KR20140115350A - Method and system for the production of direct reduced iron using a synthesis gas with a high carbon monoxide content - Google Patents

Method and system for the production of direct reduced iron using a synthesis gas with a high carbon monoxide content Download PDF

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KR20140115350A
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씨. 메이쓰너 데비드
이. 메티우스 게리
디. 후그헤스 그레고리
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미드렉스 테크놀리지스, 인코오포레이티드
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Abstract

본 발명은 직접환원로로부터 탑가스를 제거하는 공정; 감소된 일산화탄소함유량을 갖는, 일산화탄소가 시프트된 탑가스를 형성하기 위하여 일산화탄소 시프트 반응기를 이용하여 탑가스에 대하여 일산화탄소 시프팅하는 공정; 복합가스를 형성하기 위하여 일산화탄소가 시프팅된 탑가스의 적어도 일부분에 석탄가스, 합성가스, 그리고 배기가스 중 하나를 첨가하는 공정; 이산화탄소 린(lean) 복합가스를 형성하기 위하여 이산화탄소제거유닛을 이용하여 복합가스로부터 이산화탄소를 제거하는 공정; 그리고 환원온도로 가열한 후에 직접환원철을 생산하기 위하여 환원가스로서 일산화탄소 린 복합가스를 직접환원로에 제공하는 공정을 포함하는 직접환원철의 제조방법 및 그 시스템을 제공한다.The present invention relates to a process for removing a top gas from a direct reduction furnace; Shifting a carbon monoxide shift with respect to the top gas using a carbon monoxide shift reactor to form a carbon monoxide shifted top gas having a reduced carbon monoxide content; Adding one of coal gas, syngas, and exhaust gas to at least a portion of the carbon monoxide-shifted top gas to form a combined gas; A step of removing carbon dioxide from the composite gas using a carbon dioxide removing unit to form a carbon dioxide lean composite gas; And a step of directly supplying a carbon monoxide complex gas as a reducing gas to the reducing furnace to produce the directly reduced iron after heating to the reducing temperature, and a system therefor.

Figure P1020147022821
Figure P1020147022821

Description

높은 일산화탄소 함유량을 갖는 합성가스를 이용하는 직접환원철의 제조방법 및 그 시스템{Method and system for the production of direct reduced iron using a synthesis gas with a high carbon monoxide content}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and a system for directly reducing iron using a synthesis gas having a high carbon monoxide content,

본 발명은 일반적으로 직접환원철(direct reduced iron, DRI)의 제조방법 및 그 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 높은 일산화탄소(CO) 함유량을 갖는 합성가스를 이용하는 직접환원철의 제조방법 및 그 시스템에 관한 것이다. The present invention generally relates to a method for manufacturing direct reduced iron (DRI) and a system thereof. More particularly, the present invention relates to a method and a system for manufacturing a direct reduced iron using a syngas having a high carbon monoxide (CO) content.

석탄 가스화 공정에서 생성된 합성가스 또는 그밖에 유사한 것은 많은 양의 일산화탄소(C0), 적당한 양의 수소(H2), 그 뿐만 아니라 수증기(H2O)와 이산화탄소(CO2)와 같은 산화제를 함유한다. 산화제 양의 정도는 합성가스를 생성하는데 사용된 공정에 따라 변한다. 예를 들어, 용해장치-기화장치가 합성가스를 생성하는데 사용되고, 그에 의하여 용융철이 결과물 또는 부산물로 생산된다면, 용해장치 가스를 이용하여 예비환원철(pre-reduced iron)의 중간 결과물이 만들어져 용해장치로 되돌아가며, 그리고 에비환원유닛으로부터의 오프가스(off gases)는 다른 용도를 위하여 보내지며, CO2 함유량은 아주 높다(>25%). 이 합성가스는 이 합성가스는 >40%의 CO 함유량과 약 15%의 H2 함유량을 가진다. 직접환원(DR)을 위하여 이 합성가스를 이용하기 위하여, H2/CO 비가 1.0에 가까워야하고 CO2가 약 5%보다 적어야 한다. The syngas produced in the coal gasification process or the like contains a large amount of carbon monoxide (CO), a moderate amount of hydrogen (H 2 ), as well as an oxidizing agent such as water vapor (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2 ) . The extent of the amount of oxidant varies depending on the process used to produce the synthesis gas. For example, if a dissolver-vaporizer is used to produce syngas, thereby producing molten iron as a result or by-product, the intermediate product of the pre-reduced iron is produced using the dissolver gas, And off gases from the Eb reduction unit are sent for other uses, and CO 2 The content is very high (> 25%). This syngas has a CO content of > 40% and an H 2 content of about 15%. To use this synthesis gas for direct reduction (DR), the H 2 / CO ratio should be close to 1.0 and CO 2 should be less than about 5%.

