KR20220088185A - 이산화탄소 배출 저감형 용철 제조장치 및 그 제조방법 - Google Patents

이산화탄소 배출 저감형 용철 제조장치 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 고로에서 수소에 의한 환원 효율을 증가시켜 수소에 의한 탄소 대체를 극대화함으로써, 고로에서의 탄소계 환원제 물질 사용 및 이로 인한 이산화탄소 배출량을 저감하고, 미활용되어 배출되는 수소를 포함한 배가스를 추가적으로 활용하는 방안을 제시함으로써 배가스의 자원화 및 이산화탄소 저감 효과를 극대화할 수 있는 용철 제조장치 및 그 제조방법을 개시한다.

Description

이산화탄소 배출 저감형 용철 제조장치 및 그 제조방법{MANUFACTURING APPRATUS OF MOLTEN IRON REDUCING EMISSION OF CARBON DIOXIDE AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명의 일 실시예는 이산화탄소 배출 저감형 용철 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 제철 과정에서 발생하는 이산화탄소의 배출량을 저감시키고, 발생한 이산화탄소를 자원화할 수 있는 이산화탄소 배출 저감형 용철 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 강화되고 있는 국내외 환경 규제로 철강산업 역시 이산화탄소 배출 저감이 요구됨에 따라 이의 감축 노력이 활발히 진행되고 있으며, 이러한 노력의 일환으로 기존의 탄소계 환원제 일부를 수소로 대체하는 기술개발을 꼽을 수 있다. 환원제로 수소를 사용하는 경우 기존의 탄소 사용 대비 환원 후 배출물이 이산화탄소 대신 물이라는 장점과 일산화탄소 가스 대비 환원속도가 빠른 장점이 있다.
용철 제조 공정에 있어 현재 주력이 되는 고로법에서 수소를 활용하는 종래의 방법에는 수소 또는 함수소 가스를 고로의 풍구 또는 샤프트를 등을 통해 취입하는 방법이 있다. 그러나, 최근 본 발명의 연구에서 고로에서 풍구 등을 통해 다량의 수소 또는 함수소 가스를 취입하는 경우 철광석 환원에 사용되는 효율이 저하되는 문제가 확인되었다. 도 1에 도시한 고로 풍구를 통해 코크스 오븐 가스(COG, Coke Oven Gas)를 취입하는 경우 예상되는 고로 노내 괴상대에서의 철광석 간접환원율 변화에 관한 모사 테스트 및 해석 결과에서, 고로 풍구를 통해 코크스 오븐 가스 취입 시 취입량이 증가함에 따라 고로 간접환원 비율의 증가가 둔화됨을 확인할 수 있다. 따라서, 상기의 현상으로 미루어볼 때, 이산화탄소 저감 효과를 극대화하기 위해 풍구 통한 코크스 오븐 가스 취입량을 증가시키는 경우, 투입되는 수소량은 증가할 수 있으나 수소에 의한 탄소 저감율은 도 2와 같이 제한되는 문제가 있다. 이는 추가적으로 투입된 수소가 탄소 대체를 위한 환원반응에 이용되지 못하고 그대로 노정을 통해 배출된다는 문제를 야기할 수 있으므로 이의 해결 방안이 필요한 실정이다.
본 발명에서는 상기에서 언급한 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 고로에서 수소에 의한 환원 효율을 증가시켜 수소에 의한 탄소 대체를 극대화함으로써, 고로에서의 탄소계 환원제 물질 사용 및 이로 인한 이산화탄소 배출량을 저감하고, 미활용되어 배출되는 수소를 포함한 배가스를 추가적으로 활용하는 방안을 제시함으로써 배가스의 자원화 및 이산화탄소 저감 효과를 극대화할 수 있는 용철 제조장치 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면은, 분철광석을 공급받아 저환원철을 제조하는 저환원철 제조유닛; 상기 저환원철 제조유닛에서 발생한 배가스에서 이산화탄소를 분리 및 배출하는 제1 고순도 이산화탄소 분리기; 상기 저환원철을 공급받아 용철을 제조하는 고로; 상기 고로에서 발생한 배가스에서 이산화탄소를 분리 및 배출하는 제2 고순도 이산화탄소 분리기; 상기 제2 고순도 이산화탄소 분리기에서 배출된 이산화탄소가 제거된 가스에서 수소를 분리 및 배출하는 수소 분리기; 상기 수소 분리기에서 배출된 수소가 제거된 가스를 가열하여 고로에 공급하는 가열기; 및 상기 제1 및 제2 고순도 이산화탄소 분리기에서 배출된 이산화탄소 중 일부를 분해하여 저환원철 제조유닛에 공급하는 이산화탄소 분해기;를 포함하는, 이산화탄소 배출 저감형 용철 제조장치를 제공한다.
