JP2008501098A - 直接還元装置および工程 - Google Patents
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Abstract
Description
好ましくは、シュラウドガス噴射用通路は横断面が環状である。
また、酸素が、図1、図2、図3のランスと同一の基本構造を持ち、第1の流動層容器103の中央領域で酸素を下方に導くランス145を通って、第1の流動層容器103に供給される。
主目的は、リン含有量の多いBrockman鉱石(3mm未満)およびBlair Athol炭を使用して長期安定運転を達成することであった。
実験は2003年12月9日午前6時に開始し、流動媒体にアルミナを使用して700mm流動層容器(以下「CFB」とも言う)を徐々に昇温した。目標温度に到達するとすぐ、15時50分に石炭および酸素を流動層容器に導入した。酸素供給量は最高105Nm3/Hrまで増したが、石炭供給量は300〜450kg/Hrの範囲内の量とした。
石炭、空気および酸素による運転は2003年12月10日に行った。運転は順調で、システムの安定化はかなり速く、流動層容器内温度は何の問題もなく900〜930℃に維持できた。
CFB温度:底部930℃、頂部900℃
流動化ガス流量:140Nm3/Hr(N2)および300Nm3/Hr(空気)
CFB圧力損失:80〜140mbar
酸素流量:最大100Nm3/Hr
遮断用N2ガス流量:30Nm3/Hr
石炭供給量:340〜450kg/Hr
流動層排出量:100〜160kg/Hr
サイクロン3排出量:10〜14kg/Hr
鉄鉱石(3mm未満)を2003年12月10日22時に10kg/Hrの割合で供給装置に導入した。処理後の排ガスの流動化ガスとしての使用をシミュレートするため、水素も20Nm3/Hrの割合で流動化ガスに導入した。運転は順調で、流動層の圧力損失は100〜120mbarに維持され、温度プロファイルは流動層の底部と頂部の温度巾がわずか10℃であった。
CFB温度:底部930℃、頂部900℃
流動化ガス流量:350Nm3/Hr(N2)および20Nm3/Hr(H2)
CFB圧力損失:100〜130mbar
酸素流量:100〜115Nm3/Hr
遮断用N2ガス流量:30Nm3/Hr
石炭供給量:280〜360kg/Hr
鉄鉱石供給量:10kg/Hr
流動層排出量:125kg/Hr
サイクロン排出量:15kg/Hr
鉄鉱石供給量は、2003年12月11日午前6時に20kg/Hrまで増やして2003年12月11日12時まで継続し、水素供給量も40Nm3/Hrに増やした。運転はなんら問題なく順調に継続された。流動層容器の流動層の圧力は約80〜100mbarに維持され、温度プロファイルは流動層の底部と頂部の温度巾がわずか10℃であった。
CFB温度:底部952℃、頂部940℃
流動化ガス流量:350Nm3/Hr(N2)および40Nm3/Hr
CFB圧力損失:80〜100mbar
酸素流量:112Nm3/Hr
遮断用N2ガス流量:30Nm3/Hr
石炭供給量:430kg/Hr
鉄鉱石供給量:20kg/Hr
流動層排出量:125kg/Hr
サイクロン3排出量:15kg/Hr
概要
鉄鉱石供給量は、2003年12月11日12時に40kg/Hrまで増やし、その供給量で2003年12月12日午前6時まで運転した。一方、水素供給量は40Nm3/Hrのまま維持し、石炭供給量は約360〜420kg/Hrであった。運転はなんら問題なく順調に継続され、鉄生成排出物は高度に金属化していた。ダストの生成も少なく、最終サイクロン(すなわちサイクロン3)からの排出物の全排出物中の比率は10%未満であった。流動層容器の流動層の圧力損失は約90〜135mbarに維持され、温度プロファイルは流動層の底部と頂部の温度巾が10℃以下であった。
生成物の外観は、なんら付着物あるいはアグロメレートの兆候もなく、継続して良好であった。
