KR20180074406A - Hydrogen reduction apparatus - Google Patents

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Abstract

A hydrogen reduction apparatus comprises: a reducing furnace reducing oxidized steel powder to be reduced steel powder with hydrogen gas, and having a belt conveyor extending from an entrance into which the oxidized steel powder is inputted to an exit through which the reduced steel powder is discharged; a charging unit connected to the entrance of the reducing furnace, and inputting the oxidized steel powder into the entrance; and a storage unit connected to the exit of the reducing furnace, and storing the reduced steel powder.

Description

수소 환원 장치{HYDROGEN REDUCTION APPARATUS}[0001] HYDROGEN REDUCTION APPARATUS [0002]

본 기재는 수소 환원 장치에 관한 것이다.The present disclosure relates to a hydrogen reduction apparatus.

일반적으로 수소를 이용하여 산화철 분말을 환원(Reduction)하는 방법은 고온(650도 이상)에서 수소가 산화철과 반응하여 반응생성물로 수증기(H2O)가 발생하는 수소 환원 반응을 이용하는 것이다.Generally, a method of reducing iron oxide powder using hydrogen is to utilize a hydrogen reduction reaction in which hydrogen reacts with iron oxide at a high temperature (650 ° C or higher) to generate water vapor (H 2 O) as a reaction product.

실제 수소를 이용한 산화철 분말 환원 반응에서 고환원율(75% 이상)을 얻기 위해서는 H2O/H2의 분율이 중요하다. 생성되는 H2O의 양은 변화시키기 어렵기 때문에 분율을 맞추기 위해서는 H2의 양을 조절하는 것이 바람직하다. 환원 온도 800℃에서 철은 H2O/H2의 비율이 0.5 이하에서 금속으로 존재한다. The fraction of H 2 O / H 2 is important to obtain a high reduction rate (over 75%) in the iron oxide powder reduction reaction using actual hydrogen. Since the amount of generated H 2 O is difficult to change, it is preferable to adjust the amount of H 2 in order to adjust the fraction. At a reduction temperature of 800 ° C, iron is present as a metal at a H 2 O / H 2 ratio of 0.5 or less.

이는 수소 환원 방법에 따라 차이가 있지만, 고환원율을 얻기 위해서는 반응에 필요한 H2양(1당량)보다 더 많은 양의 H2가 필요하다는 것을 의미한다. This means that the amount of H 2 required for the reaction is higher than the amount of H 2 (1 equivalent) required for the reaction, although it differs depending on the hydrogen reduction method.

극단적인 예를 들면, 산화철 분말의 환원은 H2 1mol을 사용하여 H2O 1mol을 생성하는데, 닫혀진 시스템(Closed system)에 필요 당량(H2 1mol)만을 투입했을 때, 1/3mol이 반응해서 H2O가 1/3mol이 발생하면, 로내의 H2O/H2의 분율은 0.5가 되어 더 이상 산화철 분말은 환원되지 않는다. , For an extreme example, the reduction of the iron oxide powder to produce an H 2 O 1mol using H 2 1mol, when added only requires equivalent (H 2 1mol) in a closed system (Closed system), 1 / 3mol is in response When 1/3 mol of H 2 O is generated, the fraction of H 2 O / H 2 in the furnace becomes 0.5, and the iron oxide powder is no longer reduced.

즉, 이 경우에는 최종 환원율이 33.3%가 되는 것이다. 이는 닫힌 시스템이 아니더라도 H2 1당량만으로는 원하는 환원율을 얻기는 힘들다는 것을 알 수 있다. That is, in this case, the final reduction ratio becomes 33.3%. It can be seen that it is difficult to obtain the desired reduction rate with only H 2 1 equivalent even if it is not a closed system.

따라서, 고환원율 75% 이상을 확보하기 위해 H2당량을 이론 당량 대비 2당량 이상의 H2가 필요하다는 것을 알 수 있으며, 일반적으로 반응에 기여하고 남은 잉여 수소는 폭발의 위험성을 제거하기 위해 태워서 소모시킨다.Therefore, high it can be seen that the reduction rate that the contrast of two or more equivalents of 75% H 2 equivalents of theory equivalent to free up more than the required H 2, typically contribute to the reaction and the remaining excess of hydrogen is consumed by burning in order to remove the danger of explosion .

일반적으로 수소를 이용한 산화철 환원 장치는 밸트타입 가열로, 박스형 가열로, 푸셔타입 가열로, 유동로, 로터리 킬른로(Rotary Kiln Furnace) 등으로 구현이 가능하다.Generally, the iron oxide reduction apparatus using hydrogen can be realized as a belt type heating furnace, a box type heating furnace, a pusher type heating furnace, a flow furnace, and a rotary kiln furnace.

산화철 분말을 수소(Hydrogen)를 이용하여 환원하는 장치 중에서 벨트 타입(판 또는 메쉬)의 환원 장치는 구동 벨트로 인해 환원 장치 입구 및 출구의 수소 실링이 매우 어렵다. Among the devices for reducing iron oxide powder using hydrogen, belt-type (plate or mesh) reduction devices are very difficult to seal hydrogen at the inlet and the outlet of the reduction device due to the drive belt.

따라서, 고환원율을 얻기 위해서는 많은 수소를 투입하게 되는데 잉여 수소는 태워서 폭발 위험을 방지하게 된다.Therefore, in order to obtain a high reduction rate, a large amount of hydrogen is injected, and surplus hydrogen is burned to prevent the explosion risk.