코크스를 제조하여 상기 고로에 공급하고, 상기 코크스 제조과정에서 발생하는 코크스 오븐 가스를 분리 및 배출하는 코크스 제조장치; 및 코크스 오븐 가스를 제1 및 제2 환원가스로 분리하여 제1 환원가스는 상기 고로에 공급하고, 제2 환원가스는 상기 저환원철 제조유닛에 공급하는 코크스 오븐 가스 분리유닛;을 더 포함할 수 있다.
코크스 오븐 가스 분리유닛;은, 코크스 오븐 가스를 제1 및 제2 환원가스로 분리 및 배출하는 코크스 오븐 가스 분리기; 상기 코크스 오븐 가스 분리기에서 배출된 제1 환원가스를 공급받아 압축하는 압축기; 상기 압축된 제1 환원가스를 상기 고로에 공급하는 완충탱크; 및 상기 완충탱크 후단에 연결되어, 상기 환원가스에 메탄 또는 수소 중 적어도 하나를 포함하는 함수소 가스를 추가적으로 공급하는, 제1 함수소 가스 추가공급도관;을 포함할 수 있다.
소결광을 제조하여 상기 고로에 공급하는 소결광 제조유닛;을 더 포함할 수 있다.
소결광 제조유닛 후단에 연결되어, 정립광, 펠릿, 스크랩 등 고로에 공급되는 장입원료를 추가적으로 공급하는, 장입원료 추가공급도관;을 더 포함할 수 있다.
제1 및 제2 고순도 이산화탄소 분리기에서 배출된 이산화탄소 중 일부를 이용하여 화학 제품을 제조하는 화학합성 반응기;를 더 포함할 수 있다.
수소 분리기에서 분리된 수소를 상기 화학합성 반응기에 공급하는 수소 공급도관;을 더 포함할 수 있다.
수소 공급도관에 함수소 가스를 추가공급하는 제2 함수소 가스 추가공급도관;을 더 포함할 수 있다.
이산화탄소 분해기에 수증기 등의 반응원료를 추가적으로 공급하는, 반응원료 추가공급도관;을 더 포함할 수 있다.
저환원철 제조유닛에 전로가스(LDG, Linz-Donawitz Gas) 또는 파이넥스 오프 가스(FOG, FINEX Off-Gas) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스를 추가적으로 공급하는 제3 함수소 가스 추가공급도관;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면은, 분철광석을 공급받아 저환원철을 제조하는 저환원철 제조단계; 상기 저환원철 제조단계에서 발생한 배가스에서 이산화탄소를 분리 및 배출하는 제1 고순도 이산화탄소 분리단계; 상기 저환원철을 공급받아 용철을 제조하는 환원단계; 상기 환원단계에서 발생한 배가스에서 이산화탄소를 분리 및 배출하는 제2 고순도 이산화탄소 분리단계; 상기 제2 고순도 이산화탄소 분리기에서 배출된 이산화탄소가 제거된 가스에서 수소를 분리 및 배출하는 수소 분리단계; 상기 수소 분리단계에서 배출된 수소가 제거된 가스를 가열하여 환원단계에 공급하는 가열단계; 및 상기 제1 및 제2 고순도 이산화탄소 분리단계에서 배출된 이산화탄소 중 일부를 분해하여 저환원철 제조단계에 공급하는 이산화탄소 분해단계;를 포함하는, 이산화탄소 배출 저감형 용철 제조방법을 제공한다.
저환원철 제조단계;는, 공급받은 분철광석으로 저환원철 분말을 제조하는 단계; 및 상기 저환원철 분말로 괴환원철을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
코크스를 제조하여 상기 환원단계에 공급하고, 상기 코크스 제조과정에서 발생하는 코크스 오븐 가스를 분리 및 배출하는 코크스 제조단계; 및 코크스 오븐 가스를 제1 및 제2 환원가스로 분리하여 제1 환원가스는 상기 환원단계에 공급하고, 제2 환원가스는 상기 저환원철 제조단계에 공급하는 코크스 오븐 가스 분리단계;를 더 포함할 수 있다.
코크스 오븐 가스 분리단계;는, 코크스 오븐 가스를 제1 및 제2 환원가스로 분리 및 배출하는 단계; 상기 배출된 제1 환원가스를 공급받아 압축하는 단계; 상기 압축된 제1 환원가스를 ___하고 상기 환원단계에 공급하는 단계; 및 상기 환원단계에 환원가스를 공급하는 단계; 이후에, 상기 환원가스에 CH4 또는 수소 중 적어도 하나를 포함하는 함수소 가스를 추가적으로 공급하는, 제1 함수소 가스 추가공급단계;를 더 포함할 수 있다.
