KR102558258B1 - 고로 작동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고로의 작동 방법에 관한 것이다. 최적화된 고로 작업을 제공하기 위해, 본 발명은
상기 고로(12)로부터 CO2 가스를 포함하는 고로 가스를 수집하는 단계;
상기 고로 가스를 탄화수소 가스를 포함하는 연료 가스와 조합하여 가스 혼합물을 얻는 단계;
상기 가스 혼합물을 개질 공정에 적용하여 CO 및 H2를 함유하는 합성 가스를 생성하는 단계; 및
상기 합성 가스 및 산소 농후 가스(26)의 적어도 일부를 상기 고로(12)에 공급하는 단계를 포함하고,
여기서 상기 고로에서 나온 후 처리를 거치지 않은 상태에서 상기 고로 가스가 상기 연료 가스와 조합되고 고로 가스가 연료 가스와 화학량론적 비율 초과의 비율로 조합되어 상기 합성 가스는 잉여 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 고로 작동 방법을 제공한다.

Description

고로 작동 방법
본 발명은 고로 작동 방법에 관한 것이다.
전기 아크로 내에서 스크랩 용융 또는 직접 환원과 같은 대안적인 방법에도 불구하고, 고로는 오늘날에도 여전히 철강 생산에 가장 널리 사용되는 공정이다. 고로 설비의 우려 사항 중 하나는 고로에서 나오는 고로 가스 이다. 이 가스는 상단에서 고로를 빠져 나오기 때문에 일반적으로 "상부 가스"라고도 한다. 초기에는 이 고로 가스가 단순히 대기 중으로 빠져 나가는 것이 허용되었을 수 있지만, 이것은 오랫동안 자원 낭비와 환경에 대한 과도한 부담으로 여겨져 왔다. 고로 가스의 한 구성 요소는 CO2이며, 이것은 환경에 유해하고 주로 산업 응용 분야에 쓸모가 없다. 실제로, 고로에서 나오는 고로 가스는 일반적으로 20%에서 50%만큼 높은 농도의 CO2를 포함한다. 이외에도 고로 가스는 일반적으로 상당한 양의 N2, CO, H2O 및 H2를 포함한다. 그러나 N2 함량은 고온 공기 또는 (순수) 산소가 고로에 사용되는지 여부에 따라 크게 달라진다.
주로 코크스 사용량을 줄이기 위해, 고로에서 고로 가스를 회수하고, 환원 가능성을 향상하기 위해 처리하고, 환원 공정을 돕기 위해 고로에 다시 주입하는 것이 제안되었다. 이를 위한 한 가지 방법은 특허 출원 EP 2 886 666 A1에 개시된 것과 같은 압력 스윙 흡착 (PSA) 또는 진공 압력 스윙 흡착 (VPSA)에 의해 고로 가스의 CO2 함량을 줄이는 것이다. PSA/VPSA 설비는 CO와 H2가 농후한 첫번째 가스 스트림과 CO2와 H2O가 농후한 두번째 가스 스트림을 생성한다. 첫번째 가스 스트림은 환원 가스로 사용되어 환원 가스로 사용되어 고로로 다시 공급될 수 있다. 이러한 접근 방식의 한가지 예는 ULCOS(Ultra Low CO2 steelmaking)공정으로, 재활용된 첫번째 가스 스트림과 별도로 미분탄과 차가운 산소를 고로에 공급한다. 이러한 유형의 용광로는 "상부 가스 재활용 OBF"(산소 고로)라고도 한다.
가스의 두번째 스트림은 설비에서 제거될 수 있고, 나머지 발열량을 추출한 후 폐기될 수 있다. 논란의 여지가 있는 이 처리는 CO2 농후 가스를 저장하기 위해 지하 주머니로 펌핑하는 것으로 구성된다. 뿐만 아니라, PSA/VPSA 설비는 고로 가스의 CO2 함량을 약 35 %에서 약 5%로 상당히 줄일 수 있지만 구입하고 유지하고 운영하는데 비용이 많이 들고 많은 공간이 필요하다.
