KR20020045617A - 산화철을 함유하는 재료의 직접 환원 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 유동층 환원 영역 내에서 CO 및 H2를 함유하는 환원 가스를 사용하여 산화철을 함유하는 재료의 직접 환원 방법에 관한 것이며, 이에 의해 상기 적어도 하나의 유동층 환원 영역으로부터 나오는 CO2를 함유하는 사용된 환원 가스는 재순환되어 신선한 환원 가스가 사용된 환원 가스 및 메탄을 함유하는 가스, 특히 천연 가스의 CO2개질에 의해 생성된다.
CO2개질 및 직접 환원은 탄소의 형성 및 퇴적물을 실질적으로 방지하고 환원 영역을 수용하는 반응로의 크기를 작게 유지하기 위해 적어도 4 바아의 과압에서 수행되며, 이에 의해 환원 영역은 금속 야금학적 요구사항을 따르는 양의 환원 가스에 노출된다.

Description

산화철을 함유하는 재료의 직접 환원 방법{METHOD FOR DIRECT REDUCTION OF MATERIALS CONTAINING IRON OXIDE}
메탄 함유 가스 및 수증기의 수증기 개질 공정으로 공지된 공정에 의해 CO- 및 H2-를 함유하는 환원 가스가 생성되며, 수증기 개질 공정은 고압 및 고온에서 수행되며 탄화수소 및 수증기는 선행기술, 예를 들어 미국 특허 제 5,082,251호로부터 공지된 다음의 반응에 따라 니켈 촉매에 의해 CO 및 H2로 전환된다.
수증기 개질 반응 : CH4+ H2O →CO + 3H2
수증기 개질 공정을 따르는 CO 변위 반응에서, 개질 공정 중에 형성되는 CO는 다음의 반응에 따라 CO2및 H2로 전환된다.
CO 변위 반응 : CO + H2O →CO2+ H2
CO2는 일반적으로 개질된 가스로부터 제거되어야 하며, CO2가 제거된 가스는 가열되어야 한다.
대조적으로, 예를 들어 독일 특허 출원 제 196 37 180호 및 독일 특허 출원 제 195 17 766호로부터 공지된 CO2개질의 경우에, 수증기 뿐만 아니라 CO2도 다음의 반응에 따라 전환된다.
CO2개질 반응 : CH4+ CO2→2CO + 2H2
CO2개질의 장점은 소정의 CO2제거 또는 환원 가스를 소정의 환원 온도로 연속적으로 가열할 필요가 없다는 것이다.
독일 특허 제 196 37 180호에는 미세한 산화철 입자가 분출층 및 상기 분출층의 하부에 연결된 기포층 내에 있는 CO- 및 H2-를 함유하는 환원 가스에 의해 환원되는 공정을 설명하고 있는데, 상기 환원 가스는 CO2개질에 의해 사용된 CO-, CO2- 및 H2O-를 함유하는 환원 가스로부터 생성된다. 개질 및 직접 환원은 1.6 내지 2.4바아 범위의 저압에서 발생한다.
독일 특허 출원 제 195 17 766호에는 미세한 산화철 입자가 전술한 바와 유사하게 CO- 및 H2-를 함유한 환원 가스에 의해 직렬로 연결된 복수의 순환 유동층내에서 환원되며, 독일 특허 출원 제 196 37 180호에서처럼 신선한 환원 가스는 유사하게 CO2개질에 의해 사용된 CO-, CO2- 및 H2O-를 함유하는 환원 가스로부터 생성된다.
미국 특허 출원 4,348,226호는 환원 고로(shaft furnace)로부터의 폐가스가 천연 가스와 혼합되고, 상기 가스 혼합물이 가열된 개질설비 내에서 개질되며, 또다른 천연 가스는 상기 개질된 가스와 혼합되고, 이때 형성된 가스 혼합물은 가열되지 않은 반응로 내에서 흡열 개질 반응을 거쳐, 신선한 환원 가스가 환원 고로용으로 형성되는 공정에 관해 설명한다. 가열된 개질설비 내에서 개질된 가스의 현열은 제 2 흡열 개질 반응에 사용되고, 바람직한 환원 가스의 온도가 형성된다.
