KR20000048982A - 캐리어 가스에 의해 반응로로부터 방출된 미립자 솔리드를 재순환하기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

반응로(1), 특히 용융 환원로로부터 방출된 미립자 솔리드를 반응로(1)의 배출점(도면부호 2에 있음)과 반응로(1)의 재순환점(도면부호 15에 있음)에서 캐리어 가스에 의해 재순환하기 위한 방법으로서, 솔리드는 솔리드 분리기(4), 특히 싸이클론내에서 분리되고 계속해서 캐리어 가스에 의해 반응로(1)내에 재순환되고, 솔리드 분리기(4)와 재순환 점(15)사이의 차압을 유지하고, 산소의 공급하에서 반응로(1)로 들어갈 때 적어도 부분적으로 기화되거나 연소되는 방법에 있어서,

부품을 이동하지 않고 그러므로 마찰을 받지 않고 솔리드의 연속적이고 제어된 재순환을 허용하기 위해서, 분리된 솔리드는 이젝터 작용하에서 추진 가스에 의해 솔리드 분리기(4)로부터 직접 그리고 연속적으로 배기, 가속 및 반응로(1)로 이송된다.

Description

캐리어 가스에 의해 반응로로부터 방출된 미립자 솔리드를 재순환하기 위한 방법{PROCESS FOR RETURNING FINELY DISPERSED SOLIDS DISCHARGED WITH A CARRIER GAS FROM A REACTOR VESSEL}

이런 상술한 형태의 방법은 EP-A-0 493 752에 알려져 있으며, 이 공정에서, 용융 환원로로부터 나온 고온 분진은 고온 싸이클론에서 분리되고 버너를 통해 용융 환원로로 재순환된다. 고온 싸이클론과 용융 환원로사이의 차압을 극복하기 위해서, 재순환은 각각 세광통 사이에 제공된 몇 몇 용기가 제공된 세광통 시스템을 통해서 이루어진다.

용용 환원로로부터 나온 환원 가스는 약 1050℃ 온도를 가지고 상당한 량의 분말 솔리드를 운반한다. 분진 량은 약 150g/m³환원 가스이다. 배출즉시, 환원 가스의 온도는 통상의 냉각 가스의 첨가로 약 850℃로 조정된다. 주로 석탄과 철 입자의 혼합물로 이루어진 솔리드는 계속해서 고온 싸이클론에서 분리된다. 이 솔리드가 높은 마찰성을 가지기 때문에 종래 세광통 시스템은 고가의 디자인을 요할 뿐만 아니라 높은 마모를 당한다. 솔리드는 이젝터, 즉 배치와이스(batchwise)로 불연속적으로 운반되므로, 분진 버너의 연속적인 작동 모드는 확보되지 않으며 분진 버너의 효과는 감소된다. 솔리드는 용기로 채워질 때 정착되고, 분진 흐름은 차단될 수 있다.

캐리어 가스에 의해 반응로로부터 방출된 미립자 솔리드를 재순환하기 위한 방법은 EP-A-0 278 287에 알려져 있다. 이 방법은 솔리드 분리기내에 수용하는 솔리드는 수집 탱크로 이송되고 여기에 수집된다. 수집 탱크는 이 경우에 보상 탱크로서 작용하며, 이로부터 솔리드는 반응로로부터 직접 회수된 고온 반응기 가스에 의해 회수되고, 이젝터를 통해서 반응로로 바로 재순환된다. 수집 탱크에서 솔리드는 정착되고 솔리드 흐름은 특히, 반응로로부터 직접 회수된 고온 캐리어 가스에 의해 차단되며. 솔리드의 케이킹 및 부분적인 용융을 이르킬 것이다. 이 종래의 방법에서 이젝터는 반응로와 직접 개방한다.