여러 산업적 목적으로 사용될 수 있는 합성 가스(합성 가스(syngas)로도 지칭됨)를 얻기 위해 고로 가스를 개질하는 것이 또한 제안되었다. WO 2019/057930 A1에 개시된 것과 같은 가장 일반적인 개질 공정에 따르면, 고로 가스는 하나 이상의 탄화수소(예: CH4 및 가능하면 고분자량 탄화수소)를 포함하는 연료 가스와 혼합된다. 소위 건식 개질 반응에서, 연료 가스의 탄화수소는 고로 가스의 CO2와 반응하여 H2와 CO를 생성한다. 소위 습식 개질 반응에서, 탄화수소는 고로 가스의 H2O와 반응하여 H2와 CO도 생성한다. 어느 쪽이든, H2와 CO의 농도가 상당히 증가한 합성 가스가 얻어진다. 또한, 이 합성 가스를 재활용 할 수 있는 환원 가스로, 즉, 고로에 다시 도입되도록 사용하는 것도 제안되었다. 한 과정에 따르면, 합성가스는 열풍(즉, 뜨거운 공기) 및 미분탄과 함께 고로로 공급된다. 이러한 유형의 용광로는 "합성 가스 고로"라고도 한다.
기술적인 문제
따라서, 본 발명의 목적은 최적화된 고로 작동을 제공하는 것이다.
발명의 일반적인 설명
본 발명은 고로의 작동 방법을 제공한다. 첫번째 단계에서, 방법은 고로로부터 고로 가스를 수집하는 단계를 포함하고, 상기 고로 가스는 CO2를 포함하는 가스이다. 특히, 상기 고로가스의 CO2 농도는 20% 내지 50%일 수 있다. 고로 가스 또는 BFG는 고로 상부에서 얻어지기 때문에 상부 가스라고도 할 수 있다. CO2 외에도 BFG에는 CO, H2O, H2 또는 기타와 같은 다른 성분이 포함될 수 있다. 아래에서 설명하겠지만, BFG는 바람직하게는 매우 낮은 농도의 N2, 예를 들어 20% 미만, 10% 미만 또는 5% 미만을 갖는다. 그러나 일반적으로 N2 농도는 0%에서 50% 사이일 수 있다. 일반적으로 고로 가스는 먼지 함량을 줄이기 위해 정화되어야 한다. 또한, 그것의 H2O 함량은 바람직하게는 응축에 의해 급격하게 낮아진다. 이것은 예를 들어 가스 온도가 낮아지고 물이 응축될 수 있는 가스 정화 설비에서 수행할 수 있다.
수집된 고로 가스(보통 정화됨)는 그 다음 가스 혼합물을 얻기 위해 연료 가스와 조합되며, 상기 연료 가스는 탄화수소 함유 가스이다. 연료 가스는 예를 들어 코크스 오븐 가스(COG), 천연 가스, 바이오 가스 또는 이들 가스의 혼합물 일 수 있다. 일반적으로 저분자 탄화수소, 특히 CH4 농도가 높다. 가스 혼합물에서, 고로 가스와 연료 가스는 다소 잘 혼합될 수 있다. 고로 가스와 연료 가스를 조합하는 것은 일반적으로 "고로 가스와 연료 가스를 혼합시키는 것"을 의미한다. 이것은 고로 가스와 연료 가스를 (능동적으로) 혼합하는 것, 즉 가스를 혼합하기 위해 기계적 힘을 가하는 것을 포함할 수 있다. 그러나 어떠한 경우에는 예를 들어, 두 가스를 용기에 주입하여 충분할 수 있으므로 혼합이 대류 및/또는 확산에 의해 다소 수동적으로 발생한다. 그러나 화학 반응은 더 높은 수준의 혼합에 의해 향상되는 것으로 이해된다. 혼합 용기 또는 혼합 챔버로 지칭될 수 있는 전용 용기에서 두 가스가 조합될 수 있다. 수집된 고로가스를 연료가스와 조합시키면서, 기체 혼합물에 보충 기체를 첨가하는 것이 가능하고 여전히 본 발명의 범위 내이며, 보충 기체는 바람직하게는 순산소 전로(BOF) 기체, 순수한 증기 또는 순수한 CO2와 같은 기체를 포함하는 CO2 및/또는 H2O 함유 기체이다. 고로 가스의 조성을 조절하기 위해 보조 가스가 첨가될 수 있다.
