KR20180094864A - 노 가스를 처리하기 위한 공정 및 장치 - Google Patents

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보우터 베른드 에발츠
피터 디르크 클루트
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다니엘리 코루스 베뷔
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Abstract

채널(3)을 통해 유동하는 1 bar 초과의 압력을 갖는 노 가스의 유동을 처리하기 위한 공정 및 장치. 석회와 같은 염기성 시약들 및/또는 활성탄과 같은 흡수제들을 포함하는 분말과 같은 분말 제제(2)가, 채널 내부의 중앙에 배치되는, 분사기(6)를 통해 노 가스 유동 내로 과압 하에서 분사된다. 분말 제제는 유동화될 수 있을 것이다. 분말을 분사하는 압력은, 배기 배출구(24)를 통해 배기되는 유동화 가스의 체적을 제어함에 의해 조절될 수 있다.

Description

노 가스를 처리하기 위한 공정 및 장치
본 발명은, 용광로 가스 또는, 전기로들(electric arc furnaces: EAF), 순산소 전로들(basic oxygen furnaces: BOF)에 의해, 또는 직접 환원철(direct reduced iron: DRI) 공정들에 의해 생성되는 가스와 같은, 강철 또는 철 생산 공정들로부터 나오는, 노 가스를 처리하기 위한 공정 및 장치에 관한 것이다.
용광로 가스는 일반적으로, 예를 들어, 다양한 유형의 버너들에서 연료 가스로서의 사용을 허용하도록, 약 20 내지 28 %의 비교적 높은 일산화탄소 함량을 갖는다. 그러나, 용광로에서 나오는 용광로 가스의 분진 함량은, 버너들의 안정적인 기능 수행을 위해 너무 높으며, 따라서 용광로 가스의 분진 함량은, 상당히 낮춰져야만 한다. 이는 통상적으로, 2-단계 공정에 의해 실행된다. 제1 단계에서, 더 큰 분진 입자들이 사이클론 내에서 분리된다. 제2 단계에서, 더 작은 입자들이, 통상적으로 습식 공정에서 스크러버(scrubber)에 의해 분리된다. 그러한 습식 공정은, 상당한 물 소비를 요구하며 그리고, 추가적인 처리를 요구하는, 슬러지 및 폐수를 생성한다. 물 포집 처리는 또한, 처리되는 용광로 가스의 압력 및 온도의 강하를 야기하며, 이는, 하류의 가스 버너에서 연료 가스로서의 용광로 가스의 효율을 감소시킨다.
습식 가스 정화 공정들의 단점을 극복하기 위해, 예를 들어, 또한 여과 이전에 오염물을 상부에서 제거하는 것을 교시하는, WO 2010/034791에서, 필터 자루들에 의해 가스를 여과하는 것이 제안된 바 있다. 본래의 용광로 가스는 전형적으로, 염화수소, 불화수소, 및 황화수소와 같은, 다수의 산성 및 유기 오염물을 포함한다. WO 2010/034791에서, 이러한 오염물들은, 가스 유동 내로 염기성 제제를 주입함에 의해 제거된다. 용광로 가스의 다른 전형적인 오염물들이, 다환 방향족 탄화수소(PAH), 벤젠, 톨루엔 및 크실렌(BTX)을 포함한다. 이들은, 예를 들어 산성 오염물을 중화하기 위한 시약과의 혼합물로서, 용광로 가스 유동 내로 흡수제를 주입함에 의해 제거될 수 있다. 분말 형태의 그러한 제제를 주입함에 의해 직면하게 되는 문제점이, 분말이 통과하는 가스 유동 위에 균일하게 분포되어야 한다는 것이다.
US 4,501,599는, 알루미나 입자들을 사용하여, 알루미늄 제조 공정 배출물로부터 오염물질을 제거하기 위한, 건식 스크러버를 개시한다. 그러한 알루미늄 제조 공정 가스 내의 압력은 전형적으로, 대기압 아래이며, 따라서 알루미나가 통과하는 가스 유동 내로 흡입된다.
본 발명의 목적은, 전형적으로 1 bar 초과의 압력을 갖는 고압 가스 유동에서, 오염물의 더욱 효율적인 제거를 가능하게 하는, 강철 제조 공정으로부터 나오는 노 가스를 정화하기 위한 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은, 노 가스 유동 내로 과압 하에서 분말 제제를 주입함에 의해, 채널을 통해 유동하는 1 bar 초과의 압력을 갖는 노 가스의 유동을 처리하기 위한 공정에 의해 달성되고, 여기서 분말은, 채널 내부의 중앙에 배치되는, 분사기를 통해 노 가스 유동 내로 부가된다. 채널들 내의 중앙 지점으로부터의 주입은, 가스 유동에 걸친 분말 제제의 개선된 분포를 생성하는 것으로 확인되었다.
