JP2002161303A - 溶融還元炉ガスの利用方法および利用装置 - Google Patents
溶融還元炉ガスの利用方法および利用装置Info
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- Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 一酸化炭素を取り除いたり別の製造設備から
水素を供給したりすることなく、溶融還元炉の発生ガス
からメタノール等を多量に製造し、もって溶融還元シス
テムの経済性を向上させようとするものである。 【解決手段】 溶融還元炉から発生するガスに水蒸気
を加えたうえ、ガス中の水素と一酸化炭素との量的比
率を２：１に近づけるべく温度を設定してシフト反応を
起こさせ、水分と二酸化炭素とを除いたうえ、水素
と一酸化炭素とを反応させることによってメタノールを
合成する。
水素を供給したりすることなく、溶融還元炉の発生ガス
からメタノール等を多量に製造し、もって溶融還元シス
テムの経済性を向上させようとするものである。 【解決手段】 溶融還元炉から発生するガスに水蒸気
を加えたうえ、ガス中の水素と一酸化炭素との量的比
率を２：１に近づけるべく温度を設定してシフト反応を
起こさせ、水分と二酸化炭素とを除いたうえ、水素
と一酸化炭素とを反応させることによってメタノールを
合成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】請求項に係る発明は、金属酸
化物を溶融還元するにともなって溶融還元炉が発生する
ガス（溶融還元炉ガス）を、メタノールやアンモニア等
の製造のために利用する方法および装置に関するもので
ある。
化物を溶融還元するにともなって溶融還元炉が発生する
ガス（溶融還元炉ガス）を、メタノールやアンモニア等
の製造のために利用する方法および装置に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】溶融還元法は、金属酸化物である鉄鉱石
やそれを部分的に還元した予備還元鉱石等を溶融還元炉
に装入し、炭素を含む固体燃料や酸素含有ガスを同時に
同炉内に入れて高温で還元反応を起こさせ、溶融金属を
製造するシステムである。溶融還元炉からは、ＣＯ（一
酸化炭素）およびＨ2（水素）を含む高温の水性ガスが
発生する。上記した予備還元鉱石の製造は、そのような
ガスの熱および化学的エネルギーを利用して鉱石を部分
的に還元することにより行われている。なお、溶融還元
法によって得られる金属には、鉄のほかにクロムやニッ
ケルなどがある。
やそれを部分的に還元した予備還元鉱石等を溶融還元炉
に装入し、炭素を含む固体燃料や酸素含有ガスを同時に
同炉内に入れて高温で還元反応を起こさせ、溶融金属を
製造するシステムである。溶融還元炉からは、ＣＯ（一
酸化炭素）およびＨ2（水素）を含む高温の水性ガスが
発生する。上記した予備還元鉱石の製造は、そのような
ガスの熱および化学的エネルギーを利用して鉱石を部分
的に還元することにより行われている。なお、溶融還元
法によって得られる金属には、鉄のほかにクロムやニッ
ケルなどがある。
【０００３】溶融還元炉から発生する上記のガスが熱お
よび化学的エネルギーを保有するので、溶融還元法を経
済的に合理性のあるものにするには、そのガスをいかに
有効利用するかが重要である。ガスの従来の利用方法と
してつぎのようなものが知られている。
よび化学的エネルギーを保有するので、溶融還元法を経
済的に合理性のあるものにするには、そのガスをいかに
有効利用するかが重要である。ガスの従来の利用方法と
してつぎのようなものが知られている。
【０００４】イ) ガス中の可燃性成分（ＣＯ、Ｈ2）に
着目して電気エネルギーを回収するもの。熱を回収した
のちのガスを燃焼させ、水蒸気を発生させて発電用ター
ビンを回し、電力を得ることによって溶融還元法の経済
性を高めるのである。
着目して電気エネルギーを回収するもの。熱を回収した
のちのガスを燃焼させ、水蒸気を発生させて発電用ター
ビンを回し、電力を得ることによって溶融還元法の経済
性を高めるのである。
【０００５】ロ) ガスを脱炭酸したのち、併設された他
の還元装置に送って金属の還元に利用するもの。他の還
元装置としてシャフト炉式の直接還元製鉄プラントが設
置された例がある。
の還元装置に送って金属の還元に利用するもの。他の還
元装置としてシャフト炉式の直接還元製鉄プラントが設
置された例がある。
【０００６】ハ) ガスを利用してアルコールや炭化水素
を製造するもの。ガス中のＣＯ2（二酸化炭素）または
ＣＯに、外部から供給するＨ2を結合させることによっ
てアルコールもしくは炭化水素を生成する例（特開平３
−２４０９０７号公報参照）や、ガス中のＨ2とＣＯと
を、吸着剤による吸収もしくはコークス炉ガスの添加に
よって量的に調整したうえ反応させて炭化水素ガスを生
成する例（特開昭６３−４７３１８号公報参照）が知ら
れている。
を製造するもの。ガス中のＣＯ2（二酸化炭素）または
ＣＯに、外部から供給するＨ2を結合させることによっ
てアルコールもしくは炭化水素を生成する例（特開平３
−２４０９０７号公報参照）や、ガス中のＨ2とＣＯと
を、吸着剤による吸収もしくはコークス炉ガスの添加に
よって量的に調整したうえ反応させて炭化水素ガスを生
成する例（特開昭６３−４７３１８号公報参照）が知ら
れている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】溶融還元炉からの発生
ガスを利用する従来の技術には、つぎのような課題が付
随する。すなわち、まず、上記イ)のとおりガス中の可燃
成分を発電用燃料に使用する例については、発電用の機
器を含む設備全体に高額な初期投資が必要であるため、
とくに電力価格の低い国や地域などにおいて、システム
の経済性がほとんど改善されないことが多い。保守等の
理由で溶融還元炉の操業が停止したときに発電も停止し
てしまう、という不都合もある。また、上記ロ)のように
他の金属還元装置を併設してそれにガスを送る場合に
は、二つの異なる還元装置を連動させて操業する必要が
あるので、設備費が高額になることに加え、両設備を円
滑に連動させながら原料の質や量に応じた柔軟な操業を
することが難しい、というデメリットがある。
ガスを利用する従来の技術には、つぎのような課題が付
随する。すなわち、まず、上記イ)のとおりガス中の可燃
成分を発電用燃料に使用する例については、発電用の機
器を含む設備全体に高額な初期投資が必要であるため、
とくに電力価格の低い国や地域などにおいて、システム
の経済性がほとんど改善されないことが多い。保守等の
理由で溶融還元炉の操業が停止したときに発電も停止し
てしまう、という不都合もある。また、上記ロ)のように
他の金属還元装置を併設してそれにガスを送る場合に
は、二つの異なる還元装置を連動させて操業する必要が
あるので、設備費が高額になることに加え、両設備を円
滑に連動させながら原料の質や量に応じた柔軟な操業を
することが難しい、というデメリットがある。
【０００８】上記ハ)のようにガスを利用してアルコール
や炭化水素を製造する場合にも、改善すべき課題は存在
する。すなわち、特開平３−２４０９０７号公報に記載
の方法では、反応させるＨ2を外部から供給するため、
水素の製造設備が別途必要になる。溶融還元炉から発生
するガス中にはＣＯおよびＣＯ2の量が多く、それに比
してＨ2の量が少ないため、ＣＯまたはＣＯ2のほとんど
をアルコールや炭化水素に変えるためには量論的に多量
のＨ2が必要だからである。また、特開昭６３−４７３
１８号公報の方法をとる場合には、原料ガス中のＣＯを
吸着剤で吸着するなどして、ガス中のＨ2とＣＯとのモ
ル比を２．６〜４．５の範囲内に入るよう調整する必要
がある。炭化水素を生成するにはＣＯよりもＨ2が多く
必要であるにもかかわらず、溶融還元炉の発生ガス中に
はＨ2の量が少ないからである。吸着によって多くのＣ
Ｏが取り除かれて有効利用されないため、結果として、
炭化水素の生成量が少ないという不都合がある。
や炭化水素を製造する場合にも、改善すべき課題は存在
する。すなわち、特開平３−２４０９０７号公報に記載
の方法では、反応させるＨ2を外部から供給するため、
水素の製造設備が別途必要になる。溶融還元炉から発生
するガス中にはＣＯおよびＣＯ2の量が多く、それに比
してＨ2の量が少ないため、ＣＯまたはＣＯ2のほとんど
をアルコールや炭化水素に変えるためには量論的に多量
のＨ2が必要だからである。また、特開昭６３−４７３
１８号公報の方法をとる場合には、原料ガス中のＣＯを
吸着剤で吸着するなどして、ガス中のＨ2とＣＯとのモ
ル比を２．６〜４．５の範囲内に入るよう調整する必要
がある。炭化水素を生成するにはＣＯよりもＨ2が多く
必要であるにもかかわらず、溶融還元炉の発生ガス中に
はＨ2の量が少ないからである。吸着によって多くのＣ
Ｏが取り除かれて有効利用されないため、結果として、
炭化水素の生成量が少ないという不都合がある。
【０００９】請求項の発明は、一酸化炭素を取り除いた
り別の製造設備からＨ2を供給したりすることなく、溶
融還元炉の発生ガスからメタノール等を多量に製造し、
もって溶融還元システムの経済性を向上させようとする
ものである。
り別の製造設備からＨ2を供給したりすることなく、溶
融還元炉の発生ガスからメタノール等を多量に製造し、
もって溶融還元システムの経済性を向上させようとする
ものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載した溶融
還元炉ガスの利用方法は、 溶融還元炉から発生するガスに水蒸気（Ｈ2Ｏ）を
加えたうえ、 ガス（水蒸気を加えたのちのガス）中の水素
（Ｈ2）と一酸化炭素（ＣＯ）との量的比率を２：１に
近づけるべく温度を設定してシフト反応を起こさせ、 水分（Ｈ2Ｏ）と二酸化炭素（ＣＯ2）とを除いたう
え（ただし完全な除去を要するものではない）、 水素と一酸化炭素と（シフト反応させたのちのも
の）を反応させることによってメタノール（ＣＨ3Ｏ
Ｈ）を合成する−ことを特徴とする。
還元炉ガスの利用方法は、 溶融還元炉から発生するガスに水蒸気（Ｈ2Ｏ）を
加えたうえ、 ガス（水蒸気を加えたのちのガス）中の水素
（Ｈ2）と一酸化炭素（ＣＯ）との量的比率を２：１に
近づけるべく温度を設定してシフト反応を起こさせ、 水分（Ｈ2Ｏ）と二酸化炭素（ＣＯ2）とを除いたう
