JP7028373B1 - 製鉄設備および還元鉄の製造方法 - Google Patents
製鉄設備および還元鉄の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7028373B1 JP7028373B1 JP2021540264A JP2021540264A JP7028373B1 JP 7028373 B1 JP7028373 B1 JP 7028373B1 JP 2021540264 A JP2021540264 A JP 2021540264A JP 2021540264 A JP2021540264 A JP 2021540264A JP 7028373 B1 JP7028373 B1 JP 7028373B1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- methane
- furnace
- blast furnace
- carbon dioxide
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B5/00—Making pig-iron in the blast furnace
- C21B5/06—Making pig-iron in the blast furnace using top gas in the blast furnace process
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B5/00—Making pig-iron in the blast furnace
- C21B5/001—Injecting additional fuel or reducing agents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
- C21B13/0073—Selection or treatment of the reducing gases
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B5/00—Making pig-iron in the blast furnace
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B7/00—Blast furnaces
- C21B7/002—Evacuating and treating of exhaust gases
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
- F27D17/00—Arrangements for using waste heat; Arrangements for using, or disposing of, waste gases
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
- F27D17/00—Arrangements for using waste heat; Arrangements for using, or disposing of, waste gases
- F27D17/008—Arrangements for using waste heat; Arrangements for using, or disposing of, waste gases cleaning gases
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B5/00—Making pig-iron in the blast furnace
- C21B5/001—Injecting additional fuel or reducing agents
- C21B2005/005—Selection or treatment of the reducing gases
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
- C21B2100/20—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases
- C21B2100/22—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases by reforming
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
- C21B2100/20—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases
- C21B2100/26—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases by adding additional fuel in recirculation pipes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
- C21B2100/20—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases
- C21B2100/28—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases by separation
