KR20200136909A - 금속 제련 장치에서 오프가스 조성의 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 오프가스(off-gas) 조성을 제어하는 방법에 관한 것으로서, 오프가스는 금속성 원료를 제련하기 위한 제련 장치로부터 생성되며, 이 제련 장치는 제련 용기, 이 제련 용기에 장착되고 이 제련 용기의 내부와 연결되어 있는 제련 사이클론, 및 이 제련 사이클론에 연결된 오프가스 덕트(duct)를 포함하며, 여기서 95% 이상의 산소를 포함하는 산소-함유 가스가 제련 사이클론에 주입되고, 금속성 원료는 질소 가스 이외의 운반 가스와 함께 제련 사이클론에 주입된다.
Description
본 발명은 금속성 원료(feed material), 일반적으로 철광석의 환원 및 용융을 위한 제련 장치에서 오프가스(off-gas) 조성 제어 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로 이 방법은 탄소 포집 및 저장(CCS: carbon capture and storage) 및/또는 탄소 포집 및 이용(CCU: carbon capture and utilisation)에 직접적으로 또는 거의 직접적으로 적합한 오프가스를 제공하는 것을 목표로 한다.
종래의 고로(BF: blast furnace) 제철 기술에서, 산화철을 포함하는 상기 원료는 환원 및 용융에 의해 액체 금속으로 전환되며, 여기서 탄소는 산화철의 환원에 사용된다. 코크스 및/또는 석탄의 형태로 공급되는 탄소는 CO 및 CO2 가스를 형성하여 철광석의 산소와 결합한다.
광석을 녹이고 환원 및 용융 과정에서 화학 반응을 촉진하는 데 필요한 열은 예열된 공기(열풍)를 고로에 주입하여 제공된다. 이러한 방식에서 BF로부터의 공정 가스는 다량의 질소(> 50%)와 CO(20%), 수소 및 수증기를 포함한다. 공정 가스에서 CO2를 분리하려면 다른 모든 성분을 제거하거나, 또는 반대로, CO2 분자를 제거해야 한다. C02 가스의 분리는 CCS 또는 대안으로 CCU 목적을 위해 필요하다.
공지된 Hlsarna 공정은,(a) 고형물 주입 랜스(lance) 및 산소-함유 가스 주입 랜스가 제공되고 용융 금속의 욕조(bath)를 포함하도록 구성된 제련 용기 및(b) 상기 제련 용기 위에 배치되고 제련 용기와 연통하는, 금속성 원료를 부분적으로 환원시키고 제련하기 위한 제련 사이클론을 포함하는 제련 장치에서 수행된다. Hlsarna 공정 및 그 공정 장치는 WO 00/022176에 기술되어 있다.
Hlsarna 공정에서는 열풍 대신 산소-함유 가스가 사용되며, 여기서 산소는 주입된 석탄과 반응하여 철광석을 녹이고 화학 반응을 향상시키는 데 필요한 열을 제공한다. 따라서 1차 공정 가스는 주로 CO, CO2, H2 및 H20을 포함한다. 제련 사이클론에서 CO 및/또는 H2는 주입된 광석과 산소에 의해 완전히 또는 거의 완전히 활용된다. Hlsarna 공정에서 산소 흐름은 정확하게 제어할 수 있으며, 이를 통해 연소 후 가스 비율을 제어하여, 오프가스에서 소량의 CO 또는 02를 생성할 수 있다.
Hlsarna 공정에서 발생하는 오프가스는 CCS 또는 CCU 목적으로 즉시 사용할 준비가 되지 않았는데, 이는 오프가스의 CO2 농도가 CCS 또는 CCU를 위해 오프가스를 직접 사용할 수 있을 만큼 충분히 높지 않기 때문이다. 이는 오프가스에서 CO2를 분리하기 위한 추가 조치가 제공되어야 함을 의미하며, 이는 산업 규모에서 대규모 자본 투자, 높은 운영 비용 및 높은 에너지 사용을 의미한다.
본 발명의 목적은 오프가스 조성 제어를 위한 방법을 제공하는 것이며, 여기서 오프가스는 생성된 오프가스가 CCS에 적합하도록 제련 장치로부터 발생한다.
