KR19990077053A - Process for producing sponge iron by direct reduction of iron oxide-containing materials - Google Patents
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Abstract
산화철 함유물질을 직접환원에 의하여 해면철을 생산하는 공정에 있어서, 합성가스를 산화철 함유물질의 직접환원에서 형성되는 톱가스와 혼합시키고, CO- 및 H2- 함유 환원가스로서 사용하여 직접환원 및 산화철 함유물질을 환원온도로 가열한다.In the process for producing iron-iron-containing material by direct reduction, the synthesis gas is mixed with the top gas formed in the direct reduction of the iron oxide-containing material and used as a CO- and H 2 -containing reducing gas to directly reduce and The iron oxide containing material is heated to the reduction temperature.
제철 시, 특히 정련공정에서 경제적으로 효과적인 방식으로 에너지를 절약할 수 있도록, 직접환원은 다음과 같이 행해진다:In order to save energy in an economically efficient manner, especially during steelmaking, direct reduction is carried out as follows:
환원가스 외에, 천연가스와 같은 탄소함유가스 또는 고품위 탄화수소를 함유한 가스가 환원에 사용되고,In addition to reducing gases, gases containing carbon-containing gases such as natural gas or high-grade hydrocarbons are used for the reduction,
산화철 함유물질은 완전환원에 필요한 기간을 초과하는 소정의 시간동안 환원가스 및 추가로 공급된 탄소함유가스에 노출되고,The iron oxide-containing material is exposed to reducing gas and additionally supplied carbon-containing gas for a predetermined period of time beyond the period necessary for complete reduction,
환원가스내의 CO/CO2비율은 2 ∼ 5 범위, 바람직하게는 2.5 이상으로 조정된다.The CO / CO 2 ratio in the reducing gas is adjusted in the range of 2 to 5, preferably at least 2.5.
Description
이러한 형태의 공정은, 예를 들면 USA-A-2,752,234, US-A-5,082,251 및 EP-A-0 571 358, WO 96/00304 및 DE-B-24 05 898에 공지되어 있다.Processes of this type are known, for example, from USA-A-2,752,234, US-A-5,082,251 and EP-A-0 571 358, WO 96/00304 and DE-B-24 05 898.
EP-A-0 571 358에는, 분광의 환원을 다음 식에 따른 H2와의 강한 흡열반응을 거쳐 한정적으로 행해지는 것이 아니고,EP-A-0 571 358 is not limited to the reduction of spectroscopy through a strong endothermic reaction with H 2 according to the following formula,
Fe2O3+ 3H2= 2 Fe + 3H2O-ΔHFe 2 O 3 + 3 H 2 = 2 Fe + 3 H 2 O-ΔH
다음 식에 따른 CO와의 흡열반응을 추가로 거쳐 행해지는 것이 공지되어 있다.It is known to carry out further by endothermic reaction with CO by following Formula.
Fe2O3+ 3CO = 2 Fe + 3CO2+ΔHFe 2 O 3 + 3CO = 2 Fe + 3CO 2 + ΔH
따라서, 관련 가동비용, 특히 에너지비용이 상당하게 저감될 수 있다.Thus, the associated operating costs, in particular energy costs, can be significantly reduced.
이 종래기술에 따른 산화철 함유물질의 직접환원에 의하여 생산된 해면철은 대체로 1 ∼ 1.5%의 탄소함유량을 가진다. 그러나, 해면철을 더 공정처리하기 위하여는, 해면철을 용융시킬 때 및 후속 정련공정에서 별도의 탄소를 추가(탄화)할 필요없이 에너지가 절약될 수 있도록 탄소함유량을 증가시키는 것이 바람직하다.The sponge iron produced by the direct reduction of the iron oxide-containing material according to the prior art generally has a carbon content of 1 to 1.5%. However, in order to further process the barbed iron, it is desirable to increase the carbon content so that energy can be saved when melting the barbed iron and in the subsequent refining process without adding (carbonizing) additional carbon.
본 발명은 산화철 함유물질의 직접환원에 의한 해면철의 생산공정에 관한 것으로서, 합성가스, 바람직하게는 개질(改質)천연가스를 산화철 함유물질의 직접환원에서 형성되는 톱가스와 혼합시켜, 직접환원 및 산화철 함유물질을 환원온도까지 가열시키기 위한 CO- 및 H2-함유 환원가스로서 사용된다.The present invention relates to a process for the production of spongy iron by direct reduction of iron oxide-containing materials, wherein a synthesis gas, preferably a modified natural gas, is mixed with the top gas formed in the direct reduction of iron oxide-containing materials, and It is used as CO- and H 2 -containing reducing gases for heating the reducing and iron oxide containing materials to the reducing temperature.
도 1은 본 발명에 따른 공정을 실행하는 설비의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a plant for carrying out a process according to the invention.
