JP2007224206A - Method for forming high-calorie gas - Google Patents

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Masayuki Nishifuji
将之 西藤
Shunichi Hayashi
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for forming a high-calorie gas by the hydrogenation and the conversion into a reducing gas of an organic material such as a waste plastic, a waste tire and a biomass including waste wood to afford a hydrocarbon or CO at a low cost in high reaction efficiency without using special external energy. <P>SOLUTION: The method for forming the high-calorie gas by decomposing and gasifying the organic material comprises feeding a coke oven gas having ≥60% hydrogen content and ≥600°C temperature to the organic material to progress the thermal cracking and the hydrogenation and gasification reaction of the organic material. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、高熱量ガスの生成方法に関し、廃プラスチックや廃タイヤ、バイオマスなどの水素化分解が可能な有機系物質を炭素源として処理しながら、製鉄所などのコークス炉で生成するガス(以下、コークス炉ガスまたはCOGという)中のH2成分と顕熱を利用して、炭化水素やCOとしてガス化せしめ、COGとともに回収することによる有機系物質の熱分解処理と高熱量ガス回収を同時に達成する方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a high calorific gas, and a gas produced in a coke oven such as a steel mill (hereinafter referred to as a carbon source) while treating an organic material that can be hydrocracked, such as waste plastic, waste tire, and biomass. Using the H 2 component and sensible heat in the coke oven gas (or COG), gasify it as hydrocarbons or CO and simultaneously recover it with COG and recover it with high-calorie gas recovery. On how to achieve.

製鉄プロセスにおいて、鉄鉱石の還元剤として使用される高炉用コークスは、粉状石炭をコークス炉を用いて、約1000℃の温度で約20時間乾留して製造される。この過程で発生した石炭の熱分解ガス(以下、コークス炉ガスまたはCOGという)は、H2などの可燃性成分を多く含有するため、製鉄プロセスの各製造工程における燃料用ガスなどとして利用されている。 Blast furnace coke used as a reducing agent for iron ore in the iron making process is produced by dry distillation of powdered coal at a temperature of about 1000 ° C. for about 20 hours using a coke oven. The pyrolysis gas of coal generated in this process (hereinafter referred to as coke oven gas or COG) contains a large amount of flammable components such as H 2 and is therefore used as a fuel gas in each manufacturing process of the iron making process. Yes.

このコークス炉ガスは、コークス炉から導管により取り出された後、要水冷縮器、ダイレクトクーラー、ナフタリンスクラバー、アンモニアスクラバーなどにより精製され、その後、ガスホルダー内で貯蔵される。このコークス炉ガスは、通常、平均ガス組成が、CH4 30%、C24 5%、C26 0.5%、CO 5%、CO2 5%、H2 55%、その他のガス5%程度であり、燃焼熱量は4500〜4800Kcal/Nm3である。 The coke oven gas is taken out of the coke oven through a conduit, purified by a water condenser, direct cooler, naphthalene scrubber, ammonia scrubber, etc., and then stored in a gas holder. This coke oven gas usually has an average gas composition of CH 4 30%, C 2 H 4 5%, C 2 H 6 0.5%, CO 5%, CO 2 5%, H 2 55%, other The gas is about 5%, and the amount of combustion heat is 4500-4800 Kcal / Nm 3 .

一方、上記コークス炉ガスの他に、製鉄プロセスにおいて生成されるガスとして、高炉で鉄鉱石を還元する過程で発生したガス(以下、高炉ガスまたはBFGという)、転炉で銑鉄を精錬する過程で発生したガス(以下、転炉ガスまたはLDGという)、さらには、CDQ(coke dry quencher)で発生したガスなど(以下、これらのガスを低熱量ガスという)がある。   On the other hand, in addition to the above coke oven gas, as a gas generated in the iron making process, a gas generated in the process of reducing iron ore in a blast furnace (hereinafter referred to as blast furnace gas or BFG), a process in which pig iron is refined in a converter There are generated gases (hereinafter referred to as converter gas or LDG), and gases generated by CDQ (coke dry quencher) (hereinafter these gases are referred to as low calorific gas).

いずれも、コークス炉ガスに比べて燃焼熱量が低いが、単独でまたはコークス炉ガスと混合して製鉄プロセスの各設備用エネルギーガスとして利用されている。   In either case, the amount of combustion heat is lower than that of the coke oven gas, but it is used alone or mixed with the coke oven gas as the energy gas for each facility in the iron making process.

ところで、従来から、コークス炉ガスの熱量を増加させる方法が検討されている。   By the way, conventionally, methods for increasing the amount of heat of coke oven gas have been studied.

例えば、水蒸気改質法を用いてコークス炉ガスを改質して熱量を増加させる方法が知られている。この方法は、触媒を用いて300〜500℃程度の温度で、コークス炉ガス中の炭化水素と水蒸気(H2O)の反応を促進させることで、以下に示す平衡反応により決定される、メタン(CH4)、水素(H2)、一酸化炭素(CO)、および、二酸化炭素(CO2)の混合組成からなるガスに変換させるものである。 For example, a method is known in which coke oven gas is reformed using a steam reforming method to increase the amount of heat. This method promotes the reaction between hydrocarbons in coke oven gas and water vapor (H 2 O) at a temperature of about 300 to 500 ° C. using a catalyst, and is determined by the equilibrium reaction shown below. The gas is converted into a gas having a mixed composition of (CH 4 ), hydrogen (H 2 ), carbon monoxide (CO), and carbon dioxide (CO 2 ).

