JP2022534681A

JP2022534681A - 高炉を運転する方法

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Publication number: JP2022534681A
Application number: JP2021568289A
Authority: JP
Inventors: ペーターキンゼル、クラウス; クマルアグラワル、アナンド; カス、ジル
Original assignee: Paul Wurth SA
Current assignee: Paul Wurth SA
Priority date: 2019-05-21
Filing date: 2020-05-19
Publication date: 2022-08-03
Also published as: EA202193148A1; KR20220002667A; EP3973082A1; WO2020234290A1; EP3973082B1; CN114787392A; LU101227B1; BR112021022215A2; KR102558258B1; KR20230035696A; US20220145410A1; KR102664149B1; TW202100756A

Abstract

本発明は、高炉を運転する方法に関する。最適化された高炉運転を提供するために、本発明は、高炉（１２）からＣＯ２含有ガスである高炉ガスを回収すること、混合ガスを得るために、高炉ガスと炭化水素含有ガスである燃料ガスを混ぜ合わせること、上記混合ガスに改質プロセスを施し、それによってＣＯ及びＨ２含有合成ガスを生成すること、及び合成ガスの少なくとも一部と酸素富化ガス（２６）を高炉に供給すること、を含む高炉を運転する方法であって、高炉から出た時と実質的に同量のＣＯ２を含んだ状態で燃料ガスと混ぜ合わされ、かつ高炉ガスは、合成ガスが高炉ガスの余剰部分を含むように、オーバーストイキ比で燃料ガスと混ぜ合わされる上記方法を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、高炉を運転する方法に関する。

電気アーク炉（electric arc furnace）内でのスクラップ溶解（scrap melting）や直接還元のような代替方法があるにもかかわらず、高炉（blast furnace）は、今日でも依然として鉄鋼製造に最も広く使用されるプロセス（方法）を象徴している。高炉設備の懸念の一つは高炉から出る高炉ガスである。このガスは高炉の上部から出るため、一般に「トップガス」とも呼ばれている。初期の頃は、この高炉ガスを大気中に単に逃がすことが許されていたかもしれないが、このことは長い間、資源の無駄及び環境に対する過重な負担と考えられてきた。高炉ガスの一成分は、環境に有害で主として産業用の用途には使えないＣＯ_２である。実際に、高炉から出る高炉ガスは、典型的には、２０％から５０％にも達する濃度のＣＯ_２を含む。これとは別に、高炉ガスは、通常かなりの量のＮ_２、ＣＯ、Ｈ_２Ｏ及びＨ_２を含んでいる。しかし、Ｎ_２含有量は、高炉用に熱風（hot air）又は（純粋な）酸素を使用するかに懸っている。

主に使用するコークス量を減らすために、高炉から高炉ガスを回収し、その還元力を向上させるために処理し、還元プロセスを支援するために高炉に注入して戻すことが指摘された。
これを行う１方法は、特許出願ＥＰ２８８６６６６Ａ１に開示されているような、高炉ガス中のＣＯ_２含有量を、圧力スイング吸着（Pressure Swing Adsorption）（ＰＳＡ）又は真空圧スイング吸着（Vacuum Pressure Swing Adsorption）（ＶＰＳＡ）によって低減することである。ＰＳＡ／ＶＰＳＡ設備（installations）は第１のＣＯ及びＨ_２に富むガス流及び第２のＣＯ_２及びＨ_２Ｏに富むガス流を生成する。第１のガス流は、還元ガスとして使用可能で、高炉に戻すことができる。この課題への対処の一例は、ＵＬＣＯＳ（極低炭素鋼製造（Ultra Low CO₂ Steelmaking）プロセスであり、リサイクルされた第１のガス流とは別に、微粉炭（pulverized coal）と冷たい酸素（cold oxygen）が高炉に供給される。この種の炉は「トップガスリサイクルＯＢＦ」（酸素高炉）とも呼ばれている。

第２のガス流は、設備から除去しかつ残存する熱量を抽出した後に処分することができる。この処分は_、議論のあるところであるがＣＯ_２富化ガス（rich gas）を貯蔵するため、地下のポケットに圧送することから成っている。さらに、高炉ガス中のＣＯ_２含有量はＰＳＡ／ＶＰＳＡ設備により約３５％から約５％に大幅に低減できるが、それらの取得、維持、運用には非常に費用が掛かり、広いスペースが必要である。

