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WO2013035998A2 - 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조장치 및 그의 제조방법 - Google Patents

일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조장치 및 그의 제조방법 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a syngas production apparatus, and more particularly, to a syngas production apparatus including carbon monoxide and hydrogen using a steelmaking process gas.
  • CO 2 carbon dioxide
  • an object of the present invention is to provide a syngas production apparatus including carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ) by reacting carbon dioxide generated in an integrated steelmaking process with methane.
  • Synthetic gas production apparatus comprising carbon monoxide and hydrogen using a steelmaking process gas according to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object is spaced apart from the first pretreatment device of the methane-containing steel by-product gas And mixing the second pretreatment apparatus of the carbon dioxide-containing steel by-product gas, the methane-containing iron by-product gas treated by the first pretreatment apparatus, and the carbon dioxide-containing iron by-product gas treated by the second pretreatment apparatus.
  • Steam generating device for supplying steam to the gas, and reforming reactor receives the mixed gas supplied with the steam reforming to convert to a gas containing carbon monoxide and hydrogen.
  • the methane-containing steel by-product gas is characterized in that the COG (COKE OVEN GAS).
  • the carbon dioxide-containing steel by-product gas is characterized in that at least one selected from blast furnace flue gas, the flow reduction furnace flue gas of the Finex process, flue gas of the ironworks power plant and heating furnace flue gas and coke oven heating furnace flue gas for steel product production.
  • the carbon dioxide-containing steel by-product gas is characterized in that it further comprises an exhaust gas discharged from the reforming reactor.
  • the steam generator is characterized in that for receiving a heat source from the exhaust gas discharged from the reforming reactor.
  • the first pretreatment apparatus includes a first storage chamber for storing the methane-containing steel by-product gas, and a methane-containing steel by-product gas purification equipment discharged from the first storage chamber.
  • the first pretreatment apparatus includes a liquefied natural gas (LNG) blowing conduit for additionally supplying methane to the methane-containing steel by-product gas discharged from the first storage chamber, and a desulfurization facility for removing sulfur from the liquefied natural gas. It further includes.
  • LNG liquefied natural gas
  • the second pretreatment apparatus includes a second storage chamber for storing the carbon dioxide-containing steel by-product gas, and a carbon dioxide-containing steel by-product gas purification equipment discharged from the second storage chamber.
  • the second pretreatment apparatus further includes a carbon dioxide separation apparatus for separating carbon dioxide from some or all of the purified carbon dioxide-containing steel by-product gas.
  • the carbon dioxide separation unit is characterized in that receiving a heat source from the exhaust gas discharged from the reforming reactor.
  • the syngas production apparatus including carbon monoxide and hydrogen further includes a boosting apparatus for boosting a mixed gas of the methane-containing steel by-product gas and the carbon dioxide-containing steel by-product gas.
  • a temperature raising device for raising the temperature of the boosted mixed gas to be suitable for a reaction temperature in the reforming reactor.
  • the temperature raising device is characterized in that for receiving a heat source from the exhaust gas discharged from the reforming reactor.
  • the syngas production apparatus including the carbon monoxide and hydrogen further includes a hydrogen production apparatus for producing hydrogen from some or all of the carbon monoxide-containing reducing gas produced by reforming the mixed gas in the reforming reactor.
  • the apparatus for producing hydrogen further includes a water gas shift reactor for amplifying the hydrogen content of the carbon monoxide-containing reducing gas, and a hydrogen separation device for separating hydrogen from the carbon monoxide-containing reducing gas in which the hydrogen is amplified.
  • the hydrogen production apparatus further includes a heat recovery device for cooling the reformed carbon monoxide-containing reducing gas.
  • the water gas shift reactor is characterized in that the steam is supplied from the steam generator.
  • Part of the hydrogen separated by the hydrogen separation device is characterized in that it is mixed with a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen reformed by the reforming reactor.
  • the carbon dioxide-containing exhaust gas discharged from the hydrogen separation device is mixed with the carbon dioxide-containing steel by-product gas.
  • the molar ratio of methane, carbon dioxide, and steam in the mixed gas supplied to the reforming reactor is 0 ⁇ H 2 O / CO 2 ⁇ 5, 0.1 ⁇ (H 2 0+ CO 2 ) / CH 4 ⁇ 5 is satisfied.
  • Iron ore reduction system can reduce the iron ore by supplying a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen produced by the synthesis gas production apparatus to the iron ore reduction device.
  • the iron ore reduction device is characterized in that the flow reduction furnace of the blast furnace (Fine furnace) or Finex process.
  • Synthetic gas production method comprising carbon monoxide and hydrogen according to another embodiment of the present invention for achieving the above object is a pre-treatment of methane-containing steel by-product by-product, pre-treatment of carbon dioxide-containing steel by-product by gas, pre-treated Generating a mixed gas by mixing a methane-containing steel by-product gas and a carbon dioxide-containing steel by-product gas, and then boosting the gas at a constant pressure, raising the temperature of the boosted mixed gas to a constant temperature, and converting the elevated gas into a reforming reactor. Feeding and reforming to a gas comprising carbon monoxide and hydrogen.
  • the pretreatment of the methane-containing steel by-product gas may include purifying the methane-containing steel by-product gas and mixing liquefied natural gas (LNG) with the purified methane-containing steel by-product gas.
  • LNG liquefied natural gas
  • the methane-containing steel by-product gas is characterized in that the COG (COKE OVEN GAS).
  • the pre-treatment of the carbon dioxide-containing steel by-product gas may include purifying the carbon dioxide-containing steel by-product gas, and separating carbon dioxide from some or all of the purified carbon dioxide-containing steel by-product gas.
  • the carbon dioxide-containing steel by-product gas is characterized in that at least one selected from blast furnace flue gas, the flow reduction furnace flue gas of the Finex process, flue gas of steelworks power generation equipment and a furnace flue gas and coke oven heating furnace flue gas for steel product production.
  • the carbon dioxide-containing steel by-product gas is characterized in that it further comprises an exhaust gas discharged from the reforming reactor.
  • Synthesis gas production method comprising the carbon monoxide and hydrogen further comprises the step of supplying steam to the heated mixture gas.
  • the syngas production method comprising the carbon monoxide and hydrogen further comprises the step of producing hydrogen from some or all of the reformed carbon monoxide-containing reducing gas.
  • the production of hydrogen includes cooling the carbon monoxide-containing reducing gas, converting the cooled carbon monoxide-containing reducing gas into a water gas sheet, and separating hydrogen from the water gas sheet converted reducing gas. .