CO+3H2⇔CH4+H2O ・・・(1)
CO+H2O⇔CO2+H2 ・・・(2)
2CO⇔CO2+C ・・・(3)
CH4⇔2H2+C ・・・(4)
上記平衡反応において、コークス炉ガスの熱量を増加させる反応は、一酸化炭素(CO)からメタン(CH4)を得る上記(1)式の反応であるが、上述の通り、コークス炉ガス中の一酸化炭素(CO)の濃度は、数%程度と少ないため、大きな熱量の増加は達成できない。このため、従来は、コークス炉ガスに、LPG、ナフサなどの炭素源を添加し、水蒸気改質を行うことによりメタンの生成量を増加させることで、高熱量ガスに転換させていた。
CO + 3H 2 ⇔CH 4 + H 2 O (1)
CO + H 2 O⇔CO 2 + H 2 (2)
2CO⇔CO 2 + C (3)
CH 4 ⇔2H 2 + C (4)
In the equilibrium reaction, the reaction for increasing the calorific value of the coke oven gas is a reaction of the above equation (1) for obtaining methane (CH 4 ) from carbon monoxide (CO). Since the concentration of carbon monoxide (CO) is as low as several percent, a large increase in the amount of heat cannot be achieved. For this reason, conventionally, a carbon source such as LPG or naphtha is added to the coke oven gas, and the amount of methane produced is increased by performing steam reforming to convert the gas into a high calorific value gas.

この手法により、コークス炉ガス中に含有量が50%超えるH2を利用して都市ガス並みの高熱量ガスに転換することが可能であるが、LPGやナフサなどの高価な炭素原料を必要とし、製造コストおよび製造効率の点で工業的に有利な方法とは言えない。 By this method, it is possible to use H 2 with a content of more than 50% in coke oven gas and convert it to high calorific gas like city gas, but it requires expensive carbon raw materials such as LPG and naphtha. However, it is not an industrially advantageous method in terms of production cost and production efficiency.

また、高価なLPGやナフサなどに代えて、粉状石炭、プラスチック、ゴム、廃棄物などの安価な炭素源を用いて、これらと700℃以上に加熱されたコークス炉ガス中の水素(H2)との反応(水添ガス化反応)によりメタン(CH4)を生成させて、コークス炉ガスの熱量を35%程度増加させる方法が提案されている(例えば、特許文献1、参照)。 Further, instead of expensive LPG, naphtha, etc., using an inexpensive carbon source such as powdered coal, plastic, rubber, waste, etc., and hydrogen (H 2 in coke oven gas heated to 700 ° C. or higher) ) (Hydrogenation gasification reaction) to generate methane (CH 4 ) to increase the amount of heat of the coke oven gas by about 35% (for example, see Patent Document 1).

しかし、この方法では、コークス炉から排出された後、精製された貯蔵用コークス炉ガスを反応ガスとして使用するため、その反応ガス中の水素(H2)濃度は、60%未満と低く、特に、カロリーの大きなメタン(CH4)を生成するための十分な反応効率は得られない。 However, in this method, since the storage coke oven gas purified after being discharged from the coke oven is used as a reaction gas, the concentration of hydrogen (H 2 ) in the reaction gas is as low as less than 60%. However, sufficient reaction efficiency for producing methane (CH 4 ) having a large calorie cannot be obtained.

また、この貯蔵用コークス炉ガスは室温であるため、700℃以上の反応温度まで加熱する必要があり、水添ガス化反応用の別の加熱設備を必要とするため、運転コストの点でも不利な方法であった。   Moreover, since this storage coke oven gas is at room temperature, it must be heated to a reaction temperature of 700 ° C. or higher, and another heating facility for hydrogenation gasification reaction is required, which is disadvantageous in terms of operation cost. It was a method.

また、貯蔵用コークス炉ガスは、コークス製造時の石炭原料や操業の変化に伴ってガス組成が変動するため、貯蔵用コークス炉ガス中の水素(H2)含有量の変動に伴ってメタン(CH4)生成量および増量も変動するという問題もあった。 In addition, because the gas composition of storage coke oven gas varies with changes in coal raw materials and operations during coke production, methane (with the change in hydrogen (H 2 ) content in storage coke oven gas There was also a problem that the amount of CH 4 ) produced and the amount increased increased.

