CN114302970A - 气体制造装置、气体制造系统、炼铁系统、化学品制造系统和气体制造方法 - Google Patents

气体制造装置、气体制造系统、炼铁系统、化学品制造系统和气体制造方法 Download PDF

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R.达萨纳亚科阿卢思奇
中村匡贵
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Sekisui Chemical Co Ltd
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Abstract

问题：提供能够由以二氧化碳为主要成分的分离气体稳定地制造以一氧化碳为主要成分的生成气体的气体制造装置。解决手段：提供气体制造装置(1)，其具备分离回收部(5)、反应部(4)、压力调节部(7)以及流量调节部(6)，所述分离回收部(5)从废气设备的管线的中途导出的废气中分离回收以二氧化碳为主要成分的分离气体；所述反应部(4)与分离回收部(5)的下游侧连接，并且具备至少一个反应器，该反应器在容纳还原剂的同时，能够在还原反应的体系内分离从二氧化碳脱离的氧原子的至少一部分，所述还原剂通过因与分离气体而接触发生的二氧化碳的还原反应而生成一氧化碳；所述压力调节部(7)与反应部(4)的下游侧连接，调节供给至反应器的分离气体的压力；所述流量调节部(6)与分离回收部(5)的上游侧连接，调节供给至反应器的分离气体的流量。

Description

气体制造装置、气体制造系统、炼铁系统、化学品制造系统和 气体制造方法
技术领域
本发明涉及气体制造装置、气体制造系统、炼铁系统、化学品制造系统和气体制造方法。
背景技术
近年，作为温室气体中的一种的二氧化碳(CO2)在空气中的浓度持续上升。空气中的二氧化碳的浓度的上升促进全球变暖。因此，对排放至空气中的二氧化碳进行回收是十分重要的，并且，如果能够进一步将回收的二氧化碳转化为有价值的物质并进行重复利用，就能够实现碳循环社会。
此外，作为全球规模的措施，如联合国气候变化框架公约的京都议定书所述，对于成为全球变暖的原因的二氧化碳，发达国家的减少率以1990年为基准而各国分别设定，规定共同在约定期限内达成减排目标值。
为了达成该减排目标，由炼钢厂、冶炼厂或火力发电厂产生的包含二氧化碳的废气也成为减排对象，关于这些行业中的二氧化碳的减排，各种技术改良正在进行中。作为该技术的一个实例，可举出CO2捕集·封存(CCS)。然而，在该技术中，封存存在物理限制，并不是根本性的解决方案。
此外，例如，专利文献1中公开了，由二氧化碳制造一氧化碳的二氧化碳还原系统。该二氧化碳还原系统具备：产生包含二氧化碳的废气的燃烧炉、从废气中分离二氧化碳的二氧化碳分离装置以及将分离得到的二氧化碳还原为一氧化碳的还原装置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2019/163968号
发明内容
发明所解决的技术问题
然而，根据本发明人等的研究，来自燃烧炉的废气的流量和压力变动较大，并且在通过二氧化碳分离装置从废气中分离得到的包含二氧化碳的分离气体的情况下，该倾向更显著。即使将该状态下的分离气体供给至还原装置，也难以稳定地制造一氧化碳。
因此，本发明的目的是提供一种能够稳定地由以二氧化碳为主要成分的分离气体制造以一氧化碳为主要成分的生成气体的气体制造装置、气体制造系统、气体制造方法以及利用制造的生成气体的炼铁系统和化学品制造系统。
解决问题的技术手段
这样的目的通过下述的本发明达成。
(1)本发明的气体制造装置是使用废气制造以一氧化碳为主要成分的生成气体气体制造装置，所述废气从具备炉、排放从该炉排出的包含二氧化碳的废气的烟囱以及连接该烟囱和所述炉的管线的废气设备的所述管线的中途导出，其中，
所述气体制造装置具有：
分离回收部，其从所述废气中分离并回收以所述二氧化碳为主要成分的分离气体；
反应部，其与该分离回收部的下游侧连接，并且具备至少一个反应器，该反应器在容纳还原体的同时，能够在还原反应的体系内分离从所述二氧化碳脱离的氧原子的至少一部分，所述还原体通过因与所述分离气体接触而发生的所述二氧化碳的还原反应而生成所述一氧化碳；
压力调节部，其与所述反应部的下游侧连接，调节供给至所述反应器的所述分离气体的压力；以及
流量调节部，其与所述分离回收部的上游侧连接，调节供给至所述反应器的所述分离气体的流量。
(2)本发明的气体制造装置中，优选所述分离气体中包含的所述二氧化碳的浓度相对于所述分离气体整体为70体积％以上。
(3)本发明的气体制造装置中，优选供给至所述反应器的所述分离气体的压力为0～2MPaG。
(4)优选在本发明的气体制造装置中，所述至少一个反应器包含容纳还原剂作为所述还原体的多个反应器，所述还原剂包含还原二氧化碳的金属氧化物，
该气体制造装置进一步具有：供给包含还原物质的还原气体的还原气体供给部，所述还原物质还原因与所述二氧化碳接触而被氧化的所述还原剂，
各所述反应器与所述分离回收部和所述还原气体供给部中的至少一个连接，并且可切换供给至各所述反应器的所述分离气体和所述还原气体或能够在所述反应器彼此之间移动所述还原剂。
(5)本发明的气体制造系统具有：
废气设备，其具备炉、排放从该炉排出的包含二氧化碳的废气的烟囱、以及连接该烟囱和所述炉的管线；和
本发明的气体制造装置，
该气体制造装置的所述分离回收部被连接至所述管线的中途，以从所述废气设备中导出所述废气的方式构成。
(6)优选在本发明的气体制造系统中，所述废气设备进一步具备：配置在所述管线的中途，并且处理所述废气的处理器，
所述废气被从所述管线的所述烟囱和所述处理器之间导出。
(7)本发明的气体制造系统中，优选所述处理器包含鼓风机、燃烧炉、脱硝器和脱硫器中的至少一个。
(8)本发明的炼铁系统具有：
本发明的气体制造装置；和
与该气体制造装置的所述反应部的下游侧连接的熔炉，
将所述生成气体供给至所述熔炉，并利用所述一氧化碳炼铁，所述生成气体通过使供给至所述反应器的所述分离气体与所述还原体接触而使所述二氧化碳转化为所述一氧化碳而得到。
(9)本发明的炼铁系统中，优选所述生成气体中包含的所述一氧化碳的浓度相对于所述生成气体整体为70体积％以上。
(10)本发明的炼铁系统优选进一步具有对供给至所述熔炉之前的所述生成气体进行加热的生成气体加热部。
(11)本发明的炼铁系统中，优选通过所述生成气体加热部进行加热后的所述生成气体的温度为500～1300℃。
(12)本发明的化学品制造系统具有：
本发明的气体制造装置；和
与该气体制造装置的所述反应部的下游侧连接的第2反应设备，
将所述生成气体供给至所述第2反应设备，并利用所述一氧化碳制造化学品，所述生成气体通过使供给至所述反应器的所述分离气体与所述还原体接触而使所述二氧化碳转化为所述一氧化碳而得到。
(13)本发明的气体制造方法是使用废气制造以一氧化碳为主要成分的生成气体气体制造方法，所述废气从具备炉、排放从该炉排出的包含二氧化碳的废气的烟囱、以及连接该烟囱和所述炉的管线的废气设备的所述管线的中途导出，其中，
所述方法包含下述步骤：
准备至少一个反应器，所述反应器在容纳通过所述二氧化碳的还原反应而生成所述一氧化碳的还原体的同时，能够在所述还原反应的体系内分离从所述二氧化碳脱离的氧原子的至少一部分；
通过分离回收部从所述废气中分离并回收以二氧化碳为主要成分的分离气体；
将所述分离气体供给至所述反应器，使所述分离气体与所述还原体接触，将所述二氧化碳转化为所述一氧化碳，从而制造所述生成气体，此时，通过在所述反应器的下游侧进行的控制来调节供给至所述反应器的所述分离气体的压力，同时通过在所述分离回收部的上游侧进行的控制来调节供给至所述反应器的所述分离气体的流量。
发明效果
根据本发明，能够由以二氧化碳为主要成分的分离气体稳定地制造以一氧化碳为主要成分的生成气体，并且，能够利用该生成气体高效地炼铁和进行化学品的制造。
附图说明
[图1]是表示本发明的炼铁系统的一个实施方式的概要图。
[图2]是表示图1的炼铁系统中的气体制造装置的一个实施方式的概要图。
[图3]是表示图2的反应部的构成的图。
[图4]是示意性地表示图3的反应器的构成(第1构成例)的截面图。
[图5]是表示气体制造装置与废气设备的连接部附近的构成的概要图。
[图6]是示意性地表示反应器的第2构成例的截面图。
[图7]是放大地表示图6的一部分的图。
[图8]是示意性地表示反应器的第3构成例的截面图。
具体实施方式
以下，对于本发明的气体制造装置、气体制造系统、炼铁系统、化学品制造系统和气体制造方法，基于附图表示的适宜实施方式详细地进行说明。
