KR820000851B1 - Method for the direct reduction of clron using gas from coal - Google Patents

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KR820000851B1
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차알스 메이스너 데이비드
월터 산젠바체어 차알스
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제이. 비. 브레드리
미드렉스 코오포레이션
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    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21BMANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/02Making spongy iron or liquid steel, by direct processes in shaft furnaces

Abstract

In the direct redn. of iron oxide with hot reducing gas to produce iron and a CO2 contg. spent reducing gas, the improvement comprises(a) removing a large portion of the CO2 from the gas; (b) forming a hot gasifier gas from fossil fuel; (c) tempering the gas (b) with a first stream of the reductant -rich gas produced in (a) to produce a hot gas mixt.; (d) reacting the gas mixt. (c) with a S acceptor to form a hot desulphurized gas; (e) heating a second stream of the gas produced in (a); and (f) mixing the gas (e) with gas (d) to form a reducing gas having a quality of >=8 and a temp. of 760-900≰C for introduction to the furnace.

Description

석탄개스를 이용한 철의 직접환원방법Direct reduction method of iron using coal gas

본 발명의 실시예를 도시한 공정도.Process diagram showing an embodiment of the present invention.

펠릿(pellet) 혹은 럼프(lump) 광석과 같은 산화철을 고체상태의 금속철로 직접환원하는 것은 최근에 세계적으로 많은 공장에서 실시하고 있다. 직접환원하여 생산하는 가동중인 혹은 건설중인 상기공장의년간 총 생산량은 1억 5천만 메트릭톤을 상회한다.Direct reduction of iron oxides, such as pellets or lump ores, into solid metal iron has recently been carried out in many plants around the world. The annual output of the plant in operation or under construction, produced by direct reduction, exceeds 150 million metric tons.

이러한 공장에서는 휘드스톡(feedstock)을 만들기 위하여 전기아크제강로(sl ectric arc steelmaking furnace)에서 주로 사용한다.These plants are mainly used in sl ectric arc steelmaking furnaces to make feedstock.

직접환원하여 생산하는 가동중인 혹은 건설중인 상기공장의 년간 총생산량은 1억 5천만 메트릭톤을 상회한다. 이러한 공장에서는 휘드스톡(feedstock)을 만들기 위하여 전기아크제강로(slectric arc steelmaking furnace)에서 주로 사용한다.The annual output of the plant in operation or under construction, produced by direct reduction, exceeds 150 million metric tons. These plants are mainly used in electrified arc steelmaking furnaces to make feedstock.

직접환원된 철은 전기아크제강로공장이 건설됨에 따라 휘드스톡 같은 해마다 늘어가는 세계적 수요를 충족시키기 위해 증가되어 계획되었다.Directly-reduced iron was planned to be increased to meet global demand, such as the feedstock, as the electric arc steel mill was built.

철을 직접환원하여 제조하는 대부분의 공장에서는 환원제로서 천연개스를 이용한다.Most plants that manufacture iron by direct reduction use natural gas as the reducing agent.

상기 천연개스는 환원제인 CO 와 H2를 생성하기 위해 변환된다.The natural gas is converted to produce CO and H 2 as reducing agents.

몇몇의 공장에서는 킬론공정에서 상기식탄을 CO 와 H2로 분리하여 가스화시키지 않고 직접 석탄 인-시투(in-situ)로 반응시키는 예를들어 SL-RL 공정같은 로타리 킬른공정(rotary kiln process)에서 환원제로서 석탄을 이용한다 때문이다.Some plants use the kiln process in a rotary kiln process, such as the SL-RL process, in which the coal is separated into CO and H 2 and reacted directly with coal in-situ without gasification. This is because coal is used as the reducing agent.

상기 사실은 미드렉스(Midren)와 푸로퍼(Purofer)혹은 암코(Armco)공정같은 훨씬 효율적인 천연개스공정에서 철을 직접환원하는 경우에 메트릭톤당 3,0∼3.5G.cals의 천연 개스가 필요한것과는 대조적이다.This is in contrast to the need for natural gas of 3,0 to 3.5 G.cals per metric ton for direct reduction of iron in more efficient natural gas processes such as the Midren, Profer or Amco processes. In contrast.

철을 직접 환원하는 여러 가지 방법에서 이용할 수 있는 개스를 만들기 위해 부분산화에 의하여 산소와 스팀을 가지고 석탄을 개스화하는 방법은 미합중국 특허 3,853,538호 같은 여러 가지 방법이 있는데 아직 실용화되지 못했다.Gasification of coal with oxygen and steam by partial oxidation to produce a gas that can be used in various methods of directly reducing iron is available in various ways such as US Patent No. 3,853,538, which has not been put to practical use.

상기 방법들이 실용화되지 못한 이유는 공정이 너무 복잡하고, 비경제적이고, 석탄소요량이 너무 많기 때문이다. 비경제적이고 석탄소요량이 많은 가장 큰 이유는, 석탄개스기(coal gasifier)로부터의 뜨거운 개스는 효율적으로 철의 직접환원에 직접이용되는 산화제(CO2H2O 증기)에 비해 환원제(CO+H2)가 너무 적기 때문이다.The above methods have not been put to practical use because the process is too complicated, uneconomical and the coal demand is too high. The biggest reason for the uneconomical and high coal demand is that hot gas from coal gasifiers has a reducing agent (CO + H 2 ) compared to the oxidizing agent (CO 2 H 2 O steam), which is used directly for the direct reduction of iron. Because too little.

