JP3441464B2 - スポンジ鉄を生産する方法及びその方法を遂行するためのプラント - Google Patents
スポンジ鉄を生産する方法及びその方法を遂行するためのプラントInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は，粒子状酸化鉄含有原料からスポンジ鉄を生
産する方法に関し，ここでは還元帯において酸化鉄含有
原料は還元ガスによってスポンジ鉄に還元され，還元の
間に生成されるガスはトップガス（top gas）としてこ
の方法を遂行するためのプラントにだけでなく引き出さ
れる。
産する方法に関し，ここでは還元帯において酸化鉄含有
原料は還元ガスによってスポンジ鉄に還元され，還元の
間に生成されるガスはトップガス（top gas）としてこ
の方法を遂行するためのプラントにだけでなく引き出さ
れる。
このタイプの従来知られている方法には例えばEP−Ｂ
−0010627,DE−Ｃ−4037977,AT−Ｂ−376,241がある
が，直接還元により形成されるスポンジ鉄は塊状炭素担
体と酸素含有ガスとの供給の下で，溶融ガス化帯（melt
down gasifying zone）において製錬される。ここで，
流動層は溶融ガス化帯において塊状炭素担体から酸素含
有ガスを吹き込むことにより形成される。流動層におい
て溶融ガス化帯に装入した微量のスポンジ鉄はブレーキ
をかけられて溶融する。そうした間にCOとH2とを含む還
元ガスが生成され，還元帯内に導入され，そこで反応が
行われる。
−0010627,DE−Ｃ−4037977,AT−Ｂ−376,241がある
が，直接還元により形成されるスポンジ鉄は塊状炭素担
体と酸素含有ガスとの供給の下で，溶融ガス化帯（melt
down gasifying zone）において製錬される。ここで，
流動層は溶融ガス化帯において塊状炭素担体から酸素含
有ガスを吹き込むことにより形成される。流動層におい
て溶融ガス化帯に装入した微量のスポンジ鉄はブレーキ
をかけられて溶融する。そうした間にCOとH2とを含む還
元ガスが生成され，還元帯内に導入され，そこで反応が
行われる。
この反応の間，トップガスが大量に発生し，このガス
はまだ相当な含有量の一酸化炭素と水素とを有してい
る。もしもこのトップガスの利用が経済的な方法で実現
可能ならば，スポンジ鉄及びスポンジ鉄から融解される
銑鉄あるいはスポンジ鉄から生産される加工前の鋼材の
生産コストはかなり低減することになる。
はまだ相当な含有量の一酸化炭素と水素とを有してい
る。もしもこのトップガスの利用が経済的な方法で実現
可能ならば，スポンジ鉄及びスポンジ鉄から融解される
銑鉄あるいはスポンジ鉄から生産される加工前の鋼材の
生産コストはかなり低減することになる。
還元帯から流出したトップガスを，精製した後で，付
加的な酸化鉄含有原料を還元するために他の還元帯に供
給することは知られている（DE−Ｃ−4037977）。一般
にトップガスの処理は，最初に急冷している間にスクラ
バー中で同じ固体粒子を精製する。この処理の後で，ト
ップガスに含まれるCO2は還元ガスとしてのトップガス
の利用の妨げとなるので，除去される。トップガスをCO
2から精製するための様々な方法が知られているが，例
えば圧力スイングプロセス（pressure−swing proces
s）あるいは化学的なCO2洗浄である。
加的な酸化鉄含有原料を還元するために他の還元帯に供
給することは知られている（DE−Ｃ−4037977）。一般
にトップガスの処理は，最初に急冷している間にスクラ
バー中で同じ固体粒子を精製する。この処理の後で，ト
ップガスに含まれるCO2は還元ガスとしてのトップガス
の利用の妨げとなるので，除去される。トップガスをCO
2から精製するための様々な方法が知られているが，例
えば圧力スイングプロセス（pressure−swing proces
s）あるいは化学的なCO2洗浄である。
DE−Ｃ−4037977によると，トップガス中に化学的に
閉じ込められているエネルギーの大部分の量を利用する
ことを可能にしている。しかしこれはトップガスの精製
において生じるCO2含有排ガスの問題を含むものなの
で，排ガスを環境的に安全な方法で処理しなければなら
ない。
閉じ込められているエネルギーの大部分の量を利用する
ことを可能にしている。しかしこれはトップガスの精製
において生じるCO2含有排ガスの問題を含むものなの
で，排ガスを環境的に安全な方法で処理しなければなら
ない。
この排ガスは，その他にも,H2SやCO,H2,CH4を含有
し，よって環境保護上の理由より，このような状態のま
まで環境に放出できない。このため，制限された範囲ま
でさらに処理することが適当である。従って通常，イオ
ウ化合物が排ガスから除去される。今までのところ，こ
のような脱硫は例えばいわゆる「ストレットフォード洗
浄（Stretford scrubbing）」あるいは活性炭の接触酸
化等のさまざまな方法により遂行される。DE−Ｂ−3716
511によると，スポンジ鉄の援助により脱硫リアクタの
中でCO2含有排ガスからH2Sを取り除くことが知られてい
る。これらの方法はいずも高価につき，活性炭あるいは
吸収剤を必要とし，さらに，分離して貯蔵し，処理しな
ければならない。
し，よって環境保護上の理由より，このような状態のま
まで環境に放出できない。このため，制限された範囲ま
でさらに処理することが適当である。従って通常，イオ
ウ化合物が排ガスから除去される。今までのところ，こ
のような脱硫は例えばいわゆる「ストレットフォード洗
浄（Stretford scrubbing）」あるいは活性炭の接触酸
