JPH0120206B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、それに供給された微細分割炭素質物
質の床中での部分燃焼によつて生成される還元性
ガスの使用によつて実質的に酸化鉄で構成される
微細分割物質例えば鉄鉱石濃厚物（精鉱）を還元
するために流動床に分子状酸素含有気体を供給す
る方法および装置に関する。

本発明は、分子状酸素含有気体の供給に由来す
る固体物質の粘着性の故にさもなければ生ずるよ
うな固体物質の床への沈着を阻止するものであ
る。

流動床法が、微細粒状酸化鉄含有物質の還元に
対して非常に限られた適用性しか有しないという
理由の一つは、満足すべき生成速度を与えるに必
要な高い反応温度においては床中での付着を回避
するのが困難であるからであるということはよく
知られた事実である。しかしながら、最近この分
野ではかなりの進歩がみられた。流動床をして還
元された金属粒子が一緒に粘着することを阻止す
るような過剰の微細粒状固体炭素質物質を確実に
含有せしめることにより、供給物質を迅速に混合
せしめる循環流動床〔その定義に関しては
「Chemical Engineering Progress」第67巻第58
〜63頁（1971）所載「Fluidized Bed
Processing」参照〕の使用により、そして分子状
酸素含有気体供給用ノズルを適当に配置および形
成させることによつて、供給された分子状酸素含
有気体例えば空気の助けをかりて微細分割炭素質
物質の床中での部分燃焼により生成された還元性
ガスを使用して微細分割酸化鉄含有物質を還元す
ることが可能である。このノズルは好ましくはノ
ズルの直径の少くとも２倍に等しい距離だけ流動
床中に延びている。このようにして、流動床の壁
の底辺での低い流れ速度による望ましくない作用
を避けることが可能である。しかしながら、増大
された圧力（２バール以上）でそのような還元を
実施する試みにおいては、ある種の粘着性の問題
がノズル中に生ずることが見出された。スエーデ
ン特許第326158号明細書によれば、熱流動化作用
気体を供給するためのノズルのまわりの環状チヤ
ンネルを通して冷却空気を加えることによつて乾
燥および焙焼過程に対する流動床中での粉末物質
の集塊化を阻止することが可能である。しかしな
がらこの方法はノズルおよび酸化鉄含有物質を還
元するための流動床壁への粉末物質の付着を阻止
することはできなかつた。付着するのは主として
酸化鉄であることが認められ、これは還元された
金属が再酸化されることにより、そしてその際粘
着温度以上に加熱されることにより生ぜしめられ
るものと理解することができる。還元鉄は高い燃
焼熱を有している。従つてノズルへの酸化鉄の付
着の阻止のためのノズルの外側表面の冷却のため
には、空気による冷却は充分ではない。粘着性物
質は生長しそして床機能を阻害する。それらの一
部は分解し、そして装置の他の部分に困難を生ぜ
しめる。ノズル上の保護コーテイングまたはその
絶縁ではこの粘着の問題を阻止することはできな
かつた。

本発明によれば循環床およびその他の流動床の
両方に対してこれらの難点を克服しうることが発
見されたが、これは分子状酸素含有気体の供給の
ためのノズルの口および外側を還元された鉄の融
点より200℃よりも低い温度に冷却することを特
徴としている。このノズルは、ノズルの開口部の
内径の少くとも２倍の長さにわたつて冷却される
べきである。ノズルは好ましくはノズルのまわり
をかこむ冷却ジヤケツトを通して流れる水によつ
て冷却される。このノズルは、ノズルの開口部の
内径の少くとも２倍の距離だけ流動床中に延びて
いるべきであり、このことは流動床反応器の耐熱
性裏張りからノズルの最先端までの距離がノズル
開口部の内径の少くとも２倍であるべきことを意
味している。

本発明の方法は、粘着性低下のための以前に知
られている段階と相合わされるのが適当である。
床中の固体微細分割炭素の含量は適当には20〜50
重量％に保たれており、そして炭素は適当には供
給された微細分割炭素質物質（これは固体例えば
アントラセン、石炭またはコークスであるかまた
は液体燃料例えば燃料油、重質油、または他の石
油生成物のいずれでもありうる）の部分燃焼で形
成されたコークスを構成する。

微細分割炭素質物質は所望により、分子状酸素
含有気体用ノズルに供給することができ、そして
そのような場合適当にはそれはノズルの中心に位
置せしめられたパイプを通してである。分子状酸
素含有気体は適当には予熱されるのであるから、
このパイプは冷却気体を供給する環状ダクトでか
こまれているのがよい。この手段によつて炭素質
物質の時期尚早の分解は避けられ、そしてそれと
共にパイプ中の沈着が避けられる。炭素質物質の
部分燃焼はより徐々に行われ、そして酸素と還元
された金属との間の反応におけるような熱反応生
成物は与えない。ノズルのまわりの付着の危険性
もまたこの方法においては減少する。

本発明は第一義的には２バール以上、好ましく
は２〜15バールの圧力を有する循環流動床中での
使用のために意図されている。しかしながら、こ
れはまた一層低圧に対しても、そして通常の流動
床に対してもまた適用可能である。

第１図は流動床反応器の壁に固定された本発明
によるノズルを説明している。第２図は微細粒状
炭素質物質がノズルを通して同時に供給される本
発明による別のノズルを説明している。第３図は
本発明の方法の実施のための装置を説明してい
る。

第１図は耐熱性ライニング２を有する流動床反
応器の壁１中に固定された本発明のノズルを示し
ている。例えば反応器をかこむ還状導管でありう
る供給ライン３から分子状酸素含有気体例えば予
熱空気がパイプ４を通つて反応器に流れる。冷却
媒体５例えば水はパイプ６を通つて、気体供給パ
イプ４のまわりのジヤケツト７に流れる。ジヤケ
ツト７中には、ジヤケツト７および開口部９の全
体が良好に冷却されるように配列された冷却チヤ
ネル８がある。冷却媒体はパイプ１０を通つて外
部に導かれる。供給パイプ３ならびにノズルパイ
プ４は適当には耐熱性ライニングで内張りされて
おり、これによつて分子状酸素を含有する供給気
体の冷却は低下される。ノズルの開口部９は適当
には内張り壁２の内部である距離におかれている
が、この距離はノズルパイプ４の直径の少くとも
２倍である。

第２図は微細分割炭素質物質が分子状酸素含有
気体供給用ノズル中の中心パイプ１１を通して供
給される具体例を説明している。微細分割炭素質
物質はここでは粉末形態として想定されており、
そしてこれは導管１２およびセクターフイーダー
１３によつてパイプ１４を通して供給される非酸
化性気体の流れに供給され、そしてこれと共にそ
れは反応室中に吹きこまれる。所望により供給パ
イプ１５から微細粒状炭素質物質を供給するパイ
プのまわりの環状ギヤツプ１６を通して冷却気体
例えば冷空気を吹き込むことができる。何等かの
理由により分子状酸素含有気体中に存在するより
も一層多量の酸素ガスを供給する必要のある場合
には、供給パイプ３およびノズル中の気体供給パ
イプ４により供給される冷却気体は酸素ガスであ
りうる。

この酸素ガスは第一義的には炭素質物質の燃焼
により消費され、そして流動床中の還元された鉄
が高濃度酸素ガスに接触する危険性は減少する。
この図においては、ノズルのまわりの冷却ジヤケ
ツトの別の具体例が示されており、これは同心円
的中間壁１７により分離された２個の同心円チヤ
ンネルを包含している。

本発明のノズルは流動床反応器の壁の適当な場
所に位置させることができる。例えばそれらは第
３図に示されているように傾斜した表面に位置さ
せることができるし、または第１および２図に示
されているように垂直な壁に位置させることがで
きる。

第３図は循環流動床を有する流動床反応器を含
有する装置の操作を示している。この装置は、好
ましくは円筒形の垂直方向に長い上側反応室４２
およびこれまた好ましくは円筒形の下側反応室４
３を規制する耐熱性内張りされた反応器４１を包
含している。下側反応室の高さは上側反応室の全
体高さの1/4〜1/6でありそしてそれは上側反応室
の断面積のわずか1/3〜1/2の断面積しか有してい
ない。上側および下側反応室の間には、円錐形帯
域４４がある。燃焼空気はコンプレツサー４５か
ら、環状供給導管５６および反応器中に円錐形壁
部分４４から延びているノズル４６を通して供給
される。ノズル４６は第１および２図に開示され
ているタイプのものでありうる。このノズルは反
応器の壁の内面からその内側方向に延びていてそ
れからある距離をおいた箇所に開口しているが、
その距離は少くともノズルの内径の２倍に等し
い。ノズルの直径は反応室の内容物と空気とを速
やかに混合するに充分な衝撃またはモーメントを
与える量の燃焼空気を吹込むに充分なものでなく
てはならない。ノズルの方向は所望により水平面
から最大で45゜下方かまたは最大80゜上方に偏向さ
せることができる。ノズルの上方には導管４７に
より供給される炭素質粉末のための１個またはそ
れ以上の分配開口部が存在している。上側反応室
４２は排出ガス中の固体物質を分離させるため
の、耐熱性内張りされた主サイクロンセパレータ
ー４８に接続されている。導管４９がサイクロン
セパレーター４８から延びていて、下側室４３の
底部に固体物質を再循環させる。還元作用をする
流動化作用ガスの供給のためには、下側反応室４
３の底部で開口しているノズル５０がある。細い
タツプシヤフト５１もまた前記の底部に接続され
ており、このシヤフトは下方向に、流動化トラツ
プ５３を介して取出された物質の冷却のための冷
却手段５４に接続されている。分枝パイプ５５は
主流動化作用ガス導管３２からタツプシヤフト５
１の下側部分に延びている。すなわちこのタツプ
シヤフト５１を通つて上方に流れる気体は放出さ
れた物質が前記シヤフト中に一緒に詰込まれるの
を阻止し、そしてまたこれはより軽い炭素質粒子
をシヤフト５１中の放出物質から除去するために
前記シヤフト内で風選効果をも生ぜしめることも
できる。

サイクロンセパレーター４８からの排出ガスは
ベンチユリプレヒーター５７中に送られ、その中
でそれは供給パイプ１８およびベンチユリプレヒ
ーター５７に直列に接続されているダストサイク
ロンセパレーター１９を経て供給された精鉱に出
会う。前記サイクロンセパレーター１９は、排出
ガスから精鉱を分離させ、そしてダストをガスト
ラツプ２１を有するダストパイプ２３を経て下側
室に戻す。

第１ダストサイクロンセパレーター１９からの
気体により予熱された精鉱は第２ベンチユリプレ
ヒーター２５にいくが、ここには前記供給パイプ
１８によつて精鉱が供給されている。精鉱は第２
ダストサイクロンセパレーター２６中で気体から
分離され、そしてガストラツプ２７を経て前記の
ベンチユリプレヒーター５７から放出される。そ
の排出ガスは追加のダストサイクロンセパレータ
ー２８中で清浄化されそしてダストはそこから気
体トラツプ２２を含有するダストパイプ２４を通
つて反応器に送られる。主サイクロンセパレータ
ー４８からの固体物質はガストラツプ２９から導
管４９に送られる。せき（スルース）バルブまた
は粉末ロツクでありうるガストラツプ２１，２
２，２７，２９はダストは通過させるが気体のサ
イクロンセパレーター中への流入は阻止する。最
後のダストサイクロンセパレーター２８からの排
出導管３０は還流気体予熱用熱交換体３５を通し
て延びている。気体はクーラー３６およびダスト
セパレーター３７例えば電気フイルターを通して
送られる。この気体の一部は余剰ガスのための導
管３１を通して取り去られ、そしてこれは蒸気発
電プラントに送ることができる。残余のガスは、
そのガスからH₂OおよびCO₂を除去するために洗
浄装置３３にガスコンプレツサー３４によつて送
られる。洗浄されたガスは導管３２によつてそれ
を再加熱する熱交換体３５を経て送られそしてそ
れは最後には反応器部分４３の底部のノズル５０
に送られる。

一例として第３図に説明されている装置には第
２図に説明されているタイプのノズル４６が装備
されている。この装置は加熱兼還元剤として粉末
石炭を使用して鉄鉱石濃厚物（精鉱）の還元に使
用された。粉末石炭の全量をノズル４６を通して
（すなわち導管１２、フイーダー１３および中心
パイプ１１を通して添加しうることが見出され
た。結論として、第３図に説明の供給パイプ４７
を通して石炭を加える必要は全くなかつた。予熱
空気は還元熱を生成させそして石炭の部分燃焼に
よつて反応器中に970℃の温度を保持させるに必
要な割合でノズル４６を通して供給された。還元
鉄は約1130℃の融点を有する鉄―炭素合金よりな
つていた。ノズル４６は930℃よりは充分に下の
温度まで水で冷却されていた。

【図面の簡単な説明】

第１図は流動床反応器の壁に固定された本発明
によるノズルを説明している断面図であり、第２
図は微細粒状炭素質物質がノズルを通して同時に
供給される本発明による別のノズルを説明してい
る断面図でありそして第３図は本発明の方法の実
施のための装置の説明図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ノズル直径の少くとも２倍の距離だけ流動床
   中に延びているノズルを通して流動床に供給され
   る分子状酸素含有気体による流動床中の微細分割
   炭素質物質の部分燃焼で形成される還元性ガスに
   よつて流動床反応器中の微細分割酸化鉄物質を還
   元するにあたり、ノズルの開口部および外側表面
   を還元された金属の融点以下200℃よりも低い温
   度に冷却すること、すなわちそのノズルが冷却ジ
   ヤケツトを通して流れる冷媒によつてその開口部
   から開口部の内径の少くとも２倍の距離部分にわ
   たつて冷却されていることを特徴とする、酸化鉄
   物質の還元方法。 ２ ノズルを水によつて冷却することを特徴とす
   る、特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 還元が増大された圧力で実施されることを特
   徴とする、特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４ 流動床が好ましくは20〜50重量％の含量に微
   細分割固体炭素質物質を含有していることを特徴
   とする、前記いずれかの項に記載の方法。 ５ 微細分割固体状または液体状炭素質物質がそ
   の中の炭素含量を一定に保つような量で床に供給
   されることを特徴とする、前記いずれかの項に記
   載の方法。 ６ 分子状酸素含有気体が予熱空気よりなること
   を特徴とする、前記いずれかの項に記載の方法。 ７ 流動床が循環流動床であることを特徴とす
   る、前記いずれかの項に記載の方法。 ８ 微細分割炭素質物質が１個またはそれ以上の
   ノズル中に中心的に置かれた供給パイプを通して
   供給されることを特徴とする、前記いずれかの項
   に記載の方法。 ９ 冷却水用のチヤンネル８を含有する冷却ジヤ
   ケツト７によりかこまれた分子状酸素含有気体供
   給用内側パイプ４を有し、そして前記内側パイプ
   ４の直径の少くとも２倍の距離だけ流動床反応器
   の内張りの内側に延びているノズルを備えている
   ことを特徴とする、流動床反応器。 １０ 前記ノズルにおいて外側冷却ジヤケツト７
   を備えた前記分子状酸素含有気体供給用パイプ４
   が微細分割炭素質物質を供給するための内側中心
   パイプ１１を取り囲んでいる、特許請求の範囲第
   ９項記載の反応器。 １１ 前記ノズルが最も中心のパイプ１１のまわ
   りに同心円的に設置された冷却気体供給用の別の
   パイプ６を有することを特徴とする、特許請求の
   範囲第１０項記載の反応器。