JP4767701B2

JP4767701B2 - 高炉羽口吹き込み用微粉炭材の製造方法

Info

Publication number: JP4767701B2
Application number: JP2006012183A
Authority: JP
Inventors: 泰高本; 隆文河村; 広行小水流
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2006-01-20
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2026-01-20
Also published as: JP2007191766A

Description

本発明は、高炉羽口吹き込み用の微粉炭材の製造方法に関する。

高炉で鉄鉱石から銑鉄を製造する還元材としてコークスならびに微粉炭が利用されている。また、石炭はエネルギー資源として将来的にも安定した供給が期待されているが、粘結性の高い高品質のコークス用石炭は資源量が限られている。

高価なコークスの使用量を削減し、そのかわりにコークス製造用に向かない安価な一般炭を高炉吹込み用の微粉炭として利用し、この微粉炭の銑鉄トンあたりの吹込み量を増加することにより、銑鉄製造コストを削減することが指向されている。

しかし、微粉炭の灰分が羽口内に付着したり、さらに付着が進行して羽口が閉塞したりすると、高炉操業が阻害される。特許文献１には、微粉炭の灰分が９％以上になると羽口内に付着しやすいことが記載されている。

非特許文献１には、微粉炭の揮発分が高くなると微粉炭とコークスとの置換率が低下し還元材比が高くなることが記載されている。前記非特許文献１から引用した図２によれば、とくに揮発分３０％を超えると還元材比の上昇すなわちコークスとの置換率の低下が顕著になることがわかる。

したがって、高炉羽口吹込み用微粉炭は灰分が９％未満かつ揮発分が３０％以下の石炭であることが要求される。

また、本出願人は特許文献２で、上段の石炭を熱分解する熱分解反応炉と、下段の石炭を燃焼させて高温ガスを生成する高温ガス発生炉を連結配置した石炭急速熱分解炉を開示した。しかし、特許文献２に開示の発明は、高炉羽口吹き込み用微粉炭材として粉砕するだけで高炉に使用可能な灰分が９％未満かつ揮発分が３０％以下の石炭と、灰分が９％以上または揮発分が３０％を超え粉砕するだけでは高炉に使用できない石炭とを区別なく使用するものであるので、高炉プロセスにおける石炭資源種類の拡大を促進できないという問題がある。

更に、特許文献３には、気流層石炭ガス化装置において、下段バーナーに灰分の多い石炭を、上段バーナーには灰分の少ない石炭を供給する発明が開示されている。しかし、特許文献２に開示の発明は、一室のガス化炉のみから構成されており熱分解ガス化炉が設置されていないため、揮発分が３０％を超え粉砕するだけでは高炉に使用できない石炭から高炉羽口吹き込み用微粉炭材を製造することができないという問題がある。

特開平６−２１２２１７号公報特開平６−４１５５３号公報特開２００１−５９０９１号公報「微粉炭揮発分の高炉還元材比への影響と混合微粉炭の燃焼挙動」鉄と鋼, Vol.90(2004)No.4, p.190-197

灰分が９％未満かつ揮発分が３０％以下の石炭資源量は限られるので、灰分が９％以上の高灰分の石炭と揮発分が３０％を超える高揮発分かつ灰分が９％未満の低灰分の石炭とから、高炉羽口吹込み用微粉炭材を製造することが望まれる。

本発明は、下水汚泥など高灰分炭素質資源や揮発分の高い木質バイオマスから高炉羽口吹込み用微粉炭材を製造する方法を提供することを目的とする。

（１）下段が部分燃焼ガス化炉で上段が熱分解ガス化炉である二室二段の噴流床石炭ガス化炉を用いた高炉羽口吹き込み用微粉炭材の製造方法であって、灰分が９質量％以上の高灰分石炭と酸素含有気体を前記部分燃焼ガス化炉に装入して１４００℃以上で部分燃焼させてガス化し、揮発分が３０質量％を超える高揮発分かつ灰分が９質量％未満の低灰分の石炭を前記熱分解ガス化炉に装入して前記部分燃焼ガス化炉でガス化したガス顕熱を利用して、前記高揮発分かつ低灰分の石炭を８００〜１１００℃で熱分解してチャーを生成することを特徴とする高炉羽口吹き込み用微粉炭材の製造方法。

