KR900006603B1 - 산화철 함유 물질의 직접 환원법 - Google Patents

산화철 함유 물질의 직접 환원법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

산화철 함유 물질의 직접 환원법
도면은 본 발명의 방법에 이용하는 플랜트의 도식적 공정도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 가스화장치 12 : 슬래그욕
13 : 출탕구 15 : 냉각기
16 : 분진분리장치 18 : 직접환원고로
19 : 냉각건조기 24 : 분진 스크라빙 플랜트
28,38 : 압축기 29 : 가열기
31 : 분기관 39 : 현탁용기
본 발명은 산화철 항유 물질의 직접 환원법, 보다 상세하게는 황수용체를 첨가하여 유동층 내에서 탄소를 산소와, 원한다면, 수증기와 반응시킴으로써 가스화장치에서 제조되는 가스화가스에 의해, 산화철 항유 물질을 직접 환원시킬 때에, 가스화가스와 함께 운반되는 고체 입자를 분리한 후에 가스화가스를 직접 환원고로에 공급하고, 직접 환원고로로부터 배출된 노정가스의 적어도 일부를, 분진을 스크라빙(scrubbing)한 후에, 압축시켜, 이 가스를 가스화장치에 재순환시킴에 의해 이루어지는, 환원가스에 의한 산화철 항유 물질의 직접 환원법에 관한 것이다.
이 형의 방법은 미국특허 제4,260,412호에 기재되어 있고, 아주 작은 입력, 바람직하게는 10mm보다 작은 입경으로 분쇄한 석탄을 가스화장치내에서 수증기 및 산소와, 유동충의 형성하에 반응시키고 있다. 반응온도는 슬래그의 용융온도 아래이고, 슬래그 또는 회분 입자는 유동층으로부터 응집고체 입자형으로 낙하하기 때문에, 복잡한 배출시스템에 의하여 반응 용기로부터 제거되야 한다. 또한, 원하는 회분 콘시스턴스(ash consistency)를 유지하기 위하여 아주 정확한 온도 조절이 필요하다.
환원고로에서 생성된 노정가스는, 분진이 스크라빙 되고, 냉각되고, 탈신플랜트에서 CO2,H2S 등의 산성가스가 분리된 후에, 적어도 부분적으로 가스화장치내로 재순환되고, 탈산가스는 폐기된다. 탈산원 노정가스의 다른 부분은 재가열 후에 직접 환원고로로 재순환된다.
노정 가스로부터 CO2를 제거함에 의해, 이 방법의 총열량 수지는 악영향을 받는다. 그 이유는 환원에 이용되지 않았던 석탄 및 산소가 각각 새로이 가스화장치에 공급되어야만 하기 때문이다. 또한, 증기, 기타의 열에너지원 등이 산성가스 제거장치에서의 세정액의 재생에 필요하다.
본 발명은 전술한 결점, 난점 등을 회피함을 목적으로 하고, 공급된 석탄 및 산소를 더 좋은 방법으로 이용하고, 고온에서 조작 가능한 전술한 타이프의 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다
또한 본 발명의 목적은 석탄을 특별할 입경으로 분쇄할 필요가 없고 미세한 입자와 조대한 입자의 2가지의 입상물부분, 즉 현실적으로 공급된 대로 이용할 수 있다는 점에서 충분한 경제적 이점을 갖는 방법을 제공하는데 있다.
이들의 목적은, 전술된 타이프 공정에 본 발명의 환원법을 이용함에 의하여 달성된다. 본 발명은 황수용체를, 원한다면 플럭스와 함께, 석탄으로부터 분리된 미립자로서 유동층 형성 가스와 병렬흐름 및/또는 대항 흐름으로 제공하는 단계, CO2농도가 15-30%이고, 온도가 80-800℃인, 환원고로로부터 얻어진 노정가스를 가스화장치의 벽을 통하여 횡방향으로 적어도 1150℃의 온도에 유지한 유동층 구역으로 재순환 하는 단계, 가스화장치 전체가 나타내는 온도를 갖는 용융 상태의, 모여서 욕을 형성하는 회분 및 황화합물을 함유하는 슬래그를 가스화장치의 하부부근에 설치된 출탕구를 통하여 제거하는 단계 및 가스학가스로부터 분리된 고체입자를 입력 3mm까지의 석탄 분진과 혼합하여, 이 혼합물을 가스화장치의 하부구역에 있는 슬래그욕의 표면위로 재순환하는 단계를 특징으로 하는 산화물 항유 물질의 직접환원법이다.
