KR20040107746A - 가스화기를 이용한 고로가스 재순환에 의한 이산화탄소배출 저감장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가스화기를 이용한 고로가스 재순환에 의한 이산화탄소 배출 저감장치에 관한 것으로서, 본 발명은 고로 상부에서 발생하는 재순환 고로가스와 폐탄화수소 및 순수 산소가 취입되며, 상기 취입되는 순수 산소를 이용하여 내부 고온을 유지하면서 상기 재순환 고로가스와 폐탄화수소를 반응시켜 상기 고로가스 중의 이산화탄소를 일산화탄소로 전환시켜 수소와 일산화탄소가 주 성분인 가스를 얻는 가스화기를 포함하고; 상기 가스화기에서 얻어지는 가스를 고로의 예비 환원영역에 취입하여 철광석의 환원에 쓰이는 탄소원으로 사용되도록 함으로써, 폐자원이 일으키는 고로에서의 문제를 해결하고 이산화탄소의 분리 및 처리하지 않고도 이산화탄소의 발생을 획기적으로 저감할 수 있도록 한다.
Description
본 발명은 가스화기를 이용한 고로가스 재순환에 의한 이산화탄소 배출저감방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고로 부생가스인 고로가스(BFG)의 일부를 다시 고로에 재사용되게 함으로써 사용되지 않고 그대로 배출되는 일산화탄소를 줄여 환원용 탄소의 사용효율을 높이고 가능한 모든 탄소를 이산화탄소 형태로 배출시킴으로써 연료 및 이산화탄소 발생을 줄일 수 있도록 한 고로가스 재순환에 의한 이산화탄소 배출 저감장치에 관한 것이다.
일반적으로 철광석을 환원시켜 선철을 생산하는 고로에서는 환원제로서 다량의 탄소를 사용하고 있으며, 이는 곧바로 이산화탄소의 발생과 직결된다. 그리하여 고로로 인해 발생되는 이산화탄소는 제철소 전체에서 발생하는 양의 70%를 차지하게 된다.
현재까지는 고로의 생산성에만 초점이 맞추어져 왔기 때문에 환원용 탄소의 사용효율은 큰 고려의 대상이 되지 못했지만, 환원용 탄소의 사용효율을 향상시켜 탄소사용량을 줄이면 그만큼 이산화탄소의 발생을 줄일 수 있기 때문에 고로 부생가스인 고로가스(BFG)의 일부를 다시 고로에 재사용되게 함으로써 사용되지 않고 그대로 배출되는 일산화탄소를 줄이고 가능한 모든 탄소를 이산화탄소 형태로 배출시킴으로써 연료 및 이산화탄소 발생을 줄이는 기술 개발이 요구되고 있다.
도 1a 내지 도 1d는 종래 고로가스(BFG) 순환방법들을 도식적으로 나타낸 것이다.
도 1a의 경우는 고로가스를 재사용하지 않고 곧 바로 배출하는 경우이다
도 1b는 단순히 고로가스(BFG)의 일부를 다시 고로(1)에 투입하여 재사용하는 경우로서, 고로가스(BFG)는 발열량이 낮고 대부분 불활성 기체인 질소와 이산화탄소로 구성되어 있어 이와 같이 고로가스를 단순히 고로에 투입하게 되면 고로의 온도를 유지할 수 없게 되는 단점이 있다.
도 1c는 상기 도 1b의 방법에서 발생되는 열량 및 잠열문제를 해결하고자 개발된 것으로서, 이것은 고로 가열 및 연소 공기에 산소를 부화시키는 방법이다. 그러나, 이 경우에도 로의 효율이 전반적으로 떨어지며 연료 사용량은 오히려 증가하는 것으로 나타났다.
도 1d는 상기 도 1c와 같은 순환방법이 개량된 형태로서, 순환시키는 고로가스(BFG)에서 이산화탄소(CO2)를 분리해 낸 후 고로(1)에 투입시키는 방법이다. 이 방법을 적용한 전산모사 결과 고로의 생산성은 약 25% 정도 증가하며, 연료 사용비율은 약 20% 정도 낮아질 수 있다고 보고되어 있다. 이러한 도 1d의 경우를 HRG(hot reducing gas) 시스템이라고 하는데 이에 대하여 Russia의 Tseitlin 등이 1985~1990년의 기간 동안에 RPA(Research and Production Amalgamation)의 고로(1,033[m3])에서 파일럿 테스트(pilot test)를 수행하였다. 즉, 순환할 고로 top-gas는 가압, 먼지제거, CO2분리 과정을 거친 후 재가열되어 고로 하부로 투입된다. 이 실험결과, 고로의 생산 효율을 일정하게 할 경우에 고로에 투입되는 카본의 비율이 약 25~30% 정도 감소하였다.