본 발명의 목적은 이들 단점 및 어려움을 방지하고, 부품의 이동 없이 솔리드의 재순환, 그러므로 높은 마찰을 받으며 열응력의 변경을 허용하며, 특히 재순환이 연속적이고 제어된 방식으로 수행되어야 하고 솔리드 분리기 출구와 반응로사이의 차압이 어떠한 문제점 없이 극복되어야 하는, 방법뿐만 아니라 이 방법을 실행하는 장치에서 발생하는 기계적 문제점을 해결하는 것이다.

본 발명은 반응로, 특히 용융 환원로로부터 방출된 미립자 솔리드, 특히 석탄과 철 입자를 반응로의 배출점에서 반응로의 재순환점으로 캐리어 가스에 의해 재순환하기 위한 방법 뿐만 아니라 이 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것으로, 여기서 솔리드는 솔리드 분리기, 특히 싸이클론내에서 분리되고 계속해서 캐리어 가스에 의해 반응로내에 재순환되고, 솔리드 분리기와 재순환 점사이의 차압을 유지하고, 산소의 공급하에서 반응로로 들어갈 때 적어도 부분적으로 기화되거나 연소된다.

아래에, 본 발명은 도면에 도시한 실시예에 의해 보다 상세히 설명되어 있다.

도 1은 종래 솔리드 재순환 시스템의 한 상태의 총괄적인 레이아웃을 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 따른 솔리드 재순환을 도시하는 대략도.

상술한 형태의 방법에서, 이러한 문제점은 이젝터 작용하에서 추진 가스에 의해 분리된 솔리드를 직접 그리고 연속적으로 배기하고, 이를 가속하여 반응로로 이송함으로써 해결된다. 본 발명에 따라서, 그러므로 완전히 개방된 라인은 어떠한 유지 구역과 저장 배플없이 정상 작동 상태에서 솔리드 분리기와 반응로사이에 제공된다. 추진 가스는 솔리드 분리기가 분산되어 있는 약간의 캐리어 가스와 함께 솔리드 분리기로부터 바로 솔리드를 흡수한다. 이것은 솔리드가 일정하게 모션을 취하게 하여 정착을 허용하지 않게 보장한다. 입자의 접착 위험과 따라서 분진 흐름의 차단은 믿을 만큼 방지된다.

추진 가스의 유속은 솔리드 재순환의 높은 작동 안정성을 보장하기 위해서 양호하게 음속(초임계의 압력비로)보다 같거나 커야 한다.

양호하게, 추진 가스로서 질소 및/또는 냉각 및 정화 처리 가스를 사용하는 것이다.

양호한 실시예에 따라서, 냉각 및 정화 처리 가스는 CO 및 H₂함유 환원 가스로 이루어진다.

본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 장치로서, 반응로, 특히 용융 환원로와, 반응로로부터 분기하고 솔리드 분리기, 특히 싸이클론으로 이어지고, 분리된 솔리드를 이젝터로 이송하는 솔리드 배출 덕트가 분기하는 가스 배출 덕트와 이젝터로부터 반응로까지 이어지고 분진 버너를 통해서 반응로로 개방하는 솔리드 재순환 덕트를 포함하는 장치에서는, 솔리드 분리기는 솔리드 재순환 덕트와 연결되고, 그러므로 연결선에 의해 이젝터를 통해서 분진 버너와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 한다. 본 발명에 따른 장치의 설정은 간단하고 복잡하지 않으며, 정상 작동동안 완전히 자유로운 솔리드 흐름을 허용하고, 솔리드가 직접 그리고 연속적으로 배기되면, 솔리드 분리기의 효과를 개선하여 많은 환원 분진을 없애버리는 결과를 가져온다. 본 발명에 따른 장치의 간단한 설정은 장치의 매우 낮은 유지비와 높은 이용도와 성능을 보장한다.

큰 입자, 예를 들어 조대한 석탄 및 코크 괴철을 분리하기 위해서, 조대한 필터는 양호하게 솔리드 분기기의 하류에 연결되어 있다.

