JP2000506221A - 溶融銑鉄または溶融鉄鉱プレプロダクトの製造方法及びこの方法を行うためのプラント - Google Patents
溶融銑鉄または溶融鉄鉱プレプロダクトの製造方法及びこの方法を行うためのプラントInfo
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Abstract
(57)【要約】
好ましくは塊状またはペレット状の鉄鉱石、及び所望によりフラックスを含む供給物質からの溶融銑鉄または溶融鉄鋼プレプロダクト(preproduct)の製造方法において、還元ゾーン(12)で、供給物質を海綿鉄に直接還元し、この海綿鉄を、炭素キャリヤー及び酸素含有ガスを供給しながらメルトダウン気化ゾーン(8)で溶融し、生成するＣＯ及びＨ2含有還元ガスを還元ゾーン(12)に導入し、そこで反応させ、排出ガスとして回収し、回収された排出ガスを、コンシューマー(20)に導く。Ｃfixの含有量が高い炭素キャリヤー及びＯ2消費量を低く抑えるために、排出ガスのＣＯ2含有量よりはるかに過剰のＣＯ2含有量、好ましくは40％より高い含有量を有し、ＣＯを含有する場合には、排出ガスのＣＯ含有量よりはるかに低いＣＯ含有量を有するＣＯ2含有量の高いガスを、メルトダウン気化ゾーン(8)に導き、そこでＣＯを生成させながら、炭素キャリヤーと反応させる。
Description
【発明の詳細な説明】溶融銑鉄または溶融鉄鉱プレプロダクトの製造方法及びこの方法を行うためのプ ラント
本発明は、好ましくは塊状及び／またはペレット状の鉄鉱石、及び所望により
フラックスを含む供給物質からの溶融銑鉄または溶融鉄鋼プレプロダクト(prepr
oduct)の製造方法であって、供給物質を、還元ゾーンで海綿鉄に直接還元し、こ
の海綿鉄を、メルトダウン気化ゾーンで炭素キャリヤー及び酸素含有ガスを供給
しながら溶融し、生じたＣＯ−及びＨ2含有還元ガスを還元ゾーンに導き、そこ
で反応させて排出ガスとして回収し、そして、回収した排出ガスを、コンシュー
マー(consumer)、及びこの方法を実施するためのプラントに導く方法に関する。
この種の方法は、例えばDE-C4037977により知られている。DE-C4037977による
と、海綿鉄またはこれを溶融して得られる銑鉄の製造コストを最低限に抑えるた
めに、大量に発生し、なおかなりの量の一酸化炭素及び水素を有する排出ガスを
、コンシューマーとして機能する別の鉄含有材料の還元のための別の還元ゾーン
に供給しているが、これは調整を行った後に行われる。
公知の方法において、Ｃfixの含有量が高い炭素キャリヤーが溶融気化器(melt
ergasifier)内で気化されるとき、溶融気化器の過加熱が起きる。この種の炭素
キャリヤーは、例えば無煙炭及び焼成可能な品質の石油コークスである。公知方
法の他の欠点は、炭素キャリヤーの気化に際し、溶融気化器中での一酸化炭素の
生成が酸素により排他的に起こるため、製造される還元剤の単位当たりのＯ2消
費量が比較的高いことにある。
本発明は、これらの欠点及び問題を回避することを目的としており、Ｃfixの
含有量が高い炭素キャリヤーの使用を可能とする方法を行うための方法及び装置
を
提供することを目的とする。さらに、石炭の気化に消費される酸素の量を減少す
べきである。
本発明によると、この目的は、排出ガスのＣＯ2含有量よりはるかに過剰の、
好ましくは４０％を超えるＣＯ2を含有し、ＣＯを含有する場合はＣＯの含有量
が排出ガスのＣＯ含有量よりはるかに低いＣＯ2含有量の高いガスをメルトダウ
ン気化ゾーンに導入し、そこでＣＯを生成させながら炭素キャリヤーと反応させ
ることにより達成される。
AT-B-394,201は、最初に記載したのと同様の方法であり、これによると、ＣＯ2
含有排出ガスを、溶融気化器内で生成したＣＯ2含有量の低い熱還元ガスの一部
と共に、スクラバー内で冷却及び精製し、技術的に要求される脱硫操作を行い、
そして、ガスタービンの燃料ガスとして使用する。この方法によると、環境保護
の要求に応えるためのプロセス技術の費用が比較的高く、さらにかなりの投資を
必要とする。
AT-B-394,201により、還元工程からの排出ガスを、酸素キャリヤーとして熱消
費しながら溶融気化器の流動床に導入することが知られている。排出ガスのＣＯ2
含有量は、約２５％〜３５％と非常に少なく、しかもダストを多く含むので、
この方法により達成される効果も微々たるものである。この方法の欠点の一つは
、排出ガスと共に、比較的多量の一酸化炭素が予め冷却しておかなければならな
い溶融気化器に入り、その後これを溶融気化器内で再加熱しなければならないこ
とである。従って、この特定のＣＯ部分が溶融気化器から流さなければならない
バラストとなり、全ての問題点（圧力損失、不必要に容量の大きいコンプレッサ
、エネルギー消費の増大）がこれにより生じる。
AT-B-394,201についての別の欠点は、過剰な還元ガスのために脱硫手段を設け
なければならないことにある。本発明によれば、この種の手段は、還元ガスの
硫黄分が液相に移される場合は全く必要とされず、他の場合はＣＯ2除去プラン
トを出る廃ガスのためだけに設けられる。
本発明による方法により達成される効果は下記の通りである：
本発明によりＣＯ2含有量の高いガスを導入すると、下記式：
ＣＯ2＋Ｃ→２ＣＯ
に従って、ＣＯ2の反応が起きる。生じる一酸化炭素は、還元ガス流を増加させ