소결광을 제조하여 상기 환원단계에 공급하는 소결광 제조단계;를 더 포함할 수 있다.
소결광 제조단계; 이후에, 정립광, 펠릿, 스크랩 등 고로에 공급되는 장입원료를 추가적으로 공급하는, 장입원료 추가공급단계;를 더 포함할 수 있다.
제1 및 제2 고순도 이산화탄소 분리단계에서 배출된 이산화탄소 중 일부를 이용하여 화학 제품을 제조하는 화학합성 반응단계;를 더 포함할 수 있다.
수소 분리단계에서 분리된 수소를 상기 화학합성 반응단계에 공급하는 수소 공급단계;를 더 포함할 수 있다.
수소 공급단계에 함수소 가스를 추가공급하는 제2 함수소 가스 추가공급단계;를 더 포함할 수 있다.
이산화탄소 분해단계에 수증기 등의 반응원료를 추가적으로 공급하는, 반응원료 추가공급단계;를 더 포함할 수 있다.
저환원철 제조단계에 전로가스(LDG, Linz-Donawitz Gas) 또는 파이넥스 오프 가스(FOG, FINEX Off-Gas) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스를 추가적으로 공급하는 제3 함수소 가스 추가공급단계;를 더 포함할 수 있다.
코크스 오븐 가스 등의 함수소 가스를 고로에 취입하여 수소를 환원제로 사용함으로써, 기존의 탄소 연료를 대체하고 전체적인 이산화탄소 배출량을 절감할 수 있다.
그리고, 저환원철 제조공정에서 가스 재순환 방식에 따른 수소의 높은 이용(환원)률을 유도하고 사전에 환원된 함수소 가스를 이용하여 부분 환원된 저환원철의 고로 사용으로 고로 환원 부담을 경감하여 탄소계 환원제 사용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 저환원철 제조공정 및 고로 공정에서 배출되는 배가스를 선택적으로 분리하여 공정내 연료로 재사용하거나 또는 화학 합성 또는 전기화학적 방법을 통한 화학 제품 제조의 원료물질로 재사용함으로써 추가적인 이산화탄소 감축이나 유효 가스 자원의 활용 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 고로 풍구를 통한 코크스 오븐 가스 취입량 증대시 예상되는 고로 간접환원 비율 및 고로 직접환원 소요 탄소량 예측 결과 그래프를 도시한 것이다.
도 2는 고로 풍구 통한 코크스 오븐 가스 취입량 증대시 투입되는 수소 대비 탄소 환원제 저감율 예측 결과 그래프를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 이산화탄소 배출 저감형 용철 제조장치의 블록도를 도시한 것이다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.
또한, 특별히 언급하지 않는 한 %는 중량%를 의미하며, 1ppm 은 0.0001중량%이다.
본 발명의 일 실시예에서 추가 원소를 더 포함하는 것의 의미는 추가 원소의 추가량 만큼 잔부인 철(Fe)을 대체하여 포함하는 것을 의미한다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 이산화탄소 배출 저감형 용철 제조장치를 개략적으로 나타낸 것이다. 도 3의 이산화탄소 배출 저감형 용철 제조장치의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
따라서, 도 3의 이산화탄소 배출 저감형 용철 제조장치를 다양한 형태로 변형할 수 있다.
도 3에서 나타나듯이, 본 발명의 일 측면에 따른 이산화탄소 배출 저감형 용철 제조장치는, 분철광석을 공급받아 저환원철을 제조하는 저환원철 제조유닛(700); 상기 저환원철 제조유닛(700)에서 발생한 배가스에서 이산화탄소를 분리 및 배출하는 제1 고순도 이산화탄소 분리기(800); 상기 저환원철을 공급받아 용철을 제조하는 고로(600); 상기 고로(600)에서 발생한 배가스에서 이산화탄소를 분리 및 배출하는 제2 고순도 이산화탄소 분리기(900); 상기 제2 고순도 이산화탄소 분리기(900)에서 배출된 이산화탄소가 제거된 가스에서 수소를 분리 및 배출하는 수소 분리기(1000); 상기 수소 분리기(1000)에서 배출된 수소가 제거된 가스를 가열하여 고로(600)에 공급하는 가열기(1100); 및 상기 제1 및 제2 고순도 이산화탄소 분리기(800, 900)에서 배출된 이산화탄소 중 일부를 분해하여 저환원철 제조유닛(700)에 공급하는 이산화탄소 분해기(1300);를 포함할 수 있다.
상기 이산화탄소 분해기(1300)에 수증기 등의 반응원료를 추가적으로 공급하는, 반응원료 추가공급도관;을 더 포함할 수 있다.
저환원철 제조유닛(700)에서는, 공급받은 분철광석으로 유동환원로 공정을 통해 저환원철 분말을 제조하고, 상기 저환원철 분말을 열간/냉간에서 괴성화하여 괴환원철을 제조할 수 있다.