化等のさまざまな方法により遂行される。DE−Ｂ−3716
511によると，スポンジ鉄の援助により脱硫リアクタの
中でCO2含有排ガスからH2Sを取り除くことが知られてい
る。これらの方法はいずも高価につき，活性炭あるいは
吸収剤を必要とし，さらに，分離して貯蔵し，処理しな
ければならない。
内部的には,CO2排ガスを抜き取ることが知られてい
る。しかしながらこのような抜き取りは,CO2含有排ガス
の発熱量が非常に低いため，発火のための燃焼補助ガス
と浸炭ガスとの供給を必要とする。
る。しかしながらこのような抜き取りは,CO2含有排ガス
の発熱量が非常に低いため，発火のための燃焼補助ガス
と浸炭ガスとの供給を必要とする。
EP−Ａ−0571358によると，改質天然ガスにより精製
された還元ガスの援助による粉鉱の直接還元において発
生したトップガスをCO2洗浄で処理し，こうして精製さ
れたトップガスを改質天然ガスから得られた新鮮な還元
ガスに混合し，このガス混合物を還元帯に導入すること
が知られている。ところがこれは，改質天然ガスから還
元ガスを生産するので，この排ガスは塊状炭素担体から
得られる還元ガスのトップガス精製において発生する排
ガスよりもH2S含有量は低いとはいえ，トップガスの精
製において発生するCO2含有排ガス処理の問題を伴って
いる。
された還元ガスの援助による粉鉱の直接還元において発
生したトップガスをCO2洗浄で処理し，こうして精製さ
れたトップガスを改質天然ガスから得られた新鮮な還元
ガスに混合し，このガス混合物を還元帯に導入すること
が知られている。ところがこれは，改質天然ガスから還
元ガスを生産するので，この排ガスは塊状炭素担体から
得られる還元ガスのトップガス精製において発生する排
ガスよりもH2S含有量は低いとはいえ，トップガスの精
製において発生するCO2含有排ガス処理の問題を伴って
いる。
本発明は，これらの不利や困難性を回避し，従来技術
に伴う困難性を克服することにより，例えばスポンジ鉄
の生産のための直接還元のような鉱石の還元において発
生するトップガスを効果的に利用する方法を提供するこ
とを目的とする。特に,CO2含有ガスを環境的に安全な形
で処理して処分するのみならず，可能な高い限度でエネ
ルギー的に利用する。さらに,CO2の分離に伴って同時に
行われるH2Sの分離に伴う問題も同様に環境的に安全な
形で解決される。
に伴う困難性を克服することにより，例えばスポンジ鉄
の生産のための直接還元のような鉱石の還元において発
生するトップガスを効果的に利用する方法を提供するこ
とを目的とする。特に,CO2含有ガスを環境的に安全な形
で処理して処分するのみならず，可能な高い限度でエネ
ルギー的に利用する。さらに,CO2の分離に伴って同時に
行われるH2Sの分離に伴う問題も同様に環境的に安全な
形で解決される。
本発明によると，この目的は以下のような処理の組み
合わせにより最初に定義された種類の方法により達成さ
れる。
合わせにより最初に定義された種類の方法により達成さ
れる。
・トップガスはCO2精製され，
CO2精製において分離されたCO2含有排ガスは酸素含有ガ
スと混合され， 燃焼され， ・その熱エネルギーは消費者に供給される。
スと混合され， 燃焼され， ・その熱エネルギーは消費者に供給される。
本発明によると,CO2含有排ガスのエネルギー含有量が
非常に高くはなくても，その熱の含有量を完全に利用す
ることを実現でき，それにより環境に悪影響を及ぼすこ
ともない。
非常に高くはなくても，その熱の含有量を完全に利用す
ることを実現でき，それにより環境に悪影響を及ぼすこ
ともない。
好適には，
・CO2含有排ガスは，少なくとも部分的には，還元ガス
に間接的に熱を与えるようにに燃やされ， ・その結果，粒子状酸化鉄含有原料は，熱せられた還元
ガスにより還元される。
に間接的に熱を与えるようにに燃やされ， ・その結果，粒子状酸化鉄含有原料は，熱せられた還元
ガスにより還元される。
本発明の特に有利な点は，還元過程においてトップガ
スから再度分離されたCO2の少なくとも大部分は還元過
程にエネルギー的に利益を与えることである。この還元
過程はトップガスを生成する還元過程が付加された還元
過程となり，あるいは同じものである。CO2から精製さ
れたトップガスの少なくとも一部は，それがトップガス
を発生させる還元過程で，還元ガスとして，あるいは還
元ガスへの混合物として再利用されることを意味してい
る（これは，例えばDE−Ｂ−3716511により知られてい
る）。
スから再度分離されたCO2の少なくとも大部分は還元過
程にエネルギー的に利益を与えることである。この還元
過程はトップガスを生成する還元過程が付加された還元
過程となり，あるいは同じものである。CO2から精製さ
れたトップガスの少なくとも一部は，それがトップガス
を発生させる還元過程で，還元ガスとして，あるいは還
元ガスへの混合物として再利用されることを意味してい
る（これは，例えばDE−Ｂ−3716511により知られてい
る）。
好適な実施例によると,CO2精製において分離されたCO
2含有排ガスは付加的に燃焼ガスと混合される。
2含有排ガスは付加的に燃焼ガスと混合される。
好適には，粒子状酸化鉄含有原料の還元ガスによる，
例えば直接還元のような還元において生成されるトップ
ガスの少なくとも一部は，燃焼ガスとして用いられる。
そのために，外部からのガスを使うことなく（例えば空
気のようなO2含有ガスの供給を除いて），還元ガスを還
元温度に確実に熱することを実現することができる。
例えば直接還元のような還元において生成されるトップ
ガスの少なくとも一部は，燃焼ガスとして用いられる。
そのために，外部からのガスを使うことなく（例えば空
気のようなO2含有ガスの供給を除いて），還元ガスを還
元温度に確実に熱することを実現することができる。
好適にはCO2精製されるトップガスは第１の還元帯に
おいて生成され，トップガスはCO2精製され，加熱され
た後，さらに他の粒子増酸化鉄含有原料を還元するため
に，少なくとも１つのさらに他の還元帯において還元ガ
スとして使用される。まだ相当の量の一酸化炭素と水素
とを有している後で，可能な最高限度に近い量のスポン
ジ鉄を後の還元帯における反応において生産するため
に，これらの手段により溶融ガス化帯において塊状炭素
担体から大量に生成された還元ガスを利用することを可
能にする。
おいて生成され，トップガスはCO2精製され，加熱され
た後，さらに他の粒子増酸化鉄含有原料を還元するため
に，少なくとも１つのさらに他の還元帯において還元ガ
スとして使用される。まだ相当の量の一酸化炭素と水素
とを有している後で，可能な最高限度に近い量のスポン
ジ鉄を後の還元帯における反応において生産するため
に，これらの手段により溶融ガス化帯において塊状炭素
担体から大量に生成された還元ガスを利用することを可
能にする。
この間に，適当には第２の還元帯において生成された
トップガスの少なくとも一部は,CO2精製において分離さ
れたCO2含有排ガスに燃焼ガスとして混合され，第２の
還元帯に供給される還元ガスに間接的に熱を与えるよう
に燃やされる。
トップガスの少なくとも一部は,CO2精製において分離さ
れたCO2含有排ガスに燃焼ガスとして混合され，第２の
還元帯に供給される還元ガスに間接的に熱を与えるよう
に燃やされる。
有利なことに,CO2の還元あるいは除去は圧力スイング
吸着プロセスによりなされる。このプロセスは化学的洗
浄のための気体減失が低圧力下ではばく大に増加するの
で，もしもトップガスが少しでも圧力を発生させるなら
ば，特に有利である。改質天然ガスから還元ガスを生産
した場合，化学的洗浄としてはCO2除去が推奨される。
吸着プロセスによりなされる。このプロセスは化学的洗
浄のための気体減失が低圧力下ではばく大に増加するの
で，もしもトップガスが少しでも圧力を発生させるなら
ば，特に有利である。改質天然ガスから還元ガスを生産
した場合，化学的洗浄としてはCO2除去が推奨される。
好適には，第１の還元帯からのスポンジ鉄は，固体炭
素担体及び酸素含有ガスが供給されている間，溶融ガス
化帯において製錬され，これにより第１の還元帯に導入
されるCO及びH2含有還元ガスが生成され，そこで反応す
る。
素担体及び酸素含有ガスが供給されている間，溶融ガス
化帯において製錬され，これにより第１の還元帯に導入
されるCO及びH2含有還元ガスが生成され，そこで反応す
る。
この過程を遂行するためのプラントは，トップガスの
ための排出ダクトのみならず還元ガスのための供給ダク
トを含んでおり，粒子状酸化鉄含有原料のための還元シ
ャフト炉を含んでおり，トップガス排出ダクトはCO2精
製手段に接続されており，そこから還元ガス供給ダクト
が始まって,CO2精製されたトップガスが,CO2精製された
トップガスのための加熱手段を介して還元シャフト炉に
導かれており,CO2精製手段から排ガスダクトが始まっ
て，分離されたCO2含有排ガスを加熱手段に導いてお
り，酸素含有ガスを加熱手段に導くダクトは排ガスダク
トに接続されていることを特徴としている。
ための排出ダクトのみならず還元ガスのための供給ダク
トを含んでおり，粒子状酸化鉄含有原料のための還元シ
ャフト炉を含んでおり，トップガス排出ダクトはCO2精
製手段に接続されており，そこから還元ガス供給ダクト
が始まって,CO2精製されたトップガスが,CO2精製された
トップガスのための加熱手段を介して還元シャフト炉に
導かれており,CO2精製手段から排ガスダクトが始まっ
て，分離されたCO2含有排ガスを加熱手段に導いてお
り，酸素含有ガスを加熱手段に導くダクトは排ガスダク
トに接続されていることを特徴としている。
好適な実施例は,CO2精製手段から始まる排ガスダクト
は，分離されたCO2含有排ガスを少なくとも部分的に加
熱手段に導き，燃焼ガスダクトは燃焼ガスを加熱手段に
導き，排ガスダクトに接続されていることを特徴とす
る。
は，分離されたCO2含有排ガスを少なくとも部分的に加
熱手段に導き，燃焼ガスダクトは燃焼ガスを加熱手段に
導き，排ガスダクトに接続されていることを特徴とす
る。
CO2含有排ガス中に含まれているエネルギーを還元過
程のために利用できるように,CO2含有排ガスを導く排ガ
スダクトが接続されている加熱手段は,CO2精製されたト
ップガスを加熱するための間接的な加熱手段として設計
するのが有利であり，還元ガス供給ダクトは加熱手段に
接続されて，このトップガスを導く。
程のために利用できるように,CO2含有排ガスを導く排ガ
スダクトが接続されている加熱手段は,CO2精製されたト
ップガスを加熱するための間接的な加熱手段として設計
するのが有利であり，還元ガス供給ダクトは加熱手段に
接続されて，このトップガスを導く。
外部からのどんなガスをも要することなくCO2含有排
ガスの燃焼を実行できるようにするために，適当には燃
焼ガスダクトは還元シャフト炉から始まっており，還元
シャフト炉中で発生するトップガスの少なくとも一部を
受け入れる。
ガスの燃焼を実行できるようにするために，適当には燃
焼ガスダクトは還元シャフト炉から始まっており，還元
シャフト炉中で発生するトップガスの少なくとも一部を
受け入れる。
好適な実施例によると,2つの還元シャフト炉を備えて
おり，これらは第１の還元シャフト炉のトップガス排出
ダクトを通じ,CO2精製手段を通じ，及びそこから始まっ
て加熱手段を通して導かれる還元ガス供給ダクトを通じ
て流動自在に接続されている。
おり，これらは第１の還元シャフト炉のトップガス排出
ダクトを通じ,CO2精製手段を通じ，及びそこから始まっ
て加熱手段を通して導かれる還元ガス供給ダクトを通じ
て流動自在に接続されている。
この場合，適当には，燃焼ガスダクトは第２の還元シ
ャフト炉から始まっている。
ャフト炉から始まっている。
好適な実施例は，第１の還元シャフト炉からスポンジ
鉄を搬送する搬送ダクトが接続され，銑鉄及びスラグの
ための出銑口だけでなく酸素含有ガス及び固体炭素担体
のための供給ダクトを含み，溶融ガス化装置中で生成さ
れる還元ガスのための供給ダクトが始まり，第１の還元
シャフト炉に接続されている溶融ガス化装置により特徴
付けられる。
鉄を搬送する搬送ダクトが接続され，銑鉄及びスラグの
ための出銑口だけでなく酸素含有ガス及び固体炭素担体
のための供給ダクトを含み，溶融ガス化装置中で生成さ
れる還元ガスのための供給ダクトが始まり，第１の還元
シャフト炉に接続されている溶融ガス化装置により特徴
付けられる。
好適には，ガス精製手段は圧力スイング吸着プラント
として設計される。
として設計される。
適当には，分離されたCO2含有排ガスを搬出する排ガ
スダクトは，水蒸気発生装置として設計された加熱手段
に接続されている。
スダクトは，水蒸気発生装置として設計された加熱手段
に接続されている。
好適には，分離されたCO2含有排ガスを搬出する排ガ
スダクトは加熱手段に接続されており，煙ガス排出ダク
トを通じて搬出される煙ガスは熱交換器を構成し，ここ
で石炭その他のような加熱される材料は熱交換器内で煙
ガスに直接接触する。
スダクトは加熱手段に接続されており，煙ガス排出ダク
トを通じて搬出される煙ガスは熱交換器を構成し，ここ
で石炭その他のような加熱される材料は熱交換器内で煙
ガスに直接接触する。
他の好適な実施例は，分離されたCO2含有排ガスを搬
出する排ガスダクトは，還元シャフト炉のトップガス排
出ダクト内に備えられた熱交換器を介して通じており，
その後加熱手段に接続されていることを特徴としてい
る。
出する排ガスダクトは，還元シャフト炉のトップガス排
出ダクト内に備えられた熱交換器を介して通じており，
その後加熱手段に接続されていることを特徴としてい
る。
以下，図１〜３のブロック図にそれぞれ図説された数
個の過程を用いて本発明をより詳細に説明する。
個の過程を用いて本発明をより詳細に説明する。
図１〜３によると，粒子状酸化鉄原料，好適には塊状
鉄鉱石と，可能な媒溶剤は，公知の方法でダクト２を通
じて第１の還元シャフト炉１に供給される。還元ガスは
供給ダクト３を通じてこの還元シャフト炉中に吹き込ま
れ，下降する鉄鉱石に逆流して上昇し，還元帯４中で装
入物の還元を生じさせる。シャフト炉１を通じて流動さ
せた後，ガスはトップガス排出ダクト５を通じてトップ
ガスとして搬出される。
鉄鉱石と，可能な媒溶剤は，公知の方法でダクト２を通
じて第１の還元シャフト炉１に供給される。還元ガスは
供給ダクト３を通じてこの還元シャフト炉中に吹き込ま
れ，下降する鉄鉱石に逆流して上昇し，還元帯４中で装
入物の還元を生じさせる。シャフト炉１を通じて流動さ
せた後，ガスはトップガス排出ダクト５を通じてトップ
ガスとして搬出される。
還元された材料は，スポンジ鉄の形の鉄を含むが，好
適にはダウンパイプ６として設計された搬送ダクトを通
じて溶融ガス化装置７に入れられる。ダクト８を通して
は，例えば褐炭高温コークスの形であり，所望ならば石
炭であるが，塊状炭素担体が，ダクト９を通しては酸素
含有ガスが，公知の方法で溶融ガス化装置に供給され
る。
適にはダウンパイプ６として設計された搬送ダクトを通
じて溶融ガス化装置７に入れられる。ダクト８を通して
は，例えば褐炭高温コークスの形であり，所望ならば石
炭であるが，塊状炭素担体が，ダクト９を通しては酸素
含有ガスが，公知の方法で溶融ガス化装置に供給され
る。
これによって，積荷あるいはスポンジ鉄は，それぞれ
塊状炭素担体により形成され，かつ吹き入れられた酸素
含有ガスにより維持される流動層あるいは回転ベッドそ
れぞれの上に上方から落とされる。酸素含有ガスの影響
のもと，コークス，所望ならば同様に石炭の燃焼によ
り，スポンジ鉄が溶融される流動層あるいは回転層それ
ぞれに非常に高い熱が生じる。溶融状態において，炭素
による還元が完全になされ，溶けた銑鉄が溶融ガス化装
置の底に集まる。溶けたスラグは溶けた銑鉄の上方に形
成される。これら２つの溶融物は，予め決められた時間
間隔で，適当に配置された出銑口11,12を通じて吐出さ
れる。
塊状炭素担体により形成され，かつ吹き入れられた酸素
含有ガスにより維持される流動層あるいは回転ベッドそ
れぞれの上に上方から落とされる。酸素含有ガスの影響
のもと，コークス，所望ならば同様に石炭の燃焼によ
り，スポンジ鉄が溶融される流動層あるいは回転層それ
ぞれに非常に高い熱が生じる。溶融状態において，炭素
による還元が完全になされ，溶けた銑鉄が溶融ガス化装
置の底に集まる。溶けたスラグは溶けた銑鉄の上方に形
成される。これら２つの溶融物は，予め決められた時間
間隔で，適当に配置された出銑口11,12を通じて吐出さ
れる。
溶融ガス化装置中でコークス，所望ならば同様に石炭
が燃焼している間に,CO及びH2を本質的に含有する還元
ガスが生産され，供給ダクト３を通じて溶融ガス化装置
７から引き出されて還元シャフト炉１に供給される。溶
融ガス化装置中で生成された還元ガスの精製と，還元の
