JP6395493B2 - Apparatus and method for supplying gas to blast furnace - Google Patents

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本発明は、触媒を用いた流体の化学反応を行うための装置と方法に関する。より詳しく言えば、本発明は、高炉法を用いた製鉄において発生する二酸化炭素(CO2)の削減を可能にする、高炉へのガス供給装置と方法に関する。 The present invention relates to an apparatus and method for conducting a chemical reaction of a fluid using a catalyst. More specifically, the present invention relates to a gas supply apparatus and method for a blast furnace that enables reduction of carbon dioxide (CO 2 ) generated in iron making using the blast furnace method.

地球温暖化対策として、工業生産に伴って発生するCO2量を削減することが広く求められている。この一環として、高炉法を用いた製鉄において発生するCO2量を削減するために、水素ガスを製造してこれを高炉シャフト部に供給することによって鉄鉱石を水素により還元して銑鉄を製造し、還元材および燃料として高炉で併用されるコークス等の炭材の使用量(カーボンインプット:銑鉄1tを生産する際に投入されるカーボン量)を削減する技術が非特許文献1、2に開示されている。ここで、水素ガスを高炉羽口からではなく、シャフト部から供給する理由は、高炉羽口からは既に供給可能な限界量の微粉炭が通常、吹きこまれており、これに追加して水素ガスを羽口から供給した場合、空間体積的にも熱的にも効率的な高炉操業が困難であるので、残存酸素が少なく、かつ、熱的に余裕のある高炉シャフト部から水素を供給することが有利だからとされている。 As a countermeasure against global warming, it is widely demanded to reduce the amount of CO 2 generated with industrial production. As part of this, in order to reduce the amount of CO 2 generated in ironmaking using the blast furnace method, hydrogen gas is produced and supplied to the blast furnace shaft part to reduce iron ore with hydrogen to produce pig iron. Non-Patent Documents 1 and 2 disclose techniques for reducing the amount of carbonaceous material such as coke used in a blast furnace as a reducing material and fuel (carbon input: the amount of carbon input when producing pig iron 1t). ing. Here, the reason for supplying hydrogen gas not from the blast furnace tuyere but from the shaft part is that the limit amount of pulverized coal that can already be supplied is usually blown from the blast furnace tuyere. When gas is supplied from the tuyere, efficient blast furnace operation is difficult both in terms of space volume and heat, so hydrogen is supplied from the blast furnace shaft part with little residual oxygen and sufficient heat. It is said that it is advantageous.

高炉へのガスの供給に関連したこのほかの先行技術文献として、特許文献1〜5、非特許文献3を挙げることができる。   Other prior art documents related to the supply of gas to the blast furnace include Patent Documents 1 to 5 and Non-Patent Document 3.

特許文献1には、タールおよびメタンを含むガスを触媒を用いて水蒸気改質して水素を製造する技術が記載されている。   Patent Document 1 describes a technique for producing hydrogen by steam reforming a gas containing tar and methane using a catalyst.

特許文献2には、予熱されたH2、COを主体としたガスを高炉シャフト部から供給する技術が記載されている。 Patent Document 2 describes a technique for supplying preheated gas mainly composed of H 2 and CO from a blast furnace shaft portion.

特許文献3には、天然ガスまたはコークス炉ガスを部分酸化したガスを高炉シャフト部から供給する技術が記載されている。   Patent Document 3 describes a technique for supplying a gas obtained by partially oxidizing natural gas or coke oven gas from a blast furnace shaft portion.

特許文献4には、コークス炉ガス、水蒸気および酸素を改質炉内に導入して無触媒で部分酸化および水蒸気改質反応させる技術が記載されている。   Patent Document 4 describes a technique in which coke oven gas, steam, and oxygen are introduced into a reforming furnace to perform partial oxidation and steam reforming reaction without catalyst.

特許文献5には、コークス炉ガス、燃料ガスおよび酸素をミキシングエンリアに供給し、次いで反応室内に導入して改質反応(部分酸化反応)させることによってメタンに富むガスを製造する技術が記載されている。   Patent Document 5 describes a technique for producing a gas rich in methane by supplying coke oven gas, fuel gas, and oxygen to a mixing area, and then introducing the gas into a reaction chamber to cause a reforming reaction (partial oxidation reaction). ing.

非特許文献3には、石炭の水分低減手段として、DAPS(Dry−cleaned and Agglomerated Precompaction System)やSCOPE21(Super Coke Oven for Productivity and Environmental enhancement toward the 21th century)の技術が記載されている。   Non-Patent Document 3 describes DAPS (Dry-cleaned and Agglomerated Precompaction System) and SCOPE21 (Super Cooker for forensic enhancement of technology 21) as coal moisture reduction means.

特開2011−212552号公報JP 2011-212552 A 特公昭46−33378号公報Japanese Patent Publication No.46-33378 特公昭37−8804号公報Japanese Patent Publication No.37-8804 特開2011−11959号公報JP 2011-11959 A 特開2001−220584号公報JP 2001-220484 A

CAMPS−ISIJ, vol.23(2010), pp.1025CAMPS-ISIJ, vol. 23 (2010), pp. 1025 CAMPS−ISIJ, vol.25(2012), pp.886CAMPS-ISIJ, vol. 25 (2012), pp. 886 加藤健次: 日本エネルギー学会誌, vol.87(2008), pp.344−352Kenji Kato: Journal of the Japan Institute of Energy, vol. 87 (2008), pp. 344-352

水素ガスを高炉シャフト部に供給することによって、高炉単体でのカーボンインプットは減少する。しかし、供給する水素ガスは、工業的に生産される必要があり、水素ガスを製造する際には一般にエネルギを消費する。この消費されるエネルギを化石燃料を用いて得る限り、水素製造に伴って必ずCO2が生成する(単位水素ガス製造量(mol)当たりの生成CO2(mol)を、水素製造時生成CO2量と呼ぶことにする)。 By supplying hydrogen gas to the blast furnace shaft, the carbon input of the blast furnace alone is reduced. However, the supplied hydrogen gas needs to be industrially produced, and generally consumes energy when producing the hydrogen gas. The energy that is the consumed unless obtained using fossil fuels, always CO 2 is produced along with the hydrogen production (unit producing hydrogen gas amount (mol) produced CO 2 (mol per), hydrogen production when CO 2 produced I will call it quantity).

高炉法を用いた製鉄において水素を用いた精錬により発生CO2量を削減するためには、少なくとも、水素製造と高炉操業を通じて発生するCO2の合計量を削減する必要がある。従って、高炉シャフト部への単位水素ガス供給量(mol)当たり削減可能なカーボンインプット量(mol)よりも、水素製造時生成CO2量(mol)は、十分に小さくなければならない。 In order to reduce the amount of CO 2 generated by refining using hydrogen in iron making using the blast furnace method, it is necessary to reduce at least the total amount of CO 2 generated through hydrogen production and blast furnace operation. Therefore, the amount of CO 2 produced during hydrogen production (mol) must be sufficiently smaller than the carbon input amount (mol) that can be reduced per unit hydrogen gas supply amount (mol) to the blast furnace shaft.

水素をもともと含有するガス、例えばコークス炉ガス(COG)をそのまま高炉シャフト部に供給すれば、水素製造に伴うCO2発生はない。しかし、COGには、高炉シャフト部での操業を阻害しうるメタンガス等の低沸点炭化水素(メタン・エタン・プロパン・エチレン等、常温常圧で気相で存在しうる炭化水素。以下、簡単のために単に「メタン」と呼ぶことにする)が多量に含有されているので、そのまま高炉シャフト部に供給することはできず、COGからメタンを除去する必要がある。COGからメタンを除去する方法には、膜分離、物理吸着、化学吸収を用いる方法等が考えられるが、いずれもメタン除去に要するエネルギが大きく(CO2が多量に発生)、かつ、これらの方法では水素を新たに製造するわけではないので、水素製造時生成CO2量も加味されることになる(省CO2ではない)。このため、COGのメタンを分解することによって除去するとともに、この際、水素を発生させるメタン改質法が必要である。 If a gas that originally contains hydrogen, for example, coke oven gas (COG), is supplied to the blast furnace shaft portion as it is, no CO 2 is generated due to hydrogen production. However, COG has low boiling point hydrocarbons such as methane gas (methane, ethane, propane, ethylene, etc. that can exist in the gas phase at normal temperature and normal pressure, which can hinder operation at the blast furnace shaft. Therefore, it is simply referred to as “methane”) and cannot be supplied to the blast furnace shaft portion as it is, and it is necessary to remove methane from the COG. Methods for removing methane from COG include methods using membrane separation, physical adsorption, chemical absorption, etc., all of which require a large amount of energy for methane removal (a large amount of CO 2 is generated) and these methods. Then, since hydrogen is not newly produced, the amount of CO 2 produced during hydrogen production is also taken into account (not CO 2 saving). Therefore, there is a need for a methane reforming method in which COG methane is removed by being decomposed and hydrogen is generated at this time.

天然ガス、重油、COG等の炭化水素を改質して炭化水素の大半を分解する従来技術では、省CO2条件での高炉シャフト部供給用のガス成分(高純度の水素(例えば、70vol%以上)、メタンをほとんど含まない(例えば、メタン濃度が3vol%以下)、CO2をほとんど含まない(例えば、3vol%以下))を満足する供給ガスを省CO2条件(水素製造時生成CO2量を高炉でのカーボンインプット減少量よりも十分に小さくする)では製造できなかった。例えば、特許文献1、5の技術による場合はメタン濃度が過大となり、特許文献2、3、4、5の技術による場合は水素濃度が過小となり、特許文献4、5の場合はさらに副生CO2が過大となってしまう。例えば、特許文献5の場合、後に比較例5で検討するように、特許文献5によるコークス炉ガスの部分酸化での改質では、高炉シャフト部供給用の還元ガスを省CO2の条件で製造することはできない。 In the conventional technology for reforming hydrocarbons such as natural gas, heavy oil, and COG to decompose most of the hydrocarbons, gas components for supplying the blast furnace shaft part under low CO 2 conditions (high purity hydrogen (for example, 70 vol%) As described above, the supply gas satisfying the conditions that hardly contains methane (for example, the methane concentration is 3 vol% or less) and hardly contains CO 2 (for example, 3 vol% or less)) is CO 2 -saving conditions (CO 2 generated during hydrogen production) It was not possible to produce it by making the amount sufficiently smaller than the carbon input reduction amount in the blast furnace. For example, in the case of the techniques of Patent Documents 1 and 5, the methane concentration is excessive, in the case of the techniques of Patent Documents 2, 3, 4, and 5, the hydrogen concentration is excessively low. 2 becomes excessive. For example, in the case of Patent Document 5, as will be discussed later in Comparative Example 5, in the reforming by partial oxidation of coke oven gas according to Patent Document 5, reducing gas for supplying the blast furnace shaft portion is produced under the condition of CO 2 saving. I can't do it.

本発明は、上記の実情に鑑み、高炉シャフト部供給用の還元ガスを省CO2の条件で製造する装置および方法を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, the reducing gas for a blast furnace shaft supply and to provide an apparatus and method for manufacturing the condition of saving CO 2.

高炉法を用いた製鉄において水素を用いた精錬により発生CO2量を削減するためには、上述のように、高炉シャフト部への単位水素ガス供給量(mol)当たり削減可能なカーボンインプット量(mol)よりも、水素製造時生成CO2量(mol)が十分に小さくなければならない。 In order to reduce the amount of CO 2 generated by refining using hydrogen in ironmaking using the blast furnace method, as described above, the amount of carbon input that can be reduced per unit hydrogen gas supply (mol) to the blast furnace shaft ( mol), the amount of CO 2 produced during hydrogen production (mol) must be sufficiently smaller.

従来技術について、カーボンインプット量と水素製造時生成CO2量との関係を調べてみたところ、例えば、非特許文献2では、銑鉄1t製造当たり水素5.22kmolの水素ガスを模擬高炉に供給して、銑鉄1t製造当たり約10kg(即ち、0.83kmol)のカーボンインプットを減少させたと記載されている。従って、供給した5.22kmolの水素ガスを全て生産したとすると、水素ガス1molを製造する際に許容される水素製造時生成CO2量は、高々、0.16mol(=0.83/5.22)に過ぎない。現実には、この値よりも十分小さな水素製造時生成CO2量でなければ、水素を製造する意味がない。即ち、
[水素製造時生成CO2量] << 0.16 molCO2/molH2
でなければならない。
Regarding the prior art, when the relationship between the amount of carbon input and the amount of CO 2 produced during hydrogen production was examined, for example, in Non-Patent Document 2, 5.22 kmol of hydrogen gas per 1 ton of pig iron was supplied to a simulated blast furnace. , About 10 kg (ie 0.83 kmol) of carbon input per ton of pig iron is described. Therefore, assuming that all of the supplied 5.22 kmol of hydrogen gas is produced, the amount of CO 2 produced during hydrogen production allowed for producing 1 mol of hydrogen gas is at most 0.16 mol (= 0.83 / 5. 22). Actually, there is no point in producing hydrogen unless the amount of CO 2 produced during hydrogen production is sufficiently smaller than this value. That is,
[Amount of CO 2 produced during hydrogen production] << 0.16 mol CO 2 / mol H 2
Must.

このことを手始めに、本発明者は鋭意研究を進めた結果、上記課題を解決するためには以下のことが有効であるとの結論に至った。
(1)高炉シャフト部に吹き込み可能な水素主体の還元ガスを、水素製造時生成CO2量が0.10molCO2/molH2未満といった、省CO2性の高い条件で製造する。
(2)上記還元ガスの原料として製鉄所で自給可能なCOGを用いることにより、石油や天然ガスといった炭化水素を新たに購入して還元ガスの原料とする場合に比べて、製鉄所の購入するカーボンをより少なくし、省CO2性を高める。
(3)特に、従来、製鉄プロセスで消費されることのなかった、粗COG中のタールを原料のひとつとして水素製造を行うことにより、原料を有効利用し、省CO2性を高める。
(4)タールを含有する粗COGの熱分解反応によって得られた1次改質ガスから高温下での部分酸化により2次改質ガスを製造することにより、高炉シャフト用還元ガスとして好適な成分の還元ガスを省CO2条件下で製造する。
Starting with this, the present inventor has intensively studied and as a result, has come to the conclusion that the following is effective in order to solve the above-mentioned problems.
(1) a reducing gas hydrogens mainly blown into the blast furnace shaft, hydrogen production during the generation amount of CO 2 is such less than 0.10 mol CO2 / mol H2, to produce a high saving CO 2 conditions.
(2) By using COG that can be self-supplied by the steelworks as a raw material for the reducing gas, the steelworks purchases compared to the case where hydrocarbons such as oil and natural gas are newly purchased and used as the raw material for the reducing gas. and less carbon, increasing the saving CO 2 resistance.
(3) In particular, by performing hydrogen production using tar in crude COG, which has not been consumed in the iron making process, as one of the raw materials, the raw materials are effectively used, and CO 2 saving is enhanced.
(4) Component suitable as reducing gas for blast furnace shaft by producing secondary reformed gas from primary reformed gas obtained by thermal decomposition reaction of crude COG containing tar by partial oxidation at high temperature Is produced under reduced CO 2 conditions.

こうして完成した本発明の要旨は次のとおりである。
(1)1)コークス炉に供給される石炭を事前に乾燥することによる、又は、コークス炉に供給される石炭の水分を事前に自然蒸発させることによる、コークス炉ガス中の水分低減手段を備えたコークス炉と、
2)700℃以上に保持され、コークス炉から発生したコークス炉ガスを熱分解する炭化炉と、
3)炭化炉から抽気したガス中のタールおよび少なくとも一部の水分を除去するガス精製装置と、
4)精製後のガスを昇圧するガス搬送装置と、
5)ガスの予熱装置と、
6)予熱した前記ガスの部分酸化のため当該ガスに燃焼ガスを混合するための手段を装備している部分酸化改質装置と、
7)高炉シャフト部へのガス供給口と、
8)上記1)〜7)をこの順に連結する通気管と、
から構成されることを特徴とする、高炉へのガス供給装置。
(2)前記部分酸化改質装置における前記予熱したガスと前記燃焼ガスとの混合のための手段が、
(a)酸素ガスと可燃性ガスの供給を受け、可燃性ガスの燃焼により生じる燃焼ガスを前記部分酸化改質装置へ供給するための燃焼器、
(b)前記部分酸化改質装置内に酸素ガスと可燃性ガスとを個別にまたは一緒にして供給するための供給管、
(c)前記部分酸化改質装置内に酸素ガスを単独に供給するための供給管、
のうちのいずれかであることを特徴とする、上記(1)に記載の高炉へのガス供給装置。
(3)前記炭化炉がタールを改質するため充填された触媒層を含むことを特徴とする、上記(1)または(2)に記載の高炉へのガス供給装置。
(4)前記炭化炉が、前記触媒層の触媒間に堆積する固体カーボンをオンラインで除去する固体カーボン分離手段を備えることを特徴とする、上記(3)に記載の高炉へのガス供給装置。
(5)前記固体カーボン分離機構が、前記炭化炉の内壁に接する前記触媒層を保持する保持器と、前記保持器を昇降させることにより前記触媒層を昇降させるための駆動機構とから構成されることを特徴とする、上記(4)に記載の高炉へのガス供給装置。
(6)前記可燃性ガスが天然ガスであることを特徴とする、上記(1)から(5)のいずれかに記載の高炉へのガス供給装置。
(7)精製後のガスを昇圧する前記ガス搬送装置と前記予熱装置との間に、前記精製後のガスを一時的に貯留するガスホルダと、ガスホルダからのガスを昇圧する別のガス搬送手段とを含むことを特徴とする、上記(1)から(6)のいずれかに記載の高炉へのガス供給装置。
(8)1)上記(1)から(6)のいずれかに記載の高炉へのガス供給装置を用い、
2)前記コークス炉からのコークス炉ガスを前記炭化炉に通気させる際に、コークス炉ガス中の炭化水素をコークと水素に分解することによって水素濃度を増大させ、
3)前記炭化炉を通過したガス中のタールおよび少なくとも一部の水分を前記ガス精製装置によって除去して第1の改質ガスを製造し、
4)前記第1の改質ガスを前記ガス搬送装置で昇圧し、
5)昇圧した前記第1の改質ガスを前記予熱装置で予熱し、
6)前記部分酸化改質装置に、予熱された前記第1の改質ガスを供給するとともに、燃焼ガスを供給して、前記第1のガス中の炭化水素を改質して水素濃度を増大させた第2の改質ガスを製造し、
7)前記第2の改質ガスを前記高炉シャフト部へのガス供給口から高炉内に供給する、
ことを特徴とする高炉へのガス供給方法。
(9)前記第1の改質ガスを前記ガス搬送装置で少なくとも0.2MPaの圧力に昇圧することを特徴とする、上記(8)に記載の高炉へのガス供給方法。
(10)前記予熱装置において前記第1の改質ガスを300〜800℃に予熱することを特徴とする、上記(8)または(9)に記載の高炉へのガス供給方法。
(11)前記部分改質装置への燃焼ガスを、
(a)酸素ガスと可燃性ガスを燃焼器に供給して生じさせた燃焼ガスとして供給するか、
(b)酸素ガスと可燃性ガスを前記部分改質装置内に供給して当該部分酸化改質装置内で燃焼ガスを生じさせることにより供給するか、
(c)酸素ガスを前記部分酸化改質装置内に供給して前記第1の改質ガスの一部を燃焼させることにより供給する、
ことを特徴とする、上記(8)から(10)のいずれかに記載の高炉へのガス供給方法。
(12)前記ガス搬送装置で昇圧したガスを一時的にガスホルダに貯留し、このガスホルダからのガスを別のガス搬送手段によりさらに昇圧してから前記予熱装置に供給することを特徴とする、上記(8)から(11)のいずれかに記載の高炉へのガス供給方法。
The gist of the present invention thus completed is as follows.
(1) 1) It is provided with means for reducing moisture in coke oven gas by drying coal supplied to the coke oven in advance or by spontaneously evaporating the moisture of coal supplied to the coke oven in advance. Coke oven,
2) a carbonization furnace that is maintained at 700 ° C. or higher and pyrolyzes coke oven gas generated from the coke oven;
3) a gas purifier for removing tar and at least a portion of moisture in the gas extracted from the carbonization furnace;
4) a gas transport device for boosting the gas after purification;
5) a gas preheating device;
6) a partial oxidation reformer equipped with means for mixing combustion gas with the gas for partial oxidation of the preheated gas;
7) a gas supply port to the blast furnace shaft,
8) A vent pipe connecting the above 1) to 7) in this order;
A gas supply device for a blast furnace, comprising:
(2) A means for mixing the preheated gas and the combustion gas in the partial oxidation reforming apparatus,
(A) a combustor for receiving supply of oxygen gas and combustible gas and supplying combustion gas generated by combustion of combustible gas to the partial oxidation reformer;
(B) a supply pipe for supplying oxygen gas and combustible gas separately or together into the partial oxidation reformer;
(C) a supply pipe for independently supplying oxygen gas into the partial oxidation reformer;
The gas supply device for a blast furnace according to (1) above, wherein the gas supply device is any one of the above.
(3) The gas supply apparatus for a blast furnace according to (1) or (2), wherein the carbonization furnace includes a catalyst layer filled to reform tar.
(4) The gas supply apparatus for a blast furnace according to (3), wherein the carbonization furnace includes solid carbon separation means for removing solid carbon deposited between the catalysts in the catalyst layer online.
(5) The solid carbon separation mechanism includes a cage that holds the catalyst layer in contact with the inner wall of the carbonization furnace, and a drive mechanism that raises and lowers the catalyst layer by raising and lowering the cage. The gas supply apparatus to a blast furnace as described in said (4) characterized by the above-mentioned.
(6) The gas supply apparatus for a blast furnace according to any one of (1) to (5), wherein the combustible gas is natural gas.
(7) A gas holder for temporarily storing the purified gas between the gas transport device for boosting the gas after purification and the preheating device; and another gas transport means for boosting the gas from the gas holder; The gas supply apparatus for a blast furnace according to any one of (1) to (6), characterized in that
(8) 1) Using the gas supply apparatus for a blast furnace according to any one of (1) to (6) above,
2) When the coke oven gas from the coke oven is vented to the carbonization furnace, the hydrogen concentration is increased by decomposing hydrocarbons in the coke oven gas into coke and hydrogen,
3) Tar and at least a part of moisture in the gas that has passed through the carbonization furnace are removed by the gas purification device to produce a first reformed gas,
4) pressurizing the first reformed gas with the gas transfer device;
5) Preheat the first reformed gas whose pressure has been increased with the preheating device,
6) Supplying the preheated first reformed gas to the partial oxidation reformer and supplying combustion gas to reform hydrocarbons in the first gas to increase hydrogen concentration Producing the second reformed gas,
7) Supplying the second reformed gas into the blast furnace from a gas supply port to the blast furnace shaft portion.
A method of supplying gas to a blast furnace.
(9) The method for supplying gas to a blast furnace according to (8) above, wherein the pressure of the first reformed gas is increased to a pressure of at least 0.2 MPa by the gas transfer device.
(10) The gas supply method to a blast furnace according to (8) or (9) above, wherein the first reformed gas is preheated to 300 to 800 ° C. in the preheating device.
(11) Combustion gas to the partial reformer,
(A) supplying oxygen gas and combustible gas as a combustion gas generated by supplying a combustor;
(B) supplying oxygen gas and combustible gas by supplying the gas into the partial reformer and generating combustion gas in the partial oxidation reformer;
(C) supplying oxygen gas by supplying it into the partial oxidation reforming apparatus and combusting a part of the first reformed gas;
The gas supply method to a blast furnace according to any one of (8) to (10) above,
(12) The gas boosted by the gas transport device is temporarily stored in a gas holder, and the gas from the gas holder is further boosted by another gas transport means and then supplied to the preheating device, (8) The gas supply method to the blast furnace in any one of (11).

