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KR20100078749A - Apparatus for manufacturing molten irons - Google Patents

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KR20100078749A
KR20100078749A KR1020080137094A KR20080137094A KR20100078749A KR 20100078749 A KR20100078749 A KR 20100078749A KR 1020080137094 A KR1020080137094 A KR 1020080137094A KR 20080137094 A KR20080137094 A KR 20080137094A KR 20100078749 A KR20100078749 A KR 20100078749A
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molten iron
carbon dioxide
iron manufacturing
manufacturing apparatus
liquid fuel
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정종헌
김기현
이시형
김성만
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주식회사 포스코
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Abstract

PURPOSE: A molten metal manufacturing device is provided to collect and recycle carbon dioxide and produce liquid fuel from a molten metal manufacture process. CONSTITUTION: A molten metal manufacturing device comprises a molten metal manufacturing furnace(110), a liquid fuel generator(120), a carbon dioxide separator, a reforming unit(150), and a gas mixing device. The molten metal manufacturing furnace produces molten metal and generates by-product gas. The liquid fuel generator produces liquid fuel using the by-product gas and generates a first mixing gas. The carbon dioxide separator separates carbon dioxide from the first mixing gas. The reforming unit reforms carbon dioxide and generates hydrogen and carbon monoxide.

Description

용철 제조 장치{Apparatus for Manufacturing Molten Irons}Apparatus for Manufacturing Molten Irons

본 발명은 용철 제조 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용철 제조 공정으로부터 액체연료를 생산하고 이산화탄소를 회수하여 재활용할 수 있는 용철 제조 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for manufacturing molten iron, and more particularly, to an apparatus for manufacturing molten iron capable of producing liquid fuel from a molten iron manufacturing process and recovering and recycling carbon dioxide.

용철 제조 공정에서 발생하는 부생가스를 그대로 대기 중으로 방출하면 환경에 유해할 뿐 아니라 재활용할 수 있는 성분을 폐기하는 것으로서 자원 및 에너지 효율 측면에서도 바람직하지 않다.If the by-product gas generated in the molten iron manufacturing process is released into the atmosphere as it is, it is not only harmful to the environment but also to dispose of recyclable components, which is undesirable in terms of resources and energy efficiency.

또한 부생가스에 포함된 이산화탄소는 기후변화의 원인으로 지목되고 있으며 이를 회수하여 재활용할 필요가 있다.In addition, carbon dioxide contained in by-product gas is pointed out as a cause of climate change and needs to be recovered and recycled.

본 발명은 용철 제조 공정의 부생가스로부터 액체연료를 생산하고 이산화탄소를 회수하여 재활용할 수 있는 용철 제조 장치를 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a molten iron manufacturing apparatus that can produce a liquid fuel from the by-product gas of the molten iron manufacturing process and recover and recycle carbon dioxide.

본 발명의 실시예에 따른 용철 제조 장치는, 용철을 생산하고 부생가스를 발생시키는 용철제조로, 상기 부생가스를 이용하여 액체연료를 생성하고 제1혼합가스를 발생시키는 액체연료 생성장치, 상기 제1혼합가스로부터 이산화탄소를 분리하는 이산화탄소 분리장치 및 상기 이산화탄소를 개질하여 수소 및 일산화탄소를 발생시키는 개질장치를 포함할 수 있다.An apparatus for manufacturing molten iron according to an embodiment of the present invention is a molten iron manufacturing apparatus for producing molten iron and generating by-product gas. The apparatus for producing molten iron generates liquid fuel using the by-product gas and generates a first mixed gas. It may include a carbon dioxide separator for separating carbon dioxide from the mixed gas and a reformer for reforming the carbon dioxide to generate hydrogen and carbon monoxide.

또한, 상기 용철 제조 장치는, 가스 혼합장치를 구비하고, 상기 가스 혼합장치는 상기 부생가스와 상기 수소 및 상기 일산화탄소를 혼합하여 제2혼합가스를 발생시키고 상기 제2혼합가스를 상기 액체연료 생성장치에 공급할 수 있다.The molten iron manufacturing apparatus includes a gas mixing apparatus, wherein the gas mixing apparatus generates the second mixed gas by mixing the by-product gas, the hydrogen and the carbon monoxide, and generates the second mixed gas into the liquid fuel generating device. Can be supplied to

또한, 상기 용철 제조 장치는, 상기 가스 혼합장치와 상기 액체연료 생성장치 사이에 압축기를 구비하고, 상기 압축기는 상기 제2혼합가스를 압축하여 상기 액체연료 생성장치에 공급할 수 있다.The molten iron manufacturing apparatus may include a compressor between the gas mixing device and the liquid fuel generating device, and the compressor may compress and supply the second mixed gas to the liquid fuel generating device.

또한, 상기 용철 제조 장치는, 상기 용철제조로와 상기 가스 혼합장치 사이에 부생가스 정제설비를 구비하고, 상기 부생가스 정제설비는 상기 부생가스 중 유해 성분을 정제할 수 있다.The molten iron manufacturing apparatus may include a by-product gas purification facility between the molten iron production furnace and the gas mixing device, and the by-product gas purification device may purify the harmful components in the by-product gas.

상기 부생가스 정제설비는 사이클론, 필터 및 스크러버 중 적어도 하나를 구 비할 수 있다.The by-product gas purification equipment may have at least one of a cyclone, a filter, and a scrubber.

상기 용철 제조 장치는, 상기 가스 혼합장치와 상기 개질장치 사이에 가스 분배장치를 구비하고, 상기 가스 분배장치는 상기 개질장치에서 발생한 상기 수소 및 상기 일산화탄소 중 일부를 상기 용철제조로에 공급하고 나머지를 상기 가스 혼합장치에 공급할 수 있다.The apparatus for producing molten iron includes a gas distribution device between the gas mixing device and the reforming device, and the gas distribution device supplies some of the hydrogen and carbon monoxide generated in the reforming device to the molten iron furnace and supplies the rest. It can be supplied to the gas mixing device.

