JP7307858B2 - 一酸化炭素製造方法およびその活用 - Google Patents

Description

本開示は一酸化炭素製造方法に関するものである。より具体的に、本開示は二酸化炭素排出を低減するために二酸化炭素を一酸化炭素に転換し、これを活用する方法に関するものである。

製鉄産業での還元工程は、溶鉱炉と呼ばれる高炉でコークスの炭素と鉄鉱石が高い温度によって化学反応を起こして液体状態の鉄を得る工程である。現在の製銑製鋼工程の問題は、このような還元工程のために石炭のような炭素系還元剤を使用することによって必然的に多量の二酸化炭素（ＣＯ_２）が発生する点である。しかし、全世界的に二酸化炭素排出規制に対する圧力が強まるにつれて、鉄鋼業界は環境、エネルギー、原価競争力の面で環境に優しい工程に対する関心が増大している。特に、京都議定書以後、ＣＯ_２発生低減およびエネルギー節約の努力がさらに加速化されているのが実情である。鉄鋼業の場合にも炭素税の適用を推進しているのが実情であるので、最近、高炉に使用している還元剤比を低める方法と排出される二酸化炭素の低減に対する関心が高まっている。

溶鉄を製造する工程で二酸化炭素発生量を低減するためには溶鉄製造時発生する排ガスを効率的に用いることが重要である。溶鉄製造時発生される排ガスの主要成分としてはＣＯ、Ｈ_２、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ、Ｎ_２などがあり、排ガス中のＣＯおよびＨ_２は還元剤または熱を発生する熱源として使用が可能である。

よって、高炉に使用される還元剤比と二酸化炭素を低減するための努力として高炉排ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）のみを選択して高炉に再び吹き込む技術、炭素（石炭）を代替して水素を媒介体として活用して水素還元を通じて還元剤比を低め二酸化炭素発生を根本的に遮断しようとする技術などが研究されている。しかし、一酸化炭素を選択的に分離回収して高炉に再び吹き込む技術は排ガス中のＣＯとＮ_２の分離回収回収率が低い問題があり、水素を媒介として使用する水素還元技術は経済性が低く、還元剤を使用する場合、操業の変化を予測することができないという問題点がある。また、分離されたＣＯガスおよび生産される水素ガスを高炉に再び吹き込むためには高炉内部の熱バランスを考慮して高炉送風温度である１２００℃以上まで昇温させなければならない問題があって依然として開発が必要であるのが実情である。

本開示はこのような問題を解決するために、高炉排ガス中の二酸化炭素を選択的に分離して捕集した後、製鉄所内発生する副産物を再利用して二酸化炭素を一酸化炭素に還元させ、製造された一酸化炭素を高炉に再び吹き込む方法を提案しようとする。

本発明の一実施形態による溶鉄製造方法は、高炉から発生した排ガス内の二酸化炭素を捕集する段階；前記二酸化炭素を一酸化炭素に改質する段階；および前記一酸化炭素を前記高炉内に再び吹き込む段階；を含み、前記一酸化炭素を前記高炉内に再び吹き込む段階；で、下記［式１］のＣＯガス再吹き込み量（Ｎｍ^３／分）は５００以上１２７０以下であってもよい。

［式１］ＣＯガス再吹き込み量（Ｎｍ^３／分）＝排ガス中のＣＯ_２ガス含量（Ｎｍ^３／ｔｏｎ）×溶銑生産量（ｔｏｎ／ｄａｙ）×湯道内投入されるＣＯ_２ガス比率（５０％）×ＣＯガス転換率（％）×（１ｄａｙ／１４４０ｍｉｎ）

前記溶鉄製造方法は、下記［式２］のＣＯガス循環率が１５～４０％であってもよい。
［式２］ＣＯガス循環率（％）＝ＣＯガス再吹き込み量（Ｎｍ^３／分）／［排ガス中のＣＯガス含量（Ｎｍ^３／ｔｏｎ）×溶銑生産量（ｔｏｎ／ｄａｙ）］×（１４４０分／１ｄａｙ）×１００［％］

