KR20150004985A - Method of Coke Dry Quenching by using Coke Oven Gas and Recycle Method of Syngas - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for coke dry quenching (CDQ) using coke oven gas (COG) comprising: an insertion step for inserting red heat coke into a free chamber in the upper part of a CDQ body and then moving the red heat coke to a cooling chamber in the lower part of the CDQ body; a cooling gas injection step for injecting cooling gas into the cooling chamber and injecting COG and steam into the bottom of the cooling chamber; and cooling step for forming counter flow in the interior of the CDQ body by the red heat coke, COG, and steam so as to cool and collect the heat. According to the present invention, CDQ equipment effective in heat recovery and miniaturized can be provided. Additionally, a method for recycling syngas containing carbon monoxide and hydrogen gas generated from chemical reactions can be provided.

Description

코크스 오븐 가스(COG)를 이용한 코크스 건식 냉각 방법 및 합성가스 재활용 방법{Method of Coke Dry Quenching by using Coke Oven Gas and Recycle Method of Syngas}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a coke oven gas cooling method and a syngas recycling method using coke oven gas (COG)

본 발명은 코크스 건식 냉각 설비(CDQ: Coke Dry Quenching)에서 코크스 건식 냉각 방법 및 상기 CDQ 에서 발생한 합성가스 재활용방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 CDQ 설비 내의 냉각챔버에 투입되는 순환가스로 코크스 오븐 가스(COG: Coke Oven Gas)를 사용함으로써 물리적인 열교환은 물론, 화학적인 흡열반응으로 열교환 가능하게 함으로써 보다 효율적으로 열회수를 가능하게 하고, CDQ 설비의 소형화를 가능하게 하는 코크스 건식 냉각 방법 및 상기 반응시 발생되는 일산화탄소 및 수소가스를 포함하는 합성가스 재활용방법에 관한 것이다.The present invention relates to a coke dry cooling method in a coke dry quenching (CDQ) and a method for recycling syngas generated in the CDQ, and more particularly, to a method for recycling a coke oven gas (Coke Oven Gas), which enables heat recovery more efficiently by enabling heat exchange by chemical endothermic reaction as well as physical heat exchange, and enables a compact CDQ facility to be made smaller, and a coke- And a syngas recycling method including carbon monoxide and hydrogen gas generated.

제철소에서 고로의 열원, 환원재, 통기성 확보용도로 사용되는 코크스는 원료배합탄을 코크스 오븐에서 건류시킨 후 냉각시키게 되는데, 기존의 습식 소화 대신 최근에는 CDQ(Coke dry quenching)를 통한 건식냉각방법을 많이 사용하고 있다.The coke used for blast furnace, reducing material, and ventilation in blast furnaces at the steelworks is cooled by dry coal blending from the coke oven and then cooled by CDQ (Coke dry quenching) instead of conventional wet digestion. I use it a lot.

일반적으로 제철소의 코크스 공장에 적용되는 건식 냉각 설비(CDQ)는 코크스 버킷부터 공급되는 적열 코크스를 냉각시키는 방식에 따라 습식과 건식으로 분류될 수 있다.
Dry cooling equipment (CDQ), which is generally applied to coke plants in steel mills, can be classified as wet and dry according to the way in which the glow coke supplied from the coke buckets is cooled.

기존의 CDQ는 주성분이 질소인 냉각가스가 순환 팬(Circulation fan)에 의해서 순환하는 구조로 되어 있다. CDQ의 하부에서는 챔버의 중심부위와 벽면을 통해서 냉각가스가 주입되며 적열코크스는 CDQ의 상부에서 장입되어서 하부로 빠지면서 적열코크스와 냉각가스가 카운터 플로(counter flow)를 형성하면서 냉각 및 열회수가 이루어지게 된다. 냉각가스는 냉각/열회수 후 약 980℃까지 온도가 상승하며 상기 냉각가스는 보일러에서 고압증기를 생산하고, 다시 온도가 낮아진 냉각가스는 순환하는 구조로 되어 있다.
The conventional CDQ has a structure in which a cooling gas whose main component is nitrogen is circulated by a circulation fan. In the lower part of the CDQ, the cooling gas is injected through the central part of the chamber and the wall surface, and the glowing coke is charged at the upper part of the CDQ and falls into the lower part, and the glowing coke and the cooling gas form a counter flow, do. The cooling gas has a temperature rising to about 980 ° C after cooling / heat recovery, and the cooling gas produces high-pressure steam in the boiler, and the cooled cooling gas is circulated again.