え（ただし完全な除去を要するものではない）、 水素と一酸化炭素と（シフト反応させたのちのも
の）を反応させることによってメタノール（ＣＨ3Ｏ
Ｈ）を合成する−ことを特徴とする。
【００１１】上記にいう「シフト反応」は、ＣＯと水
分とが下記のようにＣＯ2とＨ2とに変化する周知の反応
をさし、一酸化炭素転化反応などとも呼ばれるものであ
る。すなわち、 ＣＯ＋Ｈ2Ｏ → ＣＯ2＋Ｈ2−ΔＨ （ΔＨ ＞ １１．２４ ｋｃａｌ／モル ＝ ４７．１ ｋ
Ｊ／モル） と表される反応であり、温度を下げることによって平衡
を移動させ、各気体の量的比率を変更することができ
る。また、Ｈ2とＣＯとからメタノールを合成する上記
の反応は、 ２Ｈ2＋ＣＯ → ＣＨ3ＯＨ によるものである。
分とが下記のようにＣＯ2とＨ2とに変化する周知の反応
をさし、一酸化炭素転化反応などとも呼ばれるものであ
る。すなわち、 ＣＯ＋Ｈ2Ｏ → ＣＯ2＋Ｈ2−ΔＨ （ΔＨ ＞ １１．２４ ｋｃａｌ／モル ＝ ４７．１ ｋ
Ｊ／モル） と表される反応であり、温度を下げることによって平衡
を移動させ、各気体の量的比率を変更することができ
る。また、Ｈ2とＣＯとからメタノールを合成する上記
の反応は、 ２Ｈ2＋ＣＯ → ＣＨ3ＯＨ によるものである。
【００１２】請求項１の発明は、上記のように、溶融還
元炉から発生するガスにまず水蒸気を加え、ＣＯととも
にＨ2Ｏを多量に含むようになったガスを、適当な温度
の下でシフト反応させることによりガス中のＨ2とＣＯ
との量的比率を２：１に近づける、という過程を含む。
加える水蒸気の量は （Ｈ2＋Ｈ2Ｏ）／Ｃ の値が２．４
〜３．０になるようにし、シフト反応の温度は２５０℃
までとするのがよい。溶融還元炉の発生ガス中に含まれ
るＣＯと、シフト反応によってそのＣＯ等からできるＨ
2とをメタノール合成用のガスとする（そののちガスを
冷却・脱水し、さらに脱炭酸する）ので、ガス中のＣＯ
を十分利用して多量のメタノールを製造できることにな
る。溶融還元が１５００℃前後の高温で行われることか
ら、発生ガス中にＣＨ4がほとんど残留せずメタノール
合成に消費されない成分が少ないことは、好都合であ
る。また、Ｈ2とＣＯとの量的比率を上記のとおり２：
１に近づけることにより、の反応の際にＣＯおよびＨ
2にほとんど余剰を生じさせないでメタノールを合成で
き、したがってＣＯまたはＨ2の一方を取り除いたり他
の設備で製造して添加したりする必要がない。
元炉から発生するガスにまず水蒸気を加え、ＣＯととも
にＨ2Ｏを多量に含むようになったガスを、適当な温度
の下でシフト反応させることによりガス中のＨ2とＣＯ
との量的比率を２：１に近づける、という過程を含む。
加える水蒸気の量は （Ｈ2＋Ｈ2Ｏ）／Ｃ の値が２．４
〜３．０になるようにし、シフト反応の温度は２５０℃
までとするのがよい。溶融還元炉の発生ガス中に含まれ
るＣＯと、シフト反応によってそのＣＯ等からできるＨ
2とをメタノール合成用のガスとする（そののちガスを
冷却・脱水し、さらに脱炭酸する）ので、ガス中のＣＯ
を十分利用して多量のメタノールを製造できることにな
る。溶融還元が１５００℃前後の高温で行われることか
ら、発生ガス中にＣＨ4がほとんど残留せずメタノール
合成に消費されない成分が少ないことは、好都合であ
る。また、Ｈ2とＣＯとの量的比率を上記のとおり２：
１に近づけることにより、の反応の際にＣＯおよびＨ
2にほとんど余剰を生じさせないでメタノールを合成で
き、したがってＣＯまたはＨ2の一方を取り除いたり他
の設備で製造して添加したりする必要がない。
【００１３】溶融還元炉の発生ガス中にはＣＯが最も多
量に（全発生ガス中の４０容量％前後）含まれており、
そのＣＯが上記のとおり有効に利用されることから、こ
の発明によれば溶融還元システムの経済性を大幅に向上
させることができる。ガス中に水蒸気を加えねばならな
いうえ、ガス中に含まれるＣＯ2を余剰のＨ2Ｏとともに
取り除く必要があるとはいえ、水が安価に入手できるこ
とや、ガス中のＣＯ2およびＨ2Ｏの除去が比較的容易で
あることを考え併せれば、発明によるメリットは極めて
大きいといえる。なおメタノールは、使用の容易な燃料
であり、海上輸送の容易さや市場性の高さの面でも好ま
しい物質であるうえ、ジメチルエーテルなど各種化学物
質の基本原料となる。後述（請求項３）のようにＭＴＢ
Ｅの製造原料となるほか将来の燃料電池用燃料として期
待される物質でもある。
量に（全発生ガス中の４０容量％前後）含まれており、
そのＣＯが上記のとおり有効に利用されることから、こ
の発明によれば溶融還元システムの経済性を大幅に向上
させることができる。ガス中に水蒸気を加えねばならな
いうえ、ガス中に含まれるＣＯ2を余剰のＨ2Ｏとともに
取り除く必要があるとはいえ、水が安価に入手できるこ
とや、ガス中のＣＯ2およびＨ2Ｏの除去が比較的容易で
あることを考え併せれば、発明によるメリットは極めて
大きいといえる。なおメタノールは、使用の容易な燃料
であり、海上輸送の容易さや市場性の高さの面でも好ま
しい物質であるうえ、ジメチルエーテルなど各種化学物
質の基本原料となる。後述（請求項３）のようにＭＴＢ
Ｅの製造原料となるほか将来の燃料電池用燃料として期
待される物質でもある。
【００１４】請求項２に記載した溶融還元炉ガスの利用
方法は、上記のように加える水蒸気を、溶融還元炉か
ら発生するガスの熱量を利用して得ることを特徴とす
る。すなわち、当該ガスが有する熱を利用するボイラ等
によって水蒸気を発生させ、その水蒸気を、シフト反応
のためにガス中に加えるのである。
方法は、上記のように加える水蒸気を、溶融還元炉か
ら発生するガスの熱量を利用して得ることを特徴とす
る。すなわち、当該ガスが有する熱を利用するボイラ等
によって水蒸気を発生させ、その水蒸気を、シフト反応
のためにガス中に加えるのである。
【００１５】この発明によれば、溶融還元炉のガスが有
する余剰の熱エネルギーを利用して水蒸気を発生させる
ので、水蒸気発生のための専用のエネルギーを系外から
供給することが不要であり、したがって溶融還元システ
ムの経済性向上の点でさらに好ましい。水蒸気の発生に
ともない、１５００℃前後（１７７０Ｋ前後）もある溶
融還元炉ガスの温度を下げることになるので、ボイラな
ど水蒸気の発生手段をガスの上流側に配置すれば、その
下流側に設ける除塵やシフト反応、ＣＯ2除去等のため
の各手段を耐熱性の高いものにしなくても足りるように
なる。そのためこの発明は、必要なエネルギーおよび設
備のコストに関して一層のメリットをもたらすといえ
る。
する余剰の熱エネルギーを利用して水蒸気を発生させる
ので、水蒸気発生のための専用のエネルギーを系外から
供給することが不要であり、したがって溶融還元システ
ムの経済性向上の点でさらに好ましい。水蒸気の発生に
ともない、１５００℃前後（１７７０Ｋ前後）もある溶
融還元炉ガスの温度を下げることになるので、ボイラな
ど水蒸気の発生手段をガスの上流側に配置すれば、その
下流側に設ける除塵やシフト反応、ＣＯ2除去等のため
の各手段を耐熱性の高いものにしなくても足りるように
なる。そのためこの発明は、必要なエネルギーおよび設
備のコストに関して一層のメリットをもたらすといえ
る。
【００１６】請求項３に記載した溶融還元炉ガスの利用
方法は、上記にしたがって合成したメタノール（の一部
または全部）をイソブチレン（別途供給される）と反応
させることによりメチルターシャルブチルエーテル（Ｍ
ＴＢＥ）を製造することを特徴とする。イソブチレン
は、オレフィン（エチレン）プラントから生産される比
較的容易に入手できる物質であり、メタノールと反応さ
せることでＭＴＢＥを製造することが知られている。Ｍ
ＴＢＥは一般に、オクタン価向上剤としてガソリンに添
加して使用される。
方法は、上記にしたがって合成したメタノール（の一部
または全部）をイソブチレン（別途供給される）と反応
させることによりメチルターシャルブチルエーテル（Ｍ
ＴＢＥ）を製造することを特徴とする。イソブチレン
は、オレフィン（エチレン）プラントから生産される比
較的容易に入手できる物質であり、メタノールと反応さ
せることでＭＴＢＥを製造することが知られている。Ｍ
ＴＢＥは一般に、オクタン価向上剤としてガソリンに添
加して使用される。
【００１７】請求項４に記載した溶融還元炉ガスの利用
方法は、 1) 溶融還元炉から発生するガスに、同炉から発生する
ガスの熱量を利用して得る水蒸気（Ｈ2Ｏ）を加えたう
え、 2) そのガス中の水素（Ｈ2）を増やすべく温度または
圧力を設定してシフト反応を起こさせ、 3) 水分（Ｈ2Ｏ）と二酸化炭素（ＣＯ2）とを除いたう
え（ただし厳密な除去を要するものではない）、 4) ガス中の水素（シフト反応させたのちのもの）を窒
素Ｎ2（ガス中に含まれるもの、または別途供給される
もの）と反応させることによって、アンモニアを合成す
る−ことを特徴とする。
方法は、 1) 溶融還元炉から発生するガスに、同炉から発生する
ガスの熱量を利用して得る水蒸気（Ｈ2Ｏ）を加えたう
え、 2) そのガス中の水素（Ｈ2）を増やすべく温度または
圧力を設定してシフト反応を起こさせ、 3) 水分（Ｈ2Ｏ）と二酸化炭素（ＣＯ2）とを除いたう
え（ただし厳密な除去を要するものではない）、 4) ガス中の水素（シフト反応させたのちのもの）を窒
素Ｎ2（ガス中に含まれるもの、または別途供給される
もの）と反応させることによって、アンモニアを合成す
る−ことを特徴とする。
【００１８】この2)にいう「シフト反応」も、請求項１
におけるのと同じく一酸化炭素転化反応であって、温度
等を変更することにより平衡を移動させ得るものであ
る。また、ガス中のＨ2とＮ2とによってアンモニアを合
成する上記4)の反応は、 ３Ｈ2＋Ｎ2 → ２ＮＨ3 によるものである。
におけるのと同じく一酸化炭素転化反応であって、温度
等を変更することにより平衡を移動させ得るものであ
る。また、ガス中のＨ2とＮ2とによってアンモニアを合
成する上記4)の反応は、 ３Ｈ2＋Ｎ2 → ２ＮＨ3 によるものである。
【００１９】この発明は、請求項１の発明と同じく、溶
融還元炉から発生するガスにまず水蒸気を加え、ＣＯと
ともにＨ2Ｏを多量に含むようになったそのガスを、適
当な温度または圧力下でシフト反応させることによりガ
ス中のＨ2を増やす、という過程を含む。溶融還元炉の
発生ガス中に多量に含まれるＣＯ等からシフト反応によ
って製造されるＨ２を利用してアンモニアを合成するの