前記［式１］または［式２］のＣＯガス転換率は３５％以上８５％未満であってもよい。

前記一酸化炭素を前記高炉内に再び吹き込む段階；で、前記一酸化炭素の温度は８００℃以上であってもよい。

前記一酸化炭素を前記高炉内に再び吹き込む段階；で、下記［式３］のＣＯ転換率による微粉炭吹き込み量（ｋｒ／ｔｏｎ－ｐｉｇ）は１００～１７０ｋｇ／ｔｏｎ－ｐｉｇを満足することができる。
［式３］ＣＯ転換率による微粉炭吹き込み量（ｋｇ／ｔｏｎ－ｐｉｇ）＝－０．００７＊［ＣＯ転換率（％）］^２－０．００００５＊［ＣＯ転換率（％）］＋１７０．３

本開示一実施形態の二酸化炭素改質装置は、内部に炭素含有副産物および含鉄副産物の混合物が充填されており、前記炭素含有副産物と含鉄副産物の混合比は炭素含有副産物１００重量％を基準にして含鉄副産物を１０～５０重量％で含まれ、二酸化炭素を一酸化炭素に改質するものであってもよい。

前記炭素含有副産物の比表面積は５０ｍ^２／ｇ以上であってもよい。

前記炭素含有副産物の炭素成分は８０重量％以上であり、前記含鉄副産物の含鉄成分は５０重量％以上であってもよい。

本開示一実施形態の二酸化炭素改質装置は、高炉から発生した排ガス内の二酸化炭素を改質する装置であって、前記二酸化炭素改質装置は製鉄工程中の溶融物湯道内に設置されるものであってもよい。

前記二酸化炭素改質装置は、１以上の装置が溶融物湯道面積全般にわたって設置されてもよい。

前記二酸化炭素改質装置が２以上である場合、反応管が束形態またはメッシュ網形態に設置されて固定されて連結できる。

前記溶融物湯道は溶融物の上にカバーが存在し、前記二酸化炭素改質装置は溶融物とカバーの間に存在してもよい。

前記溶融物湯道内の溶融物とカバーの間の温度は９００℃以上であってもよい。

前記二酸化炭素改質装置の位置は、溶融物湯道内溶融物の量を考慮して調節できる。

本発明の一実施形態によれば、二酸化炭素改質装置で高炉で捕集された二酸化炭素を一酸化炭素に改質させることができる。

また、本発明の一実施形態によれば、二酸化炭素改質装置を溶融物湯道の溶融物輻射熱を用いて高炉に再び吹き込む時、高炉内エネルギーバランスを維持させることができる。

また、本発明の一実施形態によれば、高炉排ガス中の二酸化炭素を捕集して使用するので、二酸化炭素排出量を低減することができる。

また、本発明の一実施形態によれば、製造された一酸化炭素を高炉に再び吹き込ませることによって還元剤比を低減させることができる。

本発明一実施形態の一酸化炭素製造および活用の全体的な構成図を示したものである。 本発明一実施形態による湯道内に二酸化炭素改質装置を位置させた概略的な一部構成図を示したものである。 本発明一実施形態による輻射熱活用炭素含有副産物の一酸化炭素転換率を示したものである。 本発明一実施形態による輻射熱活用炭素含有副産物と含鉄含有副産物の一酸化炭素転換率を示したものである。 湯道内に設置されるＣＯ改質反応管の模式図を示したものである。

第１、第２および第３などの用語は多様な部分、成分、領域、層および／またはセクションを説明するために使用されるが、これらに限定されない。これら用語は、ある部分、成分、領域、層またはセクションを他の部分、成分、領域、層またはセクションと区別するためにのみ使用される。したがって、以下で叙述する第１部分、成分、領域、層またはセクションは、本発明の範囲を逸脱しない範囲内で、第２部分、成分、領域、層またはセクションと言及できる。

ここで使用される専門用語は単に特定実施形態を言及するためのものであり、本発明を限定することを意図しない。ここで使用される単数形態は文句がこれと明確に反対の意味を示さない限り複数形態も含む。明細書で使用される“含む”の意味は特定特性、領域、整数、段階、動作、要素および／または成分を具体化し、他の特性、領域、整数、段階、動作、要素および／または成分の存在や付加を除外するのではない。

ある部分が他の部分“の上に”または“上に”あると言及する場合、これは直ぐ他の部分の上にまたは上にあるか、その間に他の部分が伴われてもよい。対照的に、ある部分が他の部分の“真上に”あると言及する場合、その間に他の部分が介されない。