공지의 방법에 의하면, 입상의 황수용체는 석탄과 함께 가스화장치의 하부구역내로 도입된다 이러한 타이프의 도입에 의하면, 황은 생성된 가스화가스로부터 충분히 효과적으로는 제거되지 못한다. 황수용체로서, 예를 들면 석회석, 소석희, 석회수화물, 및 돌로마이트 등을 이용할 수 있다. 슬래그욕 형성의 양, 조성 및 컨시스던시 등을 제어하기 위한 부가적인 플럭스로서, 예를 들면 모래 및 형석을 가할 수 있다.
본 발명의 방법에 의하면,50ppm 이하의 황농도를 가지고,
식 :
Figure kpo00001
으로 표시된 환원율이 15-30인 가스화가스가 적어도 950℃의 온도에서 가스화장치로부터 방출된다.
직접 환원고로로부터 얻어진 재순환 노정가스에는 수분 및 CO2가 포함되어 있다. 이산화탄소는 일부 가스화장치중에서 일산화탄소로 변환되고, 수분성분은 가스화가스의 수소부분의 증가를 일으킨다. 따라서, 산소공급을 감소시킬 수 있다.
가스화가스의 제조에 사용되는 석탄부분은 3-25mm의 입경을 가지고, 가스화장치의 정상부를 통해 도입되는 것이 바람직하다. 가스화장치내 전체가 고온이기 때문에, 조대한 석탄입자가 순간적으로 파열된다. 이렇게 하여 얻어진 석탄입자의 입경 때문에 석탄 유동층 안으로의 그 혼입이 가능하게 된다.
본 발명의 방법의 유리한 구현예에 의하면, 탈분진되고, 압축된 노정가스를 냉각 건조기로 통과시킨 후,가스화가스에 가함으로써 일산화탄소. 이산화탄소의 비를 조절하고, 그 결과 얻어진 환원가스의 온도를750-1000℃의 범위로 조절할 수 있다. 이 환원가스는 환원고로내에 도입된다.
이 방법으로 환원가스의 온도 및 CO : CO2의 비율을 조절함에 의해, 환원조건을, 괴광석, 폘릿 또는 소결광 등과 같은 직접 환원고로에 공급되는 산화철 함유 물질에 따라 용이하게 적합시키고, 또한 생성되는 직접 환원철(DRI)의 탄소함량을 제어할 수 있다.
노정가스는 가스화가스에, 특히 1% 이하의 수분함량으로 가해진다.
본 발명의 방법으로 얻어진 고도의 금속화원 생성물은 90-98%의 금속함유율을 가지며, 그 황함량을 불과 0.03-0.05%의 범위로, 그 탄소항량을 약 1.0-3.0%의 범위내로 조절할 수 있다. 이 생성물을 제강용의 전기 아크로 또는 플라즈마로의 층전물로서 아주 적합하다.
재순환 노정가스는 가스화장치내에 도입하기 전에, 탈분진된 노정가스의 다른 일부의 양을 연소시켜, 바람직하다면 500-700℃의 온도로 예열하는 것이 바람직하다.
또한 재순환되고, 탈분진되고 압축된 노정가스 부분을 예열하지 않고 가스화장치에 공급할 수도 있다. 이경우, 노정가스의 온도는, 특히 압축의 정도에 따라, 약 80-200℃의 범위이다. 가스화장치의 압력을 2.5-5.5 바아의 범위에서 조절된다. 고로에 있어서, 압력은 2-5바아 이지만, 가스화장치내 전체의 압력은, 물론 고로의 압력보다도 아주 높고, 즉 적어도 0.3바아 높아야 한다.
생성된 노정가스 전체의 30-50%를 가스화장치에 재순환시키는 것이 유리하다.
전술한 바와 같이, 다시 일부를 이용하여 재순환 노정가스를 예열하는 것도 가능하고, 있을 수 있는 잔류하는 량만이 과잉한 가스로서 환원 플랜트로부터 방출된다.
