JP2000510040A - 鉄鉱石還元プラントのガス処理工程からのガス洗浄水を処理するプロセス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 鉄鉱石還元プラントのガス洗浄操作からの洗浄水を処理するプロセスについて述べている。すなわち、洗浄水が、ガス側に２系列に接続された２段階の洗浄工程のガス洗浄器（１から４）の中でガスと直接接触し、前記洗浄器から抜き出され、固体を分離した後、条件を調整し冷却した形で再び前記ガス洗浄器に供給される。このプロセスでは、洗浄水は２段階の洗浄工程からそれぞれ別々に取り出され、第１洗浄工程からの洗浄水のみがシックナー（６）で大部分の固体を除去され、続いて温水タンク（８）へ送られる。第２洗浄工程からの洗浄水は帰還水タンク（１０）へ直接導入され、そこで洗浄水は二酸化炭素に富むひずみ解消ガスを送り出し、そのガスは、温水タンクの洗浄水の二酸化炭素濃度を高めるために温水タンクヘ導入される。温水タンクからの洗浄水は、熱交換器（１９）で冷却され、帰還水タンク（１０）からの洗浄水と一緒に２段階洗浄工程のガス洗浄器へ戻される。温水タンクの洗浄水の二酸化炭素濃度を高めるため、帰還水タンクにある二酸化炭素に富んだ洗浄水の１部を温水タンクに追加することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 鉄鉱石還元プラントのガス処理工程からのガス洗浄水を処理するプロセス 本発明は、特許請求項１の前文に従うプロセスに関する。 ドイツ特許公報４０ ３２ ２８８ Ｃ２から、鉄鉱石還元プラントのガス洗 浄操作からの洗浄水を処理する方法において、１基もしくは数基のガス洗浄器の 中で洗浄水は未処理ガスと直接接触したのちガス洗浄器から抜き出され、固体除 去後、冷却状態で再び洗浄器へ供給される方法が知られている。この方法を実施 するために、最初のシックナーで大半の固体が除去され、温水溜めを通って冷却 塔へ送られる。そこで洗浄水は冷却され、溶解二酸化炭素の分離、酸素の濃縮、 炭酸水素カルシウムおよび炭酸水素マグネシウムの炭酸塩への変換、および炭酸 水素鉄および硫酸鉄の水酸化鉄（ＩＩＩ）への変換が行われる。さらに、このよ うな化学的に不安定になった洗浄水は、直列に連結された第２のシックナーで凝 集剤を添加して新たに生成した固体と残余固体を除去されて化学的に安定化され 、冷水溜めを通ってガス洗浄器へ戻される。 鉄鉱石還元プラントからのガスは、還元されたばかりの非常に反応しやすい鉄 を大量に含んでいる。二酸化炭素で飽和した洗浄水と接触すると炭酸水素鉄が生 成する。鉄粒子は硫酸イオンとも反応して硫酸鉄になる。このようにして大部分 の固体鉄粒子は可溶性の形に変換される。冷却塔で二酸化炭素を放出し、酸素の 濃縮が起こり、炭酸水素鉄と硫酸鉄は水に不溶な水酸化鉄（ＩＩＩ）に変化し、 フロック状に沈殿する。沈殿したフロック状の水酸化鉄（ＩＩＩ）は水に含まれ る酸素とさらに反応し、固体状の鉄酸化物を生成する。また、溶融体の還元プラ ントの場合、ガスは大量の酸化カルシウムおよび酸化マグネシウムを含んでおり 、二酸化炭素を含む洗浄水で炭酸水素塩を形成し、冷却塔で曝気後に炭酸塩とし て沈殿する。 化学平衡を失った沈殿生成の傾向がいちじるしいこのような水は、冷却塔から 第２のシックナーに供給される。固体沈殿法は、滞在時間が長くなるため、第２ のシックナーで終結し、水は安定化される。安定化した水はガス洗浄操作に再使 用される。