석탄가스 또는 합성가스는 약 54%CO, 30% H2, 그리고 11%CO2와 함께 사용되어 왔다. 이 합성가스는 직접환원로로부터의 재순환 탑 가스(top gas)에 첨가되며, 이어서 CO2제거, 가습, 환원온도근방으로의 가열, 그리고 직접환원로의 바로 상류에 있는 반응기내에서의 반응 또는 시프팅(CO+H2O<=>CO2+H2)이 뒤따른다. 약 1.05의 H2/CO 비에 대하여, 약 43%H2와 41%CO를 갖는 환원가스가 생기고, 이는 철의 직접환원에 적합하다. 불리하게도, 모드 환원 가스는 시프트 반응기를 흘러야 하는데, 비교적 큰 시프트(shift) 반응기를 요구한다. 요구되는 시프트 반응기의 높은 온도(약 800℃)는 또한 장비 코스를 크게 증가시킨다.Coal gas or syngas has been used with about 54% CO, 30% H 2 , and 11% CO 2 . This syngas is added to the recycle top gas from the direct reduction furnace, followed by CO 2 removal, humidification, heating to near the reduction temperature, and reaction in the reactor immediately upstream of the direct reduction furnace, (CO + H 2 O <=> CO 2 + H 2 ). For a H 2 / CO ratio of about 1.05, a reducing gas is produced with about 43% H 2 and 41% CO, which is suitable for direct reduction of iron. Disadvantageously, the mode reducing gas must flow through a shift reactor, requiring a relatively large shift reactor. The high temperature of the shift reactor required (about 800 ° C) also greatly increases the equipment course.

다른 방법 및 시스템들은, 직접환원공장 서킷(circuit)에서 가스를 사용하기 전에, 높은 CO함유량 배기가스를 용해장치-기화장치로부터 직접 시프트(shift)시킨다. 이 배기가스는 CO2가 제거되기 전에 하나 또는 두개의 반응기내에 시프트된다.Other methods and systems shift the high CO content exhaust gas directly from the dissolver-vaporizer, before using the gas in the direct reduction plant circuit. This exhaust gas is shifted into one or two reactors before CO 2 is removed.

직접환원로로부터의 재순환 탑가스는 CO2 제거전에 시프트된 배기가스에 첨가되거나, 또는 CO2 제거 후에 첨가될 수도 있다. 이들 방법 및 시스템으로는, CO2 제거 후의 가스조성비가 약 2/1 내지 20/1사이의 H2/CO 비가 되는 것이 바람직하다. 첫 번째 단계의 시프트 반응기는 약 490℃에서 작동하고, 두 번째 단계의 시프트 반응기는 약 360 내지 390℃ 사이에서 작동한다.The recycle top gas from the direct reduction furnace may be added to the shifted exhaust gas prior to CO 2 removal, or may be added after CO 2 removal. In these methods and systems, it is preferable that the gas composition ratio after CO 2 removal is an H 2 / CO ratio of about 2/1 to 20/1. The first stage shift reactor operates at about 490 ° C and the second stage shift reactor operates between about 360 and 390 ° C.

다른 방법 및 시스템들은 유사한 공정들을 가르쳐 주며, 시프트 반응기에 의해서 요구되는 스팀을 발생하기 위하여, CO2 제거유닛으로부터의 테일가스(tail gas)가 연료로서 사용되어진다는 것이 추가된다. 시프트 반응기는 용해장치-기화장치로부터의 배기가스에 대하여 직접 사용된다.Other methods and systems teach similar processes and it is added that a tail gas from a CO 2 removal unit is used as fuel to generate the steam required by the shift reactor. The shift reactor is used directly for the exhaust gas from the dissolver-vaporizer.

여러 가지 실시예에서, 본 발명은 높은 CO 함유량을 갖는 석탄가스 또는 합성가스를 사용하는 직접환원철의 생산을 위한 개선된 방법 및 시스템을 제공한다.In various embodiments, the present invention provides an improved method and system for the production of direct reduced iron using coal gas or syngas with high CO content.

결과로 생기는 환원가스는 이것이 직접 환원로로 들어갈 때 약 1.0의 H2/CO 비를 갖는다. 장점으로, 사용된 시프트 반응기의 크기가 최소화되고 그로 인하여 보다 설비와 촉매 비용이 낮게 된다. 이것은 직접환원로에서 원하는 H2/CO 비를 얻기 위하여 시프트 되어야 하는 가스흐름의 양을 최소화함으로써 얻어진다. The resulting reducing gas has a H 2 / CO ratio of about 1.0 when it directly enters the reduction furnace. Advantageously, the size of the shift reactor used is minimized, resulting in lower equipment and catalyst costs. This is achieved by minimizing the amount of gas flow that must be shifted in order to obtain the desired H 2 / CO ratio in the direct reduction furnace.

직접환원로로부터의 탑가스 또는 재순환가스는 시프트 되고, 그 결과로 현존하는 방법과 시스템보다 시프트 반응기로의 더 낮은 흐름(lower flow)을 갖게 된다. 이 낮은 흐름이 위의 모든 목적을 달성하게 한다. 공정분석은 탑가스 또는 재순환가스를 사용하여 시프트 된 가스의 체적이, 예를 들면 합성가스의 질소함유량에 따라 신선한 합성가스를 시프트 할 때, 시프트 된 가스 흐름의 단지 약 60-90%임을 나타낸다. 이것은 시프트 반응기의 크기 및 비용과 촉매 체적 및 비용에서 의미 있는 감소를 말한다. The top gas or recycle gas from the direct reduction reactor is shifted and consequently has a lower flow to the shift reactor than the existing methods and systems. This low flow achieves all the above objectives. The process analysis shows that the volume of the shifted gas using top gas or recycle gas is only about 60-90% of the shifted gas flow when the fresh synthesis gas is shifted, depending on the nitrogen content of the synthesis gas. This means a significant reduction in size and cost of the shift reactor and in catalyst volume and cost.