이산화탄소 문제와 관련하여 볼 때, 상기 HRG 시스템에 의한 BFG 고로 재순환방법에는 다음과 같은 장점이 있다.
첫째, 고로의 효율을 현재 수준으로 유지하면서 코크스 투입량을 절감 가능하여 이산화탄소의 배출량을 줄일 수 있는 이점이 있으며, 둘째, 탄소 함량이 높은 BFG의 순환으로 인해 BFG 내의 CO2함량이 높아지게 되어 분리 비용을 절감할 수 있다. 극단적인 경우로 BFG 순환률이 100%라 함은 질소를 전혀 사용치 않는 경우이다. 즉, 이 기술은 코크스의 카본의 이용율을 최대화하고자 하는 것이다.
반면, 단점 및 문제점으로는 대용량의 산소제조 시설 및 CO2분리 시설을 필요로 하는 등의 경제적인 문제와, 환원분위기의 가스를 고온에서 처리하는 HRG 주입 시스템의 안정화 등에 관한 기술적인 문제가 남아 있다. 그러나, 상기 HRG 시스템은 고로효율을 만족하면서 에너지 절약 즉 이산화탄소 절감을 동시에 만족시킬 수 있는 가능성을 제시하고 있다.
도 2는 「arcelor」사에서 제안한 종래의 고로가스 재순환 기술로서 공기대신 순산소만을 이용하고 발생되는 이산화탄소를 전량회수하는 가스 무배출 시스템의 개념도를 나타낸 것이며, 기존 전통적인 고로조업과 비교하여 물질수지 변화에 대한 모사계산을 수행한 결과를 함께 보여주고 있다. 이 시스템은 앞에서 설명된 HRG 시스템의 특수한 경우이다. 여기서는 열풍로를 사용하지 않고 순산소를 사용하는 것이 중요한 특징이며 열풍로를 사용하지 않는 것이 장점으로 생각될 수 있다. 그러나 앞에서 지적했던 문제점들 외에도 산소만으로 고로조업을 안정적으로 유지할 수 있는 가에 대한 속도론적, 동역학적 규명이 필요하다.
한편, 이러한 고로가스 재순환 기술과는 직접적인 관련은 없지만 이산화탄소 발생 저감과 관련하여 폐자원을 이용하는 측면에서 고로의 생산성을 향상시키고 코크스를 대체하기 위한 미분탄, 폐플라스틱, 폐유 등의 고로 취입 방법이 있다. 미분탄 취입의 경우는 현재 고로에 상당부분 적용되어 있는 기술이며 폐플라스틱 및 폐유의 고로 취입은 환경오염물질인 폐플라스틱의 처리와 함께 폐플라스틱이 석탄에 비교하여 카본의 함량이 낮으면서 고발열량을 얻을 수 있다는 특징이 있어 선진 제철소에서 이산화탄소 저감을 위한 기술로서 채택 및 연구 개발을 하고 있는 분야이다. 이들 기술은 어느 정도 기술적인 개발이 완료되어 있는 상태이며 그 효과도 입증되어 있으나, 고체 및 액체를 취급해야 하므로 취입설비의 운전 및 유지보수가 힘들어 취입설비의 개선이 요구되고 있으며, 고로 내부에서의 반응성에 있어서도 해결해야 될 과제가 많이 남아 있다.
따라서 본 발명은 상기 종래의 문제점들을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명은 폐자원을 가스화하여 이용함으로써 폐자원이 일으키는 고로에서의 문제를 해결하고 이산화탄소의 분리 및 처리하지 않고도 이산화탄소의 발생을 획기적으로 저감할 수 있도록 한 가스화기를 이용한 고로가스 재순환에 의한 이산화탄소 배출 저감장치를 제공함에 그 목적이 있다.
