KR20160141799A - 산화 철광석으로부터 철을 생산하기 위해 전기 에너지를 발생시키기 위한 기기 및 방법 - Google Patents

산화 철광석으로부터 철을 생산하기 위해 전기 에너지를 발생시키기 위한 기기 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 석탄 또는 탄화수소 함유 가스로부터 에틴을 전열 생산하여서 수소 함유 가스를 수득하기 위한 시스템을 포함하고, 산화 철광석을 환원함으로써 철을 생산하기 위한 시스템을 포함하고, 에틴의 전열 생산을 위한 시스템으로부터 산화 철광석을 환원함으로써 철을 생산하기 위한 시스템으로 환원제로서 수소 함유 가스를 안내하는 적어도 하나의 가스 라인을 포함하는 기기에 관한 것이다. 전기 에너지는 이러한 기기에서 산화 철광석으로부터 철을 생산하는데 사용될 수 있고, 석탄 또는 탄화수소 함유 가스로부터 에틴의 전열 생산 중 수득되는 수소 함유 가스는 환원제로서 산화 철광석을 환원함으로써 철을 생산하기 위한 시스템으로 공급된다.

Description

산화 철광석으로부터 철을 생산하기 위해 전기 에너지를 발생시키기 위한 기기 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR PRODUCING ELECTRIC ENERGY FOR PRODUCING IRON FROM OXIDE IRON ORES}
본 발명은 산화 철광석으로부터 철을 생산하기 위해 전기 에너지를 사용하는 것을 허용하는 장치 및 프로세스에 관한 것이다.
산화 철광석으로부터 철의 생산은 보통 코크스의 공기 산화에 의해 생성된 일산화탄소로 산화 철광석을 환원함으로써 용광로 프로세스에서 실시된다. 다량의 이산화탄소가 여기에서 형성된다. 따라서, 용광로 프로세스에서 철의 생산은 화석 탄소 소스들로부터 다량의 이산화탄소 배출물을 유발한다.
용광로 프로세스로부터 이산화탄소 배출물을 감소시키기 위해서, 미네랄 오일 또는 천연 가스와 같은 탄화수소, 또는 분자 수소가 코크스 일부에 대한 대체물로서 용광로에 환원제로서 공급될 수 있다.
용광로 프로세스의 대안으로서, 코크스로부터 생성된 일산화탄소를 이용한 환원 대신에 일산화탄소 함유 합성 가스 또는 다른 환원제로 환원이 실시되는 일련의 직접 환원 프로세스들이 개발되었다. 하지만, 이 프로세스들은 또한 일반적으로 환원제들로서 또는 환원제의 제조를 위한 출발 재료로서 화석 탄소 소스들을 이용한다.
이산화탄소 배출물을 추가로 감소시키기 위해서, 산화 철광석으로부터 철을 생산하기 위한 화석 에너지 소스들 대신에, 재생가능한 소스들로부터, 특히 태양 에너지 또는 풍력으로부터 에너지를 이용할 수 있는 것이 바람직하다. 하지만, 이 재생가능한 소스들은 용광로 프로세스 및 직접 환원 프로세스들에서 산화 철광석의 환원에 직접 사용될 수 없는 전기 에너지 형태의 에너지를 제공한다.
용광로 프로세스에서 재생가능한 소스들로부터 발생된 전기 에너지를 이용할 수 있도록, 수소가 물의 전기 분해에 의해 생성되고 수소가 환원제로서 용광로에 공급되는 것이 제안되었다. 하지만, 이러한 전기 분해는 기술적으로 복잡하고 비경제적이다.
이런 이유 때문에, 철 생산시 이산화탄소 배출물을 감소시키도록 산화 철광석으로부터 철을 생산하기 위해 전기 에너지를 보다 효율적으로 이용할 수 있는 필요성이 여전히 존재한다. 특히, 환원제로서 물로부터 전기 분해로 생성되는 수소를 이용하는 것보다 전기 에너지의 더 양호한 사용을 허용하는 프로세스들에 대한 필요성이 존재한다.
현재, 이것은 산화 철광석으로부터 철의 생산과 에틴의 전열 제조를 결합함으로써 달성될 수 있는 것으로 발견되었고, 여기에서 에틴의 전열 제조로부터 수소는 산화 철광석으로부터 철을 생산하기 위해 환원제로서 사용된다.