그러나, 이러한 코크스 건식 냉각 방법은 적열 코크스를 충분히 냉각하고 대량의 열을 회수하기 위해서 대량의 냉각가스를 순환시켜주어야 하는바, CDQ설비가 대형화될 수 밖에 없다는 문제점이 있었다.However, such a coke dry cooling method has a problem that the CDQ equipment must be large-sized because a large amount of cooling gas must be circulated in order to sufficiently cool the red coke and recover a large amount of heat.

본 발명은 열회수 효율이 높고 소형화된 CDQ 설비를 제공하고자 한다.The present invention seeks to provide a compact CDQ facility with high heat recovery efficiency.

또한 본 발명은 화학 반응시 생성되는 일산화탄소 및 수소가스를 포함하는 합성가스를 재활용하는 방법을 제공하고자 한다.The present invention also provides a method for recycling synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen gas produced during a chemical reaction.

본 발명은 CDQ 본체 상부의 프리챔버에 적열 코크스를 장입한 후 상기 CDQ 본체 하부의 냉각챔버로 적열 코크스를 이동시키는 장입 단계; 상기 냉각챔버에 냉각가스를 주입하고, 상기 냉각챔버의 하부에 COG 및 스팀을 주입하는 냉각가스 주입단계; 및 상기 CDQ 본체 내에서 적열 코크스, COG 및 스팀이 카운터 플로를 형성하면서 냉각 및 열회수되는 냉각단계를 포함하는 COG를 이용한 코크스 건식 냉각 방법을 제공한다.
The present invention relates to a method and a system for loading a cryogenic coke into a prechamber above a CDQ body and then transferring the cryocooler to a cooling chamber below the CDQ body; A cooling gas injecting step of injecting a cooling gas into the cooling chamber and injecting COG and steam into the lower part of the cooling chamber; And a cooling step in which the gypsum coke, COG, and steam form a counter flow in the CDQ body, wherein the cooling step and the heat recovery step are performed.

상기 스팀은 보일러에서 발생한 스팀일 수 있다.
The steam may be steam generated in the boiler.

한편 본 발명은 상기 냉각단계에서 COG의 메탄과 스팀의 반응에 의해 생성된 일산화탄소 및 수소가스를 포함하는 합성가스를 재활용하는 합성가스 재활용 방법을 제공한다.
The present invention provides a syngas recycling method for recycling synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen gas produced by the reaction of methane and steam of COG in the cooling step.

상기 합성가스를 보일러의 열원으로 공급할 수 있다.
The syngas can be supplied to the heat source of the boiler.

또한 상기 합성가스를 고로에 환원가스로 투입할 수 있다.Further, the synthesis gas can be introduced into the blast furnace as a reducing gas.

본 발명에 따르면 열회수 효율이 높고 소형화된 CDQ 설비를 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a compact CDQ facility with high heat recovery efficiency.

또한 본 발명에 따르면 화학 반응시 생성되는 일산화탄소 및 수소가스를 포함하는 합성가스를 재활용하는 방법을 제공할 수 있다.Also, according to the present invention, it is possible to provide a method of recycling syngas containing carbon monoxide and hydrogen gas produced during a chemical reaction.

도 1은 본 발명에 따른 CDQ 설비의 개략적인 도면이다.1 is a schematic diagram of a CDQ facility according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Further, the embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art. The shape and size of elements in the drawings may be exaggerated for clarity.

본 발명은 CDQ 본체 상부의 프리챔버에 적열 코크스를 장입한 후 상기 CDQ 본체 하부의 냉각챔버로 적열 코크스를 이동시키는 장입 단계; 상기 냉각챔버에 냉각가스를 주입하고, 상기 냉각챔버의 하부에 COG 및 스팀을 주입하는 냉각가스 주입단계; 및 상기 CDQ 본체 내에서 적열 코크스, COG 및 스팀이 카운터 플로를 형성하면서 냉각 및 열회수되는 냉각단계를 포함하는 COG를 이용한 코크스 건식 냉각 방법을 제공한다.
The present invention relates to a method and a system for loading a cryogenic coke into a prechamber above a CDQ body and then transferring the cryocooler to a cooling chamber below the CDQ body; A cooling gas injecting step of injecting a cooling gas into the cooling chamber and injecting COG and steam into the lower part of the cooling chamber; And a cooling step in which the gypsum coke, COG, and steam form a counter flow in the CDQ body, wherein the cooling step and the heat recovery step are performed.

