KR19990087543A - 해면금속 생산방법 - Google Patents

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파투치 알렉산더, 토이플아르민
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Abstract

금속광석을 포함하는 장입물질로부터 해면금속을 생산하는 방법에 있어서, 가스소스(A, B)로부터의 CO- 및 H2- 함유 피드가스는 압축되고, 선택적으로 CO2가 제거되며 가열되고, 환원대(21)에 공급되어 환원가스로서 기능하고, 금속광석과 반응 후에 환원대(21)로부터 배가스로서 배출되어 소진기에 추가로 사용한다.
사고가 발생한 경우에도 환원대(21)에 충분한 양의 환원가스를 공급하기 위하여, CO- 및 H2- 함유 피드가스를 최소한 2개의 가스소스(A, B)로부터 환원대(21) 내에 공급하여 환원가스로서 기능하게 하고, 가스소스(A, B)중 하나의 고장은 환원대(21)로부터의 배가스 중 최소한 일부를 재순환시킴으로써 보정되고, 상기 배가스는 압축되고, CO2가 제거되며 선택적으로 가열되고, 사용되지 않은 다른 가스소스(A 또는 B 각각)로부터의 피드가스와 함께 환원대(21)에 공급된다.

Description

해면금속 생산방법
이러한 종류의 방법은 오스트리아특허 AT-B-396.255 및 독일특허 DE-C-40 37 977에 공지되어 있다. 이들 공지의 방법에 있어서, 가스소스는 철광석이 해면철로 직접환원되는 제1 환원대에 의하여 형성되고, 해면철은 탄소캐리어 및 산소함유가스의 공급으로 용융가스화대에서 용융되고, CO- 및 H2- 함유 환원가스가 생성되어 제1 환원대에 공급되고, 거기에서 반응하여 추가적인 환원대용의 피드가스로서 배출된다. 오스트리아특허 AT-B-396.255에 따르면, 다른 환원대에 공급되기 전의 피드가스는 리포머에 의하여 CO2가 제거되는 동시에 가열되고; 독일특허 DE-C-40 37 977에 따르면, CO2제거는 CO2세정기에 의하여 실행된다.
이들 공지의 방법에 있어서, 다른 환원대로부터 배출된 배가스는 세정에 이어서, 제1 환원대로부터의 배가스와 혼합되고, 이렇게 형성된 혼합가스는 CO2가제거된 후 가열된다. 다음에, 이 가스혼합물이 다른 환원공정에 공급되어 환원가스로서 기능한다. 따라서, 배가스가 재순환 환원가스로서 추가적인 환원공정에 공급되기 때문에, 다른 환원대로부터의 배가스에 여전히 남아있는 환원제의 일부를 활용할 수 있게 된다.
추가적인 환원대로부터의 배가스가 외부 소진기용으로, 예를 들면 연료가스로 사용되어야 할 필요가 종종 있다. 그리고, 다른 환원대로부터의 배가스는 재순환되지 않는다. 따라서, 이 경우, 충분한 양의 환원가스를 언제든지 사용하여 환원공정의 정상(定常)가동이 가능하도록 확실하게 하는 준비를 해야한다. 특히, 충분한 양의 환원가스가 전체 설비의 상이한 가동상태에서도, 예를 들면 고장인 경우에도 다른 환원대에 확실하게 공급된다.
전술한 종류의 방법에 있어서, 상기 목적은 환원대 내에 CO- 및 H2- 함유 피드가스가 최소한 2개의 가스소스로부터 공급되어 환원가스로서 기능하고, 가스소스 중 하나의 고장은 환원대로부터의 배가스 중 최소한 일부를 재순환함으로써 상쇄되어 달성되고, 상기 배가스는 압축되고, CO2가 제거되며 선택적으로 가열되어 사용되지 않은 다른 가스소스로부터 공급되는 피드가스와 함께 환원대에 공급된다.