한 실시예에서, 본 발명은, 직접환원로로부터 탑가스를 제거하는 공정; 감소된 일산화탄소함유량을 갖는, 일산화탄소가 시프트된 탑가스를 형성하기 위하여 일산화탄소 시프트 반응기를 이용하여 탑가스에 대하여 일산화탄소 시프팅하는 공정; 그리고 직접환원철을 생산하기 위하여 환원가스로서 일산화탄소가 시프트된 탑가스를 직접환원로에 제공하는 공정을 포함하는 직접환원철의 제조방법을 제공한다. In one embodiment, the present invention provides a process comprising: removing a top gas from a direct reduction furnace; Shifting a carbon monoxide shift with respect to the top gas using a carbon monoxide shift reactor to form a carbon monoxide shifted top gas having a reduced carbon monoxide content; And a step of directly supplying the reducing gas with a top gas in which carbon monoxide is shifted as a reducing gas to produce the directly reduced iron.

방법은 또한 탑가스에 대하여 일산화탄소를 시프팅하기 전에 냉각기/스크러버(scrubber)를 사용하여 탑가스를 냉각 및 세정하는 공정을 포함한다. The method also includes cooling and cleaning the top gas using a chiller / scrubber before shifting the carbon monoxide against the top gas.

방법은 또한 탑가스에 대하여 일산화탄소를 시프팅하기 전에 압축기를 사용하여 탑가스를 압축하는 공정을 포함한다.The method also includes a step of compressing the top gas using a compressor prior to shifting the carbon monoxide against the top gas.

선택적으로, 방법은 탑가스에 대하여 일산화탄소를 시프팅하기 전에 이산화탄소제거유닛을 사용하여 탑가스로부터 이산화탄소를 제거하는 공정을 포함한다.Alternatively, the method includes a step of removing carbon dioxide from the top gas using a carbon dioxide removal unit prior to shifting the carbon monoxide against the top gas.

방법은 또한 탑가스에 대하여 일산화탄소를 시프팅하기 전에 스팀예열기를 이용하여 탑가스를 예열하는 공정을 포함한다.The method also includes a step of preheating the top gas using a steam preheater prior to shifting the carbon monoxide against the top gas.

방법은 또한 탑가스에 대하여 일산화탄소를 시프팅하기 전에 탑가스에 스팀을 첨가하는 공정을 포함한다.The method also includes adding steam to the top gas prior to shifting the carbon monoxide against the top gas.

방법은 또한 탑가스에 대하여 일산화탄소를 시프팅한 후에 이산화탄소제거유닛을 이용하여 적어도 탑가스의 일부분으로부터 이산화탄소를 제거하는 공정을 포함한다.The method also includes the step of removing carbon dioxide from at least a portion of the top gas using a carbon dioxide removal unit after shifting the carbon monoxide against the top gas.

방법은 또한 탑가스에 대하여 일산화탄소를 시프팅한 후에 적어도 탑가스의 일부분에 석탄가스, 합성가스, 그리고 배기가스 중 하나를 첨가하는 공정을 포함한다. The method also includes adding at least one of coal gas, syngas, and exhaust gas to at least a portion of the top gas after shifting the carbon monoxide against the top gas.

방법은 또한 탑가스에 대하여 일산화탄소를 시프팅한 후에 환원가스 가열기를 이용하여탑가스를 가열하는 공정을 포함한다.The method also includes the step of heating the top gas using a reducing gas heater after shifting the carbon monoxide against the top gas.

마지막으로 방법은 탑가스에 대하여 일산화탄소를 시프팅한 후에 추가가열을 위하여 탑가스에 산소를 첨가하는 공정을 포함한다. Finally, the process includes the step of adding oxygen to the top gas for further heating after shifting the carbon monoxide against the top gas.

다른 실시예에서, 본 발명은 직접환원로로부터 탑가스를 제거하는 공정; 감소된 일산화탄소함유량을 갖는, 일산화탄소가 시프트된 탑가스를 형성하기 위하여 일산화탄소 시프트 반응기를 이용하여 탑가스에 대하여 일산화탄소 시프팅하는 공정; 복합가스(combined gas)를 형성하기 위하여 일산화탄소가 시프팅된 탑가스의 적어도 일부분에 석탄가스, 합성가스(synthesis gas), 그리고 배기가스 중 하나를 첨가하는 공정; 이산화탄소 린(lean) 복합가스를 형성하기 위하여 이산화탄소제거유닛을 이용하여 복합가스로부터 이산화탄소를 제거하는 공정; 그리고 환원온도로 가열한 후에 직접환원철을 생산하기 위하여 환원가스로서 일산화탄소 린 복합가스를 직접환원로에 제공하는 공정을 포함하는 직접환원철의 제조방법을 제공한다. In another embodiment, the present invention provides a process comprising: removing a top gas from a direct reduction furnace; Shifting a carbon monoxide shift with respect to the top gas using a carbon monoxide shift reactor to form a carbon monoxide shifted top gas having a reduced carbon monoxide content; Adding one of coal gas, synthesis gas, and exhaust gas to at least a portion of the carbon monoxide-shifted top gas to form a combined gas; A step of removing carbon dioxide from the composite gas using a carbon dioxide removing unit to form a carbon dioxide lean composite gas; And a step of directly supplying a carbon monoxide complex gas as a reducing gas to the reducing furnace to produce the directly reduced iron after heating to the reducing temperature.

선택적으로, 방법은 또한 탑가스에 대하여 일산화탄소를 시프팅하기 전에 이산화탄소제거유닛을 사용하여 탑가스로부터 이산화탄소를 제거하는 공정을 포함한다. Alternatively, the method also includes a step of removing carbon dioxide from the top gas using a carbon dioxide removal unit prior to shifting the carbon monoxide against the top gas.