  • the hydrogen produced is characterized in that it is mixed with the reformed gas.
  • Iron ore reduction method can reduce the iron ore by supplying a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen produced by the production method to the iron ore reduction apparatus.
  • the iron ore reducing device is characterized in that the blast furnace or the flow reduction furnace of the Finex process.
  • the carbon dioxide generated in the integrated steelmaking process is reacted with methane to produce a synthesis gas containing carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ) to recycle to iron ore reduction or use in the production of dimethyl ether (DME), etc.
  • a synthesis gas containing carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ) to recycle to iron ore reduction or use in the production of dimethyl ether (DME), etc.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a system diagram of a syngas production apparatus including carbon monoxide and hydrogen using a steelmaking process gas according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a manufacturing process diagram of a synthesis gas including carbon monoxide and hydrogen using a steelmaking process gas according to the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a system diagram of a syngas production apparatus including carbon monoxide and hydrogen using a steelmaking process gas according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a system diagram of a syngas production apparatus including carbon monoxide and hydrogen using a steelmaking process gas according to an embodiment of the present invention.
  • Synthetic gas production apparatus comprising carbon monoxide and hydrogen using a steelmaking process gas according to an embodiment of the present invention
  • the first pretreatment device 10 of the methane-containing iron by-product gas the second pretreatment of carbon dioxide-containing iron by-product gas Steam is added to a mixed gas in which the methane-containing steel by-product gas treated by the apparatus 20 and the first pretreatment apparatus 10 and the carbon dioxide-containing iron by-product gas treated by the second pretreatment apparatus 20 are mixed.
  • Reducing iron ore by using a steam generator 30 for supplying, a reforming reactor 40 for reforming the mixed gas supplied with the steam to a reducing gas containing carbon monoxide, and a reducing gas containing carbon monoxide.
  • Iron ore reduction device 50 is included.
  • the first preliminary treatment apparatus 10 includes a first storage chamber 13 for storing the methane-containing iron by-product gas, and a methane-containing iron by-product gas purification equipment 15 discharged from the first storage chamber 13. ).
  • the methane-containing steel by-product gas may be supplied directly through the gas conduit without the first storage chamber 13.
  • the first preliminary treatment apparatus 10 includes a liquefied natural gas (LNG) blowing conduit 17 for additionally supplying methane to the methane-containing steel by-product gas discharged from the first storage chamber 13, and It may further include a desulfurization facility 19 for removing sulfur from the liquefied natural gas.
  • LNG liquefied natural gas
  • the methane-containing steel by-product gas includes a by-product gas containing a large amount of methane (CH4), such as coke oven gas (COG) in an integrated steelmaking process.
  • CH4 methane
  • COG coke oven gas
  • Coke oven gas includes hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, nitrogen, tar and the like in addition to methane.
  • This by-product gas contains tar, sulfur, dust, etc., which can be poisoned in the catalyst in the reforming reactor 40 described below, and is removed through an appropriate purification facility 15.
  • an additional methane-containing gas for example, liquefied natural gas ( LNG) can be mixed with the purified methane-containing steel off-gas.
  • the mixing ratio of the LNG supplied from the outside and the methane-containing by-product gas may be mixed in consideration of the supply and demand situation of the by-product gas generated in the steel mill and the supply and demand situation of the liquefied natural gas. Therefore, it is also possible when the proportion of the by-product gas in the steel mill is 100% or when the external supplied liquefied natural gas is 100%.
  • a desulfurization facility 19 for removing sulfur contained in the liquefied natural gas may be added.
  • the second preliminary treatment apparatus includes a second storage chamber 23 for storing the carbon dioxide-containing iron by-product gas, and a carbon dioxide-containing iron by-product gas purification equipment 25 discharged from the second storage chamber 23.
  • the carbon dioxide-containing steel by-product gas may be supplied directly through a pipe without being stored in the second storage chamber 23.
  • the carbon dioxide-containing steel by-product gas is a blast furnace offgas generated in an integrated steelmaking process, a flue gas in a flow reduction furnace of a FINEX process, a flue gas of a steel plant power generation facility, a furnace flue gas for producing steel products, and a coke oven. It includes furnace flue-gases, which contain large amounts of carbon dioxide.
  • the carbon dioxide-containing steel by-product gas is removed through appropriate purification to remove tar, sulfur, dust, and the like, which may be poisonous substances in the catalyst of the reforming reactor 40.
  • the purified carbon dioxide-containing by-product gas contains a large amount of inert gas such as nitrogen which is not involved in the reduction reaction of iron ore
  • the concentration of the inert gas may be reduced by separating carbon dioxide using a carbon dioxide separator 27 using a method, a membrane method, and then mixing the carbon dioxide with a by-product gas.
  • the iron ore reduction device 50 After producing the mixed gas by mixing the purified methane-containing iron by-product gas and carbon dioxide-containing iron by-product gas, the iron ore reduction device 50, for example, a blast furnace, the flow reduction furnace operation of the Finex process using a compressor It can boost the pressure up to 3 ⁇ 10Barg.
  • the boosted mixed gas is heated to 600 to 1,000 ° C., which is a reaction temperature in the reforming reactor 40 described below using a heater and a heat exchanger.
  • 600 to 1,000 ° C. which is a reaction temperature in the reforming reactor 40 described below using a heater and a heat exchanger.
  • part or all of the heat amount required for the temperature increase may be supplied through a suitable heat exchange from the hot exhaust gas generated in the reforming reactor 40.
  • Some or all of the heat required for the production of steam may be supplied through appropriate heat exchange from the hot exhaust gas generated in the reforming reactor 40.
  • the molar ratio of methane, carbon dioxide, and steam supplied to the reforming reactor 40 is preferably 0 or more and 5 or less for H 2 O / CO 2 , and 0.1 or more and 5 for (H 2 0 + CO 2 ) / CH 4 .
  • the following is preferable.
  • the main reforming reaction in the reforming reactor 40 is as follows.
  • the carbon dioxide generated in the steel mill can be regenerated as carbon monoxide through the reaction formula (1) and recycled to the reducing gas, so that the carbon dioxide generated in the steel mill can be greatly reduced.
  • the amount of heat required for the reaction can be supplied by combustion of fuel in the outer jacket of the reactor.
  • the high-temperature exhaust gas is discharged to the outside of the reactor can be used as a steam generator, the temperature of the mixed gas, the amount of heat required for carbon dioxide separation.
