것이 CO₂린 가스와 혼합하기 전에, 복합 탄화수소를 제거하는 공정을 포함한다.

또 다른 실시예에서, 본 발명은, 배출가스를 공급하기 위한 직접환원로; 배출가스의 적어도 일부분을 포함하는 환원가스 스트림에 COG를 분사하기 위한 COG공급원; 그리고 환원가스 스트림과 분사된 COG를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하는 직접환원로를; 포함하는, 코크스오븐가스(COG)를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하기 위한 신규의 시스템을 제공한다.

COG는 분사할 때 약 1,200℃ 또는 그 이상의 온도를 갖는다. COG는 약 2% 내지 약13%의 CH₄의 함유량을 갖는다. 바람직하기로는, COG는 리폼된 COG이다. 선택적으로, COG는 신선한 고온 COG이다. COG공급원은 부분산화장치를 포함한다. 선택적으로 COG공급원은 고온 산소버너를 포함한다. 선택적으로 시스템은, 환원가스 스트림의 적어도 일부분을 형성하는 배출가스에 기본산소로가스(BOFG)를 분사하기 위한 BOFG 공급원을 포함한다. 선택적으로 시스템은 또한 배출가스와 BOFG의 혼합물로부터 CO₂를 제거하기 위한 이산화탄소(CO₂) 제거장치를 포함한다.

또 다른 실시예에서, 본 발명은, 배출가스를 공급하기 위한 직접환원로를 제공하는 공정; 배출가스의 적어도 일부분을 포함하는 환원가스 스트림에 COG를 분사하기 위한 COG공급원을 제공하는 공정; 그리고 환원가스 스트림과 분사된 COG를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하는 직접환원로를 제공하는 공정을; 포함하는, 코크스오븐가스(COG)를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하기 위한 방법을 제공한다.

COG는 분사할 때 약 1,200℃ 또는 그 이상의 온도를 갖는다. COG는 약 2% 내지 13%의 CH₄의 함유량을 갖는다. 바람직하기로는, COG는 리폼된 COG이다. 선택적으로, COG는 신선한 고온 COG이다. COG공급원은 부분산화장치를 포함한다. 선택적으로 COG공급원은 고온 산소버너를 포함한다. 선택적으로 방법은, 환원가스 스트림의 적어도 일부분을 형성하는 배출가스에 기본산소로가스(BOFG)를 분사하기 위한 BOFG 공급원을 제공하는 공정을 포함한다. 선택적으로 방법은 또한 배출가스와 BOFG의 혼합물로부터 CO₂를 제거하기 위한 이산화탄소(CO₂) 제거장치를 제공하는 공정을 포함한다.

본 발명은 여러 도면을 참조하여 설명될 것이며, 참조번호가 시스템의 부품들/방법의 공정들을 지시하기 위하여 적절히 사용되어 있다. 여기서:
도 1은 본 발명의 COG 그리고/또는 BOFG을 사용하여 산화철을 금속철로 환원하기 위한 신규의 시스템 및 방법의 하나의 실시예를 나타내는 개략도이고;
도 2는 도 1의 시스템 및 방법과 결부하여, COG로부터 복합탄화수소를 제거하기 위한 공정의 한 실시예를 나타내는 개략도이며, 그리고
도 3은 본 발명의 COG을 사용하여 산화철을 금속철로 환원하기 위한 신규의 시스템 및 방법의 다른 실시예를 나타내는 개략도이다.

도1를 참조하면, 일실시예에서, 코크스오븐가스(COG)와 산소제강로가스(BOFG)를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하기 위한 본 발명의 신규의 시스템 및 방법(시스템 부호 5)은, 이 기술분야에서 널리 알려진 개개의 부품들을 포함하고 있으며, 따라서 이들에 대해서는 여기서 구체적인 설명을 하지 않으나 발명의 공정에 결합되어 있다. 이들 부품들은 종래의 직접환원로(10), 폐열보일러(18). 냉각기 세정기(20), BOFG공급원(30)(그리고/또는 적절한 저장용기), CO_{2 제거장치}(40), COG공급원(50)(그리고/또는 적절한 저장용기), 포화기(60), 가열히터(70), 그리고 산소공급원(80)(그리고/또는 적절한 저장용기)을 포함하나, 여기에 한정되는 것은 아니다.

직접환원로(10)는 펠릿(pellets), 덩어리(lumps), 혼합재(aggregates) 등의 형태의 철광석(14)이 공급되는 상부단을 갖는다. 환원된 펠릿, 덩어리, 혼잡재 등의 철광석(14)은 DRI로서 직접환원로(10)의 하부단(13)에서 제거된다. 환원가스유입도관(15)은 이송충전부와 생산품 배출부 사이에 위치하며, 직접환원로(10)에 고온 환원가스를 공급한다. 이 고온 환원가스는 CH₄를 함유하는데, 이 가스는 직접환원로(10)의 가스유입부 근처에서 고온환원가스에 함유된 CO₂와 H₂O에 의해서 리폼되어 추가적인 CO와 H₂를 생성한다. HDRI는 리포밍 반응에서 촉매로서의 역할을 한다.

