KR20110120330A - 대체 가스 제조 장치 및 방법 - Google Patents

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지멘스 브이에이아이 메탈스 테크놀로지스 게엠베하
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Abstract

산화철을 함유한 입자상 물질을 환원하기 위한 장치 및 방법이 개시되어 있으며, 상기 산화철 함유 물질은 환원 구역에서 환원 가스에 의해 적어도 부분적으로 환원되고, 환원 과정에서 생성된 폐가스는 송출되어 CO2 분리 장치(1)에서 CO2 세척 처리되며, CO2를 함유한 테일 가스는 상기 프로세스에서 분리된다. 상기 테일 가스는 연소된 다음 탈수기(5)에서 탈수되며, 얻어진 대체 가스는 불활성 가스를 대체하기 위해 사용된다.

Description

대체 가스 제조 장치 및 방법{METHOD AND PLANT FOR THE PRODUCTION OF SUBSTITUTE GAS}
본 발명은 산화철을 함유한 입자상 물질을 환원하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 상기 산화철 함유 물질은 환원 구역에서 환원 가스에 의해 적어도 부분적으로 환원되고, 환원 과정에서 생성된 폐가스는 송출되어 CO2 세척 처리되며, CO2를 함유한 테일 가스(tail gas)는 분리된다.
환원 프로세스가 끝난 후 환원 구역으로부터 환원 가스가 노정 가스(top gas)로서 재활용을 위해 송출되는 것이 종래의 기술로부터 공지되어 있다. 이와 관련하여, 노정 가스가 먼저 세척되고, 노정 가스로부터 CO2가 분리되는 것이 공지되어 있다. CO2 및/또는 H2O를 분리함으로써, 노정 가스의 생산잠재력이 증대될 수 있고, 이는 환원을 위해 재사용될 수 있다.
상기 CO2 세척 과정에서 얻어진 CO2 함유 테일 가스는 다양한 조성을 갖는다. 상기 테일 가스가 열적으로 활용되며, 그에 따라 생성된 에너지가 프로세스에서 사용될 수 있다는 것이 종래 기술로부터 공지되어 있다.
종래 기술의 단점은 대기로 방출되어야 하는 상당량의 폐가스가 여전히 존재한다는 것이다.
이에, 본 발명의 목적은 프로세스에서 불활성 가스의 대체재로서 상기 테일 가스를 사용할 수 있도록 하면서, 환경에 대한 영향을 줄이는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
이 목적은 청구항 제 1 항에 청구된 발명에 따른 방법과, 청구항 제 10 항에 청구된 장치에 의해 실현된다.
본 발명에 따른 방법은 대체 가스를 생산하는 효과를 가지며, 상기 대체 가스는, 특히 순수 산소와의 연소의 결과로서 연소가능한 성분을 더 이상 갖지 않으며, 따라서, 탈수 후, 불활성 가스와 상응하는 특성 프로파일을 갖고, 따라서, 불활성 가스를 대신하는 저렴한 대체재로서 사용될 수 있다. 불활성 가스를 생성하기 위해 테일 가스를 사용하는 하나의 장점은 테일 가스가 매우 낮은 질소(N2) 함량을 갖는다는 것이다. 또한, 테일 가스의 사용은 CO2 배출을 줄이고, 제철 프로세스의 운전비용을 줄이는 효과가 있다. 연소를 위해, 기술적으로 순수한 산소, 또는 적어도 90%, 유리하게는 99% 이상의 산소 성분을 가진 산소 함유 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 이로 인하여, 단지 적은 비율의 질소와 산소를 함유하고, CO2 함량이 90%를 초과하는 대체 가스를 생산할 수 있다.
상기 테일 가스는 환원 프로세스의 폐가스로부터 얻어질 수 있다. 이와 관련하여, 예를 들어 용광로 또는 환원 샤프트로부터의 노정 가스, 또는 유동층 유닛으로부터의 오프가스(offgas), 또는 제련 프로세스로부터의 잉여가스가 사용될 수 있다.
환원 구역에서의 산화철 함유 입자상 물질의 환원에 있어서, 해면철이 먼저 생산된 다음, 선철로 제련될 수 있으나, 이 과정이 제련 환원이 일어나는 용광로에서 연속적으로 이루어진다고 상정할 수도 있다.
