KR102066401B1

KR102066401B1 - 공정 가스를 건식 여과하는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR102066401B1
Application number: KR1020147031140A
Authority: KR
Inventors: 페트러스 조하네스 존커
Original assignee: 테노바 사우스 아프리카 (프로프라이터리) 리미티드
Priority date: 2012-04-05
Filing date: 2013-04-05
Publication date: 2020-01-15
Anticipated expiration: 2033-04-05
Also published as: CN104349830A; WO2013150498A2; EA201401100A1; CN104349830B; WO2013150498A3; KR20150005958A; ZA201408088B

Abstract

본 발명은 합금철 제련 공정에서 생성되는 공정 가스의 냉각 및 건식 여과를 위한 시스템(10, 100)에 관한 것이다. 본 시스템(10, 100)은 공정 가스의 건식 여과를 위한 장치(20)를 포함하고, 본 장치(20)는 여과 요소(24)가 위치하는 여과실(22)을 포함한다. 공정 가스는 공급 라인(26)에 있고 여과 요소(24)를 향하여 있는 유입구를 통해 여과실 내로 공급된다. 여과된 공정 가스는 여과 요소(24)를 통해 여과된 후에 배출 라인(28)을 통해 배출된다. 본 장치(20)는 여과 요소(24)에 포획된 고체를 제거하기 위해 여과실(22) 내로 세정 가스를 공급하는 세정 가스 유입구(32)를 더 포함한다. 제거된 고체는 수집 호퍼(38)로 이송되기 전에 배출실(34)에 수집되는데, 수집 호퍼(38)는 배출실(34)의 아래에 위치한다. 여과실(22)과 수집 호퍼(38) 사이에서 연장되는 압력 평형 도관(46)은 고체의 배출을 제어하기 위해 여과실(22)과 수집 호퍼(38) 사이의 압력 차를 제어하는데 사용된다.

Description

공정 가스를 건식 여과하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DRY FILTERING PROCESS GAS}

본 발명은 공정 가스(process gas)를 건식 여과(dry filtering)하는 시스템에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 전적인 것은 아니지만 합금철 제련(ferroalloy smelting)) 공정에서 생성되는 공정 가스를 냉각 및 건식 여과하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

합금철 제련 공정과 같은 금속 제련 공정에서는, 그 공정에 의해 생성되는 공정 가스를 일반적으로 플레어(flare) 연소시키거나, 즉 안전하게 불살라 없애거나, 가열 매체로서 후속 처리하거나, 예컨대 발전 시스템에서 사용한다. 합금철 제련 공정에서, 공정 가스는 주로 일산화탄소 가스이고, 후속 처리 적용들에서 사용되기 전에 가스로부터 제거하여야 하는 고체들을 함유하고 있다. 일부 적용들에서는, 공정 가스를 사용할 수 있게 되기 전에 냉각하여야 하는 것도 또한 필요하다.

공정 가스를 정화하는 공지의 방법은 벤투리 집진기(venturi scrubber)와 같은 습식 집진기 또는 해리기(disintegrator)를 사용하는 것으로, 이때 고체들은 벤투리 집진기의 벤투리 또는 해리기의 로터의 내부에서 가스 흐름으로 주입되는 물과의 접촉을 통해 가스로부터 제거된다. 그러한 장치들 중의 어느 하나를 사용하는 경우, 결과적으로 생기는 공정 가스는 10 내지 100 mg/Nm³에서 변하는 고체 함량을 갖는 포화 가스가 된다. 그것은 정화된 가스를 예컨대 내연 기관과 같은 특정의 적용들에서 사용하고자 할 경우에는 충분치 않다.

공정 가스를 여과하는 공지의 시스템이 WO2008/074912로 공개된 국제 특허 출원 PCT/FI2007/000295의 명세서에 개시되어 있다. WO2008/074912의 시스템은 공정 가스로부터 제거된 고체의 제거를 용이하게 하기 위해 여과실로 물을 도입한다는 점에서 습식 시스템이다. 뒤이어, 슬러리 혼합물을 여과실의 바닥을 통해 중력 하에 배출한다. 여과실에 물을 도입하는 것은 이상적인 것은 아닌데, 왜냐하면 그로 인해 여과 장치에서 나오는 여과된 가스의 함수량이 증가하기 때문이다.

합금철 제련 공정에서 고휘발성 환원제를 사용할 경우에는 또 다른 문제점들을 또한 겪게 된다. 예컨대, 고휘발성 환원제의 사용은 결과적으로 원치 않게 물을 처리하여야 하는 문제점들 및 장비 유지 보수의 문제점들을 야기한다.

본 발명의 목적은 기존의 공정 가스 여과 방법들 및 장치들에 있어 겪던 문제점들 중의 적어도 일부를 해소하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 기존의 시스템들에 대한 유용한 대안이 될 공정 가스 여과 방법 및 장치를 포함한 공정 가스 여과 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 양태에 따라, 합금철 제련 공정에서 생성되는 공정 가스의 건식 여과를 위한 건식 여과 장치로서,

여과 요소가 위치하는 여과실;

공정 가스를 여과실 내로 공급하되, 공정 가스가 여과 요소를 통해 여과되도록 위치되는 공정 가스 유입구;

여과된 공정 가스를 여과실로부터 배출하는 공정 가스 배출구;

여과실 내로 세정 가스(cleaning gas)를 공급하되, 사용 중에 세정 가스가 여과 요소에 포획된 고체를 제거하기 위해 여과 요소를 통해 불어 내어지도록 여과 요소 쪽을 향하여 있는 세정 가스 유입구;

여과실의 아래에 위치되고, 공정 가스로부터 제거된 건조 고체가 수집되는 배출실; 및

배출실의 아래에 위치하고, 고체를 여과 장치로부터 벗어나 운반하는 이송 시스템으로 배출하기 전에 고체가 수집되는 수집 호퍼(collection hopper)를 포함하는 건식 여과 장치가 제공된다.

