JPS5832690A - 重質油の熱分解と共に還元鉄を製造する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は重質油を熱分解して軽質油及び分解ガスを製造
すると共に、該分解生成物を利用して鉄鉱石を還元し、
還元鉄を製造する方法に関するものである。　　　。

石油資源の枯渇化に伴ない、良質の軽質原油は次第に入
手難となり、中国原油を初めとする原油の重質化は時代
の趨勢であり、この重質油を熱分解してガソリン、軽油
等の軽質油を工業的有利に生産する技術の確立は、わが
国産業の発展のだめの喫緊率として各方面から重大な関
心が寄せられている。

重質油を熱分解して軽質化する方法としては、流動状態
にあるシリカ、アルミナ等の触媒粒子の存在下に接触熱
分解する流動接触分解法（Ｆｃｃ法）が古くから用いら
れているが、このＦＣＣ法では重質油の熱分解時に副生
ずる炭素（コークス）が触媒粒子に沈積して活性２を低
下するため、頻繁に触媒を再生賦活する必要があり、ま
た重質油とは云っても通常、ガス油のような溜出油や限
定された良質の残渣油についての仝適用可能であるとい
う難点がある。

上記方法に関連し、上述した重質油の熱分解時における
副生コークスを製品として取り出すフルードコーキング
法も広く行なわれている。この方法は流動状態にある粉
体コークスを、触媒としてではなく、単に熱及び流動媒
体として重質油の熱分解を行なうものであるため、副生
コークスが沈積しても失活の問題はない。従って、重質
油の処理が容易である利点を有し、一般にＦＣＣ法用原
料油の製造に用いられている。副生じたコークスはりア
クタ−から抜き出され、その一部は燃焼してリアクター
に循還する粉体コークスの加熱に用いると共に、残部は
製品として抜′き出される。このフルードコーキング法
は重質油の処理法として対比されるディレートコ−キン
グ法に比べて完全な連続プロセスであり且つ分解生成物
の収率が高いなどの利点を有するものの、製品コークス
が品質上、燃料用途以外の適性がないという欠点がある
。

一方、鉄鉱石を固体状態で直接還元剤と接触させ、一般
的に還元率８５％以上に遠見して還元鉄を得、これを更
に電気炉により溶解・精練して鋼を製造する方法が開発
され、その近年の発展は１醒しいものがある。この所謂
ガス還元直接製鉄法は、一旦、高炉で過剰の炭素の入っ
た銑鉄を得、次いで転炉で過剰の炭素を、随伴する珪素
、燐などと共に酸化除去して鋼を製造する所謂高炉−転
炉法に比べて、過剰な還元−酸化という原理上の無駄が
ないこと、高炉用コークス原料の強粘結炭を必要としな
いことなどの利点を有する。ガス還元直接製鉄法では通
常、天然ガス（ＣＨ２）に高温で触媒の存在下に酸化性
ガス（Ｈ２Ｏ、Ｃ０２）を接触させることによって得ら
れる還元性ガス（ｃｏ　＋　Ｈ２）を還元剤として酸化
鉄の還元を行なうものであり、還元炉としては、流動床
固定層、シャフト炉などが使用されるが、いずれも還元
性ガスと酸化鉄との気固接触反応である。この方法は前
述の利点の故に更に今後の発展が期待される反面、発達
阻害要因として、使用エネルギー、操作技術面で次の制
約がある。

（１）還元剤としてのエネルギー源は現在の処、天然ガ
スが最も有利であり、それを経済的に入手できる地域が
限られて居る。

（２）天然ガスを改質して還元ガス（Ｇｏ　＋　Ｈ２）
を得るために、還元ガス製造設備即ち□リフオーマーを
付設せねばならず、それには高価な耐熱鋼チューブと多
量の触媒とを必要とし、設備改質と経費の増大を招く。

（３）　　高炉法１こおける炉内温度が最終的ルこ１５
００℃を越えるのに対して、直接製鉄法における反応温
度は通常１０００℃を越えることはない。

この方法においても還元ガス温度が高い程、生産性が高
く、エネルギー効率も′良いが、余り高温になると還元
生成した金属鉄粒子が同相拡散焼結現象により相互に固
着し合い、遂には粒子層が連結体を形成し、シンタリン
ダ現象を惹起し、安定した運転操作が維持できなくなる
。特に流動床の場合、使用鉄鉱石粒度が小さいことから
、還元反応速度や熱伝達速度が大である反面、還元温度
の上昇が制約される。