또 다른 실시예에서, 본 발명은, 산화철을 받아들이고, 그 산화철을 환원가스에 노출하고, 그에 따라 산화철을 환원된 금속철로 환원하고, 탑가스를 발생하는 직접환원로; 감소된 일산화탄소함유량을 갖는, 일산화탄소가 시프트된 탑가스를 형성하기 위하여 탑가스에 대하여 일산화탄소 시프팅하는 일산화탄소 시프트 반응기를 포함하고; 환원 금속철을 생산하기 위하여, 일산화탄소가 시프트된 탑가스가 환원가스의 적어도 일부분으로서 직접환원로로 재순환하는 직접환원철의 제조시스템을 제공한다. In another embodiment, the present invention relates to a direct reduction furnace for receiving iron oxide, exposing the iron oxide to a reducing gas, thereby reducing iron oxide to reduced metal iron and generating a top gas; A carbon monoxide shift reactor having a reduced carbon monoxide content, wherein the carbon monoxide shifts the carbon monoxide against the top gas to form a carbon monoxide shifted top gas; Wherein the carbon monoxide-shifted top gas is recycled directly to the reduction furnace as at least a portion of the reducing gas, in order to produce the reduced metal iron.

시스템은 또한 탑가스에 대하여 일산화탄소를 시프팅하기 전에 탑가스를 냉각 및 세정하는 냉각기/스크러버(scrubber)를 포함한다. The system also includes a cooler / scrubber to cool and clean the top gas prior to shifting the carbon monoxide against the top gas.

시스템은 또한 탑가스에 대하여 일산화탄소를 시프팅하기 전에 탑가스를 압축하는 압축기를 포함한다.The system also includes a compressor that compresses the top gas prior to shifting the carbon monoxide against the top gas.

선택적으로, 시스템은 탑가스에 대하여 일산화탄소를 시프팅하기 전에 탑가스로부터 이산화탄소를 제거하는 이산화탄소제거유닛을 포함한다.Optionally, the system includes a carbon dioxide removal unit for removing carbon dioxide from the top gas prior to shifting the carbon monoxide against the top gas.

시스템은 또한 탑가스에 대하여 일산화탄소를 시프팅하기 전에 탑가스를 예열하는 스팀예열기를 포함한다.The system also includes a steam preheater for preheating the top gas prior to shifting the carbon monoxide against the top gas.

시스템은 또한 탑가스에 대하여 일산화탄소를 시프팅하기 전에 탑가스에 스팀을 첨가하는 스팀공급원(steam source)을 포함한다.The system also includes a steam source that adds steam to the top gas prior to shifting the carbon monoxide against the top gas.

시스템은 또한 탑가스에 대하여 일산화탄소를 시프팅한 후에 적어도 탑가스의 일부분으로부터 이산화탄소를 제거하는 이산화탄소제거유닛을 포함한다.The system also includes a carbon dioxide removal unit that removes carbon dioxide from at least a portion of the top gas after shifting the carbon monoxide against the top gas.

시스템은 또한 탑가스에 대하여 일산화탄소를 시프팅한 후에 적어도 탑가스의 일부분에 석탄가스, 합성가스, 그리고 배기가스 중 하나를 첨가하는 외부가스공급원을 포함한다. The system also includes an external gas source that adds at least one of coal gas, syngas, and exhaust gas to at least a portion of the top gas after shifting the carbon monoxide against the top gas.

시스템은 또한 탑가스에 대하여 일산화탄소를 시프팅한 후에 탑가스를 가열하는 환원가스 가열기를 포함한다.The system also includes a reducing gas heater for heating the top gas after shifting the carbon monoxide against the top gas.

마지막으로 시스템은 탑가스에 대하여 일산화탄소를 시프팅한 후에 추가가열을 위하여 탑가스에 산소를 첨가하는 산소공급원(oxygen source)을 포함한다.Finally, the system includes an oxygen source that adds oxygen to the top gas for further heating after shifting the carbon monoxide against the top gas.

본 발명은 여러 도면을 참조하여 설명될 것이며, 참조번호가 시스템의 부품들/방법의 공정들을 지시하기 위하여 적절히 사용되어 있다. 여기서:
도 1은 본 발명의 높은 CO 함유량을 갖는 석탄가스 또는 합성가스를 이용하는 직접환원철의 생산을 위한 방법 및 시스템의 한 실시예를 나타내는 개략도이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention will be described with reference to various drawings, wherein reference numerals have been used as appropriate to indicate processes of parts / methods of the system. here:
1 is a schematic diagram showing one embodiment of a method and system for the production of direct reduced iron using coal gas or syngas with a high CO content of the present invention.