따라서, 본 발명의 목적은 해면철의 탄소함유량을 증가, 바람직하게는 2 ∼ 4%, 특히 2.5%이상을 나타내도록 전술한 종류에 따른 공정을 변형하는 것이다. 그러나, 이것은 에너지비용이 - 거의 없지만 - 약간 상승할 가능성이 있고, 이로써 해면철을 생산하는 종래의 공정에 비하여 추가 비용이 조금 발생하게 되고, 정련공정에서 발생하는 에너지절약은 보상되지 않지만, 철강 즉 철강 시제품 생산공정의 경제적인 효과면에서는 가장 완전한 효과를 가지게 된다.Therefore, it is an object of the present invention to modify the process according to the above-mentioned kind so as to increase the carbon content of sponge iron, preferably to represent 2-4%, in particular 2.5% or more. However, this is likely to result in a slight increase in energy costs-albeit little-and thus incurs a little extra cost compared to the conventional process of producing sponge iron, and the energy savings in the refining process are not compensated, The economic effects of the steel prototype production process are the most complete.
본 발명에 있어서, 상기 목적은 다음의 특징:In the present invention, the above object is characterized by:
환원가스 외에, 천연가스와 같은 탄소함유가스 또는 탄화수소 함유량이 높은 가스가 환원에 사용되고,In addition to reducing gas, carbon-containing gas such as natural gas or gas with high hydrocarbon content is used for the reduction,
산화철 함유물질은 완전환원에 필요한 기간을 초과하는 소정의 기간동안 환원가스 및 추가로 공급된 탄소함유가스에 노출되고,The iron oxide containing material is exposed to reducing gas and additionally supplied carbon-containing gas for a predetermined period of time exceeding the period necessary for complete reduction,
환원가스내의 CO/CO2비율은 2 ∼ 5, 바람직하게는 2.5 이상, 특히 3 이상으로 조정되는 것을 결합하여 달성된다.The CO / CO 2 ratio in the reducing gas is achieved by combining what is adjusted to 2 to 5, preferably 2.5 or more, especially 3 or more.
WO 96/00304에는, 특정의 CO/CO2비율을 이른 바 1 ∼ 3, 그러나 1.5 ∼ 2 사이의 범위로 조정함으로써 "금속 분진"을 저감 또는 방지하는 것이 공지되어 있고, 이것은 그 자체로는 본 발명의 목적을 달성하는 데 도움이 되지 않는다.In WO 96/00304 it is known to reduce or prevent "metal dust" by adjusting the specific CO / CO 2 ratio in the so-called range of 1 to 3, but between 1.5 and 2, which is itself present. It does not help to achieve the object of the invention.
탄소함유량 0.5 ∼ 2.5%를 가진 해면철을 생산하는 것은 WO-A-93/14228에 이미 공지되어 있고; 특히, 이 공지의 공정에 있어서는, 유동층 반응로에 직접 취입되는 소량의 천연가스를 채택하여 탄소를 조정한다. 그러나, 천연가스의 완전분해가 직접환원을 하기 위한 환원온도에서 확실하지 않기 때문에, 이 방법만으로는 그렇게 효과적이지 않다.The production of sponge iron having a carbon content of 0.5 to 2.5% is already known from WO-A-93 / 14228; In particular, in this known process, a small amount of natural gas directly blown into the fluidized bed reactor is adopted to adjust carbon. However, this method alone is not so effective because the complete decomposition of natural gas is not certain at the reduction temperature for direct reduction.
US-A-5,137,566에는, 철광석으로 환원가스 및 탄화가스에 의하여 고농축 탄화철로 생산하는 것이 공지되어 있고, 여기에는 탄화철 형성공정에서의 시간 민감성 때문에, 잔류시간을 길게 하여 전환시킨다. 직접환원에서 산화철 함유물질의 잔류시간을 증가시키게 되면 생산성이 상당히 감소, 즉 유닛당 환원물질의 산출량이 현저하게 감소하게 된다. 따라서, 이 방법은 고비용이 수반되고, 이로써 이렇게 생산된 탄화철은 제철공정에서 단지 추가로 사용되는 반면, 본 발명에서 달성하려는 목적은 제철에 사용되는 해면철 모두의 탄소함유량을 증가시키는 것이며, 즉 이렇게 생산된 탄소함유량이 높은 해면철은 제철작업에서 추가로 사용될 뿐만 아니라 그 자체가 기본물질을 구성하는 것이다.In US-A-5,137,566, iron ore is known to be produced from highly concentrated iron carbide by reducing gas and carbonization gas, which is converted to a longer residence time due to time sensitivity in the iron carbide forming process. Increasing the residence time of iron oxide-containing materials in direct reduction significantly reduces productivity, i.e. significantly reduces the output of reducing materials per unit. Thus, this method is expensive and the iron carbide thus produced is only used additionally in the iron making process, while the object to be achieved in the present invention is to increase the carbon content of all the sponges used in iron making, i.e. Spongy iron with high carbon content is not only used additionally in steelmaking but also constitutes the basic material itself.