이 방법의 특징은, 최소한 2개의 가스소스가 배설되어있는 경우, 다른 환원대의 직접환원공정이 가스소스 중 하나가 고장인 경우에도 계속 진행될 수 있다는 것이다. 실제로, 가스소스 중 하나의 고장으로 매우 소량의 훤원가스가 다른 환원대에 공급되게 하는 것이 일반적이고, 이것은 어려움을 야기하고 이 다른 환원대에서의 직접환원공정의 계속적인 진행을 방해할 수 있다. 본 발명에 있어서, 이것은 다른 환원대로부터의 배가스 중 최소한 일부를 재순환함으로써 방지된다.
다른 환원로로부터의 배가스가 재순환되는 경우, 상기 가스가 먼저 사전압축되는 것이 바람직하여 압력과 사전압축의 차이가 동등하게 되고, 사전압축상태에서 사용되지 않은 가스소스로부터의 환원가스와 혼합되어 이와 함께 더 압축된다. 이 경우, 재순환된 배가스의 직접환원공정에 필요한 압력레벨로의 압축은 단계별로 일어나고, 따라서 (용량면에서) 너무 높지 않은 비용으로 설계된 컴프레서로 진행될 수 있다.
철광석이 해면철로 직접환원되는 제1 환원대를 가진 설비와는 별개의 다른 가능한 가스소스 및 탄소캐리어 및 산소함유가스의 공급으로 용융가스화대에 용융된 해면철은 석탄가스화공정 및 고로공정일 수 있고, 이로써 최소한 하나의 가스소스는 석탄가스화수단 또는 고로일 수 있다.
본 발명은 각각이 바람직하게는 괴상 및/또는 펠릿상인 금속광석 또는 철광석 및 선택적으로 플럭스를 포함하는 장입물질로부터 해면금속, 특히 해면철을 생산하는 방법 및 이 방법을 행하는 설비에 관한 것으로서, 압축되고 선택적으로 CO2제거 및 가열된 CO- 및 H2- 함유 피드가스(feedgas)가 가스소스(gas source)로부터 환원대에 공급되어 환원가스로서 기능하고, 금속광석과 반응 후 환원대로부터 배가스로서 배출되어 소진기에 의해 추가로 사용하게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 설비의 블록도이고,
도 2 및 도 3은 가스소스 중 하나가 파손된 경우의 가스경로를 각각 나타내는 도면이고,
도 4는 가스소스의 가능한 실시예를 나타내는 도면이다.
바람직하게는 괴상 및/또는 펠릿상인 금속광석 또는 철광석 및 선택적으로 플럭스를 포함하는 장입물질로부터 해면금속, 특히 해면철을 생산하는 환원반응로, 상기 환원반응로와 통하는 환원가스 공급관 및 광석 공급관, 이 환원반응로에서 분기된 배가스 배출관 및 상기 환원반응로에 형성된 환원제품용 배출수단을 가진 본 발명에 따른 방법을 행하는 설비에 있어서, 가스소스에 의하여 분배된 피드가스를 전달하는 피드가스관이 CO- 및 H2- 함유 피드가스를 분배하는 가스소스로부터 컴프레서 및 선택적으로는 CO2제거기 및 가스히터를 통하여 환원가스 공급관내로 통하고, CO- 및 H2- 함유 가스를 분배하는 최소한 제2 가스소스 또한 컴프레서를 구비한 피드가스관 및 선택적으로 CO2제거기 및 가스히터기를 통하여 환원가스 공급관내로 통하고, 환원반응로에 형성된 배가스의 최소한 일부분용 이송관은 연결관을 통하여 직렬로 연결가능한 컴프레서 및 CO2제거기 및 선택적으로 가열수단을 통하여 환원반응로의 환원가스 공급관과 유체연결가능한 것을 특징으로 한다.
2개의 가스소스용으로 배설된 컴프레서는 병렬연결로부터 직렬연결로 선택적으로 전환가능하고, 배가스를 재순환하는 경우에 재순환된 가스용의 별개의 컴프레서가 필요하지 않아서 비용면에서 상당히 절감된다.
가스소스로부터 분기되는 2개의 피드가스관은, 각각 하나의 컴프레서내로 통하기 전에 밸브에 의하여 개별적으로 차단될 수 있고, 연결관을 통하여 연결가능하게 하는 것이 적합하다.
