KR20210040469A - 강 제조용 복합 시스템 및 이 복합 시스템을 작동하는 방법 - Google Patents

강 제조용 복합 시스템 및 이 복합 시스템을 작동하는 방법 Download PDF

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옌스 바그너
마르쿠스 올레스
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랄프 클라인슈미트
마티아스 파트릭 크뤼거
데니스 크로토프
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Abstract

본원은 강 제조용 플랜트 컴플렉스에 관한 것으로서, 상기 플랜트 컴플렉스는 선철을 생성하기 위한 고로 (1), 조강을 생성하기 위한 전로 강 워크들 (2), 선철의 생성시 및/또는 조강의 생성시 발생하는 가스들을 위한 가스 통류 시스템을 포함한다. 본원에 따라서, 상기 플랜트 컴플렉스는 상기 가스 통류 시스템에 연결된 화학 플랜트 (11) 또는 생명공학 플랜트 및 수소를 생성하기 위한 플랜트 (21) 를 추가로 구비한다. 상기 수소를 생성하기 위한 플랜트 (21) 는 수소 이송 라인 (22) 에 의해 상기 가스 통류 시스템에 연결된다. 또한, 본원의 과제는 플랜트 컴플렉스를 작동하는 방법이다.

Description

강 제조용 복합 시스템 및 이 복합 시스템을 작동하는 방법 {COMBINED SYSTEM FOR PRODUCING STEEL AND METHOD FOR OPERATING THE COMBINED SYSTEM}
본원은 강 제조용 플랜트 컴플렉스 (plant complex) 및 이 플랜트 컴플렉스를 작동하는 방법에 관한 것이다.
강 제조용 플랜트 컴플렉스는 선철 (pig iron) 을 생성하기 위한 고로, 조강 (crude steel) 을 생성하기 위한 전로 강 워크들, 및 선철의 생성시 및/또는 조강의 생성시 발생하는 가스들을 위한 가스 통류 시스템을 적어도 하나 포함한다. 플랜트 컴플렉스는 또한 전기 발생을 위한 전력 발생 플랜트를 구비하고, 이 전력 발생 플랜트는, 가스 터빈 전력 발생 플랜트 또는 가스 터빈 및 증기 터빈 전력 발생 플랜트로서 구성되고 그리고 고로에서 선철의 생성시 발생하는 고로 상부 가스의 부분량 및/또는 전로 강 워크에서 발생하는 전로 가스의 부분량을 적어도 포함하는 가스로 작동된다.
선철은 고로에서 철광석들, 첨가물들 또한 코크스, 및 석탄, 석유, 가스, 바이오매스들, 재생 폐플라스틱들과 같은 다른 환원제들 또는 탄소 및/또는 수소를 포함하는 다른 물질들로부터 얻어진다. CO, CO2, 수소 및 수증기는 환원 반응들의 생성물로서 불가피하게 발생한다. 전술한 성분들 이외에, 고로 프로세스로부터 인출되는 고로 상부 가스는 종종 고함량의 질소를 가진다. 가스의 양과 고로 상부 가스의 조성은 공급원료와 작동 모드에 따르고 그리고 변동을 받게 된다. 하지만, 통상적으로, 고로 상부 가스는 35 ~ 60 체적% N2, 20 ~ 30 체적% CO, 20 ~ 30 체적% CO2 및 2 ~ 15 체적% H2 를 포함한다. 선철의 생성시 발생되는 고로 상부 가스의 대략 30 ~ 40% 는 일반적으로 공기 가열기들에서 고로 프로세스용 고온 공기를 가열시키는데 사용되고; 상부 가스의 잔류량은 가열 목적으로 또는 전기 발생용으로 워크들의 다른 영역에서 외부에 사용될 수 있다.
고로 프로세스의 하류측에 배열되는 전로 강 워크들에서, 선철은 조강으로 전환된다. 액체 선철에 산소를 송풍시키면, 탄소, 규소, 황 및 인과 같은 번거로운 불순물들이 제거된다. 산화 프로세스들은 강력한 열의 전개를 유발하기 때문에, 스크랩 (scrap) 은 냉매로서 선철에 대하여 최대 25% 양으로 첨가된다. 더욱이, 슬래그 및 합금화제 (alloying agent) 를 형성하도록 석회 (lime) 가 첨가된다. 고함량의 CO 를 가지고 또한 질소, 수소 및 CO2 를 포함하는 전로 가스는 강 전로로부터 인출된다. 통상의 전로 가스 조성은 50 ~ 70 체적% CO, 10 ~ 20 체적% N2, 대략 15 체적% CO2 및 약 2 체적% H2 를 가진다. 전로 가스는 연소되거나, 현대의 강 워크들의 경우에는 에너지를 제공하는데 사용되도록 포획되어 통과된다.