이러한 종류의 공정은 US-A-5,437,708에 또한 공지되어 있다. 탄화철은 직접환원 샤프트로(shaft furnace)에서 환원가스에 의하여 생산된다. 또한, 환원반응로에서 산화철 함유물질의 잔류시간을 길게 하는 것은 공정에 바람직하지 않다. 잔류시간은 9 ∼ 15 시간범위 이고, 이것은 - 전술한 바와 같이 - 생산성의 현저한 감소를 야기한다.Processes of this kind are also known from US Pat. No. 5,437,708. Iron carbide is produced by reducing gas in a direct shaft shaft furnace. In addition, it is not desirable to extend the residence time of the iron oxide-containing material in the reduction reactor. The residence time ranges from 9 to 15 hours, which leads to a significant decrease in productivity-as described above.
US-A-Re-32,247에는, 제1 단계에서 산화철 함유물질을 탄화철로 전환시키고, 제2 단계에서 탄화철로 철강을 직접 생산하는 것이 공지되어 있다. 이 공지의 방법에 있어서, 수소함유 환원가스를 채택하여 환원시키고, 탄소함유물질로 탄화철을 형성한다. 이 방법에 관련된 하나의 단점은 철을 탄화철로 완전 전환시킨다는 것으로, 이것은 높은 에너지비용을 또한 수반한다(직접환원에서 탄소함유물질의 소모가 현저하게 높음).In US-A-Re-32,247 it is known to convert iron oxide containing material to iron carbide in the first stage and to produce steel directly with iron carbide in the second stage. In this known method, a hydrogen-containing reducing gas is adopted to reduce and form iron carbide with a carbon-containing material. One disadvantage associated with this method is the complete conversion of iron to iron carbide, which also entails high energy costs (the consumption of carbonaceous materials in the direct reduction is significantly higher).
본 발명에 있어서, 환원가스 외에, 고 탄화수소, C3H8및 그 이상을 직접환원용 탄소함유가스로서 추가로 사용하고, 이러한 형태의 탄화수소는 비교적 낮은 온도에서도 용이하게 분해되어 탄소함유량을 증가시키는 데 충분한 효과를 나타낸다는 것이 장점이다. 본 발명에 있어서, 환원가스에 추가로 제공된 이러한 탄화수소는 소량으로 충분하다.In the present invention, in addition to reducing gas, high hydrocarbons, C 3 H 8 and more are further used as direct reducing carbon-containing gases, and hydrocarbons of this type are easily decomposed at relatively low temperatures to increase carbon content. The advantage is that it shows sufficient effect. In the present invention, such a hydrocarbon provided in addition to the reducing gas is sufficient in a small amount.
바람직하게는, 본 발명에 따른 공정은, 직접환원은 2개 이상의 연속하여 연결된 유동층 반응로에서 일어나고, 천연가스 또는 고 탄화수소를 산화철 함유물질의 흐름방향으로 마지막에 배열된 유동층 반응로내로 이송시키고, 그들은 상기 반응로를 통과한 후 산화철 함유물질의 역류방향의 다른 유동층 반응로를 통과하여 행해진다. 이것은 콤비네이션으로 행해지는 특히 고효율의 방법으로 되어, 산화철 함유물질이 환원가스에 노출되어 있는 시간이 증가되더라도, 생산성의 감소는 거의 없게 된다.Preferably, the process according to the invention, wherein the direct reduction takes place in two or more connected fluidized bed reactors and transfers natural gas or high hydrocarbons into the fluidized bed reactors last arranged in the flow direction of the iron oxide containing material, They are passed through the reactor and then through another fluidized bed reactor in the reverse direction of the iron oxide containing material. This is a particularly high-efficiency method performed by combination, so that even if the time for which the iron oxide-containing material is exposed to the reducing gas is increased, there is almost no decrease in productivity.
바람직한 변형예에 있어서, 산화철 함유물질을 직접 환원시키는 시간의 증가는, 유동층의 층 높이가 산화철 함유물질의 완전환원을 얻는 데 필요한 최소 유동층 높이 보다 높게 조정된 최소한 하나의 유동층 반응로에서 직접환원을 행함으로써 실현될 수 있고, 이로써 환원될 물질이 완전환원에 필요한 시간을 초과하여 환원가스 및 추가로 공급된 탄소함유가스에 노출되거나, 또는 직접환원의 산출량이 산화철 함유물질의 완전환원에 필요한 최소 산출량과 비교하여 감소가 일어날 수 있다.In a preferred variant, the increase in time to directly reduce the iron oxide containing material results in a direct reduction in at least one fluidized bed reactor in which the bed height of the fluidized bed is adjusted to be higher than the minimum fluidized bed height required to achieve full reduction of the iron oxide containing material. Can be realized in such a way that the substance to be reduced is exposed to the reducing gas and additionally supplied carbon-containing gas in excess of the time necessary for complete reduction, or that the output of direct reduction is the minimum output required for complete reduction of the iron oxide-containing material. Reduction may occur in comparison with.