분말 입자들의 분포는, 분말 제제가 주입되기 이전에 유동화되는 경우, 추가로 개선된다. 이를 위해, 분말 입자들은, 질소 또는 용광로 가스와 같은 유동화 가스를 사용하는, 유동화 베드(fluidizing bed)를 포함하는 챔버로부터 분배될 수 있을 것이다.
분말 제제를 분사하는 압력은, 예를 들어 배기 배출구를 통해 배기되는 유동화 가스의 체적을 제어함에 의해, 조절될 수 있다.
예를 들어 분말 제제는, 예를 들어 반경 방향으로 지향되는 배출구들을 통해, 반경 방향으로 가스 유동 내로 주입될 수 있을 것이다.
분말 제제는 예를 들어, 하나 이상의 흡수제 및/또는 하나 이상의 염기성 화합물을 포함할 수 있을 것이다. 염기성 화합물들은, 가스 유동으로부터 산성 성분들을 제거하는 역할을 한다. 적당한 염기성 화합물들이, 탄산칼슘, 탄산나트륨(소다), 수화석회, 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 흡수 제제들이, 중금속, 다환 방향족 탄화수소, 벤젠, 톨루엔 또는 크실렌과 같은, 용광로 가스의 다른 전형적인 오염물들을 제거하기 위해 사용될 수 있다. 적당한 흡수제들이, 예를 들어, 활성탄, 갈탄 코크스 또는 미세 등급 제올라이트를 포함할 수 있을 것이다.
가스 유동 내로 주입되는 제제의 양은, 오염물질들의 농도에 의존한다. 염기성 제제의 화학량론적 비율은, 1.5 내지 4 사이일 것이다. 활성탄에 대한 전형적인 농도는 예를 들어, 50 내지 250 mg/Nm3 사이이다.
사용되는 유동화 가스는 예를 들어, 질소, 재생된 청정 용광로 가스, 또는 임의의 다른 적당한 불활성 기체일 수 있을 것이다. 제제의 유동화를 위해 사용되는 유동화 가스의 양은 예를 들어, 제제 1톤 당 적어도 150 리터, 예를 들어 약 200 내지 500 리터 사이일 수 있을 것이다.
분말 제제는, 전형적으로 적어도 약 1.5 bar, 예를 들어 적어도 약 2.5 bar인, 통과하는 노 가스 유동 내의 압력에 비해, 적어도 약 10 mbar의, 예를 들어 적어도 약 20 mbar의, 예를 들어 최대 500 mbar까지 또는 최대 400 mbar까지의, 순수 과압과 더불어, 가스 유동 내로 주입된다.
노 가스의 온도는 전형적으로, 대략 적어도 100℃, 예를 들어 최대 250℃, 예를 들어 약 200℃일 것이다.
예를 들어 노 가스 유동은, 예를 들어 필터 자루들 또는 유사한 필터들에 의해, 후속적으로 여과될 수 있다.
용광로 유동 경로를 한정하는 채널은, 수직, 또는 비-수직, 예를 들어 수평일 수 있을 것이다. 채널이 수직이며 그리고 노 가스 유동 경로가 상향인 경우, 양호한 결과가 달성된다.
놀랍게도, 철 또는 강철 제조 공정의 NOx 배출물이 본 발명에 따른 공정을 사용하여 실질적으로 감소되었다는 것이, 확인되었다. 이는, 처리되는 가스로부터의 시안화수소의 효과적인 제거에 의해 야기되는 것으로, 생각된다. 그에 따라, 본 개시는 또한, 철 또는 강철 제조 공정에 의한 NOx 배출물을 감소시키는 방법으로서, 이러한 공정으로부터 나오는 HCN 함유 노 가스는, 예를 들어 이상에 또는 이하에 설명되는 바와 같은, 석회 분말과 같은 염기성 성분들을 포함하는, 분말 제제를 주입함에 의해 처리되는 것인, NOx 배출물을 감소시키는 방법에 관련된다.