<整体构成>
图1是表示本发明的炼铁系统的一个实施方式的概要图，图2是表示图1的炼铁系统中的气体制造装置的一个实施方式的概要图，图3是表示图2的反应部的构成的图，图4是示意性地表示图3的反应器的构成(第1构成例)的截面图。
图1表示的炼铁系统(气体制造系统)100具备：具有高炉(熔炉)200、烟囱300以及连接高炉200和烟囱300的气体管线400的废气设备；从气体管线400的中途分支的供给管线500；介由连接部2与供给管线500连接的气体制造装置1以及连接气体制造装置1和高炉200的返还管线600。
需要说明的是，在本说明书中，也将相对于气体的流动方向的上游侧简称为“上游侧”，将下游侧简称为“下游侧”。
在本实施方式中，涉及利用从高炉200排出的废气的构成，但例如也可以是附属于炼钢厂或冶炼厂的其它炉。作为优选的其他炉，可举出转炉等。各炉中，内容物在被熔融、精炼等时生成(产生)废气。废气通常除了二氧化碳之外，还包含氮、氧、一氧化碳、水蒸气、甲烷等的其他气体成分。来自高炉的废气(高炉煤气)是在高炉中制造生铁时产生的气体，包含以下气体：二氧化碳为10～15体积％、氮为55～60体积％、一氧化碳为25～30体积％、氢为1～5体积％。
此外，来自转炉的废气(转炉气体)是在转炉中制造钢时产生的气体，包含以下气体：二氧化碳为15～20体积％、一氧化碳为50～60体积％、氮为15～25体积％、氢为1～5体积％。
如果使用这些废气，则能够有效利用以往排放至空气中的二氧化碳，能够降低对环境的负荷。
气体管线400的中途配置有处理废气的处理器410。需要说明的是，本说明书中，通过处理器410进行处理前的气体和通过处理器410进行了处理后的气体中的任一种均称为废气。
处理器410可由鼓风机、燃烧炉(燃烧锅炉)、脱硝器和脱硫器中的一个单独构成或组合两个以上构成。通过配置该处理器410，能够对废气进行期望的处理。
通过设置鼓风机，能够提高对烟囱300供给的废气量或提高废气的压力。
通过设置燃烧炉，能够使废气中的一氧化碳燃烧而提高废气中的二氧化碳的浓度。在通过燃烧炉燃烧高炉煤气的情况下，废气中例如会变得包含以下气体：二氧化碳为5～15体积％、氮为60～70体积％、氧为5～10体积％、水蒸气为15～25体积％。
此外，通过设置脱硝器或脱硫器，能够除去废气中的氮成分或硫成分。
气体管线400与排放废气的烟囱300连接。在气体管线400的中途，处理器410和烟囱300之间处，供给管线500与气体管线400连接(分支)。即，在气体制造装置1中，使用从废气设备的气体管线400的中途(处理器410和烟囱300之间)导出的废气。
需要说明的是，构成气体管线400的配管通常沿着水平方向(地面)配设(延伸)。该情况下，构成供给管线500的配管优选与构成气体管线400的配管大致垂直，并沿着垂直方向配设(延伸)。通过该构成，即使在分离气体被冷却而产生冷凝水的情况下，也能够防止冷凝水混入导出至供给管线500的分离气体中。
<气体制造装置>
气体制造装置1使经由供给管线500和连接部2而供给的废气与包含还原二氧化碳的金属氧化物的还原剂接触，制造以一氧化碳为主要成分的生成气体(合成气体)。
气体制造装置1如图2所示，主要具有：连接部2、还原气体供给部3、反应部4、连接连接部2和反应部4的气体管线GL1、连接还原气体供给部3和反应部4的气体管线GL2以及与反应部4连接的气体管线GL4。
本实施方式中，连接部2构成将废气供给至反应部4的气体供给部。
需要说明的是，根据需要，气体管线GL1、气体管线GL2和气体管线GL4的中途的给定位置处可以配置用于输送气体的泵。例如，在废气的压力较低的情况下，可通过配置泵，使气体顺利地在气体制造装置1内输送。
气体管线GL1在其一个端部与连接部2连接。另一方面，气体管线GL1，如图3所示，在其他端部，介由气体切换部8和两个气体管线GL3a、GL3b，分别与反应部4具备的反应器4a、4b的入口端连接。
通过该构成，经由连接部2供给的废气通过气体管线GL1供给至各反应器4a、4b。
气体切换部8例如可以以包含分支气体管线和设置在该分支气体管线的中途的阀门这样的流路开闭机构的方式而构成。
各反应器4a、4b，如图4所示，由多管式的反应装置(固定层式的反应装置)构成，该多管式的反应装置(固定层式的反应装置)具备分别填充有还原剂(还原体)4R的多个管体41和容纳有多个管体41的壳体42。通过该多管式的反应装置，能够充分确保还原剂4R与分离气体(后述的分离回收部5中，从废气中分离并回收的以二氧化碳为主要成分的气体)和还原气体的接触的机会。其结果，能够提高生成气体的制造效率。
本实施方式的还原剂4R例如优选为粒子状(颗粒状)、鳞片状、丸状等。如果是所述形状的还原剂4R，则能够提高填充到管体41中的效率，能够进一步增大与供给至管体41内的气体的接触面积。
在还原剂4R为粒子状的情况下，其体积平均粒径没有特别限定，优选为1～50mm，更优选为3～30mm。该情况下，能够进一步提高还原剂4R与分离气体(二氧化碳)的接触面积、进一步提高二氧化碳转化为一氧化碳的转化效率。同样地，也能够使通过包含还原物质的还原气体进行的还原剂4R的再生(还原)更有效地进行。
从具有更高的球形度的观点出发，粒子状的还原剂4R优选为通过滚动造粒而制造的成形体。
此外，还原剂4R也可以担载在载体上。作为载体的构成材料，只要是难以因分离气体(废气)、反应条件等而改性的材料，就没有特别限定，例如可举出：碳材料(石墨、石墨烯等)、沸石、蒙脱石、SiO2、ZrO2、TiO2、V2O5、MgO、氧化铝(Al2O3)、二氧化硅和这些材料的复合氧化物等。其中，优选为沸石、蒙脱石、SiO2、ZrO2、TiO2、V2O5、MgO、氧化铝(Al2O3)、二氧化硅和这些材料的复合氧化物等。由所述材料构成的载体由于不会对还原剂4R的反应造成不良影响，并且具有优异的担载还原剂4R的能力，故为优选。此处，载体不参与还原剂4R的反应，仅支撑(保持)还原剂4R。作为这种方式的一个实例，可举出载体的表面的至少一部分被还原剂4R包覆的构成。
还原剂4R中包含的金属氧化物(氧载体)只要能够还原二氧化碳，就没有特别限定，优选含有选自属于第3族～第12族的金属元素中的至少1种，更优选含有选自属于第4族～第12属的金属元素中的至少1种，进一步优选含有钛、钒、铁、铜、锌、镍、锰、铬和铈等中的至少1种，特别优选为含有铁的金属氧化物或复合氧化物。由于这些金属氧化物具有特别良好的将二氧化碳转化为一氧化碳的转化效率，因此有用。
此外，在各反应器4a、4b中，也可以用还原剂4R(金属氧化物)本身来制备管体(圆筒状的成形体)41。此外，也可以用还原剂4R制备块状、栅格状(例如，网状、蜂窝状)等的成形体，并配置在壳体42内。这些情况下，可以省略作为填充剂的还原剂4R，也可以组合使用。
其中，优选用还原剂4R制备网状体并配置在壳体42内的构成。在该构成的情况下，能够防止在各反应器4a、4b内分离气体和还原气体的流路阻力升高，同时还能够充分确保还原剂4R与分离气体和还原气体接触的机会。
需要说明的是，两个反应器4a、4b的容积被设定为彼此大致相等，可根据要处理的分离气体(废气)的量(炉的尺寸、气体制造装置1的尺寸)，进行适宜设定。
在气体管线GL1的中途，从连接部2侧起依次设置有流量调节部6和分离回收部5。
分离回收部5从废气中分离并回收以二氧化碳为主要成分的分离气体。废气还包含氧等的不需要的气体成分。通过在分离回收部5中分离分离气体，能够使分离气体中包含的不需要的气体成分的浓度降低。因此，能够防止或抑制不需要的气体成分对通过还原剂4R进行的二氧化碳向一氧化碳的转化的效率产生不良影响。
分离回收部5例如可以以包含膜分离型的连续式的分离器、膜分离型的变压吸附(PSA)方式的分离器、胺吸收式的分离器、胺吸附式的分离器等的形式而构成。其中，分离回收部5优选由胺吸收式的分离器构成。通过使用胺吸收式的分离器，可充分提高分离气体中的二氧化碳的浓度，并且在通过反应部4将二氧化碳转化为一氧化碳时，可以使得副生成物不易生成。
分离气体中包含的二氧化碳的浓度相对于分离气体整体优选为70体积％以上，更优选为80体积％以上，进一步优选为90体积％以上，特别优选为95体积％以上。由此，能够提高气体制造装置1中的以一氧化碳为主要成分的生成气体的制造效率。
分离气体中包含的二氧化碳的浓度的上限可以为100体积％，但从实际出发，可以为99体积％以下，也可以为98体积％以下。该情况下，可在不使分离回收部5的构成复杂化或增大装置的制备成本的情况下，制造生成气体。
流量调节部6连接(配置)在分离回收部5的上游侧。流量调节部6对供给至反应器4a、4b的分离气体的流量进行调节。该流量调节部6例如可以以包含阀门、鼓风机、流量调节阀门、鼓风机的风量调节装置等的形式而构成。