で、ガス中のＣＯを有効に利用して多量のアンモニアを
製造できることになる。ガス中のＣＯ2およびＨ2Ｏの除
去が比較的容易であること、水蒸気としてガス中に加え
る水が安価であること、および、得られるアンモニア
が、尿素やメラミン樹脂の原料となるなど基本的な化学
原料として重要なものであることをも考え併せると、溶
融還元システムの経済性の向上に関するこの発明の意義
は大きいといえる。
融還元炉から発生するガスにまず水蒸気を加え、ＣＯと
ともにＨ2Ｏを多量に含むようになったそのガスを、適
当な温度または圧力下でシフト反応させることによりガ
ス中のＨ2を増やす、という過程を含む。溶融還元炉の
発生ガス中に多量に含まれるＣＯ等からシフト反応によ
って製造されるＨ２を利用してアンモニアを合成するの
で、ガス中のＣＯを有効に利用して多量のアンモニアを
製造できることになる。ガス中のＣＯ2およびＨ2Ｏの除
去が比較的容易であること、水蒸気としてガス中に加え
る水が安価であること、および、得られるアンモニア
が、尿素やメラミン樹脂の原料となるなど基本的な化学
原料として重要なものであることをも考え併せると、溶
融還元システムの経済性の向上に関するこの発明の意義
は大きいといえる。
【００２０】またこの発明では、ガス中に加える水蒸気
を、上記1)のように、溶融還元炉から発生するガスの熱
量を利用して得ることをも特徴としている。当該ガスが
有する熱を利用するボイラ等によって水蒸気を発生さ
せ、その水蒸気を、シフト反応のためにガス中に加える
のである。これにより、水蒸気発生のための専用のエネ
ルギー供給が不要であり、したがって溶融還元システム
の経済性向上の点でさらに好ましい。水蒸気の発生にと
もなってガスの温度を下げることになるので、ボイラ等
の手段をガスの上流側に配置すれば、その下流側に設け
る除塵やシフト反応、ＣＯ2除去等のための各手段の耐
熱性能を下げることができるというメリットも付随す
る。
を、上記1)のように、溶融還元炉から発生するガスの熱
量を利用して得ることをも特徴としている。当該ガスが
有する熱を利用するボイラ等によって水蒸気を発生さ
せ、その水蒸気を、シフト反応のためにガス中に加える
のである。これにより、水蒸気発生のための専用のエネ
ルギー供給が不要であり、したがって溶融還元システム
の経済性向上の点でさらに好ましい。水蒸気の発生にと
もなってガスの温度を下げることになるので、ボイラ等
の手段をガスの上流側に配置すれば、その下流側に設け
る除塵やシフト反応、ＣＯ2除去等のための各手段の耐
熱性能を下げることができるというメリットも付随す
る。
【００２１】請求項５に記載した溶融還元炉ガスの利用
方法は、溶融還元炉にて使用する酸素を空気からの分離
によって製造し、その際に生じる窒素を、シフト反応さ
せたのちの上記ガス中の水素（上記4)の水素）と反応さ
せることによって、上記のとおりアンモニアを合成する
ことを特徴とする。
方法は、溶融還元炉にて使用する酸素を空気からの分離
によって製造し、その際に生じる窒素を、シフト反応さ
せたのちの上記ガス中の水素（上記4)の水素）と反応さ
せることによって、上記のとおりアンモニアを合成する
ことを特徴とする。
【００２２】溶融還元法によって溶融金属を得るために
は溶融還元炉内に酸素含有ガスを吹き入れることから、
酸素を製造する必要がある。その酸素を空気からの分離
によって製造する場合には、分離された残りの成分から
多量の窒素が製造される。そのように製造される窒素を
この発明にしたがって上記のとおりアンモニアの製造原
料にするなら、専ら窒素を製造するための設備が不要に
なるほか、酸素の製造段階でできる窒素を有効に利用す
ることができ、アンモニアの製造コストを一層に低減す
ることが可能になる。
は溶融還元炉内に酸素含有ガスを吹き入れることから、
酸素を製造する必要がある。その酸素を空気からの分離
によって製造する場合には、分離された残りの成分から
多量の窒素が製造される。そのように製造される窒素を
この発明にしたがって上記のとおりアンモニアの製造原
料にするなら、専ら窒素を製造するための設備が不要に
なるほか、酸素の製造段階でできる窒素を有効に利用す
ることができ、アンモニアの製造コストを一層に低減す
ることが可能になる。
【００２３】請求項６に記載した溶融還元炉ガスの利用
方法は、上記にしたがって合成したアンモニア（の一部
または全部）を、シフト反応ののちに除いた二酸化炭素
と反応させることにより、尿素を製造することを特徴と
する。
方法は、上記にしたがって合成したアンモニア（の一部
または全部）を、シフト反応ののちに除いた二酸化炭素
と反応させることにより、尿素を製造することを特徴と
する。
【００２４】このようにすれば、設備費および運転費を
低く抑えながら効率的に尿素を製造することが可能にな
る。上記のようにアンモニアの製造過程で除去したＣＯ
2を原料として利用するので、専用のＣＯ2製造設備を設
置することも、その設備を運転することも必要ではない
からである。
低く抑えながら効率的に尿素を製造することが可能にな
る。上記のようにアンモニアの製造過程で除去したＣＯ
2を原料として利用するので、専用のＣＯ2製造設備を設
置することも、その設備を運転することも必要ではない
からである。
【００２５】請求項７に記載した溶融還元炉ガスの利用
方法は、上記のようにメタノールまたはアンモニアを合
成する際のガスの圧縮を、溶融還元炉から発生するガス
の熱量を利用して得た水蒸気にて駆動される（つまり当
該水蒸気を駆動エネルギーとする蒸気タービン等を有す
る）コンプレッサにより行うことを特徴とする。
方法は、上記のようにメタノールまたはアンモニアを合
成する際のガスの圧縮を、溶融還元炉から発生するガス
の熱量を利用して得た水蒸気にて駆動される（つまり当
該水蒸気を駆動エネルギーとする蒸気タービン等を有す
る）コンプレッサにより行うことを特徴とする。
【００２６】メタノールやアンモニアの合成を効率的に
行うには、原料となるガスを高圧にするのが好ましい。
しかし、そのためのガスの圧縮を系外のエネルギー（市
販の電力等）によって行うなら、そのための費用が不可
欠になるので溶融還元法の経済性を十分に高めることは
難しい。その点、この発明の方法なら、溶融還元炉のガ
スが有する余剰の熱量に基づいて得られる水蒸気のエネ
ルギーによってガスを圧縮する。したがって、当該圧縮
に関しては、運転コストの上昇を招く系外からのエネル
ギー供給が不要となり、溶融還元法の経済性がさらに高
められることになる。
行うには、原料となるガスを高圧にするのが好ましい。
しかし、そのためのガスの圧縮を系外のエネルギー（市
販の電力等）によって行うなら、そのための費用が不可
欠になるので溶融還元法の経済性を十分に高めることは
難しい。その点、この発明の方法なら、溶融還元炉のガ
スが有する余剰の熱量に基づいて得られる水蒸気のエネ
ルギーによってガスを圧縮する。したがって、当該圧縮
に関しては、運転コストの上昇を招く系外からのエネル
ギー供給が不要となり、溶融還元法の経済性がさらに高
められることになる。
【００２７】請求項８に記載した溶融還元炉ガスの利用
装置は、 a) 溶融還元炉から発生するガスの経路に、 b) メタノール用またはアンモニア用のガス合成反応器
を c) ボイラ（蒸気発生器）、除塵機、ＣＯ2除去器、凝
縮器とともに配置したほか、 d) 上記合成反応器の上流側に、ガスの温度または圧力
を適宜に設定可能なシフト反応器を配置した−ことを特
徴とする。
装置は、 a) 溶融還元炉から発生するガスの経路に、 b) メタノール用またはアンモニア用のガス合成反応器
を c) ボイラ（蒸気発生器）、除塵機、ＣＯ2除去器、凝
縮器とともに配置したほか、 d) 上記合成反応器の上流側に、ガスの温度または圧力
を適宜に設定可能なシフト反応器を配置した−ことを特
徴とする。
【００２８】この発明の装置は、メタノール用またはア
ンモニア用のガス合成反応器を、溶融還元炉から発生す
るガスの経路に配置したものであるため、ガス中の成分
をもとにメタノールまたはアンモニアを合成することが
可能である。溶融還元炉のガス中にはＣＯやＨ2、Ｎ2な
どが含まれるので、それらのうちのＣＯとＨ2とをメタ
ノール用ガス合成反応器にて反応させることによりメタ
ノールを合成することができ、Ｈ2とＮ2とをアンモニア
用ガス合成反応器にて反応させることによりアンモニア
を合成することができる。反応に使用しないＣＯ2と水
分とをＣＯ2除去器や凝縮器によって除去し、また合成
反応器等の機能に支障をもたらすダスト類を除塵機によ
って取り除くので、合成反応の効率や円滑性の点でも問
題はない。
ンモニア用のガス合成反応器を、溶融還元炉から発生す
るガスの経路に配置したものであるため、ガス中の成分
をもとにメタノールまたはアンモニアを合成することが
可能である。溶融還元炉のガス中にはＣＯやＨ2、Ｎ2な
どが含まれるので、それらのうちのＣＯとＨ2とをメタ
ノール用ガス合成反応器にて反応させることによりメタ
ノールを合成することができ、Ｈ2とＮ2とをアンモニア
用ガス合成反応器にて反応させることによりアンモニア
を合成することができる。反応に使用しないＣＯ2と水
分とをＣＯ2除去器や凝縮器によって除去し、また合成
反応器等の機能に支障をもたらすダスト類を除塵機によ
って取り除くので、合成反応の効率や円滑性の点でも問
題はない。
【００２９】しかし、この発明の装置は上記のように、
ガスの温度または圧力を適宜に設定可能なシフト反応器
を合成反応器の上流側に配置し、さらにボイラをも備え
るものであるため、請求項１・２または４に係る発明を
直接に実施することが可能である。すなわち、メタノー
ル用のガス合成反応器を備えた場合には、溶融還元炉か
らのガスに水蒸気を加えたうえ当該ガス中のＨ2とＣＯ
との量的比率を２：１に近づけるべくシフト反応を起こ
させ、そうしたのちのＨ2とＣＯとを反応させてメタノ
ールを合成すること、および加える上記の水蒸気を、溶
融還元炉のガスの熱量を利用して得ることができる。ア
ンモニア用のガス合成反応器を備えた場合には、溶融還
元炉から発生するガスに、同炉から発生するガスの熱量
を利用して得る水蒸気を加えたうえ、そのガス中の水素
（Ｈ2）を増やすべくシフト反応を起こさせ、そうした
のちのガス中の水素を窒素と反応させてアンモニアを合
成することができる。溶融還元炉の発生ガス中に多量に
含まれるＣＯを有効に利用して、多量のメタノールまた
