JPH0257134B2 - - Google Patents
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- JPH0257134B2 JPH0257134B2 JP59250642A JP25064284A JPH0257134B2 JP H0257134 B2 JPH0257134 B2 JP H0257134B2 JP 59250642 A JP59250642 A JP 59250642A JP 25064284 A JP25064284 A JP 25064284A JP H0257134 B2 JPH0257134 B2 JP H0257134B2
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Classifications
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- 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
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-
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- C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
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-
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-
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-
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-
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- Manufacture Of Iron (AREA)
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は金属化合物、特に酸化鉄のような金属
酸化物の還元に関する。
酸化物の還元に関する。
金属酸化物の還元は通常その金属酸化物を例え
ば石炭及び／又はコークス等のような固形状の１
以上の還元剤と共に加熱することによつて行われ
る。加熱は高炉あるいはガスヒータ等を設けた適
宜の反応器内で行われる。
ば石炭及び／又はコークス等のような固形状の１
以上の還元剤と共に加熱することによつて行われ
る。加熱は高炉あるいはガスヒータ等を設けた適
宜の反応器内で行われる。
本発明の目的は周知の方法及び装置よりも有利
な金属化合物の還元方法及び装置を提供すること
である。
な金属化合物の還元方法及び装置を提供すること
である。
上記目的を達するため、本発明は一酸化炭素又
は水素、あるいは一酸化炭素と水素の混合物を含
む平均温度が850℃乃至1000℃のガス状の還元剤
と金属酸化物を反応させる段階を含み、該還元剤
がアーク加熱器等によつて上記高温で得られるこ
とを特徴とする金属酸化物のごとき金属化合物の
還元方法を提供せんとするものである。
は水素、あるいは一酸化炭素と水素の混合物を含
む平均温度が850℃乃至1000℃のガス状の還元剤
と金属酸化物を反応させる段階を含み、該還元剤
がアーク加熱器等によつて上記高温で得られるこ
とを特徴とする金属酸化物のごとき金属化合物の
還元方法を提供せんとするものである。
できればガス状の還元剤の温度を金属化合物と
反応させる前に上記アーク加熱器によつて1200℃
以上に上昇させる。
反応させる前に上記アーク加熱器によつて1200℃
以上に上昇させる。
さらに本発明の１実施例によれば、上記一酸化
炭素と水素の混合物は例えば液化石油ガス
（LPG）および／又はいわゆるサゾール（Sasol）
ガス（H2；CO及びCH4の体積百分率で約48％、
23％及び28％の混合物）および／又は１又はそれ
以上の適宜の炭化水素及び／又は微粉石炭及び／
又は石炭液化工程から得られる石炭誘導体化合物
