KR960000009B1 - 환원용광로의 폐가스에서 황을 제거하는 방법 - Google Patents

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Abstract

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Description

환원용광로의 폐가스에서 황을 제거하는 방법
도면은 철광석에서 용융선철을 제조하는 장치에 대한 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 직접환원용광로 2 : 용해가스발생로
3 : 세정기 4 : CO2세정기
20 : 증기발생기 22 : 탈황 반응기
본 발명은 철광석용 환원용광로 폐가스의 적어도 일부로부터의 흡수에 의하여 적어도 하나의 가스화합물내에 함유된 황을 제거하는 방법에 관한 것이다. 환원용광로의 폐가스는 근본적으로 황을 함유하고 있는데, 이는 철광석이 사용되고 있을 뿐만아니라 환원가스를 생산하기 위해 일반적으로 황을 함유한 출발물질이 사용되기 때문이다. 폐가스에 함유된 황은 주로 H2S 화합물로 존재하고 이 가스의 농도는 일반적으로 50 내지 100ppm사이이나, 이는 사용되어지는 물질의 질의 함수에 따라 이 범위를 증가시키거나 감소시키는 것이 가능하다.
환원용광로의 폐가스가 정상적으로 만들어지면 일부는 환원가스로 회수되고 또는 환원가스의 회수에 이용되고 그리고/ 또는 제거되고 다른곳에서 방출가스로 이용된다. 황 화합물은 방출가스에서 특히 해가될 수 있으므로, 나중에 사용되기 전에 방출가스에서 제거하는 것이 유익하다.
고체입자 상태로 통상 만들어진 폐가스는 초기에 세정기에서 제거되고 거의 30 내지 60℃사이의 온도로 냉각되어야한다. 폐가스 속의 CO2는 폐가스를 나중에 이용하는 동안에 해가되므로 제거한다. 여기에 적합한 방법은 화학세척 또는 소위 압력 스윙(swing) 방법이라 하는 것이 있다. 분리된 CO2는 H2S를 거의 200ppm 함유하고 있으므로 환경적인 이유로 인해 이러한 상태로 주위의 환경에 스며들어가면 안되고 또한 임의의 후공정에 적합하지 않게 된다. 따라서, 황화합물들은 환원방법에서 프로세스가스(process gas)로 회수되지 않는 폐가스의 그들 부분들로부터 통상적으로 제거한다. 이러한 탈황은 지금까지는 소위 스트레트로포트(Stretford)세척이라 불리는 것에 의해 행하여져 왔을뿐 아니라, 활성탄소의 촉매산화는 럭스메스(luxmasse) 또는 갈철광의 흡수에 의해 이루어져 왔다. 이들 방법들은 복잡하고 특히 따로따로 축적되고 처분되어야 하는 활성탄소 또는 흡수제와같은 부가적 물질이 필요하다.
그러므로, 세정기에서 초기에 정화되고 냉각된 후 탈황이 일어나는 철광석용 환원용광로 폐가스의 적어도 일부로부터의 흡수에 의하여 적어도 하나의 가스화합물 내에 함유된 황을 제거하는 이미 알려진 현재의 방법의 문제는, 탈황이 간단한 방법으로 일어나고 단지 이 목적을 위하여 사용되는 물질이 필요없이 일어나게 하는 방법등으로 개량되어야 한다.
본 발명에 의하면 이러한 문제는 청구범위 1항에 특징 주어진 부분으로 해결된다. 더욱더 유용한 방법 발명의 개량과 그것의 실행을 위한 바람직한 장치는 종속항들로부터 얻을 수 있다.
본 발명의 첫번째 특징은 황흡수물질이 환원용광로 내에 생산된 해면철의 일부인 것이다. 황흡수를 위해 사용되는 이 해면철 부분은 환원용광로 내에서 생산되는 다른 해면철의 일부로 회수한다. 이렇게, 본 발명은 황제거를 위해 다른 부가적 물질을 요하지 않으므로 극히 간단하고 이상적이다. 따라서, 그렇지 않으면 그러한 물질들을 발휘하고 제거하는 것이 결합되어야 하는 부가적 소비재를 사용하지 않을 수 없다.