、その結果還元が可能になる。一酸化炭素を生成する二酸化炭素の反応は吸熱的
であり、このためＣＯ2含有量の高いガスを適当な量で導入すると溶融気化器内
の温度を望ましい温度に調節することができ、過加熱を完全に防止することがで
きる。
従って、Ｃfixの割合が高く、揮発性成分が通常不足している炭素キャリヤー
、例えば無煙炭及び焼成可能な品質の石油コークスを、温度を下げる効果を奏す
るＣＯ2含有量の高いガスを同時に使用しなければ、過加熱のために許容され得
ない量で使用することが可能になる。さらに、溶融気化器内でＣＯ2を高い割合
で含有する廃ガスから有用な方法で生成する一酸化炭素（１モルのＣＯ2と１モ
ルの炭素に対し一酸化炭素２モルが生成）は、酸化鉄を還元するのに必要な還元
ガス流を増加する。
本発明による方法の別の利点は、還元剤の単位当たりのＯ2消費量を減少する
ことにある。これは、溶融気化器内の炭素キャリヤーの一部が酸素を利用せずに
、二酸化炭素を利用して、一酸化炭素の生成に消費されるからである。その結果
、酸素を供給するのに要するエネルギーの量もかなり減少する。従って、本発明
による方法は、大気中に放出されるＣＯ2の量を最低限にすることができ、従っ
て、気候変化の主な原因と考えられているＣＯ2排出の減少に関するトロント宣
言にも従うものである。
溶融気化器内の酸素消費のさらなる減少は、ＣＯ2を高い割合で含有するガス
を予熱した場合にも達成しうる。溶融気化器に供給される炭素キャリヤーから生
じる燃焼しなければならないＣfixの量が少なくなるからである。
本発明の別の目的は、下記の問題から生じるものである。
従来技術による排出ガスの処理は、通常、まずスクラバー内で固体粒子を除去
することにより行われ、従って、大幅に冷却することにより行われる。その後、
排出ガスに含まれるＣＯ2は、還元ガスとしての排出ガスの使用を妨げる、即ち
排出ガス中に存在する還元剤の割合が非常に低くなるので、DE-C-4037977に従っ
て除去される。排出ガスからＣＯ2を除去するための様々な方法が知られている
。例えば、圧力スウィング吸収方法または化学的ＣＯ2洗浄方法である。従って
、DE-C-4037977によると、排出ガス中で化学的に結合したエネルギーを大量に利
用することができるが、排出ガスの精製においてＣＯ2を含有する廃ガスを発生
するという点で問題が残る。この廃ガスは環境に適合する方法で処理しなければ
ならないからである。
この廃ガスは、ＣＯ，Ｈ2，ＣＨ4及びＨ2Ｓを含み、環境保護の理由から、そ
のままの状態で環境に放出することができない。これは、また、条件付きでしか
別の処理に適合させることができないことの理由でもある。従って、硫黄化合物
は通常廃ガスから除去される。そのような脱硫は、現在までのところ、種々の方
法、例えばストレトフォルドスクラビングと呼ばれる方法、または活性炭上での
触媒酸化等により行われている。これらの方法は全て高価であり、活性剤または
吸収剤のような、別々に貯蔵して廃棄しなければならない別の材料をさらに必要
とする。
ＣＯ2を含有する廃ガスを燃焼させることは、国内で知られている。しかしな
がら、ＣＯ2を含有する廃ガスはほんの僅かしか発熱しないので、この燃焼には
、
イグニッションガスや浸炭ガスのような可燃性のサポートガスが必要である。
本発明の別の目的は、これらの欠点及び困難を回避することにあり、本発明は
さらに、鉄鉱石の還元、例えば海綿鉄を製造するのに有効な直接還元において生
じる排出ガスを利用するための効率の良い方法を提供し、同時に、従来技術によ
り教示されている方法に関する問題を回避することを目的とする。特に、単に環
境的に許容される方法でＣＯ2含有廃ガスを処理及び廃棄するのに適するだけで
なく、この方法及びプラントのエネルギースキームの範囲で可能な最も広い範囲
でこれを利用することを可能にするものである。さらに、ＣＯ2の分離と同時に
起こるＨ2Ｓの分離に関連する問題も、環境的に許容される方法で解決されるべ
きである。
本発明によると、この目的は、請求項１記載の方法により、即ち、ＣＯ2除去
の間に分離されるＣＯ2含有量の高い廃ガスの少なくとも一部を、メルトダウン
気化ゾーンに導入し、そこでＣＯを生成させながら炭素と反応させることにより
達成される。
本発明によると、ＣＯ2除去プラントからのＣＯ2の量を減少する結果となるだ
けでなく、コンシューマーによりさらに利用するためのＣＯの量を増加する結果
となり、これによりＣＯ2フラクションの割合を効率よく減少することができる
。同様に、本発明によると、さらに還元ゾーンで利用可能であれば、排出ガスか
ら従来技術のように高い割合でＣＯ2を除去する必要がなくなる。
石油コークスを利用する場合には、ＣＯ2除去と同時に分離されたＨ2Ｓを溶融
気化器に導入すれば、硫黄が溶融気化器内で溶融している液相に入るという効果
が得られる可能性もある。しかしながら、硫黄は、公知方法により単純な方法で
、還元ガスから気体状のＨ2Ｓを除去するよりもより容易に、且つより少ないエ
ネルギー量で除去されるであろう。
本発明の好ましい実施態様により、ＣＯ2含有量の高い気体を、メルトダウン
気化ゾーンに形成された流動床の下端領域に導入すると、炭素とＣＯ2の反応が
特に有効に進行するであろう。
ＣＯ2含有量の高い気体を、メルトダウン気化ゾーンに、ここに導かれる酸素
含有ガスと共に導入すると有利である。しかしながら、この場合、ＣＯ2含有ガ