일례로, 판 벨트의 경우, 벨트의 열변형에 의해 틈이 발생하여 수소 리크는 막을 수 없게 된다For example, in the case of a plate belt, cracks are generated by thermal deformation of the belt, and hydrogen leak can not be prevented

또한, 메쉬 벨트의 경우, 메쉬 격자나 이음새로 인해 벨트가 열변형되지 않아도 실링이 되지 못하는 구조이다.Further, in the case of the mesh belt, the structure is such that the sealing can not be achieved even if the belt is not thermally deformed due to the mesh lattice or the joint.

일 실시예는, 밸트 타입의 수소 환원 장치에서 잉여 수소를 회수하여 리사이클링하는 수소 환원 장치를 제공하고자 한다.One embodiment of the present invention is to provide a hydrogen reduction apparatus for recovering and recycling surplus hydrogen in a belt-type hydrogen reduction apparatus.

또한, 산화철 분말이 투입되는 환원로 입구와 환원철 분말이 배출되는 환원로 출구가 밀폐된 수소 환원 장치를 제공하고자 한다.Also, an attempt is made to provide a hydrogen reduction apparatus in which the inlet of the reducing furnace into which the iron oxide powder is charged and the outlet of the reducing furnace through which the reduced iron powder is discharged are sealed.

일 측면은 산화철 분말을 수소 가스를 이용해 환원철 분말로 환원하며, 상기 산화철 분말이 투입되는 입구로부터 상기 환원철 분말이 배출되는 출구로 연장된 벨트 컨베이어를 포함하는 환원로, 상기 환원로의 상기 입구와 연결되며, 상기 입구로 상기 산화철 분말을 투입하는 장입부, 및 상기 환원로의 상기 출구와 연결되며, 상기 환원철 분말을 저장하는 저장부를 포함하며, 상기 환원로는 상기 입구를 밀폐하는 제1 챔버 및 상기 출구를 밀폐하는 제2 챔버를 더 포함하는 수소 환원 장치를 제공한다.A reducing furnace including a belt conveyor that reduces iron oxide powder to reduced iron powder using hydrogen gas and extends to an outlet through which the reduced iron powder is discharged from the inlet to which the iron oxide powder is injected; And a storage unit connected to the outlet of the reducing furnace and storing the reduced iron powder, wherein the reducing furnace includes a first chamber for sealing the inlet, And a second chamber for sealing the outlet.

상기 제1 챔버는 상기 벨트 컨베이어가 통과하는 제1 수조를 포함하며, 상기 제2 챔버는 상기 벨트 컨베이어가 통과하는 제2 수조를 포함할 수 있다.The first chamber may include a first tank through which the belt conveyor passes, and the second chamber may include a second tank through which the belt conveyor passes.

상기 제1 챔버는 상기 제1 수조의 내부 공간의 일부로 연장되어 상기 제1 수조의 저부와 이격된 제1 격벽을 더 포함하며, 상기 제1 격벽의 내측의 수위는 상기 제1 격벽의 외측의 수위 대비 낮을 수 있다.Wherein the first chamber further includes a first partition wall extending from a portion of the inner space of the first water tank and spaced apart from a bottom portion of the first water tank, Contrast can be low.

상기 제1 수조는, 상기 제1 격벽을 사이에 두고 서로 이격된 제1 롤러와 제2 롤러, 및 상기 제1 격벽과 상기 제1 수조의 저부 사이에 위치하는 제3 롤러를 더 포함하며, 상기 벨트 컨베이어는 상기 제1 롤러, 상기 제2 롤러, 상기 제3 롤러에 가이드될 수 있다.The first water tank may further include a first roller and a second roller spaced from each other with the first partition therebetween, and a third roller positioned between the first partition and the bottom of the first water tank, The belt conveyor can be guided to the first roller, the second roller, and the third roller.

상기 환원로와 연결되며, 상기 환원로로부터 배출된 배가스에 포함된 상기 수소 가스를 상기 환원로로 다시 투입하는 리사이클 유닛을 더 포함할 수 있다.And a recycling unit connected to the reducing furnace and recycling the hydrogen gas contained in the exhaust gas discharged from the reducing furnace back into the reducing furnace.

상기 리사이클 유닛은, 상기 배가스에 포함된 산화철 분말 및 수증기를 제거하는 스크러버, 상기 스크러버와 연결되어 상기 배가스에 포함된 상기 수소 가스를 저장하며, 상기 환원로와 연결되어 상기 환원로로 상기 수소 가스를 투입하는 수소 탱크, 및 상기 스크러버와 상기 수소 탱크 사이에 위치하며, 상기 수소 가스를 상기 수소 탱크로 보내는 블로워를 포함할 수 있다.The recycle unit may include a scrubber for removing iron oxide powder and steam contained in the exhaust gas, a storage tank for storing the hydrogen gas contained in the exhaust gas, the storage tank being connected to the scrubber, And a blower disposed between the scrubber and the hydrogen tank for sending the hydrogen gas to the hydrogen tank.

상기 수소 탱크로부터 상기 환원로로 투입되는 상기 수소 가스는 상기 스크러버를 거쳐 열교환될 수 있다.The hydrogen gas injected from the hydrogen tank into the reducing furnace may be heat-exchanged through the scrubber.

일 실시예에 따르면, 밸트 타입의 수소 환원 장치에서 잉여 수소를 회수하여 리사이클링하는 수소 환원 장치가 제공된다.According to one embodiment, a hydrogen reduction apparatus for recovering and recycling excess hydrogen in a belt-type hydrogen reduction apparatus is provided.