본 여과 장치는 여과실과 수집 호퍼 사이에서 연장되는 압력 평형 도관(equalization conduit)을 포함할 수 있는데, 압력 평형 도관은 여과실과 수집 호퍼 사이의 압력 차를 제어하기 위해 여과실과 수집 호퍼 사이에서의 가스 유동을 제어하는 실링 요소(sealing element)를 그에 구비한다.

본 여과 장치는 2개의 실링 요소들을 포함하는 것이 바람직한데, 제1 실링 요소는 배출실과 수집 호퍼 사이에 위치하고, 제2 실링 요소는 수집 호퍼와 이송 시스템 사이에 위치하되, 제1 실링 요소는 배출실과 수집 호퍼 사이에서의 고체의 유동을 제어하도록 작동될 수 있고, 제2 실링 요소는 수집 호퍼로부터 이송 시스템으로의 고체의 배출을 제어하도록 작동될 수 있다.

본 여과 장치는 수집 호퍼 내로 가압 가스를 공급하는 가스 공급 라인을 포함할 수 있는데, 가스 공급 라인은 수집 호퍼로의 가압 가스의 공급을 제어하는 실링 요소를 구비한다.

본 여과 장치는 수집 호퍼로부터 가스를 배기하는 배기 라인을 포함할 수 있는데, 배기 라인은 수집 호퍼로부터의 가스의 배기를 제어하는 실링 요소를 구비한다.

본 발명의 제2 양태에 따라, 합금철 제련 공정에서 생성되는 공정 가스를 냉각하는 냉각 장치로서,

냉각실;

냉각실 내로 공정 가스를 공급하는 공정 가스 유입구;

냉각실 내로 냉각 매체를 공급하는 냉각 매체 공급 라인;

냉각된 공정 가스를 배출하는 공정 가스 배출구;

냉각실의 아래에 위치되고, 침강하는 고체가 수집되는 수집실; 및

수집실의 아래에 위치하고, 고체를 냉각 장치로부터 벗어나 운반하는 이송 시스템으로 배출하기 전에 침강한 고체가 수집되는 수집 호퍼를 포함하는 냉각 장치가 제공된다.

본 냉각 장치는 냉각실과 수집 호퍼 사이에서 연장되는 압력 평형 도관을 포함하는 것이 바람직한데, 압력 평형 도관은 냉각실과 수집 호퍼 사이의 압력 차를 제어하기 위해 냉각실과 수집 호퍼 사이에서의 가스 유동을 제어하는 실링 요소를 구비한다.

본 냉각 장치는 2개의 실링 요소들을 포함할 수 있는데, 제1 실링 요소는 수집실과 수집 호퍼 사이에 위치하고, 제2 실링 요소는 수집 호퍼와 이송 시스템 사이에 위치하되, 제1 실링 요소는 수집실과 수집 호퍼 사이에서의 고체의 유동을 제어하도록 작동될 수 있고, 제2 실링 요소는 수집 호퍼로부터 이송 시스템으로의 고체의 배출을 제어하도록 작동될 수 있다.

본 냉각 장치는 수집 호퍼 내로 가압 가스를 공급하는 가스 공급 라인을 포함할 수도 있는데, 가스 공급 라인은 수집 호퍼로의 가압 가스의 공급을 제어하는 실링 요소를 구비한다.

본 냉각 장치는 수집 호퍼로부터 가스를 배기하는 배기 라인을 포함할 수 있는데, 배기 라인은 수집 호퍼로부터의 가스의 배기를 제어하는 실링 요소를 구비한다.

본 냉각 장치는 냉각 매체 공급 라인에 위치하여 냉각실 내로 냉각 매체를 주입하는 냉각 매체 주입기를 포함할 수 있다.

본 냉각 장치는 냉각실 내로 분무 추진제(atomizing agent)를 공급하는 분무 공급 라인을 더 포함할 수 있다. 분무 추진제는 냉각 매체 주입기의 이전의 위치에서 냉각 매체 공급 라인으로 도입될 수 있다.

본 냉각 장치의 일 실시예에 있어서, 냉각실은 2개의 부냉각실(sub-chamber)들을 포함하고, 2개의 부냉각실들은 부냉각실들 사이에서 연장되는 일련의 파이프들에 의해 유체 연통하되, 부냉각실들 중의 하나 내로 공정 가스가 공급되는 한편, 부냉각실들 중의 다른 하나로부터 냉각된 공정 가스가 배출된다. 냉각실로 공급된 냉각 매체는 부냉각실들을 서로 연결하는 파이프들의 외면을 가로질러 유동하여 파이프들 내의 공정 가스를 냉각할 수 있다. 냉각실과 수집실은 단일 유닛을 형성하는 것이 바람직하다.