혼합 가스는 개질 공정을 거쳐 CO 및 H2를 포함하는 합성 가스가 생성된다. 개질 공정의 화학적 메커니즘은 본 발명의 범위 내에서 제한되지 않지만, 일반적으로 적어도 고로 가스의 CO2 함량이 연료 가스의 탄화수소와 반응하는 것을 포함하고, 예를 들어, CO2　+　CH4　→　2　H2　+　2　CO 과 같은 반응을 한다. 이는 건식 개질이라고도 할 수 있다. 또한, 고로 가스의 H2O 함량은 연료 가스의 탄화수소와 반응할 수 있으며, 예를 들어, H2O　+　CH4　→　3　H2　+　CO과 같은 반응을 한다. 이것은 또한 습식 개질로 지칭될 수 있다. 개질 공정은 일반적으로 높은 온도를 필요로 하며, 예를 들어 700°C 이상이다. 가스의 조합(또는 혼합)과 동일한 용기 또는 전용 개질 용기에서 수행할 수 있다. 특히, 축열기가 사용될 수 있다(예를 들어, WO 2010/049536 또는 US 4,005,986에 기재된 바와 같음). 연료 가스 및 고로 가스 각각은 가스 혼합물이 얻어지기 전에 개별적으로 가열될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 수득 된 기체 혼합물은 개질 공정에 필요한 온도를 얻거나 유지하기 위해 가열될 수 있다. 개질 공정은 또한 고압 하에서 수행될 수 있다. 이 경우 혼합 가스를 압축하거나 고로 가스와 연료 가스를 개별적으로 압축하고 조합할 수 있다. 개질 공정은 일반적으로 개질 용기에 도입되는 촉매에 의해 선택적으로 보조 될 수 있다. 개질 공정을 시작하기 위해 적어도 일부 고로 가스가 일부 연료 가스와 혼합될 필요가 있지만, 혼합 및 개질은 적어도 부분적으로 동시에 발생할 수 있다는 점에 유의해야 한다.
다른 단계에서, 합성 가스의 적어도 일부 및 산소 농후 가스가 고로 내로 공급된다. 산소 농후 가스는 일반적으로 공기보다 훨씬 높은 O2 농도를 갖는 가스이다. 일반적으로 산소 농후 가스는 주로 O2로 구성된다. 즉, O2 농도가 50 % 이상 이다. 적어도 60%, 적어도 바람직하게는 80 %, 더 바람직하게는 90 %의 O2를 포함한다. 일부 경우에 산소 농후 가스는 심지어 "산소"로 지칭될 수도 있지만, N2와 같은 다른 성분의 미량 농도(예: <5%)는 거의 피할 수 없는 것으로 이해된다. 일반적으로 합성 가스와 산소 농후 가스는 고로의 송풍구 수준에서 또는 적어도 하나의 송풍구를 통해 공급된다.
본 발명의 발명에서, 합성 가스는 산소 농후 가스와 함께 환원 가스로 고로에 재도입 된다. 고로 가스를 재활용, 즉 개질 및 재도입함으로써, 고로의 CO2 배출량을 크게 줄일 수 있음을 이해해야한다. 또한, 본 발명의 방법은 PSA 또는 VPSA를 필요로 하지 않는다. 오히려, 고로 가스는 미처리 또는 변경되지 않는 상태에서 개질 공정에 사용될 수 있다. 즉, 고로 가스의 화학 조성은 고로에서 수집하는 것과 개질 공정 사이에서 변경될 필요가 없다. 즉, EP 2 886 666 A1에 개시된 방법과 달리, 본 발명의 방법은 고로 가스의 예비 탈탄산을 필요로 하지 않는다. 다르게 표현하자면, 고로 가스는 고로를 나갈 때와 실질적으로 동일한 양의 CO2를 함유하면서 연료 가스와 조합된다. 또한, 산소 농후 가스는 공기보다 N2가 현저히 적기 때문에 환원가스인 CO, H2의 농도가 높아져 고로의 생산성을 높이는데 도움이 된다.