본 발명에서는, 석탄가스기로부터 뜨거운 개스는 환원로로부터 상승되어 사용된 환원개스와 함께 환원되고 뜨거운 탈황된 개스를 만들기 위하여 유황 액셉터(acceptor), 특히 석회와 함께 반응에 의해 탈황된다.In the present invention, the hot gas from the coal gasifier is reduced by the reaction with a sulfur acceptor, in particular lime, in order to produce a hot desulfurized gas which is reduced together with the reducing gas used up from the reduction furnace.

상승되어 사용된 환원개스의 두 번째 스트림(stream)은 소비된 환원개스의 연소에 의해 가열되고, 환원로에 이용하는 뜨거운 환원개스를 생성하기 위해 뜨거운 탈황된 개스와함께 혼합된다.The second stream of reduced gas used to be raised is heated by combustion of the consumed reducing gas and mixed with the hot desulfurized gas to produce a hot reducing gas for use in the reduction furnace.

본 발명에 따른 방법은 높은 열효율을 얻을 수 있고, 현재 개발중에 있는 개선된 석탄 개스화기술의 환원제 공급원으로서 석탄 개스화를 이용하여 철을 직접환원하는 방법을 실용화시킬 수 있다.The method according to the invention can achieve high thermal efficiency and make practical use of iron reduction directly using coal gasification as a reducing agent source of the improved coal gasification technology currently under development.

본 발명에 따른 방법은 개스화하는데 대략 3.1Gcals의 석탄이 필요하고, 개스화하는데 필용한 산소를 만들기 위한 효율이 30%인 발전을 하기 위해서는 0.4Gcals의 석탄이 필요하며, 따라서 총석탄 소요량은 메트릭톤당 약 3.5Gcals 이다.The method according to the present invention requires approximately 3.1 Gcals of coal to gasify and 0.4 Gcals of coal to generate 30% efficiency for producing oxygen necessary for gasification, so the total coal requirement is metric. About 3.5 Gcals per ton.

본 발명의 목적은 석탄개스를 이용하여 철을 직접환원하는데 있어 열효율을 높혀서 석탄소비량을 최소한으로 줄이는데 있다. 또한 환원로로나온 상승되어 소비된 환원개스의 혼합에 의하여 석탄개스기에서 나온 뜨거운 개스를 직접이용하여 철을 직접환원하는 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to reduce the coal consumption to a minimum by increasing the thermal efficiency in the direct reduction of iron using coal gas. In addition, the present invention provides a method of directly reducing iron by directly using hot gas from a coal gas machine by mixing the reduced gas consumed by the rising furnace.

또한 석회와 같은 유황액샙터와 함께 반응에 의해 석탄개스기로 부터의 뜨거운 개스를 탈황하는 것과, 뜨거운 환원제가 많은 재순환되어 사용된 환원개스와 탈황된 개스와의 혼합에 의하여 뜨거운 환원개스를 만든는 데 있다.In addition, desulfurization of hot gas from coal gas by reaction with sulfur-actuate such as lime, and hot reducing gas is made by mixing recycled reducing gas and desulfurized gas with a lot of hot reducing agent. .

또한 환원로에서 사용된 개스를 재사용할 수 있는 공지의 방법보다 효율적인 방법을 제공하는데 있다.It is also to provide a more efficient method than known methods that can reuse the gas used in the reduction furnace.

이하도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.When described in detail with reference to the drawings as follows.

리프렉터리-라인드 카운터후로우 샤프트 타잎(refractorylined counterflow shaft typer)의 직접환원로는 도면에서(10)이다.The direct reduction of the refractorylined counterflow shaft typer is 10 in the figure.

대개 실제크기가 5∼30㎜이고 옥사이드 펠릿(oxide pellets) 그리고 혹은 천연 광석덩어리 형태로 존재하는 원료물질인 산화철(12)은 연료입구(14)에 공급되어 원료파이프(16)를 통해 로안으로 들어간다, 환원된 철, 펠릿 그리고 혹은 덩어리 생성물은 배출 컨베이어(20)에 의해 로의 아래부분에서 배출파이프(18)를 통해 배출되고, 상기속도는 로(10) 내의 장입물(burden)의 하강을 조절할 수 있다.Iron oxide (12), a raw material, usually 5-30 mm in size and present in the form of oxide pellets or natural ore masses, is fed to the fuel inlet 14 and enters the furnace through the raw material pipe 16. The reduced iron, pellets and / or lumped product are discharged through the discharge pipe 18 at the bottom of the furnace by the discharge conveyor 20, the speed being able to control the lowering of the charges in the furnace 10. have.

새로운 뜨거운 환원개스는 뜨거운 환원개스입구 파이프(21)를 통해 들어와서, 로(10)의 중간부분에 있는 내화벽에 설비된 여러개의 개스입구(22)를 통과한다.The new hot reducing gas enters through the hot reducing gas inlet pipe 21 and passes through several gas inlets 22 provided in the fire wall in the middle of the furnace 10.

상기 뜨거운 환원개스는 내부로 들어와, 내려가는 재에 대해 윗쪽으로 역류한다.The hot reducing gas enters the interior and flows back upward against the descending ash.

CO2가 많은 사용된 환원개스는 산화를 공급파이프(16)로부터의 공급에 대용하여 로의 상단에 있는 스토크라인(stock line)(24)근처에서 장입물을 배출시킨다.The used reducing gas with high CO 2 discharges the charge near the stock line 24 at the top of the furnace, replacing oxidation with the feed from the feed pipe 16.

상기 CO2가 많은 사용된 환원개스는 이후로 톱개스(top gas)라 불리 울 것이며, 오프테이크(offtake)파이프(26)를 통해 로에서 배출된다.The CO 2 -rich used reducing gas will hereinafter be referred to as top gas and is discharged from the furnace through an offtake pipe 26.