상기 저환원철 제조유닛(700)에서 발생한 배가스는 라인 720을 통해 제1 고순도 이산화탄소 분리기(800)로 공급된다. 상기 배가스를 공급받은 제1 고순도 이산화탄소 분리기(800)는 고순도 이산화탄소를 분리 및 배출할 수 있다. 상기 제1 고순도 이산화탄소 분리기(800)에서 이산화탄소가 제거된 가스는 라인 810을 통해 저환원철 제조유닛에 재공급되어 환원가스 또는 연료로 재활용될 수 있다. 상기와 같이 배가스를 처리하여 환원가스로 재사용함으로써, 환원가스의 이용율을 높여 저환원철 생상량을 증대시키고, 이로써 더 많은 양의 저환원철을 고로에 장입할 수 있게 됨으로써, 고로 내 함탄소 환원제 사용량을 감소시켜 이산화탄소의 발생량을 저감시킬 수 있다.
상기 제1 고순도 이산화탄소 분리기(800)에서 배출된 고순도 이산화탄소는 라인 820을 통해 화학합성 반응기(1200) 및 이산화탄소 분해기(1300)에 일부씩 공급될 수 있다.
상기 고로(600)에서는, 상기 저환원철 제조유닛(700)에서 제조된 저환원철을 공급받아 용철을 제조할 수 있다. 사전에 환원된 저환원철을 원료로 사용함으로써 고로(600) 내 환원 부담을 경감하여 탄소계 환원제 사용을 절감시킬 수 있다.
상기 고로(600)에서 발생한 배가스는 라인 610을 통해 제2 고순도 이산화탄소 분리기(900)에 공급된다. 상기 배가스를 공급받은 제2 고순도 이산화탄소 분리기(900)는 고순도 이산화탄소를 분리 및 배출할 수 있다. 배출된 고순도 이산화탄소는 라인 910을 통해 상기 라인 820에 연결되어, 제1 고순도 이산화탄소 분리기(800)에서 분리된 고순도 이산화탄소과 함께 화학합성 반응기(1200) 및 이산화탄소 분해기(1300)에 일부씩 공급될 수 있다. 상기 제2 고순도 이산화탄소 분리기(900)에서 이산화탄소가 제거된 가스는 라인 920을 통해 수소 분리기(1000)에 공급될 수 있다.
상기 제1 및 제2 고순도 이산화탄소 분리기(800, 900)에서 배출된 이산화탄소 중 상기 이산화탄소 분해기(1300)에 공급된 일부는, 상기 반응원료 추가공급도관을 통해 추가적으로 공급된 수증기 등의 반응원료와 전기화학적 반응을 통해 분해된 후, 라인 1310을 통해 상기 저환원철 제조유닛(700)에 재공급되어 연료 및 환원가스로 사용되거나, 화학 제품으로 제조되어 라인 1320을 통해 배출될 수 있다. 상기 저환원철 제조유닛(700)에서는, 상기와 같이 고로(600) 및 저환원철 제조유닛(700)에서 발생한 배가스 중 일부를 처리하여 연료 및 환원가스로 재사용함으로써, 용철제조 공정에서 발생하는 이산화탄소 배출량을 저감시킬 수 있다.
상기 수소분리기(1000)에서 분리된 수소가 제거된 가스는 라인 1010을 통해 가열기(1100)에 공급되어 열공급을 받을 수 있다. 상기 가열된 가스는 라인 1110을 통해 환원가스로서의 사용목적으로 고로(600)에 공급될 수 있다. 상기 가스는 고로(600)에서 환원가스로 사용됨으로써, 코크스 또는 미분탄 등 기존에 사용되었던 탄소계 환원제의 사용량 및 그 사용에 따른 이산화탄소의 배출량을 저감시킬 수 있다.
코크스를 제조하여 상기 고로(600)에 공급하고, 상기 코크스 제조과정에서 발생하는 코크스 오븐 가스를 분리 및 배출하는 코크스 제조장치(200); 및 상기 코크스 오븐 가스를 제1 및 제2 환원가스로 분리하여 제1 환원가스는 상기 고로(600)에 공급하고, 제2 환원가스는 상기 저환원철 제조유닛(700)에 공급하는 코크스 오븐 가스 분리유닛(1400);을 더 포함할 수 있다.
상기 코크스 오븐 가스 분리유닛(1400);은, 상기 코크스 오븐 가스를 제1 및 제2 환원가스로 분리 및 배출하는 코크스 오븐 가스 분리기(300); 상기 코크스 오븐 가스 분리기(300)에서 배출된 제1 환원가스를 공급받아 압축하는 압축기(400); 상기 압축된 제1 환원가스를 공급받아 상기 고로(600)에 공급하는 완충탱크(500); 및 상기 완충탱크(500) 후단에 연결되어, 상기 환원가스에 메탄 또는 수소 중 적어도 하나를 포함하는 함수소 가스를 추가적으로 공급하는, 제1 함수소 가스 추가공급도관;을 포함할 수 있다.