본 발명의 방법의 상기 언급된 이점에도 불구하고, 산소 농후 가스를 사용하면 잠재적으로 어려움을 겪을 수 있다. 반면에, 공기에 포함된 질소가 레이스웨이(즉, 고로로 가스 주입 바로 뒤 영역)의 화염을 냉각하기 때문에 화염 온도는 공기 사용과 관련하여 증가할 수 있다. 한편, 질소는 고로 내 열 전달에 크게 기여하기 때문에 상부 가스 온도가 낮아질 수 있다. 따라서, 냉로 부하의 적절한 가열 및 건조가 어렵거나 불가능하게 되어, 심각한 작동 문제를 초래한다. 고로 가스가 화학량론적 비율 초과의 비율로 합성 가스가 고로 가스의 잉여 부분을 포함되어 연료 가스와 조합된다는 점에서 본 발명에 따라 이들의 문제는 완화된다. 다시 말해서, 고로 가스와 연료 가스를 화학량론적 비율 초과의 비율을 조합하는 것은 냉로 부담의 적절한 가열 및 건조 모두의 문제를 완화시킨다.
화학량론적 반응에서, 개질 전 가스 혼합물(고로 가스와 연료 가스의 혼합물)에서 주로 CO2 및/또는 H2O (고로 가스 및 연료 가스에서 발생) 산화제의 양은 연료 가스에 포함된 탄화수소와 반응할 때, 완전한 함량이 소모되도록 한다. 예를 들어, 연료 가스 흐름이 1 mol/s의 메탄 CH4를 포함할 때, 모든 메탄이 H2와 CO로 전환될 수 있도록 가스 혼합물 흐름은 정확히 1 mol/s의 산화제(CO2 및/또는 H2O)를 포함해야 한다. 연료가스에 포함된 탄화수소의 종류에 따라, 탄화수소와 산화제 사이의 이러한 관계는 다를 수 있다. 반면에 화학양론적 비율의 초과의 비율의 경우, 가스 혼합물에서 산화제(CO2 및/또는 H2O)의 흐름은 화학량론적 경우의 흐름보다 높을 것이다. 예를 들어, 연료 가스 흐름이 1 mol/s의 메탄 CH4를 포함할 때 혼합 가스 흐름은 1.2 mol/s의 산화제(CO2 및/또는 H2O)를 포함할 수 있으며, 합성 가스에서 여전히 산화제로 남아 있을 것이다.
고로 가스와 연료 가스를 화학양론적 비율 초과의 비율을 조합하는 것은 본 발명에서 제안한 바와 같이 WO 2019/057930 A1과 같은 선행 기술에서 알려진 것과 달리 몇 가지 장점이 있다. 한편, 고로 가스의 잉여 부분은 합성 가스의 다른 성분과 동일한 온도를 가지므로 추가 잠열을 용광로로 가져와 고로의 연료율을 낮출 수 있다. 즉, 고로 가스의화학양론적 초과의 양은 고로 내에서 열 운반체로 작용하여 연료 소비를 감소 시킨다. 반면에, 고로 내의 열전달 매체이기 때문에 최고 가스 온도를 높이는데 도움이 된다. 즉, 고로 가스의 화학량론적 초과의 양이 고로 내에서 열 운반체로 작용한다. 따라서 고로 가스의 잉여 부분은 고로의 상부 가스 온도를 조절 할 수 있다. 더욱이, 열 운반체로 작용하는 고로 가스의 잉여 부분은 개질 반응기 또는 동등한 크기의 개질 용기를 사용할 때, 일반적으로 필요한 온도보다 낮은 온도에서 개질 공정을 작동시킬 수 있다. 대안적으로, 동일한 반응 온도에서 반응기 크기가 유지되어 합성 가스의 생산 단위에 대한 투자 비용을 상당히 줄일 수 있다. 또한, 고로 가스의 잉여 부분(즉, 고로 가스가 화학량론적 비율 초과의 비율로 연료 가스와 조합된다는 사실 때문에) 때문에, 합성 가스에 포함된 CO2 및/또는 H2O는 C과 반응하여 화염 온도를 낮추는 흡열 반응에서 CO 및/또는 H2를 생성할 수 있다.
예를 들어 개질 과정에서 그을음 퇴적과 같은, 원하지 않는 반응을 줄이기 위해 과량의 화학량론적 비율을 적용할 수 있음을 언급할 가치가 있다. 또한, 개질 반응은 화학량론적 비율 초과의 비율을 조절함으로써 제어될 수 있다.
