JP2008024984A - 木質バイオマスを原料とした高炉操業方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】木質バイオマスを、水分含有量が5mass%以上、30mass%未満となるように乾燥すること(乾燥工程2)、木質バイオマスの乾燥を、300℃以下の排熱を用いて行うこと、乾燥後の木質バイオマスを粉砕し、石炭とともに成型して成型体とし(成型工程10)、該成型体を篩い分けした篩い上を(篩い分け工程11)、石炭とともにコークス炉13に装入して乾留して製造したコークスを高炉14に装入し、前記成型体を篩い分けした篩い下を、羽口から高炉内に吹き込む。木質バイオマスの利用により、高炉の還元材比の低下を達成する。
【選択図】図3
Description
奥野嘉雄「ふぇらむ」8、2003年、p.217 脇元一政他「材料とプロセス」18、2005年、p.1112 内藤誠章他「鉄と鋼」87、2001年、p.357 「バイオマス比率算定方法、施行規定第7条第2項」資源エネルギー庁 2003年2月 日本エネルギー学会「バイオマスハンドブック」オーム社 2002年 「バイオマスニッポン(平成16年度農水省バイオマスニッポン総合戦略推進事業)」2004年 「2004年度版鉄鋼統計要覧」(社)日本鉄鋼連盟 「統計資料:2005年度銑鉄生産量」(社)日本鉄鋼連盟
(1)木質バイオマスを加熱して乾燥し、高炉原料として使用することを特徴とする木質バイオマスを原料とした高炉操業方法。
(2)木質バイオマスを、水分含有量が5mass%以上、30mass%未満となるように乾燥することを特徴とする(1)に記載の木質バイオマスを原料とした高炉操業方法。
(3)木質バイオマスの乾燥を、300℃以下の排熱を用いて行うことを特徴とする(1)または(2)に記載の木質バイオマスを原料とした高炉操業方法。
(4)乾燥後の木質バイオマスを粉砕し、高炉の羽口から吹き込むことを特徴とする(1)ないし(3)のいずれかに記載の木質バイオマスを原料とした高炉操業方法。
(5)乾燥後の木質バイオマスを粉砕し、石炭とともに成型して成型体とし、該成型体を石炭とともにコークス炉に装入して乾留して製造したコークスを高炉に装入することを特徴とする(1)ないし(3)のいずれかに記載の木質バイオマスを原料とした高炉操業方法。
(6)乾燥後の木質バイオマスを粉砕し、石炭とともに成型して成型体とし、該成型体を篩い分けした篩い上を、石炭とともにコークス炉に装入して乾留して製造したコークスを高炉に装入し、前記成型体を篩い分けした篩い下を、羽口から高炉内に吹き込むことを特徴とする(1)ないし(3)のいずれかに記載の木質バイオマスを原料とした高炉操業方法。
(7)篩い分けの篩い目を、3〜6mmとすることを特徴とする(6)に記載の木質バイオマスを原料とした高炉操業方法。
(8)乾燥後の木質バイオマスを粉砕し、石炭とともに成型して成型体とし、該成型体を石炭とともにコークス炉に装入して乾留して製造したコークスの高炉への装入割合を、高炉に装入する全コークス量の80mass%未満とすることを特徴とする(5)ないし(7)のいずれかに記載の木質バイオマスを原料とした高炉操業方法。
(9)木質バイオマスを粒径3mm以下に粉砕し、石炭ととともに混合して成型し、成型体の体積を10cm3以上で50cm3以下、嵩密度を0.8g/cm3以上で1.1g/cm3以下にすることを特徴とする(5)ないし(8)のいずれかに記載の木質バイオマスを原料とした高炉操業方法。
(10)粉砕した木質バイオマスを、石炭とバインダーとともに成型することを特徴とする(5)ないし(9)のいずれかに記載の木質バイオマスを原料とした高炉操業方法。
(11)木質バイオマスを加熱して乾燥した後に粉砕し、石炭とともに成型して成型体とし、該成型体を石炭とともにコークス炉に装入して乾留することを特徴とする木質バイオマスを原料としたコークスの製造方法。
(12)木質バイオマスを粒径3mm以下に粉砕し、石炭ととともに混合して成型し、成型体の体積を10cm3以上で、50cm3以下、嵩密度を0.8g/cm3以上で1.1g/cm3以下とすることを特徴とする(11)に記載の木質バイオマスを原料としたコークスの製造方法。