냉각 매체는 물인 것이 바람직하다.

본 발명의 제3 양태에 따라, 합금철 제련 공정에서 생성되는 공정 가스의 냉각 및 건식 여과를 위한 시스템으로서, 본 발명의 제1 양태에 따른 여과 장치 및 본 발명의 제2 양태에 따른 냉각 장치를 포함하되, 여과 장치에 들어가는 공정 가스가 여과 장치에 도입되기 전에 냉각 장치에서 냉각되도록 냉각 장치의 공정 가스 배출구가 여과 장치의 공정 가스 유입구와 유체 연통하는 시스템이 제공된다.

본 발명의 제4 양태에 따라, 합금철 제련 공정에서 생성되는 공정 가스를 건식 여과하는 방법으로서,

여과실 내로 공정 가스를 공급하는 단계;

여과실에서 공정 가스를 여과 요소를 통해 여과하여 여과실에 들어온 공정 가스 중에 존재하는 고체를 제거하는 단계;

세정 가스를 사용하여 여과 요소를 세정하는 단계;

공정 가스로부터 제거된 고체를 배출실에 수집하는 단계;

배출실에 수집된 고체를 수집 호퍼로 배출하는 단계; 및

수집 호퍼로부터 고체를 배출하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.

고체를 수집 호퍼로 배출하는 단계는

배출실과 수집 호퍼 사이에서 연장되는 압력 평형 도관에 의해 배출실과 수집 호퍼 내의 압력을 평형화하는 단계;

배출실과 수집 호퍼 사이의 실링 요소를 열어 고체가 수집 호퍼로 유동하게 하는 단계;

압력 평형 도관에 있는 실링 요소를 닫는 단계;

배출실과 수집 호퍼 사이의 실링 요소를 닫는 단계;

수집 호퍼에 가압 가스를 공급하는 가스 공급 라인에 있는 실링 요소를 열어 수집 호퍼에 압력을 가하는 단계; 및

수집 호퍼로부터 고체를 배출하기 위해 수집 호퍼와 이송 시스템 사이의 실링 요소를 여는 단계를 포함할 수 있다.

본 방법은

수집 호퍼와 이송 시스템 사이의 실링 요소를 닫는 단계;

가스 공급 라인에 있는 실링 요소를 열어 호퍼에 압력을 가하는 단계;

배기 라인에 있는 실링 요소를 열어 수집 호퍼로부터 가스를 배기하는 단계; 및

가스 공급 라인에 있는 실링 요소를 열어 수집 호퍼에 다시 압력을 가하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 방법은 고휘발성 환원제들이 사용되는 합금철 제련 공정에서 생성되는 공정 가스를 여과하는데 사용될 수 있다.

이제, 본 발명을 첨부 도면들을 참조하여 단지 예로서 더욱 상세히 설명하기로 한다. 첨부 도면들 중에서,
도 1은 본 발명에 따른, 합금철 제련 공정에서 생성되는 공정 가스를 냉각 및 여과하는 시스템의 제1 실시예를 도식적으로 나타낸 개략도이고;
도 2는 본 발명에 따른, 합금철 제련 공정에서 생성되는 공정 가스를 냉각 및 여과하는 시스템의 제2 실시예를 도식적으로 나타낸 개략도이다.

같은 도면 부호들이 같은 특징들을 지시하고 있는 첨부 도면들을 참조하면, 본 발명에 따른 공정 가스 냉각 및 여과 시스템의 비한정적 예가 전체적으로 도면 부호 "10"으로 지시되어 있다.

본 발명에 따른, 합금철 제련 공정에서 생성되는 공정 가스, 주로 일산화탄소 가스를 냉각 및 여과하는 시스템(10)이 도 1에 도시되어 있다. 본 시스템(10)은 공정 가스로부터 오물, 전형적으로 고체를 제거하는 건식 여과 장치를 포함한다. 본 여과 장치는 전체적으로 도면 부호 "20"으로 지시되어 있다. 건식 여과란 용어는 여과실에서 액체를 사용하지 않고서 공정 가스로부터 고체를 제거하는 여과 공정을 기술하는데 사용된다.

본 여과 장치(20)는 적어도 하나의 여과 요소(24)가 위치하는 여과실(22)을 포함한다. 여과실(22)에 설치되는 여과 요소들(24)의 수는 정화할 공정 가스의 분량에 의존하여 달라진다. 합금철 제련 공정에서 생성되는 공정 가스의 분량이 대량인 것으로 인해 다수의 여과 요소들(24)을 설치하는 것이 유리할 수 있다는 것을 예견할 수 있을 것이다. 각각의 여과 요소(24)는 다공성 재료, 전형적으로 금속 또는 예컨대 세라믹 재료와 같은 임의의 유사한 재료로 제작된다. 공정 가스 공급 라인(26)의 유입구를 통해 여과실(22)로 들어가는 공정 가스는 그 중에 존재하는 고체를 제거하는 여과 요소(24)를 통해 여과된다. 여과된 가스는 공정 가스 배출 라인(28)의 배출구를 통해 여과실(22)로부터 배출된다. 여과 요소(24)는 공정 가스 유입구와 배출구 사이에 위치됨으로써, 공정 가스가 라인(28)을 통해 배출되기 전에 여과 요소를 통해 여과되도록 하는 것을 보장한다는 것을 알아야 할 것이다. 바람직한 실시예에 있어서, 여과 요소는 가스 유동 흐름이 유입구로부터 배출구로 이동할 때에 여과 요소를 통과하는 것을 보장하기 위해 여과실(22)의 횡단면의 전체 또는 적어도 대부분에 걸쳐져 있다.