このようにして、成否のカギを握り、清掃に問題の多い洗浄器と可燃 性で有毒な加圧ガスの下で運転される操作領域とにおける沈殿固着の問題は解決 される。しかし、清掃と点検保守のためにセルごとに定期的に止められる冷却器 内に析出する沈積物はかなりな量にのほる。配水系と冷却塔における沈殿は、比 較的短い期間でも思った以上に進行し、そのために沈殿のいちじるしい固着によ って、年に数回は更新せざるを得ない事態に遭遇する。そのため、清掃サイクル の間隔を長くすると共に、点検保守作業を軽減するため、匹敵するガス洗浄操作 で発生する洗浄水の冷却に使用されている標準的な冷却塔に代わって、特殊な冷 却塔が開発された。特殊なこれらの冷却塔は非常に大きなもので、組み込み部分 をごく少なくし、自由に下へ降ろすことによって第２のシックナーに洗浄水を排 出できるよう、冷却塔のカップを高い位置に取り付け、さらに、より高い圧力で 水を散布するための特殊なノズルを備え、その他、様々な手段を組み込んで清掃 作業量を少なくし、所要時間を短縮するように工夫されている。しかし、それで も清掃と点検保守作業の手間は非常に大きい。その上、エネルギー消費量も通常 の冷却塔と比べてかなり大きく、冷却塔の単位当たり投資コストも非常に高い。 さらに、２基の大きなシックナー、大きな冷却塔、ポンプ場および配管が必要と する空間は、限られた敷地にプラントを収容する上で、大きな問題になるケース が多い。 既知のプロセスに見られる別の問題は、より高い圧力で運転されるガス洗浄器 内の洗浄水は主として一酸化炭素と二酸化炭素からなるガスと直接接触するので 比較的多量の一酸化炭素が大気中へ放出されることである。いちじるしく温度が 下がった第２洗浄工程からの帰還水で、特に大量のガスが大気中へ移行する。こ れらのガスの１部は、大気圧で運転される第１シックナーで揮散し、残りは冷却 塔で放出される。 以上述べてきた点から、本発明の目的は、鉄鉱石還元プラントのガス洗浄操作 からの洗浄水を処理する既知のプロセスを改良することにあり、具体的には、こ の目的のために設置されたシックナーを除き、洗浄水系全体において可能な限り 沈殿物の固着を避けると共に、大気中に放出される有毒な一酸化炭素を大幅に軽 減するするよう、ガス側に２系列に接続された２段階洗浄工程に配置されたガス 洗浄器の中で洗浄水とをガスを直接接触させ、そしてガス洗浄器から抜き取り、 固体を分離したのち、冷却し、条件を調整して再びガス洗浄器に供給する。そし てさらに、投資コストおよび運転コストならびに設置に必要な空間を軽減するこ ととする。 本発明によれば、こうした目的は、特許請求項１の特徴を記載する部分に示さ れる特徴によって解決される。本発明に従うプロセスの有利な開発によって従属 請求項が派生する。 本発明に従うプロセスでは、固体を沈降させるためにシックナーへ導かれ、そ れから間接熱交換器で冷却されるのはガス洗浄操作の第１洗浄工程からの洗浄水 のみであり、凝縮水で希釈され、ひずみが解消されたあと二酸化炭素で過飽和状 態になった、第２洗浄段階からの帰還水は、固体の分離を行わず大気と連絡して いない状態で、冷却しないまま前進水に添加されるので、水に溶解した塩は溶液 状態で存在し、析出物として沈殿しない。 鉄鉱石還元溶融プラントからのガスは還元されたばかりの非常に還元性の強い 粒子以外にか焼されたばかりの酸化カルシウムと酸化マグネシウムも含有してい るので、ガス洗浄操作の第１段階から帰還する水はそれらの炭酸水素塩でほぼ飽 和しており、それゆえ、これらの塩を溶液状態に保持し、前進水の平衡状態を沈 積固着領域外へ移して水循環系で析出しないように努力する必要がある。