본 발명의 유리한 방법은 금속야금 장치 및 방법에서 흔히 사용되는 질소 함유 불활성 가스가 대체될 수 있도록 한다. 불활성 가스 내의 질소는 질소가 농후한 프로세스 가스를 재활용하는 과정에서 특히 불리하며, 그 이유는 매우 복잡하여 결국 비경제적인 작업으로 기술적으로 다시 제거될 수 있기 때문이다. 질소 대신 대체 가스를 사용하기 때문에, 재활용된 프로세스 가스로부터의 CO2 분리는 공지의 기술적 방법으로 훨씬 더 용이하게 이루어질 수 있다. 불활성 가스와는 다르게, 대체 가스는 분리될 수 있기 때문에, 가스의 총량이 저감되며, 전력 소비도 저감되고, 제철 장치 및 프로세스 가스 재활용 장치가 소형이면서 저렴한 비용으로 제조될 수 있다.
아울러, 상기 대체 가스는, 많은 고정화 프로세스가 가스의 순도에 대한 필요조건을 요구하고 있기 때문에, CO2의 고정화(sequestration)에 적합하다.
본 발명에 따른 방법의 유리한 실시예에 따르면, 연소 후, 상기 대체 가스는 적어도 일 단계에서 특히 20 내지 60℃의 온도로 냉각되며, 탈수되고, 압축되며, 선택적으로 건조된다. 고온의 대체 가스의 냉각은 예를 들어 수분이 응축에 의해 침전되도록 하는 효과를 갖고, 그로 인해 대체 가스는 탈수된다. 이는 대체 가스가 불활성 가스의 대체재로 사용될 때 중요한데, 그렇지 않으면 응축이 공급 라인에서 발생하여 부식과 기능상의 문제를 야기할 수 있기 때문이다. 상기 압축은 대체 가스가 산업상 통상적으로 요구되는 압력 수준이 되도록 하는 효과가 있다. CO2분리로인해 생성된 테일 가스는 약 0.1 bar의 낮은 압력을 갖기 때문에, 대체 가스의 압축이 필요하다. 선택적 건조는 대체 가스의 수분 함량을 더 낮추는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 상기 산소 함유 가스와 테일 가스의 혼합물의 연소가 연소 챔버에서 이루어진다. 상기 연소 챔버는 연소가 제어된 조건에서 이루어질 수 있도록 하고, 특히 완전 연소를 추구한다. 또한, 연소 온도는 매우 일정한 조건하에서 안정적인 동작이 가능하도록 소정의 범위 내로 유지될 수 있다. 이는, 시간이 지남에 따라 테일 가스가 일정한 조성을 가질 수 없으며, 그에 따라 연소가 상응하는 영향을 받게 되기 때문에, 바람직하다.
본 발명에 따른 방법의 특히 유리한 실시예에 따르면, 상기 테일 가스는 블로어(blower) 또는 압축기에 의해 버너 시스템으로 도입되며, 특히 유동률 제어기에 의해 그 양이 조절된다. 상기 테일 가스는 CO2 세척을 마쳤을 때 낮은 압력을 가지며, 그 양과 압력 수준이 프로세스의 결과로서 변동될 수도 있다. 상기 블로어와 유동률 제어기는 테일 가스의 양이 특수하게 설정되어 그에 따라 버너 시스템으로 도입될 수 있도록 한다. 상기 테일 가스는, 예를 들어, 조성과 양에서의 변동을 조화시키기 위해, 선택적으로 가스 축적기에 임시 저장될 수 있으며, 특히 발열량에서의 변동을 조화시키고, 그에 따라 안정된 조건하에서의 연소를 구현하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 방법의 다른 유리한 실시예에 따르면, 상기 대체 가스의 적어도 일부가, 선택적으로, 탈수 및/또는 압축 후, 산소 함유 가스와 혼합되어 버너 시스템으로 회귀된다. 탈수 후, 상기 대체 가스의 압력 수준은 변화될 수 있다. 상기 대체 가스의 회귀는 연소될 가스와 산소 함유 가스의 혼합이 변경될 수 있도록 하여, 상기 가스 혼합물 내의 연소가능한 성분의 비율이 변하게 된다.