개시된 공정은 예를 들어, 분말 제제를 주입함에 의해 용광로 가스의 유동을 처리하는 장치를 사용하여, 수행될 수 있을 것이다. 장치는, 유동 채널 및 유동 채널 내부의 중앙에 배열되는 분사기를 포함한다. 분사기는, 반경 방향으로 지향되는 배출구들, 및 유동화 가스를 위한 공급원과 함께 분말 제제의 유동화 베드를 내포하는 챔버를 갖도록 제공된다.
선택적으로, 배기부가, 챔버를, 채널 외부의 유동화 가스 방출부에 연결할 수 있을 것이다. 배기부는 예를 들어, 배기된 유동화 가스의 체적을 제어하는 것을 가능하게 하도록, 조절 가능할 수 있다. 이는, 분말 제제가 가스 유동 내로 주입될 때, 분말 제제의 주입 속도를 제어하는 것을 가능하게 한다.
유동화 가스를 위한 공급원은 예를 들어, 적어도 하나의 공기 투과 도관을, 예를 들어 소결된 금속의 또는 필터 메시 금속의 도관을 포함할 수 있을 것이다. 유동화 베드 위에서 균등한 유동화를 달성하기 위해, 도관은, 유동화 베드의 폭 및/또는 길이에 걸쳐 연장될 수 있을 것이다. 대안적으로, 유동화 가스는, 분말 베드를 지지하는 가스 투과 바닥 플레이트를 통해 공급될 수 있을 것이다.
선택적으로, 도관은, 유지보수, 청소 또는 수리 목적으로 유동화 챔버로부터 제거될 수 있다.
노 가스 유동 내에서의 난류를 방지하기 위해 그리고 압력 강하를 최소화하기 위해, 장치는 예를 들어, 반경 방향 배출구들로부터 유동 방향으로 연장되는 하류측 원추형 부분을 포함할 수 있을 것이다. 장치는 또한, 유동 방향에 대향하는 방향으로 반경 방향 배출구들로부터 연장되는 상류측 원추형 부분을 포함할 수 있을 것이다.
채널과 동축 상에 놓이는 분사기를 갖는, 채널은 전형적으로, 원통형일 것이다. 반경 방향 배출구들은, 또한 채널에 대해 동축 상에 놓이는, 원형 배열집단을 형성할 수 있을 것이다.
본 발명의 양태들이, 예시적인 실시예를 도시하는 첨부 도면을 참조하여, 설명될 것이다.
도 1은, 용광로 가스를 처리하기 위한 장치를 종방향 단면도로 도시한다.
도 1은, 활성탄과 같은 흡수 재료 및 석회와 같은 염기성 제제를 함유하는 건식 분말 제제(2)를 주입함에 의해, 용광로 가스의 유동을 처리하기 위한 장치(1)를 도시한다. 장치(1)는, 유동 방향(A)을 갖는 용광로 가스 유동 경로를 한정하는, 유동 채널(3)을 포함한다. 채널(3)은, 채널 벽(4)을, 전형적으로 원통형 채널 벽을 구비한다. 분사기(6)가, 유동 채널(3) 내부의 중앙에 배열된다. 분사기(6)를 도시하기 위해, 벽(4)의 일부가, 도 1에서 절취된다. 분사기(6)는, 반경 방향으로 지향되는 배출구들(8)의 링을 갖도록 제공된다. 분사기(6)의 제1 중공 원추형 부분(10)이, 반경 방향 배출구들(8)을 갖는 부분으로부터 연장되며, 그리고 하류측으로 뾰족하다. 분사기(6)의 제2 중공 원추형 부분(12)이, 반경 방향 배출구들(8)을 갖는 부분으로부터 반대 방향으로 연장되며, 그리고 상류측으로 뾰족하다. 원추형 부분들(10, 12)은, 분사기(6)에 의해 야기되는 난류를 최소화하도록, 용광로 가스 유동을 안내한다. 대안적인 구성들이 또한 사용될 수 있다.
제2 원추형 부분(12)의 중공 내부공간은, 분말 제제(2)를 내포하는 유동화 챔버(14)의 일부를 형성한다. 유동화 챔버(14)는, 분사기(6)가 플랜지 연결부(18)에 의해 채널 벽에 볼트 체결되는 곳인, 채널 벽(4) 내의 개구(16)에 연결된다. 채널(3) 외부에서, 유동화 챔버(14)는, 새로운 분말 제제의 공급을 위한 분말 유입구(22) 및 유동화 챔버(14) 내의 실질적으로 분말 베드 레벨 위의 유동화 가스를 배기하기 위한 배출구(24)에 연결되는, 부분(20)을 갖도록 연장된다.
