JPS59197724A - プロセス排ガスの後燃焼浄化方法 - Google Patents

プロセス排ガスの後燃焼浄化方法

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JPS59197724A JP59041198A JP4119884A JPS59197724A JP S59197724 A JPS59197724 A JP S59197724A JP 59041198 A JP59041198 A JP 59041198A JP 4119884 A JP4119884 A JP 4119884A JP S59197724 A JPS59197724 A JP S59197724A
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    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

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、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１・■のプロセス、例えば、ロークリ−キルンにおけ
る製Φタプロセス、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°ｒｃｏ、Ｈ２、炭
化水赤類およびガスに随伴する固形炭°）（（スス）ま
たはダスト、例えば酸化鉄から成る。揮発性成分＠暇の
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、環境負荷を避けろため、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段で添加してロークリ−キルンの全排ガスまた
は部分流を完全に後燃燃させ、次いで、材料床を介して
移動ロスドルに導くことは、米国特許ｍ　２，１１２，
５６６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ャンバに開口し、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２，００１，５６３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、含まれる固形物の解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、移動ロスド
ル上の（＋１′、拾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、従って、
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漬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さな〈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吉に
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、ヘ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ｄ
ｐ　５０　（５０％粒径）が３０〜２００μｍの固形４
勿の存在下、ガス速度を２〜１０　ｍ　／　ｓ　（無負
荷速度）、平均懸濁密度を０．１〜１０ｋｇ／ｍ３およ
び温度を７００〜１，１００℃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、または燃焼によって生ずる有害物質とガス浄化
剤との化学量論的比を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にもどすことζこよっ
て達成される。
いわゆる無負荷速度上定義した上記速度２〜１０νｎ　
／　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
の急激変化によっ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。
または ０．０１＜Ａｒ−！００ ここで、 および である。
式中、 Ｕ−相対ガス速度（ｍ／５） Ａｒニアルキメデス数 Ｆｒ−フルード数 ρ２−ガス密度（Ｉｃｇ／ｍ３） ヘー固形物粒子の密度（Ｉｃｙ／　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吉が縮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、従って、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
拡散速度によって定まる有害物質の結合速度に特番こ好
適であるからである。すべての固形物が微粒であること
によって、流動層内で迅速に均一な塩度分布も保証され
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
って持′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、多部・ではないが塩化
水素またはフッ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ローに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
続した腹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ｍｌ　Ｄ’ｒ　ｍ内の固形物は、主としてガス浄化
剤から惜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
は上記ガスによっ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、１ｏＭｆＡ１％を下回ってはならない。
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。
一ヒ述の化学量論的比に対応して配量する際、例えばド
ロマイトを使用するば場合は、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、化学量論的比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ってよい。
更に、流動層反応器の下部は円すい形に■ｑ成すること
もでき、この講成は、反応器横断面債が大きい場合、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
ンチュ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イつれるので
、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４〜８ｒｒ＞　
／　ｇとなり、平均懸濁密度力０．２〜２　ｋｇ／　ｍ
’トなるように、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８
００〜１，０５０”Ｃ，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１，１００’Ｃ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って循環流動
層の温度が調節される。このため、流動層反応器と還流
サイクロン吉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、好ましくは一相互に結合した冷