플랜트 컴플렉스는 선택적으로 코킹 플랜트 (coking plant) 와 결합하여 작동될 수 있다. 이러한 경우에, 초기에 설명된 플랜트 컴플렉스는 추가로 코크스 오븐 플랜트를 포함하고, 이 코크스 오븐 플랜트에서 석탄은 코킹 프로세스에 의해 코크스로 전환된다. 석탄을 코크스로 코킹할 시, 고함량 수소와 상당한 양의 CH4 를 포함하는 코크스 오븐 가스가 발생한다. 통상적으로, 코크스 오븐 가스는 55 ~ 70 체적% H2, 20 ~ 30 체적% CH4, 5 ~ 10 체적% N2 및 5 ~ 10 체적% CO 를 포함한다. 추가로, 코크스 오븐 가스는 CO2, NH3 및 H2S 분획물을 가진다. 실제로, 코크스 오븐 가스는 가열 목적으로 워크들의 다양한 영역들에 그리고 전기 발생하기 위한 전력 발생 프로세스에 사용된다. 추가로, 코크스 오븐 가스는 합성가스들을 생성하기 위해 고로 상부 가스 또는 전로 가스와 함께 사용하는 것이 알려져 있다. WO 2010/136313 A1 에 공지된 방법에 따라서, 코크스 오븐 가스는 수소 농후 가스 스트림 및 CH4 와 CO 를 포함하는 잔류 가스 스트림으로 분리되고, 이 잔류 가스 스트림은 고로 프로세스에 공급되고, 수소 농후 가스 스트림은 고로 상부 가스와 혼합되고 그리고 합성가스로 추가로 처리된다. EP 0 200 880 A2 로부터 전로 가스와 코크스 오븐 가스를 혼합하고 그리고 이들을 메탄올 합성용 합성가스로서 사용하는 것이 공지되어 있다.
코킹 플랜트와 결합하여 작동되는 통합된 야금 플랜트에서, 고로 상부 가스, 전로 가스 및 코크스 오븐 가스로서 발생되는 대략 40 ~ 50% 생가스들 (raw gases) 은 화학 엔지니어링 프로세스들에 사용된다. 대략 50 ~ 60% 생성 가스들은 전력 발생 플랜트에 공급되고 그리고 전기 발생용으로 사용된다. 전력 발생 플랜트에서 생성된 전기는 선철 및 조강을 생성하기 위한 전기 요구를 커버한다. 이상적으로, 에너지 밸런스는 폐쇄되어, 에너지 공급원들로서 석탄 및 코크스 형태의 탄소 및 철광석들 이외에, 추가의 에너지 입력은 필요없고 그리고 조강 및 슬래그 이외에, 플랜트 컴플렉스를 나오는 생성물은 없다.
이러한 배경에 대하여, 본원은 전체 프로세스의 비용 효율을 더 향상시키고 그리고 강 제조 비용을 저감시킬 수 있는 플랜트 컴플렉스를 제공하는 목적에 기초로 한다.
선철을 생성하기 위한 고로, 조강을 생성하기 위한 전로 강 워크들, 및 선철의 생성시 및/또는 조강의 생성시 발생하는 가스들을 위한 가스 통류 시스템을 포함하는 강 제조용 플랜트 컴플렉스에 이어서, 본원에 따라서, 상기 가스 통류 시스템에 연결된 화학 또는 생명공학 (biotechnological) 플랜트 및 수소를 생성하기 위한 플랜트가 제공되고, 상기 수소를 생성하기 위한 플랜트는 수소 이송 라인에 의해 상기 가스 통류 시스템에 연결된다. 본원에 따른 플랜트 컴플렉스의 유리한 개량들은 청구항 2 ~ 청구항 6 에 개시되어 있다.
또한, 본원의 과제는, 청구항 7 에 따라서, 선철 생성용 고로, 전로 강 워크들, 화학 플랜트 또는 생명공학 플랜트 및 수소를 생성하기 위한 플랜트를 적어도 하나 구비하는 강 제조용 플랜트 컴플렉스를 작동하는 방법이다. 본원에 따른 방법에 따라서, 적어도 상기 고로에서 선철의 생성시 발생하는 고로 상부 가스의 부분량 및/또는 조강의 생성시 발생하는 전로 가스의 부분량은 가스 조절 작동 이후에 화학 플랜트 또는 생명공학 플랜트에서 화학 생성물들을 생성하기 위한 유용한 가스로서 사용된다. 여기에서 유용한 가스는, 합성가스로서 사용되기 전에, 수소를 생성하기 위한 플랜트에 형성되는 수소로 농후화된다. 전로 가스 또는 고로 상부 가스, 또는 고로 상부 가스와 전로 가스로부터 형성된 혼합 가스는, CO 및 H2 로 본질적으로 구성되는 합성가스들을 발생시킬 수 있고, 이들의 조성은 화학 플랜트 또는 생명공학 플랜트에서 후속의 공정으로 조정된다. 플랜트 컴플렉스내에 생성되는 수소의 특별한 첨가로, CO 및 수소의 비를 매우 정확하게 조절하고 그리고 광범위한 매개변수 범위에 걸쳐 변경할 수 있도록 해준다.
화학 플랜트에서, 화학 생성물들은 최종 생성물의 구성성분들을 각각 포함하는 합성가스로부터 생성될 수 있다. 화학 생성물들은 예를 들어 암모니아 또는 메탄올 또는 그 밖에 다른 탄화수소 화합물들일 수 있다.