廃プラスチック、廃タイヤ、廃材を含むバイオマスなどは、従来より、その大部分が、燃焼焼却、埋立処分されている。しかし、燃焼処理ではCO2発生などの環境負荷を高め、特に、廃プラスチックは発熱量が大きいために、焼却炉がダメージを受ける問題があり、また、埋立処分では、その排出量の増加にともない埋め立て地が不足し、特に、廃プラスチック、廃タイヤは、土壌中の細菌やバクテリアで分解されないという問題がある。 Conventionally, most of waste plastics, waste tires, biomass containing waste materials, and the like have been burned and incinerated. However, the combustion treatment increases the environmental load such as CO 2 generation. In particular, the waste plastic has a large calorific value, so that there is a problem that the incinerator is damaged, and in the landfill disposal, the emission amount increases. There is a shortage of landfill, and in particular, waste plastics and waste tires have a problem that they are not decomposed by bacteria and bacteria in the soil.

そこで、近年、これらの廃棄有機系物質を焼却・埋め立て処分せずに、環境に配慮したリサイクル技術の採用が求められている。現在、これらの焼却しないリサイクルの方法としては、化学原料としての再利用の他、熱分解で得られるガス分や油分を燃料や化学原料として再利用する方法が検討されている。   Therefore, in recent years, there is a demand for adopting environmentally friendly recycling technology without incinerating and landfilling these waste organic substances. Currently, as a recycling method that does not incinerate, in addition to reuse as a chemical raw material, a method of reusing a gas or oil obtained by pyrolysis as a fuel or chemical raw material is being studied.

特開2000−303081号公報JP 2000-303081 A

上記の従来技術の現状を踏まえ、本発明は、廃プラスチックや廃タイヤ、廃材を含むバイオマスなどの有機系物質を、特段の外部エネルギーを用いずに、低コストかつ高い反応効率で、炭化水素またはCOに水素添加および還元ガス化し、高熱量ガスを生成する方法を提供することを目的とする。   In light of the current state of the prior art described above, the present invention can be applied to hydrocarbons or organic materials such as waste plastics, waste tires, and biomass containing waste materials at low cost and high reaction efficiency without using special external energy. It is an object of the present invention to provide a method for generating high calorific gas by hydrogenation and reduction gasification of CO.

上記の問題を解決するために、本発明者らが解決方法について鋭意検討した結果、廃プラスチックや廃タイヤ、廃材を含むバイオマスなどの有機系物質に、直接コークス炉ガスから分離した高い水素(H2)濃度と顕熱を有するコークス炉ガスを供給し、低コストかつ高い反応効率で高熱量ガスを生成する方法を見出した。 In order to solve the above problem, the present inventors diligently studied about a solution, and as a result, high hydrogen (H) separated from coke oven gas directly into organic materials such as waste plastic, waste tire, and biomass containing waste material. 2 ) We have found a method to supply coke oven gas with concentration and sensible heat to produce high calorific gas at low cost and high reaction efficiency.

本発明は、かかる知見を基になされたものであり、その要旨とするところは、以下の通りである。   The present invention has been made on the basis of such knowledge, and the gist thereof is as follows.

(1)有機系物質を分解しガス化する高熱量ガスの生成方法において、該有機系物質に、水素濃度が60%以上で、かつ、温度が600℃以上のコークス炉ガスを供給し、上記有機系物質の熱分解および水素添加反応を進行させることを特徴とする高熱量ガスの生成方法。   (1) In a method for producing a high calorific gas in which an organic substance is decomposed and gasified, a coke oven gas having a hydrogen concentration of 60% or more and a temperature of 600 ° C. or more is supplied to the organic substance, A method for producing a high calorific gas, characterized by advancing thermal decomposition and hydrogenation reaction of an organic material.

(2)前記コークス炉ガスは、コークス炉で発生するガスの水素濃度を連続的に測定し、該水素濃度が60%以上となった時点で分離、回収したガスであることを特徴とする前記(1)記載の高熱量ガスの生成方法。   (2) The coke oven gas is a gas obtained by continuously measuring the hydrogen concentration of gas generated in the coke oven and separated and recovered when the hydrogen concentration reaches 60% or more. (1) The method for producing a high calorific gas described in (1).

(3)前記有機系物質が、廃プラスチック、廃タイヤ、バイオマスの1種または2種以上からなる水素化分解が可能な有機系物質であることを特徴とする前記(1)または(2)記載の高熱量ガスの生成方法。   (3) The above-mentioned (1) or (2), wherein the organic material is an organic material capable of hydrocracking consisting of one or more of waste plastic, waste tire, and biomass. Of high calorific gas production.

本発明によれば、廃プラスチックや廃タイヤ、廃建材を含むバイオマスなどの水素化分解が可能な有機系物質にコークス炉から、高い水素(H2)濃度と顕熱を有するコークス炉ガスを分離して供給し、有機系物質の水添ガス化反応を進行させて、低コストかつ高い反応効率で高熱量ガスを生成することが可能となる。 According to the present invention, a coke oven gas having a high hydrogen (H 2 ) concentration and sensible heat is separated from a coke oven into an organic material that can be hydrocracked, such as biomass including waste plastics, waste tires, and waste building materials. Then, the hydrogenation gasification reaction of the organic substance is allowed to proceed, and a high calorific gas can be generated at low cost and high reaction efficiency.

