WO2015088092A1 - 용철제조방법 및 용철제조장치 - Google Patents

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gas
reduced iron
iron
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신명균
김상현
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주식회사 포스코
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Definitions

  • the present invention relates to a molten iron manufacturing method and a molten iron manufacturing apparatus. More specifically, the present invention relates to a molten iron manufacturing method and a molten iron manufacturing apparatus which can improve the reducing power of the reducing gas by reducing the exhaust gas reforming circulation apparatus of the flow reduction reactor, and reduce the amount of coal used.
  • a fluidized bed reduction furnace for reducing iron ore and a melt gasification furnace for melting reduced iron ore are used.
  • the coal briquettes in which coal is agglomerated as a heat source for melting the iron ore is charged into the melt gasifier.
  • the reduced iron is melted in the molten gasifier, converted to molten iron and slag and discharged to the outside.
  • Flue gas discharged from the fluidized-bed reduction furnace is cooled while passing through the collector.
  • a flue gas reformer branched flue gas is compressed and removed, and carbon dioxide is removed, and then mixed with the reducing gas discharged from the molten gasifier to supply additional reducing gas to the fluidized bed reduction furnace to reduce iron ore in the fluidized bed reduction furnace.
  • additional reducing gas contains a large amount of nitrogen, there is a limit in improving reducing power of the reducing gas.
  • the present invention is to provide a method for manufacturing molten iron by improving the reducing power of reduced iron in a reducing furnace by producing a reformed gas using hydrocarbon gas.
  • a molten iron manufacturing apparatus that improves the reducing power of the reduced iron in the reduction furnace by producing a reformed gas using a hydrocarbon gas.
  • the method for manufacturing molten iron includes the steps of: i) providing exhaust gas discharged from a reduction furnace for converting iron ore into reduced iron, and ii) providing a mixed gas in which another exhaust gas and a hydrocarbon gas are branched from the exhaust gas. Iii) common Reforming the gas to provide the reformed gas; and mixing the reformed gas and the reformed gas discharged from the molten gasifier which is connected to the reduction furnace and receives the reduced iron, and blows the reformed gas into the reduction furnace.
  • some reduced iron may be provided directly from the reduction furnace.
  • the molten iron manufacturing method according to an embodiment of the present invention further includes the step of compacting the reduced iron, and in the step of providing some reduced iron in the reduced iron as a reforming reaction catalyst, some reduced iron may be provided to be compacted.
  • the molten iron manufacturing method according to an embodiment of the present invention may further include recovering some reduced iron used as a reforming reaction catalyst and supplying it to a melt gasifier.
  • the reformed gas may be generated in one or more reformers in which some reduced iron is charged, and nitrogen may be supplied to the reformer.
  • the mixed gas can be blown in the circumferential direction while rotating annularly inside the reformer.
  • some reduced iron is charged to produce a reformed gas in the plurality of reformers used as the reforming reaction catalyst, and the plurality of reformers may include a first reformer and a second reformer. After the charging of some reduced iron to the first reformer is complete, some reduced iron may be charged to the second reformer.
  • the inflow of the first reformer of the mixed gas may be blocked, and the mixed gas may be supplied to the second reformer to generate the reformed gas in the second reformer.
  • the pressure of the first reformer is greater than or equal to the preset value, the reformed gas can be discharged externally.
  • the crab 1 reformer may be purged, the reformed reaction catalyst inside the first reformer may be discharged, and some reduced iron may be fed back to the first reformer.
  • some reduced iron may be continuously charged and discharged to the reformer producing the reformed gas, thereby providing the reformed gas.
  • Providing the reformed gas comprises: i) providing a plurality of reduced iron charging hoppers connected to the front end of the reformer and a plurality of reduced iron discharge hoppers connected to the rear end of the reformer, ii) a differential pressure between the plurality of reduced iron charging hoppers Adjusting the pressure, Hi) charging some reduced iron through a plurality of reduced iron charging hoppers to a reformer, iv) adjusting a differential pressure between the plurality of reduced iron discharge hoppers, and V) reducing some iron. Passing through a plurality of reduced iron discharge hopper from the reformer may include the step of external discharge.
  • the method for manufacturing molten iron according to an embodiment of the present invention may further include i) performing primary heating by indirect contacting the mixed gas with exhaust gas, and ii) heating the mixed gas with oxygen for secondary heating.
  • the exhaust gas may be cooled and cleaned.
  • the primary heating of the mixed gas may heat the mixed gas to 1000 ° C. or less.
  • the secondary heating of the mixed gas may heat the mixed gas to 1100 ° C. to i2 (xrc.
  • the reducing furnace may be a layer filling reactor or a plurality of fluidized bed reducing furnaces. When the reduction furnace is a plurality of fluidized-bed reduction reactors, the reducing gas and the reforming gas may be mixed and supplied to each fluidized-bed reduction reactor among the plurality of fluidized-bed reduction reactors.
  • the apparatus for manufacturing molten iron includes: i) a reduction furnace for reducing iron ore to reduced iron, and ii) a molten gasification furnace connected with a reduction furnace to produce reduced iron and receiving molten iron and supplying a reducing gas to the reduction furnace, iii) flue gas pipes connected to the reduction furnace and the flue gas discharged from the reduction furnace flows; iv) another flue gas connected to the flue gas pipe branching off the flue gas flows, and is supplied with hydrocarbon gas to provide a mixed gas that is compatible with the flue gas.
  • At least one reformer connected to a branch pipe, V) reducing furnace to receive some reduced iron from the reduced iron, and connected to a flue gas branch pipe to reformulate the mixed gas with some reduced iron to provide a reforming gas, vi) a reducing and melting gasifier Supply gas pipes for supplying the reducing gas to the molten gasifier by connecting to the reformer and the supply gas pipes, and mix the reformed gas with the reducing gas. It includes a modified gas pipe provided in the melter-gasifier.
  • the apparatus for manufacturing molten iron according to an embodiment of the present invention may further include a heat exchanger connected to the exhaust gas pipe and the exhaust gas branch pipe to heat the mixed gas by the exhaust gas.
  • An apparatus for manufacturing molten iron according to an embodiment of the present invention connects a reducing furnace and a molten gasifier, provides a compacted iron compacted to the molten gasifier, and connects a reformer to supply some reduced iron as a compacted compact. It may further comprise a sieve manufacturing apparatus.
  • the molten iron manufacturing apparatus i) connecting the compacted material manufacturing apparatus and the reformer, the compacted material supply pipe for supplying the compacted material to the reformer, and ii) compacted material It may further include a compact recovery tube connecting the manufacturing apparatus and the reformer, and return the used compacted compact to the compact manufacturing apparatus.
  • the molten iron manufacturing apparatus i) is connected to the heat exchanger and the exhaust gas pipe, the first heater for heating the mixed gas by burning the exhaust gas is supplied, and ii) the first heater is connected to oxygen, oxygen Reheating the mixed gas by receiving may further include two heaters.
  • the one or more reformers include a plurality of reformers containing a reforming reaction catalyst, and the plurality of reformers may include a first reformer and a second reformer.
  • the apparatus for manufacturing molten iron according to an embodiment of the present invention includes: i) a mixed gas supply pipe interconnecting the heat exchanger and the first reformer and the second reformer, U) a purge gas supply pipe connected to the first reformer and the second reformer, and iii).
  • the apparatus may further include an exhaust gas pipe connected to the first reformer and the second reformer.
  • the apparatus for manufacturing molten iron includes: i) a pressure gauge installed in the first one reformer and the second reformer and measuring the internal pressure of each of the first and second reformers of the crab, and H) the first one of the reformers. And a differential pressure gauge installed in the second reformer and connected to the upper and mixed gas supply pipes of the crab reformer and the lower 12 reformer, respectively, to measure the difference between the upper pressure and the pressure inside the mixed gas supply pipe, and iii) the first reformer and the first reformer. Installed in the two reformers, may further include a level meter for measuring the height of the reforming reaction catalyst.
  • the apparatus for manufacturing molten iron according to an embodiment of the present invention includes: i) a plurality of reduced iron loading hoppers located in front of the reformer and connected in series with the reformer, and ii) a plurality of reduced iron discharged in series with the reformer located at the rear end of the reformer.
  • the hopper may further include.
  • the apparatus for manufacturing molten iron according to an embodiment of the present invention is installed in at least one hopper among a plurality of reduced iron charging hoppers and a plurality of reduced iron discharge hoppers and blows inert gas into the hopper to pressurize the inside of the hopper. It may further comprise a tube.
  • the reformer includes an annular mixed gas supply unit surrounding the center of the reformer, and the mixed gas supply unit is formed with a plurality of openings spaced apart from each other at predetermined intervals, and the mixed gas can be injected into the reformer through the plurality of openings.
  • the reduction furnace may be a packed bed reduction furnace or a plurality of fluidized bed reduction furnaces.
  • the supply gas pipe may connect the respective fluidized-bed reduction furnace and the melt gasifier of the plurality of fluidized-bed reduction furnaces, respectively.
  • the molten iron manufacturing equipment can be used to reduce coal consumption.
  • reforming hydrocarbon gas is further supplied to the fluidized-bed reduction furnace, nitrogen accumulation in the reducing gas can be effectively prevented.
  • the reduction operation efficiency of iron ore in the fluidized bed reduction furnace can be improved.
  • molten iron manufacturing equipment provides additional means for producing molten iron using hydrocarbon gas economically by using both coal and hydrocarbon gas for steelmaking, thus making molten iron more flexible according to fuel conditions and raw material conditions in each region of the world. The process can be chosen.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an apparatus for manufacturing molten iron according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic view of a reformer included in the apparatus for manufacturing molten iron of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a schematic internal cross-sectional view of the reformer taken along the line II-II of FIG. 2.
  • Figure 4 is a graph showing the conversion rate of hydrocarbons to reducing gas over time in contact with the reduced iron.
  • FIG. 5 is a view schematically showing a modification of the reformer included in the apparatus for manufacturing molten iron of FIG. 1.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of an apparatus for manufacturing molten iron according to a second embodiment of the present invention.
  • 7 is a schematic view of a molten iron manufacturing apparatus according to a third embodiment of the present invention.
  • carbon material refers to a material containing carbon. Therefore, all materials containing carbon, such as coal, coke and carbon dust, are mentioned as carbonaceous material.
  • hydrocarbon gas used below is interpreted to mean all the gases containing a hydrocarbon. Therefore, the hydrocarbon gas may be a gas composed only of hydrocarbons, and may be a gas containing hydrocarbons.
  • FIG. 1 schematically shows a molten iron manufacturing apparatus 100 according to a first embodiment of the present invention.
  • the apparatus for manufacturing molten iron 100 of FIG. 1 is merely for illustrating the present invention, and the present invention is not limited thereto. Therefore, the apparatus for manufacturing molten iron 100 may be modified in other forms.
  • the apparatus for manufacturing molten iron 100 includes a fluidized bed reduction furnace 10, a compacted material manufacturing apparatus 20, a melt gasifier 30, a reformer 40, a heat exchanger 50, and heating. Furnaces (60, 62).
  • the apparatus for manufacturing molten iron 100 may further include other apparatuses as necessary. Detailed internal structure of each of these devices can be easily understood by those skilled in the art will not be described in detail.
  • molten iron is produced.
  • Oxygen is blown through the tuyere 301 of the melting gasifier 30, and coal and reduced iron are passed through the upper portion of the melting gasifier 30.
  • Coal forms a coal packed bed in the melting gasifier 30.
  • Coal coal and a lump coal material can be used as coal, and lump coal can be used as a lump coal material.
  • the combustion heat generated by burning coal charged into the melting gasifier 30 by using the oxygen blown through the tuyere 301 is used for the production of molten iron.
  • high-temperature reducing gas, such as CO and 3 ⁇ 4 is passed to the dome part of the molten gasifier 30 through the layered layer formed in the molten gasifier 30.
  • the reduced silver gas is discharged from the molten gasifier 30 and passes through the dust circulation device 32.
  • the dust circulation device 32 separates a large amount of carbon-containing dust contained in the hot reducing gas, and re-injects the separated carbon-containing dust into the melt gasification furnace 30.
  • the reducing gas from which a large amount of carbon-containing dust has been removed is supplied to the fluidized-bed reduction reactor 10.
  • the collector device 36 branches off a portion of the gas separated from the carbon-containing dust in the dust circulation device 32 to cool and clean it. And the gas circulation cooling apparatus 37 further wash
  • the gas is boosted and circulated to the reducing gas supplied from the molten gasifier 30 to control the temperature of the reducing gas supplied to the fluidized bed reduction furnace 10.
  • the excess gas discharge device 38 further dedusts a part of the angled and damped gas in the collecting device 36 in accordance with the pressure of the melt gasifier 30 in order to adjust the internal pressure of the melt gasifier 30. And then to the outside.
  • the fluidized-bed reduction reactor 10 In the fluidized bed reduction furnace 10, iron ore is reduced.
  • the fluidized-bed reduction reactor 10 consists of multiple stages and is sequentially connected to reduce spectroscopy and convert to reduced iron.
  • a bubble fluidized bed In each fluidized-bed reduction reactor 10, a bubble fluidized bed is formed. Therefore, it is possible to produce reduced iron by reducing the spectroscopic flow in the fluidized-bed reduction reactor (10).
  • the sub-materials can be further mixed with the spectroscopy so that the spectroscopy does not stick inside the fluidized-bed reduction furnace 10.
  • the compacted material producing apparatus 20 includes a reduced iron storage tank 201, a pair of rolls 203, a crusher 205 and a distribution chute 207.
  • the compacted material manufacturing apparatus 20 may further contain other components as needed.
  • the reduced iron storage tank 201 temporarily stores the reduced iron supplied from the fluidized-bed reduction reactor 10.
  • a pair of s are supplied with reduced iron from ( 2 03) and compressed to produce a compacted body.
  • the crusher 205 is pressed
  • the compacted material is broken into a predetermined size.
  • the distribution chute 207 properly distributes the compacted material in a plurality of compacted material storage tanks (not shown).
  • the high temperature uniform back pressure device 34 is located between the compacted body production device 20 and the melt gasifier 30.
