JP2012520939A - 高炉ガスを再循環させる方法、および関連装置 - Google Patents

Abstract

本発明は主に、ＣＯ富化ガスを生成するように、高炉からのガスの少なくとも一部がＣＯ_２浄化ステップを受ける、高炉からのガスを再循環させるプロセスに関し、ガスはその後、上部注入ラインを通じて、高炉の基部の上方に位置する第一上部注入ポイントにおいて７００℃から１０００℃の温度で、ならびに底部注入ラインを通じて高炉の基部の第二底部注入ポイントにおいて１０００℃から１３００℃の温度で再注入され、底部および上部注入ラインからのガスは、１０００℃から１３００℃の間の温度でガスが排出されるヒータを用いて加熱される。本発明の方法は基本的に、結果的に第一上部注入ポイント（２０）において７００℃から１０００℃の間の温度となるように、浄化ステップから排出されるＣＯ富化ガス（１８）の一部が低温ガス注入ライン（３５）を通じて上部注入ライン（２１）内に直接導入されること、ならびに底部（２２）および上部（２０）注入ポイントを通るガスフローがヒータシステム（３０、３３、４５）より上流で制御されることを特徴とする。本発明はまた、上述の方法を実行する装置にも関する。

Description

本発明は、高炉内に再注入されるＣＯ豊富なガスを形成するように、高炉から生じるガスの少なくとも一部がＣＯ_２浄化ステップを受ける、高炉ガスを再循環するプロセスに関する。本発明はまた、このプロセスを実行する装置にも関する。

高炉は気液固系向流化学反応炉であり、その主要目的は、後にその炭素含有量を減少させることによって鋼に変換される、鋳鉄の製造である。

高炉には、その上部に、主に焼結物、ペレット、鉄鉱石、およびコークスなどの、固体材料が供給される。鋳鉄およびスラグからなる液体が、炉床の下部から排出される。

鉄含有装入物（焼結物、ペレット、鉄鉱石）の鋳鉄への変換は、従来は（特にＣＯ、Ｈ_２、およびＮ_２を含有する）還元ガスによって酸化鉄を還元することによって実行され、これは、熱風と称される、１０００℃から１３００℃の間の温度まで予備加熱された空気が注入される、高炉の底部に位置する羽口でのコークスの燃焼によって形成される。

生産性を高めて費用を削減するために、熱風を補強する酸素と組み合わせて、粉砕形状の石炭、燃料油、天然ガス、またはその他の燃料など、補助燃料も、羽口から注入される。

スロートガスと呼ばれる、高炉の上部で回収されるガスは主に、それぞれ約２２％、２２％、３％、および５３％の割合のＣＯ、ＣＯ_２、Ｈ_２、およびＮ_２からなる。これらのガスは通常、プラントの別の部分で燃料として使用される。したがって高炉は、ＣＯ_２の大きな発生源である。

前世紀初頭からの大気中のＣＯ_２濃度の著しい増加を考慮すると、これが大量に発生するところ、したがって特に高炉におけるＣＯ_２の排出量を削減することは、不可欠である。

この目的のため、この５０年の間、高炉内の還元剤の消費は半減しており、現在では、従来型構成の高炉においては、炭素の消費量は、熱力学の法則による下限に到達した。

ＣＯ_２排出量をさらに削減する知られている方法の１つは、ＣＯ_２から浄化されてＣＯが豊富なスロートガスを高炉内に再導入することである。ＣＯ豊富なガスの還元剤としての使用はこのように、コークスの消費量およびこのためＣＯ_２排出量を減少させることを可能にする。

１つの好適な構成において、２つの高さでＣＯが再導入され、一方では約１２００℃、より広くは１０００℃から１３００℃の間の温度の羽口の高さ、他方では約９００℃、より広くは１０００℃から１３００℃の間の温度で、高炉の胴部スタック角付近の、胴部の高さである。この知られているシステムは、図１を参照して記載される。

高炉１には、コークス、焼結物、ペレット、および鉄鉱石２が、ライン３を通じてポイント４から供給される。鋳鉄およびスラグ５は、ライン７を通じて炉床の高さのポイント６で回収される。酸素および石炭および／またはその他の補助還元剤８は、ライン１０を通じて羽口の高さのポイント９で導入される。

スロートガスは、ライン１２によって、高炉の上部のポイント１１で回収される。これらのスロートガスの一部１３は、パイプ１４を通じて現場の別の装置内に移送される。スロートガスの別の部分は、パイプ１５によって高炉内に向けて再循環される。

