KR850001631B1

KR850001631B1 - 해면철의 제조방법

Info

Publication number: KR850001631B1
Application number: KR1019810000884A
Authority: KR
Inventors: 산텐 스벤
Original assignee: 에쓰 케이 에프 스틸 엔지니어링 악티에볼락; 한스 헤트리츠
Priority date: 1981-03-18
Filing date: 1981-03-18
Publication date: 1985-10-31
Also published as: KR850001469A; KR830005380A; KR860000140B1

Abstract

내용 없음.

Description

해면철의 제조방법

본 발명의 실시를 도시한 공정 개략도.

본 발명의 해면철의 제조방법에 관한 것으로서 특히, 본 발명은 산화철을 재순환 가스를 사용하여 축로내에서 연속적으로 환원시켜 해면철 제조에 필요한 환원가스를 제조하는 방법에 관한 것이다. 현재, 석탄은 가장 풍부하고 값싼 에너지원임에도 불구하고 해면철의 제조시 환원제로서 극히 제한된 정도로만 지금까지 사용되어 오고 있다. 이러한 상황은 석탄에 대한 가격과 에너지 함량간의 긴밀한 관계에도 불구하고 지속되고 있다. 종래, 환원제로서 석탄을 사용하는 통상적인 해면철의 제조방법은 다음과 같다.

(1) 경사진 회전로에서 석탄을 환원시킬 광석과 함께 사용하는 회전로법으로써, 이 방법의 난점은 주로 운동에 너지 때문에 비교적 높은 온도, 바람직하게는 1000℃의 온도에서 조작해야할 필요성이 있는 것으로, 이는 반응실내에서 물질이 축적되어 막히는 제반 문제점을 야기시킨다.

(2) 부분 연소를 기준으로한 석탄 가스화 장치가 결합된 축로를 사용하는 방법으로써, 이 방법의 단점은 첫째, 가스화 장치에 대한 매우 높은 시설비와 예외적으로 에너지 소모가 많은 것이다.

(3) 플라즈마 발생기를 사용하여 석탄을 고체형태로 직접 가스화시키는 방법 (참조 : 스웨덴왕국 특허 제73 04 332-5호)으로써, 이 방법의 단점은 석탄의 공급을 매우 정확히 조절해야하며 어떤 등급의 석탄에 대해서는 재(ash)를 취급하는 데 문제점이 있으며, 더우기 생성된 가스는 환원목적에 대해 이상적인것 보다 수소함량이 낮다.

위의 여러 방법에 있어서의 단점 및 제반문제점은 본 발명의 방법에 의하여 거의 해결 및 보완할 수 있다. 즉, 본 발명에 의한 방법은 축로에서 반응 가스를 제거하고 ; 위의 반응가스에서 거의 모든 CO₂및 H₂O를 제거하고 ; 반응가스를 최소한 두흐름부로 나누고 ; 위의 두 흐름부중 한 흐름부를 고체 환원제 및 산화제를 투입시키는 기구 및 플라즈마 버너로 이루어진 가스 발생기로 보낸 다음, 위의 반응 가스를 플라즈마 버너로 가열하고 환원제 및 산화제를 가열된 가스내로 주입시켜 주로 CO₂및 H₂O로 이루어진 중간체 가스혼합물을 형성시키고 ; 위의 중간체 가스 혼합물을 고체 환원제내에 함유된 재가 슬래그를 형성할 수 있는 온도로 유지시키고 ; 형성된 환원가스의 온도가 축로내에서 산화철의 환원에 적합할 수 있는 비율로 중간체가스와 두흐름부중 최소한 나머지의 한흐름부와 혼합시키고 ; 반응가스를 축로의 하부에 주입시킨 다음 축로의 상부로 보내어 축로 내에 포함되어 있는 산화철을 환원시키고 ; 축로에서 환원된 철을 수거함을 특징으로 하며, 축로에서 산화철을 연속적으로 환원시켜 해면철 제조에 필요한 환원가스의 제조방법이다.

상기 방법에 있어서, 환원가스는 주로 CO와 H₂로 이루어져 있으며, 산화철에 향류로 보내지고, 축로에서나오는 반응가스 외에도 고체환원제에 석탄, 바람직하게는 피트 코올(pit coal)에서 생성된 여분의 가스와 같은 재순환 가스로 부터 플라즈마발생기의 도움으로 생성된다. 재순환 가스는 먼저 CO₂및 H₂O로부터 거의 세정되며, 다음에 세정된 가스는 두부분으로 나뉘어 지는데 이중 한부분은 플라즈마 발생기로 보내진다. 환원제는 플라즈마 발생기에서 나오는 뜨거운 가스 흐름내로 물과 함께 주입되어 물이 환원제와 반응함으로써 CO와 H₂와의 혼합물이 형성된다. 생성된 가스의 온도는 고체환원제내에 포함되어 있는 재가 슬래그로 형성될 수 있는 범위내로 유지시킨다. 가스 발생기에서 나오는 뜨거운 CO-H₂혼합물은 최종 가스 혼합물의 온도가 환원 공정에 대해 적합할 수 있는 비율로, 세정된 재순환 가스의 최소한 다른 흐름부와 혼합된다.