본 발명의 또 다른 목적은 오프가스 조성 제어를 위한 방법을 제공하는 것이며, 여기서 오프가스는 생성된 오프가스가 CCU 목적에 적합하도록 제련 장치로부터 발생한다.
본 발명의 또 다른 목적은 오프가스에 적어도 80 부피%의 CO를 생성하는 오프가스 조성 제어를 위한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 용이하게 구현될 수 있는 오프가스 조성 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 비교적 저렴한 비용으로 작동할 수있는 오프가스 조성 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 청구항 1-15에 정의된 방법에 관한 것이다. 본 발명의 목적들 중 하나 이상은 오프가스 조성 제어를 위한 방법을 제공함으로써 실현되며, 여기서 오프가스는 금속성 원료를 제련하기 위한 제련 장치로부터 생성되며, 여기서 상기 제련 장치는 제련 용기, 이 제련 용기에 장착되고 이 제련 용기의 내부와 연결되어 있는 사이클론, 및 상기 제련 사이클론에 연결된 오프가스 덕트(duct)를 포함하며, 상기 방법은 다음의 단계를 포함한다:
- 상기 원료를 운반 가스와 함께 상기 제련 사이클론에 주입하는 단계,
- 산소-함유 가스를 상기 제련 사이클론에 주입하는 단계,
- 석탄을 운반 가스와 함께 상기 제련 용기에 주입하는 단계,
- 산소-함유 가스를 상기 제련 용기에 주입하는 단계,
- 선택적으로, 플럭스를 운반 가스와 함께 상기 제련 용기에 주입하는 단계, 여기서 산소-함유 가스는 95% 이상의 산소를 포함하고 상기 운반 가스는 질소 가스가 아니다.
용어 "질소 가스"는 50% 이상의 질소를 포함하는 모든 가스를 의미한다. 그러나 오프가스를 제어하려면 운반 가스에서 질소 양이 전체 공정에 대해 상업적으로 실행 가능한만큼 낮아야 한다.
용어 "금속성 원료"는 주로 철광석 및 기타 또는 철-함유 물질로 이해되어야하지만, 상기 원료는 또한 다른 금속 및 금속 화합물을 함유할 수도 있다.
공기 대신 약 95%의 산소를 포함하는 산소-함유 가스를 사용함으로써 대부분의 또는 거의 모든 성분이 산소-함유 가스에서 제거되며 이것은 궁극적으로 최종 오프가스 흐름에서 불순물을 생성할 수 있다. 최종 오프가스 흐름에서 예를 들어 N2, H2, Ar, 02, H20, SOx, NOx, HCL, HF, CO, H2S 및 미량 금속과 같은 임의의 불순물은 C02 상 다이어그램에서 변경을 초래하여, 결과적으로 CO2 가스의 비용 효율적인 처리에 가장 적합한 미리 정의된 범위에서 CO2 밀도를 유지하기 위해 더 높은 압력이 필요한다. 예를 들어 질소 및 아르곤과 같은 비응축성 가스의 농도는, 수송을위한 더 높은 압력의 필요성을 방지하기 위해서만이 아니라 이들 가스가 이산화탄소가 저장되는 지질 구조의 저장 용량에 부정적인 영향을 미칠 수 있기 때문에, 제한되어야 한다.
배기 가스에서 원하지 않는 성분을 방지하기 위해 산소 공급은 최소한 산업 규모에서 가능한 한 순수해야 한다. 이러한 이유로 산소-함유 가스는 적어도 95% 산소를 함유하는 것이 바람직하다. 이를 통해 최종 오프가스 및 오프가스 내의 CO2에 대한 산소 공급원의 원치 않는 성분으로부터 발생하는 가능한 영향은 가능한 가장 큰 범위로 제한된다. 거의 순수한 산소를 사용하면 오프가스 내의 CO2 부피는 이미 70 - 75% 정도이다.
99% 또는 심지어 약 99.5%의 산소를 포함하는, 시중에서 판매되는 거의 순수한 산소 가스를 사용함으로써, 결과적인 CO2 부피는 더욱 증가한다. 이 증가는 큰 비용이 들기 때문에 대부분의 경우 95% 산소-함유 가스를 사용하는 것이 경제적으로 더 실용적이다. 95% 산소-함유 가스 내의 다른 성분은 약 2% Ar 및 약 3% N2이다.