いくつかの産業目的で使用可能な合成ガス（syngasとも呼ばれる）を得るために、高炉ガスを改質することも提案されている。ＷＯ２０１９／０５７９３０Ａ１に開示されているような最も一般的な改質プロセスによれば、高炉ガスは、少なくとも１つの炭化水素（例えばＣＨ_４及び可能性として高分子量の炭化水素）を含む燃料ガスＣＯ_２と混合される。いわゆる乾式改質反応（dry reforming reaction）においては、燃料ガスの炭化水素が高炉ガス中のＣＯ_２と反応してＨ_２とＣＯを生成する。いわゆる湿式改質反応（wet reforming reaction）においては、炭化水素が高炉ガス中のＨ_２Ｏと反応してこれまたＨ_２及びＣＯを生成する。
いずれにしても_、Ｈ_２及びＣＯの濃度が有意に増加した合成ガスが得られる。この合成ガスをリサイクル可能な、即ち高炉に再導入可能な還元ガス（reducing gas）として使用することも提案されている。１プロセスによれば、合成ガスは熱風（hot blast）（即ち熱風（hot air））と微粉炭と一緒に高炉に供給される。この種の炉は「合成ガス高炉」とも呼ばれる。

技術的課題

したがって、本発明の目的は最適化された高炉運転を提供することである。この目的は請求項１による方法によって達成される。

本発明は、高炉を運転する方法を提供する。第１のステップでは、方法は高炉からＣＯ_２含有ガスである高炉ガスを回収することを含んでいる。特に、高炉ガスは、２０％から５０％のＣＯ_２濃度を有している。高炉ガス即ちＢＦＧは、高炉のトップ（頂部）から得られるため、トップガスとも呼ばれる。ＢＦＧは、ＣＯ_２とは別に、ＣＯ，Ｈ_２Ｏ，Ｈ_２等のような他の成分を含んでいるであろう。特に、それはＨ_２Ｏ含有ガスであろう。以下で説明するように、ＢＦＧは、好ましくは、例えば２０％未満、１０％未満又は５％未満の非常に低いＮ_２濃度を有する。しかし、一般的には_、Ｎ_２濃度は０％から５０％の間であろう。通常、高炉ガスは、そのダスト含有量を減らすために洗浄する必要がある。そのＨ_２Ｏ含有量を凝縮により大幅に低減することはこれまた好ましい。このことは、例えばガス洗浄プラント（gas cleaning plant）中で、ガスの温度を下げて水を凝縮することで行うことができる。

回収された高炉ガス（通常は洗浄済みである）は、次に混合ガス（gas mixture）を得るために、炭化水素含有ガスである燃料ガスと混ぜ合わされる。燃料ガスは、例えばコークス炉ガス（ＣＯＧ）、天然ガス、バイオガス、又はこれらの混合ガスであり得る。これは、通常、高濃度の低分子炭化水素、特にＣＨ_４を有する。高炉ガスと燃料ガスは、その混合ガス中において多かれ少なかれ良好に混合され得る。高炉ガスと燃料ガスを混ぜ合わせるとは、一般に、「高炉ガスを燃料ガスと混合できるようにする」ことを言う。このことは、高炉ガスと燃料ガスを（積極的に）混合する、即ち機械力を加えてガス同士を混合することを含み得る。しかし、場合によっては、例えば２つのガスを容器（vessel）に注入するだけで十分であり、その結果として対流及び／又は拡散によって多かれ少なかれ受動的に混合が行われる。しかし、化学反応は、より高い混合度合によって増強されることが分かっている。混合容器又は混合室（チャンバ）と呼ばれる専用の容器内で、２つのガスを混ぜ合わせることが可能である。回収された高炉ガスと燃料ガスを混ぜ合わせている状態で、その混合ガスに補助ガス（supplemental gas）を添加することは、なお本発明の範囲内で可能であり、補助ガスは、塩基性酸素溶鉱炉（basic oxygen furnace）（ＢＯＦ）ガス、純蒸気又は純ＣＯ_２のようなＣＯ_２及び／又はＨ_２Ｏ含有ガスであることが好ましい。この補助ガスは、高炉ガスの組成を調整するために添加されることとなろう。