황 흡수는 거의 30 내지 60℃ 범위의 온도에서 적절히 이루어진다. 이 온도보다 낮으면 낮을수록 철광석에 의한 황 흡수는 증가된다. 즉, 더욱더 적은 황 농도가 가스속에 남게된다.
바람직하게 환원용광로에서 생산된 해면철과 황 흡수에 사용되지 않은것은 용해가스발생로로 이동되어 그속에서 용해되어 완전히 신철로 환원되고 황 흡수에 사용된 해면철 또한 황흡수 후에 용해가스발로로 들어간다. 용해가스발생로에서 황은 철욕 위에 모인 용융슬래그에서 유입된 용제에 의해 결합된다. 슬래그와 또한 용융 선철은 주어진 시간간격으로 출탕된다.
이하에서 본 발명을 그림으로 구체화하여 나타낸 것에 의해 더욱더 자세히 설명한다.
기술된 제조방법은 필수적으로 직접 환원용광로(1)과 이것 하부에 위치한 용해가스발생로(2)로 구성되어 있다. 바람직하게는 괴상의 철광석을 파이프(3)에 의하여 이미 알려진 방법으로 용광로(1)에 공급한다. 파이프(4)에 의하여, 환원가스는 용광로(1)을 통해 흐른후 이 가스는 파이프(5)에 의해 용광로 가스로 제거된다.
하강 파이프(6)에 의해 해면철로 환원된 철광석은 용해가스 발생로(2)로 간다. 용해가스발생로(2)에는 예를 들어 고온탄화 코우크스 형태의 탄소매개체가 이미 알려진 방법으로 파이프(7)에 의해 공급되고, 뿐만아니라 산소함유 가스가 파이프(8)에 의해 공급된다. 이하에서 기술하려는 방법에서는, 용광로(1)에서 만들어진 용광로 가스가 파이프(9)에 의해 용해가스발생로(2)로 공급된다. 주어진 시간간격에 의해 용유선철은 파이프(10)에 의해 용해가스발생로(2)로부터 제거되고 용융슬래그는 파이프(11)에 의해 거기로부터 제거된다.
용해가스발생로(2)에서는 온도가 거의 1000℃인 근본적으로 CO와 H2를 함유하는 가스를 생산하고 있는 파이프(4)에 의해 용광로(1)로 송풍된다. 이전에, 준비된 용광로 가스는 파이프(9)에서 갈라진 파이프(12)에 의해 즉시 혼합되므로 환원가스온도는 환원목적에 적합한 대략 850℃에 고정시킨다.
용광로 가스는 우선 파이프(5)를 통해 세정기(13)으로 들어가는데, 여기서 이가스는 예를 들어 35℃온도로 냉각되고 고체입자는 용광로 가스로부터 분리된다. 그들은 파이프(14)에 의해 용해가스발생로(2)로 바람직하게 공급된다.
냉각되고 정화된 용광로 가스는, 세정기(13)으로부터 환원과정에서 회수된 용광로 가스를 공급받는, 파이프(16)으로 갈라진 파이프(15)로 들어간다. 파이프(16)은 CO2세정기(17)로 들어가는데, 여기서 CO2는 이미 알려진 방법으로 용광로 가스로부터 제거된다. 이미 만들어진 용광로 가스는 파이프(9)를 경유하여 이동되고, CO2는 파이프(18)을 경유하게 된다.
더욱이 파이프(15)의 용광로 가스는 파이프(19)를 경유하여 증기발생기(20)으로 들어가는데, 여기서 이 가스는 증기생산용으로 연소한다. 증기는 파이프(21)을 경유하여, 용광로 가스로부터 CO2의 분리가 요구되는 CO2세정기(17)로 들어간다.
공정변수들은 용광로(1)에서 생산된 용광로 가스가 환원과정을 유지할 수 있도록 하는 방법으로 바람직하게 고정된다. 이것은 파이프(15)를 통과하여 흐르는 모든 용광로 가스는 파이프(16)과 (19)에 의해 받아들여진다는 것을 뜻한다. 그러나, 용광로 가스부분이 필요치 않다면, 이것은 다른 어느곳에서 이용하기 위해 방출가스로 제거된다.
함량이 예를 들어 200ppm인 H2S를 함유한 CO2는 CO2세정기(17)로부터 나와 파이프(18)을 경유하여 탈황반응기(22) 속으로 들어간다. 이것은 해면철로 구성된 기둥을 통하여 거기로부터 상승하여 파이프(23)을 통해 옥외로 방출되기 시작하고 또는 이후의 공정방법에 공급된다.
탈황 반응기(22)는 용광로(1)의 해면철 출구와 연결된 위쪽의 파이프(24)을 통하여 해면철을 받아들인다. 수송수단에 상당하는 것에 의해 용광로(1)에서 생산된 해면철의 극히 일부는 연속적으로 또는 불연속적으로 탈황 반응기(22)에 전달된다. 탈황 반응기(22)의 밑부분은 파이프(25)에 연결된 배출구가 마련되어 있다. 파이프(24)를 통해 공급되는 양에 의해, 파이프(25)를 이용하여 해면철은 탈황 반응기(22)로부터 제거되므로, 해면철은 CO2의 흐름에 반하여 탈황 반응기 하방으로 낙하한다. 해면철은 황화철과 수소형태로서 CO2내에서 H2S와 반응한다. 황화철은 파이프(24)에 의해 제거되므로, 파이프(23)을 경유해 제거되는 가스는 실질적으로 황이 없는 상태이다.
이러한 철과 H2S 사이의 반응은 비교적 낮은 온도에서 촉진된다. 그러므로 기술한 방법으로 탈황이 되기전에 용광로 가스를 냉각시킬 필요가 있다. 용광로 가스가 용광로(1)에서 빠져나가는 온도에서는, 그러한 탈황은 H2S의 함량이 대략 800ppm이상일 때만 가능하다. 그러나 일반적으로 용광로 가스에서는 그러한 황농도까지 도달할수 없으므로, 기술한 탈황은 용광로 가스가 초기에 약 30내지 60℃범위의 온도로 냉각되면 적절히 일어난다. 탈황된 가스의 H2S 함량은 1ppm이하이다.
황 함유 해면철은 파이프(25)를 통하여 파이프(7)로 들어가고, 이 파이프(7)에 의해 이것은 탄소매체와 함께 용해가스 발생로(2)로 들어간다. 후에 해면철은, 하강파이프(6)에 의해 유입된 해면철과 같은 황결합 용제에 의해 황이 제거된 상태로 되어 용융되고 완전히 선철로 환원된다. 황은 슬래그 속에 결합되어 파이프(11)에 의해 제거된다.
구체화하여 보여준 것과 같이, 적은 양의 가스와 고농도의 황으로서는 CO2는가스흐름분기(분기)의 탈황에 단지 적절하다. 그러나, CO2와 철의 재산화를 할 수 있는 수분을 통하여, 이것은 결국농도가 거의 500ppm인 CO 또는 H2생성물이 된다. 그러므로 이것은 용광로 가스에서 CO2의 제거보다 먼저 탈황을 실행하는 어떤 환경에서는 유리할 수 있고, FeO 또한 탈황 시약역활을 할 수 있다.
방출가스로 사용된 과잉용광로 가스는 후의 이용에 앞서 또한 상당히 탈황된다. 이것은 분리된 탈황 반응기를 통할 수 있고 또한 공정가스로 회수된 용광로 가스와 함께 탈황될 수 있고 그후, 분기(分岐)된다.
시간당 40톤의 선철을 생산하기 위한 제조공정에서, 황 장입이 50%이고 용광로 가스에서 H2S 함량이 80ppm인 경우에는 탈황반응기(22)에는 단지 시간당 20kg 해면철이 장입된다. 대략 62900Nm3/h의 용광로 가스와 함께 약 37.2% CO, 32.8% CO2,12.0% H2S, 12.9% H2O의 혼합물과 약간의 CH4와 N2가 생산된다. 이중 42850Nm3/ h는 파이프(16)을 통해 CO2세정기(17)로 들어가고, 한편 남아지는 증기 발생기(20)에서 증기를 생산하는데 이용되어 배출되는 방출가스는 없게 된다. 15350Nm3/h의 CO2는 파이프(18)을 통해 탈황반응기(22)로 들어가고, 한편 이미 만들어진 남어지 1850 0Nm3/h의 용광로 가스는 용해가스 발생로(2)로 들어가고 9000Nm3/h는 라인(12)와 (4)를 통해 직접 용광로(1)에 환원가스로 들어간다. 파이프(3)을 통해 용광로 (1)에는 펠렛형태의 선철 60t/h, 뿐만 아니라 3t/h의 백운석과 용제로 5.6t/h의 석회석이 장입된다. 용광로에 장입되는 총 환원가스 양은 CO와 H2의 비율이 90%인 6100Nm3/h이다. 또한, 기술한 환원가스를 생산하고 용융하며 해면철을 완전히 환원하기 위하여 18.5t/h의 석탄과 11700Nm3/h의 산소가 송풍된다.

Claims (13)

  1. 세정기에서 초기에 정화되고 냉각된 후 탈황이 일어나는, 철광석용 환원용 광로 폐가스의 적어도 일부로부터의 흡수에 의하여 적어도 하나의 가스화합물 내에 함유된 황을 제거하는 방법에 있어서, 황흡수 물질로서, 환원용 광로(1)에서 생산된 해면철의 일부가 사용됨을 특징으로 하는 황을 제거하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 황흡수를 위해 사용되는 해면철 부분이 환원용광로(1)에서 생산된 다른 해면철부분으로 다시 공급됨을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 황이 제거된 폐가스부분이 거기에서 분리된 CO2인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 황제거 다음에 폐가스에 포함된 CO2를 제거하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 방출가스로 되는 폐가스부분에서 황이 제거됨을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 30 내지 60℃범위에서 황흡수가 이루어짐을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서 황흡수에 이용되지 않은, 환원용광로(1)에서 생산된 해면철은 용해가스 발생로(2)로 이동되어 거기서 용융된 후, 완전히 선철로 환원되고 황흡수를 위해 이용된 해면철 또는 황흡수 후 용해가스발생기(2)로 공급됨을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 황함유 해면철과 함께 고체 탄소매체가 용해가스발생로(2)로 공급됨을 특징으로 하는 방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 적어도 폐가스부분이 CO2가 분리된 후 환원가스의 일부로 환원용광로(1)로 됨을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, CO2가 분리된 후 폐가스부분이 용해가스발생기(2)로 공급됨을 특징으로 하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 황제거가 환원공정으로 회수되지 않은 분리된 폐가스부분에서 일어남을 특징으로 하는 방법.
  12. 고체 입구가 환원용광로(1)의 배출구에 연결되고, 고체배출구가 탄소매체를 용해가스 발생로(2)에 공급하기 위한 입구와 연결된 탈환반응기(22)를 특징으로 하는 제7항 내지 제11항중 어느 한항에 따른 방법을 수행하기 위한 장치.
  13. 제12항에 있어서, 탈황반응기(22)의 가스입구가 환원공정으로 회수되고 폐가스운반용 파이프(16,9)를 삽입한 CO2세정기(17)의 CO2배출구와 연결됨을 특징으로 하는 장치.
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