KR102503631B1 - Gas processing device and hydrogen gas manufacturing method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가스 처리 장치 및 수소 가스 제조 방법에 관한 것으로, 제철공정에서 발생하는 배가스로부터 환원 가스를 제조하기 위한 환원 가스 생성부; 수소 가스를 제조하기 위하여, 상기 환원 가스 생성부에 연결되는 수소 가스 생성부; 및 상기 환원 가스 생성부에서 상기 수소 가스 생성부로 공급되는 환원 가스의 공급 여부 및 유량을 제어하기 위한 제어부;를 포함하고, 조업 중 발생하는 배가스를 이용하여 수소 가스를 제조할 수 있다.The present invention relates to a gas processing device and a method for producing hydrogen gas, comprising: a reducing gas generating unit for producing reducing gas from exhaust gas generated in an iron making process; To produce hydrogen gas, a hydrogen gas generating unit connected to the reducing gas generating unit; and a control unit for controlling supply and flow rate of the reducing gas supplied from the reducing gas generating unit to the hydrogen gas generating unit, and hydrogen gas may be produced using exhaust gas generated during operation.
Description
본 발명은 가스 처리 장치 및 수소 가스 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 조업 중 발생하는 배가스를 이용하여 수소 가스를 제조할 수 있는 가스 처리 장치 및 수소 가스 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a gas processing device and a method for producing hydrogen gas, and more particularly, to a gas processing device capable of producing hydrogen gas using exhaust gas generated during operation and a method for producing hydrogen gas.
용융 환원 제철법은 분철광석을 환원시켜 철원으로 사용하여 용선을 제조하는 방법이다. 용융 환원 제철법을 수행하기 위한 용선제조장치는 분상의 철광석을 환원하는 다단의 유동 환원로와, 유동 환원로에서 배출되는 분환원철을 성형하여 성형탄을 제조하는 성형 장치 및 성형탄을 용융시키고, 성형탄을 용해시키는 과정에서 발생하는 환원 가스를 유동 환원로에 공급하는 용융로를 포함할 수 있다. The smelting reduction iron manufacturing method is a method of producing molten iron by reducing fine iron ore and using it as an iron source. The molten pig iron manufacturing apparatus for performing the smelting reduction iron manufacturing method includes a multi-stage fluidized reduction furnace for reducing powdered iron ore, a forming device for manufacturing coal briquettes by forming powdered iron discharged from the fluidized reduction furnace, and a forming device for melting the coal briquettes and forming coal briquettes. It may include a melting furnace for supplying a reducing gas generated in the process of melting to the fluidized reducing furnace.
한편, 유동 환원로에서 철광석을 환원하는 과정은 다량의 배가스를 발생시킨다. 이러한 배가스(FOG: Finex off gas)는 열량이 풍부한 일산화탄소(CO), 질소(N2) 및 수소 가스(H2) 등이 다량 함유되어 있다. 이에 따라 배가스를 처리하여 철광석을 환원하는데 사용되는 환원 가스와, 수소 가스를 제조하고 있다. On the other hand, the process of reducing iron ore in the fluidized reduction reactor generates a large amount of flue gas. Such exhaust gas (FOG: Finex off gas) contains a large amount of carbon monoxide (CO), nitrogen (N 2 ) and hydrogen gas (H 2 ), which are rich in heat. Accordingly, reducing gas used to reduce iron ore and hydrogen gas are produced by treating exhaust gas.
그런데 종래에는 배가스로부터 환원 가스와 수소 가스를 얻기 위해서는 이산화탄소를 제거하기 위한 장치와, 일산화탄소와 질소를 제거하기 위한 장치를 별도로 구축하여 운용하고 있기 때문에, 초기 투자 비용이 많이 소요되는 문제가 있다. 또한, 이산화탄소를 제거하기 위한 장치와, 일산화탄소와 질소를 제거하기 위한 장치가 비교적 넓은 공간을 차지하기 때문에 공간 활용도가 낮은 문제가 있다. However, in the prior art, in order to obtain reducing gas and hydrogen gas from exhaust gas, a device for removing carbon dioxide and a device for removing carbon monoxide and nitrogen are separately built and operated, so there is a problem in that the initial investment cost is high. In addition, since the device for removing carbon dioxide and the device for removing carbon monoxide and nitrogen occupy a relatively large space, space utilization is low.
본 발명은 조업 중 발생하는 배가스를 이용하여 수소 가스를 제조할 수 있는 가스 처리 장치 및 수소 가스 제조 방법을 제공한다. The present invention provides a gas processing device and a method for producing hydrogen gas capable of producing hydrogen gas using exhaust gas generated during operation.
본 발명은 설비 구축 비용을 절감하고, 유지 관리를 용이하게 할 수 있는 가스 처리 장치 및 수소 가스 제조 방법을 제공한다. The present invention provides a gas processing device and a hydrogen gas production method capable of reducing equipment construction costs and facilitating maintenance.
본 발명의 실시 형태에 따른 가스 처리 장치는, 제철공정에서 발생하는 배가스로부터 환원 가스를 제조하기 위한 환원 가스 생성부; 수소 가스를 제조하기 위하여, 상기 환원 가스 생성부에 연결되는 수소 가스 생성부; 및 상기 환원 가스 생성부에서 상기 수소 가스 생성부로 공급되는 환원 가스의 공급 여부 및 유량을 제어하기 위한 제어부;를 포함할 수 있다.A gas processing device according to an embodiment of the present invention includes a reducing gas generator for producing a reducing gas from exhaust gas generated in an iron making process; To produce hydrogen gas, a hydrogen gas generating unit connected to the reducing gas generating unit; and a control unit for controlling whether to supply and flow rate of the reducing gas supplied from the reducing gas generating unit to the hydrogen gas generating unit.
복수개의 가스 처리기를 포함하고, 상기 수소 가스 생성부는 상기 복수개의 가스 처리기 중 적어도 하나의 가스 처리기를 포함하고, 상기 환원 가스 생성부는 나머지 가스 처리기를 포함할 수 있다.The hydrogen gas generator may include a plurality of gas processors, the hydrogen gas generator may include at least one gas processor among the plurality of gas processors, and the reducing gas generator may include other gas processors.
상기 복수개의 가스 처리기는 병렬로 배치되고, 동일한 구조를 가질 수 있다. The plurality of gas processors may be arranged in parallel and have the same structure.
상기 수소 가스 생성부의 가스 처리기는 환원 가스로부터 일산화탄소 및 질소를 흡착할 수 있는 흡착제를 포함하는 수소 가스 생성기이고, 상기 환원 가스 생성부의 가스 처리기는 배가스로부터 이산화탄소를 흡착할 수 있는 흡착제를 포함하는 환원 가스 생성기일 수 있다. The gas processor of the hydrogen gas generating unit is a hydrogen gas generator including an adsorbent capable of adsorbing carbon monoxide and nitrogen from reducing gas, and the gas treating unit of the reducing gas generating unit is a reducing gas including an adsorbent capable of adsorbing carbon dioxide from exhaust gas. can be a generator.
상기 복수개의 가스 처리기 각각은 서로 연통 가능한 적어도 두 개의 흡착탑을 포함하고, 상기 적어도 두 개의 흡착탑 각각은 동일한 구조를 가질 수 있다. Each of the plurality of gas processors may include at least two adsorption towers communicating with each other, and each of the at least two adsorption towers may have the same structure.
상기 환원 가스 생성부는 환원 가스를 회수하도록 상기 복수 개의 환원 가스 생성기에 연결되는 회수배관을 포함하고, 상기 수소 가스 생성부는 상기 수소 가스 생성기에 환원 가스를 공급하도록 상기 회수배관과 상기 수소 가스 생성기에 연결되는 환원 가스 공급배관 및 상기 환원 가스 공급배관에 형성되는 밸브를 포함하고, 상기 제어부는 상기 밸브의 동작을 제어할 수 있다.The reducing gas generator includes a recovery pipe connected to the plurality of reducing gas generators to recover reducing gas, and the hydrogen gas generator is connected to the recovery pipe and the hydrogen gas generator to supply reducing gas to the hydrogen gas generator. It includes a reducing gas supply pipe and a valve formed in the reducing gas supply pipe, and the control unit can control the operation of the valve.
상기 환원 가스 생성부는 환원 가스를 회수하도록 상기 복수 개의 환원 가스 생성기에 각각 연결되는 복수 개의 회수배관 및 상기 복수 개의 회수배관에 형성되는 복수 개의 제1밸브를 포함하고, 상기 수소 가스 생성부는 상기 복수 개의 회수배관과 상기 수소 가스 생성기를 연결하는 복수 개의 환원 가스 공급배관 및 상기 복수 개의 환원 가스 공급배관에 형성되는 복수 개의 제2밸브를 포함하고, 상기 제어부는 상기 복수 개의 제1밸브와 상기 복수 개의 제2밸브의 동작을 제어할 수 있다.The reducing gas generator includes a plurality of recovery pipes respectively connected to the plurality of reducing gas generators to recover reducing gas and a plurality of first valves formed in the plurality of recovery pipes, and the hydrogen gas generator includes the plurality of recovery pipes. A plurality of reducing gas supply pipes connecting the recovery pipe and the hydrogen gas generator and a plurality of second valves formed in the plurality of reducing gas supply pipes, wherein the control unit includes the plurality of first valves and the plurality of first valves. The operation of 2 valves can be controlled.
상기 제어부는 상기 복수 개의 환원 가스 생성기 중 정상으로 작동하는 환원 가스 생성기에서 상기 수소 가스 생성기에 환원 가스를 공급할 수 있도록 상기 복수 개의 제1밸브와 상기 복수 개의 제2밸브의 동작을 제어할 수 있다.The control unit may control the operation of the plurality of first valves and the plurality of second valves to supply reducing gas to the hydrogen gas generator from a normally operating reducing gas generator among the plurality of reducing gas generators.
상기 환원 가스 생성부는, 상기 복수 개의 환원 가스 생성기 중 일부의 환원 가스 생성기에서 연결되는 회수배관을 포함하고, 상기 수소 가스 생성부는 상기 회수배관에 연결되지 않은 나머지 환원 가스 생성기와 상기 수소 가스 생성기에 연결되는 환원 가스 공급배관 및 상기 환원 가스 공급배관에 설치되는 밸브를 포함하고, 상기 제어부는 상기 밸브의 동작을 제어할 수 있다.The reducing gas generator includes a recovery pipe connected to some of the plurality of reducing gas generators, and the hydrogen gas generator is connected to the remaining reducing gas generators not connected to the recovery pipe and the hydrogen gas generator. It includes a reducing gas supply pipe and a valve installed in the reducing gas supply pipe, and the control unit can control the operation of the valve.