분진 재순환 라인내에 교란이 있는 경우에 솔리드 분리를 직접 방해하지 않기 위해서, 본 발명의 양호한 실시예에 따라서, 솔리드 분리기의 하류에 솔리드 탱크가 연결되어 있으며, 여기에 솔리드 배출 덕트로의 이송시 유동화 요소가 제공된다. 이 솔리드 탱크는 정상 작동동안 작동하지 않는다. 즉, 솔리드는 이 탱크내에서 자유 낙하에 의해 자유롭게 분산된다.

솔리드 흐름의 방해없이 예를 들어 솔리드 배출 덕트의 내화 라이닝으로부터 발생하는 대형 입자를 배출할 수 있게 하기 위해서, 이젝터는 차단 요소에 의해 폐쇄될 수 있는 배출홀이 제공되어 있는 백 탱크로서 설계된 솔리드 수집 탱크로 구성되어 있으며, 솔리드 수집 탱크에는 바닥의 영역내의 유동화 요소가 편리하게 제공되어 있다.

도 1에 도시한 종래 기술의 상태에 따라서, 석탄 기화에 의해 발생되고 계속해서 환원 가스로서 사용되는 오프 가스(off-gas)는 해면철을 용융하고 동시에 탄소 함유 재료로부터 환원 가스를 발생시키는 역활을 하는 용융 환원로(1)로서 설계된 반응로로부터 용융 환원로(1)의 상부 영역과 개방하는 가스 배출 덕트(2)를 통해서 배출된다. 분말형태의 솔리드의 미립자는 오프 가스에 의해 포획되면, 솔리드용 캐리어 가스로 작용하는 오프 가스는 양호하게 고온 싸이클론으로 설계되어 있는 솔리드 분리기(4)로 공급된다.

환원 가스가 용융 환원로(1)를 떠난 직후, 특정 냉각 가스는 냉각 가스 덕트(5)를 통해서 환원 가스에 공급되므로 환원 가스는 철광석의 연속적인 환원을 위한 양호한 온도를 가지며 고온 싸이클론(4)상의 초과의 온도 부하는 방지된다.

싸이클론(4)내에 분리된 솔리드는 침전하고 고온 싸이클론과 일체형인 싸이클론 용기(6)내에 수집된다. 솔리드는 추가로 하류에 연결된 용기 시스템을 통해서 배치와이스로 이송된다. 이 목적으로, 슬라이드 밸브(10)는 솔리드 배출 파이프(9)로 연결하는 용기(6, 7, 8)사이에 배열되어 있다.

끝으로, 솔리드는 예를 들어, 측량 밸브와 같은 측량 요소(11) 또는 다른 실시예에 따라서 회전 밸브(여기서 도시 생략)에 의해 가능한 균일하게 이젝터(12)에 투여된다. 파이프(13)를 통해서 공급되는, 추진 가스로서 예, N₂로 작동되는 이젝터(12)는 분진 버너(15)와 개방하는 솔리드 재순환 덕트(14)를 통해서 용융 환원로(1)로 솔리드를 이송한다. 산소는 산소 공급 덕트(16)를 통해서 분진 버너(15)로 공급된다.

분진의 C-물질이 연소/기화되면, 솔리드의 나머지 불활성 물질(Fe, 석탄재, CaO, SiO₂등)은 괴상화한다. 솔리드 입자의 괴상화는 반응로를 나오는 가스에 의해 솔리드 입자의 배출을 방해 한다. 이들은 반응로의 바닥을 향해 침전되고 예 용융 또는 슬래그로서 회수된다.