かくして、斜上のような石油資源枯渇化を控えた、時代
の趨勢と、技術の現状とに鑑み、本出願人らは、前述の
ＦＣＣ法ないしはフルードコーキング法等の重質油の流
動接触・又は熱分解法とガス還元直接製鉄法とを合理的
に組合わせて軽質油の採取と共に還元鉄を得る方法につ
いて、予てより研究を重ね、還元鉄製造法並びに重質油
の流動熱分解法の問題点を、重質油の流動熱分解におい
てシリカ、アルミナ触媒粒子や粉体コークスの代りに鉄
鉱石粒子を用いることにより解決すると共に、流動層熱
分解炉の熱源となる加熱された鉄鉱石粒子の合理的な供
給法を確立し、更に又、前記重質油の熱分解時に副生ず
る炭素を鉄鉱石粒子に付着させて、これを流動層熱分解
炉から抜ぎ出し、得られた炭素付着鉄鉱石粒子を流動層
還元炉に供給し、流動状態で高温還元ガスと接触させて
還元鉄を製造する一方、前記流動層熱分解炉から排出さ
れる熱分解生成物より分解ガス若しくは蒸溜残渣油を分
離してこれを改質炉にて水素及び−酸化炭素を主成分と
する還元ガスに改質し、前記流動層還元炉に供給する方
法を開発し、それぞれ嚢に提案した。しかして本発明は
、それらの既に提案された方法に更に改良を加え、従来
法のもつ欠点を悉く解消し、生産効率が高く、安定運転
操作が可能な、重質油の熱分解と共に還元鉄を製造する
方法を提供するものであり、その主要な目的は、（イ）
　還元剤の原料として、従来から使用されている天然ガ
ス（ＣＨ４）だけでなく、種々の炭化水素を初め、重油
、タール、ピッチ、蒸溜残渣油などの利用をも可能とす
ること。

（ロ）還元ガス製造リフオーマ−設備を可及的に縮小す
るか又は省略しても鉄鉱石の還元が可能な、工業的有利
な方法を提供するこ′と。

（ハ）　還元炉内における還元鉄粒子相互の固着を防止
し、高温還元ガスによる還元を可能とする。

等の点にある。

即ち、本発明の特徴とするところは、鉄鉱石粒子を流動
状態に保持した流動層熱分解炉で重質油を熱分解して軽
質油並びに分解ガスを製造すると共に、分解ガスを利用
して鉄鉱石を還元し還元鉄を製造するに当り、次の工程
を有することにある。

（イ）重質油の１分解と共に鉄鉱石粒子を部分還元し、
同時に該熱分解によって副生ずる炭素を該鉄鉱石粒子に
付着させる工程、 （ロ）前記炭素付着鉄鉱石粒子を流動層第一還元炉に供
給し、流動状態で還元ガスと接触させて還元鉄を製造す
る工程、 （ハ）前記流動層熱分解炉で生成した熱分解生成物より
分解ガスを分離し、該分解ガスを加熱して流動層ガス改
質炉に供給する工程、 に）前記（ロ）の工程で製造された還元鉄を流動層ガス
改質炉に供給し、これを流動状態に保持しっ＼前記分解
ガスと接触させてこれをＨ２及びｃ。

を主成分とする還元ガスに改質する工程、（ホ）前記に
）の工程から排出される一部酸化された還元鉄を流動層
第二還元炉に供給しこれを流動状態に保持しつつ還元ガ
スと接触させて還元し、該還元炉から還元鉄を装出する
工程、及び（へ）前記に）の工程で得られる還元ガスを
前記流動層第一還元炉及び第二還元炉のいづれか一方に
供給し、続いて他方の還元炉に直列に供給した後、前記
流動層ガス改質炉に供給する工程、以下、更に添付図面
にもとづいて本発明方法の具体的な実施態様を説明する
。

第１図は本発明方法の一例を示すフざ一シートである。

同図を参照して工程の概要を述べると、先ず、鉄鉱石粒
子は、鉱石加熱器（１）内にその底部より供給され、そ
こで充分加熱された上、流動層熱分解炉（２）へ送給さ
れて流動床を形成する。該熱分解炉（２）の底部より供
給される重質油は該分解炉（２）内で高温鉄鉱石粒子と
接触し、熱分解すると共に鉄鉱石粒子を部分還元し、同
時に熱分解によって副生ずる炭素は鉄鉱石粒子に付・着
する。炭素付着鉄鉱石は流動層熱分解炉（２）より鉱石
加熱器ｆｉ＋に還流し、かくして熱分解炉ｆ２１と鉱石
加熱器ｆｉｌとの間には、鉱石循環回路が形成される。

一方、鉱石加熱器（１）内の炭素付着鉄鉱石の一部は、
加熱炉（３）多こ送られ、そこで充分加熱された上、更
に流動層第一還元炉（４）に送給され、流動状態で高温
還元ガスと接触し、還元作用を受けて少量のＦ２Ｏを含
む金属鉄よりなる還元鉄となる。該還元鉄を含む鉄鉱石
粒子の一部は流動層第一還元炉（４）がら加熱炉（３）
へ図中点線で示すライン（２９）より帰還して再加熱を
受けても良く、去の必要があれば、加熱炉（３）と流動
層第一還元炉（４）との間に鉄鉱石循環回路を形成する
ことができる。

通常の場合、流動層第一還元炉（４１で生成した還元鉄
は流動層ガス改質炉（５）に送られ、そこで炭化水素、
炭酸ガス及び水を主成分とする酸化性ガスを還元ガスに
変性するだめの触媒作用をなすと共に自らも部分酸化を
受けてＦ。０リツチの状態となり、流動層第二還元炉（
６）へ送られ、再び還元されて金属鉄となり、系外に取
出されて次工程に送られる。

又、流動層熱分解炉（２）より排出される熱分解生成物
は清潔分離系（７）に送られ、そこでＣ１〜Ｃ４ガスを
主成分とする分解ガスを分離し、この分離ガスは、流動
層第一還元炉（４）から排出されるＣＯ２，Ｈ２Ｏ。

