JP5567185B2 - Blast furnace gas separation method - Google Patents
Blast furnace gas separation method Download PDFInfo
- Publication number
- JP5567185B2 JP5567185B2 JP2013121738A JP2013121738A JP5567185B2 JP 5567185 B2 JP5567185 B2 JP 5567185B2 JP 2013121738 A JP2013121738 A JP 2013121738A JP 2013121738 A JP2013121738 A JP 2013121738A JP 5567185 B2 JP5567185 B2 JP 5567185B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- hydrogen
- separation
- components
- stage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000926 separation method Methods 0.000 title claims description 154
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 365
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 135
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 123
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 123
- 239000000306 component Substances 0.000 claims description 114
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 108
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims description 91
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 88
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 82
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims description 72
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 64
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 57
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 53
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 53
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 46
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 36
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 23
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 20
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 claims description 20
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 19
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 7
- 238000007872 degassing Methods 0.000 claims description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 22
- 208000028659 discharge Diseases 0.000 description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 7
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 5
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 5
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 4
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 4
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 4
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 230000006837 decompression Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N nitrogen dioxide Inorganic materials O=[N]=O JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 2
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 2
- 239000003595 mist Substances 0.000 description 2
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 2
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 2
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 2
- QLTZBYGZXPKHLF-UHFFFAOYSA-N 2-Propylsuccinic acid Chemical compound CCCC(C(O)=O)CC(O)=O QLTZBYGZXPKHLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000011089 carbon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 229910002090 carbon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013064 chemical raw material Substances 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- ORTQZVOHEJQUHG-UHFFFAOYSA-L copper(II) chloride Chemical compound Cl[Cu]Cl ORTQZVOHEJQUHG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 1
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
- Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
- Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
- Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/10—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions
- Y02P10/122—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions by capturing or storing CO2
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/151—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions, e.g. CO2
Landscapes
- Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
- Gas Separation By Absorption (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Industrial Gases (AREA)
Description
本発明は、高炉炉頂から排出される高炉ガスを、それぞれ各ガス成分を主成分とするガスに分離する方法に関するものである。 The present invention relates to a method for separating blast furnace gas discharged from the top of a blast furnace furnace into gases each having respective gas components as main components.
製鉄所においては、コークス炉、高炉、転炉などの設備から副生ガスと呼ばれるガスが発生し、このガスには、水素、一酸化炭素、メタンといった燃料として利用可能な成分のほかに、窒素、二酸化炭素が含有されている。これらの副生ガスは、その大部分が発電所や加熱炉などで燃焼によって発生する熱を利用する用途に使用されているが、前述のように、これらの副生ガス中には窒素や二酸化炭素といった不活性成分が含まれるために、体積あたりの熱量は700〜4500kcal/Nm3であり、一般的な燃料ガスであるプロパンガスや天然ガスに比べて低いのが特徴である。特に、高炉ガスは700kcal/Nm3程度であり、最も熱量が低い。 At steelworks, coke ovens, blast furnaces, converters, and other facilities generate gas called by-product gas, which contains nitrogen, in addition to components that can be used as fuel, such as hydrogen, carbon monoxide, and methane. Contains carbon dioxide. Most of these by-product gases are used in applications that use heat generated by combustion in power plants, heating furnaces, etc., but as mentioned above, these by-product gases include nitrogen and dioxide. Since an inert component such as carbon is contained, the calorific value per volume is 700 to 4500 kcal / Nm 3, which is low compared to propane gas and natural gas, which are common fuel gases. In particular, the blast furnace gas is about 700 kcal / Nm 3 and has the lowest amount of heat.
これは、水素、一酸化炭素、メタンなどの燃料成分が少ない上に、これらの燃料成分の燃焼で発生する熱量が燃料成分以外の成分である窒素や二酸化炭素の加熱に消費されることによるものである。因みに高炉ガスには、窒素が50〜55体積%程度、二酸化炭素が20〜23体積%程度含まれている。 This is because there are few fuel components such as hydrogen, carbon monoxide, and methane, and the amount of heat generated by combustion of these fuel components is consumed for heating nitrogen and carbon dioxide, which are components other than fuel components. It is. Incidentally, the blast furnace gas contains about 50 to 55% by volume of nitrogen and about 20 to 23% by volume of carbon dioxide.
そのために、これらの副生ガスから不活性成分を除去する方法に関して、特に、最近の二酸化炭素排出削減の要請から、高炉ガスから二酸化炭素を分離回収する方法に関して、幾つかの提案がなされている。 For this reason, several proposals have been made regarding methods for removing inert components from these by-product gases, particularly regarding methods for separating and recovering carbon dioxide from blast furnace gas due to recent requests for reduction of carbon dioxide emissions. .
