KR20110006780U - 철의 생산 또는 석탄 가스화 공정 동안 생산되는 가스의 세정을 위한 그리고 상기 가스로부터 먼지를 건조 제거하기 위한 장치 및 공정 - Google Patents

철의 생산 또는 석탄 가스화 공정 동안 생산되는 가스의 세정을 위한 그리고 상기 가스로부터 먼지를 건조 제거하기 위한 장치 및 공정 Download PDF

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Abstract

본 고안은 선철 생산 시에 선철 생산 시스템에 부수하는 또는 철 생산 시에 철 생산 시스템에 부수하는 가스, 석탄 가스화 시스템에서 생산되는 가스로서의 오염물 및 먼지가 포함된 가스의 건조 제거 및 건조 세정을 위한 방법, 및 상기 방법을 수행하기 위한 수단에 관한 것이다. 공정에서, 예비 분리 단계 이후의 먼지 제거의 시작 전에 및, 가스 스트림의 온도가 60℃ 이상의 온도로, 그리고 먼지 제거를 수행하는 장비에의 손상을 유발하는 온도 이하의 온도로 조절된 이후에, 반응제 및 선택적으로 흡수 물질을 포함하는 첨가제는 가스 스트림 내에 첨가된다. 첨가제는 가스 스트림을 세정하며 먼지의 제거 시의 첨가제의 첨가 이전에 가스 스트림 내에 존재하였던 고체 입자와 함께 가스 스트림으로부터 제거된다.

Description

철의 생산 또는 석탄 가스화 공정 동안 생산되는 가스의 세정을 위한 그리고 상기 가스로부터 먼지를 건조 제거하기 위한 장치 및 공정{PROCESS AND APPARATUS FOR THE DRY REMOVAL OF DUST FROM AND FOR THE CLEANING OF GAS PRODUCED DURING THE PRODUCTION OF IRON OR COAL GAkSIFICATION}
본 고안은 선철의 생산 동안 선철 생산 유닛 내에서 생산되는 가스, 또는 철의 생산 동안 철 생산 유닛 내에서 생산되는 가스, 또는 석탄 가스화 설비 내에서 생산되는 가스 같은, 먼지 및 오염물이 포함된, 가스의 건조 세정을 위한 그리고 가스로부터 먼지의 건조 제거를 위한 공정, 및 이러한 공정을 수행하기 위한 장치와 관련된 것이다.
고로(blast furnace), COREX® 설비, FINEX® 설비 및 용융 가스 화로(melter gasifier) 같은 선철 생산 유닛에서 선철을 생산하는 동안, 또는 MIDREX® 설비, HYL® 설비 및 COREX®/FINEX® 배기 가스에 기초한 직접 환원(DR) 설비 같은 철 생산 유닛에서 철을 생산하는 동안, 많은 양의 가스가 생산된다. 이러한 가스들은 높은 비율로 미세 고체 입자가 포함된 많은 양의 먼지, 및 많은 양의 가스 오염물을 따라 이동한다. 비정상 상태 동작 동안, 다시 말하여, 선철 또는 철 생산 공정의 시작 또는 중단 같은 특수 동작 상황 동안, 또는 물질 기둥의 자발적인 미끄러짐 같은 자발적 공정 이상(anomalies) 동안, 유닛 내에서, 특히 가스 내에 높은 양의 먼지 및 오염물이 발생하며, 또한 가스 온도 내의 피크도 발생한다. 가스가 환경으로 방출되기 이전에, 또는 그들이 하류 처리에서 이용되기 이전에, 먼지는 분리되어야 하며, 가스는 오염물로부터 세정되어야 한다.
일례로, 고로인 COREX® 설비 또는 FINEX® 설비에서 선철의 생산 동안 생산되는 가스의 성질은 다음과 같다.
Figure ptm00001

습식 처리를 이용하여 생산된 가스로부터 먼지 및 오염물을 제거하는 것이 알려져 있으나, 이러한 처리는 생산되는 슬러리 및 세탁수를 처리하여야 하는 문제점이 발생한다. 중국특허출원 제CN1818080호에는 고로로부터 파생되는 가스 스트림으로부터 먼지를 건조 제거하는 공정이 개시되어 있다. 이러한 공정에서, 가스 스트림에서는 분리 챔버에서의 건조 예비 분리 이후에 필터링 분리기를 이용하여 건조 먼지 제거가 이루어진다. 고로의 정상 상태(steady-state) 밖에서의 동작 상황 동안에, 예를 들어, 시작 또는 차단 동안, 혹은 물의 이슬점 아래의 또는 가스 스트림 내에 존재하는 습기의 산성(acid) 이슬점 아래의 오프-가스(off-gas) 온도의 경우에, 가스 내에서 같이 운반되는 합성물이, 예를 들어 습기 또는 유기 합성물이 응축하기 때문에, 위와 같은 처리는 분리기의 필터 물질이 들러 붙어(stick) 방해물을 형성할 수 있다. 이는 필터 물질의 상당한 압력 손실과 필터 동작의 손실을 유발할 수 있으며, 작동 고장 시간과 연관된 필수적으로 필터 물질을 교환하는 일을 발생시킬 수도 있다. 먼지 제거가 수행되는 장치가 이러한 문제점 때문에 이용할 수 없게 된다면, 먼지 포함된 가스는 추가적인 세정 없이 우회하여 환경으로 방출되어야 한다. 이러한 우회 상황은 환경에의 피해를 유발하며, 많은 산업화된 국가에서 허용될 수 없는 것이다. 가스 온도 및 이와 관련된 응축에 의한 이슬점의 언더슈팅(undershooting)에 기인하는 고착 또는 방해물 발생의 위험을 감소하기 위해, 제CN1818080호는 예비 분리를 거친 가스 스트림의 온도가 너무 낮은 경우에 이슬점 이상으로 가스 온도를 상승시키고 이동시키는 열 교환기를 제공한다. 오염물의 오프-가스를 세정하는 방법은 제CN1818080호에 개시되어 있지 않다.