Ｈ２等よりなる廃ガスと共に流動層ガス改質炉（５）へ
送入し、該ガス改質炉（５）内で還元鉄流動層触媒によ
りＣＯ２Ｈ２を主体とする還元ガスに改質されたうえ、
流動層第二還元ｍ　（６１へ供給して鉄鉱石粒子の仕上
げ還元に利用される。流動層第二還元炉（６）から排出
されるガスは、Ｃｏ、、Ｈ２Ｏ，Ｃｏ、Ｈ２等の混合ガ
スであるが、Ｃｏ、Ｈ，の比率が可成り高いので、その
まま流動層第一還元炉（４）へ供給され鉄鉱石粒子の還
元に利用される。

以上の説明は本発明方法における反応物質の流れの概説
であるが、続いて、各工程の条件、作用並びに工程間の
関連等を以下に詳述する。先ず、例えばコンラドソン炭
素５〜３０％、比重０．９０〜１．ｌＯの減圧薄部残渣
油の如き重質油が予熱炉（８）にて熱分解が起らない程
度の温度即ち４００℃以下の温度に予熱されて、配管Ｑ
９１を経て竪型円筒状の流動層熱分解炉（２）ｚこ供給
され、配管（２３ｊから供給されて炉内で流動状態にあ
る鉄鉱石粒子により接触熱分解され、供給重質油の７０
〜９０％は分解生成物として、該熱分解炉（２）の頂部
より配管０舶を経て取り出され、公知の清潔分離系（７
）に送給されて、分解ガス、ナフサ、軽油２重油及び重
質残渣油等の夫々の溜升に分離され、重質残油は再び原
料重質油と共番こ熱分解炉（２）に供給されるようにな
っている。なお、熱分解炉（２）内で鉄鉱石粒子を流動
化させるため、該炉（２）ｌこは下方配管（２０）から
スチームが供給されており、これら鉄鉱石粒子及びスチ
ームは分解炉（２）内に４００〜６３０℃、好ましくは
５００〜６００℃の流動層を形成するのに必要な量及び
温度に制御されて供給される。熱分解炉（２）において
は、上述の重質油の熱分解により０１〜Ｃ４のガス及び
Ｃ３以上の油分を生成し、Ｃ７のメタンガスの場合は、
炉内のスチーム及び炭酸ガスと次の反応を起こして、−
酸化炭素と水素とよりなる還元ガスが生成する。

ＣＨ４→Ｃ＋２）！、（炭素の副生） ＣＨ，＋　Ｈ２Ｏ−＋Ｃｏ　＋　３Ｈ２ＣＨ，＋　Ｃｏ
２−＋　２ＣＯ＋　２Ｈ２更にこの還元ガスの作用によ
り鉄鉱石粒子は次の通り部分還元され、同時に前記熱分
解によって副生ずる炭素が該鉄鉱石粒子に付着する。

３Ｆｅ２　ｏ、＋　Ｇｏ　−＋　２Ｆｅｓ　ｏ、　＋　
ｃｏ２３Ｆｅ２　ｏ３＋　Ｈ２→２Ｆｅｓ　ｏ、　＋Ｈ
２０熱分解炉（２）の炉内温度を６３０　℃以上に上げ
て、この段階で鉄鉱石の部分還元を更に進行させること
も勿論可能であるが、そのように熱分解温度を上昇させ
るのは一般にガス生成量が多くなると共に、エネルギー
コスト面から不利であるので、好ましくは上記温度範囲
が採用される。

熱分解炉（２）内の空塔速度は原料粉鉱石の粒度に関係
するが、一般に３　Ｑ　ｃｍ　／　ｓｅｃ以下、炉内圧
力は２Ｋｔｉ／ｃａｔ以下で操業され、前述の通り、重
質油の約７０〜９０％は分解生成物として炉頂より配管
（１４）を経て清潔分離系（７）に送り出され、残りの
約１０〜３０％は副生炭素となり、鉄゛鉱石粒子に付着
して、これと共に配管ａ１こより鉱石加熱器（１）に給
送される。

一方、前記流動層熱分解炉（２）に供給される鉄鉱石粒
子は、予め平均粒径１０〜２００μに粉砕されてホッパ
ー（図示せず）に貯蔵されており、配管（鏝からスチー
ムと共に鉱石加熱器（１）に供給され、流動層分解炉（
２）から配管ｃ丙を通ってリサイクルされる炭素付着鉄
鉱石粒子の付着炭素の一部を、器底配管（２１）から導
入される空気によって燃焼させることによって予め６０
０〜７００　℃に加熱するようになっている。加熱され
た鉄鉱石粒子は、配管ａｅを通って前記流動層熱分解炉
（２）に送給される。

該熱分解炉（２）における分解反応は吸熱反応であるか
ら、該炉（２）には充分な熱量が供給されなければなら
ず、又、この熱量は主として鉄鉱石粒子≦こよって炉内
に搬入される熱量であるから、このため熱分解炉（２）
より鉱石加熱器（１）に還流する副生炭素付鉱石粒子を
再加熱した後、その一部、できれば９０％以上を再び熱
分解炉ｆ２１に供給する鉱石循環回路を形成して、熱分
解炉（２）への加熱鉄鉱石粒子供給量が大きくなるよう
に工夫されている。