また、特に言及しない限り、％は重量％を意味し、１ｐｐｍは０．０００１重量％である。

別に定義しなかったが、ここに使用される技術用語および科学用語を含む全ての用語は本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が一般に理解する意味と同一な意味を有する。通常使用される辞典に定義された用語は関連技術文献と現在開示された内容に符合する意味を有すると追加解釈され、定義されない限り、理想的または非常に公式的な意味に解釈されない。

以下、本発明の実施形態について本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳しく説明する。しかし、本発明は様々な異なる形態に実現でき、ここで説明する実施形態に限定されない。

図１は、本発明の一実施形態による一酸化炭素製造および溶鉄製造への活用の全体的な構成図である。現在一貫製鉄所で溶鉄を製造する工程は主に高炉工法に依存しており、大部分鉄鉱石の還元剤として石炭から発生した一酸化炭素を使用していて、ばく大な量の二酸化炭素が溶鉄製造工程で発生している。例えば、１トンの鉄鋼製品を生産するためには約２．１８トンの二酸化炭素が発生し、この中の８０％が溶鉄製造工程の石炭使用に起因している。一方、最近、製鉄産業の燃原料価格急騰で高炉工程に適したコーキング（Ｃｏｋｉｎｇ）用石炭価格が大きく増加して溶鉄製造工程の価格競争力を悪化させている。このような問題を解決するために高炉排ガス中の二酸化炭素を選択的に分離回収して一酸化炭素に改質して再び高炉に再び吹き込む方法を提案し、これを図１に示した。高炉で排ガス成分中の二酸化炭素の含量は約２０～２５％であり、内容積５０００Ｎｍ^３以上の高炉の場合、分当り１６，０００Ｎｍ^３以上の二酸化炭素が排出されており、この二酸化炭素のみを選択的に分離回収して、一酸化炭素に転換するために図１で提示した方法で一酸化炭素を製造する。このとき、製造された一酸化炭素の温度は約８００℃であり、製造された高温の一酸化炭素を高炉羽口に吹き込んで還元剤として使用されるコークスとＰＣＩ炭の使用を減らすことができる。

以下、二酸化炭素を一酸化炭素に改質して再び吹き込む溶鉄製造方法についてより具体的に述べる。

本発明一実施形態の溶鉄製造方法は、高炉から発生した排ガス内の二酸化炭素を捕集する段階；前記二酸化炭素を一酸化炭素に改質する段階；および前記一酸化炭素を前記高炉内に再び吹き込む段階；を含み、前記一酸化炭素を前記高炉内に再び吹き込む段階；で、［式１］のＣＯガス再吹き込み量（Ｎｍ^３／分）は５００以上１２７０Ｎｍ^３／分以下であってもよい。具体的に、［式１］の値は５００～９７０Ｎｍ^３／分、より具体的に、［式１］の値は５００～７５０Ｎｍ^３／分であってもよい。［式１］の値が５００Ｎｍ^３／分未満である場合には技術投資に対比してＣＯ_２低減効果が微小である問題があり、［式１］の値が１２７０Ｎｍ^３／分超過である場合には一酸化炭素の量が多くなって、それにより高炉に吹き込まれる送風量（Ｔｏｔａｌ Ｉｎｐｕｔ Ｇａｓ）が減り、減っただけの熱エネルギーを保存するために酸素負荷を増加させなければならない問題があることがある。

［式１］ＣＯガス再吹き込み量（Ｎｍ^３／分）＝排ガス中のＣＯ_２ガス含量（Ｎｍ^３／ｔｏｎ）×溶銑生産量（ｔｏｎ／ｄａｙ）×湯道内投入されるＣＯ_２ガス比率（５０％）×ＣＯガス転換率（％）×１ｄａｙ／１４４０ｍｉｎ）

前記溶鉄製造方法は、［式２］のＣＯガス循環率が１５～４０％であってもよい。具体的に、［式２］の値は１６～３２％、より具体的に２４～３２％、より具体的に２４～３０％であってもよい。［式２］のＣＯガス循環率の値が１５％未満である場合には技術投資に対比してＣＯ_２低減効果が微小であるという問題があり、ＣＯガス循環率の値が４０％超過である場合には一酸化炭素の量が多くなって、それにより高炉に吹き込まれる送風量（Ｔｏｔａｌ Ｉｎｐｕｔ Ｇａｓ）が減って、減っただけの熱エネルギーを保存するために酸素負荷を増加させなければならない問題があることがある。