この混合ガスに改質プロセスを施し、それによりＣＯ及びＨ_２含有合成ガスが生成される。改質プロセスの化学的機構は本発明の範囲で限定されないが、それは、通常少なくとも、高炉ガス含有のＣＯ_２が例えば次の反応式：ＣＯ_２＋ＣＨ_４→２Ｈ_２＋２ＣＯにより、燃料ガス中の炭化水素と反応することを含む。これは乾式改質と呼ぶこともできる。高炉ガス含有のＨ_２Ｏも、例えば、次の反応式：Ｈ_２Ｏ＋ＣＨ_４→３Ｈ_２＋ＣＯにより燃料ガス中の炭化水素と反応することとなろう。これは、湿式改質と呼ぶこともできる。通常、改質プロセスは、７００°Ｃを超える高温が必要である。それはガスを混ぜ合わせる（又は混合する）のと同じ容器内で、又は専用の改質容器内で行うことができる。特に、（例えば、ＷＯ２０１０／０４９５３６、又はＵＳ４，００５，９８６に記載されているような）蓄熱装置が使用できる。燃料ガス及び高炉ガスは、各々混合ガスが得られる前に個別に加熱できる。代替的又は追加的に、得られた混合ガスは、改質プロセスに必要な温度を得るか又は維持するために加熱されることとなろう。改質プロセスは、高圧下で行ってもよい。この場合、混合ガスは圧縮されるか、又は高炉ガスと燃料ガスを個別に圧縮して混ぜ合わせることができる。改質プロセスは、改質容器に通常導入される触媒によって任意に補助し得る。なお、改質プロセスを開始するためには、少なくとも多少の高炉ガスを多少の燃料ガスと混合する必要があるが、混合と改質は少なくとも部分的には同時に起こり得る。

別のステップでは、合成ガスの少なくとも一部と酸素富化ガス（oxygen-rich gas）が高炉に供給される。酸素富化ガスは、一般に、空気よりも有意に高いＯ_２濃度を有するガスである。通常、酸素富化ガスは主にＯ_２から成る、即ち５０％を超えるＯ_２濃度を有する。それは、好ましくは少なくとも６０％、好ましくは少なくとも８０％、より好ましくは少なくとも９０％のＯ_２を含む。場合によっては、酸素富化ガスは「酸素」と呼ばれることさえあるが、僅かな濃度（例えば＜５％）のＮ_２のような他の成分がほとんど不可避的に存在することが分かっている。通常、合成ガスと酸素富化ガスは、高炉の羽口（tuyere）高さのところで、又は少なくとも１つの羽口を介して供給される。

本発明の方法では、合成ガスは、酸素富化ガスと共に還元ガスとして高炉に再導入される。高炉ガスをリサイクルする、即ち改質して再導入することによって、高炉のＣＯ_２排出量を大幅に削減できることが分かっている。加えて、本発明の方法はＰＳＡ又はＶＰＳＡを必要としない。むしろ、高炉ガスは、未処理又は生の状態（unaltered state）で改質プロセスに使用することができる。即ち、高炉ガスの化学組成は、高炉からの回収と改質プロセスの間で変更する必要がない。つまり、本発明の方法は、ＥＰ２８８６６６６Ａ１に開示された方法とは異なり、高炉ガスの予備脱炭素化（preliminary decarbonating）を必要としない。別の言い方をすれば、高炉ガスは、高炉を出た時と実質的に同量のＣＯ_２を含んだ状態で燃料ガスと混ぜ合わされる。加えて、酸素富化ガスは空気よりもＮ_２がかなり少なく、そのためＣＯ及びＨ_２のような還元ガスの濃度が高くなり、これが高炉の生産性向上の助けとなる。

