JPH0341729B2 - - Google Patents

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JPH0341729B2
JPH0341729B2 JP4119884A JP4119884A JPH0341729B2 JP H0341729 B2 JPH0341729 B2 JP H0341729B2 JP 4119884 A JP4119884 A JP 4119884A JP 4119884 A JP4119884 A JP 4119884A JP H0341729 B2 JPH0341729 B2 JP H0341729B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、可燃成分を含むプロセス排ガスの後
燃焼浄化方法に関する。
各種のプロセス、例えば、ロータリーキルンに
おける製練プロセス、鉄鉱石の磁化焙焼プロセ
ス、そして特にスポンジ鉄への鉄鉱石の直接還元
プロセスにおいて、なお可燃成分を含む排ガスが
発生する。可燃成分は、プロセスに応じて異なる
が、主としてCO、H2、炭化水素類およびガスに
随伴する固形炭素（スス）またはダスト、例えば
酸化鉄から成る。揮発性成分含量の高い石炭を使
用した場合、可燃成分の含量は比較的高い。特
に、環境負荷を避けるため、可燃成分を後燃焼さ
せ、排ガスからダストおよび有害物質を除去しな
ければならない。
空気を１段で添加してロータリーキルソの全排
ガスまたは部分流を完全に後燃焼させ、次いで、
材料床を介して移動ロストルに導くことは、米国
特許第2112566号から公知である。１段で完全な
後燃焼を行うため、ガス温度を著しく上昇させる
ので、後燃焼室のレンガ積囲壁が熱的に強く侵食
され、飛散ダストが融点または軟化点に達し、そ
の結果、堆積物が生ずる。
排熱ボイラの輻射チヤンバに開口し、管状壁で
冷却された排ガス通路をロータリーキレンのガス
排出端の直後に設けることは、西独特許第
2001563号から公知である。完全な後燃焼を行う
ための酸素含有ガスが、輻射部の直前に導入され
る。完全に後燃焼されたガスの部分流は、含まれ
る固形物の焼付温度よりも低い温度に冷却された
後、排熱ボイラから排出され、移動ロストル上の
供給物の加熱に利用される。このようにすれば、
堆積物の生成は十分に防止できるが、すべての場
合に排熱ボイラを直接後置する必要があり、従つ
て、かなりの経費がかかる。更に、輻射部では、
軟化した固形物が壁に達して沈積することのない
ように層流を確保しなければならない。
本発明の目的は、公知の特に上述の方法の欠点
を排除し、公知の方法に比べて余分の経費を要す
ることなく実施できるプロセス排ガスの後燃焼浄
化法を提供することにある。
この目的は、冒頭に述べた種類の方法におい
て、本発明にもとづき、プロセス排ガスおよび燃
焼に必要な酸素含有燃焼ガスを別個に循環流動層
の流動層反応器１に導入し、上記反応器内で、ガ
ス浄化剤を含有しかつ粒径dp50（50％粒径）が30
〜200μｍの固形物の存在下、ガス速度を２〜10
ｍ／ｓ（無負荷速度）、平均懸濁密度を0.1〜10
Kg／m3および温度を700〜1100℃に調節してプロ
セス排ガスを後燃焼させると同時に浄化し、プロ
セス排ガスに含まれる、または燃焼によつて生ず
る有害物質とガス浄化剤との化学量論比を1.2〜
3.0（Ca：Ｓとして計算）に調節し、循環流動層内
における固形物の１時間当り循環量が流動層反応
器１内の固形物重量の少なくとも５倍となるよう
に、反応器１からガスとともに排出される固形物
を反応器１のもどすことによつて達成される。
いわゆる無負荷速度と定義した上記速度２〜10
ｍ／ｓは、固形物の存在しない流動層反応器内で
得られる速度に関する。
本発明で使用される流動層方式は、緻密相が明
瞭な密度の急激変化によつて上部のガス領域から