그러므로, 본 발명은 산화 철광석으로부터 철을 생산하기 위해 전기 에너지를 이용하기 위한 장치를 제공하고, 상기 장치는 석탄 또는 탄화수소 함유 가스로부터 에틴을 전열 제조하여서, 수소 함유 가스를 제공하기 위한 플랜트, 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트, 및 환원제로서 에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트로부터 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트로 상기 수소 함유 가스를 공급하는 적어도 하나의 가스 도관을 포함한다.
게다가, 본 발명은 산화 철광석으로부터 철을 생산하기 위해 전기 에너지를 이용하기 위한 프로세스를 제공하고, 상기 프로세스는 석탄 또는 탄화수소 함유 가스로부터 에틴을 전열 제조하여서 수소 함유 가스를 제공하는 단계, 및 환원제로서 상기 가스를 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트로 도입하는 단계를 포함한다.
본 발명의 장치는 석탄 또는 탄화수소 함유 가스로부터 에틴을 전열 제조하여서, 수소 함유 가스를 제공하기 위한 플랜트를 포함한다.
에틴의 전열 제조에서, 에틴은 탄화수소 또는 석탄으로부터 흡열 반응으로 제조되고, 상기 반응을 실시하는데 요구되는 열은 전력에 의해 발생된다. 에틴의 전열 제조를 위해 가스 또는 기화된 탄화수소, 바람직하게 지방족 탄화수소를 이용할 수 있다. 특히 적합한 것은 메탄, 에탄, 프로판 및 부탄이고, 보다 특히 메탄이 적합하다. 에틴의 전열 제조에 적합한 플랜트들은 종래 기술, 예를 들어 공업 화학 울만 백과사전, 5 판, A1 권, 115 ~ 122 페이지, DE 1 900 644 A1, EP 0 133 982 A2 및 H. Brachold 외의 Chem.-Ing.-Tech. 65 (1993), 293 ~ 297 페이지에 공지되어 있다.
에틴의 전열 제조에서, 에틴 이외에 수소가 부산물로서 수득된다. 따라서, 에틴의 전열 제조에서 수득된 반응 혼합물은, 검댕 (soot) 및 에틴 이외의 탄화수소를 부가적으로 함유할 수 있는, 에틴 및 수소를 함유한 가스이다.
에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트는, 에틴이 전열로 생성되는 하나 이상의 장치들을 포함할 수 있다. 플랜트가 에틴의 생성을 위한 복수의 장치들을 포함한다면, 이 장치들은 바람직하게 병렬로 배치되고 서로 독립적으로 작동될 수 있다. 병렬로 배치된 복수의 장치들을 사용하는 것은, 개별 장치들에서 최적 작동 조건을 유지하면서, 개별 장치들의 켜짐과 꺼짐에 의해, 에틴의 생성을 단계적으로 변경하는 것을 가능하게 하고 부분 부하 작동으로부터 기인한 효율성 손실을 방지한다.
에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트는 바람직하게 전기 아크 반응기를 포함한다. 이 경우에, 에틴의 전열 제조는, 적어도 하나의 탄화수소가 가스 스트림과 아크를 통과하는 1 단계 프로세스로 일어날 수도 있다. 대안적으로, 에틴의 전열 제조는, 수소가 아크를 통과하고 적어도 하나의 탄화수소가 아크의 하류에서 아크에서 발생된 수소 플라즈마로 공급되는 2 단계 프로세스로 일어날 수도 있다. 에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트는, 병렬로 배치되고 서로 독립적으로 작동될 수 있는 복수의 전기 아크 반응기들을 포함한다.
에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트는, 바람직하게, 에틴의 전열 제조시 수득된 반응 혼합물의 전부 또는 일부의 급속 냉각 (??칭) 을 허용하는 장치를 포함한다. 반응 혼합물은 바람직하게 250 ℃ 미만의 온도로 냉각된다. 급속 냉각은, 예를 들어, 탄화수소 및/또는 물의 도입과 같은 직접 ??칭 방법 또는, 예를 들어, 스팀 발생과 열교환기에서 급속 냉각과 같은 간접 ??칭 방법을 사용해 달성될 수도 있다. 직접 ??칭 및 간접 ??칭은 또한 서로 조합될 수도 있다. 제 1 실시형태에서, 반응 혼합물은 단지 물로 ??칭된다. 이 실시형태는 비교적 낮은 자본 비용을 특징으로 한다. 바람직한 실시형태에서, 반응 혼합물은 탄화수소 함유 가스 또는 탄화수소 함유 액체와 혼합되고, 탄화수소의 적어도 일부는 흡열 크래킹된다. 프로세스 레짐 (regime) 에 따라, 예를 들어, 에틴 이외에, 수소와 가능하다면 일산화탄소, 에탄, 프로판, 에텐 및 다른 보다 저급 탄화수소의 분획물들을 포함한 다소 넓은 생성물 스펙트럼이 발생된다. 결과적으로, 생성된 열은 탄화수소의 흡열 크래킹과 같은 추가 용도에 실질적으로 더 많이 이용될 수 있다. 반응 혼합물을 ??칭하기 위한 적합한 장치들은 종래 기술, 예를 들어 공업 화학 울만 백과사전, 5 판, A1 권, 108 ~ 110 페이지와 116 ~ 118 페이지에 공지되어 있다.