본 고안은 선철의 생산 동안 생산되는 오프-가스에 대한 건조 먼지 제거 처리를 주요한 목적으로 하며, 이 경우에, 먼지 제거를 위한 필터에서의 고착 및 방해물 발생의 위험이 감소되며, 동시에 오프-가스가 오염물에서 세정된다. 유사하게, 이러한 처리를 수행하는 장치가 제공될 것이다.
본 고안은 일례로 그리고 개략적으로 첨부된 도면을 기초로 도시되고 있으며, 다음의 서술에 기초하여 설명된다.
도 1은 본 고안에 따른 공정의 일 실시예를 수행하는 장치를 도시하고 있다.
도 2는 도 1 내에서 도시되는 장치의 수정된 버전을 도시하고 있다.
위와 같은 목적은 선철의 생산 동안 선철 생산 유닛 내에서 생산되는 가스, 또는 철의 생산 동안 철 생산 유닛 내에서 생산되는 가스, 또는 석탄 가스화 설비 내에서 생산되는 가스 - 상기 석탄 가스화 설비 내에서 상기 가스로 구성되는 가스 스트림이 처리됨 - 같은, 먼지 및 오염물이 포함된, 가스의 건조 세정을 위한 그리고 가스로부터 먼지의 건조 제거를 위한 공정으로서, 상기 공정에서, 굵은 고체 입자의 분리를 위한 예비 분리 이후에 먼지 제거가 이루어지고, 이러한 먼지 제거 동안에 상기 예비 분리가 이미 이루어진 가스 스트림 내에 존재하는 고체 입자가 상기 가스 스트림으로부터 분리되며, 상기 가스 스트림의 온도가 60℃ 이상이 되도록, 바람직하게는 100℃ 이상이 되도록, 그리고 상기 먼지 제거를 수행하는 장치에 손상이 유발되는 온도 미만이 되도록, 상기 먼지 제거 이전에 상기 가스 스트림의 온도가 세팅되는 공정을 통해서 달성될 수 있다. 상기 공정은 반응물을 포함하는 첨가제와, 적절하다면, 흡착제가 상기 먼지 제거의 시작 전에 상기 가스 스트림에 첨가되는 것을 특징으로 한다. 일례로, 선철 생산 유닛은 COREX® 또는 FINEX® 처리와 관련된 고로, 환원 샤프트 또는 용융 가스 화로이다. 고체거나 용해된 선철 또는 1차 철 생산물은 이러한 유닛 내에서 생산된다.
일례로, 철 생산 유닛은 MIDREX® 설비, HYL® 설비, 혹은 COREX® 또는 FINEX® 배기 가스에 기초한 직접 환원 설비일 수 있다. 스펀지 철 또는 브리켓(briquetted) 철이 이러한 유닛 내에서 생산된다.
선택적으로 제공되는 예비 분리 동안, 가스 스트림 내에서 함께 운반되는 굵은 고체 입자는 분리될 수 있는데, 예를 들어, 중력(gravitational) 챔버(먼지 백) 또는 사이클론(cyclone) 내에서 분리될 수 있다. 여기서, 굵은 고체 입자는 입자 직경이 10 μm보다 큰 고체 입자를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 예비 분리는 굵은 고체 입자 크기 정도가 위에서 명시된 하부 한계인 것까지만 효과적으로 분리하기 때문에, 이러한 하부 한계에 미치지 못하는 고체 입자는 상술한 예비 분리 이후에도 여전히 가스 스트림 내에 존재한다. 2.5 μm 이하인 미세 먼지 입자를 포함하는 위와 같은 고체 입자 및, 예비 분리가 수행되지 않는 경우에, 굵은 고체 입자 또한 먼지 제거 동안 5 mg/Nm3 이하의 먼지 농도까지 가스 스트림으로부터 제거된다.
예비 분리가 수행된다면, 먼지 제거 이전의 가스 스트림의 온도는, 예비 분리 이후에 본 고안에 따른 공정의 일 실시예에 따라 세팅된다.
선철 또는 철의 생산 동안 가스의 온도는 변동하는데, 예를 들어 이용되는 공정에 따라, 또는 환원 또는 용해 샤프트 내에서의 물질 기둥의 붕괴, 혹은 시작 및 정지 상황 같은 공정의 비정상 상태(non-steady state)의 발생에 따라 변동한다.
먼지 제거는 유리 섬유나, Aramid® 또는 P84®(polyimide fibers) 같은 합성 섬유로 만들어지며 둥근 형태의 구조를 가지는 섬유(fabric) 필터, 금속 필터 또는 세라믹 필터 같은 필터링 장치 내에서 일어난다.
먼지 제거가 수행되는 장치를, 먼지 제거 동안의 분리된 필터 덩어리의 고착을 유발하는 응축 문제로부터 보호하기 위해, 그리고 가스 스트림 내의 온도 피크로부터 보호하기 위해, 먼지 제거 이전의 그리고 선택적인 예비 분리 이후의 가스 스트림의 온도는 먼지 제거가 이루어지는 가스 스트림의 온도가 60℃ 이상이 되도록, 바람직하게는 100℃ 이상이 되도록, 그리고 먼지 제거를 수행하는 장치에 손상이 유발되는 온도 미만이 되도록 세팅된다. 섬유 필터의 경우에, 온도는 260℃ 아래, 바람직하게는 200℃ 아래이어야 하는데, 이는 섬유 필터는 260℃ 이상의 가스 온도에서 섬유 필터의 열 유도 분해를 경험하기 때문이다. 세라믹 필터 또는 금속 필터의 경우에, 1000℃ 까지 가스 온도를 사용하는 것이 가능하다.
선철 생산 유닛에서의 선철의 생산 동안 생산되는 가스 또는 철 생산 유닛에서의 철의 생산 동안 생산되는 가스는 그 중에서도(inter alia), 황화 수소, 염화 수소, 플루오르화 수소, 중금속, 유기 오염물, 예를 들어 다이옥신/퓨란, 폴리시클릭 아로마틱스(polycyclic aromatics) 및 다른 탄화 수소 합성물을 포함한다. 이러한 환경 유해 오프-가스 구성요소들은 오프-가스가 환경으로 방출되기 이전에 경제적으로 합리적인 정도까지 제거되어야 한다.