또한, 상기 용철 제조 장치는, 상기 이산화탄소 분리장치에 연결되는 수소 분리장치를 구비하고, 상기 수소 분리장치는 상기 이산화탄소 분리장치 내에 존재하는 가스로부터 수소를 분리할 수 있다.The molten iron manufacturing apparatus may include a hydrogen separator connected to the carbon dioxide separator, and the hydrogen separator may separate hydrogen from a gas present in the carbon dioxide separator.

또한, 상기 용철 제조 장치는, 상기 수소 분리장치에 연결되는 발전장치를 구비하고, 상기 발전장치는 상기 수소 분리장치로부터 상기 수소를 공급받아 전기에너지를 생산할 수 있다. 한편, 상기 발전장치는 연료전지 또는 터빈일 수 있다.In addition, the apparatus for manufacturing molten iron may include a power generation device connected to the hydrogen separation device, and the power generation device may receive electric power from the hydrogen separation device to produce electric energy. The generator may be a fuel cell or a turbine.

상기 용철 제조 장치는, 수소 분리장치에 연결되는 일산화탄소 회수장치 및 상기 일산화탄소 회수장치에 연결되는 화학원료 합성장치를 구비하고, 상기 일산화탄소 회수장치는 상기 수소 분리장치 내에 존재하는 가스로부터 일산화탄소를 회수하며, 상기 가스 분배장치는 상기 나머지 중 일부를 상기 화학원료 합성장치에 공급하며, 상기 화학원료 합성장치는 상기 일산화탄소 회수장치가 회수한 일산화탄소 및 상기 가스 분배장치가 공급하는 상기 나머지 중 일부를 반응시켜 화학원료를 생산할 수 있다.The apparatus for manufacturing molten iron includes a carbon monoxide recovery device connected to a hydrogen separation device and a chemical raw material synthesis device connected to the carbon monoxide recovery device, and the carbon monoxide recovery device recovers carbon monoxide from a gas present in the hydrogen separation device. The gas distribution device supplies a part of the remainder to the chemical raw material synthesis device, and the chemical raw material synthesis device reacts the carbon monoxide recovered by the carbon monoxide recovery device and a part of the remainder supplied by the gas distribution device to the chemical raw material. Can produce

상기 용철 제조 장치는, 상기 발전장치로부터 전기 에너지를 공급받고, 상기 이산화탄소 분리장치로부터 이산화탄소를 공급받으며, 상기 용철제조로로부터 슬래 그를 공급받아 상기 이산화탄소를 고정하는 이산화탄소 고정장치를 더 포함할 수 있다.The apparatus for manufacturing molten iron may further include a carbon dioxide fixing device that receives electrical energy from the power generator, receives carbon dioxide from the carbon dioxide separating device, and receives slag from the molten iron manufacturing furnace to fix the carbon dioxide.

상기 용철 제조 장치는, 상기 액체연료 생성장치와 상기 이산화탄소 분리장치 사이에 액체연료 분리장치를 구비하고, 상기 액체연료 분리장치는 상기 액체연료 생성장치에서 생성된 액체연료를 분리할 수 있다.The molten iron manufacturing apparatus may include a liquid fuel separator between the liquid fuel generator and the carbon dioxide separator, and the liquid fuel separator may separate the liquid fuel generated by the liquid fuel generator.

상기 부생가스의 온도는 300℃ 이상이고 상기 부생가스에 포함된 일산화탄소에 대한 수소의 비율이 0.5 이상일 수 있다.The temperature of the by-product gas is 300 ℃ or more and the ratio of hydrogen to carbon monoxide contained in the by-product gas may be 0.5 or more.

상기 액체연료 생성장치에서 생성되는 액체연료는 메탄올, 디메틸에테르 및 하이드로 카본 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 한편, 상기 액체연료 생성장치는 유동층 반응기 또는 슬러리 반응기일 수 있다. 또한, 상기 슬러리 반응기 내에는 열교환기가 구비될 수 있다.The liquid fuel produced by the liquid fuel generating device may include at least one of methanol, dimethyl ether and hydro carbon. On the other hand, the liquid fuel generating device may be a fluidized bed reactor or a slurry reactor. In addition, a heat exchanger may be provided in the slurry reactor.

상기 용철 제조 장치는, 제1열교환기를 구비하고, 상기 제1열교환기는 상기 용철제조로에서 발생하는 열을 상기 개질장치에 공급할 수 있다.The apparatus for manufacturing molten iron may include a first heat exchanger, and the first heat exchanger may supply heat generated in the molten iron furnace to the reformer.

한편, 상기 이산화탄소 분리장치는 상기 분리한 이산화탄소를 상기 개질장치에 공급하고 나머지 중 일산화탄소 및 수소를 상기 용철제조로에 공급할 수 있다.On the other hand, the carbon dioxide separation unit may supply the separated carbon dioxide to the reformer and the carbon monoxide and hydrogen in the remainder to the molten iron furnace.

상기 용철 제조 장치는, 제2열교환기를 구비하고, 상기 제2열교환기는 상기 액체연료 생성장치에서 발생한 열을 상기 일산화탄소 및 상기 수소에 전달할 수 있다.The apparatus for manufacturing molten iron may include a second heat exchanger, and the second heat exchanger may transfer heat generated from the liquid fuel generator to the carbon monoxide and the hydrogen.

상기 개질장치는 메탄과 상기 이산화탄소를 사용하여 상기 수소 및 상기 일산화탄소를 발생시킬 수 있다. 또한, 상기 개질장치는 유동층 반응기일 수 있다.The reformer may generate the hydrogen and the carbon monoxide using methane and the carbon dioxide. In addition, the reformer may be a fluidized bed reactor.