에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트는, 바람직하게, 에틴의 전열 제조에서 수득된 반응 혼합물로부터 검댕을 분리하여서 생성물 가스를 제공하기 위한 장치를 포함한다. 이 생성물 가스는 생성된 에틴, 부산물로서 형성된 수소 및 일반적으로 에틴 이외의 추가 탄화수소를 함유한다. 검댕을 제거하기 위해, 에틴의 제조를 위한 공지된 방법들에서 이 목적으로 이용된 기기들 전부, 예를 들어, 사이클론들, 스크러버들 또는 전기 집진기들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 적합한 기기들은 공업 화학 울만 백과사전, 5 판, A1 권, 108 ~ 110 페이지와 118 페이지에 공지되어 있다.
에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트는, 바람직하게, 검댕을 분리하기 위한 장치 이외에, 검댕 제거시 수득되는 생성물 가스로부터 에틴을 분리하기 위한 장치를 포함한다. 에틴의 분리시, 수소 뿐만 아니라 분리되지 않은 에틴 분획물들과 에틴 이외의 탄화수소를 함유할 수도 있는 수소 함유 가스가 수득된다. 에틴을 분리하기 위한 장치는 바람직하게 압축기, 가압 하에 작동되는 흡수탑 및 흡수탑에서의 압력보다 낮은 압력으로 작동되는 탈착탑을 포함한다. 물 또는 예를 들어, N 메틸피롤리돈, 디메틸포름아미드 또는 메탄올과 같은 적합한 용매들이 에틴의 선택적 흡수를 위해 사용될 수 있다. 에틴을 분리하기 위한 적합한 장치들은 종래 기술, 예를 들어 공업 화학 울만 백과사전, 5 판, A1 권, 110 ~ 112 페이지에 공지되어 있다.
본 발명의 장치는, 에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트 이외에, 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트를 포함한다. 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트는 용광로 또는 산화 철광석의 직접 환원을 위한 플랜트일 수 있다. 산화 철광석의 직접 환원을 위한 적합한 플랜트들은 공업 화학 울만 백과사전, 온라인 어디션 (addition) 2012, 키워드 철, 3. 직접 환원 프로세스, DOI 10.1002/14356007.o14_o02 에 공지되어 있다.
산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트는 바람직하게 용광로이다. 용광로에서, 산화 철광석은 코크스의 공기 산화에 의해 용광로에서 생성되는 일산화탄소에 의해 대부분 환원된다.
본 발명의 장치는, 에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트 및 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트 이외에, 환원제로서 에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트로부터 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트로 수소 함유 가스를 공급하는 적어도 하나의 가스 도관을 포함한다. 본 발명의 장치는 또한 환원제로서 에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트로부터 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트로 다른 조성의 수소 함유 가스를 각각 공급하는 복수의 가스 도관들을 포함할 수 있다. 에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트로부터 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트로 수소 함유 가스를 수송하도록 컨베이어 기기, 예컨대 송풍기가 부가적으로 가스 도관에 배치될 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트는 용광로이고 가스 도관(들)은 수소 함유 가스(들)를 용광로의 하부 섹션으로 공급한다. 가스 도관은 바람직하게 공기 입구들 위의 지점에서 수소 함유 가스를 용광로로 공급한다.
바람직한 실시형태에서, 본 발명의 장치는, 환원제로서 에틴의 전열 제조시 수득된 반응 혼합물의 전부 또는 일부를, 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트로 직접 공급하는 것을 허용하는 가스 도관을 포함한다. 여기에서, 직접이라고 하면 반응 혼합물로부터 성분들이 분리되지 않는 것을 의미한다. 철 생산을 위한 플랜트로 가능한 한 완전히 반응 혼합물의 열 에너지를 도입하도록 반응 혼합물은 특히 바람직하게 철 생산을 위한 플랜트로 미냉각 상태로 공급된다. 이 목적으로, 가스 도관은 바람직하게 이 실시형태에서 단열되어 있다.
