JP2011020058A

JP2011020058A - 副生ガスの処理方法

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Publication number: JP2011020058A
Application number: JP2009167697A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Shinohara; 秀徳篠原
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2009-07-16
Filing date: 2009-07-16
Publication date: 2011-02-03
Anticipated expiration: 2029-07-16
Also published as: JP5531477B2

Abstract

【課題】他の燃料ガスを混合することなく、容易に副生ガスの発熱量を増大させる副生ガスの処理方法を提供する。
【解決手段】製銑及び／又は製鋼段階にて副次的に発生する副生ガスを、水酸化カルシウム水溶液中でバブリングし、水酸化カルシウムと副生ガス中の二酸化炭素を反応させ、該副生ガス中から二酸化炭素を除去し、可燃成分比率を上昇させることにより、該副生ガスの単位体積当りの発熱量を大きくする副生ガスの処理方法である。
【選択図】図１

Description

この発明は、製銑や製鋼段階にて副次的に発生する副生ガスの有効利用を図るために、該副生ガスの発熱量を増大させる方法に関するものである。

製鉄所では、コークス炉、高炉、転炉等の操業の際に、これらの設備より副生ガスと呼ばれる副産物のガスが発生する。このガスには、水素、一酸化炭素又はメタン等といった燃料として利用可能な可燃成分のほかに、不燃成分である窒素、二酸化炭素を含有しており、燃焼により発生する熱を利用する発電所、加熱炉などの設備にて利用されている。しかし、一般的な燃料ガスに比べ、副生ガスの発熱量は小さい。

そこで、発熱量の小さい副生ガスを利用する方法としては、特許文献１に記載されているように、副生ガスよりも発熱量が大きいような燃料ガスを、副生ガスに混合して、所定の発熱量を確保する手法が開示されている。

特開２００４−２７９７５号公報

しかし、特許文献１の手法は、所定の発熱量を確保するにいたるまでに、高価な解析装置を使用して副生ガスの組成を解析し、その解析結果に基づき、副生ガスよりも発熱量の大きなガス燃料を所定量混合させるという、費用、時間及び労力を要する手法である。そのことから、副生ガスの発熱量を容易に増大させる手法が希求されている。

したがって、この発明は、上記した問題点を解決することを課題とするものであり、その目的は、簡便な処理方法により、副生ガスの発熱量を増大させる副生ガスの処理方法を提供することにある。

前記の目的を達成するため、この発明は、製銑及び／又は製鋼段階にて副次的に発生する副生ガスを、水酸化カルシウム水溶液中でバブリングし、水酸化カルシウムと副生ガス中の二酸化炭素を反応させ、副生ガス中から二酸化炭素を除去し、可燃成分比率を上昇させることにより、副生ガスの単位体積当りの発熱量を大きくすることを特徴とする副生ガスの処理方法である。

また、副生ガスのバブリングは、４〜２００ｋＰａのガス圧にて行なうことが好ましい。

更に、バブリング後の水酸化カルシウム水溶液を、大気圧条件下まで減圧し、かかる水溶液中に残留する副生ガスを気化させて回収することが好ましい。

更にまた、水酸化カルシウム水溶液中の水酸化カルシウムと、副生ガス中の二酸化炭素との反応産物である炭酸カルシウムを回収することが好ましい。

この発明によれば、副生ガスの処理方法の適正化を図ることにより、他の燃料ガスを混合することなく、かつ、容易に副生ガスの発熱量を増大させる方法を提供することが可能となる。

