JP6538281B2 - 熱風炉を用いた二酸化炭素の分解及びリサイクル方法 - Google Patents
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Description
具体的に本発明は、溶鉱炉(Blast Furnace)から排出される廃ガスから二酸化炭素を分離して、それをメタンガスとともに熱風炉の蓄熱室に送り、蓄熱及び発熱エネルギーを用いて一酸化炭素と水素に分解させた後、それを溶鉱炉内で鉄鉱石を還元させる還元ガスとしてリサイクルする技術に関する。
その代表的な技術として、図2に、欧州連合においてなされた鉄鋼工程で発生する二酸化炭素の問題を解決するために、二酸化炭素分離装置8によって分離された二酸化炭素リッチガス9を輸送して廃鉱や深海中の二酸化炭素貯留所10に貯留する構成を示した。またこれは、二酸化炭素分離装置8から一酸化炭素と廃熱をさらに溶鉱炉に管12を介して送風する熱効率向上技術でもある(欧州連合支援技術)。
近年、このような問題を解決するために様々な方法が複数提案されている。下記特許文献1では、太陽光及び風力などの再生エネルギーを用いて二酸化炭素を分解してリサイクルしており、特許文献2〜6では、主に、廃熱をリサイクルしたり、廃ガスを熱風炉でリサイクルすることで熱効率を向上させる技術が提案されている。
しかし、上記のような方法は、熱風炉の蓄熱室に貯蔵された蓄熱とメタンガスの発熱エネルギーを用いて二酸化炭素を分解する技術に関するものではなく、地球温暖化の主な原因である二酸化炭素の問題を解決するための技術ではない。
また、本発明は、二酸化炭素とメタンガスを熱風炉の蓄熱室に送ると、蓄熱及び燃焼熱によって二酸化炭素とメタンガスが一酸化炭素と水素ガスに分解され、分解された一酸化炭素と水素ガスをさらに溶鉱炉に送ることで、鉄鉱石を還元する還元ガスとしての役割を果たす技術を提供する。
本発明は、単純に分離された二酸化炭素とメタンガスを熱風炉の蓄熱室に送って蓄熱及び燃焼熱を用いて二酸化炭素を分解しリサイクルする技術にとどまらず、分解効率を高めるために、溶鉱炉と熱風炉で蓄熱時に発生する廃ガスを用いて二酸化炭素とメタンガスを予熱するとともに、メタンガスに加えて、鉄鋼工程で多く発生する水蒸気や酸素を添加することを含む技術を提供する。
蓄熱室の蓄熱が完了した後、二酸化炭素とメタンガスの流量はそれぞれ、30〜70%と70〜30%を維持することが好ましく、反応効率を最も高くするためには、二酸化炭素とメタンガスの流量をそれぞれ、50%と50%とすることがよい。尚、滞留時間は反応を促進するために、既存の空気を送風する時と同一の水準を維持することが好ましい。
したがって、本発明は、究極的に、熱風炉の蓄熱室に貯蔵された夥しい量の蓄熱(Accumulated Thermal Energy)及びメタンガスの燃焼熱を用いて、溶鉱炉で発生する二酸化炭素を一酸化炭素(CO)と水素(H2)に分解した後、それを溶鉱炉にさらに送風するものである。溶鉱炉内に送風された一酸化炭素と水素は、鉄鉱石(Fe2O3、Fe3O4)中の酸素と反応して鉄(Fe)を作る還元ガス(Reduction Gas)として働くため、本発明は、二酸化炭素の分解と、溶鉱炉で必要な還元ガスを生産するという2つの効果を奏することができる。
また、従来の溶銑工程の設備及び熱源を活用して二酸化炭素を分解することができるという点において、経済的に有利である。
また、本発明の実施形態を説明するにあたり、同一の構成に対しては同一の名称及び符号が用い、これによって重複する付加的な説明は省略する。以下で参照する図面では、縮尺比が正確ではない。
CH4+CO2→2CO+2H2
CO2→CO+0.5O2−2.9eV/mol
ここで、二酸化炭素(CO2)を一酸化炭素(CO)と0.5O2に分解するためには、外部からの熱を必要とする吸熱反応である。溶鉱炉で必要なガス量を満たすために、CO2のみを供給し、熱風炉の蓄熱室に貯蔵された熱源のみを用いてCO2を分解する場合には、その分解効率は約10.8%にしか満たない。蓄熱室に貯蔵された蓄熱だけでは、二酸化炭素を十分に分解することができないだけでなく、溶鉱炉で必要な1250℃への昇温も不可能である。