(13)粉砕した木質バイオマスを、石炭とバインダーとともに成型することを特徴とする(11)または(12)に記載の木質バイオマスを原料としたコークスの製造方法。
2.394(t-CO2/t-coal)×510(万t/y)≒1220(万t-CO2/y)
となる。また、木質バイオマス(水分5mass%)を高炉へ40kg/pig-t吹き込む場合に、カーボンニュートラルである木質バイオマスの吹き込みによる微粉炭吹き込み量38kg/pig-t(40kg/pig-t×0.95)の他、後述する表7より高反応性コークス80mass%を高炉で使用し還元材比11kg/pig-t(内訳:PCI比3kg/pig-t、coke比8kg/pig-t)を削減できる。その結果、2005年度の銑鉄生産量82940千t(非特許文献8参照。)を考慮すると、木質バイオマスを微粉炭吹込み代替および高反応性コークス原料に使用することによるコークス比低減効果による石炭使用量の削減効果は、
(0.038(coal-t/pig-t)+0.003(coal-t/pig-t)+0.008(coke-t/pig-t)/0.75(coke-t/coal-t))×82940千(pig-t/y)=4288千(coal-t/y)
と評価できる。この様に本発明は従来鉄鋼分野では使用に課題のあった木質バイオマスの有効利用により鉄鋼業の省エネルギーと環境排出CO2削減を同時に達成する技術を提示するものである。
C(コークス)+CO2=2CO・・・(a)
(a)式の反応は吸熱反応のため高反応性コークスの使用により熱保存帯温度は低下傾向となる。この領域で主体となる下記(b)式で示す酸化鉄の還元は熱保存帯領域が長いためほぼ平衡に達することが知られている。
FeO+CO=Fe+CO2・・・(b)
(b)式は平衡温度が低下するにつれ平衡するガス酸化度(=CO2/(CO+CO2(-))は高酸化度側、換言すると高ガス利用率側に移行するため還元材比は低下することになる。以上が木質バイオマスを原料とした高反応性コークスを使用した高炉の操業技術の導入により、還元材比が低下できる理由である。熱保存帯温度を低下させることにより還元材比を低下させるという考えは非特許文献3で実験によって検証されており、その達成手段としてバイオマスを原料とした高反応性コークスが寄与することが明らかである。
図16に実験結果を示す。乾燥が活発に進んでいる時間領域では乾燥に伴う蒸発潜熱がガス側から奪われるためガスの昇温が遅れることが認められる。基準条件の空塔速度1.0m/sではほぼ20分で乾燥は終了するが0.5m/sではベッド下層部のバイオマスは60mass%程度しか乾燥しない。なお流速が1.5m/sまで上昇すると乾燥は16分程度で終了する。これより基準操業の条件を乾燥条件とするとベッド内を通過するガス空塔速度は1.0m/s以上が望ましい。
図17に実験結果を示す。これより乾燥温度が200℃以下になるとベッド下層部の乾燥が遅れ始める。100℃では50%程度の乾燥しか進行しないため乾燥時間をもっと長く設定する必要が生ずる。なお300℃では乾燥が十分進むもののこれ以上ではバイオマスに着火する恐れがあり乾燥温度は100〜300℃、望ましくは200〜300℃が好ましい。
図18に実験結果を示す。バイオマス水分が増すと乾燥の遅延が顕著になる。基準操業の実験条件下では初期水分の限界は40mass%と評価される。45mass%以上ではベッドの下層部の昇温が十分ではないものの、乾燥はほぼ90mass%達成されている。なお初期水分が45mass%以上ではガス流速を上昇するか或いは乾燥時間の延長が必要となる。
図19に実験結果を示す。バイオマス粒径が増すとバイオマス比表面積が減少し、伝熱面積が減少する結果乾燥速度は遅れる。基準操業の条件ではバイオマス径が10cmになると乾燥時間は26分近くまで遅延するもののまだ乾燥条件に余裕がある。このため乾燥温度の低下、乾燥ガス空塔速度の低下など経済性を考慮した操業の選択が可能と推定される。粒径が10cm以下であれば更に操業条件に余裕が出来る。
グレート炉を模擬した乾燥実験から適正乾燥条件は以下のように設定できる。