원추형 부분(12)과 채널 벽(4) 사이의 챔버(14)의 부분은, 예를 들어 상방으로 뾰족하며 그리고 하방으로 뾰족한, 공기역학적 단면을 구할 수 있을 것이다.
소결된 금속의 가스 투과 도관(26)이, 예를 들어 유동화 가스 유입구(28)로부터 적어도 제2 원추형 부분(12)의 중심선까지 연장되도록, 유동화 챔버(14)의 폭 및 길이에 걸쳐 유동화 챔버(14)의 바닥 부분에 배치된다.
유동화 챔버(14)가 분말 제제(2)로 채워질 때, 유동화 가스가, 분말 베드를 통해 유동화 챔버(14) 내로 송풍된다. 결과적으로, 분말 베드가 유동화된다. 분말은, 배출구들(8)을 통해 탈출하며, 그리고 용광로 가스 유동(A)에 의해 취해진다.
분말 제제(2)는, 용광로 가스 유동(A) 내로 압력 하에서 주입된다. 압력은, 배출구(24)를 통해 배기되는 유동화 가스의 체적을 제어함에 의해 조절될 수 있다.

Claims (15)

  1. 채널(3)을 통해 유동하는 1 bar 초과의 압력을 갖는 노 가스의 유동을 처리하기 위한 공정으로서,
    분말 제제가, 노 가스 유동 내로 과압 하에서 주입되고, 분말 제제는, 채널 내부의 중앙에 배치되는, 분사기(6)를 통해 노 가스 유동 내로 부가되는 것인, 노 가스 유동 처리 공정.
  2. 제 1항에 있어서,
    분말 제제(2)는, 주입되기 이전에, 유동화되는 것인, 노 가스 유동 처리 공정.
  3. 제 2항에 있어서,
    분말 제제를 분사하는 압력은, 배기 배출구(24)를 통해 배기되는 유동화 가스의 체적을 제어함에 의해 조절되는 것인, 노 가스 유동 처리 공정.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    분말 제제(2)는, 용광로 가스 유동 내로 반경 방향으로 주입되는 것인, 노 가스 유동 처리 공정.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    분말 제제(2)는, 하나 이상의 흡수제 및/또는 하나 이상의 염기성 성분을 포함하는 것인, 노 가스 유동 처리 공정.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    노 가스 유동은, 후속적으로 여과되는 것인, 노 가스 유동 처리 공정.
  7. 노 가스의 유동을 처리하기 위한 장치(1)로서,
    장치(1)는, 유동 채널(3) 및, 유동 채널 내부의 중앙에 배열되며 그리고 반경 방향으로 지향되는 배출구들(8)을 갖도록 제공되는, 분사기(6)를 포함하고, 분사기는, 노 가스 유동 내의 압력에 비해 적어도 10 mbar의 과압을 동반하는 가운데 노 가스 유동 내로 반경 방향 배출구들을 통해 분말 제제를 불어 넣도록 구성되는, 유동화 가스를 위한 공급원(28)과 함께 분말 제제(2)의 유동화 베드를 포함하는, 챔버(24)를 포함하는 것인, 노 가스 유동 처리 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    채널 외부의 유동화 가스 방출부에 챔버(14)를 연결하는 배기부(24)를 더 포함하는 것인, 노 가스 유동 처리 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    배기부(24)는 조절 가능한 것인, 노 가스 유동 처리 장치.
  10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    유동화 가스를 위한 공급원은, 적어도 하나의 가스 투과 도관(26)을 포함하는 것인, 노 가스 유동 처리 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    적어도 하나의 도관(26)은, 유동화 베드의 폭 및/또는 길이에 걸쳐 연장되는 것인, 노 가스 유동 처리 장치.
  12. 제 10항 또는 제 11항에 있어서,
    도관(26)은, 소결된 금속 또는 필터 메시 금속으로 이루어지는 것인, 노 가스 유동 처리 장치.
  13. 제 10항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    도관(26)은, 신축 가능한 것인, 노 가스 유동 처리 장치.
  14. 제 7항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    반경 방향 배출구들(8)로부터 유동 방향으로 연장되는 하류측 원추형 부분(10)을 포함하는 것인, 노 가스 유동 처리 장치.
  15. 제 7항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    유동 방향에 대향하는 방향으로 반경 방향 배출구들(8)로부터 연장되는 상류측 원추형 부분(12)을 포함하는 것인, 노 가스 유동 처리 장치.
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