도1를 참조하면, 본 발명의 일실시예에서, 높은 CO 함유량을 갖는 석탄가스 또는 합성가스를 사용하는 직접환원철의 생산을 위한 방법 및 시스템(10)은, 주로 CO와 H2로 이루어진 환원가스의 역류(countercurrent flow)를 이용하여 산화철 펠릿(pellets), 덩어리(lumps), 그리고/또는 집괴(agglomerates)가 환원되며, 통상의 기술자에게 널리 알려진 Midrex® 직접환원용광로 또는 그와 유사한 것과 같은 직접환원로(12)를 포함한다. 이 환원가스는 천연가스 또는 다른 기체연료, 석탄 같은 고체연료, 중유와 같은 액체연료, 또는 다른 배기가스로부터 만들어진다. 직접환원철은 중력에 의하여 직접환원로(12)를 통과하여 무빙 팩키드 베드(moving packed bed)로 하강한다. 직접환원로(12)는 직접환원철이 연속적으로 배출되는 수렴배출섹션을 갖는다.Referring to Figure 1, in one embodiment of the invention, a method and system 10 for the production of directly reduced iron using coal gas or synthesis gas having a high CO content, a reducing gas composed mainly of CO and H 2 Iron oxide pellets, lumps, and / or agglomerates are reduced using a countercurrent flow of direct reduction such as the Midrex® direct reduction furnace or the like commonly known to those of ordinary skill in the art, (12). The reducing gas is made from natural gas or other gas fuels, solid fuels such as coal, liquid fuels such as heavy oils, or other exhaust gases. The directly reduced iron passes through the reduction reactor 12 by gravity and descends to a moving packed bed. The direct reduction furnace (12) has a converging discharge section in which the directly reduced iron is continuously discharged.

탑가스(14)는 직접환원로(12)의 탑(top)에 가까운 곳에서 배출되고, 압축기(18)에 의하여 압축되기 전에, 탑가스를 냉각하고 세정하는 냉각기/스크러버(16)로 전달된다.The top gas 14 is discharged directly to the top of the reduction furnace 12 and is delivered to a cooler / scrubber 16 that cools and cleans the top gas before it is compressed by the compressor 18 .

선택적으로, 냉각 및 세정되고, 압축된 탑가스(14)는 다음에 스트림으로부터 불필요한 CO2를 제거하는 CO2제거유닛(20)으로 전달된다. CO2제거유닛(20)은 모노에탄올아민(MEA) 또는 고온 탄산칼륨 CO2제거유닛과 같은 화학적형태의 CO2제거유닛이거나, 압력 스윙 흡착(pressure swing adsorption, PSA) 또는 진공 압력 스윙 흡착(vacuum pressure swing adsorption, VPSA) CO2제거유닛과 같은, 몰레큐브시브(molecular sieve) 형태의 CO2제거유닛일 수 있다.Optionally, it is cooled and cleaned, and the compressed tower gas 14 is then delivered to the CO 2 removal unit 20, which removes unnecessary CO 2 from the stream. The CO 2 removal unit 20 may be a CO 2 removal unit in the form of a chemical such as a monoethanolamine (MEA) or a hot potassium carbonate CO 2 removal unit, a pressure swing adsorption (PSA) or a vacuum pressure swing adsorption pressure swing adsorption, VPSA) may be a molecular sieve cube (molecular sieve) in the form of CO 2 removal unit, such as a CO 2 removal unit.

다음에 처리된 탑가스(14)는 스팀예열기(22) 또는 이와 유사한 것에서 예열되고, 스팀(24)이 CO2시프트 반응에 도움을 줄 수 있도록 첨가된다. CO2시프트반응기(26)에서, 처리된 탑가스에 있는 CO는 반응식 (CO+H2O<=>CO2+H2)을 경유하여, 보다 많은 H2와 CO2, 보다 적은 CO와 H2O를 생산하기 위하여 스팀과 함께 시프트된다. 비록 직접환원/탑가스 사이클에서 이 공정의 현재 포지셔닝이 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려져 있지 않으나, 이 공정은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려져 있다. The subsequently treated top gas 14 is preheated in a steam preheater 22 or the like and added so that the steam 24 can assist in the CO 2 shift reaction. In the CO 2 shift reactor 26, the CO in the treated top gas is passed through the reaction (CO + H 2 O <=> CO 2 + H 2 ) to produce more H 2 and CO 2 , 2 &lt; / RTI &gt; Although the present positioning of this process in the direct reduction / top gas cycle is not well known to those skilled in the art, this process is well known to those skilled in the art.

CO가 시프트된 탑가스(28)는 다음에 CO2제거유닛(30)으로 전달되고, 거기서 석탄가스, 합성가스{파이넥스 오프가스(Finex off gas) 또는 이와 유사한 것) 또는 이와 유사한 것{이하 합성가스(32)라 함}이 CO2제거 전에 우선 CO가 시프트된 탑가스(28)와 혼합한다. 마찬가지로, CO2제거유닛(30)은 모노에탄올아민(MEA) 또는 고온 탄산칼륨 CO2제거유닛과 같은 화학적형태의 CO2제거유닛이거나, 압력 스윙 흡착(pressure swing adsorption, PSA) 또는 진공 압력 스윙 흡착(vacuum pressure swing adsorption, VPSA) CO2제거유닛과 같은, 몰레큐브시브(molecular sieve) 형태의 CO2제거유닛일 수 있다. 선택적으로, CO가 시프트된 탑가스(28)(29)의 일부분은 CO2제거유닛(30) 전에 우회되어 CO2제거유닛(30) 이후의 CO2 린(lean) 스트림과 혼합된다. The CO-shifted top gas 28 is then delivered to the CO 2 removal unit 30 where it is converted to a gas such as coal gas, syngas {Finex off gas or the like) Gas 32) is first mixed with the CO-shifted top gas 28 prior to CO 2 removal. Similarly, the CO 2 removal unit 30 may be a CO 2 removal unit in the form of a chemical such as a monoethanolamine (MEA) or a hot potassium carbonate CO 2 removal unit, a pressure swing adsorption (PSA) It may be a (vacuum pressure swing adsorption, VPSA) CO 2, a molecular sieve cube (molecular sieve) in the form of CO 2 removal unit, such as the removal unit. Alternatively, a portion of the top gas 28, 29 is shifted CO CO 2 removal before the bypass unit 30, after the CO 2 removal unit 30, CO 2 And mixed with the lean stream.