本発明の適用によって、プラスチック類などの市中廃棄物の分解処理が可能になるとともに、高カロリーガスが得られるため、製鉄プロセスにおけるエネルギー自給効率を改善するとともに、環境改善への寄与は大きく、その産業上の貢献は多大なものといえる。   By applying the present invention, it becomes possible to decompose municipal waste such as plastics and obtain a high calorie gas, so that the energy self-sufficiency efficiency in the steelmaking process is improved, and the contribution to environmental improvement is great, It can be said that the industrial contribution is great.

以下に、本発明の詳細について説明する。   Details of the present invention will be described below.

本発明者らは、コークス炉から排出されるコークス炉ガス中の水素(H2)と顕熱に着目し、これらの水素(H2)と顕熱を利用して、廃棄物として多量に発生する廃プラスチック類や廃タイヤ、廃建材を含むバイオマスなどの水素化分解が可能な有機系物質を、高効率で炭化水素やCOなどのカロリーガスにガス化できる方法について、詳細に検討した。 The present inventors pay attention to hydrogen (H 2 ) and sensible heat in coke oven gas discharged from the coke oven, and use these hydrogen (H 2 ) and sensible heat to generate a large amount as waste. We studied in detail how to efficiently gasify organic materials that can be hydrocracked, such as waste plastics, waste tires, and biomass containing waste building materials, into caloric gases such as hydrocarbons and CO.

以下、廃プラスチックを例とした反応について説明するが、廃タイヤや廃建材を含むバイオマスといった水素添加反応を進行する炭化水素の構造体を有する物質についても、一部については、ほぼ同様の反応が進む。   Hereinafter, the reaction using waste plastic as an example will be described. However, for substances having a hydrocarbon structure that undergoes a hydrogenation reaction, such as waste tires and biomass containing waste building materials, the reaction is almost the same for some parts. move on.

一般に、廃プラスチックなどの有機系物質を高温に加熱し、水素(H2)を供給すると、有機系物質は低級の炭化水素に分解し、ガス化されることが知られている。 In general, it is known that when an organic material such as waste plastic is heated to a high temperature and hydrogen (H 2 ) is supplied, the organic material is decomposed into lower hydrocarbons and gasified.

例えば、廃プラスチックの主成分である、ポリエチレン(PE)やポリプロピレン(PP)などは、400℃程度の温度域でランダム分解が始まり、さらに、温度が高くなると、熱分解された炭化水素に水素が添加され、より低級の炭化水素ガスが生成する。   For example, polyethylene (PE) and polypropylene (PP), which are the main components of waste plastics, begin to be randomly decomposed in a temperature range of about 400 ° C. Further, when the temperature rises, hydrogen is added to the thermally decomposed hydrocarbons. Addition produces lower hydrocarbon gas.

また、アルキルベンゼンの重合体であるポリスチレンなどフェニル基を含むプラスチックも、300℃程度で解重合によりモノマーや低重合体を生成し、より高温域では、さらにこれらが熱分解、および、水素添加反応して、炭化水素ガスを生成する。   In addition, plastics containing phenyl groups such as polystyrene, which is a polymer of alkylbenzene, also generate monomers and low polymers by depolymerization at about 300 ° C, and these undergo further thermal decomposition and hydrogenation reaction at higher temperatures. To produce hydrocarbon gas.

ポリスチレンなどのフェニル基を含むプラスチックは、上記ポリエチレン(PE)やポリプロピレン(PP)などの脂肪族ポリマーに比べると、低級炭化水素ガスの発生割合は低いものの、350℃程度で熱分解が始まり、さらに高温で、重量比で50%程度の低級炭化水素ガスを発生し、残りは、油状、タール、ワックス成分となる。   Plastics containing a phenyl group such as polystyrene, compared with the above-mentioned aliphatic polymers such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP), have a lower generation rate of lower hydrocarbon gas, but thermal decomposition starts at about 350 ° C. At a high temperature, about 50% by weight of lower hydrocarbon gas is generated, and the remainder becomes oily, tar and wax components.

廃プラスチック中のポリマーの種類により熱分解や水素添加反応によるガス化の温度は異なるが、300〜400℃程度の温度では、ポリマーの熱分解による油やワックス成分の生成量は増加するものの、ガス化までのポリマーの低級化はあまり進まない。   The temperature of gasification by pyrolysis or hydrogenation reaction varies depending on the type of polymer in the waste plastic, but at temperatures of about 300-400 ° C, the amount of oil and wax components produced by pyrolysis of the polymer increases, but the gas There is not much progress in lowering the polymer until it is made.

本発明者らの検討の結果、上記廃プラスチックや、廃タイヤおよび廃建材を含むバイオマスなどの有機系物質を加熱し、熱分解および水素反応により、エネルギーガスとして回収する、主にC=1〜3程度の低級の炭化水素ガスを効率的に生成させるためには、有機系物質に供給するコークス炉ガスの温度を600℃以上とする必要があることを確認した。このため、本発明では、有機系物質に供給するコークス炉ガスの温度を600℃以上とした。   As a result of the study by the present inventors, organic materials such as the above-mentioned waste plastic and biomass including waste tires and waste building materials are heated and recovered as energy gas by thermal decomposition and hydrogen reaction, mainly C = 1 to It was confirmed that the temperature of coke oven gas supplied to the organic material must be 600 ° C. or higher in order to efficiently produce about 3 lower hydrocarbon gas. For this reason, in the present invention, the temperature of the coke oven gas supplied to the organic material is set to 600 ° C. or higher.