［式２］ＣＯガス循環率（％）＝ＣＯガス再吹き込み量（Ｎｍ^３／分）／［排ガス中のＣＯガス含量（Ｎｍ^３／ｔｏｎ）×溶銑生産量（ｔｏｎ／ｄａｙ）］×（１４４０分／１ｄａｙ）×１００［％］

前記［式１］または［式２］のＣＯガス転換率は、３５％以上８５％未満であってもよい。

前記一酸化炭素を高炉内に再び吹き込む段階；で、前記一酸化炭素温度は８００℃以上であってもよく、具体的に８００～１５００℃、より具体的に９００～１２００℃、より具体的に１０００～１１００℃であってもよい。

前記一酸化炭素を前記高炉内に再び吹き込む段階；で、［式３］のＣＯ転換率による微粉炭吹き込み量（ｋｒ／ｔｏｎ－ｐｉｇ）は１００～１７０ｋｇ／ｔｏｎ－ｐｉｇを満足することができる。具体的に式２の値は１００（ｋｇ／ｔｏｎ－ｐｉｇ）以上であってもよく、具体的に１７０～１００、より具体的に１７０．３（ｋｇ／ｔｏｎ－ｐｉｇ）～１００．２９５（ｋｇ／ｔｏｎ－ｐｉｇ）であってもよい。前記［式３］の微粉炭吹き込み量が１００ｋｇ／ｔｏｎ－ｐｉｇ未満である場合には炉内熱量が不足するようになる問題があり、１７０ｋｇ／ｔｏｎ－ｐｉｇ超過である場合には炉内通気圧迫が大きくなって微粉炭比を増大するかコークス使用量を減らして還元剤比を低減する目的を達成することができない問題があることがある。

［式３］ＣＯ転換率による微粉炭吹き込み量（ｋｇ／ｔｏｎ－ｐｉｇ）＝－０．００７＊［ＣＯ転換率（％）］^２－０．００００５＊［ＣＯ転換率（％）］＋１７０．３

前記高炉から発生した排ガス内の二酸化炭素を捕集する段階；は、ＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）、深冷法、アンモニア／アミン吸収法、吸着剤使用法、ＭＯＦ（Ｍｅｔａｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｆｒａｍｅｗｏｒｋ）、および膜分離法からなる群より選択された１以上の方法で二酸化炭素を選択的に捕集することができる。

前記二酸化炭素から一酸化炭素に改質される転換率は、３５％以上、具体的に３５～８５％であってもよい。より具体的に、転換率は３５～６４％、より具体的に３５～５０％であってもよい。

前記改質された一酸化炭素は、高炉羽口を通して高炉内部に再び吹き込まれること以外にも、湯道耐火物乾燥などのように熱源が必要なところに再利用できる。

図２は、本発明の一実施形態による湯道内での一酸化炭素製造の概略的な一部構成図である。一般に、焼結鉱、コークス、石灰石は高炉上部から投入されて徐々に下に落ちる。このとき、コークスは高炉の下部分に流入される熱風によって燃焼し、この過程で発生する一酸化炭素が鉄鉱石と還元反応を起こしながら溶銑が生産される。このとき生成された溶融物の温度は１，５００℃以上である。この温度によって溶融物湯道には輻射熱が放出されこのときの輻射熱の温度は約９００℃～１２００℃である。この溶融物上部に伝導率に優れた材質から形成された二酸化炭素改質装置を設置し、二酸化炭素を吹き込む。この内部に製鉄副産物のうちの炭素含有副産物と含鉄副産物を一定の比率で混合後、充填して溶融物輻射熱を活用して二酸化炭素を一酸化炭素に改質する。前記炭素含有副産物は二酸化炭素を一酸化炭素に改質する炭素源を供給し、含鉄副産物は改質触媒として作用できる。