上記の本発明の方法の利点にもかかわらず、酸素富化ガスの使用は、潜在的には困難の原因になり得る。一方では、空気に含まれる窒素はレースウエイ（即ち、高炉へのガス噴射の直ぐ後ろの領域）内で炎を冷却するので、空気を使用する場合に対して、炎温度が上がることがあり得る。他方では、窒素は高炉内の熱輸送（heat transport）に大きく貢献するので、窒素の使用量が減ることで、トップガス温度は低くなり得る。これにより、冷たい炉挿入物（cold furnace burden）の適切な加熱・乾燥が困難又は不可能となり、運転（操業）上の大きな問題が生じる。これらの問題は、いずれも、合成ガスが高炉ガスの余剰部分（surplus portion）を含むように、高炉ガスをオーバーストイキ比（over-stoichiometric ratio）で燃料ガスと混ぜ合わせる本発明により軽減される。つまり、高炉ガスと燃料ガスをオーバーストイキ比で混ぜ合わせることで、冷たい炉負荷の適切な加熱と乾燥の両方の問題が軽減される。

ストイキ反応においては、改質前の酸化剤の量、つまり混合ガス（燃料ガスと高炉ガスの混合物）中の主に（高炉ガスと燃料ガスに由来する）ＣＯ_２及び／又はＨ_２Ｏの量は、燃料ガス中に含まれる炭化水素と反応する際に、その全量が消費される量である。例えば、燃料ガス流が１ｍｏｌ／ｓのメタンＣＨ_４を含む場合、混合ガス流は、すべてのメタンがＨ_２とＣＯに変換できるように、混合ガス流が正確に１ｍｏｌ／ｓの酸化剤（ＣＯ_２及び／又はＨ_２Ｏ）を含んでいなければならない。
燃料ガスに含まれる炭化水素の種類によっては、炭化水素と酸化剤のこの関係が異なる場合がある。他方、オーバーストイキの場合では、混合ガス中の酸化剤（ＣＯ_２及び／又はＨ_２Ｏ）の流れ（flow）は、ストイキの場合における流れよりも高くなる。例えば、燃料ガス流が１ｍｏｌ／ｓのメタンＣＨ_４を含む時は、燃料ガスに含まれる炭化水素が完全に反応した後でも、合成ガス（synthesis gas）中になお酸化剤が残存するように、混合ガス流（mix gas flow）は、１，２ｍｏｌ／ｓの酸化剤（ＣＯ_２及び／又はＨ_２Ｏ）を含むこととなろう。

高炉ガスと燃料ガスをオーバーストイキ比で混ぜ合わせることは、ＷＯ２０１９／０５７９３０Ａ１などの従来技術から知られているものとは異なり、本発明によって指摘されるような幾つかの利点を有する。他方、高炉ガスの余剰部分は合成ガスの他の成分と同じ温度であり、それによって炉内に追加の潜熱をもたらし、高炉の燃料比（fuel rate）を低下させることができる。つまり、オーバーストイキ量の高炉ガスは高炉内の熱搬送体（heat carrier）として機能し、その燃料消費量を減らす。他方、それは高炉内の熱搬送媒体（heat carrier medium）であるため、トップガス温度を上昇させるのに役立つ。つまり、オーバーストイキ量の高炉ガスは高炉内の熱搬送体として機能する。このようにして、高炉ガスの余剰部分により高炉のトップガス温度の調節が可能になる。また、熱搬送体として機能する高炉ガスの余剰部分により、同じサイズの改質反応器や改質容器を使用する際に、通常必要な温度よりも低い温度で、改質プロセスを行うことができる。代替的には、同じ反応温度で、合成ガスの生成単位（production unit）に対する投資コストを大幅に削減可能にしながら、反応器サイズを維持することができる。さらに、高炉ガスの余剰部分によって（即ち、高炉ガスがオーバーストイキ比で燃料ガスと混ぜ合わされる事実によって）合成ガスに含まれることとなったＣＯ_２及び／又はＨ_２Ｏは、Ｃと吸熱反応（endothermic reaction）で反応してＣＯ及び／又はＨ_２を生成し、この吸熱反応で炎温度を下げる。

オーバーストイキ比は、改質プロセス中の、例えば、すす沈着（soot deposition）などの望ましくない反応を低減するのに適用可能であることも言及しておく価値がある。加えて、オーバーストイキ比を調節することで改質反応を制御することが可能である。