이 리포밍 반응에 이어서, CO와 H₂를 함유하는 고온 환원가스는 산화철을 금속철로 환원하고, 사용된 환원가스로서 직접환원로(10)의 상부에 있는 배출도관을 통하여 직접환원로(10)를 빠져나가 덕트(17)를 통하여 폐열 보일러(18)로 흐르고, 그리고 냉각기 세정기(20)로 흐른다. 폐열보일러(18)에서 생성된 스팀은, 예를 들어 CO₂제거장치(40)를 위한 재생열의 대부분을 제공한다. 냉각기 세정기(20)는 사용된 배출가스를 냉각하고 정화하며, 이 가스는 도관(21)을 통하여 냉각기 세정기를 빠져나간다.

다음에, 배출가스의 일부분은 다른 도관(23)으로 들어가서 간접히터(70)의 버너들로 흐른다. 냉각된 배출가스의 일부분은 또한 또 다른 도관(22)으로 들어가서 BOFG 공급원(30)으로부터의 도관(32)에 합류하여, 다른 도관(34)을 따라 압축기(35)로 흐른다. 압축기(35)로부터의 압축가스는 CO₂제거장치(40)로 흐르고, 거기서 CO₂가 가스로부터 세정된다. 그리고 도관(41)에 있는 CO₂린 가스(lean gas)는 다른 도관(52)으로부터의 COG에 의해서 향상된 후에, 또 다른 도관(56)을 통하여 포화기(60)로 흐르고, 거기서 직접환원로(10)내의 탄소제어를 위하여 H₂O를 조절하기 위하여, H₂O가 가스에 첨가된다.

추가적인 BOFG는 도관(33)을 통하여 톱가스연료 스트림과 직접 합해진다. 추가적인 COG는 하나 이상의 도관(53)(54)을 통하여 간접히터(70)의 보조버너들에 보내지고, 하나 이상의 도관(53)(55)을 통하여 직접환원로(10)의 천이영역에, 천이영역분사가스로서, 보내진다. 포화기(60)로부터의 가스는 도관(61)을 통하여 간접히터(70)로 흐르고, 거기서 가스는, 사용된 직접환원로 배출가스와 BOFG의 합류에 의하여 연료를 공급받는 버너들과, 예를 들어 COG에 의하여 연료를 공급받는 보조버너들에 의하여, 환원온도근처까지 가열된다.

연소공기는 히터연도가스와의 열교환에 의하여 예열된다. 간접히터(70)로부터의 고온가스는 도관(71)을 통하여 흐르고, 가스의 온도를 1000℃ 이상으로 높이기 위하여 산소공급원(80)으로부터 O₂가 다른 도관(81)을 경유하여 첨가된다. 그리고 가스는, 직접환원로(10)에서 원상태 리포밍(in situ reforming)에 필요한 흡열성 부하를 제공하는데 요구되는 높은 온도로, 또 다른 도관, 즉 환원가스유입도관(15)으로 흐른다.

일반적으로, COG와 BOFG는 전 세계에 걸쳐져 있는 다양한 제강공장에서 특정한 원료와 구체적인 실행에 따라 변하는 분석들을 갖고 있다. 아래 표1은 제한하지 않는 몇 개의 예를 제공한다.

	COG	BOFG
CO	6-7	55-72
CO₂	1-2	13-18
H₂	61-63	1-4
H₂O	1-5	1-5
CH₄	21-24	1-3
N₂	3-7	11-20

COG와 BOFG가 수출연료 없이 COG 그리고/또는 BOFG의 최소량으로 DRI/HDRI/HBI를 생산하기 위하여 가장 효율적인 방법으로 사용된다면, 가스들의 각 분석에 대하여 BOFG에 대한 COG의 고유비율이 있다. 이 비율은 약 0.95에서 약 1.25까지 변한다. 많은 양의 CO를 갖고, 그에 따라 낮은 양의 N₂를 갖는 BOFG에 대하여, 더 많은 COG가 요구되고, 비율은 1.25에 가깝다.

위에서 언급한 바와 같이, BOFG에 대한 COG의 비율을 계산된 가장 좋은 작용점의 밖에서 달리하면서 운영하는 것이 가능하지만, 이것은 그 외의 곳에서 소비되어야 할 수출연료를 갖고 행해져야 한다. 이 수출연료의 그런 사용은 예를 들어, CO₂제거장치(40)에서 재생을 위한 추가적인 스팀을 높여야 한다.