여과 공정 동안, 여과실(22)로 들어온 공정 가스 중에 고체가 존재하는 결과로 여과 요소(24)가 막힐 수 있다. 여과 요소(24)를 자동으로 세정하기 위해, 세정 가스의 흐름이 여과실(22) 내로 공급된다. 질소와 같은 불활성 가스와 여과된 공정 가스 중의 어느 하나일 수 있는 세정 가스는 공급 라인(30)에 의해 여과실(22)에 공급되고, 유입 노즐(32)을 통해 여과실 내로 공급된다. 공급 라인에는 실링 요소(33)가 위치하는데, 실링 요소(33)는 공급 라인의 개폐에 의해 세정 가스의 유동을 제어하도록 작동될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 세정 가스 유입 노즐(32)은 세정 가스의 흐름이 여과 요소 쪽을 향하도록 위치된다. 바람직한 실시예에 있어서, 유입 노즐(32)은 여과 요소(24)의 위에 위치하고, 가스를 대체로 하향 방향으로 여과 요소를 통해 불어 내어진다.

실링 요소란 용어는 유체 유동 경로의 개폐에 의해 유체의 유동을 제어할 수 있는 장치를 기술하는데 사용되고, 예컨대 밸브의 형태로 될 수 있다.

실링 요소(33)의 개폐 및 그에 따른 여과실(22)로의 세정 가스의 유동의 개폐는 제어 유닛(첨부 도면에는 도시되지 않음)에 의해 제어된다. 일정한(constant) 흐름의 세정 가스를 공급하는 대신에, 제어 유닛이 세정 가스의 분사의 지속 시간 및 빈도를 제어하기 위해 실링 요소를 주기적으로 개폐한다.

공정 가스로부터 제거된 고체는 여과실(22)의 아래에 위치된 배출실(34)에 수집된다. 그러한 구성에서, 고체는 중력 하에 여과실(22)로부터 배출실로 이동한다. 바람직한 실시예에 있어서, 여과실(22)과 배출실(34)은 그 상부가 여과실이고 그 하부가 배출실인 단일 유닛 또는 단일 챔버(36)의 일부를 이룬다. 챔버(36)는 횡단면에서 보았을 때에 원형, 정방형, 또는 장방형일 수 있다는 것을 예견할 수 있을 것이다.

공정 가스로부터 제거된 고체는 배출실(34)로부터 수집 호퍼(38)로 배출되는데, 고체를 여과 장치(10)로부터 벗어나 전형적으로 컨테이너에 고체가 저장되는 장소로 운반하는 이송 시스템(40)으로 배출하기 전에 수집 호퍼(38)에 고체가 수집된다. 수집 호퍼(38)는 고체가 중력 하에 배출실로부터 수집 호퍼로 이동하도록 배출실(34)의 아래에 위치된다. 이송 시스템(40)도 동일한 이유로 수집 호퍼의 아래에 위치된다.

배출실(34)로부터 수집 호퍼(38)로의 고체의 유동을 제어하기 위해, 배출실과 수집 호퍼 사이에 실링 요소(42)가 마련된다. 비슷하게, 수집 호퍼로부터 이송 시스템으로의 고체의 유동을 제어하기 위해, 수집 호퍼(38)와 이송 시스템(40) 사이에 실링 요소(44)가 위치한다.

여과 장치(10)는 배출실(34)과 수집 호퍼(38) 사이에서 연장되는 압력 평형 도관(46)을 더 포함하는데, 압력 평형 도관(46)은 배출실(34)과 수집 호퍼(37) 사이의 압력 차를 제어하는데 사용된다. 수집 호퍼(38)가 배출실(34)로부터 밀폐되어 닫힐 수 있도록 하기 위해, 압력 평형 도관에 실링 요소(48)가 위치한다. 따라서 실링 요소(48)가 열려 있을 때에. 압력 평형 도관(48)이 배출실(34)과 수집 호퍼(38)의 내부의 압력을 평형화할 수 있다는 것이 틀림없이 명백할 것이다.

가스 공급 라인(50)은 전형적으로 질소와 같은 불활성 가스인 가압 가스를 수집 호퍼(38)에 공급하여 수집 호퍼의 내부의 압력이 배출실(34)의 압력 이상으로 증가할 수 있게 하도록 구성된다. 역시, 공급 라인(50)에는 수집 호퍼로의 가압 가스의 유동을 제어하는 실링 요소(52)가 위치한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 압력 평형 라인에 있는 실링 요소(48)를 닫아 놓은 채로 수집 호퍼에 가압 가스를 공급함으로써, 수집 호퍼(38)의 내부의 압력이 증가할 수 있다. 첨부 도면에 도시되지 않은 대안적 실시예에 있어서, 공급 라인(50)은 수집 호퍼(38)와 실링 요소(48) 사이의 위치에서 압력 평형 라인(46)에 연결될 수도 있다.