종래의 CDQ는 주성분이 질소인 냉각가스가 순환 팬(Circulation fan)에 의해서 순환하는 구조로 되어 있다. CDQ의 하부에서는 챔버의 중심부위와 벽면을 통해서 냉각가스가 주입되며 적열코크스는 CDQ의 상부에서 장입되어서 하부로 빠지면서 적열코크스와 냉각가스가 카운터 플로(counter flow)를 형성하면서 냉각 및 열회수가 이루어지게 된다. 냉각가스는 냉각 및 열회수 후 약 980℃까지 온도가 상승하며 상기 냉각가스는 보일러에서 고압증기를 생산하고, 다시 온도가 낮아진 냉각가스는 순환하는 구조로 되어 있다. 그러나, 이러한 코크스 건식 냉각 방법은 적열 코크스를 충분히 냉각하고 대량의 열을 회수하기 위해서 대량의 냉각가스를 순환시켜주어야 하는바, CDQ설비가 대형화될 수 밖에 없다는 문제점이 있었다.
The conventional CDQ has a structure in which a cooling gas whose main component is nitrogen is circulated by a circulation fan. In the lower part of the CDQ, the cooling gas is injected through the central part of the chamber and the wall surface, and the glowing coke is charged at the upper part of the CDQ and falls into the lower part, and the glowing coke and the cooling gas form a counter flow, do. The cooling gas is cooled to a temperature of about 980 DEG C after heat recovery, and the cooling gas produces high pressure steam in the boiler, and the cooled cooling gas is circulated again. However, such a coke dry cooling method has a problem that the CDQ equipment must be large-sized because a large amount of cooling gas must be circulated in order to sufficiently cool the red coke and recover a large amount of heat.

따라서 본 발명은 COG를 주입하여, 열회수 효율이 높은 CDQ 설비를 제공하고, CDQ 설비를 소형화하고자 한다.
Accordingly, the present invention provides a CDQ facility with high heat recovery efficiency by injecting COG, and miniaturizes the CDQ facility.

도 1은 본 발명에 따른 CDQ 설비의 개략적인 도면이다.
1 is a schematic diagram of a CDQ facility according to the present invention.

본 발명에 의한 COG를 이용한 코크스 건식 냉각 방법의 장입 과정은 CDQ 본체에 형성된 프리챔버(101)에 적열 코크스를 투입하는 과정이다. 코크스버킷에 담겨 있는 약 1100℃ 정도의 적열 코크스를 윈치리프트를 이용하여 CDQ본체에 형성된 프리챔버(101)에 장입한다.
The charging process of the coke dry cooling method using COG according to the present invention is a process of injecting the red coke into the prechamber 101 formed in the CDQ body. The heat coke of about 1100 ° C contained in the coke bucket is charged into the prechamber 101 formed in the CDQ body using the winch lift.

상기 프리챔버(101)는 적열 코크스 투입의 시간차 때문에 발생되는 COG와의 반응성 저하 및 갑작스러운 COG와의 반응에 의한 작업의 위험성을 감소시키는 과정에 해당된다.
The prechamber 101 corresponds to a process of reducing the reactivity with COG generated due to the time difference of the input of the red gypsum coke and the risk of the operation due to the sudden reaction with COG.

상기 장입 과정이 이루어진 후, 일정 시간 경과하면 상기 프리챔버(101) 하부에 위치하는 냉각챔버(102)로 적열 코크스를 이동시키는 반응준비 과정이 진행된다. 상기 냉각챔버(102)는 적열 코크스의 열을 회수하기 위한 COG와의 반응 공간에 해당된다.
After the charging process is completed, a reaction preparation process for moving the red coke to the cooling chamber 102 located under the pre-chamber 101 is performed. The cooling chamber 102 corresponds to a reaction space with the COG for recovering the heat of the gypsum coke.

반응준비 과정의 진행과 거의 동시에 COG 및 스팀의 주입 과정이 진행된다. 이 때 주입되는 상기 COG 및 스팀의 양은 CDQ에서 제어가능한 범위 내에 있어야 하며, 필요에 따라 냉각가스는 가스 블로 오프(Gas blow off)라인을 통해서 외부로 배출되게 된다.
Simultaneously with the progress of the reaction preparation process, the COG and steam injection process proceeds. The amount of COG and steam injected at this time must be within a controllable range in the CDQ, and the cooling gas is discharged to the outside through a gas blow off line if necessary.