高炉ガスは、改質プロセス前にオーバーストイキ比で燃料ガスと混ぜ合わせることが好ましいが、改質プロセス前に高炉ガスと燃料ガスをオーバーストイキ比で混ぜ合わせ、改質プロセス後に追加高炉ガスを添加することも、なお本発明の範囲から除外されずその範囲内である。いずれの場合も、高炉ガスに供給される生成された合成ガスは、未反応の高炉ガスを大量に含んでいる。

本発明の方法によって、高炉に熱風（hot blast）を注入する必要性を完全に無くすこともできる。熱風を（減らして）注入することが採用されたとしても、酸素富化ガスは、高炉外で熱風と混合されず、別々に注入される。例えば、羽口のところで別々のランス（lance）又は別の口（port）によって注入できる。

合成ガスは、好ましくは、少なくとも８００°Ｃ、好ましくは少なくとも１０００°Ｃの温度で高炉に供給される。つまり、合成ガスはホットガス（hot gas）として供給される。このことは、改質プロセス後に合成ガスを加熱することを必要することになろう。別の場合では、追加加熱せずに高炉に導入できるように、合成ガスは改質プロセス後に十分な高温になっているであろう。合成ガスは、羽口高さのところで高炉に注入することも、代わりに高炉の下部シャフト（lower shaft）高さのところで注入することができる。

同時に、酸素富化ガスは１００℃未満の温度であり得る。特に酸素富化ガスは、即ち、１５℃と４０°Ｃ間の周囲温度であり得る。しかしながら、代替的には、酸素富化ガスは、少なくとも１００°Ｃの温度であり得る。このような高温は、例えば酸素富化ガスの生成に起因するのであろう。

１実施形態によれば、オーバーストイキ比は、高炉のトップガス温度を制御するために調整される。つまり、比（又はストイキ因子（factor））は、トップガス温度を制御する手段として用いられる。好ましくは、トップガス温度は、直接的又は間接的に測定され、比を動的に適合させることで調節される。つまり、より大きな温度偏差（temperature deviations）を制限するために閉ループが用いられる。

上記の実施形態と組み合わされる別の実施形態によれば、オーバーストイキ比は高炉の炎温度を制御するように調整される。この場合、比は炎温度を制御する手段として用いられる。これは主にＣＯ_２及び／又はＨ_２Ｏと、高炉に供給又は注入可能なコークスや補助燃料のような成分（components）との吸熱反応に基づいている。繰り返しになるが、炎温度は直接的又は間接的に測定可能であり、比は炎温度を調節するように調整可能である。

有利にも、微粉炭噴射（ＰＣＩ）として知られる微粉炭又は、これに限定するものではないが、天然ガスやコークス炉ガスなどのガスなどの補助燃料は、合成ガスや酸素富化ガスと共に高炉に供給される。この種のプロセスは主としてこの分野で知られている。本実施形態においては、オーバーストイキ量の高炉ガスは高炉内の熱搬送体として機能し、有利にも高炉に供給される補助燃料量を増やすことができる。

異なる成分を高炉に如何に供給するかについては、種々の可能性がある。上述のように、合成ガスは、羽口高さのところ又はシャフト高さのところのいずれかで供給可能である。例えば、合成ガスは羽口を介して供給でき、酸素富化ガスと補助燃料は羽口の内側に配置された専用のランスを介して供給される。代替的には、補助燃料と酸素富化ガスは、内管に補助燃料及び外管に冷たい酸素（cold oxygen）を有する、羽口の内側に同心円状に配置されたランスを介して注入することができる。

高炉から回収された高炉ガスは燃料ガスと混ぜ合わせる必要があるとは限らない。
１実施形態によれば、高炉ガスの一部は酸素で燃焼させて廃ガス（waste gas）を作り出す。高純度酸素（Ｏ_２）を使用することは、おそらく有利であろうが、必要ではない。
むしろ、十分な濃度のＯ_２を含むガス又は混合ガスであれば如何なるものであっても、可能性としては空気であっても使用することができる。例示すれば、高炉ガスは５％未満のＮ_２濃度、それぞれ約４０％のＣＯ及びＣＯ_２濃度及び約１５％のＨ_２濃度を有するであろう。このガスを酸素で燃焼させると、廃ガスは、８０％のＣＯ_２、１５％のＨ_２Ｏ及び５％のＮ_２の凡その成分を有し得る。より一般的には、高炉ガスは、０から５０％のＮ_２濃度、それぞれ２０から５０％のＣＯ及びＣＯ_２濃度、及び２から２５％のＨ_２濃度であろう。もちろん、廃ガスの成分は高炉ガスの実際の成分次第である。

