JP6869238B2 - 炉頂ガスを処理するプロセスおよび装置 - Google Patents

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Description

本発明は、高炉ガスまたはアーク炉（ＥＡＦ）、純酸素上吹き転炉（ＢＯＦ）によってまたは直接還元鉄（ＤＲＩ）プロセスによって生成されたガスなどの、製鋼または製鉄プロセスから発生する炉頂ガスを処理するプロセスおよび装置に関する。
背景
高炉ガスは、一般的に、様々なタイプのバーナにおける燃料ガスとしての使用を許容する、比較的高い一酸化炭素含有量、例えば、約２０〜２８％を有する。しかしながら、高炉から出てくる高炉ガスのダスト含有量は、バーナの適切な機能のためには高すぎるので、高炉ガスのダスト含有量は実質的に低下させられなければならない。これは、通常、２段階プロセスによって行われる。第１のステップにおいて、より大きなダスト粒子はサイクロンにおいて分離される。第２のステップにおいて、より小さな粒子は、通常は湿式プロセスにおいてスクラバによって分離される。このような湿式プロセスは、大量の水消費を必要とし、スラッジおよび排水を発生する。スラッジおよび排水はさらなる処理を必要とする。水スクラビング処理も、処理された高炉ガスの圧力および温度の低下を生じ、これは、下流ガスバーナにおける燃料ガスとしての効率を低下させる。
湿式ガス浄化プロセスの欠点を克服するために、例えば、ろ過の前に汚染物質を上部除去することも開示している国際公開第２０１０／０３４７９１号において、フィルタバッグによってガスをろ過することが提案されている。新鮮な高炉ガスは、一般的に、塩化水素、フッ化水素および硫化水素などの複数の酸性汚染物質を含有する。国際公開第２０１０／０３４７９１号において、これらの汚染物質は、ガス流内へアルカリ性薬剤を噴射することによって除去される。高炉ガスのその他の典型的な汚染物質は、多環式芳香族炭化水素（ＰＡＨ）、ベンジン、トルエンおよびキシレン（ＢＴＸ）を含有する。これらは、例えば、酸性汚染物質を中和するための試薬を含む混合物として、高炉ガス流内へ吸着剤を噴射することによって除去することができる。粉末状態でこのような薬剤を噴射することにより生じる問題は、粉末が、通過するガス流にわたって均一に分配されるべきであるということである。
米国特許第４５０１５９９号明細書は、アルミナ粒子を使用して、アルミニウム製造プロセスエミッションからの汚染物を除去するための乾式スクラバを開示している。このようなアルミニウム製造プロセスガスにおける圧力は、一般的に、大気圧未満であるので、アルミナは、通過するガス流内へ吸い込まれる。
本発明の課題は、一般的に、１ｂａｒよりも高い圧力の高圧ガス流において、汚染物質のより効率的な除去を可能にする、製鋼プロセスから発生する炉頂ガスを浄化するためのシステムを提供することである。
概要
本発明の課題は、粉末薬剤を過圧下で炉頂ガス流内へ噴射することによって、チャネルを通流する１ｂａｒよりも高い圧力の炉頂ガス流を処理するプロセスであって、粉末は、チャネル内に中央に配置されたインジェクタを介してガス流に付加される、プロセスによって解決される。チャネルにおける中心点からの噴射の結果、ガス流にわたる粉末薬剤の分配が改善されることが分かった。
粉末薬剤が噴射される前に流動化されると、粉末粒子の分配がさらに改善される。このために、粉末薬剤は、窒素または高炉ガスなどの流動化ガスを用いて流動床を有するチャンバから排出されてもよい。
粉末薬剤を噴射するための圧力は、例えば、通気出口を介して通気される流動化ガスの体積を制御することによって、調節することができる。
粉末薬剤は、例えば、例えば半径方向に向けられた出口のリングを介して、半径方向にガス流内へ噴射されてもよい。
粉末薬剤は、例えば、１つまたは複数の吸収剤および／または１つまたは複数のアルカリ性化合物を含んでもよい。アルカリ性化合物は、ガス流から酸性化合物を除去するために働く。適切なアルカリ性化合物は、炭酸カルシウム、炭酸ナトリウム（ソーダ）、消石灰またはそれらの混合物を含有する。吸収剤は、重金属、多環式芳香族炭化水素、ベンジン、トルエンまたはキシレンなどの、高炉ガスのその他の典型的な汚染物質を除去するために使用することができる。適切な吸収剤は、例えば、活性炭、亜炭コークスまたはファイングレードゼオライトを含んでもよい。