CO2 농도가 높은 오프가스를 구현하기 위해 제어해야 하는 또 다른 가스 공급원은 원료, 석탄 및 플럭스, 전형적으로 공기 및 질소 가스의 주입에 사용되는 운반 가스이다. 이러한 이유로 금속성 원료, 석탄 및 선택적으로 플럭스의 주입에 사용되는 운반 가스는 질소 가스가 아니다.
본 발명의 추가 측면에 따르면, 금속성 원료는 운반 가스로서 탄화수소 가스와 함께 제련 사이클론으로 주입된다. 또한, 같은 방식으로 석탄이 운반 가스로서 탄화수소 가스와 함께 제련 용기에 주입된다. 선택적인 플럭스 역시 탄화수소 가스를 운반 가스로 사용하여 제련 용기에 주입될 수 있다.
모든 탄화수소 가스는 연소 반응에서 산소와 반응하지만, 탄화수소 가스의 탄소 원자 수가 많을수록 연소 반이을 시작되기가 더 어려워진다. 이러한 이유로 메탄, 에탄 또는 프로판이 운반 가스로 사용되거나, 대안으로 이들 탄화수소 가스의 혼합물이 운반 가스로 사용될 수도 있다.
탄화수소 가스와 산소 사이의 반응 방정식은 다음과 같다:
이들 탄화수소 운반 가스를 사용하는 경우 불완전 연소로 인해 일산화탄소 또는 탄소가 발생하지 않도록 반응에 충분한 산소를 사용할 수 있어야 한다. 이는 제련 용기 및 제련 사이클론에서의 전체 가스 제어를 복잡하게 만들 수 있기 때문이다.
더욱이, 탄화수소 가스의 연소는 상당한 양의 H20을 생성한다. CCS의 경우 탄산 형성으로 인한 부식이나 황 성분과의 조합으로 인한 부식을 방지하기 위해 물의 양을 제한해야 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 금속성 원료는 운반 가스로서 이산화탄소-함유 가스와 함께 제련 사이클론으로 주입된다. 이산화탄소-함유 가스는 적어도 70%의 이산화탄소를 포함하는 가스를 의미한다. 같은 방식으로 석탄은 운반 가스로서 이산화탄소-함유 가스와 함께 제련 용기에 주입된다. 선택적 플럭스 역시 운반 가스로서 이산화탄소-함유 가스와 함께 제련 용기에 주입될 수 있다. 이산화탄소-함유 가스를 운반 가스로서 사용하는 것은 탄화수소 가스를 운반 가스로 사용하는 것과 관련된 가능한 문제가 없다.
운반 가스로서 이산화탄소-함유 가스를 사용하는 경우 제련 공정에서 발생하는 불순물이 제련 공정에 다시 공급되지 않도록 주의해야 한다. 이러한 이유로, 운반 가스로 사용하기 위한 이산화탄소-함유 가스는, 오프가스의 세척 및 냉각 후에, 제련 사이클론 및 제련 용기에서 금속성 원료의 제련으로 발생하는 오프가스이다.
제련 사이클론을 떠난 직후의 오프가스의 온도가 높기 때문에, 액체 금속, 원료 또는 기타 물질의 액적이 더 하류로 이동하여 오프가스 덕트의 벽에 부착되는 것을 방지하기 위해 오프가스를 냉각해야 한다. 이러한 이유로 금속성 원료의 제련에서 발생한 오프가스의 냉각은 급냉 매질(quenching medium)에 의한 오프가스의 급냉을 포함하며, 이는 오프가스가 제련 사이클론을 떠난 후 합리적으로 가능한 한 빨리 수행된다. 오프가스는 오프가스 덕트에서 급냉되어, 임의의 액적을 그 응고 온도보다 훨씬 낮은 온도로 냉각시킨다.
공지된 가스 급랭 시스템에서 공기 또는 물이 급냉 매질로 사용되며, 그와 함께 많은 질소 가스 또는 수증기를 냉각된 오프가스에 도입하며, 이는 오프가스가 CCS 또는 CCU 목적을 위해 적합하도록 처리되어야 하는 경우 가능한 한 피해야한다.