根据阀门，可通过调节阀门的开度，来调节供给至反应器4a、4b的分离气体的流量。
另一方面，根据鼓风机，例如可通过调节其旋转速度(所谓的变频器控制)，来调节供给至反应器4a、4b的分离气体的流量。
此外，在基于该流量调节部6的流量调节机构中，优选基于单独设置的流量计(未图示)的指示值进行反馈控制。就流量计(FI)的设置位置而言，在重视分离气体的处理量的情况下，优选设置在分离回收部5的上游侧(初级侧)，在重视供给至反应器4a、4b的二氧化碳的量的情况下，优选设置在反应器4a、4b的上游侧(初级侧)，在重视一氧化碳的生成量的情况下，优选设置在反应器4a、4b的下游侧(次级侧)。
在气体管线GL1的分离回收部5的下游侧(与反应部4之间)，可以设置微成分除去部和分离气体加热部中的至少一者，所述微成分除去部除去分离气体中包含的微成分(微量的不需要的气体成分等)，所述分离气体加热部对供给至反应器4a、4b之前的分离气体进行加热。
微成分除去部，例如可以由气液分离器、保护器(保护反应器)和洗涤器(吸收塔)中的至少1种的处理器而构成。
在使用多个处理器的情况下，它们的配置顺序是任意的，但在组合使用气液分离器和保护器的情况下，优选将气液分离器配置在保护器的上游侧。该情况下，能够进一步提高从分离气体中除去微成分的效率，同时能够延长保护器的使用期限(寿命)。
气液分离器例如从分离气体中分离分离气体中产生的冷凝水(液体)。该情况下，分离气体中残存的不需要的气体成分等也溶解在冷凝水中并被除去。
气液分离器，例如可由简单的容器、旋流式分离器、离心分离器、表面张力式分离器等构成。其中，由于构成简单并且价格较低等原因，气液分离器优选由简单的容器构成。该情况下，也可以在容器内的气液界面处配置允许气体通过但阻止液体通过的过滤器。
此外，该情况下，可以将液体管线与容器的底部连接，并且在管线的中途设置阀门。根据该构成，封存在容器内的冷凝水可通过开放阀门，而经由液体管线，排出至气体制造装置1外。
需要说明的是，也可以将液体管线连接至后述的罐30，以重复利用排出的冷凝水。
例如可作以下构成：将通过气液分离器除去了冷凝水的分离气体供给至保护器。
该保护器优选具备能够捕捉作为分离气体中包含的微成分且通过与还原剂4R的接触会降低还原剂4R活性的成分(失活成分)的物质。
根据该构成，当分离气体通过保护器时，可通过使保护器内的物质与失活成分进行反应(捕捉)，从而阻止或抑制失活成分到达反应器4a、4b内的还原剂4R处以保护还原剂4R(即，防止活性的降低)。因此，可防止或抑制通过还原剂4R进行的二氧化碳向一氧化碳的转化的效率因失活成分的不良影响而显著降低。
所述物质可使用以下的物质：具有作为被包含在还原剂4R中的组成且通过与失活成分的接触而使还原剂4R的活性降低的组成的物质，具体而言，可使用与还原剂4R中包含的金属氧化物相同或类似的金属氧化物。此处，类似的金属氧化物是指，它们中包含的金属元素相同但组成不同的金属氧化物或它们中包含的金属元素的种类不同但元素在元素周期表中的族相同的金属氧化物。
此外，作为失活成分，优选为选自硫、汞、硫化合物、卤素化合物、有机聚硅氧烷、有机磷和有机金属化合物中的至少1种，更优选为选自硫和硫化合物中的至少1种。如果预先除去该失活成分，则能够有效地防止还原剂4R的活性急剧降低。
需要说明的是，所述物质只要是活性因还原剂4R的失活成分相同的成分而降低的物质即可，由于氧化铁、氧化锌这样的金属氧化物对所述失活成分的捕捉能力优异，故而优选。
保护器可设置成：在壳体内配置网状材料，并将所述物质的粒子装载在网状材料上的构成、在壳体内配置由所述物质构成的蜂窝状的过滤器部件、圆筒状或粒子状的成形体的构成等。
特别是，在将保护器配置在分离回收部5(气液分离器)和分离气体加热部之间的情况下，能够在防止所述物质因热量而劣化的同时，提高失活成分的除去效率。
通过以分离气体加热部预先加热反应前(还原前)的分离气体，能够进一步促进反应器4a、4b中，通过还原剂4R进行的二氧化碳向一氧化碳的转化(还原)反应。
分离气体加热部，例如可由电热器和热交换器(节热器)构成。
热交换器具有以下构成：使构成气体管线GL4的一部分的配管弯曲，并接近构成气体管线GL1的配管，其中，所述构成气体管线GL4是用于排出通过反应器4a、4b后的气体(混合气体)的。根据该构成，利用通过反应器4a、4b后的高温气体(混合气体)的热量，通过热交换对供给至反应器4a、4b之前的分离气体进行加热，因此能够实现热量的有效利用。
就该热交换器而言，例如，可以以夹套式热交换器、浸入管线圈式热交换器、双管式热交换器、壳&管式热交换器、板式热交换器、螺旋式热交换器等的形式而构成。此外，在分离气体加热部中，可以省略电热器和热交换器中的任一方。
在分离气体加热部中，可使用燃烧炉等代替电热器。但是，如果使用电热器，则作为其动力源，可使用作为可再生能源的电力(电能)，因此能够降低对环境的负荷。
作为可再生能源，可使用利用了选自太阳能发电、风力发电、水力发电、波浪发电、潮汐发电、生物质发电、地热发电、太阳热和地中热中的至少一种的电能。
此外，也可以在分离气体加热部的上游侧(例如，作为微成分除去部的中途处的气液分离器和保护器之间)，从气体管线GL1中分支出废气管线，将其端部与设置在气体制造装置1外的排气部连接。
该情况下，废气管线的中途优选设置有阀门。假如，在气体制造装置1(气体管线GL1)内的压力上升至需要的程度以上的情况下，通过开放阀门，能够经由废气管线从排气部排出(排放)分离气体的一部分。由此，能够预防气体制造装置1的压力上升所导致的破损。
气体管线GL2在其一个端部与还原气体供给部3连接。另一方面，气体管线GL2介由气体切换部8和两个气体管线GL3a、GL3b，分别与反应部4具备的反应器4a、4b的入口端连接。
还原气体供给部3供给包含还原物质的还原气体，所述还原物质使因与二氧化碳的接触而被氧化的还原剂4R还原。本实施方式的还原气体供给部3由通过水的电解而产生氢的氢产生装置构成，该氢产生装置与封存有水的气体制造装置1外的罐(还原气体原料封存部)30连接。通过该构成，包含从氢产生装置(还原气体供给部3)处供给的氢(还原物质)的还原气体，通过气体管线GL2，供给至各反应器4a、4b。
通过氢产生装置，能够价格较低并且简便地生成大量氢。此外，还具有能够重复利用气体制造装置1内产生的冷凝水这样的优点。需要说明的是，气体制造装置1中，由于氢产生装置的电能消耗较大，因此使用上述作为可再生能源的电力是有效的。
需要说明的是，氢产生装置也可以使用产生副产氢的装置。该情况下，包含副产氢的还原气体被供给至各反应器4a、4b。作为产生副产氢的装置，例如可举出：将氯化钠水溶液电解的装置、将石油蒸汽重整的装置、制造氨的装置等。
此外，可以介由连接部将气体管线GL2与气体制造装置1外的炼焦炉连接，以将来自炼焦炉的废气用作还原气体。该情况下，连接部构成还原气体供给部。这是因为，来自炼焦炉的废气以氢和甲烷为主要成分，包含50～60体积％的氢。
也可以在气体管线GL2的中途设置还原气体加热部。该还原气体加热部对供给至反应器4a、4b之前的还原气体进行加热。通过在还原气体加热部预先加热反应前(氧化前)的还原气体，能够进一步促进通过反应器4a、4b中的还原气体进行的还原剂4R的还原(再生)反应。
还原气体加热部可以以与所述分离气体加热部同样的方式构成。还原气体加热部优选构成为：仅电热器、仅热交换器、电热器和热交换器的组合，更优选构成为：仅热交换器、电热器和热交换器的组合。
如果还原气体加热部具备热交换器，则利用通过反应器4a、4b后的高温气体(例如，混合气体)的热量，通过热交换对供给至反应器4a、4b之前的还原气体进行加热，因此能够实现热量的有效利用。
根据以上这样的构成，通过在气体切换部8中切换气体管线(流路)，能够例如，经由气体管线GL3a将分离气体供给至容纳有氧化前的还原剂4R的反应器4a、经由气体管线GL3b将还原气体供给至容纳有氧化后的还原剂4R的反应器4b。此时，在反应器4a中进行下述式1的反应，在反应器4b进行下述式2的反应。
需要说明的是，下述式1和式2中，将还原剂4R中包含的金属氧化物为氧化铁(FeOx-1)的情况作为一个实例显示如下。式1：CO2+FeOx-1→CO+FeOx式2：H2+FeOx→H2O+FeOx-1然后，通过在气体切换部8中将气体管线以与上述相反的方式进行切换，能够使反应器4a中进行所述式2的反应，使反应器4b中进行所述式1的反应。
需要说明的是，所述式1和式2表示的反应均为吸热反应。因此，气体制造装置1优选在使分离气体或还原气体与还原剂4R接触时(即，分离气体或还原气体与还原剂4R反应时)，进一步具有对还原剂4R进行加热的还原剂加热部(图2中，未图示)。