  • the high temperature uniform back pressure device 34 is installed above the melt gasifier 30 for pressure control. Since the inside of the melt gasifier 30 is a high pressure, the high temperature uniform back pressure device 34 can adjust the pressure uniformly, and can easily load a compacted material into the melt gasifier 30. Therefore, the compacted material is properly supplied to the molten gasifier 30 while being supplied through the high temperature homogenizing device 34.
  • the supply gas pipe 70 supplies the reducing gas discharged from the coal seam bed of the melt gasifier 10 to the fluidized bed reduction furnace 10. Therefore, iron ore may be converted into reduced iron in the fluidized-bed reduction furnace 10 by the supply gas provided through the supply gas pipe 70.
  • the exhaust gas discharged from the fluidized-bed reduction reactor 10 passes through a heat exchanger 50, and has a heat recovery function for recovering sensible heat of the exhaust gas in the heat exchanger 50.
  • the dry dust collector 80 is located at the rear end of the heat exchanger 50 to separate and remove dust contained in the exhaust gas.
  • the water receiving device 82 is located at the rear end of the dry dust collecting device 80 to cool the exhaust gas.
  • the exhaust gas branch pipe 92 branches and transports a part of the exhaust gas at the rear end of the water receiving device 82.
  • the compressor 84 compresses the branched flue gas.
  • the hydrocarbon gas supply pipe 86 is connected to the exhaust gas branch pipe 92 at the rear end of the compressor 84 to provide a mixed gas in which the hydrocarbon gas is mixed with the hydrocarbon gas.
  • the mixed gas is heated while passing through the heat exchanger 50 and then supplied to the first heater 60 through the mixed gas pipe 94.
  • the fuel gas pipe 94 branches from the exhaust gas pipe 90 and is connected to the first heater 60 to supply the exhaust gas as fuel to heat the mixed gas.
  • air is supplied to the first heater 60 for combustion.
  • the first heater 60 it is possible to adjust the temperature of the heunhap gas below 1000 ° C. If the temperature of the mixed gas is too high, the heat-resistant metal heating temperature riser included in the crab 1 heater 60 may be damaged above the temperature. Therefore, the temperature of the mixed gas is adjusted to the above range.
  • the second heater 62 is located at the rear end of the first heater 60.
  • oxygen is introduced into the mixed gas heated by the crab 1 heater 60. Blowing causes partial combustion of the mixed gas.
  • the mixed gas is secondly heated, and the temperature is adjusted to 1100 ° C. to 1200 ° C. If the secondary heating temperature is too high, compacted material in contact with the mixed gas may stick inside the reformer 40. Also, if the secondary heating temperature is too low, there is no meaning of secondary heating. Therefore, the secondary heating temperature of the mixed gas is adjusted to the above-mentioned range.
  • the mixed gas further heated in the first heater 60 and the second heater 62 is supplied to the reformer 40 through a mixed gas pipe 93 connected to the reformer 40.
  • the reformer 40 receives a high temperature mixed gas and reforms the C0 2 / H 2 0 component in the hydrocarbon and exhaust gas contained in the mixed gas into a reducing gas component such as CO / H 2 .
  • the reformed gas treated in the reformer 40 is mixed with the coal-based reducing gas generated in the melt gasifier 30 through the reformed gas pipe 94 connected to the rear end of the dust circulating device 32 to the fluidized bed reduction furnace 10. Is provided.
  • the reformer 40 is connected to the compacted material producing apparatus 20 through the compacted material supply pipe 22 and the compacted material recovery pipe 24.
  • the compacted material supply pipe 22 provides the compacted material manufactured by the compacted material manufacturing apparatus 20 to the reformer 40.
  • FIG. The compacted material recovery tube 24 returns another compacted material which has been used as the reforming reaction catalyst in the reformer 40 to the compacted material manufacturing apparatus 20 and supplies it to the melt gasifier 30.
  • some of the reduced iron discharged from the fluidized-bed reduction reactor 10 may be directly provided to the reformer 40.
  • the high-temperature exhaust gas discharged after reducing the iron ore in the fluidized-bed reduction furnace 10 passes through the heat exchanger 50, and removes and removes the dust contained therein in the dry dust collector 80, and then the water cooling device ( 82) to room temperature.
  • Some of the vibration damping and angled flow flue gas is branched and boosted by the compressor 84 and then mixed with the hydrocarbon gas to provide it as a mixed gas.
  • the mixed gas is heated in contact with the exhaust gas in the heat exchanger 50, and then flows into the first heating furnace 60 to indirectly contact with the mercury gas generated by burning the exhaust gas from the dust removal and angled flow.
  • the mixed gas having passed through the first heating furnace 60 is secondarily heated in the crab 2 heating furnace 62.
  • the mixed gas is heated by the combustion heat by directly injecting oxygen into the mixed gas and burning it.
  • the temperature of the mixed gas is adjusted in the reformer 40 so as to correspond to the semicolumn heat necessary for converting the mixed gas into the reducing gas and the sensible heat required to secure the converted reducing gas temperature.
  • the mixed gas heated in the crab 2 heater 62 is converted into a reducing gas such as CO and H 2 by the chemical reaction of the following Chemical Formula 1 in the reformer 40.
  • Reduced iron is used as a catalyst to promote the reaction as described above in order to increase the rate and reaction rate of the reforming reaction.
  • the compacted material producing apparatus 20 is connected with the reformer 40 to supply compacted material, which is reduced iron, to the reformer 40, and receives used iron from the reformer 40. That is, the compacted material producing apparatus 20 is connected to the reformer 40 through the compacted material supply pipe 22 and the compacted material recovery pipe 24.
  • the reformed gas generated in the reformer 40 by the reduced iron is transported through the reformed gas pipe 94 and connected to the supply gas pipe 70 through which the reduced gas discharged from the molten gas furnace 30 flows. Is supplied.
  • FIG. 2 schematically shows a reformer 40 included in the apparatus for manufacturing molten iron 100 of FIG.
  • the structure of the reformer 40 of FIG. 2 is merely for illustrating the present invention, and the present invention is not limited thereto. Therefore, the structure of the reformer 40 can be modified in other forms.
  • the reformer 40 may be installed in a form including a plurality of units.
  • the reformer 40 includes a first reformer 401 and a second reformer 403.
  • the first reformer 401 and the second reformer 403 have the same structure. Thus, either reformer may be used in the increase U reformer 401 and the second reformer 403, and the other reformer may be left in a reserve state. And if either reformer is maintained or breakdown occurs, it can be switched to another reformer. As described above, a plurality of valves are used to shut off or open the gas conduits for alternating use of the first reformer 401 and the second reformer 403.
  • the compacted material supply pipe 22 is connected to the distribution chute 23 located at the top of the reformer 14 to supply reduced iron through the distribution chute 23.
  • the reduced iron is selectively supplied to either the crab 1 reformer 401 or the crab 2 reformer 403 through the distribution chute 23.
  • the reduced iron supplied to either of the first reformer 401 and the crab 2 reformer 403 acts as a reforming reaction catalyst.
  • the reduced iron used as the reforming reaction catalyst is returned to the compacted material producing apparatus 20 through the compacted material recovery tube 24.
  • the used compacted material can be cut out of the crab reformer 401 and the second reformer 403 using a screw feeder or the like.
  • valves 231 and 233 when the valves 231 and 233 are closed, the first reformer 401 and the second reformer 403 are gas-tight without gas leaking from the crab 1 reformer 401 and the low 12 reformer 403. .
  • the valves 231, 233 are opened and closed to supply reduced iron to the crab 1 reformer 401 or the crab 2 reformer 403.
  • the valves 241 and 243 when the valves 241 and 243 are closed, the gas reformer 401 and the crab reformer 403 are gas-tight without gas leaking from the crab reformer 401 and the second reformer 403. do.
  • the valves 241 and 243 are opened and closed to control the amount of reduced iron discharged from the first reformer 401 and the crab 2 reformer 403 through the compacted material recovery tube 24.
  • the mixed gas is selectively supplied to the first reformer 401 and the second reformer 403 through the mixed gas pipe 93.
  • the valves 931 and 933 regulate the mixed gas to be selectively supplied to the crab 1 reformer 401 or the bare 12 reformer 403, respectively.
  • the mixed gas is converted into reformed gas in the first reformer 401 or the crab reformer 403, and then discharged to the outside through the reformed gas pipe 9 4 .
  • the valves 941 and 943 are respectively installed in the reforming gas pipe 94 in the rear end directions of the first reformer 401 and the second reformer 403 to adjust the amount of reformed gas discharged to the outside.
  • the crab 1 reformer 401 and the second reformer 403 are provided with exhaust gas pipes 47 and 48 to externally discharge the internal gas as necessary, and the valves 471 and 481 in the exhaust gas pipes 47 and 48. ) Is installed. Meanwhile, nitrogen supply pipes 405 and 407 are installed in the first reformer 401 and the second reformer 403 to supply nitrogen when the first reformer 401 or the second reformer 403 is purged.
  • the pressure gauges 41 and 42 are respectively installed in the first reformer 401 and the second reformer 403 to measure the internal pressures of the first reformer 401 and the second reformer 403. Internal pressures of the first reformer 401 and the second reformer 403 may be monitored by measuring the internal pressures of the first reformer 401 and the second reformer 403.
  • the differential pressure gauges 43 and 44 are installed in the crab 1 reformer 401 and the second reformer 403 to measure the differential pressure due to the gas flow formed in the first reformer 401 and the second reformer 403.
  • the aeration resistance through the reduced iron can be measured from the differential pressure to determine whether the reduced iron operates smoothly as a reforming reaction catalyst.
  • the rebelgye (45, 46) are installed on to first reformer 401 and the second reformer 403, it is possible to measure the height of the reduced iron charged formed in the first reformer 401 and the second reformer 403 .
  • FIG. 3 schematically shows the internal cross-sectional structure of the reformer 403 cut along the line II- ⁇ of FIG. 2.
  • the internal structure of the reformer 403 of FIG. 3 is merely to illustrate the present invention, but the present invention is not limited thereto. Therefore, the internal structure of the reformer 403 can be modified in other forms.
  • a plurality of openings 4035 are formed in the mixed gas supply portion 4033 of the reformer 403 to be connected to the inside at regular intervals in the circumferential direction and spaced apart from each other at predetermined intervals. . Therefore, the mixed gas is introduced into the reformer 403 through the mixed gas inlet 4031 as shown by the arrow and then rotates along the annular mixed gas supply portion 4033.
  • the mixed gas inlet 4031 is formed in a pair facing each other.
  • the mixed gas is constantly blown into the reformer 403 in the circumferential direction while rotating annularly toward the reformer center 403c through the plurality of openings 4035. As a result, the mixed gas can be efficiently reformed using a reforming reaction catalyst.
  • the distribution chute 23 changes the charging direction of the reduced iron in the 1st reformer 401 (FIG.
  • the valve 231 shown in FIG. 2 is opened so that the reduced iron is charged into the first reformer 401 through the compacted material supply pipe 22.
  • the distribution chute 23 determines the charging direction of the reduced iron in the second reformer 403. It changes to (shown in FIG. 2 and the same below).
  • valve 231 is closed, and the talb 233 (shown in FIG. 2) is opened to charge the reduced iron into the second reformer 403. And when the level meter 46 (shown in FIG. 2) is detected that the height of the packed bed generated by reduced iron within the second reformer 403 has reached a preset value, the valve 233 (shown in FIG. 2) Is closed, and the transfer of reduced iron through the compacted material supply pipe 22 is stopped.
  • valve 931 (shown in FIG. 2) is opened so that the mixed gas flowing through the mixed gas pipe 93 (shown in FIG. 2, hereinafter same) is mixed gas inlet 4031 (shown in FIG. 3, the same below).
  • the valve 941 is opened to discharge the reformed gas through the reformed gas pipe 94. Let's do it.
  • the reformed gas is promoted by the catalytic action of the reduced iron in the mixed gas uniformly supplied into the first reformer 401 and contains a large amount of CO and 3 ⁇ 4 according to Chemical Formula 1 described above.
  • the first reformer 401 as the chemical reaction of Chemical Formula 1 described above proceeds, the reduced iron, which is a compact, is worn or the carbon component is precipitated by the chemical reaction of Chemical Formula 2 below.
  • the porosity of the reduced iron filling layer formed in the first reformer 401 may be lowered, resulting in uneven gas flow formed in the first reformer 401.
  • the reaction coefficient of the above-described formula (1) can be lowered.
  • This phenomenon can be sensed by the differential pressure gauge 43, so that when the differential pressure measured by the differential pressure gauge 43 is higher than or equal to the preset value, the valves 931 and 941 (shown in FIG. 2, hereinafter same) will be closed. It is possible to supply the mixed gas to the second reformer 403 by opening the valve 933 while interrupting the supply of the mixed gas to the 401. As a result, the operation of the first reformer 401 can be similarly implemented in the second reformer 403.
  • the first reformer 401 is opened by opening the valve 471 (shown in FIG. 2) of the exhaust gas pipe 47 (shown in FIG. 2) connected to the first reformer 401. ) Exhaust the gas inside.
  • the pressure gauge 41 confirms that the pressure inside the first reformer 401 has fallen below the preset value due to the gas discharge, the nitrogen supply pipe 405 (shown in FIG. 2) connected to the lower portion of the first reformer 401.
  • the inside of the first reformer 401 is injected with nitrogen, and the residual mixed gas is purged.
  • the reduced iron in the first reformer 401 is discharged by opening the valve 241 of the first reformer 401.
  • the discharged reduced iron is recovered by the compacted rare water pipe 24 and charged into the melt gasifier 30 together with the compacted body produced in the compacted body manufacturing apparatus 10.
  • the reduced iron is reloaded into the first reformer 401 after the nitrogen supply is stopped.
  • the valves 933 and 943 are closed so that the second reformer The mixed gas supplied to the 403 is shut off, and the valve 931 is opened to supply the mixed gas to the first reformer 401 to supply the mixed gas to the crab reformer 401.
  • the reformed gas can be produced in the first reformer 401 and the used compacted material is discharged from the second reformer 403.
  • the first reformer 401 and the second reformer 403 included in the reformer 40 may cross-operate with each other.
  • the reaction of the above-mentioned formula (1) can be carried out under favorable catalyst conditions by performing the step of converting the mixed gas into the reformed gas using reduced iron.