로(10) 아래의 낮은 지역에는 방출되기 앞서 환원된 철을 냉각상기 뜨거운 환원개스는 내부로 들어와, 내려가는 재에 대해 윗쪽으로 역류한다.In the lower area below the furnace 10, the reduced iron is cooled before it is discharged. The hot reducing gas enters the interior and flows upwards against the descending ash.

CO2가 많은 사용된 환원개스는 산화물 공급파이프(16)로 부터의 공급에 대용하여 로의 상단에 있는 스토크라인(stock line)(24) 근처에서 장입물을 배출시킨다.The reduced gas used with high CO 2 discharges the charges near the stock line 24 at the top of the furnace as a substitute for the feed from the oxide feed pipe 16.

상기 CO2가 많은 사용된 환원개스는 이후로 톱개스(top gas)라 불리 울 것이며, 오프레이크(off take)파이프(26)를 통해 로에서 배출된다.The CO 2 -rich used reducing gas will hereinafter be referred to as top gas and is discharged from the furnace through an off take pipe 26.

로(10) 아래의 낮은 지역에는 방출되기 앞서 환원된 철을 냉각시키기위한 냉각개스회로가 설비되어있다.The lower area below the furnace 10 is equipped with a cooling gas circuit for cooling the reduced iron prior to discharge.

상기 냉각 회로에는 로내에서 냉각개스 분배부(31)에 연결되는 냉각개스입구(30)가 있고, 상기 냉각개스분배부(31)보다 위에 있는 냉각개스 수지부(32)가 있으며, 냉각개스출구(34)와, 클로-수쿠러버(cooler-scrubber)(39) 및 재순환 선풍기(38)가 있는 외부개스 재순환시스템이 있다.The cooling circuit has a cooling gas inlet 30 connected to the cooling gas distribution unit 31 in the furnace, and has a cooling gas resin portion 32 above the cooling gas distribution unit 31, and has a cooling gas outlet ( 34) and an external gas recirculation system with a cooler-scrubber 39 and a recirculation fan 38.

주입기(42)를 통해 들어온 산소 혹은 산소 및 H2O를 이용 개스로 쓰이기 위해 배기 파이프(52)를 통해 시스템에서 배기된다.Oxygen or oxygen coming through the injector 42 and H 2 O are exhausted from the system through the exhaust pipe 52 for use as a gas.

나머지 일부의 톱개스는 파이프(54)를 통해 연소연료로 쓰이기 위해 배기된다. 나머지 일부의 톱개스는 개스컴푸레셔(56)에서 압축되고 파이프(60)를 통해 일반적인 리제네레이티브 타이프(regenerative type)의 CO2제거장치(58)로 공급된다.The other part of the top gas is exhausted through the pipe 54 for use as combustion fuel. The other part of the top gas is compressed in the gas compressor 56 and fed through a pipe 60 to a general regenerative type CO 2 removal device 58.

상기 CO2제거장치(58)에서 CO2의 대부분은, 파이프(64)를 통해 상기 CO2제거장치(58)를 떠나는 환원제가 풍부한 개스를 생성하기 위해 톱개스에서 제거된다. 환원제가 풍부한 개스의 일부는 재응고점 이하의 온도로 파이프(46) 내의 뜨거운 개스를 조절하기 위해 조절파이프(66)로 공급된다.In the CO 2 removal unit 58, most of the CO 2 is that the reducing agent leaving the CO 2 removal unit 58 through pipe 64 is removed from the top gas to produce a rich gas. A portion of the reducing agent rich gas is supplied to the conditioning pipe 66 to regulate the hot gas in the pipe 46 to a temperature below the resolidification point.

변환될 수 있는 상기 조절개스는 개스화온도의 어드버스효과(adverse effect)에 영향이 없는 개스기(40)의 개스방출 영역으로 공급된다.The regulating gas that can be converted is fed to the gas discharge zone of the gaseous machine 40 which is not affected by the adverse effect of the gasification temperature.

파이프(66)의 조절개스에 의해 혼합된 후에, 부분적으로 냉각되는 파이프(46)에 있는 뜨거운 개스는 개스입구 파이프(68)를 통해 개스 탈황기(70)에 공급된다.After mixing by the regulating gas of the pipe 66, the hot gas in the partially cooled pipe 46 is supplied to the gas desulfurizer 70 through the gas inlet pipe 68.

탈황기(70)는 탈황기(70)에서 장입물을 형성하기 위해 특별한 석회석이 휘드호퍼(feed hopper)(72)와 연료파이프(74)를 통해 공급되는, 리프렉터리-라인드 카운더후로의 샤프트타입로의 상단부분에 설비된다.The desulfurizer 70 is followed by a lifter-line counter, in which a special limestone is fed through a feed hopper 72 and fuel pipe 74 to form a charge in the desulfurizer 70. Is mounted on the upper part of the shaft type furnace.

개스입구 파이프(68)를 통해 공급되는 조절된 뜨거운 개스는 로의 중앙에 위치된 내화벽에 있는 개스입구(76)를 통해 탈황기로 들어간다.The regulated hot gas fed through the gas inlet pipe 68 enters the desulfurizer through the gas inlet 76 in the fire wall located in the center of the furnace.