상기 스팀은 보일러(103)에서 발생한 스팀일 수 있다.
The steam may be steam generated in the boiler 103.

상기 COG 및 스팀을 주입하면, 상기 CDQ 본체 내에서 하기 식 (1) 내지 (6)의 반응 과정이 진행된다.
When the COG and steam are injected, the reaction process of the following formulas (1) to (6) proceeds in the CDQ main body.

상기 COG는 주성분이 CH4로 구성되며, 상기 COG 및 스팀을 주입하였을 때 일어나는 반응 과정은 다음과 같다.
The main component of the COG is CH 4 , and the reaction process occurring when the COG and steam are injected is as follows.

CH4 + H2O = CO + 3H2 (1)CH 4 + H 2 O = CO + 3H 2 (1)

CH4 + 2H2O = CO2 + 4H2 (2)CH 4 + 2H 2 O = CO 2 + 4H 2 (2)

C + H2O = CO + H2O (3)C + H 2 O = CO + H 2 O (3)

C + 2H2O = CO2 + 2H2 (4)C + 2H 2 O = CO 2 + 2H 2 (4)

CO2 + C = 2CO (5)CO 2 + C = 2CO (5)

CO2 + CH4 = 2CO + 2H2 (6)
CO 2 + CH 4 = 2CO + 2H 2 (6)

상기 반응식 중 (1) 내지 (5)는 흡열반응이고, (6)은 발열반응이다. 상기 흡열반응에 의해서 주성분이 질소인 냉각가스의 강제대류(forced convection)에 의해서 냉각되는 것보다 더 빠른 시간에 적열코크스를 냉각시킬 수 있다. 또한 일산화탄소 및 수소 가스를 얻을 수 있다.
In the above reaction formulas (1) to (5) are endothermic reactions and (6) are exothermic reactions. The endothermic reaction can cool the glow coke faster than it is cooled by forced convection of the cooling gas whose main component is nitrogen. Also, carbon monoxide and hydrogen gas can be obtained.

상기 반응 과정은 상기 CDQ 본체 내에서 적열 코크스, COG 및 스팀이 카운터 플로를 형성하면서 냉각 및 열회수되어 진행된다.
The reaction process proceeds by cooling and recovering heat in the CDQ body while forming a counter flow in the cryogenic coke, COG and steam.

상기 반응 과정에서 적열코크스는 COG 및 H2O와 반응하여 일산화탄소 및 수소가스를 포함하는 합성가스를 발생시킨다. 상기 냉각챔버(102) 내에서 이루어지는 반응은 반응물인 적열 코크스(C(s))와 COG가 갖는 반응엔탈피보다 생성물에 해당되는 일산화탄소(CO)의 엔탈피가 증가하는 흡열반응에 해당된다. 따라서, 냉각챔버(102)에 공급되는 적열 코크스의 온도가 대략 300℃ 이상이라면 급격한 흡열반응이 일어나게 되어 고온의 코크스의 열을 생성물인 고온의 일산화탄소로 회수할 수 있게 된다.
In the course of the reaction, the gaseous coke reacts with COG and H 2 O to produce synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen gas. The reaction occurring in the cooling chamber 102 corresponds to an endothermic reaction in which the enthalpy of carbon monoxide (CO) corresponding to the product is increased more than the reaction enthalpy of the red gypsum coke (C (s)) and COG. Therefore, if the temperature of the glowing coke supplied to the cooling chamber 102 is about 300 ° C or more, a rapid endothermic reaction occurs, and the heat of the high-temperature coke can be recovered as high-temperature carbon monoxide as the product.

한편 본 발명은 상기 냉각단계에서 COG의 메탄과 스팀의 반응에 의해 생성된 일산화탄소 및 수소가스를 포함하는 합성가스를 재활용하는 합성가스 재활용 방법을 제공한다.
The present invention provides a syngas recycling method for recycling synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen gas produced by the reaction of methane and steam of COG in the cooling step.

이를 통해 본 발명은 화학 반응시 생성되는 일산화탄소 및 수소가스를 포함하는 합성가스를 재활용하는 방법을 제공하고자 한다.
Accordingly, the present invention provides a method for recycling synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen gas produced during a chemical reaction.

상기 COG를 이용한 코크스 건식 냉각 방법의 상기 반응 과정에 의하여 생성된 합성가스는 일산화탄소 및 수소 가스를 포함하고, 상기 일산화탄소는 고온의 일산화탄소이다. 상기 재활용은 일산화탄소가 갖는 열에너지는 물론, 일산화탄소 가스 자체를 재활용할 수 있다.
The synthesis gas produced by the reaction process of the coke dry cooling method using COG includes carbon monoxide and hydrogen gas, and the carbon monoxide is carbon monoxide at a high temperature. The recycling can recycle the carbon monoxide gas as well as the thermal energy of the carbon monoxide.