通过设置该还原剂加热部，能够将分离气体或还原气体与还原剂4R的反应中的温度保持在高温，以适宜防止或抑制二氧化碳转化为一氧化碳的转化效率的降低，同时，能够进一步促进通过还原气体进行的还原剂4R的再生。
但是，根据还原剂4R的种类，存在所述式1和式2表示的反应为放热反应的情况。该情况下，气体制造装置1优选具有冷却还原剂4R的还原剂冷却部代替还原剂加热部。通过设置该还原剂冷却部，能够在分离气体或还原气体与还原剂4R进行反应时，适宜阻止还原剂4R劣化，适宜防止或抑制二氧化碳转化为一氧化碳的转化效率的降低，同时能够进一步促进通过还原气体进行的还原剂4R的再生。
即，气体制造装置1优选根据还原剂4R的种类(放热反应或吸热反应)的差异，设置调节还原剂4R的温度的还原剂温度调节部。
生成的生成气体(通过了反应器4a、4b的气体)中包含的一氧化碳的浓度优选相对于生成气体整体为70体积％以上，更优选为80体积％以上，进一步优选为90体积％以上。由此，即使简化后述的气体纯化部9的构成，也能够得到一氧化碳的浓度充分高的纯化气体。
需要说明的是，生成气体中包含的一氧化碳的浓度的上限可以为100体积％，但从现实角度出发为95体积％以下。此时，能够在不使反应器4a、4b的构成复杂化或增大反应器4a、4b的制备成本的情况下，生成生成气体。
分支气体管线GL4a、GL4b分别与反应器4a、4b的出口端连接，它们在气体合流部J4处合流，以构成气体管线GL4。
本实施方式中，反应部4由反应器4a、4b和气体切换部8构成。
通过该构成，分别通过反应器4a、4b的分别的气体(本实施方式中，主要是以一氧化碳为主要成分的生成气体和水蒸气)通过在气体合流部J4中合流而进行混合，生成混合气体(合流气体)后，通过合一的气体管线GL4。
因此，如果改变气体切换部8的流路切换状态(阀门的开闭状态)，分别在反应器4a、4b中进行不同的反应，则能够连续地制造混合气体，最终也能够连续地制造纯化气体。此外，由于在反应器4a、4b中交替地重复进行相同的反应，因此使混合气体中包含的一氧化碳的浓度稳定化，其结果，也能够使纯化气体中包含的一氧化碳的浓度稳定化。
因此，所述气体制造装置1(炼铁系统100)能够连续且稳定地由二氧化碳制造一氧化碳，在工业上是有利的。此外，在可在高效地降低二氧化碳的排出量的同时进行炼铁。
与之相对，在不设置气体合流部J4的情况下，当切换供给的气体时，需要隔断(暂时关闭阀门)气体切换部8，各反应器4a、4b必须为间歇式。因此，根据分离气体中的二氧化碳的浓度、还原剂4R的种类、反应器4a、4b的容量等，存在一氧化碳的制造时间变长、转化效率差、从工业角度来看不利的情况。
此外，每次切换供给的气体时，从各反应器4a、4b排出的气体的成分容易变化。因此，存在从各反应器4a、4b排出的气体的后处理工序变得复杂的情况。
此处，通常优选将混合气体中包含的一氧化碳的浓度调节至特定的范围(相对于混合气体整体为给定的体积％)。该浓度过低时，尽管也取决于后述的气体纯化部9的性能，但存在难以得到以较高浓度包含一氧化碳的纯化气体的倾向。另一方面，即使超过该浓度的上限值，也无法期待能够使以下的效果继续增大，所述效果为使最终得到的纯化气体中包含的一氧化碳浓度进一步提高的效果。
将纯化气体排出至气体制造装置1外的纯化气体排出部40与气体管线GL4的反应器4a、4b的相反侧的端部连接。该纯化气体排出部40和高炉200介由返还管线600进行连接。通过该构成，纯化气体被供给至高炉200。
此外，在气体管线GL4的中途，从上游侧开始依次设置有压力调节部7、气体纯化部9和纯化气体加热部15。
压力调节部7与反应部4的下游侧连接，并且调节供给至反应器4a、4b的分离气体的压力。需要说明的是，供给至反应器4a、4b的分离气体的压力通过设置在反应部4的上游侧的压力计PI进行检测。
本发明中，由于对供给至反应器4a、4b的分离气体的压力和流量进行调节，因此能够稳定通过反应器4a、4b的分离气体和还原气体的通过速度(即，通过还原剂4R进行的分离气体的处理速度和通过还原气体进行的还原剂4R的处理速度)。其结果，能够稳定地制造以一氧化碳为主要成分的生成气体。
该压力调节部7可以以包含阀门、压力调节阀等的方式构成。
供给至反应器4a、4b的分离气体的压力优选为0～2MPaG，更优选为0.01～0.9MPaG。该情况下，与供给至反应器4a、4b的分离气体的流量的调节相互结合，能够进一步提高所述效果。
气体纯化部9中，从混合气体中纯化一氧化碳，并回收包含高浓度的一氧化碳的纯化气体。需要说明的是，混合气体中的一氧化碳浓度充分高的情况下，可以省略气体纯化部9。
该气体纯化部9例如可由冷却器、气液分离器、气体分离器、分离膜和洗涤器(吸收塔)中的至少1种的处理器所构成。
在使用多个处理器的情况下，它们的配置顺序是任意的，但在组合使用冷却器、气液分离器和气体分离器的情况下，优选以该顺序进行配置。此时，能够进一步提高从混合气体中纯化一氧化碳的纯化效率。
冷却器冷却混合气体。由此，生成冷凝水(液体)。
该冷却器可以以包含以下装置的方式构成：配置有用于使制冷剂通过配管周围的夹套的夹套式的冷却装置；与反应器4a、4b具有同样的构成(参照图4)，分别使混合气体通过管体内、使制冷剂通过管体周围的多管式的冷却装置；翅片管空气冷却器等。
气液分离器从混合气体中分离以冷却器冷却混合气体时产生的冷凝水。此时，冷凝水具有能够溶解并除去混合气体中残存的不需要的气体成分(特别是，二氧化碳)这样的优点。
气液分离器可以与微成分除去部的气液分离器同样地构成，可优选构成为简单的容器。该情况下，也可以在容器内的气液界面处配置允许气体通过但阻止液体通过的过滤器。
此外，该情况下，可以将液体管线与容器的底部连接，并且在管线的中途设置阀门。通过所述构成，封存在容器内的冷凝水可通过开放阀门，而经由液体管线，排出(排放)至气体制造装置1外。
此外，优选在液体管线的中途的阀门的下游侧设置放泄弯管(Drain trap)。由此，即使阀门故障，一氧化碳、氢流出至液体管线，也能够将其封存至放泄弯管中，防止其排出在气体制造装置1外。可以实施阀门的故障检测功能、阀门故障时的冗余措施代替该放泄弯管或者与放泄弯管同时使用。
需要说明的是，可以将液体管线与所述罐30连接，以重复利用排出的冷凝水。
气体分离器，例如可以以使用以下分离器中的1种或2种以上的方式构成：低温分离方式(深冷方式)的分离器、变压吸附(PSA)方式的分离器、膜分离方式的分离器、变温吸附(TSA)方式的分离器、使用了金属离子(例如，铜离子)与有机配体(例如，5-叠氮基间苯二甲酸)复合而成的多孔性配位高分子(Porous Coordination Polymer：PCP)的分离器、利用了胺吸收的分离器等。
此外，气体管线GL4的气液分离器和气体分离器之间可以设置阀门。该情况下，可通过调节阀门的开度，来调节混合气体的处理速度(纯化气体的制造速度)。
本实施方式中，从气液分离器排出的混合气体中包含的一氧化碳的浓度相对于混合气体整体为75～100体积％。
并且，如本实施方式那样，将纯化气体返还至高炉(熔炉)200并用作还原剂的情况下，从混合气体中纯化一氧化碳，得到以高浓度包含一氧化碳的纯化气体。
此外，本实施方式中，具有将纯化气体返还至与回收了高炉煤气的高炉200相同的高炉200的构成，但纯化气体可以返还至与高炉200不同的高炉，也可以返还至电炉(其他熔炉)。
此外，可以省略气体合流部J4，将分支气体管线GL4a、GL4b作为独立气体管线。该情况下，通过各反应器4a、4b后的气体(水或生成气体)被输送至彼此独立的分支气体管线GL4a、GL4b。例如，包含水(水蒸气)的气体进行废弃处理或输送至罐30进行转化处理，以一氧化碳为主要成分的生成气体通过气体纯化部9后，经由纯化气体排出部40排出至返还管线600。通过该构成，通过各反应器4a、4b后的气体能够彼此独立地进行处理。
纯化气体加热部15对从气体纯化部9处回收的纯化气体(省略气体合流部J4的情况下，从各反应器4a、4b排出的生成气体或通过了气体纯化部9的生成气体)进行加热。即，对返还(供给)至高炉200之前的纯化气体(生成气体)进行加热。由此，通过将纯化气体吹入高炉200内，能够适宜地防止炼铁时的温度降低而炼铁效率降低或杂质的含量增大。
纯化气体加热部15例如可以以包含电热器、燃烧炉(燃烧锅炉)、使用了高温热介质的热交换器、节热器(热回收器)等的方式构成。
通过纯化气体加热部15进行加热后的纯化气体(生成气体)的温度优选为500～1300℃，更优选为900～1200℃。该情况下，能够进一步提高所述效果。
