KR101857790B1

KR101857790B1 - 코크스 오븐가스와 산소 제강로가스를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하는 시스템 및 그 방법

Info

Publication number: KR101857790B1
Application number: KR1020167002847A
Authority: KR
Inventors: 이. 메티우스 게리; 쥬니어. 제임스 엠. 멕클랜드; 씨. 메이쓰너 다비드; 씨. 몬테큐 스테펜
Original assignee: 미드렉스 테크놀리지스, 인코오포레이티드
Priority date: 2013-07-31
Filing date: 2013-08-05
Publication date: 2018-05-15
Also published as: KR101874518B1; TW201534734A; MY171552A; JP6190522B2; TWI522474B; WO2015016950A1; EP3027778B1; CA2914784A1; RU2016106013A; MX2016000772A; AR092164A1; UA117374C2; KR20170080722A; AU2013395613A1; EP3027778A1; JP2016529384A; CA2914784C; RU2640511C2; CL2015003715A1; TWI568854B

Abstract

본 발명은 일반적으로, 코크스 오븐 그리고/또는 산소 제강로를 갖는 일관제철소 또는 그와 유사한 제철소에서 산화철을 금속철로 환원하는 신규의 시스템 및 그 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 코크스 오븐가스 또는 코크스 오븐가스 및 산소 제강로가스를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하는 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

Description

코크스 오븐가스와 산소 제강로가스를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하는 시스템 및 그 방법{REDUCTION OF IRON OXIDE TO METALLIC IRON USING COKE OVEN GAS AND OXYGEN STEELMAKING FURNACE GAS}

본 특허출원/특허는 "코크스 오븐가스와 산소 제강로가스를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하는 시스템 및 그 방법"의 명칭으로 2010. 5. 14.에 출원된 미합중국 임시 특허출원 61/334,786호의 우선권 이익을 주장하고 있는, "코크스 오븐가스와 산소 제강로가스를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하는 시스템 및 그 방법"의 명칭으로 2011. 5. 13.에 출원된 동시출원중인 미합중국 특허출원 제13/107,013호의 CIP(continuation-in-part) 출원인, "코크스 오븐가스와 산소 제강로가스를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하는 시스템 및 그 방법"의 명칭으로 2012. 1. 31.에 출원한 동시출원중인 미합중국 특허출원 제13/363,044호의 CIP(continuation-in-part) 출원으로서, 그 내용은 여기에 참고로 전체적으로 포함되어 있다.

본 발명은 일반적으로, 코크스 오븐 그리고/또는 산소 제강로를 갖는 일관제철소 또는 그와 유사한 제철소에서 산화철을 금속철로 환원하는 신규의 시스템 및 그 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 코크스 오븐가스 그리고/또는 산소 제강로가스를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하는 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

일관제철소 및 그와 유사한 제철소는 일반적으로 코크스오븐 그리고/또는 산소제강로를 갖고 있으며 가열 및 발전을 위하여 과도한 부수가스를 사용한다. 많은 적용에 있어서, 산화철을, 직접환원철(Direct Reduced Iron, DRI), 고온직접환원철(Hot Direct Reduced Iron, HDRI), 또는 고온브리켓철(Hot Briquetted Iron, HBI)의 형태로, 금속철로 환원하는 데에 부수적인 코크스오븐가스(Coke Oven Gas, COG) 그리고/또는 부수적인 필수산소로가스(Basic Oxygen Furnace Gas, BOFG)를 사용하는 것이 바람직할 것이다.

COG와 BOFG는 모두, 산화철을 금속철로 환원하기 위한 주요 환원제인 일산화탄소(CO)와 수소(H₂)를 상당한 비율로 함유하고 있다. COG는 또한 20+%의 메탄(CH₄)을 함유하는데, 이것은 적절한 조건하에서, 이산화탄소(CO₂)와 물(H₂O)과 리폼(reform)되어 일산화탄소(CO)와 수소(H₂)를 형성한다. BOFG는 20% 이상의 질소(N₂)를 함유하는데, 이것은 예를 들어 재생시스템에서 매우 높은 수준까지 형성될 수 있다.

다양한 실시예에서, 본 발명은 환원제의 외부공급원이 COG와 BOFG 중 어느 하나이거나 둘 다인 경우에 철광석의 직접환원을 위한 경제적인 절차를 제공하는데, BOFG는 또한 산소제강로가스로 알려져 있다. CO₂는 이 기술분야에서 통상의 기술자에게 널리 알려진 종래 직접환원용광로부터 얻어지는 용광로 오프가스와, BOFG의 혼합물로부터 제거된다. 그리고 이 CO₂ 린 가스(lean gas)는 가습되고, 간접히터에서 가열된, 순수한 COG와 혼합된다. 다음에 산소(O₂)가 가열된 환원가스에 그 온도를 더욱 높이기 위하여 분사된다. 이 고온 환원가스는 직접환원용광로로 흐르고, 거기서 고온 환원 가스에 있는 CH₄가 DRI/ HDRI와의 접촉에 의하여 리포밍을 받으며, 산화철의 환원이 뒤따른다. 사용된 고온 환원가스는 용광로 오프가스로서 직접환원용광로를 빠져나가고, 폐열보일러에서 스팀을 생산하고, 냉각기 스크러버내에서 정화되고, 압축되고 재생되어 신선한 BOFG와 합류한다. 용광로 오프가스의 일부는 가열기 버너에 보내진다.

BOFG에 대한 다른 고려되는 용도들은, 간접히터를 위한 탑가스연료로서의 사용을 위하여 정화된/냉각된 용광로 오프가스의 보충가스로서의 사용을 포함한다. 마찬가지로, COG도 다양한 목적을 위하여 사용될 수 있다. 간접히터에서 가열된 COG는 우선 산화과정(즉, 부분연소) 또는 그와 유사한 과정을 거치면서 간접히터를 못쓰게 하는 복합 탄화수소를 바람직하게 정화한다(그에 따라 BOFG 보충에 대한 필요성을 감소하고, 어쩌면 제거할 수도 있다). 복합 탄화수소가 있는 COG 또는 복합 탄화수소가 없는 COG는 또한 직접환원용광로 전이영역가스로서 간접히터를 위한 탑가스연료를 보충하고, 그리고/또는 최종 환원가스 스트림을 강화는데 사용될 수 있다. 서로 배타적이지 않고 어느 조합으로 이용될 수 있는, 이들 모든 가능성은 추후에 기술되어 있다.

본 발명의 한 목적은 COG 그리고/또는 BOFG의 주어진 양으로부터 생산되는 DRI, HDRI 또는 HBI의 양을 최대화 하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 COG 그리고/또는 BOFG의 변화하는 양을 고려하여 효율적인 공정을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 장비를 최소화하고, 그에 따라 용광로 오프가스로부터의 산화제를 갖는 COG와 BOFG 내의 CH₄를 리포밍함으로써 CO와 H₂를 발생하는데 사용되어 지는 외부 촉매 리포머를 제거함으로써 시설비용을 최소화하는데 있다. 간접히터내의 CO₂ 린 가스, CO₂ 린 BOFG, 그리고 COG의 혼합물을 가열하고, 직접환원용광로내에 O₂ 분사 및 리포밍은 외부 촉매 리포머의 사용보다 비용이 덜 소요된다.