CO가 시프트된 CO2 린 탑가스/합성가스(34)는 다음에 환원가스가열기(36)로 전달되는데, 거기서 결과물인 스트림이 간접 형태의 가열기 또는 이와 유사한 것으로 이루어지는 첫 번째 단계에서 약 600℃로 가열되고, 이어서 산소인젝션 형태의 가열기(44)로 구성된 두 번째 단계에서 약 800 내지 1,000℃로 가열된다. 선택적으로, 합성가스(32)(38)는 환원가스가열기(36)에 불을 넣기 위하여, CO2제거유닛(30)을 우회하여 단독으로 또는 탑가스연료(40)와 결부하여 사용된다. CO shifted CO 2 lean column gas / syngas 34 is then delivered to a reducing gas furnace 36 where the resulting stream is heated to about 600 &lt; 0 &gt; C at the first stage consisting of an indirect type heater, And then heated to about 800 to 1,000 DEG C in the second step consisting of the heater 44 in the form of an oxygen injection. Alternatively, the syngas 32, 38 may be used alone or in conjunction with the top gas fuel 40 to bypass the CO 2 removal unit 30 to ignite the reducing gas heat exchanger 36.

선택적으로, 산소(45)가 추가가열을 위하여, 가열되고, CO가 시프트된, CO2린 탑가스/합성가스(42)에 첨가되고, 환원가스(46)로서 직접환원로(12)에 전달된다. 앞서 설명한 바와 같이, 직접환원로(12)에서는 산화철 펠릿(pellets), 덩어리(lumps), 그리고/또는 집괴(agglomerates)가 주로 CO와 H2로 이루어지나, 약 1.0의 유리한 H2/CO비를 갖는 환원가스(46)의 역류를 이용하여 환원된다. 직접환원철은 중력에 의하여 직접환원로(12)를 통하여 무빙 팩키드 베드로 하강한다. 직접환원로(12)는 수렴 배출섹션을 갖는데, 이를 통해서 직접환원철이 연속적으로 배출된다. Optionally oxygen 45 is added to the CO 2 lean top gas / syngas 42 heated and CO shifted for further heating and delivered directly to the reduction furnace 12 as the reducing gas 46 do. As described above, in the direct reduction furnace 12, the iron oxide pellets, lumps, and / or agglomerates are mainly composed of CO and H 2 , and have an advantageous H 2 / CO ratio of about 1.0 And is then reduced using the reverse flow of the reducing gas 46 having The directly reduced iron is descended to the moving packed bed via the direct reduction path 12 by gravity. The direct reduction furnace 12 has a converging discharge section through which the directly reduced iron is continuously discharged.

앞서 설명한 바와 같이, 첫 번째 CO2제거유닛(20)(CO 시프팅 전)의 사용은 선택적이다. 이 CO2제거유닛(20)의 사용은 두개의 CO2제거유닛(20)(30)을 갖는 전체 시스템(10)을 요구하지만, 보다 작은 스트림 체적(stream volume)을 처리해야 하는, 훨씬 작은 CO 시프트 반응기(26)를 허용한다.As described above, the use of the first CO 2 removal unit 20 (before CO shifting) is optional. The use of this CO 2 elimination unit 20 requires the entire system 10 with two CO 2 removal units 20 and 30 but requires a much smaller CO 2 that needs to handle a smaller stream volume. Shift reactor (26).

일반적으로, 본 발명의 방법 및 시스템(10)은 높은 압력의 직접환원 용광로에 특히 적합한데, 이는 그러한 환경 하에서 본 발명의 방법 및 시스템(10)에 의하여 다루어진 많은 양의 CO가 직접환원로(12) 내에서 탄소침적 및 과열을 유발하는 경향이 있기 때문이다. 본 발명의 방법 및 시스템(10)에 따르면, 환원가스는 낮은 CO 함유량을 가지며, 예를 들어 탄소침적은 높은 압력에서 최소화되며, 과열이 회피된다. 바람직한 온도와 함유량은 약 800 내지 1,000℃이고 약 1.0의 H2/CO 비(比)이다. In general, the method and system 10 of the present invention is particularly suitable for high pressure direct reduction furnaces because under such circumstances, large quantities of CO handled by the method and system 10 of the present invention, 12) because of the tendency to cause carbon deposition and overheating. According to the method and system 10 of the present invention, the reducing gas has a low CO content, for example carbon deposition is minimized at high pressures and overheating is avoided. Preferred temperatures and contents are from about 800 to 1,000 DEG C and a H 2 / CO ratio of about 1.0.

본 발명은 선택된 구체예 및 특수한 실시예를 참조하여 여기에 기술된 것이지만, 다른 구체예 및 실시예가 유사한 기능을 수행하고, 그리고/또는 같은 결과를 얻을 수 있다는 사실은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 그러한 대응하는 모든 구체예 및 실시예는 본 설명의 사상 및 범위내에 있으며 뒤따르는 청구범위에 의하여 보호되어야 한다. 이러한 의미에서, 본 명세서는 제한이 없고 모두를 아우르는 것으로 이해되어야 할 것이다.
While the present invention has been described herein with reference to selected embodiments and particular embodiments, the fact that other embodiments and examples perform similar functions and / Be clear to those who have. All such corresponding embodiments and examples are within the spirit and scope of the present disclosure and should be protected by the claims that follow. In this sense, the specification is to be understood as being non-limiting and encompassing all.