廃ガス又はオフガスは有利にも凝縮及び冷却可能である。それにより、ＣＯ_２濃度は例えば更に９５％にまで上げることができる。

好ましくは、高炉ガスの一部は加熱装置で燃焼される。このような加熱装置は、１つ又は複数のバーナーを含み得るが、種々の目的のために使用され得る。例えば、加熱装置は、高炉ガス、燃料ガス、混合ガス及び／又は合成ガスを加熱するために使用することができる。それは改質反応のためにエネルギーを供給するのに使用することもできる。それを合成ガスの加熱に使用する場合、これは主に合成ガスによって高炉に導入される潜熱を増大するためである。

特に上述の凝縮及び冷却後、廃ガスのＣＯ_２濃度は極めて高い。したがって、廃ガスの少なくとも一部は、炭素回収（capture）及び貯蔵のために使用することができる。代替的又は追加的には、廃ガスの少なくとも一部は炭素回収及び利用のために使用してもよい。

追加的又は代替的には、廃ガスの少なくとも一部は、合成ガス生成に使用することができる。合成ガス生成は、上述のものと類似又は同一の改質プロセスを含むであろう。例えば、これは_、ＣＯ_２が炭化水素と反応してＣＯ_２及びＨ_２Ｏを生成する乾式改質であろう。

別の可能性は、高炉ガスの少なくとも一部が少なくとも１つの外部装置（external device）に提供されることである。この外部装置は、高炉の一部ではなく、又は直接関連してもいない。それは、鉄鋼プラント（steel plant）内の、或いは鉄鋼プラントの外部であってもよい何らかの他の装置であり得る。この外部装置又は外部プラントにおいて、高炉ガスは、燃焼又は他の化学的目的のために燃料として使用できる。加えて、高炉ガスの残存潜熱（remaining latent heat）をそのまま使用することが考えられる。

次に、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を例示により説明する。
本発明による高炉を運転する方法を実施するための高炉設備の模式図である。

図１は、高炉１２を含む高炉設備１０を示す。高炉１２の上端部１６は、概して装入（charge）コークス１８と装入鉱石２０を受け取り、他方、高炉１２の底端部２２は、概して微粉炭２４と酸素富化ガス２６を受け取る。例えば、酸素富化ガスは９５％のＯ_２濃度、５％のＮ_２濃度であろう。底端部２２では、銑鉄（pig iron）２８及びスラグ３０が高炉１２から抽出される。高炉自体の運転はよく知られており、ここではこれ以上説明しない。

高炉設備１０は、高炉１２から高炉ガスを回収するためのガス回収管４０をさらに含んでいる。例示すれば、回収した高炉ガスは、５％未満のＮ_２濃度、それぞれ約４０％のＣＯ及びＣＯ_２濃度及び約１５％のＨ_２濃度を有するであろう。より一般的には、高炉ガスは、０から５０％のＮ_２濃度、それぞれ２０から５０％のＣＯ及びＣＯ_２濃度及び２から２５％のＨ_２濃度を有するであろう。それは分配弁４４を含むガス回収配管４２に供給される。高炉設備１０は、ガス回収管４０と分配弁４４との間に配置され、高炉１２から回収したガスを洗浄するためのガス洗浄プラント４３、つまり主としてガスから粒子状物質を除去し、かつ可能性として高炉ガスに含まれる蒸気の一部を凝縮させるためのガス洗浄プラント４３を含み得る。なお、上記濃度は、高炉ガスの乾燥成分（dry composition）に対するものである。しかし、高炉ガスは湿ったもの（wet）でもよく、即ち水分を含んでいてもよい。