  • Figure 4 shows the conversion rate of hydrocarbon to reducing gas over time in contact with the reduced iron.
  • the hydrocarbon is converted into the reducing gas by the above Chemical Formula 1 as the time for the hydrocarbon to contact iron is reduced.
  • the amount of the carbon component generated by the above-described formula (2) or the like exceeds a predetermined level or more. Therefore, the conversion efficiency of the hydrocarbon according to Formula 1 is lowered to 70% or less. Therefore, in order to increase the conversion efficiency of the hydrocarbon again, the reduced iron in the reformer 40 as shown in the reformer 40 (shown in FIG. It is preferable to substitute with fresh reduced iron.
  • FIG. 5 is a modification of the reformer 40 included in the molten iron manufacturing apparatus 100 of FIG. Shown schematically.
  • the structure of the reformer 49 of FIG. 5 is merely for illustrating the present invention, and the present invention is not limited thereto. Therefore, the structure of the reformer 49 can be modified into other forms.
  • the structure of the reformer 49 of FIG. 5 is similar to that of the reformer 40 of FIG. 2, the same reference numerals are used for the same parts, and detailed description thereof is omitted.
  • the reduced iron is charged to the upper portion thereof along the gravity direction and discharged to the lower portion thereof, and the mixed gas is a countercurrent type gas supplied to the reformer 49 in the opposite direction of gravity.
  • a compacted feed pipe 22 reduced iron charging hoppers 491 and 493 and valves 4910 and 4911 connected in series to pass the reduced iron are positioned and connected to the reformer 48.
  • the valve 4910 is positioned between the reduced iron charging hoppers 491 and 493 to adjust the differential pressure between the reduced iron charging hoppers 491 and 493, the valve 491 1 is reduced iron charging hopper (493).
  • a reformer 49 is positioned between the reduced iron charging hoppers 491 and 493 to adjust the differential pressure between the reduced iron charging hoppers 491 and 493, the valve 491 1 is reduced iron charging hopper (493).
  • a reformer 49 is positioned between the reduced iron charging hoppers 491 and 493 to adjust the differential pressure between the reduced iron charging hoppers 491 and 493.
  • the reduced iron charging hopper 491 is supplied with reduced iron from the compacted material supply pipe 22 to charge the reduced iron into the reforming furnace 49 maintained at a higher pressure than atmospheric pressure.
  • the reduced iron charging hopper 493 uniformly regulates the pressure between the reduced iron charging hopper 491 and the reformer 48 so that the compacted body can be smoothly charged into the reformer 49.
  • Valves 4910 and 491 1 may seal off the gas in order to efficiently charge reduced iron into reformer 48.
  • the upper level gauges 4926 and 4928 and the lower level gauges 4927 and 4929 are respectively installed in the reduced iron charging hoppers 491 and 493 to reduce the level of the reduced iron accumulated in the reduced iron charging hoppers 491 and 493.
  • Measure The reformer 49 is also provided with a level meter 4916 for continuously measuring the height of the reduced iron stacked therein.
  • the reduced iron discharge hoppers 495 and 497 and the valves 4917 and 4918 connected in series so as to discharge the reduced iron are positioned so that the reformer 49 and Connected.
  • the valve 4917 is located between the reformer 49 and the reduced iron charging hopper 495
  • the valve 4918 is positioned between the reduced iron charging hoppers 495 and 497 so that the reduced iron charging hoppers 495, 497) Adjust the differential pressure between them.
  • the reduced iron discharge hopper 495 discharges reduced iron at atmospheric pressure from the reforming furnace 49 maintained at a higher pressure than atmospheric pressure.
  • the reduced iron discharge hopper 497 uniformly adjusts the pressure between the reformer 49 and the reduced iron discharge hopper 495 to reduce the reduced iron from the reformer 49. Discharge smoothly.
  • the valves 4917 and 4918 may seal off the gas in order to efficiently discharge the reduced iron from the reformer 49.
  • an upper level gauge 4930 and a lower level gauge 4831 are provided in the reduced iron discharge hopper 495, and an upper level 4932 is provided in the reduced iron discharge hopper 497. Therefore, the height of the reduced iron accumulated in the reduced iron discharge hoppers (495, 497) is measured.
  • the reduced iron charging hopper 493 is provided with a back pressure line 4912, a pressurization line 4914, valves 4913 and 4915, and a differential pressure gauge 4825.
  • the back pressure line 4912 controls the valve 4913 to discharge the gas inside the reduced iron charging hopper 493 to lower the pressure of the C reduced iron charging hopper 493.
  • the pressurization line 4914 uses the valve 4915 to inject an inert gas such as nitrogen into the reduced iron charging hopper 493 to pressurize it.
  • the pressure difference with the reforming furnace 49 is measured using the differential pressure gauge 125.
  • Back pressure line 4919, pressure line 4921, valves 4920 and 4922, and differential pressure gauge 4940 are also installed in the reduced iron discharge hopper 495 to perform the same function.
  • a pressure equalizing line 4950 and a valve 4951 are installed between the reduced iron discharge hopper 495 and the lower portion of the reformer 49.
  • a reformed gas pipe 94 is provided with a gas analyzer 4413 to monitor the composition of the reformed gas discharged from the reformer 49.
  • the reduced iron transferred through the compacted material supply pipe 22 is charged into a reduced iron charging hopper 491. And if it is detected by the upper level meter 4926 that the reduced iron is filled up to the upper level meter 4926 of the reduced iron charging hopper 491, the supply of reduced iron through the compacted material supply pipe 22 is stopped. If the reduced iron is lowered below the upper level meter 4926 by the upper level gauge 4926, that is, if the reduced iron charging hopper 491 is empty, the reduced iron is supplied again through the compacted material supply pipe 22, and the upper If it is detected that the reduced iron is filled up to the level meter 4926, the reduced iron supply is stopped.
  • the valve 491313 is opened to allow back pressure of the reduced iron charging hopper 493 through the back pressure line 4912.
  • the valve 4910 It is opened and charged iron begins to be charged from the reduced iron charging hopper 491 to the reduced iron charging hopper 493.
  • the valve 4910 is closed to stop the reduced iron charging, and the valve 4913 is closed.
  • the valve 4915 is opened to pressurize the reduced iron charging hopper 493 by injecting an inert gas into the reduced iron charging hopper 493 through the pressure line 4914.
  • the valve 4915 is closed to stop the pressurization of the reduced iron charging hopper 493.
  • the valve 491 1 is opened to charge the reduced iron from the hopper 493 for reducing iron charging to the reformer 49.
  • the valve 4911 is closed. This charging process continues until the level iron 45 fills the reformer 49 with the reduced iron above a certain height.
  • valve 935 When the compacted material is filled in the reformer 49, the valve 935 is opened to supply the mixed gas to the reformer 49 through the mixed gas pipe 93 to be reformed.
  • the reformed gas generated in the reformer 49 is discharged to the outside through the reformed gas pipe 94 by opening the valve 941.
  • the reduced iron is discharged to the reformer 49 at a predetermined time interval and the reduced iron is charged back into the reformer 49.
  • the reduced iron is discharged from the reformer 49 through the following process.
  • the valve 4922 is opened, and an inert gas is injected into the hopper 495 for reducing iron discharge through the pressure line 4921.
  • the valve 4922 is closed to inert gas injection. Do this.
  • the valve 4917 is opened to transfer the used reduced iron from the reformer 49 to the reduced iron discharge hopper 495.
  • the reduced iron is smoothly maintained by opening the valve 4951 and maintaining a uniform pressure between the reduced iron discharge hopper 495 and the reformer 49 while the reduced iron is charged from the reformer 49 to the reduced iron discharge hopper 495. Discharge.
  • the reduced iron is filled in the hopper 495 for reducing iron discharge by the upper level gauge 4940. If confirmed, the valve 4917 is closed to stop the reduced iron charging, and the valve 4951 is closed. Next, the valve 4920 is opened to back-pressure the reduced iron discharge hopper 495 through the back pressure line 4919. Then, it is confirmed by the pressure gauge 4940 that the pressure in the reduced iron discharge hopper 495 is backed up to normal pressure, and the reduced iron in the reduced iron discharge hopper 497 is emptied to the level gauge 4932 or less by the level gauge 4932. If confirmed, the valve 4918 is opened to discharge the reduced iron to the reduced iron discharge hopper 497.
  • FIG. 6 schematically shows a molten iron manufacturing apparatus 200 according to a second embodiment of the present invention.
  • the apparatus for manufacturing molten iron 200 of FIG. 6 is merely for illustrating the present invention, but the present invention is not limited thereto. Therefore, the apparatus for manufacturing molten iron 200 may be modified in other forms. Meanwhile, since the structure of the apparatus for manufacturing molten iron 200 of FIG. 6 is similar to that of the apparatus for manufacturing molten iron 100 of FIG. 1, the same reference numerals are used for the same parts, and detailed description thereof will be omitted.
  • the reducing gas discharged from the melt gasifier 10 and the reformed gas discharged from the reformer 40 are discharged from each of the plurality of fluidized-bed reduction reactors 10 to the fluidized-bed reduction reactor 10. That is, they are supplied separately and separately. That is, the plurality of fluidized-bed reduction furnaces 10 each have somewhat different functions for converting iron ore into reduced iron according to preheating, heating, final heating and the like. Therefore, the function of the fluidized-bed reduction reactor 10 in each step by mixing the reducing gas discharged from the melt gasifier 10 and the reformed gas discharged from the reformer 40 and supplying them to each fluidized-bed reduction reactor 10. Can be improved in more detail.
  • FIG. 7 schematically shows a molten iron manufacturing apparatus 300 according to the third embodiment of the present invention.
  • the structure of the apparatus for manufacturing molten iron 300 of FIG. 7 is merely for illustrating the present invention, and the present invention is not limited thereto. Therefore, the structure of the apparatus for manufacturing molten iron 300 may be modified in other forms.
  • the structure of the apparatus for manufacturing molten iron 300 of FIG. 7 is similar to that of the apparatus for manufacturing molten iron 100 of FIG. 1, the same reference numerals are used for the same parts, and a detailed description thereof will be omitted.
  • the layered layer reduction furnace 12 can be used as a reduction furnace.
  • iron ore may be charged into the layered layer reduction furnace 12 to form a layered layer to produce molten iron in the melt gasification furnace 30.
  • the molten gasification furnace 30 in the packed layer reduction furnace 12 may be used.
  • Some of the reduced iron supplied to the reformer 40 may be supplied to the reformer 40 to be used as a reforming reaction catalyst, and the used reforming reaction catalyst may be charged into the melt gasifier 30 to produce molten iron.
  • the exhaust gas was compressed and removed from the carbon dioxide for circulation and reformation of the exhaust gas, and the amount of energy required for this process is known to be very large.
  • the cost of the exhaust gas reforming circulation compared to the coal price reduced by the aforementioned method is high in the region where the power unit cost is high, and thus economic efficiency may be lost.
  • the nitrogen gas mixed in the reducing gas is not separated and removed during the circulation and reforming of the exhaust gas in order to prevent local burning and powder clogging in the melt gasification furnace and the flow path during molten iron manufacturing.
  • nitrogen gas which is an inert gas, remains and accumulates in the reducing gas, thereby reducing the quality of the reducing gas supplied to the reduction furnace. Therefore, not only reduces the coal consumption reduction effect by reforming the exhaust gas, but also increases the energy required to reform the exhaust gas, that is, remove carbon dioxide, and lowers the carbon dioxide removal efficiency.
  • the supply amount of the reducing gas supplied by reforming the exhaust gas should be limited to a predetermined level or less, thereby reducing the effect of reducing the coal requirement in the melt gasification furnace.
  • the reduction in coal demand is attributable to a decrease in the reserves of coal used in the manufacture of molten iron and to higher prices as global coal demand increases.
  • a raw material that can replace coal is, for example, natural gas mainly containing hydrocarbons. Natural gas fields are being actively developed, and the price of natural gas is expected to stabilize downward in the long term due to increased shale gas mining in North America.
  • a method of blowing natural gas through a tuyere into which an oxidant is injected is used to burn coke or coal in a blast furnace or a melt gasifier.
  • hydrocarbons are reformed into reducing gas by the combustion heat of coke or coal, which is fed to the fluidized bed reduction furnace connected to the upper part of the blast furnace and the molten gasifier together with the reducing gas generated by the combustion of coke or coal.
  • the heat generated from the combustion of coke or coal is around the blast furnace and melt gasifier, which is less than the heat required to operate the blast furnace and melt gasifier. Therefore, there is a limit in reducing the consumption of coke or coal by natural gas injection.
  • the hydrocarbon is mixed with the exhaust gas of the reduction furnace and used.
  • the consumption of coal required for the production of molten iron used while increasing the reducing power of the reducing gas is reduced.
  • the mixed gas was heated up using oxygen of 5,061 Nm 3 / hr.
  • Fluidized Bed Reduction Furnace Subsidiary materials were charged at 308 ton / hr, and reduced iron was prepared as a compact using a compaction apparatus, and then charged to a melt gasifier with a flux of 22 ton / hr at 232 ton / hr. Coal was charged to the melt gasifier at 1 17 ton / hr. As a result, 180 ton / hr of molten iron was produced in a melt gasifier.
  • the exhaust gas is reformed by reforming the exhaust gas with a reformer such as simply removing carbon dioxide from the exhaust gas discharged from the fluidized-bed reduction reactor, and the feed gas suitable for the reducing gas produced in the molten gas-fired furnace is transferred to the fluidized-bed reduction reactor.
  • a reformer such as simply removing carbon dioxide from the exhaust gas discharged from the fluidized-bed reduction reactor
  • the feed gas suitable for the reducing gas produced in the molten gas-fired furnace is transferred to the fluidized-bed reduction reactor.
  • Table 1 shows the physical properties of the reducing gas, the reforming gas and the supply gas of the above-described experimental example and the supply gas of the comparative example.