바람직한 실시예에 있어서, 최소한 하나의 가스소스는 괴상 및/또는 펠릿상이 바람직한 철광석용 제1 환원반응로, 용융가스화로, 용융가스화로와 제1 환원반응로를 연결하는 환원가스용 공급관, 제1 환원반응로와 용융가스화로를 연결하는 제1 환원반응로에 형성된 환원제품용 이송관, 제1 환원반응로에서 분기된 배가스 배출관, 용융가스화로내로 개방되는 산소함유가스 및 탄소캐리어용 공급관들 및 용융가스화로에 배설된 선철 및 슬래그용 출탕구로 형성되고, 제1 환원반응로에서 분기된 배가스 배출관이 피드가스관으로 기능하는 것을 특징으로 한다.
2개의 가스소스는 각각 하나의 용융가스화로를 가지는 제1 환원반응로에 의하여 동일방식으로 형성되고, 피드가스관을 통하여 다른 환원반응로의 환원가스 공급관과 각각 하나의 컴프레서를 거쳐 유체연통되는 것이 바람직하다.
다음에, 본 발명을 첨부도면에 나타낸 예시적인 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
피드가스를 공급하는 도 1에 나타낸 2개의 가스소스 A 및 B는 하기와 같이 구성되는 것이 바람직하다:
제1 환원반응로를 형성하는 샤프트로(1)에, 괴상광 및/또는 펠릿상광은 선택적으로 이동층을 형성하는 용제와 함께 도시되지 않은 슬러스시스템을 통하여 이송수단(2)를 거쳐 상부에서 장입된다. 샤프트로(1)는 석탄 및 산소함유가스로부터 환원가스가 형성되어 공급관(4)을 거쳐 샤프트로(1)에 공급되는 용융가스화로(3)와 연통되고, 공급관(4)의 내부에는 건조 탈분진화용 가스세정수단(4')이 선택적으로 배설된다.
"이동층"이라는 용어는 계속해서 이동하는 물질흐름을 칭하는 것으로 이해되는 것이 일반적이고, 그 중 이동가능한 입자는 반대방향으로 흐르는 환원가스와 접하게 된다. 중력에 의하여 계속해서 하향으로 이동하는 물질흐름이 사용되는 것이 바람직하다.
샤프트로(1) 대신에, 벤츄리(Venturi)유동층과 결합되는 반응로, 순환유동층, 이동 그레이트(traveling grate) 또는 로터리 튜브형건조로와 결합되는 유동층 즉 반응로를 환원반응로로서 또한 배설할 수 있다.
용융가스화로(3)는 고체탄소캐리어용 공급관(5), 산소함유가스용 공급관(6) 및 실온의 액체 또는 기체인 탄화수소와 같은 탄소캐리어 및 칼신화된 용제용 공급관(7)을 가진다. 용융가스화로(3) 내부에는, 용융선철(9) 및 용융슬래그(10)가 용융가스화대(8) 아래에 포집되어 출탕구(11)를 통하여 배출된다.
전술한 구조를 나타내는 각각의 가스소스 A 및 B로부터, 배가스는 피드가스관(가스소스 A용 14, 가스소스 B용 14')을 통하여 배출되고, 세정기(15)에서 먼저 세정되어 분진입자를 가능한 완전하게 제거시켜 수증기 함량이 감소된다. 이어서 배가스는 가스컴프레서(가스소스 A용 16, 가스소스 B용 16')에 의하여 CO2제거기(17)(예를 들면, CO2세정기 또는 프레셔스윙흡착기)내를 통과하고, 여기에서 CO2가 가능한 완전하게 제거된다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 가스소스 A 및 B는 서로 병렬로 배열되고, 그들의 피드가스 배출관(14, 14')은 컴프레서(16, 16') 후방 위치에 유니트화되어, 2개의 피드가스가 가스소스 A 및 B로부터 CO2제거기에 혼합된 상태로 공급된다. 따라서, 단지 하나의 CO2제거기(17)만 필요하고, 이것은 가스소스 A 및 B로부터의 피드가스 화학성분이 유사하거나 또는 동일한 경우, 특히 바람직하다.