乾燥ガス空塔速度:0.5〜1.5m/s
乾燥ガス温度:100〜300℃(但し100℃では乾燥時間の延長が必要)
バイオマス初期水分:40mass%以下
バイオマス粒径:10cm以下(粒径の低下により乾燥条件緩和が可能)
2 乾燥工程
3 焼結機クーラー
4 焼結機
5 専用保管槽
6 解砕・粉砕機
7 石炭
8 バインダー
9 混合機
10 成型工程
11 篩い分け工程
12 石炭配合槽
13 コークス炉
14 高炉
15 銑鉄
16 スラグ
17 バイオマス貯留槽
18 微粉炭
19 グレート式乾燥炉プロセス
20 断熱ポット
21 木質バイオマス
22 乾燥ガス
23 ブロワー
24 ベッド上の温度計
25 ベッド中の温度計
26 ベッド下層部の温度計
Claims (13)
- 木質バイオマスを加熱して乾燥し、高炉原料として使用することを特徴とする木質バイオマスを原料とした高炉操業方法。
- 木質バイオマスを、水分含有量が5mass%以上、30mass%未満となるように乾燥することを特徴とする請求項1に記載の木質バイオマスを原料とした高炉操業方法。
- 木質バイオマスの乾燥を、300℃以下の排熱を用いて行うことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の木質バイオマスを原料とした高炉操業方法。
- 乾燥後の木質バイオマスを粉砕し、高炉の羽口から吹き込むことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の木質バイオマスを原料とした高炉操業方法。
- 乾燥後の木質バイオマスを粉砕し、石炭とともに成型して成型体とし、該成型体を石炭とともにコークス炉に装入して乾留して製造したコークスを高炉に装入することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の木質バイオマスを原料とした高炉操業方法。
- 乾燥後の木質バイオマスを粉砕し、石炭とともに成型して成型体とし、該成型体を篩い分けした篩い上を、石炭とともにコークス炉に装入して乾留して製造したコークスを高炉に装入し、前記成型体を篩い分けした篩い下を、羽口から高炉内に吹き込むことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の木質バイオマスを原料とした高炉操業方法。
- 篩い分けの篩い目を、3〜6mmとすることを特徴とする請求項6に記載の木質バイオマスを原料とした高炉操業方法。
- 乾燥後の木質バイオマスを粉砕し、石炭とともに成型して成型体とし、該成型体を石炭とともにコークス炉に装入して乾留して製造したコークスの高炉への装入割合を、高炉に装入する全コークス量の80mass%未満とすることを特徴とする請求項5ないし請求項7のいずれかに記載の木質バイオマスを原料とした高炉操業方法。
- 木質バイオマスを粒径3mm以下に粉砕し、石炭ととともに混合して成型し、成型体の体積を10cm3以上で50cm3以下、嵩密度を0.8g/cm3以上で1.1g/cm3以下にすることを特徴とする請求項5ないし請求項8のいずれかに記載の木質バイオマスを原料とした高炉操業方法。
- 粉砕した木質バイオマスを、石炭とバインダーとともに成型することを特徴とする請求項5ないし請求項9のいずれかに記載の木質バイオマスを原料とした高炉操業方法。
- 木質バイオマスを加熱して乾燥した後に粉砕し、石炭とともに成型して成型体とし、該成型体を石炭とともにコークス炉に装入して乾留することを特徴とする木質バイオマスを原料としたコークスの製造方法。
- 木質バイオマスを粒径3mm以下に粉砕し、石炭ととともに混合して成型し、成型体の体積を10cm3以上で50cm3以下、嵩密度を0.8g/cm3以上で1.1g/cm3以下とすることを特徴とする請求項11に記載の木質バイオマスを原料としたコークスの製造方法。
- 粉砕した木質バイオマスを、石炭とバインダーとともに成型することを特徴とする請求項11または請求項12に記載の木質バイオマスを原料としたコークスの製造方法。
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