상기 환원 가스 공급배관과 상기 회수 배관에 연결되는 바이패스관을 더 포함하고, 상기 바이패스관의 일측은 상기 밸브와 환원 가스 생성기 사이에 연결될 수 있다.A bypass pipe connected to the reducing gas supply pipe and the recovery pipe may be further included, and one side of the bypass pipe may be connected between the valve and the reducing gas generator.
상기 수소 가스 생성기와 상기 환원 가스 생성기는 1 : 3 내지 4의 비율로 설치될 수 있다.The hydrogen gas generator and the reducing gas generator may be installed at a ratio of 1:3 to 4.
본 발명의 실시 형태에 따른 수소 가스 제조 방법은, 제철공정에서 발생하는 배가스를 마련하는 과정; 상기 배가스로부터 이산화탄소를 제거하여 일산화탄소, 질소 및 수소 가스를 함유하는 환원 가스를 제조하는 과정; 후속 처리할 환원 가스의 유량을 결정하는 과정; 상기 결정된 유량만큼의 환원 가스를 분리하는 과정; 및 분리된 환원 가스로부터 일산화탄소 및 질소를 제거하여 수소 가스를 제조하는 과정;을 포함할 수 있다.A method for producing hydrogen gas according to an embodiment of the present invention includes preparing exhaust gas generated in a steelmaking process; removing carbon dioxide from the exhaust gas to produce a reducing gas containing carbon monoxide, nitrogen, and hydrogen gas; determining a flow rate of reducing gas to be subsequently treated; Separating reducing gas as much as the determined flow rate; and removing carbon monoxide and nitrogen from the separated reducing gas to produce hydrogen gas.
상기 환원 가스를 제조하는 과정은, 복수의 가스 처리기 중 적어도 두 개의 가스 처리기에 상기 배가스를 공급하는 과정; 및 배가스에 함유되는 이산화탄소를 흡착하는 과정;을 포함하고, 상기 수소 가스를 제조하는 과정은, 상기 복수의 가스 처리기 중 적어도 하나의 가스 처리기에 환원 가스를 공급하는 과정; 및 환원 가스에 함유되는 일산화탄소와 질소를 흡착하는 과정;을 포함할 수 있다.The process of producing the reducing gas may include supplying the exhaust gas to at least two gas processors among a plurality of gas processors; and adsorbing carbon dioxide contained in the exhaust gas, wherein the process of producing the hydrogen gas includes: supplying reducing gas to at least one gas processor among the plurality of gas processors; and adsorbing carbon monoxide and nitrogen contained in the reducing gas.
상기 환원 가스를 제조하는 과정은 상기 적어도 두 개의 가스 처리기에서 각각 제조된 환원 가스를 취합하는 과정을 포함하고, 상기 환원 가스를 분리하는 과정은, 취합된 전체 환원 가스에서 일부의 환원 가스를 분리하는 과정을 포함할 수 있다.The process of producing the reducing gas includes a process of collecting the reducing gas each produced in the at least two gas processors, and the process of separating the reducing gas includes separating a part of the reducing gas from the total reducing gas collected. process may be included.
상기 환원 가스를 분리하는 과정은, 상기 적어도 두 개의 가스 처리기 각각에서 적어도 일부의 환원 가스를 분리하는 과정을 포함할 수 있다.Separating the reducing gas may include separating at least some of the reducing gas from each of the at least two gas processors.
상기 환원 가스를 분리하는 과정은, 상기 적어도 두 개의 가스 처리기 중 적어도 하나의 가스 처리기에서 환원 가스의 적어도 일부를 분리하는 과정을 포함할 수 있다.Separating the reducing gas may include separating at least a portion of the reducing gas from at least one gas processor among the at least two gas processors.
분리된 환원 가스의 유량이 상기 결정된 유량보다 많은 경우, 분리된 환원 가스 중 일부를 적어도 두 개의 가스 처리기 중 나머지 가스 처리기에서 제조된 환원 가스에 취합하는 과정을 포함할 수 있다.When the flow rate of the separated reducing gas is greater than the determined flow rate, a process of combining some of the separated reducing gas with the reducing gas produced by the remaining gas processors among the at least two gas processors may be included.
상기 환원 가스를 분리하는 과정은, 상기 적어도 두 개의 가스 처리기 중 정상으로 작동하는 가스 처리기에서 환원 가스의 적어도 일부를 분리하는 과정을 포함할 수 있다.Separating the reducing gas may include separating at least a portion of the reducing gas from a normally operating gas processor among the at least two gas processors.
상기 환원 가스의 유량을 결정하는 과정은, 상기 환원 가스를 제조하는 과정에서 제조되는 환원 가스의 전체 유량 100%에 대해서 5 내지 15%를 수소 가스를 제조하기 위한 환원 가스의 유량으로 결정할 수 있다.In the process of determining the flow rate of the reducing gas, 5 to 15% of 100% of the total flow rate of the reducing gas produced in the process of producing the reducing gas may be determined as the flow rate of the reducing gas for producing hydrogen gas.
상기 배가스를 마련하는 과정은, 유동 환원로에 철광석을 장입하고, 환원 가스를 공급하여 환원철을 제조하는 과정; 및 상기 환원철을 제조하는 과정에서 발생하는 배가스를 상기 유동 환원로에서 배출시키는 과정;을 포함할 수 있다.The process of preparing the flue gas may include: charging iron ore into a fluidized reduction furnace and supplying reducing gas to produce reduced iron; and discharging exhaust gas generated in the process of producing the reduced iron from the fluidized reduction furnace.
본 발명의 실시 형태들에 의하면, 단일 가스 처리 장치를 이용하여 제철 공정에서 발생하는 배가스를 환원 가스와 수소 가스로 제조할 수 있다. 즉, 배가스로부터 이산화탄소를 제거하여 환원 가스를 제조하고, 환원 가스 중 일부에서 일산화탄소와 질소를 제거하여 수소 가스를 제조할 수 있다. 이때, 이산화탄소의 제거와 일산화탄소 및 질소의 제거를 단일 가스 처리 장치에서 연속적으로 수행할 수 있다. 따라서 환원 가스를 제조하기 위한 장치와 수소 가스를 제조하기 위한 장치를 독립적으로 마련하지 않고, 환원 가스와 수소 가스를 제조할 수 있기 때문에 설비 구축에 소요되는 비용을 절감할 수 있고, 설비의 규모를 축소하여 공간을 효율적으로 사용할 수 있다. According to the embodiments of the present invention, it is possible to produce exhaust gas generated in an iron manufacturing process into reducing gas and hydrogen gas using a single gas processing device. That is, reducing gas may be produced by removing carbon dioxide from the exhaust gas, and hydrogen gas may be produced by removing carbon monoxide and nitrogen from some of the reducing gas. At this time, the removal of carbon dioxide and the removal of carbon monoxide and nitrogen may be continuously performed in a single gas processing device. Therefore, since reducing gas and hydrogen gas can be produced without separately preparing a device for producing a reducing gas and a device for producing hydrogen gas, the cost required for facility construction can be reduced, and the scale of the facility can be reduced. It can be reduced to make efficient use of space.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 용선 제조 설비를 개략적으로 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 가스 처리 장치를 개략적으로 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 제1변형 예에 따른 가스 처리 장치를 개략적으로 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 제2변형 예에 따른 가스 처리 장치를 개략적으로 보여주는 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 가스 처리기의 상세 구조를 보여주는 도면.1 is a view schematically showing a molten iron manufacturing facility according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic view of a gas processing device according to an embodiment of the present invention;
3 is a view schematically showing a gas processing device according to a first modified example of the present invention;
4 is a diagram schematically showing a gas processing device according to a second modified example of the present invention;
5 is a view showing a detailed structure of a gas processor according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 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. 도면에서 여러 요소를 명확하게 표현하기 위하여 크기를 과장하거나 확대하여 표현하였으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, only these embodiments will complete the disclosure of the present invention, and will fully cover the scope of the invention to those skilled in the art. It is provided to inform you. In order to clearly express various elements in the drawings, the sizes are exaggerated or enlarged, and the same symbols refer to the same elements in the drawings.