본 고안에 따르면, 입자 형태의 첨가제, 건조된 첨가제 또는 물 내의 서스펜션(suspension) 형태의 첨가제가 먼지 제거 시작 이전에 가스 스트림에 첨가될 수 있다. 첨가제는 반응제 및, 적절하다면 흡착제를 포함한다. 선철 생산 설비로부터의 오프-가스 내에 존재하는 오염물과 반응하여 먼지 제거에 의해 가스 스트림으로부터 제거될 수 있는 입자 생산물을 형성할 수 있도록 반응제가 선택된다. 사용되는 반응제는, 예를 들어 CaCO3, Ca(OH)2, Mg(OH)2 또는 탄산수소나트륨 또는 두 개 이상의 이들 물질의 혼합물이다. 반응제의 주요한 업무는 H2S, HCl 또는 HF 같은 산성의 오염물질 구성요소를 분리시키는 것이다.
첨가제는 유기 및/또는 무기 흡수제, 예를 들어 노상로 코크스(hearth furnace coke; HOK), 활성화 탄소/코크스 또는 미세 연마 제올라이트(zeolite)를 포함할 수도 있다. 오프-가스 내에 존재하는 오염 물질, 예를 들어 중금속 또는 유기 오염물은 흡수제를 이용하여 흡수에 의해 가스 스트림으로부터 제거될 수 있는데, 여기서 흡수에 의해 생산된 오염물질-포함된 흡수제 생산물은 입자 형태이며, 따라서 먼지 제거 동안 가스 스트림으로부터 제거될 수 있다. 첨가제는 또한 예를 들어 상표명 Sorbalit®로 알려진, 첨가제를 구비한 라임-탄소(lime-carbon) 혼합물일 수도 있다. 입자형 첨가제 또는 입자형 반응 생산물 또는 입자형의, 첨가제 구성 성분이 흡착성 있게 포함된 미립자는 먼지 제거 동안 다시 가스 스트림으로부터 제거될 수 있다.
첨가제는 또한 물 내의 서스펜션 형태로, 예를 들어 라임의 밀크(milk of lime)로 가스 스트림 내에 주입될 수 있다. 적절하게 150℃보다 높은 가스 온도가 서스펜션 형태의 첨가제에 요구된다. 첨가제가 서스펜션 형태로 가스 스트림 내에 첨가된다면. 액체는 뜨거운 가스 스트림 내에서 증발하며, 따라서 첨가제는 입자 형태의 건조 첨가제로서 먼지 제거 동안 제거될 수 있다. 첨가제가 서스펜션 형태로 첨가된다면 가스 냉각 또한 일어날 수 있기 때문에, 이러한 형태의 첨가제는 가스 온도를 세팅하는 공정 단계와 연계될 수 있다.
본 고안에 따른 첨가제의 첨가는 가스 내에 존재하는 오염물이 가스 스트림으로부터 먼지의 제거와 동시에 제거될 수 있다는 이점을 갖는다. 또 다른 이점은 반응제 및 흡착제 모두는 가스 내에 존재하는 수분을 바인딩(bind)하며, 이에 따라 가스 스트림으로부터의 수분 응축이 감소될 수 있다는 것이다. 추가적인 이점은, 첨가제 또는, 반응제와의 반응 시나 흡착제의 흡착 작용 시에 생산되는 입자형 생산물은 필터링 및 분리 먼지 제거 장치 상에 증착되며. 그 결과 상기 장치는 코팅된다는 것이다. 한편, 분리된 필터 케이크를 포함하는 첨가제의 코팅은 먼지 제거에 기여하는데, 이는 가스 스트림이 그것을 통과해야 하기 때문이다. 한편, 그것은 먼지 제거 장치의 필터링 및 분리 설비 부분을 보호하는데, 이는 코팅을 통과하였을 시에 오프-가스 스트림만이 영향을 받기 때문이다. 가스 스트림의 유기 가스 내용물 또는 습기 및/또는 미세 흡착성 고체 입자가 부분적으로 이미 필터 케이크 내에서 분리될 수 있기 때문에, 그 결과 먼지 제거 장치의 필터링 및 분리 설비 부분의 고착 또는 방해물의 위험은 감소될 수 있다. 그 결과 달성된 설비 부분의 보호는 증가된 사용 기간을 유발한다.
첨가제 코팅은 주기적으로 먼지 제거 장치의 필터링 및 분리 설비 부분 상에서 먼지 제거 경과 동안 형성되는 먼지의 필터 케이크와 함께 제거된다; 이러한 제거는 먼지 제거 장치의 필터링 및 분리 설비 부분 내를 관통하는(penetrated) 고체 입자의 제거보다 덜 비싸며 덜 번거롭다.
일 실시예에 따르면, 첨가제의 첨가는 오염물 포함된 가스의 로딩에 따라 수행된다. 이러한 배경에서, 오염물의 양은 측정되며, 첨가제의 적절한 첨가가 유발되고, 작업자에 의해 미리 정의된 천연 가스 또는 세정 가스 내의 임계값이 초과된다면 첨가제의 적절한 첨가가 증가된다. 이러한 배경에서, 천연 가스는 건조 세정 이전의 가스를 의미하는 것으로 이해될 수 있으며, 세정 가스는 건조 세정 이후의 가스를 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 그것이 단일 형태의 오염물을 고려할 수 있다는 것은 바람직하다. 바람직한 실시예에 따르면, 첨가제 내의 반응제의 형태는 고려되는 오염물에 기초하여 선택된다. 그 결과, 문제의 오염물에 최적으로 적합한 반응제를 첨가하는 것이 가능하다. 따라서, 반응제 소모에 따른 비용은 최소화될 수 있으며, 먼지 제거 동안 분리되는 고체 입자가 많은 양으로 감소될 수 있다. 이는 적절한 추가적인 응용을 단순화한다.