따라서, 급냉 매질이 이산화탄소-함유 가스인 것이 제공된다. 특히, 급냉 매질은 오프가스의 세정 및 냉각 후 금속성 원료의 제련으로부터 발생한 오프가스인 것이다. 이산화탄소-함유 가스를 급냉 매질로 사용할 수 있으려면 이산화탄소-함유 가스가 오프 덕트에서 취출되는 지점에서 이산화탄소-함유 가스의 온도가 충분히 낮춰야 한다. 이는 오프가스가 CCS 및/또는 CCU 목적을 위한 오프가스의 사용에 적합한 이산화탄소 가스 함량을 갖는 지점이 될 것이다. 급냉 매질로 사용되는 이산화탄소-함유 가스 또는 최종 오프가스는 20 - 200 ℃ 범위, 전형적으로 20 - 100 ℃ 범위의 온도로 냉각된다. 실제로 급냉 매질로 사용되는 이산화탄소-함유 가스에 대해 50 ℃ 정도의 온도에서 좋은 결과가 실현되었다.
가능한 한 많이 오프가스를 정화하여 오프가스 내 CO2 함량을 더욱 증가시키기 위해 원료를 제련하여 발생하는 오프가스에 존재하는 모든 수증기가 응축을 통해 오프가스에서 제거된다. 위에서 설명한 바와 같이 최종 오프가스에 가능한 한 수증기가 포함되지 않도록 해야 한다. 이는 CO2 처리 유닛에서 수행되는데, 이 장치에서 CCS 및/또는 CCU에 사용되는 오프가스가 더욱 정제되고, 건조되고, 냉각되고 및 압축된다.
또한, 원료를 제련하여 발생하는 오프가스는 황 화합물을 제거하기 위해 SOx 스크러버(scrubber)를 통해 통과된다.
또한, 원료를 제련하여 발생하는 오프가스는 오프가스에 존재하는 먼지를 제거하기 위해 먼지 사이클론을 통해 통과된다.
마지막으로 원료를 제련하여 발생하는 오프가스는 오프가스에 여전히 존재할 수있는 NOx 성분을 제거하기 위해 가스 스크러버를 통해 통과된다. 이것은 C02 처리 유닛의 상류에서 또는, CCS 및/또는 CCU 목적을 위해 더 이상 처리되지 않는 오프가스의 일부를 배출하기 전에 수행된다.
이러한 모든 오프가스 세정 작업은 오프가스가 급냉되는 지점의 하류에서 수행된다.
산업 규모에서 가능한 한 순수한 산소를 사용하고 운반 가스로서 이산화탄소-함유 가스 또는 탄화수소 가스를 사용하는 방법에서 오프가스의 CO2 함량은 80 - 89% 범위에 있으며, CO2 가스의 저장/격리를 위해 오프가스를 처리할 때 오프가스에 악영향을 미칠 수 있는 모든 성분을 가능한 한 많이 제거하는 것이 중요하다.
제련 공정에 사용되는 석탄에는 소량의 황뿐만 아니라 소량의 질소가 포함되어 있다. 이들은 불순물로서 간주되는데, 이는 황화수소(H2S), NOX 및 SOX를 형성할 수 있기 때문이며, 이것들은 C02 저장을 위해 사용되는 저장소의 암석층에 존재하는 물의 pH를 감소시킬 수 있고 상기 저장소의 다공성 및 투과성에 영향을 미칠 수 있다.
본 발명에 따른 방법을 사용하면 80 - 89% 범위의 CO2 함량을 가진 오프가스가 실현된다. 이 범위의 CO2 함량을 갖는 오프가스는 운반 가스 및 급냉 매질로 사용하기에 적합하다. CCS 및/또는 CCU에 사용되는 오프가스의 부피는 최종적으로 CO2 처리 유닛에서 처리되는데 이 장치에서 오프가스는 더욱 정제되고, 건조되고, 냉각되고 및 압축된다. 이 단계 후에는, CO2 가스의 저장에 영향을 미칠 수 있는 모든 불순물이 제거되지는 않지만 99% CO2의 순도가 실현될 수 있다. CO2 가스가 CCU 목적으로 사용되는 경우에도 동일하게 적용된다.