端的に言えば、本発明は、高炉への還元ガスの原料として粗コークス炉ガス(粗COG)を用い、これまでは製鉄プロセスで消費されることのなかった粗COG中のタールを原料のひとつとする熱分解(1次改質)による水素製造を行い、それにより得られた1次改質ガスを高温下でさらに改質(2次改質)するものである。   In short, the present invention uses a crude coke oven gas (crude COG) as a raw material for reducing gas to the blast furnace, and tar in the crude COG that has not been consumed in the steelmaking process until now is one of the raw materials. Hydrogen production by thermal decomposition (primary reforming) is performed, and the primary reformed gas obtained thereby is further reformed (secondary reforming) at a high temperature.

このように2段階での改質を利用する本発明に対し、単独での改質だけでは、以下に示すとおり、省CO2性の高い高炉用還元ガスの製造は困難である。 In contrast to the present invention that utilizes the two-stage reforming as described above, it is difficult to produce a blast furnace reducing gas with high CO 2 saving property by only reforming alone, as shown below.

(a)粗COGの触媒を用いた水蒸気改質法
粗COG中には通常、10%弱の水蒸気が含有されている。また、粗COGのタールを全量(分解)改質することを目的として、多くの場合、水蒸気を粗COGに多量に添加したうえで、タールの改質(水蒸気改質)が実施される。このため、粗COG中の触媒改質においては、水分過剰条件での改質となり、以下の水性シフト反応によってCO2の生成が卓越する。
CO + H2O → CO2 + H2
即ち、水性シフト反応による水素製造時のCO2副生量は、1.0mol/molであり、省CO2性は極めて低い。このため、改質時に多量のCO2が副生するので、省CO2条件での粗COG触媒改質は、困難である。また、粗COG中に多量に(数千ppm)含まれるH2Sは、粗COG中のメタンの触媒改質を著しく阻害し、改質ガス中に多量のメタンが残留するので、このままでは高炉シャフト部用還元ガスには使えない。
(A) Steam reforming method using crude COG catalyst The crude COG usually contains less than 10% of steam. For the purpose of reforming the total amount (decomposition) of the crude COG tar, in many cases, the tar is reformed (steam reforming) after adding a large amount of steam to the crude COG. For this reason, in the catalytic reforming in the crude COG, the reforming is performed under an excessive water condition, and the production of CO 2 is excellent by the following aqueous shift reaction.
CO + H 2 O → CO 2 + H 2
That is, the CO 2 byproduct during hydrogen production by the aqueous shift reaction is 1.0 mol / mol, and the CO 2 saving property is extremely low. For this reason, since a large amount of CO 2 is by-produced during reforming, it is difficult to reform the crude COG catalyst under CO 2 -saving conditions. Further, H 2 S contained in a large amount (several thousand ppm) in the crude COG remarkably inhibits the catalytic reforming of methane in the crude COG, and a large amount of methane remains in the reformed gas. Cannot be used for reducing gas for shafts.

(b)粗COGの部分酸化法
特許文献4でのように、粗COGを部分酸化する方法もありうる。しかし、粗COGに酸素を供給すると、燃焼速度の速い水素が先ず選択的に燃焼して水蒸気化するので、やはり水蒸気過剰条件下での改質となり、省CO2性は低いという問題がある。
また、粗COG中のメタンを改質する際には、粗COG中に含まれるタールも同時に改質されるので、有害なメタンを改質によって除去するためには、より多くの酸素を供給する必要があり、水蒸気の発生量が一層多いという問題も存在する。
さらに、常圧の粗COGを高温のまま昇圧する安価な工業的手段がないので、改質ガスを一旦冷却したうえで、昇圧、加熱して高炉へ供給しなければならず、エネルギ効率の点でさらに省CO2性を低下させる。
(B) Partial Oxidation Method of Crude COG As in Patent Document 4, there may be a method of partially oxidizing crude COG. However, when oxygen is supplied to the crude COG, hydrogen having a high combustion rate is first selectively burned and steamed, so that reforming is performed under an excessive steam condition, and there is a problem that CO 2 saving is low.
Further, when reforming methane in the crude COG, the tar contained in the crude COG is also reformed at the same time, so in order to remove harmful methane by reforming, more oxygen is supplied. There is also a problem that the amount of water vapor generated is greater.
Furthermore, since there is no inexpensive industrial means for raising the normal pressure crude COG at a high temperature, the reformed gas must be cooled once and then supplied to the blast furnace after being pressurized and heated. This further reduces CO 2 saving.

(c)精製COGの触媒を用いた水蒸気改質法
精製COGを触媒改質する手段も存在する。しかし、精製COG中にはタールは存在せず、水分濃度も低い。容易に熱分解(水分を必要としない改質)するタール改質とは異なり、精製COG中の主成分であるメタンを改質するためには水蒸気改質によるしかなく、このため、多量の水蒸気を添加したうえで水蒸気ごと精製COGを昇温したうえで改質する必要があり、エネルギ的にロスが大きく省CO2性は低い。
また、COG改質用触媒の耐熱限界である800℃程度まで再び精製COGを加熱したうえで触媒改質しても、このような低温では平衡論的に改質後の組成を好適とするために常圧操業せざるをえないので(低温、かつ、水蒸気が高濃度、かつ、高圧条件下では副生CO2量が過大になる)、高圧で操業される高炉シャフト部へ改質ガスを直接には供給できず、冷却、加圧、再昇温といった操作を必要とするため、エネルギ効率が低く、省CO2でのガス製造は困難である。
(C) Steam reforming method using purified COG catalyst There are also means for catalytic reforming of purified COG. However, there is no tar in the purified COG and the water concentration is low. Unlike tar reforming, which is easily pyrolyzed (reforming that does not require moisture), methane, which is the main component in purified COG, can only be reformed by steam reforming. must be modified after having heated the steam each purified COG upon addition of energy to loss greatly saving CO 2 is unlikely.
In addition, even if the purified COG is heated again to about 800 ° C., which is the heat limit of the COG reforming catalyst, and then the catalyst is reformed, the reformed composition is suitable in equilibrium at such a low temperature. At normal pressure (low temperature, high water vapor concentration, and excessive CO 2 content under high pressure conditions), the reformed gas is supplied to the blast furnace shaft operated at high pressure. Since it cannot be supplied directly and requires operations such as cooling, pressurization, and re-heating, it is low in energy efficiency and it is difficult to produce gas with reduced CO 2 .

(d)精製COGの部分酸化法
精製COGを部分酸化すれば、主成分であるメタンの大半を改質しうる。しかし、部分酸化法は、水蒸気改質法(触媒改質法)に比べて炭化水素当たりの水素発生量が小さく、かつ、水素を選択的に燃焼・消費する効果もあることから、改質ガス中の水素濃度を十分に高めることが困難である(改質ガス中でCO濃度ばかりが増える傾向となる)。水蒸気を添加したうえで部分酸化を行えば、燃焼時の高温下で水蒸気改質を生じるが、精製COGの触媒改質法と同様の省CO2性のガス製造の困難を生じる。
(D) Partial oxidation method of purified COG If purified COG is partially oxidized, most of the main component methane can be reformed. However, the partial oxidation method has a smaller amount of hydrogen generation per hydrocarbon than the steam reforming method (catalytic reforming method) and has the effect of selectively burning and consuming hydrogen. It is difficult to sufficiently increase the hydrogen concentration inside (only the CO concentration tends to increase in the reformed gas). If partial oxidation is performed after adding steam, steam reforming occurs at a high temperature during combustion, but it is difficult to produce a CO 2 -saving gas similar to the catalytic reforming method of purified COG.

以上から明らかなように、タールを含む粗COGの改質(触媒法、部分酸化法)単独、またはタールの存在しない精製COGの改質(触媒法、部分酸化法)単独では、所望の成分の還元ガスを省CO2条件では製造できない。 As is clear from the above, reforming of crude COG containing tar (catalytic method, partial oxidation method) alone or reforming of purified COG without tar (catalytic method, partial oxidation method) alone results in the desired components. Reducing gas cannot be produced under CO 2 -saving conditions.

(e)粗COG・精製COGの熱分解法
1000℃以上に保持されるコークス炉内の上部空間においてコークス炉ガス中の炭化水素が一部、熱分解されることが知られているものの、その分解速度は小さく、コークス炉ガスを単に高温に保持しただけでは、炭化炉として機能しない。
また、コークス炉ガス中の炭化水素で比較すると、タールは比較的容易に熱分解してコークを生成するが、メタンの分解速度は極めて低い。このため、炭化炉を用いてコークス炉ガス中の炭化水素を分解できたとしても、改質ガス(粗COG・精製COG)中にメタンが多量に残留するため、高炉シャフト部吹き込み用の還元ガスには適用することができない。
(E) Thermal decomposition method of crude COG / refined COG Although it is known that some hydrocarbons in coke oven gas are thermally decomposed in the upper space in the coke oven maintained at 1000 ° C. or higher, The cracking rate is small, and the coke oven gas simply does not function as a carbonization furnace if it is kept at a high temperature.
In addition, when compared with hydrocarbons in coke oven gas, tar is relatively easily pyrolyzed to produce coke, but the decomposition rate of methane is extremely low. For this reason, even if hydrocarbons in the coke oven gas can be decomposed using a carbonization furnace, a large amount of methane remains in the reformed gas (crude COG / refined COG). It cannot be applied to.

次に、上記の改質方法の組み合わせについて検討する。
精製COGの改質ガスを1次改質ガスとして、さらに2次改質(触媒改質、部分酸化)を行う場合、1次改質時の昇温およびその後の冷却、再度の昇温と、複数回の昇温過程が必要なため、還元ガスを省CO2条件では製造できない。
Next, a combination of the above reforming methods will be examined.
In the case of performing secondary reforming (catalytic reforming, partial oxidation) with the reformed gas of the purified COG as the primary reforming gas, the temperature is raised during the primary reforming and the subsequent cooling, Since multiple temperature raising processes are required, the reducing gas cannot be produced under CO 2 -saving conditions.

粗COGの改質ガスを1次改質ガスとして、さらに触媒改質で2次改質を行う場合、2次改質時の昇温およびその後の冷却、高炉供給前の昇圧後の再昇温と、複数回の昇温過程が必要なため、還元ガスを省CO2条件では製造できない。 When the reforming gas of the crude COG is used as the primary reforming gas and further secondary reforming is performed by catalytic reforming, the temperature is raised during the secondary reforming and then cooled, and the temperature is raised again after the pressure is raised before supplying the blast furnace In addition, since a plurality of temperature raising processes are required, the reducing gas cannot be produced under CO 2 -saving conditions.

粗COGの改質ガスを1次改質ガスとして、さらに部分酸化で2次改質を行う場合、上記のような粗COG改質(触媒改質・部分酸化)によって得られた省CO2性の低い1次改質ガスを原料とする限り、水蒸気改質法に比べて、元々、水素濃度の増大能力の劣る部分酸化による2次改質では、総合的な省CO2性を満足できない。 When the reformed gas of the crude COG is used as the primary reformed gas and the secondary reforming is further performed by partial oxidation, the CO 2 saving performance obtained by the crude COG reforming (catalytic reforming / partial oxidation) as described above. As long as the primary reformed gas having a low temperature is used as the raw material, the secondary reforming by partial oxidation, which is originally inferior in the ability to increase the hydrogen concentration compared with the steam reforming method, cannot satisfy the overall CO 2 saving property.

粗COG中には多量の水分が含まれているため、触媒を用いた粗COG改質では、必ず水蒸気改質が主体となり、熱分解主体の改質を行うことができない。   Since a large amount of water is contained in the crude COG, in the crude COG reforming using the catalyst, steam reforming is always the main component, and reforming based on thermal decomposition cannot be performed.

このように、上記の改質方法を組み合わせたとしても、省CO2でのガス製造は困難であることが分かる。 Thus, even when the above reforming methods are combined, it can be understood that gas production with reduced CO 2 is difficult.

本発明では、粗COGを熱分解処理(1次改質)して水素製造を行い、それにより得られた水素を含む1次改質ガスを部分酸化(2次改質)することで、高炉シャフト部吹き込み用還元ガスを省CO2条件で製造する。 In the present invention, crude COG is subjected to thermal decomposition treatment (primary reforming) to produce hydrogen, and the primary reformed gas containing hydrogen obtained thereby is partially oxidized (secondary reforming), thereby providing a blast furnace. The reducing gas for blowing the shaft part is produced under CO 2 -saving conditions.

粗COG中には熱分解しやすいタールが含有されているので、粗COGを熱分解することにより、水素製造が可能となる。熱分解する粗COGが多量の水分を含んでいると熱分解反応の妨げとなるため、コークス炉に粗COG中の水分除去手段を設けるようにする。粗COGの熱分解は触媒を含む炭化炉で行う。粗COGは、700℃以上の温度で発生するので、この温度を維持して炭化炉に供給することで、熱分解に必要な温度(触媒使用時には700℃以上)を炭化炉で得るための供給COGの昇温は必要なく、省CO2条件での水素製造が可能である。 Since the crude COG contains tar that is easily pyrolyzed, hydrogen can be produced by pyrolyzing the crude COG. If the crude COG to be pyrolyzed contains a large amount of water, the thermal decomposition reaction is hindered. Therefore, a means for removing moisture from the crude COG is provided in the coke oven. The thermal decomposition of the crude COG is performed in a carbonization furnace containing a catalyst. Since crude COG is generated at a temperature of 700 ° C. or higher, supplying this temperature to the carbonization furnace while maintaining this temperature provides a temperature required for pyrolysis (700 ° C. or higher when using a catalyst) in the carbonization furnace. There is no need to raise the temperature of the COG, and hydrogen production is possible under CO 2 -saving conditions.

次に、炭化炉から得られる水素を含んだ1次改質ガスを1000℃を大きく超える温度まで加熱することによって、1次改質ガス中に残留するメタンの大半を部分酸化法により改質して水素をさらに製造して、高炉シャフト部供給用の還元ガス(2次改質ガス)を製造できる。1次改質ガスを予め0.2MPa以上に昇圧しておくことによって、2次改質ガスを直接高炉シャフト部に供給することができ、改質に必要なガス昇温回数は1回でよい。また、部分酸化によってガス体積は増大する(標準状態で)ので、圧縮すべきガス流量も少なくてよい。これらの効果から、省CO2条件での還元ガス製造が可能となる。 Next, most of the methane remaining in the primary reformed gas is reformed by the partial oxidation method by heating the primary reformed gas containing hydrogen obtained from the carbonization furnace to a temperature exceeding 1000 ° C. Thus, hydrogen can be further produced to produce a reducing gas (secondary reformed gas) for supplying the blast furnace shaft portion. By raising the pressure of the primary reformed gas to 0.2 MPa or more in advance, the secondary reformed gas can be directly supplied to the blast furnace shaft portion, and the number of times of gas temperature increase required for reforming may be one. . Further, since the gas volume is increased by the partial oxidation (in the standard state), the gas flow rate to be compressed may be small. From these effects, it is possible to produce reducing gas under CO 2 -saving conditions.

1次改質ガスの昇温には、燃焼ガスとの混合を用い、燃焼ガス中に含まれる水蒸気を用いて1次改質ガスの改質を行うことによって、昇温に多量のエネルギを必要とする外部からの水や水蒸気の添加が不要となり、省CO2条件での還元ガス製造が可能である。 To raise the temperature of the primary reformed gas, a large amount of energy is required to raise the temperature by using the mixture with the combustion gas and reforming the primary reformed gas using water vapor contained in the combustion gas. Therefore, it is not necessary to add water or water vapor from the outside, and it is possible to produce a reducing gas under CO 2 -saving conditions.

1次改質ガスのように水素濃度の高いガスを燃焼させると、水素が選択的に燃焼して水蒸気を生成する。適量の水蒸気の製造は改質のために必要であるが、過剰な水蒸気はそのまま2次改質ガス中に残留して燃焼時に消費される水素が無駄になり、改質効率を低下させる。そこで、上記燃焼ガスの燃料として、天然ガス等の水素ガス濃度の低い燃料を用いることによって、水素濃度の消費を避けることができる。   When a gas having a high hydrogen concentration such as the primary reformed gas is burned, hydrogen is selectively burned to generate water vapor. Production of an appropriate amount of steam is necessary for reforming, but excess steam remains in the secondary reformed gas as it is, so that hydrogen consumed during combustion is wasted and the reforming efficiency is lowered. Thus, by using a fuel having a low hydrogen gas concentration such as natural gas as the fuel for the combustion gas, consumption of the hydrogen concentration can be avoided.

(水素製造時生成CO2量の評価方法)
本発明に関しては、高炉へ供給する還元ガスに含まれる水素の製造時に生成されるCO2量を評価して、検討する装置と方法が省CO2条件での高炉ガスの供給に有効であるかどうかを判断する。
(Method for evaluating the amount of CO 2 produced during hydrogen production)
Regarding the present invention, whether the apparatus and method for evaluating and evaluating the amount of CO 2 produced during the production of hydrogen contained in the reducing gas supplied to the blast furnace is effective for supplying blast furnace gas under CO 2 -reducing conditions. Judge whether.

従来技術では高炉シャフト部への供給用水素の水素製造時生成CO2量に関して十分に配慮されていなかったため、従来技術での水素製造時生成CO2量の値は、正確には知られていない。本発明者は、以下の評価方法を考案して、代表的な従来技術での水素製造時生成CO2量ΔCO2を算出し、いずれも省CO2での高純度水素製造の困難であることを見出した。 In the prior art, sufficient consideration was not given to the amount of CO 2 produced during hydrogen production of hydrogen supplied to the blast furnace shaft, so the value of the amount of CO 2 produced during hydrogen production in the prior art is not accurately known. . The present inventors have devised the following evaluation methods, representative calculate the hydrogen production during the generation amount of CO 2? CO2 2 in the prior art, it both difficult high purity hydrogen production for saving CO 2 I found.

水素製造手法として、炭化水素の改質を考える。他の方法、例えば水の電気分解によるものは、改質法に比べて著しくΔCO2が大きいことが明らかなので、検討対象から除外した。 Consider reforming hydrocarbons as a hydrogen production method. Other methods, such as water electrolysis, were excluded from the study because they clearly showed significantly greater ΔCO 2 than the reforming method.

対象とする炭化水素の改質反応は、以下のとおりである(但し、反応式の係数は省略した)。
水蒸気改質反応: CnHm(炭化水素)+ H2O → H2 + CO + CO2
熱分解改質反応: CnHm(炭化水素) → CnHm'(コーク、n≫m’) + H2
部分酸化改質反応: CnHm(炭化水素) + H2 + O2 → H2 + H2O + CO + CO2
部分酸化改質反応は、高温場をもたらすので、水蒸気改質反応が付随する場合が多い。
The target hydrocarbon reforming reaction is as follows (however, the coefficient of the reaction formula is omitted).
Steam reforming reaction: C n H m (hydrocarbon) + H 2 O → H 2 + CO + CO 2
Pyrolysis reforming reaction: C n H m (hydrocarbon) → C n H m ′ (coke, n >> m ′) + H 2
Partial oxidation reforming reaction: C n H m (hydrocarbon) + H 2 + O 2 → H 2 + H 2 O + CO + CO 2
The partial oxidation reforming reaction results in a high temperature field and is often accompanied by a steam reforming reaction.

改質ガスの組成は、改質温度での平衡組成とした。一般に改質による水素の生成反応では反応速度が小さく、平衡組成に近いほど、改質ガス中の水素濃度が有利になるので、最良の条件で検討した。改質後の改質ガスは、速やかに冷却されて反応性が低下するので、改質時の平衡組成を維持できる。但し、炭化水素として多量のタールを含むガス(粗COG等)を改質しても容易には平衡組成の得られないことが知られているので、粗COGを原料とする際の改質ガス組成には試験結果の実績を用いる。   The composition of the reformed gas was an equilibrium composition at the reforming temperature. In general, the hydrogen generation reaction by reforming has a lower reaction rate, and the closer to the equilibrium composition, the more advantageous is the hydrogen concentration in the reformed gas. Since the reformed gas after reforming is quickly cooled and its reactivity is lowered, the equilibrium composition during reforming can be maintained. However, it is known that even if a gas containing a large amount of tar (such as crude COG) is reformed as a hydrocarbon, an equilibrium composition cannot be easily obtained. The results of the test results are used for the composition.