この目 標を達成するには、本発明に従えば、二酸化炭素の揮散をできるだけ少なくし； 酸素の吸収を避け；水は、二酸化炭素の一部が脱ガスしても、再びシックナーで 二酸化炭素に富む加圧下のガスによって、二酸化炭素濃度が高められ、前進水は 、大気と接触することなく間接熱交換器で冷却され、凝縮水と新しい水でかなり 希釈され二酸化炭素で過飽和状態になった帰還水を混合することにより、そして さらに第２の洗浄段階から来ることによって希釈され、前記前進水のｐＨは低下 する。 オーバーフロー流路の水位は、制御ユニットを通して、シックナーから温水タ ンクへの高さにあるようにセットされ、そして炭酸水素カルシウム、炭酸水素マ グネシウムおよび炭酸水素鉄のような可溶性の塩を溶液状態に保つため、溢流水 の酸素含量の増加とシックナーの溢流領域における二酸化炭素の揮散は最小限に 抑えられる。水位調節ユニットは、配管を通して閉鎖系温水タンクに接続され、 温水タンクでは、シックナーから供給される洗浄水の二酸化炭素の収支を再度バ ランスさせるため、大半の固体を除去した洗浄水に二酸化炭素に富むガスを吸収 させる。 第２洗浄工程からの過飽和水から放出されるガスは、帰還流の水タンクで部分 的にひずみを解消したあとで、温水タンク内の洗浄水にガスを吸収させるため、 前記洗浄水へ導入される。要求に応じて、第２洗浄工程から取り出された二酸化 炭素に富む必要量の洗浄したトップガスまたは排出ガスを前記のガスに加えても よい。両タンクともわずかに過圧状態に保ち、望ましくは、ガス排出管および帰 還水タンクより約０．１５バール高く保ち、熱交換器に到達する前に温水タンク 内の洗浄水に二酸化炭素を溶解させると共に酸素が流入するのを防止し、溶解し なかったガスはガス排出管へ誘導するか、または焼却系へ誘導するため、いくら か高く維持される。 第２洗浄工程からの帰還水、すなわち、比較的わずかのごく微細な固体を含み 、前進水より数℃高い前記の水は、好ましくは二酸化炭素を含み、凝縮水で希釈 され、洗浄段階を終えたあと、わずかに圧力がかかった閉鎖系の帰還水タンクに 導入され、前処理することなく前進水に添加される。この供給によってシックナ ーから流出する洗浄水は希釈され、二酸化炭素濃度はさらに高められる。帰還水 タンクからの水のうち、少ない方は温水タンクの下部に加えられ、多い方は間接 熱交換機の後ろに加えられる。水に対する二酸化炭素の溶解度は、温度が低くな るほど、また圧力が高くなるほどいちじるしく高くなるので、それによって、帰 還水タンクから水と共に供給される二酸化炭素のすべては、溶液の形で前進水に とどまる。前記の水のうち、少ない方の水を温水タンクの下方部分に導入する理 由は、熱交換器自体に沈殿の固着が起こらないようにするため、間接熱交換器よ り手前で洗浄水の二酸化炭素濃度をさらに高め、希釈することにある。 本発明に従うプロセスのさらに有利な開発に合わせて、二酸化炭素で安定化し た温水タンク内の洗浄水の１部は、冷却しないで、第１洗浄工程の急冷ゾーンに ポンプ輸送される。こうすることで、高温ガスの急冷は加速され、第１洗浄工程 の温度が上昇し、その結果、多量の蒸気の凝縮は、第１工程から第２工程へ移 る。第２工程では、生成する凝縮水が希釈水として働き、その工程は、第１洗浄 工程からのガスと一緒に、水に不溶で微細な、ほとんど完全に脱ガスした炭素粒 子によってのみ開始され、そのような粒子によって水に溶解した塩の濃度の増加 はほとんど起こらない。