  • the reforming reactor 40 may be a fixed bed or a fluidized bed reactor.
  • the reforming catalyst is disposed in a state filled with the reactor, and in the fluidized bed reactor, the reforming reaction occurs while the catalyst flows inside the flow reactor.
  • platinum or nickel-based materials may be used as the catalyst in the reforming reactor.
  • the reformed reducing gas produced in the reforming reactor 40 maintains a pressure of 3 to 10 barg and a temperature of 600 to 1,000 ° C., and thus can be used as a reducing gas of the blast furnace and the fluid reduction reactor without additional equipment.
  • the hydrogen production apparatus 80 includes a water gas shift reactor 83 for amplifying the hydrogen content of the carbon monoxide-containing reducing gas, and a hydrogen separation device 85 for separating hydrogen from the hydrogen-amplified carbon monoxide-containing reducing gas. It may further include.
  • a part of the reformed reducing gas is cooled to 200-450 ° C. through a heat recovery device 81, and then the content of hydrogen in the reducing gas is reduced by using a water gas shift reactor (WGSR).
  • WGSR water gas shift reactor
  • hydrogen may be separated through a hydrogen separation device 85 using a pressure swing adsorption (PSA) method or a membrane method.
  • PSA pressure swing adsorption
  • the steam produced by the steam generator may be supplied to the water gas shift reactor 83 to amplify the amount of hydrogen.
  • the separated hydrogen gas may be supplied to the external hydrogen market or mixed with the reformed reducing gas to increase the content of hydrogen in the reducing gas.
  • the production rate of molten iron and reduced iron can be improved by improving the iron ore reduction rate by hydrogen.
  • the carbon dioxide-containing flue gas generated in the hydrogen separation device 85 may be mixed with carbon dioxide-containing steel by-product gas to generate a reformed reducing gas.
  • FIG. 2 is a manufacturing process diagram of a synthesis gas including carbon monoxide and hydrogen using a steelmaking process gas according to the present invention.
  • Synthetic gas production method comprising carbon monoxide and hydrogen using a steelmaking process gas according to an embodiment of the present invention is a step of pre-treatment of methane-containing steel by-product gas, pre-treatment of carbon dioxide-containing iron by-product gas, pre-treated methane Generating a mixed gas by mixing the containing iron by-product gas and the carbon dioxide-containing iron by-product gas, and then raising the pressure to a predetermined pressure, raising the temperature of the boosted mixed gas to a predetermined temperature, and reforming the elevated mixed gas to a reactor (40). And reforming the gas into a gas containing carbon monoxide and hydrogen.
  • the preliminary treatment of the methane-containing steel by-product gas may include: purifying the methane-containing steel by-product gas; And carbon monoxide and hydrogen including mixing liquefied natural gas (LNG) with the purified methane-containing steel by-product gas.
  • LNG liquefied natural gas
  • the methane-containing steel by-product gas is characterized in that the COG (COKE OVEN GAS).
  • the pre-treatment of the carbon dioxide-containing steel by-product gas is a step of purifying the carbon dioxide-containing steel by-product gas; And separating carbon dioxide from some or all of the purified carbon dioxide-containing steel by-product gas.
  • the carbon dioxide-containing steel by-product gas is characterized in that at least one selected from blast furnace flue gas, the flow reduction furnace flue gas of the Finex process, flue gas of steelworks power generation equipment and a furnace flue gas and coke oven heating furnace flue gas for steel product production.
  • the carbon dioxide-containing steel by-product gas further includes a flue gas discharged to the reforming reactor.
  • Synthesis gas production method comprising the carbon monoxide and hydrogen further comprises the step of supplying steam to the heated mixture gas.
  • the syngas production method comprising the carbon monoxide and hydrogen further comprises the step of producing hydrogen from some or all of the reformed carbon monoxide-containing reducing gas.
  • the production of hydrogen may include cooling the carbon monoxide-containing reducing gas; Converting the cooled carbon monoxide-containing reducing gas into a water gas sheet; And separating hydrogen from the water gas sheet converted reducing gas.
  • Syngas comprising carbon monoxide and hydrogen may be used for the production of reducing gas or dimethyl ether (DME) for iron ore reduction.
  • DME dimethyl ether
  • FIG. 3 is a view showing an iron ore reduction system for reducing iron ore using a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen using a steelmaking process gas according to an embodiment of the present invention.
  • Iron ore reduction method can reduce the iron ore by supplying a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen produced by the synthesis gas production method to the iron ore reduction device.
  • the iron ore reduction device is characterized in that the blast furnace or the flow reduction furnace of the Finex process.

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Abstract

일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조장치가 개시된다. 본 발명에 의한 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조장치는 메탄 함유 제철 부생가스의 제1 예비처리장치, 상기 제1 예비처리장치와 이격되어 배치된 이산화탄소 함유 제철 부생가스의 제2 예비처리장치, 상기 제1 예비처리장치에 의해 처리된 메탄 함유 제철 부생가스와 상기 제2 예비처리장치에 의해 처리된 이산화탄소 함유 제철 부생가스를 혼합시킨 혼합가스에 스팀을 공급하는 스팀 발생장치, 상기 스팀이 공급된 혼합가스를 공급받아 개질시켜 일산화탄소를 포함하는 환원가스로 변환시키는 개질 반응장치를 포함한다.

Description

일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조장치 및 그의 제조방법
본 발명은 합성가스 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제철 공정가스를 이용한 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조장치에 관한 것이다.
현재 일관 제철소에서 용철을 제조하는 공정은 주로 고로 공법에 의존하고 있으며 대부분 철광석의 환원제로 석탄에서 발생한 CO가스를 사용하고 있다.
한편, 일관 제철공정에서는 CH4/CO/H2를 포함한 다양한 부생가스가 발생되며 대부분 철강 제품생산을 위한 가열기, 전력생산을 위한 발전소등에 사용되고 있으며 사용된 제철 부생가스는 다량의 CO2를 포함한 폐가스 형태로 제철소에서 배출되고 있다.
따라서 현재 일관 제철소에서는 용철 제조공정, 철강제품 생산을 위한 가열공정, 필요전력 수급을 위한 제철소 발전공정에서 대량의 CO2가 발생하고 있다. 예를 들어, 1톤의 철강제품을 생산 하기 위해서는 약 2.18톤의 이산화탄소(CO2)가 발생한다.