본 발명의 장치의 다른 바람직한 실시형태에서, 에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트는 에틴의 전열 제조에서 수득된 반응 혼합물로부터 검댕을 분리하여서 생성물 가스를 제공하기 위한 장치, 및 또한 환원제로서 상기 생성물 가스를 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트로 공급하는 것을 허용하는 가스 도관을 포함한다.
본 발명의 장치의 다른 바람직한 실시형태에서, 에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트는, 에틴의 전열 제조에서 수득된 반응 혼합물로부터 검댕을 분리하여서 생성물 가스를 제공하기 위한 장치 이외에, 상기 생성물 가스로부터 에틴을 분리하여서 수소 함유 가스를 제공하기 위한 장치, 및 또한 환원제로서 상기 수소 함유 가스를 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트로 공급하는 것을 허용하는 가스 도관을 포함한다. 에틴의 분리는 특히 바람직하게 수소 뿐만 아니라 에틴 이외의 탄화수소를 함유한 가스를 제공한다.
본 발명의 장치의 전술한 3 가지 바람직한 실시형태들의 가스 도관들이 또한 서로 조합하여 존재할 수 있고 다른 조성의 수소 함유 가스를 환원제로서 에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트로부터 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트로 공급한다.
3 가지 전술한 바람직한 실시형태들에서, 가스 도관은 바람직하게 가스 저장을 위한 장치, 특히 바람직하게 가스 탱크 (gasometer) 에 연결된다. 가스 저장을 위한 장치에 가스 도관을 연결하는 것은, 에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트가 시간이 경과함에 따라 변하는 처리량으로 작동될 때에도 철 생산을 위한 플랜트로 수소 함유 가스를 일정하게 공급하는 것을 허용한다.
본 발명의 장치는 부가적으로 에틴 저장 기기를 포함할 수 있다. 이 저장 기기는, 에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트가 시간이 경과함에 따라 변하는 처리량으로 작동될 때에도 에틴의 하류 반응의 진행중인 연속 작동이 추가 생성물들을 형성하는 것을 허용한다. 에틴의 저장은 바람직하게 용매에서, 특히 바람직하게 검댕의 제거시 수득되는 생성물 가스로부터 에틴의 흡수를 위한 에틴을 분리하기 위한 장치에서 사용되는 용매에서 용액으로 이루어진다.
본 발명의 장치는 일기 예보 유닛에 연결될 수 있다. 이러한 일기 예보 유닛으로 연결은, 한편으로는, 에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트가 풍력 에너지 및 태양 에너지로부터 이용가능한 동력에 따라 시간이 경과할 때 변경되는 처리량으로 작동될 수 있고, 다른 한편으로는, 하류 에틴 소비 플랜트의 연속 작동에 이용가능한 충분한 에틴이 항상 존재하도록 장치의 작동을 적합화시킬 수 있다. 따라서, 일기 예보 결과에 따라, 예를 들어, 에틴 저장 기기가 고 충전 레벨 또는 저 충전 레벨이 되도록 할 수 있다. 게다가, 에틴의 추가 프로세싱을 위한 플랜트가 변경된 작동 모드들에 대해 설정되어 조절될 수 있다.
본 발명의 장치는 또한 에틴 소비 플랜트들과 결합되어 작동될 수 있다. 수소 또는 탄화수소 함유 가스들이 에틴 소비 플랜트들에서 부산물로서 수득될 때, 부산물로서 수득된 수소 또는 탄화수소 함유 가스가, 환원제로서 에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트로부터 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트로 수소 함유 가스를 통과시키는 가스 도관으로 공급되도록 본 발명의 장치는 바람직하게 에틴 소비 플랜트에 결합된다.
산화 철광석으로부터 철을 생산하기 위해 전기 에너지를 이용하기 위한 본 발명의 프로세스는, 석탄 또는 탄화수소 함유 가스로부터 에틴을 전열 제조하여서 수소 함유 가스를 제공하는 단계, 및 환원제로서 이 가스를 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트로 도입하는 단계를 포함한다. 본 발명의 프로세스는 바람직하게 전술한 본 발명의 장치에서 실시된다. 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트로서 용광로를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 프로세스에서, 에틴의 전열 제조는 바람직하게 탄화수소 함유 가스, 특히 바람직하게 천연 가스로부터 진행한다. 다른 바람직한 실시형태에서, 에틴의 전열 제조는 석탄으로부터 진행한다. 탄화수소 함유 가스 또는 석탄으로부터 에틴의 전열 제조를 위한 적합한 프로세스들은 종래 기술, 예를 들어 공업 화학 울만 백과사전, 5 판, A1 권, 115 ~ 122 페이지, DE 1 900 644 A1, EP 0 133 982 A2 및 H. Brachold 외, Chem.-Ing.-Tech. 65 (1993), 293 ~ 297 페이지에 공지되어 있다.