상기 이산화탄소 분리장치는 PSA장치이거나, 아민 솔벤트 법, 흡착제 사용법 및 화학고리 법 중 어느 하나를 사용하여 이산화탄소를 분리하는 장치일 수 있다.The carbon dioxide separation device may be a PSA device or a device for separating carbon dioxide using any one of an amine solvent method, an adsorbent method, and a chemical ring method.

본 발명에 의하면, 용철 제조 공정으로부터 액체연료를 생산하고 이산화탄소를 회수하여 재활용할 수 있다.According to the present invention, liquid fuel can be produced from molten iron manufacturing process, and carbon dioxide can be recovered and recycled.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 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. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 용철 제조 장치를 나타내는 개략도이다.1 is a schematic view showing a molten iron manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 용철 제조 장치는 용철제조로(110), 액체연료 생성장치(120), 이산화탄소 분리장치(140) 및 개질장치(150)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a molten iron manufacturing apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention includes a molten iron manufacturing furnace 110, a liquid fuel generating device 120, a carbon dioxide separation device 140, and a reforming device 150.

용철제조로(110)는 철 함유 원료와 탄소 함유 원료를 사용하여 용철 및 슬래그를 생산하고 부생가스를 발생시키는 장치다.The molten iron manufacturing furnace 110 is a device for producing molten iron and slag using iron-containing raw material and carbon-containing raw material and generating by-product gas.

용철제조로(110)에서 철 함유 원료 환원 반응은 일산화탄소(CO)와 수소(H2) 에 의해 이루어지며 아래 화학식(1)과 (2)로 각각 나타난다.In the molten iron manufacturing furnace 110, the iron-containing raw material reduction reaction is performed by carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ) and are represented by the following formulas (1) and (2), respectively.

Figure 112008090611290-PAT00001
(1)
Figure 112008090611290-PAT00001
(One)

Figure 112008090611290-PAT00002
(2)
Figure 112008090611290-PAT00002
(2)

부생가스는 300oC 이상의 고온에서 H2/CO 몰 비율이 0.5 이상인 것이 바람직하나 이에 한정되지는 않는다. 부생가스는 가스 혼합장치(150) 및 압축기(160)를 거쳐서 액체연료 생성장치(120)에 공급된다. 가스 혼합장치(150)에서는 개질장치(140)로부터 공급되는 수소 및 일산화탄소가 부생가스와 혼합하여 제2혼합가스를 발생시킨다. 발생된 제2혼합가스는 압축기(160)에서 액체연료 생성장치(120)에 알맞은 압력을 갖도록 압축된 후 액체연료 생성장치(120)에 공급된다.The by-product gas preferably has a H 2 / CO molar ratio of 0.5 or more at a high temperature of 300 ° C. or higher, but is not limited thereto. The by-product gas is supplied to the liquid fuel generating device 120 through the gas mixing device 150 and the compressor 160. In the gas mixer 150, hydrogen and carbon monoxide supplied from the reformer 140 are mixed with the by-product gas to generate a second mixed gas. The generated second mixed gas is compressed to have a pressure suitable for the liquid fuel generator 120 in the compressor 160 and then supplied to the liquid fuel generator 120.

액체연료 생성장치(120)는 공급된 부생가스를 이용하여 액체연료를 생성하는 장치다. 생성되는 액체연료는 메탄올이나 디메틸에테르 등의 탄화수소(Hydrocarbon)일 수 있다.Liquid fuel generation device 120 is a device for generating a liquid fuel using the by-product gas supplied. The resulting liquid fuel may be a hydrocarbon such as methanol or dimethyl ether.

메탄올은 일산화탄소(CO)의 수소화(hydrogenation) 반응, 이산화탄소(CO2)의 수소화 반응 및 수성가스 이동반응(water gas shift reaction)을 거쳐 최종적으로 생성된다. 각 반응은 아래 화학식(3) 내지 (5)로 표현된다.Methanol is finally produced through hydrogenation of carbon monoxide (CO), hydrogenation of carbon dioxide (CO 2 ), and water gas shift reaction. Each reaction is represented by the following formulas (3) to (5).

Figure 112008090611290-PAT00003
(3)
Figure 112008090611290-PAT00003
(3)

Figure 112008090611290-PAT00004
(4)
Figure 112008090611290-PAT00004
(4)

Figure 112008090611290-PAT00005
(5)
Figure 112008090611290-PAT00005
(5)

디메틸에테르는 메탄올에 의해 생성될 수 있으며 아래 화학식(6)으로 표현된다.Dimethyl ether can be produced by methanol and represented by the following formula (6).

Figure 112008090611290-PAT00006
(6)
Figure 112008090611290-PAT00006
(6)

액체연료 생성장치(120)로는 유동층 반응기의 하나인 슬러리 반응기를 사용함으로써 탄소 침적(carbon deposition)에 의한 촉매 비활성화를 방지할 수 있다.As the liquid fuel generator 120, a slurry reactor, which is one of the fluidized bed reactors, may be used to prevent catalyst deactivation due to carbon deposition.

슬러리 반응기는 촉매인 금속 고체상, 탄화수소의 액체상 왁스(High molecular weight liquid)와 이산화탄소, 일산화탄소 및 수소를 포함하는 부생가스로 이루어지며, 부생가스는 촉매와 반응하여 메탄올 등의 액체연료를 생성한다. 탄화수소의 액체상 왁스는 열과 물질을 전달하는 매개체이며 발열반응에 의해 발생한 열을 회수할 수 있도록 슬러리 반응기 내에는 열교환기가 설치될 수 있다.Slurry reactor is composed of metal solid phase catalyst, liquid molecular wax (high molecular weight liquid) of hydrocarbon and by-product gas containing carbon dioxide, carbon monoxide and hydrogen, by-product gas reacts with catalyst to produce liquid fuel such as methanol. The liquid wax of hydrocarbon is a medium that transfers heat and materials, and a heat exchanger may be installed in the slurry reactor to recover heat generated by an exothermic reaction.