본 발명의 또 다른 목적은 직접환원용광로로 전달되는 고온 환원가스의 CH₄ 수준이 BOFG를 첨가함으로서 낮게 것처럼, 다른 방법으로 허용될 수 있는 것보다 낮은 압력으로 직접환원용광로를 작용하게 하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 사용된 고온 환원가스의 일부분을 간접히터연료로 사용함으로써 N₂의 형성을 받아들일 수 있는 수준까지 제한하는데 있다.

한 실시예에서, 본 발명은, 오프가스를 제공하기 위한 직접환원용광로; BOFG를 제공하기 위한 BOFG 공급원; 오프가스와 BOFG의 혼합물로부터 CO₂를 제거하기 위한 이산화탄소(CO₂)제거시스템; 결과로 초래되는 CO₂린 가스와 COG를 혼합하기 위한 COG 공급원; 그리고 결과로 초래되는 환원가스를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하는 직접환원용광로; 를 포함하는 코크스오븐가스(COG)와 산소제강로가스(BOFG)를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하는 신규의 시스템을 제공한다. 시스템은 또한 결과로 초래되는 환원가스가 직접환원용광로에서 사용되기 전에 그 습도함유량을 조절하기 위한 포화기를 포함한다. 시스템은 또한 결과로 초래되는 환원가스를 직접환원용광로에 사용되기 전에 가열하기 위한 간접히터를 포함한다. 선택적으로, 간접히터를 위한 연료가스는 오프가스의 일부와 COG와 BOFG의 어느 하나 또는 모두의 일부로 구성된다. 시스템은 또한 결과로 초래되는 환원가스가 직접환원용광로에 사용되기 전에 그 환원가스에 산소를 첨가하기 위한 산소공급원을 포함한다. 선택적으로, 시스템은 또한 결과로 초래되는 환원가스가 직접환원용광로에 사용되기 전에 그 환원가스에 COG 공급원의 COG 일부를 전달하기 위한 도관을 포함한다. 선택적으로, 시스템은 또한 COG 공급원의 COG 일부를 직접환원용광로의 전이영역에 전달하기 위한 도관을 포함한다. 선택적으로, 시스템은 또한 COG 가 CO₂린 가스와 혼합되기 전에 COG로부터 복합 탄화수소를 제거하기 위한 부분산화 반응기를 포함한다. 바람직하기로는, 사용된 BOFG의 양은 사용된 COG의 양과 구성에 따라 결정된다.

다른 실시예에서, 본 발명은 직접환원용광로로부터 오프가스를 얻는 공정; BOFG 공급원으로부터 BOFG를 얻는 공정; 오프가스와 BOFG의 혼합물로부터 CO₂를 제거하는 공정; 결과로 초래되는 CO₂린 가스와 COG 공급원으로부터의 COG를 혼합하는 공정; 그리고 결과로 초래되는 환원가스를 이용하여 직접환원용광로에서 산화철을 금속철로 환원하는 공정; 을 포함하는 코크스오븐가스(COG)와 산소제강로가스(BOFG)를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하는 신규의 방법을 제공한다. 방법은 또한 결과로 초래되는 환원가스가 직접환원용광로에서 사용되기 전에 포화기를 사용하여 그 습도함유량을 조절하는 공정을 포함한다. 방법은 또한 결과로 초래되는 환원가스를 직접환원용광로에 사용되기 전에 간접히터를 이용하여 가열하는 공정을 포함한다. 선택적으로, 간접히터를 위한 연료가스는 오프가스의 일부와 COG와 BOFG의 어느 하나 또는 모두의 일부로 구성된다. 방법은 또한 결과로 초래되는 환원가스가 직접환원용광로에 사용되기 전에 산소공급원을 이용하여 그 환원가스에 산소를 첨가하는 공정을 포함한다. 선택적으로, 방법은 한 결과로 초래되는 환원가스가 직접환원용광로에 사용되기 전에 도관을 이용하여 그 환원가스에 COG 공급원의 COG 일부를 전달하는 공정을 포함한다. 선택적으로, 방법은 또한 COG 공급원의 COG 일부를 도관을 이용하여 직접환원용광로의 전이영역에 전달하는 공정을 포함한다. 선택적으로, 방법은 또한 COG 가 CO₂린 가스와 혼합되기 전에 COG로부터 부분산화 반응기를 이용하여 복합 탄화수소를 제거하는 공정을 포함한다. 바람직하기로는, 사용된 BOFG의 양은 사용된 COG의 양과 구성에 따라 결정된다.

또 다른 실시예에서, 본 발명은 직접환원용광로로부터 오프가스를 얻는 공정; BOFG 공급원으로부터 BOFG를 얻는 공정; 오프가스와 BOFG의 혼합물로부터 CO₂를 제거하는 공정; 그리고 결과로 초래되는 CO₂린 가스를 이용하여 직접환원용광로에서 산화철을 금속철로 환원하는 공정; 을 포함하는 산화철을 금속철로 환원하는 방법을 제공한다. 선택적으로, 방법은 또한 결과로 초래되는 CO₂린 가스를 이것이 환원가스로 사용되기 전에 COG 공급원으로부터의 COG와 혼합하는 공정을 포함한다. 선택적으로, 방법은 또한 COG가 결과로 초래되는 CO₂린 가스와 혼합되기 전에 COG 로부터 복합탄화수소를 제거하는 공정을 포함한다.

또 다른 실시예에서, 본 발명은 직접환원용광로로부터 오프가스를 얻는 공정; 오프가스와 COG 공급원으로부터의 COG와 혼합하는 공정; 그리고 결과로 초래되는 환원가스를 이용하여 직접환원용광로에서 산화철을 금속철로 환원하는 공정; 을 포함하는 산화철을 금속철로 환원하는 방법을 제공한다. 선택적으로, 방법은 또한 BOFG 공급원으로부터 BOFG를 얻는 공정; 오프가스와 BOFG의 혼합물로부터 CO₂를 제거하는 공정; 그리고 결과로 초래되는 CO₂린 가스와 COG 공급원으로부터의 COG와 혼합하는 공정을 포함한다. 선택적으로, 방법은 또한 COG가 CO₂린 가스와 혼합되기 전에 COG 로부터 복합탄화수소를 제거하는 공정을 포함한다.