현재 제철공정에서의 CO2발생을 줄이기 위해 용철생산 환원제비 저감을 포함한 공정 효율향상의 노력을 하고 있으나 고로 중심의 일관제철 공정의 공정효율은 이미 그 한계치에 도달해 있어 추가적인 CO2 저감이 매우 힘든 상황이다.
본 발명에서는 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 일관 제철공정에서 발생되는 이산화탄소를 메탄과 반응시켜 일산화탄소(CO) 및 수소(H2)를 포함하는 합성가스 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 제철 공정가스를 이용한 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조장치는 메탄 함유 제철 부생가스의 제1 예비처리장치, 상기 제1 예비처리장치와 이격되어 배치된 이산화탄소 함유 제철 부생가스의 제2 예비처리장치, 상기 제1 예비처리장치에 의해 처리된 메탄 함유 제철 부생가스와 상기 제2 예비처리장치에 의해 처리된 이산화탄소 함유 제철 부생가스를 혼합시킨 혼합가스에 스팀을 공급하는 스팀 발생장치, 상기 스팀이 공급된 혼합가스를 공급받아 개질시켜 일산화탄소 및 수소를 포함하는 가스로 변환시키는 개질 반응장치를 포함한다.
상기 메탄 함유 제철 부생가스는 COG(COKE OVEN GAS)인 것을 특징으로 한다.
상기 이산화탄소 함유 제철 부생가스는 고로 배가스, 파이넥스 공정의 유동환원로 배가스, 제철소 발전설비의 배가스 및 철강제품 생산을 위한 가열로 배가스 및 코크 오븐 가열로 배가스 중에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 이산화탄소 함유 제철 부생가스는 상기 개질 반응장치에서 배출되는 배가스를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 스팀 발생장치는 상기 개질 반응장치에서 배출되는 배가스로부터 열원을 공급받는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 예비처리장치는, 상기 메탄 함유 제철 부생가스를 저장하기 위한 제1 저장챔버, 및 상기 제1 저장챔버로부터 배출된 메탄 함유 제철 부생가스 정제설비를 포함한다.
상기 제1 예비처리장치는, 상기 제1 저장챔버에서 배출된 메탄 함유 제철 부생가스에 메탄을 추가적으로 공급하기 위한 액화천연가스(LNG) 취입 도관, 및 상기 액화천연가스로부터 황을 제거하기 위한 탈황설비를 더 포함한다.
상기 제2 예비처리장치는, 상기 이산화탄소 함유 제철 부생가스를 저장하기 위한 제2 저장챔버, 상기 제2 저장챔버에서 배출된 이산화탄소 함유 제철 부생가스 정제설비를 포함한다.
상기 제2 예비처리장치는, 정제된 상기 이산화탄소 함유 제철 부생가스의 일부 또는 전부로부터 이산화탄소를 분리하기 위한 이산화탄소 분리장치를 더 포함한다.
상기 이산화탄소 분리장치는 상기 개질 반응장치에서 배출되는 배가스로부터 열원을 공급받는 것을 특징으로 한다.
일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조장치는 상기 메탄 함유 제철 부생가스와 이산화탄소 함유 제철 부생가스가 혼합된 혼합가스를 승압하기 위한 승압장치를 더 포함한다.
상기 승압된 혼합가스를 상기 개질 반응장치 내의 반응온도에 적합하도록 승온시키기 위한 승온장치를 더 포함한다.
상기 승온장치는 상기 개질 반응장치에서 배출되는 배가스로부터 열원을 공급받는 것을 특징으로 한다.
상기 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조장치는 상기 개질 반응장치에서 혼합가스를 개질시켜 제조된 일산화탄소 함유 환원가스의 일부 또는 전부로부터 수소를 제조하기 위한 수소 제조장치를 더 포함한다.
상기 수소 제조장치는, 상기 일산화탄소 함유 환원가스의 수소 함량을 증폭시키기 위한 수성가스 시프트 반응기, 및 상기 수소가 증폭된 일산화탄소 함유 환원가스로부터 수소를 분리하기 위한 수소 분리장치를 더 포함한다.
또한, 상기 수소 제조장치는, 개질된 상기 일산화탄소 함유 환원가스를 냉각시키기 위한 열회수장치를 더 포함한다.
상기 수성가스 시프트 반응기는 상기 스팀 발생장치로부터 스팀을공급받는 것을 특징으로 한다.
상기 수소 분리장치에 의해 분리된 수소의 일부는 상기 개질 반응장치에 의해 개질된 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스와 혼합되는 것을 특징으로 한다.
상기 수소 분리장치에서 배출된 이산화탄소 함유 배가스는 상기 이산화탄소 함유 제철 부생가스와 혼합되는 것을 특징으로 한다.
상기 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조장치는 상기 개질 반응장치에 공급되는 상기 혼합가스 중의 메탄, 이산화탄소, 스팀의 몰비율이 0 ≤ H2O/CO2 ≤ 5, 0.1 ≤ (H20+CO2)/CH4 ≤ 5 를 만족시킨다.
본 발명의 일 실시예에 의한 철광석 환원시스템은 상기 합성가스 제조장치에 의해 제조된 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스를 철광석 환원장치에 공급하여 철광석을 환원시킬 수 있다.
상기 철광석 환원장치는 고로(blast furnace) 또는 파이넥스 공정의 유동환원로인 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의한 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조방법은 메탄 함유 제철 부생가스 예비처리하는 단계, 이산화탄소 함유 제철 부생가스 예비처리하는 단계, 예비처리된 상기 메탄 함유 제철 부생가스와 이산화탄소 함유 제철 부생가스를 혼합하여 혼합가스를 생성한 후 일정압력으로 승압하는 단계, 상기 승압된 혼합가스를 일정온도로 승온하는 단계, 상기 승온된 혼합가스를 개질 반응장치에 공급하여 일산화탄소 및 수소를 포함하는 가스로 개질시키는 단계를 포함한다.
상기 메탄 함유 제철 부생가스 예비처리하는 단계는, 메탄 함유 제철 부생가스를 정제하는 단계, 및 상기 정제된 메탄 함유 제철 부생가스에 액화천연가스(LNG)를 혼합하는 단계를 포함한다.
상기 메탄 함유 제철 부생가스는 COG(COKE OVEN GAS)인 것을 특징으로 한다.