도 1a 내지 도 1d는 종래의 고로가스(BFG) 순환방법을 도식화한 참고도
도 2는 종래 기술에 의한 공기대신 순산소만을 이용하고 발생되는 이산화탄소를 전량회수하는 가스 무배출 시스템의 개념도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 가스화기를 이용한 고로가스 재순환에 의한 이산화탄소 배출 저감장치를 도식화한 개념도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 고로 2 : 가스화기 3 : 연소기
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 고로 상부에서 발생하는 재순환 고로가스와 폐탄화수소 및 순수 산소가 취입되며, 상기 취입되는 순수 산소를 이용하여 내부 고온을 유지하면서 상기 재순환 고로가스와 폐탄화수소를 반응시켜 상기 고로가스 중의 이산화탄소를 일산화탄소로 전환시켜 수소와 일산화탄소가 주 성분인 가스를 얻는 가스화기를 포함하고; 상기 가스화기에서 얻어지는 가스를 고로의 예비 환원영역에 취입하여 철광석의 환원에 쓰이는 탄소원으로 사용되도록 구성한 것을 특징으로 하는 가스화기를 이용한 고로가스 재순환에 의한 이산화탄소 배출저감장치를 제공한다.
상기 본 발명에서 고로의 하부에는 로내 온도 유지를 위한 순수 산소를 취입하여 고로의 탄소원인 코크스의 일부가 연소되도록 하는 것이 바람직할 것이다.
상기 본 발명에서는 재순환 고로가스 중에 이산화탄소의 과다한 축적에 의한 가스의 환원 능력저하를 방지하기 위해 상기 고로 상부 발생가스의 일부를 외부로 배출시킬 수도 있으며, 이 경우에는 상기 고로 상부에서 외부로 방출되는 고로가스에 포함된 일산화탄소와 수소, 및 그들의 연소를 위한 순수 산소를 취입하여, 연소에 의해 순수 이산화탄소를 발생시키는 연소기를 더 포함하도록 구성할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 가스화기를 이용한 고로가스 재순환에 의한 이산화탄소 배출 저감장치의 개략 구성도로서, 고로(1)에서 발생되는 가스의 재순환을 위한 가스화기(2)와, 고로가스를 연소시켜 이산화탄소를 발생시키는 연소기(3)를 포함한다.
상기 가스화기(2)에는 고로(1) 상부에서 발생하는 재순환 고로가스와 폐탄화수소 및 순수 산소가 취입되며, 상기 취입되는 순수 산소를 이용하여 내부 고온을 유지하면서 상기 재순환 고로가스와 폐탄화수소를 반응시켜 상기 고로가스 중의 이산화탄소를 일산화탄소로 전환시켜 수소와 일산화탄소가 주 성분인 가스를 얻을 수 있도록 구성하고, 상기 가스화기(2)에서 얻어지는 가스를 고로(1)의 예비 환원영역에 취입하여 철광석의 환원에 쓰이는 탄소원으로 사용되도록 구성하여, 본 발명에의한 이산화탄소 배출 저감장치를 구성한다.
상기 본 발명에서는 특히 상기 고로(1)의 하부에 로내 온도 유지를 위한 순수 산소를 취입하여 고로의 탄소원인 코크스의 일부가 연소되도록 구성하며, 또한 상기 재순환 고로가스 중에 이산화탄소의 과다한 축적에 의한 가스의 환원 능력저하를 방지하기 위해 상기 고로 상부 발생가스의 일부를 외부로 배출시킬 수도 있도록 구성하고, 이 경우에는 상기 고로 상부에서 외부로 방출되는 고로가스에 포함된 일산화탄소와 수소, 및 그들의 연소를 위한 순수 산소를 취입하는 연소기를 설치하여, 상기 연소기의 작용에 의해 순수 이산화탄소가 외부로 배출될 수 있도록 한다.
이상과 같이 구성되는 본 발명의 작용 효과는 다음과 같다.
우선, 이상의 본 발명에서는 재순환되는 고로 가스로부터 이산화탄소를 분리하는 대신 가스화기(2)를 통과시켜 폐탄화수소와 반응하도록 하며, 이 가스화기(2)에서 이산화탄소는 일산화탄소로 전환되도록 하는 것으로서, 이로써 이산화탄소로부터 전환되어 발생하는 일산화탄소와 폐탄화수소로부터 가스화되어 발생하는 일산화탄소 및 수소는 고로에 장입되어 환원제 역할을 하게 되며, 이로 인한 환원용 탄소인 코크스의 사용을 저감함과 동시에 이산화탄소의 발생을 감소시킬 수 있게 되는 것이다.
