JPH0348245B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は酸化鉄含有物質の直接還元法、さらに
詳しくは、硫黄受容体を添加して流動床中で炭素
を酸素と、所望により水蒸気と反応させることに
よつてガス化装置で製造したガス化ガスにより酸
化鉄含有物質を直接還元するに際し、ガス化ガス
を、該ガスと共に運ばれた固体粒子の分離後に直
接還元シヤフト炉に供給し、直接還元シヤフト炉
から抜き取つた炉頂ガスの少なくとも一部を、粉
塵をスクラビングした後に圧縮し、該ガスをガス
化装置に再循環することからなる還元ガスによる
酸化鉄含有物質の直接還元法に関する。

発明の背景 このタイプの方法は米国特許第4260412号に記
載されており、非常に小さな粒径、好ましくは10
mmより小さな粒径に粉砕された石炭をガス化装置
中で水蒸気および酸素と、流動床の形成下に反応
させている。反応温度はスラグの溶融温度以下で
あつて、スラグまたは灰分粒子は、流動床から凝
集固体粒子形で落下するので、複雑な排出システ
ムによつて反応容器から除去しなければならな
い。さらに、所望の灰分コンシステンシーを維持
するために非常に正確な温度調整が必要である。

還元シヤフト炉で生成された炉頂ガスは、粉塵
−スクラビングし、冷却し、脱酸プラントで
CO₂、H₂S等の酸性ガスを分離した後に少なくと
も部分的にガス化装置内に再循環されている。な
お、分離された酸性ガスは廃棄される。脱酸した
炉頂ガスの別の部分は、再加熱後に直接還元シヤ
フト炉に再循環される。

炉頂ガスからCO₂ガスを除去することにより、
該方法の総熱量収支は悪影響を受ける。なぜなら
ば、還元に用いられなかつた石炭および酸素を
各々新たにガス化装置に供給しなければならない
からである。さらに、蒸気、他の熱エネルギー源
等が酸性ガス除去装置での洗浄液の再生に必要で
ある。

発明の目的および概要 本発明は前記した欠点、難点等を回避すること
を目的とし、供給された石炭および酸素を最良の
方法で用いる高温で操作可能な前記したタイプの
方法を提供することを目的とする。さらに、本発
明の目的は、石炭を特別な粒径に粉砕する必要が
なく、細かい粒と粗い粒の２つの粒状物部分、す
なわち実質的に供給されたままで用いることがで
きる点において十分な経済的利点を有する方法を
提供することである。

これらの目的は、前記したタイプの本発明の還
元法を用いることによつて達成される。本発明
は、硫黄受容体を所望によりフラツクスと共に、
石炭と分離した微粒子として流動床形成ガスと並
流および／または該ガスに対し向流で供給するこ
と、 CO₂濃度が15〜30％であつて、温度が80〜800
℃である還元シヤフト炉から得た炉頂ガスをガス
化装置の壁に通して横方向から少なくとも1150℃
の温度に維持した流動床域中に再循環すること、 ガス化装置中全体に行きわたつた温度を有する
溶融状態の、集まつて浴を形成する灰分および硫
黄化合物含有スラグをガス化装置の底部付近に設
けたコツク１３に通して除去すること、および ガス化ガスから分離した固体粒子を粒径３mmま
での炭塵と混合し、該混合物をガス化装置の底部
域であつて、スラグ浴の表面上方に再循環するこ
とを特徴とする酸化鉄含有物質の直接還元法であ
る。

公知の方法によれば、粒状の硫黄受容体は石炭
と一緒にガス化装置の底部域内に導入されてい
る。このタイプの導入によれば、硫黄は生成した
ガス化ガスから十分には効果的に除去されない。
硫黄受容体として、例えば石灰石、酸化カルシウ
ム、石灰水和物、ドロマイト等を用いることがで
きる。スラグ溶形成の量、組成、コンシステンシ
−等を制御するための付加的なフラツクスとし
て、例えば砂および／または蛍石を加えることが
できる。

発明の詳説 本発明の方法によれば、50ppm以下の硫黄濃度
を有し、式： Ｒ＝H₂＋CO／H₂O＋CO₂ で示される還元率が15〜30であるガス化ガスが少
なくとも950℃の温度でガス化装置から放出され
る。

直接還元シヤフト炉から得られる再循還炉頂ガ
スには水分およびCO₂が含まれている。二酸化炭
素は一部ガス化装置中で一酸化炭素に変換され、
水分成分はガス化ガスの水素部分の増加に役立
つ。従つて、酸素の供給を減少させることができ
る。