암모니아를 생성하기 위해서, 질소 및 수소를 정확한 비로 포함하는 합성가스가 제공되어야 한다. 질소는 고로 상부 가스로부터 획득될 수 있다. 고로 상부 가스 또는 전로 가스는 수소 공급원으로서 사용될 수 있고, 수소는 물-가스 시프트 반응 (water-gas-shift reaction)
Figure pat00001
에 의해 CO 분획물의 전환에 의해 생성된다. 탄화수소 화합물들, 예를 들어 메탄올을 생성하기 위해서, 성분들 일산화탄소 및/또는 이산화탄소 및 수소를 정확한 비로 포함하는 CO 및/또는 CO2 및 H2 로 실질적으로 구성되는 합성가스를 제공할 필요가 있다. 상기 비는 모듈 (H2 - CO2) / (CO + CO2) 로 종종 기재된다. 수소는, 예를 들어 물-가스-시프트 반응에 의해 고로 상부 가스에서 CO 분획물을 전환시킴으로써 생성될 수 있다. 전로 가스는 CO 를 제공하는데 사용될 수 있다. 고로 상부 가스 및/또는 전로 가스는 CO2 의 공급원으로서 사용될 수 있다.
하지만, 전술한 개념들의 경우에, 수소가 부족하기 때문에, 혼합 가스의 C 함량 또는 N 함량을 완전히 사용할 수는 없다. 화학 생성물들을 생성하기 위해서 선철의 생성시 및/또는 조강의 생성시에 발생하는 가스들 중 C 함량 또는 N 함량을 완전히 사용할 수 있도록, 본원에서는 수소를 생성하기 위한 플랜트에서 형성되는 수소를 계량한다. 이 수소는 바람직하게는 물의 전기분해에 의해 생성되고, 물의 전기분해는 재생가능한 에너지로부터 생성된 전력에 의해 유리하게 작동된다. 물의 전기분해는 또한 선철을 생성하기 위한 고로 및/또는 조강을 생성하기 위한 전로 강 워크들에 사용될 수 있는 산소를 생성한다.
또한, 본원의 범위내에서, 합성가스는 전로 가스로부터 생성되고 그리고 수소로 농후화된다. 플랜트 컴플렉스내에 생성되는 수소에 의한 농후화로, 수소 요건에 따라서, 전로 가스의 H2 함량을 어떠한 원하는 값으로 조절할 수 있도록 해준다.
또한, 가스 조절 작동 및 수소 농후화 이후에, 화학 생성물들을 생성하기 위한 합성가스로서 사용되는 혼합 가스를 생성하도록 고로 상부 가스와 전로 가스를 사용할 수 있다. 본원에서 재생가능한 에너지로부터 획득된 전기를 사용하여 물의 전기분해에 의해 수소를 생성하는 것이 유리하다.
본원의 범위내에서, 생명공학 플랜트는 또한 합성가스로부터 생성물들을 생성하기 위해서 화학 플랜트 대신에 사용될 수 있다. 관련 플랜트는 합성가스의 발효 (fermentation) 를 위한 플랜트이다. 합성가스는 발효 프로세스에 의해 생화학적으로 사용되고, 알코올들 (에탄올, 부탄올), 아세톤 또는 유기산들과 같은 생성물들을 생성할 수 있다. 합성가스의 발효에 의해 생성되는 이러한 생성물들은 또한 예를 들어 본 경우에만 언급되었다.
본원의 바람직한 실시형태에 따라서, 플랜트 컴플렉스는 코크스 오븐 플랜트를 추가로 포함한다. 코킹 플랜트와 결합하여 선철의 생성 및 조강의 생성이 작동되면, 선철의 생성시 발생하는 고로 상부 가스의 부분량 및/또는 전로 강 워크들에서 발생하는 전로 가스의 부분량은 상기 코크스 오븐 플랜트에서 발생하는 코크스 오븐 가스의 부분량과 혼합될 수 있으며, 혼합 가스는 유용한 가스로서 사용될 수 있다. 코크스 오븐 가스와 고로 상부 가스의 혼합물 또는 코크스 오븐 가스, 전로 가스 및 고로 상부 가스를 포함하는 혼합 가스는 합성가스를 생성하는데, 예를 들어 암모니아 합성을 위한 유용한 가스로서 사용될 수 있다. 코크스 오븐 가스와 전로 가스를 포함하는 혼합 가스 또는 코크스 오븐 가스, 전로 가스 및 고로 상부 가스를 포함하는 혼합 가스는 탄화수소 화합물들을 생성하는데 적합하다. 화학 플랜트에서 고로 상부 가스, 전로 가스 및 코크스 오븐 가스로부터 생성될 수 있는 원하는 화학 생성물들은, 청구범위에 기재된 방법의 변형예들을 설명하기 위한 오직 적용 실시예들이다.
생가스들 - 코크스 오븐 가스, 전로 가스 및 고로 상부 가스 - 는 개별적으로 또는 혼합 가스로서 혼합되어 조절될 수 있고 그 후 합성가스들로서 화학 플랜트에 공급될 수 있다. 코크스 오븐 가스의 조절은 번거로운 함량들, 특히 타르, 황 및 황 화합물들, 방향족 탄화수소들 (BTX) 및 고비등 탄화수소들을 분리하기 위해 가스를 클린하는 것을 특히 포함한다. 가스 조절 작업은 또한 합성가스를 생성하는데 필요하다. 가스 조절 과정에서, 생가스내의 성분들 CO, CO2 및 H2 의 비는 변경된다. 가스 조절은, 예를 들어 코크스 오븐 가스에서 H2 를 분리하고 농후화하기 위한 압력 변동 흡착 (pressure swing adsorption) 및/또는 CO 를 수소로 전환시키는 물-가스-시프트 반응 및/또는 CH4 분획물을 CO 와 수소로 전환하기 위한 증기 개질기를 포함한다.
본원의 바람직한 실시형태에 따라서, 플랜트 컴플렉스는, 고로에서 선철의 생성시 발생하는 고로 상부 가스의 부분량 및/또는 전로 강 워크들에서 발생하는 전로 가스의 부분량을 적어도 포함하는 가스로 작동되는 가스 터빈 전력 발생 플랜트 또는 가스 터빈/증기 터빈 전력 발생 플랜트로서 구성되는 전기 발생을 위한 전력 발생 플랜트를 포함한다. 전기 생성을 위한 전력 발생 플랜트 및 화학 플랜트 또는 생명공학 플랜트는, 가스들의 유동 안내에 대하여 참조하면, 평행하게 연결된다. 한편으로는 전력 발생 플랜트에 공급되고 그리고 다른 한편으로는 화학 플랜트 또는 생명공학 플랜트에 공급되는 가스의 증기들을 제어할 수 있다.
본원에 따른 방법의 경우에 있어서, 적어도 상기 고로에서 선철의 생성시 발생하는 고로 상부 가스의 부분량 및/또는 전로 강 워크들에서 발생하는 전로 가스의 부분량은, 화학 플랜트에서의 화학 반응들 또는 생명공학 플랜트에서의 생화학 프로세스들에 의해 이들로부터 값어치가 있는 물질들이라고 할 수 있는 생성물들을 생성하기 위해서, 생가스로서 사용된다. 이러한 가스들의 일부를 사용함으로써, 플랜트 컴플렉스에서는 전기가 부족하여 외부에서 전기를 획득하여야 한다. 외부에서 획득되는 전기는 종래의 전력 발생 플랜트들에서 기인할 수 있거나 재생가능한 에너지 공급원들로부터 획득될 수 있다. 바람직하게는, 외부에서 획득되는 전기는 재생가능한 에너지로부터 완전히 또는 적어도 부분적으로 획득되고 예를 들어 풍력 터빈 발전기 플랜트들, 태양 플랜트들, 지열 전력 발생 플랜트들, 하이드로전력 발생 플랜트들, 조수 전력 발생 플랜트들 등으로부터 기인한다. 가능한 비용 효율적으로 플랜트 컴플렉스의 작동을 달성하기 위해서, 전기 가격이 낮을 때 전기를 들여와서 플랜트 컴플렉스에 공급하는데 사용되고, 전기 생성에 사용되지 않는 유용한 가스의 일부는 화학 플랜트 또는 생명공학 플랜트에서 가스 조절 작업을 한 후에 화학 생성물들을 생성하는데 사용된다. 전기 가격이 높을 때, 다른 한편으로는, 유용한 가스는 플랜트 컴플렉스에 공급하기 위한 전기를 생성하도록 전력 발생 플랜트에 완전히 또는 적어도 대부분 공급된다. 화학 플랜트 또는 생명공학 플랜트는, 그에 대응하여 전기 가격이 높을 때 낮은 출력으로 작동된다. 전력으로 작동되는 물의 전기분해에도 동일하게 적용된다. 전기 가격이 높은 경우에, 화학 플랜트가 낮은 출력으로 작동되면, 또한 필요한 수소의 레벨이 낮은 경우이다. 반대로, 전기 가격이 낮은 경우에, 화학 플랜트가 높은 생산 출력으로 작동되면, 또한 물의 전기분해에 의해 비용 효율적으로 수소가 생성될 수 있다. 상기 방법을 작동하기 위해서 폐쇄 루프식 제어 시스템이 제공되어, 가변 프로세스 매개변수에 따라서, 한편으로는 전력 발생 플랜트 그리고 다른 한편으로는 화학 플랜트 또는 생명공학 플랜트의 다른 작동을 형성한다. 상기 프로세스 매개변수는 변수들로서 상기 외부에서 획득되는 전기에 대한 가격과 상기 전력 발생 플랜트 전기를 생성하기 위한 비용들을 포함하는 함수에 따라서 바람직하게 결정된다.
본원에 따른 방법에 의하여, 플랜트 컴플렉스를 비용 효율적으로 작동시킬 수 있다. 그리하여, 본원에 따른 방법에 의해, 또한 특히 전기를 생성하기 위한 전력 발생 프로세스의 효율이 화학 반응들 또는 생화학 프로세스들에 의해 합성가스로부터 화학 생성물들이 생성되는 화학 플랜트 또는 생명공학 플랜트의 효율보다 더 악화되는 사실을 사용하게 된다.