高炉シャフト部に供給する改質ガスは、高炉シャフト部に供給可能な高圧(ここでは1MPa)、かつ、高炉内を通常操業よりも冷却させないための高温(800℃以上)とする。   The reformed gas supplied to the blast furnace shaft portion is set to a high pressure (1 MPa in this case) that can be supplied to the blast furnace shaft portion, and to a high temperature (800 ° C. or higher) for preventing the inside of the blast furnace from being cooled more than normal operation.

水素製造時生成CO2量ΔCO2は、次に式により計算できる
ΔCO2 = ΔCO2,comp + ΔCO2,heat + ΔCO2,cmp + ΔCO2,ph + ΔCO2,O2
Hydrogen production during the generation amount of CO 2? CO2 2 is, ΔCO 2 = ΔCO 2 next be calculated by the formula, comp + ΔCO 2, heat + ΔCO 2, cmp + ΔCO 2, ph + ΔCO 2, O2

この式において、ΔCO2,compは、原料炭化水素+添加物(水等)の組成の、改質時の温度における平衡組成におけるCO2濃度に対応するCO2量を表す。粗COGや精製COG中のCO2濃度は、通常、0に近いので、高炉供給ガス中CO2濃度は、実質的に改質で発生したCO2流量に対応し、すなわち、
[高炉供給ガス中CO2濃度]×[高炉供給ガス流量]
に対応する。
In this equation,? CO2 2, comp is feedstock hydrocarbon + additive compositions (such as water), represents the amount of CO 2 corresponding to the CO 2 concentration in the equilibrium composition at the temperature during modification. CO 2 concentration in the crude COG and purification COG usually is close to zero, blast furnace feed gas CO 2 concentration corresponds to CO 2 flow rate generated in the substantially modified, i.e.,
[Blast furnace feed gas CO 2 concentration] × [blast furnace feed gas flow rate]
Corresponding to

ΔCO2,heatは、 改質反応に必要な種々の熱量(反応発熱、原料の予熱等)のうち外部から直接に供給する熱量を発生させる際に発生するCO2量を表す。所要熱量を天然ガスの燃焼によって与えるものとして、天然ガスの完全燃焼によって生成するCO2量を次の式で与える。
ΔCO2,heat = [消費する天然ガスmol流量] × 1 molCO2/molCH4
= [所要熱量] / ([熱効率ηheat] × [天然ガス発熱量])
以降の算定では、ηheat=70%として計算した。
ΔCO 2, heat represents the amount of CO 2 generated when the amount of heat directly supplied from the outside is generated among the various amounts of heat necessary for the reforming reaction (reaction exotherm, raw material preheating, etc.). Assuming that the required amount of heat is given by the combustion of natural gas, the amount of CO 2 produced by the complete combustion of natural gas is given by the following equation.
ΔCO 2, heat = [Mole flow rate of natural gas consumed] × 1 mol CO2 / mol CH4
= [Required heat value] / ([Thermal efficiency η heat ] × [Natural gas calorific value])
In the subsequent calculation, the calculation was performed with η heat = 70%.

ΔCO2,cmpは、高炉内の深部に吹き込むために高炉内の圧力よりも十分大きい圧力(少なくとも0.2MPa)で供給する必要がある高炉への供給ガスを常圧から昇圧するための動力を発生させる際に発生するCO2量を表し、例えば、天然ガス火力発電によって発電された電力を用いる場合には、消費電力に対応して火力発電所から排出されるCO2発生量として、次の式で与える。
ΔCO2,cmp = [消費する天然ガスmol流量] × 1 molCO2/molCH4
= [昇圧用コンプレッサ消費電力]/([発送電効率ηel]×[天然ガス発熱量])
以降の算定では、昇圧用コンプレッサ消費電力を常圧から0.3MPaまでの断熱圧縮仕事率から求め、また、ηel=50%として計算した。
ΔCO 2, cmp is power for boosting the supply gas to the blast furnace, which must be supplied at a pressure (at least 0.2 MPa) that is sufficiently higher than the pressure in the blast furnace to be blown into the deep part of the blast furnace. Represents the amount of CO 2 generated when it is generated. For example, in the case of using electric power generated by natural gas thermal power generation, the following CO 2 generation amount discharged from a thermal power plant corresponding to power consumption is Give it as an expression.
ΔCO 2, cmp = [Mole flow rate of natural gas consumed] × 1 mol CO2 / mol CH4
= [Compressor power consumption for boosting] / ([shipping power efficiency η el ] × [natural gas calorific value])
In the subsequent calculations, the compressor power consumption for boosting was calculated from the adiabatic compression power from normal pressure to 0.3 MPa, and calculated with η el = 50%.

ΔCO2,phは、高炉シャフト部への供給ガスの予熱に必要な熱量を発生させる際に発生するCO2発生量を表す。高炉シャフト部への供給ガスは、通常、予熱される場合が多い。
以降の算定では、ΔCO2,phはΔCO2,heatと同様の方法で算出した。
ΔCO 2, ph represents the amount of CO 2 generated when generating the amount of heat necessary for preheating the supply gas to the blast furnace shaft. The gas supplied to the blast furnace shaft is usually preheated in many cases.
In subsequent calculations, ΔCO 2, ph was calculated in the same manner as ΔCO 2, heat .

ΔCO2,O2は、粗COGの改質に部分酸化法を用い、かつ、酸素を純酸素の形で与える場合の、酸素製造時に必要なエネルギを発生させる際に発生するCO2発生量を表す。
以降の算定では、酸素製造時の電力原単位を0.3kWh/Nm3 O2とし、ΔCO2,heatと同様の方法で算出した。
ΔCO 2, O 2 represents the amount of CO 2 generated when the partial oxidation method is used for reforming the crude COG and oxygen is supplied in the form of pure oxygen to generate energy necessary for oxygen production. .
In the subsequent calculations, the electric power consumption at the time of oxygen production was set to 0.3 kWh / Nm 3 O 2, and the calculation was performed in the same manner as ΔCO 2, heat .

本発明の高炉へのガス供給装置及び方法によれば、高炉シャフト部供給用の還元ガスの製造に関連して発生する二酸化炭素(CO2)の削減が可能となり、省エネルギ対策にとって、ひいては地球温暖化対策にとって資するところが大きい。 According to the gas supply apparatus and method for a blast furnace of the present invention, carbon dioxide (CO 2 ) generated in connection with the production of reducing gas for supplying a blast furnace shaft portion can be reduced. There is a great contribution to global warming countermeasures.

本発明の第1の実施形態の模式図である。It is a schematic diagram of the 1st Embodiment of this invention. 炭化炉の模式図である。It is a schematic diagram of a carbonization furnace. 固体カーボン分離機構の実施形態の模式図である。It is a schematic diagram of an embodiment of a solid carbon separation mechanism. 固体カーボン分離機構の他の実施形態の模式図である。It is a schematic diagram of other embodiment of a solid carbon separation mechanism. 固体カーボン分離機構の他の実施形態の模式図である。It is a schematic diagram of other embodiment of a solid carbon separation mechanism. 固体カーボン分離機構の他の実施形態の模式図である。It is a schematic diagram of other embodiment of a solid carbon separation mechanism. 部分酸化改質装置の実施形態の模式図である。It is a schematic diagram of embodiment of a partial oxidation reforming apparatus. 部分酸化改質装置の他の実施形態の模式図である。It is a schematic diagram of other embodiment of a partial oxidation reforming apparatus. 部分酸化改質装置の他の実施形態の模式図である。It is a schematic diagram of other embodiment of a partial oxidation reforming apparatus. 本発明の第2の実施形態の模式図である。It is a schematic diagram of the 2nd Embodiment of this invention.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。   Exemplary embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.

まず、第1の実施形態を模式的に示す図1を参照して、本発明の高炉へのガス供給装置の基本的な全体構成を説明する。   First, a basic overall configuration of a gas supply apparatus for a blast furnace according to the present invention will be described with reference to FIG. 1 schematically showing the first embodiment.

(全体構成)
本発明の装置は、コークス炉1、炭化炉2、ガス精製装置3、ガス搬送装置4、予熱装置5、部分酸化改質装置6、高炉7が上流からこの順に連結されることによって構成される。これらの装置は、通気管などの手段を用いて連結することができる。コークス炉1には、発生するコークス炉ガス(COG)の水分低減手段1Aが付帯する。例えば、石炭の水分を低減するためのDAPSやSCOPE21等を水分低減手段1Aとし、水分低減手段1Aで脱水された石炭は、ベルトコンベヤ等の石炭搬送手段1Bによってコークス炉1まで輸送することができる。部分酸化改質装置には、酸素ガスおよび可燃性ガスを供給して燃焼させる燃焼器8が接続している。
(overall structure)
The apparatus of the present invention is configured by connecting a coke oven 1, a carbonization furnace 2, a gas purification apparatus 3, a gas transfer apparatus 4, a preheating apparatus 5, a partial oxidation reforming apparatus 6, and a blast furnace 7 in this order from the upstream. . These devices can be connected using means such as a vent pipe. The coke oven 1 is accompanied by a moisture reducing means 1A for the generated coke oven gas (COG). For example, DAPS or SCOPE 21 for reducing the moisture of coal is used as the moisture reducing means 1A, and the coal dehydrated by the moisture reducing means 1A can be transported to the coke oven 1 by the coal conveying means 1B such as a belt conveyor. . The partial oxidation reformer is connected to a combustor 8 that supplies oxygen gas and combustible gas to burn.

(コークス炉)
コークス炉1としては、製鉄業等で用いられる一般的なコークス炉を適用することができる。あるいは、より小型のシステムであれば、キルン等の加熱炉に石炭を連続的に供給して加熱し、COGを連続的に発生させてもよい。
(Coke oven)
As the coke oven 1, a general coke oven used in the steel industry or the like can be applied. Alternatively, if the system is smaller, coal may be continuously supplied to a heating furnace such as a kiln and heated to continuously generate COG.

(石炭)
COGを発生させるための石炭には、高炉法による鉄鋼精錬に適したコークスの原料となる石炭である、水分濃度6質量%以上、かつ、15%以下の瀝青炭を用いることができる。あるいは、COGの発生量や品質を重視して、亜瀝青炭や褐炭を用いてもよい。これらの石炭は、採掘、取引、輸送、保管等の際の火災や飛散を防止するために、一般に、コークス炉に供給される直前まで、所定の水分濃度以上を維持するように保持される。このような所定水分濃度下限値は、上記6質量%とすべきである。また、石炭中の過剰な水分濃度は、作業性や作業コストの点で問題があるので、製鉄用の瀝青炭に関しては、概ね上記15質量%以下とすべきである。
(coal)
As the coal for generating COG, bituminous coal having a water concentration of 6 mass% or more and 15% or less, which is a coal as a raw material for coke suitable for steel refining by the blast furnace method, can be used. Alternatively, subbituminous coal or lignite may be used with emphasis on the amount of COG generated and quality. In order to prevent fire and scattering during mining, trading, transportation, storage, etc., these coals are generally held so as to maintain a predetermined moisture concentration or more until immediately before being supplied to the coke oven. Such a lower limit value of the predetermined moisture concentration should be 6% by mass. Moreover, since excessive moisture concentration in coal has a problem in terms of workability and work cost, the bituminous coal for iron making should be approximately 15% by mass or less.

(コークス炉ガス(COG))
石炭乾留時に発生するCOGには、メタン・エタン等の脂肪族有機物ガス、ベンゼン・トルエン等の芳香族炭化水素軽質油ガス、芳香族重質炭化水素を主体とするタールガス等が含有されている。また、使用する石炭に付着または含有された水分がコークス炉内で蒸発することにより、COG中には一般に水蒸気が含まれる。
(Coke oven gas (COG))
The COG generated during coal dry distillation contains aliphatic organic gas such as methane and ethane, aromatic hydrocarbon light oil gas such as benzene and toluene, tar gas mainly composed of aromatic heavy hydrocarbon, and the like. Further, water adhering to or contained in the coal to be used evaporates in the coke oven, so that COG generally contains water vapor.

本発明において炭化炉2での水素生成反応で熱分解される主な物質としては、タールが適当である。これは、タールの主成分である芳香族炭化水素を熱分解した場合、水素を放出した残りの炭化水素が二次元的芳香族多環組織からなる巨大分子として容易に成長して直径が数μm〜数mmの固体カーボン粒が得られ易いので、固体カーボンを炭化炉内に保持することが容易だからである。生成した固体カーボンを炭化炉内に一定時間保持することによって、固体カーボン中に残留していた水素も徐々に水素ガスとして離脱するので、熱分解は、一層促進される。一方、脂肪族有機物も熱分解しうるが、その際、生成する固体カーボンは、一般にダイヤモンド状結晶構造がランダムに配置したアモルファス状の組織となることが多く、直径がナノメートルからサブミクロンの超微粒子として固体カーボンが生成するため、生成固体カーボンを炭化炉内に保持することや炭化炉からまとめて分離・排出することが困難となりがちである。また、硫化水素ガスを高い濃度で含有することの避けられないCOGの場合、触媒を用いた水素生成反応では、タールの反応の方が脂肪族炭化水素の反応よりも反応速度が一般に高い点でも、タールを熱分解することが有利である。この点は、硫化水素濃度の低い原料ガスを用いるエチレンプラントでの脂肪族炭化水素の改質反応では反応速度が極めて大きいことに対する、本発明の対象とするプロセスの特徴である。   In the present invention, tar is suitable as the main substance thermally decomposed by the hydrogen generation reaction in the carbonization furnace 2. This is because when aromatic hydrocarbons, which are the main components of tar, are pyrolyzed, the remaining hydrocarbons that have released hydrogen easily grow as macromolecules composed of a two-dimensional aromatic polycyclic structure and have a diameter of several μm. This is because solid carbon particles of ˜several mm can be easily obtained, so that it is easy to hold the solid carbon in the carbonization furnace. By maintaining the generated solid carbon in the carbonization furnace for a certain period of time, hydrogen remaining in the solid carbon is gradually released as hydrogen gas, so that thermal decomposition is further promoted. On the other hand, aliphatic organic matter can also be thermally decomposed, but the solid carbon produced at that time generally has an amorphous structure in which diamond-like crystal structures are randomly arranged, and has a diameter of nanometer to submicron. Since solid carbon is generated as fine particles, it tends to be difficult to hold the generated solid carbon in the carbonization furnace or to separate and discharge the carbon from the carbonization furnace collectively. In addition, in the case of COG that unavoidably contains hydrogen sulfide gas at a high concentration, in the hydrogen generation reaction using a catalyst, the reaction rate of tar is generally higher than the reaction of aliphatic hydrocarbons. It is advantageous to pyrolyze tar. This is a feature of the process which is the subject of the present invention, in which the reaction rate is very high in the reforming reaction of aliphatic hydrocarbons in an ethylene plant using a raw gas having a low hydrogen sulfide concentration.

(COGの水分低減手段)
COGの水分低減手段1Aとしては、従来技術であるDAPSやSCOPE21炉を用いて、コークス炉に供給される石炭を事前に乾燥させておくことができる。乾燥した石炭を乾留すれば、発生するCOG中の水分を減少させることができる。あるいは、より小型のシステムの場合には、数カ月以上といった長期間、石炭を石炭庫で保管し、その間に水分を自然に蒸発させてもよい。
(COG moisture reduction means)
As the COG moisture reducing means 1A, the coal supplied to the coke oven can be dried in advance using a conventional DAPS or SCOPE21 furnace. If the dried coal is carbonized, the moisture in the generated COG can be reduced. Alternatively, in the case of a smaller system, coal may be stored in a coal warehouse for a long period of time such as several months or more, and moisture may be naturally evaporated during that time.

COGの炭化炉2での水素生成反応において、タール等の熱分解反応を卓越させるためには、水分低減手段を用いて石炭の水分(全水分)濃度を4質量%未満とすることが好ましい。その理由は、以下の知見によるものである。本発明者らは、コークス炉用の瀝青炭を連続式のコークス炉に供給して、熱分解で用いる触媒の水素生成反応特性を調査した。その際に用いた瀝青炭は、当初、実機と同レベルの6〜10質量%の水分含有量のものであった。この試験結果から、いずれの試験条件においても、水素生成に伴って、水素発生量の約20mol%以上のCO2の発生が避けられず、省CO2の観点から問題であった。あるとき、貯炭場の天日にさらされ易い場所から瀝青炭を採取して同様の試験にかけたところ、水素発生量やCO発生量にあまり影響を与えることなく、CO2の発生量が発生水素量の約8mol%に低減した。供給した石炭の残材を分析した結果、この石炭の水分含有量は3〜4質量%であり、天日によって自然乾燥のなされた石炭を試験に適用していたことがわかった。このように、実機で常用される石炭水分の下限値である6質量%の条件では大量に発生していた水素生成反応時の生成CO2量を、石炭水分量を4質量%弱に低減することで、劇的に低減できることを、本発明者らは見出した。 In the hydrogen generation reaction in the carbonization furnace 2 of the COG, in order to make thermal decomposition reaction such as tar excellent, it is preferable that the moisture (total moisture) concentration of coal is less than 4% by mass using moisture reducing means. The reason is due to the following findings. The inventors of the present invention supplied bituminous coal for a coke oven to a continuous coke oven and investigated the hydrogen generation reaction characteristics of the catalyst used in the thermal decomposition. The bituminous coal used at that time had a water content of 6 to 10% by mass at the same level as the actual machine. From these test results, under any test condition, generation of CO 2 of about 20 mol% or more of the hydrogen generation amount was unavoidable with hydrogen generation, which was a problem from the viewpoint of CO 2 saving. At one time, when bituminous coal was collected from a place that was easily exposed to the sun in the coal storage, and subjected to a similar test, the amount of generated CO 2 was reduced without significantly affecting the amount of hydrogen or CO generated. Of about 8 mol%. As a result of analyzing the remaining material of the supplied coal, it was found that the moisture content of this coal was 3 to 4% by mass, and the coal that had been naturally dried by the sun was applied to the test. In this way, the amount of CO 2 produced during the hydrogen production reaction, which was generated in large quantities under the condition of 6% by mass, which is the lower limit value of coal moisture commonly used in actual machines, is reduced to less than 4% by mass of coal. The present inventors have found that this can be dramatically reduced.

石炭中の水分を低減するほど、CO2発生量を低減できるので、工業的に可能な範囲で石炭水分量をできるだけ低減することが好ましい。例えば、DAPSを用いれば、1質量%弱まで、石炭の水分量を低減することが可能である。また、ラボレベルの乾燥装置であれば、石炭の水分量をほぼ0にすることもできる。これらから、本発明においては、水分(全水分)含有量を4質量%未満、例えば0質量%超4質量%未満、あるいは1質量%以上4質量%未満、あるいは2質量%以上4質量%未満、あるいは1質量%以上3質量%以下、あるいは1質量%以上2質量%以下、に調整した石炭、特に瀝青炭、を使用するのが好ましい。但し、石炭の水分量を低減するためには、一般により多くのエネルギを消費する。特に、石炭の固有水分(瀝青炭の場合、約2%)未満の水分濃度を得ようとする場合には、石炭を105℃以上に加熱しなければならないので、石炭乾燥工程でCO2発生量が増加し易い。従って、石炭の目標水分レベルは、石炭乾燥工程でのエネルギ消費に伴って発生するCO2と、水素製造工程で発生するCO2とを合計した得失を考慮して、決定されるべきである。 Since the amount of CO 2 generation can be reduced as the moisture in the coal is reduced, it is preferable to reduce the coal moisture as much as possible within the industrially possible range. For example, if DAPS is used, the moisture content of coal can be reduced to less than 1% by mass. Moreover, if it is a laboratory-level drying apparatus, the moisture content of coal can also be made almost zero. Accordingly, in the present invention, the water (total water) content is less than 4% by mass, for example, more than 0% by mass and less than 4% by mass, or 1% by mass to less than 4% by mass, or 2% by mass to less than 4% by mass. Alternatively, it is preferable to use coal adjusted to 1% by mass to 3% by mass, or 1% by mass to 2% by mass, particularly bituminous coal. However, more energy is generally consumed in order to reduce the moisture content of coal. In particular, (in the case of bituminous coal, about 2%) inherent moisture of coal in order to obtain a water concentration of less than, because must be heated coal above 105 ° C., the CO 2 emissions in the coal drying process It is easy to increase. Therefore, the target moisture level of the coal, the CO 2 generated with the energy consumption in the coal drying process, taking into account the advantages and disadvantages of the sum of the CO 2 generated in the hydrogen production process, and should be decided.

場合によっては、石炭の水分を減少させることなくコークス炉に供給し、コークス炉で発生した高濃度の水蒸気を含むCOGを抽気して、高温用ゼオライト等の吸着剤を通過させることによってCOG中の水分を低減させてもよい。   In some cases, COG is supplied to a coke oven without reducing the moisture of the coal, COG containing high-concentration water vapor generated in the coke oven is extracted, and an adsorbent such as high-temperature zeolite is passed through to pass through the COG. Moisture may be reduced.

次に、本発明における炭化炉2とそれに付随する装置について、図2に例示した態様を参照して具体的に説明する。   Next, the carbonization furnace 2 and the apparatus associated therewith in the present invention will be specifically described with reference to the embodiment illustrated in FIG.