なお、鉱石加熱器（１１としては、図示の如く熱分解炉
（２＋と同様に流動層形式のものに限定されず、移動層
形式のものでも良く、その構造は任意であるが、連続的
に鉄鉱石粒子を加熱できるものでなければならない。

次に前記流動層熱分解炉］２）から還送される炭素付着
鉄鉱石粒子は前述の通り鉱石加熱器（１）内で再加熱に
付され、その大部分は再び熱分解炉（２）へ送られ、重
質油熱分解の流動床となるが、残部は配管ａ７）を通っ
て加熱炉（３）へ送られ、加熱炉（３）の底部配管（１
８１より導入される空気により、鉄鉱石に付着した炭素
の一部を燃焼させて約７００〜１．２００℃好ましくは
８ｏｏ〜１．０００　℃に昇温する。即ち、加熱炉（３
）は、鉱石加熱炉ｆｉｌと熱分解炉（２）とからなる重
質油の熱分解系と、それ以後の還元鉄製造系との間にあ
って、熱分解系から送給されてくる炭素付着鉄鉱石粒子
を次の還元工程に見合う温度に昇温するだめのものであ
るから、該加熱炉（３）に供給する鉄鉱石粒子として、
前体の鉱石加熱器（１）で熱分解温度以上に加熱したも
めを用いるとき吟−１その昇温幅は少なく出来、従って
供給空気量を少なくして塔径を小さくできるメリットが
あるが、熱分解炉（２）から排出される炭素付着鉄鉱石
粒子の一部を、図中点線で示したライン（３υより直接
加熱炉（３）に供給することもできる。この場合には、
鉄鉱石粒子に付着した炭素の一部のみならず、鉄鉱石粒
子に付着して随伴する未分解重質油及び分解残渣も加熱
炉（３）で燃焼させて鉄鉱石の加熱に利用できるため、
炭素燃焼量を減じて、炭素付着量の多い鉄鉱石粒子を次
の還元工程に送給できる利点がある。次に、かように昇
温された炭素付着鉄鉱石粒子は配管（２５）より次工程
である流動層第一還元炉（４）に送給される。該第−還
元炉（４）は前記熱分解炉（２）と同じく流動層となっ
ており、流動状態において下部配管（３０）より加熱器
０ｚで８００〜１２００℃に加熱されて吹き込まれる主
として水素及び−酸化炭素からなる高温還元ガスによっ
て炭素付着鉄鉱石粒子は次のように還元される。

（１段目）　　Ｆｅ、Ｏ８十Ｈ２−＋２ＦｅＯ＋Ｈ２Ｏ
Ｆｅ２Ｏ３十Ｃｏ　−＋　２ＦｅＯ＋　Ｃ０２Ｆｅｓ　
０４　＋　Ｈ２→３ＦｅＯ＋　Ｈ２０Ｆｅ３０４　＋Ｃ
ｏ　→３ＦｅＯ＋　Ｃ０２（２段目）　　ＦｅＯ＋）ｌ
、−＋　Ｆｅ＋Ｈ２ＯＦｅ０　　＋Ｃｏ　−＋　Ｆｅ　
十Ｃｏ２か＼る還元反応は流動層還元のもつ利点を充分
番こ発揮し、しかも流動状態にある鉄鉱石粒子はその表
面が炭素により被覆されているため、還元された鉄粒子
相互の固相拡散焼結現象が妨げられ、焼結が生じないの
で、９００℃以上の高温で行なうことが可能となり、又
鉄鉱石粒子面を被覆している炭素質が Ｆｅ２　ｏ３＋３Ｃ−＋　２Ｆｅ　−）−３ＧＯＦｅ３
　ｏ、　＋　４ｃ　−＋　３Ｆｅ　＋　４ＧＯＦｅＯ＋
　　Ｃ−＋Ｆｅ　　＋　　　Ｃ０のように反応して１菫
元に寄与する。なお、流動層第一還元炉（４）内の熱量
としては、前記加熱炉（３）で加熱された鉄鉱石粒子及
び高温の還元ガスが導入されるので、充分な熱量の搬入
が可能であり、炉内は７００〜１２００℃好ましくは７
υＯ〜１．０００℃の高温の還元性雰囲気に保持され、
鉄鉱石は付着炭素及び還元ガスで還元されて全鉄分の８
５〜９５％程度或いはそれ以上の金属鉄を含む還元鉄と
なり、配管（２６）より流動層ガス改質炉（５）に供給
される。

流動層ガス改質炉（５）は、前記熱分解炉（２）から排
出される熱分解生成物から分離した分解ガス及び、流動
層第一還元炉（４）からの排出ガスを高温還元ガスとな
し、第二還元炉（６）に供給する役目を掌る。・即ち、
熱分解炉（２）からは、油分、メタンを初めとする分解
ガス、硫イ（、、水素等の熱分解生成物が、炉中のＣｏ
２．　Ｈ２０，ＣＯ，Ｈ２等に伴なわれて排出され、清
潔分離系（７）へ送られる。そこでナフサ、軽油。