고로 가스는 바람직하게 개질 공정 전에 화학량론적 비율 초과의 비율로 연료 가스와 조합되지만, 개질 공정 전에 고로 가스를 연료 가스와 화학량론적 비율로 조합하고 개질 공정 후에 추가로 고로 가스를 첨가하는 것은 배제되지 않고 여전히 본 발명의 범위 내에 있다. 어쨌든, 고로 가스에 공급되는 생성된 합성물에는 미반응 고로 가스가 상당량 포함될 수 있다.
본 발명의 방법으로, 또한 고로에서 열풍 주입의 필요성을 완전히 제거할 수 있다. 열풍 주입을 사용하더라도 (감소된 정도), 산소 농후 가스는 고로 외부의 열풍과 혼합되지 않지만, 그러나 그것은 별도로 주입된다. 예를 들어, 별도의 랜스(lance) 또는 송풍구의 별도 포트로 주입할 수 있다.
바람직하게, 상기 합성 가스는 800℃ 이상, 바람직하게는 1000℃ 이상의 온도를 갖는 고로에 공급된다. 다시 말해, 합성 가스는 고온 가스로 공급된다. 이것은 개질 공정 후에 상기 합성 가스를 가열을 요구 할 수도 있다. 다른 경우에는 합성 가스는 개질 공정 후에 충분히 높은 온도를 가질 수 있어 추가적인 가열 없이 고로에 도입될 수 있다. 합성 가스는 송풍구 수준에서 또는 대안적으로 또한 고로의 하부 샤프트(shart) 수준에서 고로에 주입될 수 있다.
동시에, 산소 농후 가스는 100°C 미만의 온도를 가질 수 있다. 특히, 산소 농후 가스는 주위온도, 즉 15℃ 내지 40℃를 가질 수 있다. 대안적으로, 산소 농후 가스는 적어도 100°C의 온도를 가질 수 있다. 이러한 상승된 온도는 예를 들어, 산소 농후 가스의 생성에서 비롯된다.
일 실시예에 따르면, 화학량론적 비율 초과의 비율은 고로의 상부 가스 온도를 제어하기 위해 조정된다. 다시 말해, 비율(또는 화학량론적 인자)은 상부 가스 온도를 제어하는 수단으로 사용된다. 바람직하게는 상부 가스 온도는 직접 또는 간접적으로 측정되고, 비율을 동적으로 조정함으로써 조절된다. 즉, 폐쇄 루프는 더 큰 온도 편차를 제한하는데 사용된다.
위의 실시예에 결합할 수 있는 다른 실시예에 따르면, 화학량론적 비율 초과의 비율은 고로의 화염 온도를 제어하기 위해 조정된다. 이것은 주로 고로에 주입되거나 주입될 수 있는 코크스 또는 보조 연료와 같은 성분과 CO2 및/또는 H2O의 흡열 반응을 기반으로 한다. 다시 말하지만 화염 온도는 직접 또는 간접적으로 측정할 수 있으며, 비율을 조정하여 화염 온도를 조절할 수 있다.
유리하게는, 미분탄 주입(PCI)로 알려진 미분탄과 같은 보조 연료 또는 천연 가스 또는 코크스 오븐 가스(이에 국한되지 않음)과 같은 가스는 합성 가스 및 산소 농후 가스와 함께 고로로 공급된다. 이러한 종류의 공정은 주로 당업계에 알려져 있다. 이 실시예에서, 고로 가스의 화학량론적 초과의 양은 고로 내에서 열 운반체로서 작용하여 유리하게는 고로에 공급되는 보조 연료의 양을 증가시킬 수 있다.
상이한 구성요소가 고로에 공급될 수 있는 다양한 가능성이 있다. 위에서 언급한 바와 같이 합성 가스는 송풍구 수준 또는 샤프트 수준에서 공급될 수 있다. 예를 들어 합성 가스는 송풍구를 통해 공급될 수 있는 반면, 산소 농후 가스와 보조 연료를 송풍구 내부에 배치된 전용 랜스를 통해 공급된다. 대안적으로, 보조 연료와 산소 농후 가스는 송풍구 내부에 동심원으로 배열된 랜스를 통해 주입될 수 있으며, 내부 튜브에는 보조 연료가 있고 외부 튜브에는 차가운 산소가 있다.