(炭化炉)
炭化炉2は、コークス炉1から連続的に供給されるCOG14中の炭化水素(主にタールガス)を熱分解により改質して、水素ガスと固体カーボンに分離し、改質ガス15を下流に排出するとともに、生成した固体カーボンを貯留するための炉である。炉内温度を熱分解反応に好適な温度に保持し、かつ、熱分解を主体とする水素生成反応に要する反応熱を供給するために、炭化炉には、炉体外部から(あるいは、炉内に発熱体等を設けて炉内から)熱供給を行うための熱供給手段32を設ける。この熱供給手段32には、一般的な電気ヒータ加熱や直火加熱を用いることができる。炭化炉2は、生成した固体カーボンのそこでの燃焼を避けるため、酸化源となる酸素・空気・水蒸気等の炭化炉への流入を極力避ける構造とする。具体的には、部分酸化法におけるような、水素生成反応中のCOGへの酸素供給手段等を設けることをしない。水蒸気も、COGに元々含まれていたもの以外、COGへの添加を行わない。タールの熱分解反応に好適な反応温度は、熱分解触媒を用いる場合には、概ね650℃から900℃の範囲である。この温度範囲以下でCOGを炭化炉に通気させると、タールの凝縮が生じ、この凝縮液が固体カーボン微粒子間の空間を塞ぐため、固体カーボンを炭化炉内に保持する本発明では、容易に炭化炉の閉塞を生じる問題が存在する。しかし、本発明では、この熱分解反応に好適な温度範囲に炭化炉内を保持することによって、COG中に含まれるタールを凝縮させることなく、熱分解によって副生した固体カーボンは乾燥した状態に維持でき、固体カーボンによる通気性低下を最小化することができる。また、炭化炉内の圧力は、コークス炉内圧よりも低いことが好ましい。例えば、コークス炉内圧は通常、10Pa(ゲージ圧)超であるので、炭化炉内圧力を10Pa(ゲージ圧)以下として、COGの通気を維持することができる。炭化炉内圧力の下限は特に存在しないが、炭化炉の耐圧性、炭化炉内のガス密度、必要な真空装置能力(これは場合により必要となることがある)等の観点から、−20000Pa(ゲージ圧)以上とすることができる。
(Carbonization furnace)
The carbonization furnace 2 reforms hydrocarbons (mainly tar gas) in the COG 14 continuously supplied from the coke oven 1 by pyrolysis, separates them into hydrogen gas and solid carbon, and brings the reformed gas 15 downstream. A furnace for discharging and storing the generated solid carbon. In order to maintain the furnace temperature at a temperature suitable for the pyrolysis reaction and supply reaction heat required for the hydrogen generation reaction mainly composed of pyrolysis, the carbonization furnace is supplied from the outside of the furnace body (or inside the furnace). A heat supply means 32 is provided for supplying heat from the furnace by providing a heating element or the like. As the heat supply means 32, general electric heater heating or direct fire heating can be used. The carbonization furnace 2 has a structure that avoids inflow of oxygen, air, water vapor, and the like, which are oxidation sources, into the carbonization furnace as much as possible in order to avoid combustion of the generated solid carbon there. Specifically, there is no provision of oxygen supply means for COG during the hydrogen generation reaction as in the partial oxidation method. Water vapor is not added to the COG other than that originally contained in the COG. The reaction temperature suitable for the thermal decomposition reaction of tar is generally in the range of 650 ° C. to 900 ° C. when a thermal decomposition catalyst is used. When COG is passed through the carbonization furnace below this temperature range, tar condensation occurs, and this condensate closes the space between the solid carbon fine particles. Therefore, in the present invention in which the solid carbon is held in the carbonization furnace, carbonization is easily performed. There are problems that cause furnace blockage. However, in the present invention, by keeping the inside of the carbonization furnace in a temperature range suitable for this thermal decomposition reaction, the solid carbon produced as a by-product by thermal decomposition is kept dry without condensing the tar contained in the COG. Can be maintained, and the decrease in air permeability due to the solid carbon can be minimized. Moreover, it is preferable that the pressure in a carbonization furnace is lower than the pressure in a coke oven. For example, since the coke oven internal pressure is usually higher than 10 Pa (gauge pressure), the COG ventilation can be maintained by setting the carbonization furnace internal pressure to 10 Pa (gauge pressure) or less. The lower limit of the pressure in the carbonization furnace does not exist in particular, but from the viewpoint of the pressure resistance of the carbonization furnace, the gas density in the carbonization furnace, the required vacuum apparatus capacity (this may be necessary in some cases), etc., −20000 Pa ( (Gauge pressure) or more.

炭化炉2の中には、保持器12によって保持された粒状体層13から構成される固体カーボン保持機構30が設けられる。粒状体層13は、熱分解反応の好適に進行する温度に加熱、保温されるとともに、コークス炉1から直送された新鮮なCOGが常に通気するので、COGの熱分解反応の促進領域(反応領域)である。   In the carbonization furnace 2, a solid carbon holding mechanism 30 configured by the granular material layer 13 held by the cage 12 is provided. The granular layer 13 is heated and kept at a temperature at which the thermal decomposition reaction suitably proceeds, and fresh COG directly sent from the coke oven 1 is always aerated, so that the COG thermal decomposition reaction promotion region (reaction region) ).

炭化炉内壁11は、上下両端近傍に開口16、17を有し、これらの開口間に固体カーボン保持機構30を収納できるものであればどのような形状でもよい。開口16は、炭化炉2へのCOG14の流入口であり、コークス炉1(図1)に接続する通気管33に接続する。開口17は、炭化炉2からの改質ガス15の流出口であり、ガス精製装置3(図1)に連結する通気管34に接続する。炭化炉2内に導入されたCOGは、粒状体層13を矢印18の方向に下方から上方へ流れて水素生成反応を受け、改質ガス(1次改質ガス)として流出する。炭化炉内壁11は、例えば、円筒状、角型ダクト状などの形状であることができる。以下では、角型ダクト状の炭化炉内壁11を例に説明する。   The carbonization furnace inner wall 11 may have any shape as long as it has openings 16 and 17 in the vicinity of both upper and lower ends and the solid carbon holding mechanism 30 can be accommodated between these openings. The opening 16 is an inlet of the COG 14 to the carbonization furnace 2 and is connected to a vent pipe 33 connected to the coke oven 1 (FIG. 1). The opening 17 is an outlet of the reformed gas 15 from the carbonization furnace 2 and is connected to a vent pipe 34 connected to the gas purification device 3 (FIG. 1). The COG introduced into the carbonization furnace 2 flows from the lower part to the upper part in the direction of the arrow 18 in the direction of the arrow 18, undergoes a hydrogen generation reaction, and flows out as a reformed gas (primary reformed gas). The carbonization furnace inner wall 11 can have a shape such as a cylindrical shape or a rectangular duct shape, for example. Below, the square-shaped duct-shaped carbonization furnace inner wall 11 is demonstrated to an example.

以下の説明において、「炭化炉厚」は、水平断面における炭化炉内壁11の代表長さのうちの最小の長さに相当し、「炭化炉幅」は、水平断面における炭化炉内壁11の代表長さのうちの最大の長さに相当する。炭化炉内壁11が円筒の場合には、炭化炉内壁11の「幅」および「厚」を「直径」と置き換えればよい。「炭化炉高さ」は、炭化炉内壁11に囲まれた空間の代表高さのうちの最大の高さに相当する。   In the following description, “carbonization furnace thickness” corresponds to the minimum length of the representative length of the carbonization furnace inner wall 11 in the horizontal section, and “carbonization furnace width” is the representative of the carbonization furnace inner wall 11 in the horizontal section. It corresponds to the maximum length among the lengths. When the carbonization furnace inner wall 11 is a cylinder, the “width” and “thickness” of the carbonization furnace inner wall 11 may be replaced with “diameter”. The “carbonization furnace height” corresponds to the maximum height of the representative height of the space surrounded by the carbonization furnace inner wall 11.

炭化炉内壁11の材質は、触媒などの粒状体を保持する強度、触媒反応に関与する流体への耐熱・耐食性、反応生成物への耐汚染性を有する材料であれば、どのようなものでも使用できる。例えば、炭素鋼、ステンレス鋼、ニッケル合金、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、チタン合金等の金属材料、シリカ、アルミナ、窒化ケイ素、炭化ケイ素等のセラミックス材料(煉瓦に加工されたものを含む)、ソーダガラス、溶融石英等のガラス材料を使用することができる。   The material of the inner wall 11 of the carbonization furnace may be any material as long as it has a strength for holding a granular material such as a catalyst, heat resistance / corrosion resistance to a fluid involved in a catalytic reaction, and contamination resistance to a reaction product. Can be used. For example, carbon steel, stainless steel, nickel alloy, copper, copper alloy, aluminum, aluminum alloy, titanium, titanium alloy and other metal materials, silica, alumina, silicon nitride, silicon carbide and other ceramic materials (those processed into bricks) Glass materials such as soda glass and fused silica can be used.

炭化炉厚は、内蔵する固体カーボン保持機構30の代表厚よりも大きくなければならず、また、炭化水素の水素生成反応で一般的に生じる吸熱反応熱を外部からの伝熱で供給可能なように十分薄くなければならない。これらの観点から、炭化炉厚は、10mm以上、かつ、500mm以下とすることができ、より好ましくは、50mm以上、かつ、200mm以下とすることができる。炭化炉幅には、機能上、特段の制約はない。保持すべき固体カーボン保持機構の体積、炭化炉厚を基に、構造上・強度上の制約を考慮してエンジニアリング的に定めればよい(例えば、5000mm)。   The thickness of the carbonization furnace must be larger than the representative thickness of the built-in solid carbon holding mechanism 30, and the endothermic reaction heat generally generated in the hydrogen production reaction of hydrocarbons can be supplied by heat transfer from the outside. Must be thin enough. From these viewpoints, the thickness of the carbonization furnace can be 10 mm or more and 500 mm or less, and more preferably 50 mm or more and 200 mm or less. There is no particular restriction on the width of the carbonization furnace in terms of function. Based on the volume of the solid carbon holding mechanism to be held and the thickness of the carbonization furnace, it may be determined in terms of engineering in consideration of structural and strength constraints (for example, 5000 mm).

炭化炉高さは、固体カーボン保持機構の高さよりも大きくなければならない。一方、炭化炉内壁高さの上限については、機能上の制約はなく、構造上・強度上の制約を考慮してエンジニアリング的に定めればよい(例えば、5000mm)。   The carbonization furnace height must be greater than the height of the solid carbon holding mechanism. On the other hand, the upper limit of the inner wall height of the carbonization furnace is not limited in terms of function, and may be determined in terms of engineering in consideration of structural and strength limitations (for example, 5000 mm).

(固体カーボン保持機構)
固体カーボン保持機構30は、炭化炉内壁11で構成される反応領域(ガス流路)内に設けられ、COGと接触するように固体カーボンを保持する機構である。
(Solid carbon retention mechanism)
The solid carbon holding mechanism 30 is a mechanism that is provided in a reaction region (gas flow path) constituted by the carbonization furnace inner wall 11 and holds solid carbon so as to come into contact with the COG.

固体カーボン保持機構30は、図2に示すように、積層された複数の粒状体で構成される粒状体層13を炭化炉2の流路内に設けるとともに、互いに隣り合う粒状体間の空間に粒状、粉状、または多孔質体などの固体カーボンを保持する機構であることができる。粒状体の代わりに、単一の多孔質体を用いることもできる。粒状体層13や多孔質体を流入口の開口16や流出口の開口17をうずめることなく炭化炉内壁11流路内の定位置に保持するために、これらの下端に個々の粒状体等の落下を防止するとともに通気性を備えた保持器12を設ける。   As shown in FIG. 2, the solid carbon holding mechanism 30 is provided with a granular material layer 13 composed of a plurality of laminated granular materials in the flow path of the carbonization furnace 2, and in a space between adjacent granular materials. It can be a mechanism for holding solid carbon such as granular, powdery, or porous bodies. A single porous body can be used instead of the granular body. In order to hold the granular material layer 13 and the porous material at a fixed position in the flow path of the inner wall 11 of the carbonization furnace without swelling the opening 16 of the inlet and the opening 17 of the outlet, A cage 12 that prevents falling and has air permeability is provided.

粒状体層13を支持する保持器12には、網、パンチングメタル、複数の棒を用いて棒の間に空間を生じるように水平方向に各棒を互いに平行に並べて棒の両端を固定したもの等を用いることができる。このような保持器は、単一の多孔質体を固体カーボン保持機構に用いた場合にも用いることができる。保持器12の材質は、耐熱・耐腐食性・強度を備えた金属材料が好ましい。そのような金属材料の例として、ステンレス鋼、ハステロイ(登録商標)やインコネル(登録商標)等のNi合金、チタン、チタン合金等を挙げることができる。   The cage 12 that supports the granular material layer 13 includes a net, punching metal, and a plurality of bars, in which the bars are arranged in parallel to each other so as to create a space between the bars, and both ends of the bars are fixed. Etc. can be used. Such a cage can also be used when a single porous body is used for the solid carbon holding mechanism. The material of the cage 12 is preferably a metal material having heat resistance, corrosion resistance, and strength. Examples of such metal materials include stainless steel, Ni alloys such as Hastelloy (registered trademark) and Inconel (registered trademark), titanium, titanium alloys, and the like.

固体カーボンの性状は、粒子の落下し易さや、熱分解反応時の固体カーボン核生成サイトを多数確保する観点から、例えば直径0.1mm以下の微粉であることが好ましいが、作業性や設備制約のために、それより大きい粒状、または多孔質体であってもよい。固体カーボンの材質は、例えば、市販のカーボンブラック粉や、炭化水素の熱分解反応で副生した固体カーボンを用いることができる。   The property of the solid carbon is preferably a fine powder having a diameter of 0.1 mm or less, for example, from the viewpoint of ensuring the ease of dropping of particles and securing a large number of solid carbon nucleation sites during the pyrolysis reaction. Therefore, it may be a larger granular or porous body. As the material of the solid carbon, for example, commercially available carbon black powder or solid carbon produced as a by-product in the thermal decomposition reaction of hydrocarbons can be used.

粒状体には、熱分解反応条件における耐熱性、耐食性、耐ガス汚染性、並びに固体カーボンを保持可能な強度を有するものであれば、どのような材質のものでも使用できる。例えば、シリカガラス、アルミナのようなセラミックス粒子や、銅やニッケルの粒を使用することができる。また、個々の粒状体の寸法は、ガスの通気性を阻害しないように極端に小径のものは好ましくなく、かつ、固体カーボンを保持可能なように極端に粗大なものも好ましくない。代表寸法(例えば、直径)が0.1〜50mmのものを使用することができる。   As the granular material, any material can be used as long as it has heat resistance, corrosion resistance, gas contamination resistance, and strength capable of retaining solid carbon under thermal decomposition reaction conditions. For example, ceramic particles such as silica glass and alumina, and copper and nickel particles can be used. The size of each granular material is not preferably extremely small so as not to impede gas permeability, and extremely coarse so that solid carbon can be retained. The thing with a typical dimension (for example, diameter) of 0.1-50 mm can be used.

粒状体層の通気方向の厚みは、通気性の確保と固体カーボンの保持の観点から、10〜3000mmの範囲とすることができる。   The thickness of the particulate layer in the ventilation direction can be in the range of 10 to 3000 mm from the viewpoint of ensuring air permeability and retaining solid carbon.

単一の多孔質体を固体カーボン保持機構に用いた場合には、多孔質体には、気孔率20〜80%程度の市販のセラミックス多孔質材、例えば、アルミナ多孔質材、等を用いることができる。   When a single porous body is used for the solid carbon holding mechanism, a commercially available ceramic porous material having a porosity of about 20 to 80%, such as an alumina porous material, is used for the porous body. Can do.

(触媒)
炭化炉内壁11で形成される流路内に、熱分解触媒を配置することができる。熱分解触媒を粒状に加工して、前記粒状体層13を構成する粒状体として使用することができる。
(catalyst)
A pyrolysis catalyst can be disposed in the flow path formed by the carbonization furnace inner wall 11. The pyrolysis catalyst can be processed into a granular form and used as a granular body constituting the granular layer 13.

熱分解触媒には、ニッケル、マグネシウム、セリウム、アルミニウムを含む複合酸化物であって、アルミナを含まない複合酸化物からなる触媒であり、前記複合酸化物が、NiMgO、MgAl24、CeO2の結晶相からなる触媒を用いることができる。 The pyrolysis catalyst is a composite oxide containing nickel, magnesium, cerium, and aluminum, and is a composite oxide not containing alumina. The composite oxide is NiMgO, MgAl 2 O 4 , CeO 2. A catalyst composed of the following crystalline phase can be used.

本発明の炭化炉に好適に使用できる触媒の具体的な例としては、たとえば、ニッケル、マグネシウム、セリウム、アルミニウムを含む酸化物であって、少なくとも1種の複合酸化物を含み、単独化合物としてアルミナを含まないタール含有ガスの改質用触媒を挙げることができる(国際公開第2010/134326号パンフレット)。この複合酸化物の好適な例は、NiMgO、MgAl24、CeO2の結晶相からなり、さらには、各結晶相のうち、X線回折測定により求めたNiMgO結晶相の(200)面の結晶子の大きさが1nm〜50nm、MgAl24結晶相の(311)面の結晶子の大きさが1nm〜50nm、CeO2結晶相の(111)面の結晶子の大きさが1nm〜50nmである。この触媒は、炭素質原料を熱分解した際に発生する多量の硫化水素を含み、炭素析出を起こし易い縮合多環芳香族主体のタール含有ガスであっても、随伴するタール等重質炭化水素を高効率に改質して、水素、一酸化炭素、メタンを主体とする軽質炭化水素に変換すること、また、触媒性能が劣化した際、水蒸気又は空気の少なくともいずれかを高温下で触媒に接触させることにより、触媒上の析出炭素や吸着硫黄を除去して触媒性能を回復させ長期間安定した運転が可能になるという特徴を有する。なお、CeO2を含まない以外の条件を上記の触媒と同様にして製造した、より安価な触媒(Ni−MgO系触媒)でも上記の触媒に近い性能を得ることができる。 Specific examples of the catalyst that can be suitably used in the carbonization furnace of the present invention include, for example, an oxide containing nickel, magnesium, cerium, and aluminum, including at least one composite oxide, and alumina as a single compound. And a catalyst for reforming a tar-containing gas that does not contain hydrogen (WO 2010/134326 pamphlet). A suitable example of this composite oxide is composed of a crystal phase of NiMgO, MgAl 2 O 4 , and CeO 2 , and among the crystal phases, the (200) plane of the NiMgO crystal phase determined by X-ray diffraction measurement is used. The crystallite size is 1 nm to 50 nm, the crystallite size of the (311) plane of the MgAl 2 O 4 crystal phase is 1 nm to 50 nm, and the crystallite size of the (111) plane of the CeO 2 crystal phase is 1 nm to 50 nm. This catalyst contains a large amount of hydrogen sulfide generated when a carbonaceous raw material is thermally decomposed, and even if it is a condensed polycyclic aromatic-based tar-containing gas that easily causes carbon deposition, the accompanying heavy hydrocarbon such as tar Is converted to light hydrocarbons mainly composed of hydrogen, carbon monoxide, and methane, and when the catalyst performance deteriorates, at least one of water vapor and air is converted to the catalyst at a high temperature. By contacting, the carbon is removed from the catalyst and adsorbed sulfur, and the catalyst performance is restored to enable stable operation over a long period of time. Note that even a cheaper catalyst (Ni—MgO-based catalyst) manufactured under the same conditions as the above catalyst except that it does not contain CeO 2 can achieve performance close to that of the above catalyst.

本触媒がタールの水蒸気改質に好適に適用されることは知られていたが、熱分解反応特性に関する知見は、従来存在しなかった。本発明者らは、供給水分を極力減らした条件下で本触媒を800℃程度のタールガスに接触させると、タールは、COやCO2をほとんど生成することなく水素ガスと固体カーボンに分解することを見出した。即ち、本触媒は、タールの熱分解反応を促進するために好適に適用でき、また、供給水分濃度を調整することによって、水素製造におけるCOおよびCO2発生量を低減可能である。 Although it has been known that this catalyst is suitably applied to steam reforming of tar, there has been no knowledge regarding the thermal decomposition reaction characteristics. When the present catalyst is brought into contact with a tar gas at about 800 ° C. under conditions where the supplied water is reduced as much as possible, the tar decomposes into hydrogen gas and solid carbon with almost no generation of CO or CO 2. I found. That is, the present catalyst can be suitably applied to promote the thermal decomposition reaction of tar, and the amount of CO and CO 2 generated in hydrogen production can be reduced by adjusting the supply water concentration.

(固体カーボン分離機構)
本発明で用いる炭化炉2は、炭化炉2内で生成した炉温相当温度の固体カーボンの一部または全部を炭化炉2内の少なくとも反応領域から分離・除去して固体カーボンとして回収するための固体カーボン分離機構を有することができる。
(Solid carbon separation mechanism)
The carbonization furnace 2 used in the present invention is for separating and removing a part or all of the solid carbon generated in the carbonization furnace 2 at a temperature corresponding to the furnace temperature from at least the reaction region in the carbonization furnace 2 and recovering it as solid carbon. It can have a solid carbon separation mechanism.

例えば、図3に示す、炭化炉2の内壁に接する粒状体層13を保持する保持器12と、前記保持器12を昇降させることにより前記粒状体層13を昇降させるための保持器駆動機構20と、分離した固体カーボン25を貯留するための非反応部35とを含む固体カーボン分離機構31を用いることができる。   For example, as shown in FIG. 3, a cage 12 for holding the granular material layer 13 in contact with the inner wall of the carbonization furnace 2, and a cage driving mechanism 20 for raising and lowering the granular material layer 13 by raising and lowering the cage 12. And a solid carbon separation mechanism 31 including the non-reacting part 35 for storing the separated solid carbon 25 can be used.

炭化炉2の中には、保持器12によって保持された粒状体層13から構成される固体カーボン保持機構30が設けられる。また、炭化炉2の下部には、保持器12を昇降させるための保持器駆動機構20と、保持機構30から落下した固体カーボン25を貯留するための非反応部35とを含む、固体カーボン分離機構31が設けられる。粒状体層13は、熱分解反応の好適に進行する温度に加熱、保温されるとともに、コークス炉1から直送された新鮮なCOGが常に通気するので、COGの熱分解反応の促進領域(反応領域)である。一方、落下した固体カーボンを貯留する領域は、温度を反応温度域よりも低く維持するとともに、通気を淀ませて新鮮なCOGを供給しない、あるいは触媒から遠ざける等の手段によって、水素生成反応や酸化反応を進ませないための非反応部35である。   In the carbonization furnace 2, a solid carbon holding mechanism 30 configured by the granular material layer 13 held by the cage 12 is provided. In addition, the carbonization furnace 2 includes a cage driving mechanism 20 for raising and lowering the cage 12 and a non-reacting portion 35 for storing the solid carbon 25 dropped from the holding mechanism 30 at the lower portion of the carbonization furnace 2. A mechanism 31 is provided. The granular layer 13 is heated and kept at a temperature at which the thermal decomposition reaction suitably proceeds, and fresh COG directly sent from the coke oven 1 is always aerated, so that the COG thermal decomposition reaction promotion region (reaction region) ). On the other hand, in the region where the solid carbon that has fallen is stored, the temperature is kept lower than the reaction temperature range, and the hydrogen generation reaction or oxidation is not performed by a means such as not supplying fresh COG by keeping air vented or keeping away from the catalyst. This is a non-reactive part 35 for preventing the reaction from proceeding.