この発明に従う副生ガスの処理工程を示した図である。

以下、図面を参照しつつ、この発明の実施の形態を説明する。図１は、この発明に従う代表的な副生ガスの処理工程を示した図である。製鉄所にて発生する副生ガスは、製銑及び／又は製鋼段階にて副次的に発生するコークス炉ガス、転炉ガス、高炉ガスからなり、それらは所定量の混合比率で混合されたあと、あるいは混合されること無く単独で、副生ガスラインにより製鉄所内に送り込まれる。副生ガスラインを通して製鉄所内に送り込まれた副生ガスは、それに含まれる粉塵を取り除くためにダスト除去フィルター処理が施される。次いで、副生ガスは、水酸化カルシウム水溶液（Ca(OH)₂aq）が充填されたガスバブリング槽内に送り込まれ、所定のガス圧にてバブリングされる。なお、高炉ガス等は、予め加圧された状態となっていることから、昇圧する工程を経ることなく、バブリングに供することができる。そうすると、副生ガス中の二酸化炭素（CO₂）が水酸化カルシウム水溶液中の水酸化カルシウムと反応して、水溶液中にて炭酸カルシウム粒子（CaCo₃）が形成され、副生ガス中の二酸化炭素濃度が低下することとなる。その結果、副生ガス中の不燃成分に対する可燃成分の比率が上昇し、副生ガスの単位体積当りの発熱量が大きくなる。可燃成分比率が上昇した副生ガスは、ガス圧を上げる昇圧用誘引通風機（ＩＤＦ）により昇圧した後に、ガスクロマトグラフィーによる成分分析と圧力計による圧力測定に処され、その結果に応じて発熱量の調整を目的として開閉弁により圧力制御される。そして、最終的に、開閉弁を介して所定のガス圧にて燃焼炉に送り込まれ、燃焼に供されることとなる。

また、以下に記載の方法により、副生ガスの発熱量を更に増大させることも可能である。ガスクロマトグラフィーによる成分分析の結果、バブリングにより副生ガス中の二酸化炭素が充分に除去されておらず、所望の発熱量に達していないと判断した場合に、燃焼炉へ繋がる開閉弁を閉じ、副生ガスバブリング槽に繋がる開閉弁を開放する。そうすることにより、副生ガスを再度、二酸化炭素除去のための副生ガスバブリング槽に送り、副生ガス中の二酸化炭素を更に取り除くことにより、副生ガスの発熱量を更に増大させることが可能となる。

更に、副生ガスをバブリングした後の、炭酸カルシウムを含む水酸化カルシウム水溶液は、減圧弁により大気圧まで減圧された状態で沈降分離槽に送り込まれる。バブリング後の炭酸カルシウムを含む水酸化カルシウム水溶液を大気圧まで減圧すると、かかる溶液中に溶解・残留していた副生ガスが気化する。気化した副生ガスは、昇圧用ＩＤＦにより昇圧された後に、上述のガスバブリング槽から直接送られた副生ガスに混合される。そして、ガスクロマトグラフィーによる成分分析と圧力計による圧力測定に処され、その結果に応じて熱量の調整を目的として圧力制御され、最終的に、燃焼炉に送り込まれて燃焼に供される。このような減圧による副生ガスの回収により、無駄の少ない副生ガスの利用が可能となる。

更に、このとき、沈降分離槽内にて、炭酸カルシウムの成分を重力により沈降分離させ、炭酸カルシウムを含む水酸化カルシウム水溶液を、水酸化カルシウムを含む水溶液の上層部分と、炭酸カルシウムが沈殿した下層部分の二層に分離させる。そして、下層部分の炭酸カルシウムの層を回収する。回収された水分を含む炭酸カルシウムの層は、過熱気により加熱され、脱水機により水分が除去される。その結果、水分を含まない固体状の炭酸カルシウムが得られる。なお、副生ガスに対しては、上記したダスト除去フィルター処理が施されていることから、固体状の炭酸カルシウムの純度が高くなる。また、上記した沈降分離槽における炭酸カルシウムの沈降分離は、重力によって行なっているが、これを、遠心分離機を用いた遠心分離により行なったり、吸着型の沈降分離材を用いた、該沈降分離材への吸着により行なったりすることも可能である。このようにして得られた炭酸カルシウムは、チョークの原料としたり、建設用のセメント骨材、パネル、タイル、ブロックなどの原料として、様々な工業分野で利用される。

上述した沈降分離した際の、上層部分の水酸化カルシウム水溶液は、消石灰（CaO）及び水（H₂O）が充填されたリサイクル槽に送られる。そして、上述した脱水機により回収された水分も、リサイクル槽に送られる。リサイクル槽内では、消石灰が水に溶解することにより、水酸化カルシウム水溶液が作られる。また、沈降分離槽から送り込まれた炭酸カルシウム水溶液が、それに追加される。かくして、リサイクル槽内にて調整された水酸化カルシウム水溶液は、加圧用ポンプを用いて副生ガスバブリング槽に送られ、上述した副生ガス中の二酸化炭素の除去する処理工程に供されることとなる。このように複数の処理工程を介することにより、副生ガスの発熱量を増大させつつも、炭酸カルシウムを生産し、かつ、その過程で生成される水及び水酸化カルシウム水溶液を再利用することが可能となることから、この発明の処理方法は、全体として無駄の少ない循環型の処理システムを構成している。

また、副生ガスのバブリングを４〜２００ｋＰａのガス圧にて行なうことが好ましい。なぜなら、バブリングの際のガス圧が４ｋＰａ未満の場合には、副生ガスバブリング槽内にて、副生ガス中の二酸化炭素と、水酸化カルシウム水溶液とが充分に混合されずに、副生ガス中の二酸化炭素が充分に除去されないことから、副生ガスの発熱量が充分に増大しない可能性があるからである。また、副生ガス中の二酸化炭素と水酸化カルシウム水溶液とは、２００ｋＰａのガス圧にて充分に混合されることから、２００ｋＰａを超えるガス圧とする必要がそもそも無い。なお、高炉ガス等は、そもそも高圧ガスであることから、昇圧することなくバブリングに供することが出来る点において、有利である。

なお、上述したところはこの発明の実施形態の一部を示したに過ぎず、この発明の趣旨を逸脱しない限り、これらの構成を交互に組み合わせたり、種々の変更を加えたりすることができる。

次に、何ら処理を施していない副生ガスである高炉ガス（従来例）と、この発明に従う処理を施した副生ガスである高炉ガス（発明例）を夫々準備し、評価に供したので、以下に説明する。

何ら処理を施していない従来例の副生ガス（高炉ガス）は、ガス圧が180ｋPaの、窒素（N₂）：54％、一酸化炭素（CO）：22％、二酸化炭素（CO₂）：22％を含んだ組成のガスであり、その単位体積あたりの発熱量は、719kcal/Nm³である。一方、発明例は、従来例の副生ガスに対し、図１に示し、上述してきたこの発明に従う処理工程を施した副生ガスである。発明例の副生ガスは、窒素（N₂）：63.5％、一酸化炭素（CO）：25.9％、二酸化炭素（CO₂）：25.9％を含んだ組成を有し、その単位体積あたりの発熱量は、846kcal/Nm³であり、従来例のそれよりも、17.6％増大していた。

また、発明例の副生ガスの処理工程にて、上述したような沈降分離槽を用いた処理と、その後の処理により、炭酸カルシウムが得られる。得られた炭酸カルシウムは、１ｍ³当たり、0.29ｇであった。

以上のことから明らかなように、この発明により、他の燃料ガスと混合することなく、容易に副生ガスの発熱量を増大させる処理方法を提供することが可能となった。

Claims

製銑及び／又は製鋼段階にて副次的に発生する副生ガスを、水酸化カルシウム水溶液中でバブリングし、水酸化カルシウムと副生ガス中の二酸化炭素を反応させ、該副生ガス中から二酸化炭素を除去し、可燃成分比率を上昇させることにより、該副生ガスの単位体積当りの発熱量を大きくすることを特徴とする副生ガスの処理方法。
前記副生ガスのバブリングは、４〜２００ｋＰａのガス圧にて行なう、請求項１に記載の副生ガスの処理方法。
前記バブリング後の水酸化カルシウム水溶液を、大気圧条件下まで減圧し、該水溶液中に残留する副生ガスを気化させて回収する、請求項１又は２に記載の副生ガスの処理方法。
前記水酸化カルシウム水溶液中の水酸化カルシウムと、副生ガス中の二酸化炭素との反応産物である炭酸カルシウムを回収する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の副生ガスの処理方法。