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Abstract

탄화수소가스를 사용해 개질가스를 제조함으로써 환원로에서의 환원철의 환원력을 향상시킨 용철제조방법과 용철제조장치를 제공한다. 용철제조방법은 i) 철광석을 환원철로 변환하는 환원로에서 배출되는 배가스를 제공하는 단계, ii) 배가스를 분기한 또다른 배가스와 탄화수소가스를 혼합한 혼합 가스를 제공하는 단계, iii) 혼합 가스를 개질하여 개질 가스를 제공하는 단계, 및 iv) 환원로와 연결되어 환원철을 공급받는 용융가스화로로부터 배출되는 환원 가스와 개질 가스를 혼합하여 환원로에 취입하는 단계를 포함한다.

Description

【명세서】
【발명의 명칭】
용철제조방법 및 용철제조장치
[기술분야]
본 발명은 용철제조방법 및 용철제조장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 유동환원로의 배가스 개질 순환 장치를 개선하여 환원가스의 환원력을 높이고, 석탄 사용량을 저감시킬 수 있는 용철제조방법 및 용철제조장치에 관한 것이다.
【배경기술】
용융환원제철법에서는 철광석을 환원하는 유동층형 환원로와 환원된 철광석을 용융하는 용융가스화로를 사용한다. 용융가스화로에서 철광석을 용융하는 경우, 철광석을 용융할 열원으로서 석탄을 괴상화한 성형탄을 용융가스화로에 장입한다. 여기서, 환원철은 용융가스화로에서 용융된 후, 용철 및 슬래그로 전환되어 외부로 배출된다. '
유동층형 환원로로부터 배출되는 배가스는 수집진장치를 통과하면서 냉각된다. 배가스 개질순환장치를 사용하여 배가스 일부를 분기해 압축하고 이산화탄소를 제거한 후 용융가스화로에서 배출되는 환원가스와 흔합하여 유동층형 환원로에 환원가스를 추가로 공급하여 유동층형 환원로에서의 철광석의 환원 효율을 향상시킨다. 그러나 추가로 공급되는 환원가스에는 다량의 질소가 포함되어 있으므로, 환원가스의 환원력 개선에는 한계가 있다.
【발명의 상세한 설명】
【기술적 과제】
탄화수소가스를 사용해 개질가스를 제조함으로써 환원로에서의 환원철의 환원력올 향상시킨 용철제조방법을 제공하고자 한다. 또한, 탄화수소가스를 사용해 개질가스를 제조함으로써 환원로에서의 환원철의 환원력을 향상시킨 용철제조장치를 제공하고자 한다.
【기술적 해결방법】
본 발명의 일 실시예에 따른 용철제조방법은 i) 철광석을 환원철로 변환하는 환원로에서 배출되는 배가스를 제공하는 단계, ii) 배가스를 분기한 또다른 배가스와 탄화수소가스를 흔합한 흔합 가스를 제공하는 단계, iii) 흔합 가스를 개질하여 개질 가스를 제공하는 단계, 및 ) 환원로와 연결되어 환원철을 공급받는 용융가스화로로부터 배출되는 환원 가스와 개질 가스를 흔합하여 환원로에 취입하는 단계를 포함한다.
환원철 중 일부 환원철을 개질 .반웅 촉매로서 제공하는 단계에서 일부 환원철은 환원로로부터 직접 제공될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 용철제조방법은 환원철을 압축하여 괴성화하는 단계를 더 포함하고, 환원철 중 일부 환원철을 개질 반웅 촉매로서 제공하는 단계에서 일부 환원철은 괴성화되어 제공될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 용철제조방법은 개질 반웅 촉매로서 사용된 일부 환원철을 회수하여 용융가스화로에 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
개질 가스를 제공하는 단계에서 일부 환원철이 장입되는 하나 이상의 개질기에서 개질 가스가 생성되고, 개질기에 질소가 공급될 수 있도록 적용될 수 있다. 흔합 가스는 개질기 내부에서 환형으로 회전하면서 원주 방향으로 취입될 수 있다. 개질 가스를 제공하는 단계에서， 일부 환원철이 장입되어 개질 반웅 촉매로서 사용되는 복수의 개질기들에서 개질 가스가 생성되고, 복수의 개질기들은 제 1 개질기 및 제 2 개질기를 포함할 수 있다. 일부 환원철의 제 1 개질기로의 장입이 완료된 후 일부 환원철이 제 2 개질기로 장입될 수 있다. 제 1 개질기의 차압이 기설정치 이상인 경우, 흔합 가스의 제 1 개질기의 유입을 차단하고, 흔합 가스를 제 2 개질기에 공급하여 제 2 개질기에서 개질 가스를 생성할 수 있다. 제 1 개질기의 압력이 기설정치 이상인 경우, 개질 가스를 외부 배출시킬 수 있다. 게 1 개질기 내의 개질 가스를 배출한 후 게 1 개질기를 퍼지하며, 제 1 개질기 내부의 개질 반웅 촉매를 배출하고, 일부 환원철올 제 1 개질기에 다시 공급할 수 있다. 개질 가스를 제공하는 단계에서, 일부 환원철이 개질 가스를 생성하는 개질기에 연속적으로 장입 및 배출되면서 개질 가스를 제공할 수 있다.
개질 가스를 제공하는 단계는, i) 개질기의 전단에 연결된 복수의 환원철 장입용 호퍼들과 개질기의 후단에 연결된 복수의 환원철 배출용 호퍼들을 제공하는 단계, ii) 복수의 환원철 장입용 호퍼들간의 차압을 조절하는 단계, Hi) 일부 환원철을 복수의 환원철 장입용 호퍼들을 통과시켜 개질기에 장입하는 단계, iv) 복수의 환원철 배출용 호퍼들간의 차압을 조절하는 단계, 및 V) 일부 환원철을 개질기로부터 복수의 환원철 배출용 호퍼들을 통과시켜서 외부 배출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 용철제조방법은 i) 흔합 가스를 배가스와 간접 접촉시켜 1차 가열하는 단계, 및 ii) 혼합 가스를 산소로 가열하여 2차 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다. 배가스를 제공하는 단계에서, 배가스는 냉각 및 세정될 수 있다. 흔합 가스를 1차 가열하는 단계는 흔합 가스를 1000°C 이하로 가열할 수 있다. 흔합 가스를 2차 가열하는 단계는 흔합 가스를 1100°C 내지 i2(xrc로 가열할 수 있다. 배가스를 제공하는 단계에서, 환원로는 층전충형 환원로 또는 복수의 유동층형 환원로들일 수 있다. 환원로가 복수의 유동층형 환원로들인 경우, 환원 가스와 개질 가스를 흔합하여 복수의 유동충형 환원로들 중 각 유동층형 환원로에 각각 공급할 수 있다. ᅳ
본 발명의 일 실시예에 따른 용철제조장치는 i) 철광석을 환원철로 환원시키는 환원로, ii) 환원로와 연결되어 환원철을 공급받아 용철올 제조하고 환원로에 환원 가스를 공급하는 용융가스화로, iii) 환원로와 연결되어 환원로에서 배출되는 배가스가 흐르는 배가스관, iv) 배가스관과 연결되어 배가스를 분기한 또다른 배가스가 흐르고, 탄화수소가스를 공급받아 배가스와 흔합한 흔합 가스를 제공하는 배가스 분기관, V) 환원로와 연결되어 환원철 중 일부 환원철을 공급받고, 배가스 분기관과 연결되어 일부 환원철에 의해 흔합 가스를 개질하여 개질 가스를 제공하는 하나 이상의 개질기， vi) 환원로와 용융가스화로를 연결하여 환원가스를 용융가스화로에 제공하는 공급가스관, 및 vi) 개질기와 공급가스관을 연결하고, 개질가스를 환원가스와 흔합하여 용융가스화로에 제공하는 개질가스관을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 용철제조장치는 배가스관 및 배가스 분기관과 연결되어 배가스에 의해 흔합가스를 승온하는 열교환기를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 용철제조장치는 환원로와 용융가스화로를 연결하고, 환원철을 괴성화한 괴성체를 용융가스화로에 제공하며, 개질기와 연결되어 일부 환원철을 괴성체로서 공급하는 괴성체 제조 장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 용철제조장치는, i) 괴성체 제조 장치와 개질기를 연결하고, 괴성체를 개질기에 공급하는 괴성체 공급관, 및 ii) 괴성체 제조 장치와 개질기를 연결하고, 사용 완료된 또다른 괴성체를 괴성체 제조 장치로 리턴하는 괴성체 회수관올 더 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 용철제조장치는， i) 열교환기 및 배가스관과 연결되고， 배가스를 공급받아 연소시켜 흔합 가스를 가열하는 게 1 가열기, 및 ii) 게 1 가열기와 연결되고， 산소를 공급받아 흔합 가스를 재가열하는 게 2 가열기를 더 포함할 수 있다.
하나 이상의 개질기는 개질 반응 촉매가 함유된 복수의 개질기들을 포함하고, 복수의 개질기들은 제 1 개질기 및 제 2 개질기를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 용철제조장치는, i) 열교환기와 제 1 개질기 및 제 2 개질기를 상호 연결하는 흔합가스 공급관, U) 게 1 개질기 및 제 2 개질기에 연결된 퍼지가스 공급관, 및 iii) 제 1 개질기 및 제 2 개질기에 연결된 배출가스관을 더 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 용철제조장치는, i) 거 1 1 개질기 및 제 2 개질기에 설치되고, 게 1 개질기 및 제 2 개질기 각각의 내부 압력을 측정하는 압력계, H) 게 1 개질기 및 제 2 개질기에 설치되고, 게 1 개질기 및 저 12 개질기 각각의 상부와 흔합가스 공급관과 연결되어 상부의 압력과 흔합가스 공급관 내부의 압력의 차를 측정하는 차압계, 및 iii) 제 1 개질기 및 제 2 개질기에 설치되고, 개질 반웅 촉매의 높이를 측정하는 레벨계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 용철제조장치는， i) 개질기의 전단에 위치하여 개질기와 직렬 연결된 복수의 환원철 장입용 호퍼들， 및 ii) 개질기와 후단에 위치하여 개질기와 직렬 연결된 복수의 환원철 배출용 호퍼들을 더 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 용철제조장치는 복수의 환원철 장입용 호퍼들 및 복수의 환원철 배출용 호퍼들 중 하나 이상의 호퍼에 설치되어 불활성 가스를 호퍼 내부로 취입하여 호퍼 내부를 가압하는 불활성 가스 취입관을 더 포함할 수 있다.
개질기는 개질기의 중심을 둘러싸는 환형의 흔합가스 공급부를 포함하고， 흔합가스 공급부에는 기설정된 간격으로 상호 이격된 복수의 개구부들이 형성되며, 복수의 개구부들을 통하여 흔합가스를 개질기의 내부로 취입할 수 있다. 환원로는 충전층형 환원로 또는 복수의 유동층형 환원로들일 수 있다. 환원로가 복수의 유동층형 환원로들인 경우, 공급가스관은 복수의 유동층형 환원로들 중 각 유동층형 환원로와 용융가스화로를 각각 연결할 수 있다.
【유리한 효과】 용철제조장치를 사용하여 석탄 소모량을 줄일 수 있다. 또한, 탄화수소가스를 개질하여 유동층형 환원로에 환원가스를 추가로 공급하므로, 환원가스내의 질소 집적을 효율적으로 방지할 수 있다. 그 결과, 유동층형 환원로의 철광석의 환원조업효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 용철제조장치에서 제철용 석탄과 탄화수소가스를 함께 사용하여 경제적으로 탄화수소가스를 이용해 용철을 생산할 수 있는 수단을 추가로 제공하므로, 전세계 각 지역별로 연료 조건 및 원료 조건에 따라 좀더 탄력적으로 용철제조공정을 선택할 수 있다.
【도면의 간단한 설명】
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 용철제조장치의 개략적인 도면이다. 도 2는 도 1의 용철제조장치에 포함된 개질기의 개략적인 도면이다.
도 3은 도 2의 ΙΠ-ΠΙ선을 따라 자른 개질기의 개략적인 내부 단면도이다. 도 4는 환원철과 접촉하는 시간 경과에 따른 탄화수소의 환원가스로의 전환율을 나타낸 그래프이다.
도 5는 도 1의 용철제조장치에 포함된 개질기의 변형예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 용철제조장치의 개략적인 도면이다. 도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 용철제조장치의 개략적인 도면이다.
【발명의 실시를 위한 최선의 형태】
여기서 사용되는 전문용어는 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 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및 /또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다ᅳ
"아래", "위" 등의 상대적인 공간을 나타내는 용어는 도면에서 도시된 한 부분의 다른 부분에 대한 관계를 좀더 쉽게 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면에서 의도한 의미와 함께 사용중인 장치의 다른 의미나 동작을 포함하도록 의도된다. 예를 들면, 도면중의 장치를 뒤집으면, 다른 부분들의 "아래 "에 있는 것으로 설명된 어느 부분들은 다른 부분들의 "위''에 있는 것으로 설명된다. 따라서 "아래 "라는 예시적인 용어는 위와 아래 방향을 전부 포함한다. 장치는 90ο 회전 또는 다른 각도로 회전할 수 있고， 상대적인 공간을 나타내는 용어도 이에 따라서 해석된다.
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 않는다ᅳ
이하에서 사용하는 "탄재 "라는 용어는 카본 (carbon)을 함유한 물질을 의미한다. 따라서 탄재로서 석탄, 코크스, 카본 더스트 등 카본을 함유한 모든 물질을 예로 들 수 있다.
이하에서 사용하는 "탄화수소가스"는 탄화수소를 함유한 모든 가스를 의미하는 것으로 해석된다. 따라서 탄화수소가스는 탄화수소만으로 이루어진 가스일 수 있고, 탄화수소를 포함하는 가스일 수 있다.
이하， 첨부한 도면을 참조하여 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.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 용철제조장치 (100)를 개략적으로 나타낸다. 도 1의 용철제조장치 (100)는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며， 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 용철제조장치 (100)를 다른 형태로도 변형할 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 용철제조장치 (100)는 유동층형 환원로 (10)， 괴성체 제조 장치 (20)， 용융가스화로 (30), 개질기 (40), 열교환기 (50) 및 가열로 (60, 62)를 포함한다. 이외에, 용철제조장치 (100)는 필요에 따라 다른 장치들을 더 포함할 수 있다. 이러한 각 장치들의 상세한 내부 구조는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로 그 자세한 설명을 생략한다.