한편 액체연료 생성장치(120)의 구조는 슬러리 반응기로 한정되는 것은 아니며, 부생가스와 촉매층으로 이루어진 고정층 반응기도 사용될 수 있다.Meanwhile, the structure of the liquid fuel generating device 120 is not limited to the slurry reactor, and a fixed bed reactor including a by-product gas and a catalyst layer may also be used.

액체연료 생성장치(120)에서 생성된 메탄올 등의 액체연료와 물은 서로 분리되고, 발생한 합성가스는 이산화탄소 분리장치(140)에 공급된다. 여기서 물 또는 수증기를 충분히 분리하여 철 함유 원료의 환원으로부터 얻어지는 산소 성분을 제거한다.Liquid fuel such as methanol and water generated in the liquid fuel generator 120 are separated from each other, and the generated syngas is supplied to the carbon dioxide separator 140. Here, water or steam is sufficiently separated to remove the oxygen component obtained from the reduction of the iron-containing raw material.

이산화탄소 분리장치(140)는 액체연료 생성장치(130)에서 발생된 제1혼합가스에서 이산화탄소를 분리하고 분리한 이산화탄소를 개질장치(150)에 공급하는 장 치다. 또한, 이산화탄소 분리장치(140)는 이산화탄소를 제외한 가스 중에서 일산화탄소와 수소를 다시 용철제조로(110)에 공급하여 철광석 환원에 이용할 수 있게 한다. 제1혼합가스 중 이산화탄소, 일산화탄소 및 수소를 제외한 나머지는 폐가스로서 외부로 배출된다. 이산화탄소 분리장치(140)로는 PSA(Pressure Swing Adsoprtion)장치가 사용될 수 있다. 또한, 아민 솔벤트(Amine solvents) 법, 흡착제(Sorbents) 사용법, 화학고리(Chemical looping) 법 등을 이용하는 장치도 이산화탄소 분리장치(140)로써 사용될 수 있다.The carbon dioxide separator 140 is a device that separates carbon dioxide from the first mixed gas generated by the liquid fuel generator 130 and supplies the separated carbon dioxide to the reformer 150. In addition, the carbon dioxide separation unit 140 supplies carbon monoxide and hydrogen from the gas excluding carbon dioxide to the molten iron manufacturing furnace 110 to be used for iron ore reduction. The remainder of the first mixed gas except carbon dioxide, carbon monoxide and hydrogen is discharged to the outside as waste gas. As the carbon dioxide separation unit 140, a pressure swing adsorption (PSA) device may be used. In addition, a device using an amine solvents method, a sorbent method, a chemical looping method, or the like may also be used as the carbon dioxide separation device 140.

개질장치(150)는 메탄과 이산화탄소를 반응시켜 수소와 일산화탄소를 발생시키는 장치로서 개질반응은 아래 화학식(7)로 나타난다. The reformer 150 is a device for generating hydrogen and carbon monoxide by reacting methane and carbon dioxide. The reforming reaction is represented by the following formula (7).

Figure 112008090611290-PAT00007
(7)
Figure 112008090611290-PAT00007
(7)

이산화탄소 분리장치(130)에서 공급된 이산화탄소는 위 반응에 의해 소비된다.Carbon dioxide supplied from the carbon dioxide separator 130 is consumed by the above reaction.

유동층 반응기가 개질장치(150)로 사용되면 탄소 침적에 의한 촉매 비활성화를 방지할 수 있으며 생성되는 수소와 일산화탄소의 수율을 향상시킬 수 있다.When the fluidized bed reactor is used as the reformer 150, it is possible to prevent catalyst deactivation by carbon deposition and to improve the yield of hydrogen and carbon monoxide produced.

개질장치(150)에서 생성된 일산화탄소와 수소는 부생가스와 혼합되어 일산화탄소에 대한 수소의 비율(H2/CO)을 높인다. 또한, 일산화탄소와 수소는 전체 합성가스 중 액체연료 생성장치(120)에 공급되는 이산화탄소의 비율을 감소시키는 한편 액체연료를 생산하는 데에도 사용된다.Carbon monoxide and hydrogen generated in the reformer 150 is mixed with the by-product gas to increase the ratio of hydrogen to carbon monoxide (H 2 / CO). In addition, carbon monoxide and hydrogen are used to produce liquid fuel while reducing the ratio of carbon dioxide supplied to the liquid fuel generator 120 of the total syngas.

따라서 전체 반응에서 이산화탄소 감소 효과는 액체연료 생성장치(120)의 주 반응인 일산화탄소(CO)의 수소화 반응과 함께 아래 화학식(8)로 나타난다. Therefore, the carbon dioxide reduction effect in the overall reaction is represented by the following formula (8) together with the hydrogenation reaction of carbon monoxide (CO) which is the main reaction of the liquid fuel generating device 120.

Figure 112008090611290-PAT00008
(8)
Figure 112008090611290-PAT00008
(8)

여기서 이산화탄소는 미분탄과 산소의 연소 반응 또는 철광석 환원에 의해 생성된 것이며, 이 반응에 의해 메탄올이 생성되고 여분의 일산화탄소는 철광석 환원을 위해 용철제조로에 다시 공급된다. 일산화탄소와 함께 순환되는 수소는 철광석 환원에 사용되고 수성가스 이동반응에 의해 조절됨으로써 용철 및 액체연료 생산과 함께 이산화탄소의 재사용에도 사용된다.Here, carbon dioxide is produced by combustion reaction of pulverized coal and oxygen or iron ore reduction, and methanol is produced by this reaction, and excess carbon monoxide is supplied back to the molten iron furnace for iron ore reduction. Hydrogen circulated with carbon monoxide is used for iron ore reduction and controlled by a water gas shift reaction to produce molten iron and liquid fuels as well as to reuse carbon dioxide.

한편 용철 제조 공정에서 일산화탄소를 순환시켜 사용하면 순환 과정에서 용철제조로에 더 많은 열량이 공급되므로 용철 생산량을 더 늘릴 수 있다.On the other hand, when carbon monoxide is circulated in the molten iron manufacturing process, more heat is supplied to the molten iron furnace in the circulation process, thereby further increasing molten iron production.