에틴의 전열 제조가 석탄으로부터 진행하고 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트가 용광로인 본 발명의 프로세스의 실시형태에서, 석탄으로부터 에틴의 전열 제조에서 부산물로서 수득된 코크스는 바람직하게 에틴의 전열 제조에서 수득된 반응 혼합물로부터 분리되고 위에서부터 용광로로 공급된다. 이 목적으로, 분리된 코크스는 용광로로 도입되기 전 과립화, 펠릿화 또는 브리케트화될 수 있다.
수소 함유 가스가 부가적으로 에틴 이외의 탄화수소를 함유하도록 본 발명의 프로세스는 바람직하게 작동된다. 이 탄화수소는 탄화수소 함유 가스 공급물의 미반응 성분들일 수 있고 또는 에틴의 전열 제조에서 부산물로서 형성될 수 있다. 대안으로서 또는 부가적으로, 부가된 탄화수소의 적어도 일부가 흡열 크래킹되도록 에틴의 전열 제조에서 수득된 반응 혼합물을 탄화수소 함유 가스 또는 탄화수소 함유 액체와 혼합함으로써 에틴 이외의 탄화수소가 생성될 수 있다.
본 발명의 프로세스의 바람직한 실시형태에서, 검댕은 에틴의 전열 제조에서 수득된 반응 혼합물로부터 분리되고 분리된 검댕은 환원제로서 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트로 공급된다. 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트는 바람직하게 용광로이고 검댕은 환원제로서 용광로의 하부 섹션으로 공급되거나 코크스와 함께 위에서부터 용광로로 공급된다. 검댕을 코크스와 함께 용광로로 공급하도록, 검댕은 용광로로 도입되기 전 바람직하게 과립화, 펠릿화되거나 브리케트화된다.
본 발명의 프로세스의 바람직한 실시형태에서, 검댕은 먼저 에틴의 전열 제조에서 수득된 반응 혼합물로부터 분리되고 에틴은 그 후 수소 함유 가스를 제공하도록 수득된 생성물 가스로부터 분리된다. 에틴의 분리시, 생성물 가스에 존재하는 에틴 이외의 탄화수소는 바람직하게 분리되지 않거나 단지 일부만 분리되어서, 수소 함유 가스는 부가적으로 생성물 가스에 존재하는 에틴 이외의 탄화수소 전부 또는 일부를 함유한다. 에틴의 이러한 선택적 격리는 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트에서 에너지를 발생시키기 위해 환원제로서 에틴 이외의 탄화수소를 이용하는 것을 가능하게 하고 생성물 가스를 완전히 분리하는 것보다 장치 면에서 더 적은 에너지와 경비를 요구한다.
본 발명의 프로세스에서, 에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트에서 처리량은 바람직하게 전기 에너지의 가용성 (availability) 에 따라 변경된다. 이 목적으로, 에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트는, 예를 들어, 전력 교환시 전력에 대한 시가에 따라 원하는 대로 켜지거나 꺼질 수 있다. 대안으로서, 에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트는, 그것의 전력 소비가 전기 에너지의 전류 초과량에 대응하도록 가변 부하로 또한 작동될 수 있다. 에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트는 바람직하게 초과 전기 에너지를 사용해 작동된다. 초과 전기 에너지는 본 발명의 장치 옆에 위치한 발전기로부터, 예를 들어 이웃한 전력 플랜트, 이웃한 풍력 발전기 또는 이웃한 광발전 플랜트로부터 비롯될 수 있다. 초과 전기 에너지는 특히 바람직하게 전력 그리드로부터 끌어낸다. 이 경우에, 현재 전력 유통로 (offtake) 에 대해 그리드로 입력된 전력 초과량을 보상하도록 초과 전기 에너지는 전력 그리드로부터 음의 (negative) 조절 에너지로서 끌어낼 수 있다. 본 발명의 프로세스에 사용된 초과 전기 에너지는 바람직하게 풍력 에너지 또는 태양 에너지로부터 발생된 에너지이다.