상기 이산화탄소 함유 제철 부생가스 예비처리하는 단계는, 이산화탄소 함유 제철 부생가스를 정제하는 단계, 및 상기 정제된 이산화탄소 함유 제철 부생가스의 일부 또는 전부로부터 이산화탄소를 분리하는 단계를 포함한다.
상기 이산화탄소 함유 제철 부생가스는 고로 배가스, 파이넥스 공정의 유동환원로 배가스, 제철소 발전설비의 배가스 및 철강제품 생산을 위한 가열로 배가스 및 코크 오븐 가열로 배가스 중에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 이산화탄소 함유 제철 부생가스는 상기 개질 반응장치에서 배출되는 배가스를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조방법은 상기 승온된 혼합가스에 스팀을 공급하는 단계를 더 포함한다.
상기 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조방법은 개질된 상기 일산화탄소 함유 환원가스의 일부 또는 전부로부터 수소를 제조하는 단계를 더 포함한다.
상기 수소의 제조는 상기 일산화탄소 함유 환원가스를 냉각시키는 단계, 상기 냉각된 일산화탄소 함유 환원가스를 수성가스 시트프 변환하는 단계, 및 상기 수성가스 시트프 변환된 환원가스로부터 수소를 분리하는 단계를 포함한다.
상기 제조된 수소는 상기 개질된 가스와 혼합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 철광석 환원방법은 상기 제조방법에 의해 제조된 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스를 철광석 환원장치에 공급함으로써 철광석을 환원시킬 수 있다.
상기 철광석 환원장치는 고로 또는 파이넥스 공정의 유동환원로인것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 일관 제철공정에서 발생하는 이산화탄소를 메탄과 반응시켜 일산화탄소(CO) 및 수소(H2)를 포함하는 합성가스를 제조하여 철광석 환원에 재활용하거나 디메틸에테르(DME) 등의 제조에 이용함으로써 제철소에서 발생하는 이산화탄소 발생량을 대폭 저감할 수 있다.
도 1은 본원발명의 일 실시예에 의한 제철 공정가스를 이용한 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조장치의 계통도를 도시한 도면이다.
도 2는 본원발명에 의한 제철 공정가스를 이용한 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스의 제조공정도이다.
도 3은 본원발명에 다른 실시예에 의한 제철 공정가스를 이용한 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조장치의 계통도를 도시한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 제철 공정가스를 이용한 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조장치에 대하여 설명하기로 한다. 참고로 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본원발명의 일 실시예에 의한 제철 공정가스를 이용한 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조장치의 계통도이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 제철 공정가스를 이용한 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조장치는 메탄 함유 제철 부생가스의 제1 예비처리장치(10), 이산화탄소 함유 제철 부생가스의 제2 예비처리장치(20), 상기 제1 예비처리장치(10)에 의해 처리된 메탄 함유 제철 부생가스와 상기 제2 예비처리장치(20)에 의해 처리된 이산화탄소 함유 제철 부생가스를 혼합시킨 혼합가스에 스팀을 공급하는 스팀 발생장치(30), 상기 스팀이 공급된 혼합가스를 개질시켜 일산화탄소를 포함하는 환원가스로 변환시키는 개질 반응장치(40), 및 상기 일산화탄소를 포함하는 환원가스를 이용하여 철광석을 환원시키는 철광석 환원장치(50)를 포함한다.
상기 제1 예비처리장치(10)는, 상기 메탄 함유 제철 부생가스를 저장하기 위한 제1 저장챔버(13), 및 상기 제1 저장챔버(13)로부터 배출된 메탄 함유 제철 부생가스 정제설비(15)를 포함한다. 상기 메탄 함유 제철 부생가스는 상기 제1 저장챔버(13) 없이 직접 가스 도관을 통해 공급될 수 도 있다.
또한, 상기 제1 예비처리장치(10)는, 상기 제1 저장챔버(13)에서 배출된 메탄 함유 제철 부생가스에 메탄을 추가적으로 공급하기 위한 액화천연가스(LNG) 취입 도관(17), 및 상기 액화천연가스로부터 황을 제거하기 위한 탈황설비(19)를 더 포함할 수 있다.
상기 메탄 함유 제철 부생가스에는 일관 제철공정에서 코크스 오븐 가스(COG; COKE OVEN GAS)와 같은 메탄(CH4)을 다량 함유한 부생가스가 포함된다. 코크스 오븐 가스는 메탄 이외에 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 질소 및 타르(tar) 등을 포함한다.
이러한 부생가스에는 아래에 기술한 개질 반응장치(40) 내의 촉매에 피독물질이 될 수 있는 타르, 황, 더스트(dust) 등이 포함되어 있어 적절한 정제설비(15)를 거쳐 제거하게 된다.
부생가스의 정제에는 건식집진, 습식집진, 사이클론, H2S 제어, BTX 제어 등의 방법이 사용될 수 있다.
한편, 메탄 함유 제철 부생가스를 개질시켜 제조되는 환원가스의 발생량 및 환원가스 중의 환원성 가스(CO, H2)의 비율을 증가시키기 위해 추가적으로 외부에서 공급되는 메탄 함유 가스, 예를 들어 액화천연가스(LNG)를 정제된 메탄 함유 제철 부생가스와 혼합시킬 수 있다.
외부에서 공급되는 액화천연가스(LNG)와 메탄 함유 부생가스의 혼합 비율은 제철소에서 발생하는 부생가스의 수급상황 및 액화천연가스의 수급상황을 고려하여 혼합될 수 있다. 따라서, 제철소 부생가스의 비율이 100%인 경우 또는 외부 공급 액화천연가스가 100%인 경우도 가능하다.
액화천연가스를 공급하는 경우, 액화천연가스에 포함된 황의 제거를 위한 탈황설비(19)가 추가될 수 있다.
상기 제2 예비처리장치는, 상기 이산화탄소 함유 제철 부생가스를 저장하기 위한 제2 저장챔버(23), 상기 제2 저장챔버(23)에서 배출된 이산화탄소 함유 제철 부생가스 정제설비(25)를 포함한다. 상기 이산화탄소 함유 제철 부생가스는 제2 저장챔버(23)에 저장되지 않고 직접 도관(pipe)를 통해 공급될 수 도 있다.
상기 이산화탄소 함유 제철 부생가스는 일관 제철공정에서 발생하는 고로 배가스(blast furnace offgas), 파이넥스(FINEX) 공정의 유동환원로의 배가스, 제철소 발전설비의 배가스, 철강제품 생산을 위한 가열로 배가스, 코크 오븐 가열로 배가스를 포함하며 이러한 배가스에는 다량의 이산화탄소가 포함되어 있다.