接下来，对炼铁系统100的使用方法(作用)进行说明。
[1]首先，通过在气体切换部8中切换气体管线(流路)，而连通连接部2和反应器4a，并连通还原气体供给部3和反应器4b。
[2]接下来，在该状态下，开始从高炉200经由气体管线400、供给管线500和连接部2供给包含二氧化碳的废气。
从连接部2供给的废气通常具有50～300℃的高温，但到达流量调节部6时，会冷却至30～50℃。
[3]接下来，废气通过流量调节部6。由此，调节通过分离回收部5并供给至反应器4a、4b的分离气体的流量。
就分离气体的流量而言，作为用平均每小时供给至反应器4a、4b的二氧化碳的量除以还原剂4R的填充容量(体积)而得到的空间速度，优选为300～20000hr-1，更优选为1000～8000hr-1。即使使分离气体的流量超过上限值，也不能使二氧化碳转化为一氧化碳的转化效率继续增大。另一方面，分离气体的流量如果过小，则根据还原剂4R的种类等，存在二氧化碳转化为一氧化碳的转化效率变得不充分的情况。
[4]接下来，废气通过分离回收部5。由此，分离并回收以二氧化碳为主要成分的分离气体。
[5]接下来，分离气体被供给至反应器4a。反应器4a中，通过还原剂4R将分离气体中的二氧化碳还原(转化)为一氧化碳，得到以一氧化碳为主要成分的生成气体。此时，还原剂4R被氧化。
供给至反应器4a、4b的分离气体的温度优选为300～700℃，更优选为450～700℃，进一步更优选为600～700℃，特别优选为650～700℃。如果将分离气体的温度设定在所述范围内，则例如能够防止或抑制将二氧化碳转化为一氧化碳时的吸热反应导致的还原剂4R的温度急剧降低，因此能够使反应器4a中的二氧化碳的还原反应更顺利地进行。
[6]与所述工序[2]～[5]同时进行，将水(还原气体原料)从罐30供给至氢产生装置(还原气体供给部3)，由水生成氢。
[7]接下来，还原气体被供给至反应器4b。反应器4b中，通过还原气体(氢)使氧化状态的还原剂4R还原(再生)。
供给至反应器4a、4b的还原气体的温度优选为300～700℃，更优选为450～700℃，进一步优选为600～700℃，特别优选为650～700℃。如果将还原气体的温度设定在所述范围内，则例如能够防止或抑制还原(再生)氧化状态的还原剂4R时的吸热反应导致的还原剂4R的温度急剧降低，因此能够使反应器4b中的还原剂4R的还原反应更顺利地进行。
此处，将供给至反应器4a、4b时的分离气体的温度设为X[℃]，将还原气体的温度设为Y[℃]时，优选满足|X-Y|(即，X与Y的差的绝对值)为0～25的关系，更优选满足为0～20的关系，进一步优选满足为0～15的关系。换而言之，分离气体的温度X和还原气体的温度Y可以相同，也可以略有不同。如果以满足所述关系的方式设定X和Y，则能够以良好的平衡进行二氧化碳向一氧化碳的转化和通过还原气体进行的还原剂4R的还原。
需要说明的是，在分离气体的温度X和还原气体的温度Y不同的情况下，通过还原气体进行的还原剂4R的还原反应所需要的热量倾向于大于通过还原剂4R进行的二氧化碳的还原反应所需要的热量，因此优选将还原气体的温度Y设定为高于分离气体的温度X。
本实施方式中，在气体切换部8中切换气体管线的时机(即，供给至反应器4a、4b的分离气体和还原气体的切换时机)优选设为，条件I：当将给定的量的分离气体供给至反应器4a或4b时或条件II：二氧化碳转化为一氧化碳的转化效率小于给定的值时。由此，可在二氧化碳转化为一氧化碳的转化效率显著降低之前，进行反应器4a、4b的切换，因此能够使混合气体中包含的一氧化碳的浓度增大并且使其稳定化。
需要说明的是，条件II的检测，只要在反应器4a、4b的入口和出口端附近分别配置气体浓度传感器即可。可基于该气体浓度传感器的检测值，通过计算而求得二氧化碳转化为一氧化碳的转化效率。
此外，从使混合气体中包含的一氧化碳的浓度更稳定的观点出发，向反应器4a、4b供给的分离气体的供给量和向反应器4a、4b供给的还原气体的供给量优选设置得尽可能接近。具体而言，将向反应器4a、4b供给的分离气体的供给量设为P[mL/分钟]，将向反应器4a、4b供给的还原气体的供给量设为Q[mL/分钟]时，P/Q优选满足0.9～2的关系，更优选满足0.95～1.5的关系。当分离气体的供给量P过多时，根据反应器4a、4b内的还原剂4R的量，不转化为一氧化碳就从反应器4a、4b排出的二氧化碳的量具有增加的倾向。
就所述条件I中的给定的量而言，相对于还原剂4R中质量占比最大的金属元素每1摩尔，二氧化碳优选为0.01～3摩尔的量，更优选为0.1～2.5摩尔的量。
此外，所述条件II中的给定的值优选为50～100％，更优选为60～100％，进一步优选为70～100％。
需要说明的是，给定值的上限可以为95％以下，也可以为90％以下。
无论哪种情况，都能够在二氧化碳转化为一氧化碳的转化效率显著降低之前，切换反应器4a、4b，作为结果，能够稳定地得到以高浓度包含一氧化碳的混合气体，因此，能够制造以高浓度包含一氧化碳的纯化气体。
需要说明的是，就还原气体(还原物质)的供给量Q而言，相对于还原剂4R中质量占比最大的金属元素每1摩尔，氢优选为0.1～3摩尔的量，更优选为0.15～2.5摩尔的量。即使使还原气体的供给量Q超过上限值，也无法期待使还原氧化状态的还原剂4R这一效果继续增大。另一方面，还原气体的供给量Q过少时，根据还原气体中包含的氢的量，存在还原剂4R的还原不充分的情况。
此外，供给至反应器4a、4b的还原气体的压力可以为大气压，也可以加压(与分离气体相同程度)。
[8]接下来，通过了反应器4a、4b的气体合流而生成混合气体。此时，混合气体的温度通常为600～650℃。如果此时的混合气体的温度为所述范围，则意味着反应器4a、4b内的温度保持在充分高的温度，可判断通过还原剂4R进行的二氧化碳向一氧化碳的转化、通过还原气体进行的还原剂4R的还原在效率良好地进行。
[9]接下来，混合气体在到达气体纯化部9前，被冷却至100～300℃。
[10]接下来，混合气体通过压力调节部7。
压力调节部7，例如，通过调节阀门的开度等控制供给至反应器4a、4b的分离气体的压力，以使得设置在反应器4a、4b的上游侧的压力计PI的检测值(指示值)在所述范围内。
需要说明的是，就压力计PI的设置位置而言，在预先加热供给至反应器4a、4b的分离气体或还原气体的情况下，优选设在分离气体加热部或还原气体加热部的上游侧(初级侧)。该情况下，作为压力计PI，可采用由热耐性较低的材质构成的压力计，因此价格较低。
[11]接下来，混合气体通过气体纯化部9。由此，例如，生成的冷凝水和溶解在冷凝水中的二氧化碳等被除去。其结果，可从混合气体中纯化一氧化碳，得到以高浓度包含一氧化碳的纯化气体。
需要说明的是，得到的纯化气体的温度为20～50℃。
[12]接下来，纯化气体通过纯化气体加热部15。由此，纯化气体被加热。此时的纯化气体的温度，如上所述，优选为500～1300℃。
[13]接下来，纯化气体经由纯化气体排出部40和返还管线600，返还至高炉200。
由此，在炼铁系统100中，可在高效地降低二氧化碳的排出量的同时进行炼铁。
<连接部附近的构成>
图5是表示气体制造装置与废气设备的连接部(原料气体供给部)附近的构成的概要图。
图5表示的构成中，连接部2与流量调节部6之间设置有冷却部13。并且，该冷却部13具备：冷却装置131和与冷却装置131连接的容器132。冷却装置131可由如上所述的夹套式的冷却装置、多管式的冷却装置等构成。
从废气设备供给的废气，除了水蒸气之外，还包含氧化气体成分(SOx、HCl等)，因此，优选通过在冷却部13中的冷却，而使水蒸气与氧化气体成分一同冷凝，以溶解有氧化气体成分的冷凝水(酸性水溶液)的形式将其除去。由此，能够适宜防止构成气体管线GL1的配管的腐蚀。
本构成例中，通过用冷却装置131冷却废气而生成酸性水溶液，该酸性水溶液被封存在容器132中，与废气分离。此外，可以在容器132内的气液界面处配置允许气体通过但阻止液体通过的过滤器。
该构成的情况下，分支部450和冷却装置131的间隔距离(图5中，L1)，没有特别限定，优选为10m以下，更优选为1～5m。如果将间隔距离L1设定在所述范围内，则能够阻止溶解有酸性气体的冷凝水(酸性水溶液)在气体管线GL1中意外的位置处生成，能够更可靠地防止构成气体管线GL1的配管的腐蚀。
此外，例如在炼铁系统100安装在寒冷地区等的情况下，特别是，根据分支部450与气体制造装置1的间隔距离L2，可能存在在供给管线500的中途生成冷凝水，并进一步冻结的情况。存在因此而导致构成供给管线500的配管破损的风险。