위에서 기술한 바와 같이, 용광로배출가스 스트림을 보충하고 결과적인 환원가스 스트림에 기여하는 것 외에, BOFG에 대하여 고려되는 다른 용도는 간접히터(70)(도관 31, 33 및 24 경유)를 위한 톱가스연료로서의 사용을 위하여 용광로 가스 스트림을 보충하는 것을 포함한다. 마찬가지로 용광로배출가스 스트림을 보충하고 결과적인 환원가스 스트림에 기여하는 것 외에, COG는 다른 목적을 위해서도 사용될 수 있다.

도2를 자세히 참조하면, 간접히터(70)(도1)에서 종국적으로 가열되는 COG 공급원(50)으로부터의 COG는, O₂와 H₂O(즉, 스팀)의 첨가와 함께, 부분산화반응기(90) 또는 유사한 것 내에서, 산화공정(즉, 부분연소) 또는 이와 유사한 공정을 통하여 간접히터(70)를 더럽힐 수 있는 유황과 복합탄화수소를 우선 정화하는 것이 바람직하다. 이 정화공정은, 원한다면, BOFG 보충에 대한 부족을 상응하게 감소하고, 어쩌면 제거할 수 있다. 이 정화공정은 주로 COG내에 있는 NH_3,H₂S, 타르, HCN, 나프탈렌, 및 BTX(벤졸, 톨루엔 및 크실렌)의 분량의 존재를 없애기 위하여 요구된다. 선택적으로, 정화작용은 부분산화반응기(90)에 대응되는 환원가스 시스템의 덕트 내에서 중요하지 않은 반응으로서 일어난다. 산화반응은 다음과 같이 보여진다(단지 예시적이다).

COG-7.5%CO, 3.5%CO_2, 54%H₂, 25.25%CH₄, 7.45%N₂, 2.3%C_nH_m

10 파트(Parts)COG에 대한 1 파트(Part)스팀

10 파트(Parts)COG에 대한 산소첨가

- 1.7 파트(Parts)산소:

21.38%CO, 2.8%CO₂, 61.16%H₂, 7.28%H₂O, 2.91% CH₄, 4.46%N₂

온도 800℃, 17.1파트(Parts) 생성가스

- 2 파트(Parts)산소:

22.81% CO, 2.54%CO₂, 61.74%H₂, 8.14%H₂O, 0.49% CH₄, 4.27%N₂

온도 880℃, 17.9파트(Parts) 생성가스

다시 도 1을 자세히 참조하면, 복합 탄화수소가 있는 또는 없는 COG는 또한, 간접히터(70)(도관 53 및 54 경유)를 위한 톱가스연료를 보충하기 위하여 사용될 수 있고, 직접환원로 천이영역분사가스(도관 53 및 55 경유)로서 사용될 수 있으며, 그리고/또는 최종 환원가스 스트림(도관 53, 54 및 59 경유)을 보충하기 위하여 사용될 수 있다. 이들 각각의 가능성들은 서로 배타적이지 않고 모든 가능성이 어떤 조합으로도 사용될 수 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에서, 리폼된 COG(100)은 도관(102)을 통하여 직접환원로(10)의 바로 전에 있는 환원가스유입도관(15)으로 분사된다. 바람직하게, 이 COG(100)는 위에서 기술한 바와 같이 리폼된 COG, 또는 신선한 고온COG이며, 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려진, {COG(90)을 초고온 프레임으로 분사하는} 고온 산소버너와 같은, 부분산화장치로부터 공급된다. 리폼된 COG(100)는 고온(약 1000℃와 약1600℃ 사이)이고, 도관(102)을 통하여 환원가스유입도관(15)내의 약 900℃ 스트림으로 분사된다. 이 열 때문에 앞에서 기술한 산소공급원(80)의 도관(81)을 통한 산소분사(도1)는 선택적이게 된다. 그 결과는 시스템(5)에 산소공급원(80)의 도관(81)을 통한 산소분사를 적게 하고, 그래도 탄소 그을음의 발달을 피하게 한다.

이 도관(102)을 통한 COG(100)의 분사는 앞서 기술한 냉각기 COG 그리고/또는 BOFG 분사의 공급원 및 위치를 대신하여 사용될 수 있거나, 이를 보완으로서 사용될 수 있다. 예를 들어 도관(102)을 통한 COG(100)의 분사는 리폼머를 갖는 표준 미드렉스 천연가스 처리장치와 결부하여 사용될 수 있다. 이처럼 앞서 기술한 CO₂제거장치(40)와 간접히터(70)는 필요하지 않게 될 것이다(리포머가 적절히 이들 기능들을 모두 수행할 것이다).

