Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.25
no.6_3
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pp.1247-1260
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2022
The steel industry accounts for about 5% of the total annual global energy consumption and more than 6% of the total anthropogenic carbon dioxide emissions. Therefore, there is a need to increase energy efficiency and reduce greenhouse gas emissions in these industries. The utilization of coke oven gas, a byproduct of the coke plant, is one of the main ways to achieve this goal. Coke oven gas used as a fuel in many steelmaking process is a hydrogen-rich gas with high energy potential, but it is commonly used as a heat source and is even released directly into the air after combustion reactions. In order to solve such resource waste and energy inefficiency, several alternatives have recently been proposed, such as separating and refining hydrogen directly from coke oven gas or converting it to syngas. Therefore, in this study, recent research trends on the separation and purification of hydrogen from coke oven gas and the production of syngas were introduced.
Greenhouse gas emissions have a profound effect on global warming. Various environmental regulations have been introduced to reduce the emissions. The largest amount of greenhouse gases, including carbon dioxide, is produced in the steel industry. To decrease carbon dioxide emission, hydrogen-based iron oxide reduction, which can replace carbon-based reduction has received a great attention. Iron production generates various by-product gases, such as cokes oven gas (COG), blast furnace gas (BFG), and Linz-Donawitz gas (LDG). In particular, COG, due to its high concentrations of hydrogen and methane, can be reformed to become a major source of hydrogen for reducing iron oxide. Nevertheless, continuous COG cannot be supplied under actual operation condition of steel industry. To solve this problem, this study proposed to use two alternative COG-based fuel mixtures; one with natural gas and the other with biogas. Reforming study on two types of mixed gas were carried out to evaluate catalyst performance under a variety of operating conditions. In addition, methane conversion and product composition were investigated both theoretically and experimentally.
The "Hydrogen Economic Activation Road map" was announced in 2019, and hydrogen demand is expected to exceed 470,000 tons per year in 2022 and keep increasing. Under this circumstance, it has become important to understand the greenhouse gas (GHG) emissions associated with various hydrogen production pathways. In this study, the evaluation of life cycle GHG emissions regarding the hydrogen produced as by-product from coke oven gas (COG) in steel mill is conducted. To cover the possible range of operations, three literatures were reviewed and their data of inputs and outputs for the process were adopted for calculation. Life cycle inventories and emission factors were mostly referred to GaBi and Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) guidelines, respectively. When there are multiple products from a single process, the energy allocation method was applied. Based on these sources and the assumptions, the life cycle emission values of COG-based hydrogen were found to be 3.8 to 4.7 kg/CO2-eq./kg-H2.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.27
no.5
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pp.1111-1117
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2024
The technology for hydrogen production from by-product gases generated in steel mills has recently garnered significant attention, with commercialization gradually progressing. Hydrogen production based on by-product gases presents a critical technological breakthrough, enabling the reduction of carbon emissions in steel production while promoting sustainable energy generation. In this study, a consequence analysis of potential accidents was conducted by analyzing the components of a newly proposed membrane-PSA hybrid process aimed at reducing the cost of hydrogen production from the PSA-only process. The findings indicate that the extent of pipeline damage and weather conditions significantly influence the range of hydrogen leakage, the radiative heat from jet fires, and the overpressure range in vapor cloud explosions. These results provide essential foundational data for evaluating the risks associated with hydrogen leakage accidents and for establishing safety design and preventive measures.
This research was carried out to identify the characteristics of the wastewater from coke oven gas (COG) purification process of the coke plant, and derive optimal operating conditions for the treatment of wastewater. The coke plant wastewater contains highly concentrated $S^{-2}$ and $SCN^-$ that are harmful to microorganisms, and their concentrations were 6.8~11.2 mg/L and 190~320 mg/L, respectively. When the $S^{-2}$ ion concentration was lower than 10 mg/L, $SV_{30}$ of active sludge was 280~ 340 mL and the sludge sedimentation velocity was very fast. But, when the $S^{-2}$ ion concentration was higher than 15 mg/L, $SV_{30}$ of the active sludge was 560~680 mL and the sludge sedimentation velocity was very slow. Also when the $SCN^-$ ion concentration was lower than 300 mg/L, $SV_{30}$ of the active sludge was 245~320 mL and the sludge sedimentation velocity was very fast. But, when the $SCN^-$ ion concentration was higher than 400 mg/L, $SV_{30}$ of the active sludge was 470~ 567 mL and the sludge sedimentation velocity was slow. To treat the wastewater generated by COG purification process of the coke plant effectively and to maintain microorganism activities in good conditions, the ion concentration of $S^{-2}$ and $SCN^-$ should be lower than 15 mg/L and 400 mg/L, respectively.