본 발명에 따른 공정의 다른 바람직한 조처는, 산화철 함유물질의 완전환원에 필요한 특정의 최소량의 가스에 비하여 증가된 특정량의 환원가스로 환원이 행해진다는 것이 특징이다.Another preferred measure of the process according to the invention is characterized in that the reduction is carried out with an increased specific amount of reducing gas as compared to the specific minimum amount of gas required for full reduction of the iron oxide containing material.
해면철의 탄소함유량을 증가시키는 필수적인 공정단계는, 리포머(reformer)의 공급에서 증기 대 천연가스의 비율을, 적합하게는 3 ∼ 4.5의 범위, 특히 약 3.5로 조정하여 변화시킴으로써 개질가동에서 천연가스로부터 합성가스를 생산하는 기능을 하는 리포머의 가동특성의 조정으로 CO/CO2비율을 조정하는 것이다.An essential process step to increase the carbon content of sponge iron is by changing the ratio of steam to natural gas in the supply of the reformer, suitably in the range of 3 to 4.5, in particular about 3.5, in natural gas in reforming operations. the adjustment of the operating characteristics of a reformer which serves to produce synthesis gas from to adjust the CO / CO 2 ratio.
CO/CO2의 비율은, 리포머내의 증기 및 천연가스로부터 생산된 후 H2함유량을 증가시키기 위하여 CO전환에 공급된 개질가스의 일부체적을 톱가스와 직접, 즉 CO전환시키지 않고 혼합하여 조정되는 것이 바람직하고, 직접 혼합된 개질가스량은 변화 가능하다.The ratio of CO / CO 2 is adjusted by mixing a portion of the reformed gas supplied to the CO conversion directly with the top gas, i.e. without CO conversion, to increase the H 2 content after being produced from steam and natural gas in the reformer. It is preferable that the amount of reformed gas mixed directly is variable.
다른 바람직한 실시예는, 개질가스와 톱가스 양자 모두를 환원가스로서 사용하기 전에 CO2를 제거, 바람직하게는 CO2를세정하고, CO/CO2의 비율은 개질가스의 최소한 일부 체적을 환원가스와 직접 혼합하여 CO2의 제거를 방지함으로써 조정되는 것을 특징으로 한다.In another preferred embodiment, CO 2 is removed, preferably CO 2 is cleaned before using both reformed gas and top gas as reducing gas, and the ratio of CO / CO 2 reduces at least some volume of the reformed gas to reducing gas. And by mixing directly with to prevent the removal of CO 2 .
또한, CO/CO2의 비율은 개질가스와 톱가스 양자 모두를 CO2를 제거, 바람직하게는 CO2를세정하여 조정될 수 있고, CO/CO2의 비율은 톱가스의 최소한 일부 체적을 환원가스와 직접 혼합하여 CO2의 제거를 방지함으로써 조정된다. 또한, CO2의 제거 정도는, 이른 바 CO2의 일부분이 세정될 가스내에 잔류되도록 변화시킬 수 있다.Further, CO / rate of CO 2 is the reformed gas and the top gas both to remove the CO 2, and preferably be adjusted to clean the CO 2, the ratio of CO / CO 2 is a reducing gas at least part of the volume of the top gas By direct mixing with to prevent removal of CO 2 . In addition, the degree of removal of CO 2, may be changed such that remain in the gas to be bar early part of the CO 2 cleaning.
산화철 함유물질의 잔류시간은 40 ∼ 80분, 바람직하게는 40 ∼ 60분으로 연장시키는 것이 바람직하다.The residence time of the iron oxide-containing material is preferably extended to 40 to 80 minutes, preferably 40 to 60 minutes.
해면철의 특정 탄소함유량을 조정하기 위하여, 환원가스의 H2S 함유량이 또한 사용될 수 있는 것이 바람직하다.In order to adjust the specific carbon content of the sponge iron, it is preferable that the H 2 S content of the reducing gas can also be used.
다음에, 본 발명에 따른 공정을 바람직한 실시예에 따른 공정도를 나타내는 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Next, a process according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings showing a process diagram according to a preferred embodiment.
본 발명에 따른 공정을 실행하는 설비는, 일렬로 연속하여 연결된 유동층 반응로 1 내지 4를 포함하고, 제1 유동층 반응로 1에는 분광과 같은 산화철 함유물질이 광석공급관 5를 통하여 장입되고, 여기에서 환원온도(즉 사전환원)로 가열된 후 유동층 반응로에서 이송관 6을 통하여 유동층 반응로로 이송된다. 완전하게 환원된 물질(해면철)은 연탄(煉炭)설비 7에서 고온연탄으로 된다. 필요하다면, 환원철은 도시되지 않은 불활성가스 시스템에 의하여 연탄 중에 재산화가 방지된다.The equipment for carrying out the process according to the invention comprises fluidized bed reactors 1 to 4 connected in series, in which the first fluidized bed reactor 1 is loaded with iron oxide-containing material such as spectroscopy through ore feed pipe 5 It is heated to a reduction temperature (ie, pre-reduction) and then transferred from the fluidized bed reactor to the fluidized bed reactor via transfer tube 6. The completely reduced material (sponge iron) becomes hot briquettes in the briquetting plant 7. If necessary, reduced iron is prevented from reoxidation during briquetting by an inert gas system, not shown.