因此，为了防止这样的故障，优选加热供给管线500中的废气。加热温度只要是不发生冻结的温度即可，优选为酸露点温度(例如，120℃)以上，更优选为120～150℃。由此，能够在防止构成供给管线500的配管破损的同时，适宜地防止溶解有酸性气体的冷凝水的生成所导致的配管腐蚀。
需要说明的是，要对供给管线500中的废气进行加热，例如，将加热丝(加热器)缠绕并配置在构成供给管线500的配管的周围即可。此外，在以耐腐蚀为目的的情况下，可以不使用加热器，而使用由耐腐蚀性的树脂材料(例如，氟类树脂材料)构成的树脂内衬配管等。
需要说明的是，本构成例中，根据需要，可以省略容器132。
使用如上所述的气体制造装置1、炼铁系统100，可以由以二氧化碳为主要成分的分离气体，制造以一氧化碳为主要成分的纯化气体(生成气体)，并用于炼铁。
<气体制造方法>
本实施方式的气体制造方法包含以下步骤，I：准备内部配置有还原剂4R的多个反应器4a、4b；II：从所述废气设备的气体管线400的中途导出的废气，通过分离回收部5从中分离并回收以二氧化碳为主要成分的分离气体；III：将分离气体供给至反应器4a、4b，使分离气体与还原剂4R接触，将二氧化碳转化为一氧化碳，从而制造生成气体，此时，通过在反应器4a、4b的下游侧进行的控制来调节供给至反应器4a、4b的分离气体的压力，同时通过在分离回收部5的上游侧进行的控制来调节供给至反应器4a、4b的分离气体的流量。并且，将得到的生成气体以原样、或通过气体纯化部9而纯化所得到的纯化气体供给至高炉200。
需要说明的是，图4表示的反应器4a、4b中，当分离气体与还原剂4R接触时，通过二氧化碳的还原反应生成一氧化碳，同时从二氧化碳脱离的氧原子的至少一部分被还原剂4R捕捉，然后，当还原气体与还原剂4R接触时，被传递给氢(还原物质)而生成水(还原物质的氧化物)。即，图4表示的反应器4a、4b中，在二氧化碳的还原反应的体系(反应场)内，氧原子的至少一部分是能够分离的。
能够在该二氧化碳的还原反应的体系内分离氧原子的至少一部分的反应器也可以采用图6～图8表示的构成。
图6是示意性地表示反应器的第2构成例的截面图，图7是放大地表示图6的一部分的图，图8是示意性地表示反应器的第3构成例的截面图。
图6和图7表示的第2构成例的反应器4a、4b，除了管体41允许气体成分的一部分透过，并能够使其与其它气体成分分离之外，与图4表示的第1构成例的反应器4a、4b相同。以下，在第2构成例的反应器4a、4b中，将管体41称为分离筒41。
图6表示的各反应器4a、4b由多管式的反应装置(固定层式的反应装置)构成，该多管式的反应装置(固定层式的反应装置)具备分别填充(容纳)有还原剂(还原体)4R的多个分离筒41和容纳有多个分离筒41的壳体(反应器主体)42。
第2构成例中，采用了能够进行以下2种分离中至少一种的构成：分离筒41与还原剂4R接触而生成的水(还原物质的氧化物)与氢(还原物质)的分离、和分离筒41与还原剂4R接触而生成的一氧化碳与二氧化碳的分离。
特别是，分离筒41优选以使水(水蒸气)或一氧化碳透过其壁部而与氢或二氧化碳分离的方式构成。本说明书中，有时将通过与还原剂4R的接触进行的反应而生成的水和一氧化碳称为“与还原剂4R接触后的物质”，将与还原剂4R接触(反应)前的氢和二氧化碳称为“与还原剂4R接触前的物质”。
通过该构成，能够从分离筒41的内腔部(反应场)中除去反应生成物(与还原剂4R接触后的物质)，即，能够分离与还原剂4R接触前后的物质，因此能够保持还原剂4R的活性。因此，能够长时间持续进行所述式1和式2中的反应，即，能够提高二氧化碳转化为一氧化碳的转化效率和氧化状态的还原剂4R的还原(再生)效率。其结果，能够效率良好地由包含二氧化碳的原料气体制造包含一氧化碳的生成气体。
该情况下，透过分离筒41的水和一氧化碳被从反应器4a、4b排出至分支气体管线GL4a、GL4b。另一方面，通过分离筒41内的未反应的氢和未反应的二氧化碳被排出至与壳体42(空间43)连接的气体管线GL9a、GL9b。
这些气体管线GL9a、GL9b可以分别与气体管线GL1和气体管线GL2的中途连接。由此，能够重复利用未反应的氢和未反应的二氧化碳。
被排出至分支气体管线GL4a、GL4b的气体可以包含水或一氧化碳以外的其他气体成分，被排出至气体管线GL9a、GL9b的气体也可以包含氢或二氧化碳以外的其他气体成分。
需要说明的是，一氧化碳与二氧化碳的分离以及水与氢的分离，也可以通过以下方式进行：分别利用发生冷凝(液化)的温度的差异，冷却从各反应器4a、4b排出的气体。然而，该情况下，在反应器4a、4b的下游侧，要以高温状态使用分离后的气体成分时(例如，返还至高炉200时等)，需要再次加热，会浪费冷却和再次加热所需要的能量。与之相对，第2构成例中，不易发生分离后气体成分温度的降低，因此能够有助于纯化气体的整个制造中的热能的缩减，即，能够提高能量效率。
如上所述，从防止二氧化碳转化为一氧化碳的转化效率的降低的观点出发，优选加热还原剂4R。因此，分离筒41优选具备耐热性。由此，能够在防止分离筒41的变质和劣化的同时充分加热还原剂4R。
该分离筒41优选由金属、无机氧化物或金属有机框架材料(Metal OrganicFrameworks：MOF)构成。该情况下，容易赋予分离筒41优异的耐热性。此处，作为金属，例如可举出：钛、铝、铜、镍、铬、钴或包含这些的合金等。作为无机氧化物，例如可举出：二氧化硅、沸石等。此外，作为金属有机框架材料，例如可举出：硝酸锌水合物与对苯二甲酸二阴离子的结构体、硝酸铜水合物与均苯三甲酸三阴离子的结构体等。在使用金属的情况下，分离筒41优选由孔隙率为80％以上的多孔材料构成。
分离筒41优选由具备相邻的空孔彼此连通的连续空孔(贯穿筒壁的细孔)的多孔体构成。如果是该构成的分离筒41，则能够提高水或一氧化碳的透过率，并且能够更顺利地且可靠地进行水与氢的分离和/或一氧化碳与二氧化碳的分离。
分离筒41的孔隙率，没有特别限定，优选为10～90％，更优选为20～60％。由此，可在防止分离筒41的机械性强度显著降低的同时，将水或一氧化碳的透过率保持在充分高的程度。
需要说明的是，分离筒41的形状，没有特别限定，可举出：圆筒状、四边形、六方形这样的角筒状等。
从更可靠地防止或抑制二氧化碳转化为一氧化碳的转化效率的降低的观点出发，提高氧化状态的还原剂4R的还原(再生)效率是有效的。
即，图7所示，优选以以下方式构成：介由分离筒41将水(H2O)移动至壳体42内的空间43，所述水(H2O)通过使供给的氢(H2)在分离筒41内与还原剂4R接触而生成的。
该情况下，分离筒41的平均孔径优选为600pm以下，更优选为400～500pm。由此，能够进一步提高水与氢的分离效率。
需要说明的是，壳体42内的空间43可以进行减压，也可以使载气(吹扫气体)通过。作为载气，例如可举出氦、氩这样的不活泼气体等。
此外，分离筒41优选具备亲水性。如果分离筒41具有亲水性，则水对分离筒41的亲和性升高，则水易于更顺利地透过分离筒41。
作为赋予分离筒41亲水性的方法，可举出：改变无机氧化物中的金属元素的比例(例如，提高Al/Si比等)以提高分离筒41的极性的方法；用亲水性聚合物包覆分离筒41的方法；用具有亲水性基团(极性基团)的偶联剂处理分离筒41的方法；对分离筒41进行等离子体处理、电晕放电处理等的方法等。
此外，可以通过调节分离筒41的表面电位，来控制对水的亲和性。
另一方面，在分离筒41中，对于优先进行一氧化碳与二氧化碳的分离的情况、同时进行水与氢的分离和一氧化碳与二氧化碳的分离这两者的情况，只要适宜组合并设定分离筒41的构成材料、孔隙率、平均孔径、亲水性或疏水性的程度、表面电位等即可。
图3、图4、图6和图7表示的反应器4a、4b具有利用以下方法的构成：将逆水煤气变换反应分为二氧化碳向一氧化碳的转化反应和通过氢(还原物质)进行的还原反应两个反应，并将这些反应与还原剂4R桥接的方法(所谓的化学循环法)。
本发明中的反应器也可采用通过将二氧化碳电解而转化为一氧化碳的构成。以下，对该构成(第3构成例)进行说明。
图8表示的第3构成例的反应器4c是电化学性地进行二氧化碳的还原反应的反应装置，也被称为反应单元、电解槽或电化学单元。
反应器4c具有：壳体42、设置在壳体42内的阴极45、阳极46和固体电解质层47、以及与阴极45和阳极46电连接的电源48。
该构成中，壳体42内的空间被阴极(还原体)45、阳极46和固体电解质层47的叠层体划分为左右。
壳体42具备：阴极侧入口端421a、阴极侧出口端421b、阳极侧入口端422a以及阳极侧出口端422b。阴极侧入口端421a和阴极侧出口端421b与壳体42内的左侧空间的阴极室连通，阳极侧入口端422a和阳极侧出口端422b与壳体42内的右侧空间的阳极室连通。