ガス流内へ噴射される薬剤の量は、汚染物の濃度に依存する。アルカリ性薬剤の化学量論比は、１．５〜４である。活性炭の典型的な濃度は、例えば、５０〜２５０ｍｇ／Ｎｍ3である。
使用される流動化ガスは、例えば、窒素、リサイクルされたクリーンな高炉ガスまたはあらゆるその他の適切な不活性ガスであってもよい。薬剤の流動化のために使用される流動化ガスの量は、例えば、薬剤１ｔ当たり少なくとも１５０ｌ、例えば、約２００〜５００ｌであってもよい。
粉末薬剤は、一般的に少なくとも約１．５ｂａｒ、例えば、少なくとも約２．５ｂａｒである通過する炉頂ガス流における圧力に対して、少なくとも約１０ｍｂａｒ、例えば、少なくとも約２０ｍｂａｒ、例えば、最大でも５００ｍｂａｒ以下または最大でも４００ｍｂａｒ以下の正味過圧でガス流内へ噴射される。
炉頂ガスの温度は、一般的に、少なくとも約１００℃、例えば、最大でも２５０℃、例えば、約２００℃である。
炉頂ガス流は、例えば、その後、例えばフィルタバッグまたは同様のフィルタによってろ過することができる。
高炉ガス流路を形成するチャネルは、鉛直方向または非鉛直方向、例えば、水平方向であってもよい。チャネルが鉛直方向であり、炉頂ガス流路が上方であると、良好な結果が得られる。
驚くべきことに、本発明によるプロセスを使用すると、製鉄または製鋼プロセスのＮＯｘエミッションが実質的に低減されることが分かった。これは、処理されたガスからのシアン化水素の有効な除去によって生ぜしめられると考えられる。したがって、本開示は、製鉄または製鋼プロセスによるＮＯｘエミッションを低減する方法にも関し、このプロセスから発生するＨＣＮ含有炉頂ガスは、例えば、上述または後述のように、石灰粉末などのアルカリ性成分を含有する粉末薬剤を噴射することによって処理される。
開示されたプロセスは、例えば、粉末薬剤を噴射することによって高炉ガスの流れを処理する装置を使用して行われてもよい。装置は、流れチャネルと、流れチャネル内に中央に配置されたインジェクタとを有する。インジェクタには、半径方向に向けられた出口と、流動化ガスの供給部を備える粉末薬剤の流動床を収容するためのチャンバとが設けられている。
選択的に、通気孔は、チャンバを、チャネルの外側の流動化ガス排出部に接続してもよい。通気孔は、例えば、調節可能であることができ、通気される流動化ガスの体積を制御することを可能にする。これは、粉末薬剤がガス流内へ噴射されるときに粉末薬剤の噴射速度を制御することを可能にする。
流動化ガスの供給部は、例えば、少なくとも１つの通気性導管、例えば、焼結された金属またはフィルタメッシュ金属の導管を有してもよい。流動床にわたって均一な流動化を達成するために、導管は、流動床の幅および／または長さにわたって延びていてもよい。択一的に、流動化ガスは、粉末床を支持するガス透過性底板を介して供給されてもよい。
選択的に、導管は、メンテナンス、清掃または修理目的のために流動化チャンバから取外し可能である。
乱流を回避しかつ炉頂ガス流における圧力降下を最小限にするために、装置は、例えば、半径方向出口から流れ方向に延びる下流円錐形セクションを有してもよい。装置は、流れ方向とは反対方向に半径方向出口から延びる上流円錐形セクションを有してもよい。
チャネルは、一般的に、円筒状であり、チャネルと同軸のインジェクタを備える。半径方向出口は、チャネルに対して同軸でもある、円形の配列を形成していてもよい。
図面の簡単な説明
１つの典型的な実施の形態を示す添付の図面を参照して、発明の態様を説明する。
高炉ガスを処理する装置を縦断面図で示している。
図１は、活性炭などの吸収材料および石灰などのアルカリ性薬剤を含有する乾燥粉末薬剤２を噴射することによって高炉ガスの流れを処理する装置１を示している。装置１は、流れ方向Ａを有する高炉ガス流路を形成する流れチャネル３を有する。チャネル３は、チャネル壁４、一般的に、円筒状のチャネル壁を有する。インジェクタ６は、流れチャネル３内に中央に配置されている。インジェクタ６を示すために、図１において壁４の一部は省略されている。インジェクタ６には、半径方向に向けられた出口８のリングが設けられている。インジェクタ６の第１の中空の円錐形セクション１０は、半径方向出口８を備えるセクションから延びており、頂点が下流を指している。インジェクタ６の第２の中空の円錐形セクション１２は、半径方向出口８を備えるセクションから反対方向に延びており、頂点が上流を指している。円錐形セクション１０，１２は、インジェクタ６によって生ぜしめられる乱流を最小限にするように高炉ガス流を案内する。択一的な構成を使用することもできる。