凝縮水は補給水に取って代わる。このように、本プロセ スでは完全に脱塩された補給水を作り出すため、先行する工程の廃熱の１部が利 用される。シックナーに向かって流れる水の全量は削減され、そして、溶解する 極めて毒性の強い一酸化炭素の量は大きく減少し、その結果、大気に放出される 一酸化炭素の量も大幅に減少する。 温度を調節し、同時に、温度的に臨界にあり、第１洗浄工程に属する急冷ゾー ンへの水供給に対して２重の安全を確保するため、第１洗浄工程の後ろに設置さ れた冷却ガス洗浄器の１つからの帰還水が、直接、第１洗浄工程の急冷ゾーンへ 供給される。さらに、第１洗浄工程のガス洗浄器円錐部からの洗浄水を直接その 急冷部へ戻すこともできる。 第１洗浄工程から逃げるガスの温度が数℃上がるだけで、二酸化炭素に富むガ スでガス化するのをやめるのにほぼ十分と言えるだろう。 高温ガスと接触して洗浄水が蒸発し、発生する大量の水蒸気で水が十分温めら れている第１洗浄工程の急冷ゾーンでは、固着するよりも疲労の方か大きいため 、固着層ははく離してシックナーで固体として除去される。洗浄水は第１段階で 比較的良く加熱されるので、間接的な水−空気または水−水熱交換器への熱の排 出は環境的にやさしく効果的に行うことが可能である。 洗浄水と分離せず温水タンクに送られた二酸化炭素に富むガスは、ガス排出管 または焼却系へ導入することが可能で、環境へやさしい形で処分することができ る。 循環洗浄水をスケールを形成する領域からずっと引き離すために、帰還水タン クに新しい水を追加することは有益である。 以下では、図に表した１つの実施様態に基づいて、本発明をより詳細に説明す ることにする。この図は、本発明に従うプロセスに合わせて運転されるガス洗浄 設備の概略図である。 ここに表した実施様態は、立て型還元炉と溶融ガス化装置からなる鉄鉱石還元 プラントで発生するガスの清浄化に関する。立て型還元炉で発生したガスは「ト ップガス（ｔｏｐ ｇａｓ）」と呼び、溶融ガス化装置で発生するガスは「ガス 化装置ガス（ｇａｓｉｆｉｅｒ ｇａｓ）」と呼ぶ。洗浄設備は２段階工程から なり、それぞれガス洗浄器を有している。第１洗浄工程にはトップガスを洗浄す るための洗浄器１とガス化装置ガスを洗浄するためのガス洗浄器２が設置され、 第２洗浄工程にはガス化装置ガス洗浄用のガス洗浄器３とトップガス洗浄用の洗 浄器４が設置されている。ガス洗浄器１と４およびガス洗浄器２と３はそれぞれ 、ガスの種類によって、直列に連結されている。洗浄水は、前進水の配管５を通 って、すべてのガス洗浄器１−４に直接供給されている。第１工程のガス洗浄器 １および２、そして第２工程のガス洗浄器３および４は、洗浄水の流れに関して 、それぞれ並列に接続されている。 第１洗浄工程のガス洗浄器１および２から出てくる洗浄水はシックナー６に送 られ、そこで、含まれるトップガスとガス化装置ガスからの固体不純物を沈殿さ せる。大半の固体を除いた洗浄水は、シックナー６からオーバーフローして供給 管７を通り、温水タンク８の下部に送られる。供給管７に設置された制御ユニッ ト９によって、水位がある高さに設定されるよう、シックナー６のオーバーフロ ー流路を流れる水の量を制御する。こうすることによって、シックナー６のオー バーフロー部分で、溢流水中の酸素の増加および二酸化炭素の揮散が最小限に抑 えられる。 温水タンク８はわずかに過圧にしてあり、タンクの上部にはガスが溜まってい る。