回収された高炉ガスの少なくとも一部は、分配弁４４のところで、第１の供給管４６を通って混合室（mixing chamber）４８に仕向けられる。混合室４８は、混合室４８に炭化水素含有ガス、例えばコークス炉ガス及び／又は天然ガス及び／又はバイオガスを供給するための第２の供給管５０を備えている。混合室４８内では、高炉ガスと炭化水素含有ガスは互いに混合されて混合ガスが形成される。この混合ガスは、次いで、ブロワ５４を含み得る第３の供給管５２を介して反応器（reactor）５６に供給される。反応を持続させかつ混合ガスを加熱するため、反応器５６にエネルギー５３が追加されるであろう。エネルギー５３は反応器に直接又は間接的に供給可能である。エネルギーは、例えば電気アーク（electric arc）、プラズマトーチ又は電気抵抗を用いた電気エネルギーのような任意の種類のエネルギーであり得るが、有利には、バーナー５７内の燃料ガスの燃焼プロセスから生じ得る。混合ガスは通常圧縮される。代替的には、両方のガスを個別に圧縮し、その後混合することができる。反応器５６において、混合ガスは高温に加熱され、それにより、この場合は主に次の反応式：ＣＯ_２＋ＣＨ_４→２Ｈ_２＋２ＣＯによる乾式改質プロセスである、改質プロセスが混合ガスに施される。この事例では、乾式改質プロセスは、触媒を必要とすることなく、反応器５６内の８００°Ｃと１５００°Ｃの温度間で実行される。代替的には、例えば反応器５６に触媒を与えることで、触媒を使用することができる。

次いで、生成された合成ガスは、還元ガスとして、羽口高さ又は下部シャフト（lower shaft）高さのいずれかのところで、第４の供給管５８を介して高炉１２に供給される。

羽口高さのところで合成ガスを注入する場合、合成ガスは補助燃料２４及び酸素富化ガス２６と共に注入される。合成ガスは少なくとも８００°Ｃの温度で供給されるが、酸素富化ガス２６は、より高い温度であることもあり得るが典型的には周囲温度である。

酸素富化ガス２６を使用することで高炉１２の生産性は向上するが、困難の原因になる可能性がある。一方では、そのことは、炎が窒素によって冷却されないので、高炉１２のレースウエイ（raceway）における炎温度の上昇の原因になり得る、他方、窒素による熱輸送の低下、したがって冷たい炉挿入物（cold furnace burden）の加熱力が大幅に低下するため、トップガス温度が下がることがあり得る。これらの問題に対処するため、流量制御弁（flow control valve）４７が第１の供給管４６に配置され、それによって高炉ガスと燃料ガスの比を調整することができる。一般に、オーバーストイキ比が適用され、そのため合成ガスは未反応の高炉ガスを含み得る。特に、合成ガスのＣＯ_２濃度及び／又はＨ_２Ｏ濃度は上昇する。一方では、この追加の高炉ガスは、高炉１２に追加の潜熱を与え、これは、トップガス温度を上げるのに役立つ。他方では、合成ガスに含まれるＣＯ_２及び／又はＨ_２Ｏは、炎温度を下げる吸熱反応であって、高炉１２中のＣと反応してＣＯ及び／又はＨ_２を生成する。特に、トップガス温度及び／又は炎温度は監視され、かつこれらの温度の少なくとも１つを制御して所望の範囲内に保つために、比が調整される。回収された高炉ガスの少なくとも一部は、分配弁４４のところで第５の供給管６０を通して反応器５６のバーナー５７に仕向けられ、混合ガスを加熱し、改質反応を持続するために必要なエネルギー５３を供給する。代替的又は追加的には、それは、第１の供給管４６内の高炉ガス、第２の供給管５０内のコークス炉ガス（coke oven gas）、又は第４の供給管５８内の合成ガスを加熱するためのバーナーに対しても使用できる。バーナー５７では、高炉ガスは好ましくは酸素６４で燃焼し、高濃度ＣＯ_２含有廃ガス６６を生成する。廃ガス６６は、例えば８０％のＣＯ_２、１５％のＨ_２Ｏ及び５％のＮ_２の成分を有するであろう。それは、回収されて冷却器（cooler）６８に供給され、そこで凝縮され、冷却され、それによってＣＯ_２濃度を例えば９５％までさらに高めることができる。従って、それは、貯蔵場所７０での炭素回収及び貯蔵（ＣＣＳ）のために使用でき、又は、それは、例えば化学プラント７２内で、合成ガス生成に使用できる。