분광을 제1 유동층 반응로 1에 장입하기 전에, 상세하게 도시되지 않은 건조 및 걸르기(sieving)와 같은 광석 준비를 한다.Prior to charging spectroscopy into the first fluidized bed reactor 1, ore preparations such as drying and sieving, not shown in detail, are made.
환원가스는 유동층 반응로 4로부터 유동층 반응로 3 내지 1로 광석흐름의 역류방향으로 이송되고, 가스흐름방향으로 보아 마지막에 배열된 유동층 반응로 1에서 톱가스 배출관 8을 통하여 톱가스로서 배출되어 습식세정기 9에서 냉각 및 세정된다.The reducing gas is transferred from the fluidized bed reactor 4 to the fluidized bed reactors 3 to 1 in the reverse flow direction of the ore flow, and is discharged as top gas through the top gas discharge pipe 8 in the fluidized bed reactor 1 arranged last in the gas flow direction. Cooled and cleaned in scrubber 9.
환원가스는 관 11을 통하여 공급되어 탈황산화설비 12에서 탈황산화된 천연가스를 리포머(reformer) 10에서 개질하여 생산된다. 리포머로부터 배출되고 천연가스 및 증기로 형성된 가스는 H2, CO, CH4, H2O 및 CO2로 구성되는 것이 기본적이다. 이러한 개질 천연가스는 개질가스관 13을 통하여 수개의 열교환기 14에 공급되고, 여기에서 80 내지 150℃로 냉각되어 가스가 물로 응축된다.The reducing gas is supplied through the pipe 11 and produced by reforming the desulfurized natural gas in the reformer 10 in the desulfurization facility 12. Basically, the gas emitted from the reformer and formed of natural gas and steam is composed of H 2 , CO, CH 4 , H 2 O and CO 2 . This reformed natural gas is supplied to several heat exchangers 14 through reformed gas pipe 13 where it is cooled to 80 to 150 ° C. to condense the gas into water.
개질가스관 13은 톱가스가 컴프레서 15에 의하여 압축된 후 톱가스배출관 8로 연통된다. 이렇게 형성되는 혼합가스는 CO2세정기 16을 통과하여, CO2가 제거되는 동시에 H2S 또한 제거된다. CO2세정기 대신에, 상이한 종류의 CO2제거설비, 예를 들면 압력스윙(pressure-swing)흡착설비를 또한 배설할 수 있다. 혼합가스는 환원가스로서 이용 가능하다. 환원가스 공급관 17을 거친 상기 환원가스는 CO2세정기 하류에 연결된 가스히터 18에서 약 800℃의 환원가스 온도로 가열되고, 가스흐름방향으로 맨 앞에 배열된 유동층 반응로 4에 공급되어 여기에서 분광과 반응하여 직접 환원된 철이 생산된다. 유동층 반응로 4 내지 1은 직렬로 연결되어 있고, 환원가스는 연결관 19를 통하여 유동층 반응로에서 유동층 반응로로, 즉 산화철 함유물질의 역류방향으로 통과한다.The reformed gas pipe 13 communicates with the top gas discharge pipe 8 after the top gas is compressed by the compressor 15. The mixed gas thus formed passes through the CO 2 scrubber 16, whereby CO 2 is removed and H 2 S is also removed. Instead of a CO 2 scrubber, different types of CO 2 removal equipment, for example pressure-swing adsorption equipment, may also be arranged. The mixed gas can be used as the reducing gas. The reducing gas, which has passed through the reducing gas supply pipe 17, is heated to a reducing gas temperature of about 800 ° C. in a gas heater 18 connected downstream of the CO 2 scrubber, and supplied to the fluidized bed reactor 4 arranged in the gas flow direction at the front, where spectroscopy and Reaction produces iron directly reduced. The fluidized bed reactors 4 to 1 are connected in series, and the reducing gas passes through the connecting tube 19 from the fluidized bed reactor to the fluidized bed reactor, that is, in the countercurrent direction of the iron oxide containing material.
톱가스의 일부는 가스순환시스템 8, 17, 19에서 세광(洗鑛)되어 N2와 같은 불활성가스가 첨가되는 것을 방지한다. 세광된 톱가스는 분지관 20을 통하여 환원가스를 가열하는 가스히터 18에 공급되어 거기에서 연소된다. 부족할 수 있는 에너지는 공급관 21을 통하여 공급된 천연가스로 보충된다.Part of the top gas is sensitized in the gas circulation systems 8, 17 and 19 to prevent the addition of inert gases such as N 2 . The scoured top gas is supplied to the gas heater 18 which heats the reducing gas through the branch pipe 20 and burned there. Energy that may be lacking is supplemented with natural gas supplied through supply line 21.