の混合物、および又はチヤー（char）および／
又は木炭のような適宜の還元剤を水蒸気及び／又
は二酸化炭素と共にプラズマアーク加熱器内で生
成物の特定の組合せを上記一酸化炭素と水素の混
合物に変換するに十分な温度に加熱することによ
つて得られる。
炭素と水素の混合物は例えば液化石油ガス
（LPG）および／又はいわゆるサゾール（Sasol）
ガス（H2；CO及びCH4の体積百分率で約48％、
23％及び28％の混合物）および／又は１又はそれ
以上の適宜の炭化水素及び／又は微粉石炭及び／
又は石炭液化工程から得られる石炭誘導体化合物
の混合物、および又はチヤー（char）および／
又は木炭のような適宜の還元剤を水蒸気及び／又
は二酸化炭素と共にプラズマアーク加熱器内で生
成物の特定の組合せを上記一酸化炭素と水素の混
合物に変換するに十分な温度に加熱することによ
つて得られる。
かかるプラズマアーク加熱器内では平均4000℃
台ガス温度が得られる。
台ガス温度が得られる。
このような高温は2.4KWH／Ｎm3のような高エ
ネルギー密度を達成することによつて可能とな
る。
ネルギー密度を達成することによつて可能とな
る。
これらの高温と比較的低い反応圧力（約絶対圧
３バール）、生成物の上記組合せのCOとH2への
変換が行われる。
３バール）、生成物の上記組合せのCOとH2への
変換が行われる。
上記のチヤーは例えば石炭を体積百分率におい
て約31％乃至69％で約1000℃〜1200℃の温度の一
酸化炭素と水素の加熱ガス混合物と直接接触させ
ることによつて炭化するときに得られる生成物で
あり得る。
て約31％乃至69％で約1000℃〜1200℃の温度の一
酸化炭素と水素の加熱ガス混合物と直接接触させ
ることによつて炭化するときに得られる生成物で
あり得る。
かかるガス混合物は、上記の約1000℃乃至1200
℃の高温においてさえ、石炭と反応せず、さらに
ガス混合物の高エネルギーが、わずかの損失で石
炭に送られることがわかつている。
℃の高温においてさえ、石炭と反応せず、さらに
ガス混合物の高エネルギーが、わずかの損失で石
炭に送られることがわかつている。
さらに本発明によれば、金属化合物は本発明に
よる方法によつて海綿鉄に還元されるペレツト及
び／又は原鉱の形態の鉄鉱を含む。
よる方法によつて海綿鉄に還元されるペレツト及
び／又は原鉱の形態の鉄鉱を含む。
好適には鉄鉱は特定の還元剤と接触させる前に
予熱される。
予熱される。
このようにして還元剤について最高の化学的使
用がなされ得る。
用がなされ得る。
高水素濃度（特にH230％以上）を有するガス
混合物を還元剤として使用する場合には、鉱の予
熱は前提要件である。
混合物を還元剤として使用する場合には、鉱の予
熱は前提要件である。
鉄鉱の直接還元に使用する還元ガスの正確な
H2／CO組成はかかるガスの源泉に依存する。
H2／CO組成はかかるガスの源泉に依存する。
還元ガスがH2：20〜25％及びCO2：80〜75％
（体積百分率）の理想的組成を有するガス混合物
である場合には、還元反応は断熱的に行うことが
でき温度制御は必要でない。
（体積百分率）の理想的組成を有するガス混合物
である場合には、還元反応は断熱的に行うことが
でき温度制御は必要でない。
いわゆるサゾールガスを還元ガスとして使用す
る場合には直接の還元反応に使用するためアーク
加熱器内に形成される生成物は約72（容量）％の
H2と28（容量）％のCOを含む。この場合の還元
反応温度は850〜1000℃台である。
る場合には直接の還元反応に使用するためアーク
加熱器内に形成される生成物は約72（容量）％の
H2と28（容量）％のCOを含む。この場合の還元
反応温度は850〜1000℃台である。
サゾールガス及び水蒸気を水蒸気／CH4比が
1.1〜１のオーダーの量で使用する場合、アーク
加熱器に形成されるガス混合物は、ガス混合物内
には極く少量の過剰水蒸気が存在するから直接の
還元反応に使用する前に冷却する必要はない。
1.1〜１のオーダーの量で使用する場合、アーク
加熱器に形成されるガス混合物は、ガス混合物内
には極く少量の過剰水蒸気が存在するから直接の
還元反応に使用する前に冷却する必要はない。
できればガス変換反応はアーク加熱器に接近し