리폼된 COG(100)는 다음 예시적인 함유량을 갖는다: 2-13%CH₄(각각 약 1,500℃-1,200℃에서), 18.7%CO, 1.7%CO_2, 43.4%H₂, 17.7%H₂0, 3.6%N₂, 그리고 1.8%C₂H₆, 그리고 가능하기로는 0.9%C₂H₄의 및 1.7%C₂H₂. 물론 이들 함유량은 예시적일뿐이고 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 선택된 구체예 및 특수한 실시예를 참조하여 여기에 기술된 것이지만, 다른 구체예 및 실시예가 유사한 기능을 수행하고, 그리고/또는 같은 결과를 얻을 수 있다는 사실은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 그러한 대응하는 모든 구체예 및 실시예는 본 설명의 사상 및 범위내에 있으며 뒤따르는 청구범위에 의하여 보호되어야 한다. 이러한 의미에서, 본 명세서는 제한이 없고 모두를 아우르는 것으로 이해되어야 할 것이다.

Claims

배출가스를 공급하기 위한 직접환원로;
배출가스의 적어도 일부분을 포함하는 환원가스 스트림에 COG를 분사하기 위한 COG공급원; 그리고
환원가스 스트림과 분사된 COG를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하는 직접환원로를 포함하며;
상기 코크스오븐가스(COG)는 또한 분리된 스트림으로 직접환원로의 천이영역에 제공되는, 코크스오븐가스(COG)를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하기 위한 시스템.
제1항에 있어서, 상기 COG는 분사할 때 1,200℃ 또는 그 이상의 온도를 갖는 시스템.
제1항에 있어서, 상기 COG는 2체적% 내지 13 체적%의 CH₄의 함유량을 갖는 시스템.
제1항에 있어서, 상기 COG는 리폼된 COG인 시스템.
제1항에 있어서, 상기 COG는 1,000℃와 1,600℃ 사이의 온도를 갖는, 신선한 고온 COG인 시스템.
제1항에 있어서, 상기 COG공급원은 부분산화장치를 포함하는 시스템.
제1항에 있어서, 상기 COG공급원은 산소버너를 포함하는 시스템.
제1항에 있어서, 환원가스 스트림의 적어도 일부분을 형성하는 배출가스에 기본산소로가스(BOFG)를 분사하기 위한 BOFG 공급원을 포함하는 시스템.
제8항에 있어서, 배출가스와 BOFG의 혼합물로부터 CO₂를 제거하기 위한 이산화탄소(CO₂) 제거장치를 포함하는 시스템.
배출가스를 공급하기 위한 직접환원로를 제공하는 공정;
배출가스의 적어도 일부분을 포함하는 환원가스 스트림에 COG를 분사하기 위한 COG공급원을 제공하는 공정; 그리고
환원가스 스트림과 분사된 COG를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하는 직접환원로를 제공하는 공정을 포함하는;
상기 코크스오븐가스(COG)는 또한 분리된 스트림으로 직접환원로의 천이영역에 제공되는, 코크스오븐가스(COG)를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하기 위한 방법.
제10항에 있어서, 상기 COG는 분사할 때 1,200℃ 또는 그 이상의 온도를 갖는 방법.
제10항에 있어서, 상기 COG는 2체적% 내지 13체적%의 CH₄의 함유량을 갖는 방법.
제10항에 있어서, 상기 COG는 리폼된 COG인 방법.
제10항에 있어서, 상기 COG는 1,000℃와 1,600℃ 사이의 온도를 갖는, 신선한 고온 COG인 방법.
제10항에 있어서, 상기 COG공급원은 부분산화장치를 포함하는 방법.
제10항에 있어서, 상기 COG공급원은 산소버너를 포함하는 방법.
제10항에 있어서, 환원가스 스트림의 적어도 일부분을 형성하는 배출가스에 기본산소로가스(BOFG)를 분사하기 위한 BOFG 공급원을 제공하는 공정을 포함하는 방법.
제17항에 있어서, 배출가스와 BOFG의 혼합물로부터 CO₂를 제거하기 위한 이산화탄소(CO₂) 제거장치를 제공하는 공정을 포함하는 방법.
직접환원로로부터의 배출가스와 COG공급원으로부터의 코크스오븐가스(COG)의 혼합물을 함유하는 환원가스를 이용하여 직접환원로내에서 산화철을 금속철로 환원하는 공정을 포함하며; 상기 코크스오븐가스(COG)는 또한 분리된 스트림으로 직접환원로의 천이영역에 제공되는, 산화철을 금속철로 환원하기 위한 방법.
제19항에 있어서, 상기 COG는 혼합할 때 1,200℃ 또는 그 이상의 온도를 갖는 방법.
제19항에 있어서, 상기 COG는 2체적% 내지 13체적%의 CH₄의 함유량을 갖는 방법.
제19항에 있어서, 상기 COG는 리폼된 COG인 방법.
제19항에 있어서, 상기 COG공급원은 산소버너를 포함하는 방법.