융융가스화로 (30)에서는 용철을 제조한다. 융융가스화로 (30)의 풍구 (301)를 통해서 산소를 취입하고, 융융가스화로 (30)의 상부를 통하여 석탄과 환원철을 장입한다. 석탄은 융융가스화로 (30) 내부에서 석탄충전층을 형성한다. 석탄으로서 성형탄과 괴상 탄재 등을 사용할 수 있고, 괴상 탄재로서 괴탄을 사용할 수 있다. 풍구 (301)를 통해 취입된 산소를 이용하여 융융가스화로 (30)에 장입된 석탄을 연소시켜서 생성된 연소열을 용철 제조에 사용한다. 그리고 CO 및 ¾ 등의 고온 환원가스가 용융가스화로 (30)에 형성된 층전층을 통과하여 용융가스화로 (30)의 돔부로 공급된다. 고은의 환원가스는 용융가스화로 (30)로부터 배출되어 더스트 순환 장치 (32)를 통과한다. 더스트 순환 장치 (32)는 고온의 환원가스에 포함된 다량의 탄소함유 더스트를 분리하고, 분리된 탄소함유 더스트를 용융가스화로 (30)로 재취입한다. 다량의 탄소함유 더스트가 제거된 환원가스는 유동층형 환원로 (10)에 공급된다.
한편, 수집진 장치 (36)는 더스트 순환 장치 (32)에서 탄소 함유 더스트와 분리된 가스 일부를 분기하여 냉각 및 세정한다. 그리고 가스순환 냉각장치 (37)는 수집진 장치 (36)에서 넁각 및 제진된 가스 일부를 추가로 세정한다. 그리고 가스를 승압하여 다시 용융가스화로 (30)에서 공급되는 환원가스로 순환시켜서 유동층형 환원로 (10)에 공급되는 환원가스의 온도를 제어한다. 또한, 과잉가스 배출장치 (38)는 용융가스화로 (30)의 내부 압력을 조절하기 위하여 용융가스화로 (30)의 압력에 따라 수집진 장치 (36)에서 넁각 및 제진된 가스 일부를 추가로 제진한 후 외부로 배출한다.
유동층형 환원로 (10)에서는 철광석을 환원한다. 유동층형 환원로 (10)는 다단으로 이루어져 있으며, 분광을 환원하여 환원철로 변환하도록 순차적으로 연결된다. 각 유동층형 환원로 (10)의 내부에는 기포 유동층이 형성된다. 따라서 유동층형 환원로 (10)에서 분광을 유동시키면서 환원하여 환원철을 제조할 수 있다. 한편, 분광이 유동층형 환원로 (10) 내부에 점착되지 않도록 분광과 함께 부원료를 더 흔합할 수 있다.
괴성체 제조 장치 (20)는 환원철 저장조 (201), 한 쌍의 를 (roll)(203), 파쇄기 (205) 및 분배슈트 (207)를 포함한다. 이외에, 괴성체 제조 장치 (20)는 필요에 따라 다른 부품들을 더 포함할 수 있다. 환원철 저장조 (201)에서는 유동층형 환원로 (10)에서 공급된 환원철을 임시 저장한다. 그리고 용융가스화로 (30)에서의 통기성 확보 및 비산 방지를 위하여 한 쌍의 를 (203)에서 환원철을 공급받아 압착하여 괴성체를 제조한다. 파쇄기 (205)에서는 압착된 괴성체를 일정 크기로 파쇄한다ᅳ 분배슈트 (207)는 복수의 괴성체 저장조들 (미도시)에 괴성체를 적절하게 분배한다.
고온 균배압 장치 (34)는 괴성체 제조 장치 (20)와 용융가스화로 (30) 사이에 위치한다. 고온 균배압 장치 (34)는 압력 조절을 위하여 용융가스화로 (30) 상부에 설치된다. 용융가스화로 (30)의 내부가 고압이므로, 고온 균배압 장치 (34)가 압력을 균일하게 조절하여 괴성체를 용융가스화로 (30)에 쉽게 장입할 수 있다. 따라서 괴성체는 고온 균배압 장치 (34)를 통과하면서 그 공급 압력이 적절하게 조절되어 용융가스화로 (30)에 공급된다.
공급가스관 (70)은 용융가스화로 (10)의 석탄층전층으로부터 배출된 환원가스를 유동층형 환원로 (10)에 공급한다. 따라서 공급가스관 (70)을 통하여 제공되는 공급가스에 의해 유동층형 환원로 (10)에서 철광석을 환원철로 변환시킬 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 유동층형 환원로 (10)에서 배출되는 배가스는 열교환기 (50)를 통과하고, 열교환기 (50)에서는 배가스의 현열을 회수하는 배열회수기능을 가진다. 건식집진장치 (80)는 열교환기 (50)의 후단에 위치하여 배가스에 함유된 더스트를 분리 제거한다. 또한, 수넁각장치 (82)는 건식집진장치 (80)의 후단에 위치하여 배가스를 냉각시킨다.
배가스 분기관 (92)은 수넁각장치 (82)의 후단에서 배가스 일부를 분기하여 이송한다. 압축기 (84)는 분기된 배가스를 압축한다. 탄화수소가스 공급관 (86)은 압축기 (84) 후단에서 배가스 분기관 (92)과 연결되어 배가스에 탄화수소가스를 흔합한 흔합 가스를 제공한다. 흔합 가스는 열교환기 (50)를 통과하면서 승온된 후 흔합가스관 (94)을 통하여 제 1 가열기 (60)에 공급된다. 한편, 연료가스관 (94)은 배가스관 (90)에서 분기되어 제 1 가열기 (60)에 연결되고 배가스를 연료로 공급하여 흔합 가스를 가열한다. 한편, 연소를 위해 제 1 가열기 (60)에는 공기를 공급한다. 여기서, 제 1 가열기 (60)에서는 흔합가스의 온도를 1000 °C 이하로 조절할 수 있다. 흔합 가스의 온도가 너무 높은 경우, 상기 온도 이상에서는 게 1 가열기 (60)에 포함된 내열 금속재 승온 류브가 손상될 수 있다. 따라서 흔합가스의 온도를 전술한 범위로 조절한다.
제 2 가열기 (62)는 제 1 가열기 (60)의 후단에 위치한다. 제 2 가열기 (62)에서는 게 1 가열기 (60)에 의해 가열된 흔합가스 내부로 산소를 취입하여 흔합 가스를 부분 연소시킨다. 그 결과， 혼합 가스가 2차 가열되고, 그 온도는 1100°C 내지 1200 °C로 조절된다. 2차 가열 온도가 너무 높은 경우, 흔합가스와 접촉하는 괴성체가 개질기 (40) 내부에 점착될 수 있다. 또한, 2차 가열 온도가 너무 낮은 경우， 2차 가열의 의미가 없다. 따라서 흔합 가스의 2차 가열 온도를 전술한 범위로 조절한다.
게 1 가열기 (60) 및 제 2 가열기 (62)에서 추가 승온된 흔합 가스는 개질기 (40)와 연결된 혼합가스관 (93)을 통하여 개질기 (40)에 공급된다. 개질기 (40)는 고온의 흔합가스를 공급받아 흔합가스에 함유된 탄화수소와 배가스내의 C02/H20 성분을 CO/H2 등의 환원가스 성분으로 개질한다. 개질기 (40)에서 처리된 개질가스는 더스트 순환장치 (32)의 후단에 연결된 개질가스관 (94)을 통하여 용융가스화로 (30)에서 발생하는 석탄계 환원가스와 흔합되어 유동층형 환원로 (10)에 제공된다.
한편, 개질기 (40)는 괴성체 공급관 (22)과 괴성체 회수관 (24)을 통하여 괴성체 제조 장치 (20)와 연결된다. 괴성체 공급관 (22)은 괴성체 제조 장치 (20)에서 제조된 괴성체를 개질기 (40)에 제공한다. 괴성체 회수관 (24)은 개질기 (40)에서 개질 반응 촉매로서 사용 완료된 또다른 괴성체를 괴성체 제조 장치 (20)로 리턴하여 용융가스화로 (30)에 공급한다. 한편, 도 1에는 도시하지 않았지만, 유동층형 환원로 (10)에서 배출되는 환원철 중 일부 환원철을 직접 개질기 (40)에 제공할 수도 있다. 이 경우, 일부 환원철의 입도가 작으므로 표면적이 커져서 개질기 (40)에서의 개질반응촉매로서의 효율을 향상시킬 수 있다. 이하에서는 도 1의 용철제조장치 (100)의 작동 과정을 좀더 구체적으로 설명한다. 이러한 용철제조장치 (100)의 작동 과정은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
먼저, 유동층형 환원로 (10)에서 철광석을 환원한 후 배출된 고온의 배가스는 열교환기 (50)를 통과하고 건식집진장치 (80)에서 그 내부에 함유된 더스트를 분리 제거한 후 수냉각장치 (82) 에서 상온까지 냉각된다. 제진 및 넁각된 유동로 배가스 중 일부는 분기되어 압축기 (84)에 의해 승압된 후 탄화수소가스와 흔합되어 흔합가스로서 제공된다. 흔합가스는 열교환기 (50)에서 배가스와 접촉하여 승온된 후 제 1 가열로 (60)에 유입되어 제진 및 넁각된 유동로 배가스를 연소시켜 발생하는 고은 가스와 간접적으로 접촉하여 1차 가열된다. 제 1 가열로 (60)를 통과한 흔합가스는 게 2 가열로 (62)에서 2차 가열된다. 제 2 가열로 (62)에서는 흔합가스내에 산소를 직접 취입하여 연소시킴으로써 그 연소열로 흔합 가스를 가열한다. 그 결과， 흔합가스의 온도는 개질기 (40) 내에서 흔합가스가 환원가스로 전환하기 위해 필요한 반웅열 및 전환된 환원가스 온도 확보에 필요한 현열에 부합하도록 조절된다. 게 2 가열기 (62)에서 가열된 흔합가스는 개질기 (40)에서 하기의 화학식 1의 화학 반웅에 의해 CO 및 H2 등의 환원가스로 전환된다.
[화학식 1]
CH4 + C02→ CO + 2H2
CH4 + H20→ 2CO + 3H2
개질 반웅의 속도 및 반응량을 증가시키기 위해서 전술한 반웅을 촉진시킬 촉매로서 환원철을 사용한다. 괴성체 제조 장치 (20)는 개질기 (40)와 연결되어 환원철인 괴성체를 개질기 (40)에 공급하고, 사용 완료된 환원철을 개질기 (40)로부터 공급받는다. 즉, 괴성체 제조 장치 (20)는 괴성체 공급관 (22) 및 괴성체 회수관 (24)을 통하여 개질기 (40)와 연결된다. 환원철에 의해 개질기 (40)에서 생성된 개질가스는 개질가스관 (94)을 통하여 이송되고， 용융가스화로 (30)에서 배출되는 환원가스가 흐르는 공급가스관 (70)과 연결되어 유동층형 환원로 (20)에 공급된다.
도 2는 도 1의 용철제조장치 (100)에 포함된 개질기 (40)를 개략적으로 나타낸다. 도 2의 개질기 (40)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 개질기 (40)의 구조를 다른 형태로도 변형할 수 있다. 예를 들면, 개질기 (40)를 다수의 유닛으로 포함하는 형태로 설치할 수도 있다.
개질기 (40)는 제 1 개질기 (401)와 제 2 개질기 (403)를 포함한다. 제 1 개질기 (401)와 제 2 개질기 (403)는 상호 동일한 구조를 가진다. 따라서 거 U 개질기 (401)와 제 2 개질기 (403) 증에서 어느 한 개질기를 사용하고， 다른 개질기는 예비 상태로 둘 수 있다. 그리고 어느 한 개질기를 유지보수하거나 고장이 발생한 경우, 다른 개질기로 사용 전환할 수 있다. 전술한 바와 같이， 제 1 개질기 (401)와 제 2 개질기 (403)를 교대로 사용하기 위하여 복수의 밸브들을 사용해 가스도관들을 차단하거나 오픈한다. 괴성체 공급관 (22)은 개질기 (14)의 상부에 위치하는 분배슈트 (23)에 연결되어 분배슈트 (23)를 통해 환원철을 공급한다. 환원철은 분배슈트 (23)를 통하여 게 1 개질기 (401)와 게 2 개질기 (403) 중 어느 한 개질기로 선택적으로 공급된다. 제 1 개질기 (401)와 게 2 개질기 (403) 중 어느 한 개질기로 공급된 환원철은 개질 반응 촉매로서 작용하므로, 흔합가스관 (93)을 통하여 공급된 흔합가스를 개질한 개질가스를 개질가스관 (94)을 통해 공급할 수 있다. 한편, 개질 반응 촉매로서 사용 완료된 환원철은 괴성체 회수관 (24)을 통하여 다시 괴성체 제조 장치 (20)로 리턴된다. 도 2에는 도시하지 않았지만, 스크류 피더 장치 등을 이용하여 사용 완료된 괴성체를 게 1 개질기 (401)와 제 2 개질기 (403) 외부로 절출할 수 있다.
한편, 밸브들 (231, 233)을 닫는 경우, 게 1 개질기 (401)와 저 12 개질기 (403)로부터 가스가 누출되지 않으면서 제 1 개질기 (401)와 제 2 개질기 (403)가 가스 밀폐된다. 밸브들 (231, 233)은 환원철을 게 1 개질기 (401) 또는 게 2 개질기 (403)로 공급하기 위해 개폐된다. 또한, 밸브들 (241, 243)을 닫는 경우, 게 1 개질기 (401)와 제 2 개질기 (403)로부터 가스가 누출되지 않으면서 거 1 1 개질기 (401)와 게 2 개질기 (403)가 가스 밀폐된다. 밸브들 (241, 243)은 개폐되어 제 1 개질기 (401)와 게 2 개질기 (403)로부터 괴성체 회수관 (24)을 통하여 배출되는 환원철의 양을 제어한다.
흔합가스는 흔합가스관 (93)을 통하여 제 1 개질기 (401)와 제 2 개질기 (403)에 선택적으로 공급된다. 밸브들 (931, 933)은 각각 게 1 개질기 (401) 또는 거 12 개질기 (403)에 흔합가스가 선택적으로 공급되도록 조절한다. 흔합가스는 제 1 개질기 (401) 또는 게 2 개질기 (403)에서 개질가스로 변환된 후 개질가스관 (94)을 통하여 외부로 배출된다. 각각 제 1 개질기 (401) 및 제 2 개질기 (403)의 후단 방향으로 개질가스관 (94)에 각각 밸브 (941, 943)가 설치되어 외부로 배출되는 개질가스의 양을 조절한다.