도2는 본 발명의 제2실시예에 따른 용철 제조 장치를 나타내는 개략도이다.2 is a schematic view showing a molten iron manufacturing apparatus according to a second embodiment of the present invention.

도2를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 용철 제조 장치의 기본 구성 요소는 제1실시예와 동일하나 부생가스 정제설비(410)를 추가로 구비하였다.2, the basic components of the molten iron manufacturing apparatus according to the second embodiment of the present invention is the same as the first embodiment, but additionally provided by-product gas purification equipment (410).

부생가스 정제설비(410)는 용철제조로(110)와 가스 혼합장치(150) 사이에 구비되는데 부생가스에 포함된 미립자 분진, 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx), 수은 등의 유해성분을 제거하는 장치다. 부생가스 정제설비(410)는 사이클론, 필터나 스크러버(scrubber) 등을 구비하여 유해성분을 제거한다. 한편 부생가스 정제설비(410)는 용철제조로(110)의 하단에 설치될 수도 있다.The by-product gas purification equipment 410 is provided between the molten iron manufacturing furnace 110 and the gas mixing device 150, and harmful components such as particulate dust, nitrogen oxides (NOx), sulfur oxides (SOx), and mercury contained in the by-product gas. To remove the device. The by-product gas purification equipment 410 is provided with a cyclone, a filter or a scrubber to remove harmful components. Meanwhile, the by-product gas purification equipment 410 may be installed at the lower end of the molten iron manufacturing furnace 110.

도3은 본 발명의 제3실시예에 따른 용철 제조 장치를 나타내는 개략도이다.3 is a schematic view showing a molten iron manufacturing apparatus according to a third embodiment of the present invention.

도3을 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 용철 제조 장치의 기본 구성 요소는 제2실시예와 동일하나 제1열교환기(510)를 추가로 구비하였다.Referring to FIG. 3, the basic components of the apparatus for manufacturing molten iron according to the third embodiment of the present invention are the same as those of the second embodiment, but further include a first heat exchanger 510.

제1열교환기(510)는 용철제조로(110)에서 발생하는 열을 개질장치(140)에 전달하는 장치다. 용철제조로(110)에서 발생하는 합성가스의 온도가 1000℃ 이상이고 개질장치(140)에서 개질반응이 850℃에서 일어나므로 용철제조로(110)의 열을 개질장치(140)에 전달하면 열을 효율적으로 사용할 수 있다.The first heat exchanger 510 is a device for transferring heat generated from the molten iron manufacturing furnace 110 to the reformer 140. Since the temperature of the syngas generated in the molten iron manufacturing furnace 110 is 1000 ° C. or more and the reforming reaction occurs in the reformer 140 at 850 ° C., the heat of the molten iron manufacturing furnace 110 is transferred to the reformer 140. Can be used efficiently.

이 경우 용철제조로(110)에서 철 함유 원료를 환원하는 데 사용되는 합성가스의 온도는 700℃ 이상으로 유지될 수 있어 위의 열 전달이 일어나더라도 용철 생산에는 지장이 없다.In this case, the temperature of the synthesis gas used to reduce the iron-containing raw material in the molten iron manufacturing furnace 110 can be maintained at 700 ℃ or more, even if the above heat transfer does not interfere with the production of molten iron.

제1열교환기(510)의 작동에 의해 열효율이 높아지는 한편 이산화탄소 개질 반응이 촉진되므로 개질반응에 의한 수소와 일산화탄소의 수율도 향상될 수 있다.The thermal efficiency is increased by the operation of the first heat exchanger 510 and the carbon dioxide reforming reaction is promoted, so that the yield of hydrogen and carbon monoxide by the reforming reaction can be improved.

도4는 본 발명의 제4실시예에 따른 용철 제조 장치를 나타내는 개략도이다.Figure 4 is a schematic diagram showing a molten iron manufacturing apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.

도4를 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 용철 제조 장치의 기본 구성 요소는 제3실시예와 동일하나 가스 분배장치(610)를 추가로 구비하였다.Referring to FIG. 4, the basic components of the apparatus for manufacturing molten iron according to the fourth embodiment of the present invention are the same as those of the third embodiment, but further include a gas distribution device 610.

가스 분배장치(610)는 개질장치(140)와 가스 혼합장치(150) 사이에 구비된다. 가스 분배장치(610)는 개질장치(140)에서 발생한 수소 및 일산화탄소 중 일부를 용철제조로(110)에 공급하고 나머지를 가스 혼합장치(150)에 공급한다. 가스 분배장치(610)가 수소 및 일산화탄소 중 일부를 용철제조로(110)에 공급하므로 용철제조로(110)에서는 철 함유 원료의 환원율이 높아진다. 철 함유 원료의 환원율이 높아지면 결과적으로 도2 및 도3에 나타난 바와 같이 용철 생산이 증가될 수 있다.The gas distribution device 610 is provided between the reformer 140 and the gas mixing device 150. The gas distribution device 610 supplies some of the hydrogen and carbon monoxide generated from the reformer 140 to the molten iron manufacturing furnace 110 and supplies the rest to the gas mixing device 150. Since the gas distribution device 610 supplies some of hydrogen and carbon monoxide to the molten iron furnace 110, the reduction rate of the iron-containing raw material is increased in the molten iron furnace 110. As the reduction rate of the iron-containing raw material is increased, as a result, molten iron production may be increased as shown in FIGS. 2 and 3.

도5는 본 발명의 제5실시예에 따른 용철 제조 장치를 나타내는 개략도이다.5 is a schematic view showing a molten iron manufacturing apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.