CO2개질은 저압에서 보다 성공적으로 발생하고 개질관은 보다 얇게 설계될 수 있어서 저압에서 보다 저렴하게 수행될 수 있다고 공지되어 있다.
본 발명은 적어도 하나의 유동층 환원 영역 내에 CO- 및 H2-를 함유하는 환원 가스에 의해 산화철을 함유하는 재료를 직접 환원하는 방법 및 상기 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이며, 상기 적어도 하나의 유동층 환원 영역으로부터 나오는 CO2를 함유하는 사용된 환원 가스는 재순환되고, 신선한 환원 가스는 상기 사용된 환원 가스 및 메탄을 함유하는 가스, 특히 천연 가스의 CO2개질(reforming)에 의해 생성된다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도시한 도면이다.
본 발명은 CO- 및 H2- 함유 환원 가스가 메탄 함유 가스, 특히 천연 가스, 및 사용된 환원 가스의 CO2개질에 의해 생성될 수 있는, 산화철 함유 재료의 직접 환원 방법을 제공하는 것을 기초로 하지만, 본 발명에 의해 CO2개질설비를 사용하는 선행 기술의 단점, 즉 탄소의 형성, 퇴적물, 대경의 반응로 사용과 같은 단점이 제거될 수 있다. 환원 영역을 수용하는 반응로의 전체 크기는 작게 유지되어야 하지만, 동시에 금속야금학적 요구사항을 만족시킬 수 있는 환원 가스의 양이 환원영역을 통과해야 한다.
본 발명에 따른 이러한 목적은 CO2개질 및 직접 환원이 고압, 바람직하게 적어도 4 바아의 과압(5 바아의 절대 압력), 특히 약 7 바아의 과압에서 수행됨으로써 달성된다. 이러한 형태의 공정 기술에 있어서 적절한 압력 범위는 6 내지 8 바아의 과압이며, 압력의 상한은 15 바아의 과압이다.
놀랍게도, 이러한 방식에서 환원 공정에 악영향을 미치는 많은 인자, 즉 탄소의 형성 및 퇴적물이 유동층 환원 영역 내에서 제거될 수 있다고 공지되어 있다.
또한, 금속야금학적 요구사항을 만족시키기 위해 환원 영역의 단위 부피당 충분히 높은 공급량의 가스가 환원을 위해 제공되어, 유동층 환원 영역을 수용하는 반응로는 보다 작은 크기를 가질 수 있다. 그럼에도 불구하고, 충분한 가스 처리가 여전히 보장된다. 더욱이, 환원 가스의 환원 포텐셜은 보다 높다.
또한, 산화철을 함유하는 재료의 직접 환원 중에 생성되는 해면철은 환원 가스에 의한 공기식 이송에 의해 공급되어 괴상화되며, 괴상화를 위해 사용되는 괴상화 장치는 직접 환원을 위해 사용되는 직접 환원 장치 다음에 배열될 수 있으며, 그 결과 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 전체 장치의 총 크기가 작게 유지될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 장점은 사용된 환원 가스 내에 존재하는 CO2가 제거될 필요가 없으며, 오히려 신선한 환원 가스를 생성하는데 직접 사용된다는 것이다. 본 발명의 도입부에서 설명된 미국 특허 출원 제 5,082,251호에 개시된 공지된 직접 환원 방법과 비교할 때, 환원 가스는 환원 가스 회로 내에 연결되는 수증기 개질설비 없이 수증기 개질에 의해 생성되며, 환원 가스 회로 내로의 CO2개질설비의 연결은 환원 가스의 낮은 특정 유동이 직접 환원을 위해 요구됨을 의미하며, 여기서 환원 가스의 특정 유동이란 환원될 재료에 기초해서 신선하게 공급된 환원 가스의 유동 속도를 의미한다고 이해된다.