수집 호퍼(38)는 가스를 배기하여 호퍼의 내부의 내압을 감소시키는 배기 라인(54)으로의 배출구도 또한 구비한다. 실링 요소(56)는 배기 라인(54)의 내부의 가스의 유동을 제어한다. 환언하면, 실링 요소(56)는 수집 호퍼(38)로부터의 가스의 배기를 제어한다.

이제, 공정 가스를 여과하는 방법을 상세히 설명하기로 한다.

원치 않는 고체를 함유한 공정 가스를 라인(26)의 유입구를 통해 여과실(22) 내로 공급한 후에, 공정 가스 중에 존재하는 고체를 제거하는 여과 요소(24)를 통해 공정 가스를 여과한다. 이어서, 고체를 제거하기 위해, 고체가 포획된 여과 요소를 세정한다. 그것은 여가 요소가 막히는 것을 방지하기 위해 라인(30)을 통해 공급되는 세정 가스를 여과 요소를 통해 불어 내어 고체를 제거함으로써 이뤄진다. 이어서, 고체가 수집 호퍼(38)로 배출되는 것을 방지하기 위해 실링 요소(42)를 닫아 놓은 채로 공정 가스로부터 제거된 고체를 배출실(34)에 수집한다.

배출실(34)에 충분한 양의 고체가 수집되면, 압력 평형 도관(46)에 있는 실링 요소(48)를 열어 수집 호퍼(38)와 배출실(34) 내의 압력을 평형화한다. 압력이 평형화되고 나면, 실링 요소(48)를 계속 열어 둔 채로 배출실(34)과 수집 호퍼(38) 사이의 실링 요소(42)를 열어 고체가 수집 호퍼로 배출될 수 있게 한다. 호퍼(38)에 고체가 들어 있는 상태에서, 시간 지연 또는 기타의 트리거 메커니즘 이후에 압력 평형 도관(46)에 있는 실링 요소(48) 및 배출실과 수집 호퍼 사이의 실링 요소(42)를 닫는다. 다음으로, 배기 실링 요소(56)를 닫아 놓은 채로 가스 공급 라인(50)에 있는 실링 요소(52)를 열어 가압 가스가 수집 호퍼로 유동하게 한다. 수집 호퍼(38)의 내부의 높은 내압을 확인하면, 배기 라인(54)에 있는 실링 요소(56)를 닫아 가스를 배기한다. 시간 지연 후에, 배기 라인(54)에 있는 실링 요소(56)를 닫고, 수집 호퍼(38)의 내부의 내압이 소정의 압력에 도달한 것을 확인하면, 가스 공급 라인(50)에 있는 실링 요소(52)를 닫아 가압 가스의 공급을 차단한다. 실링 요소(52)가 닫힌 것을 확인하면, 고체를 이송 시스템상으로 배출하여 여과 장치(20)로부터 벗어나 운반되도록 하기 위해, 수집 호퍼(38)와 이송 시스템(40) 사이의 실링 요소(44)를 연다.

고체가 수집 호퍼로부터 배출되고 나면, 수집 호퍼와 이송 시스템(40) 사이의 실링 요소(44)를 닫고, 실링 요소(44)가 닫힌 것을 확인한 후에, 실링 요소(52)를 열어 가압 라인(50)을 통해 수집 호퍼에 다시 압력을 가한다.

배출실과 수집 호퍼 사이의 실링 요소(42)를 닫는 즉시, 배출실(34)에 고체가 쌓이는 것이 다시 시작되고, 배출실에 충분한 양의 고체가 축적되면, 고체를 배출하는 단계들이 반복된다는 것을 알아야 할 것이다. 배출실(34)로부터의 고체의 배출은 실링 요소(42)를 여는 타이머 또는 기타의 트리거 메커니즘에 의해 제어된다. 2개의 연속된 배출 사이클들 사이의 시간 간격은 여과 장치(20)의 처리 용량을 비롯한 설계 파라미터들에 따라 설정될 수 있다는 것을 알아야 할 것이다.

일부 적용들에서는, 공정 가스가 여과 장치(20)에서 여과되기 전에 공정 가스를 냉각하는 것이 필요하다. 그것이 필요한 경우에는, 공정 가스가 여과 장치(20)로 도입되기 이전에 냉각 장치에서 공정 가스의 온도를 감소시킨다. 도 1의 시스템은 도면 부호 "60"으로 지시되어 있는 냉각 장치를 포함한다.

제련 공정에 의해 생성되는 공정 가스는 제련 공정을 냉각 장치(60)와 연결하는 라인(64)을 통해 냉각실(62)로 급송된다. 라인(64)은 공정 가스를 냉각실(62) 내로 공급하는 가스 유입구로 종결된다. 전형적으로 물과 같은 액체의 형태의 냉각 매체가 주입기(66)에 의해 냉각실(62) 내로 공급되어 공정 가스의 온도를 감소시킨다. 주입기는 냉각 매체가 미세 스프레이(fine spray)로서 냉각실(62) 내로 공급되어 냉각실의 내부로 분무되는 냉각 매체의 증발을 통해 가스가 냉각되도록 구성된다.

바람직한 실시예에 있어서, 냉각 매체가 주입기(66)를 통해 냉각실(62) 내로 배출되기 전에 분무 추진제(atomising agent)가 냉각 매체로 도입된다. 도 1의 냉각 장치(60)에서, 가압 냉각 매체 공급 라인(68)이 주입기(66)에 냉각 매체를 공급하고, 주입기(66)의 상류의 위치에서 분무 공급 라인(70)이 라인(68)에 연결된다.