화학 플랜트 또는 생명공학 플랜트의 전력 출력은 이러한 플랜트에 공급된 합성가스의 양에 따라서 제어된다. 화학 플랜트에 대한 주요한 도전으로는, 플랜트 부하들을 변경하면서 동적으로 작동하는 방식을 발견하는 것이다. 플랜트 부하들을 변경하면서 작동하는 방식은, 특히 평행하게 배열된 복수의 소형 유닛들을 가진 화학 플랜트에 의해 구현될 수 있고, 이 소형 유닛들은 유용한 가스의 이용가능한 스트림에 따라서 개별적으로 켜지고 꺼질 수 있다.
생명공학 플랜트의 사용은 생명공학 플랜트가 화학 플랜트보다 부하 변경들에 대하여 보다 더 유연하다는 장점을 가진다.
본원은 또한 청구항 18 에 따른 야금 플랜트에 결합하기 위한 화학 플랜트 또는 생명공학 플랜트의 용도를 커버한다.
본원은 예시적인 실시형태만을 나타내는 도면에 기초하여 이하 설명된다.
도 1 은 선철을 생성하기 위한 고로, 조강을 생성하기 위한 전로 강 워크들, 전력 발생 플랜트, 화학 또는 생명공학 플랜트 및 수소를 생성하기 위한 플랜트를 포함하는, 강을 제조하기 위한 플랜트 컴플렉스의 매우 간략화한 블록선도를 개략적으로 도시한다.
도 2 는 선철을 생성하기 위한 고로, 조강을 생성하기 위한 전로 강 워크들, 전력 발생 플랜트, 화학 또는 생명공학 플랜트 및 수소를 생성하기 위한 플랜트 이외에 또한 코크스 오븐 플랜트를 포함하는, 플랜트 컴플렉스의 매우 간략화한 블록선도를 개략적으로 도시한다.
도 1 에 도시된 강 제조용 플랜트 컴플렉스는, 선철 생성용 고로 (1), 조강 제조용 전로 강 워크들 (2), 전기 생성용 전력 발생 플랜트 (3) 및 화학 또는 생명공학 플랜트 (11) 를 포함한다.
고로 (1) 에서, 선철 (6) 은 철광석 (4) 과 환원제들 (5), 특히 코크스와 석탄으로부터 실질적으로 얻어진다. 환원 반응들은 고로 상부 가스 (7) 의 생성을 유발하고, 이 고로 상부 가스는 메인 구성성분들로서 질소, CO, CO2 및 H2 를 포함한다. 고로 프로세스의 하류측에 배열되는 전로 강 워크들 (2) 에서, 선철 (6) 은 조강 (8) 으로 전환된다. 액체 선철에 산소를 송풍시키면, 특히 탄소, 규소, 황 및 인과 같은 번거로운 불순물들이 제거된다. 냉각을 위해, 선철의 양에 대하여 최대 25% 의 양으로 스크랩이 첨가될 수 있다. 더욱이, 슬래그 및 합금화제를 형성하도록 석회가 첨가된다. 전로의 상부에서, 매우 고비율의 CO 를 가진 전로 가스 (9) 가 인출된다.
전력 발생 플랜트 (3) 는, 가스 터빈 전력 발생 플랜트 또는 가스 터빈 및 증기 터빈 전력 발생 플랜트로서 구성되고 그리고 고로 (1) 에서 선철을 생성할 시 발생하는 고로 상부 가스 (7) 의 부분량 및/또는 전로 강 워크들 (2) 에서 발생하는 전로 가스 (9) 의 부분량을 적어도 포함하는 가스로 작동된다. 가스 통류 시스템은 가스들을 이송하도록 제공된다.
도 1 에 도시된 전체 밸런스에 따라서, 탄소는 석탄 및 코크스 형태의 환원제 (5) 또한 철광석 (4) 으로서 플랜트 컴플렉스에 공급된다. 생성물들로서 양, 조성, 발열량 및 순도에 있어서 상이한 생가스들 (7, 9) 및 조강 (8) 이 발생하고, 이 생성물들은 플랜트 컴플렉스내의 다양한 지점들에서 다시 사용된다. 전체를 고려하여, 생가스들 (7, 9) 의 40 ~ 50%, 통상적으로 대략 45% 는 선철을 생성하거나 조강을 생성하기 위해 야금 프로세스로 다시 복귀된다. 생가스들 (7, 9) 의 50 ~ 60%, 통상적으로 대략 55% 는 전력 발생 플랜트 (3) 를 작동시키는데 사용될 수 있다. 고로 상부 가스 (7) 와 전로 가스 (9) 를 포함하는 혼합 가스 (10) 로 작동되는 전력 발생 플랜트 (3) 는 플랜트 컴플렉스의 전기 요건을 커버할 수 있도록 구성된다.
도 1 에 도시된 바에 따르면, 화학 또는 생명공학 플랜트 (11) 가 제공되고, 가스 통류 시스템에 연결되며 그리고 가스 공급부에 대하여 전력 발생 플랜트 (3) 와 평행하게 배열된다. 가스 통류 시스템은 전력 발생 플랜트 (3) 및 화학 또는 생명공학 플랜트 (11) 에 공급되는 가스 스트림들을 분리하기 위한 작동 제어가능한 가스 전환기 (12) 를 가진다. 유동 방향으로 가스 전환기의 상류측에는, 고로 상부 가스 (7) 와 전로 가스 (9) 로 구성되는 혼합 가스 (10) 를 생성하기 위한 혼합 디바이스 (13) 가 제공된다.
도 1 에 도시된 플랜트 컴플렉스의 경우에, 적어도 고로 (1) 에서 선철의 생성시에 발생하는 고로 상부 가스 (7) 의 부분량 및 조강의 생성시에 발생하는 전로 가스 (9) 의 부분량은 전력 발생 플랜트 (3) 와 화학 또는 생명공학 플랜트 (11) 를 작동시키는데 유용한 가스로서 사용된다. 플랜트 컴플렉스의 전력 발생 플랜트 (3) 에 의해 생성되는 전력 발생 플랜트 전기 (15) 와 외부에서 획득되는 전기 (14) 는 플랜트 컴플렉스의 전기 요건을 커버하는데 사용된다. 플랜트 컴플렉스의 전체 전기 요구에 대하여 외부에서 획득되는 전기 (14) 가 차지하는 전기의 비율은 가변 프로세스 매개변수로서 형성되고, 전력 발생 플랜트 (3) 에 공급된 유용한 가스 (N1) 의 양은 이러한 프로세스 매개변수에 따라서 결정된다. 전기 생성에 사용되지 않는 유용한 가스 (N2) 의 일부는 가스 조절 작동 이후에 화학 생성물들 (16) 을 생성하기 위한 합성가스로서 사용되거나 가스 조절 작동 이후에 생명공학 플랜트에 공급되고 생화학 프로세스들에 사용된다.
외부에서 획득되는 전기 (14) 는 재생가능한 에너지로부터 완전히 또는 적어도 부분적으로 획득되는 것이 바람직하고 예를 들어 풍력 터빈 발전기 플랜트들, 태양 플랜트들, 하이드로전력 발생 플랜트들 등으로부터 기인한다. 프로세스 매개변수는, 변수들로서 외부에서 획득되는 전기에 대한 가격과 전력 발생 플랜트 전기 (15) 를 생성하기 위한 비용을 포함하는 함수에 따라서 결정되고, 이 프로세스 매개변수에 기초하여 전력 발생 프로세스에 공급되는 유용한 가스 (N1) 의 양이 결정된다. 가능한 비용 효율적으로 플랜트 컴플렉스의 작동을 달성하기 위해서, 전기 가격이 낮을 때 전력은 외부 전기 (14) 로서 가져오고 그리고 플랜트 컴플렉스에 전기를 공급하는데 사용되며, 전기를 생성하는데 사용되지 않는 유용한 가스 (N2) 의 일부는 화학 또는 생명공학 플랜트 (11) 에 공급되고 그리고 가스 조절 작동 이후에 화학 생성물들 (16) 을 생성하는데 사용된다. 전기 가격이 높을 때, 선철의 생성 및 조강의 생성시에 발생하는 생가스들 (7, 9) 은 플랜트 컴플렉스에 공급하기 위한 전기를 생성하도록 전력 발생 플랜트 (3) 에 공급된다. 화학 플랜트 (11) 또는 대안으로 제공되는 생명공학 플랜트는, 그에 대응하여 전기 가격이 높을 때 낮은 출력으로 작동된다.
플랜트 컴플렉스의 작동 동안 발생하는 생가스들의 탄소 함량 및 질소 함량이 화학 생성물들을 생성하는데 전부 사용될 수 있도록, 수소 부족을 보상하도록 수소가 공급되어야 한다. 그리하여, 플랜트 컴플렉스는 수소 이송 라인 (22) 에 의해 가스 통류 시스템에 연결되는, 수소를 생성하기 위한 플랜트 (21) 를 추가로 구비한다. 수소를 생성하기 위한 플랜트 (21) 는 특히 물의 전기분해를 위한 전기분해 플랜트일 수 있다. 물의 전기분해는 작동시에 에너지 집약적이고, 그리하여 전기 가격이 낮을 때 주로 작동하게 되며, 이 때 화학 플랜트 (11) 또는 생명공학 플랜트가 또한 작동되며 그리고 전력 발생 플랜트 (3) 는 낮은 출력으로 작동된다. 추가로 생성되는 수소는 합성가스로서 유용한 가스와 함께 화학 플랜트 (11) 에 공급된다. 이는 화학 플랜트 (11) 의 용량을 상당히 증가시키도록 해준다. 이에 대응하여 화학 플랜트 (11) 대신에 생명공학 플랜트가 제공되면 동일하게 적용된다.
도 2 의 예시적인 실시형태에 있어서, 플랜트 컴플렉스는 코크스 오븐 플랜트 (17) 를 추가적으로 포함한다. 석탄 (18) 을 코크스 (19) 로 코킹할 시, 고비율의 수소와 CH4 를 포함하는 코크스 오븐 가스 (20) 가 발생한다. 코크스 오븐 가스 (20) 의 부분들은 고로 (1) 에서 공기 가열기들의 가열에 사용될 수 있다. 가스 통류 시스템은 코크스 오븐 가스 (20) 를 위한 가스 분배부를 포함한다. 유동 방향으로 가스 전환기 (12) 의 상류측에는, 고로 상부 가스 (7), 전로 가스 (9) 및 코크스 오븐 가스 (20) 로 구성되는 혼합 가스 (10) 를 생성하기 위한 혼합 디바이스 (13) 가 제공된다. 이러한 가스 전환기 (12) 에 의해, 전력 발생 플랜트 (3) 와 화학 또는 생명공학 플랜트 (11) 에 공급되는 가스 스트림들이 제어될 수 있다.
도 2 에 도시된 플랜트의 작동 동안, 선철의 생성시 발생하는 고로 상부 가스 (7) 의 부분량 및/또는 전로 강 워크들에서 발생하는 전로 가스 (9) 의 부분량은 코크스 오븐 플랜트 (17) 에서 발생하는 코크스 오븐 가스 (20) 의 부분량과 혼합된다. 이 혼합 가스 (10) 는 전력 발생 플랜트 (3) 를 작동시키는데 사용되고 그리고 가스 조절 작동 및 수소 농후화 이후에 화학 플랜트 (11) 또는 생명공학 플랜트에서 합성가스로서 사용된다.
고로 상부 가스 (7), 전로 가스 (9) 및 코크스 오븐 가스 (20) 는 원하는 어떠한 방식으로 서로 결합될 수 있다. 가스 스트림들 (7, 9, 20) 의 결합은, 원하는 합성가스 또는 화학 플랜트 (11) 또는 생명공학 플랜트에서 합성가스로부터 생성될 생성물에 따른다. 바람직하게는 플랜트 (21) 에서 물 전기분해에 의해 생성되는 추가의 수소 농후화가 여기에서 실시된다.

Claims (18)

  1. 강 제조용 플랜트 컴플렉스 (plant complex) 로서,
    선철을 생성하기 위한 고로 (1),
    조강을 생성하기 위한 전로 강 워크들 (2),
    선철의 생성시 및/또는 조강의 생성시 발생하는 가스들을 위한 가스 통류 시스템을 포함하고,
    상기 플랜트 컴플렉스는 상기 가스 통류 시스템에 연결된 화학 플랜트 (11) 또는 생명공학 플랜트 및 수소를 생성하기 위한 플랜트 (21) 를 추가로 포함하고,
    상기 수소를 생성하기 위한 플랜트 (21) 는 수소 이송 라인 (22) 에 의해 상기 가스 통류 시스템에 연결되는 것을 특징으로 하는, 강 제조용 플랜트 컴플렉스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수소 이송 라인 (22) 은 혼합 디바이스 (13) 에 연결되고, 상기 혼합 디바이스는, 유동 방향에서 볼 때 상기 화학 플랜트 또는 상기 생명공학 플랜트 (11) 의 상류측에 배열되고 그리고 상기 혼합 디바이스 (13) 에 공급되는 가스 스트림은 수소로 농후화되는 것을 특징으로 하는, 강 제조용 플랜트 컴플렉스.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 화학 플랜트 (11) 또는 상기 생명공학 플랜트는 전로 가스용 라인에 연결되고, 상기 수소 이송 라인 (22) 은 전로 가스 라인에 연결되어, 전로 가스는 상기 화학 플랜트 (11) 또는 상기 생명공학 플랜트에 사용하기 위해 수소로 농후화될 수 있는 것을 특징으로 하는, 강 제조용 플랜트 컴플렉스.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 한 항에 있어서,
    상기 수소를 생성하기 위한 플랜트 (21) 는 물의 전기분해를 위한 전기분해 플랜트를 가지는 것을 특징으로 하는, 강 제조용 플랜트 컴플렉스.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 전기분해 플랜트는 산소 복귀 디바이스에 의해 조강을 생성하기 위한 플랜트 및/또는 고로 (1) 에 연결되는 것을 특징으로 하는, 강 제조용 플랜트 컴플렉스.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 한 항에 있어서,
    상기 플랜트 컴플렉스는 전력 발생 플랜트 (3) 를 추가로 포함하고, 상기 전력 발생 플랜트는 가스 터빈 전력 발생 플랜트 또는 가스 터빈 및 증기 터빈 전력 발생 플랜트로서 구성되고 그리고 상기 고로 (1) 에서 선철의 생성시 발생하는 고로 상부 가스의 부분량 및/또는 상기 전로 강 워크들에서 발생하는 전로 가스 (2) 의 부분량을 적어도 포함하는 가스로 작동되며, 상기 가스 통류 시스템은 상기 전력 발생 플랜트 (3) 및 상기 화학 플랜트 (11) 또는 생명공학 플랜트에 공급된 가스 스트림들을 분할하기 위한 연결가능한 가스 전환기 (12) 를 구비하는 것을 특징으로 하는, 강 제조용 플랜트 컴플렉스.
  7. 선철 생성용 고로 (1), 전로 강 워크들 (2), 화학 플랜트 (21) 또는 생명공학 플랜트 및 수소를 생성하기 위한 플랜트 (21) 를 가지는 플랜트 컴플렉스를 작동하는 방법으로서,
    a) 적어도 상기 고로 (1) 에서 선철의 생성시 발생하는 고로 상부 가스의 부분량 및/또는 조강의 생성시 발생하는 전로 가스의 부분량은, 가스 조절 작동 이후에 화학 생성물들 (16) 을 생성하기 위한 유용한 가스로서 사용되고,
    b) 상기 유용한 가스는, 합성가스로서 사용되기 전에, 상기 수소를 생성하기 위한 플랜트 (21) 에서 형성되는 수소로 농후화되는, 플랜트 컴플렉스를 작동하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 합성 가스는 전로 가스로부터 생성되고 그리고 수소로 농후화되는 것을 특징으로 하는, 플랜트 컴플렉스를 작동하는 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    고로 상부 가스 및 전로 가스는 혼합 가스를 생성하는데 사용되고, 상기 혼합 가스는, 가스 조절 작업 및 수소로 농후화된 후에, 화학 생성물을 생성하기 위한 합성가스로서 또는 생화학 프로세스들용 생명공학 플랜트에 사용되는 것을 특징으로 하는, 플랜트 컴플렉스를 작동하는 방법.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 한 항에 있어서,
    상기 수소는 물의 전기분해에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는, 플랜트 컴플렉스를 작동하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 물의 전기분해는 재생가능한 에너지로부터 생성되는 전력에 의해 작동되는 것을 특징으로 하는, 플랜트 컴플렉스를 작동하는 방법.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 물의 전기분해 동안 형성되는 산소는 선철 생성용 상기 고로 (1) 내에 및/또는 조강 생성용 상기 전로 강 워크들 (2) 에 사용되는 것을 특징으로 하는, 플랜트 컴플렉스를 작동하는 방법.
  13. 제 7 항 내지 제 12 항 중 한 항에 있어서,
    생성된 H2 의 양은, 상기 유용한 가스에서 탄소와 질소의 전체 분획물이 화학 생성물들로 전환하는데 사용될 수 있도록 되는 것을 특징으로 하는, 플랜트 컴플렉스를 작동하는 방법.
  14. 제 7 항 내지 제 13 항 중 한 항에 있어서,
    선철의 생성 동안 고로 상부 가스로서 및/또는 상기 전로 강 워크들 (2) 에서 전로 가스로서 발생하는 가스 양의 5% ~ 60% 는 상기 화학 플랜트 또는 상기 생명공학 플랜트 (11) 에 공급되고 그리고 화학 생성물들 (16) 을 생성하는데 사용되는 것을 특징으로 하는, 플랜트 컴플렉스를 작동하는 방법.
  15. 제 7 항 내지 제 14 항 중 한 항에 있어서,
    코크스 오븐 가스는 상기 유용한 가스와 혼합되는 것을 특징으로 하는, 플랜트 컴플렉스를 작동하는 방법.
  16. 제 7 항 내지 제 15 항 중 한 항에 있어서,
    상기 유용한 가스의 일부는 전력 발생 플랜트 (3) 에 공급되고 그리고 전기 생성에 사용되며,
    상기 전력 발생 플랜트 (3) 및 상기 화학 플랜트 또는 생명공학 플랜트 (11) 는 평행하게 연결되고,
    한편으로는 상기 전력 발생 플랜트 (3) 에 그리고 다른 한편으로는 상기 화학 플랜트 또는 생명공학 플랜트 (11) 에 공급되는 가스 스트림들은 제어되는 것을 특징으로 하는, 플랜트 컴플렉스를 작동하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 전력 발생 플랜트 (3) 의 출력은 부분 부하 또는 베이스 부하 작동으로 저감되고, 재생가능한 에너지로부터 획득된 전기 에너지에 대한 전기 가격이 상기 전력 발생 플랜트 (3) 에서 생성된 전기의 비용보다 낮은 미리 정해진 인자이면, 상기 전력 발생 플랜트 (3) 에 공급된 가스 스트림은 그에 대응하여 제한되는 것을 특징으로 하는, 플랜트 컴플렉스를 작동하는 방법.
  18. 선철 생성용 고로 (1) 및 전로 강 워크들 (2) 을 적어도 하나 포함하는, 야금 플랜트에 결합하기 위한, 수소를 생성하기 위한 플랜트 (21) 와 연계하여 화학 플랜트 또는 생명공학 플랜트 (11) 의 용도로서,
    선철의 생성시 발생하는 고로 상부 가스의 적어도 부분량 및/또는 상기 전로 강 워크들에서 발생하는 전로 가스의 적어도 부분량은, 상기 화학 플랜트 또는 생명공학 플랜트 (11) 에 공급되고, 그리고 가스 조절 작동 및 수소로 농후화한 후에, 화학 생성물들을 생성하기 위한 합성가스로서 사용되는 것으로 가정되는, 화학 플랜트 또는 생명공학 플랜트의 용도.
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