はアンモニアを製造できることから、この発明によって
溶融還元システムの経済性を大幅に向上させることが可
能である。
ガスの温度または圧力を適宜に設定可能なシフト反応器
を合成反応器の上流側に配置し、さらにボイラをも備え
るものであるため、請求項１・２または４に係る発明を
直接に実施することが可能である。すなわち、メタノー
ル用のガス合成反応器を備えた場合には、溶融還元炉か
らのガスに水蒸気を加えたうえ当該ガス中のＨ2とＣＯ
との量的比率を２：１に近づけるべくシフト反応を起こ
させ、そうしたのちのＨ2とＣＯとを反応させてメタノ
ールを合成すること、および加える上記の水蒸気を、溶
融還元炉のガスの熱量を利用して得ることができる。ア
ンモニア用のガス合成反応器を備えた場合には、溶融還
元炉から発生するガスに、同炉から発生するガスの熱量
を利用して得る水蒸気を加えたうえ、そのガス中の水素
（Ｈ2）を増やすべくシフト反応を起こさせ、そうした
のちのガス中の水素を窒素と反応させてアンモニアを合
成することができる。溶融還元炉の発生ガス中に多量に
含まれるＣＯを有効に利用して、多量のメタノールまた
はアンモニアを製造できることから、この発明によって
溶融還元システムの経済性を大幅に向上させることが可
能である。
【００３０】請求項９に記載した溶融還元炉ガスの利用
装置は、上記したシフト反応器として、反応させるガス
により容器内で触媒を流動させる形式のものを接続した
ことを特徴とする。触媒としては、たとえばアイアンカ
ーバイドや還元鉄の粉粒体を使用できる。
装置は、上記したシフト反応器として、反応させるガス
により容器内で触媒を流動させる形式のものを接続した
ことを特徴とする。触媒としては、たとえばアイアンカ
ーバイドや還元鉄の粉粒体を使用できる。
【００３１】このような形式のシフト反応器なら、ガス
と触媒との合計接触面積が広いために活発な反応が促進
されるほか、触媒の全体が均一に温度上昇して発熱が局
部には集中しがたい、といった利点がある。このような
利点に基づいて、シフト反応器に適当な容量をもたせる
なら、当該反応器を１段（１台）のみ配置することによ
っても十分な反応を起こさせることが可能になる。これ
に対して仮に、粒径の大きな触媒を固定配置したいわゆ
る固定層触媒をもつシフト反応器を使用するなら、ガス
と触媒との合計接触面積が小さいために反応の活発さが
低いほか、触媒が動かないために、Ｈ2の含有量を増や
すべく発熱することになるシフト反応による熱が触媒中
のいずれかの部分に集中したりガス温度が過剰に上昇し
たりする不都合が生じがちである。また、そのような不
都合を避けるためには小容量のシフト反応器を複数段接
続せざるを得ない、というデメリットも付随する。
と触媒との合計接触面積が広いために活発な反応が促進
されるほか、触媒の全体が均一に温度上昇して発熱が局
部には集中しがたい、といった利点がある。このような
利点に基づいて、シフト反応器に適当な容量をもたせる
なら、当該反応器を１段（１台）のみ配置することによ
っても十分な反応を起こさせることが可能になる。これ
に対して仮に、粒径の大きな触媒を固定配置したいわゆ
る固定層触媒をもつシフト反応器を使用するなら、ガス
と触媒との合計接触面積が小さいために反応の活発さが
低いほか、触媒が動かないために、Ｈ2の含有量を増や
すべく発熱することになるシフト反応による熱が触媒中
のいずれかの部分に集中したりガス温度が過剰に上昇し
たりする不都合が生じがちである。また、そのような不
都合を避けるためには小容量のシフト反応器を複数段接
続せざるを得ない、というデメリットも付随する。
【００３２】上記のように流動させる触媒としては、請
求項１０に記載したように平均粒径が２ｍｍ以下（好ま
しくは公称０．１ｍｍ以上・２．０ｍｍ以下）の還元鉄
を使用するのが好ましい。そのような触媒なら、ガスに
よって円滑に流動し、かつガスと広い面積を介して接触
することにより活発な反応を促進できるからである。
求項１０に記載したように平均粒径が２ｍｍ以下（好ま
しくは公称０．１ｍｍ以上・２．０ｍｍ以下）の還元鉄
を使用するのが好ましい。そのような触媒なら、ガスに
よって円滑に流動し、かつガスと広い面積を介して接触
することにより活発な反応を促進できるからである。
【００３３】請求項１１に記載した溶融還元炉ガスの利
用装置は、溶融還元炉から発生するガスの経路に、鉱石
を固体状態で部分的に還元（予備還元）する予備還元炉
を接続したことを特徴とする。上にいうガスの経路に
は、シフト反応器等へ至る上記の経路と直列に接続され
ていてガスの全量を流す経路のほか、シフト反応器等へ
至る上記の経路と並列に接続されていてガスの一部を流
す経路が含まれる。予備還元炉としては、還元性のある
上記のガスによって粉粒体の鉱石を流動させながら予備
還元する流動層炉形式のものや、炭素を含む固体燃料に
鉱石粉体を混合して造粒したうえ、回転炉床上において
その造粒物を上記ガス等により加熱し、もって炭素等の
作用で鉱石を予備還元する回転炉床炉形式のものが使用
され得る。
用装置は、溶融還元炉から発生するガスの経路に、鉱石
を固体状態で部分的に還元（予備還元）する予備還元炉
を接続したことを特徴とする。上にいうガスの経路に
は、シフト反応器等へ至る上記の経路と直列に接続され
ていてガスの全量を流す経路のほか、シフト反応器等へ
至る上記の経路と並列に接続されていてガスの一部を流
す経路が含まれる。予備還元炉としては、還元性のある
上記のガスによって粉粒体の鉱石を流動させながら予備
還元する流動層炉形式のものや、炭素を含む固体燃料に
鉱石粉体を混合して造粒したうえ、回転炉床上において
その造粒物を上記ガス等により加熱し、もって炭素等の
作用で鉱石を予備還元する回転炉床炉形式のものが使用
され得る。
【００３４】溶融還元炉からのガスは前述したようにＣ
ＯやＨ2を含む高温のものであるため、この発明のよう
に当該ガスの経路に予備還元炉を接続すれば、そのよう
なガスの作用で鉱石を部分的に還元することができる。
そうすれば、溶融還元炉のガスを一層有効に利用して溶
融還元システムの経済合理性をさらに高め得ることにな
る。なお、予備還元された鉱石（予備還元金属）は、溶
融還元炉に投入することにより溶融させ、同時に炉内に
入れる炭素等の燃料や酸素含有ガスと反応させることに
より最終還元させる。
ＯやＨ2を含む高温のものであるため、この発明のよう
に当該ガスの経路に予備還元炉を接続すれば、そのよう
なガスの作用で鉱石を部分的に還元することができる。
そうすれば、溶融還元炉のガスを一層有効に利用して溶
融還元システムの経済合理性をさらに高め得ることにな
る。なお、予備還元された鉱石（予備還元金属）は、溶
融還元炉に投入することにより溶融させ、同時に炉内に
入れる炭素等の燃料や酸素含有ガスと反応させることに
より最終還元させる。
【００３５】
【発明の実施の形態】発明の実施形態の一つを図１に紹
介する。図１は、溶融還元炉１から発生するガスを利用
してメタノールおよびＭＴＢＥ（メチルターシャルブチ
ルエーテル）を製造するための装置を示す系統図であ
る。
介する。図１は、溶融還元炉１から発生するガスを利用
してメタノールおよびＭＴＢＥ（メチルターシャルブチ
ルエーテル）を製造するための装置を示す系統図であ
る。
【００３６】溶融還元炉１は、よく知られるとおり、鉄
鉱石などの金属酸化物（鉱石）を溶融状態で還元する手
段である。銑鉄などの溶融金属浴を炉内に保持させてお
き、金属酸化物とともに炭素含有の固体燃料（石炭等）
をその浴中に投入し、同時に酸素をその浴中に吹き込む
ことによって、 Ｆｅ2Ｏ3＋５Ｃ＋Ｏ2 → ２Ｆｅ＋５ＣＯ などの反応により当該酸化物を還元して溶融金属（還元
金属）を得る。なお、炉内に生じるスラグについて流動
性および塩基度を確保すべく、金属浴中にはカルシウム
とマグネシウムを含む副原料をも同時に投入するのが一
般的である。
鉱石などの金属酸化物（鉱石）を溶融状態で還元する手
段である。銑鉄などの溶融金属浴を炉内に保持させてお
き、金属酸化物とともに炭素含有の固体燃料（石炭等）
をその浴中に投入し、同時に酸素をその浴中に吹き込む
ことによって、 Ｆｅ2Ｏ3＋５Ｃ＋Ｏ2 → ２Ｆｅ＋５ＣＯ などの反応により当該酸化物を還元して溶融金属（還元
金属）を得る。なお、炉内に生じるスラグについて流動
性および塩基度を確保すべく、金属浴中にはカルシウム
とマグネシウムを含む副原料をも同時に投入するのが一
般的である。
【００３７】溶融還元炉１からは、ＣＯを含む１５００
℃前後（１７７０Ｋ前後）のガスが多量に発生する。当
該ガス中には、ＣＯ（４０％前後）のほか、ＣＯ2（１
５％前後）、Ｈ2Ｏ（１５％前後）、Ｈ2（１０％前
後）、Ｎ2（１５％前後）などが含まれる。その一方、
高温であるためにメタンＣＨ４の残留量は極めて少な
い。図１に示す装置は、そのようなガスをメタノールや
ＭＴＢＥの製造に利用しようとするものである。
℃前後（１７７０Ｋ前後）のガスが多量に発生する。当
該ガス中には、ＣＯ（４０％前後）のほか、ＣＯ2（１
５％前後）、Ｈ2Ｏ（１５％前後）、Ｈ2（１０％前
後）、Ｎ2（１５％前後）などが含まれる。その一方、
高温であるためにメタンＣＨ４の残留量は極めて少な
い。図１に示す装置は、そのようなガスをメタノールや
ＭＴＢＥの製造に利用しようとするものである。
【００３８】この装置では、溶融還元炉１から発生した
ガスを、まず経路１ａを介してボイラ（廃熱回収手段）
１１に通し、経路１１ａから除塵機（湿式集塵器）１２
に送って含有ダストの除去を行い（経路１２ｂから水と
ダストを排出する）、さらに経路１２ａによってシフト
反応器１３に送っている。ボイラ１１は、溶融還元炉１
から発生するガスの経路（ダクト）のうち最上流の部分
（炉口部を覆うフード内またはそれに近い部分）に設置
し、経路１０ａによってボイラ水をそれに供給すること
としている。ボイラ１１で発生したばかりの高温・高圧
の水蒸気は、まず蒸気タービン（図示せず）に送り、合
成反応器１４中のガスコンプレッサ（後述）を当該ター
ビンによって駆動させ、その後にシフト反応器１３等に
送って反応用または加熱用に利用する。
ガスを、まず経路１ａを介してボイラ（廃熱回収手段）
１１に通し、経路１１ａから除塵機（湿式集塵器）１２
に送って含有ダストの除去を行い（経路１２ｂから水と
ダストを排出する）、さらに経路１２ａによってシフト
反応器１３に送っている。ボイラ１１は、溶融還元炉１
から発生するガスの経路（ダクト）のうち最上流の部分