또한, 산화철 분말이 투입되는 환원로 입구와 환원철 분말이 배출되는 환원로 출구가 밀폐된 수소 환원 장치가 제공된다.Also provided is a hydrogen reduction device in which the reducing furnace inlet through which the iron oxide powder is introduced and the reducing furnace outlet through which the reduced iron powder is discharged are sealed.

도 1은 일 실시예에 따른 수소 환원 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 환원로를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 A부분을 확대한 도면이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 수소 환원 장치를 나타낸 도면이다.
도 5는 실험예에 의한 환원 시간에 따른 환원율을 나타낸 그래프이다.
도 6은 실험예에 따른 환원철 분말 및 대비예에 따른 환원철 분말을 나타낸 사진이다.1 is a view showing a hydrogen reduction apparatus according to an embodiment.
Fig. 2 is a view showing the reducing furnace shown in Fig. 1. Fig.
3 is an enlarged view of a portion A in Fig.
4 is a view showing a hydrogen reduction apparatus according to another embodiment.
5 is a graph showing the reduction ratio according to the reduction time according to the experimental example.
6 is a photograph showing a reduced iron powder according to an experimental example and a reduced iron powder according to a comparative example.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. In addition, since the sizes and thicknesses of the respective components shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of explanation, the present invention is not necessarily limited to those shown in the drawings.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Also, throughout the specification, when an element is referred to as "including" an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 일 실시예에 따른 수소 환원 장치를 설명한다.Hereinafter, a hydrogen reduction apparatus according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG.

도 1은 일 실시예에 따른 수소 환원 장치를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a hydrogen reduction apparatus according to an embodiment.

도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 수소 환원 장치는 수소 가스를 이용해 산화철 분말을 환원철 분말로 환원하며, 환원로(100), 장입부(200), 저장부(300), 리사이클 유닛(400)을 포함한다.1, a hydrogen reduction apparatus according to an embodiment reduces hydrogen fluoride powder to reduced iron powder using hydrogen gas, and includes a reduction reactor 100, a charging unit 200, a storage unit 300, a recycle unit 400 ).

환원로(100)는 수소 가스를 이용해 산화철 분말을 환원철 분말로 환원한다. 환원로(100)는 산화철 분말이 투입되는 입구(110) 및 환원철 분말이 배출되는 출구(120)를 포함한다.The reducing furnace 100 reduces the iron oxide powder to a reduced iron powder using hydrogen gas. The reducing furnace 100 includes an inlet 110 into which iron oxide powder is injected and an outlet 120 from which reduced iron powder is discharged.

도 2는 도 1에 도시된 환원로를 나타낸 도면이다.Fig. 2 is a view showing the reducing furnace shown in Fig. 1. Fig.

도 2를 참조하면, 환원로(100)는 입구(110), 출구(120), 벨트 컨베이어(130), 제1 챔버(140), 제2 챔버(150), 가열대(160), 냉각대(170), 수소 가스 투입구(180)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the reducing furnace 100 includes an inlet 110, an outlet 120, a belt conveyor 130, a first chamber 140, a second chamber 150, a heating stand 160, 170, and a hydrogen gas inlet 180.

입구(110)는 산화철 분말이 투입되는 부분이다.The inlet 110 is a portion into which iron oxide powder is injected.

출구(120)는 환원철 분말이 배출되는 부분이다.The outlet 120 is a portion where reduced iron powder is discharged.

벨트 컨베이어(130)는 입구(110)로부터 출구(120)로 연장되며, 출구(120)로부터 입구(110)까지 환원로(100)의 외부로 연장된다. 즉, 벨트 컨베이어(130)는 입구(110)와 출구(120) 사이를 순환한다. 벨트 컨베이어(130)의 상부에는 산화철 분말이 안착된다.The belt conveyor 130 extends from the inlet 110 to the outlet 120 and extends to the outside of the reduction furnace 100 from the outlet 120 to the inlet 110. That is, the belt conveyor 130 circulates between the inlet 110 and the outlet 120. Iron oxide powder is deposited on the belt conveyor 130.

제1 챔버(140)는 환원로(100)의 입구(110)를 밀폐한다. 제1 챔버(140)는 산화철 분말이 투입되는 투입구(141), 배가스가 배출되는 배출구(142), 벨트 컨베이어(130)가 통과하는 제1 수조(143), 및 제1 수조(143)의 내부 공간의 일부로 연장된 제1 격벽(144)을 포함한다.The first chamber 140 seals the inlet 110 of the reduction furnace 100. The first chamber 140 includes an inlet 141 through which the iron oxide powder is injected, an outlet 142 through which the exhaust gas is discharged, a first water tank 143 through which the belt conveyor 130 passes, And a first partition wall 144 extending as a part of the space.

투입구(141)는 장입부(200)와 연결된다.The charging port (141) is connected to the charging section (200).

배출구(120)는 리사이클 유닛(400)과 연결되며, 배출구(142)를 통한 배가스는 리사이클 유닛(400)으로 이동된다.The discharge port 120 is connected to the recycle unit 400 and the discharge gas through the discharge port 142 is transferred to the recycle unit 400.

도 3은 도 2의 A 부분을 확대한 도면이다.3 is an enlarged view of a portion A in Fig.

도 3을 참조하면, 제1 수조(143)는 내부 공간에 위치하는 물, 액체, 모래, 슬러리 등의 유체(FU), 제1 롤러(RO1), 제2 롤러(RO2), 제3 롤러(RO3)를 포함한다.3, the first water tank 143 includes a fluid FU such as water, liquid, sand and slurry, a first roller RO1, a second roller RO2, a third roller RO3).