CFB温度:底部953℃、頂部941℃
流動化ガス流量:370Nm3/Hr(N2)および40Nm3/Hr(H2)
CFB圧力損失:98〜130mbar
酸素流量:113Nm3/Hr
遮断用N2ガス流量:30Nm3/Hr
石炭供給量:426kg/Hr
鉄鉱石供給量:40kg/Hr
流動層排出量:190〜210kg/Hr
サイクロン3排出量:15〜20kg/Hr
2003年12月12日、ランスを700mm流動層容器から取り出し、検査を行った。
2003年12月13日6時〜2003年12月13日12時:鉄鉱石110kg/Hr
概要
鉄鉱石の供給量は段階的に増やし、2003年12月13日午前6時25分に110kg/Hrとして2003年12月13日12時までこの供給量で運転した。一方、水素ガスの供給量も段階的に110Nm3/Hrまで増やして2時間以上運転した。石炭の供給量は約360〜400kg/Hrであった。運転はなんら問題なく順調に継続され、鉄生成排出物は最高78%まで金属化していた。ダストの生成も少なく、最終サイクロン(すなわちサイクロン3)からの排出物の全排出物中の比率は10%未満であった。流動層容器の流動層の圧力損失は約90〜135mbarに維持され、温度プロファイルは流動層の底部と頂部の温度巾が5℃未満であった。
生成物の外観は、なんら付着物あるいはアグロメレートの兆候もなく、継続して良好であった。
CFB温度:底部953℃、頂部951℃
CFB流動化ガス流量:860℃にて10Nm3/Hr(N2)、740℃にて110Nm3/Hr(N2)、680℃にて180Nm3/Hr(N2)、および860℃にて110Nm3/Hr(H2)
CFB圧力損失:80〜100mbar
酸素流量:110Nm3/Hr
遮断用N2ガス流量:30〜40Nm3/Hr
石炭供給量:360〜400kg/Hr
鉄鉱石供給量:110kg/Hr
流動層排出量:162kg/Hr
サイクロン3排出量:16kg/Hr
概要
2003年12月13日17時から2003年12月16日12時までのこの運転の第1期間においては、鉄鉱石供給量おおよそ120kg/Hrにて運転を行った。これには外乱によって供給を停止した期間が含まれる。最終期間は鉄鉱石供給量おおよそ230kg/Hrで運転した。
生成物の外観は、なんら付着物あるいはアグロメレートの兆候もなく、継続して良好であった。
CFB温度:底部947℃、頂部960℃
FBガスヒータ温度:メインヒータ740℃および615℃
CFB流動化ガス流量:840℃にて20Nm3/Hr(N2)、740℃にて100 20Nm3/Hr(N2)、615℃にて185 20Nm3/Hr(N2)、および840℃にて140Nm3/Hr(H2)
CFB圧力損失:83〜96mbar
酸素流量:113Nm3/Hr
遮断用N2ガス流量:30〜40Nm3/Hr
石炭供給量:380kg/Hr
鉄鉱石供給量:200kg/Hr
流動層排出量:227〜286kg/Hr
サイクロン3排出量:18〜24kg/Hr
2003年12月16日、ランスを700mm流動層容器から取り出し、検査を行った。手短に言えばランスはかなり清浄であった。水冷パイプには薄い被覆物があったが、ノズルチップは比較的清浄であった。堆積物の性状(フレーク状で薄い)から、堆積物が運転上問題となることは無いであろうと思われた。
この流動層の原材料として用いられたBrockman鉱石の試料の分析によると、45ミクロン未満の細粒の含有量はおよそ10.6%であった。これくらいの粒子量は、サイクロン3からの排出物または濃縮汚泥として発生することが予測された。Brockman鉱石の砕けやすさのため、処理過程で追加の細粒が生成されることが予測された。そのため、サイクロン3を経てシステムから排出される鉄粒子量の割合は10.6%を超えるものと予測された。
Claims (40)