好ましくは、ガス化ガスの製造に用いる石炭部
分は３〜25mmの粒径を有し、ガス化装置の頂部に
通して導入される。ガス化装置内全体が高温なの
で、粗い石炭粒子の瞬間的な破裂が生じる。得ら
れた石炭粒子の粒径により、石炭流動床中へのそ
の混入が可能となる。

本発明の方法の有利な態様によれば、脱粉塵
し、圧縮した炉頂ガスを冷却乾燥機に通過させた
後、ガス化ガスに加えることによつて一酸化炭
素：二酸化炭素の比を調節し、かつ得られる還元
ガスの温度を750〜1000℃の範囲に調節する。こ
の還元ガスを還元シヤフト炉内に導入する。

この方法で還元ガスの温度およびCO：CO₂の
比率を調節することにより還元条件を、塊鉱石、
ペレツト、焼結鉱等のような直接還元シヤフト炉
に供給した酸化鉄含有物質に容易に適合させて生
成される直接還元鉄（DRI）の炭素含量を制御す
ることができる。

炉頂ガスはガス化ガスに、とくに１％以下の水
分含量で加える。

本発明の方法で得られた高度に金属化された生
成物は90〜98％の金属含有率を有し、その硫黄含
量をわずか0.03〜0.05％の範囲に、その炭素含量
を約1.0〜3.0％の範囲内に調節することができ
る。該生成物は製鉄製造用の電気アーク炉または
プラズマ炉の充填物質として非常に適している。

好ましくは、再循環炉頂ガスはガス化装置内に
導入する前に、別の一部の量の脱粉塵した炉頂ガ
スを燃焼することによつて好ましくは500〜700℃
の温度に予熱する。

再循環し、脱粉塵し、かつ圧縮した炉頂ガス部
分を予熱することなくガス化装置に供給すること
もできる。この場合、炉頂ガスの温度はとりわけ
圧縮の程度に依存し、約80〜200℃の範囲である。
ガス化装置の圧力は2.5〜5.5バールの範囲に調節
する。シヤフト炉において、圧力は２〜５バール
であるが、ガス化装置内全体の圧力は、もちろん
シヤフト炉の圧力よりも常に高く、すなわち少な
くとも0.3バール高くしなければならない。

生成した炉頂ガス全体の30〜50％をガス化装置
に再循環するのが有利である。

前記したようにさらに一部を用いて再循環炉頂
ガスを予熱することもでき、あり得るわずかに残
る量は過剰なガスとして還元プラントから放出さ
れる。

本発明の方法の別の有利な態様に従えば、硫黄
受容体を所望によりフラツクスと共にガス化装置
の２つ以上の地点に供給する。供給地点はガス化
装置の頂部および底部の両方、好ましくはスラグ
浴表面の真上とすることができる。好ましくは
0.1mm以下の粒径に粉砕された微粒子硫黄受容体
は、充填される石炭とは別の搬送ガスにより吹込
まれるので流動床の炭素粒子およびガス化装置の
頂部で生成されたガス化ガスの両方と緊密に接触
する。達成可能な脱硫黄化の程度は公知の方法と
比較して大きく改善された。したがつて、前記し
たようなわずか0.03〜0.05％もの特異的な低硫黄
含量が金属化生成物（DRI）中で達成され、この
生成物はさらに脱硫黄化処理することなく高品質
の鋼製造に直接用いることができる。

ガス化ガスから分離した固体粒子は、好ましく
はガス化装置内に再循環する前、すなわち炭塵と
混合する前あるいは混合と同時に冷却される。固
体粒子または混合物の冷却後の温度は約60℃であ
る。

ガス化ガスから分離した固体粒子と炭塵の混合
物は、特に有利には圧縮した炉頂ガスと共にガス
化装置内に吹込まれる。

つぎに、添付の図面に示したプラントの模式的
工程図によつて本発明をさらに詳しく説明する。

ガス化装置１の頂部中に、塊石炭用およびフラ
ツクス用の供給ダクトが挿入されている。石炭は
貯蔵容器２からスクリユーコンベヤー３によつて
供給し、フラツクスは貯蔵容器５からスクリユー
コンベヤー６によつて搬送する。

酸素含有ガスはダクト７を通してガス化装置の
低部に供給され、微粉砕硫黄受容体は貯蔵タンク
８から搬送ガスと共に分岐ダクト９，１０および
１１を介してガス化装置１の底部および頂部中に
吹込む。ガス化装置１において、炭素流動床は適
当な吹込みガスの流量によつて維持する。流動床
の温度は少なくとも1150℃に維持し、この温度で
石炭の非ガス化灰分部分が溶融状態になり、硫化
カルシウム等の硫黄受容体と形成した化合物がス
ラグに変換する。