제1 수조(143)의 유체(FU)를 통해 벨트 컨베이어(130)가 지나며, 이 유체(FU)에 의해 제1 챔버(140)가 외부와 밀폐된다.The belt conveyor 130 passes through the fluid FU of the first water tank 143 and the first chamber 140 is sealed to the outside by the fluid FU.

제1 롤러(RO1)와 제2 롤러(RO2)는 제1 격벽(144)을 사이에 두고 서로 이격되어 있으며, 제3 롤러(RO3)는 제1 격벽(144)과 제1 수조(143)의 저부 사이에 위치한다. 제3 롤러(RO3)는 유체(FU) 내부에 위치한다.The first roller RO1 and the second roller RO2 are spaced apart from each other with the first partition 144 interposed therebetween and the third roller RO3 is spaced apart from the first partition 144 and the first water tank 143 Located between the bottoms. The third roller RO3 is located inside the fluid FU.

제1 롤러(RO1), 제2 롤러(RO2), 제3 롤러(RO3)에 의해 벨트 컨베이어(130)가 가이드된다.The belt conveyor 130 is guided by the first roller RO1, the second roller RO2 and the third roller RO3.

제1 격벽(144)은 제1 수조(143)의 저부와 이격되어 제1 수조(143)의 내부 공간의 일부를 나누고 있다. 환원로(100) 내부의 압력이 외부 압력 대비 높기 때문에, 제1 격벽(144) 내측의 유체(FU)의 수위는 제1 격벽(144)의 외측의 유체(FU)의 수위 대비 낮다.The first partition wall 144 is separated from the bottom of the first water tank 143 to divide a part of the inner space of the first water tank 143. The level of the fluid FU inside the first partition wall 144 is lower than the level of the fluid FU outside the first partition wall 144 because the pressure inside the reducing furnace 100 is higher than the external pressure.

다시, 도 2를 참조하면, 제2 챔버(150)는 벨트 컨베이어(130)가 통과하는 제2 수조(151), 및 제2 수조(151)의 내부 공간의 일부로 연장된 제2 격벽(152)을 포함한다.2, the second chamber 150 includes a second water tank 151 through which the belt conveyor 130 passes and a second partition 152 extending to a portion of the inner space of the second water tank 151. [ .

제2 수조(151)는 제1 수조(143)와 유사한 구조를 가지고 있으며, 제2 격벽(152)은 제1 격벽(144)과 유사한 구조를 가지고 있다.The second water tank 151 has a structure similar to that of the first water tank 143 and the second partition 152 has a structure similar to that of the first partition 144.

제2 수조(151)의 유체를 통해 벨트 컨베이어(130)가 지나며, 이 유체에 의해 제2 챔버(150)가 외부와 밀폐된다.The belt conveyor 130 passes through the fluid in the second water tank 151 and the second chamber 150 is sealed to the outside by the fluid.

가열대(160)는 벨트 컨베이어(130) 상부의 산화철 분말을 전기 혹은 가스 버너로 간접 예열하는 머플(muffle) 구조의 예열 구간과 간접 가열하는 환원 구간을 포함한다.The heating stand 160 includes a preheating section of a muffle structure indirectly preheating the iron oxide powder on the belt conveyor 130 with an electric or gas burner and a reducing section for indirect heating.

냉각대(170)는 가열대(160)와 연결되며, 환원된 환원철 분말을 냉각한다.The cooling stand 170 is connected to the heating stand 160 to cool the reduced reduced iron powder.

수소 가스 투입구(180)는 리사이클 유닛(400)과 연결되어 있으며, 리사이클 유닛(400)으로부터 수소 가스가 공급되는 부분이다. 수소 가스 투입구(180)를 통해 수소 가스가 환원로(100)의 내부로 공급된다.The hydrogen gas inlet 180 is connected to the recycle unit 400 and is a portion to which hydrogen gas is supplied from the recycle unit 400. Hydrogen gas is supplied into the reducing furnace 100 through the hydrogen gas inlet 180.

이와 같이, 제1 챔버(140) 및 제2 챔버(150) 각각이 벨트 컨베이어(130)과 통과하는 제1 수조(143) 및 제2 수조(151) 각각을 포함함으로써, 제1 챔버(140) 및 제2 챔버(150) 각각이 환원로(100)의 입구(110) 및 출구(120) 각각을 밀폐한다. Since the first chamber 140 and the second chamber 150 each include the first water tank 143 and the second water tank 151 through which the belt conveyor 130 passes, And the second chamber 150 seal the inlet 110 and the outlet 120 of the reduction furnace 100, respectively.

이로 인해, 수소 환원 장치가 환원로(100) 내부 및 외부를 통과하는 벨트 컨베이어(130)를 포함하더라도, 환원로(100) 내부에 위치하는 수소 가스가 외부로 누출되지 않는다. Therefore, even if the hydrogen reduction apparatus includes the belt conveyor 130 passing through the inside and outside of the reduction furnace 100, the hydrogen gas located inside the reduction furnace 100 does not leak to the outside.

다시, 도 1을 참조하면, 장입부(200)는 환원로(100)의 입구(110)와 연결되며, 입구(110)로 산화철 분말을 투입한다.1, the charging unit 200 is connected to the inlet 110 of the reducing furnace 100, and the iron oxide powder is introduced into the inlet 110. As shown in FIG.