본 발명에 있어 한 특징으로는 가스 발생기에서 생성된 가스의 온도를 1300 내지 1500℃의 범위로 조절하는 것이다. 또한 최종 가스 혼합물을 축로의 하부에 공급하기 전에 두번째 흐름부와 혼합시켜 그의 온도를 700 내지 1000℃의 범위내로하는 것이 바람직하다. 본 발명에 있어 또 다른 한특징으로는 재순환 가스를 CO₂의 함량이 바람직하게 2% 이하로 될 때까지 가스 세정기내에서 세정시키는 것이다. 본 발명의 수행 방법을 다음의 도면을 통해 설명하면 다음과 같다.

산화철 덩어리의 환원은 축로 (1)에서 수행된다. 산화철 덩어리는 슬루우스(sluice) 밸브(3)을 통해 축로(1) 내로 공급되어 축로(1)의 하부(4)에서 공급되는 일산화탄소 및 수소가스로 주로 이루어진 뜨거운 환원가스의 향류 흐름에 의해 처리된다. 해면철 제품은 축로(1)의 하부(4)에 있는 출구(5)를 통해 배출되며, 30 내지 50% 정도가 반응한 환원가스는 축로(1)의 상부에 있는 출구(6)을 통해 배출된다.

이렇게하여 축로(1)에서 배출된 가스에는 50 내지 70% 정도의 미반응 CO 및 H₂가 함유되었을 뿐아니라 반응 생성물 CO₂및 H₂O가 함유되어 있다. 이러한 가스에는 아직도 CO 및 H₂의 함유율이 비교적 높기 때문에 재사용할 수 있지만, 환원 가스로서 재사용하기에는 CO₂및 H₂O의 함량을 5% 이하로 줄여야 한다. 이는 가스를 세정기(7)로 보냄으로써 달성할 수 있다. (CO₂/H₂O 세정). 가스가 이러한 세정기를 통과할시 반응 생성물 CO₂및 H₂O가 재거되며, 또한 실제 세정시 가스의양이 균형을 이루어 가스가 발화되는 것을 피할 수 있다. 또한 세정기(7)에는 활성물질로서 모노 에탄올 아민을 함유시킬 수 있으며, 가스내 CO₂함량은 세정기를 통과할시 2% 이하로 적절히 감소시킬 수 있다.

가스가 세정기(7)을 통과한 다음에는 압축기(8)로 들어가 그 압력이 공정수행에 필요한 정도로 증가되어 적어도 두흐름부(9, 10)으로 나뉜다. 흐름부(9)는 그의 온도가 실온이며, 가스 발생기(11)로 들어가게 되는데 여기서는 고체환원제, 바람직하게는 석탄 및 물로 부터 여분의 가스가 발생된다. 가스흐름(9)는 가스 발생기(11)에서 플라즈마 가스로서 사용되며, 가스 발생 공정시 필요한 양의 에너지는 플라즈마 버너(12)에 의해 공급된다. 에너지원의 대부분 즉 석탄가루는 산화제, 바람직하게는 물로 처리하여 젯트(13)을 통해 가스 발생기(11)로 공급하는데 석탄 가루와 산화제가 반응하여 CO 및 H₂를 형성할 수 있도록 플라즈마 버너(12)에서 나오는 뜨거운 가스 흐름내로 침투된다. 반응이 충분히 일어나도록 하기 위해서는 석탄가루의 입자 크기가 20 메쉬. 바람직하게는 100 메쉬인 것이 좋다.

가스 발생기(11) 내로 에너지를 공급할 때는 석탄가루내에 존재하는 재가 가스 발생기(11)의 하부에서 액체 또는 고체 형태로 제거될 수 있는 슬래그(14)를 용융시킬 수 있도록 공급량을 조절한다. 한편 재가 존재하기 때문에 온도범위는 1300 내지 1500℃로 선택함이 바람직하다. 장치내에서 발생하는 환원가스는 CO 및 H₂를 함유하고 있음을 제외하고 석탄내에 포함된 황을 함유할 수 있다. 그러므로 이러한 중간체 가스 혼합물은 황 함유량을 해면철의 제조에 적합한 수준으로 바람직하게는 75ppm 이하로 감소시키는 황 여과기(15)에 통과 시킨다. 황 여과기(15)에서 나오는 가스는 실질적으로 그 온도가 해면철의 제조에 필요한 온도보다 높기 때문에, 흐름부(10)에서 냉각, 세정된 적당한 비율의 가스와 혼합시켜 온도를 제조에 적당한 온도, 즉 750 내지 1000℃, 바람직하게는 825℃로 조절한다.