에틴의 전열 제조에서 수득되고 환원제로서 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트로 공급되는 가스 양은 바람직하게 또한 전기 에너지의 가용성에 따라 변경된다. 철 생산을 위한 플랜트로 공급된 가스의 양은, 에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트에서 처리량과 동일한 정도로 변경될 수 있다. 하지만, 철 생산을 위해 플랜트로 공급되는 가스의 양은 또한 에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트에서 처리량보다 적게 변경될 수 있다. 예를 들어, 에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트에서 처리량이 낮을 때, 이 플랜트에서 생성된 전체 수소 양이 환원제로서 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트로 공급될 수 있고 에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트에서 처리량이 높을 때, 생성된 수소의 단지 일부만 철 생산을 위한 플랜트로 공급될 수 있고 나머지 부분은 저장 기기 또는 다른 용도로 공급될 수 있다.
선행 단락에서 설명된 실시형태의 대안으로서 또는 조합하여, 에틴의 전열 제조에서 수득되고 환원제로서 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트로 공급되는 가스 조성이 전기 에너지의 가용성에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 프로세스는, 에틴이 분리되기 전 에틴- 및 수소-함유 가스를 철 생산을 위한 플랜트로 공급하는 가스 도관과 또한 에틴이 분리된 후 에틴 고갈된 수소 함유 가스를 철 생산을 위한 플랜트로 공급하는 가스 도관 양자를 포함하는 장치에서 실시될 수 있다. 에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트에서 처리량이 낮을 때, 대부분 에틴- 및 수소-함유 가스가 철 생산을 위한 플랜트로 공급되고 에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트에서 처리량이 높을 때, 대부분 에틴 고갈된, 수소 함유 가스가 철 생산을 위한 플랜트로 공급되어서 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트로 공급되는 환원제 양의 변동이 낮게 유지되도록 장치가 작동될 수 있다. 하지만, 에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트에서 처리량이 낮을 때, 대부분 에틴 고갈된, 수소 함유 가스가 철 생산을 위한 플랜트로 공급되고 에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트에서 처리량이 높을 때, 대부분 에틴- 및 수소-함유 가스가 철 생산을 위한 플랜트로 공급되어서, 생성물 가스로부터 에틴을 분리하기 위한 장치의 용량이 작게 유지될 수 있도록 장치는 또한 작동될 수 있다.
2 개의 선행 단락들에서 설명된 실시형태들에 대한 대안으로서 또는 조합하여, 에틴의 전열 제조에서 수득되고 환원제로서 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트로 공급되는 가스의 온도는 전기 에너지의 가용성에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 에틴의 전열 제조에서 수득된 반응 혼합물의 전부 또는 일부를 직접 환원제로서 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트로 공급할 수 있는 제 1 가스 도관과 또한 철을 생산하기 위한 플랜트로 반응 혼합물의 냉각 후 수득되는 수소 함유 가스를 공급하는 제 2 가스 도관을 포함하는 장치에서 프로세스가 실시될 수 있다. 에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트에서 처리량이 낮을 때, 대부분 에틴의 전열 제조에서 수득된 반응 혼합물은 제 1 가스 도관을 통하여 철 생산을 위한 플랜트로 냉각 없이 직접 공급되고 에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트에서 처리량이 높을 때, 대부분 반응 혼합물의 냉각 후 수득된 수소 함유 가스가 제 2 가스 도관을 통하여 철 생산을 위한 플랜트로 공급되어서 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트로 도입되는 열 양의 변동은 낮게 유지되도록 장치가 작동될 수 있다. 하지만, 에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트에서 처리량이 낮을 때, 대부분 반응 혼합물의 냉각 후 수득된 수소 함유 가스가 제 2 가스 도관을 통하여 철 생산을 위한 플랜트로 공급되고 에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트에서 처리량이 높을 때, 대부분 에틴의 전열 제조에서 수득된 반응 혼합물이 제 1 가스 도관을 통하여 철 생산을 위한 플랜트로 냉각 없이 직접 공급되어서, 에틴의 전열 제조로부터 반응 혼합물을 냉각시키기 위한 장치의 용량이 낮게 유지될 수 있도록 장치가 또한 작동될 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 본 발명의 프로세스는 가스 저장 기기를 부가적으로 포함하는 장치에서 실시된다. 전기 에너지의 가용성이 높을 때, 에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트는 더 높은 변환으로 작동되고 에틴의 전열 제조에서 수득된 가스는 가스 저장 기기로 공급된다. 전기 에너지의 가용성이 낮을 때, 에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트는 더 낮은 변환으로 작동되고 가스는 가스 저장 기기로부터 인출된다. 환원제로서 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트로 공급되는, 에틴의 전열 제조에서 수득되는 가스 양은 특히 바람직하게 본질적으로 일정하게 유지된다. 이 실시형태에서, 에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트에서 처리량은, 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트의 작동에 악영향을 미치지 않으면서 전기 에너지의 가용성에 따라 빠르게 넓은 한계 내에서 변화될 수 있다.
