JP2021101142A - Iron manufacturing system and iron manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、製鉄システムおよび製鉄方法に関する。 The present invention relates to an ironmaking system and an ironmaking method.
近年、温室効果ガスの一種である二酸化炭素(CO2)は、その大気中の濃度が上昇を続けている。大気中の二酸化炭素の濃度の上昇は、地球温暖化を助長する。したがって、大気中に放出される二酸化炭素を回収することは重要であり、さらに回収した二酸化炭素を有価物質に変換して再利用できれば、炭素循環社会を実現することができる。
また、地球規模の施策としても、気候変動に関する国際連合枠組条約の京都議定書にもあるように、地球温暖化の原因となる二酸化炭素について、先進国における削減率を、1990年を基準として各国別に定め、共同で約束期間内に削減目標値を達成することが定められている。
In recent years, the concentration of carbon dioxide (CO 2 ), which is a kind of greenhouse gas, has been increasing in the atmosphere. Increased concentrations of carbon dioxide in the atmosphere promote global warming. Therefore, it is important to recover the carbon dioxide released into the atmosphere, and if the recovered carbon dioxide can be converted into a valuable substance and reused, a carbon cycle society can be realized.
In addition, as a global measure, as stated in the Kyoto Protocol of the United Nations Framework Convention on Climate Change, the reduction rate of carbon dioxide, which causes global warming, in developed countries is set for each country based on 1990. It is stipulated that the reduction target should be achieved jointly within the promised period.
その削減目標を達成するため、製鉄所、精錬所または火力発電所から発生した二酸化炭素を含む排気ガスも対象となっており、これらの業界における二酸化炭素の削減に関して、様々な技術改良が行われている。
例えば、特許文献1には、高炉から排出された高炉ガスを、二酸化炭素と一酸化炭素とに分離する1回目の分離操作を行い、分離された二酸化炭素を一酸化炭素に変換(改質)して改質ガスを得た後、再度、改質ガスを、二酸化炭素と一酸化炭素とに分離する2回目の分離操作を行い、1回目および2回目の分離操作で分離された一酸化炭素を合流させて、還元剤として高炉に吹き込むことが提案されている。
Exhaust gases, including carbon dioxide, generated from steel mills, refineries or thermal power plants are also targeted to achieve that reduction target, and various technological improvements have been made to reduce carbon dioxide in these industries. ing.
For example, in
しかしながら、発明者らの検討によると、特許文献1に記載の方法では、分離操作を、加熱、冷却や減圧により、二酸化炭素および一酸化炭素のそれぞれについて行うため、エネルギー効率が低い。
そこで、本発明の目的は、二酸化炭素の排出量が効率的に低減された製鉄システムおよび製鉄方法を提供することにある。
However, according to the studies by the inventors, the method described in
Therefore, an object of the present invention is to provide an iron-making system and an iron-making method in which carbon dioxide emissions are efficiently reduced.
このような目的は、下記の本発明により達成される。 Such an object is achieved by the following invention.
(1) 本発明の製鉄システムは、二酸化炭素および一酸化炭素を含むガス中の前記一酸化炭素を二酸化炭素に変換して、第1ガスを得る第1ガス生成部と、
前記第1ガスを冷却する冷却部と、
二酸化炭素を還元する金属酸化物を含む還元剤であって、前記二酸化炭素との接触により酸化された前記還元剤を、還元する還元物質を含む還元ガスを供給する還元ガス供給部と、
前記冷却部および前記還元ガス供給部の少なくとも一方にそれぞれ接続された複数の反応器と、前記反応器内に配置された前記還元剤とを備え、各前記反応器に供給する冷却後の前記第1ガスと前記還元ガスとを切換可能または前記反応器同士の間で前記還元剤を移動可能な反応部とを有し、
前記反応器に供給された前記冷却後の第1ガスを前記還元剤に接触させ、前記二酸化炭素を一酸化炭素に変換させることにより得られた、前記一酸化炭素を主成分とする第2ガスを、前記第1ガス生成部と同一または異なる溶解炉に供給するように構成されていることを特徴とする製鉄システム。
(1) The iron-making system of the present invention includes a first gas generating unit that obtains a first gas by converting the carbon monoxide in a gas containing carbon dioxide and carbon monoxide into carbon dioxide.
A cooling unit that cools the first gas,
A reducing agent containing a metal oxide that reduces carbon dioxide, and a reducing gas supply unit that supplies a reducing gas containing a reducing substance that reduces the reducing agent that has been oxidized by contact with carbon dioxide.
The first after cooling, which comprises a plurality of reactors connected to at least one of the cooling unit and the reducing gas supply unit and the reducing agent arranged in the reactor, and supplies the reactor to each reactor. It has a reaction unit that can switch between 1 gas and the reducing gas or that can move the reducing agent between the reactors.
The second gas containing carbon monoxide as a main component, which is obtained by bringing the cooled first gas supplied to the reactor into contact with the reducing agent and converting the carbon dioxide into carbon monoxide. Is configured to be supplied to a melting furnace that is the same as or different from that of the first gas generating unit.
(2) 本発明の製鉄システムでは、前記冷却部は、前記第1ガスを冷却することにより生じた凝縮水を除去可能に構成されていることが好ましい。
(3) 本発明の製鉄システムでは、前記冷却部は、前記第1ガスを冷却する冷却装置と、該冷却装置に接続され、前記第1ガスから前記凝縮水を分離する容器とを備えることが好ましい。
(4) 本発明の製鉄システムでは、前記容器内の気液界面には、気体の通過は許容するが、液体の通過を阻止するフィルタが配置されていることが好ましい。
(5) 本発明の製鉄システムは、さらに、煙突と、
該煙突と前記第1ガス生成部とを接続するガスラインと、
該ガスラインの途中で分岐部において分岐し、前記冷却部に接続された供給ラインとを有することが好ましい。
(2) In the iron-making system of the present invention, it is preferable that the cooling unit is configured to be able to remove the condensed water generated by cooling the first gas.
(3) In the iron-making system of the present invention, the cooling unit may include a cooling device for cooling the first gas and a container connected to the cooling device to separate the condensed water from the first gas. preferable.
(4) In the iron-making system of the present invention, it is preferable that a filter that allows the passage of gas but blocks the passage of liquid is arranged at the gas-liquid interface in the container.
(5) The steelmaking system of the present invention further includes a chimney.
A gas line connecting the chimney and the first gas generating unit,
It is preferable to have a supply line branched at a branching portion in the middle of the gas line and connected to the cooling portion.
(6) 本発明の製鉄システムでは、前記分岐部と前記冷却部との離間距離は、10m以下であることが好ましい。
(7) 本発明の製鉄システムでは、前記供給ライン中の前記第1ガスを加熱可能に構成されていることが好ましい。
(8) 本発明の製鉄システムでは、前記第1ガスの加熱温度は、酸露点温度以上であることが好ましい。
(9) 本発明の製鉄システムでは、前記供給ラインは、耐腐食性の樹脂材料製の樹脂ライニング配管で構成されていることが好ましい。
(6) In the iron-making system of the present invention, the separation distance between the branch portion and the cooling portion is preferably 10 m or less.
(7) In the iron-making system of the present invention, it is preferable that the first gas in the supply line can be heated.
(8) In the iron-making system of the present invention, the heating temperature of the first gas is preferably equal to or higher than the acid dew point temperature.
(9) In the iron-making system of the present invention, it is preferable that the supply line is composed of a resin lining pipe made of a corrosion-resistant resin material.
(10) 本発明の製鉄方法は、二酸化炭素を還元する金属酸化物を含む還元剤を内部に配置した複数の反応器と、前記二酸化炭素との接触により酸化された前記還元剤を還元する還元物質を含む還元ガスとを準備し、
二酸化炭素および一酸化炭素を含むガス中の前記一酸化炭素を二酸化炭素に変換して、第1ガスを得、
前記第1ガスを冷却し、
冷却後の前記第1ガスと前記還元ガスとを供給する前記反応器を切り換えるか、または、前記反応器同士の間で前記還元剤を移動させることにより、各前記反応器内において前記還元剤に前記冷却後の第1ガスと前記還元ガスとを交互に接触させて、前記二酸化炭素を一酸化炭素に変換させて、前記一酸化炭素を主成分とする第2ガスを得るとともに、前記酸化された還元剤を還元し、
前記反応器から排出された前記第2ガスを、前記第1ガス生成部と同一または異なる溶解炉に供給することを特徴とする。
(10) In the iron-making method of the present invention, a plurality of reactors containing a reducing agent containing a metal oxide that reduces carbon dioxide are arranged inside, and reduction that reduces the reducing agent that has been oxidized by contact with the carbon dioxide. Prepare a reducing gas containing substances,
The carbon monoxide in a gas containing carbon dioxide and carbon monoxide is converted to carbon dioxide to obtain a first gas.
The first gas is cooled and
By switching the reactor that supplies the first gas and the reducing gas after cooling, or by moving the reducing agent between the reactors, the reducing agent is converted into the reducing agent in each of the reactors. The cooled first gas and the reducing gas are alternately brought into contact with each other to convert the carbon monoxide into carbon monoxide to obtain a second gas containing the carbon monoxide as a main component, and the carbon monoxide is oxidized. Reduce the reducing agent
The second gas discharged from the reactor is supplied to a melting furnace that is the same as or different from that of the first gas generating unit.
(11) 本発明の製鉄システムは、二酸化炭素および一酸化炭素を含むガス中の前記一酸化炭素を二酸化炭素に変換して、第1ガスを得る第1ガス生成部と、
二酸化炭素を還元する金属酸化物を含む還元剤であって、前記二酸化炭素との接触により酸化された前記還元剤を、還元する還元物質を含む還元ガスを供給する還元ガス供給部と、
前記第1ガス生成部および前記還元ガス供給部の少なくとも一方にそれぞれ接続された複数の反応器と、前記反応器内に配置された前記還元剤とを備え、各前記反応器に供給する前記第1ガスと前記還元ガスとを切換可能または前記反応器同士の間で前記還元剤を移動可能な反応部とを有し、
前記反応器に供給された前記第1ガスを前記還元剤に接触させ、前記二酸化炭素を一酸化炭素に変換させることにより得られた、前記一酸化炭素を主成分とする第2ガスを溶解炉に供給するように構成されていることを特徴とする。
(12) 本発明の製鉄システムでは、前記ガスは、製鉄所または精錬所に関連する炉から排出される排ガスであることが好ましい。
(11) The iron-making system of the present invention includes a first gas generating unit that obtains a first gas by converting the carbon monoxide in a gas containing carbon dioxide and carbon monoxide into carbon dioxide.
A reducing agent containing a metal oxide that reduces carbon dioxide, and a reducing gas supply unit that supplies a reducing gas containing a reducing substance that reduces the reducing agent that has been oxidized by contact with carbon dioxide.
The first reactor provided with a plurality of reactors connected to at least one of the first gas generating unit and the reducing gas supply unit and the reducing agent arranged in the reactor, and supplied to each of the reactors. It has a reaction unit that can switch between 1 gas and the reducing gas or that can move the reducing agent between the reactors.
A second gas containing carbon monoxide as a main component, which is obtained by bringing the first gas supplied to the reactor into contact with the reducing agent and converting the carbon dioxide into carbon monoxide, is melted in a melting furnace. It is characterized in that it is configured to supply to.
(12) In the steelmaking system of the present invention, the gas is preferably exhaust gas discharged from a furnace associated with a steelworks or a refinery.
(13) 本発明の製鉄システムは、さらに、前記第1ガス生成部と前記反応部との間に配置され、前記第1ガス中に含まれる前記二酸化炭素の濃度を高める濃縮部を有することが好ましい。
(14) 本発明の製鉄システムでは、前記濃縮部から排出された前記第1ガス中に含まれる前記二酸化炭素の濃度は、前記第1ガス全体に対して70体積%以上であることが好ましい。
(15) 本発明の製鉄システムでは、前記第1ガス生成部は、前記ガスを燃焼する燃焼炉を含むことが好ましい。
(13) The iron-making system of the present invention may further have a concentrating part which is arranged between the first gas generating part and the reaction part and increases the concentration of the carbon dioxide contained in the first gas. preferable.
(14) In the iron-making system of the present invention, the concentration of the carbon dioxide contained in the first gas discharged from the concentrating part is preferably 70% by volume or more with respect to the entire first gas.
(15) In the iron-making system of the present invention, it is preferable that the first gas generating unit includes a combustion furnace for burning the gas.
(16) 本発明の製鉄システムでは、前記第2ガス中に含まれる前記一酸化炭素の濃度は、前記第2ガス全体に対して70体積%以上であることが好ましい。
(17) 本発明の製鉄システムは、さらに、前記溶解炉に供給する前の前記第2ガスを加熱する第2ガス加熱部を有することが好ましい。
(18) 本発明の製鉄システムでは、前記第2ガス加熱部による加熱後の前記第2ガスの温度は、500〜1300℃であることが好ましい。
(16) In the iron-making system of the present invention, the concentration of the carbon monoxide contained in the second gas is preferably 70% by volume or more with respect to the entire second gas.
(17) It is preferable that the iron-making system of the present invention further has a second gas heating unit that heats the second gas before supplying it to the melting furnace.