상기 코크스 제조장치(200)는 코크스 제조과정에서 발생하는 코크스 오븐 가스(56.4%H2-26.6%CH4-8.4%CO-3.1%CO2-N2)를 라인 220을 통해 상기 코크스 오븐 가스 분리기(300)에 공급할 수 있다. 상기 코크스 오븐가스 분리기(300)에서 제1 및 제2 환원가스로 분리된 코크스 오븐 가스 중 제2 환원가스는 라인 320을 통해 상기 저환원철 제조유닛(700)에 공급되고, 제1 환원가스는 라인 310을 통해서 상기 압축기(400)에 공급되어 압축된 뒤, 라인 410을 통해 상기 완충탱크(500)에 공급될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 용철 제조장치는, 상기 코크스 오븐 가스 분리기(300)에서 배출된 제1 환원가스를 공급받아 스팀 및 열을 공급하여 개질하는 스팀 개질기;를 더 포함할 수 있다. 상기 스팀 개질기에는 고온 연소가스를 공급하는 버너가 연결되어, 스팀개질기에 열을 공급할 수 있다. 상기 버너에는 연료 및 공기가 공급되며, 이의 연소에 의해 고온 연소가스가 발생하고, 발생한 고온의 연소가스는 스팀 개질기에 공급되어, 다른 루트로 공급되는 스팀과 제1 환원가스 내 CH4 간의 화학반응이 일어날 수 있도록 고온 상태를 유지시킬 수 있다. 상기 스팀 개질기에서 개질된 제1 환원가스는 상기 완충탱크(500)로 공급될 수 있다. 상기 화학반응은 하기 화학식 (1)로 표현될 수 있는 함수소 환원가스의 개질반응을 의미한다.
화학식 (1)
CH4 + H2O(스팀) = CO +3H2
상기 화학반응을 통해 제1 환원가스를 개질시킬 수 있고, 탄소계 환원제의 대체재인 환원가스 내 수소의 양을 증폭 시킬 수 있다.
상기 완충탱크(500)는 압축된 제1 환원가스를 공급받아 라인 510을 통해 고로의 풍구에 취입할 수 있고, 이 때 열풍, 산소부화 및 미분탄도 동시적으로 풍구에 취입될 수 있다. 이 과정에서 상기 제1 함수소 가스 추가공급도관을 통해 라인 510에 메탄 또는 수소 중 적어도 하나를 포함하는 함수소 가스를 추가적으로 공급함으로써, 메탄 또는 수소를 원하는 농도로 조절하여 고로에 공급할 수 있다. 이처럼, 함수소 환원가스를 고로(600)에 취입하여 수소를 환원제로 사용함으로써, 기존의 탄소계 환원제를 대체하고 전체적인 이산화탄소 배출량을 절감할 수 있다.
또한, 상기 저환원철 제조유닛(700)에 공급된 상기 제2 환원가스는, 상기 저환원철 제조유닛(700) 내의 유동환원로 공정에 공급되어 상기 분철광석을 부분 환원시켜 상기 저환원철 분말을 제조하는 데 이용될 수 있다. 이렇게 함수소 환원가스를 이용하여 제조된 저환원철을 고로에 원료로 사용함으로써, 사전에 환원된 원료의 사용으로 고로(600) 내 환원 부담을 경감하여 코크스, 미분탄 등의 탄소계 환원제 사용을 절감할 수 있다.
소결광을 제조하여 상기 고로(600)에 공급하는 소결광 제조유닛(100);을 더 포함할 수 있다.
상기 소결광 제조유닛(100) 후단에 연결되어, 정립광, 펠릿, 스크랩 등 상기 고로(600)에 공급되는 장입원료를 추가적으로 공급하는, 장입원료 추가공급도관;을 더 포함할 수 있다.
상기 소결광 제조유닛(100)에서 일련의 괴상화 공정을 거친 상기 소결광은 라인 110을 통해 상기 고로(600)의 상부에 장입되어 철원으로 이용되며, 이 과정에서 라인 110에 연결된 장입원료 추가공급도관을 통해 정립광, 펠릿, 스크랩 등이 추가로 투입될 수 있다.
상기 제1 및 제2 고순도 이산화탄소 분리기(800, 900)에서 배출된 이산화탄소 중 일부를 이용하여 화학 제품을 제조하는 화학합성 반응기(1200);를 더 포함할 수 있다. 상기 고순도의 이산화탄소는 상기 화학합성 반응기(1200)에서 화학 제품으로 제조되어 라인 1210을 통해 배출될 수 있다.