そのため、ガスが供給管７を通って大気中へ漏洩しないよう、供給管７の口 は温水タンク８の下部に設けてある。そしてこのことが、供給管７の口にかかる 水柱の圧力を、温水タンク８のガス圧の少なくとも１．５倍にしなければならな い理由である。 第２洗浄工程のガス洗浄器３および４から流出する洗浄水は、帰還水タンク１ ０に流入する。この洗浄水は二酸化炭素を多く含み、かなりの部分は凝縮水の蒸 気からなるため、かなり脱塩されている。帰還水タンク１０はそれ自体は換気装 置を持っておらず、二酸化炭素を主成分とする揮散ガスがその上部に溜まる。帰 還水タンク１０の圧力は温水タンク８よりやや過圧になっているため、帰還水 タンク１０の上部に蓄積している二酸化炭素は、溢流管１１を通って温水タンク ８の水面下に流入する可能性がある。帰還水タンク１０の圧力は、温水タンク８ の水面下にある溢流管１１の口の深さおよび前記温水タンク８のガス圧によって 決まり、前記タンクが洗浄ガスを排出するガス排出管１２と連絡しているため、 そのガス圧は約０．１５バールである。溢流管１１を経由して供給される二酸化 炭素のために温水タンク８の洗浄水は二酸化炭素の濃度が高い。しかし、もし第 ２洗浄工程の洗浄器３および４の帰還水から放出されるガス量が温水タンク８の 洗浄水の二酸化炭素濃度を高くするために十分でない時は、配管１３からの二酸 化炭素に富むトップガスから、そして可能なら、流通式測定ユニット１５とそれ によって制御される流通式制御アーマチュア１６を設置することができる配管１ ４を通じて配管１２からの排出ガスから必要量がまかなわれ、そして帰還水タン ク１０の上部に蓄積するガスと混合される。温水タンク８にある洗浄水の二酸化 濃度は、帰還水タンク１０から溢流管１７を通って温水タンク８の下部に送られ る二酸化炭素が過飽和した水と混合することにより、さらに高められる。温水タ ンク８の下部には圧力がかかっているため、このようにして混合される帰還水か ら揮散し、上昇する二酸化炭素はごく１部である。 このようにして二酸化炭素の濃度が高くなった高温洗浄水は、前進水ポンプ１ ８によって温水タンク８から間接熱交換器１９および前進水管５を通ってガス洗 浄器１および４へ送られる。凝縮水で希釈され、二酸化炭素が過飽和した帰還水 タンク１０からの水の大部分は、ポンプ２０によって、熱交換器１９で冷却され た水に加えられる。 温水タンク８に設置された水位測定ユニット２２の測定データによって、新し い水が制御アーマチュア２１を通して帰還水タンク１０に追加される。温水タン ク８に接続したポンプ２３は、直接、第１洗浄工程のガス洗浄器１および２の急 冷ゾーン２４および２５に温水タンク８からの高温洗浄水を供給する。ポンプ２ ６は、ガス化装置ガス用ガス洗浄器２の後ろに続く、ガス側の位置に設置した冷 却ガス洗浄器２７からの帰還水を、第１洗浄工程のガス洗浄器２の温度によって 変動する急冷ゾーン２５へ供給し、ポンプ２８は、洗浄水を、第１洗浄工程のト ップガス用ガス洗浄器１の円錐部から急冷ゾーン２４へ戻す。 間接熱交換器１９は水−水および水−空気の両用として設計しても良い。