JPS59565B2 - 熱媒体粒子循環流動層の鉄鉱石還元における脱硫法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は熱媒体粒子循環流動層の鉄鉱石還元における脱
硫法に係る。

一般に、ロータリーキルンやシャフト炉を用いた直接製
鉄法や、流動層を用いた粉炭燃焼ボイラー等では、固体
脱硫剤による脱硫が行なわれているが、熱媒体循環流動
層による鉄鉱石還元時には固体脱硫剤による脱硫は行な
われていない。

この熱媒体循環流動層による場合とは燃焼塔と還元塔の
２塔から成る流動層において、その燃・暁塔では粉コー
クス、石炭等の炭材とともに酸素を吹込み、その燃焼反
応によって炭材を高温に加熱し、この炭材を還元塔に移
送して還元塔では鉄鉱石の還元に必要な熱を与えて、鉄
鉱石を還元するものである。

従って、熱媒体粒子としての炭材は燃焼塔と還元塔の間
を循環している。

炭材中の硫黄分は燃焼するとガス化するが、硫黄分が還
元鉄中に移行すると、還元鉄の品質を低下させて好まし
くない。

このため、熱媒体粒子循環流動層で鉄鉱石を還元する場
合にも、硫黄分を除去することが必要である。

本発明の目的は、熱媒体循環流動層において鉄鉱石を還
元する際に、効果的に脱硫して還元鉄中への硫黄分の移
行を最小限におさえる方法を提案することにある。

以下、本発明法について詳しく説明する。

なお、第１図は本発明法を実施する熱媒体循環流動層装
置の一例の断面図であって、第１図において、符号１は
還元塔、２は燃焼塔、３は連絡管、４は鉄鉱石供給装置
、５は脱硫剤供給装置、６ａは熱媒体粒子としての炭材
、６は炭材供給装置、８は酸素吹込みノズル、９，１０
は循環ガス流入口、１１は内部サイクロン、１２は還元
鉄排出口、１３は煙突、１４は脱炭酸装置、１５は連絡
管、１６は重油や石炭の吹込みノズル、１７は燃焼灰排
出口を示す。

まず、第１図において、還元塔１は流動層反応装置とし
て構成され、この還元塔１と燃焼塔２との間は連絡管３
で連絡されている。

燃焼塔２で炭材６ａは酸素とともに燃焼され、この加熱
された炭材６ａは熱媒体粒子として連絡管３を通って還
元塔１に循環し、還元塔１において炭材６ａによって鉄
鉱石の還元に必要な熱が供給され、鉄鉱石は還元される
。

その後は、炭材６ａは連絡管１５と内部サイクロン１１
とを通って再び燃焼塔２に戻る。

従って、第１図においては熱媒体粒子として炭材６ａが
循環することによって熱移動が行なわれているために、
ガス顕熱や熱交換器等によって伝熱される通常の流動層
反応装置よりも多量の熱が鉄鉱石の還元反応時に供給で
き、高熱の還元反応に有第１である。

この際、熱媒体粒子としての炭材６ａには石炭、粉コー
クス、チャー等の炭材を使用し、その炭材６ａは炭材供
給装置６によって装入される。

炭材の燃焼は酸素吹き込みノズル８によって酸素あるい
は空気を吹き込んで行なわれ、燃焼熱で炭材６ａは加熱
される。

また、還元塔１には鉄鉱石供給装置４から鉄鉱石が供給
され、吹き込みノズル１６から吹き込まれた重油や石炭
がガス化し、鉄鉱石を還元する。

還元塔１内における重油や石炭のガス化反応および鉄鉱
石の還元反応に要する吸熱量は大きいが、熱媒体粒子と
しての炭材６ａによって熱が供給されるため、熱効率よ
く還元反応が行なわれる。

還元塔１ならびに燃焼塔２からの排ガスの一部は、他の
場所で利用することができるが、大部分の排ガスは循環
ガスとして利用される。

つまり、排ガスは脱炭酸装置１４を通り、ガス導入口９
，１０から還元塔１や燃焼塔２に供給されて循環する。

しかしながら、上記の如く、鉄鉱石を還元する場合、炭
材６ａは炭素、灰分、硫黄等から成っており、燃焼塔２
の燃焼時に硫黄はガス状硫黄になるが、このガス状硫黄
は燃焼塔２内で全部発生することなく、炭材６ａが熱媒
体粒子として還元塔１に移動するので還元塔１でも発生
する。