重油等の各沸点溜升及び薄部残渣油を分離された０１〜
Ｃ４の分解ガス＃　Ｃｏ２．　Ｈ２０，Ｃｏ、　Ｈ２，
Ｈ２Ｓ　を含む混合ガスは、更に必要に応じて脱硫装置
（２４）によって硫化水素を除去した上、加熱器ａＯ）
により分解しない程度に加熱され、流動層ガス改質炉（
５）へ送給される。又、流動層第一還元炉（４）から排
出される約７００〜１．０００℃の高温排ガスは未反応
の”２１　ＣＱ　　と共に還元反応の結果生成する多量
の００２及びＨ２０を含んでいるから、これをガス浄化
製充分に加熱した後、同様に流動層ガス改質炉（５）へ
送られる。加熱炉（Ｈ３１は石油燃料等を熱源とした高
温加熱炉が好適であり、その燃焼廃ガスの熱エネルギー
を前記加熱器００）に於ける加熱に利用することは好ま
しいことである。

ここで本発明方法の最も特長とする点は、該ガス改質炉
（５）内には、流動層第一還元炉（４）で還元された金
属鉄粒子が配管＋２６）によって送り込まれ、流動床が
形成されていることである。本発明者等の実験によれば
、酸化鉄は炭化水素の分解に対する触媒効果に乏しく、
還元生成した金属鉄においてその効果が著しいことが判
明した。即ち、第２図は、各酸化鉄及び還元鉄とメタン
ガスの還元ガスへの変性率との関係を示す線図であり、
還元鉄の触媒効果が酸化鉄に比し格段に優れていること
を示している。従って流動層ガス改質炉（５）ではＣＨ
４を初めとする０４以下の炭化水素、　Ｃｏ２．　Ｈ２
０等が流動層第一還元炉（４）から送入される還元鉄を
触媒として次の反応を生起する。

（ＣＨ，の場合） ＣＨ４＋Ｈ，Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ２ ＣＨ４＋Ｃ０２→２ＣＯ＋２Ｈ２ （Ｃ，Ｈ，の場合） Ｃ，Ｈ６＋２Ｈ２０→２ｃＯ＋　４８２Ｃ２Ｈ６＋　２
ＣＯ２→４ＣＯ＋　３Ｈ２かくして得られたＨ２．Ｃｏ
　　成分に富む還元ガスは頂部配管（２７）より取出さ
れ加熱器（９）で加熱された上、流動層第二還元炉（６
）へ導かれ、後述する一部酸化された還元鉄の仕上げ還
元に寄与する。

又、カス改質炉（５）へ供給されるガスはＣｏ２とＨ２
゜よりなる酸化性ガスを含むのでその量が多い場合−こ
は、還元鉄が次の反応ζこよって一部酸化する。

Ｆｅ　＋　Ｈ２０→ＦｅＯ＋　Ｈ２ Ｆｅ　十Ｇｏ、　−＋　ＦｅＯ＋　Ｃ０これらの反応は
前述のＣＨ４の分解反応と共に、還元ガスの生成を補助
し、又、ＣＨ，の分解反応が吸熱反応であるのに対し、
これらの反応は発熱反応であるから、ガス改質炉（５）
内の熱的条件を有利に保つ。

かくしてガス改質炉（５）で再酸化された還元鉄は次い
で配管（至）を通って流動層第二還元炉（６）へ送給さ
れる。ガス改質炉（５）における上述の諸反応を効率良
く達成するため、炉内温度を７００〜１１００℃好まし
くは８ｏｏ〜１．０００℃に保持するよう供給するガス
の温度が適宜に制御される。

本発明方法における流動層ガス改質炉（５）では、還元
鉄流動床を形成したため、流動床の特性と還元鉄の触媒
作用とによって分解ガス中の炭化水素の殆どが効率良く
還元ガスに変性改質されることは、本発明の大きな利点
である。即ち、第一還元炉（４１において、　ＣＨ，を
多量に含有する還元ガス（ＣＯ＋Ｈ２）を用いて酸化鉄
の還元を行なった場合には、高温になる程還元反応速度
は大となるが、重量減少率で表、わした還元率が７０〜
８０％において、 ＣＨ，→　Ｃ＋　　２Ｈ２ の反応による炭素析出が著しく、以後重量減少は停滞す
る。その現象をＣＨ，含有率の低いミドレックス（Ｍｉ
ｄｒｅｘ　）ガスの場合と対比して第３図に示す。同図
は酸化鉄中の還元前の酸素の量を１ｏ。

とした場合、失われる酸素の量を縦軸にとり、還元反応
時間（分）を横軸として、表わした線図であり、破線は
Ｃ０，３６％；Ｈ２，５５％；Ｃｏ２１　５％；ＣＨ４
Ｉ４　％なる組成のミドレックス（Ｍｉｄｒｅｘ）ガス
中で８’６０　℃にて還元した場合、実線は、ＣＨ４，
４０％　ｉ　Ｈｔ１２０　％　ｉ　Ｎ２Ｉ４０”Ａノ組
成ノｆｆス中で９５０′ｃｃこ・て還元した場合である
。この図から明らかな様にＣＨ，含量の少ない還元ガス
による場合は比較的低温でも急速に還元反応が進行し、
９５％程度の還元率が達成され、製品として満足すべき
金属鉄が得られる一方、ＣＨ，含量が大なる場合は更に
高温雰囲気としても、７０〜８０％の還元率で停頓し、
高温還元に限界がある。この様に本発明方法によりガス
改質炉（５）で処理された熱分解炉排ガス及び還元炉排
ガスは、それらに含まれる炭化水素の殆どが還元ガスに
転化するのみならず・Ｃｏ、、　Ｈ２Ｏ等も触媒金属鉄
との反応により、還元ガスの生成を扶ける為、炭化水素
含量の小さい還元ガスに改質され、流動層第一還元炉（
４）で頗る効率良く良質の還元鉄を生成することができ
る。