- C21B2100/282—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases by separation of carbon dioxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
- C21B2100/40—Gas purification of exhaust gases to be recirculated or used in other metallurgical processes
- C21B2100/44—Removing particles, e.g. by scrubbing, dedusting
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
- C21B2100/60—Process control or energy utilisation in the manufacture of iron or steel
- C21B2100/64—Controlling the physical properties of the gas, e.g. pressure or temperature
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
- C21B2100/80—Interaction of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel with other processes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/10—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions
- Y02P10/122—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions by capturing or storing CO2
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/10—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions
- Y02P10/143—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions of methane [CH4]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
- Manufacture Of Iron (AREA)
Abstract
Description
即ち、本発明の要旨は、次のとおりである。
1.酸化鉄を還元する高炉と、
酸化鉄を還元する還元炉と、
前記高炉から副生する二酸化炭素、一酸化炭素、水素を含む高炉ガスおよび/または前記還元炉の炉頂より排出される二酸化炭素、一酸化炭素、水素を含む炉頂ガス並びに、水素ガスからメタンを合成するメタン合成装置と、
前記メタン合成装置で合成されたメタンガスを前記高炉に吹き込む吹込み装置と、
前記高炉ガスおよび/または前記炉頂ガス並びに、前記メタン合成装置で合成されたメタンガスを加熱または加熱改質し一酸化炭素ガスおよび水素ガスを含む還元ガスとする加熱改質装置と、
前記還元ガスを前記還元炉に吹き込む還元ガス吹込み装置と、
前記炉頂ガスを前記メタン合成装置および/または前記加熱改質装置へ供給する供給経路と、
を有することを特徴とする製鉄設備。
前記二酸化炭素ガス分離回収装置で回収された二酸化炭素ガスを前記メタン合成装置へ供給する経路と、を有する製鉄設備。
酸化鉄を還元炉へ充填する酸化鉄充填工程と、
前記還元炉へ還元ガスを吹込む還元ガス吹込み工程と、
二酸化炭素および一酸化炭素を含む混合ガスまたは二酸化炭素ガスと、水素ガスとからメタンを合成するメタン合成工程と、
前記メタンガスおよび前記混合ガスを原料ガスとして、前記原料ガスを加熱して前記還元ガスに改質するガス改質工程と、
前記還元炉内で前記還元ガスにより前記酸化鉄を還元する還元工程と、
を有する還元鉄の製造方法。
酸化鉄を還元炉へ充填する酸化鉄充填工程と、
前記還元炉へ還元ガスを吹込む還元ガス吹込み工程と、
前記還元炉の炉頂より排出される二酸化炭素、一酸化炭素、水素を含む炉頂ガスから二酸化炭素を分離し、一酸化炭素と水素を含む混合ガスを回収する二酸化炭素分離工程と、
前記混合ガスを原料ガスとして、前記原料ガスを加熱して前記還元ガスとするガス加熱工程と、
前記還元炉内で前記還元ガスにより前記酸化鉄を還元する還元工程と、
を有する還元鉄の製造方法。
前記再生メタンガスの一部を前記高炉に吹き込む前記9に記載の還元鉄の製造方法。
以下に、本発明の還元鉄の製造方法について実施形態毎に詳しく説明する。
第1の実施形態について、図2を参照して説明する。図2には、図1において第1の実施形態として用いる構成を選択して示してあり、図1に示した製鉄設備を用いている。
本発明の第1実施形態では、次の手順に従って還元鉄を製造する。まず、還元鉄製造プロセスの中心となる還元炉1に、上部から酸化鉄2を装入し、該酸化鉄2を徐々に降下させる。その酸化鉄2の降下過程において、還元炉1の中間部から高温のCO、H2および炭化水素を含む還元ガスを還元ガス吹込み装置10から吹き込むことによって酸化鉄2を還元し、還元炉1の下部から還元鉄3を排出する。この還元炉1内での還元処理において、還元炉1の上部からは主にCO、CO2、H2およびH2Oを含む炉頂ガスが排出される。この炉頂ガスは除塵装置4にて除塵されてから、一部は原料ガスとして第2の脱水装置7bにて水分調整して加熱改質装置6に送り込まれる。残りの炉頂ガスは、第1の脱水装置7aにて脱水ののち、加熱改質装置6の燃焼室において加熱用燃料として用いる。なお、加熱改質装置6の燃焼室にて炉頂ガスを燃焼させる際の助燃ガスとしては、窒素が混入しないように空気ではなく酸素ガスを用いることが好ましい。