ために要求される温度までの冷却は，それ自体知られて
いる方法でなされるが，図中に詳細には図説されていな
い。
が燃焼している間に,CO及びH2を本質的に含有する還元
ガスが生産され，供給ダクト３を通じて溶融ガス化装置
７から引き出されて還元シャフト炉１に供給される。溶
融ガス化装置中で生成された還元ガスの精製と，還元の
ために要求される温度までの冷却は，それ自体知られて
いる方法でなされるが，図中に詳細には図説されていな
い。
トップガス排出ダクト５を通じて吐出されたトップガ
スは，まず例えばサイクロン17中で，あるいはスクラバ
ー中で，塵片を取り除くために精製される。続いて，ト
ップガスはコンデンサ14の援助によりCO2精製手段15に
達し,CO2精製手段はCO2及び同時にH2Sを取り除く。この
精製手段は圧力スイング吸着プラントとして設計されて
いる。この場合H2Sも取り除かれる。このようにして精
製されたトップガスは，還元ガス供給ダクト16を通り，
第１の還元シャフト炉と同じ逆流原理により運転される
同じような第２の還元シャフト17に供給される。このシ
ャフト炉17において，粒子状鉱石は直接還元される。
スは，まず例えばサイクロン17中で，あるいはスクラバ
ー中で，塵片を取り除くために精製される。続いて，ト
ップガスはコンデンサ14の援助によりCO2精製手段15に
達し,CO2精製手段はCO2及び同時にH2Sを取り除く。この
精製手段は圧力スイング吸着プラントとして設計されて
いる。この場合H2Sも取り除かれる。このようにして精
製されたトップガスは，還元ガス供給ダクト16を通り，
第１の還元シャフト炉と同じ逆流原理により運転される
同じような第２の還元シャフト17に供給される。このシ
ャフト炉17において，粒子状鉱石は直接還元される。
トップガスは精製の間に急冷されているので，第２の
還元シャフト炉17に導入されるに先立って加熱し直され
る。加熱は２段階でなされる。まず第１段階において精
製トップガスは間接的に加熱され，この目的に合致する
加熱手段18は熱交換器として設計されている。熱交換器
（熱回収装置）18は,CO2精製手段15において分離された
CO2含有排ガスと，第２の還元シャフトから吐出された
精製トップガスとの混合物により作動する。さらに，空
気のような酸素含有ガス（酸素は分子の形で存在する）
は，ダクト19を通って熱交換器18のバーナーに供給され
る。続いて，加熱された精製トップガスは第２の加熱手
段20の中で再燃焼され，精製トップガスの一部は酸素供
給下で燃焼する。これによって，精製トップガスは第２
の還元シャフト炉内で還元するために要する温度に達す
る。温度の範囲は700〜900℃の間である。
還元シャフト炉17に導入されるに先立って加熱し直され
る。加熱は２段階でなされる。まず第１段階において精
製トップガスは間接的に加熱され，この目的に合致する
加熱手段18は熱交換器として設計されている。熱交換器
（熱回収装置）18は,CO2精製手段15において分離された
CO2含有排ガスと，第２の還元シャフトから吐出された
精製トップガスとの混合物により作動する。さらに，空
気のような酸素含有ガス（酸素は分子の形で存在する）
は，ダクト19を通って熱交換器18のバーナーに供給され
る。続いて，加熱された精製トップガスは第２の加熱手
段20の中で再燃焼され，精製トップガスの一部は酸素供
給下で燃焼する。これによって，精製トップガスは第２
の還元シャフト炉内で還元するために要する温度に達す
る。温度の範囲は700〜900℃の間である。
同様に還元シャフト炉17から吐出されたトップガスも
同じように塵片から精製し，水蒸気含有量を低減させる
ために，精製及び冷却され，その後精製トップガスの一
部は,CO2精製手段からCO2含有排ガスを排出する排ガス
ダクト23に接続する燃焼ガスダクト22を通って熱交換器
18に供給される。第２の還元シャフト炉17中で発生する
トップガスの他の部分は，トップガス排出ダクト５に接
続された搬送ダクト25を通じ，コンデンサ24を介してCO
2精製手段15に供給され，そして同様にCO2を除去する手
段15で用いられ，その後還元ガスとして再利用される。
還元シャフト炉のトップガスの本発明に係る過程に不要
な部分は，エクスポートガスダクト26を通してエクスポ
ートガス（export gas）として他の利用のために供給さ
れる。排ガスダクト23から分岐する分岐ダクトもこのエ
クスポートガスダクト26につながっており，熱交換器18
において必要とされなければCO2含有排ガスはエクスポ
ートガスに混合される。
同じように塵片から精製し，水蒸気含有量を低減させる
ために，精製及び冷却され，その後精製トップガスの一
部は,CO2精製手段からCO2含有排ガスを排出する排ガス
ダクト23に接続する燃焼ガスダクト22を通って熱交換器
18に供給される。第２の還元シャフト炉17中で発生する
トップガスの他の部分は，トップガス排出ダクト５に接
続された搬送ダクト25を通じ，コンデンサ24を介してCO
2精製手段15に供給され，そして同様にCO2を除去する手
段15で用いられ，その後還元ガスとして再利用される。
還元シャフト炉のトップガスの本発明に係る過程に不要
な部分は，エクスポートガスダクト26を通してエクスポ
ートガス（export gas）として他の利用のために供給さ
れる。排ガスダクト23から分岐する分岐ダクトもこのエ
クスポートガスダクト26につながっており，熱交換器18
において必要とされなければCO2含有排ガスはエクスポ
ートガスに混合される。
本発明の実質的な利点は,CO2含有排ガスと，第２の還
元シャフト炉17からのトップガスとの混合により用意さ
れる燃焼ガスの断熱燃焼温度が低いことにある。熱交換
器18の熱交換管束の手前の煙ガスは,CO2排含有ガス／ト
ップガス及び／または酸素含有ガスの体積比により調整
されている。トップガスのみが熱交換器18のための燃料
として使用された場合に温度調整が必要となるような煙
ガスの再利用を不要にすることができる。熱交換器18中
で生成される煙ガスは，通常の方法で煙ガス排出ダクト
28を通じて精製された状態になる。CO2含有排ガス，あ
るいはこの排ガスとトップガスとの混合の全エネルギー
が，それぞれ還元ガスを熱するために必要とされない限
り，排ガスあるいは排ガスとトップガスとの混合の不必
要な部分は，それぞれエクスポートガスと混合するのが
適当である。
元シャフト炉17からのトップガスとの混合により用意さ
れる燃焼ガスの断熱燃焼温度が低いことにある。熱交換
器18の熱交換管束の手前の煙ガスは,CO2排含有ガス／ト
ップガス及び／または酸素含有ガスの体積比により調整
されている。トップガスのみが熱交換器18のための燃料
として使用された場合に温度調整が必要となるような煙
ガスの再利用を不要にすることができる。熱交換器18中
で生成される煙ガスは，通常の方法で煙ガス排出ダクト
28を通じて精製された状態になる。CO2含有排ガス，あ
るいはこの排ガスとトップガスとの混合の全エネルギー
が，それぞれ還元ガスを熱するために必要とされない限
り，排ガスあるいは排ガスとトップガスとの混合の不必
要な部分は，それぞれエクスポートガスと混合するのが
適当である。
加熱手段18に供給される燃焼ガスもCO2含有排ガス
と，例えば天然ガスのような加熱ガスとにより，あるい
はCO2含有排ガスと第１の還元帯４から得られ，図１に
破線で示されるダクト22を通じて供給されるトップガス
により生成される。
と，例えば天然ガスのような加熱ガスとにより，あるい
はCO2含有排ガスと第１の還元帯４から得られ，図１に
破線で示されるダクト22を通じて供給されるトップガス
により生成される。
熱交換器18において使用されるCO2含有排ガスのため
に，この排ガスに含まれるエネルギーも利用される。従
ってCO2含有排ガスは，順に他の目的のために使用され
るトップガスの一部に置き換えられる。他の利点は,CO2
含有排ガスの燃焼により生成されるSO2の許容される極
限値が，燃焼していないCO2含有排ガス中に存在するH2S
に許容される極限値よりも高いことである。それゆえ，
環境に害を与えることなくこのCO2含有排ガスの利用を
実現できる。SO2含有量が高くなりすぎた場合には，従
来技術による煙ガス脱硫が推薦される。しかし，成分C
O,H2及びCH4は，どれだけ含有量が残っていたとして
も，許容極限値よりもはるかに少ない程度まで十分に変
化している。
に，この排ガスに含まれるエネルギーも利用される。従
ってCO2含有排ガスは，順に他の目的のために使用され
るトップガスの一部に置き換えられる。他の利点は,CO2
含有排ガスの燃焼により生成されるSO2の許容される極
限値が，燃焼していないCO2含有排ガス中に存在するH2S
に許容される極限値よりも高いことである。それゆえ，
環境に害を与えることなくこのCO2含有排ガスの利用を
実現できる。SO2含有量が高くなりすぎた場合には，従
来技術による煙ガス脱硫が推薦される。しかし，成分C
O,H2及びCH4は，どれだけ含有量が残っていたとして
も，許容極限値よりもはるかに少ない程度まで十分に変
化している。
以下の表１〜４を用いてより詳細に説明される代表的
な実施例によると,CO2精製において発生するCO2含有ガ
スは第２の還元帯27から得られたトップガスと混合され
る。
な実施例によると,CO2精製において発生するCO2含有ガ
スは第２の還元帯27から得られたトップガスと混合され
る。
以下の表１において，第１の還元帯４で発生するトッ
プガスのCO2精製において生成されたCO2含有排ガスの化
学成分を表わす。
プガスのCO2精製において生成されたCO2含有排ガスの化
学成分を表わす。
表１
CO 11.8％ vol.
CO2 80.3％ vol.
H2 1.5％ vol.
H2O 5.3％ vol.
N2 0.7％ vol.
CH4 0.4％ vol.
H2Smax 0.03％ vol.
kJ/Nm3 1,795
表２は,CO2含有排ガスに混合される前の第２の還元シ
ャフト炉17の第２の還元帯27から得られ，精製・冷却さ
れたトップガスの化学成分を表わす。
ャフト炉17の第２の還元帯27から得られ，精製・冷却さ
れたトップガスの化学成分を表わす。
表２
CO 43.2％ vol.
CO2 25.4％ vol.
H2 18.0％ vol.
H2O 5.7％ vol.
N2 6.2％ vol.
CH4 1.5％ vol.
H2Smax 0.00％ vol.
kJ/Nm3 7,945
表３は，トップガスとCO2含有排ガスとの混合であっ
て，熱交換器18において燃焼されたものの化学成分を示
す。
て，熱交換器18において燃焼されたものの化学成分を示
す。
表３
CO 16.6％ vol.
CO2 72.0％ vol.
H2 4.0％ vol.
H2O 5.3％ vol.
N2 1.5％ vol.
CH4 0.6％ vol.
H2Smax 0.02％ vol.
kJ/Nm3 2,795
このガス混合物の燃焼の間に熱交換器18中で生成され
た煙ガスの化学成分を以下の表４に表わす。
た煙ガスの化学成分を以下の表４に表わす。
表４
CO2 60.1％ vol.
H2O 7.9％ vol.
O2 0.4％ vol.
N2 31.6％ vol.
SO2 0.02％ vol.