상기 개스는 하강하는 장입물에 대해 역방향으로 위로 올라간다. 뜨거운 탈황된 개스는 스토크라인(stock line)(78)에서 장입물로부터 나와서 오프레이크 파이프(80)로 공급된다. 유황과 반응않된 잔류석회를 함유하는 특별히 반응된 석회는 방출컨베이어(84)에 의해 방출 파이프(82)를 통해 탈황기로부터 방출된다. 파이프(82)를 통한 컨베이어(84)에 의한 반응된 특별한 물질의 제거는 장입물을 중력에 의하여 이동하게 하고, 탈황기(70)를 통한 장입물의 하강도를 조절할 수 있다.The gas rises in the reverse direction for the descending charge. The hot desulphurized gas exits the charge at the stock line 78 and is fed to the offlake pipe 80. The specially reacted lime containing residual lime which has not reacted with sulfur is discharged from the desulfurizer via the discharge pipe 82 by the discharge conveyor 84. Removal of the special material reacted by the conveyor 84 through the pipe 82 may cause the charge to move by gravity and control the descent of the charge through the desulfurizer 70.

CO2제거장치(58)로부터 나온 환원제가 풍부한 개스의 일부는 방출되기앞서 장입물을 냉각시키기위해 냉갹개스로서 탈황기(70)이 하단에 있는 냉각개스 분배부(88)로 파이프(86)를 통해 공급된다.Some of the reducing agent-rich gas from the CO 2 remover (58) passes the pipe (86) to a cooling gas distributor (88) with a desulfurizer (70) at the bottom as a cooling gas to cool the charge before being discharged. Supplied through.

상기 냉각개스는 탈황기를 거쳐 윗쪽으로 올라가고, 중간부분에 도달하기전에 하강하는 뜨거운 장입물에 의해 예열된다. 개스가열기(90)는 환원로(10)에서 환원개스로서 사용하기 위해, 적당한 온도로 파이프(99)의 환원제가 많은 개스를 가열하기 위해 설비됐다.The cooling gas rises upwards through the desulfurizer and is preheated by a hot charge that descends before reaching the middle portion. The gas heater 90 is equipped to heat the gas rich in the reducing agent of the pipe 99 to a suitable temperature for use as a reducing gas in the reduction furnace 10.

상기 가열하는 여러개의 가열관(92)과 배기개스굴뚝(96)을 갖고 있고, 가열관주의 하나인 버너(burner)(94)가 도면에 도시되어있다. 굴뚝(96)으로부터 나온 뜨거운 배기개스는 열교환기(도시되지않음)에서 버너(94)에 쓰이는 소우스(source)(98)의 연소공기를 가열하기 위해 사용된다. 버너(94)에 쓰이는 상기 연료는 파이프(54)에 공급된 톱개스이다.A burner 94, which has several heating tubes 92 and exhaust gas chimneys 96 for heating, and which is one of the heating tubes, is shown in the drawing. The hot exhaust gas from the chimney 96 is used to heat the combustion air of the source 98 used for the burner 94 in a heat exchanger (not shown). The fuel used for burner 94 is a top gas supplied to pipe 54.

파이프(100)를 통해 가열기(90)를 나가는 가열된 환원제가 풍부한 개스는 탈황기(70)에서 나오는 뜨거운 탈황된 개스와 혼합되고, 원하는 로입구의 개스온도를 얻기위해 파이프(102)를 통과하는 찬 환원제가 풍부한 개스를 조절한다.The heated reducing agent-rich gas leaving the heater 90 through the pipe 100 is mixed with the hot desulfurized gas exiting the desulfurizer 70 and passed through the pipe 102 to obtain the gas temperature of the desired furnace inlet. Regulates a gas rich in cold reducing agents.

상기 최종개스혼합물은 개스입구(21)를 통해 환원로(10)로 공급되는 뜨거운 환원개스가 된다.The final gas mixture is a hot reducing gas supplied to the reduction furnace 10 through the gas inlet 21.

철의 직접환원에서 최고이 효율을 갖는 환원로의 형태는, 환원개스와 환원된 고체는 서로 역류하는 카운터 후로우 샤프트훠네이스(counterflow type shaft furnace)이다.The type of reduction furnace with the highest efficiency in direct reduction of iron is a counterflow type shaft furnace in which the reducing gas and the reduced solids flow back to each other.

상기 관계에의해 뜨거운 환원개스는 금속철의 산화철을 환원시킬뿐만 아니라 환원온도를 유지하기위해 들어오는 찬 산화철을 가열한다.By this relationship, the hot reducing gas not only reduces the iron oxide of the metal iron but also heats the incoming cold iron oxide to maintain the reduction temperature.

카운터후로우 타이프 샤프트 훼네이스는 또한 로에 공급되는 뜨거운 환원개스의 온도가 충분히 높아서 다른 타잎의 환원로 보다 높은 화학적 효율을 갖고 있다.The counterflow type shaft fakees also have a higher chemical efficiency than the other types of reduction furnaces because the hot reducing gas supplied to the furnace is sufficiently hot.

환원개스의 질은 대개 개스혼합물의 산화제(CO2+H2O)에 대한 환원제(CO2+ H2)의 비로 표시된다.The quality of the reducing gas is usually expressed by the ratio of the reducing agent (CO 2 + H 2 ) to the oxidizing agent (CO 2 + H 2 O) of the gas mixture.

천연개스를 이용하는 일반적인 공장에서는, 카운터 후로우 샤프트리덕션 훼네이스의 최대 화학적 효율을 얻기 위해서는 뜨거운 환원개스의 질은 적어도 약 8은 되어야 한다고 한다. 주로 CO, H2, CO2와 H2O를 함유하는 뜨거운 개스를 생성하는 개스기(40)같은 부분 산화 타이프 개스기에서 석탄 혹은 갈탄 같은 분쇄된 고체화석 연료의 개스화에서, 질이 좋은 뜨거운 개스는 대개 3∼4정도에서 실제적으로 제조된다.In a typical plant using natural gas, the quality of the hot reducing gas should be at least about 8 in order to achieve the maximum chemical efficiency of the counter blow shaft reduction furnace. Good gaseous quality in the gasification of pulverized solid fossil fuels such as coal or lignite in a partial oxidation type gaseous gas such as gaseous gas 40, which produces mainly hot gases containing CO, H 2 , CO 2 and H 2 O. Gases are practically produced at around 3-4.