再循環されるように意図されたスロートガスのこの部分は、ＣＯ_２浄化装置によって、そのＣＯ_２の大部分が除去される。この浄化装置１６は、たとえば、アミン溶液を使用する物理化学的吸収プロセス、または圧力スイング吸着（ＰＳＡ）プロセスまたは真空圧力スイング吸着（ＶＰＳＡ）プロセスから構成されてもよく、これらのプロセスは、下層土壌内に貯蔵（したがってこれは地質学的貯蔵を指す）されるか、あるいは食品産業などの特定用途または抽出の最終段階で沈殿物からの炭化水素の強制回収で使用される用意ができている、純粋なＣＯ_２１７を生成するように意図された、追加低温貯蔵ステップと、場合により組み合わせられたり組み合わせられなかったりする。

ＣＯ富化ガス１８はその後、一般に「カウパー」と称される熱交換器２４において加熱され、その後上部注入ライン２１からポイント２０において７００℃から１０００℃の間の温度で、および底部注入ライン２３からポイント２２において１０００℃から１３００℃の間の温度で、高炉１に導入される。

上部注入ライン２１に必要とされるＣＯ富化ガスの具体的なフローは、鋳鉄１トン当たり３００から６００Ｎｍ^３の間であり、底部注入ライン２３では、これは鋳鉄１トン当たり２００から５００Ｎｍ^３の間である。

この構成の難点は、これらのフローの制御にある。実際、底部注入ライン２３および上部注入ライン２１を循環するＣＯ富化ガスは、上部注入ラインでは７００℃を超え、底部注入ラインでは１０００℃を超える温度であり、したがって、従来型制御弁はこのような温度に耐えられないので、特に還元ガスを循環させるラインにおいては、従来型制御弁を使用することは不可能である。

本発明は、特に熱交換器のうちの１つが稼働していない場合に装置の安全性を確保しながら、必要とされる温度およびフローで、底部および上部注入ラインから高炉内にＣＯ富化ガスを導入することを可能にするプロセスおよび関連装置を提案することによって、この問題を克服することを可能にする。

この目的のため、本発明の主題は、上部注入ラインを通じて７００℃から１０００℃の間の温度で高炉の基部の上方に位置する第一上部注入ポイントから、および底部注入ラインを通じて１０００℃から１３００℃の間の温度で高炉の基部にある第二底部注入ポイントから再注入される、ＣＯ富化ガスを生成するように、高炉から生じるガスの少なくとも一部がＣＯ_２浄化ステップを受け、ここで底部および上部注入ラインからのガスは、１０００℃から１３００℃の間の温度でガスが発生するヒーターによって加熱される、高炉ガスを再循環するプロセスである。このプロセスは、浄化ステップを出るＣＯ富化ガスの一部が、第一上部注入ポイントにおいて７００℃から１０００℃の間の温度を獲得するために、低温ガス注入ライン（３５）を通じて上部注入ライン内に直接導入されること、ならびに底部および上部注入ポイントを通るガスフローがヒーターのシステムの上流で制御されることを特徴とする。

本発明のプロセスはまた、個別にまたは組み合わせて使用され得る、以下の随意的な特徴を備えてもよい：
上部注入ラインでの温度が測定され、この上部注入ライン内に導入される低温ガスのフローが、先に測定された温度にしたがって調整される、
上部および底部注入ラインのガスが２つの独立したヒーターシステムによって加熱され、ガスフローが測定されて、底部および上部注入ポイントのそれぞれでのガスフローを評価できるようにし、第一および第二ヒーターシステム内にそれぞれ導入されるガスフローが、先に評価されたガスフローに応じて調整される、
低温ガス注入ラインの手前でＣＯ_２浄化ガスを移送するための主要ラインを循環するガスフロー、および底部注入ラインのヒーターシステムへの流入口におけるガスフローが測定され、底部および上部注入ポイントのそれぞれにおいて目標ガスフローを獲得するために、第一および第二ヒーターシステム内にそれぞれ導入されるガスフローが調整される、
第一および第二ヒーターシステム内に導入されるガスフローが、一方ではこの主要ラインのガスフローに、またはガスが内部に流入するＣＯ_２浄化装置１６の上流に位置する圧縮機に、あるいはＣＯ_２浄化装置に随意的に組み込まれる膨張タービンに直接作用することで、低温ガス注入ラインの手前でＣＯ_２浄化ガスを移送するための主要ライン内のガスフローを調整することによって、他方では底部注入ラインのヒーターシステムへの流入口でガスフローを調整することによって、制御される、
上部および底部注入ラインのガスが２つの独立するヒーターシステムによって加熱される構成から、上部および底部注入ラインのガスが単一のヒーターシステムによって加熱される構成へのスイッチが存在する、
単一のヒーターシステムを備える構成において、低温ガス注入ラインの手前でＣＯ_２浄化ガス（１８）を移送するための主要ライン内を循環するガスフローが測定され、単一のヒーターシステム内に導入されるガスフローが調整される、
この構成において、底部および上部注入ラインの一方または他方または両方を循環するガスフローが、底部および／または上部注入ポイントを通るガスフローを評価するように測定され、底部および上部注入ラインの一方または他方または両方からのガスが、実質的に均一に、底部および／または上部注入ポイントのガスフローに作用するように、特異圧力低下装置のシステム内に流入する、
高炉の底部にある注入ポイントにおける底部注入ラインのガスの温度は約１２００℃であり、高炉の胴部スタック角付近の注入ポイントにおける上部注入ラインの温度は約９００℃である。