図3に示した実施形態では、固体カーボン分離機構31は、固体カーボン保持機構30、保持器駆動機構20、並びに非反応部35から構成され、保持器12を保持器駆動機構20によって昇降させることによって保持器12上の粒状体層13を炭化炉内壁11内で昇降させる。粒状体層13が昇降する際には、粒状体間に相対運動を生じて、粒状体間に堆積していた固体カーボンが粒状体層から落下して除去され、非反応部35に貯留される。非反応部35は、炭化炉2内の下部に配置してもよく、または図3に示したように炭化炉2の下方に配置してもよい。いずれの場合も、非反応部35は、上述のように、炭化炉4内の反応領域から区分されるとともにCOG流れとの接触の抑制された空間である。保持器駆動機構20には、駆動装置21が装備され、伝導軸22を経由して保持器12に接続し、駆動装置21の昇降動作によって、保持器12と粒状体層13の全体が昇降する。駆動装置21には、エアシリンダ、ラックピニオン等の歯車を利用した機構などの、一般的な駆動装置を用いることができる。   In the embodiment shown in FIG. 3, the solid carbon separation mechanism 31 includes a solid carbon holding mechanism 30, a cage driving mechanism 20, and a non-reaction unit 35, and the cage 12 is moved up and down by the cage driving mechanism 20. Thus, the granular material layer 13 on the cage 12 is moved up and down in the carbonization furnace inner wall 11. When the granular material layer 13 moves up and down, relative movement occurs between the granular materials, and the solid carbon deposited between the granular materials falls and is removed from the granular material layer and stored in the non-reacting portion 35. . The non-reacting part 35 may be arranged at the lower part in the carbonization furnace 2 or may be arranged below the carbonization furnace 2 as shown in FIG. In any case, as described above, the non-reacting portion 35 is a space that is separated from the reaction region in the carbonization furnace 4 and in which contact with the COG flow is suppressed. The cage drive mechanism 20 is equipped with a drive device 21, which is connected to the cage 12 via the conduction shaft 22, and the cage 12 and the entire granular material layer 13 are moved up and down by the raising and lowering operation of the drive device 21. . The drive device 21 can be a general drive device such as a mechanism using gears such as an air cylinder and a rack and pinion.

少なくとも、伝導軸22の保持器12側の一部は炭化炉2の中の反応領域内に設置する必要がある。但し、駆動装置21は、炭化炉4の外部に設けることができる。この場合、市販の昇降装置を使える一方で、伝導軸22が炭化炉2の壁を貫通する部分を高温用パッキン等で封止する必要がある。   At least a part of the conduction shaft 22 on the cage 12 side needs to be installed in the reaction region in the carbonization furnace 2. However, the drive device 21 can be provided outside the carbonization furnace 4. In this case, while a commercially available lifting device can be used, it is necessary to seal the portion where the conductive shaft 22 penetrates the wall of the carbonization furnace 2 with high-temperature packing or the like.

保持器12の上昇時に、保持器12の一部が粒状体層13に食い込んで固体カーボンが自由落下しなくなる場合があるので、固体カーボンの自由落下を促進するために保持器12は上昇時だけでなく下降時も駆動することが好ましい。   When the cage 12 is raised, a part of the cage 12 may bite into the granular material layer 13 and solid carbon may not fall freely. Therefore, the cage 12 is only raised when the cage 12 is raised. It is preferable to drive even when the vehicle is lowered.

粒状体間の相対運動を十分行うため、また、装置の大型化を回避する観点から、保持器12の昇降ストロークを、粒状体外面の代表寸法(例:直径)の0.1倍以上、かつ、10倍以下とすることができ、さらに好ましくは、1倍以上、かつ、5倍以下とすることができる。   In order to sufficiently perform the relative motion between the granular materials, and from the viewpoint of avoiding an increase in the size of the apparatus, the lifting / lowering stroke of the cage 12 is not less than 0.1 times the representative dimension (eg, diameter) of the outer surface of the granular material, and It can be 10 times or less, more preferably 1 time or more and 5 times or less.

保持器12とともに粒状体層13を上昇させるのに要する所要上昇力は、上昇速度が小さいほど小さいので、低速が好ましい。本発明者らの調査の結果、10mm/sで保持器12とともに粒状体層13を上昇させるときの所要上昇力は、1mm/sで上昇させる場合の2倍が必要であることがわかった。また、大きな上昇速度では、粒状体が破壊しやすくなる。但し、1mm/sで上昇させる場合と0.5mm/sで上昇させる場合の所要上昇力の差は小さいので、1mm/sよりも遅くする必要は必ずしもない。また、10mm/sの上昇速度であっても、粒状体が破壊しないのであれば、適用してよい。   Since the required ascending force required to raise the granular material layer 13 together with the cage 12 is smaller as the ascending speed is smaller, a lower speed is preferable. As a result of the investigation by the present inventors, it has been found that the required ascending force when raising the granular material layer 13 together with the cage 12 at 10 mm / s needs to be twice that when raising at 1 mm / s. In addition, at a high ascending speed, the granular material tends to break. However, the difference in required ascending force between the case of raising at 1 mm / s and the case of raising at 0.5 mm / s is small, so it is not always necessary to make it slower than 1 mm / s. Further, even if the rising speed is 10 mm / s, it may be applied as long as the granular material does not break.

保持器12の下降速度は大きいことが好ましい。特に、最下端での触媒の自由落下速度よりも大きい速度(例:100mm/s)で保持器12を下降すれば、粒状体は保持器12から離脱して粒状体間の拘束が小さくなり、粒状体間の相対運動を大きくとれるので好ましい。但し、粒状体の自由落下速度よりも極端に大きな速度で保持器12を下降させても得られる効果に差はない。   The descending speed of the cage 12 is preferably large. In particular, if the cage 12 is lowered at a speed larger than the free fall rate of the catalyst at the lowermost end (eg, 100 mm / s), the granules are separated from the cage 12 and the constraint between the granules is reduced. This is preferable because the relative motion between the granular materials can be increased. However, there is no difference in the effect obtained even when the cage 12 is lowered at a speed extremely higher than the free fall speed of the granular material.

粒状体層13の上昇時に、粒状体層13では上方ほど粒状体間に働く反力が等方化し、粒状体層13を押し上げるための上下方向の力と同程度の力がこれ以外の方向にも生じ、この力に比例した摩擦力が触媒間で生じる。この摩擦力の下向き成分が粒状体層押し上げの抵抗力として働く。例えば、粒状体層13のアスペクト比(粒状体層高さ/炭化炉厚比)が2を超えると、押し上げ荷重が急激に上昇して、最下段で粒状体を破壊しうることを本発明者らは見出した。従って、粒状体層の高さは低いほどよく、粒状体層のアスペクト比(粒状体層高さ/炭化炉厚比)が2以下であることが好ましい。一方、昇降によって粒状体間の相対運動を生じるために粒状体層13に最低限必要な高さが存在するので、粒状体層高さは、平均的に粒状体の3層分以上の長さであることが好ましい。   When the granular material layer 13 rises, the reaction force acting between the granular materials becomes more isotropic in the granular material layer 13, and the same force as the vertical force for pushing up the granular material layer 13 is in the other direction. And a frictional force proportional to this force is generated between the catalysts. The downward component of this frictional force acts as a resistance force for pushing up the granular material layer. For example, when the aspect ratio (granular layer height / carbonization furnace thickness ratio) of the granular material layer 13 exceeds 2, the present inventors have shown that the push-up load increases rapidly and the granular material can be destroyed at the lowest stage. Found. Therefore, the lower the height of the granular material layer, the better, and the aspect ratio of the granular material layer (the granular material layer height / carbonization furnace thickness ratio) is preferably 2 or less. On the other hand, since there is a minimum necessary height in the granular material layer 13 in order to cause a relative motion between the granular materials by raising and lowering, the granular material layer height is an average length of three or more layers of the granular material. It is preferable that

粒状体層13から分離されて非反応部35に貯留された固体カーボン25は、オフラインで個別に回収することができる。回収された固体カーボンは、焼却することなく工業原料等に利用することによって、CO化やCO2化することを回避でき、水素製造時に発生するCO及びCO2の生成量を従来法に比べて大幅に削減できる。 The solid carbon 25 separated from the granular material layer 13 and stored in the non-reacting part 35 can be individually collected off-line. The recovered solid carbon can be used for industrial raw materials without being incinerated, thereby avoiding CO conversion or CO 2 conversion. Compared with conventional methods, the amount of CO and CO 2 generated during hydrogen production is reduced. It can be greatly reduced.

固体カーボン分離機構は、上記の方式に限るものではなく、粒状体層中に堆積する固体カーボンをCOGの改質中に除去できるものであればどのような形式のものでも適用することができる。   The solid carbon separation mechanism is not limited to the above system, and any type of solid carbon separation mechanism can be applied as long as the solid carbon deposited in the granular layer can be removed during the modification of COG.

例えば、図4に示す流動層方式の粒状体層13’を固体カーボン分離機構に適用することができる。炭化炉2内で保持器12によって保持された粒状体層13’にCOG流入口16から導入されたCOG14を上向きに通気する。COG14は、粒状体層13’を通過する際に熱分解して改質ガス15と固体カーボンを生成する。この際、粒状体層13’の流動化流速を超えるようにガス流れ18の流速を設定すると、粒状体層13’は流動化して流動層を形成する。ガス流れ18の流速が過大でないように設定すれば、粒状体は、下流に飛散することなく、炭化炉内で安定して流動層を形成できる。この流動層の中では固体カーボンは比較的自由に移動する。一般に、粒状体よりも密度の小さく、かつ、小径である、生成固体カーボン粒は、より下流に移動しやすく、ついには流動層から離脱して固体カーボン流れ47を形成し、改質ガス流出口17を通じて炭化炉2から流出する。非反応領域である、炭化炉より下流領域に除塵装置46を設けることによって、固体カーボン25を回収することができ、固体カーボン25を粒状体層13’からオンラインで分離・回収することができる。除塵装置46を通過した改質ガス15は、ガス精製装置3(図1)に供給される。   For example, a fluidized bed type granular material layer 13 ′ shown in FIG. 4 can be applied to a solid carbon separation mechanism. The COG 14 introduced from the COG inlet 16 is vented upward into the granular material layer 13 ′ held by the cage 12 in the carbonization furnace 2. The COG 14 is thermally decomposed when passing through the granular material layer 13 ′ to generate the reformed gas 15 and solid carbon. At this time, if the flow rate of the gas flow 18 is set so as to exceed the fluidization flow rate of the granular material layer 13 ′, the granular material layer 13 ′ is fluidized to form a fluidized bed. If it sets so that the flow velocity of the gas flow 18 may not be excessive, a granular material can form a fluidized bed stably within a carbonization furnace, without scattering downstream. Solid carbon moves relatively freely in the fluidized bed. In general, the generated solid carbon particles having a smaller density and smaller diameter than the granular material are more easily moved downstream, and finally leave the fluidized bed to form a solid carbon flow 47, and the reformed gas outlet 17 flows out of the carbonization furnace 2. By providing the dust removing device 46 in the non-reaction zone downstream of the carbonization furnace, the solid carbon 25 can be recovered, and the solid carbon 25 can be separated and recovered online from the granular material layer 13 ′. The reformed gas 15 that has passed through the dust removal device 46 is supplied to the gas purification device 3 (FIG. 1).

粒状体を流動化させるためには、粒状体の直径に適切な範囲が存在する。例えば、50〜300μmに設定すればよい。炭化炉2内で生成する固体カーボンの直径は、少なくとも生成初期には50μmであって粒状体直径よりも小さいので、粒状体を飛散させず、かつ、固体カーボンを飛散させることのできるガス流れ18の流速範囲が存在する。この流速範囲は、装置の設計条件として適宜決めればよく、例えば、0.1〜1m/sとすることができる。   In order to fluidize the granules, there is an appropriate range for the diameter of the granules. For example, what is necessary is just to set to 50-300 micrometers. The diameter of the solid carbon produced in the carbonization furnace 2 is 50 μm at least at the initial stage of production, and is smaller than the diameter of the granular material. Therefore, the gas flow 18 that does not scatter the granular material and can scatter the solid carbon. There is a flow rate range of. This flow velocity range may be appropriately determined as a design condition of the apparatus, and may be, for example, 0.1 to 1 m / s.

保持器12には、粒状体直径よりも小さな孔径を有する多孔質材料を用いることができる。例えば、微小なアルミナ粉の焼結体を用いることができる。   The cage 12 can be made of a porous material having a pore diameter smaller than the particle diameter. For example, a sintered body of fine alumina powder can be used.

除塵装置46には、例えば、バグフィルタ、スクラバ、あるいは、電気集塵装置等を用いることができる。   As the dust remover 46, for example, a bag filter, a scrubber, an electric dust collector or the like can be used.

この実施形態において、一部の固体カーボン、例えば、成長して粒径の大きいものは、飛散することがなく、流動層中に保持されるので、固体カーボン保持機構30は、粒状体層に一致する。   In this embodiment, some solid carbon, for example, grown and large particle size, is not scattered and retained in the fluidized bed, so the solid carbon retention mechanism 30 matches the granular layer. To do.

流動層方式の粒状体層を利用するもう一つの固体カーボン分離機構の例を、図5に示す。運転開始前(粒状体層の流動化前)の炭化炉2内には、図3と同様の構成の粒状体層13、粒状体回収器55、並びに粒状体還流路56が配置され、加熱・保温される。炭化炉2内の粒状体層13にCOG14を供給し、粒状体層13における所定値以上のガス流れ18の流速に設定すると、粒状体層13は流動層化して、粒状体は流動化するだけではなく、一部の粒状体は下流に飛散して粒状体流れ48を生じる。併せて、流動層内で生成した固体カーボンの一部も下流へ飛散して、固体カーボン流れ47を形成する。粒状体流れ48および固体カーボン流れ47は、ガス流れ18とともに粒状体回収器55に流入する。粒状体回収器55は、下流での流路断面積が大きく、ここでの流速が粒状体を上昇させるほどには大きくないため、粒状体は粒状体回収器55を通過することはできず、下方に落下する。一方、比較的粒径の小さく、かつ、密度も小さい、固体カーボン粒子は、ここでの低い流速のガス流れであっても上昇することができ、炭化炉2から下流へ流出できる。炭化炉2から流出した固体カーボンは、非反応領域において除塵器46で捕集され、固体カーボン25を粒状体層からオンラインで分離・回収することができる。除塵器46は、例えば、図4を参照して先に説明したタイプのものでよい。   An example of another solid carbon separation mechanism using a fluidized bed type granular material layer is shown in FIG. In the carbonization furnace 2 before the start of operation (before fluidization of the granular material layer), the granular material layer 13, the granular material recovery unit 55, and the granular material reflux path 56 having the same configuration as in FIG. 3 are arranged. Keep warm. When COG 14 is supplied to the granular material layer 13 in the carbonization furnace 2 and the flow rate of the gas flow 18 in the granular material layer 13 is set to a predetermined value or more, the granular material layer 13 is fluidized and the granular material is only fluidized. Rather, some of the particulates scatter downstream to produce a particulate flow 48. At the same time, part of the solid carbon produced in the fluidized bed is also scattered downstream to form a solid carbon stream 47. The particulate stream 48 and the solid carbon stream 47 enter the particulate collector 55 along with the gas stream 18. Since the granular material collector 55 has a large flow passage cross-sectional area downstream, and the flow velocity here is not so large as to raise the granular material, the granular material cannot pass through the granular material collector 55, Fall down. On the other hand, the solid carbon particles having a relatively small particle size and a small density can rise even if the gas flow has a low flow rate, and can flow out from the carbonization furnace 2 downstream. The solid carbon flowing out from the carbonization furnace 2 is collected by the dust remover 46 in the non-reaction region, and the solid carbon 25 can be separated and collected online from the granular material layer. For example, the dust remover 46 may be of the type described above with reference to FIG.

粒状体回収器55から落下した粒状体は、粒状体還流路56内に堆積するともに、重力によって粒状体還流路56内を落下して、流動化した粒状体層13に戻る。即ち、粒状体は、炭化炉内を循環して流れる。   The granular material dropped from the granular material collector 55 is deposited in the granular material reflux path 56 and falls in the granular material circulation path 56 by gravity, and returns to the fluidized granular material layer 13. That is, the granular material flows through the carbonization furnace.

粒状体を飛散させ、かつ、炭化炉内で循環させるためのガス流れ18の流速範囲は、装置の設計条件として適宜決めればよく、例えば、2〜10m/sとすることができる。   What is necessary is just to determine suitably the flow velocity range of the gas flow 18 for scattering a granular material and circulating in a carbonization furnace as a design condition of an apparatus, for example, can be 2-10 m / s.

あるいは、図6に示す機構を固体カーボン分離機構に適用することができる。炭化炉2には頂部に粒状体供給口50が、底部に粒状体排出口51が設けられており、粒状体供給口50から供給された粒状体は、炭化炉2内で側方を通気性を有する保持器12によって保持され、粒状体層13を形成する。炭化炉2内は、粒状体層13によって、入側空間57および出側空間58に隔てられ、入側空間57にはCOG14が流入し、粒状体層13をガス流れ18として通過する際に熱分解されて出側空間58に流入し、改質ガス15として炭化炉2から流出する。   Alternatively, the mechanism shown in FIG. 6 can be applied to the solid carbon separation mechanism. The carbonization furnace 2 is provided with a granular material supply port 50 at the top and a granular material discharge port 51 at the bottom, and the granular material supplied from the granular material supply port 50 is laterally permeable in the carbonization furnace 2. The granular material layer 13 is formed. The inside of the carbonization furnace 2 is separated by the granular material layer 13 into the inlet side space 57 and the outlet side space 58. COG 14 flows into the inlet side space 57 and heat is generated when it passes through the granular material layer 13 as the gas flow 18. It is decomposed and flows into the outlet space 58 and flows out from the carbonization furnace 2 as the reformed gas 15.

熱分解によって粒状体層13中に固体カーボンが堆積するので、炭化炉2内に所定時間滞留した粒状体を堆積した固体カーボンとともに、それぞれ粒状体流れ48および固体カーボン流れ47として、粒状体排出口51を通じて炭化炉2の外へ排出する。粒状体の排出タイミングや排出速度の制御は、粒状体排出手段52を用いて行う。粒状体の排出は、断続的であってよく、また、連続的に行ってもよい。改質操業中には、排出された粒状体の量と等しい量の粒状体を粒状体供給口から速やかに補填する。   Since the solid carbon is deposited in the granular material layer 13 by pyrolysis, the granular material outlet 48 becomes a granular material flow 48 and a solid carbon flow 47 together with the solid carbon on which the granular material staying in the carbonization furnace 2 is accumulated for a predetermined time. 51 is discharged out of the carbonization furnace 2. The granular material discharge timing and the discharge speed are controlled by using the granular material discharging means 52. The discharge of the granular material may be intermittent or may be performed continuously. During the reforming operation, the same amount of granules as the amount of discharged granules is quickly filled from the granule supply port.

炭化炉2から排出された粒状体および固体カーボンの混合物から固体カーボンのみを分離して回収する。その手段としては、例えば、粒状体および固体カーボンの混合物を篩53を用いて篩分けして小径の固体カーボン25を回収することができる。このように回収された固体カーボン25は、当然のことながら、非反応部35に存在する。固体カーボン25を分離後に篩53上に残った粒状体54は、篩上から適宜取り除かれる。   Only solid carbon is separated and recovered from the mixture of the granular material and solid carbon discharged from the carbonization furnace 2. As a means for this, for example, a mixture of a granular material and solid carbon can be sieved using a sieve 53 to recover the small-diameter solid carbon 25. The solid carbon 25 recovered in this way naturally exists in the non-reacting part 35. The granular material 54 remaining on the sieve 53 after separating the solid carbon 25 is appropriately removed from the sieve.

このような手法に用いられる粒状体には特段の制約はない。粒径として、例えば1mm〜30mmのものを使用できる。ガス流れの流速の制約も少ない。例えば、0.01〜10m/sとすることができる。   There are no particular restrictions on the granular material used in such a technique. As the particle size, for example, a particle size of 1 mm to 30 mm can be used. There are few restrictions on the flow velocity of the gas flow. For example, it can be set to 0.01 to 10 m / s.

炭化炉2への粒状体の供給には、例えば、ベルトコンベアやスクリューフィーダ等の市販の装置(図示せず)を用いることができる。   For supplying the granular material to the carbonization furnace 2, for example, a commercially available device (not shown) such as a belt conveyor or a screw feeder can be used.

粒状体排出手段52としては、ロータリーバルブやスクリューフィーダ等の市販の装置を用いることができる。粒状体排出手段52には、粒状体が必要以上に落下することを防止することを防ぐはたらきもある。従って、図6の炭化炉2においては、保持器12および粒状体の排出手段52によって囲まれた粒状体の領域が固体カーボン保持機構30である。   As the granular material discharging means 52, a commercially available device such as a rotary valve or a screw feeder can be used. The granular material discharging means 52 also has a function of preventing the granular material from falling more than necessary. Therefore, in the carbonization furnace 2 of FIG. 6, the region of the granular material surrounded by the cage 12 and the granular material discharging means 52 is the solid carbon holding mechanism 30.

(ガス精製装置)
ガス精製装置3は、炭化炉2から排出された1次改質ガス中の、少なくともタール・軽油・ベンゼン等の高沸点炭化水素や水分等の凝縮性ガスを除去する装置である。凝縮性ガスの除去は、スクラバ等によるガスの水冷装置や、蒸留塔を用いて行うことができる。必要に応じて、脱硫処理や脱アンモニア処理を追加してもよい。炭化炉2からの高温の1次改質ガスは、ガス精製装置における処理によって、少なくともガス搬送装置4の耐熱温度より低い温度まで、通常は常温付近まで、冷却される。
(Gas purification equipment)
The gas purification device 3 is a device that removes at least high-boiling hydrocarbons such as tar, light oil, and benzene, and condensable gases such as moisture in the primary reformed gas discharged from the carbonization furnace 2. The removal of the condensable gas can be performed using a gas water-cooling device such as a scrubber or a distillation tower. If necessary, desulfurization treatment or deammonification treatment may be added. The high-temperature primary reformed gas from the carbonization furnace 2 is cooled to at least a temperature lower than the heat-resistant temperature of the gas transfer device 4, usually near normal temperature, by the treatment in the gas purification device.

(ガス搬送装置)
ガス搬送装置4は、1次改質ガスを炭化炉2から吸引するとともに、昇圧して部分酸化改質装置6に送りこむための装置である。このために、ガス搬送装置4は、入側圧力を−10kPa程度、出側圧力を少なくとも0.2MPa、一般には0.2〜1MPa程度に維持できる揚程が必要である。ガス搬送装置4には、市販の多段軸流コンプレッサ等を用いることができる。
(Gas transfer device)
The gas transfer device 4 is a device for sucking the primary reformed gas from the carbonization furnace 2 and increasing the pressure to send it to the partial oxidation reforming device 6. For this purpose, the gas transport device 4 needs a head that can maintain an inlet pressure of about −10 kPa and an outlet pressure of at least 0.2 MPa, generally about 0.2 to 1 MPa. A commercially available multistage axial flow compressor or the like can be used for the gas transfer device 4.

(予熱装置)
1次改質ガスの部分酸化のための改質装置6では、酸素ガスを用いたガス燃焼を利用して通気ガスの昇温を行うものの、CO2生成量の削減や純水素原単位の観点から、供給する酸素量を必要最低源に設定すべきである。このため、常温の1次改質ガスをガス燃焼で昇温した場合、昇温後の通気ガス温度が水蒸気改質によるメタン分解を促進しうるほどには上昇しない場合が多い。このため、1次改質ガスを予熱装置5で予熱したうえでガス燃焼による通気ガスの昇温を行うことによって、昇温後の通気ガス温度を好適な範囲とすることができる。1次ガスの予熱温度は、300〜800℃程度が好ましい。
(Preheating device)
In 1 reformation gas reforming apparatus for the partial oxidation of 6, although performing heating vent gas by using a gas combustion using oxygen gas, the CO 2 generation amount of reduction and the pure water MotoHara units viewpoint Therefore, the amount of oxygen supplied should be set as the minimum required source. For this reason, when the temperature of the primary reformed gas at room temperature is raised by gas combustion, the temperature of the aerated gas after the temperature rise often does not rise so as to promote methane decomposition by steam reforming. For this reason, the primary reformed gas is preheated by the preheating device 5 and then the temperature of the aerated gas is raised by gas combustion, whereby the aerated gas temperature after the temperature rise can be set to a suitable range. The preheating temperature of the primary gas is preferably about 300 to 800 ° C.

予熱装置5における1次改質ガスの予熱は、例えば、市販の熱交換器を用いて、あるいは別途設けた燃焼炉で生成させた燃焼ガスと熱交換させて、行うことができる。   Preheating of the primary reformed gas in the preheating device 5 can be performed, for example, by using a commercially available heat exchanger or by exchanging heat with a combustion gas generated in a separately provided combustion furnace.

(部分酸化改質装置)
部分酸化改質装置6は、1次改質ガスに燃焼ガスを混合して、1次改質ガスを1000℃を大幅に超える温度(例:1500℃)に昇温することによって反応速度を高め、1次改質ガス中のメタン等の炭化水素を化学平衡に基づいて触媒を用いることなく分解して水素ガスやCOガスを生成する装置である。部分酸化改質装置6としては、これらの要件を満たす限り、どのようなものを用いてもよい。
(Partial oxidation reformer)
The partial oxidation reformer 6 increases the reaction rate by mixing the combustion gas with the primary reformed gas and raising the temperature of the primary reformed gas to a temperature significantly exceeding 1000 ° C. (eg, 1500 ° C.). This is an apparatus for generating hydrogen gas and CO gas by decomposing hydrocarbons such as methane in the primary reformed gas without using a catalyst based on chemical equilibrium. Any partial oxidation reforming apparatus 6 may be used as long as these requirements are satisfied.

本発明において用いることができる部分酸化改質装置6の1つの実施形態を、図7を参照して説明する。   One embodiment of the partial oxidation reforming apparatus 6 that can be used in the present invention will be described with reference to FIG.

改質装置6の本体は、内面をアルミナ成形材やケイ石煉瓦等の耐火物で覆われた、鋼製の耐圧反応容器であり、一端に接続した通気管68から1次改質ガスを導入して、部分酸化改質反応により生じた2次改質ガスを他端から通気管69を通して排気する。   The main body of the reformer 6 is a steel pressure-resistant reaction vessel whose inner surface is covered with a refractory material such as an alumina molding material or silica brick, and the primary reformed gas is introduced from a vent pipe 68 connected to one end. Then, the secondary reformed gas generated by the partial oxidation reforming reaction is exhausted through the vent pipe 69 from the other end.

改質装置6には燃焼器61が接続しており、燃焼器61には酸素ガスと可燃性ガスがそれぞれの供給管62、63から供給され、燃焼器内で混和、着火させて燃焼ガスを改質装置6内に排気する。燃焼器61としては、市販の軸流バーナ等を用いることができる。   A combustor 61 is connected to the reformer 6. Oxygen gas and combustible gas are supplied to the combustor 61 from the supply pipes 62 and 63, and mixed and ignited in the combustor to generate combustion gas. Exhaust into the reformer 6. A commercially available axial flow burner or the like can be used as the combustor 61.

酸素ガスは、純酸素の形で供給することが2次改質ガス品質上好ましいが、空気や、酸素富化させた空気等の酸素含有ガスも、酸素ガスとして供給することができる。   Oxygen gas is preferably supplied in the form of pure oxygen in terms of the quality of the secondary reformed gas, but oxygen-containing gas such as air or oxygen-enriched air can also be supplied as oxygen gas.

酸素ガスの供給流量(mol流量)は、1次改質ガス中炭化水素および可燃性ガス中炭化水素に含まれるカーボン原子のmol流量の合計値の0.4〜1.0倍(即ち、O2/C=0.4〜1.0)程度であることが、2次改質ガス品質上好ましく、O2/C=0.4〜0.7であることがより好ましい。 The supply flow rate (mol flow rate) of the oxygen gas is 0.4 to 1.0 times the total value of the mol flow rates of carbon atoms contained in the hydrocarbons in the primary reformed gas and the hydrocarbons in the combustible gas (that is, O 2 / C = 0.4 to 1.0) is preferable in terms of secondary reformed gas quality, and O 2 /C=0.4 to 0.7 is more preferable.

可燃性ガスには、天然ガス、液化石油ガス、精製COG、改質COG、高炉ガス(BFG)、転炉ガス(LDG)等を用いることができる。また、ナフサ、軽油、重油等の液体燃料も、ミスト化して燃焼器内に供給すれば、可燃性ガスと本質的な差はないので、これらを用いることも可能である。   As the combustible gas, natural gas, liquefied petroleum gas, refined COG, reformed COG, blast furnace gas (BFG), converter gas (LDG), or the like can be used. Also, liquid fuels such as naphtha, light oil, heavy oil, etc. can be used because they are not substantially different from combustible gas if they are made into mist and supplied into the combustor.

これらの可燃性ガスのうち、メタンを主成分とする天然ガスを用いることが特に有利である。天然ガスは、発熱量当たりの価格が安価であること、発熱量当たりのCO2発生量が比較的少ないこと、ガス中に(COGのように)水素ガスを含まないため、燃焼時に水素を消費することがないこと等が利点である。 Of these combustible gases, it is particularly advantageous to use natural gas mainly composed of methane. Natural gas consumes hydrogen during combustion because the price per calorific value is low, the amount of CO 2 generated per calorific value is relatively small, and the gas does not contain hydrogen gas (like COG). The advantage is that there is nothing to do.

酸素ガスと可燃性ガスを同時に供給する場合には、可燃性ガスの供給流量(mol流量)は、酸素ガス供給流量(mol流量)の0.2〜2倍であることが好ましい。但し、1次改質ガス中に酸素ガスを直接供給する場合には、燃焼ガスとしての1次改質ガス量を1次改質ガス全体から切り分けることが困難なので、この場合の可燃性ガスの供給流量は、酸素ガス供給流量の0.2倍未満であってもよい。   When supplying oxygen gas and combustible gas simultaneously, it is preferable that the supply flow rate (mol flow rate) of the combustible gas is 0.2 to 2 times the oxygen gas supply flow rate (mol flow rate). However, when oxygen gas is directly supplied to the primary reformed gas, it is difficult to separate the amount of primary reformed gas as combustion gas from the entire primary reformed gas. The supply flow rate may be less than 0.2 times the oxygen gas supply flow rate.

酸素ガスおよび可燃性ガスは、常温で燃焼器61に供給してもよいし、予熱して供給してもよい。可燃性ガスの発火温度以下で供給する場合には、燃焼器61に着火手段(図示せず)を設ける必要がある。燃焼器61にパイロットバーナを設けるか、あるいは、改質装置6および燃焼器61を発火点以上まで予熱することで、可燃性ガスと酸素ガスの混合ガスを着火させることができる。   Oxygen gas and combustible gas may be supplied to the combustor 61 at room temperature, or may be supplied after preheating. When supplying below the ignition temperature of combustible gas, it is necessary to provide an ignition means (not shown) in the combustor 61. By providing a pilot burner in the combustor 61 or preheating the reformer 6 and the combustor 61 to the ignition point or higher, a mixed gas of combustible gas and oxygen gas can be ignited.

改質装置6内でのガス温度は、少なくとも1000℃以上を維持しなければならない。最高温度は、1200〜1800℃の範囲とすることが好ましい。この温度範囲未満では化学反応速度が過小なため、反応器としての改質装置6の寸法が巨大となる問題を生じること、この温度範囲を超えると、ガスに接触する改質装置内壁温度が高すぎて、内面構成材料の寿命を著しく短縮する問題があることが理由である。   The gas temperature in the reformer 6 must be maintained at least 1000 ° C. or higher. The maximum temperature is preferably in the range of 1200 to 1800 ° C. If the temperature is less than this temperature range, the chemical reaction rate is too low, which causes a problem that the size of the reformer 6 as a reactor becomes enormous. If the temperature range is exceeded, the reformer inner wall temperature in contact with the gas is high. This is because there is a problem that the life of the inner surface constituting material is remarkably shortened.

部分酸化改質装置6内に温度計64を設けて、装置内でのガスの温度を測定し、この測定値に基づいて、装置内ガスの温度管理を行うことができる。温度計には、セラミック等の耐熱材料で被覆保護されたR型またはB型熱電対等を用いることができる。   A thermometer 64 is provided in the partial oxidation reforming apparatus 6 to measure the temperature of the gas in the apparatus, and the temperature management of the gas in the apparatus can be performed based on the measured value. As the thermometer, an R-type or B-type thermocouple that is covered and protected with a heat-resistant material such as ceramic can be used.

反応器としての改質装置6の容積は、ガスの見掛け平均滞留時間([反応容器容積]/([処理1次改質ガス流量(標準状態)]+[外部からの供給燃焼ガス流量(常圧、100℃換算)]))が30秒以上100秒以下となるものが好ましい。この範囲未満では、処理ガスの改質装置滞留時間が過少であって、反応が十分に進まない問題を生じる。またこの範囲を超えると、改質装置滞留時間が過大であって、過剰な設備費を必要とする問題を生じる。   The capacity of the reformer 6 as a reactor is the apparent average residence time of gas ([reaction vessel volume] / ([processed primary reformed gas flow rate (standard state)] + [externally supplied combustion gas flow rate (normally Pressure, 100 ° C. conversion)])) is preferably from 30 seconds to 100 seconds. If it is less than this range, the reformer residence time of the processing gas is too short, causing a problem that the reaction does not proceed sufficiently. On the other hand, if this range is exceeded, the reformer residence time is excessive and a problem of requiring excessive equipment costs arises.

燃焼ガスの改質装置6への供給箇所は、複数設けてよい。例えば、装置の周方向に均等間隔で4〜8箇所の供給口を設けることができる。このようにすることで、燃焼ガスと1次改質ガスの混合・反応をより均一化することができる。   A plurality of supply points of the combustion gas to the reformer 6 may be provided. For example, 4 to 8 supply ports can be provided at equal intervals in the circumferential direction of the apparatus. By doing in this way, mixing and reaction of combustion gas and primary reformed gas can be made more uniform.

本発明において用いることができる部分酸化改質装置6のもう1つの実施形態を、図8を参照して説明する。   Another embodiment of the partial oxidation reforming apparatus 6 that can be used in the present invention will be described with reference to FIG.

この実施形態の改質装置6では、独立した燃焼器を省略して、酸素ガスと可燃性ガスを近接させて直接、改質装置内に供給するようにしている。この場合、供給された酸素ガスと可燃性ガスが近接しているので、これらのガス供給口の近傍に燃焼領域65を生じ、ここでは主に酸素ガスと可燃性ガスが燃焼するので、実質的に燃焼領域6が燃焼器と同じ役割を果たす。場合により、酸素ガスと可燃性ガスを予め一緒にして改質装置内へ供給してもよい。   In the reformer 6 of this embodiment, an independent combustor is omitted, and oxygen gas and combustible gas are brought close to each other and supplied directly into the reformer. In this case, since the supplied oxygen gas and the combustible gas are close to each other, a combustion region 65 is formed in the vicinity of these gas supply ports. Here, the oxygen gas and the combustible gas are mainly combusted. The combustion region 6 plays the same role as the combustor. In some cases, oxygen gas and combustible gas may be supplied together into the reformer in advance.

この実施形態でも、図7を参照して先に説明した実施形態と同様に、天然ガスを可燃性ガスとして供給することにより、天然ガスの燃焼ガスを改質装置内に供給することができる。また、先に挙げた天然ガス以外の燃料の使用も可能である。また、酸素ガスと可燃性ガスの改質装置6への供給箇所を複数設けてもよく、例えば装置の周方向に均等間隔で4〜8箇所設けることができる。   Also in this embodiment, the natural gas combustion gas can be supplied into the reformer by supplying the natural gas as the combustible gas, as in the embodiment described above with reference to FIG. It is also possible to use fuels other than the natural gas mentioned above. Moreover, you may provide multiple supply locations to the reformer 6 of oxygen gas and combustible gas, for example, can provide 4-8 places by the equal interval in the circumferential direction of an apparatus.

本発明において用いることができる部分酸化改質装置6の別の実施形態を、図9を参照して説明する。   Another embodiment of the partial oxidation reforming apparatus 6 that can be used in the present invention will be described with reference to FIG.

1次改質ガスは可燃性ガスの1種であるので、1次改質ガスを可燃性ガスとして用いてもよく、この場合には、1次改質ガスを必ずしも別系統で燃焼器61(図7)または燃焼領域65(図8)に供給する必要はなく、改質装置6内に酸素ガスのみを直接供給すればよい。改質装置6内の酸素供給口近傍の空間が燃焼領域65となり、図8を参照して先に説明した実施形態の場合と同様に、この燃焼領域65が実質的に燃焼器と同じ役割を果たす。   Since the primary reformed gas is a kind of combustible gas, the primary reformed gas may be used as the combustible gas. In this case, the primary reformed gas is not necessarily separated from the combustor 61 ( 7) or the combustion region 65 (FIG. 8) does not need to be supplied, and only the oxygen gas may be supplied directly into the reformer 6. The space near the oxygen supply port in the reformer 6 becomes the combustion region 65, and this combustion region 65 plays substantially the same role as the combustor, as in the embodiment described above with reference to FIG. Fulfill.

なお、1次改質ガス中にはメタンとともに多量の水素ガスが含有されており、水素ガスの燃焼速度はメタンガスに比べて一般に速いので、改質装置6内に酸素が供給されると、1次改質ガス中の水素を消費して水蒸気を生じる。改質装置6内でこのガスを高温保持すると、生成した水蒸気はメタンを水蒸気改質して水素を生成するので、十分な高温保持時間を改質装置6内で設定できれば、1次改質ガス中のメタンの分解に問題はない。しかし、この保持時間が不十分であれば、メタンの水蒸気改質が十分に進行する前に2次改質ガスは排気されるため、燃焼によって消費された水素ガスを回復することができないことになる。従って、本実施形態を採用する場合には、反応容器としての改質装置6の寸法を十分に大きく設定する必要がある。一方、図7、8を参照して説明した実施形態のように、1次改質ガス中の水素ガス以外(例えば天然ガス)を可燃性ガスとして用いる場合には、仮に改質装置6の寸法を十分に大きく設定できなくても、1次改質ガス中の水素ガスは2次改質ガス中に残留するので、このような問題は少ない。   The primary reformed gas contains a large amount of hydrogen gas together with methane, and the combustion speed of hydrogen gas is generally faster than that of methane gas. Therefore, when oxygen is supplied into the reformer 6, The hydrogen in the next reformed gas is consumed to produce steam. When this gas is kept at a high temperature in the reformer 6, the generated steam steam reforms the methane to generate hydrogen, so that a primary reformed gas can be formed if a sufficient high temperature holding time can be set in the reformer 6. There is no problem in the decomposition of methane. However, if this holding time is insufficient, the secondary reformed gas is exhausted before the steam reforming of methane sufficiently proceeds, so that the hydrogen gas consumed by combustion cannot be recovered. Become. Therefore, when this embodiment is adopted, it is necessary to set the dimensions of the reformer 6 as a reaction vessel sufficiently large. On the other hand, as in the embodiment described with reference to FIGS. 7 and 8, when other than hydrogen gas (for example, natural gas) in the primary reformed gas is used as the combustible gas, the dimensions of the reformer 6 are assumed. However, since the hydrogen gas in the primary reformed gas remains in the secondary reformed gas, there are few such problems.

この実施形態でも、酸素ガスの改質装置6への供給箇所は複数設けてもよい。例えば、装置の周方向に均等間隔で4〜8箇所の供給口を設けることができる。   Also in this embodiment, a plurality of supply points of the oxygen gas to the reformer 6 may be provided. For example, 4 to 8 supply ports can be provided at equal intervals in the circumferential direction of the apparatus.

いずれの実施形態の場合も、部分酸化改質装置6から通気管69を介して排出された2次改質ガスは、高炉7へそのシャフト部から供給することができる。高炉へ2次改質ガス(還元ガス)を供給する技術は広く知られているとおりであり、ここで詳しく説明するには及ばない。   In any of the embodiments, the secondary reformed gas discharged from the partial oxidation reforming device 6 through the vent pipe 69 can be supplied to the blast furnace 7 from its shaft portion. The technology for supplying the secondary reformed gas (reducing gas) to the blast furnace is well known, and it is not necessary to explain in detail here.

次に、図10の模式図を参照して、本発明の第2の実施形態を説明する。   Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the schematic diagram of FIG.

(全体構成)
第2の実施形態の高炉へのガス供給装置は、コークス炉1、炭化炉2、ガス精製装置3、第1のガス搬送装置4’、ガスホルダ9、第2のガス搬送装置4”、予熱装置5、部分酸化改質装置6、高炉7が上流からこの順に連結されることによって構成される。
(overall structure)
The gas supply device to the blast furnace of the second embodiment includes a coke oven 1, a carbonization furnace 2, a gas purification device 3, a first gas transfer device 4 ′, a gas holder 9, a second gas transfer device 4 ″, and a preheating device. 5. The partial oxidation reforming device 6 and the blast furnace 7 are connected in this order from the upstream.

第2の実施形態は、ほとんどが第1の実施形態と共通しており、第1の実施形態との違いのみを説明する。   Most of the second embodiment is common to the first embodiment, and only the difference from the first embodiment will be described.

第2の実施形態では、ガスホルダ9をバッファとして1次改質ガスを一時的に貯留することができ、1次改質ガスの生産と2次改質ガスの生産を完全には同期する必要がない点で、操業性が向上する。ガスホルダ9の容量は、コークス炉1や高炉7の操業条件などに基づいて、適宜決めることができる。ガスホルダ9の入側・出側にそれぞれガス搬送装置4’、4”を設けるので、1次改質ガス生産側と2次改質ガス生産側それぞれの操業条件の特性に応じて、それぞれ最適なガス搬送装置を選択できる。例えば、第1のガス搬送装置4’は、昇圧が不要なので、ルーツブロワ等の安価な装置を適用することができる。第2の搬送装置4”には、市販の多段軸流コンプレッサ等を用いることができる。   In the second embodiment, the primary reformed gas can be temporarily stored using the gas holder 9 as a buffer, and it is necessary to completely synchronize the production of the primary reformed gas and the production of the secondary reformed gas. There is no point in improving operability. The capacity of the gas holder 9 can be appropriately determined based on the operating conditions of the coke oven 1 and the blast furnace 7. Since the gas transfer devices 4 ′ and 4 ″ are provided on the inlet side and the outlet side of the gas holder 9, respectively, the optimum is obtained according to the characteristics of the operating conditions on the primary reformed gas production side and the secondary reformed gas production side. For example, since the first gas transfer device 4 ′ does not need to be boosted, an inexpensive device such as a Roots blower can be applied. The second transfer device 4 ″ includes a commercially available multi-stage. An axial compressor or the like can be used.

図10に示した第2の実施形態における部分酸化改質装置6は、図1の燃焼器8を省略したもの(図8を参照して説明したタイプのもの)としている。とは言え、部分酸化改質装置6に熱を提供するための外部から供給するガスは、酸素と可燃性ガスを燃焼器を介して燃焼ガスとして供給してもよく(図7参照)、あるいは、酸素ガスだけを改質装置6へ供給してもよい(図9参照)。   The partial oxidation reforming apparatus 6 in the second embodiment shown in FIG. 10 is configured such that the combustor 8 in FIG. 1 is omitted (the type described with reference to FIG. 8). However, the gas supplied from the outside for supplying heat to the partial oxidation reforming apparatus 6 may supply oxygen and a combustible gas as combustion gas via a combustor (see FIG. 7). Alternatively, only oxygen gas may be supplied to the reformer 6 (see FIG. 9).

以下の実施例により本発明をさらに説明する。しかし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   The following examples further illustrate the present invention. However, the present invention is not limited to these examples.

以下の例では、水分低減手段を使わずコークス炉から得られた粗COGと、水分低減手段としてDAPSを用い石炭水分を低減させて操業するコークス炉から得られた減水粗COGを、原料ガスとして用いた。粗COGと減水粗COGの成分組成を表1に示す。   In the following example, crude COG obtained from a coke oven without using moisture reducing means, and reduced water crude COG obtained from a coke oven operating with reduced coal moisture using DAPS as moisture reducing means are used as raw material gas. Using. Table 1 shows the composition of the crude COG and reduced water crude COG.

Figure 0006395493
Figure 0006395493

〔比較例1〕
DAPSで減水処理された石炭を使用するコークス炉から抽気したCOGを、図3に示した炭化炉(固体カーボン分離機構なし)で処理(温度700℃以上、Ni−MgO系触媒使用)して1次改質ガスを製造し、スクラバを通して精製して、次いで昇圧(0.3MPa)し、部分酸化することなく間接加熱により昇温(800℃)して、高炉シャフト部へ供給した。
[Comparative Example 1]
COG extracted from a coke oven using coal reduced in water by DAPS is treated in a carbonization furnace (no solid carbon separation mechanism) shown in FIG. 3 (temperature 700 ° C. or higher, using Ni—MgO-based catalyst). The next reformed gas was produced, purified through a scrubber, then pressurized (0.3 MPa), heated by indirect heating (800 ° C.) without partial oxidation, and supplied to the blast furnace shaft.

DAPSでの減水処理では、石炭水分を7%から4%に低減させた。減水処理した石炭をベルトコンベアでコークス炉上の貯炭槽に搬送後、市販の装入車を用いて貯炭槽からコークス炉内へ搬送した。コークス炉のコークス上昇管に設けた分岐管から、約800℃の減水粗COGを吸引して抽気した。抽気した減水粗COGを、その温度低下抑制のため周囲を保温した通気管により炭化炉に供給した。   In the water reduction treatment with DAPS, the coal moisture was reduced from 7% to 4%. The reduced water-treated coal was conveyed by a belt conveyor to a coal storage tank on the coke oven, and then transferred from the coal storage tank to the coke oven using a commercial charging vehicle. From the branch pipe provided in the coke riser pipe of the coke oven, about 800 ° C. water-reduced crude COG was sucked and extracted. The extracted water-reduced crude COG was supplied to the carbonization furnace through a vent pipe that kept the surroundings warm to suppress the temperature drop.

炭化炉は、通気断面(水平面)寸法が120mm×900mm、通気方向高さが1200mmであった。炭化炉内の粒状体層(触媒層)は、炭化炉内に充填された触媒(直径15mm)を底部がすのこ状の保持器で保持して形成され、高さが600mmであった。操業中、炭化炉は外部加熱によって800℃の温度を維持し、2時間の運転で4kgのコークを生成した。特に断らない限り、炭化炉の触媒層に堆積したコーク(固体カーボン)は運転中に触媒層から分離・回収はしなかった。触媒層に堆積したコーク(固体カーボン)を定期的に保持器を上下に昇降させて分離・回収する場合は、運転時間を24時間とした。保持器の昇降は、炭化炉壁を貫通する伝導軸の炉外末端にエアシリンダを装着してこれを往復動(ストローク30mm)させて行った。   The carbonization furnace had a ventilation cross section (horizontal plane) size of 120 mm × 900 mm and a ventilation direction height of 1200 mm. The granular material layer (catalyst layer) in the carbonization furnace was formed by holding the catalyst (diameter 15 mm) filled in the carbonization furnace with a saw-like cage at the bottom, and the height was 600 mm. During operation, the carbonization furnace maintained a temperature of 800 ° C. by external heating and produced 4 kg of coke in 2 hours of operation. Unless otherwise noted, the coke (solid carbon) deposited on the catalyst layer of the carbonization furnace was not separated or recovered from the catalyst layer during operation. When the coke (solid carbon) deposited on the catalyst layer was periodically separated and collected by moving the cage up and down, the operation time was 24 hours. The cage was moved up and down by attaching an air cylinder to the outer end of the conduction shaft passing through the carbonization furnace wall and reciprocating it (stroke 30 mm).

精製装置としてはスクラバを使用し、減水粗COG中のタールと水分の大半を除去して、一次改質ガスを製造した。スクラバ通過後のガス温度は約50℃であった。スクラバからの出口側の通気管にサンプリング用の分岐を設け、1次改質ガスを抽気して、これを市販のガスクロマトグラフィ装置に供給してオンライン成分分析を行った。分析結果を表2に示す(「減水粗COGの熱分解組成」)。   A scrubber was used as a refining device, and most of tar and water in the reduced water crude COG were removed to produce a primary reformed gas. The gas temperature after passing through the scrubber was about 50 ° C. A branch for sampling was provided in the vent pipe on the outlet side from the scrubber, the primary reformed gas was extracted, and this was supplied to a commercially available gas chromatography apparatus for online component analysis. The analysis results are shown in Table 2 (“thermal decomposition composition of reduced water crude COG”).

Figure 0006395493
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水素製造時CO2生成量を、1次改質ガス中のCO2量、上記熱分解反応における理論反応熱+1次改質ガスの昇温・昇圧に要するエネルギを天然ガスの完全燃焼によって得る場合の燃焼排ガス中理論CO2量から算出した。算出結果を表2にΔCO2値として示す。得られた値(0.13%)は、前述の水素ガス1molを製造する際に許容される水素製造時生成CO2量の許容値(0.16molCO2/molH2)の範囲内であるが、メタン濃度が過大であり、このままでは高炉シャフト部供給用還元ガスには適用できない。 When the amount of CO 2 produced during hydrogen production is obtained by the complete combustion of natural gas, the amount of CO 2 in the primary reformed gas, the theoretical reaction heat in the above pyrolysis reaction, and the energy required to raise and raise the pressure of the primary reformed gas Was calculated from the theoretical amount of CO 2 in the combustion exhaust gas. The calculation results are shown in Table 2 as ΔCO 2 values. The obtained value (0.13%) is within the range of the allowable value (0.16 mol CO 2 / mol H 2 ) of the amount of CO 2 produced during the production of hydrogen allowed when producing 1 mol of the hydrogen gas described above. The methane concentration is excessive, and this cannot be applied to the blast furnace shaft supply reducing gas as it is.

〔比較例2〕
水素製造時CO2生成量が前記の許容値範囲内となる、比較例1の減水粗COGの熱分解よる1次改質ガスを用いて、触媒水蒸気改質により2次改質ガスを製造した場合の2次改質ガス成分組成および1次・2次改質を総合した水素製造時CO2生成量を、2次改質の反応温度における平衡条件を仮定して熱力学計算によって算出した。2次改質については、平衡計算により得られる100%のメタン分解時の各成分の生成量の値と、各成分の生成量を約100%メタン分解時の値のそれぞれ70%とし、1次改質ガスでの30%のメタンが改質ガスに残留すると仮定して得た値とを使用した(改質においては約100%のメタン分解(平衡)が得られるとは限らないので、メタンが不完全に分解される例も検討したものである)。表3に、使用した100%メタン分解時の各成分の生成量と70%分解時の各成分の生成量を示す。
[Comparative Example 2]
A secondary reformed gas was produced by catalytic steam reforming using the primary reformed gas obtained by thermal decomposition of the reduced-water crude COG of Comparative Example 1 in which the amount of CO 2 produced during hydrogen production was within the above-mentioned allowable range. In this case, the amount of CO 2 produced at the time of hydrogen production in which the secondary reformed gas component composition and the primary and secondary reforming were combined was calculated by thermodynamic calculation assuming equilibrium conditions at the reaction temperature of the secondary reforming. For secondary reforming, the amount of each component produced during the 100% methane decomposition obtained by equilibrium calculation and the amount of each component produced are 70% of the values obtained during about 100% methane decomposition, respectively. The value obtained on the assumption that 30% methane in the reformed gas remains in the reformed gas was used (the methane decomposition (equilibrium) of about 100% is not always obtained in reforming, so methane Was also considered incompletely decomposed). Table 3 shows the amount of each component generated during 100% methane decomposition and the amount of each component generated during 70% decomposition.

Figure 0006395493
Figure 0006395493

1000℃を大きく超える条件での炭化水素の水蒸気改質反応または部分酸化反応(無触媒)で得られるガス成分は、反応器内でのガスの滞留時間を十分に設ければ、反応終了温度(実質的に反応器出側温度)での平衡組成に近いものになることが知られているので、平衡成分を算出することによって、1000℃を大きく超える条件での水蒸気改質反応または部分酸化反応(無触媒)の改質性能を評価できる。   The gas component obtained by the steam reforming reaction or partial oxidation reaction (non-catalyzed) of hydrocarbons under conditions greatly exceeding 1000 ° C. is sufficient if the gas residence time in the reactor is sufficiently provided. It is known that the composition is substantially close to the equilibrium composition at the outlet temperature of the reactor), so by calculating the equilibrium component, the steam reforming reaction or partial oxidation reaction under conditions greatly exceeding 1000 ° C The reforming performance of (non-catalyst) can be evaluated.

触媒水蒸気改質による2次改質ガスは、1次改質ガスを昇温(800℃)し、触媒反応器で処理(水蒸気添加(S/C(H2O分子数/炭化水素中C原子数)=2、反応温度700℃以上、Ni−MgO系触媒使用)して製造し、こうして製造した2次改質ガスを一旦冷却し、昇圧(0.3MPa)後、間接加熱で昇温(800℃)して高炉シャフト部に供給するものとした。 The secondary reformed gas by catalytic steam reforming is heated (800 ° C.) and processed in a catalytic reactor (steam addition (S / C (number of H 2 O molecules / C atom in hydrocarbon) Number) = 2, reaction temperature of 700 ° C. or higher, using Ni—MgO-based catalyst), the secondary reformed gas thus produced is once cooled, and after increasing the pressure (0.3 MPa), the temperature is increased by indirect heating ( 800 ° C.) and supplied to the blast furnace shaft.

水素製造時CO2生成量を、1次改質時に供給するエネルギに起因するCO2、上記成分中のCO2、上記水蒸気改質反応における理論反応熱+2次改質ガスの昇温・昇圧に要するエネルギを天然ガスの完全燃焼によって得る場合の燃焼排ガス中理論CO2量から算出した。結果を表3に示す。 The hydrogen production during CO 2 generation amount, CO 2 due to the energy supplied during 1 Tsugiaratame quality, CO 2 in the above components, to increase the temperature-boosting theoretical reaction heat +2 reformation gas in the steam reforming reaction The required energy was calculated from the theoretical amount of CO 2 in the combustion exhaust gas when the required energy was obtained by complete combustion of natural gas. The results are shown in Table 3.

100%メタン分解時の平衡組成、非平衡の70%改質組成とも、水素製造時CO2生成量が前記の許容値(0.16molCO2/molH2)を超え、過大となった。よって、この場合の2次改質ガスは高炉シャフト部供給用還元ガスとして好適でない。さらに、2次改質ガス中の水分が過大(許容値:10%)であり、このままでは高炉シャフト部へ供給できず、冷却による水分除去工程が必須である。従って、1次改質ガスを予め昇圧・昇温してから触媒水蒸気改質を行ったとしても、やはり一旦改質ガスを冷却する必要がある。 Equilibrium composition at 100% methane decomposition, with 70% modifier composition of the non-equilibrium, exceeds an allowable value when the hydrogen production CO 2 generation amount the (0.16mol CO2 / mol H2), becomes excessive. Therefore, the secondary reformed gas in this case is not suitable as a reducing gas for supplying the blast furnace shaft. Furthermore, the moisture in the secondary reformed gas is excessive (allowable value: 10%), and as it is, it cannot be supplied to the blast furnace shaft portion, and a moisture removal step by cooling is essential. Therefore, even if catalytic steam reforming is performed after the primary reformed gas has been boosted and heated in advance, it is still necessary to cool the reformed gas once.

〔実施例1〕
比較例1の減水粗COGの熱分解よる1次改質ガスを用いて、部分酸化により2次改質ガスを製造した場合の2次改質ガス成分組成および1次・2次改質を総合した水素製造時CO2生成量を、比較例2で説明したようにして求めた。表4に、使用した100%メタン分解時の各成分の生成量と70%分解時の各成分の生成量を、減水粗COGの熱分解組成(表2に示したものと同じ)とともに示す。
[Example 1]
Comparing secondary reformed gas component composition and primary / secondary reforming when secondary reformed gas is produced by partial oxidation using primary reformed gas by thermal decomposition of reduced water crude COG of Comparative Example 1 The amount of CO 2 produced during hydrogen production was determined as described in Comparative Example 2. Table 4 shows the amount of each component generated during 100% methane decomposition and the amount of each component generated during 70% decomposition, together with the thermal decomposition composition of the reduced water COG (same as that shown in Table 2).

Figure 0006395493
Figure 0006395493

部分酸化による2次改質ガスは、1次改質ガスを昇圧(0.3MPa)、昇温(500℃)し、部分酸化改質装置で処理(純酸素ガス添加(1次改質ガス中の全カーボン原子モル流量の0.5倍)による部分酸化)して製造し、こうして製造した2次改質ガスを直接高炉シャフト部に供給するものとした。部分酸化時の可燃性ガスとしては、1次改質ガスを使用し、酸素ガスを1次改質ガス中に直接、供給するものとした(酸素ガス供給モル流量は、1次改質ガス流量の0.12倍)。   The secondary reformed gas by partial oxidation is pressurized (0.3 MPa) and heated (500 ° C.), and processed by a partial oxidation reformer (addition of pure oxygen gas (in the primary reformed gas) The secondary reformed gas thus produced was supplied directly to the blast furnace shaft portion. As the combustible gas at the time of partial oxidation, primary reformed gas is used, and oxygen gas is supplied directly into the primary reformed gas (the oxygen gas supply molar flow rate is the primary reformed gas flow rate). 0.12 times greater).

水素製造時CO2生成量を、1次改質時に供給するエネルギに起因するCO2、上記成分中のCO2、O2の製造に要するエネルギを天然ガス火力発電によって得る場合の燃焼排ガス中理論CO2量、1次改質ガスの昇温・昇圧に要するエネルギを天然ガスの完全燃焼によって得る場合の燃焼排ガス中理論CO2量から算出した。結果を表4に示す。 The hydrogen production during CO 2 generation amount, 1 CO 2 due to the energy supplied to Tsugiaratame quality during the combustion exhaust gas theory when the energy required for manufacturing the CO 2, O 2 in the component obtained by natural gas fired power CO 2 amount was calculated the energy required for heating-boost 1 reformation gas from combustion exhaust gas stoichiometric amount of CO 2 in the case of obtaining the complete combustion of natural gas. The results are shown in Table 4.

水素製造の効率性は、次の水素増幅率を用いて評価することができる。
[水素増幅率] = [製品ガス中の水素流量] / [原料ガス中の水素流量]
この式により求めた水素増幅率も、表4に示す。本実施例での水素増幅率は2を大きく超える値であり、水素製造の効率は比較的高いと言える。
The efficiency of hydrogen production can be evaluated using the following hydrogen amplification factor.
[Hydrogen amplification factor] = [Hydrogen flow rate in product gas] / [Hydrogen flow rate in feed gas]
Table 4 also shows the hydrogen amplification factor obtained from this equation. The hydrogen amplification rate in this example is a value that greatly exceeds 2, and it can be said that the efficiency of hydrogen production is relatively high.

100%メタン分解時の平衡組成、非平衡の70%改質組成とも、水素製造時CO2生成量が前記の許容値(0.16molCO2/molH2)よりも十分小さく、問題がない。また、メタン成分は粗COGに比べて微量であり、水素濃度も高く、残りのガス成分中でも還元性を有するCOの比率が高い。H2O濃度も許容範囲である。従って、本例で製造した2次改質ガスは高炉シャフト部供給用還元ガスとして好適である。 Both the equilibrium composition at the time of 100% methane decomposition and the non-equilibrium 70% reforming composition have a problem that the amount of CO 2 produced during hydrogen production is sufficiently smaller than the allowable value (0.16 mol CO 2 / mol H 2 ). Further, the methane component is a trace amount compared to the crude COG, the hydrogen concentration is high, and the ratio of CO having reducibility is high among the remaining gas components. The H 2 O concentration is also acceptable. Therefore, the secondary reformed gas produced in this example is suitable as a reducing gas for supplying the blast furnace shaft.

熱計算を行って、上記の供給酸素量での部分酸化反応で処理ガス(2次改質ガス)が最高1500℃に到達することも確認した。   Thermal calculation was performed, and it was also confirmed that the processing gas (secondary reformed gas) reached a maximum of 1500 ° C. by the partial oxidation reaction with the supplied oxygen amount.

反応器としての部分酸化改質装置は、例えば、1次改質ガス1m3当たり0.15m3の容量とすることで十分なガス滞留時間を確保できることも確認した。 Partial oxidation reforming apparatus as a reactor, for example, it was confirmed to be able to ensure a sufficient gas residence time by the capacity of 1 reformation gas 1 m 3 per 0.15 m 3.

〔実施例2〕
炭化炉に図3に示す固体カーボン分離機構を追加し、運転時間を24時間とした以外は、実施例1と同様にして1次改質ガスを部分酸化し、2次改質ガスを製造した。スクラバで精製後の1次改質ガスのオンライン分析により得た減水粗COGの熱分解組成と、100%メタン分解時の各成分の生成量と70%分解時の各成分の生成量の計算値、水素製造時CO2生成量の計算値を表5に示す。
[Example 2]
The primary reformed gas was partially oxidized in the same manner as in Example 1 except that the solid carbon separation mechanism shown in FIG. 3 was added to the carbonization furnace and the operation time was 24 hours, thereby producing a secondary reformed gas. . Thermal decomposition composition of reduced-water crude COG obtained by on-line analysis of primary reformed gas after purification by scrubber, calculated amount of each component during 100% methane decomposition, and calculated value of each component generated during 70% decomposition Table 5 shows calculated values of the amount of CO 2 produced during hydrogen production.

Figure 0006395493
Figure 0006395493

24時間の運転で、炭化炉において40kgのコークが生成し、そのうちの37kgをオンラインで触媒層から除去した。固体カーボン(コーク)分離手段の適用によって、炭化炉閉塞を防止でき、省CO2での水素製造を長時間にわたって実施できた。 In a 24-hour operation, 40 kg of coke was produced in the carbonization furnace, 37 kg of which was removed from the catalyst layer online. By applying the solid carbon (coke) separation means, it was possible to prevent the carbonization furnace from being clogged and to carry out hydrogen production with reduced CO 2 for a long time.

100%メタン分解時の平衡組成、非平衡の70%改質組成とも、水素製造時CO2生成量が前記の許容値(0.16molCO2/molH2)よりも十分小さく、問題がない。また、メタン成分は粗COGに比べて微量であり、水素濃度も高く、残りのガス成分中でも還元性を有するCOの比率が高い。H2O濃度も許容範囲である。従って、本例で製造した2次改質ガスも高炉シャフト部供給用還元ガスとして好適である。 Both the equilibrium composition at the time of 100% methane decomposition and the non-equilibrium 70% reforming composition have a problem that the amount of CO 2 produced during hydrogen production is sufficiently smaller than the allowable value (0.16 mol CO 2 / mol H 2 ). Further, the methane component is a trace amount compared to the crude COG, the hydrogen concentration is high, and the ratio of CO having reducibility is high among the remaining gas components. The H 2 O concentration is also acceptable. Therefore, the secondary reformed gas produced in this example is also suitable as the reducing gas for supplying the blast furnace shaft.

〔比較例3〕
精製COG(粗COG中のタール・BTX(ベンゼン等の芳香族化合物)・水分・硫化物・窒化物の大半を除去する精製処理を施して燃料ガスとしたもの。製鉄所内での燃料として広く用いられている)の触媒水蒸気改質を説明する。
[Comparative Example 3]
Refined COG (refined COG (aromatic compounds such as benzene, aromatic compounds), moisture, sulfides, and nitrides in the crude COG) is used to produce fuel gas, which is widely used as fuel in steelworks. The catalytic steam reforming) is described.

ガスホルダからの精製COG(1次改質ガス)を昇温(800℃)し、触媒反応器で処理(水蒸気添加(S/C=2)、反応温度700℃以上、Ni−MgO系触媒使用)して2次改質ガスを製造し、これを冷却し、昇圧(0.3MPa)後、間接加熱で昇温(800℃)して高炉シャフト部へ供給するものとし、比較例2で説明したように2次改質ガスの100%メタン分解時の各成分の生成量と70%分解時の各成分の生成量を計算で求めた。   Purified COG (primary reformed gas) from the gas holder is heated (800 ° C) and treated in a catalytic reactor (steam addition (S / C = 2), reaction temperature 700 ° C or higher, using Ni-MgO-based catalyst) Then, the secondary reformed gas is produced, cooled, and after pressure increase (0.3 MPa), the temperature is raised by indirect heating (800 ° C.) and supplied to the blast furnace shaft portion. Thus, the amount of each component generated during 100% methane decomposition of the secondary reformed gas and the amount of each component generated during 70% decomposition were determined by calculation.

水素製造時CO2生成量を、上記成分中のCO2、上記水蒸気改質反応における理論反応熱+2次改質ガスの昇温・昇圧に要するエネルギを天然ガスの完全燃焼によって得る場合の燃焼排ガス中理論CO2量から算出した。 Flue gas when the hydrogen production during CO 2 generation amount, CO 2 in the above components, the energy required for raising the temperature-boosting theoretical reaction heat +2 reformation gas in the steam reforming reaction is obtained by complete combustion of natural gas It was calculated from the medium theoretical CO 2 amount.

得られた結果を表6に示す。   The results obtained are shown in Table 6.