고로로부터 수집된 모든 고로 가스가 연료 가스와 조합될 필요가 없다. 일 실시예에 따르면, 고로 가스의 일부는 산소와 함께 연소되어 폐가스를 생성한다. 유리할 수 있지만, 고순도 산소 (O2)를 사용할 필요는 없다. 오히려, 충분한 농도의 O2를 포함하는 모든 가스 또는 가스 혼합물을 사용할 수 있으며, 가능하면 공기도 사용할 수 있다. 예를 들면, 고로 가스는 5% 미만의 N2 농도, 각각 약 40 %의 CO 및 CO2 농도 및 약 15 %의 H2를 가질 수 있다. 이 가스가 산소와 함께 연소될 때, 폐가스는 대략 80% CO2, 15% H2O 및 5% N2의 조성을 가질 수 있다. 더 일반적으로, 고로 가스는 0.50%의 N2 농도, 각각 20 내지 50% CO 및 CO2 농도 및 2 내지 25 %의 H2 농도를 가질 수 있다. 물론 폐가스의 조성은 실제 고로가스의 조성에 따라 달라진다.
폐가스 또는 오프 가스 (off-gas)는 유리하게는 응축 및 냉각될 수 있다. 따라서 CO2 농도가 예로 95 %까지 더 증가할 수 있다.
바람직하게, 고로 가스 일부는 가열 장치에서 연소된다. 하나 또는 여러 개의 버너를 포함할 수 있는 이러한 가열 장치는 다양한 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 가열 장치는 고로 가스, 연료 가스, 혼합 가스 및/또는 합성 가스를 가열하기 위해 사용될 수 있다. 개질 반응을 위한 에너지를 공급하는 데에도 사용될 수 있다. 만약 합성 가스의 가열에 사용하는 경우에는 주로 합성 가스에 의해 고로로 유입되는 잠열을 증가시키기 위함이다.
특히, 전술한 응축 및 냉각 후, 폐 가스의 CO2 농도가 매우 높다. 그러므로, 폐가스의 최소한 일부는 탄소 포집 및 저장에 사용 될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 폐가스의 적어도 일부는 탄소 포집 및 활용에 사용될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 폐가스의 적어도 일부는 합성 가스 생산에 사용될 수 있다. 합성 가스 생산은 전술한 바와 유사하거나 동일한 개질 공정을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이는 CO2가 탄화수소와 반응하여 CO2 및 H2O를 생성하는 건식 개질일 수 있다.
다른 가능성은 고로 가스 의 적어도 일부가 적어도 하나의 외부 장치에 제공된다는 것이다. 이 외부 장치는고로의 일부가 아니거나 직접 연결되어 있지 않다. 철강 설비 또는 철강 설비 외부의 다른 장치가 될 수 있다. 이 외부기기나 외부플랜트에서, 고로 가스는 연소 또는 기타 화학적 목적을 위한 연료로 사용될 수 있다. 또한, 단순히 고로 가스의 잔류 잠열을 이용하는 것도 생각할 수 있다.
이제 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부 도면을 참조하여 예로서 설명될 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 고로 작동 방법을 수행하기 위한 고로 설비의 개략도이다.
도 1은 고로(12)를 포함하는 고로 설비(10)를 도시한다. 고로(12)의 상단부(16)는 일반적으로 코크스 충전(18)와 광석 충전(20)을 수용할 수 있는 반면, 고로(12)의 하단부(22)는 일반적으로 미분탄(24)와 산소 농후 가스(26)를 수용할 수 있다. 예를 들어 산소 농후 가스는 95%의 O2 농도 및 5%의 N2 농도를 가질 수 있다. 하단부(22)에서, 고로(12)로부터 선철(28) 및 슬래그(30)가 추출된다. 고로 자체의 작동은 잘 알려져 있으므로 여기에서 더 이상 설명하지 않을 것이다.