スは、可燃性部分を含有してはならない。さもなければ、酸素含有ガスとＣＯ2
含有ガスのために別々のダクトを設け、溶融気化器のバーナー内でのみ一緒に流
れるようにしなければならないであろう。
ＣＯ2含有量が高いガスをメルトダウン気化ゾーンに供給されるべきダストと
共に、メルトダウン気化ゾーンに導入すると特に有利である。ここで、前記ＣＯ2
含有量の高いガスを、メルトダウン気化ゾーンで生成する還元ガスから分離さ
れ、メルトダウン気化ゾーンに再循環されるべきダストと共に、メルトダウン気
化ゾーンに導くのが適当である。吸熱反応であるＣＯ2による鉄の再酸化は、温
度の低下をもたらし、その結果、制御されない酸化の危険が著しく減少する。今
まで使用されてきた窒素にＣＯ2含有量が高いガスを混合して移送ガスとするこ
とができるので、系内における窒素の濃度が低下するという効果がある。窒素は
、系から再び除去するのが困難であり、バラストとしてのみ送らなければならな
い窒素により気体の量が増加し、気体を送るために費やされるエネルギーを増加
させる結果となる。
特に硫黄含有量が低い銑鉄または鉄鋼プレマテリアル(prematerial)を製造す
るためには、ＣＯ2含有量が高いメルトダウン気化ゾーンに供給されるべきガス
を、メルトダウン気化ゾーンに導入する前に脱硫するのが適当である。
本発明による方法は、特に、ＣＯ2除去処理を行う排出ガスを少なくとも一つ
の第１の還元ゾーンで生成させ、ＣＯ2について精製された排出ガスを、所望に
より加熱した後、他の粒状金属酸化物含有材料、好ましくは酸化鉄含有材料の還
元のための少なくとも一つの別の還元ゾーンに入れ、そこで反応させる場合に有
利に利用される。この理由は、第１の還元ゾーンの排出ガスから回収され、ＣＯ2
除去後に、他の還元ゾーンの還元ガスとして供給されるガスは、特に高い割合
で還元剤を有するからである。既に上記に記載したように、これは溶融気化器の
内部で生じる還元ガスの過剰量の一酸化炭素（増加させたＣＯ／ＣＯ2比）によ
り達成され、これまでに必要とされていた方法による第１の還元ゾーンの排出ガ
スからのＣＯ2の除去は行わなくても良い。例えば、排出ガスの一部をＣＯ2の除
去を行わずに別の還元ゾーンに直接導くことも可能である。
ここで、有利なのは、加熱操作からの燃焼排ガスの少なくとも一部をメルトダ
ウン気化ゾーンに供給することであり、さらに、ＣＯ2除去により分離したＣＯ2
含有量の高い廃ガスを加熱に利用するのが適当である。さらに、別の還元ゾーン
で反応させた還元ガスを加熱に利用し、これにより生じた燃焼排ガスの少なくと
も一部をメルトダウン気化ゾーンに導入すると有利である。
第１の還元ゾーンで生成した排出ガスの一部を少なくとも部分的に燃焼させ、
その燃焼排ガスを、メルトダウン気化ゾーンに導くこと、及びメルトダウン気化
ゾーンへの導入の前に、冷却ガスを燃焼排ガスと混合することが特に好ましい。
燃焼排ガスの冷却は、燃焼排ガスをメルトダウン気化ゾーンに供給する前に、
復熱的に、ガス、好ましくはこの方法に使用される酸素含有ガスを加熱すること
により冷却して行うと、プロセス全体について特に有効であろう。復熱的加熱は
酸化剤として使用しうる蒸気をも発生させ得る。
ここで、第２の還元ゾーンで生成した排出ガスを少なくとも部分的にＣＯ2除
去し、好ましくは第１の還元ゾーンからの排出ガス及びこれにより分離されたＣ
Ｏ2含有量の高い廃ガスと混合した後に、少なくとも部分的にメルトダウン気化
ゾーンに供給し、そこで炭素と反応させてＣＯを生成させると有利である。
上記方法を実施するためのプラントは、好ましくは塊状及び/またはペレット
状の鉄鉱石のための還元リアクター、溶融気化器、溶融気化器と還元リアクター
を連結する還元ガスのための供給ダクト、還元リアクターを溶融気化器と連結す
る還元リアクターで生じた還元生成物のための移送ダクト、還元リアクターから
出る排出ガス排気ダクト、酸素含有ガス及び炭素キャリヤーを溶融気化器に入れ
るための供給ダクト、溶融気化器に設けられた銑鉄及びスラグのためのタップを
含み、ＣＯ含有量ができるだけ低いＣＯ2含有量の高いガスを導くガスダクトが
溶融気化器に通じていることを特徴とする。
好ましい実施態様では、ＣＯ2除去プラントを介して、還元リアクターの排出
ガスの排出ダクトを導き、ＣＯ2除去プラントから分離されたＣＯ2含有廃ガスを
排出する廃ガスダクトが溶融気化器と連通する。
ガスダクトは、溶融気化器の下方に、おおよそ溶融気化器に形成した移動床の
下端領域の位置に開いているのが適当である。このとき、爆発の危険がなければ
(ほぼ１００％の酸化剤及び０％の還元剤)、ガスダクトが、酸素含有ガスのため
供給ダクトと共に溶融気化器に入るのが好適である。
好ましい実施態様では、ガスダクトは、ダストを溶融気化器に供給する供給ダ
クト共に、好ましくはバーナーを介して溶融気化器に通じており、これによりダ
ストが溶融気化器に入る。さらに、溶融気化器と還元リアクターを連結する還元
ガスのための供給ダクトに、ダストセパレーターが設けられ、これにより、ダス
ト再循環ダクトが溶融気化器と連結され、ガスダクトが、このダスト再循環ダク
トと共に、ダストバーナーを介して溶融気化器に通じているのが好ましい。
硫黄含量ができるだけ低い生成物を得るためには、ガスダクト内に脱硫手段を
設ける。
好ましい実施態様においては、互いに第１の還元リアクターの排出ガス排出ダ