이런 형태의 솔리드 재순환은 높은 유지 비용을 포함한다. 솔리드 재순환에서의 특정 문제점은 용기(6 내지 10) 시스템, 즉 배치와이스 분진 이송과 솔리드의 투여량에 있다. 도 1에 도시한 솔리드 재순환의 다른 단점은 개별 솔리드 용기(6 내지 10)가 다시 반응로(1)내에서 일어나는 처리공정의 가스 시스템에 대해서 밸브를 오프해야 한다는 것이다. 시스템 압력, 즉 용융 환원로(1)내, 그리고 또한 용융 환원로(1)내에 발생된 환원 가스가 공급되어 있는, 도시하지 않은 아래의 환원 로내에서 압력이 적절하게 변하면, 큰 압력차는 다시 발생하며, 이것은 가스 흐름과 조합하여 슬라이드 밸브(10)의 큰 마모를 야기한다. 이들 압력차의 변동을 막기 위해서, 종래 장치에서 상세히 도시하지 않은 압력 보상 파이프는 한편으로 솔리드 용기(6, 7, 8)사이에 요구되고, 다른 한편으로 용융 환원로(1)의 가스 시스템과 환원 용기사이에 요구된다.

도 2는 본 발명에 따른 분진 재순환 시스템을 도시한다. 고온 싸이클론(4)내에 분리된 솔리드는 싸이클론 출구(17)에 일체인 용기(18)로 이송된다. 내화 라이닝이 제공되어 있는 이 용기(18)내에, 경사 그레이트(19)가 설치되어 있으며, 이는 석탄 또는 코크 괴철과 같은 대형 입자를 분리하는 작용을 하고, 이들 대형 입자는 필요한 경우에 탭홀(20)을 통해서 용기로부터 회수된다. 고온 싸이클론(4)으로부터, 자유 낙하에 의해 분산되는, 정상 작동동안 기능을 하지 않은 용기(18)내의 솔리드는 다운파이프로서 설계된 솔리드 배출 파이프(9)를 통해 이젝터(12)에 에 흡수된다. 다운파이프(9)는 막힘을 피하기 위해서 원형형이거나 하향으로 팽창하는 테이퍼진 형상이다. 다운파이프에는 편리하게, 또한 내화 라이닝이 제공되어 있다. 이젝터(12)로부터, 솔리드 재순환 덕트(14)는 분진 버너(15)로 이어져 있다.

이젝트(12)는 초임계의 압력비에서 적당하게 작동되며, 즉, 이젝터와 파이프(13)를 통해 공급된 추진가스의 속도는 음속과 같거나 빠르다. 냉각 환원 가스와 같은 예, 질소 또는 냉각 가스는 추진가스로서 사용될 수 있다. 추진 노즐(22)바로 아래에 있는, 이젝터 하우징(21)은 수집 탱크(23)로 변하며, 여기서 막힘을 야기할 수 있는 라이닝의 파편 또는 조각과 같은 조대한 입자를 잡는다. 조대한 입자를 배출할 수 있게, 수집 탱크(23)의 바닥(24)에는 차단 요소(25) 또는 압력 슬루우스(도시 생략)를 가진 출구가 제공되어 있다.

입자의 회수를 용이하게 하기 위해서, 환형 노즐과 같은 유동화 요소(26), 내화재로 만든 정화 요소, 소결재로 만든 요소, 자체 밀폐 밸브의 형태의 노즐 등은 탱크 바닥(24)에 제공될 수 있다. 유동화 가스는 동시에 이젝터(12)의 제 2 가스로서 작동할 수 있다. 유동화는 미립자가 이젝터에 의해 배기될 수 있고 취출될 수 있어 단지 조대한 입자만 축적하는 방식으로 조정된다.

본 발명에 따른 장치에서, 다운파이프(9)의 입구와 분진 버너(15)의 상류에 있는 차단 요소(27)는 단지 수선 및 보수를 위해 제공된다. 작동동안 약간의 문제가 일어나는 경우, 고온 싸이클론(4)의 하류에 연결된 용기(18)는 버퍼 탱크로서 작용할 수 있으며, 차단 요소(27)가 폐쇄된다. 비상시 솔리드의 정착을 방지하기 위해서, 유동화 요소(26)는 또한 탱크 출구(28)에, 즉 다운파이프(9)로의 전이부에 제공된다.