従って、これら硫黄分が還元鉄中に入り、還元鉄の品質
が低下して好ましくない。

そこで、本発明法においては、燃焼塔２に固体還元剤と
して石灰石、生石灰、ドロマイト等を装入して予め炭材
の脱硫を行ない、この脱硫された炭材を還元塔１に移送
させるとともに、固体脱硫剤を還元塔１に装入し脱硫を
行なう。

なお、脱硫剤を燃焼塔２に装入する場合は、その供給装
置７から装入し、還元塔１に装入する場合は、その供給
装置５から装入するが、燃焼塔２に装入する場合、脱硫
剤は炭材と混合させて炭材供給６から装入でき、還元塔
１に装入する場合は、脱硫剤は鉄鉱石と混合して鉄鉱石
供給装置４′から装入したり、重油や石炭と混合して重
油吹き込みノズル１６から装入することもできる。

すなわち、還元塔１において流動層を介して鉄鉱石が還
元される際に、炭材や重油からガス化した硫黄分は炉内
雰囲気によってＨ２ＳやＣＯ８に； なる。

Ｈ２Ｓ中のＳは（１）式により還元鉄中に移行し、ＣＯ
８中のＳは（３）式により還元鉄中に移行する。

これに対し、ＣａＯが存在すると、（２）式や（４）式
の反応が優先し、Ｈ２ＳやＣＯ８中のＳはＣａＳとなる
。

’ Ｆｅ＋Ｈ２Ｓ＝ＦｅＳ＋Ｈ２（１）ＣａＯ＋
Ｈ５＝ＣａＳ＋ＨＯ（２） ２ Ｆ ｅ＋ｃｏ Ｓ−Ｆ ｅ Ｓ＋ＣＯ（３）Ｃａ Ｏ＋
ＣＯ８＝Ｃａ Ｓ＋Ｃ０２（４）従って、還元鉄中へ移
行する硫黄分を少なくお； さえるには、まず、還元塔
１において（１）、（３）式の反応を防止し、（２）
、 （４）式の脱硫反応を活発にすることが必要で、こ
の点から、本発明方法においては還元塔１で還元鉄と脱
硫剤との接触を充分に起こし、（２） 、 （４）式の
脱硫反応を十分に進行させるた、めに、流動層内で両者
を良く混合する。

換言すると、還元塔１の流動層内では、装入物の粒径が
異なると分級効果によって層の分級現象が起こることか
ら、混合効果をあげるためには脱硫剤と還元鉄等の還元
塔の充填物とをほぼ同一粒径にする。

次に、燃焼塔２においてもその装入物とほぼ同一粒径の
固体脱硫剤を装入し、炭材が還元塔に移動する前に炭材
中の硫黄分除去を行なう。

この脱硫によって還元塔へ随伴される硫黄分が大巾に軽
減し、粒径調整により炭材と脱硫剤が充分に接触する機
会も与えられ、脱硫効果が向上する。

このように還元塔と燃焼塔とに装入する場合、熱媒体循
環システムの機能上熱媒体粒子の粒径は還元鉄の粒子よ
りも細かいので、脱硫剤の粒径も還元塔装入は粗粒とし
、燃焼塔装入時には細粒として装入するのが好ましい。

なお、上記の通りに脱硫剤を装入する場合、脱硫剤と混
合して還元鉄が排出されるが、その混合物はそのまま排
出口１２から排出し、次の工程で磁選分離すれば容易に
還元鉄は回収できる。

この際、脱硫剤が粗粒なので、磁選は容易である。

また、燃焼塔の脱硫剤は熱媒体粒子の燃焼後に残る燃焼
灰とともに、燃焼灰出口１７から排出される。

次に、実施例について説明する。

まず、０．５トン／日規模の第１図に示す熱媒体循環流
動層において、固体脱硫剤を還元塔１に装入した場合と
固体脱硫剤を燃焼塔２に装入した場合とに分けて、各々
につき実験し、更に、本発明方法によって両者に同時に
装入も行なった。