クトにより連結されており、ＣＯ2除去プラントを介して互いに連通する二つの
還元リアクターが設けられ、ＣＯ2除去プラントから出る排出ガスが所望により
加熱手段を介して第２の還元リアクターに導かれる。
ここで、第２の還元リアクターの排出ガスを排出する移送ダクトが、ＣＯ2除
去プラント、好ましくは第２の還元リアクターの排出ガスのためのＣＯ2除去プ
ラントに開いているのが好適である。
好ましい実施態様においては、加熱ガスを供給するために、廃ガス分岐ダクト
がＣＯ2除去プラントから加熱手段に通じており、加熱手段からの燃焼排ガスを
排出するための燃焼排ガス排出ダクトが溶融気化器と連通している。
さらに、排出ガス排出ダクトから、排出ガス分岐ダクトが、燃焼手段に通じ、
ここから、燃焼排ガス排出ダクトが、溶融気化器に通じているのが好ましい。
さらに好ましくは、酸素含有ガス、例えば空気の加熱のためのレキュペレータ
ーが、燃焼排ガス排出ダクト中に介在する。熱空気は、予熱、乾燥などに利用で
きる。
以下、図面に概略的に示したいくつかの例示的態様を参照しながら本発明をさ
らに詳細に説明する。図１〜５は各々ブロック図として示した種々の方法を示す
。
還元リアクター１を構成する第１のシャフト炉に、塊状の鉄鉱石及び／または
ペレット化された鉄鉱石を、図示されていないスルースシステムから移送手段２
を介して、所望により移動床を形成する造滓剤と共に、上部から装入する。シャ
フト炉１は、溶融気化器３と連通する。ここで石炭及び酸素含有ガスから生成し
た還元ガスが、供給ダクト４及び所望により供給ダクト４内に設けられる乾燥脱
硫のためのガス精製手段４’を通ってシャフト炉１に供給される。
“移動床”の語は、連続的に移動する物質の流れ、還元ガスの流れに接触す
る可動粒子を意味するものと理解されたい。好ましくは、重力により連続的に下
方に移動する物質流が使用される。
シャフト炉１の代わりに、ベンチュリー流動床、循環流動床、流動床を含むリ
アクター、または走行火格子炉(移床)または回転円筒窯を含むリアクターを還元
リアクターとして提供することもできる。
溶融気化器３は、固体炭素キャリヤーのための供給ダクト５，酸素含有ガスの
ための供給ダクト６及び所望により室温で液体または気体の炭素キャリヤー、例
えば炭化水素及び焼成フラックスのための供給ダクト７を有する。溶融気化器３
の内部では、メルトダウン気化ゾーン８の下方に溶融銑鉄９及び溶融スラグ１０
が集まり、タップ１１から排出される。
直接還元ゾーン１２で焼成されたフラックスと共に、シャフト炉１内の直接還
元ゾーン１２で海綿鉄に還元された鉄鉱石がシャフト炉１と溶融気化器３を連結
する移送ダクト１３を通って、例えばデリバーウォームにより導入される。シャ
フト炉１の上部には、直接還元ゾーン１２内で還元ガスから生じる排出ガスのた
めの排出ガス排出ダクト１４が連結されている。
排出ガス排出ダクト１４から回収された排出ガスは、最初にできるだけ完全に
ダスト粒子を取り除き、水蒸気含量を減少させるために、スクラバー１５により
精製され、次の用途に利用できるようになる。その後、コンプレッサー１６を用
いて排出ガスをＣＯ2除去プラント１７（例えば、ＣＯ2スクラバーまたは圧力ス
ウィング吸着プラント）に通し、そこでＣＯ2をできるだけ完全に除去する。Ｃ
Ｏ2除去プラント１７を出た廃ガスは、所望により脱硫手段１８に入る。このよ
うにＣＯ2を除去して精製された排出ガスは、還元ガス供給ダクト１９を介して
、シャフト炉２０として構成され、第１のシャフト炉１と同様に移動床を有し、
対流の原則により作動する第２の還元リアクターに供給される。この第２のシャ
フト炉２０において、塊状及び／またはペレット状の鉄鉱石は還元ゾーン２１で
直接還元される。鉄鉱石供給ダクトは２０’で示され、海綿鉄を運び出す手段は
２０”で示される。
排出ガスは精製を行うことによりかなり冷却されているので、第二の還元シャ
フト炉２０に導入する前に加熱する。加熱は、二段階で行われる。即ち、最初に
第一段階で精製した排出ガスを、熱交換機として製造され、この目的に使用され
る加熱手段２２で間接的に加熱する。熱交換機２２（レキュペレーター）は、第
二の還元シャフト炉２０からダクト２３を通して回収される精製された排出ガス
により作動する。これに加えて、酸素含有ガス（酸素が分子状で存在するもの）
、例えば空気を熱交換機２２のバーナーにダクト２４を通して供給する。続いて
、加熱した排出ガスを後燃焼させる。即ち後燃焼手段２５に入れ、ここで精製さ
れた排出ガスの一部を酸素を供給しながら２６燃焼させる。この方法により、精
製された排出ガスは、第二の還元シャフト炉２０内での還元のために必要な温度
を得る。これは、好ましくは６００〜９００℃の範囲の温度であるが、特に被覆
された供給材料の場合はそれより高くても良い。
第二の還元シャフト炉から回収された排出ガスも、ダスト粒子を除去し、水蒸
気含量を減少させるために、排出ガススクラバー２７内でさらに精製及び冷却さ
れ、これにより別の用途に使用することが可能となる。排出ガスの一部はダクト
２３を通って熱交換機２２に供給される。コンプレッサ２８を介して第二の還元
シャフト炉２０内で生じる排出ガスの他の部分は同様に、即ち、排出ガス排気ダ
クト１４に開口する移送ダクト２９を介して、ＣＯ2除去プラント１７に供給さ
れ、ＣＯ2除去の後、第二の還元シャフト炉２０でリサイクル還元ガスとして利
用できるようになる。第二の還元シャフト炉２０の排出ガスの一部は、排出ガス