즉, 도 3에서 보는 바와 같이 고로(1) 상부에서 발생하는 고로가스를 가스화기(2)에 재순환시키며, 상기 가스화기(2)에서는 순수 산소를 취입 및 사용하여 가스화기의 온도를 유지시키고 여기에서 얻어지는 고온을 이용하여 재순환 고로가스 중의 이산화탄소를 전환시키고 폐 탄화수소를 전환시켜 수소와 일산화탄소가 주 성분인 가스를 얻는다. 여기서 얻어지는 가스는 고로(1)의 예비 환원영역에 취입함으로써 고로에서의 철광석의 환원도를 높이고 철광석의 환원에 쓰이는 탄소원의 사용을 최소화한다.
한편, 고로 하부에는 고로의 온도 유지를 위하여 순수 산소를 취입하여 고로의 탄소원인 코크스의 일부가 연소되도록 한다. 그리하여 고로 상부에서 발생하는 가스의 주성분은 물, 이산화탄소, 일산화탄소, 수소 등이 될 수 있게 한다.
또한 재순환 고로가스 중에 이산화탄소의 과다한 축적이 일어나 가스의 환원 능력을 떨어뜨리는 것을 방지하기 위하여 고로 상부 발생가스의 일부를 계외로 배출시킨다. 이때 상기 계외로 배출되는 가스에 포함된 일산화탄소 및 수소는 연소기(3)를 통해 연소시켜 줌으로써, 상기 연소 후에는 거의 순수한 이산화 탄소만 발생하도록 하여 나중에 재처리 쉽도록 한다.
이상의 본 발명에 의하면, 폐탄화수소가 취입되는 가스화기를 이용하여 고로가스 중의 이산화탄소를 일산화탄소로 전환되도록 하고 그것을 고로의 예비 환원영역에 장입하여 환원제 역할을 하게 함으로써, 고로 내에서의 환원용 탄소인 코크스의 사용을 저감함과 동시에 이산화탄소의 획기적인 저감이 가능하게 된다.
또한 본 발명에 의하면, 연소기에서 연소된 이산화탄소의 적절한 처리방법이 개발될 경우 이산화탄소를 전혀 배출시키지 않는 무공해 고로 운전이 가능해지도록 하는 이점을 얻을 수 있게 된다.
Claims (4)
- 고로 상부에서 발생하는 재순환 고로가스와 폐탄화수소 및 순수 산소가 취입되며, 상기 취입되는 순수 산소를 이용하여 내부 고온을 유지하면서 상기 재순환 고로가스와 폐탄화수소를 반응시켜 상기 고로가스 중의 이산화탄소를 일산화탄소로 전환시켜 수소와 일산화탄소가 주 성분인 가스를 얻는 가스화기를 포함하고;상기 가스화기에서 얻어지는 가스를 고로의 예비 환원영역에 취입하여 철광석의 환원에 쓰이는 탄소원으로 사용되도록 구성한 것을 특징으로 하는 가스화기를 이용한 고로가스 재순환에 의한 이산화탄소 배출 저감장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 고로의 하부에는 로내 온도 유지를 위한 순수 산소를 취입하여 고로의 탄소원인 코크스의 일부가 연소되도록 하는 것을 특징으로 하는 가스화기를 이용한 고로가스 재순환에 의한 이산화탄소 배출 저감장치.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 재순환 고로가스 중에 이산화탄소의 과다한 축적에 의한 가스의 환원 능력저하를 방지하기 위해 상기 고로 상부 발생가스의 일부를 외부로 배출시키는 것을 특징으로 하는 가스화기를 이용한 고로가스 재순환에 의한 이산화탄소 배출 저감장치.
- 제 3항에 있어서,상기 고로 상부에서 외부로 방출되는 고로가스에 포함된 일산화탄소와 수소, 및 그들의 연소를 위한 순수 산소를 취입하여, 연소에 의해 순수 이산화탄소를 발생시키는 연소기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스화기를 이용한 고로가스 재순환에 의한 이산화탄소 배출 저감장치.
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2003
- 2003-06-12 KR KR1020030038055A patent/KR20040107746A/ko not_active Application Discontinuation
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