（２）前記高灰分石炭の一部又は全部に替えて、灰分が９質量％以上の高灰分炭素質資源を前記部分燃焼ガス化炉に装入することを特徴とする前記（１）記載の高炉羽口吹き込み用微粉炭材の製造方法。

（３）前記高揮発分かつ低灰分の石炭の一部又は全部に替えて、木質バイオマスを前記熱分解ガス化炉に装入することを特徴とする前記（１）又は（２）記載の高炉羽口吹き込み用微粉炭材の製造方法。

本発明において、灰分および揮発分は、工業分析法ＪＩＳＭ８８１２により測定した値と定義する。

石炭使用量の大きな鉄鋼業における高炉プロセスで、本発明により灰分の高い石炭や揮発分の高い石炭を使用することにより、石炭資源の有効利用が可能となる。つまり、下水汚泥など高灰分炭素質資源や揮発分の高い木質バイオマスから高炉羽口吹込み用微粉炭材の製造が可能となり、エネルギー資源の多様化を図ることができる。

図１に記載の本発明に係るプロセス及び設備の１例に基づいて、本発明の説明を行う。

灰分が９％以上の高灰分石炭５を、二室二段の噴流床石炭ガス化炉の下段の部分燃焼ガス化炉１に装入し、酸素６で部分燃焼させて、部分燃焼ガス化炉１の温度を１４００℃以上にする。なお、部分燃焼ガス化炉１の温度は、部分燃焼ガス化炉１の耐久性を考慮すると、１７００℃以下にすることが望ましい。

部分燃焼ガス化炉１において、高灰分石炭５中の炭素及び水素はガス化し、灰分は溶融してスラグ８となる。スラグ８は、路盤材等として有効利用される。

ここで、酸素６の一部又は全部に替えて空気又は酸素富化空気を用いてもよい。さらに、部分燃焼ガス化炉１の温度調節用に水蒸気を加えてもよい。また、高灰分石炭５の一部又は全部に替えて、灰分が９％以上の汚泥等の高灰分炭素質資源を装入して部分燃焼ガス化してもよい。

揮発分が３０％を超える高揮発分かつ低灰分石炭の４を、二室二段の噴流床石炭ガス化炉の上段の熱分解ガス化炉２に装入して、部分燃焼ガス化炉１でガス化した１４００〜１７００℃の高温ガスの顕熱を利用して、高揮発分かつ低灰分の石炭４を８００〜１１００℃で熱分解ガス化する。そして、生成したチャー７（低揮発かつ低灰分）をサイクロン３で固気分離して回収する。

熱分解温度が８００℃より低いと熱分解ガス化速度が小さくなり、熱分解ガス化反応に必要な時間が長くなるために、熱分解ガス化炉２が大きくなり、設備コストが上昇し経済性が低下することとなり、１１００℃より高いと熱分解ガス化炉２及びサイクロン３からの熱放散量が大きくなり、エネルギー利用効率が低下し経済性が低下することとなるので、熱分解温度は、上記の範囲とする。

回収したチャーは、高炉羽口吹込み用微粉炭材として粉砕工程を経ることなく高炉羽口に吹込まれるか、又は、必要に応じて粉砕工程を経て、さらに微粉砕されてから高炉羽口に吹込まれる。

ここで、高揮発かつ低灰分の石炭４の一部又は全部に替えて、揮発分が３０％を超える低灰分の木質バイオマスを装入して熱分解ガス化して生成したチャー７を、サイクロン３で固気分離して回収してもよい。

サイクロン３でチャー７を固気分離して除去した熱分解生成ガス９は、さらにガス精製設備（図示しない）にて冷却又は除塵された後、発電用燃料又は加熱炉用燃料、あるいは化学原料などとして有効利用される。なお、熱分解ガス化炉２の温度が１０００℃以上では熱分解生成ガス９はタールをほとんど含まないが、それ以下の温度、例えば８００℃程度のときは、熱分解生成ガス９はタールを含むので、タール回収設備（図示しない）にてタールを回収する。回収したタールは、化学原料などとして有効利用される。

図１に記載のプロセス及び設備を用いて試験した実施例について以下に述べる。

（実施例１）
二室二段の噴流床石炭ガス化炉の下段の部分燃焼ガス化炉において、灰分１２％の石炭を粉砕した微粉炭３２．１ｔ／ｈを、酸素／石炭重量比０．９０（ｋｇ／ｋｇ）の酸素により、１５００℃で部分燃焼ガス化した。

