KR20110129406A - 기체 성분 분리 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본원 발명은 액체 선철, 액체 일차 강 제품 또는 해면철을 생산하기 위한 설비(24)의 폐가스(14)로부터 하나 이상의 기체 성분을 분리하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 그러한 방법에서, 제 1 단계 중에, 폐가스(14)의 스트림이 제 1 압력에서 하나 이상의 흡착 분리기(16)를 통과하고, 그에 따라 가스 성분이 폐가스로부터 대부분 분리되고, 그리고 제 2 단계에서, 가스 성분은 상기 제 1 압력 보다 낮은 제 2 압력에서 흡착 분리기(16)로부터 대부분 제거된다. 본원 발명의 목적은 유지보수가 필요 없고, 적은 투자비 및 에너지 비용을 초래하고 그리고 적은 공간을 필요로 하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다. 이러한 본원 발명의 목적은 제 2 압력 또는 탈착 압력이 하나 이상의 제트 펌프(7)에 의해서 생성되고, 상기 제트 펌프에는 상기 제 2 압력 보다 높은 제 3 압력으로 추진 가스 스트림(28)이 공급된느 방법에 의해서 달성된다.

Description

기체 성분 분리 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR SEPARATING A GASEOUS COMPONENT}
본원 발명은 액체 선철, 액체 일차 강 제품 또는 해면철을 생산하기 위한 설비의 폐가스로부터 하나 이상의 기체 성분을 분리하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
사실상, 본원 발명은 액체 선철, 액체 일차 강 제품 또는 해면철을 생산하기 위한 설비의 폐가스로부터 하나 이상의 기체 성분을 분리하기 위한 방법에 관한 것으로서, 그러한 방법에서, 제 1 단계 중에, 폐가스의 스트림이 제 1 압력에서 하나 이상의 흡착 분리기를 통과하고, 그에 따라 가스 성분이 폐가스로부터 대부분(largely) 분리되고, 그리고 제 2 단계에서, 가스 성분은 상기 제 1 압력 보다 낮은 제 2 압력에서 흡착 분리기로부터 대부분 제거된다.
이러한 방법을 실행하기 위한 장치는 하나 이상의 흡착 분리기 및 탈착(desorption) 압력을 생성하기 위한 하나 이상의 장치를 구비한다.
AT 41796 에는 해면철을 생산하기 위한 설비의 폐가스로부터 이산화탄소를 분리하기 위한 장치가 기재되어 있으며, 그러한 분리 장치는 흡착 분리기 및 탈착 압력 생성용 장치를 구비하며, 상기 탈착 압력 생성용 장치는 압축기로서 구성된다.
가능한 한 낮은 탈착 압력 생성을 위해서 압축기를 이용하는 것은 바람직하지 못한데, 이는 압축기를 유지보수 하여야 하고, 높은 투자비 및 에너지 비용을 유발하며, 큰 공간을 필요로 하며, 그리고 또한 높은 레벨의 큰 소음을 유발하기 때문이다.
본원 발명의 목적은 액체 선철, 액체 일차 강 제품 또는 해면철을 생산하기 위한 설비의 폐가스로부터 하나 이상의 기체 성분을 분리하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이며, 본원 발명은 유지보수가 필요 없고, 적은 투자비 및 에너지 비용을 초래하고 그리고 적은 공간을 필요로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 방법에서, 제 2 압력 또는 탈착 압력이 하나 이상의 제트 펌프에 의해서 생성되고, 상기 제트 펌프에는 상기 제 2 압력 보다 높은 제 3 압력으로 추진 가스 스트림이 공급된다.