전술한 설명으로부터, 공정 가스와 냉각실에서 스프레이의 형태로 있는 냉각 매체 사이의 상호 작용에 의해, 공정 가스가 배출 라인(72)을 통해 냉각실로부터 나가기 전에 냉각된다는 것이 틀림없이 명백할 것이다. 냉각 장치(60)를 여과 장치(20)에 연결하는 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 냉각 장치의 공정 가스 배출 라인(72)이 여과 장치의 공정 가스 유입 라인(26)과 연결된다.

공정 가스의 냉각 이외에도, 그러한 열교환 과정 동안에는 일부 고체가 공정 가스로부터 제거되기도 한다. 냉각실(62)에서 침강하는 고체는 냉각실의 아래에 위치한 수집실(74)에 수집된다. 그러한 구성의 이점은 침강하는 고체가 중력 하에 수집실(74)로 침강한다는 것이다. 바람직한 실시예에 있어서, 냉각실(62)과 수집실(74)은 그 상부가 냉각실이고 그 하부가 수집실인 단일 유닛 또는 단일 챔버(76)의 일부를 이룬다. 챔버(76)는 횡단면에서 보았을 때에 원형일 수 있다는 것을 예견할 수 있을 것이다.

침강한 고체는 수집실(74)로부터 수집실의 아래에 위치한 시일(seal) 수집 호퍼(78) 내로 배출되는데, 고체를 냉각 장치(60)로부터 벗어나 운반하는 이송 시스템(80)으로 배출하기 전에 수집 호퍼(78)에 고체가 수집된다. 냉각 장치(60)는 수집실(74)과 수집 호퍼(78) 사이 및 수집 호퍼와 이송 시스템(80) 사이에 각각 위치하는 2개의 실링 요소들(82, 84)을 더 포함한다. 실링 요소들(82, 84)은 수집 호퍼(78)로의 및 그로부터의 침강 고체의 유동을 제어한다.

수집실(74)과 수집 호퍼(78)의 내부의 내압은 냉각 장치(60)가 냉각실(74)과 수집 호퍼(78) 사이에서 연장되는 압력 평형 도관(86)을 포함한다는 점에서 여과 장치(20)에서와 유사하게 제어된다. 수집 호퍼(78)가 수집실(74)로부터 차단되어 닫힐 수 있도록 하기 위해, 압력 평형 도관에 실링 요소(88)가 위치한다.

가스 공급 라인(90)은 전형적으로 질소와 같은 불활성 가스인 가압 가스를 수집 호퍼(78)에 공급하여 수집 호퍼의 내부의 압력이 수집실(74)의 압력 이상으로 증가할 수 있게 하도록 구성된다. 역시, 공급 라인(90)에는 수집 호퍼(78)로의 가압 가스의 유동을 제어하는 실링 요소(92)가 위치한다. 바람직한 실시예에 있어서, 공급 라인(90)은 수집 호퍼(78)에 연결된다. 그러한 구성에서는, 압력 평형 라인에 있는 실링 요소(88)를 닫아 놓은 채로 수집 호퍼에 가압 가스를 공급함으로써, 수집 호퍼(78)의 내부의 압력이 증가할 수 있다. 역시, 첨부 도면에 도시되지 않은 대안적 실시예에 있어서, 공급 라인(90)은 수집 호퍼(78)와 실링 요소(88) 사이의 위치에서 압력 평형 라인(86)에 연결될 수도 있다는 것을 예견할 수 있을 것이다.

수집 호퍼(78)는 가스를 배기하여 호퍼의 내부의 내압을 감소시키는 배기 라인(94)도 또한 구비하는데, 역시 실링 요소(96)가 배기 라인(94)의 내부의 가스의 유동을 제어한다.

전술한 설명으로부터, 수집실(74)로부터 침강 고체를 배출하는 방법이 여과 장치(20)의 배출실(34)로부터 고체를 배출하는 방법과 동일하다는 것이 틀림없이 명백할 것이므로, 그 방법을 더 이상 상세히 설명하지는 않기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른, 공정 가스를 냉각 및 여과하는 시스템의 제2 실시예를 도시하고 있다. 도 2의 시스템은 전체적으로 도면 부호 "100"으로 지시되어 있다.

본 시스템(100)은 시스템의 제1 실시예를 참조하여 전술한 것과 동일한 여과 장치(20)를 포함하기 때문에 전술한 시스템(10)과 유사하다. 그러나 제2 실시예의 냉각 장치의 공정 가스 및 냉각 매체 급송 메커니즘들의 구성이 제1 실시예의 것과 상이하다. 도 2에서, 냉각 장치는 도면 부호 "110"으로 지시되어 있다.

본 도면으로부터, 제련 공정에 의해 생성되는 공정 가스가 제련 공정을 냉각 장치(100)와 연결하는 라인(114)을 통해 냉각실(112)에 급송된다는 것을 알 수 있다. 라인(114)은 냉각실(112) 내로 공정 가스를 공급하는 가스 유입구로 종결된다. 전형적으로 물 또는 공기인 냉각 매체가 라인(116)을 통해 냉각실(112) 내로 공급되어 공정 가스의 온도를 감소시키고, 라인(118)을 통해 냉각실로부터 나간다. 냉각실은 공정 가스가 냉각 매체와 직접 접촉하지 않도록 구성된다.

