JP2006315926A

JP2006315926A - 転炉副生ガスの処理方法

Info

Publication number: JP2006315926A
Application number: JP2005142003A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Eba; 篤江場; Kosuke Yamashita; 幸介山下; Kazunori Nagai; 和範永井
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2005-05-16
Filing date: 2005-05-16
Publication date: 2006-11-24

Abstract

【課題】ＬＤＧ中のCO₂をＣＯに改質し、ＬＤＧのカロリーアップならびにＬＤＧの増幅増量を図る転炉副生ガスの処理方法を提供する。
【解決手段】転炉より発生する副生ガス中に含まれるCO₂を、吸収塔に供給されるCO₂吸収液で除去し、該CO₂吸収液を再生塔で再生させることにより放出されるCO₂を転炉に吹き込まれる酸素と混合し、該CO₂を転炉々内で溶鉄中のＣと反応させてＣＯに改質することを特徴とする転炉副生ガスの処理方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、転炉より発生する副生ガス（以下、ＬＤＧという）中のCO₂をＣＯに改質し、ＬＤＧのカロリーアップならびにＬＤＧの増幅増量を図る転炉副生ガスの処理方法に関する。

製鉄所で発生する副生ガスのうち、ＬＤＧはその発生・回収形態からＬＤＧ中に含まれるＣＯ濃度の変動が大きい。
すなわち、転炉はバッチ操業であるために、炉内からのガス発生の少ない吹錬の開始・終了時にあっては、転炉々口とＬＤＧ回収設備との隙間から引き込まれる浸入エアーによって、ＬＤＧの一部は燃焼し、ＣＯ濃度低下を来している。
また、最近の転炉技術として特開昭63-241107号公報に記載されているように、原料自由度の拡大を狙い転炉々内でＣＯをCO₂まで燃焼させ、その反応熱を利用してスクラップ溶解する方法が提案されている。このためＬＤＧ中に含まれるＣＯ濃度は、従来以上に変動が大きくなっており、これに伴ってＬＤＧ中に含まれるCO₂濃度は増大し、かつ、変動が大きくなっている。
このようなＬＤＧ中に含まれるＣＯ濃度の変動により、ＬＤＧを燃料ガスとして利用する際にカロリー変動に対応し得るような対策が必要となり、例えばバーナー構造が複雑になるという問題点があった。

このような従来技術の問題点に対して、特開昭62-167390号公報では圧力変動式ガス吸着法にてＬＤＧ中のＣＯ濃化方法が提案されている。
しかし、この特開昭62-167390号公報ではＬＤＧの増幅増量には言及しておらず、またＣＯ濃化の過程で生ずるＬＤＧよりもさらにカロリーの低いオフガスを生成させるという問題点があった。
また、特開平4-239095号公報ではＬＤＧを回収する煙道部分に石炭を供給し、ＬＤＧ中CO₂と石炭との反応でＣＯを生成させる方法が提案されている。
しかし、この方法は石炭を用いることによるＳ分の影響、特に煙道部分での硫酸酸性腐蝕による設備損傷が懸念されるが、その詳細や対策については言及されていなかった。
特開昭63-241107号公報特開昭62-167390号公報特開平4-239095号公報

本発明は、前述のような従来技術の問題点を解決し、ＬＤＧ中のCO₂をＣＯに改質し、ＬＤＧのカロリーアップならびにＬＤＧの増幅増量を図る転炉副生ガスの処理方法を提供することを課題とする。

本発明は、前述の課題を解決するために、鋭意検討の結果なされたものであり、ＬＤＧ中に含まれるCO₂を転炉吹錬用酸素と混合することによって、これまで何ら改質されることなく大気に排出されていたＬＤＧ中のCO₂をＣＯに改質し、ＬＤＧのカロリーアップならびにＬＤＧの増幅増量を図る転炉副生ガスの処理方法を提供するものであり、その要旨とするところは、特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
（１）転炉より発生する副生ガス中に含まれるCO₂を、吸収塔に供給されるCO₂吸収液で除去し、該CO₂吸収液を再生塔で再生させることにより放出されるCO₂を転炉に吹き込まれる酸素と混合し、該CO₂を転炉々内で溶鉄中のＣと反応させてＣＯに改質することを特徴とする転炉副生ガスの処理方法。
（２）前記再生塔で必要な熱源として、転炉副生ガスの顕熱回収設備にて回収される蒸気を用いることを特徴とする（１）に記載の転炉副生ガスの処理方法。

地球環境問題への対応から、産業界では自主行動計画を立て、省エネルギーの推進、CO₂等の温室効果ガス排出削減に鋭意努力している所である。
本発明によれば、これまで何ら改質されることなく大気に排出されていたCO₂の一部をＣＯに転化し、このＣＯを燃料ガスとして利用することにより、ＬＤＧのカロリーアップならびにＬＤＧの増幅増量を図ることができる。
またCO₂を回収するに必要となる熱源も、従来は大気に放散されているガス顕熱から回収される蒸気を利用しているため、新たなエネルギーを必要としない。以上のことから本発明は、大幅な省エネルギーを実現するとともに、炭酸ガス排出抑制に大きく貢献する産業上有用な著しい効果を奏する。