그러나 개발공장과 실험용석탄 개스기에서는 현재 개선된 개스화기수를 사용하여 적어도 6정도의 뜨거운 질이 좋은 개스를 생성한다.However, development plants and experimental coal gasifiers currently use improved gasifiers to produce at least six hot gases.

본 발명은 온도 이하로 개스를 냉각하지 않고 환원로로 공급되는 질이좋은 뜨거운 개스를 생성할 수 있다. 이하 설명되는 작동은 주로 CO, H2, CO2와 H2O를 함유하는 뜨거운 개스를 생성하는 인트레인드-베드 타이프(entrained-bed type)개스기에서, 산소, H20와 분쇄된 석탄을 사용하여 전형적인 미국서부의 역청탄을 개스화하는 것에 기준을 두었다.The present invention can produce a good hot gas that is fed to the reduction furnace without cooling the gas below the temperature. The operation described below is carried out with oxygen, H 2 0 and pulverized coal, in an entrained-bed type gaseous machine which produces a hot gas containing mainly CO, H 2 , CO 2 and H 2 O. Is based on gasification of a typical American western bituminous coal.

상기 개스에서 개스화시키는 온도는 대개 1400℃이다. 상기온도에서 석탄재는 액체가 되고, 식혀진물은 개스기의 바닥에서 스래그(slag)로서 제거된다.The temperature to gasify in the gas is usually 1400 ° C. At this temperature the coal ash becomes a liquid and the chilled water is removed as slag at the bottom of the gas.

본 발명의 특별한 예로서 도면을 참고하면, 10정도이 뜨거운 환원개스는 815℃정도이며 개스입구(21)를 통하여 환원로(10)로 공급된다.Referring to the drawings as a special example of the present invention, the reducing gas is about 10 ℃ 815 ℃ and is supplied to the reduction furnace 10 through the gas inlet (21).

상기 뜨거운 개스는 로안에서 장입물 사이로 분배되고, 하강하는 산화철의 장입물에 대해 윗쪽으로 올라간다. 개스중이 CO와 H2는 공지된 환원반응에 의하여 산화철과 반응하여 CO2와 H2O와 금속철을 생성한다.The hot gas is distributed between the charges in the furnace and rises upward against the charge of the descending iron oxide. CO and H 2 in the gas react with iron oxide by a known reduction reaction to produce CO 2 , H 2 O and metal iron.

산화철이 금속철로 환원할 때 화학적인 열역학법칙 때문에, 단지일부분의 내부 환원제(CO+H2) 만이 환원반응을 정지시키기 위하여 생성된 산화제 (CO2와 H20)에 앞서 반응될 수 있다. 상기 열역학 형태는 오프테이크 파이프(26)로 로를 떠나는 1.5 정도되는 사용된 환원개스에 기인한다, 개스 쿨러-스쿠러버(50)에서 많은 수증기는 응축되고 2.0정도 되는 톱개스의 냉각에 의해 개스중에서 제거된다.When iron oxide is reduced to metal iron, due to chemical thermodynamic laws, only a portion of the internal reducing agent (CO + H 2 ) can be reacted prior to the oxidants (CO 2 and H 2 0) produced to stop the reduction reaction. The thermodynamic form is due to about 1.5 used reducing gas leaving the furnace to offtake pipe 26. In the gas cooler-scuba rubber 50, much water vapor is condensed and cooled in the gas by top gas cooling of 2.0. Removed.

상기 2.0 정도되는 개스는 연소에 좋은 연료이며, 철을 직접환원 하기에는 환원능력을 갖지 못한 중성개스이다. 2,0 정도되는 톱개스의 소량은 개스가열기(90)의 버너(94)의 연료로 쓰인다.The gas of about 2.0 is a good fuel for combustion, and is a neutral gas having no reducing ability to directly reduce iron. A small amount of top gas of about 2,0 is used as fuel for the burner 94 of the gas heater 90.

상기 개스의 또다른 일부를 배기파이프(52)를 통해 시스템에서 배기된다.Another portion of the gas is exhausted from the system through exhaust pipe 52.

상기 배기된 개스는 CO2제거장치(58)를 작동시키는데 필요한 증기를 만들기 위해 도시되지 않은 보일러의 연료로 공급된다.The exhausted gas is supplied to fuel in a boiler, not shown, to produce the steam needed to operate the CO 2 removal device 58.

상기 톱개스의 대부분은, 파이프(64)를 통해 CO2제거장치를 떠나는 환원제가 풍부한 개스에 기인하여 대부분의 CO2가 제거되는 CO2제거장치(58)를 통해 통과하며 재순환된다. 23 정도로 높은 상기 환원제가 풍부한 개스는 네가지 용도로 쓰인다.Most of the top gas is recycled as it passes through the CO 2 removal device 58 where most of the CO 2 is removed due to the reducing agent rich gas leaving the CO 2 removal device through the pipe 64. The reducing agent-rich gas, as high as 23, serves four purposes.

파이프(46)를 통해 석탄개스기(40)를 떠나는 뜨거운 개스기의 개스는 1370℃이며 6.5정도이다.The hot gaseous gas leaving the coal gaseous 40 through the pipe 46 is 1370 ° C. and is about 6.5.