고로 설비(10)는 고로(12)로부터 고로 가스를 회수하기 위한 가스 회수 튜브(40)를 더 포함한다. 예를 들어, 회수된 고로 가스는 5% 미만의 N2 농도, 각각 약 40%의 CO 및 CO2 농도 및 약 15%의 H2를 가질 수 있다. 더 일반적으로, 고로 가스는 0.50 %의 N2 농도, 각각 20 내지 50%의 CO 및 CO2 농도 및 2 내지 25%의 H2 농도를 가질 수 있다. 이는 분배 밸브(44)를 포함하는 가스 회수 파이핑(42)으로 공급된다. 고로 설비(10)는 고로(12)로부터 회수된 가스를 정화하기 위해서, 주로 가스에서 입자상 물질을 제거하고 고로 가스에 포함된 증기의 일부를 응축하고, 가스 회수 튜브(40)과 분배 밸브(44) 사이에 배치된 가스 정화 설비(43)을 포함할 수 있다. 위의 농도는 고로 가스의 건조 구성에 대한 것이다. 그러나 고로 가스는 젖을 수도 있다. 즉, 수분을 포함할 수도 있다.
분배 밸브(44)에서, 회수된 고로 가스의 적어도 일부는 제1 공급 파이프(46)를 통해 혼합 챔버(48)로 안내된다. 혼합 챔버(48)에는 탄화수소 함유 가스, 예를 들어 코크스 오븐 가스 및/또는 천연 가스 및/또는 바이오가스를 혼합 챔버(48) 내로 공급하기 위한 제2 공급 파이프(50)가 제공된다. 혼합 챔버(48) 내에서, 고로 가스 및 탄화수소 함유 가스는 함께 혼합되어 가스 혼합물을 형성한다. 이 가스 혼합물은 그 다음 블로워(54)를 포함할 수 있는 제3 공급 파이프(52)를 통해 반응기(56)로 공급된다. 에너지(53)는 반응을 유지하고 기체 혼합물을 가열하기 위해 반응기(56)에 추가될 수 있다. 에너지는 예를 들어 전기 아크, 플라즈마 토치 또는 전기 저항을 사용하는 전기 에너지와 같은 모든 종류의 에너지일 수 있지만 유리하게는 버너(57)에서 연료 가스의 연소 과정에서 발생할 수 있다. 가스 혼합물은 일반적으로 압축된다. 대안적으로 두 가스를 개별적으로 압축하고 나중에 혼합할 수 있다. 반응기(56)에서, 기체 혼합물은 고온으로 가열되어, 기체 혼합물이 개질 공정을 거치게 되는데, 이 경우에는 주로 CO2　+　CH4　→　2　H2　+　2　CO 반응에 따른 건식 개질 공정이다. 이 예에는, 건식 개질 공정은 촉매의 필요없이 반응기(56) 내에서 800℃ 내지 1500℃의 온도에서 수행된다. 대안적으로, 예를 들어 반응기(56)에 촉매를 제공함으로써, 촉매가 사용될 수 있다.
생성된 합성 가스는 다음 제 4공급 파이프(58)를 통해 환원 가스로서 송풍구 수준 또는 더 낮은 샤프트 수준에서 고로(12)로 다시 공급된다.
송풍구 수준에서 합성가스를 주입하는 경우, 합성 가스는 보조 연료(24) 및 산소 농후 가스(24)와 함께 주입된다. 합성 가스가 적어도 800℃의 온도에서 공급되는 동안, 산소 농후 가스(26)는 더 높은 온도를 가질 수도 있지만 일반적으로 주위 온도를 갖는다.
특히, 합성 가스의 CO2 농도 및/또는 H2O 농도가 증가한다. 반면에, 이 추가 고로 가스는 추가 잠열을 고로(12)로 가져오고, 이는 최고 가스 온도를 높이는데 도움이 된다. 한편, 합성 가스에 포함된 CO2 및/또는 H2O는 고로(12)에서 C와 반응하여 흡열 반응으로 CO 및/또는 H2를 생성하여 화염 온도를 낮출 수 있다. 특히, 상부 가스 온도 및/또는 화염 온도가 모니터링 될 수 있고, 비율은 이들 온도 중 적어도 하나를 제어하고 이를 원하는 범위 내로 유지하도록 조정될 수 있다. 분배 밸브(44)에서, 회수된 고로 가스의 적어도 일부는 가스 혼합물을 가열하고 개질 반응을 유지하는데 필요한 에너지(53)를 공급하기 위해 제5 공급 파이프(60)을 통해 반응기(56)의 버너(57)로 안내될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 그것은 또한 제1 공급(46)의 고로 가스, 제2 공급 파이프(50)의 코크스 오븐 가스 또는 제4 공급 파이프(58)의 합성 가스를 가열하기 위한 버너에 사용될 수 있다. 버너(57)에서, 고로 가스는 바람직하게는 산소(64)로 연소되고, 이에 의해 폐가스(66)을 함유하는 고 CO2를 생성한다. 폐가스(66)는 예를 들어, 80% CO2, 15% H2O 및 5% N2 구성을 가질 수 있다. 이는 수집되어 냉각기(68)에 공급될 수 있으며, 여기서 응축 및 냉각되어 예를 들어 최대 95%까지 CO2 농도가 더 증가할 수 있다. 따라서, 저장 부지(70)에서 탄소 포집 및 저장(CCS)에 사용될 수 있거나 이것은 예를 들어 합성 가스 생산을 위하여 화학 설비(72) 내에 사용될 수 있다.