본 발명의 방법의 다른 유리한 구현예에 의하면, 황수용체를, 원한다면. 플럭스와 함께 가스화장치의 2이상의 지점으로 동시에 공급한다. 공급지점은 가스화장치의 정상부 및 하부의 쌍방, 바람직하다면 슬래그욕표면의 직상으로 할 수 있다. 바람직하다면, 0.1mm 이하의 입경으로 분쇄된 미립자 황수용체는, 충전된석탄과 무관하게 운반가스에 의해 취입되기 때문에, 유동층의 탄소입자 및 가스화장치의 정상부에서 생성원가스화가스의 쌍방과 긴밀히 접촉한다. 달성 가능한 탈황화 정도는 공지의 방법과 비교하여 크게 개선되었다. 따라서, 전술한 대략 0.03-0.05% 정도의 특이한 저황 함량이 금속화 생성물(DRI)중에서 달성되어,이 생성물은 다시 탈황처리를 하지 않고 고품질의 철제조에 직접 사용될 수 있다.
가스화가스로부터 분리된 고체 입자는, 바람직하게는 가스화장치내로 재순환하기 전, 즉 석탄 분진과 혼합하기 전 또는 혼합과 동시에 냉각된다. 고체 입자 또는 혼합물의 냉각 후의 온도는 약 60℃이다. 가스화가스로부터 분리된 고체 입자와 석탄 분진의 혼합물은, 압축된 노정가스와 함께 가스화장치내로 취입되는것이 특히 유리하다.
이제는 첨부도면에 제시된 플랜트의 도식적 공정도에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
가스화장치(1)의 정상부중에 괴석탄용 및 플럭스용의 공급관이 삽입되이 있다. 석탄은 저장용기(2)로부터 스크루큰베이어(3)에 의하여 공급되고, 플럭스는 저장용기(5)로부터 스크루큰베이어(6)에 의하여 반송된다.
산소 함유 가스는 관(7)을 통하여 가스화장치의 하부에 공급되고, 비분채 황수용체는 저장 탱크(8)로부터반송가스와 함께 분기관(9,10 및 11)를 통하여 가스화장치(1)의 하부 및 정상부중에 취입된다. 가스화장치에 있어서, 탄소유동층은 적당한 취입가스의 유량에 의해 유지된다. 유동층의 온도는 적어도 1150℃에 유지되고, 이 온도에서 석탄의 비가스화 회분 부분이 용응상태로 되고 황화칼슘 등의 황수용체로 형성된 화합물이 슬래그로 변환된다.
액체슬래그는, 슬래그욕(12)의 형성에 의하여 가스화장치(1)의 하부에 모이고, 출탕구(l3)를 통하여 단속적으로 배출된다. 생성된 가스화가스는 관(14)를 통하여 가스화장치(1)의 정상부로부터 방출되고, 도시된바와 같이, 물을 이용한 열교환기에 의해 간접척으로 냉각기(15)내에서 슬래그의 고화 온도 이하의 온도로냉각된다. 뒤이어, 가스화가스는 적어도 하나의 가열 사이클로 될 수 있는 분진분리장치(16)내로 들어온다.
고체입자를 분리한 가스화가스는 관(17)을 통하여 직집 환원고로(18)에 공급된다. 본 발명의 방법에 의하면 공지의 방법에서 필요한 고로(18)내로의 그 도입전의 재가열은 생략할 수 있다. 분진분리장치(16)의 통과전 후에, 유리하게는 가스화가스를, 고로(18)로부터 재순환된 탈분진, 압축노정가스의 일부와, 혼합하여,얻어지는 환원가스의 온도 및 CO : CO2의 비를 원하는 값으로 조절할 수 있다. 재순환 노정가스는 CO2이외에 수분을 함유하고 있기 때문에, 이 노정가스는 냉각건조기(19)를 통과한 직후에 가스화가스에 가해진다. 도시된 바와 같이, 바람직하게는 1% 이하의 수분을 함유한 비교적 차가운 노정가스를 운반하는 관(20)은 분진분리장치(16) 통과 후의 관(17)중에 삽입되어 있다. 냉각노장가스의 관(14)으로의 공급이, 장치(16)의 통과 전에, 일어난다면, 장치(16)의 온도를 낮게 유지할 수 있지만, 이 장치는, 보다 다량의 가스유량이통과할 수 있도록 설계하여야 한다.