液体スラグはスラグ浴１２の形成によつてガス
化装置１の底部に集められ、コツク１３を介して
断続的に排出される。生成したガス化ガスはダク
ト１４を介してガス化装置１の頂部から放出さ
れ、図示するように水を用いた熱交換によりクー
ラー１５中でスラグの固化温度以下の温度に冷却
する。ついで、ガス化ガスは少なくとも１つの加
熱サイクロンからなることができる粉塵分離装置
１６内に入る。

固体粒子を分離したガス化ガスはダクト１７を
介して直接還元シヤフト炉１８に供給される。公
知の方法で必要なシヤフト炉１８内へのその導入
前の再加熱は本発明の方法によれば省略すること
ができる。粉塵分離装置１６通過の前後に、有利
にもガス化ガスをシヤフト炉１８から再循環した
脱粉塵、圧縮炉頂ガスの一部と混合し、得られる
還元ガスの温度およびCO：CO₂の比を所望の値
に調節することができる。再循環炉頂ガスはCO₂
に加えて水分を含んでいるのでは、該ガスはもつ
ぱら冷却乾燥機１９を通過させた後に、ガス化ガ
スに加えられる。図示するように、好ましくは１
％以下の水分を含む比較的冷たい炉頂ガスを運ぶ
ダクト２０は粉塵分離装置１６通過後のダクト１
７中に挿入されている。冷却炉頂ガスをダクト１
４中に装置１６の通過前に供給する場合、装置１
６の温度を低く維持することができるが、該装置
はより多量のガス流量を通すことができるように
設計しなければならない。

酸化鉄含有物質２１はシヤフト炉１８の頂部内
に充填し、粉塵非含有高温還元ガスと向流で接触
させて反応させ、高度に金属化した生成物
（DRI）２２を得る。生成したDRI２２は公知の
方法により約50℃の低温または約700〜800℃の高
温のいずれかでシヤフト炉から排出される。スク
リユーコンベヤーで排出された高温DRIは炭塵の
除去後に直接ブリケツテイングすることができ
る。

部分的に酸化された還元ガスはシヤフト炉１８
から炉頂ガスとして放出され、ダクト２３を通つ
て粉塵スクラビングプラント２４に入る。該プラ
ントには、特に有利にはクーラー１５から得た熱
水２５を供給する。本発明の方法によれば、炉頂
ガスは過度には冷却されないので、炉頂ガスの一
定の水分含量は維持され、これはまた温度の調
節、ガス化装置１の酸素の節約およびガス化ガス
の水素成分の増加に適している。

粉塵のスクラビングの間に、炉頂ガスは約50〜
75℃の温度に達し、ダクト２６に集められる。分
離した残留物２７は乾燥後、シヤフト炉１８内に
再充填することができる。脱粉填し、冷却した水
蒸気飽和炉頂ガスの一部は図示するようにコンプ
レツサー２８およびヒーター２９並びに好ましく
は異なる高さの２つ以上の口を備えるダクト３０
を介し、ガス化装置１の側壁を通つて流動床域内
に横から入つて再循環される。外部水蒸気源から
の付加的な水蒸気供給は回避することができる。
炉頂ガスに含まれた二酸化炭素は改質装置として
機能するガス化装置１で再び一酸化炭素に変換さ
れる。ガス化装置１の、種々の地点での再循環は
変換される充填石炭量を増加させ、かつ炭塵の損
失を低度に維持する利点を有する。

炉頂ガスの再循環部分を500〜700℃範囲の好ま
しい温度に予熱する場合、この予熱はヒーター２
９で、好ましくは分岐ダクト３１（破線で図示）
を通過した脱粉塵炉頂ガスの別の部分を空気等の
酸素含有ガスと共に燃焼することによつて行な
う。

さらに、なお炉頂ガスがいくらか残つている場
合、このガスは過剰のガス３２としてプラントか
ら放出して循環ガスの不活性ガス部分があまりに
も高くなることを防止する。