본 발명에 따른 방법은, 예를 들어, 연소 챔버 및 대체 가스의 연소 온도 또는 온도가 설정될 수 있도록 한다. 이에 따라, 질소산화물(NOx)의 형성이 억제되거나, 적어도 상당히 저감될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 특수한 실시예에 따르면, 상기 버너 시스템으로 회귀하는 대체 가스의 정량적 공급은 가스 연소 과정에서 화염 온도가 일정하게 유지되도록 이루어진다. 이에 따라, 최적화되고 일정한 조건하에서의 연소를 보장할 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 적절한 실시예에 따르면, 연소 전에, 상기 테일 가스는 환원 또는 제련 환원 프로세스로부터의 노정 가스, 오프가스 또는 잉여 가스와 혼합된다. 상기 산화철 함유 입자상 물질의 환원 후, 환원 구역으로부터 환원 가스가 송출된다. 환원 샤프트의 경우 또는 용광로의 경우, 이 가스는 노정 가스를 의미하며, 유동층 유닛의 경우에는 오프가스를 의미한다. 또한, 잉여 가스로 알려져 있으며 상기 프로세스에서는 현재 필요하지 않은 환원 가스도 마찬가지로 사용될 수 있다. 상기 가스들의 추가는 대체 가스의 양과 연소 온도가 영향을 받거나 설정될 수 있도록 한다.
본 발명에 따른 방법의 유리한 실시예에 따르면, 상기 탈수되고, 압축되며, 선택적으로 건조된 대체 가스는, 산화물 및/또는 석탄 장입 작업의 배리어 가스 시스템에 사용되거나, 석탄 투입 작업의 추진 가스로서 사용되거나, 버너 랜스(lances)를 냉각시키기 위해 사용되거나, 세정 및 냉각 가스로서 사용되거나, 버너 시스템 또는 레이스웨이의 화염 온도를 제어하기 위해 사용되거나, 공압식 컨베이어의 캐리어 가스로서 사용될 수 있다. CO2의 높은 비율은 상기 탈수되고 압축된 대체 가스가 많은 응용분야에서 사용될 수 있도록 하며, 산업상 널리 사용되고 있는 질소 또는 다른 불활성 가스의 대체가 가능하다. 레이스웨이는 블라스팅(blasting)하는 동안 용광로에 형성되는 버블형 공동을 의미한다는 것을 당업자라면 이해할 것이다.
본 발명에 따른 방법의 유리한 실시예에 따르면, 상기 테일 가스 및/또는 상기 산소 함유 가스 및/또는 상기 회귀된 대체 가스는 연소 전에 예열되고, 연소 과정에서 생성된 폐열을 이용한다. 연소 챔버에서의 연소로부터 발생된 폐열은 상기 가스의 예열을 위해 사용될 수 있으며, 이에 따라 연소 과정에서 보다 더 정확한 온도 설정이 실현된다. 또한, 이는, 예를 들어, NOx 성분과 같은, 대체 가스의 조성을 제어할 수 있도록 한다.
본 발명에 따른 장치는, CO2 분리 기구로부터의 CO2 함유 가스가 최적화된 방식으로 더 이상 연소가능하지 않고 비교적 위험하지 않은 대체 가스로 단순한 구조의 장치에 의해 변환될 수 있다는 장점을 갖는다. 이를 위하여, 특히 순수 산소를 함유한 산소 함유 가스와 테일 가스를 혼합하기 위한 버너 시스템과, 이 가스들이 도입되고 연소되어 대체 가스를 형성하며, 대체 가스 배출 라인으로 배출되어지는 연소 챔버가 제공된다. 대안적으로, 버너 시스템에서 산소 함유 가스와 혼합되기 전에, 테일 가스를 임시 저장하기 위한 가스 축적기가 제공될 수 있다. 프로세스의 결과로서 상기 테일 가스의 조성과 그에 따른 발열량이 변동되기 때문에, 상기 가스 축적기는 테일 가스의 조성이 매우 균질화될 수 있도록 하며, 따라서, 매우 일정한 조건하에서 안정적인 연소가 보장될 수 있다.
상기 대체 가스 라인은 상기 연소 챔버를 대체 가스로부터 물을 분리시키는 탈수 기구에 연결한다. 탈수된 대체 가스는 산업상 통상적인 불활성 가스 시스템에 의해 불활성 가스 소비자에게 공급될 수 있다. 매우 높은 CO2 비율과 낮은 N2로 인하여, 이 대체 가스는 많은 응용분야에 적합하다. 산소 함유 가스와 테일 가스의 매우 긴밀한 혼합이 버너 시스템에 의해 이루어지며, 이에 따라, 테일 가스의 연소가능한 성분의 완전 연소가 보장될 수 있다.