本発明の実施形態について、図１を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明における転炉副生ガスの処理方法の実施形態を例示する図である。
図１において、１は転炉、２はスカート、３は純水供給ポンプ、４はボイラードラム、５はアキュムレーター、６は吸収塔、７は再生塔を示す。
まず、転炉１で溶鋼中のＣが酸化されてＣＯおよびがCO₂からなるＬＤＧが発生する。
前述のように、ＬＤＧ中のＣＯおよびCO₂の量は変動し、特に、炉内からのガス発生量の少ない吹錬の開始・終了時には、図１に示すスカート２からの浸入エアーによってＬＤＧの一部を燃焼させて爆発限界を超えない操業を行う必要があるためＬＤＧ中のＣＯ濃度が低下しCO₂濃度が高くなるという問題点があった。

そこで、本発明の転炉副生ガスの処理方法においては、ＬＤＧ中に含まれるCO₂を吸収塔６に供給された吸収液で除去し、該CO₂吸収液を再生塔７で再生させることにより放出されるCO₂を転炉１に吹き込まれる酸素と混合し、該CO₂を転炉々内で溶鉄中のＣと反応させてＣＯに改質することを特徴とする。
ＬＤＧ中に含まれるCO₂は吸収塔６に供給されたアミン系などの吸収液で除去され、該CO₂吸収液を再生塔７で再生させることにより放出されるCO₂を転炉１に吹き込まれる吹錬用酸素と混合し、該CO₂を転炉々内で溶鉄中のＣと反応させてＣＯに改質することによってＬＤＧ中のＣＯの量と比率を増加させることができるのでＬＤＧのカロリーアップが実現でき、その結果、ＬＤＧを加熱炉などの燃料として使用する際に混合するＬＮＧ量を低減させることができる。
また、再生塔７でCO₂の分離のために必要となる熱源として、ＬＤＧ顕熱回収設備にて回収される蒸気を利用することにより、ＬＤＧの顕熱を有効利用することができる。
ＬＤＧ顕熱回収設備としては、例えば、図１に示すような純水供給ホポンプ３、ボイラードラム４、アキュムレーター５からなるボイラーシステムを構成することが好ましく、転炉１の操業によって発生するＬＤＧの顕熱によって純水供給ポンプ３からボイラー４に供給される純水を加熱して蒸気を発生させ、蒸気をアキュムレーター５を介して再生塔７の操業に利用することによりＬＤＧの顕熱を有効利用することができるうえ、転炉１と再生塔７の操業を同期させることができる。

すなわち、本発明のポイントは以下の通りである。
１）ＬＤＧ中のＣＯ濃度を濃化するために、CO₂などの不必要なオフガスの生成
をミニマム化することができる。
２）またＬＤＧ中のＣＯ濃度を濃化するに必要となるエネルギーとしてＬＤＧ顕熱回収設備にて回収される蒸気を利用することにより自己完結型とし、新たなエネルギー投入量をミニマム化することができる。
３）ＬＤＧ中のCO₂をＣＯに改質するために、Ｓを含む石炭などを用いないので、硫酸酸性腐食など既設ＬＤＧ回収設備への負荷を与えない。

こうした着眼にあって、本発明は以下に記す構成にて具現化したものである。
すなわちＣＯ濃度変動は、前述の通り転炉々内ならびに転炉々口部でのＣＯ燃焼に由来することから、ＬＤＧ中CO₂のみを適当な手段にて除去することによって抑制することが可能である。
従って対象とするＬＤＧ流量規模から最も効率的なCO₂除去方法であるCO₂吸収液を利用した化学吸収法を採用した。また同技術にあっては、吸収塔６でCO₂をCO₂吸収液で除去し、同CO₂吸収液を再生塔７で再生し、CO₂を放出するに多量の熱源を必要とするが、同熱源としてＬＤＧ顕熱回収設備にて回収される蒸気を利用する。
すなわちＬＤＧは非連続的なバッチ操業から発生するものであり、ＬＤＧ顕熱回収設備にて回収される蒸気も非連続的な回収形態となる。当然ＬＤＧ中の脱CO₂処理も非連続的なバッチ操業となり、そこで必要とされる熱源の供給・需要ともマッチングすることとなり、新たなエネルギー投入量をミニマム化することとなる。さらに回収されたCO₂を転炉吹錬に供している上吹き酸素に混合させ、転炉々内の溶鉄と酸素とが反応する火点にてCO₂＋Ｃ → ＣＯなる反応によりCO₂をＣＯに転化・改質を図ることができる。