상기 수소 분리기(1000)에서 분리된 수소를 상기 화학합성 반응기(1200)에 공급하는 수소 공급도관;을 더 포함할 수 있다. 상기 수소 공급도관에 함수소 가스를 추가공급하는 제2 함수소 가스 추가공급도관;을 더 포함할 수 있다. 상기 수소 분리기(1000)에서 분리된 수소는 라인 1020을 통해 상기 화학합성 반응기(1200)에 공급되어 화학합성 원료 물질로 활용될 수 있으며, 이 때 화학합성에 필요한 수소 농도를 제어하기 위하여 상기 제2 함수소 가스 추가공급도관을 통하여 수소를 함유한 제철소 부생가스 또는 외부 수소가스가 추가적으로 공급되어질 수 있다.
상기 저환원철 제조유닛(700)에 전로가스(LDG, Linz-Donawitz Gas) 또는 파이넥스 오프 가스(FOG, FINEX Off-Gas) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스를 추가적으로 공급하는 제3 함수소 가스 추가공급도관;을 더 포함할 수 있다. 코크스 오븐 가스 뿐만 아니라 환원가스 성분을 다량 함유한 제철소 부생가스인 상기 전로가스 또는 파이넥스 오프가스를 사용하여 저환원철 생상량을 추가적으로 증대시킴으로써, 더 많은 양의 저환원철을 고로에 장입할 수 있게 되어 고로 내 함탄소 환원제 사용량이 감소되므로 추가적으로 이산화탄소의 발생량을 저감시킬 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면은, 분철광석을 공급받아 저환원철을 제조하는 저환원철 제조단계; 상기 저환원철 제조단계에서 발생한 배가스에서 이산화탄소를 분리 및 배출하는 제1 고순도 이산화탄소 분리단계; 상기 저환원철을 공급받아 용철을 제조하는 환원단계; 상기 환원단계에서 발생한 배가스에서 이산화탄소를 분리 및 배출하는 제2 고순도 이산화탄소 분리단계; 상기 제2 고순도 이산화탄소 분리기에서 배출된 이산화탄소가 제거된 가스에서 수소를 분리 및 배출하는 수소 분리단계; 상기 수소 분리단계에서 배출된 수소가 제거된 가스를 가열하여 환원단계에 공급하는 가열단계; 및 상기 제1 및 제2 고순도 이산화탄소 분리단계에서 배출된 이산화탄소 중 일부를 분해하여 저환원철 제조단계에 공급하는 이산화탄소 분해단계;를 포함하는, 이산화탄소 배출 저감형 용철 제조방법을 제공한다.
저환원철 제조단계;는, 공급받은 분철광석으로 저환원철 분말을 제조하는 단계; 및 상기 저환원철 분말로 괴환원철을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
코크스를 제조하여 상기 환원단계에 공급하고, 상기 코크스 제조과정에서 발생하는 코크스 오븐 가스를 분리 및 배출하는 코크스 제조단계; 및 코크스 오븐 가스를 제1 및 제2 환원가스로 분리하여 제1 환원가스는 상기 환원단계에 공급하고, 제2 환원가스는 상기 저환원철 제조단계에 공급하는 코크스 오븐 가스 분리단계;를 더 포함할 수 있다.
코크스 오븐 가스 분리단계;는, 코크스 오븐 가스를 제1 및 제2 환원가스로 분리 및 배출하는 단계; 상기 배출된 제1 환원가스를 공급받아 압축하는 단계; 상기 압축된 제1 환원가스를 ___하고 상기 환원단계에 공급하는 단계; 및 상기 환원단계에 환원가스를 공급하는 단계; 이후에, 상기 환원가스에 CH4 또는 수소 중 적어도 하나를 포함하는 함수소 가스를 추가적으로 공급하는, 제1 함수소 가스 추가공급단계;를 더 포함할 수 있다.
소결광을 제조하여 상기 환원단계에 공급하는 소결광 제조단계;를 더 포함할 수 있다.
소결광 제조단계; 이후에, 정립광, 펠릿, 스크랩 등 고로에 공급되는 장입원료를 추가적으로 공급하는, 장입원료 추가공급단계;를 더 포함할 수 있다.
제1 및 제2 고순도 이산화탄소 분리단계에서 배출된 이산화탄소 중 일부를 이용하여 화학 제품을 제조하는 화학합성 반응단계;를 더 포함할 수 있다.
수소 분리단계에서 분리된 수소를 상기 화학합성 반응단계에 공급하는 수소 공급단계;를 더 포함할 수 있다.
수소 공급단계에 함수소 가스를 추가공급하는 제2 함수소 가스 추가공급단계;를 더 포함할 수 있다.