- 流動層を収容する流動層容器と、該流動層容器中で流動層を形成するため流動層容器に導入される金属含有材、固体炭素質材料、酸素含有ガスおよび流動化ガスを供給する手段とを含み、前記流動層内で金属含有材を還元する装置において、前記酸素含有ガス供給手段は、前記流動層容器内に垂直±40°の範囲内の下方流を噴射するよう配置された出口を有するランスチップを有する少なくとも1つの酸素含有ガス噴射ランスを含むことを特徴とする流動層内で金属含有材を還元する装置。
- 請求項1に記載の装置において、前記ランスチップは、前記流動層容器内に垂直±15°の範囲内の下方流を噴射するよう配置されることを特徴とする装置。
- 請求項1または2に記載の装置において、前記ランスチップは下方に向けられていることを特徴とする装置。
- 前記請求項のいずれかに記載の装置において、前記酸素含有ガス噴射ランスは水冷されていることを特徴とする装置。
- 請求項4に記載の装置において、少なくとも前記ランスチップは外部水冷ジャケットを含むことを特徴とする装置。
- 前記請求項のいずれかに記載の装置において、前記酸素含有ガス噴射ランスは酸素含有ガス用中央パイプを含むことを特徴とする装置。
- 前記請求項のいずれかに記載の装置において、前記ランスチップは、前記中央パイプの外側にシュラウドガス噴射用通路を含むことを特徴とする装置。
- 請求項7に記載の装置において、前記シュラウドガス噴射用通路の断面は環状であることを特徴とする装置。
- 請求項8に記載の装置において、前記環状は中央パイプと外側水冷ジャケットの間に位置することを特徴とする装置。
- 前記請求項のいずれかに記載の装置において、前記中央パイプの下端は、前記外側水冷ジャケットの下端と比較して奥まった位置にあることを特徴とする装置。
- 請求項5から9までのいずれかに記載の装置において、前記中央パイプは、そのパイプ内面からパイプ外面に延びる面取り部を有することを特徴とする装置。
- 前記請求項のいずれかに記載の装置において、前記ランスは、前記ランスチップが前記流動層容器の側壁から離れた前記流動層容器の中央領域内に位置するように配置されることを特徴とする装置。
- 前記請求項のいずれかに記載の装置において、前記ランスは前記流動層容器の頂壁を貫通して下方へ延びることを特徴とする装置。
- 請求項13に記載の装置において、前記ランスは前記流動層容器の頂壁を貫通して垂直に下方へ延びることを特徴とする装置。
- 請求項1から12までのいずれかに記載の装置において、前記ランスは、前記流動層容器の側壁を貫通し、次いで下方へ延びることを特徴とする装置。
- 請求項1から12までのいずれかに記載の装置において、前記ランスは、前記流動層容器の側壁を水平に貫通し、次いで下方へ延びることを特徴とする装置。
- 金属含有材、固体炭素質材料、酸素含有ガスおよび流動化ガスを流動層へ供給して流動層容器中の該流動層を維持することと、流動層容器中で金属含有材を少なくとも部分的に還元することと、該流動層容器からの少なくとも部分的に還元された金属含有材および排ガス流分離物を含む生成物流を排出することとを含み、流動層容器中の流動層内で金属含有材を還元する工程において、1つまたは複数のランスによって酸素含有ガスを前記流動層容器内に垂直±40°の範囲内の下方流として噴射することを特徴とする流動層内で金属含有材を還元する工程。
- 請求項17に記載の工程において、該工程は、流動層容器の側壁の内側に位置する下方を向けられたランスチップを有するランスによる酸素含有ガスの前記流動層容器の中央領域への噴射を含むことを特徴とする工程。
- 請求項18に記載の工程において、該工程はランスチップを水冷することを含むことを特徴とする工程。
- 請求項17から19までのいずれかに記載の工程において、該工程は、前記ランスチップの領域内に実質的に固形物フリーな区域を形成するに十分な速度で酸素含有ガスを噴射することを含むことを特徴とする工程。
- 請求項20に記載の工程において、50〜300m/Sの範囲の速度で酸素含有ガスを噴射することを特徴とする工程。
- 請求項17から21までのいずれかに記載の工程において、該工程は、窒素および/または水蒸気および/または他の適切なシュラウドガスを噴射し、ランスチップ下端をシュラウドすることを含むことを特徴とする工程。
- 請求項22に記載の工程において、酸素含有ガスの速度の少なくとも60%の速度でシュラウドガスを前記流動層容器内に噴射することを特徴とする工程。
- 請求項17から23までのいずれかに記載の工程において、金属含有材、固体炭素質材料、酸素含有ガス、および流動化ガを流動層へ供給し、(a)酸素含有ガスの下方流、(b)前記酸素含有ガスの下方流と対向する固形物および流動化ガスの上昇流、および(c)該固形物および流動化ガスの上昇流の外側を通る固形物の下方流、によって流動層を維持することを特徴とする工程。
- 請求項17から24までのいずれかに記載の工程において、6mm未満の細粒鉄鉱石を還元することを特徴とする工程。
- 請求項17から25までのいずれかに記載の工程において、前記細粒の平均粒子径は0.1mmから0.8mmまでの範囲内にあることを特徴とする工程。
- 請求項17から26までのいずれかに記載の工程において、少なくとも部分的に還元された金属含有材を含む生成物流を流動層容器の下部から排出することを特徴とする工程。
- 請求項17から27までのいずれかに記載の工程であって、前記生成物流に他の固形物をも含む工程において、少なくとも他の固形物の一部を前記生成物流から分離し、該分離した固形物を前記流動層容器に戻すことを特徴とする工程。
- 請求項17から28までのいずれかに記載の工程において、同伴固形物を前記排ガス流から分離することを特徴とする工程。
- 請求項17から29までのいずれかに記載の工程において、循環流動層を維持し、同伴固形物を前記流動層容器下部に戻すことを特徴とする工程。
- 請求項17から30までのいずれかに記載の工程において、金属含有材を前記流動層容器からの排ガスにより予熱することを特徴とする工程。
- 請求項17から31までのいずれかに記載の工程において、前記予熱段階を終えた排ガスを処理し、少なくとも処理された前記ガスの一部を流動化ガスとして流動層容器に戻すことを特徴とする工程。
- 請求項17から32までのいずれかに記載の工程において、前記排ガス処理は、(a)固形物除去、(b)冷却、(c)H2O除去、(d)CO2除去、(e)圧縮、および(f)再加熱、のうち少なくとも1つを含むことを特徴とする工程。
- 請求項17から33までのいずれかに記載の工程において、前記排ガス処理は流動層容器へ固形物を返還すること含むことを特徴とする工程。
- 請求項17から34までのいずれかに記載の工程において、該工程は、単一流動層容器中の単一段工程として実施されることを特徴とする工程。
- 請求項17から35までのいずれかに記載の工程において、該工程は、2つ以上の流動層容器中の多段工程として実施されることを特徴とする工程。
- 請求項36に記載の工程において、前記多段工程は、第1の流動層容器内の流動層における固体炭素質材料と酸素含有ガスとの反応によって熱を発生させ、第1の流動層からの高温排ガスおよび同伴固形物の流れによって第2の流動層に一部供給された熱で金属含有物質を第2の流動層容器内の流動層において還元する第1の段階を含むことを特徴とする工程。
- 請求項36または37に記載の工程において、酸素含有ガスは、第2の流動層容器にも供給されることを特徴とする工程。
- 請求項38に記載の工程において、第2の流動層容器に供給される酸素含有ガスの導入は、還元された微小鉱石粒子が他の供給材粒子と凝塊形成して、より大きな還元された鉱石粒子を作る望ましいアグロメレーションが起こるような調節された条件下で行われることを特徴とする工程。
- 請求項17から39までのいずれかに記載の工程において、前記酸素含有ガスは、少なくとも90容積%の酸素を含むことを特徴とする工程。
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