また、転炉１は、ランスと呼ばれる水冷銅管製のノズルを介して上吹きにて酸素を炉内へ吹き込み、溶鉄中Ｃとの反応でＣＯを発生する。発生したＣＯの一部は上吹き酸素の一部と反応し、転炉炉内でCO₂となる。特に転炉々内でスクラップ溶解を促進する場合にあっては、転炉々内でＣＯをCO₂まで積極的に燃焼させている。
さらに炉内から発生したＬＤＧは、ガス発生の少ない吹錬の開始・終了時にあって、転炉々口とＬＤＧ回収設備との隙間から引き込まれる浸入エアーによって一部が燃焼する。従って排ガス煙道内温度は千数百℃にも達することから、排ガス煙道はガス冷却を兼ねた機能となっており、同ガス冷却機をボイラー化することによって莫大な排ガス顕熱を蒸気として回収することができる。

またＬＤＧは、前述のように回収過程で燃焼することでCO₂濃度が高まる。
特にスクラップ溶解を積極的に実施している転炉では、ＬＤＧ中CO₂濃度が高い。このＬＤＧを除塵した後、ＬＤＧ中CO₂を分離・回収するべくCO₂吸収塔６へ導入する。CO₂吸収塔６ではCO₂吸収液を充填材に湿潤させ、ＬＤＧが通過することでＬＤＧ中CO₂を吸収液中に吸収させる。CO₂を除去された改質ＬＤＧはＣＯ濃度が向上するうえ、濃度変動が低減するため燃料ガスとしての付加価値を高めることができる。
一方、CO₂を吸収したCO₂吸収液は再生塔７へ送られ、前述の回収蒸気を熱源とし１２０℃まで温度を高めることによってCO₂離脱が生じ、CO₂ガスとして回収され、さらにこの回収CO₂を前述の上吹き酸素に希釈混合することにより、溶鉄中Ｃと CO₂＋Ｃ→ ＣＯなる反応によりＣＯガスへの転化、増幅増量させることができる。

本発明の転炉副生ガスの処理方法を、下記の操業条件により転炉々内でスクラップ溶解を促進させた場合に適用した実施例について図２および図３に示す。
＜転炉操業条件＞
・CO₂流量：５０００Nm3/Hr
・O₂流量：２８６４５Nm3/Hr
・二次燃焼率：１５％
・炉口侵入エアー：１０３３３Nm3/Hr

図２に示す従来の転炉操業による比較例は、回収したCO₂の全量を大気に放散した場合を示しており、回収されるＬＤＧ中ＣＯ濃度は 52%、CO₂濃度は16%となっている。これにＬＤＧ中のCO₂の分離除去を施すとＬＤＧ中ＣＯ濃度は 60.7%、CO₂濃度は1.9% となり、ガスとしての付加価値は向上する。しかしながらここで回収されたCO₂ 10,512Nm3/Hrはそのまま大気放散され、有用成分であるＣＯのボリューム変化はない。
一方、図３に示す本発明例は、回収したCO₂の約５０％を吹錬用酸素と混合した場合を示しており、転炉々内から発生するＣＯの時間当たりの流量が増大することにより、回収されるＬＤＧ中ＣＯ濃度は 54.2%、CO₂濃度は15.7%と比較例に対してＣＯ濃度が増加している。さらにＬＤＧ中CO₂の分離除去を施すとＬＤＧ中ＣＯ濃度は 62.7%、CO₂濃度は2.5%となり、ＣＯボリュームでも比較例に対して4,050Nm3/Hrの増量効果を得ている。また大気に放散されるCO₂ 5,512Nm3/Hrまで低減させることができる。

一方、熱バランスについても検証したところ、CO₂ 10,512Nm3/Hr を標記方法で分離・回収する場合、必要蒸気量は約 20 t/Hr となるのに対し、発明例での回収蒸気量は約20 t/Hr であり、両者は熱量的にほぼ合致している。さらに転炉のバッチ操業特性からもＬＤＧ回収タイミングと同タイミングで蒸気が回収されることから、時間的なロスも少なく、エネルギーロスをミニマム化することができ、本発明の効果が確認された。

本発明における転炉副生ガスの処理方法の実施形態を例示する図である。転炉副生ガスの処理方法の比較例示す図である。転炉副生ガスの処理方法の発明例を示す図である。

符号の説明

１転炉
２スカート
３純水供給ポンプ
４ボイラードラム
５アキュムレーター
６吸収塔
７再生塔

Claims

転炉より発生する副生ガス中に含まれるCO₂を、吸収塔に供給されるCO₂吸収液で除去し、該CO₂吸収液を再生塔で再生させることにより放出されるCO₂を転炉に吹き込まれる酸素と混合し、該CO₂を転炉々内で溶鉄中のＣと反応させてＣＯに改質することを特徴とする転炉副生ガスの処理方法。
前記再生塔で必要な熱源として、転炉副生ガスの顕熱回収設備にて回収される蒸気を用いることを特徴とする請求項１に記載の転炉副生ガスの処理方法。