以下、二酸化炭素改質装置の各構成をより具体的に述べる。

本発明一実施形態の二酸化炭素改質装置は、二酸化炭素と炭素含有副産物間のブードア反応（Ｂｏｕｄｏｕａｒｄ ｒｅａｃｔｉｏｎ）を促進して下記反応式のように二酸化炭素を一酸化炭素に改質させることができる。
ＣＯ_２＋Ｃ→２ＣＯ

本発明一実施形態の二酸化炭素改質装置は、内部に炭素含有副産物および含鉄副産物の混合物が充填されており、前記炭素含有副産物と含鉄副産物の混合比は炭素含有副産物１００重量％を基準にして含鉄副産物を１０～５０重量％で含まれてもよい。

前記混合物での炭素含有副産物と含鉄副産物の混合比は、含鉄副産物中の含鉄含量によって調節できる。具体的に、炭素含有副産物１００重量％を基準にして含鉄副産物を０～５０重量％であってもよく、具体的に、１０～４０重量％、より具体的に２０～４０重量％であってもよい。炭素含有副産物１００重量％に対して含鉄副産物を５０重量％超過して混合する場合にはＣＯ_２ガスと反応する炭素含有副産物の表面を過多に覆ってしまって活性点として作用するＣＯ_２ガスと炭素含有副産物境界面がむしろ減る問題があることがある。

前記炭素含有副産物の比表面積は５０ｍ^２／ｇ以上であってもよく、具体的に、比表面積は５０～３００ｍ^２／ｇであってもよく、より具体的に１００～２９０ｍ^２／ｇ、より具体的に２００～２８５ｍ^２／ｇ、より具体的に２５０～２８０ｍ^２／ｇであってもよい。比表面積が５０ｍ^２／ｇ未満である場合にはガスとの反応が顕著に低まって反応率あるいは転換率が低まる問題があることがあり、比表面積が３００ｍ^２／ｇ超過である場合のように比表面積が過度に大きければ、さらに多くの気体と反応するようになって反応時間が短くなって制御が困難な問題があることがある。

前記炭素含有副産物の炭素成分は６０重量％以上であってもよく、具体的に、８０～９０重量％、より具体的に８２～８７重量％であってもよい。炭素含有副産物の炭素成分が６０重量％未満である場合には吹き込むガス量に対比して炭素量が減って転換されたガス量が減少する問題があり、炭素成分が９０重量％超過である場合には吹き込まれるガス量に対比して炭素成分が多くて不活性化された炭素成分が存在する問題があることがある。

前記含鉄副産物の含鉄成分は５０重量％以上であってもよく、具体的に５０～１００重量％、より具体的に５０～６０重量％であってもよい。含鉄副産物の含鉄成分が５０重量％未満である場合には、触媒の役割を果たす含鉄成分の減少によって反応の活性エネルギーが増大し反応速度が遅くなって転換率が低まる問題があることがある。

また、本発明一実施形態の二酸化炭素改質装置は、高炉から発生した排ガス内の二酸化炭素を改質する装置であって、前記二酸化炭素改質装置は製鉄工程中の溶融物湯道内に設置されるものであってもよい。前記二酸化炭素改質装置は製鉄工程中の溶融物湯道内に設置されて溶融物の輻射熱を用いることができる（図５参照）。

前記二酸化炭素改質装置は、１以上の装置が溶融物湯道面積全般にわたって設置される装置であってもよい。また、湯道内の操業状況によって脱着が可能になる。また、二酸化炭素改質装置が１以上であることによって、二酸化炭素吹き込み入口も１以上であってもよい。

前記二酸化炭素改質装置が２以上である場合、反応管が束形態またはメッシュ網形態に設置されて固定されて連結されてもよい。

前記溶融物湯道は溶融物の上にカバーが存在し、前記二酸化炭素改質装置は溶融物とカバーの間に存在するものであってもよい。

前記溶融物とカバーの間の空気の温度は９００℃以上、具体的に９００～１５００℃、より具体的に９００～１２００℃であってもよい。この高温の熱気が二酸化炭素改質装置に伝達されて二酸化炭素が炭素含有副産物と反応して一酸化炭素に改質されるのである。

前記二酸化炭素改質装置の位置は、湯道内溶融物の量を考慮して調節できる。具体的に、二酸化炭素改質装置の位置は湯道内に流れる溶融物の温度と量によって決定できる。

具体的に、溶融物湯道内に溶融物が流れる場合、前記二酸化炭素改質装置は、溶融物表面上部から１００～５００ｍｍ、具体的に２００～４００ｍｍの上に設置できる。溶融物表面上部から過度に近くの上に設置される場合には設置された反応管の変形の問題があり、溶融物表面上部から過度に離れて上に設けられる場合には輻射熱が十分に伝達されなくて反応管内部温度が反応する程度に十分に高まらない問題があることがある。

前記二酸化炭素改質装置の素材は溶融物湯道内の溶融物の輻射熱がよく伝達されるものであれば十分であり、タングステン、モリブデン、シリコンカーバイド、および窒化アルミニウムからなる群より選択された１種以上であってもよく、具体的にはタングステンであってもよい。

以下、実施例を通じて本発明をより詳細に説明する。しかし、このような実施例は単に本発明を例示するためのものであり、本発明がここに限定されるのではない。

「実施例１－一酸化炭素転換率による比較」
本発明で高炉内の排ガス中の二酸化炭素ガスを一酸化炭素に改質して高炉羽口に再び吹き込んで高炉熱バランスと二酸化炭素低減効果を確認するために熱物質収支式で計算した。表１は、溶銑に本発明一実施形態によって製造された一酸化炭素ガス転換率別に高炉羽口に一酸化炭素再吹き込みによる高炉内のバランスと二酸化炭素低減効果を示したものである。

＊Ｂａｓｅは、改質された一酸化炭素を注入しない既存高炉を意味する。
＊ｔ－ｐは、ｔｏｎ－ｐｉｇを意味する。
［式３］ＣＯ転換率による微粉炭吹き込み量（ｋｇ／ｔｏｎ－ｐｉｇ）＝－０．００７＊［ＣＯ転換率（％）］^２－０．００００５＊［ＣＯ転換率（％）］＋１７０．３

一酸化炭素各転換率別に湯道から高炉羽口まで製造された一酸化炭素の循環率は、一酸化炭素転換率が８５％である場合、循環率は３２．５％、転換率が６５％である場合、循環率は２４．９％、転換率が５０％である場合、循環率は１９．２％、転換率が３５％である場合、循環率が１３．４％と計算された。湯道内に設置された反応機内部に充填されている炭素含有副産物と反応器内に吹き込まれるＣＯ_２ガスと反応して生成されたＣＯガスの量を転換率と表現し、この転換率別に生成されたＣＯガス量を高炉羽口に吹き込むために高炉内熱バランスを考慮して高炉羽口に吹き込まれる全体送風量に対して代替可能なＣＯガスの量が循環率である。

一酸化炭素転換率による還元剤比低減効果は、転換率が８５％である一酸化炭素吹き込み時、約５０ｋｇ／ｔ－ｐ微粉炭程度の低減効果が現れ、このとき、炭素低減（ｃａｒｂｏｎ ｓａｖｉｎｇ）は約４３ｋｇ／ｔ－ｐ、ＣＯ_２低減効果（ＣＯ_２ ｓａｖｉｎｇ）は約１５６ｋｇ／ｔ－ｐであった。しかし、転換率が８５％である一酸化炭素を再び吹き込むことは、循環率が高いだけに一酸化炭素の量が多くなり、それにより高炉に吹き込まれる送風量（Ｔｏｔａｌ ｉｎｐｕｔ ｇａｓ）が約２０Ｎｍ^３／ｔ－ｐ程度減って、減っただけの熱エネルギーを保存するために酸素負荷を増加させなければならない短所があることが分かる。また、転換率５０％のＣＯガスは高炉に吹き込まれる送風量が最も近接した数値を示したが、高炉下部の熱バランスを判断する指標であるボッシュガス体積（ｂｏｓｈ ｇａｓ ｖｏｌｕｍｅ）が転換率３０％ＣＯガス吹き込みの場合より低い。よって、高炉内部の熱バランスを維持し高炉外に排出される二酸化炭素ガス量を考慮した時、転換率が３５％である二酸化炭素を高炉に再び吹き込むのが適当なことが分かる。

「実施例２－一酸化炭素転換率によるＣＯガス再吹き込み量」
二酸化炭素転換率によって高炉内に再び吹き込まれるＣＯガスの量を調べてみる実験を行った。

ＣＯガス転換率を下記表２のように異にし、排ガス発生量、溶銑生産量は一定に維持した。

ＣＯガス再吹き込み量は下記式１によって計算された。

［式１］ＣＯガス再吹き込み量（Ｎｍ^３／分）＝排ガス中のＣＯ_２ガス含量（Ｎｍ^３／ｔｏｎ）×溶銑生産量（ｔｏｎ／ｄａｙ）×湯道内投入されるＣＯ_２ガス比率（５０％）×ＣＯガス転換率（％）×（１ｄａｙ／１４４０ｍｉｎ）

上記結果から分かるように、ＣＯガス再吹き込み量が１２７０Ｎｍ^３／ｍｉｎを超過する場合にはそれだけ再び吹き込まれる二酸化炭素の量が多くなり、それによって高炉に吹き込まれる送風量が減るようになり、これを表から確認することができる。結局、減った送風量だけの熱エネルギーを保存するために酸素負荷を増加させなければならない短所が発生するようになる。また、ＣＯガス再吹き込み量が５００Ｎｍ^３／ｍｉｎ未満である場合には炭素低減またはＣＯ_２低減効果がそれだけ低下し、エネルギー節約および環境保護効果を達成しようとする本発明の窮極的な目的に符合しなくなる。

「実施例３－炭素含有副産物の比表面積比較」
湯道内輻射熱を用いて二酸化炭素改質装置で一酸化炭素を製造することを実現するために二酸化炭素を比表面積がそれぞれ表３のように異なる炭素含有副産物が充填されている反応管にそれぞれ吹き込んで温度による転換率を測定してその結果を表３に示した。湯道輻射熱によって反応温度が増加するほど一酸化炭素転換率が高まるのを確認することができ、同じ反応温度では比表面積に優れた炭素含有副産物の転換率が２０％さらに優れたことが観察された（図３参照）。但し、転換率が８５％である一酸化炭素を再び吹き込むことは高炉に吹き込まれる送風量（Ｔｏｔａｌ ｉｎｐｕｔ ｇａｓ）が減ってそれだけの熱エネルギーを保存するために酸素負荷を増加させなければならない短所があるので、比表面積が過度に大きいことも好ましくないのが分かる。

＊転換率測定：反応器に吹き込まれるＣＯ_２体積に対する生成されたＣＯの体積

「実施例４－含鉄副産物混合比比較」
炭素含有副産物中には比表面積の低い副産物が存在するのでこのような副産物の活用度を高め一酸化炭素転換率をさらに向上させるために炭素含有副産物に含鉄副産物を混合して反応管に充填した。その後、一酸化炭素転換率を湯道輻射熱を活用して測定した。含鉄副産物の混合比は、炭素含有副産物１００重量％を基準にして、１０重量％、２０重量％、３０重量％、４０重量％および６０重量％で混合して、含鉄副産物を混合しない場合と一酸化炭素転換率を比較して、その結果を表４および図４に示した。その結果、含鉄副産物を添加した場合が添加しない場合に比べて転換率が優れるのを確認することができた。同時に、含鉄副産物の比がむしろ過度に大きくなる場合には転換率が落ちるのを確認することができた。

本発明は実施例に限定されるのではなく、互いに異なる多様な形態に製造でき、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者は本発明の技術的な思想や必須の特徴を変更せずに他の具体的な形態に実施できるというのが理解できるはずである。したがって、以上で記述した実施例は全ての面で例示的なものであり、限定的ではないものと理解しなければならない。

Claims (14)