예비 분리가 수행된다면, 본 고안에 따른 공정의 일 실시예에 따르면, 예비 분리 이후의 먼지 제거의 시작 전에 첨가제가 가스 스트림에 첨가된다. 그 결과 먼지 제거 이전에 가스 스트림으로부터 첨가제의 제거가 회피된다. 만약 그렇지 않으면, 첨가제가 가스 스트림 내에 머무르는 기간이 먼지 제거 동안의 분리와 비교하여 감소되며, 이에 따라 첨가제의 세정 용량이 보다 적은 양으로 이용될 것이다. 예비 세정 이후에 첨가제만이 가스 스트림에 부가되기 때문에, 예비 분리 동안 얻어지는 물질은 여느 첨가제를 포함하지 아니한다. 첨가제의 결여 때문에, 상기 물질은 특히 이용하기에 매우 적합하다. 상기 물질은 여느 첨가제를 포함하지 아니하기 때문에, 이용 시에 존재하는 여느 첨가제를 고려하는 것이 필요하지 아니하다. 예시적으로, 이러한 이용은 세정되는 가스가 산출되는 공정 내로의 적어도 부분적인 물질의 재순환(recirculation)일 수 있다. 그러나, 물질은 다른 공정에서 이용될 수도 있다.
세정될 가스가 선철의 생산 동안 선철 생산 유닛에서 또는 철 생산 동안 철 생산 유닛에서 생산된다면, 예비 분리 동안 얻어지는 물질은 철-함유 먼지 - 예를 들어 철의 생산 또는 선철의 생산으로 다시 재순환될 수 있는 가치 있는 원재료 - 를 포함한다. 세정될 가스가 석탄 가스화 설비에서 생산된다면, 예비 분리 동안 얻어지는 물질은 탄소-함유 먼지 - 예를 들어 가스 가스화 설비 내로 다시 재순환될 수 있는 가치 있는 원재료 - 를 포함한다.
예비 분리는, 예비 분리 이후에 가스가 거쳐 유동하는 설비 부분에 고체 입자와의 접촉으로 인해 더 적은 로딩이 이루어진다는 이점을 가진다.
이에 따라, 본 고안에 따른 공정은, 가동 및 중단 또는, 선철 또는 철 생산 유닛의 작동 방해의 경우의 동작 상태에서, 먼지 제거 장치의 필터링 및 분리 설비 부분의 고착 또는 방해물의 위험이 특히 응축의 위험 때문에 매우 큰 동안, 종래 기술과 비교할 때에 먼지 제거가 더 적은 혼란(disruption) 하에서 수행될 수 있는 효과를 가진다. 따라서, 먼지 제거 및 오염물 세정이 이러한 작동 상태에서 수행될 수 있기 때문에, 사실상 먼지 및 오염물이 함유된 가스를 환경으로 우회로를 통해 방출할 필요가 더 이상 없게 된다.
일 실시예에 따르면, 첨가제는 반응제 및 흡착제 중 하나 이상으로 구성된다; 이는 반응제 또는 흡착제로 작용하지 아니하는 첨가제의 추가적인 구성요소가 첨가제의 유닛 질량당 첨가제의 달성 가능 효과를 감소시키기 때문이다.
첨가되는 입자형의 건조 첨가제는 0.1 내지 200 μm의 결정 크기를 가진다. 결정 크기 범위는 첨가제가 균질하게 가스 스트림 내에 분배될 수 있는 것을 보장한다. 결정 크기의 중요한 부분이 상기 범위를 벗어난다면(lies), 가스 스트림 내에 균질한 분배는 어려우며, 이는 먼지 제거 동안 낮은 분리 비율을 유발할 것이다. 첨가제의 결정 크기가 작을수록, 그것의 비표면적은 더 크다. 비표적이 증가함에 따라, 오염물질과의 반응 과정, 오염물질의 흡착, 또한 습기의 바인딩이 가능하여져, 더 효율적으로 처리되는 것이 가능하여 진다.
그러나, 첨가제의 가격은 결정 크기가 더 작아 질수록 증가하며, 이에 따라 0.1 μm 미만의 결정 크기를 가지는 첨가제의 이용은 더 이상 경제적으로 합리적이지 아니하다. 선철 생산 유닛으로부터의 오프-가스는 일반적으로 높은 압력에 있다. 선철 생산 유닛으로부터의 오프-가스의 절대 압력은 2 x 105 Pa 내지 6 x 105 Pa, 즉 2 내지 5 bar 사이이다. 이러한 압력은 가스 스트림으로의 첨가제의 부가 동안 극복되어야 한다. 이는 바람직하게는 첨가제의 공기식 압력 주입을 이용하여 일어난다. 대안적으로, 건조 첨가제는 중력 투여(dosing)를 이용하여 도입될 수도 있는데, 여기서, 그것은 예를 들어 스타 공급 장치(star feeders) 또는 이중 회전 락(locks)을 이용하여 초과 압력이 외부에 대해 봉인되는(sealed off) 것이 보장될 수 있어야 한다. 첨가제의 가스 스트림으로의 부가 동안, 첨가제가 균질하게 분배되는 것을 보장하는 것은 필수적이다. 이것은, 예를 들어, 소위 정적 믹서(static mixer)(중력 투여의 경우에) 또는 적절한 수의 주입 랜스(lances)(압력 주입의 경우에)를 이용하여 실현될 수 있다. 서스펜션은 바람직하게는 두 개의 유체 노즐을 이용하여 도입될 수 있는데, 액체 서스펜션이 가스 또는 증기를 이용하여 원자화된다(atomized).
필터링 및 분리 먼지 제거 장치에서 먼지 제거 동안 분리되는 고체 입자는 주기적으로 상기 장치들로부터 제거된다. 분리되는 고체 입자는 또한 여전히 오프 가스 내에 존재하는 오염물질과 반응할 수 있는, 오염물질을 흡수할 수 있는, 또는 습기를 바인딩할 수 있는. 첨가제를 포함한다.