사용된 환원 가스는 개질 전에 적어도 부분적으로 CO 변위 반응을 거치는 것이 바람직하다. 이러한 방식에서, CO는 다음의 식에 따라 수증기에 의해 CO2및 H2로 전환된다.
CO 변위 반응 : CO + H2O →CO2+ H2.
개질설비에 공급된 가스의 CO 함량은 유리하게도 본 발명의 방법에서 최소화되어, CO/CO2비가 설정된다.
환원 가스 내의 높은 CO 함량으로 인해, 특히 개질될 가스가 이미 CO를 함유한다면, CO에 의한 장치의 금속 부분의 파괴를 의미하는 금속 분진화에 의해 야기된 문제점이 장치의 금속 부분에 발생할 수도 있다. 개질될 가스가 CO를 함유하여 CO 변위 반응을 거친다면, 금속 분진화는 실질적으로 제거될 수 있다.
CO2- 및 CO- 함유 가스의 H2O 함량이 CO 변위 반응에 대해 충분히 높지 않다면, 수증기는 CO 변위 반응에 유리하게 첨가된다.
개질설비와 유동층 환원 영역을 수용하는 환원 반응로 사이에 제공되는 환원가스의 온도 및 조성에 상당한 영향을 미치는 소정의 장치 없이, 개질설비가 환원 가스 회로 내에 직접 연결된다는 사실을 의미하는 것으로 이해되는 관류(once-through) 작동으로 인해, 개질설비가 환원 가스 회로 외부에 연결되는 경우보다 환원 가스를 조절할 수 있는 방법이 작다. 미국 특허 출원 제 5,082,251호와 유사하게 환원 가스 회로의 외부에 연결된 수증기 개질설비를 사용하는 직접 환원 공정을 개시하는 WO-A-96 00304호에 따라, 예를 들어 개질설비가 작동하는 방식을 변경하고, CO2가 개질된 가스와 사용된 환원 가스 등에서 어느 하나 이상으로부터 세척된 정도를 변화시킴으로써 환원 가스의 품질을 설정할 수 있는 방법이 있다.
본 발명의 바람직한 변형예에 따라 제공된 CO 변위 반응에 의해, 관류 작동을 사용할 때 개질 및 직접 환원에 필요한 가스 비가 요구된 대로 설정될 수 있으며, 즉 CO/H2비가 변할 수 있으며 또는 CO 함량이 특정 요구사항에 따라 감소될 수 있다.
본 발명의 또다른 실시예에 따라, 사용된 환원 가스는 개질 전에 압축되어, 바람하게 약 8 바아의 과압으로 된다.
개질에 의한 소모열은 공기, H2O, 천연 가스 등을 예열하는데 사용하는 것이 바람직하다.
사용된 환원 가스는 CO 변위 반응 전에 유리하게 압축되어, 바람직하게 약 8 바아의 과압으로 된다.
사용된 환원 가스는 개질 및 선택적인 CO 변위 반응 전에 편의상 가열된다.
본 발명은 또한 유동층 환원 영역을 수용하는 적어도 하나의 유동층 반응로, CO- 및 H2- 함유 환원 가스를 상기 유동층 반응로로 공급하는 공급 라인 및 메탄 함유 가스, 특히 천연 가스와 상기 사용된 환원 가스로부터 상기 CO- 및 H2- 함유 환원 가스를 생성하도록 상기 유동층 반응로로부터 CO2개질설비로 연결된 사용된 환원 가스를 배출하는 가스 배출 라인을 갖는 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이며, 상기 CO2개질설비는 상기 공급 라인을 경유하여 상기 유동층 반응로에 라인 연결된다.
본 발명에 따라, 상기 장치는 CO2개질설비의 상류에 있는 유동층 반응로에 고압, 바람직하게 적어도 5 바아의 과압, 특히 약 8 바아의 과압으로 공급되는 가스를 압축하기 위한 압축 장치를 특징으로 한다.