용광로 프로세스와 비교했을 때, 본 발명의 프로세스는 산화 철광석으로부터 철의 생산시 CO2 배출물이 크게 감소될 수 있도록 허용한다. 에틴이 에틴의 전열 제조에서 수득된 반응 혼합물로부터 분리되고 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트로 공급되지 않는 프로세스의 실시형태들에서, 산화 철광석의 환원을 위한 플랜트로부터의 CO2 배출물은 감소된다. 생성된 에틴이 또한 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트로 공급되는 프로세스의 실시형태들에서, 산화 철광석의 환원을 위한 에너지 요구 일부는 출발 재료들과 비교해 에틴의 보다 높은 에너지 함량에 의해, 선택적으로 에틴의 전열 제조에서 수득된 반응 혼합물과 철 생산을 위한 플랜트로 도입될 수 있는 열 에너지에 의해 커버되어서, 예를 들어, 용광로의 경우에, 도입되는 공기의 양 및 용광로에서 발열을 위해 연소되어야 하는 코크스 분획물은 감소된다. 이것은 또한 CO2 배출물의 감소에 기여한다.
물의 전기 분해에 의한 수소의 생성과 비교했을 때, 본 발명의 프로세스는, 에틴의 전열 제조에서 더 적은 전기 에너지가 동일한 양의 수소를 생성하기 위해 요구되고 수득된 열 에너지는 또한 예를 들어 에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트에서 스팀을 생성하기 위해 또는 철 생산을 위한 플랜트로 냉각 없이 직접 에틴의 전열 제조에서 수득된 반응 혼합물을 공급함으로써 철 생산을 위한 플랜트를 가열하기 위해 이용될 수 있어서, 도입된 전기 에너지가 보다 효율적으로 이용되는 장점을 가지고 있다.

Claims (21)

  1. 산화 철광석으로부터 철을 생산하기 위해 전기 에너지를 이용하기 위한 장치로서,
    a) 수소 함유 가스를 제공하는, 석탄 또는 탄화수소 함유 가스로부터 에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트,
    b) 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트, 및
    c) 환원제로서 상기 에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트로부터 상기 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트로 상기 수소 함유 가스를 공급하는 적어도 하나의 가스 도관을 포함하는, 산화 철광석으로부터 철을 생산하기 위해 전기 에너지를 이용하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트는 용광로이고 상기 가스 도관은 상기 수소 함유 가스를 상기 용광로의 하부 섹션으로 공급하는 것을 특징으로 하는, 산화 철광석으로부터 철을 생산하기 위해 전기 에너지를 이용하기 위한 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트는 산화 철광석의 직접 환원을 위한 플랜트인 것을 특징으로 하는, 산화 철광석으로부터 철을 생산하기 위해 전기 에너지를 이용하기 위한 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트는 전기 아크 반응기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 산화 철광석으로부터 철을 생산하기 위해 전기 에너지를 이용하기 위한 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는, 환원제로서 에틴의 전열 제조시 수득된 반응 혼합물의 전부 또는 일부를, 상기 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트로 직접 공급하는 것을 허용하는 가스 도관을 포함하는 것을 특징으로 하는, 산화 철광석으로부터 철을 생산하기 위해 전기 에너지를 이용하기 위한 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 가스 도관은 단열식인 것을 특징으로 하는, 산화 철광석으로부터 철을 생산하기 위해 전기 에너지를 이용하기 위한 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트는, 에틴의 전열 제조시 수득된 반응 혼합물로부터 검댕 (soot) 을 분리하여서 생성물 가스를 제공하기 위한 장치를 포함하고, 상기 장치는, 환원제로서 상기 생성물 가스를, 상기 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트로 공급하는 것을 허용하는 가스 도관을 포함하는 것을 특징으로 하는, 산화 철광석으로부터 철을 생산하기 위해 전기 에너지를 이용하기 위한 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트는, 에틴의 전열 제조시 수득된 반응 혼합물로부터 검댕을 분리하여서 생성물 가스를 제공하기 위한 장치 및 상기 생성물 가스로부터 에틴을 분리하여서 수소 함유 가스를 제공하기 위한 장치를 포함하고, 상기 장치는, 환원제로서 상기 수소 함유 가스를, 상기 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트로 공급하는 것을 허용하는 가스 도관을 포함하는 것을 특징으로 하는, 산화 철광석으로부터 철을 생산하기 위해 전기 에너지를 이용하기 위한 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 장치는 상기 생성물 가스로부터 에틴을 분리하여서 수소 및 에틴 이외의 탄화수소를 함유한 가스를 제공하기 위한 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 산화 철광석으로부터 철을 생산하기 위해 전기 에너지를 이용하기 위한 장치.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 도관은 가스를 저장하기 위한 기기에 연결되는 것을 특징으로 하는, 산화 철광석으로부터 철을 생산하기 위해 전기 에너지를 이용하기 위한 장치.