리포머 10으로부터 빠져 나오는 개질 천연가스 및 리포머 연소가스의 감지 가능한 열은, 회수열교환기(recuperator) 22에 사용되어 탈황산화설비 12를 통과한 천연가스를 미리 가열하고, 개질에 필요한 증기를 생성하고, 그리고 관 23을 통하여 가스히터 18에 공급된 연소공기, 원한다면 환원가스를 또한 미리 가열시킨다. 관 24를 통하여 리포머 10에 공급된 연소공기 또한 미리 가열된다.The detectable heat of reformed natural gas and reformer combustion gas exiting Reformer 10 is used in a recovery heat exchanger 22 to preheat the natural gas that has passed through the desulfurization plant 12 to generate steam for reforming, And the combustion air supplied to the gas heater 18 through tube 23, if desired, also the reducing gas, is also preheated. The combustion air supplied to the reformer 10 through the tube 24 is also preheated.
해면철의 탄소함유량을 증가시키기 위하여 취한 주요 조처중 하나로서, 소정의 CO/CO2비율을 이른 바 2 ∼ 5 범위, 바람직하게는 2 ∼ 3 범위로 조정한다. 본 발명에 따른 제1 변형예에 있어서, 이것은 리포머 10에 공급된 증기 대 천연가스 비율을 변화시킴으로써 달성되고, 증기 대 천연가스의 비율은 3 ∼ 5 범위, 특히 3.5의 값으로 조정되는 것이 바람직하다. 조정밸브 즉 제어밸브 25 및 26이 이 용도로 기능하고, 환원가스의 CO/CO2비율을 측정하는 측정스테이션 27로부터 각각 조정 즉 제어 가능하다.As one of the main measures taken to increase the carbon content of the barbed iron, the predetermined CO / CO 2 ratio is adjusted to a so-called 2 to 5 range, preferably 2 to 3 range. In a first variant according to the invention, this is achieved by varying the ratio of steam to natural gas supplied to Reformer 10, wherein the ratio of steam to natural gas is preferably adjusted to a value in the range of 3-5, in particular 3.5. . Control valves, ie control valves 25 and 26, serve this purpose and can be adjusted or controlled respectively from the measuring station 27 which measures the CO / CO 2 ratio of the reducing gas.
도면에서 명백한 바와 같이, 개질가스, 최소한 그 체적 일부는 CO 전환 28에 공급되어 CO2세정기 16에 공급되기 전에 H2함유량이 증가된다. 개질가스의 체적 나머지 부분은 우회관 29를 거쳐 CO 전환 28을 우회함으로써 톱가스와 직접 혼합 된다. 따라서, CO 함유량을 원하는 값으로 조정하는 것이 가능하고, 이로써 원하는 CO/CO2비율이 이 처리에 의하여 또한 조정될 수 있어서 탄소함유량이 증가된다.As is apparent from the figure, the reformed gas, at least part of its volume, is fed to the CO conversion 28 and the H 2 content is increased before being fed to the CO 2 scrubber 16. The remaining volume of the reformed gas is directly mixed with the top gas by bypassing the CO conversion 28 via the bypass tube 29. Therefore, it is possible to adjust the CO content to a desired value, whereby the desired CO / CO 2 ratio can also be adjusted by this treatment, thereby increasing the carbon content.
또한, 소정의 CO/CO2비율은 톱가스의 체적 일부를, CO2세정기를 회피하는 우회관 30을 통하여 환원가스공급관 17에 직접 취입함으로써 조정될 수 있다. 또한, 개질가스의 체적 일부도 CO2세정기 16을 우회하는 개질가스관 13으로부터 분기된 우회관 31을 통하여 환원가스공급관 17에 직접 공급될 수 있다.In addition, the predetermined CO / CO 2 ratio can be adjusted by directly injecting a portion of the volume of the top gas into the reducing gas supply pipe 17 through the bypass pipe 30 which avoids the CO 2 scrubber. In addition, a portion of the volume of the reformed gas may also be directly supplied to the reducing gas supply pipe 17 through the bypass pipe 31 branched from the reformed gas pipe 13 bypassing the CO 2 scrubber 16.
우회관 29, 30, 31 모두에는, 측정스테이션 27에서 취한 환원가스의 CO/CO2비율의 측정치에 따라 조정 즉 제어되는 조정 즉 제어밸브 32, 33, 34가 설비되어 있다.The bypass tubes 29, 30 and 31 are all equipped with adjustments, i.e. control valves 32, 33 and 34, which are controlled according to the measured value of the CO / CO 2 ratio of the reducing gas taken at the measuring station 27.