저장부(300)는 환원로(100)의 출구(120)와 연결되며, 환원철 분말을 저장한다.The storage unit 300 is connected to the outlet 120 of the reducing furnace 100 and stores the reduced iron powder.

리사이클 유닛(400)은 환원로(100)와 연결되어 환원로(100)로부터 배출된 배가스에 포함된 수소 가스를 환원로(100)로 다시 투입한다.The recycle unit 400 is connected to the reducing furnace 100 and supplies the hydrogen gas contained in the exhaust gas discharged from the reducing furnace 100 to the reducing furnace 100 again.

리사이클 유닛(400)은 스크러버(410), 수소 탱크(430), 블로워(420)를 포함한다.The recycle unit 400 includes a scrubber 410, a hydrogen tank 430, and a blower 420.

스크러버(410)는 배가스에 포함된 산화철 분말과 수증기를 제거한다.The scrubber 410 removes the iron oxide powder and steam contained in the exhaust gas.

수소 탱크(430)는 스크러버(410)와 연결되어 배가스에 포함된 수소 가스를 저장한다. 수소 탱크(430)는 환원로(100)와 연결되어 환원로(100)로 수소 가스를 투입한다. 수소 탱크(430)와 환원로(100) 사이에는 유량 제어 밸브(미도시)가 위치할 수 있다.The hydrogen tank 430 is connected to the scrubber 410 to store the hydrogen gas contained in the exhaust gas. The hydrogen tank 430 is connected to the reducing furnace 100 to introduce hydrogen gas into the reducing furnace 100. A flow control valve (not shown) may be positioned between the hydrogen tank 430 and the reducing furnace 100.

블로워(420)는 스크러버(410)와 수소 탱크(430) 사이에 위치하며, 스크러버(410)로부터 수소 가스를 수소 탱크(430)로 보낸다.The blower 420 is positioned between the scrubber 410 and the hydrogen tank 430 and sends hydrogen gas from the scrubber 410 to the hydrogen tank 430.

일례로, 수백도의 수증기(H2O), 소량의 산화철 분말, 잉여 수소 가스를 포함하는 배가스는 환원로(100)로부터 Wet Scrubber 또는 Dry scrubber인 스크러버(410)로 유입되고, 물에 의해 배가스 온도가 떨어지면서 수증기는 응축되고, 소량의 산화철 분말은 물에 의해 씻겨 내려가며, 잉여 수소 가스의 온도가 떨어지게 된다. 이후, 블로워(420)에 의해 유도된 잉여 수소 가스는 저장탱크를 지나 수소를 보충하여 환원로(100)로 재투입된다.For example, an exhaust gas containing several hundreds of water vapor (H 2 O), a small amount of iron oxide powder, and a surplus hydrogen gas flows into the scrubber 410, which is a wet scrubber or a dry scrubber, from the reducing furnace 100, As the temperature drops, the water vapor condenses and a small amount of iron oxide powder is washed away by the water, causing the excess hydrogen gas to fall in temperature. Thereafter, the surplus hydrogen gas introduced by the blower 420 passes through the storage tank and replenishes the hydrogen, and is reintroduced into the reducing furnace 100.

일반적으로 수소 환원 장치에서 잉여 수소를 리사이클링하면 반응 생성물인 H2O가 동반 리사이클링되며, 발생된 H2O가 환원 장치 내부 전체에 분포하게 되어 H2O/H2 분율이 증가한다. 특히, 산화철 분말의 경우에는 H2O 영향이 커서 환원 온도를 더 높이는 결과를 초래한다. Generally, recycling of excess hydrogen in a hydrogen reduction unit recycles H 2 O, which is a reaction product, and the generated H 2 O is distributed throughout the reduction unit, thereby increasing the H 2 O / H 2 fraction. In particular, in the case of iron oxide powder, the effect of H 2 O is large, resulting in a further increase in the reduction temperature.

H2O/H2 = 0.5(mole비율) 정도에서는 온도 790∼800℃에서 환원이 개시될 수 있고, H2O/H2 = 0.05 에서는 온도가 720∼730℃정도에서 완전 환원이 되는 등 H2O/H2 분율이 환원 반응온도에 큰 영향을 주기 때문에, 산화철 분말의 입도나 모폴로지(Morphology)에 영향을 주지 않고 낮은 온도에서 환원을 하기 위해서는 과량의 수소 투입은 불가피하다.H 2 O / H 2 = 0.5 (molar ratio), the reduction can be started at a temperature of 790 to 800 ° C. When H 2 O / H 2 = 0.05, the temperature is reduced to 720 to 730 ° C., 2 O / H 2, because the fraction of period a significant effect on reducing the reaction temperature, without affecting the particle size of the iron oxide powder or morphology (morphology) in order to make the excess hydrogen reduction at a low temperature is inevitable.

상기 언급한 문제를 해결하고 산화철 분말의 입도나 모폴로지에 영향을 주지 않고 환원하기 위해서는 위해서, 환원로(100)의 입구(110) 및 출구(120)를 밀폐구조로 구현하고, 벨트 컨베이어(130)가 지나가는 부분은 3개 이상의 롤러를 이용하여 제1 수조(143) 및 제2 수조(151)를 통과하게 함으로써, 벨트 컨베이어(130)가 판 혹은 메쉬 밸트를 포함하더라도, 환원로(100) 내부의 잉여 수소가 새지 않고 밀폐가 되는 구조를 가지는 동시에, 잉여 수소를 리사이클링하는 수소 환원 장치가 제공된다.The inlet 110 and the outlet 120 of the reducing furnace 100 are formed in a sealed structure and the belt conveyor 130 is formed in a closed structure in order to solve the problems mentioned above and to reduce the iron oxide powder without affecting the particle size or morphology of the iron oxide powder. The passing portion of the belt conveyor 130 passes through the first water tank 143 and the second water tank 151 by using three or more rollers so that even if the belt conveyor 130 includes a plate or a mesh belt, There is provided a hydrogen reduction apparatus having a structure in which surplus hydrogen is not leaking but sealed, and at the same time, recycling the excess hydrogen.