고로 가스의 다른 부분은 제 6 공급 파이프(62)를 통해 고로의 일부가 아니거나 직접 연관되지 않은 외부 플랜트(74)로 제공된다.

Claims (15)

  1. 고로(12)로부터 CO2 가스를 포함하는 고로 가스를 수집 하는 단계;
    상기 고로 가스를 탄화수소 가스를 포함하는 연료 가스와 조합하여 가스 혼합물을 얻는 단계;
    상기 가스 혼합물을 개질 공정에 적용하여 CO 및 H2를 함유하는 합성 가스를 생성하는 단계; 및
    상기 합성 가스 및 60 부피% 이상의 농도를 갖는 산소 포함 가스(26)의 적어도 일부를 상기 고로에 공급하는 단계를 포함하고,
    여기서 상기 고로에서 나온 후 예비 탈탄산 처리를 거치지 않은 상태에서 상기 고로 가스가 상기 연료 가스와 조합되고, 및
    상기 고로 가스가 연료 가스와 화학양론적 비율 초과의 비율로 조합되어 상기 합성 가스는 고로 가스의 잉여 부분을 포함하고,
    상기 고로 가스는 개질 공정 전에 화학량론적 비율로 상기 연료 가스와 조합되고, 추가의 고로 가스는 개질 공정 후에 상기 합성 가스와 조합되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는, 고로 작동 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 산소 포함 가스가 100 ℃ 미만의 온도를 갖는 것을 특징으로 하는, 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 합성 가스가 적어도 800 ℃ 이상의 온도를 갖는 송풍구 위치 또는 더 낮은 샤프트(shaft) 위치 또는 송풍구 위치 및 더 낮은 샤프트 위치 모두에서 상기 고로(12)로 공급되는 것을 특징으로 하는, 고로 작동 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    화학량론적 비율 초과의 비율이 상기 고로의 상부 가스 온도를 제어하기 위하여 조정되는 것을 특징으로 하는, 고로 작동 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    화학량론적 비율 초과의 비율은 상기 고로(12)의 화염 온도를 제어하기 위하여 조정되는 것을 특징으로 하는, 고로 작동 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 합성 가스 및 상기 산소 포함 가스(26)에 추가하여 보조 연료(24)가 상기 고로 내로 공급되는 것을 특징으로 하는, 고로 작동 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 고로 가스의 일부가 산소(64)에 의하여 연소되어 폐가스(66)를 생성하는 것을 특징으로 하는, 고로 작동방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 폐가스(66)가 응축되고 냉각되는 것을 특징으로 하는, 고로 작동 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 고로 가스의 일부가 가열 장치에서 연소되는 것을 특징으로 하는, 고로 작동 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 가열 장치가 상기 고로 가스, 상기 연료 가스, 상기 가스 혼합물 또는 상기 합성 가스, 또는 상기 가스들 중 하나 이상의 혼합 가스를 가열하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는, 고로 작동 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 폐가스(66)의 적어도 일부가 탄소 포집과 저장 또는 탄소 포집과 활용, 또는 탄소 포집과 저장 및 탄소 포집과 활용 모두를 위해 사용되는 것을 특징으로 하는, 고로 작동 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 폐가스(66)의 적어도 일부는 상기 합성 가스 생산을 위해 사용되는 것을 특징으로 하는, 고로 작동 방법.
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