CO2제거기(17)로부터 배출되는 오프가스는 탈황기(18)에 선택적으로 공급된다. CO2가 이렇게 세정된 피드가스는 다음 환원공정에 사용할 수 있다. 이것은 환원가스 공급관(19)을 통하여, 제1 샤프트로(1)와 같이 이동층이 또한 배설되고 향류원리에 따라 가동되는 샤프트로(20)로서 제작된 제2 환원반응로에 공급된다. 이 제2 샤프트로(20)에서, 괴상 및/또는 펠릿상이 바람직한 금속광석이 환원대(21)에서 해면철로 직접환원된다. 광석 공급관은 참조부호(20')로 나타내고, 해면철 배출수단은 참조부호(20")로 나타낸다.
제2 샤프트로(20)에서, 망간광석, 납광석 및 아연광석과 같은 금속광석이 또한 부분환원 또는 완전환원될 수 있다.
가스소스 A 및 B의 혼합된 피드가스는 CO2제거기에 의하여 실질적으로 냉각되기 때문에, CO2제거기로부터 배출되는 환원가스는 제2 환원샤프트로(20)에 공급되기 전에 가스히터(22)에서 가열된다. 따라서, 환원가스가 제2 환원샤프트로(20)에서 환원에 필요한 600 내지 900℃ 범위의 온도에 도달하게 된다. H2가 풍부한 가스를 환원하기 위하여 900℃ 이상의 온도범위 까지도 생각할 수 있다.
원하는 용도에 따라서, 제2 환원샤프트로(20)에서 배가스관(23)을 통하여 배출된 배가스 또한 배가스세정기(도시되지 않음)에서 세정 및 냉각되어 분진입자가 제거되고, 수증기 함유량이 감소되어 소비자에게 공급될 수 있다.
각각의 피드가스관에는 제1 밸브(24, 24') 및 제2 밸브(25, 25')가 배설되고, 이들 모두는 컴프레서(16) 전방에 배열되어 있다. 제1 및 제2 밸브(24, 25 또는 24', 25')사이 각각에는, 2개의 가스소스 A 및 B의 피드가스관(14, 14')을 연결하고, 밸브(27)가 고정된 연결관(26)이 배설되어 있다.
가스소스 A의 피드가스관(14)으로부터, 컴프레서(16) 후방 위치에는 밸브(29)가 또한 고정된 피드가스관(14, 14')을 연결하는 다른 연결관(28)이 분기되어, 다른 가스소스 B의 컴프레서(16') 전방 위치, 그러나 가스소스 B의 제2 밸브(25')후방 위치에서 상기 가스소스 B의 피드가스관(14') 내로 개방된다. 이 다른 연결관(28)이 분기되는 배가스관(14)의 분기점 후방 위치에는, 추가 밸브(30)가 고정되어 있다.
다른 샤프트로(20)의 배가스관(23)으로부터, 밸브(31)가 고정된 이송관(32)이 분기되어 상기 소스에 배치된 컴프레서(16) 전방 위치에서 가스소스 A의 피드가스관(14)에 연결된다.
다음에, 설비의 기능을 설명한다.
가스소스 양자 모두가 다른 환원설비, 즉 추가적인 샤프트로(20)용 피드가스를 대체로 동일한 순서(양, 화학성분)로 공급하는 경우, 피드가스관(14, 14')의 밸브 모두는 개방되고, 다른 샤프트로(20)에 형성된 배가스를 재순환시키는 이송관(32)의 밸브(31) 및 피드가스관(14, 14') 사이 연결관(26, 28)의 밸브(27, 29)는 폐쇄위치로 된다.