CO 변위 반응로는 사용된 환원 가스를 위해 CO2개질설비의 상류에 제공되는 것이 바람직하다. 수증기용 공급 라인은 이러한 경우에 CO 변위 반응로 상류에서 CO2- 및 적절하다면 CO- 함유 가스용 공급 라인과 CO 변위 반응로 자체 중 어느 하나 이상의 내부로 개방된다.
본 발명의 보다 바람직한 실시예에 따라, 상기 사용된 환원 가스를 압축하기 위한 압축 장치가 CO 변위 반응로의 상류에 제공된다.
본 발명에 따른 장치에서, 연속적으로 연결된 적어도 세 개, 바람직하게 네 개의 유동층 반응로가 제공되는 것이 바람직하다.
CO2개질의 최적의 효율을 위한 환원 가스의 화학적 조성을 정확하게 설정하기 위해, CO 변위 반응은 사용된 환원 가스에 대해 우회 라인에 의해 편의상 우회될 수 있다.
CH4를 함유하는 가스, 특히 천연 가스를 공급하는 라인이 사용된 환원 가스를 CO2개질설비에 공급하는 가스 라인 내로 개방되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 장치는 편의상 사용된 세정 및 압축 환원 가스를 위한 가열 장치를 특징으로 한다.
본 발명은 각각 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하는 도면을 참조하여 보다 자세히 설명되며, 도 1 및 도 2의 각각의 경우에 동일한 부재에 대해 동일한 도면 부호가 사용된다.
도 1은 직렬로 연결되고 각각 정상 상태(steady-state)의 유동층을 수용하는 4 개의 유동층 반응로(1 내지 4)를 도시하는데, 환원 온도로 가열되고 적절하다면, 예비 환원이 수행되는 최상의 유동층 반응로(4)에는 미세한 광석과 같은 산화철 함유 재료는 광석 공급 라인(5)을 경유해서 공급되며, 그 후 상기 재료는 유동층 반응로(4)로부터 전달 라인(6a 내지 6c)을 경유해서 유동층 반응로(3, 2 및 1)로 공급된다. 완전 환원된 재료(해면철)는 배출 라인(7)과 라이저(8)를 경유하여 저장호퍼(9)에 공급되는데, 여기서 라이저(4)는 내화 라이닝을 갖추고 있으며 해면철을 환원 가스에 의해 공기압으로 상류, 즉 상기 저장 호퍼(9)로 이송하고, 그리고 나서 저장 호퍼로부터 해면철을 고온-괴상화하는 괴상화 장치(10)로 공급하는데 사용되는, 실질적으로 수직의 파이프를 의미한다. 적절하다면, 환원된 재료는 불활성 가스 시스템(도시 않음)에 의해 괴상화 중에 재산화로부터 보호되거나 아래에 위치된 전기 아크로로 공급된다.
라이저(8)를 통해 해면철을 이송하는데 사용되는 환원 가스는 라인(11)을 경유해서 추출되어 팽창되며 그후 다른 용도, 예를 들어 가열 목적(설명되지 않음)으로 공급된다. 라이저(8)를 사용하면 괴상화 장치(10)가 유동층 반응로(1 내지 4)로부터 형성된 환원 장치 다음에 배열될 수 있다는 장점을 가지며, 결과적으로 전체 장치의 총 높이가 낮아질 수 있다. 라이저(8)를 사용하지 않고 해면철을 저장 호퍼(9) 내로 이송할 수 있는 또다른 가능성(설명되지 않음)은 해면철이 중력에 의해 보다 낮은 위치에 배열된 저장 호퍼(9) 내로 유동할 수 있는 높이에 최하부 유동층 반응로(1)를 배열하는 것이나, 이러한 경우에도 전체 장치의 총 높이가 커지는 단점이 있다.
재료의 유동 방향으로 알 수 있는 것처럼, 산화철을 함유하는 재료가 제 1 유동층 반응로(4) 내에 유입되기 전에, 건조 처리(자세히 설명되지 않음)와 같은 예비 처리가 수행된다.