(18) In the iron-making system of the present invention, the temperature of the second gas after heating by the second gas heating unit is preferably 500 to 1300 ° C.
(19) 本発明の製鉄システムは、さらに、前記反応器に供給する前の前記第1ガスを加熱する第1ガス加熱部を有することが好ましい。
(20) 本発明の製鉄システムは、さらに、前記反応器に供給する前の前記還元ガスを加熱する還元ガス加熱部を有することが好ましい。
(21) 本発明の製鉄システムでは、前記反応器に供給する前記第1ガスの温度をX[℃]とし、前記反応器に供給する前記還元ガスの温度をY[℃]としたとき、|X−Y|は0〜25なる関係を満足することが好ましい。
(19) The iron-making system of the present invention preferably further includes a first gas heating unit that heats the first gas before supplying it to the reactor.
(20) It is preferable that the iron-making system of the present invention further has a reducing gas heating unit that heats the reducing gas before supplying it to the reactor.
(21) In the steelmaking system of the present invention, when the temperature of the first gas supplied to the reactor is X [° C.] and the temperature of the reducing gas supplied to the reactor is Y [° C.], | It is preferable that XY | satisfies the relationship of 0 to 25.
(22) 本発明の製鉄システムは、さらに、前記還元剤に前記第1ガスまたは前記還元ガスを接触させる際に、前記還元剤の温度を調整する還元剤温調部を有することが好ましい。
(23) 本発明の製鉄システムでは、前記還元ガスは、前記還元物質として水素を含み、
前記還元ガス供給部は、水の電気分解により前記水素を発生させる水素発生装置または副生水素を前記水素として発生させる水素発生装置を備えることが好ましい。
(24) 本発明の製鉄システムでは、前記金属酸化物は、第3族〜第12族に属する金属元素から選択される少なくとも1種を含有することが好ましい。
(22) It is preferable that the iron-making system of the present invention further has a reducing agent temperature control unit that adjusts the temperature of the reducing agent when the first gas or the reducing gas is brought into contact with the reducing agent.
(23) In the iron-making system of the present invention, the reducing gas contains hydrogen as the reducing substance.
It is preferable that the reducing gas supply unit includes a hydrogen generator that generates the hydrogen by electrolysis of water or a hydrogen generator that generates by-product hydrogen as the hydrogen.
(24) In the iron-making system of the present invention, the metal oxide preferably contains at least one selected from the metal elements belonging to Groups 3 to 12.
(25) 本発明の製鉄システムは、さらに、各前記反応器の下流側に接続された精製器を有し、
前記精製器は、精製器本体と、該精製器本体内に配置され、前記還元剤との接触により生成した前記還元物質の酸化物と前記還元物質との分離、および、前記一酸化炭素と前記二酸化炭素との分離のうちの少なくとも一方が可能な分離筒とを備えることが好ましい。
(25) The iron-making system of the present invention further has a refiner connected to the downstream side of each of the reactors.
The refiner is arranged in the refiner main body and the refiner main body, and separates the oxide of the reducing substance and the reducing substance generated by contact with the reducing agent, and the carbon monoxide and the said. It is preferable to provide a separation cylinder capable of separating at least one of carbon dioxide.
(26) 本発明の製鉄方法は、二酸化炭素を還元する金属酸化物を含む還元剤を内部に配置した複数の反応器と、前記二酸化炭素との接触により酸化された前記還元剤を還元する還元物質を含む還元ガスとを準備し、
二酸化炭素および一酸化炭素を含むガス中の前記一酸化炭素を二酸化炭素に変換して、第1ガスを得、
前記第1ガスと前記還元ガスとを供給する前記反応器を切り換えるか、または、前記反応器同士の間で前記還元剤を移動させることにより、各前記反応器内において前記還元剤に前記第1ガスと前記還元ガスとを交互に接触させて、前記二酸化炭素を一酸化炭素に変換させて、前記一酸化炭素を主成分とする第2ガスを得るとともに、前記酸化された還元剤を還元し、
前記反応器から排出された前記第2ガスを溶解炉に供給することを特徴とする。
(27) 本発明の製鉄方法では、前記ガスは、製鉄所または精錬所に関連する炉から排出される排ガスであることが好ましい。
(26) In the iron-making method of the present invention, a plurality of reactors containing a reducing agent containing a metal oxide that reduces carbon dioxide are arranged inside, and reduction that reduces the reducing agent that has been oxidized by contact with the carbon dioxide. Prepare a reducing gas containing substances,
The carbon monoxide in a gas containing carbon dioxide and carbon monoxide is converted to carbon dioxide to obtain a first gas.
By switching the reactor that supplies the first gas and the reducing gas, or by moving the reducing agent between the reactors, the first gas is applied to the reducing agent in each of the reactors. The gas and the reducing gas are alternately brought into contact with each other to convert the carbon dioxide into carbon monoxide to obtain a second gas containing the carbon monoxide as a main component, and the oxidized reducing agent is reduced. ,
The second gas discharged from the reactor is supplied to the melting furnace.
(27) In the iron-making method of the present invention, the gas is preferably exhaust gas discharged from a furnace related to a steel mill or a refinery.
本発明によれば、二酸化炭素の排出量を効率的に低減しつつ製鉄が可能である。 According to the present invention, iron production is possible while efficiently reducing carbon dioxide emissions.
以下、本発明の製鉄システムおよび製鉄方法について、添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
<全体構成>
図1は、本発明の製鉄システムの一実施形態を示す概略図であり、図2は、図1の製鉄システムにおけるガス製造装置の一実施形態を示す概略図であり、図3は、図2の反応器の構成を模式的に示す断面図であり、図4は、図2の供給ガス加熱部の構成を示す概略図である。
図1に示す製鉄システム100は、高炉(溶解炉)200と、煙突300と、高炉200と煙突300とを接続するガスライン400とを有する排ガス設備と、ガスライン400の途中から分岐する供給ライン500と、接続部2を介して供給ライン500に接続されたガス製造装置1と、ガス製造装置1と高炉200とを接続する返還ライン600とを備えている。
なお、本明細書中では、ガスの流れ方向に対して上流側を単に「上流側」、下流側を単に「下流側」とも記載する。
Hereinafter, the iron-making system and the iron-making method of the present invention will be described in detail based on the preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
<Overall configuration>
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of the iron-making system of the present invention, FIG. 2 is a schematic view showing an embodiment of a gas production apparatus in the iron-making system of FIG. 1, and FIG. 3 is a schematic view of FIG. It is sectional drawing which shows typically the structure of the reactor of FIG. 4, and FIG. 4 is a schematic view which shows the structure of the supply gas heating part of FIG.
The
In this specification, the upstream side with respect to the gas flow direction is also simply referred to as “upstream side”, and the downstream side is simply referred to as “downstream side”.
本実施形態では、高炉200から排出されるガスを利用する構成であるが、例えば、製鉄所または精錬所に付属するその他の炉であってもよい。好ましい他の炉としては、転炉等が挙げられる。各炉では、内容物の溶融、精錬等の際に、排ガスが生成(発生)する。排ガスは、通常、二酸化炭素および一酸化炭素に加えて、窒素、酸素、水蒸気、メタン等の他のガス成分を含む。
高炉からの排ガス(高炉ガス)は、高炉において銑鉄を製造する際に発生するガスであり、二酸化炭素が10〜15体積%、窒素が55〜60体積%、一酸化炭素が25〜30体積%、水素が1〜5体積%で含まれる。
また、転炉からの排ガス(転炉ガス)は、転炉において鋼を製造する際に発生するガスであり、二酸化炭素が15〜20体積%、一酸化炭素が50〜60体積%、窒素が15〜25体積%、水素が1〜5体積%で含まれる。
これらの排ガスを使用すれば、従来、大気中に排出していた二酸化炭素を有効利用することができ、環境への負荷を低減することができる。
In the present embodiment, the gas discharged from the
The exhaust gas from the blast furnace (blast furnace gas) is a gas generated when pig iron is produced in the blast furnace, and contains 10 to 15% by volume of carbon dioxide, 55 to 60% by volume of nitrogen, and 25 to 30% by volume of carbon monoxide. , Hydrogen is contained in 1 to 5% by volume.
The exhaust gas (converter gas) from the converter is a gas generated when steel is manufactured in the converter, and contains 15 to 20% by volume of carbon dioxide, 50 to 60% by volume of carbon monoxide, and nitrogen. It contains 15 to 25% by volume and 1 to 5% by volume of hydrogen.
By using these exhaust gases, carbon dioxide conventionally emitted into the atmosphere can be effectively used, and the burden on the environment can be reduced.
ガスライン400の途中には、処理器として、第1ガス生成部410と濃縮部420とが、この順に上流側から配置されている。
第1ガス生成部410は、二酸化炭素および一酸化炭素を含む高炉ガス中の一酸化炭素を二酸化炭素に変換して、第1ガスを生成する。
この第1ガス生成部410は、例えば、燃焼炉(燃焼ボイラー)、低温分離方式(深冷方式)の分離器、圧力スイング吸着(PSA)方式の分離器、膜分離方式の分離器、温度スイング吸着(TSA)方式の分離器、アミン吸収式の分離器、アミン吸着式の分離器等を含んで構成することができる。これらの中でも、第1ガス生成部410は、高炉ガスを燃焼する燃焼炉で構成することが好ましい。燃焼炉によれば、比較的簡単な設備で、一酸化炭素の二酸化炭素への変換を効率よく行うことができる。すなわち、燃焼炉を使用すれば、高いエネルギー効率で第1ガスを生成することができる。
高炉ガスを燃焼炉で燃焼した場合、二酸化炭素が5〜15体積%、窒素が60〜70体積%、酸素が5〜10体積%、水蒸気が15〜25体積%で含まれる第1ガスが生成する。
In the middle of the
The first
The first
When blast furnace gas is burned in a combustion furnace, a first gas containing 5 to 15% by volume of carbon dioxide, 60 to 70% by volume of nitrogen, 5 to 10% by volume of oxygen, and 15 to 25% by volume of water vapor is generated. To do.