ダクト３０を通って上方に抜け、他の用途に使用される。
溶融気化器３内で生成した還元ガスの一部は、供給ダクト４から出る分岐ダク
ト３１を通って、ダスト除去サイクロン(cyclone)４’で洗浄されずに、即ちス
クラバーを通らずに、加熱状態での、即ち、熱交換機２２及び後燃焼手段２５を
通った後の、リサイクル還元ガスとＣＯ2を除去した排出ガスからなる還元ガス
混合物と混合される。このようにして、溶融気化器３内で生じる還元ガスの顕熱
が、別の還元シャフト炉２０で行われる直接還元工程に供給され、従って、有効
に利用される。これにより、ＣＯ2除去プラント１７により及び熱交換機２２及
び後燃焼手段２５内の大きさにより節約を行い得るだけでなく、その作動中のエ
ネルギーの節約もできることになる。
ダスト除去サイクロン４’を通った後の分岐した熱還元ガスが、依然として残
留ダストを含有することは真実であるが、そのような分岐した熱還元ガスをリサ
イクルされた還元ガス及び排出ガスと混合することにより、ダスト含量はかなり
希釈されるので、トラブルを起こすことなくシステムに適合させることができる
。従って、第二の還元シャフト炉２０内で直接還元工程に悪影響が出ることは予
測されない。
還元ガスの一部は、精製手段４’に入る前に非常に熱い状態で溶融気化器３を
出る還元ガスを調整するために、特に温度範囲をシャフト炉１内の直接還元工程
に望ましいように冷やすために、スクラバー３２及びコンプレッサー３４を備え
たダクト３３を介して供給ダクト４に戻る。所望により、系の圧力を制御する観
点から、補償ダクト３５により、還元ガスをシャフト炉１を出る排出ガスに混合
することができる。
第二の還元シャフト炉２０に供給されるかなりの流量の還元ガスをＣＯ2除去
プラント１７に供給せず、還元ガス流の方向に見られ、すぐ後にＣＯ2除去プラ
ント１７を出る還元ガスの一部と混合することにより、ＣＯ2除去プラント１７
の寸法の実質的な減少を可能にする。
図１に示した実施態様によると、分離したＣＯ2含有廃ガスは、ＣＯ2除去プラ
ント１７内で廃ガスダクト３６を通って脱硫手段１８に供給され、脱硫後、廃棄
される。ＣＯ2除去プラント１７を出た廃ガスの脱硫は、プラントの異なるポイ
ントで行われる脱硫に比べて、はるかに有効に行うことができる。ＣＯ2除去プ
ラント１７を出たオフガスは、別の直接還元工程の方法に依存して排出ガスの約
三倍の硫黄含量を有するからである。
廃ガスダクト３６から、ＣＯ2含量の高い廃ガスの一部が、分岐ダクト３７を
通って溶融気化器３内の溶融気化器３内に形成された流動床３８の下端領域に供
給される。
流動床３８において、廃ガスのＣＯ2は、溶融気化器３内に存在する炭素と、
式：ＣＯ2＋Ｃ→２ＣＯに従って反応する。生成した一酸化炭素は、流動床３８
から上昇し、還元ガス流及びその還元フラクションを増加する。二酸化炭素から
一酸化炭素への吸熱反応により、Ｃfixの高い部分を有する石炭を使用した場合
に起こりうる溶融気化器３内の過加熱を確実に防止することができる。
図２に示した特別な実施態様によると、ＣＯ2含量の高い廃ガスの一部は、分
岐ダクト３７から枝分かれしたダクト３７’を通ってダストバーナー３９に導か
れる。さらに、ダストセパレーター４’で分離された還元ガスのダストは再び溶
融気化器３に導かれ、ダストバーナー３９に供給されたダストと共に溶融気化器
３に入る。ここで、ＣＯ2含有量の高い廃ガスが、通常はダストバーナー３９に
ダストを運んでいる窒素に換えて用いられ、これにより、還元ガスにおける窒素
バラストの減少という上記の効果が達成され得る。
図３によると、溶融気化器３にリサイクルされたＣＯ2除去プラント１７から
のＣＯ2含有廃ガスのみに脱硫が行われ、分岐ダクト３７は、酸素を溶融気化器
３に導く供給ダクト６と共に溶融気化器３内に開口する。
以下、実施例により本発明による方法をさらに詳細に説明する。
溶融気化器３内での鉄鉱石ペレットからの溶融銑鉄の製造において、約100t/h
の銑鉄並びに約155,000Nm3/hの排出ガスを生じさせる。この排出ガスを、ＣＯ2
除去プラント１７でＣＯ2を除去した後、別の鉄鉱石の還元のために第二の還元
シャフト炉２０に供給する。還元シャフト炉１を出た排出ガスのＣＯ2含量は、
約37容量％である。従って、57,350Nm3/hのＣＯ2がＣＯ2除去プラント１７に入
る。
この量のＣＯ2のうち、約10,500Nm3/hのＣＯ2が溶融気化器３にリサイクルさ
れ、ここで100％の無煙炭が炭素キャリヤーとして利用される。これによりＣＯ2
と溶融気化器３内に存在する炭素との吸熱反応により、反応技術上必要な量の反
応温度が減少する一方、約21,000Nm3/hのＣＯがＣＯ2とＣとの化学反応により起
こるＣＯ2流量の倍加により生じる。追加されたＣＯは、別の還元シャフト炉１
７で利用可能になる。これにより、ＣＯ2除去プラント１７を出たＣＯ2含量の高
い廃ガスの約１８％が、有利な方法で再利用され得る。
以下、本発明による方法の熱バランスを、更に詳細に説明する。しかしながら
、溶融気化器で起きる溶融還元に要求される熱量を超えるエネルギーの量のみを
より詳細に考慮した。我々の目的は、純粋な形態での１Nm3ＣＯ2の効果を説明す
ることであり、より容易な計算のために、ＣＯ2，Ｃ及びＯ2が25℃で利用可能で
あり、反応生成物ＣＯが1060℃の温度を有するという簡略化した方法により評価