따라서, 본 고안에 따른 공정의 일 실시예에 따르면, 필터 케이크로서 먼지 제거 동안 분리되는 고체 입자의 부분적인 양은 추가적인 예비 세정이 완료될 때에 먼지 제거의 시작 이전에 가스 스트림으로 부가된다. 가스 스트림으로의 첨가제의 재순환은 첨가제의 단위 양당 달성 가능한 효과를 증가시킨다; 이것은 상당한 양의 첨가제의 제1 첨가 이후에 아직 이용되지 않은 반응, 흡수 및 습기 바인딩 잠재력(potentials)이 가스 스트림으로 새로운(renewed) 첨가 이후에 이용될 수 있기 때문이다. 재순환 없는 공정과 비교해 볼 때에, 그것에 의해서 덜 신선한 첨가제로 동일한 효과를 달성할 수 있게 되며, 이에 따라 자동적으로 제거될 필터 케이크가 상당한 양으로 감소될 수 있게 된다. 오프-가스의 압력 때문에, 첨가는 바람직하게는 공압식 압력 주입을 이용하여 수행되나, 예를 들어 중력 투여를 이용하여 수행될 수도 있다.
필터링 및 분리 먼지 제거 장치에 의해 분리된 고체 입자는 또한 탄소 먼지, 노상로 코크스, Sorbalit® 및 광석-함유 먼지 같은 탄소 캐리어(carriers) 및 철-함유 먼지를 포함한다. 선철의 생산 또는 철의 생산 또는 석탄 가스화에서 이러한 물질을 이용하기 위해, 본 고안에 따른 공정의 유익한 실시예에 따르면, 필터 케이크로서 예비 분리 및/또는 먼지 제거 동안 분리된 적어도 부분적인 양의 고체 입자는 선철의 생산을 위한 또는 철의 생산을 위한 또는 석탄 가스화 설비에서 생산되는 가스를 위한 시작 물질로서 이용된다. 이는 그것의 경제적 생존 능력을 향상시키며 처분하는 경우보다 더 단순한 방법으로 분리된 고체 입자를 활용하게 한다. 그러나, 일례로, 위와 같은 물질은, 스틸 생산 공정(컨버터, 전기로)에서 또는 소결 공정에서 예비 처리 단계 이후에 이용될 수 있다.
본 고안에 따른 공정의 일 실시예에 따르면, 먼지 제거가 이루어지는 가스 스트림의 온도는 증발 냉각기를 이용하여 세팅된다. 이는 심지어 상대적으로 오랜 기간 동안 온도가 원하는 온도로 안정된 방식으로 조절될 수 있다는 이점을 가진다.
본 고안에 따른 공정의 다른 실시예에 따르면, 온도는 평판-형태의 열 교환기를 이용하여 세팅된다. 이는 제공되어야 하는 물의 추가적인 주입이 없으며, 평균 가스 온도 또는 가스의 현열(sensible heat)이 더 높다는 이점을 가진다. 일례로, 이는 증발 냉각기를 이용한 온도 세팅과 비교할 때에 가스 확장 터빈에서의 후속 사용을 위한 에너지 효율성을 증가시킨다. 이러한 경우에, 일반적으로 두 개의 예시적인 변형이 있다. 그 중 하나는 가스가 먼지 제거를 수행하는 장치의 최대 동작 온도(예를 들어, 260℃)를 초과할 때만 축열기(heat accumulator)를 경유하여 가이드되고 상기 온도가 언더슈팅될 때에 다시 상기 축열기를 지나 가이드되는 것이고, 다른 하나는 두 개의 평판-형태의 열 교환기가 평행하게 연결되는 것이다. 하나의 축열기의 방출 온도가 최대 동작 온도를 초과한다면, 다른 축열기로, 예를 들어 주위 공기를 이용하여 그동안에 추가적으로 냉각된 뜨거워진 축열기로 스위치가 이루어진다.
고정층 기화 장치(fixed-bed gasifier) 또는 동반된-유동(entrained-flow) 기화 장치 같이 설계될 수 있는 석탄 가스화 설비는 그것의 성질 면에서, 특히 먼지 로딩 및 오염물 로딩에 대해 선철 및 철 생산 유닛으로부터의 가스와 비교되는 가스를 생산한다. 석탄 가스화 설비로부터의 가스는 그 중에서도 선철 또는 철의 생산 동안 환원 가스로서 이용된다. 본 고안에 따른 공정의 일 실시예에 따르면, 건조 먼지 제거 및 건조 세정이 이루어진는 가스는 석탄 가스화 설비로부터 비롯된다.
본 고안에 따른 공정은, 선철 생산 유닛, 또는 철 생산 유닛, 석탄 가스화 설비로부터의 가스 스트림을 인도하는 공급 라인을 포함하고, 상기 공급 라인 내에는 예비 분리 장치가 위치되며, 공급 라인은 분기 지점에서 우회 라인과 하나 이상의 가스 제거 장치들을 포함하는 1차 가스 라인으로 갈라지고, 상기 1차 가스 라인은 연결 라인을 경유하여 상기 가스 제거 장치들과 연결되며, 상기 가스 스트림의 온도를 세팅하기 위한 장치가 상기 가스 라인 또는 상기 1차 가스 라인 내의 상기 가스 제거 장치의 상류에 위치되는 장치를 이용하여 수행된다.
상기 장치는 상기 1차 가스 라인 내에 첨가제를 부가하기 위한 장치가 있으며, 상기 첨가제를 부가하기 위한 장치는, 분기 지점에서 바라봤을 때에, 분기 지점과 제1 연결 라인 사이에 위치되는 것을 특징으로 한다.
일례로, 먼지로부터 해방되고 세정되어야 하는 오프-가스, 선철 생산 유닛은, COREX® 및 FINEX® 공정과 관련된 고로, 환원 샤프트 또는 용융 가스 화로일 수 있다.
일례로, 철 생산 유닛은 MIDREX® 설비, HYL® 설비, 혹은 COREX® 또는 FINEX® 배기 가스에 기초한 직접 환원 설비일 수 있다.
선철 생산 유닛 또는 철 생산 유닛으로부터의 가스 스트림을 인도하는 공급라인은 선철 생산 유닛 또는 철 생산 유닛과 연결된다.