例えば特許文献1には、高炉ガスなどの窒素、一酸化炭素、二酸化炭素を含むガスから一酸化炭素を分離した後のガスを燃焼触媒の存在下で燃焼させることにより、残存する微量の可燃ガス及び酸素を除去し、窒素及び二酸化炭素を主成分とする不活性ガスを製造する方法が提案されている。また、前記不活性ガスから二酸化炭素を分離し、高純度の窒素を得ることも提案している。
For example,
また、特許文献2には、加圧下において吸着剤に接触させて吸着分離を行い、次いで減圧下においてこれを脱着させる圧力変動式吸着分離方式によって高炉ガス中の二酸化炭素及び窒素を、アルミナ系吸着剤及び多孔性ポリスチレンを使用して夫々選択的に吸着分離させて、一酸化炭素及び水素のリッチガスを製造する方法が提案されている。
Further, in
また更に、特許文献3には、製鉄所で発生する副生ガスから化学吸収法により二酸化炭素を分離回収するにあたり、当該ガスから化学吸収液で二酸化炭素を吸収後、化学吸収液を加熱し二酸化炭素を分離させるプロセスにて、製鉄所で発生する500℃以下の低品位排熱を利用または活用することが提案されている。
Furthermore, in
上記の特許文献1〜3に提案されるように、製鉄所で発生する副生ガスに含まれる各成分を分離する技術は、従来から提案されているが、何れも実用化には至っておらず、解決すべき課題を有している。
As proposed in
例えば、特許文献1では、高炉ガス中の一酸化炭素を吸収法によって分離しているが、当該方法では、一酸化炭素を吸収した後のガス中に約1体積%程度の一酸化炭素が残留し、また水素は吸収されず、そのまま残留する(特許文献1の2頁左上欄参照)。これらは分離器の後段に設けられた燃焼器にて完全燃焼されている。この残留する一酸化炭素及び水素により発生する熱量は、高炉ガスの有する熱量の実に5%に達するほどの莫大なものとなるにも拘わらず、多量の窒素及び二酸化炭素によって希釈されたガスであるために、この燃焼器で発生する熱量の有効利用は非常に困難であり、従って、特許文献1では、高炉ガスの有する熱量の5%相当分を無駄にしていると言わざるを得ない。
For example, in
特許文献2では、高炉ガス中の二酸化炭素を吸着するためのアルミナ系吸着剤と、窒素を吸着するための多孔性ポリスチレンとを一基の吸着塔内に充填して、この吸着塔に高炉ガス中の二酸化炭素及び窒素を吸着させて、相対的に一酸化炭素濃度及び水素濃度の増大したガスを得ているが、一酸化炭素及び水素の回収率は80%を超えておらず、残る20%もの一酸化炭素と水素は、二酸化炭素及び窒素と混合した低熱量ガスとして排気されてしまうことになる。
In
また、特許文献3では、高炉ガス中の二酸化炭素を化学吸収法にて分離回収しているが、高炉ガス中の二酸化炭素濃度は20%程度であり、二酸化炭素のみの分離でも熱量増加の効果は得られるが、その改善効果は25%程度と限定されたものであり、熱量の高いガスを得ることはできない。
In
また、何れの分離方法にも共通した課題として投入動力の問題があり、特許文献1では吸収液再生のために100〜150℃の加熱或いは減圧、特許文献2では吸着時の2ataへの加圧と脱着時の0.1ataへの減圧、特許文献3では吸収液再生のために120℃の加熱が必要であり、これらに対する熱源或いは動力の手当ては、廃熱利用であったとしても必要である。
In addition, there is a problem of input power as a problem common to any separation method. In
このように、製鉄所副生ガス中の不活性成分を除去して熱量を増加させることは、二酸化炭素排出削減や省エネルギーの観点から重要であるが、その実用化には、燃料成分である一酸化炭素及び水素の回収率向上、分離操作に費やすエネルギー或いはコストの削減が課題であることを示している。 As described above, it is important to remove the inactive components in the by-product gas of the steelworks and increase the amount of heat from the viewpoint of reducing carbon dioxide emissions and saving energy. It shows that the improvement of the recovery rate of carbon oxide and hydrogen and the reduction of energy or cost spent for the separation operation are problems.
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、高炉ガスから二酸化炭素及び窒素を分離・除去することにより熱量の高い改質高炉ガスを製造するなどのために、高炉ガスを、それぞれの成分を主成分とするガスに分離するにあたり、それぞれのガスを高回収率で効率良く回収することのできる高炉ガスの分離方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to produce a reformed blast furnace gas having a high calorific value by separating and removing carbon dioxide and nitrogen from the blast furnace gas. It is an object of the present invention to provide a blast furnace gas separation method capable of efficiently recovering each gas at a high recovery rate in separating the gas into gases mainly composed of the respective components.
本発明者等は、上記課題を解決するべく、高炉ガスの分離における回収率向上、並びにエネルギー或いはコスト削減を様々な視点から検討した結果、高炉ガスからの各成分の分離にあたり、特に分離の順序と分離手法とを適切に組合せることによって実現可能であるとの知見が得られた。 In order to solve the above problems, the present inventors have studied the improvement of the recovery rate in the separation of blast furnace gas and the reduction of energy or cost from various viewpoints. The knowledge that it is feasible by combining the method and the separation method appropriately was obtained.
本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、第1の発明に係る高炉ガスの分離方法は、高炉炉頂から排出される高炉ガスを三段のガス分離精製装置を用いて各成分を主体とするガスに分離するに際し、一段目の、二酸化炭素を吸収によって分離する化学的吸収装置からなるガス分離精製装置によって、高炉ガスを、二酸化炭素及び不可避的不純物ガス成分からなるガスと、窒素及び一酸化炭素及び水素並びに不可避的不純物ガス成分からなるガスとに分離し、二段目の、一酸化炭素を吸着によって分離する吸着分離装置からなるガス分離精製装置によって、前記一段目のガス分離精製装置により分離された、窒素及び一酸化炭素及び水素並びに不可避的不純物ガス成分からなるガスを、窒素及び不可避的不純物ガス成分からなるガスと、一酸化炭素及び不可避的不純物ガス成分からなるガスと、水素及び窒素並びに不可避的不純物ガス成分からなるガスと、に分離し、二段目の吸着分離装置の出口側に、三段目のガス分離精製装置として、水素透過膜或いは水素以外の成分を吸着する吸着剤を配置し、前記二段目の吸着分離装置から分離される水素及び窒素並びに不可避的不純物ガス成分からなるガスから、水素及び不可避的不純物ガス成分からなるガスを分離することを特徴とするものである。 The present invention has been made on the basis of the above knowledge, and the method for separating blast furnace gas according to the first invention uses a three-stage gas separation and purification device to separate each component of the blast furnace gas discharged from the blast furnace top. When separating into the main gas, the first stage, gas separation and purification apparatus consisting of a chemical absorption apparatus that separates carbon dioxide by absorption, blast furnace gas, gas composed of carbon dioxide and inevitable impurity gas components, nitrogen Gas separation and purification apparatus comprising an adsorption separation device that separates carbon monoxide by adsorption and carbon monoxide and hydrogen, and an inevitable impurity gas component, and separates the carbon monoxide by adsorption. A gas composed of nitrogen, carbon monoxide and hydrogen, and an unavoidable impurity gas component, separated by a purifier, and a gas composed of nitrogen and an unavoidable impurity gas component Separated into a gas composed of carbon monoxide and unavoidable impurity gas components and a gas composed of hydrogen and nitrogen and unavoidable impurity gas components, and separated into the third stage gas at the outlet side of the second stage adsorption separation apparatus. As a purification device, a hydrogen permeable membrane or an adsorbent that adsorbs components other than hydrogen is arranged, and hydrogen and unavoidable from gas composed of hydrogen and nitrogen and unavoidable impurity gas components separated from the second stage adsorption separation device. It is characterized by separating a gas composed of a typical impurity gas component.
第2の発明に係る高炉ガスの分離方法は、第1の発明において、前記三段目のガス分離精製装置として水素以外の成分を吸着する吸着剤を配置し、該吸着剤によって水素及び不可避的不純物ガス成分からなるガスを分離する場合に、前記吸着剤に吸着した成分を減圧による脱気操作または水素による洗浄操作若しくは逆洗浄操作で除去することを特徴とするものである。 In the blast furnace gas separation method according to the second invention, in the first invention, an adsorbent that adsorbs components other than hydrogen is disposed as the third-stage gas separation and purification device, and hydrogen and unavoidable by the adsorbent. When separating the gas composed of the impurity gas component, the component adsorbed on the adsorbent is removed by a degassing operation using reduced pressure, a cleaning operation using hydrogen, or a reverse cleaning operation.