상기 이산화탄소 함유 제철 부생가스를 적절한 정제공정을 거쳐 개질 반응장치(40)의 촉매에 피독물질이 될 수 있는 타르, 황, 더스트 등을 제거하게 된다.
또한, 정제된 이산화탄소 함유 부생가스에 철광석의 환원반응에 관여하지 않는 질소 등의 비활성 가스가 많은 경우, 하기에 기술할 개질 반응장치(40)에 의해 개질된 환원가스내의 환원성 가스(CO, H2) 농도를 저하시키고 개질 반응장치(40)에 필요 이상의 많은 열량이 소모되므로 상기 이산화탄소 함유 부생가스의 일부 혹은 전부의 정제된 이산화탄소 함유 제철 부생가스를흡수법, 압력순환흡착(PSA; Pressure Swing Adsorption)법, 멤브레인법 등을 이용한 이산화탄소 분리장치(27)을 이용하여 이산화탄소를 분리한 후 다시 이산화탄소 함유 부생가스와 혼합하는 방법으로 비활성 가스의 농도를 감소시킬 수 있다.
한편, 아민, 암모니아 등을 흡수액으로 이용하는 흡수법으로 이산화탄소를 분리할 경우 흡수액의 재생을 위하여 열량이 필요하며 이러한 열량은 개질 반응장치(40)에서 발생하는 고온의 배가스로부터 적절한 열교환을 통해 공급받을 수 있다.
정제된 상기 메탄 함유 제철 부생가스와 이산화탄소 함유 제철 부생가스를 혼합하여 혼합가스를 생성한 후 압축기를 이용하여 철광석 환원장치(50), 예를 들어 고로(blast furnace), 파이넥스 공정의 유동환원로 운전압력인 3~10Barg 까지 승압시킬 수 있다.
상기 승압된 혼합가스를 히터 및 열교환기를 이용하여 아래에 기술한 개질 반응장치(40)에서의 반응온도인 600~1,000℃ 까지 승온시키게 된다. 이경우, 승온에 필요한 열량의 일부 혹은 전부는 개질 반응장치(40)에서 발생하는 고온의 배가스로부터 적절한 열교환을 통해 공급될 수 있다.
한편, 메탄 함유 제철 부생가스와 이산화탄소 함유 제철 부생가스의 혼합가스를 승압 및 승온을 한 후, 스팀 발생기를 통해 생성된 스팀(steam)을 일부 혼합할 수 있다. 스팀을 메탄과 이산화탄소가 혼합된 혼합가스에 섞게 되면 개질 반응장치(40) 내에서 탄소(carbon)이 촉매층에 침적되는 것을 완화시킬 수 있으며 개질 반응시 수소 발생량이 증가될 수 있다.
스팀의 생산에 필요한 열량의 일부 혹은 전부는 개질 반응장치(40)에서 발생하는 고온의 배가스로부터 적절한 열교환을 통해 공급받을 수 있다.
개질 반응장치(40)로 공급되는 메탄, 이산화탄소, 스팀의 몰 비율은 H2O/CO2의 경우 0 이상 5 이하가 바람직하며 (H20+CO2)/CH4의 경우, 0.1 이상 5 이하가 바람직하다.
여기서, 스팀과 이산화탄소의 비율인 H2O/CO2 를 상기와 같이 한정한 것은 이산화탄소(CO2)의 재활용 측면에서 볼 때 스팀(H2O)을 공급하지않고 이산화탄소(CO2)만으로 메탄과 이산화탄소의 반응을 유도하는 것이 가장 유리하기 때문이다. 즉, H2O/CO2=0 으로 하는 것이 바람직하다.
그러나, CH4/CO2 만으로 반응을 유도하면 촉매층에 카본침적이 심하게 발생하여 반응기 운전에 악영향을 주게 되어 카본 침적을 방지하기위해 수분을 넣어주는 것이 유리하기 때문이다.
또한, H2O/CO2 비율을 5이하까지 상승시키면 촉매층의 카본침적을 충분히 방지할 수 있으나 그 이상으로는 카본 침적의 방지 효과가 포화상태에 이르기 때문이다.
한편, (H2O+CO2)/CH4 비율과 관련하여, 일반적으로 메탄(CH4)과 반응하는 스팀(H2O), 이산화탄소(CO2)의 비율이 높을수록 메탄(CH4)의 전환율이 높아진다. 그러나, 스팀(H2O), 이산화탄소(CO2)의 비율이 메탄(CH4) 대비 과도하게 높으면　공정효율 및 운전비용이 과도하게 증가하게 되므로, (H2O+CO2)/CH4 비율은 0.1이상 5이하인 것이 바람직하다.
개질 반응장치(40)에서의 주요 개질반응은 아래 식과 같다.
CH4 + CO2 → 2CO + 2H2 ···· (1)
CH4 + H2O → CO + 3H2 ···· (2)
제철소에서 발생되는 이산화탄소는 상기 반응식 (1)을 통해 일산화탄소로 재생되어 환원가스로 재활용 가능하므로 제철소 발생 이산화탄소을 대폭 저감시킬 수 있다.
위 반응식 (1), (2)의 개질반응들은 흡열반응이므로 반응에 필요한 열량은 반응기 외부 자켓에서 연료의 연소에 의해 공급될 수 있다. 이때 발생하는 고온의 배가스는 반응기 외부로 배출되어 스팀 발생기, 혼합가스의 승온, 이산화탄소 분리에 필요한 열량으로 사용될 수 있다.
상기 개질 반응장치(40)는 고정층(fixed bed) 또는 유동층 반응기가 사용될 수 있다. 고정층 반응기는 개질 촉매가 반응기 내부에 충진된 상태로 배치되어 있고, 유동층 반응기는 유동반응기 내부에서 촉매가 유동하면서 개질반응이 일어나게 된다.
상기 개질 반응장치내 촉매는 백금, 니켈 계열의 소재가 사용될 수있다.
개질 반응장치(40)에서 생산된 개질 환원가스는 압력 3~10Barg, 온도 600~1,000℃를 유지하고 있어 추가적인 장치없이 고로 및 유동환원로의 환원가스로 사용이 가능하다.
수소 제조장치(80)는, 상기 일산화탄소 함유 환원가스의 수소 함량을 증폭시키기 위한 수성가스 시프트 반응기(83), 및 상기 수소가 증폭된 일산화탄소 함유 환원가스로부터 수소를 분리하기 위한 수소 분리장치(85)를 더 포함할 수 있다.