（炉口部を覆うフード内またはそれに近い部分）に設置
し、経路１０ａによってボイラ水をそれに供給すること
としている。ボイラ１１で発生したばかりの高温・高圧
の水蒸気は、まず蒸気タービン（図示せず）に送り、合
成反応器１４中のガスコンプレッサ（後述）を当該ター
ビンによって駆動させ、その後にシフト反応器１３等に
送って反応用または加熱用に利用する。
【００３９】シフト反応器１３には、溶融還元炉１から
のガスとともに、ボイラ１１で発生した上記の水蒸気も
経路１１ｂ・１３ｂを介して送り込んでおり、同反応器
１３では、ガス中に元々多量に含まれるＣＯと、追加さ
れて増量した水分Ｈ2Ｏとをシフト反応させ、 ＣＯ＋Ｈ2Ｏ → ＣＯ2＋Ｈ2 にしたがってＣＯ2およびＨ2に変えている。メタノール
の合成のためにはＨ2とＣＯとの量的比率を２：１にす
るのが理想であるから、シフト反応器１３においては、
適切な触媒を使用し、かつ設定温度を２００℃前後（４
７０°Ｋ前後）と比較的低くすることによって、上記反
応（発熱反応）の平衡を右寄りにおく。すなわち、圧平
衡定数Ｋp（＝［ＣＯ2］［Ｈ2］／［ＣＯ］［Ｈ2Ｏ］）
について、 Ｋp ≧ １．０ となるようにしてＣＯ2およびＨ2の量を増やす。シフト
反応器１３において余剰となった水蒸気は、同反応器１
３内に付設した凝縮器（図示せず）において冷却するこ
とにより液体にし、経路１３ｃを通して経路１０ａの水
とともに再びボイラ１１へ供給する。また、やはりメタ
ノールの合成に使用しないＣＯ2については、反応器１
３に付設した脱炭酸手段（ＣＯ2除去器）１３ｗにおい
てその多くを除去し、経路１３ｄにより排出する。脱炭
酸手段としては、公知のアミン法やホットポタシューム
法などを機能原理とするものを使用する。なお、脱炭酸
手段１３ｗの加熱のためにも、ボイラ１１で発生した水
蒸気を使用するのがエネルギー効率上好ましい。
のガスとともに、ボイラ１１で発生した上記の水蒸気も
経路１１ｂ・１３ｂを介して送り込んでおり、同反応器
１３では、ガス中に元々多量に含まれるＣＯと、追加さ
れて増量した水分Ｈ2Ｏとをシフト反応させ、 ＣＯ＋Ｈ2Ｏ → ＣＯ2＋Ｈ2 にしたがってＣＯ2およびＨ2に変えている。メタノール
の合成のためにはＨ2とＣＯとの量的比率を２：１にす
るのが理想であるから、シフト反応器１３においては、
適切な触媒を使用し、かつ設定温度を２００℃前後（４
７０°Ｋ前後）と比較的低くすることによって、上記反
応（発熱反応）の平衡を右寄りにおく。すなわち、圧平
衡定数Ｋp（＝［ＣＯ2］［Ｈ2］／［ＣＯ］［Ｈ2Ｏ］）
について、 Ｋp ≧ １．０ となるようにしてＣＯ2およびＨ2の量を増やす。シフト
反応器１３において余剰となった水蒸気は、同反応器１
３内に付設した凝縮器（図示せず）において冷却するこ
とにより液体にし、経路１３ｃを通して経路１０ａの水
とともに再びボイラ１１へ供給する。また、やはりメタ
ノールの合成に使用しないＣＯ2については、反応器１
３に付設した脱炭酸手段（ＣＯ2除去器）１３ｗにおい
てその多くを除去し、経路１３ｄにより排出する。脱炭
酸手段としては、公知のアミン法やホットポタシューム
法などを機能原理とするものを使用する。なお、脱炭酸
手段１３ｗの加熱のためにも、ボイラ１１で発生した水
蒸気を使用するのがエネルギー効率上好ましい。
【００４０】シフト反応器１３としては、固定層形式の
容器が直列に複数段配置されるのが一般的である。固定
層形式の容器とは、還元鉄等の触媒を固定層として内部
に設け、除塵器１２を出たのち経路１２ａから送られる
ガスをその容器内に導入することによりシフト反応を起
こさせるものである。
容器が直列に複数段配置されるのが一般的である。固定
層形式の容器とは、還元鉄等の触媒を固定層として内部
に設け、除塵器１２を出たのち経路１２ａから送られる
ガスをその容器内に導入することによりシフト反応を起
こさせるものである。
【００４１】しかし、シフト反応器１３には、図２に示
すアンモニアの製造ライン（後述）において使用する図
３のシフト反応器２３と同じく、流動層形式の反応塔２
３ｘ等を使用するのもよい。触媒として作用する還元鉄
（またはアイアンカーバイド）等の粉粒体をその反応塔
内に入れ、経路２２ａ（図１では除塵器１２の後の経路
１２ａの相当）から送られるガスをその内部に導入し
て、当該粉粒体を流動させながらガスと触媒との接触を
はかるのである。触媒とする還元鉄は、予備還元の工程
で得られるものを使用するとよい。広い接触面積を介し
てガスと触媒とが活発に接触するうえ、シフト反応が発
熱反応であるにもかかわらず流動層は触媒床の温度を均
一に保持できるため、流動層形式の反応塔は、１基（１
段）のみであっても十分にシフト反応を促進することが
できる。当該反応塔内の触媒は、劣化する触媒を更新し
ながら循環使用するのがよい。なお、図３に示す蒸気添
加手段２３ｙと熱交換器２３ｚも、図２の例（後述）と
同じく図１のシフト反応器１３のうちに配置しておくと
よい。
すアンモニアの製造ライン（後述）において使用する図
３のシフト反応器２３と同じく、流動層形式の反応塔２
３ｘ等を使用するのもよい。触媒として作用する還元鉄
（またはアイアンカーバイド）等の粉粒体をその反応塔
内に入れ、経路２２ａ（図１では除塵器１２の後の経路
１２ａの相当）から送られるガスをその内部に導入し
て、当該粉粒体を流動させながらガスと触媒との接触を
はかるのである。触媒とする還元鉄は、予備還元の工程
で得られるものを使用するとよい。広い接触面積を介し
てガスと触媒とが活発に接触するうえ、シフト反応が発
熱反応であるにもかかわらず流動層は触媒床の温度を均
一に保持できるため、流動層形式の反応塔は、１基（１
段）のみであっても十分にシフト反応を促進することが
できる。当該反応塔内の触媒は、劣化する触媒を更新し
ながら循環使用するのがよい。なお、図３に示す蒸気添
加手段２３ｙと熱交換器２３ｚも、図２の例（後述）と
同じく図１のシフト反応器１３のうちに配置しておくと
よい。
【００４２】上記のようにシフト反応器１３においてＨ
2とＣＯとの量的比率を２：１に近づけ、かつ水蒸気と
ＣＯ2とを除去したガスは、経路１３ａから合成反応器
１４に送って、そこで昇温・昇圧し、 ２Ｈ2＋ＣＯ → ＣＨ3ＯＨ によりメタノールの合成を行う。合成反応器１４は、反
応器本体のほか、ガスコンプレッサ、ガス加熱器、合成
化学物質冷却凝縮分離器（いずれも図示せず）をループ
（循環経路）内に配列することにより構成している。ガ
スコンプレッサの駆動には、上記のとおりボイラ１１で
発生した水蒸気のエネルギーを使用する。また、上記ガ
ス加熱器の熱源としてもその水蒸気のエネルギーを利用
できる。ＣＯ2等の過度の蓄積を防止すべく、ループ内
にはガスの一部（テールガス。すなわち、メタノール合
成反応に消費されずに蓄積するメタンや稀ガス（Ａｒ
等）、Ｎ2など）を外部へ取り出すための経路１４ｃを
も設けている。
2とＣＯとの量的比率を２：１に近づけ、かつ水蒸気と
ＣＯ2とを除去したガスは、経路１３ａから合成反応器
１４に送って、そこで昇温・昇圧し、 ２Ｈ2＋ＣＯ → ＣＨ3ＯＨ によりメタノールの合成を行う。合成反応器１４は、反
応器本体のほか、ガスコンプレッサ、ガス加熱器、合成
化学物質冷却凝縮分離器（いずれも図示せず）をループ
（循環経路）内に配列することにより構成している。ガ
スコンプレッサの駆動には、上記のとおりボイラ１１で
発生した水蒸気のエネルギーを使用する。また、上記ガ
ス加熱器の熱源としてもその水蒸気のエネルギーを利用
できる。ＣＯ2等の過度の蓄積を防止すべく、ループ内
にはガスの一部（テールガス。すなわち、メタノール合
成反応に消費されずに蓄積するメタンや稀ガス（Ａｒ
等）、Ｎ2など）を外部へ取り出すための経路１４ｃを
も設けている。
【００４３】合成反応器１４（の合成化学物質冷却凝縮
分離器）によって分離されたメタノールは、経路１４ａ
から製品として回収するとともに、一部を経路１４ｂか
らＭＴＢＥ製造器１５に送ってＭＴＢＥの製造に供す
る。同製造器１５では、上記のようにメタノールが供給
されるとともに、外部から経路１５ａを通してイソブチ
レンが供給され、製造器１５内で両者が反応しあう結
果、経路１５ｃから水が排出されるとともに経路１５ｂ
からＭＴＢＥが得られる。なお、合成反応器１４にて合
成したメタノールの一部を原料とし、上記と同様の製造
器（図示せず）を使用して、ジメチルエーテルを製造す
ることも可能である。
分離器）によって分離されたメタノールは、経路１４ａ
から製品として回収するとともに、一部を経路１４ｂか
らＭＴＢＥ製造器１５に送ってＭＴＢＥの製造に供す
る。同製造器１５では、上記のようにメタノールが供給
されるとともに、外部から経路１５ａを通してイソブチ
レンが供給され、製造器１５内で両者が反応しあう結
果、経路１５ｃから水が排出されるとともに経路１５ｂ
からＭＴＢＥが得られる。なお、合成反応器１４にて合
成したメタノールの一部を原料とし、上記と同様の製造
器（図示せず）を使用して、ジメチルエーテルを製造す
ることも可能である。
【００４４】溶融還元炉１が発生するガスについては、
図１中に仮想線で示すように、その一部を予備還元炉２
に経由させたうえで上述したボイラ１１以下の各機器へ
流すのもよい。予備還元炉２は、溶融還元炉１の発生ガ
スが有する熱的または化学的エネルギーを利用し、金属
酸化物（鉱石）を部分的に還元して予備還元金属（予備
還元鉱石）を製造する。そのように予備還元した鉱石を
溶融還元炉１に装入（図１の仮想線を参照）するなら、
溶融還元システムの全体的なエネルギー効率を高めるこ
とができる。予備還元炉２としては、上記のガスによっ
て粉粒状の鉱石を流動させながら還元する流動層炉形式
のものを使用するが、炭素を含む固体燃料に鉱石粉体を
混合して造粒したうえ、回転炉床上においてその造粒物
を上記ガス（の一部）の燃焼により加熱することによっ
て鉱石を還元する回転炉床炉形式のものに変えることも
可能である。そのほか、ボイラ１１・除塵器１２・シフ
ト反応器１３の順序は図１以外のものでもよく、たとえ
ばボイラ１１の後ろ（下流側）であって除塵器１２の前
（上流側）にシフト反応器１３を設けるのもよい。除塵
器１２やシフト反応器１３・ＣＯ2除去器１３ｗ・合成
反応器１４等の各形式（機能原理など）も、適宜に選択
することができる。
図１中に仮想線で示すように、その一部を予備還元炉２
に経由させたうえで上述したボイラ１１以下の各機器へ