濃縮部420は、第1ガス生成部410とガス製造装置1(後述する反応部4)との間に配置され、第1ガス中に含まれる二酸化炭素の濃度を高める。
なお、第1ガス生成部410の構成等によっては、第1ガス生成部410から排出される第1ガス中に含まれる二酸化炭素の濃度が十分に高い場合がある。この場合、濃縮部420は省略することができる。
この濃縮部420は、例えば、膜分離型の連続式の分離器、膜分離型の圧力スイング吸着(PSA)方式の分離器、アミン吸収式の分離器、アミン吸着式の分離器等を含んで構成することができる。これらの中でも、濃縮部420は、アミン吸収式の分離器で構成することが好ましい。アミン吸収式の分離器を使用することにより、濃縮した二酸化炭素の濃度が十分に高くなり、反応部4で二酸化炭素を一酸化炭素へ変換する際に、副生成物が生成し難くすることができる。
The
Depending on the configuration of the first
The
濃縮部420から排出された第1ガス中に含まれる二酸化炭素の濃度は、第1ガス全体に対して70体積%以上であることが好ましく、80体積%以上であることがより好ましく、90体積%以上であることがさらに好ましく、95体積%以上であることが特に好ましい。これにより、ガス製造装置1における一酸化炭素を主成分とする第2ガスの製造効率を高めることができる。
第1ガス中に含まれる二酸化炭素の濃度の上限は、100体積%であってもよいが、現実的には、99体積%以下であってもよく、98体積%以下であってもよい。この場合、濃縮部420の構成を複雑化させたり、装置の作製コストを増大させることなく、第2ガスを製造することができる。
The concentration of carbon dioxide contained in the first gas discharged from the concentrating
The upper limit of the concentration of carbon dioxide contained in the first gas may be 100% by volume or less, but in reality, it may be 99% by volume or less, or 98% by volume or less. In this case, the second gas can be produced without complicating the configuration of the concentrating
ガスライン400は、第1ガスを排ガスとして放出する煙突300に接続されている。
ガスライン400の途中であって、濃縮部420と煙突300との間において、ガスライン400に供給ライン500が接続(分岐)されている。
なお、ガスライン400を構成する配管は、通常、水平方向(地面)に沿って配設(延設)される。この場合、供給ライン500を構成する配管は、ガスライン400を構成する配管に対してほぼ直交し、鉛直方向に沿って配設(延設)されることが好ましい。かかる構成によれば、仮に、第1ガスが冷却されて凝縮水が生じた場合でも、供給ライン500に取り出される第1ガスに凝縮水が混入するのを防止することができる。
The
A
The pipes constituting the
<ガス製造装置>
ガス製造装置1は、供給ライン500および接続部2を介して供給される第1ガス(好ましくは二酸化炭素の濃度が70体積%以上の第1ガス)と、二酸化炭素を還元する金属酸化物を含む還元剤とを接触させて、一酸化炭素を主成分とする第2ガス(合成ガス)を製造する。
ガス製造装置1は、図2に示すように、主に、接続部2と、還元ガス供給部3と、2つの反応器4a、4bと、接続部2と各反応器4a、4bとを接続するガスラインGL1と、還元ガス供給部3と各反応器4a、4bとを接続するガスラインGL2と、各反応器4a、4bに接続されたガスラインGL4とを有している。
本実施形態では、接続部2が、第1ガスを反応器4a、4bに供給するガス供給部を構成している。
なお、必要に応じて、ガスラインGL1、ガスラインGL2およびガスラインGL4の途中の所定の箇所には、ガスを移送するためのポンプを配置してもよい。例えば、後述する圧縮部6で第1ガスの圧力を比較的低く調整する場合には、ポンプを配置することにより、ガス製造装置1内でガスを円滑に移送することができる。
<Gas production equipment>
The
As shown in FIG. 2, the
In the present embodiment, the
If necessary, a pump for transferring gas may be arranged at a predetermined position in the middle of the gas line GL1, the gas line GL2, and the gas line GL4. For example, when the pressure of the first gas is adjusted to be relatively low by the
ガスラインGL1は、その一端部において接続部2に接続されている。一方、ガスラインGL1は、その他端部において、ガス切換部8および2つのガスラインGL3a、GL3bを介して、それぞれ反応部4が備える反応器4a、4bの入口ポートに接続されている。
かかる構成により、接続部2を介して供給された第1ガスは、ガスラインGL1を通過して、各反応器4a、4bに供給される。
ガス切換部8は、例えば、分岐ガスラインと、この分岐ガスラインの途中に設けられたバルブのような流路開閉機構とを含んで構成することができる。
The gas line GL1 is connected to the connecting
With this configuration, the first gas supplied via the connecting
The
各反応器4a、4bは、図3に示すように、還元剤4Rをそれぞれ充填した複数の管体41と、複数の管体41を収納したハウジング42とを備える多管式の反応装置(固定層式の反応装置)で構成されている。かかる多管式の反応装置によれば、還元剤4Rと第1ガスおよび還元ガスとの接触の機会を十分に確保することができる。その結果、第2ガスの製造効率を高めることができる。
本実施形態の還元剤4Rは、例えば、粒子状(顆粒状)、鱗片状、ペレット状等であることが好ましい。かかる形状の還元剤4Rであれば、管体41への充填効率を高めることができ、管体41内に供給されるガスとの接触面積をより増大させることができる。
還元剤4Rが粒子状である場合、その体積平均粒径は、特に限定されないが、1〜50mmであることが好ましく、3〜30mmであることがより好ましい。この場合、還元剤4Rと第1ガス(二酸化炭素)との接触面積をさらに高め、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率をより向上させることができる。同様に、還元物質を含む還元ガスによる還元剤4Rの再生(還元)もより効率よく行うことができる。
粒子状の還元剤4Rは、より球形度が高まることから、転動造粒により製造された成形体であることが好ましい。
As shown in FIG. 3, each of the
The reducing
When the reducing
Since the
また、還元剤4Rは、担体に担持させるようにしてもよい。担体の構成材料としては、第1ガス(排ガス)や反応条件等に応じて変性し難いものであればよく、特に限定されないが、例えば、炭素材料(グラファイト、グラフェン等)、ゼオライト、モンモリロナイト、SiO2、ZrO2、TiO2、V2O5、MgO、アルミナ(Al2O3)、シリカ、および、それら材料の複合酸化物等が挙げられる。これらの中でも、ゼオライト、モンモリロナイト、SiO2、ZrO2、TiO2、V2O5、MgO、アルミナ(Al2O3)、シリカ、および、それら材料の複合酸化物が好ましい。かかる材料で構成される担体は、還元剤4Rの反応に悪影響を及ぼさず、還元剤4Rの担持能に優れる点で好ましい。ここで、担体は、還元剤4Rの反応には関与せず、還元剤4Rを単に支持(保持)する。かかる形態の一例としては、担体の表面の少なくとも一部を還元剤4Rで被覆する構成が挙げられる。
Further, the reducing
還元剤4Rに含まれる金属酸化物(酸素キャリア)は、二酸化炭素を還元することができれば、特に限定されないが、第3族〜第12族に属する金属元素から選択される少なくとも1種を含有することが好ましく、第4族〜第12属に属する金属元素から選択される少なくとも1種を含有することがより好ましく、チタニウム、バナジウム、鉄、銅、亜鉛、ニッケル、マンガン、クロミウムおよびセリウム等のうちの少なくとも1種を含有することがさらに好ましく、鉄を含有する金属酸化物または複合酸化物が特に好ましい。これらの金属酸化物は、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率が特に良好なため有用である。
The metal oxide (oxygen carrier) contained in the reducing
また、各反応器4a、4bにおいて、還元剤4R(金属酸化物)自体で管体(円筒状の成形体)41を作製してもよい。さらに、還元剤4Rで、ブロック状、格子状(例えば、網状、ハニカム状)等の成形体を作製し、ハウジング42内に配置するようにしてもよい。これらの場合、充填剤としての還元剤4Rは省略するようにしてもよいし、併用してもよい。
これらの中では、還元剤4Rで網状体を作製し、ハウジング42内に配置する構成が好ましい。かかる構成の場合、各反応器4a、4b内で第1ガスおよび還元ガスの通過抵抗が高まるのを防止しつつ、還元剤4Rと第1ガスおよび還元ガスとの接触の機会を十分に確保することもできる。
なお、2つの反応器4a、4bの容積は、互いにほぼ等しく設定され、処理する第1ガスの量(炉のサイズやガス製造装置1のサイズ)に応じて、適宜設定される。
Further, in each of the
Among these, it is preferable to prepare a network with the reducing
The volumes of the two
ガスラインGL1の途中には、接続部2側から順に、濃度調整部(分離回収部)5と、圧縮部6と、微成分除去部7と、供給ガス加熱部(第1ガス加熱部)10とが設けられている。
濃度調整部5は、第1ガス中に含まれる二酸化炭素の濃度を高める(換言すれば、二酸化炭素を濃縮する)ように調整する。第1ガスは、酸素等の不要ガス成分も含む。濃度調整部5で第1ガス中に含まれる二酸化炭素の濃度を高めることにより、第1ガス中に含まれる不要ガス成分の濃度を相対的に低くすることができる。このため、還元剤4Rによる二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率に、不要ガス成分が悪影響を及ぼすのを防止または抑制することができる。
濃度調整部5は、第1ガス中に含まれる酸素を除去する酸素除去装置により構成することが好ましい。これにより、ガス製造装置1に持ち込まれる酸素の量を低減すること(すなわち、第1ガス中に含まれる酸素の濃度を低くなるように調整すること)ができる。このため、第1ガスのガス組成を爆発範囲から乖離させ、第1ガスの引火を未然に防止することができる。なお、ガス製造装置1の中でも、酸素除去装置での電気エネルギーの消費が大きいため、後述するような再生可能エネルギーとしての電力を使用することが有効である。
In the middle of the gas line GL1, the concentration adjusting unit (separation and recovery unit) 5, the
The
The
この場合、第1ガス中に含まれる酸素の濃度を、第1ガス全体に対して1体積%未満に調整することが好ましく、0.5体積%未満に調整することがより好ましく、0.1体積%未満に調整することがさらに好ましい。これにより、第1ガスの引火をより確実に防止することができる。
第1ガス中に含まれる酸素を除去する酸素除去装置は、低温分離方式(深冷方式)の分離器、圧力スイング吸着(PSA)方式の分離器、膜分離方式の分離器、温度スイング吸着(TSA)方式の分離器、化学吸収方式の分離器、化学吸着方式の分離器等のうちの1種または2種以上を用いて構成することができる。
なお、濃度調整部5では、第1ガス中に二酸化炭素を追加することにより、二酸化炭素が高濃度になるように調整してもよい。
In this case, the concentration of oxygen contained in the first gas is preferably adjusted to less than 1% by volume, more preferably less than 0.5% by volume, and 0.1. It is more preferable to adjust it to less than% by volume. Thereby, ignition of the first gas can be prevented more reliably.
The oxygen removing device for removing oxygen contained in the first gas is a low temperature separation type (deep cooling type) separator, a pressure swing adsorption (PSA) type separator, a membrane separation type separator, and a temperature swing adsorption ( It can be configured by using one or more of a TSA) type separator, a chemical absorption type separator, a chemical adsorption type separator, and the like.
The
圧縮部6は、反応器4a、4bに供給する前の第1ガスの圧力を上昇させる。これにより、反応器4a、4bで一度に処理可能な第1ガスの量を増大させることができる。このため、反応器4a、4bにおける二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率をより向上させることができる。
かかる圧縮部6は、例えば、遠心式圧縮機、軸流式圧縮機のようなターボ圧縮機、往復動圧縮機(レシプロ圧縮機)、ダイアフラム式圧縮機、シングルスクリュー圧縮機、ツインスクリュー圧縮機、スクロール圧縮機、ロータリー圧縮機、ロータリーピストン型圧縮機、スライドベーン型圧縮機のような容積圧縮機、低圧に対応可能なルーツブロワー(二葉送風機)、遠心式のブロワー等で構成することができる。
The
Such a
これらの中でも、圧縮部6は、製鉄システム100の大規模化の容易性の観点からは、遠心式圧縮機で構成することが好ましく、製鉄システム100の製造コストを低減する観点からは、往復動圧縮機で構成することが好ましい。
圧縮部6を通過した後の第1ガスの圧力は、特に限定されないが、0〜1MPaGであることが好ましく、0〜0.5MPaGであることがより好ましく、0.01〜0.5MPaGであることがさらに好ましい。この場合、ガス製造装置1の耐圧性を必要以上に高めることなく、反応器4a、4bにおける二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率をさらに向上させることができる。
Among these, the
The pressure of the first gas after passing through the
微成分除去部7は、第1ガス中に含まれる微成分(微量な不要ガス成分等)を除去する。
かかる微成分除去部7は、例えば、気液分離器、保護器(ガードリアクター)およびスクラバー(吸収塔)のうちの少なくとも1種の処理器で構成することができる。
複数の処理器を使用する場合、それらの配置順序は任意であるが、気液分離器と保護器とを組み合わせて使用する場合、気液分離器を保護器より上流側に配置するのが好ましい。この場合、第1ガス中からの微成分の除去効率をより高めることができるとともに、保護器の使用期間(寿命)を延長することができる。
The fine
The fine
When using a plurality of processors, their arrangement order is arbitrary, but when using a gas-liquid separator and a protector in combination, it is preferable to arrange the gas-liquid separator on the upstream side of the protector. .. In this case, the efficiency of removing the fine components from the first gas can be further improved, and the usage period (life) of the protector can be extended.
気液分離器は、例えば、圧縮部6で第1ガスを圧縮した際に生じる凝縮水(液体)を第1ガスから分離する。この場合、凝縮水中には、第1ガス中に残存する不要ガス成分等も溶解して除去される。
気液分離器は、例えば、単なる容器、旋回流式分離器、遠心分離器、表面張力式分離器等で構成することができる。これらの中でも、気液分離器は、構成が単純であり、安価であること等から、単なる容器で構成することが好ましい。この場合、容器内の気液界面には、気体の通過は許容するが、液体の通過を阻止するフィルタを配置するようにしてもよい。
また、この場合、容器の底部には、液体ラインを接続し、その途中にバルブを設けるようにしてもよい。かかる構成によれば、容器内に貯留された凝縮水は、バルブを開放することにより、液体ラインを介して、ガス製造装置1外に排出することができる。
なお、液体ラインを後述するタンク30に接続して、排出する凝縮水を再利用するようにしてもよい。
The gas-liquid separator separates, for example, the condensed water (liquid) generated when the first gas is compressed by the
The gas-liquid separator can be composed of, for example, a simple container, a swirling flow separator, a centrifuge, a surface tension separator, or the like. Among these, the gas-liquid separator is preferably composed of a simple container because it has a simple structure and is inexpensive. In this case, a filter that allows the passage of gas but blocks the passage of liquid may be arranged at the gas-liquid interface in the container.
Further, in this case, a liquid line may be connected to the bottom of the container, and a valve may be provided in the middle of the line. According to such a configuration, the condensed water stored in the container can be discharged to the outside of the
The liquid line may be connected to the
気液分離器で凝縮水が除去された第1ガスは、例えば、保護器に供給するように構成することができる。
かかる保護器は、第1ガス中に含まれる微成分であって、還元剤4Rとの接触により還元剤4Rの活性を低下させる成分(不活化成分)を捕捉可能な物質を備えていることが好ましい。
かかる構成によれば、第1ガスが保護器を通過する際に、保護器内の物質が不活化成分と反応(捕捉)することにより、反応器4a、4b内の還元剤4Rに到達するのを阻止または抑制して保護すること(すなわち、活性の低下を防止すること)ができる。このため、還元剤4Rによる二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率が、不活化成分の悪影響により極端に低下するのを防止または抑制することができる。
The first gas from which the condensed water has been removed by the gas-liquid separator can be configured to be supplied to the protector, for example.