보다 상세하게, 개질된 환원가스의 일부는 열회수장치(81)를 통해 200~450℃까지 냉각 후 수성가스 시프트 반응기(83)(WGSR; Water Gas Shift Reactor)를 이용하여 환원가스내 수소의 함량을 증폭시킨 후 압력순환흡착(PSA)법 또는 멤브레인법 등을 이용한 수소 분리장치(85)를 통해 수소를 분리시킬 수 있다.
상기 스팀 발생기에서 생산된 스팀은 수성가스 시프트 반응기(83)에 공급되어 수소량을 증폭시킬 수 있다.
수성가스 시프트 반응기(83)에서는 아래 반응식 (3)과 같이 환원가스 내의 일산화 탄소가 스팀과 반응하여 수소와 이산화탄소를 생성하게 된다.
CO + H2O → H2 + CO2 ···· (3)
분리된 수소가스는 외부 수소시장에 공급하거나 개질된 환원가스와 혼합하여 환원가스 내의 수소의 함량을 증대시킬 수 있다.
수소가 다량으로 함유된 환원가스를 고로 또는 파이넥스 공정의 유동환원로에 사용할 경우 수소에 의한 철광석 환원속도 개선으로 용철 및 환원철 생산 속도를 향상시킬 수 있다.
이때, 수소 분리장치(85)에서 발생하는 이산화탄소 함유 배가스는 이산화탄소 함유 제철 부생가스와 혼합되어 개질 환원가스를 생성하는 데 사용될 수 있다.
도 2는 본원발명에 의한 제철 공정가스를 이용한 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스의 제조공정도이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 제철 공정가스를 이용한 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조방법은 메탄 함유 제철 부생가스 예비처리하는 단계, 이산화탄소 함유 제철 부생가스 예비처리하는 단계, 예비처리된 상기 메탄 함유 제철 부생가스와 이산화탄소 함유 제철 부생가스를 혼합하여 혼합가스를 생성한 후 일정압력으로 승압하는 단계, 상기 승압된 혼합가스를 일정온도로 승온하는 단계, 상기 승온된 혼합가스를 개질 반응장치(40)에 공급하여 일산화탄소 및 수소를 포함하는 가스로 개질시키는 단계를 포함한다.
상기 메탄 함유 제철 부생가스 예비처리하는 단계는, 메탄 함유 제철 부생가스를 정제하는 단계; 및 상기 정제된 메탄 함유 제철 부생가스에 액화천연가스(LNG)를 혼합하는 단계를 포함하는 일산화탄소 및 수소를 포함한다.
이 경우, 상기 메탄 함유 제철 부생가스는 COG(COKE OVEN GAS)인 것을 특징으로 한다.
상기 이산화탄소 함유 제철 부생가스 예비처리하는 단계는, 이산화탄소 함유 제철 부생가스를 정제하는 단계; 및 상기 정제된 이산화탄소 함유 제철 부생가스의 일부 또는 전부로부터 이산화탄소를 분리하는 단계를 포함한다.
상기 이산화탄소 함유 제철 부생가스는 고로 배가스, 파이넥스 공정의 유동환원로 배가스, 제철소 발전설비의 배가스 및 철강제품 생산을 위한 가열로 배가스 및 코크 오븐 가열로 배가스 중에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 이산화탄소 함유 제철 부생가스는 상기 개질 반응장치에세 배출되는 배가스를 더 포함한다.
상기 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조방법은 상기 승온된 혼합가스에 스팀을 공급하는 단계를 더 포함한다.
또한, 상기 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조방법은 개질된 상기 일산화탄소 함유 환원가스의 일부 또는 전부로부터 수소를 제조하는 단계를 더 포함한다.
상기 수소의 제조는 상기 일산화탄소 함유 환원가스를 냉각시키는 단계; 상기 냉각된 일산화탄소 함유 환원가스를 수성가스 시트프 변환하는 단계; 및 상기 수성가스 시트프 변환된 환원가스로부터 수소를 분리하는 단계를 포함한다.
상기 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스(syngas)는 철광석 환원을 위한 환원가스 또는 디메틸에테르(DME)의 제조에 사용될 수 있다.
도 3은 본원발명의 일 실시예에 의한 제철 공정가스를 이용한 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스를 이용하여 철광석을 환원하는 철광석 환원시스템을 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 철광석 환원방법은 상기 합성가스 제조방법에 의해 제조된 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스를 철광석 환원장치에 공급하여 철광석을 환원시킬 수 있다.
또한, 상기 철광석 환원장치는 고로 또는 파이넥스 공정의 유동환원로인 것을 특징으로 한다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (35)

  1. 메탄 함유 제철 부생가스의 제1 예비처리장치;
    상기 제1 예비처리장치와 이격되어 배치된 이산화탄소 함유 제철 부생가스의 제2 예비처리장치;
    상기 제1 예비처리장치에 의해 처리된 메탄 함유 제철 부생가스와 상기 제2 예비처리장치에 의해 처리된 이산화탄소 함유 제철 부생가스를 혼합시킨 혼합가스에 스팀을 공급하는 스팀 발생장치; 및
    상기 스팀이 공급된 혼합가스를 공급받아 개질시켜 일산화탄소 및수소를 포함하는 가스로 변환시키는 개질 반응장치를
    포함하는 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 메탄 함유 제철 부생가스는 COG(COKE OVEN GAS)인 것을 특징으로 하는 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 이산화탄소 함유 제철 부생가스는 고로 배가스, 파이넥스 공정의 유동환원로 배가스, 제철소 발전설비의 배가스, 철강제품 생산을 위한 가열로 배가스 및 코크 오븐 가열로 배가스 중에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 이산화탄소 함유 제철 부생가스는 상기 개질 반응장치에서 배출되는 배가스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스팀 발생장치는 상기 개질 반응장치에서 배출되는 배가스로부터 열원을 공급받는 것을 특징으로 하는 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 예비처리장치는,
    상기 메탄 함유 제철 부생가스를 저장하기 위한 제1 저장챔버; 및
    상기 제1 저장챔버로부터 배출된 메탄 함유 제철 부생가스 정제설비를 포함하는 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 예비처리장치는,
    상기 제1 저장챔버에서 배출된 메탄 함유 제철 부생가스에 메탄을추가적으로 공급하기 위한 액화천연가스(LNG) 취입 도관; 및
    상기 액화천연가스로부터 황을 제거하기 위한 탈황설비를 더 포함하는 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 예비처리장치는,
    상기 이산화탄소 함유 제철 부생가스를 저장하기 위한 제2 저장챔버;
    상기 제2 저장챔버에서 배출된 이산화탄소 함유 제철 부생가스 정제설비를 포함하는 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제2 예비처리장치는,
    정제된 상기 이산화탄소 함유 제철 부생가스의 일부 또는 전부로부터 이산화탄소를 분리하기 위한 이산화탄소 분리장치를 더 포함하는 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 이산화탄소 분리장치는 상기 개질 반응장치에서 배출되는 배가스로부터 열원을 공급받는 것을 특징으로 하는 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 메탄 함유 제철 부생가스와 이산화탄소 함유 제철 부생가스가 혼합된 혼합가스를 상기 철광석 환원장치의 조업압력으로 승압하기 위한 승압장치를 더 포함하는 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 승압된 혼합가스를 상기 개질 반응장치 내의 반응온도에 적합하도록 승온시키기 위한 승온장치를 더 포함하는 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 승온장치는 상기 개질 반응장치에서 배출되는 배가스로부터 열원을 공급받는 것을 특징으로 하는 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 개질 반응장치에서 혼합가스를 개질시켜 제조된 일산화탄소 함유 환원가스의 일부 또는 전부로부터 수소를 제조하기 위한 수소 제조장치를 더 포함하는 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 수소 제조장치는,
    상기 일산화탄소 함유 환원가스의 수소 함량을 증폭시키기 위한 수성가스 시프트 반응기; 및
    상기 수소가 증폭된 일산화탄소 함유 환원가스로부터 수소를 분리하기 위한 수소 분리장치를 더 포함하는 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 수소 제조장치는,
    개질된 상기 일산화탄소 함유 환원가스를 냉각시키기 위한 열회수장치를 더 포함하는 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 수성가스 시프트 반응기는 상기 스팀 발생장치로부터 스팀을공급받는 것을 특징으로 하는 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조장치.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 수소 분리장치에 의해 분리된 수소의 일부는 상기 개질 반응장치에 의해 개질된 일산화탄소 함유 환원가스와 혼합되어 상기 철광석 환원장치에 공급되는 것을 특징으로 하는 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조장치.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 수소 분리장치에 의해 분리된 수소의 일부는 철광석 환원을 위한 용도 이외에 사용되기 위해 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조장치.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 수소 분리장치에서 배출된 이산화탄소 함유 배가스는 상기 이산화탄소 함유 제철 부생가스와 혼합되는 것을 특징으로 하는 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조장치.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개질 반응장치에 공급되는 상기 혼합가스 중의 메탄, 이산화탄소, 스팀의 몰비율은 아래의 식 (1), (2)를 만족시키는 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조장치.
    0 ≤ H2O/CO2 ≤ 5 ···· (1)
    0.1 ≤ (H20+CO2)/CH4 ≤ 5 ···· (2)
  22. 제 1 항 내지 제 21항에 의한 합성가스 제조장치에 의해 제조된 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스를 철광석 환원장치에 공급하여 철광석을 환원시키는 철광석 환원시스템.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 철광석 환원장치는 고로(blast furnace) 또는 파이넥스 공정의 유동환원로인 것을 특징으로 하는 철광석 환원시스템.
  24. 메탄 함유 제철 부생가스 예비처리하는 단계;
    이산화탄소 함유 제철 부생가스 예비처리하는 단계;
    예비처리된 상기 메탄 함유 제철 부생가스와 이산화탄소 함유 제철 부생가스를 혼합하여 혼합가스를 생성한 후 일정압력으로 승압하는 단계;
    상기 승압된 혼합가스를 일정온도로 승온하는 단계; 및
    상기 승온된 혼합가스를 개질 반응장치에 공급하여 일산화탄소 함유 환원가스로 개질시키는 단계를
    포함하는 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 메탄 함유 제철 부생가스 예비처리하는 단계는,
    메탄 함유 제철 부생가스를 정제하는 단계; 및
    상기 정제된 메탄 함유 제철 부생가스에 액화천연가스(LNG)를 혼합하는 단계를 포함하는 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 메탄 함유 제철 부생가스는 COG(COKE OVEN GAS)인 것을 특징으로 하는 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조방법.
  27. 제 24 항에 있어서,
    상기 이산화탄소 함유 제철 부생가스 예비처리하는 단계는,
    이산화탄소 함유 제철 부생가스를 정제하는 단계; 및
    상기 정제된 이산화탄소 함유 제철 부생가스의 일부 또는 전부로부터 이산화탄소를 분리하는 단계를 포함하는 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 이산화탄소 함유 제철 부생가스는 고로 배가스, 파이넥스 공정의 유동환원로 배가스, 제철소 발전설비의 배가스 및 철강제품 생산을 위한 가열로 배가스 및 코크 오븐 가열로 배가스 중에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 이산화탄소 함유 제철 부생가스는 상기 개질 반응장치에세 배출되는 배가스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조방법.
  30. 제 24 항에 있어서,
    상기 승온된 혼합가스에 스팀을 공급하는 단계를 더 포함하는 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조방법.
  31. 제 24 항에 있어서,
    개질된 상기 일산화탄소 함유 환원가스의 일부 또는 전부로부터 수소를 제조하는 단계를 더 포함하는 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조방법.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 수소의 제조는 상기 일산화탄소 함유 환원가스를 냉각시키는 단계;
    상기 냉각된 일산화탄소 함유 환원가스를 수성가스 시트프 변환하는 단계; 및
    상기 수성가스 시트프 변환된 환원가스로부터 수소를 분리하는 단계를 포함하는 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조방법.
  33. 제 24 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개질 반응장치에 공급되는 상기 혼합가스 중의 메탄, 이산화탄소, 스팀의 몰비율은 아래의 식 (1), (2)를 만족시키는 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조방법.
    0 ≤ H2O/CO2 ≤ 5 ···· (1)
    0.1 ≤ (H20+CO2)/CH4 ≤ 5 ···· (2)
  34. 제 24 항 내지 제 33 항에 의한 합성가스 제조방법에 의해 제조된 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스를 철광석 환원장치에 공급하여 철광석을 환원시키는 철광석 환원방법.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 철광석 환원장치는 고로 또는 파이넥스 공정의 유동환원로인 것을 특징으로 하는 철광석 환원방법.
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