냉각실(112)은 일련의 도관들 또는 파이프들(122)에 의해 서로 유체 연통하는 2개의 부냉각실들(120.1, 120.2)을 포함하는데, 도관들 또는 파이프들(122)을 통해 공정 가스가 하나의 부냉각실로부터 다른 부냉각실로 이송된다. 사용 시에, 공정 가스는 가스 배출실로도 지칭되는 제2 부냉각실(120.2)의 앞에 위치하는, 가스 유입실로도 지칭되는 제1 부냉각실(120.1) 내로 급송된다. 공정 가스는 가스 유입실(120.1)로부터 수직으로 정향된 파이프들(122)을 통해 가스 배출실(120.2)로 이송되는 것이 틀림없이 명백할 것이다. 시스템(10)의 제1 실시예와 유사하게, 냉각 장치(110)는 냉각 장치의 공정 가스 배출 라인이 여과 장치의 공정 가스 유입 라인(26)을 이루도록 여과 장치(20)와 연결된다.

침강하는 고체는 냉각실(112)의 아래에 위치한 수집실(74)에 수집된다. 바람직한 실시예에 있어서, 냉각실(112)과 수집실(74)은 단일 유닛의 일부를 이룬다. 그 단일 유닛은 횡단면에서 보았을 때에 장방형 또는 직방형일 수 있다는 것을 예견할 수 있을 것이다.

침강한 고체는 전술한 바와 동일하게 수집실(74)로부터 시일 수집 호퍼(78) 내로 배출된다. 따라서 수집실(78)로부터 고체를 배출하는 방법을 더 이상 상세히 설명하지는 않기로 한다.

여과 장치(20)의 배출 라인(28)을 통해 배출되는 정화된 가스 중의 고체 함량은 5 mg/Nm³ 미만인 것으로 밝혀졌다. 본 발명에 따른 시스템(10, 100)의 다른 이점은 여과 공정이 건식 공정인 결과, 여과 후의 공정 가스가 수분으로 포화되지 않는다는 것이다. 배출실(34)과 수집실(38) 사이의 압력 차를 제어하는 방법은 공정 가스로부터 제거된 고체를 여과실(22)에서 액체를 사용하지 않고서도 배출할 수 있도록 한다. 그러한 이유로, 가스 공급 라인(50), 압력 평형 도관(46), 및 배기 라인(54)의 배치가 여과 장치(20)를 사용하여 건조 여과 가스를 생성함에 있어 중요한 역할을 담당한다.

전술한 시스템(10, 100)을 사용함으로써, 높은 레벨의 탄화수소를 함유한 공정 가스를 결과적으로 유발할 수 있는 환원제들을 합금철 제련 공정에서 사용하는 경우에, 여과된 공정 가스가 중질 타르와 경질 타르 중의 어느 하나를 함유한 물을 생성함이 없이 타르 제거 공정에서의 후속 처리에도 적합하게 된다.