Such a protector may include a substance that is a fine component contained in the first gas and can capture a component (inactivating component) that reduces the activity of the reducing
According to this configuration, when the first gas passes through the protector, the substance in the protector reacts (captures) with the inactivating component to reach the reducing
かかる物質には、還元剤4Rに含まれる組成であって、不活化成分との接触により還元剤4Rの活性を低下させる組成を有する物質、具体的には、還元剤4Rに含まれる金属酸化物と同一または類似の金属酸化物を使用することができる。ここで、類似の金属酸化物とは、それに含まれる金属元素は同一であるが、組成が異なる金属酸化物、またはそれに含まれる金属元素の種類は異なるが、元素周期律表における族が同一である金属酸化物のことを言う。
また、不活化成分としては、硫黄、水銀、硫黄化合物、ハロゲン化合物、有機シリコーン、有機リンおよび有機金属化合物から選択される少なくとも1種であることが好ましく、硫黄および硫黄化合物から選択される少なくとも1種であることがより好ましい。かかる不活化成分を予め除去しておけば、還元剤4Rの活性が急激に低下するのを効果的に防止することができる。
なお、上記物質は、還元剤4Rの不活化成分と同一の成分により活性が低下する物質であればよく、酸化鉄、酸化亜鉛のような金属酸化物が上記不活化成分の捕捉能に優れる点で好ましい。
Such a substance includes a substance having a composition contained in the reducing
The inactivating component is preferably at least one selected from sulfur, mercury, sulfur compounds, halogen compounds, organic silicones, organic phosphorus and organometallic compounds, and at least one selected from sulfur and sulfur compounds. More preferably it is a seed. If such an inactivating component is removed in advance, it is possible to effectively prevent the activity of the reducing
The substance may be any substance whose activity is reduced by the same component as the inactivating component of the reducing
保護器は、ハウジング内に網材を配置し、上記物質の粒子を網材上に載置する構成、ハウジング内に、上記物質で構成されたハニカム状のフィルタ部材や、円筒状または粒子状の成形体を配置する構成等とすることができる。
特に、保護器を圧縮部6(気液分離器)と供給ガス加熱部10との間に配置する場合には、上記物質の熱による劣化を防止しつつ、不活化成分の除去効率を向上させることができる。
The protector has a structure in which a mesh material is arranged in a housing and particles of the above substance are placed on the mesh material, a honeycomb-shaped filter member composed of the above-mentioned substance in the housing, and a cylindrical or particle-like protector. The structure may be such that the molded body is arranged.
In particular, when the protector is arranged between the compression unit 6 (gas-liquid separator) and the supply
供給ガス加熱部10は、反応器4a、4bに供給する前の第1ガスを加熱する。供給ガス加熱部10で反応前(還元前)の第1ガスを予め加熱しておくことにより、反応器4a、4bにおいて、還元剤4Rによる二酸化炭素の一酸化炭素への変換(還元)反応をより促進することができる。
供給ガス加熱部10は、例えば、図4に示すように、電熱器101と、熱交換器(エコノマイザ)102とで構成することができる。
熱交換器102は、反応器4a、4bを通過した後のガス(混合ガス)を排出するガスラインGL4(後述参照)を構成する一部の配管を屈曲させ、ガスラインGL1を構成する配管に接近させて構成されている。かかる構成によれば、反応器4a、4bを通過した後の高温のガス(混合ガス)の熱を利用して、反応器4a、4bに供給する前の第1ガスを熱交換により加熱するため、熱の有効利用を図ることができる。
The supply
As shown in FIG. 4, the supply
The
かかる熱交換器102は、例えば、ジャケット式熱交換器、浸漬コイル式熱交換器、二重管式熱交換器、シェル&チューブ式熱交換器、プレート式熱交換器、スパイラル式熱交換器等として構成することができる。
また、供給ガス加熱部10では、電熱器101および熱交換器102のいずれか一方を省略してもよい。
供給ガス加熱部10では、電熱器101に代えて、燃焼炉等を使用することもできる。ただし、電熱器101を使用すれば、その動力源として、再生可能エネルギーとしての電力(電気エネルギー)を使用できるため、環境への負荷を低減することができる。
再生可能エネルギーとしては、太陽光発電、風カ発電、水力発電、波力発電、潮力発電、バイオマス発電、地熱発電、太陽熱および地中熱から選択される少なくとも1つを利用した電気エネルギーが使用可能である。
The
Further, in the supply
In the supply
As renewable energy, electric energy using at least one selected from solar power generation, wind power generation, hydroelectric power generation, wave power generation, tidal power generation, biomass power generation, geothermal power generation, solar heat and underground heat is used. It is possible.
また、供給ガス加熱部10の上流側(例えば、微成分除去部7の途中である気液分離器と保護器との間)において、ガスラインGL1から排気ガスラインを分岐させ、その端部にガス製造装置1外に設けられたベント部を接続してもよい。
この場合、排気ガスラインの途中には、好ましくはバルブが設けられる。
仮に、ガス製造装置1(ガスラインGL1)内の圧力が必要以上に上昇した場合には、バルブを開放することにより、排気ガスラインを介してベント部から第1ガスの一部を排出(放出)することができる。これにより、ガス製造装置1の圧力の上昇による破損を未然に防止することができる。
Further, on the upstream side of the supply gas heating unit 10 (for example, between the gas-liquid separator and the protector in the middle of the fine component removing unit 7), the exhaust gas line is branched from the gas line GL1 to the end portion thereof. A vent portion provided outside the
In this case, a valve is preferably provided in the middle of the exhaust gas line.
If the pressure in the gas production apparatus 1 (gas line GL1) rises more than necessary, a part of the first gas is discharged (released) from the vent portion via the exhaust gas line by opening the valve. )can do. As a result, it is possible to prevent damage to the
ガスラインGL2は、その一端部において還元ガス供給部3に接続されている。一方、ガスラインGL2は、ガス切換部8および2つのガスラインGL3a、GL3bを介して、それぞれ反応部4が備える反応器4a、4bの入口ポートに接続されている。
還元ガス供給部3は、二酸化炭素との接触により酸化された還元剤4Rを還元する還元物質を含む還元ガスを供給する。本実施形態の還元ガス供給部3は、水の電気分解により水素を発生させる水素発生装置で構成され、この水素発生装置に水を貯留したガス製造装置1外のタンク(還元ガス原料貯留部)30が接続されている。かかる構成により、水素発生装置(還元ガス供給部3)から供給された水素(還元物質)を含む還元ガスが、ガスラインGL2を通過して、各反応器4a、4bに供給される。
水素発生装置によれば、多量の水素を比較的安価かつ簡便に生成することができる。また、ガス製造装置1内で発生する凝縮水を再利用できるという利点もある。なお、ガス製造装置1の中でも、水素発生装置での電気エネルギーの消費が大きいため、上述したような再生可能エネルギーとしての電力を使用することが有効である。
The gas line GL2 is connected to the reducing gas supply unit 3 at one end thereof. On the other hand, the gas line GL2 is connected to the inlet ports of the
The reducing gas supply unit 3 supplies a reducing gas containing a reducing substance that reduces the reducing
According to the hydrogen generator, a large amount of hydrogen can be generated relatively inexpensively and easily. Further, there is an advantage that the condensed water generated in the
なお、水素発生装置には、副生水素を発生する装置を使用することもできる。この場合、副生水素を含む還元ガスが各反応器4a、4bに供給される。副生水素を発生する装置としては、例えば、塩化ナトリウム水溶液を電気分解する装置、石油を水蒸気改質する装置、アンモニアを製造する装置等が挙げられる。
また、ガス製造装置1外のコークス炉に接続部を介してガスラインGL2を接続し、コークス炉からの排ガスを還元ガスとして使用するようにしてもよい。この場合、接続部が還元ガス供給部を構成する。コークス炉からの排ガスは、水素およびメタンを主成分とし、水素を50〜60体積%で含むためである。
ガスラインGL2の途中には、還元ガス加熱部11が設けられている。この還元ガス加熱部11は、反応器4a、4bに供給する前の還元ガスを加熱する。還元ガス加熱部11で反応前(酸化前)の還元ガスを予め加熱しておくことにより、反応器4a、4bにおける還元ガスによる還元剤4Rの還元(再生)反応をより促進することができる。
A device that generates by-product hydrogen can also be used as the hydrogen generator. In this case, the reducing gas containing by-product hydrogen is supplied to the
Further, the gas line GL2 may be connected to the coke oven outside the
A reducing
還元ガス加熱部11は、上記供給ガス加熱部10と同様にして構成することができる。還元ガス加熱部11は、電熱器のみ、熱交換器のみ、電熱器と熱交換器との組み合わせで構成することが好ましく、熱交換器のみ、電熱器と熱交換器との組み合わせで構成することがより好ましい。
還元ガス加熱部11が熱交換器を備えれば、反応器4a、4bを通過した後の高温のガス(例えば、混合ガス)の熱を利用して、反応器4a、4bに供給する前の還元ガスを熱交換により加熱するため、熱の有効利用を図ることができる。
The reduction
If the reducing
以上のような構成によれば、ガス切換部8においてガスライン(流路)を切り換えることにより、例えば、酸化前の還元剤4Rが収容された反応器4aに、ガスラインGL3aを介して第1ガスを供給し、酸化後の還元剤4Rが収容された反応器4bに、ガスラインGL3bを介して還元ガスを供給することができる。このとき、反応器4aでは下記式1の反応が進行し、反応器4bでは下記式2の反応が進行する。
なお、下記式1および式2では、還元剤4Rに含まれる金属酸化物が酸化鉄(FeOx−1)である場合を一例として示している。
式1: CO2 + FeOx−1 → CO + FeOx
式2: H2 + FeOx → H2O + FeOx−1
その後、ガス切換部8においてガスラインを上記と反対に切り換えることにより、反応器4aでは上記式2の反応を進行させ、反応器4bでは上記式1の反応を進行させることができる。
According to the above configuration, by switching the gas line (flow path) in the
In the following
Equation 1: CO 2 + FeO x-1 → CO + FeO x
Equation 2: H 2 + FeO x → H 2 O + FeO x-1
After that, by switching the gas line in the
なお、上記式1および式2に示す反応は、いずれも吸熱反応である。このため、ガス製造装置1は、還元剤4Rに第1ガスまたは還元ガスを接触させる際(すなわち、第1ガスまたは還元ガスと還元剤4Rとの反応の際)に、還元剤4Rを加熱する還元剤加熱部(図2中、図示せず。)をさらに有することが好ましい。
かかる還元剤加熱部を設けることにより、第1ガスまたは還元ガスと還元剤4Rとの反応における温度を高温に維持して、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率の低下を好適に防止または抑制するとともに、還元ガスによる還元剤4Rの再生をさらに促進することができる。
The reactions shown in the
By providing such a reducing agent heating unit, the temperature in the reaction between the first gas or the reducing gas and the reducing
ただし、還元剤4Rの種類によっては、上記式1および式2に示す反応が発熱反応となる場合がある。この場合、ガス製造装置1は、還元剤加熱部に代えて、還元剤4Rを冷却する還元剤冷却部を有することが好ましい。かかる還元剤冷却部を設けることにより、第1ガスまたは還元ガスと還元剤4Rとの反応の際に、還元剤4Rが劣化するのを好適に阻止して、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率の低下を好適に防止または抑制するとともに、還元ガスによる還元剤4Rの再生をさらに促進することができる。
つまり、ガス製造装置1には、還元剤4Rの種類(発熱反応または吸熱反応)の違いによって、還元剤4Rの温度を調整する還元剤温調部を設けることが好ましい。
なお、還元剤温調部の好適な構成については、後に詳述する。
However, depending on the type of reducing
That is, it is preferable that the
The suitable configuration of the reducing agent temperature control section will be described in detail later.
生成される第2ガス(反応器4a、4bを通過したガス)中に含まれる一酸化炭素の濃度は、第2ガス全体に対して70体積%以上であることが好ましく、80体積%以上であることがより好ましく、90体積%以上であることがさらに好ましい。これにより、後述するガス精製部9の構成を簡略化しても、一酸化炭素の濃度が十分に高い精製ガスを得ることができる。
なお、第2ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度の上限は、100体積%であってもよいが、現実的には、95体積%以下である。この場合、反応器4a、4bの構成を複雑化させたり、反応器4a、4bの作製コストを増大させることなく、第2ガスを生成することができる。
The concentration of carbon monoxide contained in the generated second gas (gas that has passed through the
The upper limit of the concentration of carbon monoxide contained in the second gas may be 100% by volume, but in reality, it is 95% by volume or less. In this case, the second gas can be generated without complicating the configuration of the
反応器4a、4bの出口ポートには、それぞれ分岐ガスラインGL4a、GL4bが接続され、これらがガス合流部J4において合流して、ガスラインGL4を構成している。また、分岐ガスラインGL4a、GL4bの途中には、必要に応じて、それぞれバルブ(図示せず。)が設けられる。
例えば、バルブの開度を調整することにより、反応器4a、4bを通過する第1ガスおよび還元ガスの通過速度(すなわち、還元剤4Rによる第1ガスの処理速度および還元ガスによる還元剤4Rの処理速度)を設定することができる。
本実施形態では、反応器4a、4bおよびガス切換部8により、反応部4が構成されている。
Branch gas lines GL4a and GL4b are connected to the outlet ports of the
For example, by adjusting the opening degree of the valve, the passing speed of the first gas and the reducing gas passing through the
In the present embodiment, the
かかる構成により、反応器4a、4bのそれぞれを通過したガス(本実施形態では、主に、一酸化炭素を主成分とする第2ガスおよび水蒸気)は、ガス合流部J4において合流することにより混合され、混合ガス(合流ガス)が生成された後、1つのガスラインGL4を通過するようになる。
このため、ガス切換部8の流路切換状態(バルブの開閉状態)を変更して、反応器4a、4bのそれぞれで異なる反応を行えば、混合ガスを連続して製造することができ、最終的には、精製ガスも連続して製造することもできる。また、反応器4a、4bにおいて交互に同一の反応を繰り返し行うため、混合ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度を安定化させ、結果として、精製ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度を安定化させることもできる。
したがって、上述したガス製造装置1(製鉄システム100)は、二酸化炭素から一酸化炭素を連続かつ安定して製造することができ、工業的に有利である。また、二酸化炭素の排出量を効率的に低減しつつ製鉄が可能である。
With this configuration, the gases that have passed through the
Therefore, if the flow path switching state (valve opening / closing state) of the
Therefore, the gas production apparatus 1 (ironmaking system 100) described above can continuously and stably produce carbon monoxide from carbon dioxide, which is industrially advantageous. In addition, iron production is possible while efficiently reducing carbon dioxide emissions.