반응이 안된 석탄목탄과 에쉬 캐리오우버(ash carryover)의 물방울과 석탄에 있는 황에서 나온 H2S와 COS를 함유하는 상기 개스는 뜨거운 개스기개스에서 파이프를 통해 이동될 수 있도록 재물방을 고체화 하기 위해, 또한 환원제가 풍부한 개스의 조절스트림(66)은 개스입구 파이프(68)의 탈황기(70)에서 혼합물 온도를 950℃로 유지하기위해 뜨거운 개스와 혼합된다. 상기 환원제가 풍부한 차거운 개스와의 혼합에 의한 조절에 의하여 혼합개스는 개스입구 파이프(68)에서 9.0정도가 된다. 특별한 석회석은 탈황기(70)에 공급된다.The gas, which contains H 2 S and COS from sulfur from coal and water droplets from unreacted coal charcoal and ash carryover, solidifies the material room so that it can be transported through a pipe in hot gas gas. To this end, the control stream 66 of the gas, which is also rich in reducing agent, is mixed with the hot gas to maintain the mixture temperature at 950 ° C. in the desulfurizer 70 of the gas inlet pipe 68. The mixing gas is adjusted to about 9.0 in the gas inlet pipe 68 by controlling by mixing with the cold gas rich in the reducing agent. Special limestone is supplied to the desulfurizer 70.

상기 입자 크기는 장입물이 양호한 개스 투과율을 갖기위해 3∼20㎜정도이다. 탈황기(70)에 공급되는 상기 뜨거운 개스의 통과율른 탈황기에 공급되는 차거운 석회석의 통과율보다 매우 높다. 상기 원인은 스토크라인(78) 아래에서 석회석의 개스온도가 급상승됨에 기인한다. 또한 상기한 것은 H2S와 COS와 개스기 개스로부터 상기 구성물이 제거된 것과 반응하기위한 석회(CaO)를 연소시키시 위해, 석회석이 빨리 구워져서 생석회가 되게한다. 따라서 연소된 석회석 대시네 공급될 것이며,상기한 것은 비경제적이다.The particle size is on the order of 3 to 20 mm in order for the charge to have a good gas transmission. The rate of passage of the hot gas supplied to the desulfurizer 70 is much higher than that of the cold limestone supplied to the desulfurizer. The cause is due to the sudden rise in the gas temperature of the limestone under the stoke line 78. The above also allows the limestone to be quickly baked into quicklime to burn lime (CaO) to react with the removal of the constituents from H 2 S and COS and gaseous gas. Therefore, burned limestone dashes will be supplied, which is uneconomical.

상기 뜨거운 개스기 개스는 H2S와 COS를 석회와 공지된 방법으로 반응시키기위해, 탈황기(70)로 공급하기에 앞서 환원제가 풍부한 차거운 개스에 의해 950℃로 조절된다.The hot gaseous gas is adjusted to 950 ° C. by a cold gas rich in reducing agent prior to feeding to the desulfurizer 70 in order to react H 2 S and COS with lime in a known manner.

H2S+CaO=CaS+H2O COS+CaO=CaS+CO2 H 2 S + CaO = CaS + H 2 O COS + CaO = CaS + CO 2

양질(良質)의 환원제가 풍부한 개스의 조절에 의해 뜨거운 개스에서 산화제(CO2+H2O) 용량을 낮추는 것은 또한 H2S와 COS 제거를 돕는다. 특별한 석탄을 고르기 위한 뜨거운 개스기 개스의 유황의 용량은 H2S와 COS를 더한 것의 백만 체적당 (ppmv) 약 3900 부분이다.Lowering the oxidant (CO 2 + H 2 O) capacity in hot gases by controlling the gas rich in good reducing agent also helps to remove H 2 S and COS. The capacity of hot gaseous sulfur to select special coal is about 3900 parts per million (ppmv) of H 2 S plus COS.

조절후 950℃의 반응온도와 CO2+H2O 용량의 낮춤에 의하여, 탈황기를 떠나는 개스의 황용량은 약 120ppmv이다.By adjusting the reaction temperature of 950 ° C. and lowering the CO 2 + H 2 O capacity after the adjustment, the sulfur capacity of the gas leaving the desulfurizer is about 120 ppmv.

상기 수준의 유황은 철의 직접환원에서 얻을 수 있는 최대량의 이하이고, 파이프(100)(102)에서 유황이 유리된 뜨거운 혹은 찬 환원개스의 혼합에 의해 더욱더 감소한다. 석회석의 양은 석탄에 함유된 유황의 양에 의해 결정된다. 석회와 유황의 반응에 의하여 탈황기에서 형성되는 CO2+H2O의 양은 총 개스량의 극히 미소부분이고, 출구(80)로 탈황기를 떠나는 개스의 질에 거의 영향을 끼치지 않는다. 또한 석회를 연소시키기 위하여 석회석이 생석회로됨에 의하여 탈황기에서 나온 CO2는 개스의 질에 거의영향을 끼치지 않는다. CO2+H2O 개스의 미소첨가는 후술하기 도표에 표시되어있다. 탈황기(70)에서 반응영역을 떠나는 뜨거운 장입물은 분배부(88)의 개스를 냉각하기위해, 파이프(86)를 통한 환원제가 풍부한 개스의 비교적 작은 스트림의 공급에 의하여 방출되기전에 냉각된다.This level of sulfur is below the maximum that can be obtained in the direct reduction of iron and is further reduced by the mixing of hot or cold reducing gas with sulfur liberated in pipes 100 and 102. The amount of limestone is determined by the amount of sulfur contained in the coal. The amount of CO 2 + H 2 O formed in the desulfurizer by the reaction of lime and sulfur is an extremely small part of the total gas amount and has little effect on the quality of the gas leaving the desulfurizer to the outlet 80. In addition, CO 2 from the desulfurizer has little effect on the quality of the gas because limestone is calcined to burn lime. The microaddition of CO 2 + H 2 O gas is shown in the table below. The hot charge leaving the reaction zone in the desulfurizer 70 is cooled before being discharged by the supply of a relatively small stream of reducing agent-rich gas through the pipe 86 to cool the gas in the distribution 88.