分離されている「従来の」流動層とは異なり、一
定の境界層のない分布状態が存在すると云うこと
を特徴とする。緻密相と上方のダスト領域との間
には密度の急激な変化は存在しない。しかしなが
ら、反応器内で固形物濃度は下方から上方へ定常
的に減少する。
フルード数およびアルキメデス数で運転条件を
定義すれば、下記の範囲が得られる。
0.1.３／４・Fr 2・ρg／ρK−ρg10 または 0.01Ar＝100 ここで、 Ar＝dk 3・ｇ（ρK−ρg）／ρg・ν2 および Fr 2＝u2／ｇ・dK である。
式中、 ｕ＝相対ガス速度（ｍ／ｓ） Ar＝アルキメデス数 Fr＝フルード数 ρg＝ガス密度（Kg／m3） ρk＝固形物粒子の密度（Kg／m3） dk＝球状粒子の径（ｍ） ν＝動粘度（m2／ｓ） ｇ＝重力定数（ｍ／s2） 本発明の方法は、大きなガス流量および極めて
一定した温度において燃焼とガス浄化とが組合わ
されて実施し得ると云うことを特徴とする。温度
を極めて一定に維持できることは、ガス浄化に使
用されるガス浄化剤に関しては有利に作用する。
というのは、ガス浄化剤が活性を保持し、従つ
て、有害物質に対して吸収能を保持するからであ
る。更に、ガス浄化剤が極めて微粒であること
が、上記利点を補足する。何故ならば、表面積／
容積比が、本質的に拡散速度によつて定まる有害
物質の結合速度に特に好適であるからである。す
べての固形物が微粒であることによつて、流動層
内で迅速に均一な温度分布も保証される。
排ガスを発生させるエネルギ担体例えば重油、
石炭によつて持込まれる硫黄化合物例えば硫化水
素または二酸化硫黄は特に有害物質とみなされ
る。例えば古タイヤを併用する場合、多量ではな
いが塩化水素またはフツ化水素も問題となる。
流動層反応器へのプロセス排ガスおよび酸素含
有燃焼ガスの供給は、異なる個所で行われる。こ
の場合、プロセス排ガスは流動化用ガスとして供
給でき、酸素含有燃焼ガスはプロセス排ガス送入
口上方の面内で供給できる。この場合、酸素含有
燃焼ガスは、環状管路で相互に接続した複数のガ
スランスを介して供給できる。更に、例えば、２
つの面内で、酸素含有燃焼ガスを供給することも
可能である。
別の実施態様では、酸素含有燃焼ガスが流動化
用ガスとして導入され、プロセス排ガスは上記と
同様の態様で少くとも１つの面内で導入される。
循環流動層内の固形物は、主としてガス浄化剤
から構成することができる。しかしながら、プロ
セス排ガスおよび酸素含有燃焼ガスの起源に応じ
て、固形物は上記ガスによつて持込まれる多量の
ダストも含む。しかし、本来のガス浄化に役立つ
固形物（ガス浄化剤）の割合は、10重量％を下回
つてはならない。
ガス浄化剤としては、特に石灰およびドロマイ
トを使用することができる。
上述の化学量論比に対応して配量する際、例え
ばドロマイトを使用する場合は、有害物質、特に
硫黄化合物と反応するのは、実際上炭酸カルシウ
ム成分のみであり、化学量論比1.2〜3.0はカルシ
ウム分についてのみ計算しなければならないと云
うことを考慮すべきである。
本発明の方法を実施するのに使用される流動層
反応器の横断面は、長方形、正方形または円形で
あつてよい。更に、流動層反応器の下部は円すい
形に構成することもでき、この構成は、反応器横
断面積が大きい場合、即ち、ガス流量が大きい場
合に特に有利である。流動化用ガス−プロセス排
ガスまたは酸素含有燃焼ガス−は、ベンチユリノ
ズル状の送入装置を介して流動層反応器に供給す
るのが合目的的である。一方のガスがダストを含
む場合、このガスを流動化用ガスとして供給する
のが好ましい。
流動層反応器へのガス浄化剤の供給は、通常の
方法で行われるが、１つまたは複数のランスを介
して空気圧により吹込むのが最も合目的的であ
る。循環流動層の場合は良好な横方向混合が行わ
れるので、ランスは比較的少数で十分である。
流動層反応器内で生成煙道ガスの速度が４〜８
