JPS6023162B2 - 直接還元鉄の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 鉄鉱石および酸化鉄べレットを、天然ガスおよび循環廃
還元ガスから調製した高温還元ガスにより直接還元する
方法は、重要な商業的製造方法になりつつある。

天然ガスから調製した高温還元ガスは、酸化成分すなわ
ち水蒸気および二酸化炭素に比較して高温度の還元成分
すなわち一酸化炭素および水素を含有する。これらの成
分比（還元対酸化）は、還元比と呼ばれる。天然ガスは
、入手性が悪く、コストが増大しているので、石炭およ
び他の燃料たとえば石油から高温還元ガスを製造する他
の方法が必要である。石油の需要が過度に増大し、その
結果価格が著しく増大したため、熱還元ガスから直接還
元鉄を製造する未来の方法の燃料として石炭が選ばれる
。３つの基本的種類の石炭ガス化すなわち随伴床法、固
定床法および流動床法が通常商業的規模で有効である。

随伴床法では、酸素および水蒸気と随伴石炭ダストとの
並流反応により、約１５００ｑＣおよび大気圧の還元ガ
スが生成する。

この方法で生じるガスは、約５の還元比を有するが、き
かし直接還元に必要な約２気圧に圧縮する前に、また直
接還元で加熱して使用する前に二酸化炭素、水およびガ
ス状硫黄化合物を除去するために、冷却しなければなら
ない。そのような冷却、浄化およびその後の再加熱は、
装置投資の面でもまたエネルギー損失の面でも非常に高
価に付き、したがって、この方法は余り魅力的でない。
固定床石炭ガス化法は、石炭床をガス化ガスの上昇流と
向流的に下降させることを特徴とする。

ガス化ガスは、最初ガス化装置の底部格子で酸素および
水蒸気である。ガス化ガスが石炭の下降床を通り抜けて
上昇する際、数個の帯城を通過する。底部の第一帯域で
は、炭素をほとんど全く含まない灰分が放出される。次
の帯城では、石炭からのチャー（ｃｈａｒ）がガス化ガ
スにより酸化されて水素、一酸化炭素および二酸化炭素
が生成する。次のより高い帯城では、石炭の有機舎量の
脱蔵ならびにあるガス化反応が行われる。水素およびＣ
Ｏならびにメタン高級炭化水素たとえばナフサおよびタ
ールで富化されたガス化ガスは、固定床の次のより高い
水準に到達し、そこで石炭床の脱水および子熱が行われ
る。したがって、放出ガスは、多量の水蒸気、Ｃ０２，
Ｃ○、水素、ある量のメタン、ナフサおよびタールを含
有する。そのようなガスは、硫黄化合物、水蒸気、Ｃ０
２、ナフサおよびタールを除去しなければ、使用するこ
とが出来ない。これは、低温または周囲温度除去系を使
用して行うのが最も良い。冷却装置、ガスの浄化および
その後の再加熱は、装置投資の面でもまたエネルギー損
失の面でも高価である。当業者に知られているように、
石炭のガス化に現在有効な唯一の完全に商業的な流動床
法は、大気圧で操作され、高濃度の酸化成分すなわち水
蒸気および二酸化炭素を含有するガスが生成される。

このガスを直接還元に使用するには、粉量を除去し、圧
縮し、次いで二酸化炭素および硫黄化合物を除去しなけ
ればならない。冷却および再加熱工程は高価に付くばか
りでなく、このガス化法自身で、ガス化装置に供給され
る炭素の大部分を利用することが来釆ない。チャーが副
生し、これは他の工程で使用しなければならない。新し
く開発されつつある流動床では、ガス化が加圧下で行わ
れ、その一つの方法では、流動床内に熱帯域が設けられ
、そこで灰分が集塊化され、流動床から落下せしめられ
る。サイクロン系により放出ガスから除去されるチャー
および灰分は、熱帯域に戻され、チャーは有効に利用さ
れ、灰分は集魂として除去される。サイクロン系の目的
は、系からチャーの取り出しを最小限にすることにより
石炭の高いガス変換率を達成することである。サイクロ
ン戻り系によって、この方法では、石炭原料中の微細粒
子を処理することが出釆る。しかしながら、最良の条件
下でさえ、主に「流動床中のチャーを冷却して塊状化を
防止するために過剰の水蒸気をガス化装置に供給しなけ
ればならないために、ガスの還元比は２以下である。し
たがって、このガスは、冷却、精製および再加熱に供す
ることなしには使用することが出来ない。これらの方法
は、投資およびエネルギーの面から望ましくない。還元
ガスの品位は、普通、ガス混合物中の還元剤（ＣＯ十日
２）対酸化剤（Ｃ０２十日２０）比として表わされる。