流すのもよい。予備還元炉２は、溶融還元炉１の発生ガ
スが有する熱的または化学的エネルギーを利用し、金属
酸化物（鉱石）を部分的に還元して予備還元金属（予備
還元鉱石）を製造する。そのように予備還元した鉱石を
溶融還元炉１に装入（図１の仮想線を参照）するなら、
溶融還元システムの全体的なエネルギー効率を高めるこ
とができる。予備還元炉２としては、上記のガスによっ
て粉粒状の鉱石を流動させながら還元する流動層炉形式
のものを使用するが、炭素を含む固体燃料に鉱石粉体を
混合して造粒したうえ、回転炉床上においてその造粒物
を上記ガス（の一部）の燃焼により加熱することによっ
て鉱石を還元する回転炉床炉形式のものに変えることも
可能である。そのほか、ボイラ１１・除塵器１２・シフ
ト反応器１３の順序は図１以外のものでもよく、たとえ
ばボイラ１１の後ろ（下流側）であって除塵器１２の前
（上流側）にシフト反応器１３を設けるのもよい。除塵
器１２やシフト反応器１３・ＣＯ2除去器１３ｗ・合成
反応器１４等の各形式（機能原理など）も、適宜に選択
することができる。
【００４５】図１の装置は、溶融還元炉１の発生ガス中
の化学成分（すなわち多量に含まれているＣＯ等）を有
効利用してメタノールおよびＭＴＢＥを製造することか
ら、溶融還元システムの経済性を大幅に向上させること
ができる。メタノールが、使いやすい燃料であるととも
に化学原料として重要な基礎物質であって一般に高価で
あること、および、ボイラ１１で発生させる水蒸気を介
して溶融還元炉ガスが有する熱的エネルギーをも有効利
用することを考慮すると、この装置による経済的な合理
性は極めて明確だといえる。
の化学成分（すなわち多量に含まれているＣＯ等）を有
効利用してメタノールおよびＭＴＢＥを製造することか
ら、溶融還元システムの経済性を大幅に向上させること
ができる。メタノールが、使いやすい燃料であるととも
に化学原料として重要な基礎物質であって一般に高価で
あること、および、ボイラ１１で発生させる水蒸気を介
して溶融還元炉ガスが有する熱的エネルギーをも有効利
用することを考慮すると、この装置による経済的な合理
性は極めて明確だといえる。
【００４６】図２には、発明についての他の実施形態を
紹介する。この系統図は、溶融還元炉ガスを利用してア
ンモニアおよび尿素を製造するための装置に関する。使
用する溶融還元炉１は、図１の装置で使用したのと同じ
ものであり、鉄鉱石などの金属酸化物（鉱石）とともに
炭素含有の固体燃料（石炭等）を浴中に投入し、同時に
酸素Ｏ2を吹き込むことによって溶融金属（還元金属）
を得る手段である。吹き込むＯ2は、酸素製造器３によ
って大気中から窒素Ｎ2を分離することにより製造す
る。こうして運転される溶融還元炉１からは、ＣＯやＣ
Ｏ2、Ｈ2Ｏ、Ｈ2、Ｎ2などを含む高温度のガスが多量に
発生するので、これらのガスを利用して図２の装置はア
ンモニアや尿素を製造する。ただし、溶融還元炉１の発
生ガスは、図１の場合と同様に一部を予備還元炉２に送
り、予備還元金属（予備還元鉱石）にまで鉱石を部分的
に還元するのに使用するのもよい。その場合、予備還元
された鉱石を溶融還元炉１に装入するとともに、予備還
元炉２を経由したガスは溶融還元炉１からのガスと合流
させてボイラ２１等に送る。予備還元炉２としては、粉
粒状の鉱石を流動させて還元する流動層炉形式のもの、
または、炭素を含む固体燃料に鉱石粉体とを混合し造粒
したものを回転炉床上で加熱・還元する回転炉床炉形式
のものなどを使用できる。
紹介する。この系統図は、溶融還元炉ガスを利用してア
ンモニアおよび尿素を製造するための装置に関する。使
用する溶融還元炉１は、図１の装置で使用したのと同じ
ものであり、鉄鉱石などの金属酸化物（鉱石）とともに
炭素含有の固体燃料（石炭等）を浴中に投入し、同時に
酸素Ｏ2を吹き込むことによって溶融金属（還元金属）
を得る手段である。吹き込むＯ2は、酸素製造器３によ
って大気中から窒素Ｎ2を分離することにより製造す
る。こうして運転される溶融還元炉１からは、ＣＯやＣ
Ｏ2、Ｈ2Ｏ、Ｈ2、Ｎ2などを含む高温度のガスが多量に
発生するので、これらのガスを利用して図２の装置はア
ンモニアや尿素を製造する。ただし、溶融還元炉１の発
生ガスは、図１の場合と同様に一部を予備還元炉２に送
り、予備還元金属（予備還元鉱石）にまで鉱石を部分的
に還元するのに使用するのもよい。その場合、予備還元
された鉱石を溶融還元炉１に装入するとともに、予備還
元炉２を経由したガスは溶融還元炉１からのガスと合流
させてボイラ２１等に送る。予備還元炉２としては、粉
粒状の鉱石を流動させて還元する流動層炉形式のもの、
または、炭素を含む固体燃料に鉱石粉体とを混合し造粒
したものを回転炉床上で加熱・還元する回転炉床炉形式
のものなどを使用できる。
【００４７】溶融還元炉１から発生したガスは、まず経
路１ａを介してボイラ（廃熱回収手段）２１に通す。予
備還元炉２を経由させたガスがある場合には、それも同
じボイラ２１に流す。そしてボイラ１１を出たガスは、
経路２１ａから除塵機（湿式集塵器）２２に送り、経路
２２ｂから水とダストを排出しながら、経路２２ａを介
してシフト反応器２３に送る。図１の装置におけるもの
と同じく、ボイラ２１は、溶融還元炉１から発生するガ
スの経路のうち最上流の部分に設置し、経路２０ａから
それにボイラ水を供給する。発生した水蒸気は、まず蒸
気タービン（図示せず）等で動力用に利用し、その後に
反応用または加熱用に利用するのが好ましい。
路１ａを介してボイラ（廃熱回収手段）２１に通す。予
備還元炉２を経由させたガスがある場合には、それも同
じボイラ２１に流す。そしてボイラ１１を出たガスは、
経路２１ａから除塵機（湿式集塵器）２２に送り、経路
２２ｂから水とダストを排出しながら、経路２２ａを介
してシフト反応器２３に送る。図１の装置におけるもの
と同じく、ボイラ２１は、溶融還元炉１から発生するガ
スの経路のうち最上流の部分に設置し、経路２０ａから
それにボイラ水を供給する。発生した水蒸気は、まず蒸
気タービン（図示せず）等で動力用に利用し、その後に
反応用または加熱用に利用するのが好ましい。
【００４８】シフト反応器２３には、溶融還元炉１の発
生ガスを経路２２ａから送るほか、ボイラ１１で発生し
た水蒸気（上記のようにたとえば蒸気タービンを経由し
たもの）も経路２１ｂ・２３ｂを介して送り込み、ガス
中のＣＯとＨ2Ｏとをシフト反応させ、 ＣＯ＋Ｈ2Ｏ → ＣＯ2＋Ｈ2 にしたがって多量のＨ2を製造する。アンモニアの合成
には多量のＨ2が必要であるから、シフト反応器２３に
おいては、適切な触媒を使用するとともに、ガス等の温
度を３００℃（５７０°Ｋ前後）以下の適当な温度にす
ることにより上記反応（発熱反応）を右側に進めてＨ2
の量を増やす。すなわちこの例でも、圧平衡定数Ｋ
p（前記）が、Ｋp≧１．０ となるようにする。
生ガスを経路２２ａから送るほか、ボイラ１１で発生し
た水蒸気（上記のようにたとえば蒸気タービンを経由し
たもの）も経路２１ｂ・２３ｂを介して送り込み、ガス
中のＣＯとＨ2Ｏとをシフト反応させ、 ＣＯ＋Ｈ2Ｏ → ＣＯ2＋Ｈ2 にしたがって多量のＨ2を製造する。アンモニアの合成
には多量のＨ2が必要であるから、シフト反応器２３に
おいては、適切な触媒を使用するとともに、ガス等の温
度を３００℃（５７０°Ｋ前後）以下の適当な温度にす
ることにより上記反応（発熱反応）を右側に進めてＨ2
の量を増やす。すなわちこの例でも、圧平衡定数Ｋ
p（前記）が、Ｋp≧１．０ となるようにする。
【００４９】シフト反応器２３としては、還元鉄等の触
媒を固定層として内部に設けた固定層形式の容器を使用
することも可能だが、この例では、図３に示す流動層形
式のシフト反応器２３を使用している。図３の反応器２
３は、触媒としての粉粒体を入れた容器内にガスを導入
することにより当該粉粒体を流動させながらガスと触媒
との接触をはかる流動層式の反応塔２３ｘを主要機器と
し、その前後に蒸気添加手段２３ｙと熱交換器２３ｚと
を付設したものである。経路２２ａから送られるガスを
熱交換器２３ｚにおいて適切な温度に加熱し、かつ蒸気
添加手段２３ｙで水蒸気過多にしたうえ、反応塔２３ｘ
に送ってシフト反応を起こさせる。流動層においてガス
と触媒とが活発に接触することから、反応塔２３ｘは１
段（１基）のみでありながら十分にシフト反応を促進で
き、多量のＨ2を発生させ得る。触媒としては還元鉄ま
たはアイアンカーバイドの粉粒体を使用し、循環させる
ことによってそれらの長期間の使用を可能にする。な
お、熱交換器２３ｚは、除塵器２２（図２）を出て経路
２２ａから送られるガスを、シフト反応後のガスの熱を
用いて３００℃（５７０°Ｋ前後）近くに加熱するため
の手段。また蒸気添加手段２３ｙは、図１のボイラ２１
にて発生した水蒸気を、経路２１ｂ・２３ｂを通して経
路２２ａのガスに加えるための手段である。
媒を固定層として内部に設けた固定層形式の容器を使用
することも可能だが、この例では、図３に示す流動層形
式のシフト反応器２３を使用している。図３の反応器２
３は、触媒としての粉粒体を入れた容器内にガスを導入
することにより当該粉粒体を流動させながらガスと触媒
との接触をはかる流動層式の反応塔２３ｘを主要機器と
し、その前後に蒸気添加手段２３ｙと熱交換器２３ｚと
を付設したものである。経路２２ａから送られるガスを
熱交換器２３ｚにおいて適切な温度に加熱し、かつ蒸気
添加手段２３ｙで水蒸気過多にしたうえ、反応塔２３ｘ
に送ってシフト反応を起こさせる。流動層においてガス
と触媒とが活発に接触することから、反応塔２３ｘは１
段（１基）のみでありながら十分にシフト反応を促進で
き、多量のＨ2を発生させ得る。触媒としては還元鉄ま
たはアイアンカーバイドの粉粒体を使用し、循環させる
ことによってそれらの長期間の使用を可能にする。な
お、熱交換器２３ｚは、除塵器２２（図２）を出て経路
２２ａから送られるガスを、シフト反応後のガスの熱を
用いて３００℃（５７０°Ｋ前後）近くに加熱するため
の手段。また蒸気添加手段２３ｙは、図１のボイラ２１
にて発生した水蒸気を、経路２１ｂ・２３ｂを通して経
路２２ａのガスに加えるための手段である。
【００５０】反応塔２３ｘにおいては、たとえば、公称
平均粒径が０．１〜２．０ｍｍの還元鉄粉粒体を触媒と
し、その触媒層の静止層高を１．０〜３．０ｍにして、
空塔速度が１．０〜２．０ｍ／ｓｅｃとなるようにガス
を送って反応塔２３ｘ内の温度を２５０℃以上（３００