본 발명에 따른 가스 처리 장치 및 수소 가스 제조 방법은 제철공정에서 발생하는 다양한 종류의 배가스를 처리하여 수소 가스를 제조하는데 적용될 수 있다. 제철공정에서 발생하는 배가스는 용융환원제철법에서 발생하는 배가스(FOG: FINEX Off Gas, FTG: FINEX Off Gas), 고로 가스(BOG: Blast furnace Off Gas), 전로 가스(LDG: Linze Dinawiz Gas), 코크스 오븐 가스(COG: Coke Oven Gas) 등을 포함할 수 있다. 이하에서는 용융환원제철법에서 발생하는 배가스를 처리하여 수소 가스를 제조하는 예에 대해서 설명한다. A gas processing device and a method for producing hydrogen gas according to the present invention can be applied to produce hydrogen gas by treating various types of flue gases generated in a steelmaking process. Exhaust gases generated in the steelmaking process include exhaust gases from the smelting reduction process (FOG: FINEX Off Gas, FTG: FINEX Off Gas), blast furnace gas (BOG: Blast furnace Off Gas), converter gas (LDG: Linze Dinawiz Gas), Coke Oven Gas (COG) and the like may be included. Hereinafter, an example of producing hydrogen gas by treating exhaust gas generated in the smelting reduction method will be described.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 용선 제조 설비의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 가스 처리 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 1에서 실선은 철광석 및 환원철의 이동 경로를 나타내고, 점선은 가스의 이동 경로를 나타낸다. 1 is a view schematically showing the configuration of a molten iron manufacturing facility according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view schematically showing a gas processing device according to an embodiment of the present invention. 1, the solid line represents the movement path of iron ore and reduced iron, and the dotted line represents the movement path of gas.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 용선 제조 설비는, 철광석을 환원시켜 환원철을 제조하는 유동 환원로(110)와, 유동 환원로(110)에서 제조된 환원철을 고온 상태에서 괴성광으로 성형하는 성형장치(120), 성형장치(120)에서 제조된 괴성광을 용융시켜 용선을 제조하는 용융로(130)를 포함할 수 있다. 또한, 용선 제조 설비는 유동 환원로(110)에서 발생하는 배가스를 처리하기 위한 가스 처리 장치(200)를 포함할 수 있다. 가스 처리 장치(200)는 유동 환원로(110)에서 발생하는 배가스를 처리하여 철광석을 환원시키기 위한 환원 가스를 제조하고, 환원 가스 중 일부를 이용하여 수소 가스를 생성할 수 있다. Referring to FIG. 1, a molten iron manufacturing facility according to an embodiment of the present invention includes a fluidized reduction furnace 110 for producing reduced iron by reducing iron ore, and reducing iron produced in the fluidized reduction furnace 110 at a high temperature. It may include a molding device 120 for molding into, a
유동 환원로(110)는 환원가스를 이용하여 분철광석을 환원시켜 환원철을 제조할 수 있다. 유동 환원로(110)는 복수 개 설치되어, 분철광석을 복수의 유동 환원로(110)에 순차적으로 이동시키면서 환원철로 제조할 수 있다. 예컨대 유동 환원로는 3개의 유동 환원로(이하 제1유동 환원로(111), 제2유동 환원로(112) 및 제3유동 환원로(113)를 포함할 수 있다. 이때, 분철광석은 제1유동 환원로(111)에 장입되며, 제2유동 환원로(112)와 제3유동 환원로(113)를 거쳐 환원철로 제조될 수 있다. 그리고 제1 내지 제3유동 환원로(111 내지 113)는 용융로(130) 및 가스 처리 장치(200)로부터 환원 가스를 공급받아 분철광석을 환원철로 제조할 수 있다. The fluidized reduction reactor 110 may produce reduced iron by reducing fine iron ore using a reducing gas. A plurality of fluidized reduction reactors 110 are installed, and fine iron ore can be sequentially moved to the plurality of fluidized reduction reactors 110 to produce reduced iron. For example, the fluidized reduction reactor may include three fluidized reduction reactors (hereinafter, the first fluidized reduction reactor 111, the second fluidized
유동 환원로(110)에서 제조되는 환원철은 미분 상태로, 성형장치(120)에서 열간 상태에서 괴성화된 후 용융로(130)에 장입될 수 있다. 성형장치(120)는 유동 환원로(110)에서 배출되는 환원철을 저장하는 저장기(121)와, 제1저장기(121)로부터 환원철을 공급받아 브리켓 등과 같이 괴성화된 환원철, 예컨대 성형탄을 제조하는 성형기(123)를 포함할 수 있다. Reduced iron produced in the fluidized reduction furnace 110 may be charged into the
용융로(130)는 성형탄을 용해시켜 용선을 제조하고, 용선을 제조하는 과정에서 발생하는 환원 가스를 유동 환원로(110)에 공급할 수 있다. 이에 용융로(130)에는 유동 환원로(110)에 환원 가스를 공급하도록 유동 환원로(110)와 연통되는 공급관(132)이 연결될 수 있다. The
유동 환원로(110)에서 배출되는 배가스는 가스 처리 장치(200)를 거쳐 유동 환원로(110)로 공급될 수 있다. 이에 유동 환원로(110)와 가스 처리 장치(220)를 순환 배관(150)으로 연결할 수 있다. 순환 배관(150)은 유동 환원로(110)와 가스 처리 장치(200)를 연결하는 제1순환배관(151)과, 가스 처리 장치(200)와 유동 환원로(110)를 연결하는 제2순환배관(153)을 포함할 수 있다. 이때, 제1순환배관(151)은 제1유동 환원로(111)에 연결될 수 있고, 제2순환배관(153)은 제3유동 환원로(113)에 연결될 수 있다. 순환배관(150), 예컨대 제1순환배관(151)에는 배가스에 함유되는 분진 등을 제거하기 위한 집진기(140)가 형성될 수 있다. 그리고 가스 처리 장치(200)는 집진기(140)를 통과한 배가스로부터 환원 가스와 수소 가스를 제조할 수 있다. Exhaust gas discharged from the fluidized reduction reactor 110 may be supplied to the fluidized reduction reactor 110 via the
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 가스 처리 장치(200)는, 제철공정에서 발생하는 배가스로부터 환원 가스를 제조하기 위한 환원 가스 생성부(210)와, 수소 가스를 제조하기 위하여 환원 가스 생성부(210)에 연결되는 수소 가스 생성부(220) 및 환원 가스 생성부에서 수소 가스 생성부(220)로 공급되는 환원 가스의 공급 여부 및 유량을 제어하기 위한 제어부(230)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2 , a
본 발명의 실시 예에 따른 가스 처리 장치(200)는 복수 개의 가스 처리기(201: 201A, 201B, 201C, 201D, 201E)를 포함할 수 있다. 예컨대 가스 처리 장치(200)는 제1가스 처리기(201A), 제2가스 처리기(201B), 제3가스 처리기(201C), 제4가스 처리기(201D) 및 제5가스 처리기(201E)를 포함할 수 있다. 여기에서는 가스 처리 장치(200)가 5개의 가스 처리기(201)를 포함하는 것으로 설명하지만, 가스 처리 장치(200)는 5개보다 적거나 5개보다 많은 가스 처리기를 포함할 수도 있다. The
복수 개의 가스 처리기(201)는 동일한 구조를 가지며, 병렬로 연속적으로 배치될 수 있다. 복수 개의 가스 처리기(201) 각각은 서로 연통 가능한 적어도 두 개의 흡착탑(2011)을 포함할 수 있으며, 적어도 두 개의 흡착탑(2011)은 동일한 구조로 형성될 수 있다. 예컨대 적어도 두 개의 흡착탑(2011)은 동일한 높이 및 직경을 가질 수 있고, 동일한 간격을 가지며 배치될 수도 있다. A plurality of
한편, 가스 처리기(201)는 흡착제(adsorbent)에 대한 흡착질(adsorbate)의 흡착선택도(adsorptive selectivity) 차이를 이용하는 압력변동흡착(Pressure Swing Absorption, PSA) 방식으로 혼합 가스를 분리할 수 있다. 즉, 가스 처리기(201)는 충진되는 흡착제의 종류에 따라 가스에서 제거되는 대상이 달라질 수 있다. 즉, 가스 처리기(201)는 배가스에서 제거할 대상에 따라 그 기능이 달라질 수 있다. 예컨대 배가스에 함유되는 이산화탄소를 제거하기 위해서는 흡착탑(2011)에 이산화탄소를 흡착할 수 있는 활성탄 등의 흡착제를 충진할 수 있다. 또한, 배가스에 함유되는 일산화탄소 및 질소를 제거하기 위해서는 흡착탑(210)에 일산화탄소 및 질소를 흡착할 수 있는 제올라이트 계열의 흡착제를 충진할 수 있다. 이를 통해 가스 처리기(201)의 기능이 결정될 수 있다. 가스 처리기(201)는 복수 개의 흡착탑(2011)에서 흡착, 감압, 세정 및 균압의 과정을 순서대로 또는 교대로 수행하면서 환원 가스 또는 수소 가스를 제조하며, 이러한 가스 처리기(201)의 구체적인 구조 및 가스 처리 방식은 나중에 다시 설명하기로 한다. Meanwhile, the