て置かれる反応室（以下ガスコンバータという）
で行う。
て置かれる反応室（以下ガスコンバータという）
で行う。
さらに本発明によれば、このガスコンバータは
その内側を高温と熱衝撃に抵抗力のある特別なレ
ンガ材で内ばりする。
その内側を高温と熱衝撃に抵抗力のある特別なレ
ンガ材で内ばりする。
できればガスコンバータは変換されるべきガス
またはガス混合物によつて約5/1及び10/1の間で
可変な有効Ｌ／Ｄ比（有効な長さと内径の比）を
有する。
またはガス混合物によつて約5/1及び10/1の間で
可変な有効Ｌ／Ｄ比（有効な長さと内径の比）を
有する。
さらに本発明によればガスコンバータは摺動弁
によりプラズマアーク加熱路に接続される。
によりプラズマアーク加熱路に接続される。
かかる弁はアーク加熱器の電極を取換えを容易
にする（かかる取換えは２時間以内で行える）ば
かりでなく、ガスコンバータを装置の残部から隔
離する。
にする（かかる取換えは２時間以内で行える）ば
かりでなく、ガスコンバータを装置の残部から隔
離する。
さらに本発明によるプラズマアーク加熱器は88
％の熱効率を有し、変換されるべき還元ガスが
CH4のごとき炭化水素と水蒸気を含む場合には、
ガス改質装置は95％という高い化学効率を有する
ことが判つた。
％の熱効率を有し、変換されるべき還元ガスが
CH4のごとき炭化水素と水蒸気を含む場合には、
ガス改質装置は95％という高い化学効率を有する
ことが判つた。
添付図面である工程フローシートは本発明の方
法により還元ガスとしていわゆるサゾール及びメ
タンを使用する年産34万トンの海綿鉄の生産に適
する直接還元プラントの簡略配置を示す。
法により還元ガスとしていわゆるサゾール及びメ
タンを使用する年産34万トンの海綿鉄の生産に適
する直接還元プラントの簡略配置を示す。
このフローシートによれば装置は頂部入口２を
有する直接還元塔１を含み、その中に鉄鉱（ヘマ
タイト）は約57.0トン／時の流量で供給され、底
部入口３から900℃〜1000℃程度の温度を有する
約72％のH2と28％のCO（体積百分率）のガス混
合物が約45.700Hm3／時（規準立方メートル／
時）流量で直接還元塔に供給される。鉄鉱はこれ
によりこの塔１内で海綿鉄に還元され、この海綿
鉄は底部出口４を通して塔１から約44トン／時の
速度で排出される。
有する直接還元塔１を含み、その中に鉄鉱（ヘマ
タイト）は約57.0トン／時の流量で供給され、底
部入口３から900℃〜1000℃程度の温度を有する
約72％のH2と28％のCO（体積百分率）のガス混
合物が約45.700Hm3／時（規準立方メートル／
時）流量で直接還元塔に供給される。鉄鉱はこれ
によりこの塔１内で海綿鉄に還元され、この海綿
鉄は底部出口４を通して塔１から約44トン／時の
速度で排出される。
鉄鉱は入口２から塔１に供給される前に室５内
で適宜の方法で加熱される。底部出口４から排出
される海綿鉄は流れ７によつて集められる前に室
６で適宜の方法で冷却することができる。
で適宜の方法で加熱される。底部出口４から排出
される海綿鉄は流れ７によつて集められる前に室
６で適宜の方法で冷却することができる。
入口３より流入する混合ガスは３つのガスコン
バータ８（その内１つをフローシートに示してあ
る）から得られ、このコンバータは各々摺動弁９
により３つの8.5MWのプラズマアーク加熱器１
０（その内１つのみをフローシートに示してあ
る）に接続され、この加熱器を経路１１より3900
〜4000Nm3／時の速度で供給される水蒸気と経路
１２から13300〜13400Nm3／時の速度で供給され
るサゾールガスとメタンの混合物が流れる。内壁
に高温と熱衝撃に抵抗力のあるレンガ材で内ばり
したガスコンバータ８の各々は7/1程度の有効
Ｌ／Ｄ比を有する。
バータ８（その内１つをフローシートに示してあ
る）から得られ、このコンバータは各々摺動弁９
により３つの8.5MWのプラズマアーク加熱器１
０（その内１つのみをフローシートに示してあ
る）に接続され、この加熱器を経路１１より3900
〜4000Nm3／時の速度で供給される水蒸気と経路
１２から13300〜13400Nm3／時の速度で供給され
るサゾールガスとメタンの混合物が流れる。内壁
に高温と熱衝撃に抵抗力のあるレンガ材で内ばり
したガスコンバータ８の各々は7/1程度の有効
Ｌ／Ｄ比を有する。
経路１２に供給されるガス混合物は熱変換器
（図示せず）で約150゜〜250℃の温度に予熱され、
熱交換器には頂部出口１４から塔１を去る廃ガス
流１３の廃熱によつて発生する水蒸気が供給され
る。
（図示せず）で約150゜〜250℃の温度に予熱され、
熱交換器には頂部出口１４から塔１を去る廃ガス
流１３の廃熱によつて発生する水蒸気が供給され
る。
流路１３中の廃ガスはさらに室１５の水蒸気と
汚染物質及び室１６内のCO2の除去によつて高品
質化され、加熱と圧縮後に、流路１７、室６及び
流路１８を介して塔１に戻される。この方法にお
いて、流入ガスの量が半分に減少する。またガス
を室６の海綿鉄と直接接触させることによつてガ
スが予熱され海綿鉄が冷却されるという事実によ
つて海綿鉄内の感知可能なエネルギーを回収する
ためにこの循環ガス流路１７は使用される。固定
の熱効率はしたがつて上昇する。
汚染物質及び室１６内のCO2の除去によつて高品
質化され、加熱と圧縮後に、流路１７、室６及び
流路１８を介して塔１に戻される。この方法にお
いて、流入ガスの量が半分に減少する。またガス
を室６の海綿鉄と直接接触させることによつてガ
スが予熱され海綿鉄が冷却されるという事実によ
つて海綿鉄内の感知可能なエネルギーを回収する
ためにこの循環ガス流路１７は使用される。固定
の熱効率はしたがつて上昇する。
上記記述は例示に過ぎず、アーク加熱器の寸
法、ガス混合物の量等は変化し得る。
法、ガス混合物の量等は変化し得る。
また本発明は上記の金属化合物の直接還元装置
をその範囲として含む。
をその範囲として含む。
さらに本発明の方法と装置は触媒等の使用なし
に金属化合物の直線還元系を提供することが評価
される。さらに、工程の全エネルギーの使用量は
既存の系で可能とされるより実質的に少ない9.5
〜10GJ／トン海綿鉄の程度ですむ。さらに、本
発明の方法を石炭液化法と共に用いることによつ
て本発明の方法が石炭液化工程のため比較的安価
な水素源を提供し、一方で後者において液化され
ない石炭の部分を本発明の方法では還元剤の源泉
として有効に利用できるところから経済的交換が
可能である。
に金属化合物の直線還元系を提供することが評価
される。さらに、工程の全エネルギーの使用量は
既存の系で可能とされるより実質的に少ない9.5
〜10GJ／トン海綿鉄の程度ですむ。さらに、本
発明の方法を石炭液化法と共に用いることによつ
て本発明の方法が石炭液化工程のため比較的安価
な水素源を提供し、一方で後者において液化され
ない石炭の部分を本発明の方法では還元剤の源泉
として有効に利用できるところから経済的交換が
可能である。
また本発明の範囲内で多くの改変が可能であ
る。かくして例えばプラズマアーク／変換系の供
給混合物としてさまざまな比率のCH4（その他の
炭化水素、石炭残渣等）、水蒸気及びCO2を用い
ることによつて、H2／CO比が1/1〜3/1の範囲で
可変な合成ガスを生成することができる。かかる
合成ガスが金属化合物の還元に有利に用いられる
ばかりでなく、また他の方法特にメタノール及
び／又は液化石油ガスの合成のための石油化学工
業における合成ガスとして広範な利用を見出すこ
とができる。
る。かくして例えばプラズマアーク／変換系の供
給混合物としてさまざまな比率のCH4（その他の
炭化水素、石炭残渣等）、水蒸気及びCO2を用い
ることによつて、H2／CO比が1/1〜3/1の範囲で
可変な合成ガスを生成することができる。かかる
合成ガスが金属化合物の還元に有利に用いられる
ばかりでなく、また他の方法特にメタノール及
び／又は液化石油ガスの合成のための石油化学工
業における合成ガスとして広範な利用を見出すこ
とができる。
図面は本発明の工程フローシートである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ガス状の還元剤と金属化合物とを反応させる
段階を含む金属化合物の還元方法において、該還
元剤は一酸化炭素と水素の混合物を含み、これら
の混合物は液化石油ガス、サゾールガス、炭化水
素、微粉炭、石炭液化工程から得られる石炭誘導
体化合物、チヤー、及び木炭からなる群から選択