실질적인 기술상의 장점은 본 발명에 따른 방법을 이용함으로써 얻어진다. 이점에 관해서, 가스 발생은 재가 취급하기 쉽고 공정의 중단을 야기함이 없이 꺼낼 수 있는 슬래그를 형성할 수 있는 온도에서 일어날 수 있다. 환원가스 내의 수소함량은 물을 가스 발생기에 계속 주입시킴으로써 환원 공정에 적절한 양으로 조절할 수 있다. 또한, 증가된 온도에서 세정과 가스 발생의 조합은 시스템내 가스의 양을 균형있게 하고 환원온도를 조절할 수 있는 높은 가능성을 제공한다. 동시에, 에너지 효율은 플라즈마 발생기에 의해 공급된 에너지가 공정중에 거의 완전히 사용되기 때문에 만족할 만하다(즉, 시스템에서 열을 제거하는 것보다 냉각된 재순환 환원가스를 가하여 온도 조절을 수행한다).

시험척도의 실험에서 제조된 해면철 1톤당 소비가는 다음과 같다 : 전기 에너지 : 820Kwh, 석탄 분말 : 172kg, 또한, 본 발명에 따른 공정은 조절하기에 매우 간단하다. 전체공정을 더용 간단하고 더욱 효율있게 조절하는 것은 석탄가루와 가해진 물을 정확한 비율, 바람직하게는 화학양론적비율로 예비혼합시킴으로써, 플라즈마 가스의 발생으로 달성할 수 있다. 석탄가루와 물의 이러한 예비혼합으로 인하여, 석탄-물 에멀젼의 형태로 혼합물을 쉽게 주입시킬 수 있다.

슬래그층내 고체환원제로 부터 재를 결합시킬시 난점이 있으면, 슬래그의 특성(즉, 융점, 황흡수 등)에 영향을 미치는 알칼리 금속 및 초오크와 같은 첨가제를 사용 할수 있다. 이러한 첨가제는 고체 환원제와 함께 혼합시키는 것이 바람직하다. 한편, 적절한 겔 형성제를 가하여 석탄-물 혼합물을 안정화시킬 수 있으며, 산소는 물 대신에 산소가스의 형태로 가스 발생기(11)에 공급할 수 있다.

Claims

철 산화물을 연속적으로 환원하여 해면철을 제조하기 위한 것으로서, 축로(1)의 상부에서 반응 가스를 제거하는 단계와, 상기 반응 가스에서 거의 모든 CO₂및 H₂O를 제거하는 단계와, 반응 가스가 두개의 흐름부(9, 10)로 나누어지는 단계와, 고체환원제 및 산화제를 주입 시키는 수단(13) 및 플라즈마바너(12)를 구성하고 있는 가스 발생기(11)로 상기 두 흐름부(9, 10)중 어느 한 흐름부가 흐르게 하여 플라즈마버너로써 상기 흐름부의 반응 가스를 가열하는 동시에 환원제 및 산화제로서 각각 석탄분과 물 및/또는 산소 가스를 가열된 반응 가스에 분사시킴으로써 주로 CO 및 H₂로 구성되는 중간체 가스 혼합물을 형성시키는 단계와, 고체 환원제 내에 함유된 회분이 슬래그(14)를 형성할 수 있도록 상기 중간체 가스 혼합물을 약 1300 내지 1500℃의 온도로 유지 시키는 단계와, 상기 중간체 가스 혼합물이 황여과기(15)를 통과하는 단계와, 최종 환원 가스의 온도가 축로(1) 내에서 산화철을 환원 시키기에 적합 하도록 상기 두 흐름부(9, 10)중 나머지 한흐름부의 반응 가스와 중간체 가스 혼합물을 혼합 시키는 단계와, 상기 환원 가스를 축로(1)의 하부로 주입하여 주입된 환원 가스가 축로의 내부에서 상방으로 흐르도록 함으로써 축로내의 산화철(2)이 환원되는 단계 및 축로(1)에서 상기 환원된 철을 제거하는 단계가 연속적으로 반복하는 것을 특징으로 하는 해면철의 제조방법.