도5를 참조하면, 본 발명의 제5실시예에 따른 용철 제조 장치의 기본 구성 요소는 제4실시예와 동일하나 제2열교환기(710)를 추가로 구비하였다.Referring to FIG. 5, the basic components of the apparatus for manufacturing molten iron according to the fifth embodiment of the present invention are the same as those of the fourth embodiment, but further include a second heat exchanger 710.

제2열교환기(710)는 액체연료 생성장치(120)에서 발생하는 열을 회수하는 한편 이산화탄소 분리장치(130)로부터 용철제조로(110)에 공급되는 수소 및 일산화탄소에 회수한 열을 전달하는 장치다. 제2열교환기(710)의 작동에 의해 열효율이 높아질 수 있다.The second heat exchanger 710 recovers heat generated from the liquid fuel generating device 120 and transfers the heat recovered from the carbon dioxide separation device 130 to the hydrogen and carbon monoxide supplied to the molten iron furnace 110. . Thermal efficiency may be increased by the operation of the second heat exchanger 710.

도6은 본 발명의 제6실시예에 따른 용철 제조 장치를 나타내는 개략도이다.6 is a schematic view showing a molten iron manufacturing apparatus according to a sixth embodiment of the present invention.

도6을 참조하면, 본 발명의 제6실시예에 따른 용철 제조 장치의 기본 구성 요소는 제5실시예와 동일하나 수소 분리장치(810)를 추가로 구비하였다.Referring to FIG. 6, the basic components of the apparatus for manufacturing molten iron according to the sixth embodiment of the present invention are the same as those of the fifth embodiment, but further include a hydrogen separation device 810.

수소 분리장치(810)는 이산화탄소 분리장치(130) 내에 존재하는 가스로부터 수소를 분리하는 장치다. 수소 분리장치(810)는 이산화탄소 분리장치(130)의 하단에 설치될 수 있다. 분리된 수소는 연료전지나 터빈 등의 발전장치(820)에 공급되어 전력 생산에 사용될 수 있다.The hydrogen separator 810 is a device that separates hydrogen from the gas present in the carbon dioxide separator 130. The hydrogen separator 810 may be installed at the bottom of the carbon dioxide separator 130. The separated hydrogen may be supplied to a power generator 820 such as a fuel cell or a turbine to be used for power generation.

도7은 본 발명의 제7실시예에 따른 용철 제조 장치를 나타내는 개략도이다.7 is a schematic view showing a molten iron manufacturing apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.

도7을 참조하면, 본 발명의 제7실시예에 따른 용철 제조 장치의 기본 구성 요소는 제6실시예와 동일하나 일산화탄소 회수장치(910) 및 화학원료 합성장치(920)를 추가로 구비하였다.Referring to FIG. 7, the basic components of the apparatus for manufacturing molten iron according to the seventh embodiment of the present invention are the same as those of the sixth embodiment, but further include a carbon monoxide recovery device 910 and a chemical raw material synthesis device 920.

일산화탄소 회수장치(910)는 수소 분리장치(810) 내에 존재하는 일산화탄소를 회수하여 화학원료 합성장치(920)에 공급하는 장치다.The carbon monoxide recovery device 910 is a device for recovering carbon monoxide present in the hydrogen separation device 810 and supplying it to the chemical raw material synthesis device 920.

화학원료 합성장치(920)는 일산화탄소 회수장치(910)로부터 일산화탄소를 공 급받고 가스 분배장치(610)로부터 수소 및 일산화탄소를 공급받은 후, 공급받은 수소와 일산화탄소를 반응시켜 혼합 알코올(Mixed alcohol), 알테히드 알코올(Aldehydes alcohol) 등의 화학원료를 합성하는 장치다. 또한, 화학원료 합성장치(920)는 피셔트롭스크(Fischer-Tropsch) 공정 등에 의해 탄화수소 계통의 화학 원료 및 가솔린과 디젤 등의 연료를 생산할 수 있다.The chemical raw material synthesis apparatus 920 receives carbon monoxide from the carbon monoxide recovery device 910 and receives hydrogen and carbon monoxide from the gas distribution device 610, and then reacts the supplied hydrogen with carbon monoxide to mix mixed alcohol, It is a device for synthesizing chemical raw materials such as aldehyde alcohol. In addition, the chemical raw material synthesis apparatus 920 may produce a hydrocarbon-based chemical raw material and fuel such as gasoline and diesel by a Fischer-Tropsch process.

도8은 본 발명의 제8실시예에 따른 용철 제조 장치를 나타내는 개략도이다.8 is a schematic view showing a molten iron manufacturing apparatus according to an eighth embodiment of the present invention.

도8을 참조하면, 본 발명의 제8실시예에 따른 용철 제조 장치의 기본 구성 요소는 제7실시예와 동일하나 이산화탄소 고정장치(990)를 추가로 구비하였다.Referring to FIG. 8, the basic components of the apparatus for manufacturing molten iron according to the eighth embodiment of the present invention are the same as those of the seventh embodiment, but further include a carbon dioxide fixing device 990.

이산화탄소 고정장치(990)는 용철 제조 공정에서 남는 이산화탄소를 제거하기 위한 장치다. 이산화탄소 고정장치(990)는 이산화탄소 분리장치(130)로부터 이산화탄소를 공급받고 용철제조로(110)로부터 슬래그를 공급받아 이산화탄소를 고정한다. 이산화탄소를 고정할 때 필요한 열은 발전장치(820)로부터 전기 에너지를 공급받아 발생시킨다.The carbon dioxide fixing device 990 is a device for removing carbon dioxide remaining in the molten iron manufacturing process. The carbon dioxide fixing device 990 receives carbon dioxide from the carbon dioxide separator 130 and receives slag from the molten iron manufacturing furnace 110 to fix the carbon dioxide. The heat required to fix the carbon dioxide is generated by receiving electrical energy from the generator 820.