本発明はまた、高炉ガスを再循環する装置であって：
ＣＯ富化ガスを生成するように、高炉から生じるガスの少なくとも一部が流入する、ＣＯ_２浄化装置と、
浄化装置から生じるＣＯ富化ガスがそれを通じて７００℃から１０００℃の間の温度で高炉の底部の上方の第一上部注入ポイントに注入される、上部注入ラインと、
浄化装置から生じるＣＯ富化ガスがそれを通じて１０００℃から１３００℃の間の温度で高炉の底部内へ第二底部注入ポイントにおいて注入される、底部注入ラインと、
上部および底部注入ラインのガスをそれぞれ加熱することを可能にする、２つのヒーターシステムと、
高炉の上部注入ポイントにおいて７００℃から１０００℃の間の温度を得るために、浄化装置を出るＣＯ富化ガスの一部がそれを通じて低温ガス注入ポイントにおいて上部注入ライン内に導入される、上部注入ラインに低温ガスを供給するためのラインと、
ヒーターシステムの上流に位置する、底部および上部注入ポイントのそれぞれにおいてガスフローを制御するためのシステムと、を含む装置に関する。

本発明の装置は、個別にまたは組み合わせて使用され得る、以下の随意的な特徴を備えてもよい：
装置が、
上部注入ライン内のガスの温度を測定するための少なくとも１つのシステムと、
この上部注入ラインのガスの温度に応じて上部注入ライン内に注入される低温ガスフローを調整できるようにする少なくとも１つのシステムと、を含む、
底部および上部注入ポイントのそれぞれにおいてガスフローを制御するためのシステムが、
底部および上部注入ポイントで底部および上部注入ラインのガスフローを評価できるようにする、少なくとも１つのガスフロー測定システムと、
底部および上部注入ラインで評価されたガスフローにしたがってヒーターシステムの各々への流入口においてガスフローを調整できるようにするシステムと、を含む、
装置が、
低温ガス注入ラインの手前でＣＯ_２浄化ガスを移送するための主要ラインのガスフローを測定するためのシステムと、
底部注入ラインのヒーターシステムへの流入口においてガスフローを測定するためのシステムと、
低温ガス注入ラインの手前でＣＯ_２浄化ガスを移送するための主要ラインのガスフローを調整できるようにするシステムと、
底部注入ラインのヒーターシステムへの流入口においてガスフローを調整できるようにするシステムと、を含む、
低温ガス注入ラインの手前でＣＯ_２浄化ガスを移送するための主要ラインのガスフローを調整できるようにするシステムが、制御弁、または内部をガスが流れるＣＯ_２浄化装置の上流に位置する圧縮機、もしくはＣＯ_２浄化装置に随意的に組み込まれた膨張タービンである、
ヒーターシステムが、各々がガス加熱システムおよび蓄熱システムを含む熱交換器であって、ヒーターシステムから生じるガスの温度を１０００℃から１３００℃の間の温度で比較的安定状態で維持するように、これら熱交換器の各々が、蓄熱機能からガス加熱機能へ、およびその反対に、切り替えることができる、
装置が、上部および底部注入ラインのガスが２つの独立したヒーターシステムによって加熱される構成から、上部および底部注入ラインのガスが単一のヒーターシステムによって加熱される構成に変化できるようにする、切り替え要素を含む、
切り替え要素が、第一および第二ヒーターシステム内にガスを導入するための２つのパイプを接続することが可能な第一弁、および低温ガスを上部注入ラインに注入するポイントの手前で上部および底部注入ラインを接続することが可能な第二弁を含む、
装置が、底部および上部注入ラインの一方または他方または両方にわたって、底部および／または上部注入ポイントのガスフローに作用することを可能にする特異圧力低下装置を含む。