本発明によれば、水素、窒素、一酸化炭素及び二酸化炭素を主たる成分とする高炉ガスを、それぞれのガス成分に分離するにあたり、最も分離しやすい二酸化炭素を最初に分離するので、少ない動力で高炉ガスの分離を行うことができ、また、二段のガス分離精製装置を用いて分離するので、高い分離率でそれぞれのガスを分離することができる。更に、三段目のガス分離精製装置を用いて水素を分離した場合には、高濃度の水素をも高炉ガスから高回収率で回収することができ、その結果、高濃度の水素及び高濃度の一酸化炭素を含有する、熱量増加のより高い改質高炉ガスが得られ、その効果によって分離に費やされる投入エネルギー及びコストを低減することが可能となる。 According to the present invention, when separating the blast furnace gas mainly composed of hydrogen, nitrogen, carbon monoxide and carbon dioxide into the respective gas components, carbon dioxide which is most easily separated is first separated. Blast furnace gas can be separated, and since the separation is performed using a two-stage gas separation and purification apparatus, each gas can be separated at a high separation rate. Furthermore, when hydrogen is separated using a third-stage gas separation and purification device, high concentration hydrogen can also be recovered from the blast furnace gas at a high recovery rate. As a result, high concentration hydrogen and high concentration hydrogen can be recovered. A reformed blast furnace gas containing a higher amount of heat and containing carbon monoxide can be obtained, and the input energy and cost spent for separation can be reduced by the effect.
以下、本発明を具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described.
高炉ガスの組成は、一酸化炭素:21.1〜26.2体積%、二酸化炭素:19.3〜23.2体積%、水素:2.9〜5.3体積%、窒素:52.5〜59.2体積%であり(第4版鉄鋼便覧(CD-ROM)No.1第2巻製銑・製鋼、2002年7月30日発行、表42-5・7(2000)を参照)、この高炉ガスから熱量のより高い改質高炉ガスを製造するなどの目的のために、高炉ガスを、それぞれのガス成分に分離する際に、本発明においては、二段のガス分離精製装置を用い、一段目のガス分離精製装置によって、高炉ガスを、二酸化炭素及び不可避的不純物ガス成分からなるガスと、窒素及び一酸化炭素並びに不可避的不純物ガス成分からなるガスと、に分離し、二段目のガス分離精製装置によって、前記一段目のガス分離精製装置により分離された、窒素及び一酸化炭素並びに不可避的不純物ガス成分からなるガスを、窒素及び不可避的不純物ガス成分からなるガスと、一酸化炭素及び不可避的不純物ガス成分からなるガスとに分離する。
The composition of the blast furnace gas is as follows: carbon monoxide: 21.1 to 26.2% by volume, carbon dioxide: 19.3 to 23.2% by volume, hydrogen: 2.9 to 5.3% by volume, nitrogen: 52.5 ~ 59.2% by volume (4th edition Handbook of Steel (CD-ROM) No.1
ここで、不可避的不純物ガス成分とは、高炉ガス中に含まれる微量成分の他に、上記4成分(一酸化炭素、二酸化炭素、水素、窒素)の中で分離すべき目的の成分以外に分離の効率上付随的に混入するガス成分であり、最大20体積%を含む。尚、窒素及び一酸化炭素並びに不可避的不純物ガス成分からなるガスにおいては、不可避的不純物ガス成分として水素を含む場合もある。即ち、吸着分離装置から排出されるガスのうち、「水素及び窒素並びに不可避的不純物ガス成分からなるガス」を分離する場合もあり、「窒素及び一酸化炭素並びに不可避的不純物ガス成分からなるガス」とは、「水素及び窒素並びに不可避的不純物ガス成分からなるガス」を分離する場合と分離しない場合の両者を含む概念である。 Here, inevitable impurity gas components are separated in addition to the trace components contained in the blast furnace gas, other than the target components to be separated among the above four components (carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen, nitrogen). It is a gas component that is incidentally mixed in the efficiency and includes a maximum of 20% by volume. In addition, in the gas which consists of nitrogen, carbon monoxide, and an unavoidable impurity gas component, hydrogen may be included as an unavoidable impurity gas component. That is, among the gases discharged from the adsorption separation device, “gas consisting of hydrogen and nitrogen and inevitable impurity gas components” may be separated, and “gas consisting of nitrogen and carbon monoxide and inevitable impurity gas components”. Is a concept that includes both the case of separating “a gas composed of hydrogen and nitrogen and inevitable impurity gas components” and the case of not separating them.
このように、本発明によれば、一段目のガス分離工程において、高炉ガスから二酸化炭素を分離するので、二段目のガス分離工程である、一酸化炭素の分離工程における負荷を低減することができ、効率的な分離が可能となる。 Thus, according to the present invention, carbon dioxide is separated from the blast furnace gas in the first stage gas separation step, so the load in the carbon monoxide separation step, which is the second stage gas separation step, is reduced. And efficient separation becomes possible.
一段目のガス分離精製装置としては、二酸化炭素(以下「CO2」とも記す)を吸着によって分離する吸着分離装置、或いは、二酸化炭素を吸収によって分離する化学的吸収装置を使用することができる。また、二段目のガス分離精製装置としては、一段目のガス分離精製装置と同様に、一酸化炭素(以下「CO」とも記す)を吸着によって分離する吸着分離装置、或いは、一酸化炭素を吸収によって分離する化学的吸収装置を使用することができる。 As the first-stage gas separation and purification apparatus, an adsorption separation apparatus that separates carbon dioxide (hereinafter also referred to as “CO 2 ”) by adsorption, or a chemical absorption apparatus that separates carbon dioxide by absorption can be used. As the second stage gas separation and purification apparatus, as in the first stage gas separation and purification apparatus, an adsorption separation apparatus that separates carbon monoxide (hereinafter also referred to as “CO”) by adsorption, or carbon monoxide is used. Chemical absorbers that separate by absorption can be used.
一段目及び二段目のガス分離精製装置として使用する吸着分離方法としては、圧力スィング吸着装置(PSA法)、温度スィング吸着法(TSA法)などを使用することができ、一段目及び二段目のガス分離精製装置として使用する化学的吸収装置としては、二酸化炭素の場合には、アミン法、チルド・アンモニア法など、一酸化炭素の場合には、塩化銅・ヘキサメチルリン酸トリアミドや塩化アルミニウム・トルエンなどを吸収液とした方法を使用することができる。 As the adsorption separation method used as the first-stage and second-stage gas separation and purification apparatus, a pressure swing adsorption apparatus (PSA method), a temperature swing adsorption method (TSA method), etc. can be used. Chemical absorption devices used as gas separation and purification devices for eyes include amine method, chilled ammonia method, etc. for carbon dioxide, and copper chloride / hexamethyl phosphate triamide or chloride for carbon monoxide. A method using aluminum / toluene as an absorbing solution can be used.