예비 분리 장치는, 예를 들어 중력 고정(settling) 챔버, 싸이클론(cyclone), Hurriclon® 또는 정전 필터를 포함한다. 이러한 장치들은 효율적으로 굵은 고체 입자를 가스 스트림으로부터 분리하는데 이용될 수 있다. 먼지 제거 장치는, 예를 들어, 직물 섬유, 세라믹 또는 금속 섬유의 필터 백을 구비한 둥근 필터를 포함한다. 이러한 장치들은 10μm 보다 작은 매우 미세한 고체 입자를 가스 스트림으로부터 효율적으로 분리하는데 이용될 수 있다. 이러한 형태의 예비 분리 장치 및 먼지 제거 장치는 먼지가 제거되는 가스의 압력에서 작동할 수 있다.
본 고안에 따른 장치의 일 실시예에 따르면, 가스 스트림의 온도를 세팅하기 위한 장치는 예비 분리 수단 및 먼지 제거 장치 사이에 위치된다.
본 고안에 따른 설비의 일 실시예에 따르면, 입자형의 건조 첨가제를 부가하기 위한 장치는 공압식 압력 주입을 위한 장치이다. 본 고안에 따른 설비의 다른 실시예에 따르면, 첨가제를 부가하는 장치는 중력 투여를 위한 장치이다.
본 고안에 따른 장치의 일 실시예에 따르면, 먼지 제거 장치는 분리된 고체 입자를 제거하기 위한 장치를 포함한다.
본 고안에 따른 장치의 일 실시예에 따르면, 예비 분리 수단은 예비 분리 수단으로부터 분리된 고체 입자를 제거하기 위한 장치를 포함한다.
본 고안에 따른 장치의 추가 실시예에 따르면, 고체 입자 라인은, 분리된 고체 입자를 제거하기 위한 장치로부터 파생되며, 우회 라인 및 1차 가스 라인 내의 분기 지점에서 바라봤을 때에, 또는 가스 스트림의 흐름 방향에서 바라봤을 때에, 제1 연결 라인의 상류의 1차 가스 라인으로 나아간다. 나아가는 지점은 유익하게는 공기식 압력 주입을 위한 장치와 함께 제공되는데, 이를 이용하여 가스 스트림의 압력에 대항하여 고체 입자가 1차 가스 라인으로 도입될 수 있다.
본 고안에 따른 창치의 추가 실시예에 따르면, 부가 라인이, 분리된 고체 입자를 제거하기 위한 장치로부터 및/또는 예비 분리 수단으로부터의 상기 분리된 고체 입자를 제거하기 위한 장치로부터 파생되며, 선철 생산 유닛 또는 철 생산 유닛으로 물질을 부가하기 위한 장치로 나아간다.
본 고안에 따른 장치의 추가 실시예에 따르면, 가스 스트림의 온도를 세팅하기 위한 장치는 증발 냉각기이다.
본 고안에 따른 장치의 또 다른 실시예에 따르면, 가스 스트림의 온도를 세팅하기 위한 장치는 평판 형태의 열 교환기 또는, 튜브 번들, 강화된 찬바람 냉각기, 및 Ljungstrom 열 교환기 같은 다른 형태의 열 교환기를 포함한다.
본 고안에 따른 장치의 추가 실시예에 따르면, 가스 스트림의 온도를 세팅하기 위한 장치는 버너를 포함한다. 버너는 - 일반적으로 단순한 장비를 구비하여 그리고 용이한 제어식 방법으로 - 가스 스트림의 온도를 60℃의 하부 한계 이상으로 급속하게 증가시키는 것이 가능하다. 버너로 공급되는 연료는 연소성 가스 또는 연소성 가스 혼합물이다. 본 고안에 따른 공정에서 얻어진 건조 탈진된(dedusted) 그리고 건조 세정된 가스의 적어도 일부를 버너를 위한 연료로서 사용하는 것이 바람직하다.
본 고안에 따르면, 공급 라인은 공급 라인에 연결된 석탄 가스화 설비로부터 가스 스트림을 지도한다.
본 고안은 또한 가스 내에 존재하는 에너지의 이용 - 예를 들어, 먼지 제거 및 세정 공정에서 하류 터빈 내에서 전기를 생산하기 위한, 예를 들어, 확장 터빈 - 또는 가스 구성요소들 내에 존재하는 에너지의 이용 - 예를 들어 화학 공정에서 - 을 단순화하는 목적도 달성한다.
이러한 이용은 본 고안에 따른 세정 및 먼지 제거를 이용하여 단순화되는데, 이는 이러한 이용을 위하여 채용된 설비 부분이, 예를 들어 마찰 및 부식 작용을 하는 고체 입자 및 오염물에 의한, 파괴 작용(attack)에 적은 범위로 노출되기 때문이다.
가열된다면 - 예를 들어 버너에 의해 -, 가스 스트림의 온도를 세팅하는 것은 필수적이며, 이는 먼지 제거 및 세정의 하류 가스의 열적 에너지의 이용에서 적어도 부분적으로 공정에 공급되는 열적 에너지를 회수하는(recover) 이익이 있다.
일례로, 상부 가스는 약 1.4 kJ/Nm3K의 비열량을 가진다 - 약 500 000 Nm3/h의 가열은 약 200 kW/K의 화력을 필요로 함 -. 60℃ 내지 100℃까지 가열하기 위해, 200*40 = 약 8 MW의 화력이 요구되며, 이는 예를 들어 버너 또는 열 교환기에 의해 적용되어야 한다. 그것의 약 10 MW는 TRT 가스 확장 터빈을 이용하여 회수될 수 있다.
유사하게는, 본 고안은 이용 가능한 가스 내에 존재하는 고체 및 가스 내에서 따라 운반되는 다른 물질을 만드는 목적을 달성하는데, 이는 예비 분리, 먼지 제거 및 세정 동안 얻어지는 물질들이 서로 분리되게 얻어질 수 있기 때문이다.