第２の円錐形セクション１２の中空内部は、粉末薬剤２を収容する流動化チャンバ１４の一部を形成している。流動化チャンバ１４は、チャネル壁４における開口１６に接続しており、開口１６において、インジェクタ６は、フランジ接続１８によってチャネル壁にボルト留めされている。チャネル３の外側において、流動化チャンバ１４は、セクション２０によって延長させられている。セクション２０は、新鮮な粉末薬剤を供給するための粉末入口２２と、流動化チャンバ１４における粉末床レベルよりも実質的に上方における流動化ガスを通気するための出口２４とに接続されている。
円錐形セクション１２とチャネル壁４との間のチャンバ１４のセクションは、例えば、頂点が上方を指しかつ頂点が下方を指す、空力横断面を有してもよい。
焼結された金属のガス透過性導管２６は、流動化チャンバ１４の幅および長さにわたって流動化チャンバ１４の底部セクションに配置されており、例えば、流動化ガス入口２８から、少なくとも第２の円錐形セクション１２の中心線まで延びている。
流動化チャンバ１４に粉末薬剤２が充填されているとき、流動化ガスは、粉末床を通じて流動化チャンバ１４内へ吹き込まれる。その結果、粉末床は流動化される。粉末は、出口８を通って逃げ出し、高炉ガス流Ａと共に運ばれる。
粉末薬剤２は、圧力下で高炉ガス流Ａ内へ噴射される。出口２４を通じて通気される流動化ガスの体積を制御することによって、圧力を調整することができる。

Claims (11)

  1. チャネル（３）を通流する１ｂａｒよりも高い圧力の炉頂ガス流を処理するプロセスであって、粉末薬剤（２）を過圧下で前記炉頂ガス流内へ噴射する、プロセスにおいて、
    前記粉末薬剤（２）を、まず流動化させ、次に前記チャネル（３）内に中央に配置されたインジェクタ（６）を介して前記炉頂ガス流に付加し、
    通気出口（２４）を介して通気される流動化ガスの体積を制御することによって、前記粉末薬剤（２）の噴射速度を調整する、プロセス。
  2. 前記粉末薬剤（２）を前記炉頂ガス流内へ前記チャネル（３）の半径方向に噴射する、請求項１記載のプロセス。
  3. 前記粉末薬剤（２）は、１つまたは複数の吸収剤および／または１つまたは複数のアルカリ性成分を含む、請求項１または２記載のプロセス。
  4. 前記炉頂ガス流を引き続きろ過する、請求項１から３までのいずれか１項記載のプロセス。
  5. 炉頂ガス流を処理する装置（１）であって、該装置（１）は、チャネル（３）と、該チャネル（３）内に中央に配置されかつ前記チャネル（３）の半径方向に向けられた半径方向出口（８）が設けられたインジェクタ（６）とを有し、該インジェクタ（６）は、前記炉頂ガス流における圧力に対して少なくとも１０ｍｂａｒの過圧で前記炉頂ガス流内へ前記半径方向出口（８）を介して粉末薬剤（２）を噴射するように構成された、流動化ガスのための供給部（２８）を備える、前記粉末薬剤（２）の流動床を収容するためのチャンバ（１４）を有し、
    前記装置（１）は、前記チャンバ（１４）を前記チャネル（３）の外側の流動化ガス排出部に接続する通気出口（２４）をさらに有し、
    前記通気出口（２４）は、前記粉末薬剤（２）が前記炉頂ガス流に噴射されたときに前記粉末薬剤（２）の噴射速度を調整するように、通気される流動化ガスの体積を制御するために、調整可能である、装置（１）。
  6. 前記流動化ガスのための供給部（２８）は、少なくとも１つのガス透過性の導管（２６）を有する、請求項５記載の装置（１）。
  7. 前記導管（２６）は、前記流動床の幅および／または長さにわたって延びている、請求項６記載の装置（１）。
  8. 前記導管（２６）は、焼結された金属またはフィルタメッシュ金属である、請求項６または７記載の装置（１）。
  9. 前記導管（２６）は、前記チャンバ（１４）から取り外し可能である、請求項６から８までのいずれか１項記載の装置（１）。
  10. 前記半径方向出口（８）から前記炉頂ガス流の流れ方向へ延びる下流円錐形セクション（１０）を有する、請求項５から９までのいずれか１項記載の装置（１）。
  11. 前記半径方向出口（８）から前記炉頂ガス流の流れ方向とは反対方向に延びる上流円錐形セクション（１２）を有する、請求項５から１０までのいずれか１項記載の装置（１）。
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