断熱燃焼温度は984℃である。
以下の表５及び６において，代表的な実施例が表わさ
れており，第１の還元帯４において発生したトップガス
のCO2精製により生成されたCO2含有排ガス（表５）を単
に酸素に混ぜて燃焼させたものに係る。この場合，熱交
換器18に供給されるガスは，単にCO2含有排ガスと酸素
（あるいは酸素含有ガス）とからなるので，熱交換器18
の点火バーナー（いわゆるパイロットバーナー）に別に
トップガス，天然ガスあるいは他の燃焼ガスを供給する
ことが必要になるが，しかしそのために必要な量はわず
かなので重要なことではない。さらに，熱交換器18のた
めのガス混合物の発熱量は，（i.a.）CO2精製プラント
の作動特性に依存し，すなわちCO2精製プラントにおい
てCO2があまり強力に分離されなければ，高い程度で発
生する還元剤の量に依存する。
れており，第１の還元帯４において発生したトップガス
のCO2精製により生成されたCO2含有排ガス（表５）を単
に酸素に混ぜて燃焼させたものに係る。この場合，熱交
換器18に供給されるガスは，単にCO2含有排ガスと酸素
（あるいは酸素含有ガス）とからなるので，熱交換器18
の点火バーナー（いわゆるパイロットバーナー）に別に
トップガス，天然ガスあるいは他の燃焼ガスを供給する
ことが必要になるが，しかしそのために必要な量はわず
かなので重要なことではない。さらに，熱交換器18のた
めのガス混合物の発熱量は，（i.a.）CO2精製プラント
の作動特性に依存し，すなわちCO2精製プラントにおい
てCO2があまり強力に分離されなければ，高い程度で発
生する還元剤の量に依存する。
表５
CO 11.8％ vol.
CO2 80.3％ vol.
H2 1.5％ vol.
H2O 5.3％ vol.
N2 0.7％ vol.
CH4 0.4％ vol.
H2Smax 0.03％ vol.
kJ/Nm3 1,795
煙ガスの化学成分は表６に示される。
表６
CO2 91.2％ vol.
H2O 7.6％ vol.
O2 0.4％ vol.
N2 0.7％ vol.
SO2 0.03％ vol.
断熱燃焼温度は867℃である。
図２に図説された他の方法によると,CO2含有排ガスの
一部は，排ガスダクト23から分岐した排ガスダクト29を
通じ,CO2含有排ガスを第２の還元シャフト炉から出たト
ップガスにより加熱する。熱交換器30を介して，加熱手
段31に供給され，そこで酸素含有ガスあるいは酸素担体
ガスとしての空気の酸素の供給の下で燃やされる。この
加熱手段31において，例えば水蒸気が復熱の形で発生す
る。水の供給は32で示され，水蒸気の排出は33で示され
る。CO2含有排ガスの一部，あるいはこの排ガスの総量
の半分は，熱交換器30を導通されることなく図２に破線
で示された排ガスダクト29′を通じて加熱手段31に直接
供給することができる。
一部は，排ガスダクト23から分岐した排ガスダクト29を
通じ,CO2含有排ガスを第２の還元シャフト炉から出たト
ップガスにより加熱する。熱交換器30を介して，加熱手
段31に供給され，そこで酸素含有ガスあるいは酸素担体
ガスとしての空気の酸素の供給の下で燃やされる。この
加熱手段31において，例えば水蒸気が復熱の形で発生す
る。水の供給は32で示され，水蒸気の排出は33で示され
る。CO2含有排ガスの一部，あるいはこの排ガスの総量
の半分は，熱交換器30を導通されることなく図２に破線
で示された排ガスダクト29′を通じて加熱手段31に直接
供給することができる。
図３によると,CO2含有排ガスは加熱手段31′において
燃焼され，搬送手段36を通じて搬出入される石炭あるい
は鉱石は，生成された排ガスにより余熱チャンバ34の中
で直接加熱される。冷却された煙ガスは煙ガス排出ダク
ト35を介して導き出される。
燃焼され，搬送手段36を通じて搬出入される石炭あるい
は鉱石は，生成された排ガスにより余熱チャンバ34の中
で直接加熱される。冷却された煙ガスは煙ガス排出ダク
ト35を介して導き出される。
図2,3より明らかなように,CO2含有排ガスに付随する
エネルギーは異なった方法で利用でき，また数タイプの
利用の組み合わせにより，エネルギーの利用を還元シャ
フト炉1,17の作動のモード及びダクト26を通じて消費者
に供給されるエクスポートガスの使用により定まる最適
の形で実現することができる。また，例えば再燃焼によ
り単に必要な還元ガスの温度に到達させることができる
なら，還元ガス供給ダクト16を通じて還元シャフト炉17
に供給される還元ガスを加熱することを略すことができ
る。
エネルギーは異なった方法で利用でき，また数タイプの
利用の組み合わせにより，エネルギーの利用を還元シャ
フト炉1,17の作動のモード及びダクト26を通じて消費者
に供給されるエクスポートガスの使用により定まる最適
の形で実現することができる。また，例えば再燃焼によ
り単に必要な還元ガスの温度に到達させることができる
なら，還元ガス供給ダクト16を通じて還元シャフト炉17
に供給される還元ガスを加熱することを略すことができ
る。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平４−268008（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C21B 11/00 - 13/14
F27D 17/00 104
Claims (19)
- 【請求項１】粒子状酸化鉄含有原料からスポンジ鉄を生
産する方法であり，還元帯（４）中の酸化鉄含有原料は
還元ガスによりスポンジ鉄に還元され，かつ還元の間に
生成されるガスはトップガスとして引き出される方法で
あって，以下のような処理の組み合わせ ・トップガスはCO2精製され， CO2精製において分離されたCO2含有排ガスは酸素含有ガ
スと混合され， 燃焼され， ・その熱エネルギーは消費者に供給されること を特徴とする方法。 - 【請求項２】請求項１による方法であって， ・CO2含有排ガスは，少なくとも部分的には，還元ガス