Figure 0006395493
Figure 0006395493

100%メタン分解時の平衡組成、非平衡の70%改質組成とも、水素製造時CO2生成量が前記の許容値(0.16molCO2/molH2)を超え、過大となった。よって、この例の2次改質ガスは高炉シャフト部供給用還元ガスとして好適でない。さらに、2次改質ガス中の水分が過大(許容値:10%)であり、このままでは高炉シャフト部へ供給できず、冷却による水分除去工程が必須である。従って、精製COGを予め昇圧・昇温してから触媒水蒸気改質を行ったとしても、やはり一旦改質ガスを冷却する必要がある。 Equilibrium composition at 100% methane decomposition, with 70% modifier composition of the non-equilibrium, exceeds an allowable value when the hydrogen production CO 2 generation amount the (0.16mol CO2 / mol H2), becomes excessive. Therefore, the secondary reformed gas in this example is not suitable as a reducing gas for supplying a blast furnace shaft. Furthermore, the moisture in the secondary reformed gas is excessive (allowable value: 10%), and as it is, it cannot be supplied to the blast furnace shaft portion, and a moisture removal step by cooling is essential. Accordingly, even if the catalytic steam reforming is performed after the purified COG has been pressurized and heated in advance, it is necessary to once cool the reformed gas.

〔比較例4〕
粗COG(水分低減手段を使わずコークス炉から得られたCOG、組成は表1参照)の触媒水蒸気改質を説明する。
[Comparative Example 4]
The catalytic steam reforming of crude COG (COG obtained from a coke oven without using moisture reducing means, see Table 1 for composition) will be described.

コークス炉(24時間の運転を実施)から抽気した粗COGを触媒反応器で処理(800℃水蒸気添加(S/C=2)、反応温度700℃以上、Ni−MgO系触媒使用)して2次改質ガスを製造し、スクラバを通して精製後、昇圧(0.3MPa)し、間接加熱で昇温(800℃)して高炉シャフト部供給するものとし、比較例2で説明したように2次改質ガスの100%メタン分解時の各成分の生成量と70%分解時の各成分の生成量を計算で求めた。また、水素製造時CO2生成量を、上記成分中のCO2、上記触媒水蒸気反応における理論反応熱+改質ガスの昇温・昇圧に要するエネルギを天然ガスの完全燃焼によって得る場合の燃焼排ガス中理論CO2量から算出した。得られた結果を表7に示す。 The crude COG extracted from the coke oven (running for 24 hours) was treated with a catalytic reactor (800 ° C steam addition (S / C = 2), reaction temperature 700 ° C or higher, using Ni-MgO-based catalyst). The secondary reformed gas is produced, refined through a scrubber, boosted (0.3 MPa), heated by indirect heating (800 ° C.), and supplied to the blast furnace shaft. Secondary as described in Comparative Example 2 The amount of each component generated during 100% methane decomposition of the reformed gas and the amount of each component generated during 70% decomposition were calculated. Also, the hydrogen production during CO 2 generation amount, CO 2 in the above components, the combustion exhaust gas in the case of obtaining the energy required for raising the temperature-boosting theoretical reaction heat + reformed gas in the catalyst vapor reaction by complete combustion of natural gas It was calculated from the medium theoretical CO 2 amount. The results obtained are shown in Table 7.

Figure 0006395493
100%メタン分解時の平衡組成、非平衡の70%改質組成とも、水素製造時CO2生成量が前記の許容値(0.16molCO2/molH2)を超え、過大となった。よって、この例の2次改質ガスは高炉シャフト部供給用還元ガスとして好適でない。
Figure 0006395493
Equilibrium composition at 100% methane decomposition, with 70% modifier composition of the non-equilibrium, exceeds an allowable value when the hydrogen production CO 2 generation amount the (0.16mol CO2 / mol H2), becomes excessive. Therefore, the secondary reformed gas in this example is not suitable as a reducing gas for supplying a blast furnace shaft.

〔比較例5〕
特許文献5に記載された部分酸化改質による、高炉シャフト部供給用還元ガスの製造を説明する。
[Comparative Example 5]
The production of the reducing gas for supplying the blast furnace shaft by the partial oxidation reforming described in Patent Document 5 will be described.

特許文献5では、コークス炉から抽気した粗COGを、純酸素添加による部分酸化(粗COG自体を可燃性ガスとして用いる)で改質後、スクラバで精製して、高炉シャフト部供給用還元ガスを製造している。特許文献5の実施例に示された部分酸化による改質ガスの成分組成と、そのCO2生成量及び水素生成量から算出した水素製造時CO2生成量を表8に示す。 In Patent Document 5, crude COG extracted from a coke oven is reformed by partial oxidation by using pure oxygen addition (crude COG itself is used as a combustible gas), and then purified by a scrubber to obtain a reducing gas for supplying a blast furnace shaft. Manufacture. As the composition of the reformed gas according to the indicated partial oxidation in Example of Patent Document 5, the CO 2 generation amount and hydrogen production during CO 2 generation amount calculated from the amount of hydrogen generated are shown in Table 8.

Figure 0006395493
Figure 0006395493

水素製造時CO2生成量が前記の許容値(0.16molCO2/molH2)を超え、非常に過大であることが分かる。 It can be seen that the amount of CO 2 produced during hydrogen production exceeds the allowable value (0.16 mol CO 2 / mol H 2 ), which is extremely excessive.

〔比較例6〕
減水粗COGの炭化炉での熱分解による1次改質ガスの製造と、触媒水蒸気改質による2次改質ガスの製造の例を説明する。
[Comparative Example 6]
An example of the production of the primary reformed gas by thermal decomposition in the carbonized furnace of the reduced water crude COG and the production of the secondary reformed gas by catalytic steam reforming will be described.

1次改質ガスの製造は、実施例2で説明したとおりに行った。次いで、1次改質ガスを昇温(800℃)し、触媒反応器で処理(水蒸気添加(S/C=2、反応温度700℃以上、Ni−MgO系触媒使用)して2次改質ガスを製造し、これを一旦常温まで冷却後、昇圧(0.3MPa)、昇温(800℃)して、高炉シャフト部へ供給するものとした。比較例2で説明したように2次改質ガスの100%メタン分解時の各成分の生成量と70%分解時の各成分の生成量を計算で求めた。   The production of the primary reformed gas was performed as described in Example 2. Next, the temperature of the primary reformed gas is raised (800 ° C.) and treated in a catalytic reactor (steam addition (S / C = 2, reaction temperature of 700 ° C. or higher, using Ni—MgO-based catalyst) to perform secondary reforming. The gas was manufactured, cooled once to room temperature, then pressurized (0.3 MPa), heated (800 ° C.), and supplied to the blast furnace shaft portion, as described in Comparative Example 2. The amount of each component produced during the 100% methane decomposition of the gas and the amount of each component produced during the 70% decomposition were calculated.

水素製造時CO2生成量を、1次改質時に供給するエネルギに起因するCO2、上記成分中のCO2、上記触媒水蒸気改質反応における理論反応熱+2次改質ガスの昇温・昇圧に要するエネルギを天然ガスの完全燃焼によって得る場合の燃焼排ガス中理論CO2量から算出した。
得られた結果を表9に示す。
The amount of CO 2 produced during hydrogen production is increased by the CO 2 resulting from the energy supplied during the primary reforming, the CO 2 in the components, the theoretical reaction heat in the catalytic steam reforming reaction, and the temperature of the secondary reformed gas Was calculated from the theoretical amount of CO 2 in the combustion exhaust gas when the energy required for the combustion was obtained by complete combustion of natural gas.
Table 9 shows the obtained results.

Figure 0006395493
Figure 0006395493

100%メタン分解時の平衡組成、非平衡の70%改質組成とも、水素製造時CO2生成量が前記の許容値(0.16molCO2/molH2)を超え、過大となった。よって、この例の2次改質ガスは高炉シャフト部供給用還元ガスとして好適でない。さらに、2次改質ガス中の水分が過大であり、このままでは高炉シャフト部へ供給できず、冷却による水分除去工程が必須である。従って、1次改質ガスを予め昇圧・昇温してから触媒水蒸気改質を行ったとしても、やはり一旦改質ガスを冷却する必要がある。 Equilibrium composition at 100% methane decomposition, with 70% modifier composition of the non-equilibrium, exceeds an allowable value when the hydrogen production CO 2 generation amount the (0.16mol CO2 / mol H2), becomes excessive. Therefore, the secondary reformed gas in this example is not suitable as a reducing gas for supplying a blast furnace shaft. Furthermore, the moisture in the secondary reformed gas is excessive, and as it is, it cannot be supplied to the blast furnace shaft portion, and a moisture removing step by cooling is essential. Therefore, even if catalytic steam reforming is performed after the primary reformed gas has been boosted and heated in advance, it is still necessary to cool the reformed gas once.

〔比較例7〕
精製COGの部分酸化による改質を説明する。
[Comparative Example 7]
The modification of the purified COG by partial oxidation will be described.

ガスホルダからの精製COG(1次改質ガス)を昇圧(0.3MPa)、昇温(500℃)し、実施例1で説明したように部分酸化改質装置で処理(純酸素添加による部分酸化)して2次改質ガスを製造し、こうして製造した2次改質ガスを直接高炉シャフト部に供給するものとした。比較例2で説明したように、2次改質ガスの100%メタン分解時の各成分の生成量と70%分解時の各成分の生成量を、計算で求めた。水素製造時CO2生成量を、2次改質ガス成分中のCO2量、O2の製造に要するエネルギを天然ガス火力発電によって得る場合の燃焼排ガス中理論CO2量+精製COGの昇温・昇圧に要するエネルギを天然ガスの完全燃焼によって得る場合の燃焼排ガス中理論CO2量から算出した。得られた結果を表10に示す。 The purified COG (primary reformed gas) from the gas holder is increased in pressure (0.3 MPa) and heated (500 ° C.) and treated with a partial oxidation reformer as described in Example 1 (partial oxidation by addition of pure oxygen) ) To produce the secondary reformed gas, and the secondary reformed gas thus produced was directly supplied to the blast furnace shaft portion. As described in Comparative Example 2, the amount of each component generated during 100% methane decomposition of the secondary reformed gas and the amount of each component generated during 70% decomposition were determined by calculation. The hydrogen production during CO 2 generation amount, secondary reformation amount of CO 2 gas component, the combustion exhaust gas stoichiometric amount of CO 2 in the case of the energy required for manufacturing the O 2 obtained by natural gas fired power + purification COG heating Calculated from the theoretical amount of CO 2 in the flue gas when energy required for boosting is obtained by complete combustion of natural gas. Table 10 shows the obtained results.

Figure 0006395493
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100%メタン分解時の平衡組成、非平衡の70%改質組成とも、水素製造時CO2生成量が前記の許容値(0.16molCO2/molH2)の範囲内ではあるものの、実施例1、2よりも水素増幅率が大幅に低く、水素製造の効率性は本発明例の実施例1、2に比べて劣る。また、製品ガス成分に関しても、水素濃度が原料ガス(精製COG:水素濃度53%)から僅かに増加しているだけであり、水素の純度の観点からも本発明での製品ガスに劣る。 Example 1 Although the equilibrium composition at the time of 100% methane decomposition and the non-equilibrium 70% reforming composition are within the allowable range (0.16 mol CO2 / mol H2 ), the amount of CO 2 produced during hydrogen production The hydrogen amplification rate is significantly lower than 2, and the efficiency of hydrogen production is inferior to that of Examples 1 and 2 of the present invention. Further, regarding the product gas component, the hydrogen concentration is only slightly increased from the raw material gas (refined COG: hydrogen concentration 53%), which is inferior to the product gas in the present invention from the viewpoint of hydrogen purity.

以上の結果から、代表的な従来法では省CO2条件での還元ガス製造を実施できず、本発明の優位性は明らかである。 From the above results, the typical conventional method cannot produce reducing gas under CO 2 -saving conditions, and the superiority of the present invention is clear.

1 コークス炉
1A 水分低減手段
1B 石炭搬送手段
2 炭化炉
3 ガス精製装置
4、4’、4” ガス搬送手段
5 予熱装置
6 部分酸化改質装置
7 高炉
8 燃焼器
11 炭化炉内壁
12 保持器
13、13’ 粒状体層
14 COG
15 改質ガス
16、17 炭化炉の開口
18 ガス流れ
20 保持器駆動機構
21 駆動装置
22 伝導軸
25 固体カーボン
30 固体カーボン保持機構
31 固体カーボン分離機構
32 熱供給手段
33、34 通気管
35 非反応部
46 除塵装置
47 固体カーボン流れ
48 粒状体流れ
50 粒状体供給口
51 粒状体排出口
52 粒状体排出手段
53 篩
54 粒状体
55 粒状体回収器
56 粒状体還流路
57 入側空間
58 出側空間
61 焼器
62 酸素ガス供給管
63 可燃性ガス供給管
64 温度計
65 燃焼領域
68、69 通気管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Coke oven 1A Water | moisture content reduction means 1B Coal conveyance means 2 Carbonization furnace 3 Gas purification apparatus 4, 4 ', 4 "Gas conveyance means 5 Preheating apparatus 6 Partial oxidation reforming apparatus 7 Blast furnace 8 Combustor 11 Carbonization furnace inner wall 12 Cage 13 , 13 'granular material layer 14 COG
DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 Reformed gas 16, 17 Opening of carbonization furnace 18 Gas flow 20 Cage drive mechanism 21 Drive device 22 Conduction shaft 25 Solid carbon 30 Solid carbon retention mechanism 31 Solid carbon separation mechanism 32 Heat supply means 33, 34 Vent pipe 35 Non-reaction Part 46 Dust remover 47 Solid carbon flow 48 Granular flow 50 Granular supply port 51 Granular discharge port 52 Granular discharge means 53 Sieve 54 Granular material 55 Granular material collector 56 Granular material return path 57 Inlet side space 58 Outer side space 61 Burner 62 Oxygen gas supply pipe 63 Combustible gas supply pipe 64 Thermometer 65 Combustion area 68, 69 Ventilation pipe

Claims (12)

1)コークス炉に供給される石炭を事前に乾燥することによる、又は、コークス炉に供給される石炭の水分を事前に自然蒸発させることによる、コークス炉ガス中の水分低減手段を備えたコークス炉と、
2)700℃以上に保持され、コークス炉から発生したコークス炉ガスを熱分解する炭化炉と、
3)炭化炉から抽気したガス中のタールおよび少なくとも一部の水分を除去するガス精製装置と、
4)精製後のガスを昇圧するガス搬送装置と、
5)ガスの予熱装置と、
6)予熱した前記ガスの部分酸化のため当該ガスに燃焼ガスを混合するための手段を装備している部分酸化改質装置と、
7)高炉シャフト部へのガス供給口と、
8)上記1)〜7)をこの順に連結する通気管と、
から構成されることを特徴とする、高炉へのガス供給装置。
1) Coke oven provided with means for reducing moisture in coke oven gas by drying coal supplied to the coke oven in advance or by spontaneously evaporating the moisture of coal supplied to the coke oven in advance When,
2) a carbonization furnace that is maintained at 700 ° C. or higher and pyrolyzes coke oven gas generated from the coke oven;
3) a gas purifier for removing tar and at least a portion of moisture in the gas extracted from the carbonization furnace;
4) a gas transport device for boosting the gas after purification;
5) a gas preheating device;
6) a partial oxidation reformer equipped with means for mixing combustion gas with the gas for partial oxidation of the preheated gas;
7) a gas supply port to the blast furnace shaft,
8) A vent pipe connecting the above 1) to 7) in this order;
A gas supply device for a blast furnace, comprising:
前記部分酸化改質装置における前記予熱したガスと前記燃焼ガスとの混合のための手段が、
(a)酸素ガスと可燃性ガスの供給を受け、可燃性ガスの燃焼により生じる燃焼ガスを前記部分酸化改質装置へ供給するための燃焼器、
(b)前記部分酸化改質装置内に酸素ガスと可燃性ガスとを個別にまたは一緒にして供給するための供給管、
(c)前記部分酸化改質装置内に酸素ガスを単独に供給するための供給管、
のうちのいずれかであることを特徴とする、請求項1に記載の高炉へのガス供給装置。
Means for mixing the preheated gas and the combustion gas in the partial oxidation reformer,
(A) a combustor for receiving supply of oxygen gas and combustible gas and supplying combustion gas generated by combustion of combustible gas to the partial oxidation reformer;
(B) a supply pipe for supplying oxygen gas and combustible gas separately or together into the partial oxidation reformer;
(C) a supply pipe for independently supplying oxygen gas into the partial oxidation reformer;
The gas supply device for a blast furnace according to claim 1, wherein the gas supply device is any one of the above.
前記炭化炉がタールを改質するため充填された触媒層を含むことを特徴とする、請求項1または2に記載の高炉へのガス供給装置。   The gas supply apparatus for a blast furnace according to claim 1 or 2, wherein the carbonizing furnace includes a catalyst layer filled to reform tar. 前記炭化炉が、前記触媒層の触媒間に堆積する固体カーボンをオンラインで除去する固体カーボン分離手段を備えることを特徴とする、請求項3に記載の高炉へのガス供給装置。   4. The gas supply apparatus for a blast furnace according to claim 3, wherein the carbonization furnace includes a solid carbon separation unit that removes solid carbon deposited between the catalysts in the catalyst layer online. 5. 前記固体カーボン分離機構が、前記炭化炉の内壁に接する前記触媒層を保持する保持器と、前記保持器を昇降させることにより前記触媒層を昇降させるための駆動機構とから構成されることを特徴とする、請求項4に記載の高炉へのガス供給装置。   The solid carbon separation mechanism is composed of a cage for holding the catalyst layer in contact with the inner wall of the carbonization furnace, and a drive mechanism for raising and lowering the catalyst layer by raising and lowering the cage. The gas supply apparatus for a blast furnace according to claim 4. 前記可燃性ガスが天然ガスであることを特徴とする、請求項1から5のいずれか一項に記載の高炉へのガス供給装置。 The gas supply device for a blast furnace according to any one of claims 1 to 5, wherein the combustible gas is natural gas. 精製後のガスを昇圧する前記ガス搬送装置と前記予熱装置との間に、前記精製後のガスを一時的に貯留するガスホルダと、ガスホルダからのガスを昇圧する別のガス搬送手段とを含むことを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項に記載の高炉へのガス供給装置。 A gas holder for temporarily storing the purified gas, and another gas conveying means for increasing the pressure of the gas from the gas holder, between the gas conveying device for boosting the gas after purification and the preheating device; The gas supply apparatus for a blast furnace according to any one of claims 1 to 6, characterized by: 1)請求項1から6のいずれか一項に記載の高炉へのガス供給装置を用い、
2)前記コークス炉からのコークス炉ガスを前記炭化炉に通気させる際に、コークス炉ガス中の炭化水素をコークと水素に分解することによって水素濃度を増大させ、
3)前記炭化炉を通過したガス中のタールおよび少なくとも一部の水分を前記ガス精製装置によって除去して第1の改質ガスを製造し、
4)前記第1の改質ガスを前記ガス搬送装置で昇圧し、
5)昇圧した前記第1の改質ガスを前記予熱装置で予熱し、
6)前記部分酸化改質装置に、予熱された前記第1の改質ガスを供給するとともに、燃焼ガスを供給して、前記第1のガス中の炭化水素を改質して水素濃度を増大させた第2の改質ガスを製造し、
7)前記第2の改質ガスを前記高炉シャフト部へのガス供給口から高炉内に供給する、
ことを特徴とする高炉へのガス供給方法。
1) Using the gas supply apparatus for a blast furnace according to any one of claims 1 to 6,
2) When the coke oven gas from the coke oven is vented to the carbonization furnace, the hydrogen concentration is increased by decomposing hydrocarbons in the coke oven gas into coke and hydrogen,
3) Tar and at least a part of moisture in the gas that has passed through the carbonization furnace are removed by the gas purification device to produce a first reformed gas,
4) pressurizing the first reformed gas with the gas transfer device;
5) Preheat the first reformed gas whose pressure has been increased with the preheating device,
6) Supplying the preheated first reformed gas to the partial oxidation reformer and supplying combustion gas to reform hydrocarbons in the first gas to increase hydrogen concentration Producing the second reformed gas,
7) Supplying the second reformed gas into the blast furnace from a gas supply port to the blast furnace shaft portion.
A method of supplying gas to a blast furnace.
前記第1の改質ガスを前記ガス搬送装置で少なくとも0.2MPaの圧力に昇圧することを特徴とする、請求項8に記載の高炉へのガス供給方法。   The gas supply method to a blast furnace according to claim 8, wherein the first reformed gas is boosted to a pressure of at least 0.2 MPa by the gas transfer device. 前記予熱装置において前記第1の改質ガスを300〜800℃に予熱することを特徴とする、請求項8または9に記載の高炉へのガス供給方法。   10. The gas supply method to a blast furnace according to claim 8, wherein the first reformed gas is preheated to 300 to 800 ° C. in the preheating device. 前記部分改質装置への燃焼ガスを、
(a)酸素ガスと可燃性ガスを燃焼器に供給して生じさせた燃焼ガスとして供給するか、
(b)酸素ガスと可燃性ガスを前記部分改質装置内に供給して当該部分酸化改質装置内で燃焼ガスを生じさせることにより供給するか、
(c)酸素ガスを前記部分酸化改質装置内に供給して前記第1の改質ガスの一部を燃焼させることにより供給する、
ことを特徴とする、請求項8から10のいずれか一項に記載の高炉へのガス供給方法。
Combustion gas to the partial reformer,
(A) supplying oxygen gas and combustible gas as a combustion gas generated by supplying a combustor;
(B) supplying oxygen gas and combustible gas by supplying the gas into the partial reformer and generating combustion gas in the partial oxidation reformer;
(C) supplying oxygen gas by supplying it into the partial oxidation reforming apparatus and combusting a part of the first reformed gas;
The gas supply method to a blast furnace according to any one of claims 8 to 10, wherein
前記ガス搬送装置で昇圧したガスを一時的にガスホルダに貯留し、このガスホルダからのガスを別のガス搬送手段によりさらに昇圧してから前記予熱装置に供給することを特徴とする、請求項8から11のいずれか一項に記載の高炉へのガス供給方法。 The gas boosted by the gas transport device is temporarily stored in a gas holder, and the gas from the gas holder is further boosted by another gas transport means and then supplied to the preheating device. The gas supply method to the blast furnace as described in any one of 11.
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