본 발명의 실시 예에서는 배가스로부터 이산화탄소를 제거하여 환원 가스를 제조하고, 제조된 환원 가스를 이용하여 수소 가스를 제조하기 위하여, 수소 가스 생성부(220)가 복수 개의 가스 처리기(201) 중 적어도 하나의 가스 처리기(201E)를 포함하고, 환원 가스 생성부(210)가 나머지 가스 처리기(201A~201D)를 포함하도록 구성할 수 있다. 여기에서는 복수 개의 가스 처리기(201) 중 제5가스 처리기(201E)를 수소 가스 생성기(201E)로 사용하는 것으로 설명하지만, 제1 내지 제5가스 처리기(201A~201E) 중 적어도 하나를 수소 가스 생성기(201E)로 사용할 수도 있다. 이하에서는 제1 내지 제4가스 처리기(201A~201D)를 환원 가스 생성기(201A~201D)로 하고, 제5가스 처리기(201E)를 수소 가스 생성기(201E)로 한다. 이때, 환원 가스 생성기(201A~201D)에서 제조되는 환원 가스는 주로 환원철을 제조하는데 사용될 수 있다. 따라서 유동 환원로(110)에 환원 가스를 충분하게 공급할 수 있도록 환원 가스 생성기(201A~201D)의 개수를 수소 가스 생성기(201E)의 개수보다 많이 확보할 필요가 있다. 이 경우, 환원 가스 생성기(201A~201D)의 개수와 수소 가스 생성기(201E)의 개수는 3 내지 4 : 1 정도의 비율을 갖도록 설치될 수 있다. 환원 가스 생성기(201A~201D)의 비율이 크면, 수소 가스의 제조량이 적거나, 수소 가스를 원활하게 제조할 수 없다. 반면, 환원 가스 생성기(201A~201D)의 비율이 작으면, 유동 환원로(110)에 공급되는 환원 가스의 유량이 적어 환원철을 원활하게 제조할 수 없다.In an embodiment of the present invention, in order to remove carbon dioxide from exhaust gas to produce reducing gas and to produce hydrogen gas using the produced reducing gas, the hydrogen gas generating unit 220 is at least one of a plurality of
환원 가스 생성부(210)는 네 개의 환원 가스 생성기(201A~201D)와, 환원 가스 생성기(201A~201D) 각각에 배가스를 공급하기 위한 배가스 공급배관(211)과, 환원 가스 생성기(201A~201D)에서 제조된 환원 가스를 회수하도록 환원 가스 생성기(201A~201D)에 연결되는 제1회수배관(218) 및 배가스로부터 흡착한 이산화탄소를 배출시키기 위한 제1배출관(215)을 포함할 수 있다. The reducing
네 개의 환원 가스 생성기(201A~201D)는 병렬로 배치되는 제1환원 가스 생성기(201A), 제2환원 가스 생성기(201B), 제3환원 가스 생성기(201C) 및 제4환원 가스 생성기(201D)를 포함할 수 있다. 배가스 공급배관(211)은 네 개의 환원 가스 생성기(201A~201D)의 하부에 연결되고, 제1회수배관(218)은 네 개의 환원 가스 생성기(201A~201D)의 상부에 연결될 수 있다. 제1회수배관(218)은 네 개의 환원 가스 생성기(201A~201D)에서 제조되는 환원 가스를 취합할 수 있도록, 네 개의 환원 가스 생성기(201A~201D)에 연결될 수 있다. 그리고 배가스 공급배관(211)은 제1순환배관(151)에 연결되고, 제1회수배관(218)은 제2순환배관(153)에 연결될 수 있다. 제1배출관(215)은 제1 내지 제4환원 가스 생성기(201A~201D)의 하부에 각각 연결될 수 있다. The four reducing
수소 가스 생성부(220)는 적어도 하나의 수소 가스 생성기(201E)와, 수소 가스 생성기(201E)에 환원 가스를 공급하기 위한 환원 가스 공급배관(221)과, 수소 가스를 회수하기 위한 제2회수배관(228) 및 환원 가스로부터 흡착한 일산화탄소 및 질소를 배출시키기 위한 제2배출관(225)을 포함할 수 있다. 또한, 수소 가스 생성부(220)는 수소 가스 생성기(201E)에 공급되는 환원 가스의 유량을 조절하도록 환원 가스 공급배관(221)에 설치되는 조절 밸브(2211)를 포함할 수 있다. The hydrogen gas generator 220 includes at least one
수소 가스 생성기(201E)는 네 개의 환원 가스 생성기(201A~201D)와 병렬로 배치될 수 있다. 환원 가스 공급배관(221)은 제1회수배관(218)과 수소 가스 생성기(201E)에 연결될 수 있다. 이때, 환원 가스 공급배관(221)에서 제1회수배관(218)에 연결되는 단부는, 제2순환 배관(153)에 연결되는 제1회수배관(218)의 한 쪽 끝부분에 연결될 수 있다. 제1환원 가스 생성기(201A), 제2환원 가스 생성기(201B), 제3환원 가스 생성기(201C) 및 제4환원 가스 생성기(201C)에서 배출되는 환원 가스는 제1회수배관(218)에서 취합된 후, 제2순환 배관(153)으로 이송될 수 있다. 예컨대 취합된 환원 가스가 제4환원 가스 생성기(201D)에서 제1환원 가스 생성기(201A)쪽으로 이동하는 경우, 환원 가스 공급배관(221)의 단부는 제1회수배관(218)에서 제1환원 가스 생성기(201A)에 연결되는 부분과 제2순환배관(153)에 연결되는 부분 사이에 연결될 수 있다.The
제어부(230)는 가스 처리 장치(200)의 전반적인 동작을 제어할 수 있으며, 특히 환원 가스 생성기(201A~201D)와 수소 가스 생성기(201E)에 설치되는 다양한 밸브들의 동작을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(230)는 수소 가스 생성기(201E)의 조절 밸브(2211)의 동작을 제어하여 수소 가스 생성기(201E)로 환원 가스의 공급 여부를 결정하거나, 수소 가스 생성기(201E)로 공급할 환원 가스의 공급 유량을 조절할 수 있다. The
본 발명의 실시 예에 따른 가스 처리 장치는, 복수의 환원 가스 생성기(201A~201D)에서 제조되는 환원 가스의 일부를 분리하여 수소 가스 생성기(201E)에 공급할 수 있다. 그러나 이외에도 다양한 방식으로 환원 가스 생성기(201A~201D)에서 생성되는 환원 가스를 분리하여 수소 가스 생성기(201E)에 환원 가스를 공급할 수 있다. The gas processing apparatus according to the embodiment of the present invention may separate a part of the reducing gas produced from the plurality of reducing
이하에서는 본 발명의 변형 예들에 따른 가스 처리 장치에 대해서 설명한다. 변형 예들은 수소 가스 생성기(201E)에 환원 가스를 공급하는 방식을 제외하고, 앞서 설명한 실시 예에 따른 가스 처리 장치와 유사한 구조로 형성될 수 있다. Hereinafter, a gas processing device according to modified examples of the present invention will be described. Modified examples may be formed in a structure similar to the gas processing device according to the above-described embodiment, except for the method of supplying the reducing gas to the
도 3은 본 발명의 제1변형 예에 따른 가스 처리 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다. 3 is a diagram schematically showing a gas processing device according to a first modified example of the present invention.
도 3을 참조하면, 환원 가스 생성부(210)는 복수 개의 환원 가스 생성기(201A~201D)와, 환원 가스를 회수하도록 복수 개의 환원 가스 생성기(201A~201D)에 각각 연결되는 복수 개의 제1회수배관(218) 및 복수 개의 제1회수배관(218)에 각각 형성되는 복수 개의 제1조절 밸브(219)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 3 , the reducing
복수 개의 제1회수배관(218)은 제1환원 가스 생성기(201A)에 연결되는 제1-1회수배관(218a)과, 제2환원 가스 생성기(201B)에 연결되는 제1-2회수배관(218b)과, 제3환원 가스 생성기(201C)에 연결되는 제1-3회수배관(218c) 및 제4환원 가스 생성기(201D)에 연결되는 제1-4회수배관(218d)을 포함할 수 있다. 제1-1 내지 제1-4회수배관(218a~218d)으로 회수되는 환원 가스를 취합할 수 있도록, 제1-1 내지 제1-4회수배관(218a~218d)의 단부에 환원 가스를 취합하기 위한 메인 회수배관(218A)이 연결될 수 있다. 메인 회수배관(218A)은 제2순환배관(153)에 연결될 수 있다. 이외에도 제1-1 내지 제1-4회수배관(218a~218d)의 단부는 제2순환배관(153)에 직접 연결될 수도 있다. The plurality of
제1조절 밸브(219)는 제1-1회수배관(218a)에 설치되는 제1-1조절 밸브(219a)와, 제1-2회수배관(218b)에 설치되는 제1-2조절 밸브(219b)와, 제1-3회수배관(218c)에 설치되는 제1-3조절 밸브(219c) 및 제1-4회수배관(218d)에 설치되는 제1-4조절 밸브(219d)를 포함할 수 있다. The first control valve 219 includes a 1-1
수소 가스 생성부(220)는 적어도 하나의 수소 가스 생성기(201E)와, 수소 가스 생성기(201E)에 환원 가스를 공급하기 위한 복수 개의 환원 가스 공급배관(221) 및 복수 개의 환원 가스 공급배관(221)에 각각 형성되는 복수 개의 제2조절 밸브(2211)를 포함할 수 있다. The hydrogen gas generator 220 includes at least one
복수 개의 환원 가스 공급배관(221)은 제1-1회수배관(218a)에 연결되는 제1환원 가스 공급배관(221a)과, 제1-2회수배관(218b)에 연결되는 제2환원 가스 공급배관(221b)과, 제1-3회수배관(218c)에 연결되는 제3환원 가스 공급배관(221c) 및 제1-4회수배관(218d)에 연결되는 제4환원 가스 공급배관(221d)을 포함할 수 있다.The plurality of reducing
또한, 환원 가스 공급배관(221)은 제1 내지 제4환원 가스 공급배관(221a 내지 221d)과 수소 가스 생성기(201E)를 연결하는 메인 환원 가스 공급배관(221A)을 포함할 수 있다. 메인 환원 가스 공급배관(221A)은 제1 내지 제4환원 가스 공급배관(221a 내지 221d)을 통해 각각 분리되는 환원 가스를 취합하여 수소 가스 생성기(201E)에 공급할 수 있다. 여기에서는 제1 내지 제4환원 가스 공급배관(221a 내지 221d)이 메인 환원 가스 공급배관(221A)을 통해 수소 가스 생성기(201E)에 연결되는 것으로 설명하지만, 제1 내지 제4환원 가스 공급배관(221a 내지 221d)은 수소 가스 생성기(201E)에 직접 연결될 수도 있다.In addition, the reducing
제2조절 밸브(2211)는 제1환원 가스 공급배관(221a)에 설치되는 제2-1조절 밸브(2211a)와, 제2환원 가스 공급배관(221b)에 설치되는 제2-2조절 밸브(2211b)와, 제3환원 가스 공급배관(221c)에 설치되는 제2-3조절 밸브(2211c) 및 제4환원 가스 공급배관(221d)에 설치되는 제2-4조절 밸브(2211d)를 포함할 수 있다.The
도 4는 본 발명의 제2변형 예에 따른 가스 처리 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다. 4 is a diagram schematically showing a gas processing device according to a second modified example of the present invention.