본 발명은 상술한 실시예에 제한되지 않지만 다양한 특징으로 개량될 수 있다. 본 발명은 용융 환원로에 뿐만 아니라 솔리드가 오프 가스에 의해 배출되는 어떠한 형태의 반응로(1)에도 적용가능하다.

Claims (12)

1. 반응로(1), 특히 용융 환원로로부터 방출된 석탄 및 철입자와 같은 미립자 솔리드를 반응로(1)의 배출점(도면부호 2에 있음)에서 반응로(1)의 재순환점(도면부호 15에 있음)으로 캐리어 가스에 의해 재순환하기 위한 방법으로서, 상기 솔리드는 솔리드 분리기(4), 특히 싸이클론내에서 분리되고 계속해서 캐리어 가스에 의해 반응로(1)내에 재순환되고, 상기 솔리드 분리기(4)와 재순환 점(도면부호 15에 있음)사이의 차압을 유지하고, 산소의 공급하에서 반응로(1)로 들어갈 때 적어도 부분적으로 기화되거나 연소되는 방법에 있어서,

   상기 솔리드 분리기에서 분리된 솔리드는 이젝터 작용하에서 추진 가스에 의해 상기 솔리드 분리기(4)로부터 직접 그리고 연속적으로 배기, 가속 및 반응로(1)로 이송되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 추진 가스의 흐름의 속도는 솔리드와 접촉할 때 음속과 같거나 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 솔리드는 분리후 여과되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한항 또는 몇 몇항에 있어서, 상기 솔리드는 솔리드 분리기(4)를 나온후 유동화되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1항 내지 제 4항중 어느 한 항 또는 몇 몇항에 있어서, 상기 추진 가스로서 질소 및/또는 냉각 및 정화 처리 가스가 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 5항에 있어서, 상기 냉각 및 정화 처리 가스는 CO 및 H₂함유 환원 가스로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1항 내지 제 6항중 어느 한 항 또는 몇 몇항에 따른 방법을 수행하기 위한 장치로서, 반응로(1), 특히 용융 환원로와, 반응로(1)로부터 분기하고 솔리드 분리기(4), 특히 싸이클론으로 이어지고, 분리된 솔리드를 이젝터(12)로 이송하는 솔리드 배출 덕트(9)가 분기하는 가스 배출 덕트(2)와 상기 이젝터(12)로부터 상기 반응로(1)까지 이어지고 분진 버너(15)를 통해서 반응로로 개방하는 솔리드 재순환 덕트(14)를 포함하는 장치에 있어서,

   상기 솔리드 분리기(4)는 솔리드 재순환 덕트(14)와 연결되고, 그러므로 연결선에 의해 이젝트(12)를 통해서 분진 버너(15)와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제 7항에 있어서, 상기 솔리드 분리기(4)의 하류에 조대한 필터(9)가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 상기 솔리드 분리기(4)의 하류에 솔리드 탱크(18)가 연결되고, 상기 솔리드 탱크에는 솔리드 배출 덕트로의 이송시 유동화 요소(26)가 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제 7항 내지 제 9항중 어느 한 항 또는 몇 몇항에 있어서, 상기 이젝터(12)는 차단 요소(25)에 의해 폐쇄될 수 있는 배출홀이 제공되어 있는 백 탱크로서 설계된 솔리드 수집 탱크(23)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
11. 제 10항에 있어서, 상기 솔리드 수집 탱크(23)의 바닥(24)의 영역에는 유동화 요소(26)가 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
12. 제 7항 내지 제 11항중 어느 한 항 또는 몇 몇항에 있어서, 상기 솔리드 배출 덕트(9)는 상기 이젝터(12)를 향해 솔리드 탱크(18)로부터 팽창되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.