하나 이상의 가스 성분, 예를 들어 이산화탄소(CO2) 및/또는 수증기(H2O)를 액체 선철, 액체 일차 강 제품 또는 해면철을 생산하기 위한 설비의 폐가스로부터 분리할 때, 종래 기술에서는, 특히, 압력 스윙 흡착 시스템(PSA; Pressure Swing Adsorption 또는 VPSA; Vacuum Pressure Swing Adsorption)이 이용된다. 폐가스는 상부 가스(노정 가스), 오프가스, 잉여 가스 또는 이들 가스의 임의의 희망 혼합물로 이루어진다. 용광로 또는 환원 샤프트로부터의 이용된 환원 가스를 상부 가스라 지칭한다. 하나 또는 둘 이상의 유동층(fluidized-bed) 반응기로부터의 사용된 환원 가스를 오프가스라 지칭한다. 제어를 위해서 필요한 가스로서 용융 가스화장치로부터의 제어 가스가 잉여 가스로서 지칭된다. 흡착 단계(phase)로 지칭되는 제 1 단계에서, 폐가스가 하나 이상의 흡착 분리기를 흡착 압력으로 알려진 제 1 압력(p1)으로 통과하고, 그에 따라 폐가스로부터 가스 성분이 대부분 분리된다. 이러한 경우에, 제 1 압력이 높게 셋팅될수록 흡착이 보다 잘 이루어진다. 흡착 분리기 내에 수용된 흡착제의 흡수 용량이 제한적이기 때문에, 상기 제 1 압력 보다 낮고 탈착 압력으로 알려진 제 2 압력(p2)에서, 탈착 단계로 알려진 제 2 단계 중에 흡착 분리기로부터 가스 성분을 제거할 필요가 있다. 흡착 분리기로부터 기체 성분을 제거하는 것은 제 2 압력이 낮을수록 보다 잘 이루어진다. 본원 발명에 따른 방법에 의해서, 제 2 압력이 하나 이상의 제트 펌프에 의해서 생성되고, 여기에서 제 2 압력 보다 높은 제 3 압력(p3)의 추진 가스 스트림이 제트 펌프의 추진 가스 연결부로 공급된다. 제트 펌프의 흡입 연결부가 연결 라인에 의해서 흡착 분리기의 탈착 연결부에 연결되며; 탈착 단계 중에 하나 또는 둘 이상의 흡착 분리기로부터 제거되는 가스를 테일(tail) 가스라고 지칭한다. 소위 당업자는 제트 펌프에 대해서 잘 알고 있을 것이며, 분사기, 사출기 또는 벤트리(venturi) 노즐이라고도 종종 지칭된다(예를 들어, http://en.wikipedia.org/wiki/Jet_pump 참조). 탈착 압력 생성을 위해서 압축기 대신에 제트 펌프를 이용하는 것은 다음과 같은 이점을 제공한다; 제트 펌프는 운전 비용 및 에너지 비용이 낮고, 필요 공간이 적으며 그리고 유지보수 비용이 필요 없다는 이점을 제공한다.
바람직한 실시예는 상부 가스, 오프가스, 잉여 가스 또는 이들 가스들 중 둘 이상의 혼합물을 제트 펌프용 추진 가스로서 이용한다. 통상적으로, 이들 가스가 0.5 내지 5 바아(bar)의 압력 레벨을 가지기 때문에 그리고, 종래 기술에 따라서, 이들 압력이 반드시 스로틀링되어야(throttled) 하기 때문에, 탈착 압력을 생성하기 위해서 추진 가스 내에 존재하는 압축 에너지를 이용하는 것이 바람직할 것이며, 그에 따라 압축기를 구비한 PSA 시스템에 비해서 상당히 낮은 운전 및 투자 비용이 가능하게 된다.
일 실시예에서, 상부 가스, 오프가스, 잉여 가스 또는 이들 가스의 둘 이상의 혼합물이 폐가스로서 사용된다. 폐가스로부터 이산화탄소(CO2) 및/또는 수증기(H2O)를 분리하는 것이 바람직하고, 그에 따라 폐가스의 환원 포텐셜(reduction potential) 및/또는 칼로리량(calorific value)이 증대된다. 직접 환원 설비의 경우에, 폐가스의 환원 포텐셜의 증가는 적절한(relevant) 것이고, 용광로의 경우에도 유사하게 환원 포텐셜의 증가가 적절한 것이며 그리고 폐가스의 칼로리량의 증가도 역시 그러하다.
이산화탄소 및/또는 수증기 분리의 경우에, 흡착 용기 내의 제오라이트, 활성화된 실리카, 실리카 겔, 활성화된 알루미나, 활성화된 차콜(charcoal) 또는 이들 물질들 중 2가지 이상의 혼합물로 이루어진 흡착제를 이용하는 것이 바람직하다.
추진 가스가 대기압 보다 0.5 내지 5 바아 높은 압력으로 제트 펌프로 공급된다면, 그러한 추진 가스 내에 존재하는 압축 에너지는 흡착 분리기의 탈착을 위해서 직접적으로 사용될 수 있다. 결과적으로, 추진 가스의 압력 레벨(p3)을 탈착 압력(p2)으로 조정할 필요가 없고; 탈착 압력의 셋팅은 추진 가스의 유량에 의해서, 제트 펌프의 면적 비율(area ratio)에 의해서, 또는 하나 또는 둘 이상의 제트 펌프의 디자인 및 정렬(예를 들어 직렬)에 의해서, 이루어진다.
만약 추진 가스가 직렬로 정렬된 수 많은 제트 펌프로 공급되고, 그에 따라 낮아진 제 2 압력에서 가스 성분이 흡착 분리기로부터 제거된다면, 특히 낮은 탈착 압력, 그리고 결과적인 흡착 분리기의 특히 철저한(thorough) 탈착 그리고 그에 따라 제거되어야 하는 가스 성분(예를 들어, CO2 및/또는 H2O)의 적은 잔류량(low residual burden)이 달성될 수 있을 것이다.