  11. 산화 철광석으로부터 철을 생산하기 위해 전기 에너지를 이용하기 위한 방법으로서,
    수소 함유 가스를 제공하는, 석탄 또는 탄화수소 함유 가스로부터 에틴을 전열 제조하는 단계, 및 환원제로서 상기 가스를 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트로 공급하는 단계를 포함하는, 산화 철광석으로부터 철을 생산하기 위해 전기 에너지를 이용하기 위한 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 방법은 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 장치에서 실시되는 것을 특징으로 하는, 산화 철광석으로부터 철을 생산하기 위해 전기 에너지를 이용하기 위한 방법.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 에틴을 전열 제조하는 단계는, 탄화수소 함유 가스, 바람직하게 천연 가스로부터 진행하는 것을 특징으로 하는, 산화 철광석으로부터 철을 생산하기 위해 전기 에너지를 이용하기 위한 방법.
  14. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수소 함유 가스는 부가적으로 에틴 이외의 탄화수소를 함유하는 것을 특징으로 하는, 산화 철광석으로부터 철을 생산하기 위해 전기 에너지를 이용하기 위한 방법.
  15. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    검댕은 에틴의 전열 제조시 수득된 반응 혼합물로부터 분리되고 분리된 상기 검댕은, 환원제로서, 상기 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트로 공급되는 것을 특징으로 하는, 산화 철광석으로부터 철을 생산하기 위해 전기 에너지를 이용하기 위한 방법.
  16. 제 12 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트에서 처리량은 전기 에너지의 가용성 (availability) 에 따라 변경되는 것을 특징으로 하는, 산화 철광석으로부터 철을 생산하기 위해 전기 에너지를 이용하기 위한 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    에틴의 전열 제조시 수득되고, 환원제로서, 상기 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트로 공급되는 가스의 양은 상기 전기 에너지의 가용성에 따라 변경되는 것을 특징으로 하는, 산화 철광석으로부터 철을 생산하기 위해 전기 에너지를 이용하기 위한 방법.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    에틴의 전열 제조시 수득되고, 환원제로서, 상기 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트로 공급되는 가스의 조성은 상기 전기 에너지의 가용성에 따라 변경되는 것을 특징으로 하는, 산화 철광석으로부터 철을 생산하기 위해 전기 에너지를 이용하기 위한 방법.
  19. 제 16 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트로 환원제로서 공급되는 에틴의 전열 제조시 수득되는 가스의 온도는 상기 전기 에너지의 가용성에 따라 변경되는 것을 특징으로 하는, 산화 철광석으로부터 철을 생산하기 위해 전기 에너지를 이용하기 위한 방법.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 전기 에너지의 가용성이 높을 때, 상기 에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트는 보다 높은 변환으로 작동되고 에틴의 전열 제조시 수득되는 가스는 가스 저장 기기로 공급되고, 상기 전기 에너지의 가용성이 낮을 때, 상기 에틴을 전열 제조하기 위한 플랜트는 보다 낮은 변환으로 작동되고 상기 가스는 상기 가스 저장 기기로부터 인출되는 것을 특징으로 하는, 산화 철광석으로부터 철을 생산하기 위해 전기 에너지를 이용하기 위한 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 산화 철광석의 환원에 의해 철을 생산하기 위한 플랜트로 환원제로서 공급되는 상기 에틴의 전열 제조시 수득되는 가스의 양은 본질적으로 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는, 산화 철광석으로부터 철을 생산하기 위해 전기 에너지를 이용하기 위한 방법.
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