阴极45和阳极46分别由具有导电性的载体和担载在该载体上的催化剂构成。
载体，例如可以由碳纤维织物(碳布，碳毡等)、碳纸这样的碳材料构成。
此外，作为催化剂，例如可举出：铂、钌、铑、钯、锇、铱这样的铂族金属、金这样的过渡金属、这些金属的合金、这些金属与其他金属的合金等。
固体电解质层47，例如可以由具有磺酸基的氟类聚合物膜(Nafion(注册商标)等)、磺基类离子交换树脂膜等构成。
电源48优选使用产生作为可再生能源的电力的电源。由此，能够进一步提高生成气体的制造中的能量效率。
该反应器4c中，从阴极侧入口端421a供给分离气体(二氧化碳和水蒸气)时，通过从电源48供给的电子和催化剂的作用，因二氧化碳和水的还原反应而生成一氧化碳和氢，同时生成氧离子。一氧化碳和氢从阴极侧出口端421b被排出至气体管线(气体管线GL4)，氧离子在固体电解质层47内朝向阳极46扩散。到达阳极46的氧离子通过失去电子，而转化成氧，并从阳极侧出口端422b被排出。
如此，在阴极45处从二氧化碳脱离的氧原子的至少一部分在还原反应的体系(反应场)内作为氧离子被分离，并在阳极46处被转化为氧。
此外，本发明中的反应器也可以是具有因还原反应而从二氧化碳脱离的氧原子的至少一部分在还原反应的体系内不被分离的构成的反应装置。
作为该反应器，可举出：使二氧化碳和氢同时与还原剂4R接触，并利用进行二氧化碳向一氧化碳的转化和氢(还原物质)向水(还原物质的氧化物)的转化的逆水煤气变换反应的装置。
该反应器中，从二氧化碳脱离的氧原子的至少一部分与氢反应生成水而没有从还原反应的体系(反应场)内分离出来。
但是，如上所述，如果使用能够在还原反应的体系(反应场)内将从二氧化碳脱离的氧原子的至少一部分分离的反应器，则作为反应生成物的一氧化碳和水变得难以在体系内共存，因此能够防止或抑制化学平衡的制约所导致的二氧化碳转化为一氧化碳的转化效率的降低。
此外，所述炼铁系统100(气体制造装置1)中，具有通过了反应器4a、4b的气体在通过反应器4a、4b后立即合流的构成，但合流之前可以实施各种处理。即，可以为了任意目的，在分支气体管线GL4a、GL4b的中途设置至少1种处理器。
此外，可以省略气体合流部J4，将分支气体管线GL4a、GL4b作为独立的气体管线。该情况下，通过各反应器4a、4b后的气体(水或一氧化碳)被输送至彼此独立的分支气体管线GL4a、GL4b。例如，包含水(水蒸气)的气体进行废弃处理或输送至罐30进行转化处理，包含一氧化碳的气体，根据需要进行了纯化处理后，进行后续的处理。通过该构成，能够彼此独立处理通过各反应器4a、4b后的气体。
本发明的化学品制造系统具有：所述气体制造装置1和与气体制造装置1(反应部4)的下游侧连接的第2反应设备，将纯化气体(生成气体)供给至第2反应设备，利用纯化气体中包含的一氧化碳制造化学品。
作为第2反应设备，例如可举出：通过微生物(例如，梭菌等)进行的发酵而合成化学品(例如，乙醇等)的反应槽、将一氧化碳作为合成原料制造化学品(光气、乙酸等)的反应槽等。
需要说明的是，该情况下，能够利用以较低的浓度(75～90体积％)包含一氧化碳的生成气体或较低温度的纯化气体(生成气体)。因此，根据需要，可以省略气体纯化部9和纯化气体加热部15中的至少一个。
以上，说明了本发明的气体制造装置、气体制造系统、炼铁系统、化学品制造系统和气体制造方法，但本发明但不限于此。
例如，本发明的气体制造装置、气体制造系统、炼铁系统和化学品制造系统均相对于所述实施方式，可以具有其他的任意追加的构成，可以用发挥同样功能的任意构成进行取代，也可以省略一部分的构成。
此外，本发明的气体制造方法可以相对于所述实施方式，追加任意目的的工序。
此外，就反应器4a、4b而言，代替固定层式的反应器，可以以移动层式的反应器的方式构成。该情况下，可以构成为：两个反应器4a、4b在上部和下部彼此连接，并且还原剂4R能够在反应器4a、4b彼此之间移动(可循环)。
该情况下，使气体管线GL1不分支地与反应器4a、4b中的一个入口端连接，并且使气体管线GL2不分支地与反应器4a、4b中的另一个入口端连接即可。
此外，该情况下，反应器4a、4b中的一个由逆流型反应器构成，另一个由平行流型反应器构成。需要说明的是，可以将反应器4a、4b这两者构成为错流式的反应器。
此外，所述实施方式中，以包含氢的气体作为还原气体的代表进行了说明，但在还原气体中，作为还原物质，可以使用包含选自烃(例如，甲烷、乙烷、乙炔等)和氨中的至少1种的气体代替氢或与氢同时使用。
此外，在所述实施方式中，对于在具备反应器4a、4b的构成中，压力调节部7设置在气体合流部J4下游侧的情况进行了说明，但其可以以与各反应器4a、4b对应的方式进行设置。
此外，就从废气设备中导出的废气而言，只要是气体管线400的中途即可，可以在处理器410的上游侧。
符号的说明
100…炼铁系统(气体制造系统)
200…高炉
300…烟囱
400…气体管线
410…处理器，450…分支部
500…供给管线
600…返还管线
1…气体制造装置
2…连接部
3…还原气体供给部
4…反应部
4a，4b…反应器
41…管体或分离筒，42…壳体，43…空间，44…隔壁部，
4R…还原剂
4c…反应器
421a…阴极侧入口端，421b…阴极侧出口端，
422a…阳极侧入口端，422b…阳极侧出口端，
45…阴极，46…阳极，47…固体电解质层，48…电源
5…分离回收部
6…流量调节部
7…压力调节部
PI…压力计
8…气体切换部
9…气体纯化部
15…纯化气体加热部
30…罐
40…纯化气体排出部
GL1…气体管线
GL2…气体管线
GL3a，GL3b…气体管线
GL4…气体管线
GL4a、GL4b…分支气体管线，J4…气体合流部
L1…间隔距离
L2…间隔距离。

Claims (13)

1.一种气体制造装置，其使用废气制造以一氧化碳为主要成分的生成气体，所述废气从具备炉、排放从该炉排出的包含二氧化碳的废气的烟囱、以及连接该烟囱和所述炉的管线的废气设备的所述管线的中途导出，其中，
所述气体制造装置具有：
分离回收部，其从所述废气中分离并回收以所述二氧化碳为主要成分的分离气体；
反应部，其与该分离回收部的下游侧连接，并且具备至少一个反应器，该反应器在容纳还原体的同时，能够在还原反应的体系内分离从所述二氧化碳脱离的氧原子的至少一部分，所述还原体通过因与所述分离气体接触而发生的所述二氧化碳的还原反应而生成所述一氧化碳；
压力调节部，其与所述反应部的下游侧连接，调节供给至所述反应器的所述分离气体的压力；以及
流量调节部，其与所述分离回收部的上游侧连接，调节供给至所述反应器的所述分离气体的流量。
2.根据权利要求1所述的气体制造装置，其中，
所述分离气体中包含的所述二氧化碳的浓度相对于所述分离气体整体为70体积％以上。
3.根据权利要求1或2所述的气体制造装置，其中，
供给至所述反应器的所述分离气体的压力为0～2MPaG。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的气体制造装置，其中，
所述至少一个反应器包含容纳还原剂作为所述还原体的多个反应器，所述还原剂包含还原二氧化碳的金属氧化物，
该气体制造装置进一步具有：供给包含还原物质的还原气体的还原气体供给部，所述还原物质还原因与所述二氧化碳接触而被氧化的所述还原剂，
各所述反应器与所述分离回收部和所述还原气体供给部中的至少一个连接，并且可切换供给至各所述反应器的所述分离气体和所述还原气体或能够在所述反应器彼此之间移动所述还原剂。
5.一种气体制造系统，其具有：
废气设备，其具备炉、排放从该炉排出的包含二氧化碳的废气的烟囱、以及连接该烟囱和所述炉的管线；和
权利要求1～4中任一项所述的气体制造装置，
该气体制造装置的所述分离回收部被连接至所述管线的中途，以从所述废气设备中导出所述废气的方式构成。
6.根据权利要求5所述的气体制造系统，其中，
所述废气设备进一步具备：配置在所述管线的中途，并且处理所述废气的处理器，
所述废气被从所述管线的所述烟囱和所述处理器之间导出。
7.根据权利要求5或6所述的气体制造系统，其中，
所述处理器包含鼓风机、燃烧炉、脱硝器和脱硫器中的至少一个。
8.一种炼铁系统，其具有：
权利要求1～4中任一项所述的气体制造装置；和
与该气体制造装置的所述反应部的下游侧连接的熔炉，
将所述生成气体供给至所述熔炉，并利用所述一氧化碳炼铁，所述生成气体通过使供给至所述反应器的所述分离气体与所述还原体接触而使所述二氧化碳转化为所述一氧化碳而得到。
9.根据权利要求8所述的炼铁系统，其中，