환원 가스는 공급 라인(12)을 경유하여 최하부 유동층 반응로(1)로 공급되고, 환원되는 재료의 유동과 반대 방향으로 유동층 반응로(1)로부터 라인(13a 내지13c)을 경유하여 유동층 반응로(2, 3 및 4)로 수송되며, 사용된 환원 가스로서(as used reducing gas) 가스 배출 라인(14)을 경유하여 추출된다. 예를 들면, 환원 가스는 약 800℃의 온도 및 약 8바아의 절대 압력에서 최하부 유동층 반응로(1) 내로 유동하여 약 550℃의 온도 및 약 6바아의 절대 압력에서 사용된 환원 가스로서 최상부 유동층 반응로(4)를 떠난다.
사용된 환원 가스는 냉각기/세정기(15) 내에서 냉각되고 세정되며, 여기서 분진 및 수증기가 제거된다. 설명된 실시예에 따라 회로를 통과하는 냉각 및 세정된 가스는 라인(16)을 경유하여 압축기(17)로 공급된다. 압축기(17)에서, 사용된 환원 가스는 예를 들어 약 8바아의 압력으로 압축된다. 압축기(17) 다음에는 냉각기/세정기(15)에 의한 세정 중에 상당히 냉각된 사용된 환원 가스를 CO 변위 반응에 필요한 온도로 가열하는데 사용되는 가열 장치(18)가 있다. 이러한 방식으로 가열된 사용된 환원 가스는 라인(16a)을 경유하여 CO 변위 반응로(19)로 공급되며, CO 변위 반응로에서는 사용된 환원 가스 내에 존재하는 CO가 수증기에 의해 부분적으로 CO2및 H2로 전환된다. 도 1에 설명된 실시예에서, 수증기는 공급 라인(20)을 경유하여 사용된 환원 가스가 CO 변위 반응로(19)로 수송되는 라인(16a)으로 공급된다. 그러나, 수증기는 예를 들어, CO 변위 반응로(19)로 직접 공급될 수도 있다. CO 변위 반응로(19)에서, 사용된 환원 가스 내에 존재하는 C0는 수증기에 의해 CO2및 H2로 전환된다.
CO 변위 반응로(19)의 제공은 한편으론 CO2개질설비에 공급되는 가스의 CO2함량을 증가시킴으로써 개질설비의 반응을 촉진시키며, 다른 한편으론, CO 함량을 감소시킴으로써, 금속의 분진화, 즉 CO에 의한 설비의 금속 부분의 파괴가 실질적으로 제거된다. 게다가, CO 변위 반응로(19)로 인해 바람직한 환원 가스의 품질을 설정할 수 있게 하는 보다 가능성있는 방법을 제공한다. 개질 및 직접 환원에 필요한 가스 비는 특정 요구사항, 즉 CO/H2비에 따라 설정되어 변할 수 있거나 그리고 CO 함량은 감소될 수 있다.
CO 변위 반응로(19)는 우회 라인(21)에 의해 우회될 수 있으며, 그 결과 예를 들어 사용된 환원 가스의 일부양이 CO 변위 반응로(19)를 통과함이 없이 CO2개질설비(22)에 직접 공급되게 되어, 바람직한 환원 가스 품질을 설정할 수 있는 광범위한 가능성을 부여한다.
CO2개질설비(22)에서, 라인(16b)을 경유하여 공급된 가스는, 적절하다면 가열 전에, 라인(23)을 경유하여 공급된 메탄 함유 가스, 설명된 실시예에서는 천연 가스와 반응하여, CO 및 H2를 형성한다.