以上のとおり、脂肪族を主鎖にもつ廃プラスチックや廃建材などのバイオマス、廃タイヤといった有機系物質は、600℃以上の加熱温度域で、水素還元雰囲気ガスの存在化において、水素添加反応の進行により、C=1〜3程度の低級の炭化水素ガスを主に生成し、他に、分解され難いフェニル基などを含む油状、タール、ワックス成分を生成する。   As described above, organic materials such as biomass and waste tires, such as waste plastics and waste building materials that have aliphatic main chains, are subject to hydrogenation reaction in the presence of hydrogen reducing atmosphere gas at a heating temperature range of 600 ° C or higher. Progression mainly produces lower hydrocarbon gas of about C = 1 to 3 and, in addition, produces oil, tar, and wax components containing phenyl groups that are difficult to be decomposed.

また、生成した炭化水素ガスの一部は、有機系物質に微量含まれる酸素などと反応し、高温域でより安定なCOガスが生成する。   Further, a part of the generated hydrocarbon gas reacts with oxygen or the like contained in a trace amount in the organic material, and more stable CO gas is generated in a high temperature range.

すなわち、上記廃プラスチックなどの有機系物質の熱分解および水素添加反応により得られる炭化水素ガスは、燃料ガスなどとして使用できる、高カロリーの炭化水素ガスとCOを主に含有する高熱量ガスとして回収することができる。また、高熱量ガスの他に生成する若干の油状、タール、ワックス成分も、燃料や、化学原料として使用することができる。   That is, hydrocarbon gas obtained by thermal decomposition and hydrogenation reaction of organic materials such as waste plastic can be used as fuel gas etc., and recovered as high calorie gas mainly containing high calorie hydrocarbon gas and CO can do. In addition to the high calorific gas, some oil, tar and wax components produced can also be used as fuel and chemical raw materials.

上記有機系物質に高温のコークス炉ガスを供給し、有機系物質の熱分解とともに、水素添加反応を進行させ、目的とする高熱量ガスを生成するためには、有機系物質に供給するコークス炉ガスの上記温度条件に加えて、コークス炉ガス中の水素(H2)濃度を高める必要がある。 A coke oven that supplies high-temperature coke oven gas to the above-mentioned organic material and proceeds to the hydrogenation reaction along with thermal decomposition of the organic material to produce the desired high calorific gas. In addition to the above temperature conditions of the gas, it is necessary to increase the hydrogen (H 2 ) concentration in the coke oven gas.

一例として、図1に、廃プラスチックに供給するコークス炉ガス(COG)中の水素(H2)濃度とガスの燃焼熱量の増加率との関係を示す。 As an example, FIG. 1 shows the relationship between the concentration of hydrogen (H 2 ) in coke oven gas (COG) supplied to waste plastic and the rate of increase in the amount of combustion heat of the gas.

廃プラスチック100mgに対して、800℃の水素濃度が異なるコークス炉ガス(COG)を大気圧で1L供給し、5分間加熱し、生成した炭化水素ガスの成分分析からガスの燃焼熱量を算出した。   1 L of coke oven gas (COG) having a different hydrogen concentration at 800 ° C. was supplied to 100 mg of waste plastic at atmospheric pressure, heated for 5 minutes, and the combustion heat of the gas was calculated from component analysis of the generated hydrocarbon gas.

図1から、廃プラスチックに供給するコークス炉ガス(COG)中の水素(H2)濃度が60%を超えると、生成ガスの燃焼熱量の増加率が一段と大きくなることが解る。このことは、水素(H2)濃度が60%以上において、廃プラスチックの水素添加反応が迅速かつ良好に進行していることを示している。 It can be seen from FIG. 1 that when the concentration of hydrogen (H 2 ) in the coke oven gas (COG) supplied to the waste plastic exceeds 60%, the rate of increase in the amount of combustion heat of the product gas is further increased. This indicates that when the hydrogen (H 2 ) concentration is 60% or more, the hydrogenation reaction of the waste plastic proceeds rapidly and satisfactorily.

一方、水素濃度が60%より低い定常の状態の場合には、同時にCOG内に30%程度存在するCH4のため、反応平衡論的に、炭化水素へのガス化は十分に進行しない。 On the other hand, in the steady state where the hydrogen concentration is lower than 60%, the gasification to hydrocarbons does not proceed sufficiently in terms of reaction equilibrium because CH 4 is present in about 30% in the COG at the same time.

図1に示す結果は、廃プラスチックの他の廃タイヤ、バイオマスなどの水素化分解が可能な有機系物質についても同様であった。   The results shown in FIG. 1 were the same for organic substances that can be hydrocracked, such as other waste plastics, waste tires, and biomass.

すなわち、有機系物質の水素添加反応によって、十分かつ安定して、目的とする増熱量を高めた高熱量ガスを生成させ、これを効率的に回収するためには、コークス炉ガス中の水素(H2)濃度を60%以上とする必要があることが解かった。 That is, in order to generate a high calorific gas with an increased target heat increase sufficiently and stably by a hydrogenation reaction of an organic material, and to recover this efficiently, hydrogen ( It was found that the H 2 ) concentration needs to be 60% or more.