상기 양질의 냉각개스는 윗쪽으로 흐르고, 냉각영역에서 하강하는 뜨거운 장입물에 의해 미리 예열된 후에 입구(76)로부터 들어오는 개스에 의하여 반응영역의 중앙을 향하여 흐른다. 파이프(64)를 통해 CO2제거장치(58)를 떠나는 환원제가 풍부한 개스의 일부는 파이프(99)를 통해 개스가열기(90)로 공급된다. 여러개의 히트 레지스탄드 얼로이 히팅튜브(heat resistant alloy heationg tubes)(92)를 포함하는 가열기에서, 상기 개스는 대부분의 산화철 공급물질을 직접환원하기에 적당한 온도인 815℃정도로 가열된다.The high quality cooling gas flows upward and is preheated by the hot charge descending in the cooling zone and then flows towards the center of the reaction zone by the gas coming from the inlet 76. A portion of the reducing agent rich gas that leaves the CO 2 removal device 58 through the pipe 64 is fed to the gas heater 90 through the pipe 99. In a heater including several heat resistant alloy heationg tubes 92, the gas is heated to around 815 ° C, a temperature suitable for direct reduction of most iron oxide feed material.

상기온도는 760∼900℃ 정도이면 가능하다. 실시예에서 개스출구(80)를 통해 탈황기(70)를 떠나는 상기 개스는 석회를 연소시키기위해 석회석이 생석회가 되고, 들어오는 차가운 석회석이 가열된 후에는 915℃ 정도가 된다.The temperature can be about 760-900 degreeC. In the embodiment, the gas leaving the desulfurizer 70 through the gas outlet 80 becomes limestone to burn lime, and is about 915 ° C. after the incoming cold limestone is heated.

상기 915℃ 정도되는 개스는 파이프(102)를 통해 공급되는 환원제가 풍부한 조절개스의 일부와의 혼합에 의해 815℃ 정도로 냉각된다.The gas at about 915 ° C. is cooled to about 815 ° C. by mixing with a portion of the reducing gas rich in reducing agent supplied through pipe 102.

파이프(102)를 통한 환원제가 풍부한 개스의 첨가는, 환원개스입구(21)에서 약 815℃ 정도로 환원개스 혼합물의 온도를 유지시키기 위해 815℃ 보다 낮은 온도로 가열기(80)에서 환원제가 풍부한 개스를 가열함으로서 상기과정을 생략할 수도 있다. 파이프(102)를 통한 조절개스의 첨가는 환원개스 입구(21)를 통해 공급되는 뜨거운 환원개스의 온도조절을 용이하게 한다. 첨부한 도표는 본 발명에 따른 비교실험을 한 결과이다.The addition of the reducing agent rich gas through the pipe 102 causes the reducing agent rich gas to be heated in the heater 80 to a temperature lower than 815 ° C. in order to maintain the temperature of the reducing gas mixture at about 815 ° C. at the reducing gas inlet 21. The above process may be omitted by heating. The addition of the regulating gas through the pipe 102 facilitates the temperature control of the hot reducing gas supplied through the reducing gas inlet 21. The accompanying chart shows the results of the comparative experiment according to the present invention.

모든 도표는 92%의 금속화와 1.5%의 탄소용량을 갖는 것을 기준으로 직접 환원되어 생성된 철의 메트릭톤을 기준으로 하였다. 도표 1은 도면에 지적한 위치에서의 개스통과율과 개스의 질(gas quality)(산화제에 대한 환원제)을 표시한다.All plots are based on metric tons of iron produced by direct reduction based on metallization of 92% and carbon capacity of 1.5%. Table 1 displays the gas passage rate and gas quality (reducing agent for oxidant) at the locations indicated in the figure.

[도표 1][Figure 1]

Figure kpo00001
Figure kpo00001

출구(26)의 사용된 개스스트림은 1.5% 탄소가 환원개스와 CO의 반응에 의하여 직접환원되는 철에 첨가되기 때문에 입구(21)의 환원개스의 스트림보다 낮다.The used gas stream at outlet 26 is lower than the stream of reducing gas at inlet 21 because 1.5% carbon is added to iron which is directly reduced by the reaction of reducing gas and CO.

도표 2는 석탄개스기(40)에 필요한 연료를 표시한다.Table 2 shows the fuel required for coal gas 40.

[도표 2][Table 2]

Figure kpo00002
Figure kpo00002

도표 3은 탈황기(70)에 필요한 연료와 나가는 양을 표시한다.Table 3 displays the fuel and outgoing quantities required for the desulfurizer 70.

[도표 3][Chart 3]

Figure kpo00003
Figure kpo00003

도표 4는 본 발명에 필요한 에너지를 표시한다.Table 4 displays the energy required for the present invention.

[도표 4][Table 4]

Figure kpo00004
Figure kpo00004

도표 5는 지적한 위치에서의 개스온도를 표시한다.Table 5 displays the gas temperatures at the indicated locations.

[도표 5][Table 5]

Figure kpo00005
Figure kpo00005

도표 6은 지적한 위치에서 개스분석표를 표시한다.Table 6 displays the gas analysis table at the locations indicated.