도 4를 참조하면, 환원 가스 생성부(210)는 복수 개의 환원 가스 생성기(201A~201D)와, 복수 개의 환원 가스 생성기(201A~201D) 중 일부의 환원 가스 생성기(201A, 201B)에 연결되는 제1회수배관(218)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 4, the reducing
제1회수배관(218)은 제1 내지 제4환원 가스 생성기(201A~201D) 중 제1 및 제2환원 가스 생성기(201A, 201B)에 연결될 수 있다. 여기에서는 제1회수배관(201A)이 제1 및 제2환원 가스 생성기(201A, 201B)와 연결되는 것으로 설명하지만, 이에 한정되지 않고 제1 내지 제4환원 가스 생성기(201A~201D) 중 적어도 두 개와 연결될 수 있다.The
수소 가스 생성부(220)는 적어도 하나의 수소 가스 생성기(201E)와, 복수 개의 환원 가스 생성기(201A~201D) 중 일부의 환원 가스 생성기(201C, 201D)와 수소 가스 생성기(201E)에 연결되는 환원 가스 공급배관(221) 및 환원 가스 공급배관(221)에 설치되는 조절 밸브(2211)를 포함할 수 있다. 이때, 환원 가스 공급배관(221)은 제1회수배관(218)에 연결되지 않는 제3 및 제4환원 가스 생성기(201C, 201D)에 연결될 수 있다. 도면에서는 환원 가스 공급배관(221)이 제3 및 제4환원 가스 생성기(201C, 201D)에 연결되는 것으로 도시하고 있으나, 제1 내지 제4환원 가스 생성기(201A~201D) 중 어느 하나에만 연결될 수도 있다. The hydrogen gas generator 220 is connected to at least one
한편, 수소 가스 생성부(220)는 환원 가스 공급배관(221)과 제1회수배관(218)을 연결하기 위한 바이패스관(229)과, 바이패스관(229)에 설치되는 보조밸브(229a)를 포함할 수 있다. 이때, 바이패스관(229)은 제3 및 제4환원 가스 생성기(201C, 201D)에서 제조된 환원 가스가 지나치게 많거나, 수소 가스를 제조를 중단하는 경우, 환원 가스 공급배관(221)으로 유입되는 환원 가스 중 적어도 일부를 제1회수배관(218)으로 보내서 제1 및 제2환원 가스 생성기(201A, 201B)에서 제조된 환원 가스와 취합하기 위해 사용될 수 있다. On the other hand, the hydrogen gas generator 220 includes a
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 가스 처리기의 구조 및 작동 방식에 대해서 설명한다. Hereinafter, the structure and operation method of a gas processor according to an embodiment of the present invention will be described.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 가스 처리기의 상세 구조를 보여주는 도면이다. 환원 가스 생성부(210)는 적어도 두 개의 가스 처리기를 포함하나, 도 5에서는 하나의 가스 처리기만 도시하였다. 또한, 가스 처리기는 각각 적어도 두 개의 흡착탑을 포함할 수 있으나, 여기에서는 각각 네 개의 흡착탑을 포함하는 것으로 설명한다. 또한, 환원 가스 생성부(210)를 형성하는 가스 처리기는 환원 가스 생성기(201A~201D)라 하고, 수소 가스 생성부(220)를 구성하는 가스 처리기는 수소 가스 생성기(201E)라 한다. 5 is a view showing a detailed structure of a gas processor according to an embodiment of the present invention. The reducing
도 5를 참조하면, 환원 가스 생성기(201A~201D)는 네 개의 제1흡착탑(2011)을 포함하며, 에서 이산화탄소의 흡착, 감압, 세정 및 균압의 과정을 교대로 또는 순차적으로 수행하면서 환원 가스를 제조할 수 있다. 예컨대 제1흡착탑(2011)은 제1-1흡착탑(2011a), 제1-2흡착탑(2011b), 제1-3흡착탑(2011c) 및 제1-4흡착탑(2011d)으로 이루어지며, 제1-1흡착탑(2011a)에서 배가스에 함유되는 이산화탄소를 흡착하는 동안, 제1-2흡착탑(2011b)에서는 감압 및 흡착제를 세정하는 과정을 수행할 수 있다. 그리고 제1-3흡착탑(2011c)과 제1-4흡착탑(2011d)은 균압 과정을 수행할 수 있다. 환원 가스 생성기(201A~201D)는 제1-1흡착탑(2011a) 내지 제1-4흡착탑(2011d)에서 이러한 과정을 순차적으로 수행하면서 환원 가스를 교대로 제조할 수 있다. Referring to FIG. 5, the reducing
환원 가스 생성기(201A~201D)는 제1순환배관(151)에 연결되는 배가스 공급배관(211)과, 배가스 공급배관(211)과 연결된 복수의 제1흡착탑(2011)과, 배가스에서 흡착한 이산화탄소를 배출시키기 위한 제1배출관(215) 및 제1흡착탑(2011)에서 배출되는 환원 가스를 회수하기 위한 제1회수배관(218)을 포함할 수 있다. 이때 배가스 공급배관(211)에는 제1압축기(212)가 설치될 수 있고, 제1배출관(215)에는 복수의 제1흡착탑(2011)의 내부 압력을 조절하기 위해 제1진공 펌프(214)가 설치될 수 있다. 또한, 제1흡착탑(2011)에서 배출되는 환원 가스를 회수하기 위한 제1회수배관(218)과, 제1회수배관(218)에는 다수의 제1연결배관(미도시)가 형성되고, 제1연결배관마다 밸브(213, 214, 216, 217)가 설치될 수 있다.The reducing
제1흡착탑(2011)은 병렬 배치된 제1-1 내지 제1-4흡착탑(2011a~2011d)으로 구성되며, 각 제1-1 내지 제1-4 흡착탑(2011a~2011d)의 하단부에는 배가스 공급배관(211)과 제1-1 내지 제1-4흡착탑(2011a~2011d)를 각각 연결하는 제1-1연결배관이 형성될 수 있다. 그리고 각각 제1-1연결배관에는 제1밸브(213)가 각각 설치될 수 있다. 또한, 제1-1 내지 제1-4흡착탑(2101~2104)의 하부에는 제1배출관(215)과 제1연결배관을 각각 연결하는 제1-2연결배관이 형성될 수 있고, 제1-2연결배관에는 제2밸브(214)가 각각 설치될 수 있다. 이때, 제1-2연결배관은 제1흡착탑(2011a)과 제1밸브(213) 사이와 제1배출관(215)을 연결할 수 있다. The first adsorption tower (2011) is composed of the 1-1 to 1-4 adsorption towers (2011a to 2011d) arranged in parallel, and the exhaust gas is supplied to the lower end of each of the 1-1 to 1-4 adsorption towers (2011a to 2011d). A 1-1 connection pipe may be formed to connect the
제1흡착탑(2011a)의 상단부에는 제1회수배관(218)과 제1흡착탑(2011a)을 각각 연결하는 제1-3연결배관이 형성될 수 있다. 그리고 제1-3연결배관에는 제1-3연결배관을 개폐할 수 있는 제3밸브(217)가 설치될 수 있다. 또한, 제1-3연결배관에는 제1-1 내지 제1-4흡착탑(2011a~2011d)을 상호 연결하는 복수의 제1-4연결배관이 형성될 수 있고, 제1-4연결배관에는 제1-1 내지 제1-4흡착탑(2011a~2011d) 각각에 가스를 독립적으로 공급할 수 있도록 제4밸브(216)가 설치될 수 있다. At the upper end of the
환원 가스 생성기(201A~201D)는 다음과 같은 방식으로 작동할 수 있다. The reducing
먼저, 수소를 함유하는 배가스를 배가스 공급배관(211)을 통해 제1-1 흡착탑(2101) 내로 공급한다. 이때, 제1밸브(213)는 제1-1흡착탑(2011a)에 연결된 제1-1밸브(2131) 만이 개방된 상태이다. 제1-1흡착탑(2011a)의 내부로 배가스가 공급되면, 배가스에 함유되는 이산화탄소가 흡착제에 흡착되어 환원 가스로 제조될 수 있다. 이때, 환원 가스는 일산화탄소, 질소 및 수소를 포함할 수 있다. 제1-1흡착탑(2011a)에서 제조된 환원 가스는 제1회수배관(218)을 통해 회수될 수 있다. First, exhaust gas containing hydrogen is supplied into the 1-1
이와 동시에 제1-2흡착탑(2011b)은 제1배출관(215)에 연결되는 제1-2연결배관에 설치된 제2-1밸브(2141)가 개방되어 대기압 이하로 향류 감압된다. 또한, 제1-3흡착탑(2011c)과 제1-4흡착탑(2011d)은 병류 감압시켜 제1-3흡착탑(2011c)과 제1-4흡착탑(2011d)의 내부 압력이 동일해지도록 균압시킬 수 있다. 이때, 제1-4흡착탑(2011d)을 통해 가스를 배출시켜 제1-3흡착탑(2011c)으로 공급될 수 있도록, 제4밸브(216) 중 제1-3흡착탑(2011c)과 연결되는 제4-3밸브(2163a~2163d) 중 하나와 제1-4흡착탑(2011d)과 연결되는 제4-4밸브(2164a~2164d) 중 하나를 개방시킬 수 있다. 여기에서 향류 감압은 제1흡착탑(2011a)에서 배가스가 이동하는 방향과 반대 방향으로 가스를 배출시켜 감압하는 것을 의미하고, 병류 감압은 제1흡착탑(2011a)에서 배가스가 이동하는 방향과 동일한 방향으로 가스를 배출시켜 감압하는 것을 의미한다.At the same time, in the 1-2
제1-4흡착탑(2011d)과 제1-3흡착탑(2011c)의 내부 압력이 동일해지면, 제1-4흡착탑(2011d)은 제4-4밸브(2164) 중 하나의 밸브(2164a)를 개방시켜 병류 감압되면서, 다량의 배출 기체를 제1-2흡착탑(2011b)에 세정 기체로 공급하는 세정공정 단계를 수행한다.When the internal pressures of the 1-4
제1-2흡착탑(2011b)은 제1-2흡착탑(2011b)과 연결되는 제4-2밸브(2162) 중 하나(2162a)와 제2-2밸브(2142)를 개방하여, 제1-4흡착탑(2011d)으로부터 공급되는 가스를 공급받아 내부의 흡착제를 세정할 수 있다. 그리고 제1-3 흡착탑(2011c)은 제4-3밸브(2163) 중 하나(2163b)를 폐쇄하고 동일 연결배관의 밸브(2163c)를 개방하여 환원 가스를 향류 방향으로 도입함으로써, 제1-3흡착탑(2011c)의 압력이 흡착 압력에 이르도록 할 수 있다. 제1-4흡착탑(2011d)에서 배출되는 가스를 이용하여 제1-2흡착탑(2011b)을 세정한 다음, 제1-2흡착탑(2011b)과 연결된 제2-2밸브(2142)를 폐쇄시킨 후, 제1-4흡착탑(2011d)과 제1-2흡착탑(2011b)은 개방된 제4-2밸브(2162b)와 제4-4밸브(2164b)를 통해서 서로 연결되어 균압될 수 있다. 이때, 제1-1흡착탑(2011a)과 제1-3흡착탑(2011c)은 각각 흡착 및 축압단계가 개별적으로 계속 수행된다. 이와 같이 제1-1흡착탑(2011a)에서 이산화탄소의 흡착이 완료되면, 제1-1흡착탑(2011a)과 연결되는 제1-1밸브(2131)와, 제3-1밸브(2171)를 폐쇄하고, 제1-1흡착탑(2011a)과 연결되는 제4-1밸브(2161b)와 제1-2흡착탑(2011b)과 연결되는 제4-2밸브(2162b)를 개방시켜 제1-1흡착탑(2011a)과 제1-2흡착탑(2011b)의 균압이 이루어지도록 한다. The 1-2
이와 같은 과정을 제1-2 내지 1-4흡착탑(2011a~2011d)에서 교대로 반복해서 환원 가스를 제조할 수 있다. 또한, 이와 동일한 방법으로 복수개의 환원 가스 생성기(201A~201D)에서 환원 가스가 제조되며, 각각의 환원 가스 생성기(201A~201D)에서 제조된 환원 가스는 제1회수배관(218)으로 취합될 수 있다. This process may be alternately repeated in the 1-2 to 1-4
또한, 수소 가스 생성기(201E)는 네 개의 제2흡착탑(2012)을 포함하며, 네 개의 제2흡착탑(2012)에서 일산화탄소 및 질소의 흡착, 감압, 세정 및 균압의 과정을 교대로 또는 순차적으로 수행하면서 수소 가스를 제조할 수 있다. In addition, the
수소 가스 생성기(201E)는 제1회수배관(218)에 연결되는 환원 가스 공급배관(221)과, 환원 가스 공급배관(221)에 설치되는 조절 밸브(2211)와, 환원 가스 공급배관(221)과 연결된 복수의 제2흡착탑(2012)과, 환원 가스를 압축하여 제2흡착탑(2012)에 공급하도록 환원 가스 공급배관(221)에 설치되는 제2압축기(221)와, 환원 가스에서 흡착한 일산화탄소 및 질소를 배출시키기 위한 제2배출관(225)과, 복수의 제2흡착탑(2012)의 내부 압력을 조절하도록 제2배출관(225)에 설치되는 제2진공 펌프(221)와, 제2흡착탑(2012)에서 배출되는 수소 가스를 회수하기 위한 제2회수배관(228)과, 복수개의 제2흡착탑(2012)과 제2회수배관(228) 및 제2배출관(225)을 연결하는 다수의 제2연결배관(미도시)과, 다수의 제2연결배관을 개방 및 폐쇄하기 위한 다수의 밸브(223~227)를 포함할 수 있다. The
이러한 수소 가스 생성기(201E)는 환원 가스 생성기(201A~201D)와 동일한 방식으로 수소 가스를 생성할 수 있다. 즉, 환원 가스 생성기(201A~201D)와 수소 가스 생성기(201E)는 가스에서 흡착하는 대상과 각각의 흡착탑에 충진되는 흡착제의 종류에 차이가 있을 뿐, 동일한 방식으로 작동할 수 있다. 따라서 수소 가스 생성기(201E)의 구체적인 작동 방식에 대한 설명은 생략한다. The
제어부(230)는 가스 처리 장치(200)를 전반적으로 제어하며, 특히 조절 밸브(2211)의 동작을 제어하여 수소 가스 생성기(201E)에 공급할 환원 가스의 유량을 조절할 수 있다. The
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 수소 가스 제조 방법에 대해서 설명한다. Hereinafter, a method for producing hydrogen gas according to an embodiment of the present invention will be described.