尚、一段目と二段目の分離装置の組合せとしては、吸着法+吸着法(第一の実施形態例)或いは吸収法+吸着法(第二の実施形態例)、更には吸着法+吸収法(第三の実施形態例)がありうるが、一段目及び二段目ともに吸収法の場合には水素が分離できずロスとなるため好ましくない。 In addition, as a combination of the first stage and the second stage separation apparatus, an adsorption method + adsorption method (first embodiment) or an absorption method + adsorption method (second embodiment), and further an adsorption method + absorption There is a method (third embodiment), but in the case of the absorption method in both the first stage and the second stage, hydrogen cannot be separated and is lost, which is not preferable.
また、吸着分離装置(一段目でも二段目でもどちらでも構わない)の出口側に、三段目のガス分離精製装置として、水素透過膜或いは水素以外の成分を吸着する吸着剤を備えた水素分離装置を配置することによって、高純度の水素を分離することも可能である。 Hydrogen having an adsorbent that adsorbs a component other than hydrogen permeable membrane or hydrogen as a third-stage gas separation / purification device on the outlet side of the adsorption / separation device (which may be either the first stage or the second stage) It is also possible to separate high-purity hydrogen by arranging a separation device.
以下、図面を参照して本発明を具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
図1は、本発明の第一の実施形態例を示す工程図であり、一段目のガス分離工程(S1)としてCO2吸着分離装置を配置し、このCO2吸着分離装置によって高炉ガスを、水素(以下「H2」とも記す)及び窒素(以下「N2」とも記す)並びに不可避的不純物ガス成分からなるガス(排出時の初期に分離装置から排出される)と、窒素及び一酸化炭素並びに不可避的不純物ガス成分からなるガス(排出時の中期に排出される)と、二酸化炭素及び不可避的不純物ガス成分からなるガス(最も後に排出される)とに分離し、また、二段目のガス分離工程(S2)としてCO吸着分離装置を配置し、このCO吸着分離装置によって、一段目のガス分離工程(S1)により分離された、窒素及び一酸化炭素並びに不可避的不純物ガス成分からなるガスを、窒素及び不可避的不純物ガス成分からなるガス(排出時の初期に分離装置から排出される)と、一酸化炭素及び不可避的不純物ガス成分からなるガス(最も後に排出される)とに分離する。 FIG. 1 is a process diagram showing a first embodiment of the present invention, in which a CO 2 adsorption separation device is arranged as a first-stage gas separation step (S1), and blast furnace gas is produced by this CO 2 adsorption separation device. Hydrogen (hereinafter also referred to as “H 2 ”) and nitrogen (hereinafter also referred to as “N 2 ”), a gas composed of inevitable impurity gas components (discharged from the separation device at the initial stage of discharge), nitrogen and carbon monoxide In addition, it is separated into a gas composed of inevitable impurity gas components (discharged in the middle of the discharge) and a gas composed of carbon dioxide and inevitable impurity gas components (discharged last), and the second stage A CO adsorption / separation device is arranged as the gas separation step (S2), and is composed of nitrogen and carbon monoxide and inevitable impurity gas components separated by the CO adsorption separation device in the first-stage gas separation step (S1). Gas is separated into a gas composed of nitrogen and inevitable impurity gas components (exhausted from the separation device at the initial stage of discharge) and a gas composed of carbon monoxide and inevitable impurity gas components (exhausted most recently). To do.
尚、ここで、「排出」と表現したものは、圧力(温度)スィング吸着法の各工程(吸着、減圧、洗浄、脱気など)において吸着塔より排気される工程を総称したものであり、「初期」、「中期」及び「最も後」とは、各工程をまとめた一サイクル内での時間的な前後関係を示したものである。 Here, what is expressed as “discharge” is a general term for the steps exhausted from the adsorption tower in each step of the pressure (temperature) swing adsorption method (adsorption, decompression, washing, degassing, etc.) “Initial”, “medium term”, and “latest” indicate the temporal context within one cycle that summarizes each process.
ここで一段目のガス分離工程で、二酸化炭素を分離する理由は以下のとおりである。即ち、吸着分離装置で分離する場合、吸着剤への各成分の吸着力は、概ね「水素<<窒素<一酸化炭素<<二酸化炭素」の順に強くなっており、窒素と一酸化炭素との吸着力の差は、これらと他成分の吸着力の差に比べて小さいのが一般的である。このことは、水素、窒素、一酸化炭素、二酸化炭素を含有する混合ガスから各成分を吸着分離装置で分離する場合には、二酸化炭素がより低い圧力或いは高温で吸着するため、最も分離しやすいこと、つまり、分離に費やす動力を最も少なくできることを示している。また、吸着法による分離では投入動力は分離しない成分にも必要となるため、低濃度の成分の分離には、分離対象でない他の成分が多量に存在することから、大きな動力がより必要になる。 Here, the reason for separating carbon dioxide in the first stage gas separation step is as follows. That is, when separating with an adsorption separation device, the adsorption power of each component to the adsorbent is generally strong in the order of “hydrogen << nitrogen <carbon monoxide << carbon dioxide”. The difference in adsorption force is generally smaller than the difference in adsorption force between these and other components. This is because when carbon dioxide is adsorbed at a lower pressure or at a higher temperature when the components are separated from a mixed gas containing hydrogen, nitrogen, carbon monoxide, and carbon dioxide, it is most easily separated. That is, the power consumed for separation can be minimized. In addition, since the separation power by the adsorption method is necessary for components that are not separated, the separation of low-concentration components requires a large amount of power because there are a large amount of other components that are not subject to separation. .
また更に、三段目のガス分離工程(S3)として水素分離装置を配置し、この水素分離装置によって、一段目のガス分離工程(S1)により分離された、水素及び窒素並びに不可避的不純物ガス成分からなるガスから水素及び不可避的不純物ガス成分からなるガスを分離する。尚、前述したように、本発明においては、三段目のガス分離工程(S3)は必須ではなく、高炉ガスに比較して体積あたりの熱量が3倍以上の改質高炉ガスを得ようとする場合には、一段目のガス分離工程(S1)により分離された、水素及び窒素並びに不可避的不純物ガス成分からなるガスと、二段目のガス分離工程(S2)により分離された、一酸化炭素及び不可避的不純物ガス成分からなるガスとを混合することで、十分に目的を満足することができる。 Furthermore, a hydrogen separation device is arranged as the third-stage gas separation step (S3), and hydrogen and nitrogen and inevitable impurity gas components separated by the hydrogen separation device in the first-stage gas separation step (S1). A gas comprising hydrogen and inevitable impurity gas components is separated from the gas comprising As described above, in the present invention, the third-stage gas separation step (S3) is not essential, and an attempt is made to obtain a reformed blast furnace gas having a heat quantity per volume of three times or more compared to the blast furnace gas. In this case, the gas composed of hydrogen and nitrogen and inevitable impurity gas components separated by the first-stage gas separation step (S1) and the first oxidation separated by the second-stage gas separation step (S2). By mixing carbon and a gas composed of inevitable impurity gas components, the object can be sufficiently satisfied.