流動層第一還元炉（４）で生成した炭素付着還元鉄は更
に配管（２９）を経て加熱炉（３）に還流し、そこで鉄
鉱石に付着した炭素の一部を燃焼せしめて熱的条件を有
利にすることもできることは既に前に述べた通りである
。

次に流動層ガス改質炉（５１でガス還元触媒として作用
し、自らは一部酸化して、ＦｅＯ含量の増大した還元鉄
は、流動層第二還元炉（６）へ導かれる。該第二還元炉
（６）には、流動層ガス改質炉（５）から良質の還元ガ
スが供給されているから、該−弗酸化された還元鉄粒子
は、この良質の還元ガスと、７００〜１．２００℃好ま
しくは７００〜１，０００℃の温度で接触し、仕上げ還
元される。このようにして得られた還元鉄は全鉄分の約
９０％以上、好適な条件においては約９５％以上の金属
鉄を含有する極めて高品位のものであり、第二還元炉（
６）から系外へ取り出され、精錬等の次工程に送られる
。

流動層第一還元炉（４）、流動層ガス改質炉（５）及び
流動層第二還元炉（６）の夫々の炉内温度を上述の範囲
とすれば、鉄鉱石粒子はシンタリング現象を生起するこ
となく適宜な反応速度でガス媒体との間に酸化還元反応
が進行する。鉄鉱石の流動層気固接触反応において１．
０００℃近い高温でシンタリング現象を伴なうことなく
迅速な反応が行なわれることは鉄鉱石表面に付着した炭
素の作用Ｃζよるものであるが、従来の技術的常識を以
ってすれば驚異的といわなければならない。

なお、以上の説明において、ガス改質炉（５）から供給
される還元ガスを先′ず第二還元炉（６）に供給し。

続いて第一還元炉（４）に供給した後、ガス改質炉（５
）に戻す様にしているが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、先に第一還元炉（４）に供給し、続いて第
二還元炉（６）に供給する様にしてもよいことは勿論で
あり、この場合には、第一還元炉（４）から排出される
ガス中のＨ２ｓ　、　ｃｏｓ　等の不純物及び余剰のＣ
ｏ２．　Ｈ２０をガス浄化装置（１１）で除去した後、
加熱して第二還元炉（６）に供給されることになる。

本発明方法の工程は以−りの通りであるが、その特色の
主な点は次の諸項に要約される。

（イ）鉱石加熱器（１］と流動層熱分解炉（２）との間
に形成された鉱石循環回路において、熱分解炉（２）で
必要とされる温度条件を得るための鉱石加熱器（１）の
加熱条件１．加熱操作を他の工程から独立して制御し得
るように加熱炉（３）を設けたこと、即ち加熱炉（３）
の設置によって流動層第一還元炉（４）で必要とされる
高温に迄鉄鉱石を予め加熱し、第一還元炉（４）の炉内
温度制御を容易確実ならしめ且つ円滑な反応を達成する
ことができること、仲）鉄鉱石の還元反応を２段階番こ
分けて行ない、間にガス改質工程を介在させたため、苛
酷過激な還元反応を回避しつ＼無理のない円滑な反応を
効率良く達成することが出来、頗る良質の還元鉄製品が
得られると共に、還元鉄の触媒作用によって重質油分解
ガスを還元ガスに容易に変性することができ、還元ガス
供給源として広（重質油供給量の途を拡げたこと、及び （ハ）　ガス媒体回路を巧妙に設定し無駄なく効率の良
いガス改質を行ない、還元反応を円滑に達成し得ること
。

こ＼で本発明方法の適用される１ば料重質油としては、
熱分解工程において炭素の副生の抑制を本質的に必要と
しないところから、フルードコーキング法に用いるよう
な劣質の減圧薄部残油も使用可能であり、その他、重質
油として溶剤脱水機抽出残油、熱分解残油、接触分解残
油９重質ガス油。

減圧ガス油、その他フルードコーキング法並びにＦｅＯ
法で用いる原料油はすべて利用でき、更に石炭、オイル
サンド、頁岩等から得られる油状物質も同様に適用可能
である。

また、本発明方法に用いる鉄鉱石としては、通常の製鉄
原料としての各種鉄鉱石が含まれ、構成鉱物で云えば磁
鉄鉱、赤鉄鉱、黄鉄鉱、磁流鉄鉱。

磁鉄鉱・磁鉄鉱等を例示することができ、また他の分類
によれば、Ｋｉｒｕｎａ型、　　Ｔａｂｅｒｇ型、　Ｍ
ａｇｎｉｔｎｙａ型、　Ｂｉｔｂａｏ型、　Ｌａｆｅｒ
ｉｔ、ｅ型、　Ａｔｇｏｍａ型ｐＬａＫｅ　５ｕｐｓｒ
ｉｏｒ型、　Ｃｔｉｎｔｏｎ型Ｉ　Ｍｉｎｅｔｔｅ型等
を挙げることができ、何れのものを用いても、成分的に
多少変化はあるが、本発明に適用可能であることはいう
までもない。

