KR102083540B1 - Apparatus for manufacturing molten iron and method for manufacturing thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 철광석을 포함하는 원료를 용해시킬 수 있는 공간을 구비하는 반응로; 및 상기 반응로에서 발생한 배가스에서 수소를 분리하여 상기 반응로에 공급하도록, 상기 반응로와 연결되는 수소분리기;를 포함하고, 조업 중 이산화탄소 발생량을 감소시킬 수 있다.The present invention is a reactor having a space that can dissolve the raw material containing iron ore; And a hydrogen separator connected to the reactor to separate hydrogen from the flue gas generated in the reactor and to supply the reactor to the reactor.

Description

용선 제조장치 및 용선 제조방법{Apparatus for manufacturing molten iron and method for manufacturing thereof}Apparatus for manufacturing molten iron and method for manufacturing

본 발명은 용선 제조장치 및 용선 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 조업 중 이산화탄소 발생량을 감소시킬 수 있는 용선 제조장치 및 용선 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a molten iron manufacturing apparatus and a molten iron manufacturing method, and more particularly, to a molten iron manufacturing apparatus and a molten iron manufacturing method that can reduce the amount of carbon dioxide generated during the operation.

각종 산업 부문에서 이산화탄소(CO2) 저감이 국가의 긴급 현안으로 부각되고 있다. 이에 따라 에너지 다소비 업종 중 하나인 철강 산업에서 전체 이산화탄소 발생량의 80% 이상을 차지하는 제선공정에서 이산화탄소를 저감할 수 있는 기술 개발이 필요한 실정이다. Reduction of carbon dioxide (CO 2 ) is emerging as a national emergency in various industrial sectors. Accordingly, in the steelmaking industry, which is one of the energy-saving industries, it is necessary to develop a technology that can reduce carbon dioxide in the steel making process, which accounts for more than 80% of the total carbon dioxide generation.

이때, 용선을 제조하는 공정에서 사용되는 석탄 자원과, 석탄 자원을 사용함에 따라 발생하는 이산화탄소량을 저감하기 위해서 크게 3가지 방법이 사용될 수 있다. 즉, 공정 중 발생하는 열에너지 회수하여 반응 또는 공정 효율을 향상시키거나, 환원 대상의 절대 산소량을 감소시키거나, 환원제 및 열원으로 사용되는 석탄 자원의 사용량을 저감시키는 등의 기술이 사용될 수 있다. At this time, three methods can be used to greatly reduce the amount of carbon dioxide generated by using the coal resources and coal resources used in the process of manufacturing molten iron. That is, techniques such as recovering the thermal energy generated during the process to improve the reaction or process efficiency, reduce the absolute oxygen amount of the reduction target, or reduce the amount of coal resources used as the reducing agent and the heat source.

예를 들어, 용선 제조의 대표적 방법인 고로 공정의 경우, 에너지 효율이 통상 이론치 대비 95 % 전후 수준에 육박할 정도로 효율이 높다. 특히, 우리나라와 일본의 경우, 제철 공정 선진 기술 도입 수준이 높아 추가적 에너지 저감 잠재량은 세계 최저 수준으로 추가적인 효율 향상을 통한 에너지 및 이에 따른 이산화탄소량 저감 역시 기술적 한계에 도달한 상태이다. 따라서, 반응 또는 공정 효율을 더 이상 향상시키기 어렵다.For example, in the blast furnace process, which is a representative method of molten iron production, the energy efficiency is so high that it is almost 95% of the theoretical value. In particular, Korea and Japan have high levels of introduction of advanced technology for steelmaking, and the potential for further energy reduction is at the lowest level in the world. Therefore, it is difficult to further improve the reaction or process efficiency.

또한, 환원 대상의 절대 산소량을 감소시키기 위해, 금속 철 함량이 높은 환원철이나 스크랩을 철원으로 사용하는 방법이 있다. 환원철이나 스크랩은 환원율이 매우 높으므로 이를 제선 공정에서 원료로 사용하는 경우 제거 대상인 산소량이 낮아 환원제로 사용되는 석탄 자원의 사용량을 저감시킬 수 있다. 특히 스크랩의 사용은, 폐자원을 재활용할 수 있다는 면에 있어서 이점이 있다. 그러나 고로나 용융로 등에서 가스 이용률이 감소하여 추가적인 에너지원이 필요할 수 있고, 배가스 중 일산화탄소 등과 같이 유효 사용이 가능한 에너지원의 사용 효율이 저하될 수 있는 문제점이 있다.In addition, in order to reduce the absolute amount of oxygen to be reduced, there is a method of using reduced iron or scrap having a high metal iron content as an iron source. Since reduced iron or scrap has a very high reduction rate, when it is used as a raw material in a steelmaking process, the amount of oxygen to be removed is low, so that the amount of coal resources used as a reducing agent can be reduced. In particular, the use of scrap is advantageous in that waste resources can be recycled. However, there may be a problem that an additional energy source may be required due to a decrease in gas utilization rate in a blast furnace or a melting furnace, and the use efficiency of an energy source that can be effectively used, such as carbon monoxide in exhaust gas, may be reduced.

한편, 제선공정에서 발생하는 이산화탄소를 감소시키기 위해서 석탄 자원을 대체하여 수소를 함유하고 있는 자원을 사용하는 기술 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 그러나 수소 함유 자원이나 이를 제조하는데 발생하는데 많은 비용이 들고, 코크스 오븐 가스 등과 같은 수소 함유 부생가스 사용에 따른 대체 에너지원 사용 비용이 석탄 자원에 비해 고가이기 때문에 경제성 문제로 사용이 제한되고 있다. 이때, 석탄 자원 대신 수소 함유 자원을 사용하면서 철원으로 스크랩을 사용하는 경우, 스크랩의 높은 환원율로 인해 수소를 함유하는 자원의 사용 효율이 저하되어 에너지 효율이 낮아지는 문제도 있다. On the other hand, in order to reduce the carbon dioxide generated in the iron making process, the development of technology using a resource containing hydrogen in place of coal resources is being actively made. However, the use of hydrogen-containing resources or costs to produce them is expensive, and the use of alternative energy sources due to the use of hydrogen-containing by-products such as coke oven gas is expensive compared to coal resources, and thus the use of the fuel is limited due to economic problems. In this case, when scrap is used as an iron source while using hydrogen-containing resources instead of coal resources, there is a problem in that the use efficiency of hydrogen-containing resources is lowered due to the high reduction rate of scrap, thereby lowering energy efficiency.

KRKR 2004-00562692004-0056269 AA

본 발명은 조업 중 이산화탄소 발생량을 감소시킬 수 있는 용선 제조장치 및 용선 제조방법을 제공한다.The present invention provides a molten iron manufacturing apparatus and a molten iron manufacturing method that can reduce the amount of carbon dioxide generated during the operation.

본 발명은 석탄 자원의 사용량을 저감시킬 수 있는 용선 제조장치 및 용선 제조방법을 제공한다. The present invention provides a molten iron manufacturing apparatus and a molten iron manufacturing method that can reduce the amount of coal resources used.

본 발명은 에너지 사용 효율을 향상시킬 수 있는 용선 제조장치 및 용선 제조방법을 제공한다.The present invention provides a molten iron manufacturing apparatus and a molten iron manufacturing method that can improve the energy use efficiency.

본 발명은 철광석을 포함하는 원료를 용해시킬 수 있는 공간을 구비하는 반응로; 및 상기 반응로에서 발생한 배가스에서 수소를 분리하여 상기 반응로에 공급하도록, 상기 반응로와 연결되는 수소분리기;를 포함한다.The present invention is a reactor having a space that can dissolve the raw material containing iron ore; And a hydrogen separator connected to the reactor to separate hydrogen from the exhaust gas generated in the reactor and supply the hydrogen to the reactor.

상기 반응로에, 산소 함유 가스, 미분탄, 및 수소 함유 물질을 공급할 수 있는 취입 노즐이 설치된다.In the reactor, a blowing nozzle capable of supplying an oxygen-containing gas, pulverized coal, and a hydrogen-containing substance is provided.

스크랩을 예열할 수 있는 공간을 구비하는 예열로를 더 포함하고, 상기 수소분리기는, 상기 수소가 분리된 배가스를 상기 예열로에 공급하도록, 상기 예열로와 연결된다.And a preheating furnace having a space for preheating scrap, wherein the hydrogen separator is connected to the preheating furnace to supply the exhaust gas from which the hydrogen is separated to the preheating furnace.

상기 수소분리기는, 상기 배가스가 이동하는 경로를 가지는 몸체부재; 및 상기 몸체부재 내부의 압력을 조절하도록 설치되는 압력 조절부재;를 포함한다.The hydrogen separator may include a body member having a path through which the exhaust gas moves; And a pressure regulating member installed to adjust the pressure inside the body member.