Kim, Kang-Min;Lee, Yeon-Kyung;Ahn, Seok-Gi;Kim, Gyu-Bo;Yoo, In;Jeon, Chung-Hwan
Journal of Energy Engineering
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v.24
no.3
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pp.82-88
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2015
After a reheating furnace installation, the modification of the size and the heat capacity is very difficult. Therefore, the development of design package tool is required for the computation on the correct specifications before the design and the installation. Prior to development of the design tool, a module that calculates the amount of heat loss of each part according to the specifications for determining the thermal efficiency of a continuous heating furnace was developed and applied to the oxy-fuel industrial furnace. Through this, the effects of fuel type, oxygen fraction and recirculation on the efficiency of the furnace of which the output is 110Ton/hour were analyzed. In oxy-fuel combustion condition, the efficiency was 15% higher than air combustion conditions. With the using COG(Coke Oven Gas) instead of LNG, the efficiency was slightly increased. In the air combustion condition, the efficiency was increased about 33% with the preheated air. But, in oxy-fuel condition, the amount of exhaust gas was reduced, so the efficiency was increased about 7%.
Rotary kiln burner has been developed continuously to improve process efficiency and exhaust emission. In this study, the characteristics of the flame and exhaust emission were numerically analyzed according to the diameter of primary air nozzle, equivalent ratio of burner, and equivalent ratio at center and side nozzle for development of multi-nozzle burner in the COG(Coke Oven Gas) rotary kiln for sintering iron ore. The results indicated that the flame length and $NO_x$ emission increase, as the diameter of primary air nozzle and equivalent ratio of burner increase. And according to the change of equivalent ratio at the center and the side of the nozzle, the flame length and average temperature in the kiln show very little change but the $NO_x$ emission shows obvious difference. In conclusion, the best design conditions which have satisfying flame length, average temperature and $NO_x$ emission are as follows: $D_2/D_1$ is 1.33, equivalent ratio of burner is 1.25 and center nozzle conditions are Rich.
Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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1997.10a
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pp.70-77
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1997
표면연소버너의 모재 중 최근 많은 관심을 끌고 있는 금속섬유를 이용한 LPG 및 COG의 연소특성을 파악하였다. 연소모드, 매트 표면온도분포, 공해물질 배출량, 버너 전후단 압력 손실을 측정한 결과, COG 연소시가 더 넓은 범위의 적열영역을 얻을 수 있었고, 매트의 평균 표면온도도 높았다. NOx 발생량은 100ppm 이하였고, 연소부하 50kcal/$ extrm{cm}^2$hr에서의 매트 전후단의 압력손실은 30mmH2O로 압력손실은 거의 없었다. 적열범위나 표면온도분포 등이 가스별로 약간의 차이를 보였으나, 매트의 종류에 크게 상관없이 안정연소를 달성할 수 있어 가스 특성이 상이한 각종 가스의 연소에 표면연소기술의 적용이 가능할 것이다.
Oxidation behavior of STS 304 and 430, produced by POSCO, Korea, was studied in order to study the surface defects formed during manufacturing processes. Oxidation experiments were carried out in a preheat-ed furnace at 850~$1, 250^{\circ}C$ in air and in a simulated coke oven gas(COG) atmosphere. The reaction products were examined by XRD, SEM and EDX on their surfaces and cross sections. Protective $Cr_2O_3$-primary oxide film was formed initially, but at critical point this film was broken and a duplex scale consisting of $Fe_2O_3$- and Fe$Cr_2O_4$- was formed. It was more severely attacked in a simulated COG atmosphere than in air, and STS 304 was superior to STS 430 in oxidation resistance.
Steel mill gases, including coke oven gas (COG), blast furnace gas (BFG), and Linz-Donawitz gas (LDG), are mainly used as fuels within steel plants, resulting in substantial CO2 emissions. This combustion process accounts for 10% of South Korea's total CO2 emissions. These off-gases, rich in CO, CH4, and hydrogen, have the potential to be converted into valuable chemicals through catalytic processes, thereby reducing CO2 emissions and increasing their economic value. This study investigates the conversion of steel mill gases into methanol, an important platform chemical and cleaner transportation fuel. By using COG and LDG as sources of CO and H2, respectively, a novel process was developed. In this process, H2-rich COG from a simple single-step membrane separation and raw LDG are converted into methanol with high selectivity using a Cu-Zn-Al catalyst. The study identified the optimal gas compositions for methanol production through experimental results, demonstrating efficient methanol synthesis from various compositions of LDG, COG, pure hydrogen, and H2-rich COG. This innovative approach not only aims to reduce specific CO2 emissions from steel plants but also enhances the economic value of the byproduct gases. Thus, the study provides a sustainable and economically advantageous solution for the steel industry.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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