도 1에 도시된 공급 라인(1)은, 선철의 생산 동안, 공급 라인(1)이 연결된 선철 생산 유닛(도시되지 않음) 내에서 생산되는 가스의 가스 스트림을 인도한다. 예비 분리 장치(2)가, 이 경우에 사이클론이 공급 라인(1) 내에 위치된다. 10 내지 200 μm의 결정 크기를 가지는, 예비 분리 동안 분리되는 굵은 고체 입자는 사이클론으로부터 제거될 수 있는데, 이는 사이클론으로부터 파생되는 화살표에 의해 도시되고 있다. 사이클론으로부터 제거되는 물질은 여느 첨가제를 포함하고 있지 않다. 그것은 첨가제의 결여에 의해 특히 철 생산 유닛(도시되지 않음) 내로 도입되기에 매우 적합한 철이-함유된 먼지 - 가치있는 원재료 -를 포함한다. 물질은 여느 첨가제를 포함하지 아니하기 때문에, 이러한 도입이 일어난다면, 선철 생산 유닛으로는 첨가제가 도입되지 아니한다. 공급 라인(1)은 분기 지점(3)에서 굴뚝(5)으로 나아가는 우회 라인(4)과 1차 가스 라인(6)으로 갈라진다. 1차 가스 라인(6)은, 각각의 먼지 제거 장치(10, 11, 12)로 나아가는 세 개의 연결 라인(7, 8, 9)과 연결된다. 이미 예비 분리가 이루어진 가스 스트림은 1차 가스 라인(6) 및 연결 라인(7, 8, 9)을 통하여 먼지 제거 장치(10, 11, 12로 인도된다. 예비 분리 장치 밖으로 인도되는 가스 스트림의 온도를 세팅하기 위한 장치는, 본 경우에 평행하게 연결되는 평판-형태의 열 교환기(21a, 21b) 장치는, 1차 가스 라인(6) 내의 예비 분리 장치(2)와 분기 지점(3) 사이에 위치된다. 하나의 평판-형태의 열 교환기의 방출 온도가 먼지 제거 장치를 위한 가스 온도의 최대 허용치를 초과한다면, 다른 평판-형태의 열 교환기로, 예를 들어 그동안 주위 공기로 추가적인 냉각이 이루어지는 뜨거워진 평판 형태의 열 교환기로 스위칭이 이루어진다. 예비 분리 장치의 밖으로 인도되는 가스 스트림의 온도를 세팅하기 위한 추가적인 장치는, 이 경우에 가스 스트림이 물 및/또는 추가 서스펜션으로 처리되는 증발 냉각기(13)는 1차 가스 라인(6) 내의 예비 분리 장치(2)와 먼지 제거 장치(10, 11, 12) 사이에 위치된다. 더욱이, 입자형의 건조 고체 첨가제를 첨가하기 위한 장치(14), 본 경우에 공기식 압력 주입을 위한 장치가 1차 가스 라인(6) 내에 위치된다. 상기 장치는 평판-형태의 냉각기 하류에 그리고 증발 냉각기의 상류에 위치된다. 첨가제의 부가는 화살표에 의하여 부호화되어 있다. 먼지 제거 장치(10, 11, 12)는 분리된 고체 입자(15, 16, 17)를 제거하기 위한 장치를 포함한다. 먼지 제거 동안 분리된 고체 입자가 고체 입자 라인(18)을 경유하여 가스 스트림 내에 첨가되며, 고체 입자 라인(18)은, 분기 지점(3)으로부터의 또는 가시 스트림의 유동 방향으로 도시되는 바와 같이, 상기 장치로부터 파생되며 제1 가스 라인(7)의 상류에 1차 가스 라인(6) 내로 나아간다. 부가는 공기식 압력 주입을 위한 장치(본 명세서에 도시되지 않음)를 이용하여 발생한다.
선철의 생산 동안 선철 생산 유닛 내에서 생산되는 가스 또는 철의 생산 동안 철 생산 유닛 내에서 생산되는 그리고 본 고안에 따라 세정되고 탈진된, 가스는 먼지 제거의 하류 공정에서, 예를 들어 석탄 건조 설비 또는 미세 석탄 건조 설비, 증기 전력 설비 또는 가스 및 증기 전력 설비에서 열적으로 이용될 수 있다. 그것은 또한 선철 또는 철의 생산 동안 내부 공정에서 예를 들어 천연 가스를 이용한 CO2 개질 또는 CO2 제거에 의한 가스 처리 후에 환원 가스로서 이용될 수 있으며, 선철 또는 철의 생산을 위한 공정 내로 다시 재순환될 수 있다. 도면에 도시된 본 고안의 실시예에서, 탈진된 그리고 세정된 가스는 하류 공정에서 이용된다. 먼지 제거가 이루어진, 그리고 2 - 6 x 105 Pa의, 즉 2 내지 6 bar의 압력에 있는 오프-가스는, 모든 먼지 제거 장치로 나아가는 배기 라인(19)을 경유하여 가스 팽창 터빈(TRT; 20)으로 인도된다. 상기 가스 팽창 터빈에서, 오프-가스의 압력 에너지는 전기를 생산하기 위해 이용된다. 가스 스트림은 우회 라인(5)을 통해 작동 혼란의 경우에만 먼지 제거 장치로 인도된다.
도 2는 도 1과 비교할 때 다음과 같은 차이점을 가지는 도 1에 도시된 장치를 도시하고 있다. 증발 냉각기가 없다. 예비 분리 수단으로부터 분리된 고체 입자를 제거하기 위한 장치(22)가 도시되고 있다. 명확성을 위해, 도 2는 상기 장치가 가스 스트림이 파생되는 지점으로부터 선철 생산 유닛의 부가 물질을 위한 장치로 나아가는 지점을 도시하지 않았다. 가스 스트림의 유동 방향으로 도시된 바와 같이, 평판 형태의 열 교환기(21a, 21b)의 상류에, 가스 스트림의 온도를 세팅하기 위한 장치의 일부로서 공급 라인(1) 내의 버너(23)가 있다. 에너지 이용을 위한 그리고 전력으로의 변환을 위하여, 버너에 의해 공급되는 열적 에너지는 가스 팽창 터빈, 세정된 그리고 탈진된 가스의 열적 에너지를 이용하기 위한 하류의 유닛 내에서 약간의 범위로 이용된다. 이는 공정을 더 경제적으로 만든다.