したがって、熱風炉の蓄熱室に貯蔵された蓄熱に加えて追加の熱源を生成するために、二酸化炭素にメタンガスを混合して熱風炉の蓄熱室に送ると、約86.2%の効率を示すだけでなく、分解された一酸化炭素と水素は、溶鉱炉で必要な温度である1250℃に昇温される。
そして、効率を向上させるために、溶鉱炉1から排出される廃熱、及び燃焼時に熱風炉で発生する廃熱を用いて二酸化炭素とメタンガスを予熱することで、効率を高めることができる。予熱器の構成としては、蓄熱時に熱風炉で発生する廃熱を熱交換器に通過させて加熱した後、そこを二酸化炭素とメタンガスが通過することで予熱されるようにすることが経済的である。
一方、熱風炉の蓄熱室2で二酸化炭素を分解するために蓄熱を用いる際に、燃焼熱をともに用いることもできる。また、さらに他の実施形態として、メタンと二酸化炭素の混合ガスを燃焼室に導入して二酸化炭素を分解することもできる。
2 (熱風炉の)蓄熱室(Heat Accumulator of Hot Stove)
3 (熱風炉の)燃焼室(Furnace of Hot Stove)
4 コークス炉ガスホルダー(COG Holder)
5 溶鉱炉ガスホルダー(BFG Holder)
6 送風機(Blower)
7 送風用管
8 二酸化炭素分離装置
9 二酸化炭素リッチガス
10 二酸化炭素貯蔵所
11 加熱装置(Heater)
12 管
13 二酸化炭素供給装置
14 メタンが含まれたガスまたは酸素供給装置
Claims (10)
- 溶鉱炉から排出されたガスを分離する二酸化炭素分離装置と、
二酸化炭素をメタンガスと混合して送風する送風機と、
前記送風機から送風された混合ガスを吹き込んで一酸化炭素及び水素を生成しながら溶鉱炉に高温ガスを供給する熱風炉と、を含むことを特徴とする溶鉱炉から排出された二酸化炭素の再生装置。 - 前記熱風炉は蓄熱室及び燃焼室を備え、二酸化炭素の分解が、蓄熱室、燃焼室、または蓄熱室及び燃焼室で行われることを特徴とする請求項1に記載の溶鉱炉から排出された二酸化炭素の再生装置。
- 前記送風機に水蒸気及び酸素の1つ以上がさらに混合されることを特徴とする請求項1に記載の溶鉱炉から排出された二酸化炭素の再生装置。
- 前記溶鉱炉から排出される廃熱、熱風炉で燃焼時に発生する廃熱、またはこれらの組み合わせを用いて、二酸化炭素とメタンガスを予熱する予熱器をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の溶鉱炉から排出された二酸化炭素の再生装置。
- 前記熱風炉に吹き込まれる二酸化炭素とメタンガスの流量は、それぞれ30〜70%と70〜30%であることを特徴とする請求項1に記載の溶鉱炉から排出された二酸化炭素の再生装置。
- 溶鉱炉から排出されたガスから二酸化炭素を分離させる段階と、
二酸化炭素をメタンガスと混合して熱風炉に送風させる段階と、
送風機から送風された混合ガスを前記熱風炉に吹き込んで一酸化炭素及び水素を生成させる段階と、
生成された一酸化炭素及び水素を前記溶鉱炉に供給する段階と、を含むことを特徴とする溶鉱炉から排出された二酸化炭素の再生方法。 - 前記熱風炉は蓄熱室及び燃焼室を備え、二酸化炭素の分解が、蓄熱室、燃焼室、または蓄熱室及び燃焼室で行われることを特徴とする請求項6に記載の溶鉱炉から排出された二酸化炭素の再生方法。
- 前記送風機に水蒸気及び酸素の1つ以上がさらに混合されることを特徴とする請求項6に記載の溶鉱炉から排出された二酸化炭素の再生方法。
- 前記溶鉱炉から排出される廃熱、前記熱風炉で燃焼時に発生する廃熱、またはこれらの組み合わせを用いて二酸化炭素とメタンガスを予熱する段階をさらに含むことを特徴とする請求項6に記載の溶鉱炉から排出された二酸化炭素の再生方法。
- 前記熱風炉に吹き込まれる二酸化炭素とメタンガスの流量は、それぞれ30〜70%と70〜30%であることを特徴とする請求項6に記載の溶鉱炉から排出された二酸化炭素の再生方法。
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