Claims

합금철 제련 공정에서 생성되는, 일산화탄소를 함유하는 공정 가스의 건식 여과를 위한 건식 여과 장치로서,
여과 요소가 위치하는 여과실;
상기 공정 가스를 상기 여과실 내로 공급하되, 상기 공정 가스가 상기 여과 요소를 통해 여과되도록 위치되는 공정 가스 유입구;
여과된 공정 가스를 상기 여과실로부터 배출하는 공정 가스 배출구;
상기 여과실 내로 세정 가스를 공급하되, 사용 중에 상기 세정 가스가 상기 여과 요소에 포획된 고체를 제거하기 위해 상기 여과 요소를 통해 불어 내어지도록 상기 여과 요소 쪽을 향하여 있는 세정 가스 유입구;
상기 여과실의 아래에 위치되고, 상기 공정 가스로부터 제거된 건조 고체가 수집되는 배출실;
상기 배출실의 아래에 위치하고, 상기 고체가 배출되기 전에 수집되는 수집 호퍼;
압력 평형 도관은, 상기 여과실과 상기 수집 호퍼 사이의 압력 차를 제어하기 위해 상기 여과실과 상기 수집 호퍼 사이에서의 가스 유동을 제어하는 밸브를 구비하고, 상기 여과실과 상기 수집 호퍼 사이에서 연장되는 압력 평형 도관; 및
가스 공급 라인은 상기 수집 호퍼로의 가압 가스의 공급을 제어하는 밸브를 구비하고, 상기 수집 호퍼 내로 가압 가스를 공급하는 가스 공급 라인을 포함하는 건식 여과 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 수집 호퍼로부터 가스를 배기하는 배기 라인을 더 포함하고,
상기 배기 라인은 상기 수집 호퍼로부터의 가스의 배기를 제어하는 밸브를 구비하는 건식 여과 장치.
합금철 제련 공정에서 생성되는, 일산화탄소를 함유하는 공정 가스를 건식 여과하는 방법으로서,
여과실 내로 상기 공정 가스를 공급하는 단계;
상기 여과실에서 상기 공정 가스를 여과 요소를 통해 여과하여 상기 여과실에 들어온 상기 공정 가스 중에 존재하는 고체를 제거하는 단계;
세정 가스를 사용하여 상기 여과 요소를 세정하는 단계;
상기 공정 가스로부터 제거된 상기 고체를 배출실에 수집하는 단계;
상기 배출실에 수집된 상기 고체를 수집 호퍼로 배출하는 단계; 및
상기 수집 호퍼로부터 상기 고체를 배출하는 단계를 포함하고,
상기 수집 호퍼로부터 상기 고체를 배출하는 단계는:
상기 배출실과 상기 수집 호퍼 사이에서 연장되는 압력 평형 도관에 의해 상기 배출실과 상기 수집 호퍼 내의 압력을 평형화하는 단계;
상기 배출실과 상기 수집 호퍼 사이의 밸브를 열어 고체가 상기 수집 호퍼로 유동하게 하는 단계;
상기 압력 평형 도관에 있는 밸브를 닫는 단계;
상기 배출실과 상기 수집 호퍼 사이의 상기 밸브를 닫는 단계;
상기 수집 호퍼에 가압 가스를 공급하는 가스 공급 라인에 있는 밸브를 열어 상기 수집 호퍼에 압력을 가하는 단계; 및
상기 수집 호퍼로부터 고체를 배출하기 위해 상기 수집 호퍼의 배출구에 있는 밸브를 여는 단계를 포함하는 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 수집 호퍼의 배출구에 있는 밸브를 닫는 단계;
상기 가스 공급 라인에 있는 밸브를 열어 상기 수집 호퍼에 압력을 가하는 단계;
배기 라인에 있는 밸브를 열어 상기 수집 호퍼로부터 가스를 배기하는 단계; 및
상기 가스 공급 라인에 있는 밸브를 열어 상기 수집 호퍼에 다시 압력을 가하는 단계를 더 포함하는 방법.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 방법은 고휘발성 환원제들이 사용되는 합금철 제련 공정에서 생성되는 공정 가스를 여과하는데 사용되는 방법.
합금철 제련 공정에서 생성되는, 일산화탄소를 함유하는 공정 가스의 냉각 및 건식 여과를 위한 시스템으로서,
제 1 항에 따른 건식 여과 장치 및 냉각 장치를 포함하고,
상기 냉각 장치는:
냉각실;
상기 냉각실 내로 상기 공정 가스를 공급하는 공정 가스 유입구;
상기 냉각실 내로 냉각 매체를 공급하는 냉각 매체 공급 라인;
냉각된 공정 가스를 배출하는 공정 가스 배출구;
상기 냉각실의 아래에 위치되고, 침강하는 고체가 수집되는 수집실; 및
상기 수집실의 아래에 위치하고, 상기 침강한 고체가 배출되어 상기 냉각 장치로부터 벗어나 운반되기 전에 수집되는 수집 호퍼를 포함하고,
상기 여과 장치에 들어가는 상기 공정 가스가 상기 여과 장치에 도입되기 전에 상기 냉각 장치에서 냉각되도록 상기 냉각 장치의 상기 공정 가스 배출구가 상기 여과 장치의 상기 공정 가스 유입구와 유체 연통하는 시스템.
제 6 항에 있어서, 상기 냉각 장치는:
상기 냉각실과 상기 수집 호퍼 사이의 압력 차를 제어하기 위해 상기 냉각실과 상기 수집 호퍼 사이에서의 가스 유동을 제어하는 밸브를 구비하고, 상기 냉각실과 상기 수집 호퍼 사이에서 연장되는 압력 평형 도관;
상기 수집실과 상기 수집 호퍼 사이에서의 고체의 유동을 제어하도록 작동될 수 있도록 상기 수집실과 상기 수집 호퍼 사이에 위치하는 제1 밸브, 및 상기 수집 호퍼로부터 고체의 배출을 제어하도록 작동될 수 있도록 배출구에 위치된 제2 밸브;
상기 수집 호퍼로의 가압 가스의 공급을 제어하는 밸브를 구비하고, 상기 수집 호퍼 내로 가압 가스를 공급하는 가스 공급 라인; 및
상기 수집 호퍼로부터의 가스의 배기를 제어하는 밸브를 구비하고, 상기 수집 호퍼로부터 가스를 배기하는 배기 라인을 포함하는 시스템.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 냉각실 내로 분무 추진제(atomizing agent)를 공급하는 분무 공급 라인을 더 포함하는 시스템.
제 8 항에 있어서, 상기 냉각 매체 공급 라인에 위치하여 상기 냉각실 내로 냉각 매체를 주입하는 냉각 매체 주입기를 더 포함하고,
상기 냉각 매체 주입기의 이전의 위치에서 상기 냉각 매체 공급 라인으로 분무 추진제가 도입되는 시스템.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 냉각실은 2개의 부냉각실(sub-chamber)들을 포함하고,
상기 2개의 부냉각실들은 상기 부냉각실들 사이에서 연장되는 일련의 파이프들에 의해 유체 연통하되, 상기 부냉각실들 중의 하나 내로 상기 공정 가스가 공급되는 한편, 상기 부냉각실들 중의 다른 하나로부터 냉각된 공정 가스가 배출되는 시스템.
제 10 항에 있어서, 상기 냉각실로 공급된 상기 냉각 매체는 상기 부냉각실들을 서로 연결하는 상기 파이프들의 외면을 가로질러 유동하여 상기 파이프들 내의 상기 공정 가스를 냉각하는 시스템.
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