粉塵分離装置１６中のガス化ガスから分離した
固体粒子は、スルース（Sluice）システムを通過
した後有利には冷却ウオーム３４中で炭塵３５と
混合すると同時に約60℃の温度に冷却する。混合
物３６はガス化装置１の底部域に再循環される
が、図示するようにコンプレツサー２８を通過し
た炉頂ガスの一部が迂回してダクト３７内に入
り、ついでコンプレツサー３８で再度圧縮される
ことが特に好ましい。再加圧した炉頂ガスは通常
は混合物３６と共に懸濁容器３９に入り、そこで
生成した固体／気体懸濁体はダクト４０を通つて
ガス化装置１の底部域の、スラグ浴１２の水平面
の真上に吹込まれる。酸素含有ガス用のダクト
７、硫黄受容体用のダクト９およびダクト４０の
各口をほぼ同一平面であつて、スラグ浴表面の真
上に配列することが特に好ましいことが判明し
た。また、炭塵を供給する本発明の方法により、
排出される石炭の微粒子部分の量が著しく減少し
た。

また、酸素含有ガスをジヤケツトノズルの中心
に供給することができ、分離固体粒子および炭塵
の懸濁体をかかるノズルにジヤケツト流体として
供給することもできる。前記した各媒体用のダク
トは、もちろん変形することもでき、それらの口
をガス化装置の周辺上に対称となるように配置し
て設けることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法に用いるプラントの模式
的工程図である。図面中、主な符号は次のものを
意味する。 １：ガス化装置、１２：スラグ浴、１３：コツ
ク、１５：クーラー、１６：分離装置、１８：シ
ヤフト炉、１９：冷却乾燥機、２４：スクラビン
グプラント、２８，３８：コンプレツサー、２
９：ヒーター、３９：懸濁容器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガス化装置において流動床中で炭素を酸素お
   よび所望により水蒸気と反応させることによりガ
   ス化ガスを製造し、このガス化ガスを該ガス化ガ
   スと共に運ばれた固体粒子の分離後に直接還元シ
   ヤフト炉に供給して、その内部に存在する酸化鉄
   含有物質を還元し、上記直接還元シヤフト炉から
   炉頂ガスを抜き取り、その少なくとも一部を脱
   塵、圧縮後、前記ガス化装置に再循環させること
   からなる酸化鉄含有物質の還元方法において、 (a) 前記ガス化装置に対し、微粒子状の硫黄受容
   体を所望によりフラツクスと共に、炭素とは分
   離して、流動床形成ガスと並流および／または
   該ガスに対し向流で供給すること、 (b) 前記炉頂ガスがCO₂濃度15〜30％および温度
   80〜800℃を有していること、 (c) 前記炉頂ガスのの30〜50％を、実質的にその
   ガス成分組成の変動を招くような洗浄操作を施
   すことなく、前記ガス化装置の壁に通して横方
   向から少なくとも1150℃の温度に維持した流動
   床域に再循環させること、 (d) 前記ガス化装置の底部付近に集まつた溶融状
   態の灰分および硫黄化合物含有スラグ浴をガス
   化装置の該底部付近から除去すること、 および (e) 前記ガス化ガスから分離した固体粒子を粒径
   ３mmまでの炭塵と混合し、該混合物をガス化装
   置の底部域であつて、スラグ浴の表面上方に再
   循環すること を特徴とする酸化鉄含有物質の直接還元法。 ２ ガス化ガスの製造に用いる石炭部分が３〜25
   mmの粒径を有し、該石炭部分をガス化装置の頂部
   に通して導入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 脱粉塵し、圧縮した炉頂ガスの一部を、冷却
   乾燥機に通した後にガス化ガスに加えることによ
   り一酸化炭素：二酸化炭素の比率を調節し、かつ
   得られる還元ガスの温度を750〜1000℃範囲に調
   節し、この還元ガスを還元シヤフト炉内に導入す
   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 水分含量１％以下の炉頂ガスをガス化ガスに
   加えることを特徴とする特許請求の範囲第３項記
   載の方法。 ５ 再循環炉頂ガスをガス化装置内に導入する前
   に、脱粉塵した炉頂ガスの別の部分を燃焼させる
   ことによつて該炉頂ガスを好ましくは500〜700℃
   の温度に予熱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１つに記載の方法。 ６ 生成した総炉頂ガスの30〜50％をガス化装置
   に再循環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１つに記載の方法。 ７ 硫黄受容体を、所望によりフラツクスと共に
   ガス化装置の２つ以上の地点に供給することを特
   徴とする特許請求の範囲第１〜６項のいずれか１
   つに記載の方法。 ８ ガス化ガスから分離した固体粒子を好ましく
   はガス化装置内に再循環する前に冷却することを
   特徴とする特許請求の範囲第１〜７項のいずれか
   １つに記載の方法。 ９ ガス化ガスから分離した固体粒子および炭塵
   の混合物を圧縮した炉頂ガスと共にガス化装置内
   に吹き込むことを特徴とする特許請求の範囲第１
   〜８項のいずれか１つに記載の方法。