図2は、本発明の第二の実施形態例を示す工程図であり、一段目のガス分離工程(S1)としてCO2吸収分離装置を配置し、このCO2吸収分離装置によって高炉ガスを、窒素及び一酸化炭素及び水素並びに不可避的不純物ガス成分からなるガス(吸収塔から排出される)と、二酸化炭素及び不可避的不純物ガス成分からなるガス(再生塔より排出される)とに分離し、また、二段目のガス分離工程(S2)としてCO吸着分離装置を配置し、このCO吸着分離装置によって、一段目のガス分離工程(S1)により分離された、窒素及び一酸化炭素及び水素並びに不可避的不純物ガス成分からなるガスを、水素及び窒素並びに不可避的不純物ガス成分からなるガス(排出時の初期に分離装置から排出される)と、窒素及び不可避的不純物ガス成分からなるガス(排出時の中期に排出される)と、一酸化炭素及び不可避的不純物ガス成分からなるガス(最も後に排出される)とに分離する。 FIG. 2 is a process diagram showing a second embodiment of the present invention, in which a CO 2 absorption separation device is arranged as a first-stage gas separation step (S1), and blast furnace gas is converted by this CO 2 absorption separation device. Separated into a gas composed of nitrogen and carbon monoxide and hydrogen and inevitable impurity gas components (exhausted from the absorption tower) and a gas composed of carbon dioxide and inevitable impurity gas components (exhausted from the regeneration tower), Further, a CO adsorption / separation device is arranged as the second stage gas separation step (S2), and by this CO adsorption / separation device, nitrogen, carbon monoxide and hydrogen separated by the first stage gas separation step (S1), and Gas composed of inevitable impurity gas components, hydrogen and nitrogen, and gas composed of inevitable impurity gas components (discharged from the separation device at the initial stage of discharge), nitrogen and inevitable impurity gas The gas is separated into a component gas (discharged in the middle of the discharge) and a gas composed of carbon monoxide and inevitable impurity gas components (discharged last).
第二の実施形態例において先に二酸化炭素を分離する理由は、第一の実施形態例において記述した理由と同様で、二段目のガス吸着分離工程の負荷を低減するためである。 The reason why carbon dioxide is separated first in the second embodiment is the same as the reason described in the first embodiment, and is for reducing the load of the second-stage gas adsorption separation process.
また更に、三段目のガス分離工程(S3)として水素分離装置を配置し、この水素分離装置によって、二段目のガス分離工程(S2)により分離された、水素及び窒素並びに不可避的不純物ガス成分からなるガスから、水素及び不可避的不純物ガス成分からなるガスを分離する。ここで、三段目のガス分離工程(S3)が必須でないことは、第一の実施形態例と同様である。 Furthermore, a hydrogen separation device is arranged as the third-stage gas separation step (S3), and hydrogen and nitrogen and inevitable impurity gas separated by the hydrogen separation device in the second-stage gas separation step (S2). A gas composed of hydrogen and inevitable impurity gas components is separated from the gas composed of components. Here, it is the same as in the first embodiment that the third-stage gas separation step (S3) is not essential.
図3は、本発明の第三の実施形態例を示す工程図であり、一段目のガス分離工程(S1)としてCO2吸着分離装置を配置し、このCO2吸着分離装置によって高炉ガスを、水素及び窒素並びに不可避的不純物ガス成分からなるガス(排出時の初期に分離装置から排出される)と、窒素及び一酸化炭素並びに不可避的不純物ガス成分からなるガス(排出時の中期に排出される)と、二酸化炭素及び不可避的不純物ガス成分からなるガス(最も後に排出される)とに分離し、また、二段目のガス分離工程(S2)としてCO吸収分離装置を配置し、このCO吸収分離装置によって、一段目のガス分離工程(S1)により分離された、窒素及び一酸化炭素並びに不可避的不純物ガス成分からなるガスを、窒素及び不可避的不純物ガス成分からなるガス(吸収塔から排出される)と、一酸化炭素及び不可避的不純物ガス成分からなるガス(再生塔より排出される)とに分離する。 FIG. 3 is a process diagram showing a third embodiment of the present invention, in which a CO 2 adsorption separation device is arranged as the first stage gas separation step (S1), and the blast furnace gas is converted by this CO 2 adsorption separation device. Gas consisting of hydrogen and nitrogen and unavoidable impurity gas components (discharged from the separation device at the beginning of discharge), and gas consisting of nitrogen and carbon monoxide and unavoidable impurity gas components (discharged in the middle of the discharge) ) And a gas composed of carbon dioxide and unavoidable impurity gas components (most recently discharged), and a CO absorption / separation device is disposed as the second stage gas separation step (S2). The gas composed of nitrogen and carbon monoxide and unavoidable impurity gas components separated by the separation device in the first stage gas separation step (S1) is converted into a gas composed of nitrogen and unavoidable impurity gas components. And the gas composed of carbon monoxide and inevitable impurity gas components (discharged from the regeneration tower).
また更に、三段目のガス分離工程(S3)として水素分離装置を配置し、この水素分離装置によって、一段目のガス分離工程(S1)により分離された、水素及び窒素並びに不可避的不純物ガス成分からなるガスから、水素及び不可避的不純物ガス成分からなるガスを分離する。ここで、三段目のガス分離工程(S3)が必須でないことは、第一の実施形態例と同様である。 Furthermore, a hydrogen separation device is arranged as the third-stage gas separation step (S3), and hydrogen and nitrogen and inevitable impurity gas components separated by the hydrogen separation device in the first-stage gas separation step (S1). A gas composed of hydrogen and inevitable impurity gas components is separated from the gas composed of Here, it is the same as in the first embodiment that the third-stage gas separation step (S3) is not essential.
上記の本発明の第一の実施形態例について、実例を挙げて更に詳細に説明する。 The first embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to actual examples.
図4は、本発明の第一の実施形態例において、一段目のガス分離工程(S1)のCO2吸着分離装置、及び、二段目のガス分離工程(S2)のCO吸着分離装置として、ともに圧力スィング吸着装置(PSA)を用いたときの分離操作を模式的に表わしたものであり、図4中の符号1は、CO2吸着用圧力スィング吸着装置(以下、「CO2−PSA装置」と記す)の原料ガスホルダー、符号2は、CO2−PSA装置の吸着塔(以下、「CO2−PSA吸着塔」と記す)、符号3は、CO吸着用圧力スィング吸着装置(以下、「CO−PSA装置」と記す)の原料ガスホルダー、符号4は、CO−PSA装置の吸着塔(以下、「CO−PSA吸着塔」と記す)、符号5は、前述した水素分離装置である。尚、CO2−PSA吸着塔2及びCO−PSA吸着塔4の内部における各ガス成分の分布状態は説明のための模式的表現であり、実際の塔内のガス分布が図のようになっているわけではない。
FIG. 4 shows a CO 2 adsorption separation device in the first stage gas separation step (S1) and a CO adsorption separation device in the second stage gas separation step (S2) in the first embodiment of the present invention. Both schematically show separation operations when using a pressure swing adsorption device (PSA).