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 鉄鉱石還元プラントのガス洗浄操作からの洗浄水を処理するプロセスにお いて、洗浄水が、ガス側に２系列に接続された２段階の洗浄工程のガス洗浄器（ １ないし４）の中でガスと直接接触すること；ガス洗浄器（１ないし４）から抜 き出され、固体を分離した後、条件を調整し冷却した形で、再び前記ガス洗浄器 （１ないし４）に供給されるプロセスであって、洗浄水は２段階の洗浄工程から 別々に取り出され、第１洗浄工程からの洗浄水のみがシックナー（６）で大部分 の固体を除去され、続いて温水タンク（８）へ送られること；第２洗浄工程から の洗浄水は帰還水タンク（１０）へ直接導入され、そこで洗浄水は二酸化炭素に 富む膨張ガスを送り出し、そのガスは、洗浄水の二酸化炭素濃度を高めるために 水タンク（８）へ導入されること；温水タンク（８）からの洗浄水は、熱交換器 （１９）で冷却され、続いて帰還水タンク（１０）からの洗浄水と一緒に２段階 洗浄工程のガス洗浄器（１ないし４）へ戻されることを特徴とする、鉱石還元プ ラントのガス洗浄操作からの洗浄水を処理するプロセス。 ２． 鉄鉱石還元プラントが立て型還元炉と溶融ガス化装置からなり、各洗浄工 程に対して、立て型還元炉のトップガス用の１つのガス洗浄器（１、４）、そし て溶融ガス化装置のガス用の１つのガス洗浄器（２、３）が１度に設置されてお り、各洗浄工程のガス洗浄器（１，２；３，４）が洗浄水の通過に対して互いに 並列に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。 ３． シックナー（６）から温水タンク（８）への洗浄水の供給が、前記シック ナー（６）のオーバーフロー流路の水が高い水位に設定されるよう、制御しなが ら行われることを特徴とする、請求項１または２に記載のプロセス。 ４． 第２洗浄工程から出て来た洗浄されたガスを供給することにより、温水タ ンク（８）にある洗浄水の二酸化炭素濃度を高くすることを特徴とする、請求項 １から３までの任意の１つに記載のプロセス。 ５． 温水タンク（８）にある洗浄水の二酸化炭素濃度を高めるために、帰還水 タンク（１０）にある洗浄水の１部を温水タンク（８）に導入することを特徴と する、請求項１から４までの任意の１つに記載のプロセス。 ６． 温水タンク（８）にある洗浄水の１部を、冷却しないで、第１洗浄工程の ガス洗浄器（１、２）の急冷ゾーン（２４、２５）に導入することを特徴とする 、請求項１から５までの任意の１つに記載のプロセス。 ７． 第１洗浄工程において、洗浄水の１部が、トップガス用のガス洗浄器（１ ）の円錐部から前記ガス洗浄器（１）の急冷ゾーン（２４）へ戻されることを特 徴とする、請求項１から６まで任意の１つに記載のプロセス。 ８． 第１洗浄工程の次に位置するガス化装置ガス用冷却ガス洗浄器（２７）の 洗浄水が、第１洗浄工程におけるガス化装置ガス用ガス洗浄器（２）の急冷ゾー ン（２５）に導入されることを特徴とする、請求項１から７までの任意の１つに 記載のプロセス。 ９． 第２洗浄工程からの洗浄水が、第１洗浄工程から揮散するガスと一緒に運 ばれ、第２洗浄工程で凝縮される水蒸気によって補充されることを特徴とする、 請求項１から８までの任意の１つに記載のプロセス。 １０． 帰還水タンク（１０）の洗浄水が新しい水で補充されることを特徴とす る、請求項１から９までの任意の１つに記載のプロセス。 １１． 温水タンク（８）の洗浄水から揮散するひずみ解消ガスが、第２洗浄工 程から揮散する洗浄されたガスまたは焼却系へ供給されることを特徴とする、請 求項１から１０までの任意の１つに記載のプロセス。 １２． 温水タンク（８）からの洗浄水の冷却が、間接水−水または水−空気熱 交換器で行われることを特徴とする、請求項１から１１までの任意の１つに記載 のプロセス。