추가적인 변형 실시예에서, 병렬로 정렬된 수 많은 제트 펌프로 추진 가스를 공급할 수 있으며, 그에 따라 가스 성분이 감소된 제 2 압력에서 흡착 분리기로부터 제거된다. 이러한 제트 펌프의 정렬에 의해서, 하나의 대형 제트 펌프 대신에 많은 수의 보다 적은 제트 펌프를 이용할 수 있다.
압력 스윙 흡착 시스템의 작동을 위해서, 바람직하게 흡착 단계 중에 흡착 분리기로 제 1 압력을 인가하고, 하나 또는 둘 이상의 중간 압력을 가지는 제 1 전이 단계(transitional phase) 중에 흡착 분리기 내의 압력을 제 1 압력으로부터 제 2 압력으로 또는 제 2 압력 보다 다소 높은 압력으로 낮추고, 탈착 단계에서 제 2 압력을 흡착 분리기로 인가하고, 그리고 후속하여 하나 또는 둘 이상의 중간 압력을 가지는 제 2 전이 단계 중에 제 2 압력으로부터 제 1 압력으로 흡착 분리기 내의 압력을 높인다. 이는 압력의 급격한 변화를 방지하고, 이는 분리 효율에 긍정적인 영향을 미치는데, 이는 일산화탄소(CO) 및 수소(H2)를 포함하는 보다 적은(fewer) 가스 성분들이 테일 가스 내로 손실되기(lost into) 때문이고 그리고, 추가적으로, 흡착 분리기에 대한 압력 로딩(loading) 및 분배기 베이스에 대한 압력 스윙 로딩 그리고 소음 발생이 감소되기 때문이다.
흡착 분리기 내에서 탈착 압력을 연속적으로 변화시키는 것이 특히 바람직하다. 그 대신에, 예를 들어 제트 펌프로의 추진 가스 공급을 제어함으로써, 압력이 단속적으로, 예를 들어 단계적으로 변화될 수 있을 것이다.
만약 일련의 규칙들(set of rules)의 도움으로, 그리고 셋포인트 값(setpoint value)을 허용하는 상태에서, 제 2 압력 또는 탈착 압력이 측정 장치에 의해서 탐지되고 그리고 제어부로 공급된다면 압력이 특히 정확하게 설정될 수 있을 것이고, 제어부는 조작된 변수들을 결정하고 그리고 그 변수들을 제어 요소로 공급하며, 이때 압력이 가능한 한 탈착 압력에 대한 셋포인트 값에 대해서 상응하도록 제트 펌프로 공급되는 추진 가스의 스트림이 변화된다.
본원 발명의 기초를 이루는 목적을 달성할 수 있는 방식으로 본원 발명에 따른 방법을 가능한 한 직접적으로 실시할 수 있도록 하기 위해서는, 탈착 압력을 생성하기 위한 장치가 흡착 분리기의 탈착 연결부와 제트 펌프의 흡입 연결부 사이의 연결 라인을 가지는 제트 펌프로서 구성되는 것이 바람직할 것이다.
바람직한 실시예에서, 제트 펌프의 추진 가스 연결부가 액체 선철, 액체 일차 강 제품 또는 해면철을 생산하기 위한 설비의 상부 가스, 오프가스, 잉여 가스 또는 이들 가스 중 둘 이상의 혼합물을 위한 라인에 연결된다.
만약 많은 수의 제트 펌프가 직렬 구성으로 설정되고, 제 1 제트 펌프의 흡입 연결부가 흡착 분리기의 탈착 연결부에 연결되며, 상류 제트 펌프의 압력 연결부가 각각 제트 펌프의 하류의 흡입 연결부에 연결되고, 그리고 모든 추진 가스 연결부들이 액체 선철, 액체 일차 강 제품 또는 해면철을 생산하기 위한 설비의 상부 가스, 오프가스, 잉여 가스 또는 이들 가스 중 둘 이상의 혼합물을 위한 라인에 연결된다면, 특히 낮은 탈착 압력, 및 결과적으로 특히 철저한 흡착 분리기의 탈착이 달성될 수 있다.
추가적인 구성 변형은, 모든 흡입 연결부들을 흡착 분리기의 탈착 연결부에 연결하기 위해서 그리고 모든 추진 가스 연결부들을 액체 선철, 액체 일차 강 제품 또는 해면철을 생산하기 위한 설비의 상부 가스, 오프가스, 잉여 가스 또는 이들 가스 중 둘 이상의 혼합물을 위한 라인에 연결하기 위해서, 많은 수의 제트 펌프를 병렬 정렬 상태로 설정하는 것이다.