ｍ／ｓとなり、平均懸濁密度が0.2〜２Kg／m3と
なるように、プロセス排ガス量と酸素含有燃焼ガ
ス量とを相互に調和させれば、特に好適な運転条
件が達成される。
更に、本発明の有利な実施態様では、循環流動
層内で、固形物循環量が流動層反応器内の固形物
重量の少くとも100倍になるように、流動層反応
器からガスとともに排出される固形物が流動層反
応器にもどされる。この運転方式には、極めて僅
かの圧力損失で流動層反応器を運転できると云う
利点がある。
本発明の別の構成にもとづき、循環流動層内の
温度を800〜1050℃に調節すれば、ガス浄化に関
して最適な条件が得られる。
燃焼浄化されるプロセス排ガスの生成時の温度
が、後燃焼時に1100℃を越える煙道ガスを生ずる
ような温度である場合は、流動層を冷却する必要
がある。最も簡単な場合として、流動層反応器内
に水を噴射して冷却を行うことができる。
しかしながら、本発明の有利な構成では、流動
層冷却器内で冷却された固形物を供給することに
よつて循環流動層の温度が調節される。このた
め、流動層反応器と還流サイクロンともどり管路
とから成る循環路から固形物を取出し、流動層冷
却器、好ましくは、相互に結合した冷却レジスタ
を含み、かつ、固形物に対して向流的に冷媒が流
されて、順次貫流される複数の冷却室を有する冷
却器において上記固形物が冷却され、次いで、上
記循環路にもどされる。冷却時に放熱された熱量
は、例えば、蒸気、加熱された熱担体塩または加
熱された油の形でプロセス熱の発生に利用するの
が好ましい。
可燃成分を含み、本発明の方法で使用されるプ
ロセス排ガスの発熱量は通常は低く、例えば最高
4000kJ／Ｎm3である。プロセス排ガスは、場合
によつてはダストまたはススを含む。この種のプ
ロセス排ガスは、例えばカーボン含有固形物を使
用する直接還元法（固形物還元）から生ずる。し
かし、精錬所または油井の可燃ガスも使用でき
る。
固形物還元時のプロセス排ガスの場合は、別の
有利な実施態様にもとづき、通常は同一個所に設
置されたペレツト焼成装置または焼結プラントの
排ガスが酸素含有燃焼ガスとして使用される。排
ガスの一部のみを使用する場合は、有害物質含量
最大の部分を使用するのが合目的的である。こう
することにより、上記排ガスについて別個に有害
物質を分離する操作が不要となる。
更に、本発明の別の態様では、酸素含量２〜10
容量％の煙道ガスが生ずるように酸素含有燃焼ガ
スの量が調節される。こうして、最適な有害物質
除去が行われると同時に、ガス浄化剤の利用度が
高くなる。ガス浄化剤として石灰石またはドロマ
イトを使用する場合は、更に、硫酸塩化率が高く
なる。
本発明の方法の特に優れた利点は、プロセス排
ガスの燃焼および浄化を１つの装置で実施でき、
可燃成分の量が極めて少ない場合も、即ち、通常
の後燃焼装置ではもはや不可能かまたは困難であ
るような条件においても、燃焼操作を完全に実施
できると云う点にある。更に、本発明の好ましい
構成にもとづき、別の装置の排ガスをいつしよに
処理することができ、従つて、別個の処理を行う
必要はなく、プロセス排ガスに含まれる僅かなエ
ネルギも有効に利用できる。
以下に本発明を例示としての図面について説明
する。
第１図に示した流動層反応器１には、管路２を
介してプロセス排ガスが供給され、管路３を介し
てガス浄化剤が供給される。酸素含有燃焼ガスは
管路１３を介して供給される。流動層反応器１内
には、流動層反応器の内部全体にガス／固形物懸
濁物が形成され、この懸濁物は反応器頂部から排
出され、ガスと固形物とを分離する還流サイクロ
ン４に導かれる。燃焼、浄化されたプロセス排ガ
スは、管路５を介して還流サイクロン４から出
る。
固形物の一部は、もどり管路６を介して流動層
反応器１にもどされる。別の一部は、管路７を介
して流動層冷却器８に達し、冷却レジスタ９内を