した。ここで、ここで、ＣＯ2＋Ｃ→２ＣＯの反応についての反応エンタルピー
はΔＨ＝+238kj/molである。Ｏ2＋２Ｃ→２ＣＯの反応については、反応エンタ
ルピーはΔＨ＝-156kj/molである。従って、ＣＯ2のNm3当たり1.53Nm3/hのＯ2が
装填されなければならないのに対し、2.17kgのＣを消費してＣＯ2
１Nm3からＣＯが約５Nm3生じることが確認される。
図４に示した実施態様によると、加熱手段２２から燃料ガス排出ダクト３９を
介して流出する燃料ガスの少なくとも一部は、コンプレッサー４１を備えた分岐
ダクト４０を通って、溶融気化器３に供給される。そのような燃料ガスは、ＣＯ2
含量が非常に高く、ＣＯ含量が非常に低い。ここで、別の還元リアクター２０
に導入された還元ガスを加熱するために、ＣＯ2除去プラントからの廃ガスを追
加的に使用することが可能である。この廃ガスは、図４に破線で示される廃ガス
分岐ダクト４２を通って加熱手段２２に導かれる。
図５に示された実施態様によると、還元リアクター１から出た排出ガスの一部
は、排出ガス分岐ダクト４３及びコンプレッサー４４を通って、燃焼手段４５で
燃焼され、その工程で生じた燃焼排ガスの少なくとも一部は、燃焼排ガス排気ダ
クト４６を通って溶融気化器３に供給される。好ましくは、燃焼排ガス排気ダク
ト内には例えば石炭の気化工程で必要な酸素の加熱のためのレキュペレーター４
７が設けられている。これは、特に排出ガスの燃焼が完全に行われ、続いて冷却
ガスと混合しない場合に必要である。完全な燃焼は非常に高い燃焼温度をもたら
すからである。しかしながら、この燃焼は、排出ガスを別のダストと混合した後
でも、または部分的な燃焼の形態でも有効に行うことができる。
本発明は、明細書に詳細に記載した例示的実施態様に限定されない。種々の観
点から、変更を行うことができる。例えば第一の還元シャフト炉を二つまたは複
数設けることも可能であるし、排出ガスを溜めて、ＣＯ2を除去した後、少なく
とも一つの別の還元シャフト炉２０の処理のために取っておくこともできる。さ
らに、還元シャフト炉２０からリサイクルされた排出ガスを、還元シャフト炉１
からの排出ガスのためのＣＯ2除去プラントとは独立して作動する、ＣＯ2を除去
する別のプラントを通して流すこともできる。ここで、ＣＯ2除去プラントは
改質装置として製造され得る。
【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項
【提出日】１９９７年１２月１１日（１９９７．１２．１１）
【補正内容】
特許請求の範囲
２７．好ましくは酸素含有ガスの加熱のためのレキュペレーターが、前記燃焼排
ガス排出ダクト中に介在すること（図５）を特徴とする請求項２５または２６記
載のプラント。
２８．請求項１〜８のいずれか１項に記載された方法により製造される銑鉄また
は鉄鋼プレプロダクトの、ローリングストック(rolling stock)のような市販品
の製造のための使用。
【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項
【提出日】１９９８年３月３１日（１９９８．３．３１）
【補正内容】溶融銑鉄または溶融鉄鉱プレプロダクトの製造方法及びこの方法を行うためのプ ラント
本発明は、好ましくは塊状またはペレット状の鉄鉱石、及び所望によりフラッ
クスを含む供給物質からの溶融銑鉄または溶融鉄鋼プレプロダクト(preproduct)
の製造方法であって、供給物質を、還元リアクター内に形成した還元ゾーンで海
綿鉄に直接還元し、この海綿鉄を、溶融気化器内に形成したメルトダウン気化ゾ
ーンで炭素キャリヤー及び酸素含有ガスを供給しながら溶融し、生じたＣＯ−及
びＨ2含有還元ガスを還元ゾーンに導き、そこで反応させて排出ガスとして回収
し、そして、回収した排出ガスを、コンシューマー(consumer)、及びこの方法を
実施するためのプラントに導く方法に関する。
この種の方法は、例えばDE-C4037977により知られている。DE-C4037977による
と、海綿鉄またはこれを溶融して得られる銑鉄の製造コストを最低限に抑えるた
めに、大量に発生し、なおかなりの量の一酸化炭素及び水素を有する排出ガスを
、コンシューマーとして機能する別の鉄含有材料の還元のための別の還元ゾーン
に供給しているが、これは調整を行った後に行われる。
公知の方法において、Ｃfixの含有量が高い炭素キャリヤーが溶融気化器(melt
ergasifier)内で気化されるとき、溶融気化器の過加熱が起きる。この種の炭素
キャリヤーは、例えば無煙炭及び焼成可能な品質の石油コークスである。公知方
法の他の欠点は、炭素キャリヤーの気化に際し、溶融気化器中での一酸化炭素の
生成が酸素により排他的に起こるため、製造される還元剤の単位当たりのＯ2消
費量が比較的高いことにある。
US-A-1742750により、ＣＯ2、Ｏ2及び所望によりＨ2Ｏを衝風炉方法において
衝風炉の下部に吹き込む方法であって、上記ガスと炭素含有材料との反応に
より、還元ガスが生じ、衝風炉の下部の温度が制御される方法が知られている。
酸化鉄含有材料の還元により生じたＣＯ−及びＣＯ2含有ガスを衝風炉から回収
した後、再び衝風炉に吹き込んでＯ2及びＣＯ2含有ガスを生じさせるように処理
される。吹き込むガスの組成は、US-A-1742750においては特定されていない。