상기 수소분리기는, 상기 수소를 공급하도록 상기 반응로의 상부와 하부 중 적어도 어느 하나와 연결된다.The hydrogen separator is connected to at least one of the top and bottom of the reactor to supply the hydrogen.

상기 수소가 분리된 배가스에서 수분을 제거하도록, 상기 수소분리기와 상기 예열로 사이에 설치되는 수분제거기를 더 포함한다.The apparatus further includes a water remover installed between the hydrogen separator and the preheating furnace to remove water from the exhaust gas from which the hydrogen is separated.

상기 예열로에 산소 함유 가스를 공급하도록, 상기 예열로와 연결되는 연소기를 더 포함한다.The apparatus may further include a combustor connected to the preheater to supply an oxygen-containing gas to the preheater.

상기 반응로로 공급되는 상기 스크랩을 성형하도록, 상기 예열로와 상기 반응로 사이에 설치되는 성형가공기를 더 포함한다.The apparatus may further include a molding machine installed between the preheating furnace and the reactor so as to mold the scrap supplied to the reactor.

상기 반응로는 고로 및 유동환원로 중 적어도 어느 하나를 포함한다.The reactor includes at least one of the blast furnace and flow reduction reactor.

본 발명은 반응로에서 철광석을 용해시켜 용선을 제조하는 과정; 상기 용선을 제조하면서 발생하는 배가스에서 수소를 분리하는 과정; 및 상기 수소를 상기 반응로에 공급하는 과정;을 포함한다.The present invention is a process for producing molten iron by melting iron ore in the reactor; Separating hydrogen from flue gas generated while producing the molten iron; And supplying the hydrogen to the reactor.

상기 용선을 제조하는 과정은, 상기 반응로에 산소 함유 가스, 미분탄, 및 수소 함유 물질을 공급하는 과정을 포함한다.The manufacturing of the molten iron may include supplying an oxygen-containing gas, pulverized coal, and a hydrogen-containing material to the reactor.

상기 수소 함유 물질은, 코크스 오븐 가스, 파이넥스 배가스, 천연가스, 및 중유 중 적어도 어느 하나를 포함한다.The hydrogen-containing substance includes at least one of coke oven gas, Finex flue gas, natural gas, and heavy oil.

상기 용선을 제조하면서 발생하는 배가스에서 수소를 분리한 후에, 스크랩을 예열하는 예열로에 상기 수소가 분리된 배가스를 공급하는 과정을 더 포함한다.After separating the hydrogen from the exhaust gas generated while producing the molten iron, further comprising the step of supplying the exhaust gas separated from the hydrogen to the preheating furnace for preheating the scrap.

상기 예열로에 상기 수소가 분리된 배가스를 공급하기 전에, 상기 수소가 분리된 배가스에서 수분을 제거하는 과정을 더 포함한다.The method may further include removing water from the exhaust gas from which the hydrogen is separated before supplying the exhaust gas from the hydrogen to the preheating furnace.

상기 수소가 분리된 배가스에서 수분을 제거하는 과정은, 상기 수소가 분리된 배가스를 냉각시켜 수분을 액화시키는 과정을 포함할 수 있다.The process of removing water from the exhaust gas from which the hydrogen is separated may include a process of liquefying water by cooling the exhaust gas from which the hydrogen is separated.

상기 예열로에 상기 수소가 분리된 배가스를 공급하는 과정은, 상기 수소가 분리된 배가스에 함유되는 일산화탄소와 상기 예열로에 공급되는 산소 함유 가스를 연소시켜 발생하는 반응열로, 상기 스크랩을 예열하는 과정을 포함한다.The process of supplying the exhaust gas from which the hydrogen is separated to the preheating furnace is a process of preheating the scrap with reaction heat generated by burning carbon monoxide contained in the exhaust gas from which the hydrogen is separated and oxygen-containing gas supplied to the preheating furnace. It includes.

상기 스크랩을 예열한 후에, 상기 스크랩을 상기 반응로에 투입하는 과정을 더 포함한다.After preheating the scrap, the method further includes the step of introducing the scrap into the reactor.

본 발명의 실시 예들에 따르면, 용선 제조 시 철광석에 비해 산소 함량이 적은 스크랩을 용선의 원료 이용할 수 있다. 이에, 배가스 중 이산화탄소의 비중을 감소시킬 수 있다. According to embodiments of the present invention, when manufacturing molten iron, scrap of less oxygen than iron ore may be used as a raw material of molten iron. Thus, the specific gravity of carbon dioxide in the exhaust gas can be reduced.

또한, 용선 제조 시 발생하는 배가스에서 수소를 분리하여 환원제로 사용할 수 있다. 이에, 환원제로 사용되는 석탄 자원의 사용량을 감소시킬 수 있고, 석탄 자원에 의해 발생하는 이산화탄소의 발생량을 감소시킬 수 있다.In addition, hydrogen may be separated from flue gas generated during molten iron production and used as a reducing agent. Thus, the amount of coal resources used as the reducing agent can be reduced, and the amount of carbon dioxide generated by the coal resources can be reduced.

또한, 수소가 분리된 배가스 중 일산화탄소를 이용하여 스크랩을 예열할 수 있다. 이에, 용선 제조에 소요되는 에너지 비용을 절감할 수 있다. 따라서, 에너지 사용 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, the scrap may be preheated using carbon monoxide in the exhaust gas from which hydrogen is separated. Therefore, it is possible to reduce the energy cost required for the molten iron manufacturing. Therefore, energy use efficiency can be improved.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 용선 제조장치의 구조를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 용선 제조방법을 나타내는 플로우 차트.
1 is a view showing the structure of a molten iron manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a flow chart showing a molten iron manufacturing method according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 발명을 상세하게 설명하기 위해 도면은 과장될 수 있고, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention in more detail. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art to fully understand the scope of the invention. It is provided to inform you. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The drawings may be exaggerated in order to describe the invention in detail, in which like reference numerals refer to like elements.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 용선 제조장치의 구조를 나타내는 도면이다. 하기에서는 본 발명의 실시 예에 따른 용선 제조장치에 대해 설명하기로 한다.1 is a view showing the structure of a molten iron manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, a molten iron manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.

도 1을 참조하면, 용선 제조장치(100)는, 반응로(110) 및 수소분리기(120)를 포함한다. 또한, 용선 제조장치(100)는 예열로(140), 수분제거기(130), 연소기(150), 성형가공기(170), 이산화탄소 제거기(160)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the molten iron manufacturing apparatus 100 includes a reactor 110 and a hydrogen separator 120. In addition, the molten iron manufacturing apparatus 100 may further include a preheating furnace 140, a water remover 130, a combustor 150, a molding machine 170, and a carbon dioxide remover 160.

반응로(110)는 내부공간을 가지는 용기 형태로 형성될 수 있다. 이에, 반응로(110)의 상부에서 내부공간으로 철광석을 포함하는 원료가 장입되어 용해될 수 있다. 또한, 반응로(110)의 하부에 취입 노즐이 설치될 수 있다. 취입 노즐은 반응로(110) 내부로 산소 함유 가스, 연료, 및 수소 함유 물질을 공급할 수 있다. 취입 노즐은, 연료와 산소 함유 가스 및 수소 함유 물질을 각각 공급할 수 있도록 구비될 수도 있고, 연료와 산소 함유 가스 및 수소 함유 물질을 함께 공급할 수 있도록 구비될 수도 있다. The reactor 110 may be formed in a container shape having an internal space. Thus, the raw material containing iron ore into the internal space from the upper portion of the reactor 110 may be charged and dissolved. In addition, a blowing nozzle may be installed at the lower portion of the reactor 110. The blowing nozzle may supply an oxygen containing gas, a fuel, and a hydrogen containing material into the reactor 110. The blowing nozzle may be provided to supply fuel, oxygen-containing gas, and hydrogen-containing material, or may be provided to supply fuel, oxygen-containing gas, and hydrogen-containing material together.

이때, 반응로(110)의 장입 원료는 철광석, 환원철, 소결광 등의 함철 원료와 코크스, 석탄 등의 환원제를 포함할 수 있다. 필요에 따라 장입 원료에 석회석 등의 부원료가 더 포함될 수도 있다. At this time, the charging raw material of the reactor 110 may include iron-containing raw materials such as iron ore, reduced iron, sintered ore and reducing agents such as coke, coal. If necessary, the feedstock may further contain auxiliary materials such as limestone.