向流式の直後還元竪型炉の化学的効率を十分利用するた
めに、炉に導入される熱還元ガスの品位は、少なくとも
約８であることが必要である。本発明の主要な目的は、
流動床石炭ガス化により製造されるガスを用いて直接還
元鉄を製造する方法を提供することである。

本発明の目的は、直接還元炉に導入する前に、ガス化ガ
スを還元温度に再加熱する必要性を除去することである
。

本発明の他の目的は、供給原料中に徴粉炭を許容するこ
とが出来る方法を提供することである。

本発明は、石炭を流動床ガス化し、ガス化ガスを浄化し
、高温の浄化炉頂ガスと混合し、この混合物を還元ガス
として直接還元竪型炉に噴射し、炉から反応した還元ガ
スを取り出し、それを浄化して還元剤富化循環ガスを形
成し、循環ガスの一部を加熱してそれをガス化ガスと混
合し、そして冷却され浄化された循環ガスの第二の非加
熱部分をガス化装置に噴射してガス化反応を冷却するこ
とにより、流動床石炭ガス化を利用して直接還元鉄を製
造する方法である。直接還元工程からの循環ガスを流動
床ガス化室で冷却剤として利用することにより、ガス化
装置で必要とされる水蒸気供給量を、著しく低減するこ
とが出来、ある場合には、零にすることが出来る。