高炉から排出された高炉ガスは、CO2−PSA装置の原料ガスホルダー1に導入され、原料ガスホルダー1において、後述するCO2−PSA吸着塔2から戻ってくる、窒素及び一酸化炭素及び二酸化炭素並びに不可避的不純物ガス成分からなるガスdと混合された後、原料ガスホルダー1からCO2−PSA吸着塔2に導入される。この場合、高炉ガス中のダスト(固体粒子)、ミスト(液体微粒子)、水分及び硫黄分を、高炉ガスを原料ガスホルダー1に導入する前に予め除去しておくことが好ましい。何故なら、ダストは、CO2−PSA吸着塔2に設置される吸着剤の細孔の閉塞による能力低下を引き起こし、ミスト及び水分は、二酸化炭素よりも前記吸着剤との吸着力が高いために、相対的に二酸化炭素吸着能力の低下をもたらすほか、吸着剤の劣化を促進させ、硫黄分は、前記吸着剤の吸着点の被毒による能力低下を引き起こすからである。
The blast furnace gas discharged from the blast furnace is introduced into the raw
CO2−PSA吸着塔2に充填される吸着剤としては、水素、窒素、一酸化炭素、二酸化炭素が或る程度分離され得る材料であれば何れも利用可能であり、特に指定するものではなく、市販の活性炭やゼオライトが使用可能である。また、吸着時の圧力、脱着時の圧力ともに特に指定するものではないが、操作の容易性から、吸着圧力は100〜500kPa、脱着圧力は5〜100kPaが好ましい。
Any adsorbent filled in the CO 2 -
原料ガスホルダー1からCO2−PSA吸着塔2に導入されたガスa(高炉ガスと、循環するN2、CO、CO2及び不可避的不純物ガス成分からなるガス)は、図4に示すように、水素及び窒素並びに不可避的不純物ガス成分からなるガスb、窒素及び一酸化炭素並びに不可避的不純物ガス成分からなるガスc、窒素及び一酸化炭素及び二酸化炭素並びに不可避的不純物ガス成分からなるガスd、二酸化炭素及び不可避的不純物ガス成分からなるガスeに分離される。
As shown in FIG. 4, the gas a introduced into the CO 2 -
水素及び窒素並びに不可避的不純物ガス成分からなるガスbはそのままでも製鉄所内において燃料ガスとして利用可能であるが、更に、水素分離装置5を設けることによって、水素及び不可避的不純物ガス成分からなるガスj、つまり高濃度の水素に分離することも可能である。水素及び窒素並びに不可避的不純物ガス成分からなるガスbから分離した、窒素及び一酸化炭素並びに不可避的不純物ガス成分からなるガスkは、CO2−PSAの原料ガスホルダー1に回収するか、または、CO−PSA装置の原料ガスホルダー3に回収することもできるが、一酸化炭素濃度が低くて回収した場合に分離動力を増大させてしまう場合は、触媒などで空気と混合して燃焼させた後に大気に放散される。水素分離装置5は、水素以外のガス成分(即ち、窒素)を強く吸着するPSA装置であってもよいし、吸着剤としてCO2−PSA吸着塔2の上部にCO2用の吸着剤とは別に充填させていてもよい。或いは、分子の大きさを利用した水素分離膜であってもよい。
Although the gas b composed of hydrogen, nitrogen and inevitable impurity gas components can be used as a fuel gas in the ironworks as it is, the gas j composed of hydrogen and inevitable impurity gas components is further provided by providing the
窒素及び一酸化炭素並びに不可避的不純物ガス成分からなるガスcは、後段のCO−PSA装置の原料ガスホルダー3に送られ、窒素及び一酸化炭素及び二酸化炭素並びに不可避的不純物ガス成分からなるガスdは、先述したようにCO2−PSA装置の原料ガスホルダー1に送られて高炉ガスと混合される。分離された、二酸化炭素及び不可避的不純物ガス成分からなるガスeは、純度99%以上の高純度CO2であり、不活性ガス或いはドライアイス用としても利用可能である。
A gas c composed of nitrogen and carbon monoxide and inevitable impurity gas components is sent to the raw
CO2−PSA装置では、原料ガスホルダー1からのCO2−PSA吸着塔2へのガス導入及びCO2−PSA吸着塔2からのガス排出の操作を繰り返し実施する。
In the CO 2 -PSA apparatus, operations of gas introduction from the raw
CO2−PSA吸着塔2で分離された、窒素及び一酸化炭素並びに不可避的不純物ガス成分からなるガスcは、後段のCO−PSA装置の原料ガスホルダー3に送られ、原料ガスホルダー3において、後述するCO−PSA吸着塔4から戻ってくる、窒素及び一酸化炭素並びに不可避的不純物ガス成分からなるガスhと混合された後、原料ガスホルダー3からガスfとしてCO−PSA吸着塔4に導入される。
The gas c composed of nitrogen and carbon monoxide and inevitable impurity gas components separated by the CO 2 -
CO−PSA吸着塔4に充填される吸着剤は、一酸化炭素が或る程度分離され得る材料であれば何れも利用可能であり、特に指定するものではないが、Y型ゼオライト、またはY型ゼオライトに一価の銅を担持或いはイオン交換したものは、一酸化炭素吸着能力に優れるので好ましい。また、吸着時の圧力、脱着時の圧力は、ともに特に指定するものではないが、操作の容易性から、吸着圧力は100〜500kPa、脱着圧力は5〜100kPaが好ましい。
Any adsorbent filled in the
原料ガスホルダー3からCO−PSA吸着塔4に導入されたガスfは、図4のように窒素及び不可避的不純物ガス成分からなるガスg、窒素及び一酸化炭素並びに不可避的不純物ガス成分からなるガスh、一酸化炭素及び不可避的不純物ガス成分からなるガスiに分離される。窒素及び不可避的不純物ガス成分からなるガスgは、純度99%程度の高純度N2であり、不活性ガスとして転炉などに利用可能である。窒素及び一酸化炭素並びに不可避的不純物ガス成分からなるガスhは、先述のように原料ガスホルダー3に送られる。一酸化炭素及び不可避的不純物ガス成分からなるガスiは、純度99%以上の高純度COであり、熱量3000kcal/Nm3以上の燃料ガスとして利用可能である他、化学原料としても有用である。
The gas f introduced into the
CO−PSA装置では、原料ガスホルダー3からのCO−PSA吸着塔4へのガス導入及びCO−PSA吸着塔4からのガス排出の操作を繰り返し実施する。
In the CO-PSA apparatus, the operation of gas introduction from the raw
このようにして、高炉ガスから高純度のH2、CO2、N2、COが高効率でしかも高い分離率で分離される。 In this way, high-purity H 2 , CO 2 , N 2 , and CO are separated from the blast furnace gas with high efficiency and high separation rate.
尚、水素分離装置5を設置する場合に、水素分離装置5としては、前述したように、水素以外のガス成分を強く吸着するPSA装置であっても、また、水素分離膜であってもよいが、水素以外のガス成分を強く吸着するPSA装置を用いる場合には、吸着剤が水素以外の成分によって破瓜した時点で、減圧による脱気操作、または、水素による洗浄操作若しくは逆洗浄操作を行うことが好ましい。減圧による脱気操作、または、水素による洗浄操作若しくは逆洗浄操作を行うことにより、一酸化炭素及び窒素の損失を最小限に抑制することが可能となる。
When the
図5に、第一の実施形態例において、水素分離装置5が膜分離装置である場合を示す。水素分離装置5により、水素及び不可避的不純物ガス成分からなるガスj(高純度水素ガス)の分離と同時に分離され、排出される一酸化炭素及び窒素並びに不可避的不純物ガス成分からなるガスkは、この分離排出ガス中に含有される水素の濃度が高い場合には原料ガスホルダー1へ導入し、この分離排出ガス中に含有される水素の濃度が低い場合には原料ガスホルダー3へ導入する。
FIG. 5 shows a case where the
また、図6に、第一の実施形態例において、水素分離装置5が吸着装置である場合を示す。水素及び窒素並びに不可避的不純物ガス成分からなるガスbを水素分離装置5に導入して、水素及び不可避的不純物ガス成分からなるガスj(高純度水素ガス)を分離する。
FIG. 6 shows a case where the
水素分離装置5が吸着装置である場合に、水素及び不可避的不純物ガス成分からなるガスjの分離後に、減圧による吸着装置の脱気操作を行う場合の分離操作の模式図を図7に示し、また、水素による吸着装置の洗浄操作を行う場合の分離操作の模式図を図8に示し、水素による吸着装置の逆洗浄操作を行う場合の分離操作の模式図を図9に示す。ここで、水素による洗浄操作とは、順方向の洗浄操作を意味し、吸着時のガスを導入する方向と同じ方向に洗浄用水素ガスを導入するという意味である。同様に、水素ガスによる逆洗浄操作とは、逆方向の洗浄操作を意味し、吸着時のガスを導入する方向とは反対方向に洗浄用水素ガスを導入するという意味である。
When the
水素分離装置5が吸着装置の場合に、この吸着装置の脱気操作を行う場合には、図7に示すように、水素分離装置5に残ったCO及びN2などを真空ポンプなどの排気装置6で排出する。排出されたCO及びN2を主成分とする分離排出ガスlは、この分離排出ガス中に含有される水素の濃度が高い場合には原料ガスホルダー1へ導入し、この分離排出ガス中に含有される水素の濃度が低い場合には原料ガスホルダー3へ導入する。
When the
また、水素及び不可避的不純物ガス成分からなるガスjの分離後に水素による吸着装置の洗浄操作を行う場合には、図8に示すように、分離した、水素及び不可避的不純物ガス成分からなるガスjをブロアなどの送風装置7で水素分離装置5に導入し、水素分離装置5に残ったCO及びN2並びに不可避的不純物ガス成分からなるガスを排出する。排出されたCO及びN2及びH2並びに不可避的不純物ガス成分からなるガスmは、この分離排出ガス中に含有される水素の濃度が高い場合には原料ガスホルダー1へ導入し、この分離排出ガス中に含有される水素の濃度が低い場合には原料ガスホルダー3へ導入する。
Further, in the case of performing the cleaning operation of the adsorption device with hydrogen after the separation of the gas j composed of hydrogen and inevitable impurity gas components, as shown in FIG. 8, the separated gas j composed of hydrogen and inevitable impurity gas components. Is introduced into the
同様に、水素による吸着装置の逆洗浄操作を行う場合には、図9に示すように、分離した、水素及び不可避的不純物ガス成分からなるガスjを送風装置7で水素分離装置5に導入し、水素分離装置5に残ったCO及びN2並びに不可避的不純物ガス成分からなるガスを排出する。排出されたCO及びN2及びH2並びに不可避的不純物ガス成分からなるガスnは、この分離排出ガス中に含有される水素の濃度が高い場合には原料ガスホルダー1へ導入し、この分離排出ガス中に含有される水素の濃度が低い場合には原料ガスホルダー3へ導入する。
Similarly, when performing a reverse cleaning operation of the adsorption device with hydrogen, as shown in FIG. 9, the separated gas j consisting of hydrogen and unavoidable impurity gas components is introduced into the
この場合に、余分な配管などを設置する必要がないことから、水素による逆洗浄操作の方がより望ましい。尚、図5〜9において、上記以外の構成は図4と同一構成となっており、同一の部分は同一符号により示し、その説明は省略する。 In this case, since it is not necessary to install extra piping or the like, a reverse cleaning operation with hydrogen is more preferable. 5 to 9, the configuration other than the above is the same as that of FIG. 4, and the same portions are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.
次に、本発明に係る高炉ガスの分離方法、つまり、一段目のガス分離工程が二酸化炭素の分離工程で、二段目のガス分離工程が一酸化炭素の分離工程である場合(「本発明例」と称す)と、これとは逆に、一段目のガス分離工程が一酸化炭素の分離工程で、二段目のガス分離工程が二酸化炭素の分離工程である場合(「比較例」と称す)とで、ガス分離に必要な投入電力の違いを表1に示す。 Next, the blast furnace gas separation method according to the present invention, that is, the case where the first gas separation step is the carbon dioxide separation step and the second gas separation step is the carbon monoxide separation step (“the present invention”). On the contrary, when the first gas separation step is a carbon monoxide separation step and the second gas separation step is a carbon dioxide separation step (referred to as “Comparative Example”). Table 1 shows the difference in input power required for gas separation.
表1に示すように、一段目のガス分離工程を二酸化炭素の分離工程とした方が、そうでない場合に比べて投入電力が小さくできることが分かる。つまり、本発明に係る高炉ガスの分離方法では、少ない投入エネルギーで高炉ガスの分離が行われる。 As shown in Table 1, it can be seen that when the first gas separation step is the carbon dioxide separation step, the input power can be reduced as compared to the case where the gas separation step is not. That is, in the blast furnace gas separation method according to the present invention, the blast furnace gas is separated with a small input energy.