또 다른 실시예에서, 본 발명은 오프가스를 제공하기 위한 직접환원용광로; 오프가스의 적어도 일부를 포함하는 환원가스 스트림에 COG를 분사하기 위한 COG 공급원; 그리고 환원가스 스트림과 분사된 COG을 이용하여 산화철을 금속철로 환원하는 직접환원용광로; 를 포함하는 코크스오븐가스(COG)를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하는 시스템을 제공한다. COG은 분사시 약 1,200℃ 이상의 온도를 갖는다. COG는 약 2%와 13% 사이의 CH₄함유량을 갖는다. 바람직하기로는, COG는 리폼된 COG이다. 선택적으로, COG는 새로운 고온 COG이다. COG 공급원은 부분산화시스템을 포함한다. 선택적으로, COG 공급원은 고온산소버너를 포함한다. 선택적으로, 시스템은 또한 환원가스 스트림의 적어도 일부분을 형성하는 오프가스에 BOFG를 분사하기 위한 필수 산소로 가스(Basic Oxygen Furnace Gas, BOFG) 공급원을 포함한다. 선택적으로, 시스템은 또한 오프가스와 BOFG의 혼합물로부터 이산화탄소(CO₂)를 제거하기 위한 이산화탄소제거시스템을 포함한다.

또 다른 실시예에서, 본 발명은 오프가스를 제공하기 위한 직접환원용광로를 제공하는 공정; 오프가스의 적어도 일부를 포함하는 환원가스 스트림에 COG를 분사하기 위한 COG 공급원을 제공하는 공정; 그리고 환원가스 스트림과 분사된 COG을 이용하여 산화철을 금속철로 환원하는 직접환원용광로를 제공하는 공정; 을 포함하는 코크스오븐가스(COG)를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하는 방법을 제공한다. COG은 분사시 약 1,200℃ 이상의 온도를 갖는다. COG는 약 2%와 13% 사이의 CH₄함유량을 갖는다. 바람직하기로는, COG는 리폼된 COG이다. 선택적으로, COG는 새로운 고온 COG이다. COG 공급원은 부분산화시스템을 포함한다. 선택적으로, COG 공급원은 고온산소버너를 포함한다. 선택적으로, 방법은 또한 환원가스 스트림의 적어도 일부분을 형성하는 오프가스에 BOFG를 분사하기 위한 필수 산소로 가스(Basic Oxygen Furnace Gas, BOFG) 공급원을 제공하는 공정을 포함한다. 선택적으로, 시스템은 또한 오프가스와 BOFG의 혼합물로부터 이산화탄소(CO₂)를 제거하기 위한 이산화탄소제거시스템을 제공하는 공정을 포함한다.

또 다른 실시예에서, 본 발명은 직접환원용광로로부터 탑가스 스트림을 제공하는 공정; 리포머에서 탑가스 스트림으로 천연가스를 리포밍하여 환원가스 스트림을 형성하고 상기 환원가스 스트림을 직접환원용광로에 제공하여 산화철을 금속철로 환원하는 공정; 그리고 COG스트림을 리포머에 연료로서 제공하는 공정; 을 포함하는 코크스오븐가스(COG)를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하는 방법을 제공한다. 방법은 또한 COG스트림을 연료로서 리포머에 제공하기 전에 예열기에서 COG스트림을 예열하는 공정을 포함한다. 방법은 또한 예열된 COG스트림의 일부를 버슬가스와 전이영역가스 중 하나 또는 둘 다로서 직접환원용광로에 제공하는 공정을 포함한다. 방법은 또한 버슬가스에 산소를 첨가하는 공정을 포함한다. 방법은 또한 예열기를 탑가스 스트림의 일부로 가열하는 공정을 포함한다. 방법은 또한 리포머로부터의 폐열을 이용하여 예열기내에 있는 COG 스트림을 예열하는 공정을 포함한다. 방법은 또한 이산화탄소와 질소 중 하나 또는 모두를 예열기를 통과하여 재생가스 시스템으로부터 내보내는 공정을 포함한다. 방법은 또한 이산화탄소와 질소 중 하나 또는 모두를 리포머로부터 내보내는 공정을 포함한다. COG의 사용은 직접환원 처리장치에서 천연가스 소비감소를 초래하고, 결과물인 직접환원철의 탄소함유량 제어와, 용광로내의 베드의 온도제어를 가능하게 한다.

또 다른 실시예에서, 본 발명은 직접환원용광로로부터 탑가스 스트림을 제공하는 공정; 이산화탄소제거시스템을 이용하여 탑가스 스트림으로부터 이산화탄소를 제거하는 공정: 가스히터에서 탑가스 스트림을 가열하여 환원가스를 형성하고, 환원가스 스트림을 직접환원용광로에 제공하여 산화철을 금속철로 환원하는 공정; 그리고 COG스트림을 합성가스 스트림으로서 환원가스 스트림에 첨가하는 공정; 을 포함하는 코크스오븐가스(COG)를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하는 방법을 제공한다. 방법은 또한 COG스트림을 합성가스 스트림으로서 환원가스 스트림에 첨가하기 전에 예열기에서 COG스트림을 예열하는 공정을 포함한다. 방법은 또한 열 반응기 시스템에서 예열된 COG스트림을 반응시켜 합성가스 스트림을 형성하는 공정을 포함한다. 열 반응기 시스템은 산소와 연료로 작용하는 고온 산소 버너 및 노즐을 포함한다. 산소는 공기 분리 플랜트로부터 받는다. 연료는 탑가스 스트림의 일부이다. 방법은 또한 COG스트림의 일부를 연료로서 가스 히터에 제공하는 공정을 포함한다. 방법은 또한 탑가스 스트림의 일부로 예열기를 가열하는 공정을 포함한다. 방법은 또한 예열된 COG스트림의 일부를 버슬가스 또는 전이영역가스 중 하나 또는 모두로서 직접환원용광로에 제공하는 공정을 포함한다. 방법은 또한 버슬가스에 산소를 첨가하는 공정을 포함한다. 방법은 또한 탑가스 스트림을 이용하여 보일러에서 스팀을 발생하고 이산화탄소 제거유닛에서 스팀을 이용하는 공정을 포함한다. 방법은 또한 탑가스 스트림의 일부를 연료로서 가스히터에 제공하는 공정을 포함한다. 버슬가스와 전이영역가스에 COG의 사용은 결과물인 직접환원철의 탄소함유량 제어와, 용광로내의 베드의 온도제어를 가능하게 한다.