所述生成气体中包含的所述一氧化碳的浓度相对于所述生成气体整体为70体积％以上。
10.根据权利要求8或9所述的炼铁系统，其进一步具有对供给至所述熔炉之前的所述生成气体进行加热的生成气体加热部。
11.根据权利要求10所述的炼铁系统，其中，
通过所述生成气体加热部进行加热后的所述生成气体的温度为500～1300℃。
12.一种化学品制造系统，其具有：
权利要求1～4中任一项所述的气体制造装置；和
与该气体制造装置的所述反应部的下游侧连接的第2反应设备，
将所述生成气体供给至所述第2反应设备，并利用所述一氧化碳制造化学品，所述生成气体通过使供给至所述反应器的所述分离气体与所述还原体接触而使所述二氧化碳转化为所述一氧化碳而得到。
13.一种气体制造方法，其使用废气制造以一氧化碳为主要成分的生成气体气体，所述废气从具备炉、排放从该炉排出的包含二氧化碳的废气的烟囱、以及连接该烟囱和所述炉的管线的废气设备的所述管线的中途导出，其中，
所述方法包含下述步骤：
准备至少一个反应器，所述反应器在容纳通过所述二氧化碳的还原反应而生成所述一氧化碳的还原体的同时，能够在所述还原反应的体系内分离从所述二氧化碳脱离的氧原子的至少一部分；
通过分离回收部从所述废气中分离并回收以二氧化碳为主要成分的分离气体；
将所述分离气体供给至所述反应器，使所述分离气体与所述还原体接触，将所述二氧化碳转化为所述一氧化碳，从而制造所述生成气体，此时，通过在所述反应器的下游侧进行的控制来调节供给至所述反应器的所述分离气体的压力，同时通过在所述分离回收部的上游侧进行的控制来调节供给至所述反应器的所述分离气体的流量。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114875185A (zh) * 2022-06-15 2022-08-09 西安康桥能源技术有限责任公司 一种以co2为热载体的高炉渣余热回收装置及方法

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7463174B2 (ja) 2020-04-06 2024-04-08 三菱重工業株式会社 固体炭素生成装置および固体炭素生成方法
EP4276066A1 (en) * 2021-01-05 2023-11-15 Sekisui Chemical Co., Ltd. Gas production device and gas production method
LU500245B1 (en) * 2021-06-03 2022-12-07 Wurth Paul Sa Method for operating a blast furnace installation
WO2023100833A1 (ja) * 2021-11-30 2023-06-08 積水化学工業株式会社 ガス製造装置
CN114395650B (zh) * 2022-02-16 2023-03-14 新疆八一钢铁股份有限公司 一种电加热冶金煤气的防析碳控制方法
WO2024048423A1 (ja) * 2022-08-30 2024-03-07 Ｊｆｅミネラル株式会社 循環型還元システム、鉄鉱石の還元方法、及び溶鉱炉の操業方法
CN115784149B (zh) * 2022-11-10 2024-04-19 中国石油化工股份有限公司 一种耦合合成气制取的物料加热工艺

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080159927A1 (en) * 2005-04-04 2008-07-03 Avantium International B.V. System And Method For Performing A Chemical Experiment
WO2011087036A1 (ja) * 2010-01-14 2011-07-21 住友金属工業株式会社 製鉄方法
WO2011136045A1 (ja) * 2010-04-26 2011-11-03 三井金属鉱業株式会社 一酸化炭素の製造方法及び製造装置
WO2012017916A1 (ja) * 2010-08-04 2012-02-09 三井金属鉱業株式会社 製鉄所における二酸化炭素からの一酸化炭素への変換システム
WO2013035998A2 (ko) * 2011-09-06 2013-03-14 주식회사 포스코 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조장치 및 그의 제조방법
CN103421544A (zh) * 2012-05-23 2013-12-04 巴布考克日立株式会社 碳系燃料的气化发电系统

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5966499A (en) * 1997-07-28 1999-10-12 Mks Instruments, Inc. System for delivering a substantially constant vapor flow to a chemical process reactor
US7824574B2 (en) * 2006-09-21 2010-11-02 Eltron Research & Development Cyclic catalytic upgrading of chemical species using metal oxide materials
JP5810537B2 (ja) * 2010-03-02 2015-11-11 Ｊｆｅスチール株式会社 酸化炭素含有ガスの利用方法
JP2015071562A (ja) * 2013-10-03 2015-04-16 セントラル硝子株式会社 パーフルオロテトラメチル化合物の製造方法
US11691882B2 (en) * 2017-05-30 2023-07-04 University Of South Florida Supported perovskite-oxide composites for enhanced low temperature thermochemical conversion of CO2 to CO
WO2019163968A1 (ja) 2018-02-22 2019-08-29 積水化学工業株式会社 二酸化炭素還元システム、及び二酸化炭素還元方法
CN111770793A (zh) * 2018-05-29 2020-10-13 积水化学工业株式会社 催化剂、二氧化碳还原方法以及二氧化碳还原装置
KR102184878B1 (ko) * 2018-11-14 2020-12-01 전북대학교산학협력단 케미컬 루핑 연소에 의한 일산화탄소의 제조방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080159927A1 (en) * 2005-04-04 2008-07-03 Avantium International B.V. System And Method For Performing A Chemical Experiment
WO2011087036A1 (ja) * 2010-01-14 2011-07-21 住友金属工業株式会社 製鉄方法
WO2011136045A1 (ja) * 2010-04-26 2011-11-03 三井金属鉱業株式会社 一酸化炭素の製造方法及び製造装置
WO2012017916A1 (ja) * 2010-08-04 2012-02-09 三井金属鉱業株式会社 製鉄所における二酸化炭素からの一酸化炭素への変換システム
WO2013035998A2 (ko) * 2011-09-06 2013-03-14 주식회사 포스코 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조장치 및 그의 제조방법
CN103421544A (zh) * 2012-05-23 2013-12-04 巴布考克日立株式会社 碳系燃料的气化发电系统

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114875185A (zh) * 2022-06-15 2022-08-09 西安康桥能源技术有限责任公司 一种以co2为热载体的高炉渣余热回收装置及方法

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