℃以下）にしたとき、ガスのシフト転化率がほとんど平
衡した。
平均粒径が０．１〜２．０ｍｍの還元鉄粉粒体を触媒と
し、その触媒層の静止層高を１．０〜３．０ｍにして、
空塔速度が１．０〜２．０ｍ／ｓｅｃとなるようにガス
を送って反応塔２３ｘ内の温度を２５０℃以上（３００
℃以下）にしたとき、ガスのシフト転化率がほとんど平
衡した。
【００５１】シフト反応器２３において余剰となった水
蒸気は、同反応器２３内に付設した凝縮器（図示せず）
にて液体にし、図２中の経路２３ｃを通して経路２０ａ
の水とともに再びボイラ２１へ供給する。不要のＣＯ2
については、経路２３ａを介し、シフト反応器２３の後
に設けたＣＯ2除去器２４（脱炭酸手段。アミン法やホ
ットポタシューム法などをとるもの）に送ってその多く
を除去する。なお、ＣＯ2除去器２４の加熱を効率的に
行うためには、ボイラ１１で発生した水蒸気を使用する
のがよい。
蒸気は、同反応器２３内に付設した凝縮器（図示せず）
にて液体にし、図２中の経路２３ｃを通して経路２０ａ
の水とともに再びボイラ２１へ供給する。不要のＣＯ2
については、経路２３ａを介し、シフト反応器２３の後
に設けたＣＯ2除去器２４（脱炭酸手段。アミン法やホ
ットポタシューム法などをとるもの）に送ってその多く
を除去する。なお、ＣＯ2除去器２４の加熱を効率的に
行うためには、ボイラ１１で発生した水蒸気を使用する
のがよい。
【００５２】シフト反応器２３とＣＯ2除去器２４とを
経て多量のＨ2を含むようになったガスは、図２の経路
２４ａを通して合成反応器２５へ送り、そこで窒素Ｎ2
と反応させてアンモニアＮＨ3を合成させる。Ｎ2として
は、元々ガス中に１５％前後含まれているもの（前記）
に加えて、先に述べた酸素製造器３においてＯ2と分離
されたものをも、経路３ｎを通し合成反応器２５へ送る
ことによってＮＨ３の合成に使用する。Ｈ2とＮ2とによ
ってアンモニアを合成する反応は、 ３Ｈ2＋Ｎ2 → ２ＮＨ3 であるから、Ｈ2とＮ2との量的比率を３：１に近づけた
うえで反応させるのが、循環ガス組成を維持すべく抜き
出すテールガスの量を減らせる意味で好ましい。合成反
応器２５は、反応器本体のほか、ガスコンプレッサ、ガ
ス加熱器、合成化学物質冷却凝縮分離器（いずれも図示
せず）をループ（循環経路）のうちに配列したものであ
る。Ｎ2などの過度の蓄積を防止すべく、ループ内には
ガスの一部（テールガス）を外部へ取り出すための経路
２５ｃをも設けている。ボイラ２１で発生した前記の水
蒸気は、合成反応器２４中のガスコンプレッサの動力源
として使用し、さらにガス加熱器の熱源として使用す
る。
経て多量のＨ2を含むようになったガスは、図２の経路
２４ａを通して合成反応器２５へ送り、そこで窒素Ｎ2
と反応させてアンモニアＮＨ3を合成させる。Ｎ2として
は、元々ガス中に１５％前後含まれているもの（前記）
に加えて、先に述べた酸素製造器３においてＯ2と分離
されたものをも、経路３ｎを通し合成反応器２５へ送る
ことによってＮＨ３の合成に使用する。Ｈ2とＮ2とによ
ってアンモニアを合成する反応は、 ３Ｈ2＋Ｎ2 → ２ＮＨ3 であるから、Ｈ2とＮ2との量的比率を３：１に近づけた
うえで反応させるのが、循環ガス組成を維持すべく抜き
出すテールガスの量を減らせる意味で好ましい。合成反
応器２５は、反応器本体のほか、ガスコンプレッサ、ガ
ス加熱器、合成化学物質冷却凝縮分離器（いずれも図示
せず）をループ（循環経路）のうちに配列したものであ
る。Ｎ2などの過度の蓄積を防止すべく、ループ内には
ガスの一部（テールガス）を外部へ取り出すための経路
２５ｃをも設けている。ボイラ２１で発生した前記の水
蒸気は、合成反応器２４中のガスコンプレッサの動力源
として使用し、さらにガス加熱器の熱源として使用す
る。
【００５３】合成反応器２５（の合成化学物質冷却凝縮
分離器）によって分離されたアンモニアは、経路２５ａ
から製品として回収するとともに、一部を経路２５ｂよ
り尿素製造器２６へ送って尿素ＣＯ（ＮＨ2）2の合成に
供する。尿素の合成のためにアンモニアと結合させるＣ
Ｏ2については、ＣＯ2除去器２４においてガス中より取
り除いたものを、経路２４ｂから尿素製造器２６へ供給
する。合成した尿素は経路２６ａから回収し、その合成
にともなってできたＨ2Ｏは経路２６ｂから排出する。
分離器）によって分離されたアンモニアは、経路２５ａ
から製品として回収するとともに、一部を経路２５ｂよ
り尿素製造器２６へ送って尿素ＣＯ（ＮＨ2）2の合成に
供する。尿素の合成のためにアンモニアと結合させるＣ
Ｏ2については、ＣＯ2除去器２４においてガス中より取
り除いたものを、経路２４ｂから尿素製造器２６へ供給
する。合成した尿素は経路２６ａから回収し、その合成
にともなってできたＨ2Ｏは経路２６ｂから排出する。
【００５４】図２の装置においても、ボイラ２１よりも
下流で除塵器２２の上流にあたる位置にシフト反応器２
３を設けるなど、ボイラ２１・除塵器２２・シフト反応
器２３の順序は適宜に変更すればよい。除塵器２２やシ
フト反応器２３・ＣＯ２除去器２４・合成反応器２５等
のそれぞれの形式（機能原理など）も、適宜に選択する
ことができる。
下流で除塵器２２の上流にあたる位置にシフト反応器２
３を設けるなど、ボイラ２１・除塵器２２・シフト反応
器２３の順序は適宜に変更すればよい。除塵器２２やシ
フト反応器２３・ＣＯ２除去器２４・合成反応器２５等
のそれぞれの形式（機能原理など）も、適宜に選択する
ことができる。
【００５５】図２の装置では、金属を還元することと併
せて、溶融還元炉１の発生ガス中に多量に含まれるＣＯ
等をもとに製造されるＨ２を利用してアンモニア等を合
成するので、溶融還元システムの経済性が十分に高い。
アンモニアが化学原料として重要な基礎物質であるこ
と、溶融還元炉内に吹き込むＯ2を製造する際に分離さ
れたＮ2をも原料に使用してアンモニアの製造コストを
低減していること、ボイラ２１で発生させる水蒸気を介
して溶融還元炉１のガスの熱エネルギーをも有効利用す
ること、合成したアンモニアとガス中から除去したＣＯ
2との反応によって尿素をも製造し、しかもその際、必
要な原料を別途にわざわざ用意して供給するものではな
いこと−を考慮すると、この装置によるガスの利用方法
がいかに経済的であるかが分かる。
せて、溶融還元炉１の発生ガス中に多量に含まれるＣＯ
等をもとに製造されるＨ２を利用してアンモニア等を合
成するので、溶融還元システムの経済性が十分に高い。
アンモニアが化学原料として重要な基礎物質であるこ
と、溶融還元炉内に吹き込むＯ2を製造する際に分離さ
れたＮ2をも原料に使用してアンモニアの製造コストを
低減していること、ボイラ２１で発生させる水蒸気を介
して溶融還元炉１のガスの熱エネルギーをも有効利用す
ること、合成したアンモニアとガス中から除去したＣＯ
2との反応によって尿素をも製造し、しかもその際、必
要な原料を別途にわざわざ用意して供給するものではな
いこと−を考慮すると、この装置によるガスの利用方法
がいかに経済的であるかが分かる。
【００５６】
【発明の効果】請求項１に記載した溶融還元炉ガスの利
用方法によると、還元金属とともにメタノールを製造で
きることから、溶融還元システムの経済性を大幅に向上
させることができる。これに関し、溶融還元炉ガスのう
ちに多量に含まれるＣＯをフルに利用して多量のメタノ
ールを製造できる点、さらには、ＣＯおよびＨ2の余剰
がほとんど生じないためその一方を除去したり他の設備
で製造し添加したりする必要がない点なども、経済性の
観点から有意義である。そのほか、溶融還元炉ガスを発
電等に使用する従来の利用方法に比べると、メタノール
という貯蔵・出荷が自在なために連続生産を必要としな
い物を製造するのであるから、溶融還元炉を停止自在に
操業できるという利点もある。
用方法によると、還元金属とともにメタノールを製造で
きることから、溶融還元システムの経済性を大幅に向上
させることができる。これに関し、溶融還元炉ガスのう
ちに多量に含まれるＣＯをフルに利用して多量のメタノ
ールを製造できる点、さらには、ＣＯおよびＨ2の余剰
がほとんど生じないためその一方を除去したり他の設備
で製造し添加したりする必要がない点なども、経済性の
観点から有意義である。そのほか、溶融還元炉ガスを発
電等に使用する従来の利用方法に比べると、メタノール
という貯蔵・出荷が自在なために連続生産を必要としな
い物を製造するのであるから、溶融還元炉を停止自在に
操業できるという利点もある。
【００５７】請求項２に記載した方法は、溶融還元炉の
ガスが有する余剰の熱エネルギーを利用して水蒸気を発
生させるので、溶融還元システムの経済性向上の点でさ
らに好ましい。下流側に設ける除塵やシフト反応、ＣＯ
2除去等のための各手段を耐熱度の低いものにできるた
め、設備コストに関しても有利である。
ガスが有する余剰の熱エネルギーを利用して水蒸気を発
生させるので、溶融還元システムの経済性向上の点でさ
らに好ましい。下流側に設ける除塵やシフト反応、ＣＯ
2除去等のための各手段を耐熱度の低いものにできるた
め、設備コストに関しても有利である。
【００５８】請求項３に記載の方法によると、種々の化
学物質の原料となる重要な基礎物質であるＭＴＢＥを効
率的に製造することができる。
学物質の原料となる重要な基礎物質であるＭＴＢＥを効
率的に製造することができる。
【００５９】請求項４に記載した溶融還元炉ガスの利用
方法によると、還元した金属とともにアンモニアを製造
できることから、溶融還元システムの経済性を大幅に向
上させることができる。これに関し、溶融還元炉の発生
ガス中に多量に含まれるＣＯやＨ2を原料とするのでガ
スを有効利用して多量のアンモニアを製造できる点、お
よび、溶融還元炉ガスが有する余剰の熱エネルギーにて
発生させる水蒸気をシフト反応のために使用するので、
水蒸気発生のための専用のエネルギー供給が不要である
点なども、経済性の観点で有意義である。溶融還元炉ガ
スを発電に使用する従来の利用方法に比べると、溶融還
元炉の連続操業を不可欠としない点でも有利である。
方法によると、還元した金属とともにアンモニアを製造
できることから、溶融還元システムの経済性を大幅に向
上させることができる。これに関し、溶融還元炉の発生
ガス中に多量に含まれるＣＯやＨ2を原料とするのでガ
スを有効利用して多量のアンモニアを製造できる点、お
よび、溶融還元炉ガスが有する余剰の熱エネルギーにて
発生させる水蒸気をシフト反応のために使用するので、