물론, 제트 펌프들이 직렬 및 병렬로 조합된 장치도 유사하게 가능할 것이다. 하나의 가능한 실시예에서, 추진 가스가 직렬 정렬 상태로 설정된 많은 수의 제트 펌프로 공급되고, 이때 직렬 정렬의 각각의 요소는 병렬 정렬 상태로 설정된 많은 수의 제트 펌프로 이루어진다. 이러한 경우에, 직렬 정렬체의 하나의 요소로 공급되는 추진 가스가 병렬 정렬체 내에 설정된 제트 펌프들로 분배된다. 많은 수의 제트 펌프의 병렬 정렬에 의해서, 전체적인 흡수 용량이 증대되고, 그에 따라 제트 펌프의 크기를 필요한 전체 흡수 용량에 맞출 필요가 없이, 보다 작은 제트 펌프들을 이용할 수 있게 된다(확장성; scalability). 많은 수의 제트 펌프의 직렬 정렬에 의해서, 달성가능한 전체적인 탈착 압력이 낮아진다.
흡착 분리기 내의 압력을 전이 단계 중에 특히 정확하게 설정할 수 있도록 하기 위해서, 장치가 탈착 압력을 탐지하기 위한 측정 장치, 제어 장치, 및 제트 펌프의 추진 가스 라인 내의 제어 요소를 추가적으로 구비하는 것이 바람직하다.
본원 발명의 추가적인 이점 및 특징들은 첨부 도면을 참조한 이하의 비-제한적인 예시적인 실시예에 대한 설명으로부터 보다 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 CO2 및 H2O 를 분리하기 위한 압력 스윙 흡착 시스템을 구비한 분광(fine ore) 기초형 제련 환원 설비를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 CO2 및 H2O 를 분리하기 위한 압력 스윙 흡착 시스템을 도시한 도면이다.
도 3은 CO2 및 H2O를 분리하기 위한 압력 스윙 흡착 시스템을 구비한 용광로를 도시한 도면이다.
도 4는 2개의 제트 펌프를 도시한 도면이다.
도 5는 제트 펌프의 직렬 배열을 도시한 도면이다.
도 6은 제트 펌프의 병렬 배열을 도시한 도면이다.
이러한 도면들에서, 유동 방향이 화살표로서 도시되어 있다.
도 1에서, 분광을 기초로 하여 액체 선철을 생산하기 위한 제련 환원 설비가 도시되어 있다. 여기에서, 첨가물을 포함할 수 있는 분광이 일련의 계단식(cascade)의 복수의 예비-환원(pre-reduction) 반응기들(3)(4개의 유동층 반응기들이 도시되어 있고, 선택적으로 2개 및 3개도 가능하다)에서 예비-환원처리되고 그리고 후속하여 환원 반응기(2) 내로 장입된다. 환원 반응기(2)에서, 추가적인 환원이 발생되고 그리고 장입 물질의 예비-가열이 이루어진다. 그러나, 환원 반응기(2) 내에서 추가적인 환원이 없을 수도 있으며, 그에 따라 가스 스크러버(scrubber; 4) 및 상부 가스(top gas; 노정 가스; 13)를 위한 라인이 생략될 수 있다. 예비-환원 반응기(3) 내에서의 예비-환원 또는 환원 반응기(2) 내에서의 환원이 환원 가스(9)에 의해서 이루어지고, 그러한 환원 가스는 용융기 가스화장치(melter gasifier; 1)에서 생산되고 그리고, 분진제거 후에, 환원 반응기(2) 내를 통과하고 그리고 연속적으로 개별적인 예비-환원 반응기(3)를 통과한다. 이러한 용도를 초과하는 양의 가스는 가스 스크러버(4b) 내에서의 가스 스크러빙 및 압축기(5b)를 이용한 압축 후에 냉각 가스(18)로서 청정 폐가스(15)와 혼합되거나, 또는 다시 한번 가스 스크러버(4c) 내에서의 가스 스크러빙 후에 잉여 가스(11)로서 사용된다. 전체 프로세스의 에너지 효율을 높이기 위해서, 가스 스크러버(4b) 및 압축기(5b)를 구비한 냉각 가스(18)용 라인이 생략될 수도 있다. 오프가스(offgas; 10)가 마지막 예비-환원 반응기(3)로부터 유동 방향을 따라 인출되고 그리고 가스 스크러버(4a) 내에서 청정화된다. 제련 환원 설비의 폐가스(15)는 압력 제어부(23)의 상류에서 분기된 오프가스(10)의 제 1의 부분적인 양으로, 잉여 가스(11)로, 그리고 상부 가스(13)로 구성된다. 압력 제어부(23)는 오프가스(10)의 압력을 일정하게 유지하고 그리고 추진 가스 및 압축기(5a)에 대한 초기 압력을 제어하는 역할을 하고; 오프가스(10)의 제 2의 부분적인 양이 추진 가스(28)로서 제트 펌프(7)로 공급된다. 