流れる水によつて冷却され、管路１０を介して流
動層反応器１にもどされる。新しいガス浄化剤の
供給量および必要に応じてダストの供給量に対応
する量の固形物が管路１１を介して排出される。
流動層冷却器８には、煙道ガスのうち管路１２を
介して供給されるガスが流れる。このガスは、冷
却器を通過した後、冷却された固形物とともに流
動層反応器１にもどされる。
第２図に、ペレツト焼成装置を１４で示し、固
形物還元装置を１５で示し、循環流動層を第１図
と同様に流動層反応器１、還流サイクロン４、も
どり管路６で示した。
プロセス排ガスは、固形物還元装置から管路２
を介して流動層反応器１に入り、反応器内で、ペ
レツト焼成装置１４から管路１３を介して供給さ
れる酸素含有燃焼ガスによつて燃焼される。同時
に、生成煙道ガスの浄化が行われる。ペレツト焼
成装置１４から供給される酸素含有燃焼ガスの一
部には、実際上、ペレツト焼成プロセスにおいて
生ずるすべての有害物質が含まれる。浄化された
煙道ガスは、管路５を介して循環流動層から出
る。
実施例 １ スポンジ鉄製造用固形物還元装置１５内に、温
度850℃の下記組成のプロセス排ガスが１時間当
り67000Nm3発生した。
CO 2.3容量％ H2 1.1 〃 CO2 18.3 〃 H2O 14.3 〃 N2 63.9 〃 SO2 0.1 〃 ダスト（酸化鉄および灰分）の含量は25ｇ／Ｎ
m3であり、スス含量は12ｇ／Ｎm3であつた。
このプロセス排ガスを管路２（ベンチユリノズ
ル状送入装置）を介して流動層反応器１に供給し
た。同時に、ペレツト焼成装置１４の焼成ゾーン
の380℃の排ガスを40000Nm3／ｈの量で管路１３
から流動層反応器１に供給した。上気燃焼ガスの
組成は次の通りであつた。
O2 19.0容量％ CO2 1.5 〃 H2O 2.5 〃 N2 77.0 〃 このガスのSO2含量は0.05容量％であつた。粒
径dp50＝100μｍの石灰石を1100Kg／ｈの量で浄
化剤として使用した。従つて、化学量論比は、
Ca：Ｓとして計算して2.5であつた。
流動層反応器１の温度を850℃に保持するため、
管路７、流動層冷却器８および管路１０を介し
て、流動層冷却器８で850℃から400℃に冷却され
た固形物50t／ｈを供給した。同時に、冷却レジ
スタ９には、30バールの飽和水蒸気9.6t／ｈが得
られた（給水温度105℃）。
上記条件において、流動層反応器１とサイクロ
ン４ともどり管路６とから成る循環系における１
時間当りの固形物循環量は流動層反応器１内の固
形物重量の220倍であり、流動層反応器１内の平
均懸濁密度は１Kg／m3であり、流動層反応器１内
のガス速度は６ｍ／ｓであつた。
結果として、下記組成の煙道ガスが105000N
m3／ｈの量で生じた。
O2 4.8容量％ N2 70.0 〃 CO2 15.1 〃 H2O 10.1 〃 煙道ガス中のSO2残量は、95mg／Ｎm3であり、
これは、硫黄除去率97％に相当する。
本発明は次のように要約される。
可燃成分を含む排ガスの後燃焼浄化方法におい
て、その実施方法を簡略化し、燃焼を満足に実施
させるため、プロセス排ガスと、燃焼に必要な酸
素含有ガスとが循環流動層の流動層反応器１に別
個に導入される。流動層反応器内では、ガス速度
が２〜10ｍ／ｓ（無負荷速度）に、平均懸濁密度
が0.1〜10Kg／m3に、温度が700〜1100℃に調節さ
れ、かつ粒径dp50が30〜200μｍのガス浄化剤と、
プロセスガスに含まれるか、燃焼によつて生ずる
有害物質との化学量論比が1.2〜3.0（Ca：Ｓとし
て計算）に調節される。循環流動層内で固形物の
１時間当り循環量が流動層反応器１内の固形物重
量の少なくとも５倍、好ましくは少なくとも100
倍になるように、流動層反応器１からガスととも
に排出される固形物が流動層反応器１にもどされ
る。
好適な態様において、酸素含有ガスとして、ペ
レツト焼成装置１４または焼結プラントから、好