Claims (22)

직접환원로로부터 탑가스를 제거하는 공정;
감소된 일산화탄소함유량을 갖는, 일산화탄소가 시프트된 탑가스를 형성하기 위하여 일산화탄소 시프트 반응기를 이용하여 탑가스에 대하여 일산화탄소 시프팅하는 공정; 그리고
직접환원철을 생산하기 위하여 환원가스로서 일산화탄소가 시프트된 탑가스를 직접환원로에 제공하는 공정을 포함하는 직접환원철의 제조방법. Removing the top gas from the direct reduction furnace;
Shifting a carbon monoxide shift with respect to the top gas using a carbon monoxide shift reactor to form a carbon monoxide shifted top gas having a reduced carbon monoxide content; And
And a step of directly supplying a reducing gas with a carbon monoxide shift gas as a reducing gas to produce a directly reduced iron. 제1항에 있어서, 탑가스에 대하여 일산화탄소를 시프팅하기 전에 냉각기/스크러버를 사용하여 탑가스를 냉각 및 세정하는 공정을 추가로 포함하는 직접환원철의 제조방법. The method of claim 1, further comprising the step of cooling and cleaning the top gas using a chiller / scrubber before shifting the carbon monoxide to the top gas. 제1항에 있어서, 탑가스에 대하여 일산화탄소를 시프팅하기 전에 압축기를 사용하여 탑가스를 압축하는 공정을 추가로 포함하는 직접환원철의 제조방법. The method of claim 1, further comprising the step of compressing the top gas using a compressor before shifting the carbon monoxide against the top gas. 제1항에 있어서, 탑가스에 대하여 일산화탄소를 시프팅하기 전에 이산화탄소제거유닛을 사용하여 탑가스로부터 이산화탄소를 제거하는 공정을 추가로 포함하는 직접환원철의 제조방법. The method of claim 1, further comprising the step of removing carbon dioxide from the top gas using a carbon dioxide removing unit before shifting carbon monoxide to the top gas. 제1항에 있어서, 탑가스에 대하여 일산화탄소를 시프팅하기 전에 스팀예열기를 이용하여 탑가스를 예열하는 공정을 추가로 포함하는 직접환원철의 제조방법.The method of claim 1, further comprising the step of preheating the top gas using a steam preheater before shifting carbon monoxide to the top gas. 제1항에 있어서, 탑가스에 대하여 일산화탄소를 시프팅하기 전에 탑가스에 스팀을 첨가하는 공정을 추가로 포함하는 직접환원철의 제조방법.The method of claim 1, further comprising the step of adding steam to the top gas before the carbon monoxide is shifted to the top gas. 제1항에 있어서, 탑가스에 대하여 일산화탄소를 시프팅한 후에 이산화탄소제거유닛을 이용하여 탑가스의 적어도 일부분으로부터 이산화탄소를 제거하는 공정을 추가로 포함하는 직접환원철의 제조방법.The method of claim 1, further comprising the step of removing carbon dioxide from at least a portion of the top gas using a carbon dioxide removal unit after shifting the carbon monoxide to the top gas. 제1항에 있어서, 탑가스에 대하여 일산화탄소를 시프팅한 후에 탑가스의 적어도 일부분에 석탄가스, 합성가스, 그리고 배기가스 중 하나를 첨가하는 공정을 추가로 포함하는 직접환원철의 제조방법. The method of claim 1, further comprising the step of adding at least one of coal gas, syngas, and exhaust gas to at least a portion of the top gas after shifting the carbon monoxide to the top gas. 제1항에 있어서, 탑가스에 대하여 일산화탄소를 시프팅한 후에 환원가스 가열기를 이용하여 탑가스를 가열하는 공정을 추가로 포함하는 직접환원철의 제조방법. The method for producing a direct reduced iron according to claim 1, further comprising a step of heating the top gas using a reducing gas heater after shifting the carbon monoxide against the top gas. 제1항에 있어서, 탑가스에 대하여 일산화탄소를 시프팅한 후에 추가가열을 위하여 탑가스에 산소를 첨가하는 공정을 추가로 포함하는 직접환원철의 제조방법. The method of claim 1, further comprising the step of adding oxygen to the top gas for further heating after shifting the carbon monoxide to the top gas. 직접환원로로부터 탑가스를 제거하는 공정;
감소된 일산화탄소함유량을 갖는, 일산화탄소가 시프트된 탑가스를 형성하기 위하여 일산화탄소 시프트 반응기를 이용하여 탑가스에 대하여 일산화탄소 시프팅하는 공정;
복합가스를 형성하기 위하여 일산화탄소가 시프팅된 탑가스의 적어도 일부분에 석탄가스, 합성가스, 그리고 배기가스 중 하나를 첨가하는 공정;
이산화탄소 린(lean) 복합가스를 형성하기 위하여 이산화탄소제거유닛을 이용하여 복합가스로부터 이산화탄소를 제거하는 공정; 그리고
환원온도로 가열한 후에 직접환원철을 생산하기 위하여 환원가스로서 일산화탄소 린 복합가스를 직접환원로에 제공하는 공정을 포함하는 직접환원철의 제조방법. Removing the top gas from the direct reduction furnace;
Shifting a carbon monoxide shift with respect to the top gas using a carbon monoxide shift reactor to form a carbon monoxide shifted top gas having a reduced carbon monoxide content;
Adding one of coal gas, syngas, and exhaust gas to at least a portion of the carbon monoxide-shifted top gas to form a combined gas;