도 2에 나타낸 바와 같이 가스소스 A가 고장난 경우, 추가 샤프트로(20)에 형성된 배가스 일부가 이송관의 밸브(31)가 개방된 후 이송관(32)을 통하여 피드가스관(14)에 공급된다. 여기서, 재순환된 배가스는, 예를 들어 대기압 보다 높은 약 0.3바의 압력을 나타낸다. 재순환된 배가스는 컴프레서(16) 및 이 컴프레서(16) 후방 위치에 피드가스관(14)으로부터 분기된 연결관(28)을 통하여 사용되지 않은 다른 가스소스 B에 배치된 컴프레서(16')에 전달되고, 가스소스 B로부터의 피드가스와 혼합 및 상기 가스소스 B에 배치된 컴프레서(16')에 의하여 압축된다. 초기 압축이 대기압 보다 높은, 예를 들어 대략 1.5바로 실행된 후, 컴프레서(16')에 의한 제2 압축이 샤프트로(20)에 필요한 대기압 보다 높은, 예를 들어 대략 3바로 실행된다. 여기서, 도 2에 흑색으로 표시된 밸브(24, 30, 27)는 폐쇄상태이고, 밸브(31, 24', 25' 및 29)는 개방상태이다. 도 2(및 도3)에 있어서, 가스의 흐름경로는 파선으로 나타내고 있다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 가스소스 B가 고장인 경우, 다른 샤프트로(20)에서 재순환된 배가스는 피드가스관(14')의 다른 연결관(28)을 통하여 가스소스 B에 또한 공급되고, 가스소스 A로부터의 피드가스는 제1 연결관(26)을 통하여 가스소스 B의 피드가스관(14') 내에 또한 공급된다. 이러는 동안에, 밸브(25, 30, 24')는 폐쇄위치로 되고, 밸브(31, 24, 27, 29 및 25')는 개방된다.
환원반응로(20)의 샤프트용량 및 컴프레서(16, 16')의 실제크기에 따라, 이용가능한 배가스의 100 %까지 재순환 될 수 있으나, 이렇게 하는 데는 불활성가스 부분을 반드시 고려하여야 한다.
본 발명은 도시된 예시적인 실시예에만 한정되는 것이 아니라 다른 실시예도 또한 포함된다. 여기에서 필연적인 요건은, 2개의 컴프레서(16, 16')가 구성되어 2개의 가스소스 A 및 B가 동시에 가동될 때에는 언제나 가스분배에 대하여 병렬로 연결가능하고, 2개의 가스소스 A 및 B 중 하나가 고장인 경우에는 직렬로 연결가능하여야 한다는 것이다. 또한, 전술한 내용은 2개 이상의 가스소스가 사용되는 경우, 각각의 가스소스에 배치된 컴프레서에 또한 적용된다.

Claims (11)

  1. 각각이 바람직하게는 괴상 및/또는 펠릿상인 금속광석 또는 철광석 및 선택적으로는 플럭스를 포함하는 장입물질로부터 해면금속, 특히 해면철을 생산하는 방법에 있어서, 압축되고, 선택적으로는 CO2가 제거되며 가열된 CO- 및 H2- 함유 피드가스가 가스소스(A, B)로부터 환원대(21)에 공급되어 환원가스로서 기능하고, 금속광석과 반응 후 환원대(21)로부터 배가스로서 배출되어 소진기에 추가로 사용하며, CO- 및 H2- 함유 피드가스는 최소한 2개의 가스소스(A, B)로부터 환원대(21) 내에 공급되어 환원가스로서 기능하고, 가스소스(A, B) 중 하나의 고장은 환원대(21)로부터의 배가스 중 최소한 일부를 재순환함으로써 보상되고, 상기 배가스는 압축, CO2제거, 및 선택적으로 가열되어 사용되지 않은 다른 가스소스(A 또는 B 각각)로부터 공급되는 피드가스와 함께 환원대(21)에 공급되는 것을 특징으로 하는 해면금속 생산방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가스소스(A, B)중 하나가 고장인 경우, 상기 환원대(21)로부터의 재순환된 배가스는 사전압축되고, 상기 사용되지 않은 다른 가스소스(A 또는 B 각각)로부터 공급되는 상기 환원가스에 사전압축된 상태로 혼합되어 상기 환원가스와 함께 추가로 압축되는 것을 특징으로 하는 해면금속 생산방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가스소스중 최소한 하나는 철광석이 해면철로 직접환원되는 제1 환원대(12)에 의하여 형성되고, 상기 해면철은 탄소캐리어 및 산소함유가스의 공급으로 용융가스화대(8)에서 용융되어 CO- 및 H2- 함유 환원가스가 생성되고, 상기 제1 환원대(12)에 공급되어 반응한 후 다른 환원대(21)용의 피드가스로서 배출되고, 상기 피드가스는 상기 다른 환원대(21)에 공급되기 전에 압축, CO2제거, 및 선택적으로 가열되는 것을 특징으로 하는 해면금속 생산방법.