한편, 본 발명의 제2실시예 내지 제8실시예의 추가 구성요소는 필요에 따라 선택적으로 구비할 수 있는 것이므로 본 발명의 구성은 제2실시예 내지 제8실시예에만 한정되지 않는다.On the other hand, since the additional components of the second to eighth embodiments of the present invention can be selectively provided as needed, the configuration of the present invention is not limited to only the second to eighth embodiments.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the embodiments of the present invention have been described above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it is within the scope of the present invention.

도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 용철 제조 장치를 나타내는 개략도다.1 is a schematic view showing a molten iron manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention.

도2는 본 발명의 제2실시예에 따른 용철 제조 장치를 나타내는 개략도다. Figure 2 is a schematic diagram showing a molten iron manufacturing apparatus according to a second embodiment of the present invention.

도3은 본 발명의 제3실시예에 따른 용철 제조 장치를 나타내는 개략도다.3 is a schematic view showing a molten iron manufacturing apparatus according to a third embodiment of the present invention.

도4는 본 발명의 제4실시예에 따른 용철 제조 장치를 나타내는 개략도다. 4 is a schematic view showing a molten iron manufacturing apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.

도5는 본 발명의 제5실시예에 따른 용철 제조 장치를 나타내는 개략도다. 5 is a schematic view showing a molten iron manufacturing apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.

도6은 본 발명의 제6실시예에 따른 용철 제조 장치를 나타내는 개략도다. 6 is a schematic view showing a molten iron manufacturing apparatus according to a sixth embodiment of the present invention.

도7은 본 발명의 제7실시예에 따른 용철 제조 장치를 나타내는 개략도다. 7 is a schematic view showing a molten iron manufacturing apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.

도8은 본 발명의 제8실시예에 따른 용철 제조 장치를 나타내는 개략도다.8 is a schematic view showing a molten iron manufacturing apparatus according to an eighth embodiment of the present invention.

Claims (23)