二室二段の噴流床石炭ガス化炉の上段の熱分解ガス化炉において、揮発分３５％で灰分４％の石炭を粉砕した微粉炭９．６ｔ／ｈを、ガス化炉から発生したガスの顕熱により、１０５０℃で熱分解ガス化した。

その結果、灰分６．２％のチャー６．２ｔ／ｈが得られた。また、１０５０℃の熱分解生成ガスを廃熱回収ボイラーによって蒸気回収して冷却することにより、発熱量２６００ｋｃａｌ／Ｎｍ³の燃料ガス７１０００Ｎｍ³／ｈが得られた。

（実施例２）
二室二段の噴流床石炭ガス化炉の下段の部分燃焼ガス化炉において、灰分１２％の石炭３０．４ｔ／ｈと灰分２５％の下水汚泥２．０ｔ／ｈを混合して粉砕した原料３２．４ｔ／ｈを、酸素／炭材重量比０．９０（ｋｇ／ｋｇ）の酸素により１５００℃で部分燃焼ガス化した。

その結果、灰分６．２％のチャー６．２ｔ／ｈが得られた。また、１０５０℃の熱分解生成ガスを廃熱回収ボイラーによって蒸気回収して冷却することにより、発熱量２６２０ｋｃａｌ／Ｎｍ³の燃料ガス７１０００Ｎｍ³／ｈが得られた。

（実施例３）
二室二段の噴流床石炭ガス化炉の下段の部分燃焼ガス化炉において、灰分１２％の石炭を粉砕した微粉炭３２．１ｔ／ｈを、酸素／石炭重量比０．９０（ｋｇ／ｋｇ）の酸素により１５００℃で部分燃焼ガス化した。

二室二段の噴流床石炭ガス化炉の上段の熱分解ガス化炉において、揮発分３５％で灰分４％の石炭を粉砕した微粉炭６．３ｔ／ｈと揮発分８３％で灰分１％の破砕して細粒化した木質バイオマス３．０ｔ／ｈを、ガス化炉から発生したガスの顕熱により１０５０℃で熱分解ガス化した。

その結果、灰分６．１％のチャー４．６ｔ／ｈが得られた。また、１０５０℃の熱分解生成ガスを廃熱回収ボイラーによって蒸気回収して冷却することにより、発熱量２４６０ｋｃａｌ／Ｎｍ³の燃料ガス７１０００Ｎｍ³／ｈが得られた。

本発明に係るプロセス及び設備の１例を示す図である。微粉炭の揮発分が高くなると還元材比が高くなることを示す図（非特許文献１から引用）である。

符号の説明

１部分燃焼ガス化炉
２熱分解ガス化炉
３サイクロン
４高揮発分かつ低灰分の石炭
５高灰分石炭
６酸素
７チャー（低揮発分かつ低灰分）
８スラグ
９熱分解生成ガス

Claims

下段が部分燃焼ガス化炉で上段が熱分解ガス化炉である二室二段の噴流床石炭ガス化炉を用いた高炉羽口吹き込み用微粉炭材の製造方法であって、灰分が９質量％以上の高灰分石炭と酸素含有気体を前記部分燃焼ガス化炉に装入して１４００℃以上で部分燃焼させてガス化し、揮発分が３０質量％を超える高揮発分かつ灰分が９質量％未満の低灰分の石炭を前記熱分解ガス化炉に装入して前記部分燃焼ガス化炉でガス化したガス顕熱を利用して、前記高揮発分かつ低灰分の石炭を８００〜１１００℃で熱分解してチャーを生成することを特徴とする高炉羽口吹き込み用微粉炭材の製造方法。
前記高灰分石炭の一部又は全部に替えて、灰分が９質量％以上の高灰分炭素質資源を前記部分燃焼ガス化炉に装入することを特徴とする請求項１記載の高炉羽口吹き込み用微粉炭材の製造方法。
前記高揮発分かつ低灰分の石炭の一部又は全部に替えて、木質バイオマスを前記熱分解ガス化炉に装入することを特徴とする請求項１又は２記載の高炉羽口吹き込み用微粉炭材の製造方法。