이산화탄소 분해단계에 수증기 등의 반응원료를 추가적으로 공급하는, 반응원료 추가공급단계;를 더 포함할 수 있다.
저환원철 제조단계에 전로가스(LDG, Linz-Donawitz Gas) 또는 파이넥스 오프 가스(FOG, FINEX Off-Gas) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스를 추가적으로 공급하는 제3 함수소 가스 추가공급단계;를 더 포함할 수 있다.
각 단계의 세부적인 내용은 전술한 이산화탄소 배출 저감형 용철 제조장치와 관련하여 설명하였으므로, 중복되는 설명은 생략한다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
100: 소결광 제조유닛 200: 코크스 제조장치
300: 코크스 오븐 가스 분리기 400: 압축기
500: 완충탱크 600: 고로
700: 저환원철 제조유닛 800: 제1 고순도 이산화탄소 분리기
900: 제2 고순도 이산화탄소 분리기 1000: 수소 분리기
1100: 가열기 1200: 화학합성 반응기
1300: 이산화탄소 분해기 1400: 코크스 오븐 가스 분리유닛

Claims (21)

  1. 분철광석을 공급받아 저환원철을 제조하는 저환원철 제조유닛(700);
    상기 저환원철 제조유닛(700)에서 발생한 배가스에서 이산화탄소를 분리 및 배출하는 제1 고순도 이산화탄소 분리기(800);
    상기 저환원철을 공급받아 용철을 제조하는 고로(600);
    상기 고로(600)에서 발생한 배가스에서 이산화탄소를 분리 및 배출하는 제2 고순도 이산화탄소 분리기(900);
    상기 제2 고순도 이산화탄소 분리기(900)에서 배출된 이산화탄소가 제거된 가스에서 수소를 분리 및 배출하는 수소 분리기(1000);
    상기 수소 분리기(1000)에서 배출된 수소가 제거된 가스를 가열하여 고로(600)에 공급하는 가열기(1100); 및
    상기 제1 및 제2 고순도 이산화탄소 분리기(800, 900)에서 배출된 이산화탄소 중 일부를 분해하여 저환원철 제조유닛(700)에 공급하는 이산화탄소 분해기(1300);를 포함하는, 이산화탄소 배출 저감형 용철 제조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    코크스를 제조하여 상기 고로(600)에 공급하고, 상기 코크스 제조과정에서 발생하는 코크스 오븐 가스를 분리 및 배출하는 코크스 제조장치(200); 및
    상기 코크스 오븐 가스를 공급받아 제1 및 제2 환원가스로 분리하여 제1 환원가스는 상기 고로에 공급하고, 제2 환원가스는 상기 저환원철 제조유닛에 공급하는 코크스 오븐 가스 분리유닛(1400);을 더 포함하는, 이산화탄소 배출 저감형 용철 제조장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 코크스 오븐 가스 분리유닛(1400);은,
    상기 코크스 오븐 가스를 제1 및 제2 환원가스로 분리 및 배출하는 코크스 오븐 가스 분리기(300);
    상기 코크스 오븐 가스 분리기(300)에서 배출된 제1 환원가스를 공급받아 압축하는 압축기(400);
    상기 압축된 제1 환원가스를 공급받아 상기 고로(600)에 공급하는 완충탱크(500); 및
    상기 완충탱크(500) 후단에 연결되어, 상기 환원가스에 메탄 또는 수소 중 적어도 하나를 포함하는 함수소 가스를 추가적으로 공급하는, 제1 함수소 가스 추가공급도관;을 포함하는, 이산화탄소 배출 저감형 용철 제조장치.
  4. 제1항에 있어서,
    소결광을 제조하여 상기 고로(600)에 공급하는 소결광 제조유닛(100);을 더 포함하는, 이산화탄소 배출 저감형 용철 제조장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 소결광 제조유닛(100) 후단에 연결되어, 정립광, 펠릿, 스크랩 등 상기 고로(600)에 공급되는 장입원료를 추가적으로 공급하는, 장입원료 추가공급도관;을 더 포함하는, 이산화탄소 배출 저감형 용철 제조장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 고순도 이산화탄소 분리기(800, 900)에서 배출된 이산화탄소 중 일부를 이용하여 화학 제품을 제조하는 화학합성 반응기(1200);를 더 포함하는, 이산화탄소 배출 저감형 용철 제조장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 수소 분리기(1000)에서 분리된 수소를 상기 화학합성 반응기(1200)에 공급하는 수소 공급도관;을 더 포함하는, 이산화탄소 배출 저감형 용철 제조장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 수소 공급도관에 함수소 가스를 추가공급하는 제2 함수소 가스 추가공급도관;을 더 포함하는, 이산화탄소 배출 저감형 용철 제조장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 이산화탄소 분해기(1300)에 수증기 등의 반응원료를 추가적으로 공급하는, 반응원료 추가공급도관;을 더 포함하는, 이산화탄소 배출 저감형 용철 제조장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 저환원철 제조유닛(700)에 전로가스(LDG, Linz-Donawitz Gas) 또는 파이넥스 오프 가스(FOG, FINEX Off-Gas) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스를 추가적으로 공급하는 제3 함수소 가스 추가공급도관;을 더 포함하는, 이산화탄소 배출 저감형 용철 제조장치.