일례로, 산화철 분말이 호퍼(Hopper) 등의 형태로 구성된 장입부(200)를 통해 Screw feeder 혹은 밸브개폐 방식의 자유낙하 형태로 bed depth 만큼 밸트와 이격시켜 산화철 분말을 벨트 컨베이어(130) 위에 일정 두께로 정량 투입한다. For example, the iron oxide powder is separated from the belt by a screw feeder or a free fall type of valve opening / closing method through the charging part 200 configured in the form of a hopper or the like, so that the iron oxide powder is conveyed to the belt conveyor 130 Thickness shall be measured by thickness.

벨트 컨베이어(130)는 각종 롤러로 가이드되어 일정한 장력이 조정되면서 모터가 회전하면서 이송되어 일체형 혹은 몇 단계로 분리된 Muffle(원형, 반원, 직사각형 다양한 형태로 가능)을 포함하는 환원로(100)의 가열대(160)로 투입되고 가열대(160) 바깥은 전기 혹은 가스버너에 의해 가열된다. The belt conveyor 130 is guided by various rollers, and the motor is rotated while a predetermined tension is adjusted. The belt conveyor 130 is connected to the reduction furnace 100 including a muffle (circular, semicircular or rectangular) And the outside of the heating table 160 is heated by an electric or gas burner.

가열대(160) 구간별로 설치된 온도계에 의해 원하는 승온 패턴으로 가열대(160) 내부의 온도가 제어되면서, 산화철 분말이 가열대(160)를 통과하고, 산화철 분말은 700~1000도까지 승온된다. 환원로(100) 내부에 위치하는 블로워(Blower)에 의해 산화철 분말 이송방향과 반대 방향으로 수소 유동이 발생되어 흘러가면서 환원 반응이 일어나 H2O가 발생되며, 강제 유동되는 잉여 수소에 의해 H2O는 배출구(142) 쪽으로 배출된다. 환원철 분말은 벨트 컨베이어(130)를 타고 냉각대(170)를 거쳐 낮은 온도(500도 이하)로 냉각된다. The temperature inside the heating table 160 is controlled by a desired temperature rising pattern by a thermometer installed for each section of the heating table 160. The iron oxide powder passes through the heating table 160 and the iron oxide powder is heated to 700 to 1000 degrees. Going the generated hydrogen flows flow into the iron oxide powder transfer in the opposite direction by the blower (Blower) positioned within the reducing furnace 100 up the reduction reaction is the H 2 O generated by the excess hydrogen that is forced flowing H 2 O is discharged to the discharge port 142 side. The reduced iron powder is cooled down to a low temperature (500 degrees or less) through the cooling belt 170 on the belt conveyor 130.

냉각대(170)를 거친 환원철 분말은 온도가 낮을수록 재산화가 덜되기 때문에 필요에 따라 온도를 200도 이하로 낮게 가져가는 것이 재산화를 방지할 수 있다.Reduced iron powder that has passed through the cooling zone 170 is less reoxidized as the temperature is lowered, so that it is possible to prevent reoxidation by lowering the temperature to as low as 200 degrees if necessary.

냉각대(170)를 빠져나온 벨트 컨베이어(130) 위의 환원철 분말은 환원철 분말을 포집하는 저장부(300)로 떨어지고 벨트 컨베이어(130)는 3개 이상의 가이드 롤러에 의해 벨트 컨베이어(130)의 이동 방향이 바뀌면서 제2 수조(151)를 통과하여 제2 챔버(150)를 벗어난다. The reduced iron powder on the belt conveyor 130 that has passed through the cooling belt 170 falls to the storage unit 300 for collecting the reduced iron powder and the belt conveyor 130 is moved by the three or more guide rollers to move the belt conveyor 130 And then passes through the second water tank 151 and leaves the second chamber 150.

벨트 컨베이어(130)는 3개 이상의 가이드 롤러로 구성된 제1 수조(143)를 통과하여 벨트 컨베이어(130)의 수축/팽창에 의해 발생되는 길이 변화에 대응하기 위한 벨트 장력 조절 모듈을 거쳐 다시 환원로(100)의 내부로 복귀하게 된다.The belt conveyor 130 passes through a first water tank 143 constituted by three or more guide rollers, passes through a belt tension adjusting module to correspond to a length change caused by contraction / expansion of the belt conveyor 130, (100).

한편, 발생한 수증기와 환원 반응에 기여하고 남은 잉여 수소를 포함하는 배가스는 배출구(142)를 통해 스크러버(410)로 유입되면서 배가스 내 잔존하는 미량의 산화철 분말과 수증기(H2O)가 제거되며 낮은 온도(100도 이하)의 잉여 수소 가스만 스크러버(410)를 통과하여 블로워(420)를 거쳐 수소 탱크(430)에 포집되며, 부족한 수소량은 바로 보충된다. 수소 탱크(430)를 거친 수소 가스는 유량 제어 밸브 등을 통해 일정량의 수소 가스가 수소 가스 투입구(180)를 통해 환원로(100) 내부로 공급된다.On the other hand, the exhaust gas containing excess steam and residual hydrogen contributing to the reduction reaction flows into the scrubber 410 through the discharge port 142 to remove the trace amounts of iron oxide powder and water vapor (H 2 O) remaining in the exhaust gas, Only surplus hydrogen gas at a temperature (100 degrees or less) passes through the scrubber 410, is collected in the hydrogen tank 430 via the blower 420, and the insufficient amount of hydrogen is immediately replenished. The hydrogen gas passing through the hydrogen tank 430 is supplied into the reducing furnace 100 through the hydrogen gas inlet 180 through a flow control valve or the like.