ガス化ガス生成物中の酸化剤の割合が同時に減少するの
で、ガス化装置における石炭の滞留時間を増大させ、高
反応性石炭を使用しかつ循環ガスを冷却剤として利用す
ることにより、品位を向上させる必要が全くない、すな
わち酸化剤をさらに還元する必要のない、鉄の直接還元
に適当な高品位還元ガスが製造される。石灰またはある
他の硫黄受容体たとえばか焼ドロマィトを粉砕し、それ
を粉砕炭と共に流動床に供給して、流動床で生成するガ
スを脱硫することが出来る。したがって、ガスは、直接
還元炉で必要な還元温度以下に冷却する必要がない。こ
のため、そのようなプラントの電力必要量ならびに投資
量が低減される。図面を参照するに、十分に流動化させ
るのに十分に小さい粒度に粉砕された石炭が、ピン１０
から供給管１３を介して流動床ガス化室１２に供給され
る。十分に流動化させるには、石炭の大きさはすべて１
仇肋より小さくなければならない。所望なら、粉砕石灰
石または他の硫黄受容体が、ビン１５から供給管１３を
介してガス化室１２に供給される。流動床中に石灰が存
在すると、流動床中の粒子の付着性が低下し、操業温度
をより高くすることが出釆、その結果、炭素の利用効率
が上がり、還元ガス生成物の品位もよくなる。必要なら
水蒸気で緩和された酸素が、供給源１６から室１２の底
部に供給され、流動床の上方に向けて流され、室１２の
物質が流動化・ガス化される。ガス化室で生成するガス
は、内部サイクロン１８を介して取り出される。このガ
スに随伴される粒子は、サイクロンにより除去され、帰
り管２０‘こよりガス化室の下部に戻される。ガス化室
のガスは、サイクロン１８から管２２により取り出され
、所望の数のガス浄化器２４でさらに浄化される。ガス
浄化器２４からの粒状物質は、流動床の底部にある高温
帯城２５に帰り系２６により戻される。浄化されたガス
化室のガスは管２７に入り、そこで、直接還元炉からの
加熱された循環ガスと混合され、酸化鉄の還元に適当な
温度の還元ガスが形成される。還元ガス混合物は、入口
３０から直接還元竪型炉２８に導入される。竪型炉は、
上端に酸化鉄供給管３２があり、下端に金属化生成物取
り出し手段３４がある。取り出し手段を作動させると、
炉内で供給原料の重力漏れが起る。還元ガスは、炉内の
菱入物と向流関係で移動し、還元剤である一酸化炭素お
よび水素は、酸化鉄中の酸素と反応して酸化鉄を化学的
に還元して高度に金属化された生成物とし、かつ主とし
てＣ０２，日２０，仏，Ｎ２，ＣはおよびＣＯを含有す
る炉頂ガスを生成する。反応炉項ガスは、炉の出口４０
から取り出され、冷却スクラバー４２で粉塵および大部
分の水が除去され、スクラバーから、粉塵を含まない冷
却された炉頂ガスの大部分は経路４３を経て酸性ガス除
去装置４４に導かれ、そこで洗浄されてＣ０２の実質的
部分が除去される。水蒸気またはある他の熱エネルギー
源４６は、酸性ガス除去装置４４を通過して洗浄液を再
生させる。廃酸性ガスたとえばＣ０２および日ぶは、管
４８を経て系から除去される。酸性ガス除去工程により
、水素および一酸化炭素に富んだ循環ガスが生成し、こ
のガスは分割されて、一部は管５０１こ入ってガス化室
の底部に戻され、流動床中の酸素と石炭間の発熱反応熱
を吸収することにより流動床の温度を制御する。冷却循
環ガスの残りの部分は、経路５２に入り、管２７中でガ
ス化ガスと混和して還元ガスを生成する。循環ガスの一
部はヒータ５４で加熱され、残りの部分はヒータを迂回
して経路５５へ流れ、次いで熱循環ガスと一緒にされて
還元ガスの温度を制御する。ガスの温度は、還元ガス流
を調節するために管５５中の冷却ガス量を制御する弁５
８に連結された熱電対５６により測定される。ヒータ５
４は、経路６２からの粉塵を含まない廃還元ガスの一部
をバーナ燃料として使用するバーナ６０を加熱源として
有する。ガス化室１２では、供給源１６から上方に流れ
る酸素は、石炭と反応して還元ガスを生成する。

必要なら水蒸気で緩和された供給源７０からの酸素は、
灰分除去系に噴射され、熱石炭から生成したチャーと反
応し、熱帯城２５をもたらし、そこで灰分粒子は制御条
件下で団塊になる。集魂化が続くと、粒子は、流動床か
ら放出系６８に落下するのに十分な大きさの団塊になる
。サイクロン２４から熱帯城２５へ徴粉を戻す方法の別
の方法として、管２６から徴粉のすべてまたは一部を管
７２を経て、供給源７０からの上昇する酸化剤流に導入
することが出来る。