本発明は、これらの欠点及び問題を回避することを目的としており、Ｃfixの
含有量が高い炭素キャリヤーの使用を可能とする方法を行うための方法及び装置
を提供することを目的とする。さらに、石炭の気化に消費される酸素の量を減少
すべきである。
本発明によると、この目的は、排出ガスのＣＯ2含有量よりはるかに過剰の、
好ましくは４０％を超えるＣＯ2を含有し、ＣＯを含有する場合はcoの含有量が
排出ガスのＣＯ含有量よりはるかに低いＣＯ2含有量の高いガスをメルトダウン
気化ゾーンに導入し、そこでＣＯを生成させながら炭素キャリヤーと反応させる
ことにより達成される。
特許請求の範囲
１．還元リアクター(1)内に形成した還元ゾーン(12)で、供給物質を海綿鉄に直
接還元し、この海綿鉄を、炭素キャリヤー及び酸素含有ガスを供給しながら溶融
気化器(3)内に形成したメルトダウン気化ゾーン(8)で溶融し、生成するＣＯ及び
Ｈ2含有還元ガスを還元ゾーン(12)に導入し、そこで反応させ、排出ガスとして
回収し、回収された排出ガスが、コンシューマー(20)に導かれる溶融銑鉄又は溶
融鉄鋼プレプロダクトの製造方法において、排出ガスのＣＯ2含有量よりはるか
に過剰のＣＯ2含有量、好ましくは40％より高い含有量を有し、ＣＯを含有する
場合には、排出ガスのＣＯ含有量よりはるかに低いＣＯ含有量を有するＣＯ2含
有量の高いガスを、メルトダウン気化ゾーン(8)に導き、そこでＣＯを生成させ
ながら、炭素キャリヤーと反応させることを特徴とする方法。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ロイファー，フランツ
オーストリア国，デュッセルドルフ Ｄ―
40629，ポスベルグヴェーグ 81
(72)発明者 ディール，ヨルグ
オーストリア国，リンツ Ａ―4040，ラン
グフェルトシュトラーセ 59
(72)発明者 ローゼンフェルナー，ゲラルド
オーストリア国，ザンクト ペーター／ア
ウ Ａ―3352，エルトル 223／２
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １．還元ゾーン(12)で、供給物質を海綿鉄に直接還元し、この海綿鉄を、炭素キ ャリヤー及び酸素含有ガスを供給しながらメルトダウン気化ゾーン(8)で溶融し 、生成するＣＯ及びＨ2含有還元ガスを還元ゾーン(12)に導入し、そこで反応さ せ、排出ガスとして回収し、回収された排出ガスが、コンシューマー(20)に導か れる溶融銑鉄又は溶融鉄鋼プレプロダクトの製造方法において、排出ガスのＣＯ2 含有量よりはるかに過剰のＣＯ2含有量、好ましくは４０％より高い含有量を有 し、ＣＯを含有する場合には、排出ガスのＣＯ含有量よりはるかに低いＣＯ含有 量を有するＣＯ2含有量の高いガスを、メルトダウン気化ゾーン(8)に導き、そこ でＣＯを生成させながら、炭素キャリヤーと反応させることを特徴とする方法。 ２．回収された排出ガスに、ＣＯ2除去処理を行い、ＣＯ2除去処理中に分離され るＣＯ2含有量の高い廃ガスの少なくとも一部を、メルトダウン気化ゾーン(8)に 導くことを特徴とする請求項１記載の方法。 ３．前記ＣＯ2含有量の高いガスを、メルトダウン気化ゾーン(8)に形成された移 動床(38)の下端部に導入することを特徴とする請求項１または２記載の方法。 ４．前記ＣＯ2含有量の高いガスを、メルトダウン気化ゾーン(8)に酸素含有ガス と共に導入することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項または数項に記載 の方法。 ５．前記ＣＯ2含有量の高いガスを、メルトダウン気化ゾーン(8)に供給されるべ きダストと共に、メルトダウン気化ゾーン(8)に導入することを特徴とする請求 項１〜４のいずれか１項または数項に記載の方法。 ６．前記ＣＯ2含有量の高いガスを、メルトダウン気化ゾーン(8)で生成した還元 ガスから分離され、メルトダウン気化ゾーン(8)に再循環すべきダストと共に、 メルトダウン気化ゾーン(8)に導入することを特徴とする請求項５記載の方法。 ７．前記ＣＯ2含有量の高い、メルトダウン気化ゾーン(8)に供給されるべきガス を、メルトダウン気化ゾーン(8)に導入する前に、脱硫することを特徴とする請 求項２〜６のいずれか１項または数項に記載の方法。 ８．ＣＯ2除去処理を行う排出ガスを、少なくとも第１の還元ゾーン(12)で生成 させ、ＣＯ2について精製した該排出ガスを還元ガスとして、所望により加熱し た後、他の粒状金属酸化物含有材料、好ましくは酸化鉄含有材料の還元のための 少なくとも一つの別の還元ゾーン(21)に入れ、そこで反応させることを特徴とす る請求項２〜７のいずれか１項または数項に記載の方法。 ９．前記加熱操作からの燃焼排ガスの少なくとも一部をメルトダウン気化ゾーン (8)に供給することを特徴とする請求項８記載の方法。 １０．ＣＯ2の除去中に分離された、ＣＯ2含有量の高い廃ガスを加熱のために利 用する（図４）ことを特徴とする請求項８または９記載の方法。 １１．前記の別の還元ゾーン(21)で反応させた還元ガスを加熱のために利用し、 これにより生じた燃焼排ガスの少なくとも一部をメルトダウン気化ゾーン(8)に 導入する（図４）ことを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項または数項に 記載の方法。 １２．