본 발명의 실시 예에 따른 수소 가스 제조 방법은, 제철공정에서 발생하는 배가스를 마련하는 과정과, 배가스로부터 이산화탄소를 제거하여 일산화탄소, 질소 및 수소 가스를 함유하는 환원 가스를 제조하는 과정과, 후속 처리할 환원 가스의 유량을 결정하는 과정과, 결정된 유량만큼의 환원 가스를 분리하는 과정 및 분리된 환원 가스로부터 일산화탄소 및 질소를 제거하여 수소 가스를 제조하는 과정을 포함할 수 있다. 여기에서는 제철 공정 중 환원철을 제조하는 과정에서 발생하는 배가스를 이용하여 수소 가스를 제조하는 방법에 대해서 설명한다. A method for producing hydrogen gas according to an embodiment of the present invention includes a process of preparing exhaust gas generated in a steelmaking process, a process of removing carbon dioxide from the exhaust gas to produce a reducing gas containing carbon monoxide, nitrogen and hydrogen gas, and subsequent treatment It may include a process of determining the flow rate of the reducing gas to be used, a process of separating the reducing gas as much as the determined flow rate, and a process of producing hydrogen gas by removing carbon monoxide and nitrogen from the separated reducing gas. Here, a method of producing hydrogen gas using flue gas generated in the process of producing reduced iron during the steelmaking process will be described.
먼저, 유동 환원로(110)에 철광석을 장입하고, 환원 가스를 공급하여 환원철을 제조할 수 있다. 그리고 환원철을 제조하는 과정에서 발생하는 배가스를 유동 환원로(110)에서 배출시켜, 유동 환원로(110)에 연결되는 순환배관(150), 예컨대 제1순환배관(151)을 통해 가스 처리 장치(200)에 공급할 수 있다. 이때, 유동 환원로(110)에서 배출되는 배가스는 10 내지 20% 정도의 수소(H2)와, 30 내지 40% 정도의 일산화탄소(CO)와, 30 내지 40% 정도의 이산화탄소(CO2) 및 10 내지 20% 정도의 질소(N2)를 포함할 수 있다. First, iron ore may be charged into the fluidized reduction reactor 110 and reduced iron may be produced by supplying a reducing gas. And the flue gas generated in the process of producing reduced iron is discharged from the fluidized reduction furnace 110, and the gas treatment device through a circulation pipe 150 connected to the fluidized reduction furnace 110, for example, the first circulation pipe 151 ( 200) can be supplied. At this time, the exhaust gas discharged from the fluidized reduction furnace 110 contains about 10 to 20% of hydrogen (H 2 ), about 30 to 40% of carbon monoxide (CO), about 30 to 40% of carbon dioxide (CO 2 ), and Nitrogen (N 2 ) of about 10 to 20% may be included.
유동 환원로(110)에서 발생하는 배가스를 철광석을 환원시키기 위한 환원가스와 수소 가스로 제조할 수 있다. 유동 환원로(110)에서 발생하는 배가스를 환원 가스로 제조하고, 제조되는 환원 가스에서 수소 가스를 제조하는데 사용할 환원 가스의 유량을 결정할 수 있다. 이때, 유동 환원로(110)에서 철광석을 환원시키기 위해 많은 양의 환원 가스가 필요하기 때문에, 제조되는 환원 가스 중 일부를 수소 가스를 제조하는데 사용할 수 있다. 이에 배가스를 이용하여 제조되는 환원 가스 전체 유량에 대해서 5 내지 15% 정도, 또는 7 내지 10% 정도를 수소 가스를 제조하기 위한 환원 가스의 유량으로 결정할 수 있다. 전체 환원 가스 중 지나치게 적은 유량의 환원 가스를 이용하여 수소 가스를 제조하면, 수소 가스를 원활하게 제조하기 어렵거나 수소 가스를 충분하게 제조할 수 없다. 반면, 전체 환원 가스 중 지나치게 많은 유량의 환원 가스를 수소 가스를 제조하는데 사용하면, 유동 환원로(110)에 공급되는 환원 가스의 유량이 감소하여 철광석을 충분하게 환원시키기 어려운 문제가 있다. 여기에서는 배가스를 마련하는 과정 이후에 수소 가스를 제조하는데 사용할 환원 가스의 유량을 결정하는 것으로 설명하였으나, 이들 과정은 순서에 관계없이 수행될 수 있다. 또한, 환원 가스의 유량을 결정하는 과정은 이후 환원 가스와 수소를 제조하는 과정에서 실시될 수도 있으며, 이 경우 미리 결정된 환원 가스의 유량을 제시된 범위 내에서 감소시키거나 증가시킬 수도 있다. Exhaust gas generated in the fluidized reduction reactor 110 may be made of reducing gas and hydrogen gas for reducing iron ore. It is possible to determine the flow rate of the reducing gas to be used to produce exhaust gas generated in the fluidized reduction reactor 110 as reducing gas and to produce hydrogen gas from the produced reducing gas. At this time, since a large amount of reducing gas is required to reduce iron ore in the fluidized reduction reactor 110, some of the produced reducing gas may be used to produce hydrogen gas. Accordingly, the flow rate of the reducing gas for producing hydrogen gas may be determined to be about 5 to 15% or about 7 to 10% of the total flow rate of the reducing gas produced using the exhaust gas. If hydrogen gas is produced using an excessively small flow rate of reducing gas among all reducing gases, it is difficult to smoothly produce hydrogen gas or insufficient hydrogen gas cannot be produced. On the other hand, if an excessively large flow rate of reducing gas among the total reducing gases is used to produce hydrogen gas, the flow rate of reducing gas supplied to the fluidized reduction reactor 110 decreases, making it difficult to sufficiently reduce iron ore. Here, it has been described that the flow rate of the reducing gas to be used for producing hydrogen gas is determined after the process of preparing the exhaust gas, but these processes may be performed regardless of the order. In addition, the process of determining the flow rate of the reducing gas may be performed in the process of producing the reducing gas and hydrogen thereafter, and in this case, the predetermined flow rate of the reducing gas may be reduced or increased within a suggested range.