용철을 생산하고 부생가스를 발생시키는 용철제조로,It is a molten iron manufacturing that produces molten iron and generates by-product gas. 상기 부생가스를 이용하여 액체연료를 생성하고 제1혼합가스를 발생시키는 액체연료 생성장치,Liquid fuel generating device for generating a liquid fuel and the first mixed gas using the by-product gas, 상기 제1혼합가스로부터 이산화탄소를 분리하는 이산화탄소 분리장치 및A carbon dioxide separation device for separating carbon dioxide from the first mixed gas; 상기 이산화탄소를 개질하여 수소 및 일산화탄소를 발생시키는 개질장치Reforming apparatus for generating hydrogen and carbon monoxide by reforming the carbon dioxide 를 포함하는 용철 제조 장치.Molten iron manufacturing apparatus comprising a. 제1항에서,In claim 1, 가스 혼합장치를 구비하고,With a gas mixing device, 상기 가스 혼합장치는 상기 부생가스와 상기 수소 및 상기 일산화탄소를 혼합하여 제2혼합가스를 발생시키고 상기 제2혼합가스를 상기 액체연료 생성장치에 공급하는 용철 제조 장치.The gas mixing device is a molten iron manufacturing apparatus for mixing the by-product gas, the hydrogen and the carbon monoxide to generate a second mixed gas and supply the second mixed gas to the liquid fuel generating device. 제2항에서,In claim 2, 상기 가스 혼합장치와 상기 액체연료 생성장치 사이에 압축기를 구비하고,A compressor is provided between the gas mixing device and the liquid fuel generating device, 상기 압축기는 상기 제2혼합가스를 압축하여 상기 액체연료 생성장치에 공급하는 용철 제조 장치.The compressor is a molten iron manufacturing apparatus for compressing the second mixed gas to supply to the liquid fuel generating device. 제2항에서,In claim 2, 상기 용철제조로와 상기 가스 혼합장치 사이에 부생가스 정제설비를 구비하고,A by-product gas purification facility is provided between the molten iron furnace and the gas mixing device. 상기 부생가스 정제설비는 상기 부생가스 중 유해 성분을 정제하는 용철 제조 장치.The by-product gas purification equipment is a molten iron manufacturing apparatus for refining harmful components in the by-product gas. 제4항에서,In claim 4, 상기 부생가스 정제설비는 사이클론, 필터 및 스크러버 중 적어도 하나를 구비하는 용철 제조 장치.The by-product gas purification equipment is molten iron manufacturing apparatus having at least one of a cyclone, a filter and a scrubber. 제2항에서,In claim 2, 상기 가스 혼합장치와 상기 개질장치 사이에 가스 분배장치를 구비하고,A gas distribution device between the gas mixing device and the reformer, 상기 가스 분배장치는 상기 개질장치에서 발생한 상기 수소 및 상기 일산화탄소 중 일부를 상기 용철제조로에 공급하고 나머지를 상기 가스 혼합장치에 공급하는 용철 제조 장치.The gas distribution device is a molten iron manufacturing apparatus for supplying some of the hydrogen and the carbon monoxide generated in the reformer to the molten iron manufacturing furnace and the rest to the gas mixing device. 제6항에서,In claim 6, 상기 이산화탄소 분리장치에 연결되는 수소 분리장치를 구비하고,And a hydrogen separator connected to the carbon dioxide separator, 상기 수소 분리장치는 상기 이산화탄소 분리장치 내에 존재하는 가스로부터 수소를 분리하는 용철 제조 장치.The hydrogen separator is a molten iron manufacturing apparatus for separating hydrogen from the gas present in the carbon dioxide separator. 제7항에서,In claim 7, 상기 수소 분리장치에 연결되는 발전장치를 구비하고,And a power generation device connected to the hydrogen separation device, 상기 발전장치는 상기 수소 분리장치로부터 상기 수소를 공급받아 전기에너지를 생산하는 용철 제조 장치.The generator is a molten iron manufacturing apparatus for producing electric energy by receiving the hydrogen from the hydrogen separation device. 제8항에서,In claim 8, 상기 발전장치는 연료전지 또는 터빈인 용철 제조 장치.The apparatus for producing molten iron is a fuel cell or a turbine. 제7항에서,In claim 7, 상기 수소 분리장치에 연결되는 일산화탄소 회수장치 및 상기 일산화탄소 회수장치에 연결되는 화학원료 합성장치를 구비하고,A carbon monoxide recovery device connected to the hydrogen separation device and a chemical raw material synthesis device connected to the carbon monoxide recovery device, 상기 일산화탄소 회수장치는 상기 수소 분리장치 내에 존재하는 가스로부터 일산화탄소를 회수하며,The carbon monoxide recovery device recovers carbon monoxide from the gas present in the hydrogen separation device, 상기 가스 분배장치는 상기 나머지 중 일부를 상기 화학원료 합성장치에 공급하며,The gas distribution device supplies some of the rest to the chemical raw material synthesis device, 상기 화학원료 합성장치는 상기 일산화탄소 회수장치가 회수한 일산화탄소 및 상기 가스 분배장치가 공급하는 상기 나머지 중 일부를 반응시켜 화학원료를 생산하는 용철 제조 장치.The chemical raw material synthesizing apparatus is a molten iron manufacturing apparatus for producing a chemical raw material by reacting a portion of the carbon monoxide recovered by the carbon monoxide recovery device and the remainder supplied by the gas distribution device. 제8항에서,In claim 8, 상기 발전장치로부터 전기 에너지를 공급받고,Receiving electric energy from the generator, 상기 이산화탄소 분리장치로부터 이산화탄소를 공급받으며,Receiving carbon dioxide from the carbon dioxide separator, 상기 용철제조로로부터 슬래그를 공급받아 상기 이산화탄소를 고정하는 이산화탄소 고정장치를 더 포함하는 용철 제조 장치.The molten iron manufacturing apparatus further comprises a carbon dioxide fixing device for receiving the slag from the molten iron manufacturing furnace to fix the carbon dioxide. 제1항에서,In claim 1, 상기 액체연료 생성장치와 상기 이산화탄소 분리장치 사이에 액체연료 분리장치를 구비하고,A liquid fuel separator is provided between the liquid fuel generator and the carbon dioxide separator, 상기 액체연료 분리장치는 상기 액체연료 생성장치에서 생성된 액체연료를 분리하는 용철 제조 장치.The liquid fuel separator is a molten iron manufacturing apparatus for separating the liquid fuel generated by the liquid fuel generating device. 제1항에서,In claim 1, 상기 부생가스의 온도는 300℃ 이상이고 상기 부생가스에 포함된 일산화탄소에 대한 수소의 비율이 0.5 이상인 용철 제조 장치.The temperature of the by-product gas is 300 ℃ or more and molten iron manufacturing apparatus is a ratio of hydrogen to carbon monoxide contained in the by-product gas is 0.5 or more. 제1항에서,In claim 1, 상기 액체연료 생성장치에서 생성되는 액체연료는 메탄올, 디메틸에테르 및 하이드로 카본 중 적어도 어느 하나를 포함하는 용철 제조 장치.Liquid fuel produced by the liquid fuel generating device is molten iron manufacturing apparatus comprising at least one of methanol, dimethyl ether and hydro carbon. 제1항에서,In claim 1, 상기 액체연료 생성장치는 유동층 반응기인 용철 제조 장치.The liquid fuel generator is a molten iron manufacturing apparatus is a fluidized bed reactor. 제1항에서,In claim 1, 상기 액체연료 생성장치는 슬러리 반응기인 용철 제조 장치.The liquid fuel generating device is a molten iron manufacturing apparatus is a slurry reactor. 제15항에서,16. The method of claim 15, 상기 슬러리 반응기 내에는 열교환기가 구비되는 용철 제조 장치.The molten iron manufacturing apparatus is provided with a heat exchanger in the slurry reactor. 제1항에서,In claim 1, 제1열교환기를 구비하고,Equipped with a first heat exchanger, 상기 제1열교환기는 상기 용철제조로에서 발생하는 열을 상기 개질장치에 공급하는 용철 제조장치.The first heat exchanger is molten iron manufacturing apparatus for supplying the heat generated in the molten iron manufacturing furnace to the reformer. 제1항에서,In claim 1, 상기 이산화탄소 분리장치는 상기 분리한 이산화탄소를 상기 개질장치에 공급하고 나머지 중 일산화탄소 및 수소를 상기 용철제조로에 공급하는 용철 제조 장치.The carbon dioxide separator is a molten iron manufacturing apparatus for supplying the separated carbon dioxide to the reformer and the carbon monoxide and hydrogen in the remainder to the molten iron furnace. 제19항에서,The method of claim 19, 제2열교환기를 구비하고,Equipped with a second heat exchanger, 상기 제2열교환기는 상기 액체연료 생성장치에서 발생한 열을 상기 일산화탄소 및 상기 수소에 전달하는 용철 제조 장치.The second heat exchanger is a molten iron manufacturing apparatus for transferring the heat generated in the liquid fuel generating device to the carbon monoxide and the hydrogen. 제1항에서,In claim 1, 상기 개질장치는 메탄과 상기 이산화탄소를 사용하여 상기 수소 및 상기 일산화탄소를 발생시키는 용철 제조 장치.The reformer is a molten iron manufacturing apparatus for generating the hydrogen and the carbon monoxide using methane and the carbon dioxide. 제1항에서,In claim 1, 상기 개질장치는 유동층 반응기인 용철 제조 장치.The reformer is a molten iron manufacturing apparatus is a fluidized bed reactor. 제1항에서,In claim 1, 상기 이산화탄소 분리장치는 PSA장치이거나, 아민 솔벤트 법, 흡착제 사용법 및 화학고리 법 중 어느 하나를 사용하여 이산화탄소를 분리하는 장치인 용철 제조 장치.The apparatus for producing molten iron, wherein the carbon dioxide separation apparatus is a PSA apparatus or an apparatus for separating carbon dioxide using any one of an amine solvent method, an adsorbent method, and a chemical ring method.
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