이하, 도 4를 참조하여 다른 실시예에 따른 수소 환원 장치를 설명한다.Hereinafter, a hydrogen reduction apparatus according to another embodiment will be described with reference to FIG.

이하에서, 상술한 일 실시예에 따른 수소 환원 장치를 다른 부분에 대해서 설명한다.Hereinafter, another portion of the hydrogen reduction apparatus according to the above embodiment will be described.

도 4는 다른 실시예에 따른 수소 환원 장치를 나타낸 도면이다.4 is a view showing a hydrogen reduction apparatus according to another embodiment.

도 4를 참조하면, 수소 탱크(430)로부터 환원로(100)로 투입되는 수소 가스는 스크러버(410)를 거쳐 열교환된다.Referring to FIG. 4, the hydrogen gas supplied from the hydrogen tank 430 to the reducing furnace 100 is heat-exchanged through the scrubber 410.

일레로, 스크러버(410)는 전단에서 고온의 배가스로 수소 가스를 예열하는 열교환을 수행하고, 이로 인해 환원로(100)로 재공급되는 수소 가스의 온도가 올라가 환원로(100) 내부의 수소 승온열(280 kcal/kg)이 절감된다. 또한, 이로 인해 수소 가스 투입구의 위치를 냉각대에서 가열대로 이동시킬 수 있다.The scrubber 410 performs heat exchange for preheating the hydrogen gas to the high temperature exhaust gas at the front end so that the temperature of the hydrogen gas re-supplied to the reducing furnace 100 rises, The heat (280 kcal / kg) is saved. Further, the position of the hydrogen gas inlet can be moved from the cooling zone to the heating zone.

한편, 다른 예로, 환원로(100)로부터 배출된 컨베이어 밸트 위의 환원철 분말 중 덜 분리된 잔량을 털어내기 위한 브러쉬 혹은 Knife 형태의 장치가 더 구비될 수 있다.As another example, it is possible to further include a brush or knife-type device for shaking off the less separated residual amount of the reduced iron powder on the conveyor belt discharged from the reduction furnace 100.

또한, 블로워(420)를 빠져 나온 수소 가스는 수소 탱크(430)에 저장되지 않고, 보충된 수소 가스와 함께 환원로(100)로 재공급될 수 있다.Also, the hydrogen gas that has passed through the blower 420 is not stored in the hydrogen tank 430 but can be supplied again to the reducing furnace 100 together with the supplemented hydrogen gas.

이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 실험예를 설명한다.An experimental example will be described below with reference to Figs. 5 and 6. Fig.

도 5는 실험예에 의한 환원 시간에 따른 환원율을 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing the reduction ratio according to the reduction time according to the experimental example.

도 5를 참조하면, 도 5는 산화철 분말의 Bed depth별 환원 시간에 따른 환원율을 표기한 것으로, 이론당량 대비 수소를 과량 투입하면 2시간 이내에 높은 Bed depth에서도 90% 이상 환원이 가능함을 확인하였다.Referring to FIG. 5, FIG. 5 shows the reduction ratio of the iron oxide powder according to the reduction time according to the bed depth, and it was confirmed that over 90% reduction in the high bed depth within 2 hours can be achieved when hydrogen is added to the theoretical equivalent.

도 6은 실험예에 따른 환원철 분말 및 대비예에 따른 환원철 분말을 나타낸 사진이다.6 is a photograph showing a reduced iron powder according to an experimental example and a reduced iron powder according to a comparative example.

도 6을 참조하면, 벨트 타입 수소 환원 장치는 산화철 분말의 고환원율(75% 이상)을 달성하기 위해, 이론당량보다 과량의 수소 가스를 투입하여 환원로 내의 H2O/H2의 분율을 낮추더라도, 실제로는 이론당량 만큼만 수소를 소비할 수 있어 공정비용을 낮출 수 있다. 이와 같이, 낮은 H2O/H2의 분율로 인해 850도 이하로 환원 온도를 낮추더라도 고환원율을 달성할 수 있기 때문에, 산화철의 입도나 모폴로지를 변화시키지 않는 효과가 있다. Referring to FIG. 6, in order to achieve a high reduction rate (75% or more) of the iron oxide powder, the belt type hydrogen reduction apparatus lowers the fraction of H 2 O / H 2 in the reducing furnace by introducing hydrogen gas in an excess amount Even in practice, hydrogen can be consumed as much as the theoretical equivalent, which can lower the process cost. As described above, even if the reduction temperature is lowered to 850 DEG C or lower due to a low H 2 O / H 2 fraction, a high reduction ratio can be achieved, thereby preventing the particle size and morphology of the iron oxide from being changed.