次に本発明方法の具体的実施の１例を示す。

実施例 ＴＦｅ　（鉄分）　ｓ　６４．５７　％　；　ＦｅＯ−
０，１３％；５１０２ｍ　４．９８　％で残部がＦｅ２
０３の組成からなり、その６５嘴が一１０５μの粒度で
ある鉄鉱石粒子を使用し、大変減圧残油を使用重質油と
して下記熱分解条件で流動層熱分解を行なった。

反応温度　　　５５０℃ 重質油供給量　　　　　８　ｔ／ｈ 鉄鉱石供給量　　　　　３３Ｋｚ／ｈ この結果得られた鉄鉱石粒子断面を偏光顕微鏡て観察し
たところ、鉱石粒子表面を明らかに炭素力）被覆してい
た。

次に上記炭素被覆鉄鉱石粒子と、一方、比較のため、被
覆前の鉄鉱石粒子とを採り、両者を夫々次の条件で還元
した。

還元ガス： 組成、　　　（，０３６％ Ｈ２５５％ ００２５％ ＣＨ４４％ 圧力、　　常圧。

量、　　　　８　Ｎ＋ｎ３／に、　Ｆｂこの結果、被覆
前の鉄鉱石粒子の場合には、８４０℃前後よりシンタリ
ング現象が起こり、流動不能となったが、本発明シこよ
る炭素付着のもＯ）は９９０℃においてもなおシンタリ
ング現象は見られなかった。しかも得られた還元鉄の性
状は次の如く満足すべき品質を具えており、本発明方法
が優れた方法であることが立証された。

還元鉄の性状： 組成、　　　　ＴＦｅ　（鉄分）８８．１％ＭＦｅ　（
金属鉄）　　　８３．７％ Ｃ２，４％ 金属化率　　　　９５．０％ 次に前記重質油の熱分解物より分離した分解ガスは次の
組成を有していた。

ＣＨ２＋５　　　６０　　％ Ｈ２Ｏ２０％ Ｃｏ２８．０係 Ｈ，１２％ この分解ガスと、次の組成の還元廃ガスとを適量混合し
た。

Ｃ０，１５，５％ Ｈ，０２２，０％ ｃｏ　　　　　２０．８％ １２　　　　３５、６％ この混合ガスを、上記還元操作によって得られた還元鉄
粒子が流動床を形成しているガス改質炉中に９５０℃の
温度で供給したところ、得られた還元ガスは次の組成を
有していた。

００　　　　　　３４　％ Ｈ２５７％ Ｃ５〜Ｃ，４％ 又、比較のため流動床を未還元の鉄鉱石粒子で形成した
ところ、還元ガスへの転化率は約４％番こ過ぎなかった
。

上記ガス改質炉で触媒として用いられた還元鉄粒子を取
り出して分析の結果、次の組成を有していた、 ＴＦｅ　　　　　８８．５％ ＭＦｅ　　　　　６７．５％ Ｃ２，２％ 金属化率−７６，３％ 上記還元鉄粒子を流動床として、上記の還元性ガスと９
５０℃の温度で接触させたところ、得られた還元鉄は、
全くシンタリング現象を呈しておらず、しかも次の様な
優れた品位のものであった。

ＴＦｅ　　　　　８８．６％ ＭＦｅ　　　　　８５．９％ Ｃ２，０％ 金属化率　　　９７．０％ 以上の説明から明らかな通り、本発明方法は重質油の流
動層接触熱分解によってナフサ、軽油。