개질된 가스는 예를 들어 약 930℃의 온도에서 CO2개질설비(22)를 이탈한다. 상기 개질된 가스가 신선한 환원 가스로 사용되기 위해, 개질된 가스는 여전히 바람직한 환원 가스 온도로 가열되어야 한다. 예시적인 실시예에서, 라인(12)을 경유하여 CO2개질설비(22)로부터 추출된 개질된 가스의 일부분은 냉각기(24)를 경유하여 흐르고 나머지 부분은 냉각기를 우회하여 밸브(25)를 갖는 라인(12a)을경유하여 흐르며 상기 공정 중에 환원 가스의 온도는 약 800℃로 설정된다.
CO2개질설비(22)는 라인(26)을 경유하여 공급된 천연 가스를 라인(27)을 경유하여 공급된 공기와 같은 산소 함유 가스와 함께 연소시킴으로써 가열된다. 사용되고 가열된 환원 가스의 일부는 라인(28)을 경유하여 분리될 수 있고, CO2개질설비(22)를 가열하기 위해, 전술한 바와 유사하게 공기와 같은 산소 함유 가스로 연소될 수 있다. 상기 공정에서 형성된 연소 폐가스는 라인(29)을 경유하여 CO2개질설비(22)로부터 추출된다.
환원 가스 회로에서의 고압, 예를 들어 CO2개질설비(22)의 상부에서 약 7 내지 8의 절대 압력 및 가스가 최하부 유동층 반응로(1) 내에 유입되기 전의 약 6 내지 7 바아의 고압은 이에 대응하여 모든 내부 부품(fitting)(라인, 유동층 반응로)의 치수를 작게 한다. 또한, 탄소 및 퇴적물이 모든 부품 내에서 실질적으로 형성되지 않게 된다. 결국, 라이저(8)는 이미 자세히 전술된 것처럼, 환원된 재료를 괴상화 장치(10)로 이송하는데 유리하게 사용될 수도 있다.
도 2에 설명된 실시예에 따라, 사용된 환원 가스는 가열 장치(18)에서 가열된 후에 CO2개질설비(22)에 직접 공급되며, 그 결과 장치는 단순화되지만, 도 1에 설명된 실시예에서처럼 CO2개질설비(22)를 떠나는 환원 가스의 조성에 영향을 줄 가능성은 현저히 감소된다.
도 1에 설명된 실시예에 따른 가스의 화학적 조성, 온도 및 압력은 다음의실시예에서 보다 자세히 설명된다(압력은 절대 압력임).
A) 광석의 유동
- 광석 공급 라인(5)을 경유하여 유동층 반응로(4) 내로 유입된 광석 :
온도 : 약 50℃(약 1.44의 생성된 광석 중량에 기초한 온도).
조성 : 약 67%의 순철 함량, 12.5㎜ 이하의 입자 크기를 갖는 적철광(Fe2O3).
- 배출 라인(7)을 경유하여 유동층 반응로(1)로부터 배출되는 광석 :
온도 : 약 800℃(환원된 광석의 온도).
조성 : 약 93%의 총 철 함량(Fe), 금속화 92%, C = 1.5 - 2.5%.
입자 크기 : 6.3㎜ 이하.
환원된 광석은 라이저(8)를 경유하여 괴상화 장치(10)로 이송된다.
B) 가스 유동
- 라인(13)을 경유하여 유동층 반응로(1)로 유입된 가스 :
온도 : 약 800℃.
압력 : 약 7바아의 과압.
환원 가스의 조성 : CO : 21.7%
CO2: 3.2%
H2: 57.2%
H2O : 5.6%
CH4: 6.2%
N2: 6.1%
- 유동층 반응로(4)로부터 가스 배출 라인(14)을 경유한 사용된 환원 가스의 가스 배출 :
압력 : 약 5 바아의 과압
온도 : 약 550℃
가스 조성 : CO : 15.4%
CO2: 8.8%
H2: 46.5%
CH4: 4.4%
H2O : 18.3%
N2: 6.5%
가스 내의 분진 함량 : 생성물의 약 27 kg/t, 9.5g/m3n.
- 환원 가스 세척기(15)(또한 냉각기/세정기)를 통한 분진의 퇴적 :
- 세척기(15) 후의 사용된 환원 가스 :
압력 : 약 4 바아의 과압.