前記第１の還元ゾーン(12)で生成した排出ガスの一部を少なくとも部分的 に燃焼させ、その燃焼排ガスを、メルトダウン気化ゾーン(8)に導くこと（図５ ）を特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項または数項に記載の方法。 １３．前記燃焼排ガスを、メルトダウン気化ゾーン(8)に導入する前に、冷却ガ スと混合することを特徴とする請求項１２記載の方法。 １４．前記燃焼排ガスをメルトダウン気化ゾーン(8)に供給する前に、復熱的に 、ガス、好ましくはこの工程のために供給される酸素含有ガスを加熱するために 、または蒸気を発生させるために冷却することを特徴とする請求項１２または１ ３記載の方法。 １５．前記第２の還元ゾーン(21)で生成した排出ガスの少なくとも一部を、好ま しくは第１の還元ゾーン(12)からの排出ガスと混合した後に、同様にＣＯ2除去 し、ＣＯ2含有量の高い廃ガスを分離し、少なくとも部分的にメルトダウン気化 ゾーン(8)に供給し、そこで炭素と反応させてＣＯを生成させることを特徴とす る請求項８〜１４のいずれか１項または数項に記載の方法。 １６．好ましくは塊状及び／またはペレット状の鉄鉱石のための還元リアクター (1)、溶融気化器(3)、溶融気化器(3)と還元リアクター(1)を連結する還元ガスの た めの供給ダクト(4)、還元リアクター(1)を溶融気化器(3)と連結する還元リアク ター(1)で生じた還元生成物のための移送ダクト(13)、還元リアクター(1)から出 る排出ガス排気ダクト(14)、酸素含有ガス及び炭素キャリヤーを溶融気化器(3) に入れるための供給ダクト(6,7)、溶融気化器(3)に設けられた銑鉄及びスラグの ためのタップ(11)を含む請求項１〜１５のいずれか１項または数項に記載された 方法を実施するためのプラントであって、 ＣＯ含有量ができるだけ低いＣＯ2含有量の高いガスを導くガスダクトが溶融 気化器(3)に通じていることを特徴とするプラント。 １７.還元リアクター(1)の排出ガスの排出ダクト(14)が、ＣＯ2除去プラント(17 )を介して導かれ、分離したＣＯ2含有廃ガスをＣＯ2除去プラント(17)から排出 する廃ガスダクト(36,37,37')が溶融気化器(3)と流通することを特徴とする請求 項１６記載のプラント。 １８.前記ガスダクト(37,37')が、溶融気化器(3)の下部に、おおよそ溶融気化器 (3)に形成した移動床(38)の下端領域の位置に開いている請求項１６または１７ 記載のプラント。 １９．前記ガスダクト(37)が、酸素含有ガスのため供給ダクト(6)と共に溶融気 化器(3)に入る（図３）ことを特徴とする請求項１６〜１８のいずれか１項また は数項に記載のプラント。 ２０．ガスダクト(37')が、ダストを溶融気化器(3)に供給する供給ダクト共に、 好ましくはバーナー(39)を介して溶融気化器(3)に入り、ダストを溶融気化器(3) に入れる（図２，３）ことを特徴とする請求項１６〜１９のいずれか１項または 数項に記載のプラント。 ２１．溶融気化器(3)を還元リアクター(1)と連結する還元ガスのための供給ダク ト(4)内に、ダストセパレーター(4')が設けられ、これにより、ダスト再循環ダ クトが溶融気化器(3)と連結すること、及びガスダクト(37')が、ダスト再循環ダ クトと共に、ダストバーナー(39)を介して溶融気化器(3)に入ること（図２，３ ）を特徴とする請求項２０記載のプラント。 ２２．前記ガスダクト(36,37)内に脱硫手段(18)が設けられていることを特徴と する請求項１６〜２１のいずれか１項または数項に記載のプラント。 ２３．互いに第１の還元リアクター(1)の排出ガス排出ダクト(14)により連結さ れており、ＣＯ2除去プラント(17)を介して互いに流通している二つの還元リア クター(1,20)が設けられており、ＣＯ2除去プラント(17)から出る排出ガスが所 望により加熱手段(22,25)を介して第２の還元リアクター(20)に導かれることを 特徴とする請求項１６〜２１のいずれか１項または数項に記載のプラント。 ２４．第２の還元リアクター(20)の排出ガスを排出する移送ダクト(29)が、ＣＯ2 除去プラント(17)、好ましくは第２の還元リアクターの排出ガスのためのＣＯ2 除去プラント(17)に開くことを特徴とする請求項２３記載のプラント。 ２５．ＣＯ2除去プラント(17)から、加熱ガスとして廃ガスを供給するための廃 ガス分岐ダクト(42)が加熱手段(22)に入ること、及び加熱手段(22)から、燃焼排 ガ スを排出するための燃焼排ガス排出ダクト(39,40)が溶融気化器(3)に流通してい る（図４）ことを特徴とする請求項２３または２４記載のプラント。 ２６．前記排出ガス排出ダクトから、排出ガス分岐ダクトが、燃焼手段に通じ、 ここから、燃焼排ガス排出ダクトが、溶融気化器(3)に通じていること（図５） を特徴とする請求項１６〜２５のいずれか１項または数項に記載のプラント。 ２７．好ましくは酸素含有ガスの加熱のためのレキュペレーターが、前記燃焼排 ガス排出ダクト中に介在すること（図５）を特徴とする請求項２５または２６記 載のプラント。 ２８．請求項１〜８のいずれか１項に記載された方法により製造される銑鉄また は鉄鋼プレプロダクトから製造されるローリングストック(rolling stock)のよ うな市販品。
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