또 다른 실시예에서, 본 발명은 직접환원용광로로부터 탑가스 스트림을 제공하는 공정; 이산화탄소제거시스템을 이용하여 탑가스 스트림으로부터 이산화탄소를 제거하여 이산화탄소 린 가스 스트림을 형성하는 공정: 이산화탄소 린 가스 스트림에 COG 합성가스 스트림을 첨가하여 혼합된 가스 스트림을 형성하는 공정; 포화기를 사용하여 혼합 가스 스트림으로부터 수분을 제거하여 수분이 조절된 혼합가스스트림을 형성하는 공정; 그리고 가스히터에서 수분이 조절된 혼합가스스트림을 가열하여 환원가스 스트림을 형성하고, 환원가스 스트림을 직접환원용광로에 제공하여 산화철을 금속철로 환원하는 공정; 을 포함하는 코크스오븐가스(COG)를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하는 방법을 제공한다. 방법은 또한 열교환기에서 COG 스트림을 예열하는 공정을 포함한다. 방법은 또한 열 반응기 시스템에서 예열된 COG스트림을 반응시켜 합성가스 스트림을 형성하는 공정을 포함한다. 열 반응기 시스템은 산소와 연료로 작용하는 고온 산소 버너 및 노즐을 포함한다. 산소는 공기 분리 플랜트로부터 받는다. 연료는 탑가스 스트림의 일부이다. 방법은 또한 보일러와 열 교환기에서 예열되고 반응된 COG스트림을 냉각하여 COG 합성가스 스트림을 형성하는 공정을 포함한다. 방법은 또한 COG 스트림의 일부를 연료로서 가스히터에 제공하는 공정을 포함한다. 열 교환기는 가열된 COG 합성가스 스트림과의 교차 교환에 의하여 작동한다. 방법은 또한 예열된 COG스트림의 일부를 버슬가스 또는 전이영역가스 중 하나 또는 모두로서 직접환원용광로에 제공하는 공정을 포함한다. 방법은 또한 탑가스 스트림을 이용하여 첫 번째 보일러에서 스팀을 발생하고 이산화탄소 제거유닛에서 스팀을 이용하는 공정을 포함한다. 방법은 또한 예열되고 반응된 COG스트림을 이용하여 두 번째 보일러에서 스팀을 발생하고 이산화탄소 제거유닛에서 상기 스팀을 이용하는 공정을 포함한다. 방법은 또한 탑가스 스트림의 일부를 연료로서 가스히터에 제공하는 공정을 포함한다. 방법은 또한 환원가스 스트림에 산소를 첨가하는 공정을 포함한다. 버슬가스와 전이영역가스에 COG의 사용은 결과물인 직접환원철의 탄소함유량 제어와, 용광로내의 베드의 온도제어를 가능하게 한다.

또 다른 실시예에서, 본 발명은 COG 스트림 또는 COG와 BOFG 스트림을 제공하는 공정; 열교환기에서 COG 스트림 또는 COG와 BOFG 스트림을 예열하는 공정; 열반응기 시스템에서 예열된 COG 스트림 또는 COG와 BOFG 스트림을 반응시켜 환원가스 스트림을 형성하는 공정; 그리고 환원가스 스트림을 직접환원용광로에 제공하여 산화철을 금속철로 환원하는 공정; 을 포함하는 COG 또는 COG와 BOFG를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하는 방법을 제공한다. 열 반응기 시스템은 산소와 연료로 작용하는 고온 산소 버너 및 노즐을 포함한다. 산소는 공기 분리 플랜트로부터 받는다. 연료는 열교환기에서 냉각되고 스크러버에서 정화된 것으로서 직접환원용광로로부터 얻어진 탑가스 스트림의 일부이다. COG 스트림 또는 COG와 BOFG 스트림은 예를 들어 열교환기에서 탑가스 스트림과 교차 교환에 의하여 예열된다. 방법은 또한 예열된 COG 스트림 또는 COG와 BOFG 스트림의 일부를 버슬가스와 전이영역가스 중 하나 또는 모두로서 직접환원용광로에 제공하는 공정을 포함한다. 방법은 또한 냉각되고/ 정화된 탑가스 스트림의 남아있는 일부를 발전시스템과 제강시설 중 하나 또는 모두에서 사용하는 공정을 포함한다. 다시 설명하지만, 버슬가스와 전이영역가스에 COG의 사용은 결과물인 직접환원철의 탄소함유량 제어와, 용광로내의 베드의 온도제어를 가능하게 한다.

본 발명은 여러 도면을 참조하여 설명될 것이며, 참조번호가 시스템의 부품들/방법의 공정들을 지시하기 위하여 적절히 사용되어 있다. 여기서:
도 1은 COG 그리고/또는 BOFG를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하는 본 발명의 신규의 시스템 및 그 방법의 일실시예를 나타내는 개략도이다.
도 2는 도 1의 시스템 및 방법과 관련하여 COG로부터 복합탄화수소를 제거하기 위한 장치의 일실시예를 나타내는 개략도이다.
도 3은 COG를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하는 본 발명의 신규의 시스템 및 그 방법의 다른 실시예를 나타내는 개략도이다.
도 4는 COG를 이용하여 - 특히 COG의 사용이 존재하는 직접환원플랜트에 필수적으로 첨가된다 - 산화철을 금속철로 환원하는 본 발명의 신규의 시스템 및 그 방법의 다른 실시예를 나타내는 다른 개략도이다.
도 5는 COG를 이용하여 - 특히 COG가 HBI 플랜트와 같이 저탄소(약 1-2%까지) 직접환원 플랜트에 결부하여 사용된다 - 산화철을 금속철로 환원하는 본 발명의 신규의 시스템 및 그 방법의 또 다른 실시예를 나타내는 또 다른 개략도이다.
도 6은 COG를 이용하여 - 특히 COG가 고탄소(약 2% 보다 많은) 직접환원 플랜트에 결부하여 사용된다 - 산화철을 금속철로 환원하는 본 발명의 신규의 시스템 및 그 방법의 또 다른 실시예를 나타내는 또 다른 개략도이다.
도 7은 COG 또는 COG와 BOFG를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하는 본 발명의 신규의 관류형(즉, 재활용하지 않는) 시스템 및 그 방법의 다른 실시예를 나타내는 개략도이다.

도 1을 참조하여, 예시적인 실시예에서, 본 발명의, COG 그리고/또는 BOFG를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하는 시스템(5)과 방법은 이 기술분야에서 통상의 기술자에게 잘 알려진 개개의 부품들을 포함하고 있어서, 이들 부품들에 대해서는 구체적인 설명이나 도시는 하지 않으나, 이들 부품들은 진보된 장치에 결합되어 있다. 이들 부품들은 종래의 직접환원용광로(10), 폐열 보일러(18), 냉각기 스크러버(20), BOFG 공급원(30)(그리고/또는 적절한 저장용기), CO₂제거시스템(40), COG공급원(50)(그리고/또는 적절한 저장용기), 포화기(60), 간접히터(70), 산소공급기(80)(그리고/또는 적절한 저장용기)를 포함하지만, 여기에 한정되는 것은 아니다.

직접환원용광로(10)는 펠릿들, 덩어리들, 집합체들 등(14)의 형태로 철광석이 공급되는 상부끝단을 갖는다. 환원된 펠릿들, 덩어리들, 집합체들 등(14)은 DRI로서 직접환원용광로(10)의 하부끝단(13)에서 제거된다. 환원가스 유입도관(15)은 공급 장입부분과 생성물 배출부분 사이에 위치하며, 고온의 환원가스를 직접환원용광로(10)에 공급한다. 이 고온의 환원가스는 CH₄을 함유하는데, CH₄은 고온 환원가스에 함유된 CO₂와 H₂O에 의하여 직접환원용광로(10)의 가스유입 부분 가까이에서 리폼되고 추가적인 CO와 H₂를 생성한다. HDRI는 리포밍반응에서 촉매로서의 역할을 한다. 리포밍 반응에 이어서, CO와 H₂를 함유하는 고온의 환원가스는 산화철을 금속철로 환원하고 사용후 환원가스로서 직접환원용광로(10)의 상부에 있는 유통도관을 통하여 직접환원용광로(10)를 빠져나가고, 덕트(17)를 통하여 폐열 보일러(18)로 흐르고, 다시 냉각기 스크러버(20)로 흐른다. 폐열 보일러(18)에서 발생된 스팀은 예를들어 CO₂제거시스템(40)을 위한 재생열의 대부분을 제공한다. 냉각기 스크러버(20)는 사용후 오프가스를 냉각하고 정화하는데, 오프가스는 도관(21)을 통하여 냉각기 스크러버를 빠져나간다.

다음에, 냉각된 오프가스의 일부는 다른 도관(23)으로 들어가서 간접히터(70)의 버너로 흐른다. 냉각된 오프가스의 일부는 또한 또 다른 도관(22)으로 들어가서 BOFG 공급원(30)으로부터의 도관(32)과 합류하고, 압축기(35)로 흐르는 또 다른 도관(34)을 형성한다. 압축기(35)로부터의 압축가스는 CO₂제거시스템(40)으로 흐르고, 거기서 CO₂가 가스로부터 여과된다. 도관(41)에 있는 CO₂린 가스는 다른 도관(52)으로부터 온 COG에 의하여 강화되고, 또 다른 도관(56)으로 들어가서 포화기(60)로 흐르고, 거기서 직접환원용광로(10) 내의 탄소제어를 위한 물을 조절하기 위하여 가스에 H₂O가 첨가된다.

추가적인 BOFG가 도관(33)을 통하여 직접 탑가스 스트림에 합류한다. 추가적인 COG는 하나 이상의 도관(53)(54)을 통하여 간접히터(70)의 보조버너들과, 하나 이상의 다른 도관(53)(55)을 통하여 전이영역 분사가스로서 직접환원용광로(10)의 전이영역으로 보내진다. 포화기(60)로부터의 가스는 도관(61)을 통하여 간접히터(70)로 흐르고, 거기서 가스가, 사용후 직접환원용광로 오프가스와 BOFG의 혼합에 의하여 연료를 받는 버너들과 예를 들어 COG에 의하여 연료를 받는 보조버너들에 의하여 환원온도 가까이까지 가열된다.

연소공기는 히터연통가스와의 열교환에 의하여 가열된다. 간접히터(70)의 고온가스는 도관(71)을 통하여 떠나고 산소공급원(80)의 O₂가 다른 도관(81)을 경유하여 첨가되어 가스의 온도를 1000℃ 또는 그 이상으로 높인다. 다음에 가스는 직접환원용광로(10) 내에서의 리포밍에 필요한 흡열성 부하를 공급하는데 요구되는 높여진 온도로 다른 도관(15)으로 흐른다.

일반적으로, COG와 BOFG는 전세계의 여러 제철소의 특이한 원료와 특이한 실무에 따라 변하는 분석값을 갖고 있다. 아래 표 1은 제한하지 않는 예를 제공한다.

	COG	BOFG
CO	6-7	55-72
CO₂	1-2	13-18
H₂	61-63	1-4
H₂O	1-5	1-5
CH₄	21-24	1-3
N₂	3-7	11-20

COG와 BOFG가 보내기 연료(export fuel) 없이 COG 그리고/또는 BOFG의 최소량으로 DRI/HDRI/HBJ를 생산하는데 가장 효율적인 방법으로 사용된다면, 가스들의 각각의 분석값에 대하여 BOFG에 대한 COG의 고유비가 있다. 이 비는 약 0.95에서 약 1.25까지 변한다. 보다 많은 양의 CO를 갖고, 그 결과 적은 양의 N₂을 갖는 BOFG에서는, 그 비는 0.95에 가깝다. 보다 많은 양의 N₂를 갖고, 그 결과 적은 양의 CO를 갖는 BOFG에서는, 더 많은 COG가 요구되고 그 비는 1.25에 가깝다.

위에서 언급한 바와 같이, 계산된 가장 좋은 작용점의 한계를 넘어서 BOFG에 대한 COG의 비를 변하게 하면서 운영하는 것이 가능하지만, 다른 곳에서 소비되어야 할 보내기 연료를 갖고 행해져야 한다. 보내기 연료의 이런 사용은 예를 들어, CO₂ 제거시스템(40)에서 재생을 위하여 추가적인 스트림을 높이는데 사용될 수 있다.

위에서 기술된 바와 같이, 용광로 오프가스 스트림을 보충하고 최종적인 환원가스 스트림에 기여하는 것에 추가하여, 다른 고려되는 BOFG의 사용은 간접히터(70)에 대한 탑가스 연료로서의 사용을 위하여(도관 31, 33 및 24 경유) 용광로 오프가스 스트림을 보충하는 것이다. 마찬가지로, 용광로 오프가스 스트림을 보충하고 최종적인 환원가스 스트림에 기하는 것에 추가하여, COG도 다른 여러 목적을 위하여 사용될 수 있다.

도 2를 참조하여, 간접히터(70)(도1)에서 최종적으로 가열된 COG공급원(50)으로부터의 COG는 바람직하게 먼저, 부분산화 반응기(90) 또는 그와 유사한 것에서 O₂와 H₂O을 첨가하여 산화처리(즉, 부분 연소) 또는 그와 유사한 것을 통하여, 간접히터(70)를 못쓰게 할 수 있는 유황과 복합 탄화수소를 정화한다. 그에 따라 이 정화처리는 원한다면 BOFG 보충을 감소하거나 없앨 수 있다. 정화처리는 주로 COG내의 NH₃, H₂S, 타르, HCN, 나프탈렌, 그리고 BTX(벤졸, 톨루엔, 사이렌) 분량의 존재를 처리하는데 요구된다. 선택적으로, 정화처리는 부분 산화 반응기(90)와는 대조적으로, 환원가스 시스템의 덕트내에서 보다 적은 반응으로 일어난다. 산화반응은 다음과 같이 보인다(단지 예시적이다).

COG-7.5% CO, 3.5% CO₂, 54% H₂, 25.25% CH₄, 7.45% N₂, 2.3% C_nH_m

10 파트(Parts) COG에 대한 1 파트(Part) 스팀

10 파트 COG에 산소 첨가:

-1.7 파트 산소:

21.38% CO, 2.8% CO₂, 61.16% H₂, 7.28% H₂O, 2.91% CH₄, 4.46% N₂

온도 800 ℃, 17.1 파트 기체생성물

-2 파트 산소:

22.81% CO, 2.54% CO₂, 61.74% H₂, 8.14% H₂O, 0.49% CH₄, 4.27% N2

온도 880 ℃, 17.9 파트 기체생성물

다시 도 1를 참조하여, 복합 탄화수소가 있는 COG 또는 복합탄화수소가 없는 COG가 간접히터(70)를 위한 탑가스 연료를 보충하는데 사용될 수 있고(도관 53 및 54 경유), 직접환원용광로 전이영역 분사가스로서 사용될 수 있으며(도관 53 및 55경유), 그리고/ 또는 최종적인 환원가스 스트림을 강화하게 하는데 사용될 수 있다(도관 53, 54 및 59 경유). 이들 각각의 가능성은 상호 배타적이지 않으며 어떠한 조합으로도 사용될 수 있다.

도 3을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에서, 열 반응기 시스템(100)에서 처리된 리폼된 COG가 직접환원용광로(10) 바로 전에서 시스템/처리 스트림(15)으로 도관(102)을 통하여 분사된다. 바람직하기로는 이 열 반응기 시스템(100)은 전술한 바와 같이 리폼된 COG, 또는 새로운 고온 COG를 제공하고, 이 기술 분야에서 잘 알려진, COG공급원(90)의 COG를 초고온 화염으로 분사하는 고온 산소버너와 같은 부분산화 시스템과 같은 것이다. 열 반응기 시스템(100)에 있는 리폼된 COG는 고온(약 1000 ℃와 1600℃ 사이)이고 도관(102)을 통하여 약 900℃의 스트림(15)으로 분사된다. 이 열 때문에 전에 기술한(도1) 산소공급원(80)의 산소의 도관(81)을 통한 분사는 선택적이게 된다. 그 결과 시스템(5)으로 산소공급원(80) 산소의 도관(81)을 통한 분사는 적게 되며, 그래도 탄소 그을음을 피할 수 있다. 이 열 반응기 시스템(10)의 도관(102)을 통한 COG 분사는 전에 기술한 냉각기 COG 그리고/또는 BOFG 분사공급원 및 분사점을 대신하여, 또는 보완으로서 사용되어진다. 예를 들어, 열 반응기 시스템(10)의 도관(102)을 통한 COG 분사는 라포머를 갖는 표준 미드렉스 천연가스 처리장치와 결부하여 사용될 수 있다. 그와 마찬가지로, 전술한 CO₂제거시스템(40)과 간접히터(70)는 필요하지 않을 수 있다(리포머가 이들 두가지 기능을 수행한다).

열 반응기 시스템(100)에 있는 리폼된 COG는 다음의 예시적인 함유량을 갖는다. 2-13% CH₄(각각, 약 1,500℃에서 - 약 1,200℃에서), 18.7% CO, 1.7% CO₂, 43.4% H₂, 17.7% H₂O, 3.6% N₂, 그리고 1.8% C₂H₆, 그리고 어쩌면 0.9% C₂H₄와 1.7% C₂H₂ 함유할 수 있다. 물론 이러한 성분들은 오직 예시적이며 어떤 점에서도 제한을 주지 않는다.

도 4는 COG를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하는 본 발명의 신규의 시스템(200) 및 그 방법의 다른 실시예를 나타내는 다른 개략도이다. 특히 COG의 사용(부호 "202" 부분)이 기존의 직접환원플랜트(204)에 필수적으로 추가되어 있다. 이 실시예는 COG를 약 120 m³/t DRI 까지 사용하고, 1.25:1의 비로 사용된 종래 천연가스를 대체한다. 재생된 탑가스(206)는 용광로(208)로부터 빠져나오고 물제거, 냉각, 그리고/또는 정화를 위하여 스크러버(210)로 공급되고, 그 결과 약30℃와 약65℃사이의 온도로 포화된 가스가 된다. 그리고 이 재생된 탑가스(206)는 세 개의 스트림으로 나누어진다. 첫 번째 스트림(212)은 리포머(218)로 이송되는데, 거기서 천연가스(219)를 리폼하고, 약 900℃와 약1100℃사이의 온도로 가열되며, 그럼으로써 용광로(208)에 공급되는 환원가스(220)가 제공된다. 환원가스(220)가 용광로(208)에 공급되기 전에 O₂(231)가 필요에 따라 환원가스(220)에 첨가된다. 과도한 CO₂와 N₂는 예를 들어, 리포머 연도(222)를 통하여 제거된다. 두 번째 스트림(214)은 리포머 연료로서 사용된다. 세 번째 스트림(216)은 COG예열기(224)를 가열하는데, COG예열기(224)는 또한 리포머(218)로부터 나온 폐열을 이용하여 작동될 수도 있다. 압축된 새로운 COG(226)의 공급은 COG예열기(224)를 통과하고 약 300℃와 500℃ 사이의 온도로 예열된다. CO₂와 N₂(228)는 COG예열기(224)를 통과하여 배기된다. 압축된 새로운 예열된 COG의 일부는 부슬가스(BG)(230)로서 용광로(208)에 전달되고, 압축된 새로운 예열된 COG의 일부는 전이영역(TZ) 가스(232)로서 용광로(208)에 전달되며, 압축된 새로운 예열된 COG의 일부는 리포머 연료(234)에 사용된다. COG의 사용은 직접환원 처리과정에서 천연가스의 소비를 감소시키는 결과를 초래하고, 결과물인 직접환원철의 탄소함유량 제어와, 용광로내의 베드의 온도제어를 가능하게 한다.

도 5는 COG를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하는 본 발명의 신규의 시스템(300)의 또 다른 실시예를 나타내는 또 다른 개략도이다. 특히 COG의 사용(부호 "302"부분)이 예를 들어 HBI 플랜트와 같이 저탄소 (약 1-2%까지) 직접환원 플랜트(304)에 결부되어 있다. 이 실시예는 COG를 약 500-600 m³/t DRI 까지 사용한다. 재생 탑가스(306)는 용광로(308)로부터 빠져나와 보일러(305)를 거쳐서, 물 제거, 냉각, 그리고/또는 정화를 위한 스크러버(310)로 공급되고, 그 결과 약 30℃와 약 45℃ 사이의 온도에서 포화된 가스가 된다. 그리고 이 재생 탑가스(306)는 적어도 세 개의 스트림(그리고 네 개도 가능)으로 분리된다. 첫 번째 스트림(312)은 흡착타입의 CO₂제거유닛(317)로 공급되는데, CO₂제거유닛(317)은 재생 탑가스(306)의 이 스트림으로부터 CO₂의 약 95%를 제거하고, 그리고 가스히터(318)로 공급되는데 가스히터(318)는 재생 탑가스(306)의 이 스트림을 약 900℃와 1100℃ 사이의 온도로 가열하고, 그에 따라 용광로(308)로 공급되는 환원가스(320)를 제공한다.

환원가스(320)가 용광로(308)에 공급되기 전에 O₂(331)가 필요에 따라 환원가스(320)에 첨가된다. 선택적으로 CO₂제거유닛(317)은 멤브레인 타입의 CO₂제거유닛, 압력 스윙 흡착(PSA) 유닛, 진공 압력 스윙 흡착(VPSA) 유닛 등이다. 보일러(305)로부터의 스팀(311)은 CO₂제거유닛(317)에 의하여 사용될 수 있다. CO₂와 N₂는 예를 들어, 가스히터 연도(322)를 통하여 제거된다. 두 번째 스트림(314)은 가스히터 연료로서 사용된다. 세 번째 스트림(316)은 다시 COG예열기(324)를 가열하는데 사용된다. 압축된 새로운 COG(326)의 공급은 COG예열기(324)를 통과하며 약 300℃와 500℃ 사이의 온도로 예열된다.

CO₂와 N₂(328)는 COG예열기(324)를 통과하여 배기된다. 예열하기 전에 압축된 새로운 COG(326)의 일부는 가스히터 연료(350)로서 사용된다. 다시, 압축된 새로운 예열된 COG의 일부는 부슬가스(BG)(330)로서 용광로(308)에 전달되고, 압축된 새로운 예열된 COG의 일부는 전이영역(TZ) 가스(332)로서 용광로(308)에 전달된다. 압축된 새로운 예열된 COG의 나머지는 열 반응기 시스템(TRS)(360)에 의하여 처리되어 전술한 환원가스 스트림(320)에 첨가되는 합성가스(368)를 형성한다. 바람직하기로는 합성가스(368)는 적어도 약 82% H₂와 CO로 구성된다. 일반적으로 열 반응기 시스템(360)은 고온 산소 버너(HOB)(370)와 노즐(372)을 포함한다. 재생 탑가스(306)로부터 얻은 연료(362)(예를 들어 네 번째 스트림)는 고온 산소 버너(370)에서 공기분리 플랜트(366) 또는 이와 유사한 것으로부터의 O₂(364)와 합류하고, 높은 온도(즉, 2,000-2,500℃)에서, 노즐(372)을 통과하며 압축된 새로운 예열된 COG와 접촉하여 합성가스(368)을 형성한다. 버슬가스와 전이영역가스에 COG의 사용은 결과물인 직접환원철의 탄소함유량 제어와, 용광로내의 베드의 온도제어를 가능하게 한다.

도 6은 COG를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하는 본 발명의 신규의 시스템(400)의 또 다른 실시예를 나타내는 또 다른 개략도이다. 특히 COG의 사용(부호 "402"부분)이 예를 들어 고탄소 (약 2%보다 많음) 직접환원 플랜트(404)에 결부되어 있다. 재생 탑가스(406)는 용광로(408)로부터 빠져나와 보일러(405)를 거쳐서, 물 제거, 냉각, 그리고/또는 정화를 위한 스크러버(410)로 공급되고, 그 결과 약 30℃와 약 45℃ 사이의 온도에서 포화된 가스가 된다. 그리고 이 재생 탑가스(406)는 적어도 세 개의 스트림으로 분리된다. 첫 번째 스트림(412)은 CO₂제거유닛(417)로 공급되는데, CO₂제거유닛(417)은 재생 탑가스(406)의 이 스트림으로부터 CO₂의 약 95%를 제거하고, 그리고 포화기(480)로 공급되는데, 포화기(480)는 재생 탑가스(406)의 이 스트림으로부터 H₂O를 제거하고, 다음에 가스히터(418)로 공급되는데 가스히터(318)는 재생 탑가스(406)의 이 스트림을 약 900℃와 1100℃ 사이의 온도로 가열하고, 그에 따라 용광로(408)로 다시 공급되는 환원가스(420)를 제공한다.

선택적으로 CO₂제거유닛(417)은 멤브레인 타입의 CO₂제거유닛, 압력 스윙 흡착(PSA) 유닛, 진공 압력 스윙 흡착(VPSA) 유닛 등이다. 보일러(405)로부터의 스팀(411)은 CO₂제거유닛(417)에 의하여 사용될 수 있다. CO₂와 N₂는 예를 들어, 가스히터 연도(422)를 통하여 제거된다. 두 번째 스트림(414)은 가스히터 연료로서 사용된다. 압축된 새로운 COG(426)의 공급은 COG 열교환기(424)를 통과하며 약 300℃와 500℃ 사이의 온도로 예열된다. 선택적으로, COG열교환기(424)는 추후 설명되는 바와 같이, 아직 가열된 합성가스(468)와의 교차 교환에 의하여 작동한다. 예열하기 전에 압축된 새로운 COG(426)의 일부는 가스히터 연료(450)로서 사용된다. 다시, 압축된 새로운 예열된 COG의 일부는 부슬가스(BG)(430)로서 용광로(408)에 전달되고, 압축된 새로운 예열된 COG의 일부는 전이영역(TZ) 가스(432)로서 용광로(408)에 전달된다. 압축된 새로운 예열된 COG의 나머지는 열 반응기 시스템(TRS)(460)에 의하여 처리되어 아직 가열된 합성가스(468)를 형성한다. 바람직하기로는 합성가스(468)는 적어도 약 82% H₂와 CO로 구성되며, 열 반응기 시스템(460) 그리고 열 반응기 시스템(460), 보일러(484)(이것은 또한 CO₂제거유닛(417)에 사용되는 스팀(486)을 발생한다), 그리고 예열되고 반응된 COG 스트림을 냉각하여 합성가스(468)을 형성하는 COG 열교환기(424)를 포함하는 재생 루프에 의해서 발생된다. 일반적으로 열 반응기 시스템(460)은 고온 산소 버너(HOB)(470)와 노즐(472)을 포함한다. 재생 탑가스(406)로부터 얻은 연료(462)는 고온 산소 버너(470)에서 공기분리 플랜트(466) 또는 이와 유사한 것으로부터의 O₂(464)와 합류하고, 높은 온도(즉, 2,000-2,500℃)에서, 노즐(472)을 통과하며 압축된 새로운 예열된 COG와 접촉하여 합성가스(468)을 형성한다. 합성가스(468)는 바람직하게 CO₂제거유닛(417)과 포화기(480) 사이에서 환원가스 스트림(420)과 합류한다. 환원가스 스트림(420)이 용광로(408)에 분사되기 전에 O₂(482)가 환원가스 스트림(420)에 첨가된다. 이 실시예에서, 고탄소 함유량이 포함된다면, 산화가스에 대한 환원가스의 적절한 비를 얻기 위하여 적은 H₂O가 바람직하다. 따라서 열반응기 시스템(460)을 떠나는 대략적으로 1,200℃의 온도는 보일러(484)에 의하여 대략적으로 400-600℃로 감소되고, 이것은 다시 COG 열 교환기(424)에 의하여 대략적으로 200℃로 감소된다. 그리고 포화기(480)는 대략적으로 12%-H₂O 합성가스(468)를 받고, 재생 탑가스(406)와 합류할 때, 수분함유량을 대략적으로 2-6%로 감소시킨다. 다시 설명하지만, 버슬가스와 전이영역가스에 COG의 사용은 결과물인 직접환원철의 탄소함유량 제어와, 용광로내의 베드의 온도제어를 가능하게 한다.

도 7은 COG 또는 COG 및 BOFG를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하는 본 발명의 신규의 관류형(즉, 재활용 하지 않음) 시스템(500)의 변형예를 나타내는 개략도이다. 이 변형예는 COG 또는 COG 및 BOFG를 금속철을 생산하고 발전하는데 사용되게 하며, 뿐 아니라 제강시설에 사용되게 하며, 그러한 다기능이 요구되는 응용장치에 사용되게 한다. 압축된 새로운 COG 또는 COG 및 BOFG(526)은 열교환기(524)를 통과하며 약 300℃와 약 500℃ 사이의 온도로 가열된다. 사용후 탑가스 스트림(590/592)은 열교환기(524)와 스크러버(510)에서 냉각 그리고/또는 정화되고, 그 결과로 초래되는 가스 스트림은 열반응기 시스템(560) 또는 그와 유사한 것을 위한 연료(594)로서 사용될 수 있고, 그리고/또는 발전/제강 버너(596)를 위하여 사용될 수 있다. 다시, 압축된 새로운 예열된 COG 또는 COG 및 BOFG의 일부는 부슬가스(BG)(530)로서 용광로(508)에 전달되고, 압축된 새로운 예열된 COG 또는 COG 및 BOFG의 일부는 전이영역(TZ) 가스(532)로서 용광로(508)에 전달된다. 압축된 새로운 예열된 COG 또는 COG 및 BOFG의 나머지는 열반응기 시스템(560)에 의하여 처리되어 합성가스/환원가스(550)를 형성한다. 합성가스/환원가스(550)는 산화제 대 환원제의 비가 약 5 대 6으로 구성된다.

일반적으로 열 반응기 시스템(560)은 고온 산소 버너(HOB)(570)와 노즐(572)을 포함한다. 열교환기(524)로부터 얻은 연료(594)는 예를 들어, 고온 산소 버너(570)에서 공기분리 플랜트(566) 또는 이와 유사한 것으로부터의 O₂(564)와 합류하고, 높은 온도(즉, 2,000-2,500℃)에서, 노즐(572)을 통과하며 압축된 새로운 예열된 COG 또는 COG 및 BOFG와 접촉하여 합성가스/환원가스(550)을 형성한다.다시 설명하지만 버슬가스와 전이영역가스에 COG의 사용은 결과물인 직접환원철의 탄소함유량 제어와, 용광로내의 베드의 온도제어를 가능하게 한다.

여기서 기술된 COG와 BOFG에 부가하여(즉, 교체하여), 본 발명의 시스템 및 방법은 또한 다른 기체 탄화수소, 액체 탄하수소(예, 나프타, 디젤연료), 고체 탄화수소, 프로판, 바이오매스, 그리고 이와 유사한 것과 결부하여 사용될 수 있다.

본 발명은 선택된 구체예 및 특수한 실시예를 참조하여 여기에 기술된 것이지만, 다른 구체예 및 실시예가 유사한 기능을 수행하고, 그리고/또는 같은 결과를 얻을 수 있다는 사실은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 그러한 대응하는 모든 구체예 및 실시예는 본 설명의 사상 및 범위내에 있으며 뒤따르는 청구범위에 의하여 보호되어야 한다. 이러한 의미에서, 본 명세서는 제한이 없고 모두를 아우르는 것으로 이해되어야 할 것이다.

Claims

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직접환원용광로로부터 탑가스 스트림을 제공하는 공정;
이산화탄소제거유닛을 이용하여 탑가스 스트림으로부터 이산화탄소를 제거하는 공정:
가스히터에서 탑가스 스트림을 가열하여 환원가스를 형성하고, 그 환원가스 스트림을 직접환원용광로에 제공하여 산화철을 금속철로 환원하는 공정; 그리고
COG스트림을 합성가스 스트림으로서 환원가스 스트림에 첨가하기 전에 예열기에서 COG스트림을 예열하고, 열 반응기 시스템에서 예열된 COG스트림을 반응시키는 공정:
상기 열 반응기 시스템은 산소와 연료를 사용하는 산소 버너 및 노즐을 포함하는 코크스오븐가스를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하는 방법.
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제9항에 있어서, 산소는 공기 분리 플랜트로부터 받는 방법.
제9항에 있어서, 연료는 탑가스 스트림의 일부인 방법.
제9항에 있어서, COG스트림의 일부를 연료로서 가스히터에 제공하는 공정을 포함하는 방법.
제9항에 있어서, 탑가스 스트림의 일부로 예열기를 가열하는 공정을 포함하는 방법.
제9항에 있어서, 예열된 COG스트림의 일부를 버슬가스 또는 전이영역가스 중 하나 또는 모두로서 직접환원용광로에 제공하는 공정을 포함하는 방법.
제17항에 있어서, 버슬가스에 산소를 첨가하는 공정을 포함하는 방법.
제9항에 있어서, 탑가스 스트림을 이용하여 보일러에서 스팀을 발생하고 이산화탄소 제거유닛에서 스팀을 이용하는 공정을 포함하는 방법.
제9항에 있어서, 탑가스 스트림의 일부를 연료로서 가스히터에 제공하는 공정을 포함하는 방법.
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COG 스트림 또는 COG와 BOFG 스트림을 제공하는 공정;
열교환기에서 COG 스트림 또는 COG와 BOFG 스트림을 예열하는 공정;
열반응기 시스템에서 상기 예열된 COG 스트림 또는 COG와 BOFG 스트림을 반응시켜 환원가스 스트림을 형성하는 공정;
상기 환원가스 스트림을 직접환원용광로에 제공하여 산화철을 금속철로 환원하는 공정; 그리고
상기 예열된 COG 스트림 또는 COG와 BOFG 스트림의 일부를 버슬가스와 전이영역가스 중 하나 또는 모두로서 직접환원용광로에 제공하는 공정을 포함하며;
상기 열 반응기 시스템은 산소와 연료를 사용하는 산소 버너 및 노즐을 포함하며, 상기 연료는 열교환기에서 냉각되고 스크러버에서 정화된 것으로서 직접환원용광로로부터 얻어진 탑가스 스트림의 일부인 것을 특징으로 하는 COG 또는 COG와 BOFG를 이용하여 산화철을 금속철로 환원하는 방법.
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제35항에 있어서, 산소는 공기 분리 플랜트로부터 받는 방법.
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제35항에 있어서, COG 스트림 또는 COG와 BOFG 스트림은 열교환기에서 탑가스 스트림과 교차 교환에 의하여 예열되는 방법.
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제35항에 있어서, 냉각되고/ 정화된 탑가스 스트림의 남아있는 일부를 발전시스템과 제강시설 중 하나 또는 모두에서 사용하는 공정을 포함하는 방법.