  11. 분철광석을 공급받아 저환원철을 제조하는 저환원철 제조단계;
    상기 저환원철 제조유닛에서 발생한 배가스에서 이산화탄소를 분리 및 배출하는 제1 고순도 이산화탄소 분리단계;
    상기 저환원철을 공급받아 용철을 제조하는 환원단계;
    상기 환원단계에서 발생한 배가스에서 이산화탄소를 분리 및 배출하는 제2 고순도 이산화탄소 분리단계;
    상기 제2 고순도 이산화탄소 분리기에서 배출된 이산화탄소가 제거된 가스에서 수소를 분리 및 배출하는 수소 분리단계;
    상기 수소 분리단계에서 배출된 수소가 제거된 가스를 가열하여 환원단계에 공급하는 가열단계; 및
    상기 제1 및 제2 고순도 이산화탄소 분리단계에서 배출된 이산화탄소 중 일부를 분해하여 저환원철 제조단계에 공급하는 이산화탄소 분해단계;를 포함하는, 이산화탄소 배출 저감형 용철 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 저환원철 제조단계;는,
    공급받은 분철광석으로 저환원철 분말을 제조하는 단계; 및
    상기 저환원철 분말로 괴환원철을 제조하는 단계;를 포함하는, 이산화탄소 배출 저감형 용철 제조방법.
  13. 제11항에 있어서,
    코크스를 제조하여 상기 환원단계에 공급하고, 상기 코크스 제조과정에서 발생하는 코크스 오븐 가스를 분리 및 배출하는 코크스 제조단계; 및
    상기 코크스 오븐 가스를 공급받아 제1 및 제2 환원가스로 분리하여 제1 환원가스는 상기 환원단계에 공급하고, 제2 환원가스는 상기 저환원철 제조단계에 공급하는 코크스 오븐 가스 분리단계;를 더 포함하는, 이산화탄소 배출 저감형 용철 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 코크스 오븐 가스 분리단계;는,
    상기 코크스 오븐 가스를 제1 및 제2 환원가스로 분리 및 배출하는 단계;
    상기 배출된 제1 환원가스를 공급받아 압축하는 단계;
    상기 압축된 제1 환원가스를 상기 환원단계에 공급하는 단계; 및
    상기 환원단계에 환원가스를 공급하는 단계; 이후에,
    상기 환원가스에 메탄 또는 수소 중 적어도 하나를 포함하는 함수소 가스를 추가적으로 공급하는, 제1 함수소 가스 추가공급단계;를 더 포함하는, 이산화탄소 배출 저감형 용철 제조방법.
  15. 제11항에 있어서,
    소결광을 제조하여 상기 환원단계에 공급하는 소결광 제조단계;를 더 포함하는, 이산화탄소 배출 저감형 용철 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 소결광 제조단계; 이후에,
    정립광, 펠릿, 스크랩 등 고로에 공급되는 장입원료를 추가적으로 공급하는, 장입원료 추가공급단계;를 더 포함하는, 이산화탄소 배출 저감형 용철 제조방법.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 고순도 이산화탄소 분리단계에서 배출된 이산화탄소 중 일부를 이용하여 화학 제품을 제조하는 화학합성 반응단계;를 더 포함하는, 이산화탄소 배출 저감형 용철 제조방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 수소 분리단계에서 분리된 수소를 상기 화학합성 반응단계에 공급하는 수소 공급단계;를 더 포함하는, 이산화탄소 배출 저감형 용철 제조방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 수소 공급단계에 함수소 가스를 추가공급하는 제2 함수소 가스 추가공급단계;를 더 포함하는, 이산화탄소 배출 저감형 용철 제조방법.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 이산화탄소 분해단계에 수증기 등의 반응원료를 추가적으로 공급하는, 반응원료 추가공급단계;를 더 포함하는, 이산화탄소 배출 저감형 용철 제조방법.
  21. 제11항에 있어서,
    상기 저환원철 제조단계에 전로가스(LDG, Linz-Donawitz Gas) 또는 파이넥스 오프 가스(FOG, FINEX Off-Gas) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스를 추가적으로 공급하는 제3 함수소 가스 추가공급단계;를 더 포함하는, 이산화탄소 배출 저감형 용철 제조방법.
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