이를 확인한 800도로 환원 온도를 낮춘 실험예에 따른 환원철 분말은 도 6의 (A)와 같으며, 950도로 환원 온도를 높인 대비예에 따른 환원철 분말은 도 6의 (B)와 같다.FIG. 6 (A) shows the reduced iron powder according to the experimental example in which the reduction temperature was lowered to 800 ° C. and FIG. 6 (B) shows the reduced iron powder according to the comparative example in which the reduction temperature was increased to 950 ° C.

실험예 및 대비예에서 확인한 바와 같이, 높은 온도에서 수소 환원을 하면 분말간 집합(Aggregation)이 발생되어 입도가 조대해지며 모폴로지를 유지하지 못하는 경향이 있다.As shown in Experimental Examples and Comparative Examples, when hydrogen is reduced at a high temperature, agglomeration of powders occurs to increase the particle size and tend not to maintain the morphology.

본 이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Of the right.

환원로(100), 장입부(200), 저장부(300), 제1 챔버(140), 제2 챔버(150)The reducing chamber 100, the loading unit 200, the storage unit 300, the first chamber 140, the second chamber 150,

Claims (7)

산화철 분말을 수소 가스를 이용해 환원철 분말로 환원하며, 상기 산화철 분말이 투입되는 입구로부터 상기 환원철 분말이 배출되는 출구로 연장된 벨트 컨베이어를 포함하는 환원로;
상기 환원로의 상기 입구와 연결되며, 상기 입구로 상기 산화철 분말을 투입하는 장입부; 및
상기 환원로의 상기 출구와 연결되며, 상기 환원철 분말을 저장하는 저장부
를 포함하며,
상기 환원로는 상기 입구를 밀폐하는 제1 챔버 및 상기 출구를 밀폐하는 제2 챔버를 더 포함하는 수소 환원 장치.A reducing furnace including a belt conveyor that reduces iron oxide powder to reduced iron powder using hydrogen gas and extends to an outlet through which the reduced iron powder is discharged from the inlet to which the iron oxide powder is injected;
A charging part connected to the inlet of the reducing furnace and charging the iron oxide powder into the inlet; And
A storage portion connected to the outlet of the reduction furnace and storing the reduced iron powder,
/ RTI >
Wherein the reducing furnace further comprises a first chamber for sealing the inlet and a second chamber for sealing the outlet. 제1항에서,
상기 제1 챔버는 상기 벨트 컨베이어가 통과하는 제1 수조를 포함하며,
상기 제2 챔버는 상기 벨트 컨베이어가 통과하는 제2 수조를 포함하는 수소 환원 장치.The method of claim 1,
Wherein the first chamber includes a first tank through which the belt conveyor passes,
And the second chamber includes a second tank through which the belt conveyor passes. 제2항에서,
상기 제1 챔버는 상기 제1 수조의 내부 공간의 일부로 연장되어 상기 제1 수조의 저부와 이격된 제1 격벽을 더 포함하며,
상기 제1 격벽의 내측의 수위는 상기 제1 격벽의 외측의 수위 대비 낮은 수소 환원 장치.3. The method of claim 2,
The first chamber further includes a first partition wall extending from a portion of the inner space of the first water tank and spaced apart from a bottom of the first water tank,
Wherein the water level inside the first partition wall is lower than the water level outside the first partition wall. 제3항에서,
상기 제1 수조는,
상기 제1 격벽을 사이에 두고 서로 이격된 제1 롤러와 제2 롤러, 및
상기 제1 격벽과 상기 제1 수조의 저부 사이에 위치하는 제3 롤러
를 더 포함하며,
상기 벨트 컨베이어는 상기 제1 롤러, 상기 제2 롤러, 상기 제3 롤러에 가이드되는 수소 환원 장치.4. The method of claim 3,
The first water tank,
A first roller and a second roller spaced apart from each other with the first partition wall therebetween,
A third roller positioned between the first partition and the bottom of the first tank,
Further comprising:
Wherein the belt conveyor is guided by the first roller, the second roller, and the third roller. 제1항에서,
상기 환원로와 연결되며, 상기 환원로로부터 배출된 배가스에 포함된 상기 수소 가스를 상기 환원로로 다시 투입하는 리사이클 유닛을 더 포함하는 수소 환원 장치.The method of claim 1,
Further comprising a recycle unit connected to the reducing furnace and recirculating the hydrogen gas contained in the exhaust gas discharged from the reducing furnace to the reducing furnace. 제5항에서,
상기 리사이클 유닛은,
상기 배가스에 포함된 산화철 분말 및 수증기를 제거하는 스크러버;
상기 스크러버와 연결되어 상기 배가스에 포함된 상기 수소 가스를 저장하며, 상기 환원로와 연결되어 상기 환원로로 상기 수소 가스를 투입하는 수소 탱크; 및
상기 스크러버와 상기 수소 탱크 사이에 위치하며, 상기 수소 가스를 상기 수소 탱크로 보내는 블로워
를 포함하는 수소 환원 장치.The method of claim 5,
The recycling unit may include:
A scrubber for removing iron oxide powder and steam contained in the exhaust gas;
A hydrogen tank connected to the scrubber for storing the hydrogen gas contained in the flue gas and connected to the reducing furnace to introduce the hydrogen gas into the reducing furnace; And
A blower located between the scrubber and the hydrogen tank for sending the hydrogen gas to the hydrogen tank,
And a hydrogen reduction device. 제6항에서,
상기 수소 탱크로부터 상기 환원로로 투입되는 상기 수소 가스는 상기 스크러버를 거쳐 열교환되는 수소 환원 장치.The method of claim 6,
Wherein the hydrogen gas supplied from the hydrogen tank to the reducing furnace is heat-exchanged through the scrubber.
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