水蒸気発生のための専用のエネルギー供給が不要である
点なども、経済性の観点で有意義である。溶融還元炉ガ
スを発電に使用する従来の利用方法に比べると、溶融還
元炉の連続操業を不可欠としない点でも有利である。
【００６０】請求項５に記載した方法は、溶融還元炉の
操業に必要なＯ2の製造時にできるＮ2をアンモニアの製
造原料とするので、Ｎ2専用の製造設備が不要であるほ
か、Ｏ2製造時の副産物であるＮ２を有効利用すること
ができ、したがってアンモニアの製造コストを一層低減
することができる。
操業に必要なＯ2の製造時にできるＮ2をアンモニアの製
造原料とするので、Ｎ2専用の製造設備が不要であるほ
か、Ｏ2製造時の副産物であるＮ２を有効利用すること
ができ、したがってアンモニアの製造コストを一層低減
することができる。
【００６１】請求項６に記載した溶融還元炉ガスの利用
方法は、上記によって合成したアンモニアとガス中から
除いたＣＯ2とを反応させることにより尿素を合成する
ものであるから、設備費および運転費を低く抑えながら
効率的に尿素を製造することができる。つまり、専用の
ＣＯ2製造設備を設置することも、それを運転すること
も不要である。
方法は、上記によって合成したアンモニアとガス中から
除いたＣＯ2とを反応させることにより尿素を合成する
ものであるから、設備費および運転費を低く抑えながら
効率的に尿素を製造することができる。つまり、専用の
ＣＯ2製造設備を設置することも、それを運転すること
も不要である。
【００６２】請求項７に記載の方法は、上記のようにメ
タノールまたはアンモニアを合成する際のガスの圧縮
を、溶融還元炉ガスの熱量を利用して得た水蒸気のエネ
ルギーにより行うので、当該圧縮のために系外からエネ
ルギー供給をする必要がなく、溶融還元法の経済性がさ
らに高められる。
タノールまたはアンモニアを合成する際のガスの圧縮
を、溶融還元炉ガスの熱量を利用して得た水蒸気のエネ
ルギーにより行うので、当該圧縮のために系外からエネ
ルギー供給をする必要がなく、溶融還元法の経済性がさ
らに高められる。
【００６３】請求項８に記載した溶融還元炉ガスの利用
装置は、メタノール用またはアンモニア用のガス合成反
応器などを備えているので、溶融還元炉ガスの成分をも
とにメタノールまたはアンモニアを合成することができ
る。とくに、ガスの温度を適宜に設定可能なシフト反応
器を合成反応器の上流側に配置し、さらにボイラをも備
えるものであるため、請求項１・２または４に係る発明
を直接に実施することが可能である。したがって、溶融
還元炉の発生ガス中に多量に含まれるＣＯ等を有効利用
して多量のメタノールまたはアンモニアを製造でき、溶
融還元システムの経済性を大幅に向上させることができ
る。
装置は、メタノール用またはアンモニア用のガス合成反
応器などを備えているので、溶融還元炉ガスの成分をも
とにメタノールまたはアンモニアを合成することができ
る。とくに、ガスの温度を適宜に設定可能なシフト反応
器を合成反応器の上流側に配置し、さらにボイラをも備
えるものであるため、請求項１・２または４に係る発明
を直接に実施することが可能である。したがって、溶融
還元炉の発生ガス中に多量に含まれるＣＯ等を有効利用
して多量のメタノールまたはアンモニアを製造でき、溶
融還元システムの経済性を大幅に向上させることができ
る。
【００６４】請求項９に記載した装置では、流動層形式
のシフト反応器において広い面積を介し触媒が均一にガ
スと接触するため、活発な反応が促進されるほか、触媒
層温度が均一となって触媒の局部的な発熱が生じがた
い。そのため、シフト反応器を１段（１台）のみ配置す
ることによっても十分な反応を起こさせることが可能に
なる。
のシフト反応器において広い面積を介し触媒が均一にガ
スと接触するため、活発な反応が促進されるほか、触媒
層温度が均一となって触媒の局部的な発熱が生じがた
い。そのため、シフト反応器を１段（１台）のみ配置す
ることによっても十分な反応を起こさせることが可能に
なる。
【００６５】請求項１０に記載した装置によると、ガス
によって触媒が円滑に流動し、かつガスと触媒とが広い
面積で接触するので、活発な反応が促進される。
によって触媒が円滑に流動し、かつガスと触媒とが広い
面積で接触するので、活発な反応が促進される。
【００６６】請求項１１に記載した溶融還元炉ガスの利
用装置は、ガスの経路に予備還元炉を接続することによ
り溶融還元炉ガスの還元力を利用するため、同ガスの一
層の有効利用、ひいては溶融還元システムに関する経済
合理性の一層の向上を可能にする。
用装置は、ガスの経路に予備還元炉を接続することによ
り溶融還元炉ガスの還元力を利用するため、同ガスの一
層の有効利用、ひいては溶融還元システムに関する経済
合理性の一層の向上を可能にする。
【図１】発明について実施の形態を示す系統図であっ
て、溶融還元炉ガスを利用してメタノールおよびＭＴＢ
Ｅを製造するための装置を示す。
て、溶融還元炉ガスを利用してメタノールおよびＭＴＢ
Ｅを製造するための装置を示す。
【図２】発明について図１とは別の実施形態を示す系統
図であって、溶融還元炉ガスを利用してアンモニアおよ
び尿素を製造するための装置を示す。
図であって、溶融還元炉ガスを利用してアンモニアおよ
び尿素を製造するための装置を示す。
【図３】図２等の装置において使用するシフト反応器の
一例を示す模式図である。
一例を示す模式図である。
１ 溶融還元装置 ２ 予備還元炉 １１・２１ ボイラ １２・２２ 除塵器 １３・２３ シフト反応器 １３Ｗ・２４ ＣＯ２除去器 １４・２５ 合成反応器
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０７Ｃ 273/02 Ｃ０７Ｃ 273/02 275/00 275/00 Ｃ１０Ｋ 1/02 Ｃ１０Ｋ 1/02 1/04 1/04 1/16 1/16 3/02 3/02 Ｆ２７Ｄ 17/00 １０１ Ｆ２７Ｄ 17/00 １０１Ａ １０４ １０４Ｇ // Ｃ０７Ｂ 61/00 ３００ Ｃ０７Ｂ 61/00 ３００ (72)発明者 矢島 健一 神戸市中央区東川崎町３丁目１番１号 川 崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者 野本 博樹 神戸市中央区東川崎町３丁目１番１号 川 崎重工業株式会社神戸工場内 Ｆターム(参考） 4H006 AA02 AC29 AC41 AC43 AC57 BA19 BA32 4H039 CA60 CA71 CB20 4H060 AA01 AA02 BB06 BB12 BB23 BB24 BB25 DD02 DD05 DD24 GG08 4K012 DA00 DA01 DA05 4K056 AA00 DA02 DA17 DA31 DB02 DB04 DB05 DB11
Claims (11)
- 【請求項１】 溶融還元炉から発生するガスに水蒸気を
加えたうえ、ガス中の水素と一酸化炭素との量的比率を
２：１に近づけるべく温度を設定してシフト反応を起こ
させ、水分と二酸化炭素とを除いたうえガス中の水素と
一酸化炭素とからメタノールを合成することを特徴とす
る溶融還元炉ガスの利用方法。 - 【請求項２】 上記のように加える水蒸気を、溶融還元
炉から発生するガスの熱量を利用して得ることを特徴と
する請求項１に記載の溶融還元炉ガスの利用方法。 - 【請求項３】 合成したメタノールをイソブチレンと反
応させることによってメチルターシャルブチルエーテル
を製造することを特徴とする請求項１または２に記載の
溶融還元炉ガスの利用方法。 - 【請求項４】 溶融還元炉から発生するガスに、同炉か
ら発生するガスの熱量を利用して得る水蒸気を加えたう
え、そのガス中の水素を増やすべく温度または圧力を設
定してシフト反応を起こさせ、水分と二酸化炭素とを除
いたうえガス中の水素を窒素と反応させることによりア
ンモニアを合成することを特徴とする溶融還元炉ガスの
利用方法。 - 【請求項５】 溶融還元炉にて使用する酸素を空気から
の分離によって製造し、その際に生じる窒素を、シフト
反応させたのちの上記ガス中の水素と反応させることを
特徴とする請求項４に記載の溶融還元炉ガスの利用方
法。 - 【請求項６】 合成したアンモニアを、シフト反応のの
ちに除いた二酸化炭素と反応させることにより、尿素を
製造することを特徴とする請求項４または５に記載の溶
融還元炉ガスの利用方法。 - 【請求項７】 メタノールまたはアンモニアを合成する
際のガスの圧縮を、溶融還元炉から発生するガスの熱量
を利用して得た水蒸気にて駆動されるコンプレッサによ
り行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載
の溶融還元炉ガスの利用方法。 - 【請求項８】 溶融還元炉から発生するガスの経路に、
メタノール用またはアンモニア用のガス合成反応器をボ
イラ、除塵機、ＣＯ2除去器、凝縮器とともに配置した
ほか、上記合成反応器の上流側に、ガスの温度または圧
力を適宜に設定可能なシフト反応器を配置したことを特
徴とする溶融還元炉ガスの利用装置。 - 【請求項９】 シフト反応器として、反応させるガスに
より容器内で触媒を流動させる形式のものを接続したこ
とを特徴とする請求項８に記載の溶融還元炉ガスの利用
装置。 - 【請求項１０】 上記の触媒として、平均粒径が２ｍｍ
以下の還元鉄を使用することを特徴とする請求項９に記
載の溶融還元炉ガスの利用装置。 - 【請求項１１】 溶融還元炉から発生するガスの経路
に、鉱石を固体状態で部分的に還元する予備還元炉を接
続したことを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記
載の溶融還元炉ガスの利用装置。
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|---|---|---|---|
| JP2000358051A JP3594898B2 (ja) | 2000-11-24 | 2000-11-24 | 溶融還元炉ガスの利用方法および利用装置 |
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| JP2002161303A true JP2002161303A (ja) | 2002-06-04 |
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