  4. 제1항, 제2항 및 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스소스(A, B)중 최소한 하나가 석탄가스화수단에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 해면금속 생산방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스소스(A, B)중 최소한 하나가 고로에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 해면금속 생산방법.
  6. 제1항 내지 제5항에 따른 방법을 실행하는 설비로서, 각각이 바람직하게는 괴상 및/또는 펠릿상인 금속광석 또는 철광석 및 선택적으로는 플럭스를 포함하는 장입물질로부터 해면금속, 특히 해면철을 생산하는 환원반응로(20), 환원가스 공급관(19) 및 상기 환원반응로(20)와 통하는 광석 공급관(20'), 상기 환원반응로(20)에서 분기된 배가스 배출관(23) 및 상기 환원반응로(20)에 형성된 환원제품용 배출수단(20")을 가지며, 상기 가스소스(A)에 의하여 분배된 상기 피드가스를 전달하는 피드가스관(14)이 CO- 및 H2- 함유 피드가스를 분배하는 가스소스(A)로부터 컴프레서(16) 및 선택적으로 CO2제거기(17)를 통하여 상기 환원가스 공급관(19) 및 선택적으로 가스히터기(22)로 통하고, CO- 및 H2- 함유 가스를 분배하는 최소한 제2 가스소스(B) 또한 컴프레서(16')를 구비한 피드가스관(14') 및 선택적으로 CO2제거기(17)를 통하여 상기 환원가스 공급관(19) 및 선택적으로 가스히터기(22)로 통하고, 상기 환원반응로(20)에 형성된 배가스 중 최소한 일부분용 이송관(32)은 연결관(28)을 통하여 직렬로 연결가능한 컴프레서(16, 16'), CO2제거기(17) 및 선택적으로 가열수단(22)을 통하여 환원반응로(20)의 환원가스 공급관(19)과 유체연통가능한 것을 특징으로 하는 설비.
  7. 제6항에 있어서, 상기 가스소스(A, B)로부터 분기된 2개의 피드가스관(14, 14')이 각 하나의 컴프레서(16, 16') 내로 통하기 전에 밸브(24, 25, 24', 25')에 의하여 별개로 차단가능하여 연결관(26)을 통하여 연결가능한 것을 특징으로 하는 설비.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 최소한 하나의 가스소스는 바람직하게는 괴상 및/또는 펠릿상의 철광석용 제1 환원반응로(1), 용융가스화로(3), 상기 용융가스화로(3)와 상기 제1 환원반응로(1)를 연결하는 환원가스용 공급관(4), 상기 제1 환원반응로(1)와 상기 용융가스화로(3)를 연결하는 상기 제1 환원반응로(1)에 형성된 상기 환원제품용 이송관(13), 상기 제1 환원반응로(1)에서 분기된 배가스 배출관(14), 상기 용융가스화로(3)내로 개방되는 산소함유가스 및 탄소캐리어용 공급관(6, 7) 및 상기 용융가스화로(3)에 배설된 선철(9) 및 슬래그(10)용 출탕구(11)로 형성되고, 상기 제1 환원반응로(1)에서 분기된 상기 배가스 배출관이 피드가스관(14, 14')으로 기능하는 것을 특징으로 하는 설비.
  9. 제8항에 있어서, 2개의 가스소스(A, B)는 각각 하나의 용융가스화로(3)를 가지는 제1 환원반응로(1)에 의하여 동일방식으로 형성되고, 피드가스관(14, 14')을 통하여 각각 하나의 컴프레서(16, 16')를 거쳐 추가적인 환원반응로(20)의 환원가스 공급관(19)과 유체연통되는 것을 특징으로 하는 설비.
  10. 실질적으로 첨부도면을 참조하여 전술한 바의 해면금속 생산방법.
  11. 실질적으로 첨부도면을 참조하여 전술한 바의 해면금속 생산설비.
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