상기 합성가스의 재활용은 다양한 형태로 일산화탄소 등을 재활용할 수 있다.
The recycle of the syngas can recycle carbon monoxide and the like in various forms.

먼저 상기 합성가스를 보일러(103)의 열원으로 공급할 수 있다. 즉, 일반적인 발전시스템에서 보일러(103)에 공급되는 열을 일산화탄소의 열로 대체하는 것이다. 이로부터 일산화탄소가 갖는 열에너지는 발전시스템으로부터 전기에너지로 회수될 수 있다.
The syngas can be supplied to the boiler 103 as a heat source. That is, the heat supplied to the boiler 103 in the general power generation system is replaced by the heat of carbon monoxide. From this, the thermal energy of the carbon monoxide can be recovered as electric energy from the power generation system.

또한, 상기 합성가스를 고로에 환원가스로 투입할 수 있다. 일반적으로 제철공정에서는 철광석과 원료탄 유연탄을 높이 약 100m의 고로에 넣은 뒤 1,200℃ 정도의 뜨거운 바람을 불어 넣으면 원료탄이 타면서 나오는 열에 의해 철광석이 녹아 쇳물을 만드는 과정을 거치게 된다. 이러한 철광석은 산소가 결합된 산화물의 형태인 바, 필수적으로 환원제가 필요한데 본 발명의 반응 과정에서 생성된 합성가스는 고로에 직접 주입되어 환원가스로 재활용될 수 있다.
Further, the syngas can be introduced into the blast furnace as a reducing gas. Generally, iron ore and coking coal are placed in a blast furnace with a height of about 100m, and hot winds of about 1,200 ° C are blown in the steelmaking process. The iron ore is melted by the heat generated by the burning of the coking coal. Since the iron ores are in the form of oxides combined with oxides, a reducing agent is indispensably required. The syngas produced in the reaction process of the present invention can be directly injected into the blast furnace and recycled as a reducing gas.

101: 프리챔버
102: 냉각챔버
103: 보일러101: Prechamber
102: cooling chamber
103: Boiler

Claims (5)

CDQ 본체 상부의 프리챔버에 적열 코크스를 장입한 후 상기 CDQ 본체 하부의 냉각챔버로 적열 코크스를 이동시키는 장입 단계;
상기 냉각챔버에 냉각가스를 주입하고, 상기 냉각챔버의 하부에 COG 및 스팀을 주입하는 냉각가스 주입단계; 및
상기 CDQ 본체 내에서 적열 코크스, COG 및 스팀이 카운터 플로를 형성하면서 냉각 및 열회수되는 냉각단계
를 포함하는 COG를 이용한 코크스 건식 냉각 방법.Loading cryogenic coke into the prechamber above the CDQ body and then moving the cryocooler to the cooling chamber below the CDQ body;
A cooling gas injecting step of injecting a cooling gas into the cooling chamber and injecting COG and steam into the lower part of the cooling chamber; And
A cooling step in which the glow coke, COG and steam in the CDQ body are cooled and heat recovered while forming a counter flow
/ RTI > The method of claim 1, 제 1항에 있어서, 상기 스팀은 보일러에서 발생한 스팀인 COG를 이용한 코크스 건식 냉각 방법.The method of claim 1, wherein the steam is steam generated in a boiler. 제 1항 내지 제 2항 중 어느 한 항의 상기 냉각단계에서 COG의 메탄과 스팀의 반응에 의해 생성된 일산화탄소 및 수소가스를 포함하는 합성가스를 재활용하는 합성가스 재활용 방법.A syngas recycling method for recycling syngas comprising carbon monoxide and hydrogen gas produced by the reaction of methane and steam of COG in the cooling step of any one of claims 1 to 2. 제 3항에 있어서, 상기 합성가스를 보일러의 열원으로 공급하는 합성가스 재활용 방법.4. The method of claim 3, wherein the syngas is supplied to the heat source of the boiler. 제 3항에 있어서, 상기 합성가스를 고로에 환원가스로 투입하는 합성가스 재활용 방법.

















The synthesis gas recycling method according to claim 3, wherein the synthesis gas is introduced into a blast furnace as a reducing gas.

















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