したがって、本発明では、有機系物質とコークス炉ガス中の水素(H2)との水添反応において、その反応効率を向上させ、十分かつ安定して高熱量ガスを生成させるために、コークス炉ガスの温度規定に加えて、有機系物質に供給するコークス炉ガス中の水素(H2)濃度を60%以上とする。 Therefore, in the present invention, in the hydrogenation reaction between the organic material and hydrogen (H 2 ) in the coke oven gas, in order to improve the reaction efficiency and generate a high calorific gas sufficiently and stably, the coke oven In addition to the temperature regulation of the gas, the hydrogen (H 2 ) concentration in the coke oven gas supplied to the organic material is set to 60% or more.

本発明において、有機系物質に供給する水素濃度が60%以上で、かつ、温度が600℃以上のコークス炉ガスは、以下のようにして製造することができる。   In the present invention, the coke oven gas having a hydrogen concentration supplied to the organic substance of 60% or more and a temperature of 600 ° C. or more can be produced as follows.

一般的に、コークス炉から排出された後、精製された貯蔵用コークス炉ガス中の水素(H2)濃度は、約50〜55%程度であるが、このレベルの水素(H2)濃度では還元力が不足するため、水添反応の効率を向上させて、十分に増熱量を高めることはできない。 Generally, the hydrogen (H 2 ) concentration in the purified storage coke oven gas after being discharged from the coke oven is about 50-55%, but at this level of hydrogen (H 2 ) concentration Since the reducing power is insufficient, the efficiency of the hydrogenation reaction cannot be improved and the amount of heat increase cannot be sufficiently increased.

コークス炉ガス中の水素(H2)濃度(通常約50〜55%程度)を60%以上までに高める方法として、例えば、水素PSA(Pressure Swing Adsorption)などの水素分離方法を用いてコークス炉ガス中の水素を分離し、精製する水素濃縮処理が知られている。しかし、水素濃縮処理により、上記低熱量ガス中のCO2の還元力は向上するが、コークス炉ガスが冷却されるために、上記還元反応を行わせる温度に加熱するための外部エネルギーが必要となり、好ましくない。 As a method for increasing the hydrogen (H 2 ) concentration (usually about 50 to 55%) in the coke oven gas to 60% or more, for example, a hydrogen separation method such as hydrogen PSA (Pressure Swing Adsorption) is used. A hydrogen concentration process for separating and purifying hydrogen therein is known. However, the hydrogen concentration treatment improves the reducing power of CO 2 in the low calorific gas, but since the coke oven gas is cooled, external energy for heating to a temperature at which the reduction reaction is performed is required. It is not preferable.

本発明者らは、コークス炉から排出されたコークス炉ガスを分離した後、冷却することなく、その顕熱により600℃以上の温度を維持しつつ、コークス炉ガス中の水素(H2)濃度を60%以上に向上させる方法を検討した。 The present inventors separated the coke oven gas discharged from the coke oven, and then maintained the temperature of 600 ° C. or higher by sensible heat without cooling the hydrogen (H 2 ) concentration in the coke oven gas. A method for improving the ratio to 60% or more was examined.

図2に、石炭乾留過程におけるコークス炉ガス中の主要成分濃度の経時的変化を示す。   FIG. 2 shows changes with time of the main component concentrations in the coke oven gas during the coal carbonization process.

図2から、コークス炉ガス中に含まれるガス成分組成の中で、H2濃度は、CH4などの他のガス成分に比べて、乾留工程における時間変化が大きく、特に、乾留末期(この場合は約15時間後)において、コークス炉ガス中の水素濃度は急激に増加し、90%を超えることが明らかになった。 From FIG. 2, among the gas component compositions contained in the coke oven gas, the H 2 concentration has a large time change in the dry distillation process compared to other gas components such as CH 4 , and in particular, the end of the dry distillation (in this case) After about 15 hours), the hydrogen concentration in the coke oven gas increased rapidly and was found to exceed 90%.

また、乾留末期(火落ちから乾留終了までの2〜3時間(置時間))に発生したコークス炉ガス中には、タールなどの油分は、ほとんど含まれていないことも確認された。   It was also confirmed that the coke oven gas generated at the end of dry distillation (2 to 3 hours (set time) from the end of the fire to the end of dry distillation) contained almost no oil such as tar.

本発明では、上記乾留過程におけるコークス炉ガス中の水素(H2)濃度の経時的変化を利用し、コークス炉で発生するガスの水素(H2)濃度を連続的に測定し、この水素(H2)濃度が60%以上となった時点で分離、回収したガスを用いることにより、600℃以上の温度を維持しつつ、水素(H2)濃度が60%以上のコークス炉ガスを確保することができる。 In the present invention, the hydrogen (H 2 ) concentration in the coke oven gas in the coke oven gas during the carbonization process is used to measure the hydrogen (H 2 ) concentration of the gas generated in the coke oven continuously. H 2) separation when the concentration became 60% or more, by using the recovered gas, while maintaining the temperature above 600 ° C., hydrogen (H 2) concentration to ensure a 60% of the coke oven gas be able to.

本発明の実施形態の一例を、図3を用いて説明する。   An example of an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

コークス炉2から排出されたコークス炉ガス(COG0)中の水素(H2)濃度を水素センサなどの検出器を備えた水素ガスモニタリング装置3により、石炭の乾留開始から乾留末期まで連続的にモニタリングし、水素(H2)濃度が60%以上、より好ましくは80%以上の所定値に達した時に、COGガス導管の流路切替部4において、通常COG配管6側から反応槽4側に流路を切り替えて、水素(H2)濃度が60%以上、より好ましくは80%以上のコークス炉ガス(COG1)を反応槽4に供給する。 The hydrogen (H 2 ) concentration in the coke oven gas (COG0) discharged from the coke oven 2 is continuously monitored from the start of dry distillation to the end of dry distillation using a hydrogen gas monitoring device 3 equipped with a detector such as a hydrogen sensor. When the hydrogen (H 2 ) concentration reaches a predetermined value of 60% or more, more preferably 80% or more, the flow is switched from the normal COG piping 6 side to the reaction tank 4 side in the flow path switching unit 4 of the COG gas conduit. The passage is switched, and coke oven gas (COG1) having a hydrogen (H 2 ) concentration of 60% or more, more preferably 80% or more is supplied to the reaction vessel 4.

このコークス炉ガス中の水素(H2)濃度の所定値は、乾留開始から乾留末期までの水素濃度が60〜90%の範囲で適宜設定される。また、コークス炉ガスの温度は乾留開始から乾留末期までで通常800℃程度の温度を確保でき、有機系物質の分解、水添反応温度:700℃以上の所定温度を確保できる。必要に応じて、反応温度調整のために冷却することも可能である。 The predetermined value of the hydrogen (H 2 ) concentration in the coke oven gas is appropriately set so that the hydrogen concentration from the start of dry distillation to the end of dry distillation is in the range of 60 to 90%. Further, the temperature of the coke oven gas can usually be maintained at a temperature of about 800 ° C. from the start of dry distillation to the end of the dry distillation, and a predetermined temperature of 700 ° C. or higher can be ensured for decomposition of organic substances and hydrogenation reaction temperature. If necessary, it is possible to cool for adjusting the reaction temperature.

生成した高熱量ガス(HG)は、有機系物質の一部がガス化不十分で油状物質とともに通常のCOG導管に戻され、通常のCOG精製処理設備7により油分、水分などが除去され、精製された後、最終的に、COG貯蔵ホルダー8で貯蔵される。   The generated high calorific gas (HG) is partially gasified and returned to a normal COG conduit together with oily substances, and oil, moisture, etc. are removed by a normal COG refining treatment equipment 7 and purified. And finally stored in the COG storage holder 8.

なお、コークス炉ガスの顕熱を保持し反応槽4に供給するために、コークス炉ガスの上昇管と反応槽4間を接続する導管、反応槽4とも、断熱材などで保温した構造とすることが望ましく、さらに、コークス炉2にできるだけ近い場所に、反応槽4を設置することが望ましい。   In order to maintain the sensible heat of the coke oven gas and supply it to the reaction tank 4, the reaction tank 4 and the conduit connecting the rise pipe of the coke oven gas and the reaction tank 4 and the reaction tank 4 are kept warm by a heat insulating material or the like. Further, it is desirable to install the reaction tank 4 in a place as close as possible to the coke oven 2.

有機系物質は、断続的に上記反応槽4に供給され、水添反応によって高熱量ガスとして製鉄プロセスにおける各設備の燃料または発電エネルギーとして利用することにより、エネルギー自給効率が改善される。また、有機系物質として廃棄物などを用いれば、上記本発明により製鉄プロセスにおける廃棄物処理が実現でき環境改善効果も得られる。   The organic substance is intermittently supplied to the reaction tank 4 and is used as a fuel or power generation energy for each facility in the iron making process as a high calorific gas by hydrogenation reaction, thereby improving the energy self-sufficiency efficiency. In addition, if waste or the like is used as the organic substance, waste treatment in the iron making process can be realized by the present invention, and an environment improvement effect can be obtained.

次に、この発明の効果を実施例により説明する。   Next, the effects of the present invention will be described with reference to examples.

図2に示した設備を用いて、廃プラスチックを10kg(うち炭素分約9kg)反応槽4に充填し、発明例として、コークス炉で発生した石炭乾留末期(乾留開始後15時間以降)の水素濃度が85%のコークス炉ガス(COG1)、比較例として、水素濃度が56%の一般コークス炉ガス(COG)をそれぞれ供給した。この時の、コークス炉ガス(COG)の温度は、いずれも800℃に調整した。   Using the equipment shown in FIG. 2, 10 kg of waste plastic (of which about 9 kg of carbon) is charged into the reaction tank 4, and as an example of the invention, hydrogen at the end of the coal dry distillation period (after 15 hours from the start of dry distillation) generated in a coke oven A coke oven gas (COG1) having a concentration of 85% and a general coke oven gas (COG) having a hydrogen concentration of 56% were supplied as comparative examples. At this time, the temperature of the coke oven gas (COG) was adjusted to 800 ° C.