산화철 함유 물질(21)은 고로(18)의 정상부내로 층전되고, 분진비함유 고온환원가스와 역류로 접촉되어 고도로 금속화된 생성물(DRI)(22)을 얻는다. 생성된(DRI)(22)는 공기의 방법에 의해 약 50℃의 저온 또는약 700-800℃의 고온중 어느 하나의 상태로 고로로부터 배출된다. 스크루콘베이어로 배출된 고온 DRI는석탄 분진의 제거 후에, 직접 칠합금 브리케트로 될 수 있다.
부분적으로 산화된 환원가스는 노정가스로서 고로(18)로부터 방출되고, 관(23)을 통하여 분진 스크라빙플랜트(24)에 들어간다. 이 플랜트(24)에는, 특히 유리하게는 냉각기(15)로부터 얻어진 고온의 물(25)이 공급된다. 본 발명의 방법에 의하면, 노정가스는 과도하게는 냉각되지 않기 때문에, 노정가스의 일정 수분 함량은 유지되고, 이것은 또 온도의 조절, 가스화장치(1)의 산소의 절약 및 가스화가스의 수분성분의 증가에 적합하다.
분진의 스쿠라빙 동안에, 노정가스는 약 50-75℃의 온도에 도달하고, 관(26)에 수집된다. 분리된 잔류울(27)은 건조 후, 고로(18)내에 재충전될 수 있다. 탈분진하고, 냉각된 수증기 포화노정가스의 일부는 도시된 바와 같이, 압축기(28) 및 가열기(29)를 거쳐서 바람직하게는 다른 높이의 2이상의 구멍을 구비한 관(30)을 통해, 가스화장치(1)의 측벽을 통해 유동층영역내에 횡으로 들어와 재순환된다.
외부 수중기원으로부터 부가적인 수중기 공급은 회피할 수 있다. 노정가스에 함유된 이산화탄소는 개질장치로서 기능을 하는 가스화장치(1)에서 다시 일산화탄소로 변환된다. 가스화장치(l)의 각각의 지점에서의 노정가스의 재순환은, 변환된 층전석탄량을 증가시키고 석탄 분진의 손실을 적게 유지하는 이점을 갖는다.
노정가스의 재순환부분을 500-700℃ 범위의 바람직한 온도로 예열하는 경우, 이 예열은 가열기(29)에서, 바랍직하게는 분기관(31)(파선으로 표시)을 통과한 탈분진 노정가스의 다른 부분을 공기 등의 산소 함유 가스와 합께 연소함에 의해 행해진다.
아직 노정가스가 얼마간 남아 있는 경우, 이 가스는 과잉의 가스(32)로서 플랜트로부터 방출되어 순환가스에서 불활성 가스 부분이 너무나 높게 되는 것을 방지한다.
분진분리장치(16)에서 가스화가스로부터 분리된 고체입자는, 슬루우스 시스템(sluice system)을 통과한후, 유리하게는, 냉각워엄(34)중에서 선탁분진(35)와 혼합함과 동시에 약 60℃의 온도로 냉각된다. 혼합율(36)은 가스화장치(1)의 하부영역으로 재순환되지만, 도시된 바와 같이 압축기(28)를 통과한 노정가스의 일부가 우회하여 관(37)내에 들어오고, 압축기(38)에서 다시 압축되는 것이 특히 바람직하다. 재가압된 노정가스는 통상은 혼합물(36)과 함께 현탁용기(39)에 들어오고, 여기서 생성된 고체/기체 현탁체는 관(40)을통하여 슬래그욕(12)의 수평면 직상의 가스화장치(1)의 저부영역으로 취입된다. 산소 함유 가스용 관(7), 황수용체용의 관(9) 및 관(40)의 각 구멍을 거의 동일 평면으로, 슬래그욕 표면의 직상에 배열하는 것이 특히 바람직한 것으로 판명되었다. 또, 석탄 분진을 공급하는 본 발명의 방법에 의하여, 배출되는 석탄의 미립자부분의 양이 현저히 감소되었다.
또, 산소 함유 가스를 자켓노즐의 중심으로 공급할 수 있고, 분리고체입자 및 석탄 분진의 현탁체를 이러한 노즐에 자켓유체로서 공급할 수 있다. 전술한 각 매체용의 관은, 다기관이어도 되며, 그들의 마우스(mouth)는 가스화장치(1)의 주변상에 대칭적으로 배치되도록 설게할 수 있다.