徴粉注入場所は、弁７４および７６により制御される。
鉄の直接還元用の還元ガスを流動床石炭ガス化により製
造する本発明の方法は、ガス化生成ガスを冷却し、二酸
化炭素、水蒸気および硫化水素を除去し、次いで直接還
元炉からの洗浄され冷却された廃炉頂ガスと共に再加熱
して直接還元用の還元ガスを生成する商業的流動床ガス
化法に比較して著しい利点を有する。本発明の方法では
、循環ガスのかなりの部分は、ガス化室における流動床
ガス化反応の冷却剤として作用する一方再加熱される。
本発明の方法では、サイクロン系からの灰分および放出
ガス中の炭素損失量により測定して最大９５％石炭利用
率を達成することが出来る。ガス化室で製造されるガス
を冷却する必要がなくまたはガス化室のガスを精製して
二酸化炭素、硫化水素または水を除去する必要がないの
で、そのような冷却・精製装置が省かれ、その結果装置
投資が節減される。ガス化ガスは冷却されないので、生
成ガスを再加熱する装置は不必要である。還元ガスを還
元温度にもたらす２つの熱源は、ガス化室自身および循
環ガス再加熱器５４である。循環ガス再加熱器は商業的
方法で使用される再加熱器よりはるかに小さい。これは
、本方法において、非常に少ないガスを再加熱するだけ
で良いからである。また、本発明の方法は、石炭原料中
に徴粉を許容することが出来る。これは、流動床および
サイクロン系で徴粉を容易に取り扱うことが出来るから
である。普通、徴粉は、石炭ガス化系から除去される。
例 一例として、表１において、９２％金属化率を有する直
接還元鉄１トンの製造に際して、管５０からの精製循環
炉頂ガスを流動床ガス化室の冷却剤として使用する場合
の工程流量（ケースＡ）を、冷却剤として水蒸気を使用
する場合の工程流量（ケースＢ）と比較する。

両方の場合共、工程条件は出来るだけ近いものでありＬ
ガス化室１２から製造される導管２７中の粗製ガスは１
０１０００である。

熱粗製ガスは二酸化炭素を除去することなく使用する。
表１ 簡単のため、Ｃ０２除去用の水蒸気４６を製造するため
に燃料として使用される頂部ガスは、図示していない。

石炭、循環ガス取扱いおよび酸素の節減は、容易に明ら
かである。例において、粗製ガスは、乾燥基準で最終分
析値として、７２．２％Ｃ，４．５％日，１．３％Ｎ，
６．８％○，３．１％Ｓおよび１２．１重量％灰分を有
する石炭から調製する。

総発熱量は、６９４．兆ｃａｌ／ｋ９である。ガス化室
から生成する粗製ガスは、表山こ示すような組成を有す
る。表 □ ケースＢに比較して、ケースＡの導管２７中の粗製ガス
の品位は著しく改良されるガス化室への酸素供給流中の
Ｎ２十Ａｒは、２％と仮定した。

両方の場合共、導管２７中の粗製ガスの温度は、１０１
０ｏ０であり、入口３０へのバツスルガスの温度は、ヒ
ータ５４および経路５５中の冷し、ガスにより８１５ｑ
ｏに調節する。

前述から、徴粉炭を容易に受け入れることが出来かつ系
の熱量をより効果的に利用する、流動床石炭ガス化系を
用いて直接還元鉄を製造する方法が、本出願人により発
明されたことは明瞭である。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明による、直接還元炉に結合された石炭ガ
ス化系の概略フローシートである。 １０…ビン、１２…ガス化室、１６…酸素源、１８…サ
イクロン、２４…浄化器、２５・・・熱帯城、２８・・
・還元炉、４４・・・酸性ガス除去装置、５４…ヒータ
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 粒状石炭を流動床ガス化室に導入し、酸素の存在で
   高温下に反応させることによつて、ガス化ガスを生成さ
   せ、このガス化ガスを上記室から取り出し、ガス化ガス
   から粒状物質を除去した後、ガス化ガスを還元ガスとし
   て直接還元炉に導入して炉内の酸化鉄を高度に金属化し
   た鉄製品まで還元すると共に反応炉頂ガスを生成させ、
   該反応炉頂ガスを還元炉から取り出して清浄化して冷却
   し、かつこの炉頂ガスから酸性ガスを除去して水素およ
   び一酸化炭素に富む冷却、清浄循環ガスを生成させ、こ
   の冷却、清浄循環ガスの一部を前記流動床ガス化室中に
   噴射して該室内の反応を冷却することからなる流動床石
   炭ガス化による直接還元鉄の製造方法。 ２ 粒状硫黄受容体を石炭と共に前記ガス化室に導入す
   る工程をさらに含む、前記第１項に記載の方法。 ３ 前記硫黄受容体が石灰石である、前記第２項に記載
   の方法。 ４ 前記粒状石炭の大きさがすべて１０ｍｍより小さい
   、前記第１項に記載の方法。