[도표 6][Table 6]

Figure kpo00006
Figure kpo00006

실시예에 표시한 파이프(46)를 통과하는 개스기 개스의 스트림은 직접환원되어 생성된 철에 대해 메트릭톤당 931nm3이다. 상기 개스는 CO+H2이고 796nm3인 85.5%의 환원제를 함유한다.The stream of gaseous gas passing through pipe 46 shown in the examples is 931 nm 3 per metric ton for iron produced by direct reduction. The gas contains 85.5% of reducing agent CO + H 2 and 796 nm 3 .

입구 파이프(21)에서 상기 뜨거운 환원개스의 스트림은 CO+H2환원제 1969nm3의 88.6%인 1744nm3이다. 따라서 로(10)에서 직접 환원하는데 필요한 CO+H2의 46%만이 개스기(40)에 의해 공급된다.In the inlet pipe 21 the stream of hot reducing gas is 1744 nm 3 , 88.6% of the CO + H 2 reducing agent 1969 nm 3 . Therefore, only 46% of CO + H 2 required for direct reduction in the furnace 10 is supplied by the gas group 40.

필요한 나머지 54%의 환원개스는 직접환원로에서 나오는 사용된 개스의 재순환에 의해 공급된다.The remaining 54% of the reducing gas required is supplied by recycling the used gas from the direct reduction reactor.

비록 카운터후로우 타이프 샤프트 디설훠라이제가 개스를 탈황하기 위해 사용되지만, 상기 개스탈황은 본 발명의 기본 개념을 떠나지 않더라도 석회입자의 후루이다이즈드 베드(fluidized bed) 같은 샤프트와는 다른 제조장치에서 제조될 수도 있다. 더구나 석회를 변환시키기위해, 탈황제는 산화망간 같은 다른 적당한 유황액샙터를 사용할 수 있다.Although counter-flow type shaft disulfides are used to degas the gas, the gas desulfurization does not depart from the basic concepts of the present invention, but in a manufacturing apparatus other than a shaft, such as a fluidized bed of lime particles. It may also be prepared. Furthermore, to convert lime, desulfurization agents can use other suitable sulfur liquid filters such as manganese oxide.

상술한바에 의하여 직접 환원을 하기 위해 환원제로서 석탄 개스기개스를 사용하여 철을 직접하는 방법은 열효율이 좋고, 유용하고, 실제적인 방법이라는 것을 알 수 있다. 이하 본 발명을 요약하면 다음과 같다. 본 발명은 샤프트 환원로에서 철을 직접환원하는 방법이다.As described above, it can be seen that the method of directly using iron as a reducing agent to directly reduce iron in order to directly reduce the thermal efficiency is good, useful, and practical. The following is a summary of the present invention. The present invention is a method for directly reducing iron in a shaft reduction furnace.

로에서 나온 사용된 개스는 상승개스를 형성하기 위해 CO2와 물의 제거에 의해 환원제로 상승된다.The spent gas from the furnace is raised to the reducing agent by removal of CO 2 and water to form a rising gas.

화석연료는 상승개스의 첫 번째 스트림을 조절하는 뜨거운 개스를 생성하기 위해 개스화된다.Fossil fuels are gasified to produce hot gas that regulates the first stream of rising gas.

상기 혼합물은 뜨거운 탈환된 개스를 생성하기 위해 석회와 함께 반응에 의해 탈황된다.The mixture is desulfurized by reaction with lime to produce hot degassed gas.

상승 개스의 두 번재 스트림은 뜨거운 환원개스를 생성하기 위해 뜨거운 탈황된 개스와 함께 가열되고 혼합된다.The second stream of rising gas is heated and mixed with the hot desulfurized gas to produce a hot reducing gas.

Claims (1)

환원제가 풍부한 개스를 만들기 위해 사용된 환원개스로부터 일정량의 CO2를 제거하고, 뜨거운 개스기개스를 만들기 위해 화석연료를 개스로하며, 뜨거운 개스 혼합물은 만들기 위해 상기 첫 번재 스트림의 환원제가 풍부한 개스를 가진 뜨거운 개스기개스를 조절하고, 뜨거운 탈황된 개스를 만들기 위해 유황액셉터를 가지고 뜨거운 반응 혼합물을 만들며, 환원제가 풍부한 두 번째 스트림을 가열하고, 로에 공급하기 위해 760∼900℃의 온도로서 적어도 개스혼합물의 산화제에 대한 환원제의 비가 8인 환원개스를 형성하기 위하여 뜨거운 탈황된 개스를 가진 상기 가열된 환원제가 풍부한 개스의 두 번째 스트림과 혼합하며, 뜨거운 환원개스는 CO2를 함유하는 사용된 환원개스를 형성하며 금속화된 철 생성물에서 산화철을 환원하기 위해 로에 공급되는 특징을 가진 직접 환원로에서 산화철을 급환원하는 방법.Remove a certain amount of CO 2 from the reducing gas used to make the reducing agent-rich gas, fossil fuel to make the hot gas gas, and the hot gas mixture to reduce the reducing agent-rich gas of the first stream. To control the hot gaseous gas, to produce a hot reaction mixture with a sulfur acceptor to make hot desulphurized gas, to heat a second stream rich in reducing agent, and to at least gas at a temperature of 760-900 ° C. to feed the furnace. Mixing with a second stream of said heated reducing agent-rich gas with hot desulfurized gas to form a reducing gas having a ratio of reducing agent to oxidant of the mixture of 8, the hot reducing gas used CO 2 containing reduced gas Is fed to the furnace to reduce iron oxides in the metalized iron product. Emergency how you want the iron in a direct reduction with features.
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