Claims (9)

  1. 황수용체를 첨가하여 유동층내에서 탄소를 산소와, 원한다면 수증기와 반응시켜 가스화장치(1)에서 제조된 가스화가스에 의해 산화칠 함유 물질을 직접 환원할매, 가스화가스를. 상기 가스와 함께 운반되는 고체입자의 분리 후에 직접 환원고로(18)에 공급하고, 직접 환원고로로부터 희수된 노정가스의 적어도 일부를, 석탄 분진을 스쿠루빙한 후에 압축하여, 상기의 가스를 가스화장치(1)에 재순환하는 방법에 있어서, 황수용체를 원한다면 플럭스와 함께, 석탄과 분리된 미립자로서 유동충 형성가스와 나란한 흐름 및/또는 유동충 형성가스와 대항하는 흐름으로 제공하는 단계, CO2농도가 15-30%이고, 온도가 80-800℃인 환원고로(18)로부터 얻어진 노정가스를 가스화장치(1)의 벽을 통하여 횡방항으로 적어도 1150℃의 온도에 유지한 유동층 영역으로 재순환하는 단계, 가스화장치의 전체에 걸쳐 있는 온도를 갓는 용융 상태의, 모여서 욕(12)의 형성하는 회분 및 황화합물 함유 슬래그를 가스화장치(1)의 하부 부근에 설치한 츨탕구(13)를 통하여 제거하는 단계, 및 가스화가스로부터 분리된 고체입자를 입경 3mm까지의 식탄 분진과 혼합하고, 상기 혼합물을 가스화장치(1)의 하부 영역에 있는 슬래그욕(12)의 표면상으로 재순흰하는 단켸를 특징으로 하는 산화질 합유 물질의 직접 환원법.
  2. 제1항에 있어서, 가스화가스의 제법에 사용하는 석탄부분이 3-25mm의 입경을 가지고, 상기의 석탄부분을 가스화장치(1)의 정상부를 통하여 도입하는 것을 특징으로 하는 산화필 함유 물질의 직첩 환원법.
  3. 제1항에 있어서, 탈분진하고, 압축한노정가스의 일부를, 냉각건조기(19)를 통과시킨후에, 가스화가스에 가함에 의해 일산화탄소:이산화탄소의 비율을 조절하여, 얻어진 환원가스의 온도를 750-1000℃ 범위로 조절하여, 이 환원가스를 환원고로(18)내에 도입하는 것을 특징으로 하는 산화칠 함유 물질의 직접 환원법.
  4. 제3항에 있어서, 수분함량 1% 이하의 노정가스를 가스화가스에 가하는 것을 특징으로 하는 산화철함유 물질의 직접 환원법.
  5. 제1항에 있어서, 재순환 노정가스를 가스화장치(1)내에 도입하기 전에, 탈분진한 노정가스의 다른 부분을 연소시킴으로써 노정가스를 500-700℃의 온도로 예열하는 것을 특징으로 하는 산화필 함유 물질의 직접 환원법.
  6. 제1 또는 5항중 어느 한 항에 있어서, 생성된 전체 노정가스의 30-50%을 가스화장치(1)내에 재순환하는 것을 특징으로 하는 산화필 함유 물질의 직접 환원법.
  7. 제1항에 있어서, 황수용체를, 원한다면, 플럭스와 함께 가스화장치(1)의 2이상의 지점으로 공급하는것을 특징으로 하는 산화물 함유 물질의 직접 환원법.
  8. 제1항에 있어서, 가스화가스로부터 분리된 고체임자(33)를 가스화장치(1)내에 재순환하기 전에, 적절하게 냉각하는 것을 특징으로 하는 산화물 함유 물질의 직접 환원법.
  9. 제1 또는 8항중 어느 한 항에 있어서, 가스화가스로부터 분리된 고체입자(33) 및 석탄 분진(35)의 혼합을(36)을 압축한 노정가스와 함께 가스화장치(1)에 취입하는 것을 특징으로 하는 산화를 함유 물질의 직접 환원법.
KR1019850005872A 1984-08-16 1985-08-14 산화철 함유 물질의 직접 환원법 KR900006603B1 (ko)

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