또한, 게 1 개질기 (401) 및 제 2 개질기 (403)에는 필요에 따라 내부 가스를 외부 배출하도록 배출가스관 (47, 48)이 설치되고, 배출가스관 (47, 48)에는 밸브들 (471, 481)이 설치된다. 한편, 제 1 개질기 (401) 및 제 2 개질기 (403)에는 질소공급관 (405, 407)이 설치되어 게 1 개질기 (401) 또는 제 2 개질기 (403)를 퍼징하는 경우 질소를 공급한다. 압력계들 (41, 42)은 제 1 개질기 (401) 및 제 2 개질기 (403)에 각각 설치되어 제 1 개질기 (401) 및 제 2 개질기 (403)의 내부 압력을 측정한다. 제 1 개질기 (401) 및 제 2 개질기 (403)의 내부 압력을 측정하여 제 1 개질기 (401) 및 제 2 개질기 (403)의 내부 상태를 모니터링할 수 있다. 차압계들 (43, 44)은 게 1 개질기 (401) 및 제 2 개질기 (403)에 설치되어 제 1 개질기 (401) 및 제 2 개질기 (403)에서 형성되는 가스 흐름에 의한 차압을 측정한다. 차압으로부터 환원철을 통기 저항을 측정하여 환원철이 개질 반응 촉매로서 원활하게 작동하는지 여부를 파악할 수 있다. 한편 : 레벨계들 (45, 46)은 게 1 개질기 (401) 및 제 2 개질기 (403)에 설치되어 제 1 개질기 (401) 및 제 2 개질기 (403)에 장입 형성된 환원철의 높이를 측정할 수 있다. 도 3은 도 2의 ΙΠ-ΙΙΙ선을 따라 자른 개질기 (403)의 내부 단면 구조를 개략적으로 나타낸다. 도 3의 개질기 (403)의 내부 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 개질기 (403)의 내부 구조를 다른 형태로도 변형할 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 개질기 (403)의 흔합가스 공급부 (4033)의 내부에 원주 방향으로 일정 간격으로 내부와 도통하고, 기설정된 간격으로 상호 이격된 복수의 개구부들 (4035)이 형성된다. 따라서 흔합가스는 화살표로 도시한 바와 같이, 흔합가스 유입구 (4031)를 통해 개질기 (403) 내부로 유입된 후 환형의 흔합가스 공급부 (4033)를 따라 회전한다. 흔합가스 유입구 (4031)는 상호 마주하는 한 쌍으로 형성된다. 흔합가스는 복수의 개구부들 (4035)을 통하여 개질기 중심 (403c)을 향하여 환형으로 회전하면서 원주 방향으로 개질기 (403)의 내부로 일정하게 취입된다. 그 결과, 개질 반응 촉매를 이용하여 흔합가스를 효율적으로 개질할 수 있다.
이하에서는 도 2 및 도 3을 참고하여 개질기 (40)(도 1에 도시, 이하 동일)의 작동 과정을 좀더 구체적으로 설명한다. 이러한 개질기 (40)의 작동 과정은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 개질기 (40)의 작동 과정을 다른 형태로도 변형할 수 있다.
괴성체 제조 장치 (20)(도 2에 도시, 이하 동일)로부터 공급되는 환원철에 대해 분배슈트 (23) (도 2에 도시, 이하 동일)가 환원철의 장입 방향을 제 1 개질기 (401)(도 2에 도시, 이하 동일)로 선택하는 경우, 밸브 (231)(도 2에 도시)가 오픈되어 환원철이 괴성체 공급관 (22)을 통해 제 1 개질기 (401) 내부로 장입된다. 거 11 개질기 (401) 내부에서 환원철에 의해 생성된 충전층의 높이가 기설정치에 도달한 것으로 레벨계 (45)가 감지하는 경우, 분배슈트 (23)는 환원철의 장입 방향을 제 2 개질기 (403)(도 2에 도시, 이하 동일)로 변경한다. 따라서 밸브 (231)는 닫히고， 탤브 (233) (도 2에 도시)가 오픈되어 환원철을 제 2 개질기 (403)로 장입한다. 그리고 레벨계 (46)(도 2에 도시)가 제 2 개질기 (403) 내부에서 환원철에 의해 생성된 충전층의 높이가 기설정치에 도달한 것으로 감지되는 경우, 밸브 (233)(도 2에 도시)가 닫히고, 괴성체 공급관 (22)을 통한 환원철 이송이 중지된다.
다음으로, 벨브 (931)(도 2에 도시)가 오픈되어 흔합가스관 (93)(도 2에 도시, 이하 동일)을 통해 흐르는 혼합가스가 흔합가스 유입구 (4031) (도 3에 도시, 이하 동일)를 통하여 제 1 개질기 (401) 내부로 유입된다. 압력계 (41)(도 2에 도시)에 의해 제 1 개질기 (401)의 압력이 기설정치 이상으로 상승된 것이 확인되는 경우, 밸브 (941)를 오픈하여 개질가스관 (94)을 통해 개질가스를 배출시킨다. 개질가스는 제 1 개질기 (401) 내부로 균일하게 공급된 흔합가스가 게 1 개질기 (401) 내부에서 환원철의 촉매 작용에 의해 촉진되어 전술한 화학식 1에 따라 CO 및 ¾를 다량 함유한다. 한편, 제 1 개질기 (401)에서는 전술한 화학식 1의 화학 반웅이 진행되면서 괴성체인 환원철이 마모되거나 하기의 화학식 2의 화학 반웅에 의해 탄소 성분이 석출한다.
[화학식 2]
CH4 -→ C + 2H2
2CO→ C + C02
따라서 제 1 개질기 (401)에 형성된 환원철 충진층의 공극율이 저하되어 제 1 개질기 (401)의 내부에 형성되는 가스 흐름이 불균일하게 될 수 있다. 그 결과, 전술한 화학식 1의 반웅율을 저하시킬 수 있다. 이러한 현상은 차압계 (43)가 감지할 수 있으므로, 차압계 (43)에서 측정된 차압이 기설정치 이상이 되는 경우, 밸브들 (931, 941) (도 2에 도시, 이하 동일)을 닫아서 제 1 개질기 (401)로의 흔합가스 공급을 차단하면서 벨브 (933)를 오픈하여 제 2 개질기 (403)에 흔합가스를 공급할 수 있다. 그 결과, 제 1 개질기 (401)애서의 조업을 제 2 개질기 (403)에서도 동일하게 구현할 수 있다.
한편， 밸브들 (931, 941)을 닫은 후， 제 1 개질기 (401)에 연결된 배출가스관 (47)(도 2에 도시)의 밸브 (471)(도 2에 도시)를 열어서 제 1 개질기 (401) 내부의 가스를 외부 배출한다. 압력계 (41)가 가스 배출에 의해 제 1 개질기 (401) 내부의 압력이 기설정치 이하로 떨어진 것을 확인하는 경우， 제 1 개질기 (401)의 하부에 연결된 질소공급관 (405)(도 2에 도시)을 통하여 제 1 개질기 (401)의 내부를 질소로 주입하고， 잔류흔합가스를 퍼징한다. 기설정된 시간동안 질소를 주입한 후 퍼징이 완료되면, 제 1 개질기 (401)의 밸브 (241)를 열어서 제 1 개질기 (401) 내부의 환원철을 배출한다. 배출된 환원철은 괴성체 희수관 (24)에 의해 회수되어 괴성체 제조 장치 (10)에서 제조되는 괴성체와 함께 용융가스화로 (30)에 장입된다. 그리고 제 1 개질기 (401)에서 환원철이 모두 배출된 것으로 레벨계 (45)에 의해 확인되는 경우, 질소 공급을 중단한 후 제 1 개질기 (401)에 환원철을 다시 장입한다.
한편, 게 2 개질기 (403)에서 차압계 (44)(도 2에 도시)에 의해 감지된 차압이 기설정치 이상이 되는 경우, 밸브들 (933， 943) (도 2에 도시)이 닫혀서 제 2 개질기 (403)에 공급되는 흔합가스를 차단하는 동시에 제 1 개질기 (401)에 흔합가스를 공급하도록 밸브 (931)를 열여서 게 1 개질기 (401)에 흔합가스를 공급한다. 그 결과, 제 1 개질기 (401)에서 개질가스를 제조할 수 있으며, 제 2 개질기 (403)로부터 사용 완료된 괴성체를 배출한다.
전술한 바와 같이 개질기 (40)에 포함된 제 1 개질기 (401)와 제 2 개질기 (403)를 상호 교차 운전할 수 있다. 그 결과, 흔합가스를 개질가스로 전환하는 공정을 환원철를 사용하여 실시함으로써 전술한 화학식 1의 반웅을 양호한 촉매 조건하에서 실시할 수 있다.
도 4는 환원철과 접촉하는 시간경과에 따른 탄화수소의 환원가스로의 전환율을 나타낸다.
도 4에 도시한 바와 같이, 탄화수소가 환원철과 접촉하는 시간이 경과함에 따라 전술한 화학식 1에 의해 탄화수소가 환원가스로 전환된다. 여기서, 일정 시간이 경과하는 경우, 전술한 화학식 2 등에 의하여 생성되는 탄소 성분의 양이 일정 수준 이상을 초과하게 된다. 따라서 전술한 화학식 1에 따른 탄화수소의 전환효율이 70% 이하로 저하된다, 그러므로， 탄화수소의 전환효율을 다시 증가시키기 위해서는 전술한 개질기 (40)(도 2에 도시)에서처럼 개질기 (40) 내의 환원철을 새로운 환원철로 치환하는 것이 바람직하다.
도 5는 도 1의 용철제조장치 (100)에 포함된 개질기 (40)의 변형예를 개략적으로 나타낸다. 도 5의 개질기 (49)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 개질기 (49)의 구조를 다른 형태로도 변형할 수 있다. 또한, 도 5의 개질기 (49)의 구조는 도 2의 개질기 (40)의 구조와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 사용하며 그 상세한 설명을 생략한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 개질기 (49)에서는 환원철이 중력 방향을 따라 그 상부로 장입되어 그 하부로 배출되며, 흔합 가스는 중력 반대 방향으로 개질기 (49)에 공급되는 향류식으로 흔합 가스를 개질할 수 있다. 여기서, 개질기 (48)의 전단에는 괴성체 공급관 (22), 환원철이 통과하도록 직렬 연결된 환원철 장입용 호퍼들 (491, 493) 및 벨브들 (4910, 4911)이 위치하여 개질기 (48)와 연결된다. 여기서, 밸브 (4910)는 환원철 장입용 호퍼들 (491, 493) 사이에 위치하여 환원철 장입용 호퍼들 (491, 493) 간의 차압을 조절하고, 밸브 (491 1)는 환원철 장입용 호퍼 (493)와 개질기 (49) 사이에 위치한다. 환원철 장입용 호퍼 (491)는 대기압보다 고압으로 유지되는 개질로 (49)에 환원철을 장입하기 위하여 괴성체 공급관 (22)으로부터 환원철을 공급받는다. 또한, 환원철 장입용 호퍼 (493)는 환원철 장입용 호퍼 (491)와 개질기 (48) 사이의 압력을 균일하게 조절하여 괴성체가 개질기 (49)로 원활하게 장입되도록 해 준다. 밸브들 (4910, 491 1)은 환원철을 개질기 (48)에 효율적으로 장입하기 위하여 가스를 밀폐시킬 수 있다. 그리고 환원철 장입용 호퍼들 (491, 493)에는 각각 상부 레벨계들 (4926, 4928)과 하부 레벨계들 (4927, 4929)이 설치되어 환원철 장입용 호퍼들 (491, 493) 내부에 쌓이는 환원철의 레벨을 측정한다. 또한, 개질로 (49)에도 그 내부에 적층된 환원철의 높이를 연속적으로 측정하는 레벨계 (4916)를 설치한다.
한편, 개질기 (48)의 후단에는 괴성체 회수관 (24), 환원철이 통과 배출되도록 직렬 연결된 환원철 배출용 호퍼들 (495， 497) 및 밸브들 (4917, 4918)이 위치하여 개질기 (49)와 연결된다. 여기서, 밸브 (4917)는 개질기 (49)와 환원철 장입용 호퍼 (495) 사이에 위치하고, 밸브 (4918)는 환원철 장입용 호퍼들 (495, 497) 사이에 위치하여 환원철 장입용 호퍼들 (495, 497) 간의 차압을 조절한다. 환원철 배출용 호퍼 (495)는 대기압보다 고압으로 유지되는 개질로 (49)로부터 대기압으로 환원철을 배출한다. 이를 위해 환원철 배출용 호퍼 (497)는 개질기 (49)와 환원철 배출용 호퍼 (495) 사이의 압력을 균일하게 조절하여 환원철을 개질기 (49)로부터 원활하게 배출시킨다. 밸브들 (4917, 4918)은 환원철을 개질기 (49)로부터 효율적으로 배출하기 위하여 가스를 밀폐시킬 수 있다. 그리고 환원철 배출용 호퍼 (495)에는 상부 레벨계 (4930)와 하부 레벨계 (4931)가 설치되고, 환원철 배출용 호퍼 (497)에는 상부 레벨 (4932)가 설치된다. 따라서 환원철 배출용 호퍼들 (495, 497) 내부에 쌓이는 환원철의 높이를 측정한다.
환원철 장입용 호퍼 (493)에는 배압라인 (4912), 가압라인 (4914), 밸브들 (4913， 4915), 차압계 (4925)가 설치된다. 배압라인 (4912)은 밸브 (4913)를 조절하여 환원철 장입용 호퍼 (493) 내부의 가스를 배출함으로씨 환원철 장입용 호퍼 (493)의 압력을 낮춘다. 가압라인 (4914)은 밸브 (4915)를 이용하여 질소 등의 불활성 가스를 환원철 장입용 호퍼 (493) 내로 주입해 가압한다. 또한, 차압계 (125)를 이용하여 개질로 (49)와의 압력차를 측정한다. 환원철 배출용 호퍼 (495)에도 배압라인 (4919), 가압라인 (4921), 밸브들 (4920, 4922), 차압계 (4940)가 설치되어 동일한 기능을 담당한다. 또한, 환원철 배출용 호퍼 (495)와 개질기 (49)의 하부 사이에는 균압라인 (4950)과 밸브 (4951)가 설치된다. 개질가스관 (94)에는 가스분석계 (4941)를 설치하여 개질기 (49)로부터 배출되，는 개질가스의 조성을 모니터링한다. 이하에서는 도 5의 개질기 (49)의 작동 과정을 좀더 구체적으로 설명한다. 이러한 개질기 (49)의 작동 과정은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 개질기 (49)의 작동 과정을 다른 형태로도 변형할 수 있다.
먼저, 괴성체 공급관 (22)을 통하여 이송된 환원철은 환원철 장입용 호퍼 (491)에 장입된다. 그리고 상부 레벨계 (4926)에 의해 환원철이 환원철 장입용 호퍼 (491)의 상부 레벨계 (4926)까지 채워지는 것이 감지되는 경우, 괴성체 공급관 (22)을 통한 환원철 공급을 중단한다. 만약, 상부 레벨계 (4926)에 의해 환원철이 상부 레벨계 (4926) 아래로 그 높이가 내려가면, 즉 환원철 장입용 호퍼 (491)가 비워지면 괴성체 공급관 (22)을 통하여 환원철을 다시 공급하고, 상부 레벨계 (4926)까지 환원철이 채워진 것이 감지되면 환원철 공급을 중단한다.
그리고 하부 레벨계 (4927)에 의해 환원철이 하부 레벨계 (4927)까지 층전된 것으로 확인되는 경우， 밸브 (491313)가 오픈되어 배압라인 (4912)을 통해 환원철 장입용 호퍼 (493)의 배압이 이투어진다. 그리고 압력계 (4925)에 의해 환원철 장입용 호퍼 (493) 내부의 압력이 대기압으로 확인되는 경우， 밸브 (4910)가 오픈되어 환원철 장입용 호퍼 (491)로부터 환원철 장입용 호퍼 (493)로 환원철이 장입되기 시작한다. 그리고 상부 레벨계 (4928)를 통하여 환원철이 환원철 장입용 호퍼 (493)에 채워진 것이 확인되면, 벨브 (4910)를 닫아서 환원철 장입올 중단하며, 밸브 (4913)를 닫는다.
다음으로, 벨브 (4915)가 오픈되어 불활성 가스를 가압라인 (4914)을 통해 환원철 장입용 호퍼 (493)에 주입함으로써 환원철 장입용 호퍼 (493)를 가압한다. 그리고 압력계 (4925)에 의해 측정한 환원철 장입용 호퍼 (493) 내의 압력이 개질기 (49)의 압력과 같아진 경우, 밸브 (4915)를 닫아서 환원철 장입용 호퍼 (493)의 가압을 중지한다. 그리고 밸브 (491 1)를 열어서 환원철을 환원철 장입용 호퍼 (493)로부터 개질기 (49)로 장입한다. 한편, 하부 레벨계 (4929)에 의해 환원철 장입용 호퍼 (493)가 비워진 것이 감지되면， 벨브 (4911)를 닫는다. 이러한 장입 공정은 레벨계 (45)에 의해 개질기 (49) 내부에 환원철이 일정한 높이 이상으로 채워질때까지 계속된다.
개질기 (49) 내부에 괴성체가 채워지면, 밸브 (935)가 오픈되어 흔합가스관 (93)을 통해 흔합가스가 개질기 (49)로 공급되어 개질된다. 개질기 (49)에서 생성된 개질가스는 벨브 (941)가 오픈되어 개질가스관 (94)을 통해 외부로 배출된다.
한편, 전술한 화학식 2 등에 의한 개질반웅효율 저하를 방지하기 위해 기설정된 시간 간격으로 개질기 (49) 하부로 환원철을 배출하는 동시에 개질기 (49)로 다시 환원철을 장입한다. 환원철은 하기의 공정을 통하여 개질기 (49)로부터 배출된다.
먼저, 밸브 (4922)를 열어서 가압라인 (4921)을 통하여 환원철 배출용 호퍼 (495)에 불활성가스를 주입한다. 압력계 (4940)를 이용하여 측정한 환원철 배출용 호퍼 (495)의 내부 압력이 개질기 (49)의 압력계 (41)와 차압계 (43)를 더한 압력과 동일해지면, 벨브 (4922)를 닫아서 불활성가스 주입을 중¾한다. 그리고 벨브 (4917)를 열어서 개질기 (49)로부터 사용 완료된 환원철을 환원철 배출용 호퍼 (495)로 이송한다. 이 경우, 밸브 (4951)를 오픈하여 개질기 (49)로부터 환원철 배출용 호퍼 (495)로 환원철이 장입되는 동안 환원철 배출용 호퍼 (495)와 개질기 (49) 사이에 균압을 유지함으로써 환원철을 원활하게 배출시킨다. 한편， 상부 레벨계 (4940)에 의해 환원철 배출용 호퍼 (495)에 환원철이 채워진 것이 확인되면, 밸브 (4917)를 닫아서 환원철 장입을 중단하고, 밸브 (4951)를 닫는다. 다음으로, 밸브 (4920)올 열어서 배압라인 (4919)을 통해 환원철 배출용 호퍼 (495)를 배압한다. 그리고 압력계 (4940)에 의해 환원철 배출용 호퍼 (495) 내의 압력이 상압까지 배압된 것을 확인하고, 레벨계 (4932)에 의해 환원철 배출용 호퍼 (497) 내의 환원철이 레벨계 (4932) 이하로 비워져 있는 것이 확인되면, 밸브 (4918)를 오픈하여 환원철 배출용 호퍼 (497)로 환원철을 배출한다. 전술한 바와 같이, 일정한 시간 간격으로 개질기 (49) 내부의 일부 환원철올 배출하는 동시에 새로운 환원철을 개질기 (49)에 공급한다. 따라서 흔합가스를 항상 양질의 환원철로 이루어진 층전층에 의해 양호한 촉매반응조건하에서 전술한 화학식 1에 따라 개질가스로 변환시킨다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 용철제조장치 (200)를 개략적으로 나타낸다. 도 6의 용철제조장치 (200)는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 용철제조장치 (200)를 다른 형태로도 변형할 수 있다. 한편, 도 6의 용철제조장치 (200)의 구조는 도 1의 용철제조장치 (100)의 구조와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 사용하며 그 상세한 설명을 생략한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 복수의 유동층형 환원로들 (10) 중 각 유동층형 환원로 (10)에 용융가스화로 (10)에서 배출되는 환원 가스와 개질기 (40)에서 배출되는 개질 가스를 흔합하여 각각 별도로 공급한다ᅳ 즉, 복수의 유동층형 환원로들 (10)은 각각 예열, 가열, 최종가열 등 단계에 따라 철광석을 환원철로 변환하기 위한 다소 상이한 기능들을 가진다. 따라서 용융가스화로 (10)에서 배출되는 환원 가스와 개질기 (40)에서 배출되는 개질 가스를 흔합하여 각각의 유동층형 환원로 (10)에 공급함으로써 각 단계에서의 유동층형 환원로 (10)의 기능을 좀더 세부적으로 향상시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 게 3 실시예에 따른 용철제조장치 (300)를 개략적으로 나타낸다. 도 7의 용철제조장치 (300)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 용철제조장치 (300)의 구조를 다른 형태로도 변형할 수 있다. 또한, 도 7의 용철제조장치 (300)의 구조는 도 1의 용철제조장치 (100)의 구조와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 사용하며 그 상세한 설명을 생략한다. 도 7에 도시한 바와 같이, 환원로로서 층전층형 환원로 (12)를 사용할 수 있다. 즉, 층전층형 환원로 (12)에 철광석을 장입하여 층전층을 형성해 용융가스화로 (30)에서 용철을 제조할 수 있다ᅳ 이 경우, 충전층형 환원로 (12)에서 용융가스화로 (30)에 공급되는 환원철 중 일부를 개질기 (40)에 공급하여 개질 반웅 촉매로 사용하고， 사용 완료된 개질 반웅 촉매는 용융가스화로 (30)에 장입하여 용철을 제조할 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예와는 대조적으로 종래에는 배가스의 순환 및 개질을 위해 배가스를 압축하고 이로부터 이산화탄소를 제거하였는데, 이 과정에 소요되는 에너지량이 매우 큰 것으로 알려져 있다. 또한, 전술한 에너지의 대부분은 배가스를 압축하기 위한 전력이므로 전력단가가 비싼 지역에서는 전술한 방법에 의해 저감되는 석탄 가격 대비 배가스 개질 순환에 소요되는 비용이 높아서 경제성이 상실될 수 있다.
또한， 용철제조과정 중 용융가스화로 및 유동로 내부에 국부 넁각 및 분체 막힘을 방지하기 위해 환원가스에 흔합된 질소가스가 배가스의 순환 및 개질 중에 분리 제거되지 못한다. 그 결과, 환원가스 중에 불활성 가스인 질소가스가 잔류 및 집적되어 환원로에 공급되는 환원가스의 질을 저하시킨다. 따라서 배가스를 개질하여 사용함에 따른 석탄 소모량 저감 효과를 저하시킬뿐만 아니라 배가스 개질 즉, 이산화탄소를 제거하기 위해 소요되는 에너지를 증대시키며 이산화탄소 제거 효율을 저하시킨다. 특히, 질소 집적에 따라 환원가스의 질이 저하되므로, 배가스를 개질하여 공급되는 환원가스의 공급량을 일정 수준 이하로 제한해야 되어 용융가스화로의 석탄 소요량의 저감 효과를 저하시킨다.
석탄 소요량을 저감하는 이유는 용철제조용으로 사용되는 석탄의 매장량 감소 와 전세계적인 석탄 소요량 증가에 따른 가격 상승에 기인한다. 용철 제조용으로서, 석탄을 대체할 수 있는 원료는 탄화수소를 주로 함유한 천연가스 등을 그 예로 들 수 있다. 천연가스전이 활발하게 개발되고 있고, 북미 지역 등을 증심으로 셰일 가스의 채굴 증가로 인해 천연가스의 가격은 장기적으로 하향 안정될 것으로 보인다. 그러나 용철제조시 천연가스를 사용하기 위하여 천연가스 중에 포함된 탄화수소를 일산화탄소 및 수소 등의 환원가스로 개질할 필요가 있고， 개질 공정중에 다량의 열에너지가 소요되는 문제점이 있다.
따라서 탄화수소가스를 사용하여 용철을 제조시 고온의 가스개질설비를 활용하여 탄화수소가스를 환원가스로 분해한 후 이를 활용하여 철 광석을 고체 상태에서 환원시킨 후 전기로 등에서 용해하여 용철을 제조하는 방법이 사용된다. 그러나 이 방법에서는 고온 가스설비의 운전 및 환원된 철광석의 용융에 막대한 에너지가 소요되므로, 입지조건에 따론 천연가스의 공급가격변동으로 경제성이 저하될 수 있다.
또한, 고로 또는 용융가스화로에서 코크스 또는 일반탄을 연소시키기 위해 산화제가 투입되는 풍구를 통하여 천연가스를 취입하는 방법이 사용된다. 이 방법에서는 코크스 또는 일반탄의 연소열에 의해 탄화수소를 환원가스로 개질하여 고로 상부 및 용융가스화로와 연결되는 유동층형 환원로 등에 코크스 또는 일반탄의 연소에 의해 발생하는 환원가스와 함께 공급하여 코크스 또는 일반탄의 소모량을 저감시킨다. 그러나 이 방법은 탄화수소의 개질에 소모되는 에너지로 인하여 고로 및 용융가스화로 풍구 주변에서 코크스 또는 일반탄의 연소에 발생하는 열량이 고로 및 용융가스화로 가동에 필요한 열량보다 부족해진다. 따라서 천연가스 취입으로 코크스 또는 일반탄의 소모량이 저감되는 데 한계가 있다.
전술한 종래기술과 대조적으로, 본 발명의 일 실시예에 따론 용철제조방법에서는 탄화수소를 환원로의 배가스와 흔합하여 개질하여 사용한다. 그 결과, 환원가스의 환원력을 증대시키면서 사용되는 용철제조에 필요한 석탄의 소모량을 감소시킨다. 이를 하기의 실험예를 통하여 좀더 상세하게 설명한다. 이러한 실험예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
실험예
도 1의 구조와 동일한 용철제조장치를 사용하여 실험하였다. 용철제조장치에서 시간당 180톤의 용철을 제조하였다. 탄화수소가스로서 18,500Nm3/ r의 천연가스를 공급하였고, 이 천연가스를 유동층형 환원로의 배가스와 흔합하여 300,631Nm3의 공급가스를 제조한 후 유동층형 환원로에 제공하였다. 좀더 구체적으로, 18s500Nm3/hr의 천연가스를 배가스와 흔합한 흔합가스를 개질기에서 개질하여 97,020Nm3의 개질가스를 제조한 후 용융가스화로에서 발생하는 231,084Nm3/hr의 환원가스와 흔합하였다. 흔합가스는 5,061Nm3/hr의 산소를 사용하여 승온시켰다. 유동층형 환원로에는 분광과 부원료를 308ton/hr로 장입하였고, 환원철은 괴성화 장치를 이용하여 괴성체로 제조한 후 232ton/hr로 22ton/hr의 플럭스와 함께 용융가스화로에 장입하였다. 석탄은 1 17ton/hr로 용융가스화로에 장입하였다. 그 결과, 용융가스화로에서 180ton/hr의 용철을 제조하였다.
비교예
용철제조장치에 천연가스를 공급하지 않고 단순히 유동층형 환원로로부터 배출되는 배가스로부터 이산화탄소를 제거하는 등 배가스를 개질기로 개질하여 용융가스화로에서 생성되는 환원가스에 흔합한 공급가스를 유동층형 환원로에 제공해 철광석을 환원하였다. 나머지 실험의 상세한 내용은 유럽공개특허 제 1,689,892호에 상세하게 개시되는 등 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로, 그 상세한 설명을 생략한다. 실험결과
하기의 표 1은 전술한 실험예의 환원가스, 개질가스 및 공급가스의 물성과 비교예의 공급가스의 물성을 나타낸다.
[표 1]
실험예 비교예
NO 물성
환원가스 개질가스 고그 7 _入 공급가스
1 유량 (Nm3/hr) 231,804 97,020 300,631 300,505
2 온도 (°C ) 1 ,050 720 720 720
3 압력 (ba g) 4.00 6.00 3.80 3.8
CO 63.26 38.65 55.78 56.82
C02 9.58 10.95 10.09 8.78
4 가스조성(%) ¾ 17.15 34.48 22.86 16.75
H20 4.64 5.86 4.34 3.43
CH4 1.50 6.20 3.02 1.64 N2 3.87 3.86 3.90 12.59 실험예에서 용철 1톤을 생산하는 경우의 석탄의 소모량은 650kg/ton- 용철이었다. 이와 대조적으로, 비교예서 용철 1톤을 생산하는 경우의 석탄의 소모량은 750~850kg/ton-용철이었다. 따라서 실험예에서는 비교예에 비하여 석탄의 소모량이 약 15%~31% 정도 감소한 것을 알 수 있었다ᅳ 이는 비교예에서는 배가스의 개질 순환에 따른 질소 집적으로 인해 공급가스의 질이 저하되어 유동층형 환원로에 공급되는 환원가스의 양을 증대시키기 위한 배가스의 개질 순환량이 제한된 것에 기인하였다. 나아가, 이에 따른 석탄 소요량 저감폭도 제한되었다. 한편, 실험예에서는 비교예에 비해 공급가스에 함유된 질소의 양이 대폭 저감된 것을 알 수 있으며， 탄화수소가스의 사용에 따라 공급가스에 함유된 수소의 양이 증가한 것을 알 수 있었다. 이러한 공급 가스의 질의 향상에 따라 실험예에서 유동층형 환원로에서의 환원조업효율이 비교예에 비해 크게 향상된 것을 알 수 있었다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
[부호의 설명]
10. 유동층형 환원로
12. 층전층형 환원로
20. 괴성체 제조 장치
22. 괴성체 공급관
23. 분배슈트
24. 괴성체 회수관
30. 용융가스화로
40, 49, 401 , 403. 개질기
41 , 42. 압력계
43, 44. 차압계
45, 46. 레벨계 47, 48. 배출가스관
50. 열교환기
60. 제 1 가열기
62. 제 1 가열기
70. 공급가스관
80. 건식집진장치
82. 수냉각장치
84. 압축기
90. 배가스관
92. 배가스 분기관
93. 흔합가스관 ^
94. 개질가스관
100, 200. 용철제조장치
231 , 233, 241 , 243, 471, 491, 931， 933, 941 , 943, 4913, 4914, 4910, 491 1, 4951 18, 4920, 4922, 4951. 밸브
405, 407. 질소공급관
491 , 493. 환원철 장입용 호퍼
495, 497. 환원철 배출용 호퍼
4031. 흔합가스 유입구
4033. 흔합가스 공급부
4035. 개구부
4914, 4921. 가압라인

Claims

【청구의 범위】
【청구항 Π
철광석을 환원철로 변환하는 환원로에서 배출되는 배가스를 제공하는 단계,
상기 배가스를 분기한 일부 배가스와 탄화수소가스를 흔합한 흔합 가스를 제공하는 단계,
상기 흔합 가스를 개질하여 개질 가스를 제공하는 단계, 및
상기 환원로와 연결되어 상기 환원철을 공급받는 용융가스화로로부터 배출되는 환원 가스와 상기 개질 가스를 상기 환원로에 취입하는 단계
를 포함하고,
상기 개질 가스를 제공하는 단계는,
상기 환원철 중 일부 환원철을 개질 반웅 촉매로서 제공하는 단계, 및 상기 개질 반응 촉매를 이용하여 상기 혼합 가스를 개질하는 단계 를 포함하는 용철제조방법. .
【청구항 2】
제 1항에서,
상기 환원철 중 일부 환원철을 개질 반웅 촉매로서 제공하는 단계에서 상기 일부 환원철은 상기 환원로로부터 직접 제공되는 용철제조방법.
【청구항 3 ]
제 1항에서,
상기 환원철을 압축하여 괴성화하는 단계를 더 포함하고, 상기 환원철 증 일부 환원철을 개질 반웅 촉매로서 제공하는 단계에서 상기 일부 환원철은 괴성화되어 제공되는 용철제조방법.
【청구항 4】
제 2항에 있어서,
상기 개질 반응 촉매로서 사용된 일부 환원철을 회수하여' 상기 용융가스화로에 공급하는 단계를 더 포함하는 용철제조방법.
【청구항' 5】
제 2항에서,
상기 개질 가스를 제공하는 단계에서 상기 일부 환원철이 장입되는 하나 이상의 개질기에서 상기 개질 가스가 생성되고, 상기 개질기에 질소가 공급될 수 있도록 적용된 용철제조방법.
【청구항 6]
거 15항에서，
상기 흔합 가스는 상기 개질기 내부에서 환형으로 회전하면서 원주 방향으로 취입되는 용철제조방법.
【청구항 7】
제 1항에서，
상기 개질 가스를 제공하는 단계에서, 상기 일부 환원철이 장입되어 개질 반웅 촉매로서 사용되는 복수의 개질기들에서 상기 개질 가스가 생성되고, 상기 복수의 개질기들은 제 1 개질기 및 제 2 개질기를 포함하는 용철제조방법.
【청구항 8】
제 7항에서，
상기 일부 환원철의 상기 제 1 개질기로의 장입이 완료된 후 상기 일부 환원철이 상기 제 2 개질기로 장입되는 용철제조방법.
【청구항 9】
제 7항에서,
상기 제 1 개질기의 차압이 기설정치 이상인 경우, 상기 흔합 가스의 상기 제 1 개질기의 유입을 차단하고, 상기 흔합 가스를 상기 제 2 개질기에 공급하여 상기 제 2 개질기에서 개질 가스를 생성하는 용철제조방법.
【청구항 10】
제 7항에서,
상기 제 1 개질기의 압력이 기설정치 이상인 경우, 상기 개질 가스를 외부 배출시키는 용철제조방법.
【청구항 1 1】
제 7항에서,
상기 제 1 개질기 내의 개질 가스를 배출한 후 상기 제 1 개질기를 퍼지하며, 상기 제 1 개질기 내부의 개질 반웅 촉매를 배출하고, 상기 일부 환원철을 상기 제 1 개질기에 다시 공급하는 용철제조방법.
【청구항 12】 제 1항에서,
상기 개질 가스를 제공하는 단계에서， 상기 일부 환원철이 상기 개질 가스를 생성하는 개질기에 연속적으로 장입 및 배출되면서 상기 개질 가스를 제공하는 용철제조방법.
【청구항 13】
거 U항에서,
상기 개질 가스를 제공하는 단계는,
상기 개질기의 전단에 연결된 복수의 환원철 장입용 호퍼들과 상기 개질기의 후단에 연결된 복수의 환원철 배출용 호퍼들을 제공하는 단계,
상기 복수의 환원철 장입용 호퍼들간의 차압을 조절하는 단계,
상기 일부 환원철을 상기 복수의 환원철 장입용 호퍼들을 통과시켜 상기 개질기에 장입하는 단계,
상기 복수의 환원철 배출용 호퍼들간의 차압을 조절하는 단계， 및 상기 일부 환원철을 상기 개질기로부터 상기 복수의 환원철 배출용 호퍼들을 통과시켜서 외부 배출하는 단계
를 포함하는 용철제조방법.
【청구항 14】
■ 게 1항에서,
상기 흔합 가스를 상기 배가스와 간접 접촉시켜 1차 가열하는 단계, 및 상기 흔합 가스를 산소로 가열하여 2차 가열하는 단계
를 더 포함하는 용철제조방법.
【청구항 15]
제 14항에서,
상기 배가스를 제공하는 단계에서, 상기 배가스는 냉각 및 세정되는 용철제조방법.
【청구항 16]
제 14항에서,
상기 흔합 가스를 1차 가열하는 단계는 상기 흔합 가스를 1000°C 이하로 가열하는 용철제조방법.
【청구항 17】 제 16항에서,
상기 흔합 가스를 2차 가열하는 단계는 상기 흔합 가스를 l ioor 내지
1200 °C로 가열하는 용철제조방법.
【청구항 181
게 1항에서,
상기 배가스를 제공하는 단계에서, 상기 환원로는 층전층형 환원로 또는 복수의 유동층형 환원로들인 용철제조방법.
【청구항 19】
제 18항에서,
상기 환원로가 복수의 유동충형 환원로들인 경우, 상기 환원 가스와 상기 개질 가스를 흔합하여 상기 복수의 유동층형 환원로들 중 각 유동층형 환원로에 각각 공급하는 용철제조방법.
【청구항 20】
상기 철광석을 환원철로 환원시키는 환원로，
상기 환원로와 연결되어 상기 환원철을 공급받아 용철을 제조하고 상기 환원로에 환원 가스를 공급하는 용융가스화로,
상기 환원로와 연결되어 상기 환원로에서 배출되는 배가스가 흐르는 배가스관，
상기 배가스관과 연결되어 상기 배가스를 분기한 또다른 배가스가 흐르고, 탄화수소가스를 공급받아 상기 배가스와 흔합한 흔합 가스를 제공하는 배가스 분기관,
상기 환원로와 연결되어 상기 환원철 중 일부 환원철을 공급받고, 상기 배가스 분기관과 연결되어 상기 일부 환원철에 의해 상기 흔합 가스를 개질하여 개질 가스를 제공하는 하나 이상의 개질기,
상기 환원로와 상기 용융가스화로를 연결하여 상기 환원가스를 상기 용융가스화로에 제공하는 공급가스관, 및
상기 개질기와 상기 공급가스관을 연결하고, 상기 개질가스를 상기 환원가스와 흔합하여 상기 용융가스화로에 제공하는 개질가스관
을 포함하는 용철제조장치.
【청구항 21】 제 20항에서,
상기 배가스관 및 상기 배가스 분기관과 연결되어 상기 배가스에 의해 상기 흔합가스를 승온하는 열교환기를 더 포함하는 용철제조장치.
【청구항 22】
제 20항에서, ·
상기 환원로와 상기 용융가스화로를 연결하고, 상기 환원철올 괴성화한 괴성체를 상기 용융가스화로에 제공하며, 상기 개질기와 연결되어 상기 일부 환원철을 상기 괴성체로서 공급하는 괴성체 제조 장치를 더 포함하는 용철제조장치.
【청구항 23】
제 22항에서,
상기 괴성체 제조 장치와 상기 개질기를 연결하고, 상기 괴성체를 상기 개질기에 공급하는 괴성체 공급관, 및
상기 괴성체 제조 장치와 상기 개질기를 연결하고, 사용 완료된 또다른 괴성체를 상기 상기 괴성체 제조 장치로 리턴하는 괴성체 회수관
을 더 포함하는 용철제조장치.
【청구항 24】
제 20항에서,
상기 열교환기 및 상기 배가스관과 연결되고, 상기 배가스를 공급받아 연소시켜 상기 흔합 가스를 가열하는 제 1 가열기, 및
상기 제 1 가열기와 연결되고, 산소를 공급받아 상기 흔합 가스를 재가열하는 제 2 가열기
를 더 포함하는 용철제조장치.
【청구항 25】
제 20항에서,
상기 하나 이상의 개질기는 개질 반응 촉매가 함유된 복수의 개질기들을 포함하고, 상기 복수의 개질기들은 제 1 개질기 및 제 2 개질기를 포함하며,
상기 열교환기와 상기 게 1 개질기 및 상기 제 2 개질기를 상호 연결하는 흔합가스 공급관,
상기 제 1 개질기 및 상기 제 2 개질기에 연결된 퍼지가스 공급관, 및 상기 제 1 개질기 및 상기 제 2 개질기에 연결된 배출가스관 을 더 포함하는 용철제조장치.
【청구항 26]
제 25항에서,
상기 계 1 개질기 및 상기 제 2 개질기에 설치되고, 상기 제 1 개질기 및 상기 제 2 개질기 각각의 내부 압력을 측정하는 압력계,
상기 제 1 개질기 및 상기 게 2 개질기에 설치되고, 상기 제 1 개질기 및 상기 게 2 개질기 각각의 상부와 상기 흔합가스 공급관과 연결되어 상기 상부의 압력과 상기 흔합가스 공급관 내부의 압력의 차를 측정하는 차압계, 및
상기 게 1 개질기 및 상기 제 2 개질기에 설치되고, 상기 개질 반응 촉매의 높이를 측정하는 레벨계
를 더 포함하는 용철제조장치.
【청구항 27]
제 20항에서,
상기 개질기의 전단에 위치하여 상기 개질기와 직렬 연결된 복수의 환원철 장입용 호퍼들, 및
상기 개질기와 후단에 위치하여 상기 개질기와 직렬 연결된 복수의 환원철 배출용 호퍼들
을 더 포함하는 용철제조장치.
【청구항 28】
제 27항에서,
상기 복수의 환원철 장입용 호퍼들 및 상기 복수의 환원철 배출용 호퍼들 중 하나 이상의 호퍼에 설치되어 불활성 가스를 상기 호퍼 내부로 취입하여 상기 호퍼 내부를 가압하는 불활성 가스 취입관을 더 포함하는 용철제조장치.
【청구항 29】
제 20항에서,
상기 개질기는 상기 개질기의 중심을 둘러싸는 환형의 흔합가스 공급부를 포함하고， 상기 흔합가스 공급부에는 기설정된 간격으로 상호 이격된 복수의 개구부들이 형성되며， 상기 복수의 개구부들을 통하여 상기 흔합가스를 상기 개질기의 내부로 취입하는 용철제조장치.
【청구항 30]
제 20항에서,
상기 환원로는 층전층형 환원로 또는 복수의 유동층형 환원로들인 용철제조장치.
【청구항 31 ]
제 30항에서,
상기 환원로가 복수의 유동층형 환원로들인 경우, 상기 공급가스관은 상기 복수의 유동층형 환원로들 중 각 유동층형 환원로와 상기 용융가스화로를 각각 연결하는 용철제조장치.
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