本発明の第2の実施形態を図3に示す。第2実施形態では、還元炉1から発生した炉頂ガスのうち、第1実施形態において加熱改質装置6の加熱に用いていた分を、脱水装置7eにて水分調整してからメタン合成装置9に流し込み、再生メタンガス(図3において再生CH4)の原料とすることによって、加熱改質装置6において必要な量の再生メタンを合成する。このとき、加熱改質装置6の加熱用燃料が不足するようであれば、代替として外部よりCO2フリーの熱源、例えばCO2フリー電力を利用して加熱する外部熱源を用いることも可能である。この第2実施形態において、加熱改質装置6での加熱や水素製造にCO2フリーの電力を用いれば、原理的にはCO2排出をゼロとすることができる。
本発明の第3の実施形態について、上記した図1を参照して説明する。
第3実施形態は、溶銑を製造する高炉のある製鉄所において、本発明に従う還元鉄製造プロセスを併設する場合に有利に成立する方法である。まず、第3実施形態は、還元鉄製造プロセスとして、例えば図1に示すように、還元炉1の炉頂から排出される炉頂ガスは、除塵装置4にて除塵されてから、一部は原料ガスとして第2の脱水装置7bにて水分調整して加熱改質装置6に送り込まれ、残りの炉頂ガスは、第1の脱水装置7aにて脱水ののち、加熱改質装置6の燃焼室において加熱用燃料として用いる。
本発明の第3実施形態に従う高炉の操業方法では、高炉21の炉頂部から高炉内へ原料となる焼結鉱や塊鉱石、ペレット(以下、鉱石原料ともいう)やコークスなどが装入される(図示せず)。また、高炉21下部に設置された吹込装置(羽口)22から高炉21内へ、送風ガスと還元材および再生メタンガスとが吹込まれる。なお、吹込装置22から高炉21内へ吹込む還元材を、コークスと区別するため、吹込み還元材ともいう。
そして、送風ガスと還元材の反応により生じた一酸化炭素ガスや水素ガスによって、高炉21内に装入した鉱石原料が還元される。この鉱石原料の還元反応において、二酸化炭素が発生し、鉱石原料と反応しなかった一酸化炭素や水素などとともに、副生ガスとして、高炉の炉頂部から排出される。高炉21の炉頂部は2.5気圧程度の高圧条件となっているので、この高炉の炉頂部から排出される高炉ガス(副生ガス)が、常圧に戻る際の膨張冷却で水蒸気が凝縮するため、脱水装置23において、その凝縮水が除去される。
・水の電気分解で使用する水に、再生メタンガスを生成する工程において副次的に生成する副生水を使用することができ、
・また、水の電気分解において副次的に生成する副生酸素ガスを、羽口22の送風ガスとして用いる酸素ガスに使用することができる、
ことから、この高炉の操業条件(送風ガスとして酸素ガスを用い、かつ、還元材として再生メタンガスを用いる)と組み合わせることにより、極めて高効率な資源循環システムを構築することが可能となり、また、操業柔軟性も向上するからである。
さらに、副生酸素ガスは、全量、送風ガスとして用いる酸素ガスとして使用することが好適であるが、供給量に応じて、別の酸素使用設備(例えば、転炉や電気炉、燃焼機器(加熱炉バーナーや焼結点火バーナー)など)に供給してもよい。
製鉄所内の水素ガスの供給源としては、例えば、コークス炉ガス(コークス炉から排出される副生ガス)などが挙げられる。コークス炉ガスから水素ガスを供給する場合、コークス炉ガス中の水素をPSA(物理吸着)などで分離回収する方法や、コークス炉ガス中の炭化水素を改質(部分酸化)し、この改質ガスから、水素をPSA(物理吸着)などで分離回収する方法、などが挙げられる。
また、外部から供給される水素ガスとしては、例えば、天然ガスなどの炭化水素を水蒸気改質などによって改質することで製造される水素ガスや、液化水素を気化させて得られる水素ガス、有機ハイドライドを脱水素して製造される水素ガスなどが挙げられる。
再生可能エネルギー由来の電力を使用する場合、二酸化炭素の排出量の一層の削減が可能となる。ここで、再生可能エネルギーとは、自然界に定常的に存在するエネルギーであり、例えば、太陽光や風力、水力、地熱、バイオマスなどが挙げられる。
また、製鉄所内の発電設備で発電した電力を使用する場合、より高効率な資源循環システムを構築することが可能となる。ここで、製鉄所内の発電設備としては、例えば、高炉の炉頂圧発電設備や、高炉ガスを燃料(熱源)とする発電設備が挙げられる。なお、高炉ガスを燃料(熱源)とする発電設備では、高炉の操業状態に合わせて、コークス炉ガスや転炉ガス(転炉から排出される副生ガス)、都市ガスを燃料に用いることができる。
すなわち、送風ガスとして、熱風(1200℃程度に加熱した空気)を使用する場合、燃焼ガス中に燃焼反応に寄与しない50体積%程度の窒素が含まれるため、レースウェイにおける火炎の温度は高温となり難い。そのため、高炉内に吹込む還元材の多くを微粉炭からメタンガスに置換すると、上記した微粉炭-酸素の反応における反応熱と、メタンガス-酸素の反応における反応熱との差によって、吹込み装置22の羽口先温度が低下して、羽口先温度が適正温度の下限である2000℃を下回ってしまう。その結果、高炉下部の着熱不足や圧損上昇、出滓不良などの操業トラブルを招く。また、高炉ガスに窒素が多量に含まれるようになるので、高炉ガスからメタンガスを生成する工程の前工程で、窒素と、一酸化炭素および二酸化炭素とを分離する工程が必要となる。