또한, 취입 노즐을 통해 반응로(110) 내부로 취입되는 산소 함유 가스는, 순산소나 대기 중의 공기보다 산소 함유량이 높은 공기일 수 있다. 예를 들어, 산소 함유 가스의 산소 농도는 21%를 초과할 수 있다. 이에, 반응로(110)에서 발생하는 배가스의 질소 함량을 낮출 수 있다. 따라서, 배가스 내 재사용이 가능한 일산화탄소(CO) 가스와 수소(H2)의 함량을 높일 수 있다. 이에, 반응로(110)에서 발생한 배가스에서 수고, 일산화탄소, 및 이산화탄소를 용이하게 분리할 수 있다.In addition, the oxygen-containing gas blown into the reactor 110 through the blowing nozzle may be air having a higher oxygen content than pure oxygen or air in the atmosphere. For example, the oxygen concentration of the oxygen containing gas may exceed 21%. Thus, the nitrogen content of the exhaust gas generated in the reactor 110 can be lowered. Therefore, it is possible to increase the content of carbon monoxide (CO) gas and hydrogen (H 2 ) that can be reused in the exhaust gas. Accordingly, the labor, carbon monoxide, and carbon dioxide may be easily separated from the exhaust gas generated in the reactor 110.

연료로 미분탄이 사용될 수 있다. 수소 함유 물질은, 코크스 오븐 가스나 파이넥스 배가스와 같은 수소 함유 부생가스, 천연가스와 같은 수소 함유 가스, 및 중유와 같은 수소 함유 액체 등을 포함할 수 있다. 파이넥스 배가스는 파이넥스(FINEX) 설비에서 생성되는 배가스이다.Pulverized coal can be used as fuel. The hydrogen-containing material may include hydrogen-containing by-product gas such as coke oven gas or Finex flue gas, hydrogen-containing gas such as natural gas, hydrogen-containing liquid such as heavy oil, and the like. Finex flue-gas is the flue-gas produced at the FINEX plant.

이때, 반응로(110)는 용선을 제조할 수 있는 다양한 종류의 반응로일 수 있다. 예를 들어, 반응로(110)로 고로나 유동환원로 등이 사용될 수 있다. 반응로(110)가 환원로인 경우에는 반응로(110)에 투입되는 함철 원료인 환원철을 제조하기 위한 환원로가 더 구비될 수 있다. In this case, the reactor 110 may be various types of reactors capable of manufacturing molten iron. For example, a blast furnace or a fluid reduction reactor may be used as the reactor 110. When the reactor 110 is a reducing furnace, a reducing furnace for manufacturing reduced iron, which is a raw material of iron, introduced into the reactor 110 may be further provided.

예열로(140)는 내부에 함철 원료인 스크랩을 수용할 수 있는 공간을 가진다. 예열로(140)는 반응로(110)에서 발생하는 배가스를 이용하여 스크랩을 예열할 수 있다. 예열로(140)는 배관이나 덕트를 통해 수소분리기(120)와 연결될 수 있다. 이에, 수소분리기(120)에서 수소가 분리된 반응로(110)의 배가스가 예열로(140)로 공급될 수 있다. 예열로(140)에서 예열된 스크랩은 다른 함철 원료와 함께 반응로(110)로 공급될 수 있다.The preheating furnace 140 has a space for accommodating scrap which is a raw material of iron. The preheating furnace 140 may preheat the scrap using the exhaust gas generated in the reactor 110. The preheating furnace 140 may be connected to the hydrogen separator 120 through a pipe or a duct. Thus, the exhaust gas of the reactor 110 in which hydrogen is separated from the hydrogen separator 120 may be supplied to the preheating furnace 140. The preheated scrap in the preheater 140 may be supplied to the reactor 110 along with other iron-containing raw materials.

연소기(150)는 순산소 등과 같은 산소 함유 가스를 예열로(140)에 공급할 수 있다. 산소 함유 가스는 수소분리기(120)에서 수소가 분리된 배가스와 예열로(140) 내부에서 반응하여 반응열을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 연소기(150)는 예열로(140)의 본체에 설치되어 수소가 분리된 배가스 중 일산화탄소를 연소시킬 수도 있고, 연소기(150) 내부에서 수소가 분리된 배가스 중 일산화탄소를 연소시킨 후 예열로(140) 내부로 가열된 가스를 공급해줄 수도 있다. 이때, 연소기(150)가 예열로(140)에 연결된 것으로 설명하지만, 연소기(150)와 예열로(140)를 연결하는 배관이나 덕트가 구비될 수도 있다. The combustor 150 may supply an oxygen-containing gas such as pure oxygen to the preheater 140. The oxygen-containing gas may react with the exhaust gas from which hydrogen is separated in the hydrogen separator 120 and the preheating furnace 140 to generate heat of reaction. For example, the combustor 150 may be installed in the main body of the preheating furnace 140 to burn carbon monoxide in the exhaust gas from which hydrogen is separated, or after preheating carbon monoxide in the exhaust gas from which hydrogen is separated from the combustor 150. The heated gas may be supplied into the furnace 140. In this case, although the combustor 150 is described as being connected to the preheating furnace 140, a pipe or a duct connecting the combustor 150 and the preheating furnace 140 may be provided.

성형가공기(170)는 예열로(140)와 반응로(110) 사이에 설치된다. 이에, 성형가공기(170)는 예열로(140)에서 반응로(110)로 공급되는 스크랩을 성형할 수 있다. 예를 들어, 성형가공기(170)는 스크랩을 적정 형태로 절단하거나 괴성화하여 가공할 수 있다. 이때, 스크랩은 예열로(140)에서 예열되어 열간 상태이기 때문에, 성형가공기(170)로 용이하게 성형할 수 있다. The molding machine 170 is installed between the preheating furnace 140 and the reaction furnace 110. Thus, the molding machine 170 may mold the scrap supplied from the preheating furnace 140 to the reactor 110. For example, the molding machine 170 may be processed by cutting or compacting the scrap into a suitable form. At this time, since the scrap is preheated in the preheating furnace 140 and hot, the scrap can be easily molded by the molding machine 170.

이산화탄소 제거기(160)는 예열로(140)와 연결된다. 예를 들어, 이산화탄소 제거기(160)의 유입부가, 예열로(140) 상부의 배가스 배출부와 연결될 수 있다. 이에, 예열로(140)에서 배출되는 배가스가 이산화탄소 제거기(160)로 공급될 수 있다. 이산화탄소 제거기(160)는 예열로(140)에서 배출되는 배가스로부터 이산화탄소를 제거 또는 분리할 수 있다. 즉, 예열로(140) 내부에서 반응로(110)에서 발생하는 배가스의 일산화탄소와 산소 함유 가스가 반응하여 이산화탄소가 발생하기 때문에, 이를 이산화탄소 제거기(160)에서 제거할 수 있다. 이산화탄소 제거기(160)는, 고체흡수제를 사용하여 배가스 중 이산화탄소를 선택적으로 흡수하여 분리하는 PSA(Pressure Swing Adsorption) 방식이나, TSA(Thermal Swing Adsorption) 방식, 화학흡착방식 등을 사용하여 이산화탄소를 제거할 수 있다. The carbon dioxide remover 160 is connected to the preheating furnace 140. For example, the inlet of the carbon dioxide remover 160 may be connected to the exhaust gas discharge part on the preheating furnace 140. Thus, the exhaust gas discharged from the preheating furnace 140 may be supplied to the carbon dioxide remover 160. The carbon dioxide remover 160 may remove or separate carbon dioxide from the exhaust gas discharged from the preheating furnace 140. That is, since carbon monoxide is generated by the reaction of carbon monoxide and the oxygen-containing gas of the exhaust gas generated in the reactor 110 inside the preheating furnace 140, it may be removed from the carbon dioxide remover 160. The carbon dioxide remover 160 may remove carbon dioxide using a pressure swing adsorption (PSA) method, a thermal swing adsorption (TSA) method, a chemical adsorption method, or the like, which selectively absorbs and separates carbon dioxide in exhaust gas using a solid absorbent. Can be.

또한, 이산화탄소 제거기(160)의 배출부는 반응로(110)와 예열로(140) 중 적어도 어느 하나와 연결될 수 있다. 이에, 이산화탄소 제거기(160)는, 이산화탄소가 제거된 배가스를 반응로(110) 및 예열로(140) 중 적어도 어느 하나에 공급해줄 수 있다. 이때, 이산화탄소 제거기(160)가 예열로(140)나 반응로(110)에 연결된 것으로 설명하지만, 이산화탄소 제거기(160)를 예열로(140)나 반응로(110)에 연결하는 배관이나 덕트가 구비될 수도 있다. In addition, the outlet of the carbon dioxide remover 160 may be connected to at least one of the reactor 110 and the preheater 140. Accordingly, the carbon dioxide remover 160 may supply the exhaust gas from which carbon dioxide has been removed to at least one of the reactor 110 and the preheater 140. In this case, the carbon dioxide remover 160 is described as being connected to the preheating furnace 140 or the reactor 110, but a pipe or duct connecting the carbon dioxide remover 160 to the preheating furnace 140 or the reactor 110 is provided. May be

한편, 이산화탄소 제거기(160)를 통과한 배가스는, 일산화탄소, 수소, 메탄(CH4) 등을 포함하며, 이는 반응로(110)와 예열로(140) 중 적어도 어느 하나에 공급하거나 다른 공정에서 환원제나 화학물질의 원료로 사용될 수 있다. 예를 들어, 이산화탄소 제거기(160)를 통과한 배가스는 용융환원제철공정의 용융가스화와 유동 환원로에 공급되어 환원제로 사용될 수도 있고, 분리된 이산화탄소(CO2)와 함께 메탄올, 디메틸에테르(Dimethylether, DME)를 제조하는데 원료로 사용될 수도 있다.Meanwhile, the exhaust gas passing through the carbon dioxide remover 160 includes carbon monoxide, hydrogen, methane (CH 4 ), and the like, which is supplied to at least one of the reactor 110 and the preheater 140 or reduced in another process. Can be used as a raw material for agents or chemicals. For example, the carbon dioxide remover 160, the off-gas is molten reduced are supplied to the melter-gasifier and the fluidized-bed reactors of the steel making process may be used as the reducing agent, methanol and dimethyl ether with the separated carbon dioxide (CO 2) through the (Dimethylether, It can also be used as a raw material to make DME).

수소분리기(120)는 반응로(110)와 연결된다. 예를 들어, 수소분리기(120)의 유입부가, 반응로(110) 상부의 배가스 배출부와 배관이나 덕트를 통해 연결될 수 있다. 따라서, 반응로(110)에서 발생한 배가스가 수소분리기(120)로 공급될 수 있다. 수소분리기(120)는 반응로(110)에서 발생한 배가스에서 수소를 분리할 수 있다. 이때, 반응로(110)와 수소분리기(120)를 연결해주는 배관이나 덕트에는 밸브가 설치되어 수소분리기(120)에 선택적으로 배가스를 공급해줄 수 있다.Hydrogen separator 120 is connected to the reactor (110). For example, the inlet of the hydrogen separator 120 may be connected to the exhaust gas discharge portion of the upper portion of the reactor 110 through a pipe or duct. Therefore, exhaust gas generated in the reactor 110 may be supplied to the hydrogen separator 120. The hydrogen separator 120 may separate hydrogen from the flue gas generated in the reactor 110. In this case, a valve is installed in the pipe or the duct connecting the reactor 110 and the hydrogen separator 120 to selectively supply the exhaust gas to the hydrogen separator 120.

예를 들어, 수소분리기(120)는 고체흡수제를 사용하여 배가스 중 수소를 선택적으로 흡수하여 분리하는 PSA(Pressure Swing Adsorption) 방식을 사용하여, 수소만 분리할 수 있다. 이에, 수소분리기는, 몸체부재, 흡착부재, 압력 조절부재를 포함할 수 있다.For example, the hydrogen separator 120 may separate hydrogen only by using a pressure swing adsorption (PSA) method in which a solid absorbent is selectively absorbed and separated from hydrogen in exhaust gas. Accordingly, the hydrogen separator may include a body member, an adsorption member, and a pressure regulating member.

몸체부재는 내부에 배가스가 이동하는 경로를 가진다. 흡착부재는 몸체부재 내부를 통과하는 배가스에서 수소를 흡착하도록 몸체부재 내부에 설치된다. 압력 조절부재는 몸체부재 내부의 압력을 조절하도록 설치된다. 이에, 압력 조절부재가 몸체부재 내부의 압력을 미리 설정된 흡착압력까지 상승시키면, 배가스에서 수소가 흡착부재에 흡착될 수 있다. 압력 조절부재가 몸체부재 내부의 압력을 미리 설정된 회수압력으로 낮추면, 흡착부재에 흡착된 수소가 흡착부재에서 분리되어 회수될 수 있다. 그러나 수소분리기(120)의 구조 및 배가스에서 수소를 분리하는 방법은 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.The body member has a path through which the exhaust gas moves. The adsorption member is installed inside the body member to adsorb hydrogen in the exhaust gas passing through the body member. The pressure regulating member is installed to adjust the pressure inside the body member. Accordingly, when the pressure regulating member raises the pressure inside the body member to a predetermined adsorption pressure, hydrogen may be adsorbed to the adsorption member in the exhaust gas. When the pressure regulating member lowers the pressure inside the body member to a predetermined recovery pressure, hydrogen adsorbed on the adsorption member may be separated from the adsorption member and recovered. However, the structure of the hydrogen separator 120 and the method of separating hydrogen from the exhaust gas may be various.

이때, 제어기가 구비되어 밸브의 작동을 제어할 수 있다. 몸체부재 내부가 흡착압력일 때는 밸브를 개방하여, 반응로(110)에서 발생한 배가스를 몸체부재 내부로 유입시킬 수 있다. 몸체부재 내부가 회수압력일 때는 밸브를 폐쇄하여, 반응로(110)에서 발생한 배가스를 몸체부재 내부로 유입되는 것을 차단할 수 있다. 따라서, 수소를 회수하는 과정에서 배가스가 몸체부재 내부로 유입되어 혼합되는 것을 방지할 수 있다.At this time, a controller may be provided to control the operation of the valve. When the inside of the body member is at the adsorption pressure, the valve may be opened to introduce the exhaust gas generated in the reactor 110 into the body member. When the body member is at the recovery pressure, the valve may be closed to block the exhaust gas generated in the reactor 110 from being introduced into the body member. Therefore, it is possible to prevent the exhaust gas is introduced into the body member and mixed in the process of recovering hydrogen.

수소분리기(120)에서 수소를 배출하는 수소 배출부는, 배관이나 덕트를 통해 반응로(110)의 상부와 하부 중 적어도 어느 하나와 연결될 수 있다. 수소분리기(120)에서 분리된 수소가 반응로(110)의 상부와 하부로 공급될 수 있다. 따라서, 수소가 환원제 역할을 수행할 수 있고, 반응로(110) 내부로 공급되는 코크스나 석탄 등의 환원제의 양을 감소시킬 수 있다. 또는, 수소분리기(120)가 수소 함유 물질의 환원 효율을 향상시킬 수 있다. The hydrogen discharge unit for discharging hydrogen from the hydrogen separator 120 may be connected to at least one of the upper and lower portions of the reactor 110 through a pipe or a duct. Hydrogen separated from the hydrogen separator 120 may be supplied to the upper and lower portions of the reactor 110. Therefore, hydrogen may serve as a reducing agent, and the amount of reducing agent such as coke or coal supplied into the reactor 110 may be reduced. Alternatively, the hydrogen separator 120 may improve the reduction efficiency of the hydrogen containing material.

수소는 가스 형태로 반응로(110) 내부로 공급될 수 있고, 제어기가 반응로(110)의 상부 또는 하부로 공급되는 수소의 양을 조절할 수 있다. 따라서, 반응로(110)의 상부나 하부에 선택적으로 수소가 공급될 수 있다.Hydrogen may be supplied into the reactor 110 in the form of a gas, and a controller may adjust the amount of hydrogen supplied to the upper or lower portion of the reactor 110. Therefore, hydrogen may be selectively supplied to the upper or lower portion of the reactor 110.

또한, 수소분리기(120)에서 수소가 분리된 배가스를 배출하는 부분이, 배관이나 덕트를 통해 예열로(140)와 연결될 수 있다. 이에, 수소분리기(120)에서 수소가 분리된 배가스가 예열로(140)로 공급될 수 있다. 수소가 분리된 배가스는 일산화탄소(CO) 성분을 함유하고 있기 때문에, 예열로(140) 내에서 산소 함유 가스와 연소반응을 일으킬 수 있다. 이때, 발생한 반응열을 이용하여 스크랩을 예열할 수 있다.In addition, a portion of the hydrogen separator 120 to discharge the exhaust gas from which hydrogen is separated may be connected to the preheating furnace 140 through a pipe or a duct. Thus, exhaust gas from which hydrogen is separated from the hydrogen separator 120 may be supplied to the preheating furnace 140. Since the exhaust gas from which hydrogen is separated contains carbon monoxide (CO) components, it may cause combustion reaction with the oxygen-containing gas in the preheating furnace 140. At this time, the scrap may be preheated using the generated heat of reaction.

이때, 반응로(110)와 수소분리기(120) 사이에 가열기(미도시)가 설치될 수도 있다. 가열기는 수소분리기(120)에서 반응로(110)로 공급되는 수소를 가열할 수 있다. 이에, 수소가 고온의 상태로 반응로(110)에 공급될 수 있다.In this case, a heater (not shown) may be installed between the reactor 110 and the hydrogen separator 120. The heater may heat the hydrogen supplied from the hydrogen separator 120 to the reactor 110. Thus, hydrogen may be supplied to the reactor 110 at a high temperature.

수분제거기(130)는 수소분리기(120)와 예열로(140) 사이에 설치된다. 이에, 수소분리기(120)에서 수소가 분리된 배가스가 수분제거기(130)를 통과하여 예열로(140)에 공급될 수 있다. 수분제거기(130)는 수소가 분리된 배가스에서 수분을 제거할 수 있다. The moisture remover 130 is installed between the hydrogen separator 120 and the preheater 140. Thus, exhaust gas from which hydrogen is separated from the hydrogen separator 120 may be supplied to the preheating furnace 140 through the water remover 130. The water remover 130 may remove water from the exhaust gas from which hydrogen is separated.

예를 들어, 수분제거기(130)는 냉각기일 수 있다. 따라서, 수분제거기(130)는 수소가 분리된 배가스를 냉각시키므로 수분을 액화시켜 포집할 수 있다. 이에, 예열로(140)에는 수분이 제거된 배가스가 공급될 수 있다.For example, the moisture remover 130 may be a cooler. Therefore, the moisture remover 130 cools the exhaust gas from which hydrogen is separated, thereby liquefying and collecting moisture. Thus, the preheating furnace 140 may be supplied with the exhaust gas from which the moisture is removed.

이처럼, 용선 제조 시 철광석에 비해 산소 함량이 적은 스크랩을 용선의 원료 이용할 수 있기 때문에, 배가스 중 이산화탄소의 비중을 감소시킬 수 있다. 또한, 용선 제조 시 발생하는 배가스로 스크랩을 예열할 수 있기 때문에, 용선 제조에 소요되는 에너지 비용을 절감할 수 있고, 에너지 사용 효율을 향상시킬 수 있다. 그리고 용선 제조 시 발생하는 배가스에서 수소를 분리하여 환원제로 사용할 수 있기 때문에, 환원제로 사용되는 석탄 자원의 사용량을 감소시킬 수 있고, 석탄 자원에 의해 발생하는 이산화탄소의 발생량을 감소시킬 수 있다.As such, since the raw material of the molten iron can be used as a raw material of the molten iron in the manufacture of molten iron, the amount of carbon dioxide in the exhaust gas can be reduced. In addition, since the scrap can be preheated by the exhaust gas generated during the molten iron production, the energy cost required for the molten iron can be reduced, and the energy use efficiency can be improved. In addition, since hydrogen may be separated from the exhaust gas generated during molten iron production and used as a reducing agent, the amount of coal resources used as the reducing agent may be reduced, and the amount of carbon dioxide generated by the coal resources may be reduced.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 용선 제조방법을 나타내는 플로우 차트이다. 하기에서는 본 발명의 실시 예에 따른 용선 제조방법에 대해 설명하기로 한다. 2 is a flowchart illustrating a method for manufacturing molten iron according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, a molten iron manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described.

도 2를 참조하면, 용선 제조방법은, 반응로에서 철광석을 용해시켜 용선을 제조하는 과정(S110), 용선을 제조하면서 발생하는 배가스에서 수소를 분리하는 과정(S120), 및 배가스에서 분리된 수소를 반응로에 공급하는 과정(S130)을 포함한다.Referring to Figure 2, the molten iron manufacturing method, the process of producing molten iron by melting iron ore in the reactor (S110), the process of separating hydrogen from the exhaust gas generated while producing molten iron (S120), and hydrogen separated from the exhaust gas Supplying to the reactor (S130).

도 1을 참조해서 설명하면, 먼저 반응로(110)에 용선을 제조하기 위한 장입 원료를 투입한다. 이때, 장입 원료는 철광석, 환원철, 소결광 등과 같은 함철 원료와, 코크스, 석탄 등과 같은 환원제를 포함할 수 있고, 필요에 따라 석회석 등과 같은 부원료를 포함할 수도 있다. 또한, 초기에 반응로(110)에 원료를 투입할 때 예열되지 않은 스크랩을 추가로 투입할 수도 있다. Referring to FIG. 1, first, a charging raw material for preparing molten iron is introduced into the reactor 110. In this case, the charging raw material may include iron-containing raw materials such as iron ore, reduced iron, sintered ore, and reducing agents such as coke, coal, and the like, and may also include auxiliary raw materials such as limestone as necessary. In addition, when the raw material is initially added to the reactor 110, scrap that is not preheated may be additionally added.

반응로(110)에 원료가 투입되면, 반응로(110) 하부의 취입 노즐을 통해 반응로(110) 내부에 산소 함유 가스, 미분탄, 및 수소 함유 물질 등을 취입할 수 있다. 이때, 산소 함유 가스는 수 백도의 온도로 가열된 상태로 취입될 수 있으며, 산소 함유 가스와 수소 함유 물질에 의해 미분탄이 연소되면서 발생하는 열에 의해 반응로(100)에 투입된 원료를 용해시킬 수 있다. 또한, 수소 함유 물질은, 코크스 오븐 가스나 파이넥스 배가스와 같은 수소 함유 부생가스, 천연가스와 같은 수소 함유 가스, 및 중유와 같은 수소 함유 액체 등을 포함할 수 있다. 수소 함유 물질에 함유된 수소가 환원제 역할을 할 수도 있다. 따라서, 코크스나 석탄과 같은 환원제의 투입량을 감소시켜, 반응로(110) 내 이산화탄소 발생량을 감소시킬 수 있다.When the raw material is introduced into the reactor 110, an oxygen-containing gas, pulverized coal, and a hydrogen-containing substance may be blown into the reactor 110 through a blowing nozzle below the reactor 110. In this case, the oxygen-containing gas may be blown while heated to a temperature of several hundred degrees, and the raw material introduced into the reactor 100 may be dissolved by the heat generated while the pulverized coal is burned by the oxygen-containing gas and the hydrogen-containing material. . Further, the hydrogen-containing material may include hydrogen-containing by-product gas such as coke oven gas or Finex flue gas, hydrogen-containing gas such as natural gas, hydrogen-containing liquid such as heavy oil, and the like. Hydrogen contained in the hydrogen containing material may serve as a reducing agent. Therefore, by reducing the input amount of the reducing agent such as coke or coal, it is possible to reduce the amount of carbon dioxide generated in the reactor (110).

반응로(110)에서 원료가 용해되면서 용선이 제조된다. 이때, 배가스 중 질소의 비율을 감소시키고, 일산화탄소(CO) 및 수소(H2)의 비율을 증가시키기 위하여 반응로(110)에는 순산소가 취입될 수 있다. 반응로(110)에 순산소를 취입하면 배가스 중 질소 함량을 저감시켜 이후 수행되는 이산화탄소의 분리를 용이하게 하는 동시에, 배가스 중 유효 에너지, 예컨대 일산화탄소와 수소의 비율을 높일 수 있다.As the raw material is dissolved in the reactor 110, molten iron is manufactured. In this case, in order to reduce the ratio of nitrogen in the exhaust gas and increase the ratio of carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ), pure oxygen may be blown into the reactor 110. Injecting pure oxygen into the reactor 110 may reduce the nitrogen content of the exhaust gas to facilitate the separation of carbon dioxide, which is subsequently performed, and increase the ratio of effective energy, such as carbon monoxide and hydrogen, in the exhaust gas.

이에 대해 살펴보면, 통상 반응로에는 산소 함유 가스로 공기를 가열시킨 열풍을 취입하지만, 열풍 중에는 질소 함량이 매우 높아 배가스의 대부분을 이산화탄소와 질소가 차지하게 된다. 따라서 반응로(110)에 순산소를 취입하는 경우 배가스의 질소의 함량을 줄일 수 있다. In this regard, the reaction furnace is usually blown with hot air heated by air with an oxygen-containing gas, but the hot air is very high nitrogen content, carbon dioxide and nitrogen occupy most of the exhaust gas. Therefore, when injecting pure oxygen into the reactor 110, it is possible to reduce the nitrogen content of the exhaust gas.

그 다음, 용선이 제조되면서 발생하는 배가스는 수소분리기(120)로 공급할 수 있다. 수소분리기(120)에서는 반응로(110)에서 발생한 배가스에서 수소를 분리할 수 있다. Then, exhaust gas generated while the molten iron is manufactured may be supplied to the hydrogen separator 120. In the hydrogen separator 120, hydrogen may be separated from the exhaust gas generated in the reactor 110.

이에 대해 살펴보면, 장입 원료가 환원 및 용해되면서 용선이 제조됨에 따라 발생하는 배가스는 기존의 고로의 배가스 대비 일산화탄소(CO)와 수소(H2)의 함량이 높다. 이는 종래의 철광석 대비 환원율이 높은 스크랩을 장입 원료로 사용하여, 반응로(110)에서의 일산화탄소 가스의 이용률이 저하되기 때문에 발생한다. 또한, 반응로(110)에 수소함유물질이 취입되므로, 반응로(110) 내로 투입된 수소 역시 이용률이 저하될 수 있다. 따라서, 반응로(110)에서 발생한 배가스 내 일산화탄소와 수소의 함량이 증가할 수 있다.Looking at this, the exhaust gas generated as the molten iron is prepared as the charging raw material is reduced and dissolved, the content of carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ) is higher than the exhaust gas of the existing blast furnace. This occurs because the utilization rate of the carbon monoxide gas in the reactor 110 is reduced by using a scrap having a higher reduction rate than the conventional iron ore as a charging raw material. In addition, since the hydrogen-containing material is blown into the reactor 110, the hydrogen introduced into the reactor 110 may also decrease the utilization rate. Therefore, the contents of carbon monoxide and hydrogen in the exhaust gas generated in the reactor 110 may increase.

실제로 기존의 고로(STD)를 기준으로, 수소 함유 가스인 COG(통상 COG의 성분은 56%H2-27%CH4-8%CO-3%CO2-N2 수준)를 취입하는 경우의 반응로(110) 내 반응특성 변화에 따른 이론적 열 및 물질 수지를 통해 평가하였다. 그 결과가 아래의 표 1에 나타나있다.In fact, based on the existing blast furnace (STD), the hydrogen containing gas COG (normal COG component is 56% H 2 -27% CH 4 -8% CO-3% CO 2 -N 2 level) Evaluated through theoretical heat and mass balance according to the change of reaction characteristics in the reactor (110). The results are shown in Table 1 below.

단위unit 고로(STD)Blast Furnace (STD) COG(Direct)COG (Direct) 가스 취입량Gas blowing Nm3/t-p
(kg/t-p)
Nm 3 / tp
(kg / tp)
-- 134.5(63.9)134.5 (63.9)
가스 중 수소 입량Hydrogen in gas -- 147.4147.4 코크스비(CR)Corksby (CR)
kg/t-p

kg / tp
495.7495.7 419.1419.1
미분탄비(PCR)Pulverized coal ratio (PCR) 313.2313.2 280280 환원제비(CR+PCR)Reductant Ratio (CR + PCR) 182.5182.5 139.1139.1 배가스 중 수소 함량Hydrogen content in flue gas Nm3/t-pNm 3 / tp 49.149.1 97.797.7

기존의 고로에 COG를 134.5 Nm3/t-p 취입하는 경우, 수소의 입량은 147.4 Nm3/t-p 수준이나, 이 중 97.7 Nm3/t-p 수준의 수소가 배가스 중으로 그대로 배출된다. 이는 현재의 통상적인 고로 조업 조건을 상정하여 평가한 결과로, 스크랩이 다량 사용되는 경우 투입된 수소 대비 배출되는 수소의 비율이 더욱 증가될 수 있다.When COG is blown into the existing blast furnace 134.5 Nm 3 / t-p, the amount of hydrogen is 147.4 Nm 3 / t-p, of which 97.7 Nm 3 / t-p is discharged into the flue gas. This is a result of assuming that the present conditions of the conventional blast furnace operating conditions, when a large amount of scrap is used, the ratio of hydrogen discharged to the injected hydrogen can be further increased.

배가스 중의 일산화탄소와 수소를 효율적인 사용을 위해, 반응로(110)에서 배출되는 배가스는 수소분리기(120)에 투입하여, 수소 가스만 선별적으로 분리할 수 있다. 예를 들어, 수소분리기(120)는 고체흡수제를 사용하여 배가스 중 수소를 선택적으로 흡수하여 분리하는 PSA(Pressure Swing Adsorption) 방식을 사용하여, 반응로 배가스에서 수소를 분리할 수 있다. For efficient use of carbon monoxide and hydrogen in the exhaust gas, the exhaust gas discharged from the reactor 110 may be introduced into the hydrogen separator 120 to selectively separate only hydrogen gas. For example, the hydrogen separator 120 may separate hydrogen from the reactor flue gas by using a pressure swing adsorption (PSA) method that selectively absorbs and separates hydrogen in the flue gas using a solid absorbent.

이때, 반응로(110)에는 순산소 또는 산소함량이 공기보다 높은 산소 함유 가스가 취입되어, 배가스 중 질소 함량을 저감시킬 수 있다. 따라서, 가스의 선택적 분리를 용이하게 할 수 있고, 배가스 중 일산화탄소 가스와 수소의 비율을 높일 수 있다.In this case, an oxygen-containing gas having a higher oxygen or oxygen content than air is blown into the reactor 110 to reduce the nitrogen content of the exhaust gas. Therefore, selective separation of the gas can be facilitated, and the ratio of carbon monoxide gas and hydrogen in the exhaust gas can be increased.

반응로 배가스에서 분리된 수소는 반응로(110)로 공급된다. 선별적으로 분리된 수소는 환원 특성이 일산화탄소 가스 대비 환원 특성이 우수하기 때문에, 반응로(110) 내부로 재순환 및 취입되어 장입 원료의 환원에 활용된다. 이때, 분리된 수소는 조업 여건에 따라 반응기 상부(또는, 장입 원료가 가스에 의해 주로 환원되는 영역)이나, 반응로(110) 하부로 취입될 수 있다.Hydrogen separated from the reactor flue-gas is supplied to the reactor (110). Since the selectively separated hydrogen has better reducing properties than carbon monoxide gas, the hydrogen is recycled and blown into the reactor 110 to be used for reducing the charged raw materials. In this case, the separated hydrogen may be blown into the upper part of the reactor (or a region where the charging raw material is mainly reduced by gas) or the lower part of the reactor 110 according to the operating conditions.

수소가 분리된 배가스는 용선의 원료인 스크랩을 예열하기 위하여 사용될 수 있다. 따라서, 수소가 분리된 배가스가 수소분리기(120)에서 예열로(140)로 공급될 수 있다. 수소가 제거된 배가스의 온도는 제한적이기 때문에 스크랩을 효율적으로(또는, 고온으로) 예열하기 위해서는 별도의 열원이 요구될 수 있다. 이때, 반응로(110)에 순산소가 공급되어, 반응로(110)에 발생하는 배가스의 성분 중 질소의 비율을 줄이고 스크랩을 예열하는데 필요한 연료로 사용될 수 있는 일산화탄소의 비율을 증가시켰기 때문에, 수소가 제거된 배가스를 이용하여 스크랩을 용이하게 예열할 수 있다.Hydrogen separated off-gas can be used to preheat scrap, which is the raw material for molten iron. Therefore, the exhaust gas from which hydrogen is separated may be supplied from the hydrogen separator 120 to the preheating furnace 140. Since the temperature of the degassed hydrogen is limited, a separate heat source may be required to preheat the scrap efficiently (or at high temperatures). At this time, since the pure oxygen is supplied to the reactor 110, the ratio of carbon monoxide that can be used as a fuel required to preheat the scrap and reduce the ratio of nitrogen in the components of the exhaust gas generated in the reactor 110, hydrogen The waste gas can be easily preheated using the exhaust gas.

한편, 예열로(140)에 수소가 분리된 반응로(110)의 배가스를 공급하기 전에, 수소가 분리된 배가스에서 수분(H2O)을 제거할 수 있다. 수분은 예열로(140) 내의 연소를 방해할 수 있기 때문에, 수소가 분리된 배가스에서 추가적으로 수분을 분리하거나 제거할 수 있다. Meanwhile, before supplying the exhaust gas of the reactor 110 in which hydrogen is separated to the preheating furnace 140, water (H 2 O) may be removed from the exhaust gas from which hydrogen is separated. Since moisture may interfere with combustion in the preheater 140, hydrogen may be additionally separated or removed from the separated exhaust gas.

예를 들어, 수분제거기(130)로 사용되는 냉각기로 수소가 분리된 배가스를 공급할 수 있다. 냉각기에서는 수소가 분리된 배가스를 섭씨 100도 미만으로 냉각시킬 수 있다. 이에, 수소가 분리된 배가스 내 수분이 액화되어 분리되고, 일산화탄소 등은 기체 상태로 냉각기를 통과할 수 있다. 따라서, 수소와 수분이 제거된 배가스가 예열로(140)에 공급될 수 있다. 이때, 수소가 분리된 배가스에서 별도로 수분을 제거하지 안고, 예열로(140)에 수소가 분리된 배가스를 직접 공급해줄 수도 있다.For example, the exhaust gas from which hydrogen is separated may be supplied to a cooler used as the moisture remover 130. The cooler can cool off the hydrogen separated off gas to less than 100 degrees Celsius. Accordingly, water in the exhaust gas from which hydrogen is separated is liquefied and separated, and carbon monoxide or the like may pass through the cooler in a gaseous state. Therefore, exhaust gas from which hydrogen and moisture have been removed may be supplied to the preheating furnace 140. At this time, without separately removing the water from the exhaust gas separated from the hydrogen, it is also possible to directly supply the exhaust gas separated from the hydrogen to the preheating (140).

예열로(140)에는 함철 원료로서 스크랩이 장입될 수 있다. 반응로(110)에서 용선을 제조하는 과정 또는 반응로(110)에서 용선을 제조하는 과정 이전에 스크랩이 예열로(140)에 장입될 수 있다. 예열로(140)에 배가스가 공급되면, 연소기(150)가 예열로(140) 내부에 산소 함유 가스를 취입한다. 예열로(140)에 공급된 산소 함유 가스는 수소가 분리된 배가스 중 일산화탄소와 하기의 식과 같은 화학반응을 통해 열원을 발생시킬 수 있다. 이때, 산소 함유 가스는 순산소일 수 있다.In the preheating furnace 140, scrap may be charged as a raw material of iron. Scrap may be charged into the preheating furnace 140 before the molten iron is produced in the reactor 110 or before the molten iron is manufactured in the reactor 110. When the exhaust gas is supplied to the preheater 140, the combustor 150 blows oxygen-containing gas into the preheater 140. The oxygen-containing gas supplied to the preheater 140 may generate a heat source through a chemical reaction, such as the following formula, with carbon monoxide in the exhaust gas from which hydrogen is separated. In this case, the oxygen-containing gas may be pure oxygen.

식 :

Figure 112017127324472-pat00001
Expression:
Figure 112017127324472-pat00001

즉, 예열로(140)에 장입된 스크랩은 수소가 분리된 배가스가 가지는 열에 의해 1차적으로 예열될 수 있고, 배가스 중 일산화탄소와 예열로(140)에 취입되는 산소 함유 가스의 연소반응을 통해 발생하는 반응열에 의해 2차적으로 예열될 수 있다. That is, the scrap charged in the preheating furnace 140 may be preheated primarily by the heat of the exhaust gas from which hydrogen is separated, and is generated through the combustion reaction of carbon monoxide in the exhaust gas and the oxygen-containing gas blown into the preheating furnace 140. It can be preheated secondary by the heat of reaction.

스크랩은 예열로(140)에서 예열된 후 반응로(110)에 투입되어 용선으로 제조될 수 있다. 또는 스크랩은 예열로(140)에서 예열된 후 성형가공기(170)에서 소정의 형상으로 성형 또는 가공되어 반응로(110)에 투입될 수도 있다. 스크랩을 예열한 후 반응로(110)에 장입하면 스크랩을 냉간 상태로 장입할 때보다 열량이 높아져 노내 온도 저하나 용선의 온도 저하를 억제할 수 있고, 용선을 제조하는데 소요되는 에너지 사용량을 저감시킬 수 있다. The scrap may be preheated in the preheater 140 and then introduced into the reactor 110 to be manufactured as molten iron. Alternatively, the scrap may be preheated in the preheating furnace 140 and then molded or processed into a predetermined shape in the molding machine 170 to be introduced into the reactor 110. After preheating the scrap and charging it into the reactor 110, the amount of heat is higher than when the scrap is charged in the cold state, thereby reducing the temperature in the furnace or the temperature of the molten iron, and reducing the energy consumption required for manufacturing the molten iron. Can be.

이후, 용선은 제강공정을 거쳐 철강제품으로 생산된다. 철강제품은 사용자에게 공급되고 폐자원이 된다. 폐자원은 수거되어 스크랩으로 사용되어, 용선을 제조하는 원료로 사용될 수 있다. 따라서, 자원이 낭비되는 것을 방지할 수 있다.After that, the molten iron is produced into steel products through a steelmaking process. Steel products are supplied to users and become waste resources. Waste resources can be collected and used as scrap and used as raw materials to manufacture molten iron. Therefore, waste of resources can be prevented.

한편, 예열로(140)에서 발생하는 배가스는 이산화탄소 제거기(160)를 통과시켜 배가스에 함유되는 이산화탄소를 제거 또는 분리할 수 있다. 반응로(110)에서 발생하여 예열로(140)로 공급된 배가스에는 이산화탄소가 포함되어 있으며, 예열로(140)에서 스크랩을 예열하는 동안 이산화탄소가 추가로 발생하게 하기 때문에, 예열로(140)에서 발생하는 배가스에 다량의 이산화탄소가 포함될 수 있다. 따라서 예열로(140)에서 발생하는 배가스는 이산화탄소 제거기(160)를 통과시켜 배가스 중 이산화탄소를 제거 또는 분리할 수 있다. On the other hand, the exhaust gas generated in the preheating furnace 140 may pass through the carbon dioxide remover 160 to remove or separate carbon dioxide contained in the exhaust gas. The exhaust gas generated in the reactor 110 and supplied to the preheater 140 includes carbon dioxide, and the carbon dioxide is further generated during the preheating of the scrap in the preheater 140, and thus, in the preheater 140. The generated flue-gas may contain large amounts of carbon dioxide. Therefore, the exhaust gas generated in the preheating furnace 140 may pass through the carbon dioxide remover 160 to remove or separate carbon dioxide in the exhaust gas.

이산화탄소 제거기(160)에서 이산화탄소가 분리된 예열로 배가스는 일산화탄소 및 메탄 등을 함유할 수 있다. 따라서, 이산화탄소가 분리된 예열로 배가스를 반응로(110)에 공급되어 원료를 환원하기 위한 환원가스로 사용될 수 있다. 또는 예열로(140)에 공급되어 스크랩을 예열하기 위한 연료가스로 사용될 수도 있다. 또는 용융환원제철공정의 용융가스화로, 유동환원로 등에 공급되어 환원가스로 사용되거나, 분리된 이산화탄소(CO2)와 함께 메탄올, 디메틸에테르(Dimethylether, DME)를 제조하는데 원료로 사용될 수도 있다. By preheating the carbon dioxide is separated from the carbon dioxide remover 160, the exhaust gas may contain carbon monoxide and methane. Therefore, the exhaust gas may be supplied to the reactor 110 by preheating the carbon dioxide separated and used as a reducing gas for reducing the raw material. Alternatively, the preheating furnace 140 may be supplied as a fuel gas for preheating the scrap. Alternatively, it may be used as a reducing gas by supplying a melt gasification furnace in a molten reduction steelmaking process, a flow reducing furnace, or as a raw material to prepare methanol, dimethylether (DME) together with separated carbon dioxide (CO 2 ).

이처럼, 반응로(110)에서 발생한 배가스를 선택적으로 분리하여 재사용할 수 있다. 즉, 반응로 배가스에서 수소는 반응로(110) 내로 다시 공급하여 환원가스로 사용할 수 있고, 일산화탄소는 스크랩을 예열하는 예열로(140) 내로 공급되어 열원으로 사용될 수 있다. 따라서, 용선을 제조하는 공정의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 환원가스인 수소가 반응로(110) 내부로 공급되어, 석탄이나 코크스와 같은 환원제가 반응로(110)에 투입되는 양을 감소시킬 수 있기 때문에, 반응로(110) 내에서 생성되는 이산화탄소의 양을 감소시킬 수 있다. 또는, 수소 함유 물질의 환원 효율을 향상시킬 수 있다.As such, the exhaust gas generated in the reactor 110 may be selectively separated and reused. That is, hydrogen in the reactor flue gas may be supplied back into the reactor 110 to be used as a reducing gas, and carbon monoxide may be supplied into the preheating furnace 140 for preheating the scrap and used as a heat source. Therefore, the energy efficiency of the process of manufacturing molten iron can be improved. In addition, since hydrogen, which is a reducing gas, may be supplied into the reactor 110 to reduce the amount of reducing agent such as coal or coke introduced into the reactor 110, carbon dioxide generated in the reactor 110 may be reduced. Can reduce the amount of. Alternatively, the reduction efficiency of the hydrogen-containing substance can be improved.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 아래에 기재될 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.As described above, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined not only by the claims described below, but also by those equivalent to the claims.

100: 용선 제조장치 110: 반응로
120: 수소분리기 130: 수분제거기
140: 예열로 150: 연소기
160: 이산화탄소 제거기 170: 성형가공기
100: molten iron manufacturing apparatus 110: reactor
120: hydrogen separator 130: moisture remover
140: preheating 150: burner
160: carbon dioxide remover 170: molding machine

Claims (17)

철광석을 포함하는 원료를 용해시킬 수 있는 공간을 구비하는 반응로; 및
상기 반응로에서 발생한 배가스에서 수소를 분리하여 상기 반응로에 공급하도록, 상기 반응로와 연결되는 수소분리기;를 포함하고,
상기 수소분리기는, 상기 배가스가 이동하는 경로를 가지는 몸체부재, 상기 몸체부재 내부의 압력에 따라 수소를 흡착하거나 분리하도록 상기 몸체부재 내부에 설치되는 흡착부재, 상기 몸체부재 내부의 압력을 조절하도록 설치되는 압력 조절부재, 상기 반응로와 상기 수소 분리기 사이를 개폐하는 밸브, 및 상기 몸체부재 내부의 압력에 따라 상기 밸브의 작동을 제어하는 제어기를 포함하며,
상기 제어기는, 상기 몸체부재 내부의 압력이 미리 설정된 흡착압력까지 상승하면 상기 밸브를 개방하여 상기 몸체부재 내부로 상기 배가스를 유입시키고, 상기 몸체부재 내부의 압력이 미리 설정된 회수압력으로 낮아지면 상기 밸브를 폐쇄하여 상기 몸체부재 내부로 상기 배가스가 유입되는 것을 차단하는 용선 제조장치.
A reactor having a space capable of dissolving the raw material including iron ore; And
And a hydrogen separator connected to the reactor to separate hydrogen from the exhaust gas generated in the reactor and supply the hydrogen to the reactor.
The hydrogen separator is a body member having a path through which the exhaust gas moves, an adsorption member installed inside the body member to adsorb or separate hydrogen according to the pressure inside the body member, and installed to adjust the pressure inside the body member. A pressure regulating member, a valve for opening and closing between the reactor and the hydrogen separator, and a controller for controlling the operation of the valve according to the pressure inside the body member,
The controller opens the valve to introduce the exhaust gas into the body member when the pressure inside the body member rises to a predetermined suction pressure, and the valve when the pressure inside the body member falls to a preset recovery pressure. Closing the molten iron manufacturing apparatus for blocking the inlet of the exhaust gas into the body member.
청구항 1에 있어서,
상기 반응로에, 산소 함유 가스, 미분탄, 및 수소 함유 물질을 공급할 수 있는 취입 노즐이 설치되는 용선 제조장치.
The method according to claim 1,
The molten iron manufacturing apparatus provided with the said blowing nozzle which can supply an oxygen containing gas, pulverized coal, and a hydrogen containing substance to the said reactor.
청구항 1에 있어서,
스크랩을 예열할 수 있는 공간을 구비하는 예열로를 더 포함하고,
상기 수소분리기는, 상기 수소가 분리된 배가스를 상기 예열로에 공급하도록, 상기 예열로와 연결되는 용선 제조장치.
The method according to claim 1,
Further comprising a preheating furnace having a space for preheating the scrap,
The hydrogen separator is connected to the preheating furnace to supply the exhaust gas from which the hydrogen is separated to the preheating furnace.
삭제delete 청구항 3에 있어서,
상기 수소분리기는, 상기 수소를 공급하도록 상기 반응로의 상부와 하부 중 적어도 어느 하나와 연결되는 용선 제조장치.
The method according to claim 3,
The hydrogen separator is connected to at least one of the top and bottom of the reactor to supply the hydrogen.
청구항 3에 있어서,
상기 수소가 분리된 배가스에서 수분을 제거하도록, 상기 수소분리기와 상기 예열로 사이에 설치되는 수분제거기를 더 포함하는 용선 제조장치.
The method according to claim 3,
And a water remover installed between the hydrogen separator and the preheating furnace to remove water from the exhaust gas from which the hydrogen is separated.
청구항 3에 있어서,
상기 예열로에 산소 함유 가스를 공급하도록, 상기 예열로와 연결되는 연소기를 더 포함하는 용선 제조장치.
The method according to claim 3,
And a combustor connected to the preheating furnace to supply an oxygen-containing gas to the preheating furnace.
청구항 3에 있어서,
상기 반응로로 공급되는 상기 스크랩을 성형하도록, 상기 예열로와 상기 반응로 사이에 설치되는 성형가공기를 더 포함하는 용선 제조장치.
The method according to claim 3,
And a forming machine installed between the preheating furnace and the reactor so as to mold the scrap supplied to the reactor.
청구항 1 내지 청구항 3 및 청구항 5 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반응로는 고로, 유동환원로, 및 전기로 중 적어도 어느 하나를 포함하는 용선 제조장치.
The method according to any one of claims 1 to 3 and 5 to 8,
The reactor is a molten iron manufacturing apparatus including at least one of the blast furnace, flow reduction furnace, and the electric furnace.
반응로에서 철광석을 용해시켜 용선을 제조하는 과정;
상기 용선을 제조하면서 발생하는 배가스에서 수소를 분리하는 과정;
상기 수소를 회수하는 과정; 및
상기 수소를 상기 반응로에 공급하는 과정;을 포함하며,
상기 배가스에서 수소를 분리하는 과정은, 상기 반응로와 연결되는 몸체부재 내부의 압력을 미리 설정된 흡착압력까지 상승시키는 과정, 상기 몸체부재 내부로 상기 배가스를 유입시키는 과정, 및 상기 몸체부재 내부에 설치되는 흡착부재에 상기 배가스의 수소를 흡착시키는 과정을 포함하고,
상기 수소를 회수하는 과정은, 상기 몸체부재 내부의 압력을 미리 설정된 회수압력으로 낮추는 과정, 상기 몸체부재 내부로 상기 배가스가 유입되는 것을 차단하는 과정, 및 상기 흡착부재에서 수소를 분리하여 회수하는 과정을 포함하는 용선 제조방법.
Preparing molten iron by dissolving iron ore in a reactor;
Separating hydrogen from flue gas generated while producing the molten iron;
Recovering the hydrogen; And
And supplying the hydrogen to the reactor.
Separation of hydrogen from the exhaust gas, the process of increasing the pressure in the body member connected to the reactor to a predetermined adsorption pressure, the process of introducing the exhaust gas into the body member, and installed inside the body member Adsorbing hydrogen of the exhaust gas to an adsorption member,
The process of recovering the hydrogen may include lowering the pressure inside the body member to a predetermined recovery pressure, blocking the inflow of the exhaust gas into the body member, and recovering the hydrogen by separating the hydrogen from the adsorption member. The molten iron manufacturing method comprising a.
청구항 10에 있어서,
상기 용선을 제조하는 과정은,
상기 반응로에 산소 함유 가스, 미분탄, 및 수소 함유 물질을 공급하는 과정을 포함하는 용선 제조방법.
The method according to claim 10,
The process of manufacturing the molten iron,
A molten iron manufacturing method comprising the step of supplying an oxygen-containing gas, pulverized coal, and a hydrogen-containing material to the reactor.
청구항 11에 있어서,
상기 수소 함유 물질은, 코크스 오븐 가스, 천연가스, 및 중유 중 적어도 어느 하나를 포함하는 용선 제조방법.
The method according to claim 11,
The hydrogen-containing material, molten iron manufacturing method comprising at least one of coke oven gas, natural gas, and heavy oil.
청구항 11에 있어서,
상기 용선을 제조하면서 발생하는 배가스에서 수소를 분리한 후에,
스크랩을 예열하는 예열로에 상기 수소가 분리된 배가스를 공급하는 과정을 더 포함하는 용선 제조방법.
The method according to claim 11,
After separating the hydrogen from the flue gas generated while producing the molten iron,
The molten iron manufacturing method further comprising the step of supplying the exhaust gas from which the hydrogen is separated to a preheating furnace for preheating scrap.
청구항 13에 있어서,
상기 예열로에 상기 수소가 분리된 배가스를 공급하기 전에,
상기 수소가 분리된 배가스에서 수분을 제거하는 과정을 더 포함하는 용선 제조방법.
The method according to claim 13,
Before supplying the exhaust gas from which the hydrogen is separated to the preheating furnace,
The molten iron manufacturing method further comprising the step of removing water from the exhaust gas separated hydrogen.
청구항 14에 있어서,
상기 수소가 분리된 배가스에서 수분을 제거하는 과정은,
상기 수소가 분리된 배가스를 냉각시켜 수분을 액화시키는 과정을 포함하는 용선 제조방법.
The method according to claim 14,
The process of removing water from the exhaust gas separated hydrogen,
And a process of liquefying water by cooling the exhaust gas from which the hydrogen is separated.
청구항 14에 있어서,
상기 예열로에 상기 수소가 분리된 배가스를 공급하는 과정은,
상기 수소가 분리된 배가스에 함유되는 일산화탄소와 상기 예열로에 공급되는 산소 함유 가스를 연소시켜 발생하는 반응열로, 상기 스크랩을 예열하는 과정을 포함하는 용선 제조방법.
The method according to claim 14,
The process of supplying the exhaust gas in which the hydrogen is separated to the preheating furnace,
And a heat of reaction generated by burning carbon monoxide contained in the exhaust gas from which hydrogen is separated and oxygen-containing gas supplied to the preheating furnace, and preheating the scrap.
청구항 16에 있어서,
상기 스크랩을 예열한 후에,
상기 스크랩을 상기 반응로에 투입하는 과정을 더 포함하는 용선 제조방법.
The method according to claim 16,
After preheating the scrap,
Melting process further comprising the step of injecting the scrap into the reactor.
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