本発明は、以下の添付図面を参照して、以下の説明を読むことにより、より良く理解されるだろう。

すでに記載された、スロートガスを再循環させるための知られている装置を示す図である。 ３つのカウパーで形成されるヒーターシステムを示す図である。 上部および底部注入ラインのガスが２つの独立したヒーターシステムによって加熱される構成のための、本発明のプロセスおよび関連装置を示す模式図である。 たとえば熱交換器のうちの１つに問題がある場合など、上部および底部注入ラインのガスが単一のヒーターシステムによって加熱される構成に使用されるプロセスおよび装置を示す模式図である。

図１、図３、および図４からの装置の共通要素は同じ参照符号を有する。簡略性のため、補助燃料の注入ならびに鋳鉄およびスラグの回収は、図３および図４には示されないが、しかし明らかに、これらの図中に示されるプロセスに存在するステップである。

図３を参照すると、高炉１には、コークス、鉄鉱石、ペレット、および焼結物２が、ポイント４のライン３を通じて供給される。

スロートガスは、ライン１２によって、高炉の上部のポイント１１において回収される。これらのスロートガスの一部１３は、パイプ１４を通じて現場の別の装置内に移送される。別の部分は、パイプ１５によって高炉内に向けて再循環される。

再循環されるように意図されたスロートガスのこの部分は、圧縮機１９内に通されて、アミン吸着ユニット、ＶＰＳＡ、ＰＳＡ、または追加低温貯蔵ステップと組み合わせられたこれらの装置のうちの１つなどのＣＯ_２浄化装置１６によって、ＣＯ_２が除去される。図３の例において、ＣＯ_２浄化装置はＶＰＳＡ１６である。さらに、圧縮機１９はＶＰＳＡ１６に組み込まれてもよく、これは明確さのため、ＶＰＳＡから分離して示されている。ＣＯ_２１７は、必要であれば適切な処理を受けた後に、下層土壌内に貯蔵される。

ＶＰＳＡ１６から生じるＣＯ富化ガスの一部は、主要移送ライン１８に流入し、パイプ３１を通じて、約１２００℃の温度まで加熱される第一ヒーターシステム３０に送られる。第一ヒーターシステム３０から生じる高温のＣＯ富化ガスは、底部注入ライン２３によって、羽口の高さの高炉の底部内に、ポイント２２から注入される。

ＶＰＳＡ１６から生じるＣＯ富化ガスの別の部分は、パイプ３２を通じて、やはり約１２００℃の温度まで加熱される第二ヒーターシステム３３に送られる。この第二ヒーターシステムから生じる高温のＣＯ富化ガスは、注入ポイント３４でＶＰＳＡから生じるＣＯ富化ガスと混合され、低温ガス供給ライン３５によって周囲温度に近い温度となる。

後に説明される１つの動作モードによってこれら２つのガスを混合することは、約９００℃の温度のＣＯ富化ガスを得ることを可能にし、これは上部注入ライン２１によって高炉の胴部スタック角付近のポイント２０において注入される。

第一制御弁３６は、低温ガス注入ライン３５の手前でＣＯ_２浄化ガス１８を移送するための主要ライン内に位置する。この弁３６は、やはり、低温ガス注入ライン３５の手前でＣＯ_２浄化ガス１８を移送するための主要ライン内に位置するガスフロー測定システム３８に接続されている。変形例として、制御弁３６の代わりに、図３の点線で示されるように、ＶＰＳＡ１６の圧縮機１９によってＣＯ_２浄化ガス１８の主要ラインのフローを制御する可能性が、指摘される。

第二制御弁３７は、第一ヒーターシステム３０への流入口においてパイプ３１内に位置する。この弁３７は、やはりこのパイプ３１内に位置するガスフロー測定システム３９に接続されている。

本発明の装置はまた、この上部注入ラインのガスの温度に応じて上部注入ライン２１内に注入される低温がスフローを調整できるようにする、低温ガス供給ライン３５内に位置する制御弁４０も含み、これは、高炉の胴部スタック角付近で注入されるＣＯ富化ガスが約９００℃の温度で比較的安定したままでいるように、適切なシステム４１によって測定される。

ＶＰＳＡ１６の排出口および第一ヒーターシステム３０の流入口でのガスフローの測定は、弁３６および３７によって、高炉内への底部注入ポイント２２および上部注入ポイント２０においてガスフローを調整できるようにする。

ヒーターシステムの上流でのＣＯ富化ガスフローの制御、および上部注入ライン２１において注入される低温ガスの制御は、それぞれ７００℃超および１０００℃超の温度のガスが循環する上部注入ライン２１および底部注入ライン２３において制御弁を必ずしも使用することなく、高炉に注入されるＣＯ富化ガスの温度およびフローが比較的安定して制御されるシステムを得ることを可能にする。

図３の実施形態の第一ヒーターシステム３０および第二ヒーターシステム３３は、図２に示されるタイプのものである。これらのヒーターシステムの動作は、この図２を参照して説明される。

図２のヒーターシステム５０は３つの熱交換器５１、５２、５３を含み、このうちの２つは蓄熱モード５２、５３で示され、１つはガス加熱モード５１で示されている。これら熱交換器の各々は、一般的にカウパーと称される。

各カウパー５１、５２、５３は、問題の注入ラインに供給するガスを加熱する役割、および蓄熱の役割を交互に果たすことになる。

蓄熱モード５２、５３の２つのカウパーの各々において、スロートガスおよび鋳鉄ガスおよび／またはコークス工場ガスおよび／またはこれらのシステム５５を加熱するプロセスに適したその他いずれかのガスの混合物、ならびに空気５６が、燃焼シャフト５９の下部に位置するバーナ５８内に導入される。

このガス混合物の燃焼は、格子積みシャフト６０の壁を構成する耐火性格子レンガを加熱し、燃焼排ガス６１は、格子積みシャフト６０の底部からスタックに向けて排出される。

ガス加熱モード５１のカウパーにおいて、すぐ上に記載された原理によって予備加熱された格子積みシャフト６０の格子レンガは、ＶＰＳＡ１６（図３および図４）から生じるＣＯ富化ガスを加熱し、格子積みシャフト６０の基部にあるパイプ３１および／または３２を通じて導入される。レンガはこのＣＯ富化ガスの循環によって冷却され、これはカウパー５１から約１２００℃の温度で燃焼シャフト５９からこれが注入される高炉の領域に排出される。

レンガがもはや高温ではなくなったとき、および排出ガスの温度が１２００℃未満であるとき、カウパー５１はその蓄熱の役割に切り替わり、その一方で、これに付随して、２つのカウパー５２、５３のうちの１つ、たとえばカウパー５２が、ＣＯ富化ガスを加熱するサイクルに切り替わる。同様に、このカウパー５２がもはや十分な熱を発生しなくなったとき、ガスの加熱を提供するのは最後のカウパー５３であり、その一方でカウパー５２は再び蓄熱サイクルに入る。

３つのカウパーを備えるこの構成において、カウパーのうちの１つが停止した場合でも、システムは２つのカウパー、すなわちガスを加熱する第一のカウパーおよび加熱サイクルにある第二のカウパーで、動作を継続することができる。

一方、図３に示される第一の実施形態において、２つのヒーターシステム３０、３３の各々がそれぞれ２つのカウパー５１、５２および５３、５４のみを含むように、準備される。

この構成は、本発明の関連において有利である。実際、各々３つのカウパーを備える２つのヒーターシステムを含むプラントは、非常に高価になる。しかしながら、底部注入ポイント２２および上部注入ポイント２０においてガスフローを制御できるようにするためには、２つの独立したヒーターシステムを動作することが必要である。

各々が２つのカウパーを含む２つのヒーターシステムを有するシステムが選択されたのは、このためである。

しかしながら、このシステムによれば、カウパーのうちの１つが稼働していない場合、カウパーが故障しているヒーターシステムは１つのカウパーだけでは動作することができないので、システム全体が中断されなければならない。

本発明が、図３においてそれぞれ２つのカウパーを有する２つのヒーターシステムで動作するシステムから、図４に示されるように３つのカウパーを有する単一のヒーターシステムを備えるシステムに切り替えることが可能な手段を提供するのはこのためであり、こうして再循環高炉の完全停止を回避する。

４つのカウパーを備える構成から３つのカウパーを備える構成に切り替えるため、弁７０は、ＣＯ_２浄化装置１６から生じるＣＯ富化ガス１８が内部を循環するパイプ３２および３１を第一ヒーターシステム３０および第二ヒーターシステム３３に接続する。この弁７０は閉鎖位置に保持され、その一方で図３の４つのカウパーを備えるシステムは動作している。システムが、図４に示されるように３つのカウパーで動作するように切り替えられなければならない場合、これは開放するよう命令され、ヒーターシステム４５まで、その中でＶＰＳＡ１６から生じるＣＯ富化ガス１８が循環する、単一のパイプ４３（図４）を形成する。

さらに、弁７１は、それを通じて低温ガス１８が上部注入ライン２１内に注入される混合ポイント３４の手前に位置する高さで、上部注入ライン２１および底部注入ライン２３を接続する。この弁７１を開くことによって、およびもはや動作していないカウパーの流入口および流出口を固定することによって、上部注入ライン２１および底部注入ライン２３を循環するガスは、図４に示される構成によって３つのカウパーを有する単一のヒーターシステム４５によって、すべて加熱される。

同図に示される例において、閉鎖しているのはカウパー５２であり、このためヒーターシステム４５は、他の３つのカウパー５１、５３、および５４を用いて動作する。

３つのカウパー５１、５３、５４を含む１つのヒーターシステム４５を備えるシステムの動作が、図４を参照して記載される。

このヒーターシステム４５の流出口において、ガスは約１２００℃の温度である。このガスの一部は、底部注入ライン２３によって、羽口と同じ高さの高炉の底部内に、ポイント２２から注入される。その他の部分は、低温ガス供給ライン３５によって、周囲温度に近い温度のＶＰＳＡ１６から生じるＣＯ富化ガスと、ポイント３４において混合される。低温がスフローは、同じ制御弁４０および上部注入ライン２１のガスの温度を測定するシステム４１を用いて、図３の実施形態と同様に制御される。

ヒーターシステム４５への流入フローは、そのフロー測定システム３８と組み合わせられた制御弁３６によって制御される。図３に示される制御弁３７はもはや制御の役割を果たさず、このため図４には示されていない。

図４のこの構成において、上部供給ライン２１のガスフローおよび底部供給ライン２３のガスフローを独立して制御することは、不可能である。

この不可能を克服するために、混合ポイント３４の後の上部注入ライン、および底部注入ライン２３にそれぞれ配置された、特異圧力低下装置８０、８１のシステムを使用することが可能であり、形状設計を介して、底部注入ポイント２２および上部注入ポイント２０のそれぞれにおいて高炉内へのガスフローを修正できるようにする。

さらに、図４のシステムにおいて、本発明の主題とは別の理由により、底部注入ライン２３および上部注入ライン２１の一方または他方または両方を循環するガスフローを測定する必要があるかもしれない。たとえば上部注入ライン２１における、関連装置８２によって実行されるこのタイプのフロー測定は、特に上部注入ライン２１および底部注入ライン２３のそれぞれに埋め込まれた特異圧力低下装置８０、８１のサイズ決めを可能とすることによって、２つの注入ライン２１、２３のフローの制御にも役立つかもしれない。底部注入ライン２３および上部注入ライン２１の一方または他方に位置する高温ガスフロー８２を測定するための単一の装置、そしてこれら２つのライン２１、２３各々に位置するフローを測定するための装置も、提供することが可能である。

特異圧力低下装置８０、８１のシステム、および高温がスフロー８２を測定するための装置は、図示されないものの図３に示される装置にすでに存在していたことに気がつき、これらのシステム８０、８１、８２が２つのヒーターシステムを備える構成における本発明の範囲内で動作しないことは、理解されるだろう。

いずれにせよ、本発明のプロセスおよび装置は、一方では２つの独立したヒーターシステム３０、３３を使用して、７００℃の温度を超える２つの注入レベルで循環するガスのフローおよび温度を制御すること、ならびに他方では、明らかに２つの注入ラインのガスフローがもはや独立して制御されておらず、しかしそれでもなお高炉は動作し続けることができる構成への切り替えを提供することによって、システムの安全性を確保することを可能にする。

本発明の非常に有利な一態様は、４つのカウパーを備える構成（図３）と３つのカウパーを備える構成（図４）との間の切り替えの簡便性にある。

実際、制御弁４０および３６が両方のシステムにおいて使用されており、これらが再構成される必要はない。

一変形例として、第二ヒーターシステム３３への流入口においてパイプ３２内にあるように、弁３６およびそれに関連するフロー測定３８が準備されてもよい。この場合、上部注入ライン２１および底部注入ライン２３のフローが確実に制御されるようにするため、低温ガスライン３５における追加フロー測定が提供されることになる。この構成において、単一のヒーターシステム４５を備える構成への切り替えは、いずれもヒーターシステム４５の上流において並列に使用される弁３６および３７の再構成を伴うので、より複雑である。

一変形例として、第二ヒーターシステム３３への流入口においてパイプ３２内に取り付けられるように、弁３７およびそれに関連するフロー測定３９も準備されることが可能であろう。この場合、上部注入ライン２１および底部注入ライン２３のフローが確実に制御されるようにするために、低温ガスライン３５における追加フロー測定提供されることになる。

一変形例として、上部注入ライン２１または底部注入ライン２３のいずれかに位置する特異圧力低下装置の単一システムの存在を考慮することが可能である。

高炉の半分までガスを注入するための９００℃の注入温度が７００℃から１０００℃の範囲において最適であり、１２００℃で示される底部注入ラインのガスの温度が、熱交換器の流出口におけるガスの最高温度である１０００℃から１３００℃の間であってもよいことにも、気がつくだろう。

さらに、上部注入ポイント２１におけるガスの温度は厳密に１０００℃を下回ると理解され、底部注入ポイントにおけるガスの温度は厳密に１０００℃を上回ると理解される。

Claims (18)

1. 上部注入ラインを通じて７００℃から１０００℃の間の温度で高炉の基部の上方に位置する第一上部注入ポイントから、および底部注入ラインを通じて１０００℃から１３００℃の間の温度で高炉の基部にある第二底部注入ポイントから再注入される、ＣＯ富化ガスを生成するように、高炉から生じるガスの少なくとも一部がＣＯ_２浄化ステップを受け、底部および上部注入ラインからのガスは、１０００℃から１３００℃の間の温度でガスが発生するヒーターによって加熱される、高炉ガスを再循環するプロセスであって、浄化ステップを出るＣＯ富化ガス（１８）の一部が、第一上部注入ポイント（２０）において７００℃から１０００℃の間の温度を獲得するために、低温ガス注入ライン（３５）を通じて上部注入ライン（２１）内に直接導入されること、ならびに底部注入ポイント（２２）および上部注入ポイント（２０）を通るガスフローがヒーターのシステム（３０、３３、４５）の上流で制御されることを特徴とする、プロセス。
2. 上部注入ライン（２１）での温度が測定され、この上部注入ライン（２１）内に導入される低温ガスのフローが、先に測定された温度にしたがって調整されることを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
3. 上部注入ライン（２１）および底部注入ライン（２３）のガスが２つの独立したヒーターシステム（３０、３３）によって加熱されること、ガスフローが測定されて、底部注入ポイント（２２）および上部注入ポイント（２０）のそれぞれでのガスフローを評価できるようにすること、ならびに第一ヒーターシステム（３３）および第二ヒーターシステム（３０）内にそれぞれ導入されるガスフローが、先に評価されたガスフローに応じて調整されることを特徴とする、請求項２に記載のプロセス。
4. 低温ガス注入ライン（３５）の手前でＣＯ_２浄化ガス（１８）を移送するための主要ラインを循環するガスフロー、および底部注入ラインのヒーターシステム（３０）への流入口におけるガスフローが測定され、底部注入ポイント（２２）および上部注入ポイント（２０）のそれぞれにおいて目標ガスフローを獲得するために、第一ヒーターシステム（３３）および第二ヒーターシステム（３０）内にそれぞれ導入されるガスフローが調整されることを特徴とする、請求項３に記載のプロセス。
5. 第一ヒーターシステム（３３）および第二ヒーターシステム（３０）内に導入されるガスフローが、一方ではこの主要ラインのガスフローに、またはガスが内部に流入するＣＯ_２浄化装置（１６）の上流に位置する圧縮機（１９）に、あるいはＣＯ_２浄化装置（１６）に随意的に組み込まれる膨張タービンに直接作用することで、低温ガス注入ライン（３５）の手前でＣＯ_２浄化ガス（１８）を移送するための主要ライン内のガスフローを調整することによって、他方では底部注入ラインのヒーターシステム（３０）への流入口でガスフローを調整することによって、制御されることを特徴とする、請求項４に記載のプロセス。
6. 上部注入ライン（２１）および底部注入ライン（２３）のガスが２つの独立するヒーターシステム（３０、３３）によって加熱される構成から、上部注入ライン（２１）および底部注入ライン（２３）のガスが単一のヒーターシステムに（４５）よって加熱される構成へのスイッチが存在することを特徴とする、請求項３から５のいずれか一項に記載のプロセス。
7. 単一のヒーターシステム（４５）を備える構成において、低温ガス注入ライン（３５）の手前でＣＯ_２浄化ガス（１８）を移送するための主要ライン内を循環するガスフローが測定され、単一のヒーターシステム（４５）内に導入されるガスフローが調整されることを特徴とする、請求項６に記載のプロセス。
8. 底部注入ライン（２３）および上部注入ライン（２１）の一方または他方または両方を循環するガスフローが、底部注入ポイント（２２）および／または上部注入ポイント（２０）を通るガスフローを評価するように測定されること、および底部注入ライン（２３）および上部注入ライン（２１）の一方または他方または両方からのガスが、実質的に均一に、底部注入ポイント（２２）および／または上部注入ポイント（２０）のガスフローに作用するように、特異圧力低下装置（８０、８１）のシステム内に流入することを特徴とする、請求項７に記載のプロセス。
9. 高炉の底部にある注入ポイント（２２）における底部注入ライン（２３）のガスの温度が約１２００℃であり、高炉の半ばの注入ポイント（２０）における上部注入ライン（２１）のガスの温度が約９００℃である、請求項１から８のいずれか一項に記載のプロセス。
10. 高炉ガスを再循環する装置において、
    ＣＯ富化ガスを生成するように、高炉から生じるガスの少なくとも一部が流入する、ＣＯ_２浄化装置（１６）と、
    浄化装置（１６）から生じるＣＯ富化ガス（１８）がそれを通じて７００℃から１０００℃の間の温度で高炉の底部の上方の第一上部注入ポイント（２０）に注入される、上部注入ライン（２１）と、
    浄化装置（１６）から生じるＣＯ富化ガス（１８）がそれを通じて１０００℃から１３００℃の間の温度で高炉の底部内へ第二底部注入ポイント（２２）において注入される、底部注入ライン（２３）と、
    上部注入ライン（２１）および底部注入ライン（２３）のガスをそれぞれ加熱することを可能にする、２つのヒーターシステム（３０、３３）と、
    高炉の上部注入ポイント（２０）において７００℃から１０００℃の間の温度を得るために、浄化装置（１６）を出るＣＯ富化ガス（１８）の一部がそれを通じて低温ガス注入ポイント（３４）において上部注入ライン（２１）内に導入される、上部注入ライン（２１）に低温ガスを供給するためのラインと、
    ヒーターシステム（３０、３３）の上流に位置する、底部注入ポイント（２２）および上部注入ポイント（２０）のそれぞれにおいてガスフローを制御するための、少なくとも１つのシステム（３６、３７）と、を含む装置。
11. 上部注入ライン（２１）内のガスの温度を測定するための少なくとも１つのシステム（４１）と、
    この上部注入ライン（２１）のガスの温度に応じて上部注入ライン（２１）内に注入される低温ガスフローを調整できるようにする少なくとも１つのシステム（４０）と、を含む、請求項１０に記載の装置。
12. 底部注入ポイント（２２）および上部注入ポイント（２０）のそれぞれにおいてガスフローを制御するためのシステムが、
    底部注入ポイント（２２）および上部注入ポイント（２０）で底部注入ライン（２３）および上部注入ライン（２１）のガスフローを評価できるようにする、少なくとも１つのガスフロー測定システムと、
    底部注入ライン（２３）および上部注入ライン（２１）で評価されたガスフローおよび低温ガスライン（３５）のガスフローにしたがって、ヒーターシステムの各々への流入口においてガスフローを調整できるようにする、少なくとも１つのシステム（３６、３７）と、を含むことを特徴とする、請求項１０または１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 低温ガス注入ライン（３５）の手前でＣＯ_２浄化ガス（１８）を移送するための主要ラインのガスフローを測定するためのシステムと、
    ヒーターシステム（３０、３３）の一方または他方への流入口においてガスフローを測定するためのシステムと、
    低温ガス注入ライン（３５）の手前でＣＯ_２浄化ガス（１８）を移送するための主要ラインのガスフローを調整できるようにするシステムと、
    ヒーターシステム（３０、３３）の一方または他方への流入口においてガスフローを調整できるようにするシステムと、を含むことを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
14. 低温ガス注入ライン（３５）の手前でＣＯ_２浄化ガス（１８）を移送するための主要ラインのガスフローを調整できるようにするシステムが、制御弁、または内部をガスが流れる上流に位置する圧縮機であることを特徴とする、請求項１３に記載の装置。
15. ヒーターシステム（３０、３３）が、各々がガス加熱システム（５１、５２、５３、５４）および蓄熱システム（５１、５２、５３、５４）を含む熱交換器であって、ヒーターシステムから生じるガスの温度を１０００℃から１３００℃の間の温度で比較的安定状態で維持するように、これらシステム（５１、５２、５３、５４）の各々が、蓄熱機能からガス加熱機能へ、およびその反対に、切り替えることができることを特徴とする、請求項１０から１４のいずれか一項に記載の装置。
16. 上部注入ライン（２１）および底部注入ライン（２３）のガスが２つの独立したヒーターシステム（３０、３３）によって加熱される構成から、上部注入ライン（２１）および底部注入ライン（２３）のガスが単一のヒーターシステム（４５）によって加熱される構成に変化できるようにする、切り替え要素（７０、７１）を含むことを特徴とする、請求項１１から１５のいずれか一項に記載の装置。
17. 切り替え要素（７０）が、第一ヒーターシステム（３０）および第二ヒーターシステム（３３）内にガスを導入するための２つのパイプ（３１、３２）を接続することが可能な第一弁（７０）、および低温ガスを上部注入ライン（２１）に注入するポイント（３４）の手前で上部流入ライン（２１）および底部注入ライン（２３）を接続することが可能な第二弁（７１）を含むことを特徴とする、請求項１６に記載の装置。
18. 底部注入ライン（２３）および上部注入ライン（２１）の一方または他方または両方にわたって、底部注入ポイント（２２）および／または上部注入ポイント（２０）のガスフローに作用することを可能にする特異圧力低下装置を含むことを特徴とする、請求項１７に記載の装置。

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