された少なくとも１つの化合物を水蒸気及び二酸
化炭素からなる群から選択された少なくとも１つ
の物質と共にプラズマアーク加熱器内で加熱する
ことにより得られることを特徴とする上記金属化
合物の還元方法。 ２ 前記ガス状の還元剤の温度を1200℃以上とす
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 前記チヤーは、石炭を体積百分率において31
％乃至69％で1000℃〜1200℃の温度の一酸化炭素
と水素の加熱ガス混合物と直接接触させることに
よつて炭化するときに得られる生成物であること
を特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記
載の方法。 ４ 前記金属化合物は鉄鉱を含むことを特徴とす
る特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに
記載の方法。 ５ 前記鉄鉱は還元剤と接触させる前に予熱され
ることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の
方法。 ６ 前記ガス変換反応はアーク加熱器に接近して
置かれるガスコンバータ内で行うことを特徴とす
る特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれかに
記載の方法。 ７ 前記ガスコンバータはその内側を高温と熱衝
撃に抵抗力のある特殊なレンガ材で内ばりするこ
とを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の方
法。 ８ 前記ガスコンバータは５：１乃至10：１の有
効Ｌ／Ｄ比を有することを特徴とする特許請求の
範囲第６項又は第７項記載の方法。 ９ 前記ガスコンバータは７：１の有効Ｌ／Ｄ比
を有することを特徴とする特許請求の範囲第６項
又は第７項記載の方法。 １０ 前記ガスコンバータは摺動弁によりプラズ
マアーク加熱器に接続されることを特徴とする特
許請求の範囲第６項乃至第９項のいずれかに記載
の方法。 １１ 前記ガス状の還元剤の温度を少なくとも
850℃とすることを特徴とする特許請求の範囲第
１項乃至第１０項のいずれかに記載の方法。 １２ 一酸化炭素と水素の混合物を含む前記ガス
状還元剤が、水蒸気及び二酸化炭素からなる群か
ら選択された少なくとも１つの物質とメタンとの
混合物をプラズマアーク加熱器内で加熱すること
により得ら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。 １３ 加熱温度を少なくとも850℃とすることを
特徴とする特許請求の範囲第１２項記載の方法。 １４ 加熱温度を1200℃以上とすることを特徴と
する特許請求の範囲第１２項記載の方法。 １５ 金属化合物をCO及びH2の混合物と接触せ
しめる還元塔と、少なくとも１個のプラズマアー
ク加熱器とガスコンバータとを含み、液化石油ガ
ス、サゾールガス、少なくとも１種の炭化水素、
微粉炭、石炭液化工程から得られる石炭誘導体化
合物、チヤー、及び木炭からなる群から選択され
た少なくとも１つの化合物を含む還元剤を水蒸気
及び二酸化炭素からなる化合物群の中の少なくと
も１つの化合物と共に、特定の組合せの生成物を
一酸化炭素と水素の混合物に変換するのに十分な
高さの温度に加熱することを特徴とするCO及び
H2による金属化合物の還元に使用する装置。 １６ 前記ガスコンバータの各々は、各プラズマ
アーク加熱器に隣接して置かれ該加熱器と摺動弁
により接続されることを特徴とする特許請求の範
囲第１５項記載の装置。 １７ 前記ガスコンバータはその内側を高温と熱
衝撃に抵抗力のある特殊なレンガ材で内ばりする
ことを特徴とする特許請求の範囲第１５項又は第
１６項に記載の装置。 １８ 前記ガスコンバータが５：１乃至10：１の
有効Ｌ／Ｄ比を有することを特徴とする特許請求
の範囲第１５項乃至第１７項のいずれかに記載の
装置。 １９ 前記ガスコンバータが７：１の有効Ｌ／Ｄ
比を有することを特徴とする特許請求の範囲第１
５項乃至第１７項のいずれかに記載の装置。
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