これらの実験条件は次の（１） 、 （２）ならびに（
３）の通りであった。

（１）還元塔１の操業条件 （イ）鉄鉱石銘柄 ２ｍｖｔ〜４８ ｍｅｓＦｒｂＥ
９０ ％ブラジルＭＢＲ鉄鉱石 〃 供給量 ２０ｋｙ／時 （ロ）重油供給量 ３７／時 （／→ 循環ガス量 ４５７７１″／時に）還元鉄排
出量 １３に９７時 〃 還元率 ９２．５％ （２）燃焼塔２の操業条件 （／ｒ）炭材銘柄 ＣＤ、Ｑコークス（−２８ｍｅ
ｓ ｈ炭材供給量 ２４ｋｇ／時 （＠ 吹込み酸素量 ２３７７１″／時（ハ）流
動化用窒素ガス量 １８ｍ″／時（３）脱硫剤装入条件 脱硫剤は還元塔、燃焼塔には次の■、■の通りに装入し
たが、本発明方法によって両者に装入した場合は、■の
通りであった。

■ 還元塔へのみ装入の場合 ・脱硫剤銘柄 石灰石（２龍〜４８ｍｅｓｈが８０％
） ・ 〃 供給量 ２．４ｋｇ／時 ■ 燃焼塔へのみ装入の場合 ・脱硫剤銘柄 石灰石（−４８ｍｅｓｈ）・ 〃 供
給量 ２．４ｋｇ／時 ■ 還元塔、燃焼塔の２塔装入の場合 ・脱硫剤銘柄 石灰石 ・ 〃 供給量［）元塔２龍〜４８ｍｅｓｈが０％ １
．２ｋｇ／時 燃焼塔−４８ｍｅｓｈ １．２ｋｇ／時 次に、上２３つの場合の実験結果を示すと第２図の通り
であった。

第２図から鉄鉱中の硫黄分は０．００５％に対し、還元
炉中においては脱硫剤を装入しないと、その還元鉄中に
は硫黄分が０．３％含まれ、硫黄分が相当移送されてい
ることがわかる。

還元塔に石灰石を装入すると、還元塔からの排出物中の
硫黄成分０．４１％であるが、これの磁選後の還元鉄中
の硫黄分は０．０２３％になり、低下していることがわ
かる。

また、燃焼塔に石灰石を装入すると、還元塔排出物中の
硫黄成分は０．２８うで、磁選後の還元鉄中の硫黄分は
０．１％になる。

これに対し、還元塔ならびに燃焼塔の両者に装入の場合
は、還元塔排出物中の硫黄分は０．２２％であり、これ
を磁選した後の還元鉄中の硫黄分は０．０１％に低下し
、脱硫効果が最も大きいことがわかる。

以上詳しく説明した通り、本発明は還元塔と燃焼塔から
成る熱媒体循環流動層で鉄鉱石を還元する際に、還元塔
と燃焼塔とに各充填物の粒度とほぼ等しい粒度の固体脱
硫剤を装入して脱硫するものである。

従って、本発明によると、熱効率に優れる熱媒体循環流
動層において脱硫処理でき、還元鉄中への硫黄分の移行
が最小限におさえることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明法を実施する熱媒体粒子循環流動層によ
る鉄鉱石還元装置の一例の断面図、構成図および脱硫剤
の装入位置を示す。 第２図は本発明法で還元塔ならびに燃焼塔に脱硫剤を添
加した場合と、還元塔又は燃焼塔にそれぞれ単独に添加
した場合との脱硫効果を示すグラフである。 符号、１・・・・・・還元塔、２・・・・・・燃焼塔、
３・・・・・・連絡管、４・・・・・・鉄鉱石供給装置
、５・・・・・・脱硫剤供給装置、６・・・・・・炭材
供給装置、６ａ・・・・・・炭材、７・・・・・・脱硫
剤供給装置、８・・・・・・酸素吹き込みノズル、９．
１０・・・・・・循環ガス流入口、１１・・・・・・内
部サイクロン、１２・・・・・・還元鉄排出口、１３・
・・・・・煙突、１４・・・・・・脱炭酸装置、１５・
・・・・・連絡管、１６・・・・・・重油又は石炭吹き
込みノズル、１７・・・・・・燃焼灰排出口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 燃焼塔において炭材を加熱し、この炭材を熱媒体粒
   子として燃焼塔と還元塔との間で環循させ、しかも、還
   元塔の流動層において炭材により鉄鉱石を還元する際に
   、燃焼塔内にその充填物の粒径範囲とほぼ同程度の固体
   脱硫剤を装入して炭材を予め脱硫させてから還元塔に循
   環させ、還元塔においてもその充填物の粒径範囲とほぼ
   同程度の固体脱硫剤を装入して脱硫することを特徴とす
   る熱媒体粒子循環流動層の鉄鉱石還元における脱硫法。