환원 가스를 분리하는 과정은 다음과 같이 수행할 수 있다. 도 2를 참조하면, 제1순환배관(151)과 연결되는 배가스 공급배관(211)을 통해 복수 개의 환원 가스 생성기(201A~201D)에 배가스를 각각 공급한다. 복수 개의 환원 가스 생성기(201A~201D)에 배가스를 공급하면, 배가스는 각각의 환원 가스 생성기(201A~201D)를 통과하면서 환원 가스 생성기(201A~201D)의 흡착탑(2011)에 충진되어 있는 흡착제와 접촉하게 된다. 이를 통해 배가스에 함유되는 이산화탄소를 흡착제에 흡착시켜 제거하고, 이산화탄소를 제거한 배가스, 즉 환원 가스를 제조할 수 있다. 그리고 환원 가스 생성기(201A~201D)에서 환원 가스를 배출시켜 제1회수배관(218)으로 회수할 수 있다. 복수 개의 환원 가스 생성기(201A~201D)에서 배출시킨 환원 가스를 복수 개의 환원 가스 생성기(201A~201D)에 연결되는 제1회수배관(218)에서 취합할 수 있다. 이때, 환원 가스는 20 내지 30% 정도의 수소(H2)와, 35 내지 45% 정도의 일산화탄소(CO)와, 2 내지 5% 정도의 이산화탄소(CO2) 및 20 내지 30% 정도의 질소(N2)를 포함할 수 있다. The process of separating the reducing gas may be performed as follows. Referring to FIG. 2 , exhaust gas is supplied to the plurality of reducing
그리고 제1회수배관(218)에서 취합한 환원 가스는 제1회수배관(218)에 연결되는 환원 가스 공급배관(221)으로 결정된 유량만큼 분리하여 수소 가스 생성기(201E)로 공급하고, 나머지 환원 가스는 제1회수배관(218)에 연결되는 제2순환배관(153)을 따라 이송시켜 유동 환원로(110)에 공급할 수 있다. 이때, 제1회수배관(218)에서 취합한 환원 가스는 조절 밸브(2211)를 이용하여 결정된 유량만큼 분리하여 환원 가스 공급배관(221)으로 유입시킬 수 있다. And, the reducing gas collected in the
환원 가스 공급배관(221)을 통해 분리된 환원 가스는 수소 가스 생성기(201E)에 공급하고, 환원 가스에 함유되는 일산화탄소 및 질소를 흡착제에 흡착시켜 수소 가스로 제조할 수 있다. 그리고 수소 가스 생성기(201E)에서 수소 가스를 배출시켜 제2회수배관(228)으로 회수하고, 제2회수배관(228)에 연결되는 수소 저장조(300)로 공급하여 저장할 수 있다. 이때, 수소 가스 생성기(201E)에서 제조되는 수소 가스는 80 내지 90% 정도의 수소(H2)와, 1 내지 10% 정도의 일산화탄소(CO)와, 0 내지 1% 정도의 이산화탄소(CO2) 및 10 내지 20% 정도의 질소(N2)를 포함할 수 있다. 여기에서 수소 가스는 수소를 80% 이상 함유하는 가스를 의미하며, 순수한 수소 가스를 의미하는 것은 아니다. 수소 가스 생성기(201E)의 제2흡착탑(2012)에 이산화탄소를 흡착할 수 있는 흡착제 이외에 질소, 일산화탄소를 흡착할 수 있는 흡착제를 추가로 충진하면, 질소, 일산화탄소 이외에도 환원 가스 생성기(201A~201D)에서 미쳐 제거되지 않은 이산화탄소를 추가로 제거할 수 있다. 수소 가스 생성기(201E)는 수소 가스를 제조할 때 흡착한 일산화탄소(CO) 및 질소(N2)를 수소 가스 생성기(201E)에 연결되는 제2배출관(225)을 통해 외부로 배출시킬 수 있다. 여기에서 외부란 대기 중을 의미하는 것이 아니며, 별도의 처리 공간이나 용기를 의미할 수 있다. 수소 가스 생성기(201E)에서 배출시킨 일산화탄소 및 질소는 제2순환배관(153)으로 이송하여 환원 가스와 취합할 수도 있고, 다른 제철 공정에서 연료 가스 등으로 사용할 수도 있다. The reducing gas separated through the reducing
상기에서는 복수 개의 환원 가스 생성기(201A~201D)에서 제조된 환원 가스를 모두 취합한 후, 그 중 일부를 분리하는 것으로 설명하였으나, 이외에도 다양한 방법으로 분리하여 수소 가스 생성기(201E)에 공급할 수 있다. In the above, it has been described that all the reducing gases produced in the plurality of reducing
도 3을 참조하면, 제1순환배관(151)과 연결되는 배가스 공급배관(211)을 통해 복수 개의 환원 가스 생성기(201A~201D)에 배가스를 각각 공급한다. 복수 개의 환원 가스 생성기(201A~201D)에 배가스를 공급하면, 배가스는 각각의 환원 가스 생성기(201A~201D)를 통과하면서 환원 가스 생성기(201A~201D)의 흡착탑(2011)에 충진되어 있는 흡착제와 접촉하게 된다. 이를 통해 배가스에 함유되는 이산화탄소를 흡착제에 흡착시켜 제거하고, 이산화탄소를 제거한 배가스, 즉 환원 가스를 제조할 수 있다. 그리고 환원 가스 생성기(201A~201D)에서 환원 가스를 배출시켜 제1회수배관(218)으로 회수할 수 있다. 이때, 제1 내지 제4환원 가스 생성기(201A~201D)에서 배출시킨 환원 가스는 각각의 환원 가스 생성기(201A~201D)에 연결되는 제1-1 내지 제1-4회수배관(218a~218d)으로 회수할 수 있다.Referring to FIG. 3 , exhaust gas is supplied to the plurality of reducing
그리고 제1-1 내지 제1-4회수배관(218a~218d)에서 회수한 환원 가스는 제1-1 내지 제1-4회수배관(218a~218d)에 설치되는 제1-1 내지 제1-4조절 밸브(219a~219d)와, 환원 가스 공급배관(221a~221d)에 설치되는 제2-1 내지 제2-4조절 밸브(2211a~2211d)의 동작에 따라 메인 회수배관(218A)에서 취합하거나, 환원 가스 공급배관(221a~221d)으로 유입시킨 후 수소 가스 생성기(201E)로 공급할 수 있다. And the reducing gas recovered from the 1-1 to 1-4
환원 가스 생성기(201A~201D)에서 배출시킨 환원 가스는 다양한 방법으로 분리하여 수소 가스 생성기(201E)로 공급할 수 있다. The reducing gas discharged from the reducing
우선, 제1조절 밸브(219)와 제2조절 밸브(2211)에 의해 제1-1 내지 제1-4회수배관(218a~218d)과 환원 가스 공급배관(221a~221d)이 모두 개방되어 있다고 가정하고, 환원 가스를 분리하는 방법에 대해서 설명한다. First, it is assumed that the 1-1 to 1-4
첫 번째, 각각의 환원 가스 생성기(201A~201D)에서 배출시킨 환원 가스의 일부는 제1-1 내지 제1-4회수배관(218a~218d)을 통과시켜 메인 회수배관(218A)에서 취합하고, 일부는 제1-1 내지 제1-4회수배관(218a~218d)을 거쳐 제1 내지 제4환원 가스 공급배관(221a~221d)을 통과시켜 메인 환원 가스 공급배관(221A)에서 취합한 후 수소 가스 생성기(201E)에 공급할 수 있다. 이때, 제1조절 밸브(219)와 제2조절 밸브(2211)의 동작을 제어하여 메인 회수배관(218A)과 수소 가스 생성기(201E)로 이동하는 환원 가스의 유량을 조절할 수 있다. 즉, 제2조절 밸브(2211)의 동작을 제어하여 결정된 유량만큼의 환원 가스를 수소 가스 생성기(201E)로 공급할 수 있다. 이 경우, 결정된 유량만큼의 환원 가스를 분리하여 수소 가스 생성기(201E)에 공급할 수 있다면, 제1-1 내지 제1-4조절 밸브(219a~219d)와 제2-1 내지 제2-4조절 밸브(2211a~2211d)의 동작을 제어하여, 제1 내지 제4환원 가스 공급배관(221a~221d) 각각으로 동일한 유량의 환원 가스를 유입시킬 수 있고, 적어도 하나에 다른 유량의 환원 가스를 유입시킬 수도 있다. First, a portion of the reducing gas discharged from each of the reducing
두 번째, 제1-1 내지 제1-4조절 밸브(219a~219d) 중 일부와 제2-1 내지 제2-4조절 밸브(2211a~2211d)의 일부를 제어하여, 복수 개의 환원 가스 생성기(201A~201D) 중 일부의 환원 가스 생성기에서 제조되는 환원 가스를 수소 가스 생성기(201E)에 공급할 수 있다. 예컨대, 제1-4밸브(219d)로 제1-4회수배관(218d)을 폐쇄하고, 제2-1 내지 제2-3조절 밸브(2211a~2211c)로 제1 내지 제3환원 가스 공급배관(221a~221c)을 폐쇄할 수 있다. 이 경우, 제1 내지 제3환원 가스 생성기(201A~201C)에서 배출되는 환원 가스는 제1-1 내지 제1-3회수배관(218a~218c)을 통해 메인 회수배관(218A)에서 취합한 후, 제2순환 배관(153)으로 이동시킬 수 있다. 그리고 제4환원 가스 생성기(201D)에서 배출되는 환원 가스는 제4환원 가스 공급배관(221d)으로 유입시켜 수소 가스 생성기(201E)로 공급할 수 있다.Second, a plurality of reducing gas generators ( 201A to 201D), the reducing gas produced by some of the reducing gas generators may be supplied to the
세 번째, 제1 내지 제4환원 가스 생성기(201A~201D) 중 적어도 하나가 정상적으로 작동하지 않는 경우가 발생할 수 있다. 이 경우, 정상적으로 작동하지 않는 환원 가스 생성기와 연결되는 제1회수배관(219)의 일부 영역과 환원 가스 공급배관(221)의 일부 영역으로 환원 가스가 유입되는 것을 차단할 수 있다. 예컨대 제1환원 가스 생성기(201A)가 정상적으로 작동하지 않는 경우, 제1-1조절 밸브(219a)와 제2-1조절 밸브(2211a)를 이용하여 제1-1회수배관(218a)과 제1환원 가스 공급배관(221a)을 폐쇄하여, 제1환원 가스 생성기(201A)에서 배출되는 가스가 제1-1회수배관(218a)과 제1환원 가스 공급배관(221a)으로 환원 가스가 유입되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제2 내지 제4환원 가스 생성기(201B~201D)에서 배출되는 환원 가스가 제1-1회수배관(218a)과 제1환원 가스 공급배관(221a)으로 유입되는 것도 방지할 수 있다. 이에 정상적으로 작동하는 환원 가스 생성기에서 환원 가스를 제조하고, 이를 이용하여 수소 가스를 제조할 수 있다. 이를 통해 제1 내지 제4환원 가스 생성기(201A~201D) 중 적어도 하나가 정상적으로 작동하지 않는 경우에도, 조업을 중단하지 않고 환원 가스와 수소 가스를 연속적으로 제조할 수 있다. Third, it may happen that at least one of the first to fourth reducing
또한, 복수 개의 환원 가스 생성기(201A~201D) 중 일부의 환원 가스 생성기에서만 제조되는 환원 가스를 이용하여 수소 가스를 제조할 수 있다. In addition, hydrogen gas may be produced using a reducing gas produced only in some reducing gas generators among the plurality of reducing
도 4를 참조하면, 제1순환배관(151)과 연결되는 배가스 공급배관(211)을 통해 복수 개의 환원 가스 생성기(201A~201D)에 배가스를 각각 공급한다. 복수 개의 환원 가스 생성기(201A~201D)에 배가스를 공급하면, 배가스는 각각의 환원 가스 생성기(201A~201D)를 통과하면서 환원 가스 생성기(201A~201D)의 흡착탑(2011)에 충진되어 있는 흡착제와 접촉하게 된다. 이를 통해 배가스에 함유되는 이산화탄소를 흡착제에 흡착시켜 제거하고, 이산화탄소를 제거한 배가스, 즉 환원 가스를 제조할 수 있다. 그리고 제1 및 제2환원 가스 생성기(201A, 201B)에서 제조되는 환원 가스는 제1회수배관(218)으로 회수하고, 제3 및 제4환원 가스 생성기(201C, 201D)에서 제조되는 환원 가스는 환원 가스 공급배관(221)에서 회수할 수 있다. 이때, 제1 및 제2환원 가스 생성기(201A, 201B)에서 배출되는 환원 가스는 제1회수배관(218)으로 회수하여 취합시킨 후, 제2순환배관(153)을 거쳐 유동 환원로(110)에 공급할 수 있다. 그리고 제3 및 제4환원 가스 생성기(201C, 201D)에서 배출되는 환원 가스는 환원 가스 공급배관(221)을 통해 수소 가스 생성기(201E)에 공급할 수 있다. 이때, 환원 가스 공급배관(221)에 설치된 조절 밸브(2211)를 이용하여 수소 가스 생성기(201E)로 공급하는 환원 가스의 유량을 조절할 수 있다. 이때, 제3 및 제4환원 가스 생성기(201C, 201D)에서 배출되는 환원 가스는 환원 가스 공급배관(221)에서 취합하여 수소 가스 생성기(201E)에 공급하기 때문에, 취합한 환원 가스의 유량이 수소 가스를 제조하는데 필요한 환원 가스의 유량보다 많을 수 있다. 이에 환원 가스 공급배관(221)과 제1회수배관(218)을 연결하는 바이패스관(229)을 통해 잉여의 환원 가스를 제1회수배관(218)으로 이송시킬 수 있다. 바이패스관(229)은 보조 밸브(229a)에 의해 폐쇄된 상태로 유지시키다가, 잉여의 환원 가스가 발생하는 경우 개방시킬 수 있다. Referring to FIG. 4 , exhaust gas is supplied to the plurality of reducing
한편, 환원 가스 생성기(201A~201D)와 수소 가스 생성기(201E)는 병렬 배치되기 때문에 수소 가스 생성기(201E)에서 가장 멀리 떨어져 있는 제1환원 가스 생성기(201A)에서 환원 가스를 공급하면, 환원 가스를 수소 가스 생성기(201E)로 이송하는 과정에서 압력 손실이 발생할 수 있다. 이에 수소 가스 생성기(201E)와 인접하게 설치되는 제3환원 가스 생성기(201C)나 제4환원 가스 생성기(201D)에서 제조되는 환원 가스를 수소 가스 생성기(201E)에 공급하는 것이 좋다. On the other hand, since the reducing
본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been specifically described according to the above embodiments, it should be noted that the above embodiments are for explanation and not for limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical spirit of the present invention.