A step of removing carbon dioxide from the composite gas using a carbon dioxide removing unit to form a carbon dioxide lean composite gas; And
And directly supplying a carbon monoxide complex gas as a reducing gas to the reducing furnace to produce the directly reduced iron after heating to the reducing temperature. 제11항에 있어서, 탑가스에 대하여 일산화탄소를 시프팅하기 전에 이산화탄소제거유닛을 사용하여 탑가스로부터 이산화탄소를 제거하는 공정을 추가로 포함하는 직접환원철의 제조방법. 12. The method of claim 11, further comprising the step of removing carbon dioxide from the top gas using a carbon dioxide removal unit prior to shifting the carbon monoxide against the top gas. 산화철을 받아들이고, 그 산화철을 환원가스에 노출하고, 그에 따라 산화철을 환원된 금속철로 환원하고, 탑가스를 발생하는 직접환원로;
감소된 일산화탄소함유량을 갖는, 일산화탄소가 시프트된 탑가스를 형성하기 위하여 탑가스에 대하여 일산화탄소 시프팅하는 일산화탄소 시프트 반응기를 포함하고;
상기 일산화탄소가 시프트된 탑가스가, 환원 금속철을 생산하기 위하여, 환원가스의 적어도 일부분으로서 직접환원로로 재순환하는 직접환원철의 제조시스템.A direct reduction furnace for receiving iron oxide, exposing the iron oxide to a reducing gas, thereby reducing iron oxide to reduced metal iron and generating a top gas;
A carbon monoxide shift reactor having a reduced carbon monoxide content, wherein the carbon monoxide shifts the carbon monoxide against the top gas to form a carbon monoxide shifted top gas;
Wherein the carbon monoxide shifted top gas is recycled directly to the reduction furnace as at least a portion of the reducing gas to produce reduced iron iron. 제13항에 있어서, 탑가스에 대하여 일산화탄소를 시프팅하기 전에 탑가스를 냉각 및 세정하는 냉각기/스크러버(scrubber)를 추가로 포함하는 직접환원철의 제조시스템. 14. The system of claim 13, further comprising a cooler / scrubber to cool and clean the top gas prior to shifting the carbon monoxide to the top gas. 제13항에 있어서, 탑가스에 대하여 일산화탄소를 시프팅하기 전에 탑가스를 압축하는 압축기를 추가로 포함하는 직접환원철의 제조시스템. 14. The system of claim 13, further comprising a compressor to compress the top gas prior to shifting the carbon monoxide against the top gas. 제13항에 있어서, 탑가스에 대하여 일산화탄소를 시프팅하기 전에 탑가스로부터 이산화탄소를 제거하는 이산화탄소제거유닛을 추가로 포함하는 직접환원철의 제조시스템. 14. The system of claim 13, further comprising a carbon dioxide removal unit for removing carbon dioxide from the top gas prior to shifting the carbon monoxide against the top gas. 제13항에 있어서, 탑가스에 대하여 일산화탄소를 시프팅하기 전에 탑가스를 예열하는 스팀예열기를 추가로 포함하는 직접환원철의 제조시스템.14. The system of claim 13, further comprising a steam preheater for preheating the top gas prior to shifting the carbon monoxide against the top gas. 제13항에 있어서, 탑가스에 대하여 일산화탄소를 시프팅하기 전에 탑가스에 스팀을 첨가하는 스팀공급원을 추가로 포함하는 직접환원철의 제조시스템.14. The system of claim 13, further comprising a steam source for adding steam to the top gas prior to shifting the carbon monoxide against the top gas. 제13항에 있어서, 탑가스에 대하여 일산화탄소를 시프팅한 후에 탑가스의 적어도 일부분으로부터 이산화탄소를 제거하는 이산화탄소제거유닛을 추가로 포함하는 직접환원철의 제조시스템. 14. The system of claim 13, further comprising a carbon dioxide removal unit for removing carbon dioxide from at least a portion of the top gas after shifting the carbon monoxide against the top gas. 제13항에 있어서, 탑가스에 대하여 일산화탄소를 시프팅한 후에 적어도 탑가스의 일부분에 석탄가스, 합성가스, 그리고 배기가스 중 하나를 첨가하는 외부가스공급원을 추가로 포함하는 직접환원철의 제조시스템. 14. The system of claim 13, further comprising an external gas source to add at least one of coal gas, syngas, and exhaust gas to at least a portion of the top gas after shifting the carbon monoxide against the top gas. 제13항에 있어서, 탑가스에 대하여 일산화탄소를 시프팅한 후에 탑가스를 가열하는 환원가스 가열기를 추가로 포함하는 직접환원철의 제조시스템. 14. The system of claim 13, further comprising a reducing gas heater for heating the top gas after shifting the carbon monoxide against the top gas. 제13항에 있어서, 탑가스에 대하여 일산화탄소를 시프팅한 후에 추가가열을 위하여 탑가스에 산소를 첨가하는 산소공급원을 추가로 포함하는 직접환원철의 제조시스템. 14. The system of claim 13, further comprising an oxygen source for adding oxygen to the top gas for further heating after shifting the carbon monoxide to the top gas.
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