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、加熱された熱坦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４．０００　ｋ
Ｊ／Ｎ？？？５　　である。プロセス排ガスは、場合に
よってはダストまたはスス４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、ｌ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ッ
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
に有害物質を分離子る操作が不要となる。
更（乙本発明の別の態様では、酸素含量２〜１゜容量幅
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
極めて少ない場合イ）、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
いっしょに処理することができ、従って、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ｌこ利用できる。
以下に本発明を例テとし、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Ｊ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ｌ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内を流れる水によって冷却
され、管路１０を介して流動層反応器１・にもとされる
。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、ペレット焼成装置を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、ペレット焼成装置
１４から管路１３を介して供給される酸素含有燃焼ガス
によって燃焼される。同時に、生成煙道ガスの浄化が行
われる。ペレット焼成装置１４から供給される酸素含有
燃焼ガスの一部には、実際上、ペレット焼成プロセスに
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６７，００
０　Ｎｍ３発生した。
Ｃｏ　　　　　　２．３容量チ Ｎ２　　　　　１．１　１ Ｃｏ２１８，３　　＃ Ｎ２０　　　　１４．３　１ Ｎ２６３，９　　＃ ５０２０．ＩＩ ダスト（酸化鉄および灰分）の含量は２５　Ｓ’／Ｎｍ
’であり、スス含量は１２　？／Ｎｍ３であった。
このプロセス排ガスを管路２（ベンチュリノズル状送入
装置）を介して流動層反応器１に供給した。同時に、ペ
レット焼成装置１４の焼成ゾーンの３８０℃の排ガスを
４０，０００　Ｎｍ３／　ｈ　　の量で管路１３から流
動層反応器１に供給した。上記燃焼ガスの組成は次の通
りであった。
０２１９、Ｏ容量係 ＣＯ２１，５Ｎ Ｈ２Ｏ２，５Ｎ Ｎ２　　　　　７７、ＯＩ このガスのＳＯ２含量は０．０５　容ｉ％であった。
粒径ａｐ　、５０　＝　１００ｔｔｍの石灰石を１，１
００　ｋｇ／ｈの量で浄化剤として使用した。従って、
化学量論的比は、Ｃａ　：　Ｓ　　として計算して２．
５であった。
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５０
　ｔ／ｈを供給した。同時に、冷却レジスタ９には、３
０バールの飽和水蓋気９．６ｔ／ｈが得られた（給水温
度１０５℃）。
１内の平均懸濁密度は１に９／ｍ３−であり、流動層反
応器１内のガス速度は６　ｍ　／　ｓであった。
結果として、下記組成の煙道ガスが１０５，００ＯＮｒ
ｎ’　／　ｈの量で生じた。
Ｑ２４，８容量チ Ｎ２７０，０　　＃ ＣＯ２１５，１１ Ｈ，，０１０，１ｇ 煙道ガス中のＳＯ２残量は、９５　ｎＱ　／　Ｎｔ７ｔ
３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に別個にカフ人される。流動層及
び反応器内では、ガス速度が２〜１０　ｍ　／　ｓ　（
無負荷速度）に、平均懸濁密度が０．１〜１”　Ｏｌｃ
ｇ　／　〜３　　に、温度が７００〜１．１００℃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、燃焼によって生ず
る有害物質との化学量論的比が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４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７１ｉ；ｌ＋層反応器１からガスと
吉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、ペレット焼
成装置１４または焼結プラントから、好１ニジ＜は８０
２１６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容量多の煙道ガスが生
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
除去する系とペレッ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 １４・　・−・−ペレット焼成装置 １５　・　　−・・固形物還元装置 である。 代理人　上屋　勝 常　　包　　芳　　勇 （自発）手続補正書 昭和５９年４月１３Ｆ１′ 特許庁長官殿 １　事件の表示 昭和５９年持重、ｔ１願第　４１１９８　　号２□　”
；Ｑ　ｌ！ＩＩ　Ｃ）　’ｌ＋　８　　　プロセス排ガ
スの後燃焼浄化力法名　称　（９１２）メタルゲゼルシ
ャフト・アクチェンゲゼルシャフト５、補正命令のＥ１
付（発送日）　　昭和　　年　　月　　日６、　７＋ｌ
ｉ市により増加する発明の数箱１頁の続き ０発　明　者　ハラ）ｋ＋・ザラエル ドイツ連邦共和国６０００フランク フルト・アム・７マイン・チーゲ ンハイナー・シュトラーセ２０５ ０発　明　者　ハンスーベルナー・シュミットドイツ連
邦共和国６０００フランク フルト・アム・マイン・ボルム ザー・シュトラーセ８

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、ガス浄化剤を濁密度を０．１〜１０ｋｇ
    ／ｍ３および温度を７００〜１．１００°Ｃに調節して
    プロセス排ガスを後燃焼さぜると同時に浄化し、プロセ
    ス排ガスに含まれる、または燃焼によって生ずる有害物
    質とガス浄化剤との化学量論的比を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０．２〜２ｋｇ　
    ／　ｎｔ３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。 ４１．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８００〜１，０５０℃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
    よっ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、ペレット焼成装置または
    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、酸素金片２〜１０容量係の煙道ガスが生ずるように
    酸素含有ガス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。
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