환원가스의 원하는 CO/CO2비율은, 톱가스 모두와 개질가스 모두를 CO2세정기를 통과시킴으로써 또한 조정될 수 있으나, 세정기를 세척레벨로 조정하여 CO2부분(또한 H2S 부분)이 CO2세정기로부터 빠져 나오는 가스에 잔류하게 된다. 이것은 밸브 32, 33, 34를 포함하는 우회관 29, 30, 31과 같은 보조수단이 배설되지 않아도 된다는 장점을 가지나, 총 가스량, 즉 톱가스 모두와 개질가스 모두가 CO2세정기를 통과하는 것이 필요하고, 이로써 세정기는 이러한 양을 위한 크기를 가져야 한다.The desired CO / CO 2 ratio of the reducing gas can also be adjusted by passing all of the top gas and both the reforming gas through a CO 2 scrubber, but adjusting the scrubber to the wash level results in the CO 2 portion (also H 2 S portion) being CO 2. It will remain in the gas exiting the scrubber. This has the advantage that auxiliary means such as bypass tubes 29, 30 and 31, including valves 32, 33 and 34, do not have to be disposed of, but the total amount of gas, i.e. both the top gas and the reforming gas, must pass through the CO 2 scrubber. And thus the scrubber should have a size for this amount.
유동층 반응로 1로부터 배출되는 톱가스는 광석의 유황함유량에 따라서 40 ∼ 140 ppmV범위의 H2S를 함유하고 있다. H2S가스는 분광이 환원온도로 가열되는 동안 또는 분광이 예비 환원되는 동안 각각 형성된다.The top gas from the fluidized bed reactor 1 contains H 2 S in the range from 40 to 140 ppmV, depending on the sulfur content of the ore. H 2 S gas is formed while the spectrometer is heated to the reduction temperature or while the spectrometer is preliminarily reduced.
환원가스의 H2S 함유량이 증가되면 해면철의 탄소함유량이 또한 증가되기 때문에, H2S가 CO2세정기에 의하여 톱가스로부터 완전하게 세척되지 않지만, 환원가스용으로 원하는 비율의 H2S가 톱가스로부터 환원가스에 공급되는 것에 주의를 하는 경우 특히 바람직하다. 이 경우에 있어서, 이것은 CO2세정기를 우회하는 톱가스배출관 8로부터 조정 즉 제어밸브 33을 거쳐 분기되어 환원가스공급관 17로 연통하는 우회관 30에 의하여 실현될 수 있다. 제어밸브 33은 H2S 함유량이 20 ∼ 40 ppmV 범위, 바람직하게는 약 25 ppmV로 환원가스에 존재하도록 조정 가능하다. 이 경우, 제어밸브는 H2S 측정수단 35를 거쳐 작동되는 것이 바람직하다.As the H 2 S content of the reducing gas increases, the carbon content of the sponge iron also increases, so H 2 S is not completely washed from the top gas by the CO 2 scrubber, but the desired ratio of H 2 S for the reducing gas It is especially preferable when attention is paid to the supply of reducing gas from the top gas. In this case, this can be realized by adjustment from the top gas discharge pipe 8 bypassing the CO 2 scrubber, that is, bypass pipe 30 branching through the control valve 33 to communicate with the reducing gas supply pipe 17. The control valve 33 is adjustable so that the H 2 S content is present in the reducing gas in the range of 20 to 40 ppmV, preferably about 25 ppmV. In this case, the control valve is preferably operated via the H 2 S measuring means 35.
환원가스의 원하는 CO/CO2비율을 조정하는 전술한 조처는, 가장 바람직한 공정 변형이 각각의 가동조건에 대하여 광석성분의 함수등으로 선택될 수 있는 방식으로 개별적 또는 그들 중 수개 또는 모두를 공동으로 취할 수 있다.The foregoing measures of adjusting the desired CO / CO 2 ratio of the reducing gas, individually or in combination, several or all of them in such a way that the most desirable process variants can be chosen as a function of the ore component for each operating condition. Can be taken.
본 발명에 있어서, CO/CO2비율은 환원가스 외에 천연가스 또는 바람직하게는 C3H8이상의 탄화수소와 같은 탄소함유가스를 유동층 반응로내로의 추가 공급 및 산화철 함유물질이 직접환원 동안 환원가스에 노출되는 시간의 증가와 결합으로 조정된다.In the present invention, the CO / CO 2 ratio is characterized by the additional supply of carbonaceous gas, such as natural gas or preferably C 3 H 8 or higher hydrocarbons, in addition to the reducing gas into the fluidized bed reactor and the iron oxide containing material to the reducing gas during direct reduction. Adjusted in conjunction with the increase in the time of exposure.
추가로 공급된 탄소함유가스는 이를 산화철 함유물질의 흐름방향으로 마지막에 배열된 유동층 반응로내로 공급하기 전에 환원가스에 혼합될 수 있거나, 또는 도시된 바와 같이 별개의 관 21을 거쳐 유동층 반응로 4에 취입된다.The additionally supplied carbon-containing gas may be mixed with the reducing gas prior to feeding it into the fluidized bed reactor last arranged in the direction of flow of the iron oxide containing material, or as shown in the fluidized bed reactor 4 via a separate tube 21. Blown into.
산화철 함유물질의 환원가스 및 추가로 공급된 탄소함유가스에 노출되어 있는 시간의 증가는, 해면철의 원하는 최종 탄소함유량의 함수의 크기로 될 수 있다. 어느 경우에도, 산화철 함유물질은 환원가스 뿐만 아니라 추가로 공급된 탄소함유가스에 완전환원에 필요한 시간을 초과하여 노출된다.The increase in exposure time to the reducing gas and additionally supplied carbon-containing gas of the iron oxide-containing material may be a function of the desired final carbon content of the sponge iron. In either case, the iron oxide containing material is exposed to the reducing gas as well as the additionally supplied carbon containing gas in excess of the time required for complete reduction.