통상적인 CO2 분리 기구들은, 예를 들어, 압력 순환 흡착(Pressure Swing Adsorption) 또는 진공 압력 순환 흡착의 원리로 작동하며, 당업자들에게 공지되어 있다.
본 발명에 따른 장치의 대안적 실시예에 따르면, 테일 가스를 압축하는 적어도 하나의 압축기가 상기 가스 축적기와 상기 연소 챔버 사이에 배치된다. 연소 전의 압축은, 장치의 구성요소가 더 고압에서 작동할 수 있으며, 이에 따라, 더 소형으로 제조될 수 있다는 장점을 갖는다.
본 발명에 따른 장치에 대한 하나의 가능한 변형예는, 적어도 하나의 대체 가스 압축기가 상기 탈수된 대체 가스를 압축하기 위해 제공된다는 것이다. 이에 따라, 압력 수준이 대체 가스의 또 다른 용도에 적합해질 수 있다.
본 발명에 따른 장치의 대안적 실시예에 따르면, 상기 테일 가스를 상기 버너 시스템으로 공급하기 위해, 블로어 또는 압축기와, 선택적으로 유동률 제어기가 제공된다. 프로세스의 결과로서, 상기 테일 가스는 매우 낮은 압력을 갖기 때문에, 블로어 또는 압축기에 의해 공급되어야만 하고, 이는 테일 가스의 정량적 제어를 또한 포함한다.
본 발명에 따른 장치의 실시예에 따르면, 상기 탈수된 대체 가스의 일부를 회귀시키고, 이를 산소와 혼합한 후 버너 시스템으로 도입하기 위한 회귀 라인이 제공되며, 이 회귀 라인은 상기 탈수 기구 하류의 대체 가스 라인으로부터 분지된다. 이에 따라, 필요하다면, 상기 탈수된 대체 가스의 일부가 버너 시스템으로 회귀될 수 있음으로써, 연소가능하지 않은 성분의 공급에 의해 연소에 영향을 미칠 수 있다.
본 발명에 따른 장치의 유리한 실시예에 따르면, 상기 압축된 대체 가스를 탈수하기 위한 추가의 탈수 기구가 제공된다. 추가적인 탈수는 대체 가스의 수분 함량을 더 낮추는 효과를 갖는다.
본 발명에 따른 장치의 특수한 실시예에 따르면, 상기 탈수 기구는 대체 가스로부터 물을 분리하기 위한 응축액 분리기와, 냉각 및 폐열 회수 기구를 포함한다. 응축에 의한 탈수는 확실하게 믿을 수 있는 기술이다.
본 발명에 따른 장치의 특히 유리한 실시예에 따르면, 상기 대체 가스 라인으로부터 회귀 라인이 분지된 하류에 추가의 압축기가 배열된다. 상기 압축기는 회귀되지 않은 대체 가스의 압력이 별도로 설정되어 차후 용도에 적합하게 될 수 있도록 한다.
이하, 첨부된 도 1 내지 도 4에 기초하여 예로서 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
도 1 및 도 2는 대체 가스를 제조하기 위한 본 발명에 따른 장치의 두가지 실시예를 도시한 도면이고,
도 3 및 도 4는 대체 가스의 회귀와 대체 가스를 제조하기 위한 본 발명에 따른 장치의 두가지 실시예를 도시한 도면이다.
도 1은 대체 가스를 제조하기 위한 본 발명에 따른 장치를 도시하고 있다. 용광로, 환원 샤프트, 유동층 유닛 또는 그 밖의 용융 기화장치일 수 있는 도시되지 않은 환원 유닛으로부터, 송출된 폐가스(AG), 즉 환원을 위해 이미 사용된 환원 가스가 CO2 분리 기구(1)로 공급된다. 이에 따라, CO2를 함유한 테일 가스(TG)와 생성물 가스(PG)가 형성되며, 상기 테일 가스는 먼저 가스 축적기(14)에 임시 저장된다. 상기 가스 축적기(14)의 체적은, 테일 가스의 조성 변동이 대체로 균형잡히도록, 선택된다. 상기 테일 가스(TG)는, 예를 들어 2단 스크류 압축기, 피스톤 압축기 또는 다단 터보압축기일 수 있는 압축기(6)에 의해 6 내지 12 bar의 압력으로 먼저 압축되어 버너 시스템(2)으로 공급되며, 상기 버너 시스템에서 테일 가스(TG)는 산소 함유 가스(O2-G)와 혼합된다. 일반적으로, 기술적으로 순수 산소가 이 목적을 위해 추가된다. 연소 전 테일 가스(TG)의 압축은, 대체 가스에 탈수 또는 냉각 처리만 할 수 있도록 함으로써, 단순한 구조의 장치가 가능하게 된다.
선택적으로, 공급 라인(8)에 의해, 예를 들어, 노정 가스, 오프가스 또는 잉여 가스와 같은 폐가스(AG)가 테일 가스와 직접 혼합되어, 버너 시스템(2)으로 공급될 수 있다.
그 다음, 상기 테일 가스와 산소 함유 가스(O2-G), 및 선택적으로 폐가스(AG)의 혼합물은 연소 챔버(3)로 공급되며, 여기서 상기 테일 가스(TG)와 선택적으로 폐가스(AG)는 대체로 완전히 연소됨으로써, 연소 과정에서 형성된 대체 가스는 높은 비율의 CO2와 단지 소량의 수증기, 질소 또는 산소를 갖게 된다. 상기 연소 과정에서 형성된 대체 가스는 대체 가스 라인(4)에 의해 탈수 기구(5)로 공급되며, 상기 탈수 기구에 의해 대체 가스로부터 수분이 대부분 분리된다. 상기 연소 챔버는 구성 유닛을 형성하도록 탈수 기구(5)와 통합될 수도 있다. 상기 탈수 기구(5)는 냉각기 또는 폐열 회수 기구(11) 및 응축액 분리기(12)를 포함할 수 있으며, 분리된 물은 라인을 통해 응축액으로서 배출된다. 아울러, 대체 가스 내의 수분 함량을 가스의 이슬점 이하로 더 낮추기 위해 건조 기구(15)가 제공될 수 있다. 그 다음, 건조된 대체 가스는 불활성 가스 소비자(IV)에게 공급되거나, 고정화(sequestering) 압축기(17)에 의해 압력이 상승된 후 CO2 고정화(SQ)로 공급될 수 있다.
도 2는 테일 가스(TG)를 약 0.1 내지 0.3 bar의 압력으로 약간 압축하는 블로어(6)가 제공됨으로써, 도 1에 도시된 실시예와 상이한 대안적 실시예를 도시하고 있다. 또한, 대체 가스 압축기(7)에 의해 6 내지 12 bar의 압력으로 대체 가스의 압축이 이루어진다. 상기 대체 가스 압축기(7)는 예를 들어 2단 스크류 압축기, 피스톤 압축기 또는 다단 터보압축기로 구성될 수 있다.
도 3 및 도 4는 도 1 및 도 2에 따른 실시예와 대비되는 대안적 장치를 각각 도시하고 있다. 여기서, 탈수된 대체 가스의 일부를 버너 시스템(2)으로 회귀시키기 위한 회귀 라인(9)이 각각 제공된다. 이는 테일 가스의 연소와 그에 따른 화염 온도의 설정을 가능하게 한다. 따라서, 상기 회귀 라인(9)은 탈수 기구(5) 하류의 대체 가스 라인(4)으로부터 분지된다.
도 4에 따르면, 추가 압축기(13), 추가적인 탈수 기구(10) 및 건조 기구(15)가 대체 가스 라인(4)으로부터 회귀 라인(9)이 분지된 하류에 제공될 수 있다. 도 2에 따른 실시예에서 유추하여, 테일 가스(TG)를 약 0.1 내지 0.3 bar의 압력으로 약간 압축하는 블로어(6)가 제공되며, 6 내지 12 bar의 압력으로의 압축을 위해 추가 압축기(7)가 제공된다.
도 1 내지 도 4 중 하나에 따른 장치 모두가 상기 블로어 또는 압축기(6)의 하류에 시동(starting-up) 또는 양조절(amount-balancing) 라인(18)을 구비하는 것이 선택적으로 가능하다. 이 라인은 예를 들어 환원 프로세스로부터 배출된 수출 가스(export gas)의 스트림과, 대체 가스의 제조 또는 고정화에 사용되지 않는 테일 가스를 혼합하는 역할을 한다. 대안적으로, 상기 시동 또는 양조절 라인(18)은, 여기서 불필요한 테일 가스(TG)를 운반하기 위해, 가스 축적기(14) 또는 블로어 또는 압축기(6)의 하류에 배치될 수도 있다.
회귀된 대체 가스의 운반 또는 압축을 위해, 회귀 라인(9)에 압축기가 제공될 수 있다. 분리하여 공급함으로써, 상기 산소 함유 가스(O2-G)는 회귀된 대체 가스와 먼저 혼합된 다음, 버너 시스템(2)으로 도입된다. 추가 압축기(13), 추가적인 탈수 기구(10) 및 건조 기구(15)가 회귀 라인(9)이 분지된 하류에 제공될 수 있다.
도 2 및 도 4에 따른 예시적 실시예의 경우, 압력이 모두 0.5 bar 미만이기 때문에, 연소 챔버(3) 및/또는 냉각기 또는 폐열 회수 기구(11)가 압력 용기로 설계될 필요가 없다.
1: CO2 분리 기구
2: 버너 시스템
3: 연소 챔버
4: 대체 가스 라인
5: 탈수 기구
6: 블로어 또는 압축기
7: 대체 가스 압축기
8: 공급 라인
9: 회귀 라인
10: 탈수 기구
11: 냉각 및 폐열 회수 기구
12: 응축액 분리기
13: 추가 압축기
14: 가스 축적기
15: 건조 기구
16: 압축기
17: 고정화 압축기
18: 시동 및 양 조절 라인

Claims (18)

  1. 산화철 함유 물질이 환원 구역에서 환원 가스에 의해 적어도 부분적으로 환원되고, 환원 과정에서 생성된 가스가 폐가스로서 송출되고(drawn off), 이어서 CO2를 함유한 테일 가스가 분리되는 CO2 분리 과정을 거치는,
    산화철을 함유한 입자상 물질의 환원 방법에 있어서,
    선택적으로 가스 축적기에 임시 저장된 후에, 상기 테일 가스는, 버너 시스템에서 산소 함유 가스와 특히 순수 산소와 혼합되어 연소됨으로써, 대체 가스를 형성하고, 상기 대체 가스는 탈수 후에 불활성 가스의 대체재로서 특히 질소를 대신하여 사용되는 것을 특징으로 하는,
    환원 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    연소 후에, 상기 대체 가스는 적어도 일 단계에서 특히 20 내지 60℃의 온도까지 냉각되고, 탈수되고, 압축되며, 선택적으로 건조되는 것을 특징으로 하는,
    환원 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 산소 함유 가스와 상기 테일 가스의 혼합물의 연소가 연소 챔버에서 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    환원 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 테일 가스는 블로어 또는 압축기에 의해 버너 시스템으로 도입되며, 특히 유동률 제어기에 의해 양이 조절되는 것을 특징으로 하는,
    환원 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 대체 가스의 적어도 일부가 산소 함유 가스와 혼합되고 상기 버너 시스템으로 회귀되는 것이 선택적으로 탈수 및/또는 압축 후에 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    환원 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 버너 시스템으로 회귀하는 대체 가스의 정량적 공급은 가스 연소 과정에서 화염 온도가 일정하게 유지되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    환원 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    연소 전에, 상기 테일 가스는 환원 또는 제련 환원 프로세스로부터의 노정 가스, 오프가스 또는 잉여 가스와 혼합되는 것을 특징으로 하는,
    환원 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    탈수되고, 압축되며, 선택적으로 건조된 대체 가스는, 산화물 및/또는 석탄 장입 작업의 배리어 가스 시스템에 사용되거나, 석탄 투입 작업의 추진 가스(propellant gas)로서 사용되거나, 버너 랜스를 냉각시키기 위해 사용되거나, 세정(flushing) 및 냉각 가스로서 사용되거나, 버너 시스템 내 또는 레이스웨이의 화염 온도를 제어하기 위해 사용되거나, 또는 공압식 컨베이어의 캐리어 가스로서 사용되는 것을 특징으로 하는,
    환원 방법.
  9. 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 테일 가스 및/또는 상기 산소 함유 가스 및/또는 회귀된 대체 가스는 연소 전에 예열되고, 연소 과정에서 생성된 폐열을 이용하는 것을 특징으로 하는,
    환원 방법.
  10. 산화철 함유 물질이 환원 가스에 의해 적어도 부분적으로 환원되고, 상기 환원 가스가 노정 가스로서 송출되는 환원 유닛과, 이어서 상기 노정 가스로부터 CO2를 분리하여 CO2를 함유한 테일 가스를 형성하는 CO2 분리 기구(1)를 구비하는,
    산화철을 함유한 입자상 물질의 환원 장치에 있어서,
    산소 함유 가스와 특히 순수 산소와 테일 가스를 혼합하기 위한 버너 시스템(2)과, 선택적으로, 상기 산소 함유 가스와 혼합되기 전에, 상기 테일 가스를 임시 저장하기 위한 가스 축적기(14)와, 그리고 상기 가스들이 도입되고 연소됨으로써 대체 가스를 형성할 수 있으며 대체 가스 배출 라인(4)으로 배출되는 연소 챔버(3), 그리고 상기 대체 가스로부터 물을 분리함으로써 특히 질소를 대신하는, 불활성 가스의 대체재를 형성하는 탈수 기구(5)를 포함하는 냉각 또는 폐열 회수 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    환원 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 테일 가스와 산소 함유 가스, 및 선택적으로 회귀된 대체 가스의 혼합물을 압축하는 하나 이상의 압축기(6)가 상기 가스 축적기(14)와 상기 버너 시스템(2) 사이에 배치된 것을 특징으로 하는,
    환원 장치.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    탈수된 대체 가스를 압축하기 위해 하나 이상의 대체 가스 압축기(7)가 제공된 것을 특징으로 하는,
    환원 장치.
  13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 테일 가스를 상기 버너 시스템(2) 내로 공급하기 위해, 블로어 또는 압축기(6)와, 선택적으로 유동률 제어기가 제공된 것을 특징으로 하는,
    환원 장치.
  14. 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    탈수된 대체 가스의 일부를 회귀시키고 산소와 혼합한 후에 버너 시스템(2)내로 도입하기 위한 회귀 라인(9)이 제공되며, 상기 회귀 라인은 상기 탈수 기구(5)의 하류에서 대체 가스 라인(4)으로부터 분지된 것을 특징으로 하는,
    환원 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    회귀된 대체 가스를 압축하기 위한 압축기(16)가 상기 회귀 라인(9)에 배치된 것을 특징으로 하는,
    환원 장치.
  16. 제 10 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    압축된 대체 가스를 탈수하기 위한 추가 탈수 기구(10)가 제공된 것을 특징으로 하는,
    환원 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 탈수 기구(5,10)는 대체 가스로부터 물을 분리하기 위한 응축액 분리기(12)와 냉각 또는 폐열 회수 기구(11)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    환원 장치.
  18. 제 14 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    대체 가스 라인(4)으로부터 회귀 라인(9)이 분지되는 것의 하류에 추가 압축기(13)가 배열된 것을 특징으로 하는,
    환원 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160056146A (ko) 2014-11-11 2016-05-19 한국가스안전공사 대체가스 시험 및 공급 시스템

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT507823B1 (de) 2009-01-30 2011-01-15 Siemens Vai Metals Tech Gmbh Verfahren und anlage zur herstellung von roheisen oder flüssigen stahlvorprodukten
AT507955B1 (de) 2009-02-20 2011-02-15 Siemens Vai Metals Tech Gmbh Verfahren und anlage zum herstellen von substitutgas
US8920159B2 (en) * 2011-11-23 2014-12-30 Honeywell International Inc. Burner with oxygen and fuel mixing apparatus
CN114870568B (zh) * 2022-03-24 2023-06-27 东北大学 碳热还原冶炼活泼的高蒸气压金属的装置及其使用方法

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE660207A (ko) * 1960-06-24 1900-01-01
NL8201945A (nl) 1982-05-12 1983-12-01 Hoogovens Groep Bv Werkwijze en inrichting voor de vervaardiging van vloeibaar ijzer uit oxydisch ijzererts.
US4883390A (en) 1982-08-16 1989-11-28 Petrocarb, Inc. Method and apparatus for effecting pneumatic conveyance of particulate solids
ZA899771B (en) * 1988-12-20 1990-09-26 Cra Services Improvements in or relating to pre-reduced iron oxide
JPH04191307A (ja) 1990-11-26 1992-07-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 溶融還元製鉄装置
US5139568A (en) 1991-10-03 1992-08-18 Cargill, Incorporated Continuous production of iron-carbon alloy using iron carbide
US5447551A (en) 1993-05-28 1995-09-05 Georgetown Steel Corporation Method and apparatus for the removal of hydrogen sulfide from a process gas stream
US5340378A (en) * 1993-05-28 1994-08-23 Georgetown Steel Corporation Method and apparatus for producing low sulfur metallized pellets
AT406484B (de) * 1995-08-16 2000-05-25 Voest Alpine Ind Anlagen Verfahren zur herstellung von flüssigem roheisen oder flüssigen stahlvorprodukten und eisenschwamm sowie anlage zur durchführung des verfahrens
UA42803C2 (uk) * 1995-10-10 2001-11-15 Фоест-Альпіне Індустріанлагенбау Гмбх Спосіб прямого відновлення дрібнозернистого матеріалу у формі часток, що містить оксид заліза, та установка для здійснення цього способу
AT406485B (de) 1995-10-10 2000-05-25 Voest Alpine Ind Anlagen Verfahren zur herstellung von flüssigem roheisen oder flüssigen stahlvorprodukten und anlage zur durchführung des verfahrens
AT406380B (de) * 1996-03-05 2000-04-25 Voest Alpine Ind Anlagen Verfahren zum herstellen von flüssigem roheisen oder flüssigen stahlvorprodukten sowie anlage zur durchführung des verfahrens
AT403926B (de) * 1996-07-10 1998-06-25 Voest Alpine Ind Anlagen Verfahren zum erzeugen eines für eine reduktion von metallerz dienenden reduktionsgases und anlage zur durchführung des verfahrens
US6214084B1 (en) 1997-09-03 2001-04-10 The Boc Group, Inc. Iron manufacturing process
US6045602A (en) 1998-10-28 2000-04-04 Praxair Technology, Inc. Method for integrating a blast furnace and a direct reduction reactor using cryogenic rectification
US6214085B1 (en) 1999-02-01 2001-04-10 Calderon Energy Company Of Bowling Green, Inc. Method for direct steelmaking
JP3594898B2 (ja) * 2000-11-24 2004-12-02 川崎重工業株式会社 溶融還元炉ガスの利用方法および利用装置
US6562103B2 (en) * 2001-07-27 2003-05-13 Uop Llc Process for removal of carbon dioxide for use in producing direct reduced iron
US6478841B1 (en) * 2001-09-12 2002-11-12 Techint Technologies Inc. Integrated mini-mill for iron and steel making
DE102004036767B4 (de) 2003-07-30 2005-11-24 Scheidig, Klaus, Dr.-Ing. Verfahren zur Roheisenerzeugung in einem mit Sauerstoff und rückgeführtem, vom CO2 befreiten Gichtgas unter Zusatz von Kohlenwasserstoffen betriebenen Hochofen
UA79476C2 (en) 2005-01-17 2007-06-25 Anatolii Tymofiiovych Neklesa Method for direct reduction of ferric oxides with obtaining iron melt and unit for realizing the same
BRPI0519804A2 (pt) 2005-02-18 2009-03-17 Kawasaki Heavy Ind Ltd método para controlar o valor de gás calorìfico e dispositivo de controle de valor calorìfico de gás
JP2007009069A (ja) 2005-06-30 2007-01-18 Hitachi Ltd 製鉄副生成ガスの改質方法及びシステム
KR100972195B1 (ko) 2006-05-17 2010-07-23 주식회사 포스코 탄화수소 함유가스 취입에 의한 용철제조방법 및 이를이용한 용철제조장치
DE102006048601A1 (de) 2006-10-13 2008-04-17 Voest-Alpine Industrieanlagenbau Gmbh & Co Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von geschmolzenem Material
DE102006048600B4 (de) 2006-10-13 2012-03-29 Siemens Vai Metals Technologies Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von geschmolzenem Material
AT506837B1 (de) 2008-06-06 2010-03-15 Siemens Vai Metals Tech Gmbh Verfahren und vorrichtung zur herstellung von roheisen oder flüssigen stahlvorprodukten
AT507113B1 (de) 2008-07-17 2010-07-15 Siemens Vai Metals Tech Gmbh Verfahren und anlage zur energie- und co2-emissionsoptimierten eisenerzeugung
AT507823B1 (de) 2009-01-30 2011-01-15 Siemens Vai Metals Tech Gmbh Verfahren und anlage zur herstellung von roheisen oder flüssigen stahlvorprodukten
AT507955B1 (de) 2009-02-20 2011-02-15 Siemens Vai Metals Tech Gmbh Verfahren und anlage zum herstellen von substitutgas

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160056146A (ko) 2014-11-11 2016-05-19 한국가스안전공사 대체가스 시험 및 공급 시스템

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