ましくはSO2濃度の高い領域からの排ガスが使用
され、酸素含有ガスの量は、酸素含有量２〜10容
量％の煙道ガスが生ずるように調節される。
【図面の簡単な説明】
第１図は、循環系から放出された固形物を冷却
して循環流動層にもどす操作を示す概略図、第２
図は、固形物還元時のプロセス排ガスを後燃焼す
ると同時に有害物質を除去する系とペレツト焼成
装置との複合系の流れ図である。 なお、図面に用いられた符号において、１……
流動層反応器、４……還流サイクロン、６……も
どり管路、８……流動層冷却器、９……冷却レジ
スター、１４……ペレツト焼成装置、１５……固
形物還元装置である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 可燃成分を含むプロセス排ガスの後燃焼浄化
    方法において、プロセス排ガスおよび燃焼に必要
    な酸素含有燃焼ガスを別個に循環流動層の流動層
    反応器に導入し、上記反応器内で、ガス浄化剤を
    含有しかつ粒径dp50が30〜200μｍの固形物の存
    在下、ガス速度を２〜〜10ｍ／ｓ（無負荷速度）、
    平均懸濁密度を0.1〜10Kg／m3および温度を700〜
    1100℃に調節してプロセス排ガスを後燃焼させる
    と同時に浄化し、プロセス排ガスに含まれる、ま
    たは燃焼によつて生ずる有害物質とガス浄化剤と
    の化学量論比を1.2〜3.0（Ca：Ｓとして計算）に
    調節し、循環流動層内における固形物の１時間当
    り循環量が流動層反応器内の固形物重量の少なく
    とも５倍となるように流動層反応器からガスとと
    もに排出される固形物を流動層反応器にもどすこ
    とを特徴とする可燃成分を含むプロセス排ガスの
    後燃焼浄化方法。 ２ 流動層反応器内のガス速度を４〜８ｍ／ｓと
    してプロセス排ガスを燃焼浄化することを特徴と
    する特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 流動層反応器内の平均懸濁密度を0.2〜２
    Kg／m3に調節することを特徴とする特許請求の範
    囲第１項または第２項記載の方法。 ４ 循環流動層内で固形物の１時間当り循環量が
    流動層反応器内の固形物重量の少なくとも100倍
    になるように、流動層反応器からガスとともに排
    出される固形物を流動層反応器にもどすことを特
    徴とする特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれ
    か一項に記載の方法。 ５ 循環流動層内の温度を800〜1050℃に調節す
    ることを特徴とする特許請求の範囲第１〜４項の
    いずれか一項に記載の方法。 ６ 流動層冷却器で冷却された固形物を供給する
    ことによつて流動層反応器内の温度を調節するこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１〜５項のいず
    れか一項に記載の方法。 ７ 酸素含有燃焼ガスとして、ペレツト焼成装置
    または焼結プラントからの、好ましくはSO2濃度
    の高い領域からの排ガスを使用することを特徴と
    する特許請求の範囲第１〜６項のいずれか一項に
    記載の方法。 ８ 酸素含量２〜10容量％の煙道ガスが生ずるよ
    うに酸素含有燃焼ガスの量を調節することを特徴
    とする特許請求の範囲第１〜７項のいずれか一項
    に記載の方法。
JP59041198A 1983-03-05 1984-03-02 プロセス排ガスの後燃焼浄化方法 Granted JPS59197724A (ja)

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