1 공급라인
2 예비 분리 장치
3 분기 지점
4 우회 라인
5 굴뚝
6 1차 가스 라인
7, 8, 9 연결 라인
10, 11, 12 먼지 제거 장치
13 가스 스트림의 온도를 세팅하기 위한 장치
14 첨가제를 부가하기 위한 장치
15, 16, 17 분리된 고체 입자를 제거하기 위한 장치
18 고체 입자 라인
19 배기 라인
20 가스 팽창 터빈(TRT)
21a,21b 평판 형태의 열 교환기
22 예비 분리 수단으로부터 분리된 고체 입자를 제거하는 장치
23 버너

Claims (17)

  1. 선철의 생산 동안 선철 생산 유닛 내에서 생산되는 가스, 또는 철의 생산 동안 철 생산 유닛 내에서 생산되는 가스, 또는 석탄 가스화 설비 내에서 생산되는 가스 같은, 먼지 및 오염물이 포함된, 가스의 건조 세정을 위한 그리고 가스로부터 먼지의 건조 제거를 위한 공정으로서,
    상기 공정에서,
    상기 가스로 구성되는 가스 스트림에는 굵은 고체 입자의 분리를 위한 예비 분리 이후에 먼지 제거가 이루어지고, 이러한 먼지 제거 동안에 상기 예비 분리가 이미 이루어진 가스 스트림 내에 존재하는 고체 입자가 상기 가스 스트림으로부터 분리되며,
    상기 가스 스트림의 온도가 60℃ 이상이 되도록, 바람직하게는 100℃ 이상이 되도록, 그리고 상기 먼지 제거를 수행하는 장치에 손상이 유발되는 온도 이하가 되도록, 상기 먼지 제거 이전에 상기 가스 스트림의 온도가 세팅되며,
    반응제를 포함하는 첨가제와, 적절하다면, 흡착제가 상기 먼지 제거의 시작 전에 상기 가스 스트림에 부가되는 것을 특징으로 하는,
    공정.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 첨가제는 공기식 압력 주입을 이용하여 상기 가스 스트림에 부가되는 것을 특징으로 하는 공정.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 첨가제는 중력 투여(dosing)를 이용하여 상기 가스 스트림에 부가되는 것을 특징으로 하는 공정.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 예비 분리가 종료되면, 상기 먼지 제거의 시작 이전에, 상기 먼지 제거 동안 분리된 상기 고체 입자 중 일부분의 양이, 바람직하게는 공기식 압력 주입을 이용하여, 상기 가스 스트림에 부가되는 것을 특징으로 하는 공정.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 예비 분리 및/또는 먼지 제거 동안 분리된 상기 고체 입자 중 적어도 일부분의 양이 선철의 생산을 위한 또는 철의 생산을 위한 시작 물질로서 이용되는 것을 특징으로 하는 공정.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 예비 분리 및/또는 먼지 제거 동안 분리된 상기 고체 입자 중 적어도 일부분의 양이 석탄 가스화 설비 내에서 생산되는 가스를 위한 시작 물질로서 이용되는 것을 특징으로 하는 공정.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    증발 냉각기를 이용하여 상기 먼지 제거 이전에 상기 가스 스트림의 온도가 세팅되는 것을 특징으로 하는 공정.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    평판 형태의 열 교환기를 이용하여 상기 먼지 제거 이전에 상기 가스 스트림의 온도가 세팅되는 것을 특징으로 하는 공정.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 공정을 수행하기 위한 장치로서,
    선철 생산 유닛, 또는 철 생산 유닛, 또는 석탄 가스화 설비로부터의 가스 스트림을 인도하는 공급 라인(1)을 포함하며, 상기 공급 라인(1) 내에는 예비 분리 장치(2)가 위치되고, 상기 공급 라인(1)은 분기 지점(3)에서 우회 라인(4)과 1차 가스 라인(6)으로 갈라지며,
    상기 1차 가스 라인(6)은 하나 이상의 가스 제거 장치들(10, 11, 12)을 포함하고,
    상기 1차 가스 라인(6)은 연결 라인(7, 8, 9)을 경유하여 상기 가스 제거 장치들(10, 11, 12)과 연결되며,
    상기 가스 스트림의 온도를 세팅하기 위한 장치(13)가 상기 1차 가스 라인(6) 또는 상기 공급 라인(1) 내의 상기 가스 제거 장치(10, 11, 12)의 상류에 위치되고,
    상기 1차 가스 라인 내에 첨가제를 부가하기 위한 장치(14)가 있으며, 상기 첨가제를 부가하기 위한 장치(14)는, 상기 분기 지점(3)에서 바라봤을 때에, 상기 분기 지점(3)과 상기 제1 연결 라인(7, 8, 9) 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는,
    장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 첨가제를 부가하기 위한 장치(14)는 공기식 압력 주입을 위한 장치인 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 첨가제를 부가하기 위한 장치(14)는 중력 투여를 위한 장치인 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 먼지 제거 장치(10, 11, 12)는 분리된 고체 입자를 제거하는 장치(15, 16, 17)를 포함하는 장치.
  13. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 예비 분리 수단(2)은, 상기 예비 분리 수단으로부터 분리된 고체 입자를 제거하기 위한 장치(22)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    고체 입자 라인(18)이, 상기 분리된 고체 입자를 제거하기 위한 장치(15, 16, 17)로부터 파생되며, 상기 분기 지점(3)에서 바라봤을 때에, 상기 제1 연결 라인(7)의 상류의 상기 1차 가스 라인(6)으로 나아가는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    부가 라인이, 상기 분리된 고체 입자를 제거하기 위한 장치(15, 16, 17)로부터 및/또는 상기 예비 분리 수단으로부터의 분리된 고체 입자를 제거하기 위한 장치(22)로부터 파생되며, 상기 선철 생산 유닛 또는 상기 철 생산 유닛으로 물질을 부가하기 위한 장치로 나아가는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 스트림의 온도를 세팅하기 위한 장치(13)는 증발 냉각기 및/또는 평판 형태의 열 교환기(21a, 21b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 스트림의 온도를 세팅하기 위한 장치(13)는 버너(23)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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