そのため、第3実施形態における高炉の操業方法では、送風ガスとして、酸素ガスを使用することが重要となる。
すなわち、吹込みメタンガス中のメタン濃度が低いと、高炉内への吹込むガス量、ひいては、高炉の圧力損失が増大して、生産性が低下するおそれがある。また、上記したガス循環を繰り返す間に、再生メタンガス中のメタン濃度が相対的に低下する。そのため、吹込みメタンガスのメタン濃度は、80体積%以上とすることが好ましい。より好ましくは90体積%以上、さらに好ましくは95体積%以上である。吹込みメタンガスのメタン濃度は100体積%であってもよい。
同様の理由から、再生メタンガス(および外部メタンガス)のメタン濃度も、80体積%以上とすることが好ましい。より好ましくは90体積%以上、さらに好ましくは95体積%以上である。再生メタンガス(および外部メタンガス)のメタン濃度は100体積%であってもよい。
また、再生メタンガスのメタン濃度が低下した場合には、例えば、吹込みメタンガスにおける再生メタンガスの割合を低下させる一方、メタン濃度の高い外部メタンガスの割合を増加させることによって、吹込みメタンガス中のメタン濃度を高く保つことが可能である。
第4の実施形態について、図4を参照して説明する。図4には、図1において第4の実施形態として用いる構成を選択して示してあり、図1に示した製鉄設備を用いている。
本発明の第4実施形態では、次の手順に従って還元鉄を製造する。まず、還元鉄製造プロセスの中心となる還元炉1に、上部から酸化鉄2を装入し、該酸化鉄2を徐々に降下させる。その酸化鉄2の降下過程において、還元炉1の中間部から高温のCOおよびH2および炭化水素を含む還元ガスを還元ガス吹込み装置10から吹き込むことによって酸化鉄2を還元し、還元炉1の下部から還元鉄3を排出する。この還元炉1内での還元処理において、還元炉1の上部からは主にCO、CO2、H2およびH2Oを含む炉頂ガスが排出される。この炉頂ガスは除塵装置4にて除塵されてから、一部は原料ガスとして二酸化炭素分離装置8にて二酸化炭素を分離後、第2の脱水装置7bにて水分調整して加熱改質装置6に送り込まれる。残りの炉頂ガスは、第1の脱水装置7aにて脱水ののち、加熱改質装置6の燃焼室において加熱用燃料として用いる。また、原料ガスには還元炉1から排出される炉頂ガスに加え高炉21から排出される高炉ガスを使用することができる。
上記原料ガスとして用いる炉頂ガスおよび高炉ガスは、還元ガスの組成を適正に調整するために水分調整を行うが、併せて二酸化炭素分離装置8にてCO2分離を行ってもよい。また、還元ガスの原料ガスには再生メタン、炉頂ガスおよび高炉ガスを用いているが、組成調整のために水もしくは水蒸気を添加してもよい。また、加熱改質装置6においては、触媒等反応を促進する機構を設けて改質反応を発生させ、CO、H2を主とする改質ガスとしてもよいし、また加熱改質装置内では加熱のみを行い、そのまま還元炉に吹き込んでもよい。
図2に模式的に示した還元鉄製造設備を用いて、次に示す還元炉操業を行った。すなわち、還元炉1の上部から酸化鉄2として1394kg/tの焼結鉱を装入し、炉1の中間部からは800℃に加熱した高温還元ガス2200Nm3/t(H2:62体積%、CO:38体積%)の吹き込みを行った。このとき、炉1の上部からは2200Nm3/t(H2:46体積%、CO:29体積%、CO2:10体積%、H2O:15体積%)の炉頂ガスが排出された。この炉頂ガスを除塵したのち、1501Nm3/tを原料ガスとして、残りの699Nm3/tを加熱改質装置6の加熱燃料ガスとして用いた。原料ガスとする炉頂ガスは、水分調整のために86kg/tの水を取り除いたのち、加熱改質装置6に導入した。一方、加熱燃料ガスとする炉頂ガスは、脱水ののち、加熱改質装置6の燃焼室にて、CO2フリー電力で駆動する深冷分離プロセスによって生成された純酸素を用いて燃焼させた。そして、加熱改質装置6の燃焼室からの排ガスを全量回収し、これを脱水した燃焼排ガス269Nm3/t(CO2:100体積%)はメタン合成装置9に送給した。さらにメタン合成装置9には、CO2フリー電力による電気分解で生成した水素1075Nm3/tを加えて再生メタンガス269Nm3/tを合成した。そして、合成された再生メタンガスは前記原料ガスとする炉頂ガスとともに加熱改質装置6に流し込まれ、還元ガスの原料として利用した。
以上の操業では、CO2フリー電力による水素以外のエネルギー源を外部から供給することはないため、CO2排出量はゼロであった。
図3に模式的に示した還元鉄製造設備を用いて、次に示す還元炉操業を行った。すなわち、還元炉1に装入する焼結鉱、還元炉1に吹き込む還元ガス、炉頂から排出される炉頂ガス、および原料ガスの条件は、上記した発明例1と同一である。原料ガスに供した残りの炉頂ガス699Nm3/tは、脱水した後、メタン合成の原料としてメタン合成装置9に送給した。さらにメタン合成装置9に、CO2フリー電力による電気分解で生成された水素551Nm3/tを加えて、再生メタンガス269Nm3/tを合成した。合成された再生メタンガスは加熱改質装置6に流し込み、還元ガスの原料として利用した。その際、加熱改質装置6の加熱用燃料が供給されなくなるため、代わりにCO2フリー電力を外部から供給し、電気加熱を行った。
以上の操業では、CO2フリー電力による水素および電気加熱以外のエネルギー源を外部から供給することはないため、CO2排出量はゼロであった。