온도 : 약 40℃.
분진 함량 : 생성물의 27.3g/t, 약 10mg/m3n.
- 압축기(16) 후의 사용된 환원 가스 :
약 8 바아의 과압으로 압력 증가.
온도 : 약 100℃.
- 가열 장치(18) 후의 사용된 환원 가스 :
압력 : 약 7.8 바아의 과압.
온도 : 약 350℃.
- CO 변위 반응로(19) 내로의 유입 :
압력 : 약 7.8 바아의 과압.
온도 : 약 350℃.
가스 조성 : CO : 14.0%
CO2: 8.0%
H2: 42.4%
H2O : 26.6%
CH4: 4.0%
N2: 5.2%
- CO 변위 반응로(19) 후의 사용된 환원 가스 :
압력 약 7.5 바아의 과압.
온도 : 약 450℃.
- CO2개질설비(22) 내로 사용된 환원 가스의 유입(CH4가 혼합된 후) :
압력 : 약 7.5 바아의 과압
온도 : 약 450℃
가스 조성 : CO : 4.4%
CO2: 13.6%
H2: 43.9%
H2O : 14.9%
CH4: 17.5%
N2: 5.8%
- CO2개질설비(22)로부터 라인(12)을 경유한 환원 가스의 배출 :
압력 : 약 7 바아의 과압
온도 : 약 930℃
가스 조성 : CO : 22.6%
CO2: 3.3%
H2: 59.5%
H2O : 6%
CH4: 2.4%
N2: 6.1%

Claims (14)

  1. 하나 이상의 유동층 환원 영역 내에서 CO- 및 H2-를 함유하는 환원 가스에 의해 산화철을 함유하는 재료의 직접 환원 방법으로서, 상기 하나 이상의 유동층 환원 영역으로부터 나오는 CO2를 함유하는 사용된 환원 가스가 재순환되고, 신선한 환원 가스가 상기 사용된 환원 가스 및 메탄을 함유하는 가스, 특히 천연 가스의 CO2개질에 의해 생성되는 직접 환원 방법에 있어서,
    상기 CO2개질 및 상기 직접 환원이 고압, 바람직하게 4 바아 이상의 과압(5 바아의 절대 압력), 특히 약 7 바아의 과압에서 수행되는 것을 특징으로 하는 직접 환원 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 사용된 환원 가스는 상기 개질 전에 적어도 일부분이 CO 변위 반응을 거치는 것을 특징으로 하는 직접 환원 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    수증기가 상기 CO 변위 반응 전과 반응 중 어느 하나 이상에서 상기 사용된 환원 가스에 공급되는 것을 특징으로 하는 직접 환원 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 사용된 환원 가스가 상기 개질 전에 압축되어, 바람직하게 약 8 바아의 과압으로 되는 것을 특징으로 하는 직접 환원 방법.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항 이상에 있어서,
    상기 사용된 환원 가스가 CO 변위 반응 전에 압축되어, 바람직하게 약 8 바아의 과압으로 되는 것을 특징으로 하는 직접 환원 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항 이상에 있어서,
    상기 사용된 환원 가스가 상기 개질 전에 그리고 상기 선택적인 CO 변위 반응 전에 가열되는 것을 특징으로 하는 직접 환원 방법.
  7. 유동층 환원 영역을 수용하는 하나 이상의 유동층 반응로(1 내지 4), CO- 및 H2- 함유 환원 가스를 상기 유동층 반응로(1 내지 4)로 공급하는 공급 라인(12, 13) 및 메탄 함유 가스, 특히 천연 가스와 상기 사용된 환원 가스로부터 상기 CO- 및 H2- 함유 환원 가스를 생성하도록 상기 유동층 반응로(1 내지 4)로부터 CO2개질설비(22)로 연결된 사용된 환원 가스 배출용 가스 배출 라인(14, 16, 16a, 16b)을 갖는 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위한 장치로서, 상기 CO2개질설비(22)가 상기 공급 라인(12, 13)을 경유하여 상기 유동층 반응로(1내지 4)에 라인 연결된 장치에 있어서,
    상기 유동층 반응로(1 내지 4)로 공급되는 상기 가스를 고압, 바람직하게 약 5 바아의 과압, 특히 약 8 바아의 과압으로 압축하는 압축 장치(17)가 상기 CO2개질설비의 상류에 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    CO 변위 반응로(19)는 상기 사용된 환원 가스용 CO2개질설비(22)의 상류에 제공된 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    수증기 공급 라인(20)이 CO 변위 반응로(19) 또는 사용된 환원 가스를 이송하고 상기 CO 변위 반응로(19) 내로 개방되는 상기 가스 라인(16a) 내로 개방되는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 사용된 환원 가스를 압축하는 상기 압축 장치(17)가 상기 CO 변위 반응로(19)의 상류에 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항 이상에 있어서,
    세 개 이상, 바람직하게 네 개 이상의 연속적으로 연결된 유동층 반응로(1 내지 4)가 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항 이상에 있어서,
    상기 CO 변위 반응로(19)가 사용된 환원 가스용 우회 라인(21)에 의해 우회될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 7 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항 이상에 있어서,
    CH4함유 가스, 특히 천연 가스를 공급하는 라인(23)이 사용된 환원 가스를 상기 CO2개질설비(22)에 공급하는 상기 가스 라인(16b) 내로 개방되는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 7 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항 이상에 있어서,
    세정 및 압축된 상기 사용된 환원 가스를 위한 가열 장치(19)를 특징으로 하는 장치.
KR1020027005406A 1999-10-28 2000-10-05 산화철을 함유하는 재료의 직접 환원 방법 KR20020045617A (ko)

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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002000944A1 (de) * 2000-06-28 2002-01-03 Voest-Alpine Industrieanlagenbau Gmbh & Co Verfahren und anlage zur direktreduktion von teilchenförmigen oxidhältigen erzen
MXPA06003488A (es) * 2003-10-03 2006-06-08 Corus Technology Bv Metodo y aparato para reducir compuestos de metal-oxigeno.
EP2635714B1 (en) * 2010-11-05 2017-10-18 Midrex Technologies, Inc. Reformer tube apparatus having variable wall thickness and associated method of manufacture
WO2016193886A1 (en) * 2015-05-29 2016-12-08 Szego Eduardo Luigi Process for the synthesis of a reducing gaseous mixture starting from a hydrocarbon stream and carbon dioxide
PL3708684T3 (pl) 2019-03-15 2022-06-20 Primetals Technologies Austria GmbH Sposób redukcji bezpośredniej w złożu fluidalnym

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3305312A (en) * 1963-03-12 1967-02-21 Exxon Research Engineering Co Synthesis process
JPS523359B1 (ko) * 1971-07-08 1977-01-27
US4265868A (en) * 1978-02-08 1981-05-05 Koppers Company, Inc. Production of carbon monoxide by the gasification of carbonaceous materials
JPS5550411A (en) * 1978-10-03 1980-04-12 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Direct iron manufacturing method
DE2911692A1 (de) * 1979-03-24 1980-10-02 Metallgesellschaft Ag Verfahren zur erzeugung von reduktionsgas aus festen brennstoffen
JPS57185914A (en) * 1981-05-13 1982-11-16 Kawasaki Steel Corp Fluidized reduction method for iron ore by circulation of heat medium particle and reducing gas as well as coal
US5082251A (en) * 1990-03-30 1992-01-21 Fior De Venezuela Plant and process for fluidized bed reduction of ore
US5674308A (en) * 1994-08-12 1997-10-07 Midrex International B.V. Rotterdam, Zurich Branch Spouted bed circulating fluidized bed direct reduction system and method
US6149859A (en) * 1997-11-03 2000-11-21 Texaco Inc. Gasification plant for direct reduction reactors

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