200: 가스 처리 장치 201: 가스 처리기
201A~201D: 환원 가스 생성기 201E: 수소 가스 생성기
230: 제어부 300: 수소 저장조 200: gas processing device 201: gas processing device
201A-201D: reducing
230: control unit 300: hydrogen storage tank
Claims (20)
상기 복수개의 가스 처리기 중 적어도 두 개의 가스 처리기를 포함하고, 제철공정에서 발생하는 배가스로부터 환원 가스를 제조하기 위한 환원 가스 생성부;
상기 복수개의 가스 처리기 중 나머지 가스 처리기를 포함하고, 수소 가스를 제조하기 위하여, 상기 환원 가스 생성부에 연결되는 수소 가스 생성부; 및
상기 환원 가스 생성부에서 상기 수소 가스 생성부로 공급되는 환원 가스의 공급 여부 및 유량을 제어하기 위한 제어부;를 포함하고,
상기 수소 가스 생성부의 가스 처리기는 환원 가스로부터 일산화탄소 및 질소를 흡착할 수 있는 흡착제를 포함하는 수소 가스 생성기이고,
상기 환원 가스 생성부의 가스 처리기는 배가스로부터 이산화탄소를 흡착할 수 있는 흡착제를 포함하는 환원 가스 생성기이며,
상기 환원 가스 생성부는, 복수 개의 환원 가스 생성기 중 일부의 환원 가스 생성기에 연결되는 회수배관을 포함하고,
상기 수소 가스 생성부는, 상기 회수배관에 연결되지 않은 나머지 환원 가스 생성기와 상기 수소 가스 생성기에 연결되는 환원 가스 공급배관 및 상기 환원 가스 공급배관에 설치되는 밸브를 포함하고,
상기 제어부는 상기 밸브의 동작을 제어할 수 있는 가스 처리 장치.A gas processing device including a plurality of gas processing devices,
a reducing gas generator including at least two gas processors among the plurality of gas processors and producing reducing gas from flue gas generated in the steelmaking process;
a hydrogen gas generator including remaining gas processors among the plurality of gas processors and connected to the reducing gas generator to produce hydrogen gas; and
A control unit for controlling whether or not to supply and the flow rate of the reducing gas supplied from the reducing gas generating unit to the hydrogen gas generating unit;
The gas treatment unit of the hydrogen gas generator is a hydrogen gas generator including an adsorbent capable of adsorbing carbon monoxide and nitrogen from a reducing gas,
The gas treatment unit of the reducing gas generator is a reducing gas generator including an adsorbent capable of adsorbing carbon dioxide from exhaust gas,
The reducing gas generator includes a recovery pipe connected to some of the reducing gas generators among the plurality of reducing gas generators,
The hydrogen gas generator includes a remaining reducing gas generator not connected to the recovery pipe, a reducing gas supply pipe connected to the hydrogen gas generator, and a valve installed on the reducing gas supply pipe,
The control unit is a gas processing device capable of controlling the operation of the valve.
상기 복수개의 가스 처리기는 병렬로 배치되고, 동일한 구조를 가지는 가스 처리 장치.The method of claim 1,
The plurality of gas processors are arranged in parallel and have the same structure.
상기 복수개의 가스 처리기 각각은 서로 연통 가능한 적어도 두 개의 흡착탑을 포함하고,
상기 적어도 두 개의 흡착탑 각각은 동일한 구조를 가지는 가스 처리 장치.The method of claim 3,
Each of the plurality of gas processors includes at least two adsorption towers capable of communicating with each other,
Each of the at least two adsorption towers has the same structure.
상기 환원 가스 공급배관과 상기 회수 배관에 연결되는 바이패스관을 더 포함하고,
상기 바이패스관의 일측은 상기 밸브와 환원 가스 생성기 사이에 연결되는 가스 처리 장치.The method of claim 3,
Further comprising a bypass pipe connected to the reducing gas supply pipe and the recovery pipe,
One side of the bypass pipe is connected between the valve and the reducing gas generator.
상기 수소 가스 생성기와 상기 환원 가스 생성기는 1 : 3 내지 4의 비율로 설치되는 가스 처리 장치. According to any one of claims 1, 3, 5 and 10,
The hydrogen gas generator and the reducing gas generator are installed at a ratio of 1: 3 to 4.
제철공정에서 발생하는 배가스를 마련하는 과정;
상기 복수개의 가스 처리기 중 적어도 두 개의 가스 처리기에 상기 배가스를 공급하고, 상기 배가스로부터 이산화탄소를 제거하여 일산화탄소, 질소 및 수소 가스를 함유하는 환원 가스를 제조하는 과정;
후속 처리할 환원 가스의 유량을 결정하는 과정;
상기 결정된 유량만큼의 환원 가스를 분리하는 과정; 및
상기 복수의 가스 처리기 중 적어도 하나의 가스 처리기에 분리된 환원 가스를 공급하고, 분리된 환원 가스로부터 일산화탄소 및 질소를 제거하여 수소 가스를 제조하는 과정;을 포함하고,
상기 환원 가스를 분리하는 과정은, 상기 적어도 두 개의 가스 처리기 중 서로 연결되지 않은 적어도 하나의 가스 처리기에서 환원 가스의 적어도 일부를 분리하는 과정을 포함하는 수소 가스 제조 방법.A hydrogen gas production method for producing hydrogen gas using the gas processing device according to claim 1,
The process of preparing flue gas generated in the steelmaking process;
supplying the exhaust gas to at least two gas processors among the plurality of gas processors, and removing carbon dioxide from the exhaust gas to produce reducing gas containing carbon monoxide, nitrogen, and hydrogen gas;
determining a flow rate of reducing gas to be subsequently treated;
Separating reducing gas as much as the determined flow rate; and
Supplying the separated reducing gas to at least one gas processor among the plurality of gas processors, and removing carbon monoxide and nitrogen from the separated reducing gas to produce hydrogen gas; includes,
The step of separating the reducing gas includes separating at least a portion of the reducing gas from at least one gas processor that is not connected to each other among the at least two gas processors.
상기 환원 가스를 제조하는 과정은,
상기 배가스에 함유되는 이산화탄소를 흡착하는 과정;을 포함하고,
상기 수소 가스를 제조하는 과정은,
환원 가스에 함유되는 일산화탄소와 질소를 흡착하는 과정;을 포함하는 수소 가스 제조 방법.The method of claim 12,
The process of producing the reducing gas,
Including; adsorbing carbon dioxide contained in the exhaust gas,
The process of producing the hydrogen gas,
A method for producing hydrogen gas comprising: adsorbing carbon monoxide and nitrogen contained in the reducing gas.
분리된 환원 가스의 유량이 상기 결정된 유량보다 많은 경우, 분리된 환원 가스 중 일부를 적어도 두 개의 가스 처리기 중 나머지 가스 처리기에서 제조된 환원 가스에 취합하는 과정을 포함하는 수소 가스 제조 방법. The method of claim 12,
and combining a portion of the separated reducing gas with a reducing gas produced in the remaining gas processors among the at least two gas processors when the flow rate of the separated reducing gas is greater than the determined flow rate.
상기 환원 가스의 유량을 결정하는 과정은,
상기 환원 가스를 제조하는 과정에서 제조되는 환원 가스의 전체 유량 100%에 대해서 5 내지 15%를 수소 가스를 제조하기 위한 환원 가스의 유량으로 결정하는 수소 가스 제조 방법. According to any one of claims 12, 13 and 17,
The process of determining the flow rate of the reducing gas,
Hydrogen gas production method of determining the flow rate of the reducing gas for producing hydrogen gas is 5 to 15% with respect to 100% of the total flow rate of the reducing gas produced in the process of producing the reducing gas.
상기 배가스를 마련하는 과정은,
유동 환원로에 철광석을 장입하고, 환원 가스를 공급하여 환원철을 제조하는 과정; 및
상기 환원철을 제조하는 과정에서 발생하는 배가스를 상기 유동 환원로에서 배출시키는 과정;을 포함하는 수소 가스 제조 방법. According to any one of claims 12, 13 and 17,
The process of preparing the flue gas,
preparing reduced iron by charging iron ore into a fluidized reduction furnace and supplying a reducing gas; and
Method for producing hydrogen gas comprising a; process of discharging exhaust gas generated in the process of producing the reduced iron from the fluidized reduction furnace.
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