図1に模式的に示した製鉄設備を用いて、次に示す高炉並びに還元炉の操業を行った。すなわち、上記の発明例2と類似の還元鉄製造プロセスであるが、メタン合成装置9には炉頂ガスに加えて高炉ガスを用いる、事例である。高炉21では、高炉ガスを窒素レスとするべく、送風ガスを純酸素とした。この条件において発生する高炉ガスのうち、242Nm3/t(H2:24体積%、CO:33体積%、CO2:43体積%)を、炉頂ガス220Nm3/tおよびCO2フリー電力による電気分解で生成された水素772Nm3/tとともにメタン合成のためのメタン合成装置9に流し込んだ。メタン合成装置9では269Nm3/tの再生メタンガスが生成され、この再生メタンガスは原料ガスとする炉頂ガスとともに加熱改質装置6に流し込まれ、還元ガスの原料として利用した。また、再生メタンガスの一部は、高炉21の吹込み装置22に吹込み還元材として送給した。加熱改質装置6の燃焼室には、還元炉の炉頂ガスの一部を燃料として燃焼させるが、この排ガスは回収しなかった。また、加熱改質装置の燃料ガスが不足する分は、図示していないがCO2フリー電力を外部から供給し、電気加熱を行った。
図5に示す還元鉄製造設備を用いる、一般的な還元炉操業を行った。この一般的な還元炉操業は、上記した発明例1において、原料ガスとする炉頂ガスに加える原料を再生メタンガスではなく天然ガスとする比較例1である。すなわち、還元炉1の中間部から800℃に加熱した高温還元ガス2200Nm3/t(H2:62体積%、CO:38体積%)を吹き込み、還元炉操業を行った。このとき、炉上部からは2200Nm3/t(H2:46体積%、CO:29体積%、CO2:10体積%、H2O:15体積%)の炉頂ガスが排出された。この炉頂ガスを除塵したのち、1501Nm3/tを原料ガスに、残りの699Nm3/tを加熱改質装置6の加熱燃料ガスとして用いた。原料ガスとしては水分調整のために86kg/tの水が取り除かれ、加熱改質装置6に送り込んだ。加熱燃料ガスは、脱水ののち、加熱改質装置6の燃焼室にて空気で燃焼され、燃焼排ガスは大気放散した。加熱改質装置6では、前記プロセスガスとともに天然ガス269Nm3/tが流し込まれ、還元ガスを製造した。
以上の操業において、加熱改質装置6の燃焼排ガスとして放出されるCO2を換算すると、528kg-CO2/tとなり、CO2の排出を抑制できなかった。
図6に示す還元鉄製造設備を用いる、一般的な還元炉操業を行った。この一般的な還元炉操業は、上記した発明例1において、原料ガスとする炉頂ガスに加える原料を再生メタンガスではなくコークス炉ガスとする比較例2である。すなわち、比較例2は、比較例1において、天然ガスの代わりに524Nm3/tのコークス炉ガスを加熱改質装置6に流し込むことで還元鉄を製造するものである。従って、比較例1と同様に、加熱改質装置6の燃焼排ガスとして放出されるCO2を換算すると、456kg-CO2/tとなるが、これは製鉄所内で発生したコークス炉ガスの一部を還元鉄プロセスに流用したものなので、コークス炉側のCO2排出も456kg-CO2/t減少しており、製鉄所としては差し引きゼロとなる。しかし、コークス炉ガスは高炉ガスとは異なり下工程でプロセスガスとして用いられているものなので、CO2フリー電力やCO2フリー電力を用いた水電解によって得られる水素によって代替することはできない。したがって、比較例2の方法では下工程で284Nm3/tの外部メタン(天然ガス等)を導入する必要がある。これにより製鉄所全体としてみると557kg/tのCO2排出増となる計算となり、CO2の排出を抑制できなかった。また、コークス炉ガスは硫黄を多量に含んでおり、加熱改質装置の中に設けた反応促進用触媒は硫黄に弱いため、追加で大規模な脱硫設備も設ける必要があった。
2 酸化鉄
3 還元鉄
4 除塵装置
5 供給経路
6 加熱改質装置
7a 第1の脱水装置
7b 第2の脱水装置
7c 第3の脱水装置
7d 第4の脱水装置
8 二酸化炭素分離装置
9 メタン合成装置
10 還元ガス吹込み装置
21 高炉
22 吹込み装置
23 高炉側の脱水装置
24 バーナー
Claims (11)
- 酸化鉄を還元する高炉と、
酸化鉄を還元する還元炉と、
前記高炉から副生する二酸化炭素、一酸化炭素、水素を含む高炉ガスおよび/または前記還元炉の炉頂より排出される二酸化炭素、一酸化炭素、水素を含む炉頂ガス並びに、水素ガスからメタンを合成するメタン合成装置と、
前記メタン合成装置で合成されたメタンガスを前記高炉に吹き込む吹込み装置と、
前記高炉ガスおよび/または前記炉頂ガス並びに、前記メタン合成装置で合成されたメタンガスを加熱または加熱改質し一酸化炭素ガスおよび水素ガスを含む還元ガスとする加熱改質装置と、
前記還元ガスを前記還元炉に吹き込む還元ガス吹込み装置と、
前記炉頂ガスを前記メタン合成装置および/または前記加熱改質装置へ供給する供給経路と、
を有することを特徴とする製鉄設備。 - 請求項1において、前記供給経路に、前記炉頂ガスから二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離装置を有する製鉄設備。
- 請求項1または2において、前記メタン合成装置の上流側に前記高炉ガスから二酸化炭素ガスを分離回収する二酸化炭素ガス分離回収装置と、
前記二酸化炭素ガス分離回収装置で回収された二酸化炭素ガスを前記メタン合成装置へ供給する経路と、を有する製鉄設備。 - 請求項1、2または3に記載の製鉄設備を使用する還元鉄の製造方法であって、
酸化鉄を還元炉へ充填する酸化鉄充填工程と、
前記還元炉へ還元ガスを吹込む還元ガス吹込み工程と、
二酸化炭素および一酸化炭素を含む混合ガスまたは二酸化炭素ガスと、水素ガスとからメタンを合成するメタン合成工程と、
前記メタンガスおよび前記混合ガスを原料ガスとして、前記原料ガスを加熱して前記還元ガスに改質するガス改質工程と、
前記還元炉内で前記還元ガスにより前記酸化鉄を還元する還元工程と、
を有する還元鉄の製造方法。 - 前記混合ガスが、高炉から副生される高炉ガスおよび/または前記還元炉の炉頂から排出される炉頂ガスである請求項4に記載の還元鉄の製造方法。
- 前記メタン合成工程で合成されたメタンガスの一部を前記高炉に吹き込む請求項5に記載の還元鉄の製造方法。
- 前記高炉が、送風に酸素ガスを用いる高炉である請求項5または6に記載の還元鉄の製造方法。
- 請求項1、2または3に記載の製鉄設備を使用する還元鉄の製造方法であって、
酸化鉄を還元炉へ充填する酸化鉄充填工程と、
前記還元炉へ還元ガスを吹込む還元ガス吹込み工程と、
前記還元炉の炉頂より排出される二酸化炭素、一酸化炭素、水素を含む炉頂ガスから二酸化炭素を分離し、一酸化炭素と水素を含む混合ガスを回収する二酸化炭素分離工程と、
前記混合ガスを原料ガスとして、前記原料ガスを加熱して前記還元ガスとするガス加熱工程と、
前記還元炉内で前記還元ガスにより前記酸化鉄を還元する還元工程と、
を有する還元鉄の製造方法。 - 前記原料ガスの一部にメタンガスを使用する請求項8に記載の還元鉄の製造方法。
- 前記メタンガスが、前記還元炉の炉頂より排出される二酸化炭素、一酸化炭素、水素を含む炉頂ガスの一部および/または前記高炉から副生する二酸化炭素、一酸化炭素、水素を含む高炉ガスの一部と、水素ガスとからメタンを合成するメタン合成工程で合成された再生メタンガスであり、
前記再生メタンガスの一部を前記高炉に吹き込む請求項9に記載の還元鉄の製造方法。 - 前記高炉が、送風に酸素ガスを用いる高炉である請求項10に記載の還元鉄の製造方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020078526 | 2020-04-27 | ||
JP2020078526 | 2020-04-27 | ||
PCT/JP2021/000237 WO2021220555A1 (ja) | 2020-04-27 | 2021-01-06 | 製鉄設備および還元鉄の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2021220555A1 JPWO2021220555A1 (ja) | 2021-11-04 |
JP7028373B1 true JP7028373B1 (ja) | 2022-03-02 |
Family
ID=78331932
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021540264A Active JP7028373B1 (ja) | 2020-04-27 | 2021-01-06 | 製鉄設備および還元鉄の製造方法 |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20230175084A1 (ja) |
EP (1) | EP4144868B1 (ja) |
JP (1) | JP7028373B1 (ja) |
KR (1) | KR20220162174A (ja) |
CN (1) | CN115427588B (ja) |
BR (1) | BR112022021678A2 (ja) |
CA (1) | CA3179019A1 (ja) |
TW (1) | TWI765521B (ja) |
WO (1) | WO2021220555A1 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP4219772A1 (de) * | 2022-01-28 | 2023-08-02 | Linde GmbH | Eisendirektreduktion mit reduzierter kohlendioxidfreisetzung |
CN114480754A (zh) * | 2022-01-28 | 2022-05-13 | 新疆八一钢铁股份有限公司 | 一种碳氢耦合的高炉炼铁方法 |
CN114634831A (zh) * | 2022-03-25 | 2022-06-17 | 新疆八一钢铁股份有限公司 | 一种高炉喷吹等离子矩重整循环冶金煤气的工艺方法 |
GB202213759D0 (en) * | 2022-09-20 | 2022-11-02 | Univ Birmingham | Improved blast furnace |
WO2024165142A1 (en) * | 2023-02-07 | 2024-08-15 | NextChem S.p.A. | Process of direct reduction of iron ores by means of synthesis gas produced with catalytic partial oxidation |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6342320A (ja) * | 1986-08-07 | 1988-02-23 | ホエスト−アルピン・アクチェンゲゼルシャフト | ミル装置およびそれを用いた鋼製造方法 |
JP2011225969A (ja) * | 2010-03-29 | 2011-11-10 | Jfe Steel Corp | 高炉又は製鉄所の操業方法 |
JP2012007213A (ja) * | 2010-06-25 | 2012-01-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 直接還元製鉄法およびそのための還元ガス製造装置 |
JP2014028984A (ja) * | 2012-07-31 | 2014-02-13 | Jfe Steel Corp | 高炉の操業方法 |
Family Cites Families (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA1284274C (en) * | 1985-07-18 | 1991-05-21 | Mamoru Aoki | Melt-reductive iron making method from iron ore |
US6045602A (en) * | 1998-10-28 | 2000-04-04 | Praxair Technology, Inc. | Method for integrating a blast furnace and a direct reduction reactor using cryogenic rectification |
AT409634B (de) * | 2000-05-15 | 2002-09-25 | Voest Alpine Ind Anlagen | Verfahren und vorrichtung zur herstellung von roheisen oder flüssigen stahlvorprodukten aus eisenerzhältigen einsatzstoffen |
MY133537A (en) * | 2002-01-24 | 2007-11-30 | Kobe Steel Ltd | Method for making molten iron |
CN100523228C (zh) * | 2007-07-31 | 2009-08-05 | 张文慧 | 利用焦炉气制还原气生产海绵铁的方法及其设备 |
WO2011108546A1 (ja) * | 2010-03-02 | 2011-09-09 | Jfeスチール株式会社 | 高炉の操業方法、製鉄所の操業方法、および酸化炭素含有ガスの利用方法 |
AT511892B1 (de) * | 2011-08-31 | 2013-07-15 | Siemens Vai Metals Tech Gmbh | Verfahren zur aufbereitung von abgasen aus anlagen zur roheisenherstellung und/oder von synthesegas |
KR101321072B1 (ko) * | 2011-09-06 | 2013-10-23 | 주식회사 포스코 | 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 제조장치 및 그의 제조방법 |
CN102758048A (zh) * | 2012-07-30 | 2012-10-31 | 中冶南方工程技术有限公司 | 原燃料热装、全热氧高炉与竖炉联合生产工艺 |
JP2015532948A (ja) * | 2012-09-14 | 2015-11-16 | フェストアルピネ シュタール ゲーエムベーハーVoestalpine Stahl Gmbh | 直接還元システムのためのプロセスガスを加熱する方法 |
UA117374C2 (uk) | 2013-07-31 | 2018-07-25 | Мідрекс Текнолоджиз, Інк. | Відновлення оксиду заліза до металевого заліза із застосуванням коксового газу та газу зі сталеплавильної печі з подачею кисню |
KR20160120334A (ko) * | 2014-03-26 | 2016-10-17 | 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 | 산소 고로의 조업 방법 |
US10316376B2 (en) * | 2015-06-24 | 2019-06-11 | Midrex Technologies, Inc. | Methods and systems for increasing the carbon content of sponge iron in a reduction furnace |
JP2017088912A (ja) | 2015-11-04 | 2017-05-25 | 株式会社神戸製鋼所 | 還元鉄の製造方法 |
WO2018116090A1 (en) * | 2016-12-22 | 2018-06-28 | Sabic Global Technologies B.V. | Direct reduction process for the production of direct-reduced iron with high purity methane |
-
2021
- 2021-01-06 KR KR1020227039871A patent/KR20220162174A/ko not_active Application Discontinuation
- 2021-01-06 WO PCT/JP2021/000237 patent/WO2021220555A1/ja active Application Filing
- 2021-01-06 BR BR112022021678A patent/BR112022021678A2/pt unknown