예 IExample I
건성의 분광을, 시간 당 70t의 해면철을 생산하도록 설계된 전술한 바의 분광의 직접환원용 설비내에 시간 당 100t씩 장입한다. 분광의 성분은 다음과 같다.Dry spectroscopy is charged 100t per hour in a spectroscopic direct reduction facility as described above, which is designed to produce 70t of spongy iron per hour. The components of the spectroscopy are as follows.
적철광 94.2 %Hematite 94.2%
맥석(脈石) 2.2 %Gangue 2.2%
유황 0.02 %Sulfur 0.02%
직접환원에서 형성되는 톱가스 시간 당 79,000 Nm3와 시간 당 54,000 Nm3의 개질 냉각천연가스를 혼합시켜 CO2세정기 16을 통과시키고, 여기에서 혼합가스는 CO2및 대부분의 유황이 제거된다.The top gas formed in the direct reduction is mixed with 79,000 Nm 3 per hour and 54,000 Nm 3 reformed cooling natural gas and passed through a CO 2 scrubber 16 where CO 2 and most of the sulfur are removed.
개질 천연가스 및 톱가스의 화학성분은 다음 표와 같다(체적 %).The chemical composition of the reformed natural gas and saw gas is shown in the following table (volume%).
개질 천연가스의 온도는 120℃이고, 톱가스의 온도는 100℃이다. CO2세정기로부터 빠져나온 가스혼합물은 직접냉각기 25에 공급되어 68℃로 냉각된다. 냉각된 가스혼합물의 성분은 다음과 같다.The temperature of the reformed natural gas is 120 ° C and the top gas is 100 ° C. The gas mixture exiting the CO 2 scrubber is fed to a direct cooler 25 and cooled to 68 ° C. The components of the cooled gas mixture are as follows.
이 가스혼합물은, CO2세정기 16은 통과하지 않았으나 우회관 26을 거쳐 환원가스공급관 17내에 취입된 시간 당 79,000 Nm3의 톱가스와 혼합된다. 이러한 혼합으로 가스히터 18 및 계속해서 유동층 반응로 1 내지 4에 공급된, 온도가 75℃이고 다음 성분을 가진 환원가스가 생산된다.This gas mixture is mixed with 79,000 Nm 3 of top gas blown into the reducing gas supply pipe 17 via the bypass pipe 26 but not through the CO 2 scrubber 16. This mixing produces a reducing gas having a temperature of 75 ° C. and having the following components fed to gas heater 18 and subsequently to the fluidized bed reactors 1-4.
또한, 시간 당 3,400 Nm3의 천연가스가 관 21'을 거쳐 유동층 반응로 4에 공급된다.In addition, 3,400 Nm 3 of natural gas per hour is fed to the fluidized bed reactor 4 via tube 21 '.
최하층 유동층 반응로 4에서의 잔류시간은 약 40분이다.The residence time in the bottom fluidized bed reactor 4 is about 40 minutes.
해면철의 금속화 정도(Femet/Fetot)는 약 92%이고, 탄소 함유량은 약 2.5%, 최대 5%이다.The degree of metallization (Fe met / Fe tot ) of sponge iron is about 92%, the carbon content is about 2.5%, and the maximum 5%.
예 IIExample II
다음 표에서, 종래기술에 따라 생산된 1.1%의 탄소를 함유한 해면철과 탄소함유량이 2.5%로 증가된 해면철을 비교한다.In the following table, the sponges containing 1.1% carbon produced according to the prior art and the sponges with an increased carbon content of 2.5% are compared.
1.1%의 탄소를 함유한 해면철을 생산하기 위하여는 최하층 유동층 반응로 4에 천연가스를 취입하지 않고, 2.5%의 탄소를 가진 해면철을 생산하기 위하여는 시간 당 3,400Nm3의 천연가스를 취입한다. 최하층 유동층 반응로 4에서의 잔류시간은 탄소함유량이 낮은 해면철은 33분이고, 탄소함유량이 증가된 해면철은 37.5분이다. CO/CO2의 비율은 제1의 경우는 2이고, 제2의 경우는 2.4이다. 환원가스의 생산에 채택된 천연가스의 화학성분은 다음 표와 같다.To produce a sponge iron containing 1.1% carbon without blowing a gas to the fluidized bed reactor 4 as a bottom layer, to produce sponge iron with a 2.5% carbon is blown into the natural gas 3,400Nm 3 per hour do. The residence time in the lowest fluidized bed reactor 4 is 33 minutes for low carbon content and 37.5 minutes for carbon content with increased carbon content. The ratio of CO / CO 2 is 2 in the first case and 2.4 in the second case. The chemical composition of natural gas adopted for the production of reducing gas is shown in the following table.
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