これに対して、ガス合流部J4を設けない場合、供給するガスを切り換える際には、ガス切換部8を遮断する(バルブを一旦閉じる)必要が生じ、各反応器4a、4bをバッチ式とせざるを得ない。このため、第1ガス中の二酸化炭素の濃度、還元剤4Rの種類、反応器4a、4bの容量等によっては、一酸化炭素の製造時間が長時間となり、変換効率が悪く、工業的に不利になる場合がある。
また、各反応器4a、4bから排出されるガスの成分が、供給するガスを切り換える度に変化し易い。このため、各反応器4a、4bから排出されたガスの後処理工程が複雑になってしまう場合がある。
ここで、混合ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度は、通常、特定の範囲(混合ガス全体に対して所定の体積%)に調整するのが好ましい。この濃度が低過ぎると、後述するガス精製部9の性能にもよるが、一酸化炭素を高濃度で含む精製ガスを得るのが難しくなる傾向がある。一方、この濃度の上限値を超えて高くしても、最終的に得られる精製ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度をさらに高める効果のそれ以上の増大が期待できない。
On the other hand, when the gas merging section J4 is not provided, it is necessary to shut off the gas switching section 8 (temporarily close the valve) when switching the supplied gas, and the
Further, the components of the gas discharged from the
Here, it is usually preferable to adjust the concentration of carbon monoxide contained in the mixed gas to a specific range (a predetermined volume% with respect to the entire mixed gas). If this concentration is too low, it tends to be difficult to obtain a purified gas containing a high concentration of carbon monoxide, although it depends on the performance of the
ガスラインGL4の反応器4a、4bの反対側の端部には、精製ガスをガス製造装置1外に排出する精製ガス排出部40が接続されている。この精製ガス排出部40と高炉200とが返還ライン600を介して接続されている。かかる構成により、精製ガスが高炉200に供給される。
また、ガスラインGL4の途中には、ガス精製部9と精製ガス加熱部15とが、この順に上流側から設けられている。
ガス精製部9では、混合ガスから一酸化炭素を精製して、高濃度の一酸化炭素を含む精製ガスを回収する。なお、混合ガス中の一酸化炭素濃度が十分に高い場合には、ガス精製部9を省略してもよい。
かかるガス精製部9は、例えば、冷却器、気液分離器、ガス分離器、分離膜およびスクラバー(吸収塔)のうちの少なくとも1種の処理器で構成することができる。
複数の処理器を使用する場合、それらの配置順序は任意であるが、冷却器と気液分離器とガス分離器とを組み合わせて使用する場合、この順で配置するのが好ましい。この場合、混合ガスからの一酸化炭素の精製効率をより高めることができる。
A refined
Further, in the middle of the gas line GL4, a
The
The
When a plurality of processors are used, their arrangement order is arbitrary, but when a cooler, a gas-liquid separator, and a gas separator are used in combination, it is preferable to arrange them in this order. In this case, the efficiency of purification of carbon monoxide from the mixed gas can be further increased.
冷却器は、混合ガスを冷却する。これにより、凝縮水(液体)が生成する。
かかる冷却器は、配管の周囲に冷媒を通過させるためのジャケットを配置したジャケット式の冷却装置、反応器4a、4bと同様の構成(図3参照)とし、管体内に混合ガスを、管体の周囲に冷媒をそれぞれ通過させる多管式の冷却装置、エアフィンクーラー等を含んで構成することができる。
The cooler cools the mixed gas. As a result, condensed water (liquid) is generated.
Such a cooler has the same configuration as the
気液分離器は、冷却器で混合ガスを冷却する際に生じる凝縮水を混合ガスから分離する。このとき、凝縮水には、混合ガス中に残存する不要ガス成分(特に、二酸化炭素)を溶解して除去することができるという利点がある。
気液分離器は、微成分除去部7の気液分離器と同様に構成することができ、好ましくは単なる容器で構成することができる。この場合、容器内の気液界面には、気体の通過は許容するが、液体の通過を阻止するフィルタを配置するようにしてもよい。
また、この場合、容器の底部には、液体ラインを接続し、その途中にバルブを設けるようにしてもよい。かかる構成によれば、容器内に貯留された凝縮水は、バルブを開放することにより、液体ラインを介して、ガス製造装置1外に排出(放出)することができる。
The gas-liquid separator separates the condensed water generated when the mixed gas is cooled by the cooler from the mixed gas. At this time, the condensed water has an advantage that unnecessary gas components (particularly carbon dioxide) remaining in the mixed gas can be dissolved and removed.
The gas-liquid separator can be configured in the same manner as the gas-liquid separator of the fine
Further, in this case, a liquid line may be connected to the bottom of the container, and a valve may be provided in the middle of the line. According to such a configuration, the condensed water stored in the container can be discharged (released) to the outside of the
さらに、液体ラインの途中のバルブより下流側には、ドレイントラップを設けることが好ましい。これにより、仮に、バルブが誤作動して、液体ラインに一酸化炭素や水素が流出しても、ドレイントラップに貯留され、ガス製造装置1外に排出されるのを未然に防止することができる。このドレイントラップに代えて、あるいは、ドレイントラップとともに、バルブの誤作動検知機能、バルブが誤作動した際の冗長化対策を施してもよい。
なお、液体ラインを上述したタンク30に接続して、排出する凝縮水を再利用するようにしてもよい。
Further, it is preferable to provide a drain trap on the downstream side of the valve in the middle of the liquid line. As a result, even if the valve malfunctions and carbon monoxide or hydrogen flows out to the liquid line, it can be prevented from being stored in the drain trap and discharged to the outside of the
The liquid line may be connected to the
ガス分離器は、例えば、低温分離方式(深冷方式)の分離器、圧力スイング吸着(PSA)方式の分離器、膜分離方式の分離器、温度スイング吸着(TSA)方式の分離器、金属イオン(例えば、銅イオン)と有機配位子(例えば、5−アジドイソフタル酸)とを複合化した多孔性配位高分子(Porous Coordination Polymer:PCP)を用いた分離器、アミン吸収を利用した分離器等のうちの1種または2種以上を用いて構成することができる。
また、ガスラインGL4の気液分離器とガス分離器との間には、バルブを設けるようにしてもよい。この場合、バルブの開度を調整することにより、混合ガスの処理速度(精製ガスの製造速度)を調節することができる。
Gas separators include, for example, a low temperature separation type (deep cooling type) separator, a pressure swing adsorption (PSA) type separator, a membrane separation type separator, a temperature swing adsorption (TSA) type separator, and a metal ion. Separator using a porous coordination polymer (PCP) in which (for example, copper ion) and an organic ligand (for example, 5-azidoisophthalic acid) are compounded, separation using amine absorption It can be configured by using one kind or two or more kinds of vessels and the like.
Further, a valve may be provided between the gas-liquid separator of the gas line GL4 and the gas separator. In this case, the processing speed of the mixed gas (the production speed of the refined gas) can be adjusted by adjusting the opening degree of the valve.
本実施形態では、気液分離器から排出される混合ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度は、混合ガス全体に対して75〜100体積%となっている。
そして、本実施形態のように、精製ガスを高炉(溶解炉)200に返還して、還元剤として使用する場合には、混合ガスから一酸化炭素を精製して、高濃度で一酸化炭素を含む精製ガスを得る。
また、本実施形態では、高炉ガスを回収した高炉200と同一の高炉200に精製ガスを返還する構成であるが、精製ガスは、高炉200と異なる高炉に返還してもよく、電気炉(他の溶解炉)に返還してもよい。
In the present embodiment, the concentration of carbon monoxide contained in the mixed gas discharged from the gas-liquid separator is 75 to 100% by volume with respect to the entire mixed gas.
Then, when the purified gas is returned to the blast furnace (melting furnace) 200 and used as a reducing agent as in the present embodiment, carbon monoxide is purified from the mixed gas to obtain carbon monoxide at a high concentration. Obtain the purified gas containing.
Further, in the present embodiment, the refined gas is returned to the
また、ガス合流部J4を省略して、分岐ガスラインGL4a、GL4bを独立したガスラインとしてもよい。この場合、各反応器4a、4bを通過した後のガス(水または第2ガス)は、互いに独立した分岐ガスラインGL4a、GL4bを移送される。例えば、水(水蒸気)を含むガスは、廃棄処理またはタンク30への変換処理に供し、一酸化炭素を主成分とする第2ガスは、ガス精製部9を通過した後、精製ガス排出部40を介して返還ライン600に排出される。かかる構成によれば、各反応器4a、4bを通過した後のガスを互いに独立して処理することができる。
Further, the gas merging portion J4 may be omitted, and the branched gas lines GL4a and GL4b may be used as independent gas lines. In this case, the gas (water or second gas) after passing through the
精製ガス加熱部(第2ガス加熱部)15は、ガス精製部9で回収された精製ガス(ガス合流部J4を省略する場合には、各反応器4a、4bから排出された第2ガスまたはガス精製部9を通過した第2ガス)を加熱する。すなわち、高炉200に返還(供給)する前の精製ガス(第2ガス)を加熱する。これにより、精製ガスを高炉200内に吹き込むことにより、製鉄時の温度が低下し、製鉄効率が低下したり、不純物の含有量が増大したりするのを好適に防止することができる。
精製ガス加熱部15は、例えば、電熱器、燃焼炉(燃焼ボイラー)、高温熱媒を用いた熱交換器、エコノマイザー(熱回収器)等を含んで構成することができる。
精製ガス加熱部15による加熱後の精製ガス(第2ガス)の温度は、500〜1300℃であることが好ましく、900〜1200℃であることがより好ましい。この場合、上記効果をより高めることができる。
The refined gas heating unit (second gas heating unit) 15 is a refined gas recovered by the gas purification unit 9 (when the gas merging unit J4 is omitted, the second gas or the second gas discharged from each of the
The refined
The temperature of the refined gas (second gas) after heating by the refined
次に、製鉄システム100の使用方法(作用)について説明する。
[1]まず、ガス切換部8においてガスライン(流路)を切り換えることにより、接続部2と反応器4aとを連通し、還元ガス供給部3と反応器4bとを連通する。
[2]次に、この状態で、高炉200からガスライン400、供給ライン500および接続部2を介して、二酸化炭素を主成分とする第1ガスの供給を開始する。
接続部2から供給される第1ガスは、通常、50〜300℃の高温であるが、濃度調整部5に至るまでに、30〜50℃にまで冷却される。
Next, the usage (action) of the
[1] First, by switching the gas line (flow path) in the
[2] Next, in this state, the supply of the first gas containing carbon dioxide as a main component is started from the
The first gas supplied from the connecting
[3]次に、第1ガスは、酸素除去装置(濃度調整部5)を通過する。これにより、第1ガスから酸素が除去され、第1ガス中に含まれる二酸化炭素の濃度が上昇する。
[4]次に、第1ガスは、圧縮部6を通過する。これにより、第1ガスの圧力が上昇する。
[5]次に、第1ガスは、微成分除去部7を通過する。これにより、圧縮部6で第1ガスを圧縮した際に生じる凝縮水や、還元剤4Rの活性を低下させる不活化成分が第1ガスから除去される。
[3] Next, the first gas passes through the oxygen removing device (concentration adjusting unit 5). As a result, oxygen is removed from the first gas, and the concentration of carbon dioxide contained in the first gas increases.
[4] Next, the first gas passes through the
[5] Next, the first gas passes through the fine
[6]次に、第1ガスは、供給ガス加熱部10を通過する。これにより、第1ガスが加熱される。
[7]次に、第1ガスは、反応器4aに供給される。反応器4aでは、還元剤4Rにより第1ガス中の二酸化炭素が一酸化炭素に還元(変換)され、一酸化炭素を主成分とする第2ガスが得られる。このとき、還元剤4Rは、酸化される。
上記工程[6]における第1ガスの加熱温度(反応器4a、4bに供給する第1ガスの温度)は、300〜700℃であることが好ましく、450〜700℃であることがより好ましく、600〜700℃であることがさらに好ましく、650〜700℃であることが特に好ましい。第1ガスの加熱温度を上記範囲に設定すれば、例えば、二酸化炭素を一酸化炭素へ変換する際の吸熱反応による還元剤4Rの急激な温度低下を防止または抑制することができるため、反応器4aにおける二酸化炭素の還元反応をより円滑に進行させることができる。
[6] Next, the first gas passes through the supply
[7] Next, the first gas is supplied to the
The heating temperature of the first gas (the temperature of the first gas supplied to the
[8]上記工程[2]〜[7]と並行して、タンク30から水(還元ガス原料)を水素発生装置(還元ガス供給部3)に供給し、水から水素を生成する。
[9]次に、水素を含む還元ガスは、還元ガス加熱部11を通過する。これにより、還元ガスが加熱される。
[10]次に、還元ガスは、反応器4bに供給される。反応器4bでは、還元ガス(水素)により酸化状態の還元剤4Rが還元(再生)される。
上記工程[9]における還元ガスの加熱温度(反応器4a、4bに供給する還元ガスの温度)は、300〜700℃であることが好ましく、450〜700℃であることがより好ましく、600〜700℃であることがさらに好ましく、650〜700℃であることが特に好ましい。還元ガスの加熱温度を上記範囲に設定すれば、例えば、酸化状態の還元剤4Rを還元(再生)する際の吸熱反応による還元剤4Rの急激な温度低下を防止または抑制することができるため、反応器4bにおける還元剤4Rの還元反応をより円滑に進行させることができる。
[8] In parallel with the above steps [2] to [7], water (reduced gas raw material) is supplied from the
[9] Next, the reducing gas containing hydrogen passes through the reducing
[10] Next, the reducing gas is supplied to the
The heating temperature of the reducing gas (the temperature of the reducing gas supplied to the
ここで、供給ガス加熱部10による第1ガスの加熱温度をX[℃]とし、還元ガス加熱部11による還元ガスの加熱温度をY[℃]としたとき、|X−Y|(すなわち、XとYとの差の絶対値)は、0〜25なる関係を満足することが好ましく、0〜20なる関係を満足することがより好ましく、0〜15なる関係を満足することがさらに好ましい。換言すれば、第1ガスの加熱温度Xと還元ガスの加熱温度Yとは同一であっても、若干異なっていてもよい。上記関係を満足するように、XおよびYを設定すれば、二酸化炭素の一酸化炭素への変換と還元ガスによる還元剤4Rの還元とを良好なバランスで進行させることができる。
なお、第1ガスの加熱温度Xと還元ガスの加熱温度Yとを異ならせる場合、還元ガスによる還元剤4Rの還元反応に要する熱量が、還元剤4Rによる二酸化炭素の還元反応に要する熱量よりも大きくなる傾向にあるため、還元ガスの加熱温度Yを第1ガスの加熱温度Xより高く設定することが好ましい。
Here, when the heating temperature of the first gas by the supply
When the heating temperature X of the first gas and the heating temperature Y of the reducing gas are different, the amount of heat required for the reduction reaction of the reducing
本実施形態において、ガス切換部8においてガスラインの切り換えタイミング(すなわち、反応器4a、4bに供給する第1ガスと還元ガスとの切り換えタイミング)は、条件I:反応器4aまたは4bへ所定の量の第1ガスを供給したとき、または条件II:二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率が所定の値を下回ったときとすることが好ましい。これにより、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率が大きく低下する前に、反応器4a、4bの切り換えを行うため、混合ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度を増大させ、かつ安定化させることができる。
なお、条件IIの検出には、反応器4a、4bの入口および出口ポート付近にそれぞれガス濃度センサを配置しておけばよい。このガス濃度センサの検出値に基づいて、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率を計算により求めることができる。
In the present embodiment, the switching timing of the gas line in the gas switching unit 8 (that is, the switching timing between the first gas supplied to the
For the detection of condition II, gas concentration sensors may be arranged near the inlet and outlet ports of the
また、混合ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度をより安定化させる観点から、反応器4a、4bへの第1ガスの供給量と、反応器4a、4bへの還元ガスの供給量とは、できる限り近くなるように設定することが好ましい。具体的には、反応器4a、4bへの第1ガスの供給量P[mL/分]とし、反応器4a、4bへの還元ガスの供給量をQ[mL/分]としたとき、P/Qは、0.9〜2なる関係を満足することが好ましく、0.95〜1.5なる関係を満足することがより好ましい。第1ガスの供給量Pが多過ぎると、反応器4a、4b内の還元剤4Rの量によっては、一酸化炭素に変換されることなく、反応器4a、4bから排出される二酸化炭素の量が増加する傾向がある。
Further, from the viewpoint of further stabilizing the concentration of carbon monoxide contained in the mixed gas, the supply amount of the first gas to the
上記条件Iにおける所定の量は、還元剤4Rに占める質量の割合が最も多い金属元素1モル当たり、二酸化炭素が0.01〜3モルの量であることが好ましく、0.1〜2.5モルの量であることがより好ましい。
また、上記条件IIにおける所定の値は、50〜100%であることが好ましく、60〜100%であることがより好ましく、70〜100%であることがさらに好ましい。なお、所定値の上限は、95%以下であってもよく、90%以下であってもよい。
いずれの場合も、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率が極端に低下する前に、反応器4a、4bの切り換えが可能であり、結果として、一酸化炭素を高濃度で含む混合ガスを安定して得ることができ、よって、一酸化炭素を高濃度で含む精製ガスを製造することもできる。
The predetermined amount under the above condition I is preferably 0.01 to 3 mol of carbon dioxide per 1 mol of the metal element having the largest proportion of the mass in the reducing
Further, the predetermined value under the above condition II is preferably 50 to 100%, more preferably 60 to 100%, and further preferably 70 to 100%. The upper limit of the predetermined value may be 95% or less, or 90% or less.
In either case, the
なお、還元ガス(還元物質)の供給量Qは、還元剤4Rに占める質量の割合が最も多い金属元素1モル当たり、水素が0.1〜3モルの量であることが好ましく、0.15〜2.5モルの量であることがより好ましい。還元ガスの供給量Qを上限値を超えて多くしても、酸化状態の還元剤4Rを還元する効果のそれ以上の増大が期待できない。一方、還元ガスの供給量Qが少な過ぎると、還元ガス中に含まれる水素の量によっては、還元剤4Rの還元が不十分になる場合がある。
また、反応器4a、4bに供給する還元ガスの圧力は、大気圧であってもよく、加圧(第1ガスと同程度)であってもよい。
The supply amount Q of the reducing gas (reducing substance) is preferably 0.15 mol of hydrogen per mol of the metal element having the largest proportion of the mass in the reducing
Further, the pressure of the reducing gas supplied to the
[11]次に、反応器4a、4bを通過したガスは、合流して混合ガスが生成される。この時点で、混合ガスの温度は、通常、600〜650℃である。この時点での混合ガスの温度が上記範囲であれば、反応器4a、4b内の温度が十分に高温に維持されていることを意味し、還元剤4Rによる二酸化炭素の一酸化炭素への変換や、還元ガスによる還元剤4Rの還元が効率よく進行していると判断することができる。
[12]次に、混合ガスは、ガス精製部9に至るまでに、100〜300℃にまで冷却される。
[11] Next, the gases that have passed through the
[12] Next, the mixed gas is cooled to 100 to 300 ° C. by the time it reaches the
[13]次に、混合ガスは、ガス精製部9を通過する。これにより、例えば、生成された凝縮水および凝縮水に溶解する二酸化炭素等が除去される。その結果、混合ガスから一酸化炭素が精製され、一酸化炭素を高濃度で含む精製ガスが得られる。
なお、得られる精製ガスの温度は、20〜50℃である。
[14]次に、精製ガスは、精製ガス加熱部15を通過する。これにより、精製ガスが加熱される。このときの精製ガスの温度は、上述したように、好ましくは500〜1300℃である。
[15]次に、精製ガスは、精製ガス排出部40および返還ライン600を介して、高炉200に返還される。
このようにして、製鉄システム100では、二酸化炭素の排出量を効率的に低減しつつ製鉄が可能となっている。
[13] Next, the mixed gas passes through the
The temperature of the obtained purified gas is 20 to 50 ° C.
[14] Next, the refined gas passes through the refined
[15] Next, the refined gas is returned to the
In this way, in the
<還元剤加熱部(還元剤温調部)の構成>
図5は、還元剤加熱部の構成を示す概略図であり、図6は、還元剤加熱部の他の構成を示す概略図である。
図5に示す還元剤加熱部12は、図3に示す多管式の反応器4a、4bにおいて、複数の管体41とハウジング42とで画成される空間43に供給する媒体と、媒体を空間43に移送する移送装置121と、媒体を加熱する加熱装置122とを備えている。
<Structure of reducing agent heating part (reducing agent temperature control part)>
FIG. 5 is a schematic view showing the configuration of the reducing agent heating unit, and FIG. 6 is a schematic view showing another configuration of the reducing agent heating unit.
The reducing
本構成例の還元剤加熱部12は、反応器4a、4bのそれぞれに接続された循環式の媒体ラインML1を備え、この媒体ラインML1に媒体が充填されている。媒体ラインML1は、途中で分岐した後、各反応器4a、4bに接続され、その後、再度合流して1つになっている。また、1つになった媒体ラインML1の途中には、移送装置121および加熱装置122が配置されている。
かかる構成によれば、加熱装置122で加熱された媒体が、媒体ラインML1を循環する際に、反応器4a、4bの空間43に供給される。これにより、還元剤4Rが管体41を介して間接的に加熱される。また、2つの反応器4a、4bの還元剤4Rの加熱温度をほぼ等しく設定することもできる。
還元剤4Rの加熱温度は、300〜700℃であることが好ましく、650〜700℃であることがより好ましい。加熱温度が高過ぎると、還元剤4Rを構成する金属酸化物の種類にもよるが、還元剤4Rが劣化して活性が低下し易くなる傾向がある。一方、加熱温度が低過ぎると、高濃度で一酸化炭素を含む精製ガスの製造に要する時間が長くなる傾向がある。
The reducing
According to such a configuration, the medium heated by the
The heating temperature of the reducing
媒体としては、気体、液体(粘性液体を含む。)等が挙げられる。
加熱装置122は、電熱器のみで構成することができる他、電熱器と供給ガス加熱部10で記載したのと同様の熱交換器とで構成することもできる。
後者の構成によれば、反応器4a、4bを通過した後の高温のガスの熱を利用して、反応器4a、4bに供給する前の媒体を熱交換により加熱するため、熱の有効利用を図ることができる。
なお、媒体として気体を使用する場合、移送装置121は、送風機で構成することができる。また、媒体として液体を使用する場合、移送装置121は、ポンプで構成することができる。
なお、還元剤加熱部12は、媒体(加熱ガス)を用いる構成に代えて、電気ヒーターで構成することもできる。この場合、電気ヒーターによる加熱は、反応器4a、4bのハウジング42に対して行ってよいし、還元剤4Rが充填された管体41に対して別個に行ってもよい。
Examples of the medium include gas, liquid (including viscous liquid) and the like.
The
According to the latter configuration, the heat of the high-temperature gas after passing through the
When a gas is used as the medium, the
The reducing
図6に示す還元剤加熱部12は、非循環式の媒体ラインML2を備えており、媒体として大気(気体)を使用するように構成されている。
本構成例では、媒体ラインML2の大気の供給口側から順に、移送装置121(送風機)と、第1熱交換器123と、電熱器で構成された加熱装置124とが配置され、大気の排出口側に、第2熱交換器125が配置されている。
第1熱交換器123および第2熱交換器125は、それぞれ熱交換器102と同様の構成を有していることが好ましい。
第1熱交換器123は、反応器4a、4bの管体41内を通過した後のガス(例えば、混合ガス)と、反応器4a、4bの空間43に供給する前の大気との間で熱交換する。一方、第2熱交換器125は、反応器4a、4bの空間43を通過した後の大気と、反応器4a、4bに供給する前の第1ガスとの間で熱交換する。
The reducing
In this configuration example, the transfer device 121 (blower), the first heat exchanger 123, and the
It is preferable that the first heat exchanger 123 and the
The first heat exchanger 123 is between the gas after passing through the
反応器4a、4bを通過した後の高温のガスまたは大気(媒体)の熱を利用して、反応器4a、4bに供給する前の大気(媒体)または第1ガスを熱交換により加熱するため、熱の有効利用を図ることができる。
なお、第2熱交換器125は、反応器4a、4bに供給する前の第1ガスとの間で熱交換する構成に代えて、反応器4a、4bに供給する前の還元ガスとの間で熱交換する構成としてもよく、反応器4a、4bに供給する前の第1ガスおよび還元ガスの双方との間で熱交換する構成としてもよい。
また、図6に示す構成例によれば、図5に示す構成例より、移送装置121に接触する媒体の温度が低くなるため、比較的安価な耐熱性の低い移送装置でも使用可能であるという利点がある。
To heat the atmosphere (medium) or the first gas before supplying it to the
The
Further, according to the configuration example shown in FIG. 6, since the temperature of the medium in contact with the
ここで、反応器4a、4b(還元剤4R)を加熱するのに燃焼炉等を用いると、還元剤4Rの加熱温度(反応温度)を維持するのに、燃料を燃焼する必要が生じる。このため、二酸化炭素が発生し、二酸化炭素を大気中に放出せざるを得ないことになる。
これに対して、還元剤加熱部12を図5および図6に示す構成とすることにより、移送装置121および加熱装置122、124の動力源として、上述したような再生可能エネルギーとしての電力(電気エネルギー)を使用できるため、環境への負荷を低減することができる。
また、ガス製造装置1内に存在する可燃ガスへの引火の可能性をより確実に低減することができるという利点もある。
Here, if a combustion furnace or the like is used to heat the
On the other hand, by configuring the reducing
Further, there is an advantage that the possibility of ignition of the combustible gas existing in the
なお、還元剤加熱部は、図5および図6に示す構成に代えて、還元剤4Rに対してマイクロ波を照射する照射装置を備える構成とすることもできる。
マイクロ波の照射により還元剤4Rを加熱する構成によれば、還元剤4Rを比較的短時間で、目的の温度まで加熱することができる。また、還元剤4Rの表面付近のみならず、中心部まで均一に加熱し易い。さらに、還元剤4Rの加熱温度を精密に制御し易い。よって、照射装置を使用すれば、精製ガスの製造効率をより高めることができる。加えて、かかる照射装置は、図5および図6に示す構成と比較して、小型化が可能である。
また、マイクロ波の照射の場合、還元剤4Rの表面付近のみを局所的(優先的)に目的とする温度に上昇させることができる。このため、高温で反応が進行する場合(吸熱反応の場合)には、その効率を高め易い。この場合、還元剤4Rの表面付近のみの温度を上昇させるだけのエネルギーを投入すればよいので、エネルギー効率も向上する。
The reducing agent heating unit may be provided with an irradiation device that irradiates the reducing
According to the configuration in which the reducing
Further, in the case of microwave irradiation, only the vicinity of the surface of the reducing
マイクロ波は、周波数300MHz〜300GHzの電磁波を意味し、周波数300〜3000MHzの極超短波(UHF)、周波数3〜30GHzのセンチメートル波(SHF)、周波数30〜300GHzのミリ波(EHF)、周波数300〜3000GHzのサブミリ波(SHF)に分類される。中でも、マイクロ波としては、極超短波(UHF)が好ましい。極超短波(UHF)を使用することにより、還元剤4Rをより短時間で、目的の温度まで加熱することができる。
なお、マイクロ波の照射を行う場合、電波法に準拠した電波の漏洩対策が適切に講じられる。
Microwave means an electromagnetic wave having a frequency of 300 MHz to 300 GHz, an ultra high frequency wave (UHF) having a frequency of 300 to 3000 MHz, a centimeter wave (SHF) having a frequency of 3 to 30 GHz, a millimeter wave (EHF) having a frequency of 30 to 300 GHz, and a
When irradiating microwaves, measures against radio wave leakage in accordance with the Radio Law are taken appropriately.
また、マイクロ波の照射は、連続的に行ってもよく、間欠的(パルス的)に行ってもよい。
マイクロ波の照射を連続的に行えば、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率および還元ガスによる還元剤4Rの再生(還元)効率がさらに高まることを、本発明者らは知見している。その理由は、必ずしも明確ではないが、反応器4a、4b内に供給される第1ガス中に含まれる二酸化炭素、還元ガス中に含まれる水素および還元剤4Rが、連続的に照射されるマイクロ波により活性化されることが要因であると考えられる。
一方、マイクロ波の照射を間欠的に行う場合には、二酸化炭素の一酸化炭素への変換および還元ガスによる還元剤4Rの再生(還元)の際の吸熱反応に必要なエネルギー分だけを補償するように、所定のタイミングでマイクロ波を照射すればよいので、エネルギー効率を高めることができる。
Further, the microwave irradiation may be performed continuously or intermittently (pulse-like).
The present inventors have found that continuous microwave irradiation further enhances the conversion efficiency of carbon dioxide to carbon monoxide and the regeneration (reduction) efficiency of the reducing
On the other hand, when microwave irradiation is performed intermittently, only the energy required for the endothermic reaction at the time of conversion of carbon dioxide to carbon monoxide and regeneration (reduction) of the reducing
マイクロ波の照射による加熱の場合、第1ガスの加熱温度、還元ガスの加熱温度及び還元剤4Rの加熱温度は、それぞれ上述と同じ範囲としてもよく、上述と異なる範囲としてもよい。例えば、上記各加熱温度は、300〜700℃に設定することができる。
なお、照射装置は、反応器4a、4bの内部に配置してもよく、外部に配置してもよい。上述したように、濃度調整部5により、第1ガスのガス組成を爆発範囲から乖離させておけば、マイクロ波の照射条件によらず、第1ガスに対する着火源となることを好適に防止することができる。
また、照射装置の動力源には、電気エネルギーが使用されるため、この電気エネルギーを再生可能エネルギーに切り換え易いというメリットもある。
In the case of heating by microwave irradiation, the heating temperature of the first gas, the heating temperature of the reducing gas, and the heating temperature of the reducing
The irradiation device may be arranged inside the
Further, since electric energy is used as the power source of the irradiation device, there is an advantage that this electric energy can be easily switched to renewable energy.
上述したように、還元剤4Rによる反応が発熱反応である場合、還元剤温調部を還元剤冷却部として構成することができる。この場合、例えば、図5および図6に示す構成において、第1熱交換器123および第2熱交換器125を省略し、加熱装置122、124を冷却装置に変更すればよい。冷却装置としては、ジャケット式の冷却装置、多管式の冷却装置等が挙げられる。この場合も、還元剤4Rの冷却温度(温調後の温度)を、上述と同じ範囲とするのが好ましい。
As described above, when the reaction by the reducing
<接続部付近の構成>
図7は、ガス製造装置と排ガス設備との接続部(原料ガス供給部)付近の構成を示す概略図である。
図7に示す構成では、接続部2と濃度調整部5との間に、冷却部13が設けられている。そして、この冷却部13は、冷却装置131と、冷却装置131に接続された容器132とを備えている。冷却装置131は、上述したようなジャケット式の冷却装置、多管式の冷却装置等で構成することができる。
排ガス設備の高炉(第1ガス生成部)200から供給される第1ガスは、水蒸気の他、酸化ガス成分(SOx、HCl等)も含むため、冷却部13での冷却により、酸化ガス成分とともに、水蒸気を凝縮させ、酸化ガス成分が溶解した凝縮水(酸性水溶液)として除去することが好ましい。これにより、ガスラインGL1を構成する配管の腐食を好適に防止することができる。
<Configuration near the connection>
FIG. 7 is a schematic view showing a configuration in the vicinity of a connection portion (raw material gas supply portion) between the gas production apparatus and the exhaust gas equipment.
In the configuration shown in FIG. 7, a cooling
Since the first gas supplied from the blast furnace (first gas generation unit) 200 of the exhaust gas facility contains not only water vapor but also an oxidation gas component (SO x , HCl, etc.), the oxidation gas component is cooled by the cooling
本構成例では、冷却装置131で第1ガスを冷却することにより酸性水溶液が生成され、この酸性水溶液は、容器132に貯留され、第1ガスと分離される。また、容器132内の気液界面には、気体の通過は許容するが、液体の通過を阻止するフィルタを配置するようにしてもよい。
かかる構成の場合、分岐部450と冷却装置131との離間距離(図7中、L1)は、特に限定されないが、10m以下が好ましく、1〜5mであることがより好ましい。離間距離L1を上記範囲に設定すれば、ガスラインGL1の目的としない箇所において、酸性ガスが溶解した凝縮水(酸性水溶液)が生成されるのを阻止して、ガスラインGL1を構成する配管の腐食をより確実に防止することができる。
In this configuration example, an acidic aqueous solution is generated by cooling the first gas with the
In the case of such a configuration, the separation distance between the
また、製鉄システム100が例えば寒冷地等に施設される場合、特に、分岐部450とガス製造装置1との離間距離L2によっては、供給ライン500の途中で凝縮水が生成され、さらに凍結に至ることがある。これが原因で、供給ライン500を構成する配管が破損するおそれがある。
したがって、このようなトラブルを防ぐために、供給ライン500中の第1ガスを加熱することが好ましい。加熱温度は、凍結が生じない温度であればよいが、酸露点温度(例えば、120℃)以上であることが好ましく、120〜150℃であることがより好ましい。これにより、供給ライン500を構成する配管が破損するのを防止しつつ、酸性ガスが溶解した凝縮水の生成による配管の腐食も好適に防止することができる。
なお、供給ライン500中の第1ガスを加熱するには、例えば、供給ライン500を構成する配管の周囲に電熱線(ヒータ)を巻回して配置すればよい。また、耐腐食目的の場合、ヒーターを用いず、耐腐食性の樹脂材料(例えば、フッ素系樹脂材料)で構成される樹脂ライニング配管等を用いてもよい。
なお、本構成例においては、必要に応じて、容器132を省略してもよい。
Further, when the
Therefore, in order to prevent such troubles, it is preferable to heat the first gas in the
In order to heat the first gas in the
In this configuration example, the
以上のようなガス製造装置1、製鉄システム100を使用して、二酸化炭素を含む第1ガスから、一酸化炭素を主成分とする精製ガス(第2ガス)を製造し、製鉄に利用することができる。
<製鉄方法>
本実施形態の製鉄方法は、I:還元剤4Rを内部に配置した複数の反応器4a、4bと、二酸化炭素との接触により酸化された還元剤4Rを還元する水素(還元物質)を含む還元ガスとを準備し、II:高炉ガス(二酸化炭素および一酸化炭素を含むガス)中の一酸化炭素を二酸化炭素に変換して、第1ガスを得、III:第1ガスと還元ガスとを供給する反応器4a、4bを切り換えることにより、各反応器4a、4b内において還元剤4Rに第1ガスと還元ガスとを交互に接触させて、二酸化炭素を一酸化炭素に変換させて、一酸化炭素を主成分とする第2ガスを得るとともに、酸化された還元剤4Rを還元し、IV:反応器4a、4bから排出された第2ガスを高炉200に供給する。
Using the
<Steel making method>
The iron-making method of the present embodiment includes I: a plurality of
また、上述した製鉄システム100(ガス製造装置1)において、反応器4a、4bを通過したガスは、反応器4a、4bを通過した直後に合流する構成であったが、合流する前に各種処理が施されてもよい。すなわち、分岐ガスラインGL4a、GL4bの途中には、任意の目的で、少なくとも1種の処理器を設けることができる。
次に、かかる構成の製鉄システム100について説明する。
図8は、本発明の製鉄システムにおけるガス製造装置の他の実施形態を示す概略図であり、図9は、図8の精製器の構成を模式的に示す断面図である。
以下、図8に示すガス製造装置1について、図1に示すガス製造装置1との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図8に示すガス製造装置1は、さらに、分岐ガスラインGL4a、GL4bの途中に設けられた精製器14a、14bを有している。すなわち、各精製器14a、14bは、対応する反応器4a、4bの下流側に接続され、反応器4a、4b及び精製器14a、14bを順次通過したガスは、ガス合流部J4において合流する。
Further, in the steelmaking system 100 (gas production apparatus 1) described above, the gases that have passed through the
Next, the
FIG. 8 is a schematic view showing another embodiment of the gas production apparatus in the iron making system of the present invention, and FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the refiner of FIG.
Hereinafter, the
The
各精製器14a、14bは、図9に示すように、複数の分離筒141と、複数の分離筒141を収納したハウジング(精製器本体)142とを備える多管式の精製装置で構成されている。かかる多管式の精製装置によれば、反応器4a、4bを通過したガスと分離筒141との接触の機会を十分に確保することができる。
各精製器14a、14bは、還元剤4Rとの接触により生成した水(還元物質の酸化物)と水素(還元物質)との分離、および、一酸化炭素と二酸化炭素との分離のうちの少なくとも一方が可能に構成されていることが好ましい。特に、分離筒141は、その壁部を水(水蒸気)または一酸化炭素を透過させ、水素または二酸化炭素と分離するように構成されることが好ましい。
As shown in FIG. 9, each of the
Each of the
本実施形態では、分離筒141を透過した水および一酸化炭素は、精製器14a、14bから分岐ガスラインGL4a、GL4bに排出される。一方、分離筒141内を通過した還元ガス(未反応の水素)および第1ガス(未反応の二酸化炭素)は、ハウジング142(空間143)に接続されたガスラインGL14a、GL14bに排出される。
これらのガスラインGL14a、GL14bは、それぞれガスラインGL1およびガスラインGL2の途中に接続されてもよい。これにより、未反応の水素および二酸化炭素を再利用することができる。
分岐ガスラインGL4a、GL4bに排出されるガスには、水または一酸化炭素以外の他のガス成分が含まれていてもよいし、ガスラインGL14a、GL14bに排出されるガスにも、水素または二酸化炭素以外の他のガス成分が含まれていてもよい。
In the present embodiment, the water and carbon monoxide that have passed through the
These gas lines GL14a and GL14b may be connected in the middle of the gas line GL1 and the gas line GL2, respectively. This makes it possible to reuse unreacted hydrogen and carbon dioxide.
The gas discharged to the branched gas lines GL4a and GL4b may contain a gas component other than water or carbon monoxide, and the gas discharged to the gas lines GL14a and GL14b also contains hydrogen or carbon dioxide. It may contain gas components other than carbon.
なお、一酸化炭素と二酸化炭素との分離、および、水と水素との分離は、それぞれ、凝縮(液化)する温度の違いを利用して、各反応器4a、4bから排出されるガスを冷却することによっても可能である。しかしながら、この場合、反応器4a、4bの下流側で、分離後のガス成分を高温状態で使用する際(本実施形態のように、高炉200に返還する際等)には、再度、加熱する必要があり、熱エネルギーに無駄が生じる。これに対して、精製器14a、14bによれば、高温(例えば、200〜500℃)でガス成分の分離操作を行うことができるので、分離後のガス成分の温度の低下が生じ難いため、精製ガスの製造全体における熱エネルギーの削減に寄与することができる。
なお、精製器14a、14bによる分離後のガス成分の温度の低下をより確実に防止する観点からは、分離筒141を加熱する加熱装置(例えば、上記マイクロ波を照射する照射装置等)を設けるようにしてもよい。
The separation of carbon monoxide and carbon dioxide and the separation of water and hydrogen cool the gas discharged from each
From the viewpoint of more reliably preventing the temperature of the gas component from dropping after separation by the
上述したように、各反応器4a、4bからは、比較的高温のガスが排出される。したがって、分離筒141は、耐熱性を備えることが好ましい。これにより、分離筒141の変質および劣化を防止することができる。
かかる分離筒141は、金属、無機酸化物または金属有機構造体(Metal Organic Frameworks:MOF)で構成されていることが好ましい。この場合、分離筒141に優れた耐熱性を付与し易い。ここで、金属としては、例えば、チタン、アルミニウム、銅、ニッケル、クロム、コバルトまたはこれらを含む合金等が挙げられる。無機酸化物としては、例えば、シリカ、ゼオライト等が挙げられる。また、金属有機構造体としては、例えば、硝酸亜鉛水和物とテレフタル酸ジアニオンとの構造体、硝酸銅水和物とトリメシン酸トリアニオンとの構造体等が挙げられる。金属を用いる場合、分離筒141は、好ましくは、空孔率が80%以上の多孔質材料で構成される。
As described above, relatively high temperature gas is discharged from each of the
The
分離筒141は、隣接する空孔同士が連通する連続空孔(筒壁を貫通する細孔)を備える多孔質体で構成されていることが好ましい。かかる構成の分離筒141であれば、水または一酸化炭素の透過率を高めて、水と水素との分離および/または一酸化炭素と二酸化炭素との分離をより円滑かつ確実に行うことができる。
分離筒141の空孔率は、特に限定されないが、5〜95%であることが好ましく、10〜90%であることがより好ましく、20〜60%であることがさらに好ましい。これにより、分離筒141の機械的強度が極端に低下するのを防止しつつ、水または一酸化炭素の透過率を十分に高く維持することができる。
なお、分離筒141の形状は、特に限定されず、円筒状、四角形、六角形のような角筒状等が挙げられる。
The
The porosity of the
The shape of the
ガス合流部J4において合流した後のガスの取扱性を向上させ(引火を未然に防止し)、精製ガスの製造効率を高く維持する観点からは、未反応の水素を除去することが有効である。
すなわち、図9に示すように、反応器4a、4bを通過した水素(H2)および水(H2O)から、分離筒141を介して水をハウジング142内の空間143に移動させるように構成するのが好ましい。
この場合、分離筒141の平均空孔径は、600pm以下であるのが好ましく、400〜500pmであるのがより好ましい。これにより、水と水素との分離効率をより向上させることができる。
なお、ハウジング142内の空間143は、減圧してもよいし、キャリアガス(スウィープガス)を通過させるようにしてもよい。キャリアガスとしては、例えば、ヘリウム、アルゴンのような不活性ガス等が挙げられる。
It is effective to remove unreacted hydrogen from the viewpoint of improving the handleability of the gas after merging in the gas merging section J4 (preventing ignition) and maintaining high production efficiency of refined gas. ..
That is, as shown in FIG. 9, hydrogen (H 2 ) and water (H 2 O) that have passed through the
In this case, the average pore diameter of the
The
また、分離筒141は、親水性を有することが好ましい。分離筒141が親水性を有すれば、水の分離筒141に対する親和性が高まり、水が分離筒141をより円滑に透過し易くなる。
分離筒141に親水性を付与する方法としては、無機酸化物中の金属元素の比率を変更(例えば、Al/Si比を高める等)して分離筒141の極性を向上させる方法、分離筒141を親水性ポリマーで被覆する方法、分離筒141を親水性基(極性基)を有するカップリング剤で処理する方法、分離筒141に対してプラズマ処理、コロナ放電処理等を行う方法等が挙げられる。
さらに、分離筒141の表面電位を調整することにより、水に対する親和性を制御するようにしてもよい。
Further, the
As a method of imparting hydrophilicity to the
Further, the affinity for water may be controlled by adjusting the surface potential of the
一方、分離筒141において、一酸化炭素と二酸化炭素との分離を優先させて行う場合、水と水素との分離および一酸化炭素と二酸化炭素との分離の双方を同時に行う場合には、分離筒141の構成材料、空孔率、平均空孔径、親水性または疎水性の程度、表面電位等を適宜組み合わせて設定するようにすればよい。
なお、精製器は、ガスラインGL4の途中であって、ガス合流部J4とガス精製部9との間に設けるようにしてもよい。
また、精製器14a、14bを設ける場合、上記ガス精製部9および精製ガス加熱部15の一方または双方を省略するようにしてもよい。
On the other hand, in the
The refiner may be provided in the middle of the gas line GL4 and between the gas confluence unit J4 and the
Further, when the
以上、本発明の製鉄システムおよび製鉄方法について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
例えば、本発明の製鉄システムは、それぞれ上記実施形態に対して、他の任意の追加の構成を有していてもよく、同様の機能を発揮する任意の構成と置換されていてよく、一部の構成が省略されていてもよい。
また、本発明の製鉄方法は、上記実施形態に対して、任意の目的の工程が追加されていてもよい。
The iron-making system and the iron-making method of the present invention have been described above, but the present invention is not limited thereto.
For example, the iron-making system of the present invention may have any other additional configuration with respect to the above-described embodiment, and may be replaced with any configuration exhibiting the same function, and a part thereof. The configuration of may be omitted.
Further, in the iron-making method of the present invention, any desired step may be added to the above-described embodiment.
また、反応器4a、4bは、固定層式の反応器に代えて、移動層式の反応器で構成するようにしてもよい。この場合、2つの反応器4a、4bを上部および下部で互いに接続し、反応器4a、4b同士の間で還元剤4Rを移動可能(循環可能)に構成することができる。
この場合、ガスラインGL1を分岐させることなく、反応器4a、4bの一方の入口ポートに接続し、ガスラインGL2も分岐させることなく、反応器4a、4bの他方の入口ポートに接続すればよい。
また、この場合、反応器4a、4bの一方が向流立型の反応器で構成され、他方が並流立型の反応器で構成される。なお、反応器4a、4bの双方を、十字流式の反応器で構成するようにしてもよい。
Further, the
In this case, the gas line GL1 may be connected to one inlet port of the
Further, in this case, one of the
また、上記実施形態では、還元ガスとして水素を含むガスを代表に説明したが、還元ガスには、還元物質として、水素に代えてまたは水素とともに、炭化水素(例えば、メタン、エタン、アセチレン等)およびアンモニアから選択される少なくとも1種を含むガスを使用することもできる。
また、上記実施形態では、反応器に供給する前の第1ガス、還元ガスまたは加熱用の媒体と、混合ガスとの間で熱交換する構成の熱交換器について説明したが、各反応器から排出され、混合ガスとされる前のガスと熱交換する構成の熱交換器を採用するようにしてもよい。
Further, in the above embodiment, a gas containing hydrogen as a reducing gas has been described as a representative, but the reducing gas includes hydrocarbons (for example, methane, ethane, acetylene, etc.) as a reducing substance instead of hydrogen or together with hydrogen. And a gas containing at least one selected from ammonia can also be used.
Further, in the above embodiment, the heat exchanger having a configuration in which heat is exchanged between the first gas, the reducing gas or the medium for heating before being supplied to the reactor and the mixed gas has been described, but from each reactor A heat exchanger configured to exchange heat with the gas before it is discharged and made into a mixed gas may be adopted.
100…製鉄システム
200…高炉
300…煙突
400…ガスライン
410…第1ガス生成部、420…濃縮部、450…分岐部
500…供給ライン
600…返還ライン
1…ガス製造装置
2…接続部
3…還元ガス供給部
4…反応部
4a、4b…反応器
41…管体、42…ハウジング、43…空間、44…隔壁部、4R…還元剤
5…濃度調整部
6…圧縮部
7…微成分除去部
8…ガス切換部
9…ガス精製部
10…供給ガス加熱部
101…電熱器、102…熱交換器
11…還元ガス加熱部
12…還元剤加熱部
121…移送装置、122…加熱装置、123…第1熱交換器、124…電熱器、
125…第2熱交換器
13…冷却部
131…冷却装置、132…容器
14a、14b…精製器
141…分離筒、142…ハウジング、143…空間
15…精製ガス加熱部
30…タンク
40…精製ガス排出部
GL1…ガスライン
GL2…ガスライン
GL3a、GL3b…ガスライン
GL4…ガスライン
GL4a、GL4b…分岐ガスライン、J4…ガス合流部
GL14a、GL14b…ガスライン
L1…離間距離
L2…離間距離
100 ...
125 ...
Claims (10)
前記第1ガスを冷却する冷却部と、
二酸化炭素を還元する金属酸化物を含む還元剤であって、前記二酸化炭素との接触により酸化された前記還元剤を、還元する還元物質を含む還元ガスを供給する還元ガス供給部と、
前記冷却部および前記還元ガス供給部の少なくとも一方にそれぞれ接続された複数の反応器と、前記反応器内に配置された前記還元剤とを備え、各前記反応器に供給する冷却後の前記第1ガスと前記還元ガスとを切換可能または前記反応器同士の間で前記還元剤を移動可能な反応部とを有し、
前記反応器に供給された前記冷却後の第1ガスを前記還元剤に接触させ、前記二酸化炭素を一酸化炭素に変換させることにより得られた、前記一酸化炭素を主成分とする第2ガスを、前記第1ガス生成部と同一または異なる溶解炉に供給するように構成されていることを特徴とする製鉄システム。 A first gas generator that converts the carbon monoxide in a gas containing carbon dioxide and carbon monoxide into carbon dioxide to obtain a first gas, and
A cooling unit that cools the first gas,
A reducing agent containing a metal oxide that reduces carbon dioxide, and a reducing gas supply unit that supplies a reducing gas containing a reducing substance that reduces the reducing agent that has been oxidized by contact with carbon dioxide.
The first after cooling, which comprises a plurality of reactors connected to at least one of the cooling unit and the reducing gas supply unit and the reducing agent arranged in the reactor, and supplies the reactor to each reactor. It has a reaction unit that can switch between 1 gas and the reducing gas or that can move the reducing agent between the reactors.
The second gas containing carbon monoxide as a main component, which is obtained by bringing the cooled first gas supplied to the reactor into contact with the reducing agent and converting the carbon dioxide into carbon monoxide. Is configured to be supplied to a melting furnace that is the same as or different from that of the first gas generating unit.
該煙突と前記第1ガス生成部とを接続するガスラインと、
該ガスラインの途中で分岐部において分岐し、前記冷却部に接続された供給ラインとを有する請求項1〜4のいずれか1項に記載の製鉄システム。 In addition, with a chimney,
A gas line connecting the chimney and the first gas generating unit,
The iron-making system according to any one of claims 1 to 4, which has a supply line branched at a branching portion in the middle of the gas line and connected to the cooling portion.
二酸化炭素および一酸化炭素を含むガス中の前記一酸化炭素を二酸化炭素に変換して、第1ガスを得、
前記第1ガスを冷却し、
冷却後の前記第1ガスと前記還元ガスとを供給する前記反応器を切り換えるか、または、前記反応器同士の間で前記還元剤を移動させることにより、各前記反応器内において前記還元剤に前記冷却後の第1ガスと前記還元ガスとを交互に接触させて、前記二酸化炭素を一酸化炭素に変換させて、前記一酸化炭素を主成分とする第2ガスを得るとともに、前記酸化された還元剤を還元し、
前記反応器から排出された前記第2ガスを、前記第1ガス生成部と同一または異なる溶解炉に供給することを特徴とする製鉄方法。 A plurality of reactors in which a reducing agent containing a metal oxide that reduces carbon dioxide is arranged, and a reducing gas containing a reducing substance that reduces the reducing agent oxidized by contact with carbon dioxide are prepared.
The carbon monoxide in a gas containing carbon dioxide and carbon monoxide is converted to carbon dioxide to obtain a first gas.
The first gas is cooled and
By switching the reactor that supplies the first gas and the reducing gas after cooling, or by moving the reducing agent between the reactors, the reducing agent is converted into the reducing agent in each of the reactors. The cooled first gas and the reducing gas are alternately brought into contact with each other to convert the carbon monoxide into carbon monoxide to obtain a second gas containing the carbon monoxide as a main component, and the carbon monoxide is oxidized. Reduce the reducing agent
A method for producing iron, characterized in that the second gas discharged from the reactor is supplied to a melting furnace that is the same as or different from that of the first gas generating unit.
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