본 발명은 도면에 도시된 예를 통해 추가로 설명될 것이며,
도 1은 세정 및 냉각 장치를 갖는 제련 용기, 제련 사이클론 및 오프가스 덕트를 개략적으로 도시한다.
도 1은 세정 및 냉각 장치를 갖는 제련 용기, 제련 사이클론 및 오프가스 덕트를 개략적으로 도시한다.
도면에는, 제련 사이클론(2)과 이 제련 사이클론 아래에 제련 용기(3)를 가진 제련 장치(1)가 도시되어 있다. 제련 사이클론(2)에는 제련 사이클론에 철광석과 같은 금속성 원료를 플럭스와 함께 운반 가스를 통해 필요한 만큼 공급하기 위한 주입 랜스(4)가 제공된다. 주입된 철광석의 가열 및 부분 용융을 위해 한 세트의 산소 랜스(5)를 통해 제련 사이클론(2)에 주입된다. 주입된 산소는 일반적으로 약 95% 02의 순도로 산업적 목적으로 정제된 산소 가스이다.
제련 용기(3)는 그 외피 또는 지붕 부분(11)에 산소 랜스(12)를 구비하여, 제련 장치가 공정의 가열 및 환원 요건을 조정하기 위해 작동 중일 때 슬래그(slag) 레벨 위로 산소를 주입한다. 위에서 설명한 것과 동일한 정제된 산소 가스가 사용된다.
슬래그 층(7)에 석탄 및/또는 첨가제를 주입하기 위해 추가 랜스(6)가 제공된다. 주입 랜스(4)를 통한 철광석 주입 및 랜스(6)를 통한 석탄 및 첨가제 주입의 경우 80 - 89% CO2를 함유하는 재생 오프가스가 사용된다.
제련 환원 공정에서 생성된 용융된 철(8)은 전로(forehearth)(9)를 통해 용기(3)로부터 연속적으로 배출된다. 공정에서 생성된 슬래그(7)는 슬래그 탭 홀(slag tap hole)(10)을 통해 순차적인 태핑(tapping)으로 제련 용기(3)로부터 배출된다.
오프가스는 제련 용기 및 제련 사이클론의 하류에 있는 경사진 오프가스 덕트 부분(15)을 통해 안내된다. 경사진 오프가스 덕트 부분은 수직에 대해 50 - 90 °, 전형적으로 60 - 70 °범위의 경사를 가지며, 이는 오프가스에 의해 액적에 포함된 임의의 액상 철이 경사 덕트 부분의 벽에 닿아서 다시 흘러서 제련 용기에 있도록 한다. 이러한 방식으로 오프가스에 존재하는 철 액적의 대부분을 회수될 수 있으므로 오프가스에 존재하는 철의 90% 이상이 회수될 수 있다. 최근의 실험에서 결과는 훨씬 더 나아졌고 오프가스에 존재하는 철의 99% 까지도 회수되는 것으로 확인되었다. 경사진 오프가스 덕트 부분 대신에 철을 포함하는 액적이 이러한 덕트 부분의 벽에 결국 닿는 형태를 갖는다면 꼬인 덕트 부분, 나선형 덕트 부분, 구불구불한 덕트 부분 등과 같은 다른 형태도 가능하다. 경사진 오프가스 덕트 부분(15)의 온도는 1600 - 1900℃이다.
경사진 오프가스 덕트 부분(15)에는 오프가스의 온도를 1200 ℃ 이하로 낮추는 냉각/급냉 장치(16)가 오프가스 덕트(14) 내에 이어진다. 급냉 매질은 80 - 89% 범위의 CO2 함량을 가진 재생 오프가스이다. 순도 99% 또는 99.5%의 산소 가스가 공정에 사용되는 경우, 재생 오프가스의 CO2 함량은 더 높을 수 있다.
이 예에서, 오프가스는 냉각/급냉 장치(16)의 하류에 있는 증기 구동식 발전기 장치(17)와의 열교환에 의해 추가로 냉각된다. 예를 들어 통풍기 냉각으로 다른 수단을 사용한 냉각도 가능하지만, 열 에너지의 적어도 일부가 회수되는 냉각이 바람직하다. 증기 구동식 발전기(17)를 통과한 후, 오프가스는 저온 사이클론 먼지 분리기(18)를 통과하며 여기서 오프가스가 적어도 부분적으로 세정된다. 저온 먼지 사이클론(18) 대신에 고온 먼지 사이클론이 사용될 수도 있으며, 이것은 증기 구동식 발전기(17)의 상류 및 냉각/급냉 장치(16)의 하류, 예를 들어 덕트(14)의 상부에 있는 수평 덕트 부분에 위치되어야 한다.
고온 또는 저온 먼지 사이클론 및 증기 구동식 발전기(17)를 통과한 후, 오프가스는 백 필터(bag filter)(19)를 통과하며, 여기서 전부는 아니더라도 대부분의 먼지가 오프가스로부터 제거된다.
백 필터 또는 백 하우스(19)의 하류에는 SOx 화합물의 제거를 위해 탈황 유닛(21)이 제공된다. 탈황 유닛(21) 이후에 세정된 오프가스의 일부는, 압축기(26)를 갖는 복귀 덕트(23)가 제공되는 냉각/급냉 장치(16)를 위한 냉각 가스로서 사용된다. 오프가스를 압축함으로써 오프가스 내의 수증기의 적어도 일부가 응축되고, 응축된 물은 후속적으로 복귀 덕트(23)에서 제거된다. 냉각/급냉 장치에서 냉각 가스를 사용하는 경우 덕트(14) 내의 압력에 비해 과압이 필요하다. 주어진 예에서 10 - 500 kPa 정도의 과압은 오프가스를 냉각시키기 위해 덕트(14)에 충분한 양의 냉각 가스를 얻기에 충분하다.
랜스(4)를 통해 사이클론(2)으로 철광석을 주입하고 및/또는 랜스(6)를 통해 슬래그 층(7)으로 석탄 및/또는 첨가제를 주입하기 위한 운반 가스의 경우, 탈황 유닛(21) 이후에 세정된 오프가스가 사용될 수 있다. 이를 위해 탈황 유닛(21) 이후 메인 덕트에 연결된 압축기가 있는 복귀 덕트가 제공되어야 한다. 이 시점에서 세정 및 냉각된 오프가스는 80 - 89% 범위의 CO2 함량을 가진다. 실험들 중 하나에서 88.8% CO2, 2.4% 02, 4.6% N2 및 4.0% H20을 가진 오프가스가 얻어졌다.
대안으로, 랜스(4)를 통해 사이클론(2)으로 철광석을 주입하고 및/또는 랜스(6)를 통해 슬래그 층(7)으로 석탄 및/또는 첨가제를 주입하기 위한 운반 가스는, 아래에 추가로 설명되는 바와 같이, CO2 처리 유닛(27)으로부터 취해질 수 있다.
오프가스를 오프가스 덕트(14), 냉각/급냉 장치(16), 증기 구동식 발전기(17), 저온 먼지 사이클론(18) 및 백 필터(19)를 통해 통과시키기 위해 백 필터(20)의 하류의 오프가스 덕트(14)에 팬(20)이 제공된다. 제련 용기(3)가 충분한 압력에서 작동되는 경우 팬(20)은 필요하지 않다.
CCS에 사용되는 오프가스의 부피는 메인 덕트에서 취해져 덕트(25)를 통해 CO2 처리 유닛(27)에 공급되며, 여기서 오프가스는 추가로 정제, 건조, 냉각 및 압축된다. 덕트(25)에서 오프가스는 가스 스크러버(미도시)를 통과하여 오프가스에 여전히 존재할 수 있는 NOx 성분을 제거한다. CCS 목적을 위해 오프가스를 압축하는 것이 필요하며, 이를 위해 처리 유닛(27)에 압축기(28, 29, 30)가 제공된다. 오프가스는 8 - 15 MPa의 크기의 최종 과압 또는 목적에 사용되는 설비의 사양에서 요구할 수 있는 기타 과압까지 연속 단계로 압축된다. 처리 유닛(27) 후에 상기 압축된 가스는 덕트(31)를 통해 추가로 이송된다. 이 단계 후에는 CO2 가스의 저장에 영향을 미칠 수 있는 불순물이 전부는 아니더라도 대부분이 제거되어 99% CO2의 순도가 실현될 수 있다.
도면에 주어진 예에서, 랜스(4)를 통해 사이클론(2)으로 철광석을 주입하고 및/또는 랜스(6)를 통해 슬래그 층(7)으로 석탄 및/또는 첨가제를 주입하기 위한 운반 가스는 CO2 처리 유닛(27)으로부터 취해진다. C02 처리 유닛(27)의 제1 압축기(28)가 제공된 후에 복귀 덕트(24)가 제공된다. 제1 압축기(28) 이후 주입에 사용된 운반 가스는 목적에 적합한 과압을 갖는다. 도면에 표시된 설치에서 이것은 1 - 3 MPa 정도이다.
CCS 및 CCU에 사용되지 않는 오프가스의 일부는 스택(22)을 통해 배출되지만 오프가스의 NOx 성분이 가능한 한 제거되기 전에는 아니다.
Claims (16)
- 오프가스(off-gas) 조성을 제어하는 방법에 있어서,
상기 오프가스는 금속성 원료를 제련하기 위한 제련 장치로부터 생성되며, 여기서 상기 제련 장치는 제련 용기, 이 제련 용기에 장착되고 이 제련 용기의 내부와 연결되어 있는 사이클론, 및 상기 제련 사이클론에 연결된 오프가스 덕트(duct)를 포함하며, 상기 방법은:
- 상기 원료를 운반 가스와 함께 상기 제련 사이클론에 주입하는 단계,
- 산소-함유 가스를 상기 제련 사이클론에 주입하는 단계,
- 석탄을 운반 가스와 함께 상기 제련 용기에 주입하는 단계,
- 산소-함유 가스를 상기 제련 용기에 주입하는 단계,
- 선택적으로, 플럭스를 운반 가스와 함께 상기 제련 용기에 주입하는 단계를 포함하며,
여기서 상기 산소-함유 가스는 95% 이상의 산소를 포함하고, 상기 운반 가스는 질소 가스가 아닌, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 산소-함유 가스가 95% 이상의 산소를 함유하는, 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 원료는 운반 가스로서 탄화수소 가스와 함께 상기 제련 사이클론으로 주입되는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 석탄은 운반 가스로서 탄화수소 가스와 함께 상기 제련 용기로 주입되는, 방법. - 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
메탄, 에탄 또는 프로판이 운반 가스로서 사용되는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 원료는 운반 가스로서 이산화탄소-함유 가스와 함께 상기 제련 사이클론으로 주입되는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 석탄은 운반 가스로서 이산화탄소-함유 가스와 함께 상기 제련 용기로 주입되는, 방법. - 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
운반 가스로 사용하기 위한 이산화탄소-함유 가스는 오프가스의 세정 및 냉각 후 금속성 원료의 제련으로부터 발생하는 오프가스인, 방법. - 제 8 항에 있어서,
금속성 원료의 제련으로부터 발생하는 오프가스의 냉각은 급냉 매질(quenching medium)에 의한 오프가스의 급냉을 포함하는, 방법. - 제 9 항에 있어서,
급냉 매질이 이산화탄소-함유 가스인, 방법. - 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
급냉 매질이 오프가스의 세정 및 냉각 후 금속성 원료의 제련으로부터 생성되는 오프가스인, 방법. - 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
이산화탄소-함유 가스가 20 - 200 ℃ 범위, 전형적으로 20 - 100 ℃ 범위의 온도로 냉각되는, 방법. - 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원료를 제련함으로써 발생하는 오프가스에 존재하는 수증기가 응축에 의해 오프가스로부터 제거되는, 방법. - 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원료를 제련함으로써 발생하는 오프가스는 황 화합물을 제거하기 위해 SOx 스크러버(scrubber)를 통하되는, 방법. - 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원료를 제련함으로써 발생하는 오프가스는 오프가스에 존재하는 먼지를 제거하기 위해 먼지 사이클론을 통과하는, 방법. - 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원료를 제련함으로써 발생하는 오프가스는 오프가스에 존재하는 NOx 성분을 제거하기 위해 가스 스크러버를 통과하는, 방법.
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