重油等の有用な各種石油製品を得る方圧と、それによっ
て得られた副生炭素により鉄鉱石の還元を合理的に行な
う方法とを巧妙に結合すると共に、更に重質油の分解ガ
ス及び還元廃ガスを、還元鉄の触媒作用によって効率的
に還元ガスに転化せしめて鉄鉱石の還元工程基こ利用す
るガス循環回路を組込んだ方法であり、重質油と鉄鉱石
とを一貫して大量に処理することができ、中間において
付加価値の低い副産物の生成を伴なわずに有用な軽質油
溜升、乃至分解ガスと高品位の還元鉄とを高い効率で製
造することができるほかに、炭素付着鉄鉱石粒子を流動
層にて還元することにより従来の流動還元のネックとさ
れていた高温下でのシンタリング現象を防止し、高温操
作を可能ならしめ、高温下における流動層還元の利点を
享受し、更に又還元鉄を流動層ガス改質炉における流動
触媒として利用することにより１重質油の分解ガス及び
還元廃ガスの還元ガスへの転化改質を極めて効率良く達
成することが可能となり、かくして反応の迅速化と、こ
れによる生産性の向上を促進する等、種々の優れた効果
をもたらすことができる。しかも本発明方法によれば、
系内において生ずる分解ガスを改質して還元ガスとして
利用することにより、特別な還元剤あるいは、還元ガス
原料を要することなく、省資源、省エネルギープロセス
となっており、又、還元ガス製造のだめのリフオーマ−
を設備する要がなく、通常リフオーマ−に必要とされる
高価な耐熱鋼チューブや多量の触媒等はすべて不要とな
るため、設備投資や運転経費か著しく少なくて済む等、
経済的にも頗る有利であり、今後における実用化が期待
される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の１例を示すフローシートであり、
第２図は各酸化鉄及び還元鉄と、メタンガスの還元ガス
への変性率との関係を示す線図であり、又、第３図は、
酸化鉄の還元反応において、還元ガスに含有される炭化
水素濃度が還元率に及ほす影響を示す線図である。 ［１＋・・・・・・・鉱石加熱器。 （２）・・・・・・・・・・・流動層熱分解炉・（３）
・・・・・・・・・・・加熱炉。 （４）・・・・・・・・・・・流動層第一還元炉。 （５）・・・・・・・・・・・・流動層ガス改質炉。 （６）・・・・・・・・・・・流動１第二還元炉。 （７）・・・・・・・・・・・・精゛溜分離系。 （８）・・・・・・・・・予熱炉。 （９）、（１０ｉ　、ｆ１２・・・・・・・・・・・・
・・加熱器。 α０・・・・・・・・・・・・ガス浄化装置。 ０３）・・・・・・・・・・・・加熱炉。 萼７日 ）Ｌ人時間け） 第３図 １元時間（分）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 し　鉄鉱石粒子を流動状態に保持した流動層熱分解炉（
   ２）で改質油を熱分解して軽質油並び□に分解ガスを製
   造すると共に、分解ガスを利用して鉄鉱石を還元し還元
   鉄を製造するに当り、次の（イ）〜（へ）の工程を有す
   ることを特徴とする重質油の熱分解と共に還元鉄を製造
   する方法。 （イ）重質油の熱分解と共に鉄鉱石粒子を部分還元し、
   同時に該熱分解によって副生ずる炭素を該鉄鉱石粒子に
   付着させる工程、 険）前記炭素付着鉄鉱石粒子を流動層第一還元炉【４）
   に供給し、流動状態で還元ガスと接触させて還元鉄を製
   造する工程、 （ハ）　前記流動層熱分解炉（２）で生成した熱分解生
   成物より分解ガスを分離し、該分解ガスを加熱して流動
   層ガス改質炉（５）に供給する工程、に）　前記（ロ）
   の工程で製造された還元鉄を流動層ガス改質炉（５）に
   供給し、これを流動状態に保持しつ＼前記分解ガスと接
   触させてこれをＨ２及びＣＯを主成分とする還元ガスに
   改質する工程、（ホ）前記に）の工程から排出される一
   部酸化された還元鉄を流動層第二還元炉（６）に供給し
   これを流動状態に保持しつつ還元ガスと接触させて還元
   し、該還元炉（６１４−ら還元鉄を製出する工程、及び
   （へ）前記に）の工程で得られる還元ガスを前記流動層
   第一還元炉（４）及び第二還元炉（６１のいづれか一方
   に供給し、続いて他方の還元炉に直列１こ供給した後、
   前記流動層ガス改質炉（５）に供給する工程。 ２、　流動層熱分解炉（２）に供給子る鉄鉱石粒子を鉱
   石加熱器（１）で予め加熱すると共に、前記熱分解炉（
   ２）から取り出された炭素付着鉄鉱石粒子の一部を前記
   鉱石加熱器（１）に帰還させて再加熱する特許請求の範
   囲第１項記載の重質油の熱分解と共に還元鉄を製造する
   方法。 Ｓ、　流動層熱分解炉１２）からの炭素付着鉄鉱石粒子
   を、加熱炉（３）で昇温しで流動層第一還元炉（４１に
   供給する特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の重質
   油の熱分解と共に還元鉄を製造する方法。 ４、　鉱石加熱器（１）及び加熱炉（３）が、いずれも
   鉄鉱′石粒子を流動状態に保持しっ＼加熱する流動層加
   熱器であり、それらの加熱器に供給された空気により鉄
   鉱石粒子に付着した炭素の一部を燃焼させて鉄鉱石の加
   熱に利用する特許請求の範囲第３項記載の重質油の熱分
   解と共に還元鉄を製造する方法。 ５、　流動層第一還元炉（４）からの還元鉄を含む炭素
   付着鉄鉱石粒子を加熱炉（３）に還流し、該粒子Ｓこ付
   着した炭素の一部を燃焼させて再加熱する特許請求の範
   囲第３項又は第４項記載の重質油の熱分解と共に還元鉄
   を製造する方法。 ６、　流動層第一還元炉（４）からの排出ガス中の余剰
   不要成分を分離して流動層ガス改質炉（５）に供給する
   特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれかに記載の重
   質油の熱分解と共に還元鉄を製造する方法。 ７、流動層第一還元炉（４）からの排出ガスを加熱炉（
   １３）を通して加熱した後、流動層ガス改質炉（５１１
   こ供給すると共に、該加熱炉０３）に供給した燃料の燃
   焼排ガスによって、前記ガス改質炉（５１に供給される
   分解ガスを加熱する特許請求の範囲第１項乃至第６項の
   いずれかに記載の重質油の熱分解と共に還元鉄を製造す
   る方法。 ８、　流動層第一還元炉（４）及び流動層第二還元炉（
   ６）の炉内温度が夫々７００〜１．２００℃であり、流
   動層ガス改質炉（５）の炉内温度が８００〜１．０００
   ℃である特許請求の範囲第１項乃至第７項のいずれかに
   記載の重質油の熱分解と共に還元鉄を製造する方法。