に間接的に熱を与えるように燃やされ， ・その結果，粒子状酸化鉄含有原料は，熱せられた還元
ガスにより還元されることを特徴とする方法。 - 【請求項３】請求項１による方法であって,CO2精製にお
いて分離されたCO2含有排ガスは付加的に燃焼ガスに混
合されることを特徴とする方法。 - 【請求項４】請求項１〜３のうちいずれかに記載の方法
であって，還元ガスによる粒子状酸化鉄含有原料の，直
接還元のような還元において生成されるトップガスの少
なくとも一部は，燃焼ガスとして用いられることを特徴
とする方法。 - 【請求項５】請求項２〜４のうちいずれかに記載の方法
であって,CO2精製されるトップガンは第１の還元帯
（４）において生成され，トップガスはCO2精製され，
加熱された後に，さらに他の粒子状酸化鉄含有原料を還
元するために，少なくとも１つのさらに第２の還元帯
（27）において還元ガスとして使用され，そこで反応す
ることを特徴とする方法。 - 【請求項６】請求項５による方法であって，第２の還元
帯（27）において生成されたトップガスの少なくとも一
部は,CO2精製において分離されたCO2含有排ガスに燃焼
ガスとして混合され，第２の還元帯（27）に供給される
還元ガスに間接的に熱を与えるように燃やされることを
特徴とする方法。 - 【請求項７】請求項１〜６のうちいずれかに記載の方法
であって，トップガスのCO2精製は，圧力スイング吸着
によりなされることを特徴とする方法。 - 【請求項８】請求項５から７のうちいずれかに記載の方
法であって，第１の還元帯（４）において形成されるス
ポンジ鉄は，固体炭素担体及び酸素含有ガスが供給され
ている間に溶融ガス化帯（10）において製錬され，これ
により第１の還元帯（４）中に導入されるCO及びH2含有
還元ガスが生成され，そこで反応することを特徴とする
方法。 - 【請求項９】請求項１〜７のうちいずれかに記載の方法
を遂行するためのプラントであって，トップガスのため
の排出ダクト（５）のみならず還元ガスのための供給ダ
クト（３）を含んでおり，粒子状酸化鉄含有原料のため
の第１の還元シャフト炉（１）からなるプラントであっ
て，トップガス排出ダクト（５）はCO2精製手段（15）
に接続されており，そこから還元ガス供給ダクト（16）
が始まって,CO2精製されたトップガスが,CO2精製された
トップガスのための加熱手段（18,20）を介して第２の
還元シャフト炉（17）に導かれており,CO2精製手段（1
5）から排ガスダクト（23,29,29′）が始まって，分離
されたCO2含有排ガスを加熱手段（18,31）に導いてお
り，酸素含有ガスを加熱手段（18,31）に導くダクト（1
9,19′）は排ガスダクトに接続されていることを特徴と
するプラント。 - 【請求項１０】請求項９によるプラントであって,CO2精
製手段（15）から始まる排ガスダクト（23）は，分離さ
れたCO2含有排ガスを少なくとも部分的に加熱手段（1
8）に導き，燃焼ガスを加熱手段に導く燃焼ガスダクト
（22）は，排ガスダクトに接続されていることを特徴と
するプラント。 - 【請求項１１】請求項９もしくは10によるプラントであ
って,CO2含有排ガスを導く排ガスダクト（23）が接続さ
れている加熱手段（18）はCO2精製トップガスを加熱す
るための間接的な加熱手段（18）として設計されてお
り，このトップガスを導く還元ガス供給ダクト（16）は
加熱手段（18）に接続されていることを特徴とするプラ
ント。 - 【請求項１２】請求項10もしくは11によるプラントであ
って，燃焼ガスダクト（22）は第２の還元シャフト炉
（17）から始まっており，第２の還元シャフト炉（17）
中で発生するトップガスの少なくとも一部を受け取るこ
とを特徴とするプラント。 - 【請求項１３】請求項９〜12のうちいずれかに記載のプ
ラントであって,2つの還元シャフト炉（1,17）を備えて
おり，これらは第１の還元シャフト炉（１）のトップガ
ス排出ダクト（５）を通じ,CO2精製手段を通じ，及びそ
こから始まって加熱手段を通して導かれる還元ガス供給
ダクト16を通じて流動連結されていることを特徴とする
プラント。 - 【請求項１４】請求項13によるプラントであって，燃焼
ガスダクト（22）は第２の還元シャフト炉（17）から始
まっていることを特徴とするプラント。 - 【請求項１５】請求項14によるプラントであって，第１
の還元シャフト炉からスポンジ鉄を搬送する搬送ダクト
（６）が接続され，銑鉄及びスラグのための出銑口だけ
でなく酸素含有ガス及び固体炭素担体のための供給ダク
ト（8,9）を含み，溶融ガス化装置（７）において生成
される還元ガスのための供給ダクト（３）が始まって，
第１の還元シャフト炉（１）に接続されている溶融ガス
化装置を特徴とするプラント。 - 【請求項１６】請求項９〜15のうちいずれかに記載のプ
ラントであって，ガス精製手段は圧力スイング吸着プラ
ントとして設計されていることを特徴とするプラント。 - 【請求項１７】請求項９〜16のうちいずれかに記載のプ
ラントであって，分離されたCO2含有排ガスを搬出する
排ガスダクト（29,29′）は水蒸気発生装置として設計
されている加熱手段（31）に接続されていることを特徴
とするプラント。 - 【請求項１８】請求項９〜17のうちいずれかに記載のプ
ラントであって，分離されたCO2含有排ガスを搬出する
排ガスダクト（29,29′）は加熱手段（31′）に接続さ
れており，煙ガス排出ダクト（35）を通じて搬出される
煙ガスは熱交換器（34）を構成し，ここで石炭，鉱石な
どの加熱される材料は熱交換器（34）の中で煙ガスに直
接接触することを特徴とするプラント。 - 【請求項１９】請求項９〜18のうちいずれかに記載のプ
ラントであって，分離されたCO2含有排ガスを搬出する
排ガスダクト（29）は第２の還元シャフト炉（17）のト
ップガス排出ダクト中に備えられた熱交換器（30）を通
じて導かれており，続いて加熱手段（31）に接続されて
いることを特徴とするプラント。
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