- 2021-01-06 CN CN202180029381.4A patent/CN115427588B/zh active Active
- 2021-01-06 US US17/995,310 patent/US20230175084A1/en active Pending
- 2021-01-06 JP JP2021540264A patent/JP7028373B1/ja active Active
- 2021-01-06 EP EP21797227.2A patent/EP4144868B1/en active Active
- 2021-01-06 CA CA3179019A patent/CA3179019A1/en active Pending
- 2021-01-11 TW TW110100903A patent/TWI765521B/zh active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6342320A (ja) * | 1986-08-07 | 1988-02-23 | ホエスト−アルピン・アクチェンゲゼルシャフト | ミル装置およびそれを用いた鋼製造方法 |
JP2011225969A (ja) * | 2010-03-29 | 2011-11-10 | Jfe Steel Corp | 高炉又は製鉄所の操業方法 |
JP2012007213A (ja) * | 2010-06-25 | 2012-01-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 直接還元製鉄法およびそのための還元ガス製造装置 |
JP2014028984A (ja) * | 2012-07-31 | 2014-02-13 | Jfe Steel Corp | 高炉の操業方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP4144868A1 (en) | 2023-03-08 |
US20230175084A1 (en) | 2023-06-08 |
BR112022021678A2 (pt) | 2022-12-20 |
CN115427588A (zh) | 2022-12-02 |
EP4144868B1 (en) | 2024-07-24 |
TW202140804A (zh) | 2021-11-01 |
KR20220162174A (ko) | 2022-12-07 |
JPWO2021220555A1 (ja) | 2021-11-04 |
CN115427588B (zh) | 2024-08-06 |
CA3179019A1 (en) | 2021-11-04 |
EP4144868A4 (en) | 2023-08-30 |
WO2021220555A1 (ja) | 2021-11-04 |
TWI765521B (zh) | 2022-05-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7028373B1 (ja) | 製鉄設備および還元鉄の製造方法 | |
CN115516116A (zh) | 用于生产渗碳海绵铁的方法 | |
JP7028364B2 (ja) | 高炉の操業方法および高炉附帯設備 | |
JP7028363B2 (ja) | 高炉の操業方法および高炉附帯設備 | |
JP7028367B1 (ja) | 高炉の操業方法および高炉附帯設備 | |
JP7272312B2 (ja) | 還元鉄の製造方法 | |
RU2808735C1 (ru) | Линия производства восстановленного железа и способ получения восстановленного железа | |
WO2024135852A1 (ja) | 還元鉄の製造方法 | |
WO2024135695A1 (ja) | 還元鉄の製造方法 | |
WO2024135697A1 (ja) | 還元鉄の製造方法 | |
JP7192845B2 (ja) | 高炉の操業方法および高炉附帯設備 | |
JP7131694B2 (ja) | 高炉の操業方法および高炉附帯設備 | |
JP7131698B2 (ja) | 高炉の操業方法および高炉附帯設備 | |
WO2021149401A1 (ja) | 高炉の操業方法および高炉附帯設備 | |
WO2024135696A1 (ja) | 還元鉄の製造方法 | |
KR20220158450A (ko) | 수소 기반 용철 제조 방법 및 그 장치 | |
CN117460845A (zh) | 还原铁的制造方法 | |
EA041394B1 (ru) | Способ эксплуатации доменной печи |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20211110 |
|
A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20211110 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20220118 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20220131 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7028373 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |