JP2022528463A - 直接還元金属を製造するための方法および装置 - Google Patents
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Abstract
Description
Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O
Fe3O4 + 4H2 = 2Fe + 4H2O
温度(℃): 400 450 500 550 600
H2(vol-%): 95 87 82 78 76
H2O(vol-%): 5 13 18 22 24
温度(℃): 400 450 500 550 600
Nm3H2/トンFe2O3:
8340 3208 2317 1895 1738
Nm3H2/トンFe3O4:
7660 2946 2128 1741 1596
温度(℃): 400 450 500 550 600
Nm3H2/トンFe2O3:
1バール 8340 3208 2317 1895 1738
2バール 4170 1604 1158 948 869
3バール 2780 1069 772 632 579
4バール 2085 802 579 474 434
5バール 1668 642 463 379 348
6バール 1390 535 386 316 290
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5バール 1532 589 426 348 319
6バール 1277 491 355 290 266
Claims (21)
- 直接還元金属材料を製造するための方法であって、
a)還元されるべき金属材料を炉空間(120)に装入する工程と、
b)前記炉空間(120)内の低圧化を達成するように、前記炉空間(120)から既存の雰囲気を排出する工程と、
c)主加熱工程において、熱と水素ガスを前記炉空間(120)に供給し、加熱された水素ガスが、前記装入された金属材料を、前記金属材料に存在する金属酸化物が還元されるのに十分に高い温度まで加熱して、次いで、水蒸気を形成する工程と、
d)工程cで形成された水蒸気を、前記装入された金属材料の下の凝縮器(160)において凝縮し、収集する工程と、を含み、
工程cおよびdは、少なくとも、前記炉空間(120)内で水素雰囲気の過圧に達するまで実行され、前記過圧に達するまで、水素ガスが前記炉空間(120)から排出されないことを特徴とする、方法。 - 前記工程cは、初期加熱工程において、熱と水素ガスを前記炉空間(120)に供給し、加熱された水素ガスが、前記装入された金属材料を、前記金属材料に含まれる水の沸点より高い温度まで加熱して、前記含まれる水を蒸発させる工程をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記初期加熱工程における前記炉空間(120)への水素ガスの供給は、前記初期加熱工程の実行中にわたって、圧力平衡が実質的に維持されるように、非常に遅くなるように制御されることを特徴とする、請求項2に記載の方法。
- 工程bにおける前記排出は、前記炉空間(120)の内部で最大0.5バールの圧力に達するように行われることを特徴とする、請求項1から3のいずれか1項に記載の方法。
- 工程cで供給される前記熱は、工程cでも供給される前記水素ガスに直接供給されることを特徴とする、請求項1から4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記熱は、前記炉空間(120)の上部に配置された発熱体(121)によって、前記供給された水素ガスに供給されることを特徴とする、請求項5に記載の方法。
- 工程cで供給される前記水素ガスは、熱交換器(160)で予熱され、前記熱交換器(160)は、熱エネルギーを、前記蒸発された水から工程cで供給される前記水素ガスに伝達するように構成されることを特徴とする、請求項1から6のいずれか1項に記載の方法。
- 工程cの前記主加熱工程および工程dにおける前記凝縮は、所定の圧力に達するまで実行されることを特徴とする、請求項1から7のいずれか1項に記載の方法。
- 前記所定の圧力は、少なくとも4バール、好ましくは少なくとも8バールであることを特徴とする、請求項8に記載の方法。
- 工程cにおける前記主加熱工程および工程dにおける前記凝縮は、前記炉空間(120)の内部で到達した定常状態のガス圧力を維持するために、より多くの水素ガスを供給する必要がなくなるという意味で、定常状態に達するまで実行されることを特徴とする、請求項1から7のいずれか1項に記載の方法。
- 前記定常状態のガス圧力は、少なくとも4バール、好ましくは少なくとも8バールであることを特徴とする、請求項10に記載の方法。
- 工程cにおける前記主加熱工程および工程dにおける前記凝縮は、還元されるべき前記装入された金属材料が所定の温度に達するまで実行されることを特徴とする、請求項1から11のいずれか1項に記載の方法。
- 工程cの実行の間に、前記装入された金属材料を通る水蒸気の正味の流れが下向きに存在することを特徴とする、請求項1から12のいずれか1項に記載の方法。
- e)工程cおよび工程dの終了後、前記水素雰囲気を最高で100℃まで冷却する工程と、
f)工程eの終了後、前記炉空間(120)から前記水素雰囲気を排出し、前記排出された水素雰囲気の前記水素ガスを収集する工程、
をさらに含むことを特徴とする、請求項1から13のいずれか1項に記載の方法。 - 工程eにおける前記冷却は、異なる炉空間に関して工程a~cを実行するために、前記異なる炉空間に供給される水素ガスとの熱交換を介して実行されることを特徴とする請求項14に記載の方法。
- g)前記還元された金属材料を不活性雰囲気下で保管および/または輸送する工程、
をさらに含むことを特徴とする、請求項1から15のいずれか1項に記載の方法。 - 工程cおよびdは、少なくとも0.25時間実行されることを特徴とする、請求項1から16のいずれか1項に記載の方法。
- 工程cにおける前記主加熱工程が反復的に実行され、各反復において、さらなる量の熱および水素ガスを供給する前に、前記炉空間(120)の内部で定常状態の圧力に到達することを可能にすることを特徴とする、請求項17に記載の方法。
- 直接還元金属材料を製造するためのシステム(100;200)であって、
還元されるべき装入された金属材料を受け取るように配置された閉鎖された炉空間(120)と、
前記炉空間(120)内の低圧化を達成するように、前記炉空間(120)から存在する雰囲気を排出するように構成された雰囲気排出手段(260)と、
前記炉空間(120)に熱および水素ガスを供給するように配置された熱および水素供給手段(121;280,290)と、
加熱された水素ガスが、前記装入された金属材料を、前記金属材料中に存在する金属酸化物が還元されるのに十分に高い温度まで加熱して、次いで、水蒸気を形成するように、主加熱工程において、前記熱および水素供給手段(121;280,290)を制御するように構成された制御装置(201)と、
前記装入された金属材料の下方に配置され、水蒸気を凝縮および収集するように構成された冷却収集手段(160,161)と、を備え、
前記制御装置(201)は、少なくとも前記炉空間(120)内で水素雰囲気の過圧に達するまで、熱および水素ガスを供給するように前記熱および水素供給手段(121;280,290)を制御するように構成され、前記システム(100;200)は、前記過圧に達するまで、水素ガスを前記炉空間(120)から排出しないように構成されることを特徴とする、システム。 - 前記制御装置(201)は、初期加熱工程において、加熱された水素ガスが、前記装入された金属材料を、前記金属材料に含まれる水の沸点より高い温度まで加熱して、前記含まれる水を蒸発させるように、前記熱および水素供給手段(121;280,290)を制御するように構成されることを特徴とする、請求項19に記載のシステム(100;200)。
- 前記システム(100;200)は、前記炉空間(120)内の圧力を測定するように配置された圧力センサ(123,124)をさらに備え、前記制御装置(201)は、定常状態の圧力に到達するまで水素ガスを供給するように前記熱および水素供給手段(121;280,290)を制御するように構成されることを特徴とする、請求項19または20に記載のシステム(100;200)。
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