本発明例および比較例の条件および結果を、表1に示す。   Table 1 shows the conditions and results of the inventive examples and comparative examples.

本発明で規定する水素濃度と温度の条件をともに満足したコークス炉ガス(COG1)(主成分 H2:85%、CO2:1%、CO:5%)を反応層に充填した廃プラスチックに供給することで、廃プラスチックがコークス炉ガス中のH2により水添ガス化反応が進行して、その95wt%以上がガス化し、生成したガス(HG)は、CH4、C24およびCOなど総量約15Nm3であった。このときの熱量は115Mcalであり、通常のCOG(4500〜4800kcal/Nm3)の15Nm3の約2倍の熱量に相当する。 Coke oven gas (COG1) (main component H 2 : 85%, CO 2 : 1%, CO: 5%) satisfying both the conditions of hydrogen concentration and temperature specified in the present invention is applied to the waste plastic filled in the reaction layer. By supplying the waste plastic, the hydrogenation gasification reaction proceeds with H 2 in the coke oven gas, and 95 wt% or more thereof is gasified, and the generated gas (HG) is CH 4 , C 2 H 4 and The total amount of CO and the like was about 15 Nm 3 . Heat at this time is 115Mcal, corresponds to approximately twice the heat of 15 Nm 3 normal COG (4500~4800kcal / Nm 3).

一方、本発明で規定する温度の条件は満足するものの、水素濃度が低く外れているコークス炉ガス(COG)(H2:56%、CO2:3%、CO:5%)を廃プラスチックに供給すると、廃プラスチックの水添反応が十分に進行せず、ガス化率は約50%と低く、炭素はガス化しないで、炭化あるいは十分に低分子化されない状態の油状の成分として得られ、COGガスの熱量の増加は小さかった。 On the other hand, the coke oven gas (COG) (H 2 : 56%, CO 2 : 3%, CO: 5%), which is out of the low hydrogen concentration but satisfies the temperature conditions defined in the present invention, is used as waste plastic. When supplied, the hydrogenation reaction of waste plastic does not proceed sufficiently, the gasification rate is as low as about 50%, carbon is not gasified, and is obtained as an oily component that is not carbonized or sufficiently low molecular weight, The increase in the calorific value of the COG gas was small.

Figure 2007224206
Figure 2007224206

コークス炉ガス中の水素濃度と廃プラスチックの分解に伴う発生ガスの熱量増加率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the hydrogen concentration in coke oven gas, and the calorie | heat amount increase rate of the generated gas accompanying decomposition | disassembly of waste plastics. 石炭乾留過程におけるコークス炉ガス中の主要成分濃度の経時的変化を示す図である。It is a figure which shows the time-dependent change of the main component density | concentration in the coke oven gas in a coal carbonization process. 本発明の実施形態の一例を示す高熱量ガス生成の処理フローを示す図である。It is a figure which shows the processing flow of high calorific gas production | generation which shows an example of embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 コークス炉
2 水素ガスモニタリング装置
3 流路切替部
4 反応槽
5 有機系物質
6 通常COG配管
7 COG精製処理設備
8 COG貯蔵ホルダー
COG0 コークス炉ガス
COG1 高H2濃度コークス炉ガス
HG 高熱量ガス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Coke oven 2 Hydrogen gas monitoring device 3 Flow path switching part 4 Reaction tank 5 Organic substance 6 Normal COG piping 7 COG refinement processing equipment 8 COG storage holder COG0 Coke oven gas COG1 High H2 concentration coke oven gas HG High calorie gas

Claims (3)

有機系物質を分解しガス化する高熱量ガスの生成方法において、該有機系物質に、水素濃度が60%以上で、かつ、温度が600℃以上のコークス炉ガスを供給し、上記有機系物質の熱分解および水素添加ガス化反応を進行させることを特徴とする高熱量ガスの生成方法。   In the method for producing a high calorific gas for decomposing and gasifying an organic substance, a coke oven gas having a hydrogen concentration of 60% or more and a temperature of 600 ° C. or more is supplied to the organic substance, A method for producing a high calorific gas, wherein the thermal decomposition and hydrogenation gasification reaction of water are advanced. 前記コークス炉ガスは、コークス炉で発生するガスの水素濃度を連続的に測定し、該水素濃度が60%以上となった時点で分離、回収したガスであることを特徴とする請求項1記載の高熱量ガスの生成方法。   The coke oven gas is a gas separated and recovered when the hydrogen concentration of the gas generated in the coke oven is continuously measured and the hydrogen concentration reaches 60% or more. Of high calorific gas production. 前記有機系物質が、廃プラスチック、廃タイヤ、バイオマスの1種または2種以上からなる水素化分解が可能な有機系物質であることを特徴とする請求項1または2記載の高熱量ガスの生成方法。   The high-calorific gas production according to claim 1 or 2, wherein the organic material is an organic material that can be hydrocracked consisting of one or more of waste plastic, waste tire, and biomass. Method.
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