高炉ガスの別の部分は、高炉の一部ではなく又は直接関連してもいない外部プラント７４に、第６の供給管６２を介して提供される。それは、鉄鋼プラント内の又はたとえ鉄鋼プラントの外部でもよいが、何らかの他の装置であり得る。この外部プラント７４においては、高炉ガスは例えばバーナー燃料として又は他の化学的目的のために用いられる。

１０高炉設備
１２高炉
１６上端部
１８装入コークス
２０装入鉱石
２２底端部
２４補助燃料
２６酸素富化ガス
２８銑鉄
３０スラグ
４０ガス回収管
４２ガス回収配管
４３ガス洗浄プラント
４４分配弁
４６第１の供給管
４７流量制御弁
４８混合室
５０第２の供給管
５２第３の供給管
５３エネルギー
５４ブロワ
５６反応器
５７バーナー
５８第４の供給管
６０第５の供給管
６２第６の供給管
６４酸素
６６廃ガス
６８冷却器
７０貯蔵場所
７２化学プラント
７４外部プラント

Claims

高炉（１２）からＣＯ_２含有ガスである高炉ガスを回収すること、
混合ガスを得るために、高炉ガスと炭化水素含有ガスである燃料ガスを混ぜ合わせること、
上記混合ガスに改質プロセスを施し、それによってＣＯ及びＨ_２含有合成ガスを生成すること、及び
合成ガスの少なくとも一部と酸素富化ガス（２６）を高炉に供給すること、
を含む高炉を運転する方法であって、
高炉ガスは高炉から出た時と実質的に同量のＣＯ_２を含んだ状態で燃料ガスと混ぜ合わされ、かつ
高炉ガスは、合成ガスが高炉ガスの余剰部分を含むように、オーバーストイキ比で燃料ガスと混ぜ合わされる、
上記方法。
高炉ガスは、改質プロセスの前に、オーバーストイキ比で燃料ガスと混ぜ合わせることを特徴とする、請求項１に記載された方法。
追加の高炉ガスが改質プロセス後の合成ガスと混ぜ合わされている状態で、高炉ガスが改質プロセスの前にストイキ比で燃料ガスと混ぜ合わされることを特徴とする、請求項１に記載された方法。
酸素富化ガス（２６）は少なくとも６０％、好ましくは少なくとも８０％、より好ましくは少なくとも９０％のＯ_２を含むことを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載された方法。
酸素富化ガスが１００°Ｃ未満の温度であることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載された方法。
少なくとも８００°Ｃ、好ましくは少なくとも１０００°Ｃの温度の合成ガスが、羽口高さ及び／又は下部シャフト高さのところで高炉（１２）に供給されることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載された方法。
オーバーストイキ比は、高炉（１２）のトップガス温度を制御するように調整されることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載された方法。
オーバーストイキ比は高炉（１２）の炎温度を制御するように調整されることを特徴とする、請求項１から７のいずれかに記載された方法。
合成ガスと酸素富化ガス（２６）に加えて、補助燃料（２４）が高炉に供給されることを特徴とする、請求項１から８のいずれかに記載された方法。
高炉ガスの一部を酸素（６４）で燃焼して廃ガス（６６）を作り出すことを特徴とする、請求項１から９のいずれかに記載された方法。
廃ガス（６６）は凝縮され、冷却されることを特徴とする、請求項１から１０のいずれかに記載された方法。
高炉ガスの一部が加熱装置（５７）で燃焼される、ことを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載された方法。
加熱装置（５７）は、高炉ガス、燃料ガス、混合ガス及び／又は合成ガスを加熱するために使用される、ことを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載された方法。
廃ガス（６６）の少なくとも一部は、炭素回収及び貯蔵及び／又は炭素回収及び利用のために使用される、ことを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載された方法。
廃ガス（６６）の少なくとも一部は、合成ガス生成に用いられる、ことを特徴とする請求項１から１４のいずれかに記載された方法。