1. 高炉から発生した排ガス内の二酸化炭素を捕集する段階；
   前記二酸化炭素を一酸化炭素に改質する段階；および
   前記一酸化炭素を前記高炉内に再び吹き込む段階；
   を含み、
   前記二酸化炭素を一酸化炭素に改質する段階で、製鉄副産物のうち、炭素含有副産物と含鉄副産物を活用して二酸化炭素を一酸化炭素に改質し、
   前記二酸化炭素を一酸化炭素に改質する段階で、湯道内溶融物輻射熱を活用して二酸化炭素を一酸化炭素に改質し、
   前記一酸化炭素を前記高炉内に再び吹き込む段階；で、
   下記［式１］のＣＯガス再吹き込み量（Ｎｍ^３／分）は５００以上１２７０以下を満足
   する、溶鉄製造方法。
   ［式１］ＣＯガス再吹き込み量（Ｎｍ^３／分）＝排ガス中のＣＯ_２ガス含量（Ｎｍ^３／
   ｔｏｎ）×溶銑生産量（ｔｏｎ／ｄａｙ）×湯道内投入されるＣＯ_２ガス比率（５０％）
   ×ＣＯガス転換率（％）×（１ｄａｙ／１４４０ｍｉｎ）
2. 前記溶鉄製造方法は、下記［式２］のＣＯガス循環率が１５～４０％である、請求項１
   に記載の溶鉄製造方法。
   ［式２］ＣＯガス循環率（％）＝ＣＯガス再吹き込み量（Ｎｍ^３／分）／［排ガス中の
   ＣＯガス含量（Ｎｍ^３／ｔｏｎ）×溶銑生産量（ｔｏｎ／ｄａｙ）］×（１ｄａｙ／１４４０ｍｉｎ）×１００［％］
3. 前記［式１］のＣＯガス転換率は３５％以上８５％未満である、請求項１に記載の溶鉄
   製造方法。
4. 前記一酸化炭素を前記高炉内に再び吹き込む段階；で、
   前記一酸化炭素の温度は８００℃以上である、請求項１に記載の溶鉄製造方法。
5. 前記一酸化炭素を前記高炉内に再び吹き込む段階；で、下記［式３］のＣＯ転換率によ
   る微粉炭吹き込み量（ｋｒ／ｔｏｎ－ｐｉｇ）は１００～１７０ｋｇ／ｔｏｎ－ｐｉｇを
   満足する、請求項１に記載の溶鉄製造方法。
   ［式３］ＣＯ転換率による微粉炭吹き込み量（ｋｇ／ｔｏｎ－ｐｉｇ）＝－０．００７
   ＊［ＣＯ転換率（％）］^２－０．００００５＊［ＣＯ転換率（％）］＋１７０．３
6. 内部に炭素含有副産物および含鉄副産物の混合物が充填されており、湯道内の溶融物輻射熱を活用して二酸化炭素を一酸化炭素に改質し、
   前記炭素含有副産物と含鉄副産物の混合比は炭素含有副産物１００重量％を基準にして
   含鉄副産物を１０～５０重量％で含まれ、
   二酸化炭素を一酸化炭素に改質する、二酸化炭素改質装置。
7. 前記炭素含有副産物の比表面積は５０ｍ^２／ｇ以上である、請求項６に記載の二酸化炭
   素改質装置。
8. 前記炭素含有副産物の炭素成分は８０重量％以上であり、
   前記含鉄副産物の含鉄成分は５０重量％以上である、請求項６に記載の二酸化炭素改質
   装置。
9. 高炉から発生した排ガス内の二酸化炭素を改質する装置であって、
   前記二酸化炭素改質装置は製鉄工程中の溶融物湯道内に設置され、
   内部に製鉄副産物のうち炭素含有副産物および含鉄副産物の混合物が充填されており、湯道内の溶融物輻射熱を活用して二酸化炭素を一酸化炭素に改質するものである、二酸化炭素改質装置。
10. 前記二酸化炭素改質装置は１以上の装置が溶融物湯道面積全般にわたって設置される装
    置である、請求項９に記載の二酸化炭素改質装置。
11. 前記二酸化炭素改質装置が２以上である場合、
    反応管が束形態に設置されて固定されて連結された、請求項９に記載の二酸化炭素改質装置。
12. 前記溶融物湯道は溶融物の上にカバーが存在し、
    前記二酸化炭素改質装置は溶融物とカバーの間に存在する、請求項９に記載の二酸化炭
    素改質装置。
13. 前記溶融物湯道内の溶融物とカバーの間の温度は９００℃以上である、請求項１２に記
    載の二酸化炭素改質装置。
14. 前記二酸化炭素改質装置の位置は溶融物湯道内の溶融物の量を考慮して調節され、
    前記二酸化炭素改質装置は、溶融物表面上部から１００～５００ｍｍの上に設置されるものである、請求項９に記載の二酸化炭素改質装置。

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