폐가스(14)가 압축기(5a)에 의해서 압축되고, 가스 냉각기(26)에 의해서 냉각되며, 그리고 제 1 압력(p1)에서 이산화탄소(CO2) 및/또는 수증기(H2O)의 분리를 위한 압력 스윙 흡착 시스템(6)의 하나 이상의 흡착 분리기로 공급된다. CO2 및/또는 H2O의 분리에 의해서 청정화된 폐가스(15)가 후속하여 환원 가스(9)와 혼합되고 그리고 프로세스에서 추가적으로 이용되며; 여기에서 청정 폐가스(15)가 고온 가스 사이클론의 이전에 또는 이후에 첨가되는지의 여부는 중요치 않다. 도시되지 않은 실시예에서, 청정 폐가스(15) 또는 그 부분적인 양이 가열 장치에 의해서 가열될 수 있다. 제 3 압력(p3)에서 추진 가스가 제트 펌프(7)를 통해서 유동하는 것은 제 2 압력(p2) 또는 탈착 압력(p2<p3 및 p2<p1)을 생성하는 효과를 제공하며, 상기 탈착 압력은 압력 스윙 흡착 시스템(6)의 흡착 분리기로부터 분리 이산화탄소 및/또는 폐수증기를 제거하기 위해서 이용된다. 이러한 목적을 위해서, 흡착 분리기의 탈착 연결부가 테일 가스(tail gas)용 연결 라인(8)을 통해서 제트 펌프의 흡입 연결부로 연결된다. 도시되지 않은 일 실시예에서, 차단 요소를 가지는 라인이 연결 라인(8)과 제트 펌프(7) 이후의 영역 내의 가스 배출용 라인 사이에 제공될 수 있고 그리고, 예를 들어, 제련 환원 설비가 시동될 때 차단되며, 그에 따라 배출 가스(12)의 낮은 압력이 시동 중에 얻어지며; 그러나, 정상 작동 중에, 이러한 라인은 차단된다. 제트 펌프(7)를 통해서 유동하는 추진 가스에 의해서 탈착 압력을 생성하는 것은 다음과 같은 이점을 가진다: 제트 펌프의 유지보수가 불필요하고, 특히 이동 부분이 없으며, 압축기에 비해서 공간 요건 적고 그리고 조달 비용이 낮으며, 그리고 또한 에너지 비용이 불필요하다는 것이다. 추가적인 이점은, 종래 기술에 따른 설치의 경우에, 오프가스 또는 상부 가스 또는 잉여 가스가 어떠한 경우에도 반드시 대기 온도로 스로틀링되어야(throttled) 한다는 것이다. 본원 발명에 따른 방법의 경우에, 탈착 압력을 생성하기 위해서 폐가스의 압축 에너지가 사용되고 그리고 배출 가스(12)로서 이용될 수 있다.
도 2는 2개의 흡착 분리기(16a 및 16b)를 가지는 압력 스윙 흡착 시스템(6)의 일 실시예를 도시한다. 도 1에서와 같이, 압력 스윙 흡착 시스템(6)으로 공급된 폐가스(14)가 오프가스(10)의 부분적인 양, 잉여 가스(11) 및 상부 가스(13)로 이루어진다. 인출됨에 따라, 밸브(17a 및 17b)가 개방되고 그리고 밸브(17a 및 17f)가 폐쇄되며, 즉, 흡착 분리기(16a)가 흡착 상태에 있고 그리고 압축된 폐가스(14)로부터 CO2 및/또는 H2O를 분리한다. 이러한 방식으로 청정처리된 폐가스(15)가 (도 1에 도시된 바와 같이), 가능한 경우에 가열된 후에, 환원 가스와 혼합되고 또는 환원 가스로서 사용된다. 밸브(17c 및 17d)가 폐쇄되고 밸브(17e)가 개방되며, 즉 흡착 분리기(16b)가 탈착 상태가 된다. 탈착 압력의 생성이 제트 펌프(7)에 의해서 실행되고, 이는 추진 가스(28)(오프가스(10)의 부분적인 스트림)에 의해서 관통 유동된다. 제트 펌프(7)를 통한 유동 후에, 연결 라인(8)을 통해서 획득된 테일 가스 및 오프가스(10)가 배출 가스로서 이용될 수 있다. 흡착 분리기(16a) 내의 흡착제의 흡수(take-up) 용량이 대부분 사용되었을 때 및/또는 흡착 분리기(16b)가 대부분 탈착되었을 때, 밸브(17a, 17b 및 17e)가 폐쇄되고 그리고 밸브(17c, 17d 및 17f)가 개방된다. 밸브의 개방 및 폐쇄는 신속하게 그리고 단속적으로 실시될 수 있고, 또는 서서히 그리고 연속적으로 실시될 수 있다. 밸브들의 스위칭은 흡착 분리기(16a)가 탈착 단계(phase)가 되게 하고 그리고 흡착 분리기(16b)가 흡착 단계가 되게 하는 효과를 가진다. 도면에서, 설비의 다른 부분들과의 경계를 일점쇄선(dash-dotted)으로 표시하였다.
도 3은 압력 스윙 흡착 시스템(6)을 구비하는 선철 제조용 용광로(24)를 도시한다. 선철은 산소를 포함하는 가스(바람직하게 > 80%)를 첨가하고 그리고 코크스 및 광석을 장입하는 용광로(24) 내에서 생산된다. 상부 가스(노정 가스; 13)로 알려진, 용광로(24)의 폐가스(10)의 부분적인 양이 압력 제어부(23)의 상류에서 분기되고 그리고, 압축기(5)에 의한 압력의 증가 및 가스 냉각기(26) 내의 냉각 후에, 제 1 압력(p1)으로 압력 스윙 흡착 시스템(6)으로 공급된다. 상부 가스(13)의 부분적인 양이 추진 가스(28)로서 제 3 압력(p3)으로 제트 펌프(7)로 공급되고, 그러한 제트 펌프는 제 2 압력(p2) 또는 압력 스윙 흡착 시스템(6)의 흡착 분리기로부터 CO2 및/또는 H2O를 제거하기 위한 탈착 압력을 생성한다. 여기에서, 다시 한번 p2<p1 및 p2<p3 인 경우가 된다. 압력 스윙 흡착 시스템(6)은 폐가스로부터 CO2 및/또는 H2O 를 분리하며, 그에 따라 청정화된 폐가스(15)가 보다 높은 환원 포텐셜 및 보다 높은 칼로리량을 가진다. 선택적인 예열 후에, 예를 들어 공기-송풍용 풍구 또는 산소 노즐을 통해서, 이러한 가스가 환원 가스 퍼니스(furnace; 노; 25) 및 용광로(24)로 또는 연화 융착대(cohesive zone) 위쪽의 용광로의 샤프트 내로 공급된다. 추진 가스(28), 연결 라인(8) 내의 테일 가스 및 나머지 폐가스로 이루어진 배출 가스(12)가 가스 축적기(27) 내에 일시적으로 저장되고, 그러한 축적기로부터 열적인 사용을 위해서 배출될 수 있다. 압력 스윙 흡착 시스템(6)에 관한 구체적인 사항과 관련하여, 도 2를 참조할 수 있을 것이다. 제트 펌프(7)를 통해서 유동하는 추진 가스(28)에 의해서 탈착 압력을 생성하는 것은 다시 한번 다음과 같은 이점을 갖는다: 제트 펌프의 유지보수가 불필요하고, 특히 이동 부분이 없으며, 압축기에 비해서 공간 요건 적고 그리고 조달 비용이 낮으며, 그리고 또한 에너지 비용이 불필요하다는 것이다.
도 4는 2개의 제트 펌프를 도시한 도면이다. 도면의 좌측은 추진 가스 연결부(21) 및 압력 연결부(19)가 하나의 축선 상에 위치하는 제트 펌프(7)를 도시한다. 흡입 연결부(20)가 추진 가스 연결부/압력 연결부 축선에 대해서 직각으로 정렬된다. 도면의 우측의 경우에, 흡입 연결부(20) 및 압력 연결부(19)가 하나의 축선에 놓이며; 추진 가스 연결부(21)가 이러한 축선에 대해서 직각으로 정렬된다. 도시된 양자의 경우에, 흡입 연결부(20)가 제트 펌프의 가장 좁은 유동 단면의 영역과 연결되고 그리고 추진 가스가 압력(p3)으로 추진 가스 연결부(21)에 인가되고, 그에 따라 흡입 연결부(20)에서 압력(p2)을 설정하고, 이 경우에 p2 < p3 이다.
도 5는 2개의 제트 펌프(7a 및 7b)의 직렬 정렬 상태를 도시한다. 테일 가스를 위한 연결 라인(8)이 제트 펌프(7a)의 흡입 연결부(20)를 흡착 분리기(16)의 탈착 연결부(22)에 연결한다. 흡입 펌프(7a)의 압력 연결부가 흡입 펌프(7b)의 흡입 연결부에 연결되며, 그에 따라 특히 낮은 탈착 압력이 달성된다. 양 제트 펌프(7a 및 7b)에는 추진 가스 연결부(21)에 의해서 추진 가스가 공급된다.
도 6에서, 2개의 제트 펌프(7)가 병렬로 정렬된 상태를 도시한다. 테일 가스를 위한 2개의 연결 라인(8)이 각각 2개의 제트 펌프(7)의 흡입 연결부(20)를 흡착 분리기(16)의 탈착 연결부(22)에 연결한다. 양 제트 펌프(7)에는 추진 가스 연결부(21)에 의해서 추진 가스가 공급되며, 그에 따라 추진 가스(28)가 2개의 보다 작은 흡입 펌프들 사이에서 분배된다. 또한, 추진 가스의 양을 변화시킴으로써, 탈착 압력의 보다 단순한 셋팅(개방-루프 또는 폐쇄-루프 제어)이 가능할 수 있을 것이다.
본원 발명에 따른 방법 및 본원 발명에 따른 장치의 용도는 FINEX(등록상표) 설비(도 1) 또는 용광로(도 3)로 제한되는 것이 결코 아니고; 오히려 천연-가스 직접 환원 설비(예를 들어, HYL(등록상표) 또는 FINMET(등록상표) 타입), COREX(등록상표) 설비 또는 기타 조합된 직접 환원 설비들에서 적용하는 경우도 바람직할 것이다.
1 용융기 가스화장치
2 환원 반응기
3 일련의 계단식의 예비-환원 반응기
4 가스 스크러버
5 압축기
6 압력 스윙 흡착 시스템
7 제트 펌프
8 연결 라인
9 환원 가스
10 오프가스
11 잉여 가스
12 배출 가스
13 상부 가스
14 폐가스
15 청청처리된 폐가스
16 흡착 분리기
17 밸브
18 냉각 가스
19 압력 연결부
20 흡입 연결부
21 추진 가스 연결부
22 탈착 연결부
23 압력 제어부
24 용광로
25 환원 가스 퍼니스
26 가스 냉각기
27 가스 축적기
28 추진 가스

Claims (17)

  1. 액체 선철, 액체 일차 강 제품 또는 해면철을 생산하기 위한 설비의 폐가스로부터 하나 이상의 기체 성분을 분리하기 위한 방법으로서, 제 1 단계 중에, 폐가스의 스트림이 제 1 압력에서 하나 이상의 흡착 분리기를 통과하고, 그에 따라 가스 성분이 폐가스로부터 대부분(largely) 분리되고, 그리고 제 2 단계에서, 가스 성분은 상기 제 1 압력 보다 낮은 제 2 압력에서 흡착 분리기로부터 대부분 제거되는 페가스로부터 하나 이상의 기체 성분을 분리하는 방법에 있어서,
    상기 제 2 압력이 하나 이상의 제트 펌프에 의해서 생성되고, 상기 제트 펌프에는 상기 제 2 압력 보다 높은 제 3 압력에서 추진 가스의 스트림이 공급되는 것을 특징으로 하는 페가스로부터 하나 이상의 기체 성분을 분리하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상부 가스, 오프가스, 잉여 가스 또는 이들 가스들 중 둘 이상의 혼합물이 추진 가스로서 사용되는 것을 특징으로 하는 페가스로부터 하나 이상의 기체 성분을 분리하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 상부 가스, 오프가스, 잉여 가스 또는 이들 가스들 중 둘 이상의 혼합물이 폐가스로서 사용되는 것을 특징으로 하는 페가스로부터 하나 이상의 기체 성분을 분리하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    이산화탄소(CO2) 및 수증기(H2O) 중 하나 이상을 폐가스로부터 분리하는 것을 특징으로 하는 페가스로부터 하나 이상의 기체 성분을 분리하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제오라이트, 활성화된 실리카, 실리카 겔, 활성화된 알루미나, 활성화된 차콜 또는 이들 물질 중 2가지 이상의 혼합물로 이루어진 흡착제를 흡착 분리기에서 이용하는 것을 특징으로 하는 페가스로부터 하나 이상의 기체 성분을 분리하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 추진 가스가 대기압 보다 0.5 내지 5 바아 높은 압력에서 제트 펌프로 공급되는 것을 특징으로 하는 페가스로부터 하나 이상의 기체 성분을 분리하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 추진 가스가 직렬 정렬 상태로 구성된 많은 수의 제트 펌프들로 공급되고, 그에 따라 가스 성분이 감소된 제 2 압력에서 흡착 분리기로부터 제거되는 것을 특징으로 하는 페가스로부터 하나 이상의 기체 성분을 분리하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 추진 가스가 병렬 정렬 상태로 구성된 많은 수의 제트 펌프들로 공급되고, 그에 따라 가스 성분이 감소된 제 2 압력에서 흡착 분리기로부터 제거되는 것을 특징으로 하는 페가스로부터 하나 이상의 기체 성분을 분리하는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    흡착 단계에서 상기 제 1 압력이 흡착 분리기 내로 인가되고, 상기 흡착 분리기 내의 압력이 제 1 압력으로부터 제 2 압력으로 또는 상기 제 2 압력 보다 다소(somewhat) 높은 압력으로 낮아지고, 이때 하나 또는 둘 이상의 중간 압력이 존재하며, 탈착 단계에서 상기 제 2 압력이 흡착 분리기로 인가되고 그리고 후속하여 상기 흡착 분리기 내의 압력이 제 2 압력으로부터 제 1 압력으로 증가되며 이때 하나 또는 둘 이상의 중간 압력이 존재하는 것을 특징으로 하는 페가스로부터 하나 이상의 기체 성분을 분리하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 흡착 분리기 내의 압력이 연속적으로 또는 단속적으로 변화되는 것을 특징으로 하는 페가스로부터 하나 이상의 기체 성분을 분리하는 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    일련의 규칙들의 도움으로, 그리고 셋포인트 값을 허용하는 상태에서, 제 2 압력이 측정 장치에 의해서 탐지되고 그리고 제어부로 공급되며, 상기 제어부는 조작된 변수들을 결정하고 그리고 그 변수들을 제어 요소로 공급하며, 이때 압력이 가능한 한 상기 셋포인트 값에 대해서 상응하도록, 상기 제트 펌프로 공급되는 추진 가스의 스트림이 변화되는 것을 특징으로 하는 페가스로부터 하나 이상의 기체 성분을 분리하는 방법.
  12. 액체 선철, 액체 일차 강 제품 또는 해면철을 생산하기 위한 설비(24)의 폐가스(14)로부터 하나 이상의 기체 성분을 분리하기 위한 장치로서, 하나 이상의 흡착 분리기(16) 및 하나 이상의 탈착 압력 생성 장치를 포함하는, 폐가스로부터 하나 이상의 기체 성분을 분리하기 위한 장치에 있어서,
    상기 탈착 압력 생성 장치는 상기 흡착 분리기(16)의 탈착 연결부(22)와 제트 펌프(7)의 흡입 연결부(20) 사이의 연결 라인(8)을 가지는 제트 펌프(7)로서 구성되는 것을 특징으로 하는 폐가스로부터 하나 이상의 기체 성분을 분리하기 위한 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제트 펌프(7)의 추진 가스 연결부(21)는 액체 선철, 액체 일차 강 제품 또는 해면철을 생산하기 위한 설비(24)의 상부 가스, 오프가스, 잉여 가스 또는 이들 가스들 중 둘 이상의 혼합물을 위한 라인에 연결되는 것을 특징으로 하는 폐가스로부터 하나 이상의 기체 성분을 분리하기 위한 장치.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    많은 수의 제트 펌프(7)가 직렬 정렬 상태로 구성되고, 상류 제트 펌프(7)의 압력 연결부(19)가 각각 하류 제트 펌프(7)의 흡입 연결부(20)에 연결되고, 그리고 모든 추진 가스 연결부(21)가 액체 선철, 액체 일차 강 제품 또는 해면철을 생산하기 위한 설비(24)의 상부 가스, 오프가스, 잉여 가스 또는 이들 가스들 중 둘 이상의 혼합물을 위한 라인에 연결되는 것을 특징으로 하는 폐가스로부터 하나 이상의 기체 성분을 분리하기 위한 장치.
  15. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    많은 수의 제트 펌프(7)가 병렬 정렬 상태로 구성되고, 모든 흡입 연결부(20)가 흡착 분리기(16)의 탈착 연결부(22)에 연결되고, 그리고 모든 추진 가스 연결부(21)가 액체 선철, 액체 일차 강 제품 또는 해면철을 생산하기 위한 설비(24)의 상부 가스, 오프가스, 잉여 가스 또는 이들 가스들 중 둘 이상의 혼합물을 위한 라인에 연결되는 것을 특징으로 하는 폐가스로부터 하나 이상의 기체 성분을 분리하기 위한 장치.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 장치가 제트 펌프들의 직렬 정렬 및 병렬 정렬의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스로부터 하나 이상의 기체 성분을 분리하기 위한 장치.
  17. 제 12 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치가 탈착 압력을 탐지하기 위한 측정 장치, 제어 장치(23), 및 상기 제트 펌프(7)의 추진 가스 라인 내의 제어 요소(17)를 추가적으로 구비하는 것을 특징으로 하는 폐가스로부터 하나 이상의 기체 성분을 분리하기 위한 장치.
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