1 原料ガスホルダー
2 CO2−PSA吸着塔
3 原料ガスホルダー
4 CO−PSA吸着塔
5 水素分離装置
6 排気装置
7 送風装置
S1 一段目のガス分離工程
S2 二段目のガス分離工程
S3 三段目のガス分離工程
1 raw
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013121738A JP5567185B2 (en) | 2007-10-31 | 2013-06-10 | Blast furnace gas separation method |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007283569 | 2007-10-31 | ||
JP2007283569 | 2007-10-31 | ||
JP2013121738A JP5567185B2 (en) | 2007-10-31 | 2013-06-10 | Blast furnace gas separation method |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008069217A Division JP5325435B2 (en) | 2007-10-31 | 2008-03-18 | Blast furnace gas separation method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013231584A JP2013231584A (en) | 2013-11-14 |
JP5567185B2 true JP5567185B2 (en) | 2014-08-06 |
Family
ID=40865638
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008069217A Active JP5325435B2 (en) | 2007-10-31 | 2008-03-18 | Blast furnace gas separation method |
JP2013121738A Active JP5567185B2 (en) | 2007-10-31 | 2013-06-10 | Blast furnace gas separation method |
Family Applications Before (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008069217A Active JP5325435B2 (en) | 2007-10-31 | 2008-03-18 | Blast furnace gas separation method |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (2) | JP5325435B2 (en) |
CN (1) | CN101978234B (en) |
Families Citing this family (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5325435B2 (en) * | 2007-10-31 | 2013-10-23 | Jfeスチール株式会社 | Blast furnace gas separation method |
JP5069087B2 (en) * | 2007-11-14 | 2012-11-07 | Jfeスチール株式会社 | How to use blast furnace gas |
LU91559B1 (en) * | 2009-04-28 | 2010-10-29 | Wurth Paul Sa | Method for feeding a burden to a blast furnace |
LU91558B1 (en) * | 2009-04-28 | 2010-10-29 | Wurth Paul Sa | Method for feeding a burden to a blast furnace |
JP5541985B2 (en) * | 2010-06-29 | 2014-07-09 | Jfeスチール株式会社 | Blast furnace gas component separation method and apparatus |
JP5646226B2 (en) * | 2010-06-29 | 2014-12-24 | Jfeスチール株式会社 | Operation method of gas separation and recovery equipment at steelworks |
CN102512920B (en) * | 2011-12-27 | 2014-05-07 | 广东大众农业科技股份有限公司 | Coal-fired boiler tail gas membrane filtration enriched oxygen recycling method and device |
CN106995864A (en) * | 2017-03-23 | 2017-08-01 | 江苏省冶金设计院有限公司 | Coal gas of converter utilizes system and the method for utilizing coal gas of converter |
JP6791085B2 (en) * | 2017-09-28 | 2020-11-25 | Jfeスチール株式会社 | Steelworks by-product gas separation equipment and separation method |
CN108970332B (en) * | 2018-07-25 | 2020-08-21 | 戴乐亭 | Method for decarbonizing converter and/or blast furnace gas |
JP7191619B2 (en) * | 2018-09-28 | 2022-12-19 | エア・ウォーター株式会社 | Carbon monoxide gas separation device and carbon monoxide gas separation method |
CN111871159A (en) * | 2020-07-15 | 2020-11-03 | 中石化南京化工研究院有限公司 | Membrane separation coupling alcohol amine solution for capturing flue gas CO2Apparatus and method |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6022919A (en) * | 1983-07-18 | 1985-02-05 | Nippon Steel Corp | Pressure increasing method of adsorption tower in three-tower pressure swinging method |
JP2004309067A (en) * | 2003-04-09 | 2004-11-04 | Nippon Steel Corp | Method of using blast furnace gas |
JP4515975B2 (en) * | 2005-06-30 | 2010-08-04 | 株式会社日立製作所 | System and method using reformed gas |
JP2007182350A (en) * | 2006-01-06 | 2007-07-19 | Japan Pionics Co Ltd | System for purifying carbon monoxide |
JP5061482B2 (en) * | 2006-03-27 | 2012-10-31 | Jfeスチール株式会社 | Method for separating and recovering carbon monoxide in source gas |
CN100453447C (en) * | 2006-08-04 | 2009-01-21 | 同济大学 | Technological method of purifying hydrogen of hydrogen enriched gas source |
JP5325435B2 (en) * | 2007-10-31 | 2013-10-23 | Jfeスチール株式会社 | Blast furnace gas separation method |
-
2008
- 2008-03-18 JP JP2008069217A patent/JP5325435B2/en active Active
-
2009
- 2009-03-17 CN CN200980110068.2A patent/CN101978234B/en active Active
-
2013
- 2013-06-10 JP JP2013121738A patent/JP5567185B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN101978234B (en) | 2014-05-21 |
JP2013231584A (en) | 2013-11-14 |
JP2009133601A (en) | 2009-06-18 |
CN101978234A (en) | 2011-02-16 |
JP5325435B2 (en) | 2013-10-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5567185B2 (en) | Blast furnace gas separation method | |
US8591627B2 (en) | Carbon dioxide recovery | |
KR101312914B1 (en) | Carbon dioxide recovery | |
KR101837535B1 (en) | Methane recovering method and methane recovering apparatus | |
TWI405605B (en) | Blasting method of blast furnace gas | |
JP5498661B2 (en) | Blast furnace gas separation method | |
JP5392745B2 (en) | Xenon concentration method, xenon concentration device, and air liquefaction separation device | |
JP2012503593A (en) | Multi-stage process for purifying carbon dioxide to produce sulfuric acid and nitric acid | |
JP5743215B2 (en) | Helium gas purification method and purification apparatus | |
CN111634896B (en) | Argon purification and recovery method and system | |
JP2021074657A (en) | Carbon dioxide recovery device, hydrocarbon generator, carbon circulation system and carbon dioxide recovery method | |
KR20140020723A (en) | Purifying method and purifying apparatus for argon gas | |
JP5270903B2 (en) | Blast furnace gas calorie increase method | |
JP2021049482A (en) | Method for production of refined gas, and gas purifier | |
JP5665120B2 (en) | Argon gas purification method and purification apparatus | |
JP5403685B2 (en) | Argon gas purification method and purification apparatus | |
JP2015227496A (en) | Facility and method for production of direct reduction iron | |
JP5795280B2 (en) | CO reduction system in CO2 gas in hydrogen production system | |
JP6585545B2 (en) | Hydrogen gas production method and hydrogen gas production apparatus | |
JP2012082080A (en) | Argon refining method and argon refining apparatus | |
JP5802125B2 (en) | Gas separation and recovery method | |
JP3191113B2 (en) | Argon recovery method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140318 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140617 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140618 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5567185 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |