TWI429753B - 高爐氣體之分離方法 - Google Patents

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Tsuguhiko Nakagawa
Takashi Haraoka
Akira Kishimoto
Masaru Nasu
Hiroyuki Ida
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Jfe Steel Corp
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Description

高爐氣體之分離方法
本發明係關於從高爐爐頂所排出高爐氣體中，將氣體中所含之二氧化碳與氮施行分離去除，而利用為燃料氣體還原氣體或還原氣體的方法。
在鋼鐵一貫煉鐵廠中，從將鐵礦還原而製造熔鐵的高爐爐頂所排出的高爐氣體，可有效利用為熱風爐燃料氣體、煉焦爐燃料氣體及發電用燃料氣體。
然而，高爐氣體的組成係一氧化碳：21.1~26.2體積%、二氧化碳：19.3~23.2體積%、氫：2.9~5.3體積%、氮：52.5~59.2體積%，可燃性氣體成分較少，且發熱量3031~3784kJ(723~903kcal/Nm3)的偏低狀態(參照第4版鋼鐵便覽(CD-ROM)No.1第2卷、製鐵‧製鋼、2002年7月30日出版、表42-5‧7(2000))，若單獨使用為燃料氣體，燃燒氣體溫度偏低，並不適用於高溫用途。理由係諸如氫、一氧化碳、甲烷等可燃性氣體成分較少，且由該等可燃性氣體成分的燃燒所產生熱量，將被消耗於除可燃性氣體成分以外的非活性氣體成分之氮與二氧化碳之加熱所致。所以，將高爐氣體、與同樣屬於煉鐵廠副產氣體的煉焦爐氣體或轉爐氣體等具有2000kcal/Nm3以上發熱量的高卡路里副產氣體相混合後，再利用於上述用途。將高爐氣體、與煉焦爐氣體及 /或轉爐氣體進行混合的氣體，通稱「混合氣體」或「M氣體」。
煉鐵廠中的副產氣體產生量中，高爐氣體的產生量遠多於其他副產氣體，為能利用該高爐氣體，大量煉焦爐氣體或轉爐氣體將被使用為增熱用氣體並被消耗。特別係近年就高爐的操作已從重油吹入轉換為微粉碳吹入，因而有高爐氣體產生量增加的傾向。隨高爐氣體產生量的增加，增熱用高卡路里副產氣體的消耗量亦將增加，導致在習知煉鐵廠後段步驟的鋼材加熱爐中所使用高卡路里副產氣體，會有不足的顧慮事態浮現。高卡路里副產氣體的代替方式，係使用諸如LPG、LNG等購買燃料。
所以，為提高發熱量而對高爐氣體施行改質，俾可單獨利用的手段便有數個提案。
在日本專利特開2004-309067號公報中，有提案：從高爐爐頂所排出高爐氣體中，將二氧化碳分離去除，而製造900kcal/Nm3以上發熱量的改質高爐氣體，並將該改質高爐氣體替代高爐氣體、煉焦爐氣體、轉爐氣體及LPG氣體中任1種或2種以上的其中一部分或全部。此外，在特開2004-309067號公報中，有提案：上述改質高爐氣體亦可當作鐵礦還原用的還原氣體並利用於還原爐中。
在日本專利特開昭55-113814號公報中，有提案：將從高爐氣體中經去除二氧化碳而製得的改質高爐氣體，施行加熱 後再吹入高爐中而循環使用。
再者，日本專利特開昭62-193622號公報有提案：使用氧化鋁系吸附劑與多孔性聚苯乙烯，將高爐氣體中的二氧化碳與氮分別選擇性吸附分離，而製造一氧化碳與氫的富氣體之方法。
然而，上述習知技術會有以下問題。
在日本專利特開2004-309067號公報及特開昭55-113814號公報中，從高爐氣體中僅將二氧化碳分離去除，高爐氣體中約佔50體積%的氮並未去除，經改質後的發熱量最高亦僅有1050kcal/Nm3左右，發熱量的增加較少，藉由改質所顯現出的效果較少。
日本專利特開昭62-193622號公報雖揭示從高爐氣體中將二氧化碳與氮去除，而製造一氧化碳與氫的富氣體，但特開昭62-193622號公報的實施例中，富一氧化碳與氫氣體的發熱量未滿1000kcal/Nm3，難謂二氧化碳與氮已被充分去除。此外，二氧化碳與氮被分離去除前的高爐氣體之氮含有量係高達55體積%，應處理的高爐氣體量較多，會有為將二氧化碳與氮施行分離去除的所需費用增加之問題。此問題係在特開2004-309067號公報與特開昭55-113814號公報中亦同。
本發明目的在於提供從高爐爐頂所排出高爐氣體中，能依 較少費用且效率佳地將二氧化碳與氮施行分離的高爐氣體之分離方法。
為能達成上述目的，本發明提供下述主旨的高爐氣體之分離方法。
[1].一種高爐氣體之分離方法，係包括有：生成氧濃度至少為25體積%以上之富氧化空氣的步驟；從高爐下部所設置之風口，將上述富氧化空氣吹入高爐內的步驟；以及從高爐爐頂所排出高爐氣體中，將氣體中的二氧化碳與氮分離去除，而生成改質高爐氣體的步驟。
[2].如[1]所記載的高爐氣體之分離方法，其中，上述富氧化空氣係25~96體積%。
[3].如[1]所記載的高爐氣體之分離方法，其中，上述改質高爐氣體係具有1060~2950kcal/Nm3之發熱量。
[4].如[1]所記載的高爐氣體之分離方法，其中，上述富氧化空氣係25~96體積%，且上述改質高爐氣體係具有1060~2950kcal/Nm3之發熱量。
[5].如[1]所記載的高爐氣體之分離方法，其中，上述生成富氧化空氣的步驟，係準備配置有隨壓力增加或溫度降低而增加氮吸附量的氮吸收用吸附劑，且能以軸心為中心進行旋轉的圓筒型容器；從各自相對上述氮吸收用吸附劑的對向側方向，供應不同 壓力或溫度的乾燥空氣；對相對性提高壓力的空氣或相對性降低溫度的空氣施行脫氮處理；對相對性降低壓力的空氣或相對性提高溫度的空氣，施行富氮化；藉此，施行相對性提高壓力的空氣、或相對性降低溫度的空氣之富氧化。
[6].如[1]所記載的高爐氣體之分離方法，其中，上述生成改質高爐氣體的步驟，係由利用胺法將二氧化碳分離去除的步驟、與利用PSA法將氮分離去除的步驟所構成。
[7].如[1]所記載的高爐氣體之分離方法，其中，上述生成改質高爐氣體的步驟，係由利用PSA法將二氧化碳分離去除的步驟、與利用PSA法將氮分離去除的步驟所構成。
[8].如[1]所記載的高爐氣體之分離方法，其中，上述生成改質高爐氣體的步驟，係利用煉鐵廠的排熱，由從高爐爐頂所排出高爐氣體中，將氣體中的二氧化碳與氮分離去除。
[9].如[1]所記載的高爐氣體之分離方法，其中，更進一步包括有將上述改質高爐氣體使用作為從加熱爐、均熱爐、退火爐、保持爐所構成群組中選擇之至少一種的燃料氣體之步驟。
[10].如[1]所記載的高爐氣體之分離方法，其中，更進一步包括有： 將上述改質高爐氣體，使用作為從加熱爐、均熱爐、退火爐、保持爐所構成群組中選擇之至少一種的燃料氣體之步驟；以及將煉焦爐氣體吹入高爐中的步驟。
[11].如[1]所記載的高爐氣體之分離方法，其中，更進一步包括有：將上述改質高爐氣體吹入高爐中，並循環使用的步驟。
[12].如[1]所記載的高爐氣體之分離方法，其中，更進一步包括有：將上述改質高爐氣體使用為燃料氣體，並導入氣渦輪混合發電設備的燃料氣體壓縮機中，再利用氣渦輪混合發電設備的燃燒器進行燃燒而發電的步驟。
[13].如[1]所記載的高爐氣體之分離方法，其中，更進一步包括有：將上述改質高爐氣體使用為燃料氣體，並導入氣渦輪混合發電設備的燃料氣體壓縮機中，再利用氣渦輪混合發電設備的燃燒器進行燃燒而發電的步驟；上述生成改質高爐氣體的步驟係利用依上述氣渦輪混合發電設備的運轉方法所獲得之電力，且利用煉鐵廠的排熱，由從高爐爐頂所排出高爐氣體中，將氣體中的二氧化碳與氮分離去除。
[14].如[12]所記載的高爐氣體之分離方法中，更進一步包括有：將依上述氣渦輪混合發電設備的運轉方法所發電之電力供應給煉鐵廠各設備，並將剩餘電力使用作為用以進行 二氧化碳地底儲存的電力、或用於廢鐵熔解的電力之步驟。
[15].如[12]所記載的高爐氣體之分離方法，其中，更進一步將依上述氣渦輪混合發電設備的運轉方法所發電之電力供應給煉鐵廠各設備，並中止相當於剩餘電力份的發電，且將相當於該發電量所需要之改質高爐氣體熱量的高爐氣體或改質高爐氣體，吹入於高爐中。
[16].一種高爐氣體之分離方法，係包括有：由從高爐爐頂所排出高爐氣體中，將氣體中的二氧化碳與氮分離去除，而生成改質高爐氣體的步驟；以及將上述改質高爐氣體吹入高爐中並循環使用的步驟。
[17].一種高爐氣體之分離方法，係包括有：由從高爐爐頂所排出高爐氣體中，將氣體中的二氧化碳與氮分離去除，而生成改質高爐氣體的步驟；以及將上述改質高爐氣體使用作為燃料氣體，並導入氣渦輪混合發電設備的燃料氣體壓縮機中，再利用氣渦輪混合發電設備的燃燒器進行燃燒而發電的步驟。
[實施形態1]
實施形態1的高爐氣體之分離方法之特徵在於：係從高爐下部所設置之風口，將氧濃度達25體積%以上的富氧化空氣吹入於高爐內，而實施高爐操作，利用該高爐操作回收從高爐爐頂所排出的高爐氣體，再從所回收高爐氣體中將氣體中 的二氧化碳與氮分離去除。以下，就實施形態1進行具體說明。
針對從高爐氣體中將二氧化碳與氮分離去除時的氣體成分與發熱量進行說明。表1所示係例如從含有氫(以下亦稱「H2」)4.4體積%、氮(以下亦稱「N2」)49.9體積%、一氧化碳(以下亦稱「CO」)23.6體積%、二氧化碳(以下亦稱「CO2」)22.1體積%的高爐氣體中，僅將二氧化碳完全去除時(改質高爐氣體1)以及將二氧化碳與氮去除時(改質高爐氣體2)的氣體成分與發熱量。改質高爐氣體2中，二氧化碳與氮係依分別可去除90%(CO2：22.1體積%→2.2體積%、N2：49.9體積%→5.0體積%)的形式計算出。體積比係將高爐氣體的體積設為1.0時的體積比率。
如表1所示，保持產生原狀的高爐氣體發熱量係825kcal/Nm3，若從該高爐氣體僅將二氧化碳完全分離時(改質高爐氣體1)，可燃性氣體成分的增加份僅止於大約8體積%而已，可燃性氣體成分合計量僅為36體積%左右，發熱量係1062kcal/Nm3，發熱量增加份較少。相對於此，若將二氧化碳與氮分別均分離去除90%時(改質高爐氣體2)，可燃 性氣體成分合計量大約達80體積%，發熱量將增加至2346kcal/Nm3。
實施形態1係將削減高爐氣體增熱用高卡路里副產氣體消耗量設為其中一目標，因應於此，必需將高爐氣體使用為能單獨使用的高卡路里氣體，所以，實施形態1中，從高爐氣體中將二氧化碳與氮分離去除。此情況，配合二氧化碳與氮的去除率，發熱量會有變化，但最好依能獲得達1060kcal/Nm3以上發熱量的方式，將二氧化碳與氮去除。此外，改質高爐氣體的發熱量係越高越好，更佳為依能獲得1500kcal/Nm3以上發熱量的方式，將二氧化碳與氮去除。發熱量的上限係若考慮高爐氣體的組成，則設為2950kcal/Nm3左右。
在此，作為更加提高改質高爐氣體發熱量的手法，亦可在煉鐵廠內所容許範圍內(例如習知基準使用量範圍內)，混合入煉焦爐氣體或轉爐氣體。
實施形態1中，從高爐爐頂所排出高爐氣體中，將氣體中的二氧化碳及氮施行分離‧去除的方法，並無必要特別規定。二氧化碳或氮亦可利用化學吸收法、物理吸收法、膜分離法、吸附法等任何方法，將二氧化碳與氮施行分離‧去除。例如二氧化碳的分離方法係可使用胺法、膜分離法、PSA法等。氮的分離方法係可使用膜分離法、PSA法等。但，並非同時將二氧化碳與氮分離去除，而是分開2段分離實施，即先將 其中一者去除後，再將其餘另一者去除。此處，從高爐氣體中施行二氧化碳與氮分離時所耗費的動力等能量源，就從省能源與削減二氧化碳產生量等觀點，最好利用從高爐爐體的冷卻水、轉爐排氣的冷卻水、加熱爐排氣等從煉鐵廠排熱所回收的能量。相關二氧化碳的分離，因為胺法相較於其他方法之下，屬於可低價地施行分離且可大形化，因此有利於設備規模較大的情況，因為氮無法同時分離，因此便採2段分離構造，並在第2段實施氮分離。此外，就膜分離法、PSA法，因為依照所使用的材料會導致分離特性有差異，因此採2段分離構造較能提升分離率，且亦會降低可燃性氣體成分的遺失率。所以，最好第1段的二氧化碳分離係利用低價且能增大設備規模的胺法，或能低價施行處理，且能實現中小規模設備的PSA法，而第2段的氮分離則使用PSA法。二氧化碳與氮的分離‧去除指標，如前述，若經分離‧去除後的改質高爐氣體發熱量達1060kcal/Nm3以上、更佳1500kcal/Nm3以上的話便可。發熱量上限係若考慮高爐氣體的組成，則為2950kcal/Nm3左右。
依此的話，從高爐氣體中將二氧化碳與氮分離‧去除而製得的改質高爐氣體，可有效利用為各種加熱爐的燃料氣體、熱風爐燃料氣體、煉焦爐燃料氣體及發電用燃料氣體等。
實施形態1中，將從高爐爐頂排出的高爐氣體回收，並從所回收高爐氣體中將二氧化碳與氮分離‧去除，但當從高爐 下部所設置風口吹入空氣時，在所排出高爐氣體中含有55體積%左右的氮，且因為氮含有量較多，因此高爐氣體產生量亦會變多。為抑制因以大量高爐氣體為分離處理對象所造成的成本上升，以及因對含有大量氮進行分離處理而造成的成本上升情形，在實施形態1中，便將含有25體積%以上氧的富氧化空氣從風口中吹入於高爐中，俾減少高爐氣體中所含的氮，且減少高爐氣體產生量。吹入富氧化空氣時，只要吹入與當吹入空氣時的氧吹入量呈同量氧便可，吹入量相較於吹入空氣的情況下呈較少。此外，為減少高爐氣體中所含有的氮，最好富氧化空氣中的氧濃度較高，較佳含有30體積%以上的氧，更佳含有35體積%以上的氧。若考慮氧製造成本，較佳為96體積%以下。就從高爐操作的觀點，70體積%左右的氧濃度便足夠。當然，就從煉鐵廠內的氧供需均衡觀點，亦可使用純氧。但是，因空氣的分離，氧濃度會達96%以上，因此除氮以外，尚必需將氬分離，而需要為施行此項操作的分離能量。
高爐內所吹入空氣中的氮對反應並無貢獻，將依所供應量原量從爐頂排出，所以、藉由將富氧化空氣吹入高爐內，高爐氣體中的氮含有量會減少較少於空氣的氮含有量份，且高爐氣體產生量會減少。因而，分離處理對象的高爐氣體量會減少，且所排出高爐氣體中的氮濃度會減少，藉此便達二氧化碳與氮的分離效率化。
故，當在將氮濃度54體積%之高爐氣體排出的高爐操作中，取代空氣而改為吹入氧濃度25體積%的富氧化空氣時，高爐氣體中的氮含有量會成為大約48體積%，氮量大約減少20體積%。當取代空氣改為吹入氧濃度30體積%的富氧化空氣時，高爐氣體中的氮含有量會大約成為42體積%，氮量大約減少38體積%。當取代空氣改為吹入氧濃度35體積%的富氧化空氣時，高爐氣體中的氮含有量會大約成為36體積%，氮量大約減少50體積%。且，當吹入氧濃度50體積%的富氧化空氣時，高爐氣體中的氮含有量會大約成為24體積%。
實施形態1中，吹入氧濃度25體積%的富氧化空氣之理由，係所排出高爐氣體中的氮含有量如上述會大幅減少的緣故。
富氧化空氣的製造方法係可使用深冷分離裝置、膜分離裝置、旋轉式富氧化空氣製造裝置等，亦可使用任何方法進行製造，但當製造氧濃度50體積%左右的氧濃度較低富氧化空氣時，最好採用能依低價且省能源進行富氧化空氣製造的旋轉式富氧化空氣製造裝置。深冷分離裝置係傾向於大量製造，但就低氧濃度富氧化空氣的製造卻不利於成本。
以下，針對旋轉式富氧化空氣製造裝置進行說明。圖1所示係實施形態1所使用旋轉式富氧化空氣製造裝置的概略立體圖，圖2所示係構成圖1所示旋轉式富氧化空氣製造裝置其中一部分的第1圓筒型容器與第2圓筒型容器之概略 立體圖，其中，圖2A所示係第1圓筒型容器，圖2B所示係第2圓筒型容器。
如圖1所示，在管體13的內部配置著以軸心2a為中心並可利用電動機(未圖示)進行旋轉的第1圓筒型容器2，且配置著包夾該第1圓筒型容器2，並在軸心2a方向上呈相對向的第2圓筒型容器3與第3圓筒型容器4。第2圓筒型容器3及第3圓筒型容器4係軸心方向與第1圓筒型容器2的軸心2a相同，且以軸心2a為中心可利用電動機(未圖示)進行旋轉。此情況，該等第1~第3圓筒型容器可利用同一電動機進行旋轉，且亦可分別利用各自的電動機進行旋轉。當利用個別電動機進行旋轉時，旋轉數亦可各自不同。此外，圖1中的旋轉方向係相同，但亦可不同。
第1圓筒型容器2的內部，如圖2A所示，利用從軸心2a呈輻射狀延伸的隔板8進行複數區隔，所區隔的各個部位將利用金屬網、網狀物(未圖示)等包圍，並填充入氮吸收用吸附劑5。此外，亦可將表面經塗佈氮吸收用吸附劑5的蜂巢式構造體，配置於所區隔的各個部位中。氮吸收用吸附劑5係就從氮吸收能力優異的觀點，最好使用沸石。此外，所謂「沸石」係指結晶性無機氧化物，具體而言，係由結晶性矽酸鹽、結晶性矽酸鋁、結晶性金屬矽酸鹽、結晶性磷酸鋁、結晶性金屬磷酸鋁等構成的結晶性微孔物質。此外，隔板8亦具有為確保第1圓筒型容器2之剛性用的補強材機能。
第2圓筒型容器3的內部構造係如圖2B所示，與第1圓筒型容器2的內部構造相同，在利用隔板8區隔的各個部位中，利用金屬網、網狀物等包圍，並填充入水分吸收用吸附劑6。此外，亦可將表面經塗佈水分吸收用吸附劑6的蜂巢式構造體，配置於所區隔的各個部位中。雖未圖示，但第3圓筒型容器4的內部構造亦如同第2圓筒型容器3的內部構造，在利用隔板8區隔的各個部位中，配置著水分吸收用吸附劑7。水分吸收用吸附劑6與水分吸收用吸附劑7係可使用諸如矽膠等慣用的水分吸收用吸附劑。
在管體13的內部，於包夾著第1圓筒型容器2、第2圓筒型容器3及第3圓筒型容器4，且通過管體13中心線的位置處設置著隔離板14，而利用隔離板14在管體13內部形成2個流路。即，圖1中，對左側下層的第1空氣供應流路9所供應空氣，係依序通過第2圓筒型容器3、第1圓筒型容器2、第3圓筒型容器4，再排出於右側下層的第1空氣排出流路11中。另一方面，圖1中，對右側上層的第2空氣供應流路10所供應空氣，係依序通過第3圓筒型容器4、第1圓筒型容器2、第2圓筒型容器3，再排出於左側上層的第2空氣排出流路12中。
在該旋轉式富氧化空氣製造裝置1中，以此種使空氣朝逆向方向流動為必要條件。但，第1圓筒型容器2、第2圓筒型容器3及第3圓筒型容器4係以軸心2a為中心，進行連 續式或間歇式旋轉，所以，從第1空氣供應流路9所供應的空氣並非全部從第1空氣排出流路11中排出，同樣的，從第2空氣供應流路10所供應的空氣並分全部從第2空氣排出流路12中排出，而是部分空氣會相互混合，而該旋轉式富氧化空氣製造裝置1中，部分空氣的混合並不會構成問題。
第1空氣供應流路9、第2空氣供應流路10、第1空氣排出流路11及第2空氣排出流路12分別連結於配管(未圖示)，並經由該等配管對第1空氣供應流路9與第2空氣供應流路10供應空氣，且經由該等配管將從第1空氣排出流路11與第2空氣排出流路12所排出的空氣，導入於既定地方。
使用依此所構成的旋轉式富氧化空氣製造裝置1，依如下述從空氣進行富氧化空氣的製造。
首先，針對氮吸收用吸附劑5係使用沸石的氮吸附能力進行說明。圖3所示係沸石的氮吸附量與壓力間之關係定性圖，圖4所示係沸石的氮吸附量、與壓力及溫度間之關係定性圖。
如圖3所示，沸石係具有壓力越高，氮吸附量越增加的性質，若壓力P1環境下使空氣接觸到沸石，沸石會吸附氮直到吸附量成為C1值為止。藉此，空氣中的氮會減少，只要對相當於氮減少的部分施行富氧化便可。另一方面，在壓力 P2時，因為沸石的氮吸附量降低至C2值，因此已吸附至C1值的沸石，若接觸到壓力P2的空氣，便會將所吸附的氮釋放出，使沸石的吸附量從C1值降低至C2值。已釋放出氮的空氣中，氮含有量會增加而施行富氮化。
即，藉由使沸石接觸到不同壓力的空氣，配合因壓力差所決定的氮吸附量差，施行相對性高壓力空氣的富氧化，反之，則施行相對性低壓力空氣的富氮化。藉由使沸石交錯接觸不同壓力的空氣，沸石便重複施行氮的吸附與釋放，氮吸附量便不會保留於飽和狀態，而是半永久性施行富氧化。
再者，如圖4所示，沸石亦依溫度會有不同的氮吸附量，即使壓力呈一定，但隨溫度下降，氮吸附量會增加。即，將壓力設為P3一定值，若使較溫度T2更低溫的溫度T1空氣接觸到沸石，沸石便會吸收氮直到吸附量呈C3值為止。藉此，空氣中的氮會減少，而只要施行相當於氮減少份的富氧化便可。另一方面，因為在溫度T2時沸石的氮吸附量會降低至C4值，因此沸石若接觸到溫度T2空氣便會釋放出所吸附的氮，使沸石的吸附量從C3值降低至C4值。已釋放出氮的空氣中之氮含有量便增加，而施行富氮化。
即，藉由使沸石接觸到不同溫度的空氣，配合因溫度差所決定氮吸附量差，施行相對性低溫度的空氣富氧化，另一方面，將施行相對性高溫度的空氣富氮化。藉由使沸石交錯接觸到不同溫度的空氣，沸石便重複施行氮的吸附與釋放，氮 吸附量便不會保留於飽和狀態，而是施行半永久性富氧化。
此情況，藉由將施行富氧化側的空氣，提高壓力且降低溫度，由圖4中可得知，沸石的氮吸附量差會變為更大，便可有效率地施行富氧化。
接著，針對利用此種沸石的氮吸附能力，從空氣製造富氧化空氣的方法進行說明。
即，圖1中，一邊使第1圓筒型容器2、第2圓筒型容器3及第3圓筒型容器4，以軸心2a為中心進行連續式或間歇式旋轉，便使從第1空氣供應流路9所供應空氣的壓力，較高於從第2空氣供應流路10所供應空氣的壓力，或使從第1空氣供應流路9所供應空氣的溫度，較低於從第2空氣供應流路10所供應空氣的溫度，或使從第1空氣供應流路9所供應空氣，相較於從第2空氣供應流路10所供應空氣下，呈提高壓力且降低溫度，並從第1空氣供應流路9與第2空氣供應流路10進行空氣供應。所供應空氣的壓力調整，係例如利用供輸送空氣用的送風機吐出壓力調整等而實施，所供應空氣的溫度調整係可藉由在供應配管中所設置加熱器等而實施。
從第1空氣供應流路9所供應的空氣，將接觸到在第2圓筒型容器3中所配置的水分吸收用吸附劑6，而將水分去除(稱「脫水分處理」)，經脫水分處理過的空氣將接觸到在第1圓筒型容器2中所配置的氮吸收用吸附劑5。在此，因 為從第1空氣供應流路9所供應的空氣，相較於從第2空氣供應流路10所供應的空氣，呈較高壓力、或較低溫度、或較壓力且較低溫度，因此利用由沸石等所構成氮吸收用吸附劑5進行氮吸附，使氮減少，而施行富氧化(稱「脫氮處理」)。脫氮處理亦稱「富氧化處理」。
另一方面，從第2空氣供應流路10所供應的空氣，將接觸到在第3圓筒型容器4中所配置的水分吸收用吸附劑7，而施行脫水分處理，經脫水分處理過的空氣將流入於第1圓筒型容器2中，並接觸在第1圓筒型容器2中所配置的氮吸收用吸附劑5。從第2空氣供應流路10所供應的空氣，相較於從第1空氣供應流路9所供應的空氣，呈較低壓力、或較高溫度、或較低壓力且較高溫度，因此藉由與該空氣接觸，由沸石等所構成氮吸收用吸附劑5的氮吸附量便降低，氮吸附量差分的氮便被釋放於從第2空氣供應流路10所供應的空氣中。藉此，從第2空氣供應流路10所供應空氣的氮濃度便增加(稱「富氮化處理」)。藉此，氮吸收用吸附劑5的氮吸附量便不會保留於飽和狀態，而是連續執行氮的吸附/釋放。
然後，從第2空氣供應流路10所供應經富氮化處理的空氣係流入於第2圓筒型容器3中，並與水分吸收用吸附劑6相接觸。水分吸收用吸附劑6與從第1空氣供應流路9所供應的空氣相接觸，而吸附該空氣中所含的水分，從第2空氣 供應流路10所供應的空氣，則利用在第3圓筒型容器4中所配置水分吸收用吸附劑7，呈水分已去除的乾燥狀態空氣，而水分吸收用吸附劑6中所吸附的水分被釋放於從第2空氣供應流路10所供應的空氣中，該空氣的水分濃度會上升(稱「水分富化處理」)。即，水分吸收用吸附劑6的水分吸附量並非保留於飽和狀態，而是連續地執行水分的吸附/釋放。
同樣的，從第1空氣供應流路9所供應經脫氮處理(即富氧化處理)的空氣，會流入於第3圓筒型容器4中，並接觸到水分吸收用吸附劑7。水分吸收用吸附劑7將接觸到從第2空氣供應流路10所供應的空氣，而吸附該空氣中所含的水分，從第1空氣供應流路9所供應的空氣係利用在第2圓筒型容器3中所配置之水分吸收用吸附劑6，呈水分已去除的乾燥狀態空氣，因此水分吸收用吸附劑7所吸附的水分係釋放給從第1空氣供應流路9所供應的空氣。即，水分吸收用吸附劑7的水分吸附量亦非保持飽和狀態，而是連續執行水分的吸附/釋放。
第1圓筒型容器2、第2圓筒型容器3及第3圓筒型容器4的旋轉數，係在各吸附劑的吸附量尚未達飽和吸附量之前，只要依旋轉180度(半旋轉)的方式，配合各吸附劑的吸附能力進行設定便可。
依此，實施形態1的較佳旋轉式富氧化空氣製造裝置1， 在包夾著氮吸收用吸附劑5的二側配置著水分吸收用吸附劑6與水分吸收用吸附劑7，並對該等吸附劑從各自對向側的方向進行空氣供應，因此經常對氮吸收用吸附劑5從各自相對向側的方向輸送乾燥空氣，氮吸收用吸附劑5不會受水分的影響，從所供應空氣中吸收氮，且將所吸收的氮釋放給從對向側所供應的空氣。此外，水分吸收用吸附劑6與水分吸收用吸附劑7係交錯重複施行水分的吸附與釋放。藉此，氮吸收用吸附劑5、水分吸收用吸附劑6及水分吸收用吸附劑7的吸附量便不會保持於飽和狀態，而是具有可長期間連續的製造富氧化空氣的優異特徵。
再者，上述所說明的旋轉式富氧化空氣製造裝置1中，氮吸收用吸附劑5、水分吸收用吸附劑6及水分吸收用吸附劑7係配置於各自分離的圓筒型容器中，但亦可將圓筒型容器設為1個，並在該1個圓筒型容器的內部，依序配置水分吸收用吸附劑6、氮吸收用吸附劑5、及水分吸收用吸附劑7，且亦可將圓筒型容器配置於管體13內部，且將空氣的流路配置於管體13的內部，亦可僅將圓筒型容器配置於管體13的內部，而空氣的流路則呈獨立配管。
依此的話，藉由使用旋轉式富氧化空氣製造裝置1進行富氧化空氣的製造，相較於利用深冷分離裝置進行純氧製造，再將該純氧混合於空氣中而製造富氧化空氣的情況下，可大幅削減電力源單位。
如以上所說明，根據實施形態1，因為將氧濃度達25體積%以上的富氧化空氣吹入高爐內，而施行高爐操作，因此所產生的高爐氣體中之氮含有量會降低，且隨氮含有量的減少，高爐氣體產生量亦會減少，藉此處理對象的高爐氣體量便將減少，且待分離去除的氮量亦將減少，因此不僅可從高爐氣體將氮去除，亦可低價且效率佳地將二氧化碳分離去除。此外，因為從高爐氣體中將二氧化碳與氮去除，因此可獲得發熱量達習知高爐氣體2倍以上的2000kcal/Nm3以上改質高爐氣體，而促進高爐氣體的有效活用化。
[實施形態2]
實施形態2的高爐氣體之分離方法，特徵係從高爐爐頂所排出高爐氣體中，將氣體中的CO2與N2分離去除，製造出相較於上述高爐氣體之下，經提高發熱量的改質高爐氣體，並將該改質高爐氣體吹入高爐中且循環使用。
根據實施形態2，因為從高爐氣體中將CO2與N2去除，因此可獲得發熱量達習知高爐氣體2倍以上之1060kcal/Nm3以上(較佳1500kcal/Nm3以上、更佳2000kcal/Nm3以上)的改質高爐氣體。將該改質高爐氣體吹入於高爐中之時，改質高爐氣體具有還原劑機能，將可減少相當於該部分的還原劑(即焦炭或微粉碳的供應量)。此外，當在加熱爐或均熱爐等之中使用為燃料氣體時，藉由減少經燃燒後的排氣量，便可減少因排氣而被夾帶出系統外的熱量，俾可減少燃料使用 量。此外，吹入高爐的情況、以及在加熱爐、均熱爐等之中使用為燃料氣體的情況，將可減少新使用的還原劑或燃料氣體，藉此便可減少煉鐵廠的CO2產生量。依此，藉由實施形態2便可在環境上與工業上產生有益效果。
以下，針對實施形態2進行具體的說明。
首先，針對從高爐氣體中施行CO2與N2分離去除時的氣體成分與發熱量進行說明。
表2所示係從含有H2：4.4體積%、N2：49.9體積%、CO：23.6體積%、及CO2：22.1體積%的高爐氣體中，僅將CO2去除時、及將CO2與N2去除時的氣體成分與發熱量。此外，CO2與N2係設為分別可去除90%(CO2：22.1體積%→2.2體積%、N2：49.9體積%→5.0體積%)而進行計算出。體積比係將高爐氣體的體積設為1.0時的體積比率。
如表2所示，保持產生原狀的高爐氣體發熱量係825kcal/Nm3，從該高爐氣體中僅將CO2分離時，可燃性氣體成分的增加份僅止於大約7體積%而已，可燃性氣體成分的合計量僅為35體積%左右，發熱量為1031kcal/Nm3，發熱量增加份較少。相對於此，將CO2與N2分離去除時，可燃性氣 體成分的合計量大約達80體積%，發熱量將增加至2346kcal/Nm3。
本發明係將削減高爐氣體增熱用高卡路里副產氣體消耗量設為目標，因應於此，必需將高爐氣體使用為能單獨使用的高卡路里氣體，所以，本發明係以利用從高爐氣體中將CO2與N2分離去除的高卡路里改質高爐氣體為前提。此情況，配合CO2與N2的去除率，發熱量將變化，最好依能獲得2000kcal/Nm3以上發熱量的方式，將CO2與N2去除。
即，本發明特徵在於從高爐氣體中將CO2與N2分離去除，而製造出發熱量較高爐氣體提高的改質高爐氣體，並將該改質高爐氣體吹入高爐中且循環使用，或使用為加熱爐、均熱爐、退火爐、保持爐中任1種或2種以上的燃料氣體。
本發明中，從高爐爐頂所排出高爐氣體中，將氣體中的CO2與N2分離去除的方法並不必要特別的規定，例如CO2的分離方法係可使用諸如胺法、膜分離法、PSA法等，而N2的分離方法係可使用諸如膜分離法、PSA法等。但，並非同時將CO2與N2分離去除，而是分開2段分離實施，即先將其中一者去除後，再將其餘另一者去除。此處，從高爐氣體中施行CO2與N2分離時所耗費的動力等能量源，就從省能源與削減CO2產生量等觀點，最好利用從高爐爐體的冷卻水、轉爐排氣的冷卻水、加熱爐排氣等從煉鐵廠排熱所回收的能量。
相關CO2分離，因為胺法相較於其他方法之下，可低價分離且能大形化，因而有利於設備規模較大的情況，但因為N2並無法同時分離，因而設為2段分離構造，並在第2段實施N2分離。此外，就膜分離法、PSA法中，因為隨所使用材料，分離特性亦將不同，因此採2段分離構造較能提升分離率，且亦能降低可燃性氣體成分的遺失率。所以，最好第1段的CO2分離係利用低價且能增大設備規模的胺法，或能低價施行處理，且能實現中小規模設備的PSA法，而第2段的N2分離則使用PSA法。
本發明中，將從高爐氣體中將CO2與N2去除而製得的改質高爐氣體，吹入於高爐中並循環使用，或在加熱爐、均熱爐、退火爐、保持爐中使用為燃料氣體，首先，針對在高爐中循環使用的情況進行說明。
在高爐中從爐頂裝入主原料的鐵礦、還原劑與燃料的焦炭、及造渣劑的石灰石等，並從下部側壁所設置風口吹入經加熱至1000℃以上的熱風，使鐵礦還原而製得熔鐵。亦可燃料係從風口吹入重油的情況，但近年一般採行吹入低價微粉碳。在熱風中通常會被富化1~2體積%的氧。
鐵礦係在爐內下降的期間，利用焦炭的燃燒熱與熱風而被加熱，且利用焦炭或微粉碳的燃燒所生成CO而被還原。該還原反應係依、「FeOn+nCO→Fe+nCO2」表示，稱「間接還原」。此外，即使與焦炭或微粉碳直接反應亦會被還原。該還原反 應係依「FeOn+nC→Fe+nCO」表示，稱「直接還原」。
本發明中，從風口中將經去除CO2與N2的改質高爐氣體、與熱風一起吹入於爐內。改質高爐氣體係以CO為主成分，更含有10體積%左右的H2，利用該改質高爐氣體中的CO與及H2，鐵礦便被還原。所以，可減少相當於改質高爐氣體供應量當量份的還原劑，具體而言係可減少從風口吹入的微粉碳。雖焦炭亦屬還原劑，但因為焦炭亦具有確保爐內通氣性的作用、效果，因此削減焦炭時便必需注意此事項。為能提高高爐的熱效率，改質高爐氣體亦是如同熱風，最好經加熱至1000℃左右之後才供應給爐內。
對爐內的熱風供應量必需減少微粉碳等還原劑因燃燒所耗費的相當量，所以，配合微粉碳等還原劑供應量的削減量，而削減對爐內的熱風供應量。藉此，熱風的送風動力便被削減。此外，藉由削減對爐內的熱風供應量，從爐頂所排出高爐氣體中的N2含有量便減少，亦具有突顯增加所排出高爐氣體發熱量的效果。將所排出的該高爐氣體回收，並將所回收高爐氣體中的CO2與N2分離去除，再將所獲得改質高爐氣體從風口中吹入高爐內，並循環使用。
藉由施行此種操作形態，便不需要習知使用的微粉碳，藉此便可削減CO2產生量。例如還原劑與燃料係使用焦炭與微粉碳，且微粉碳在該等中所佔的比率為20質量%左右的高爐，藉由循環使用經去除CO2與N2的分離改質高爐氣體，便 可達成削減從該高爐所排出CO2大約30%。
接著，針對將改質高爐氣體在加熱爐、均熱爐、退火爐、保持爐中使用為燃料氣體的情況進行說明。此情況，所使用改質高爐氣體的發熱量最好達2000kcal/Nm3以上。
因為改質高爐氣體的發熱量達2000kcal/Nm3以上，因此不需要增熱用高卡路里副產氣體(煉焦爐氣體、轉爐氣體)、或LPG、LNG等購買燃料，僅改質高爐氣體便可使用為諸如加熱爐、均熱爐、退火爐、保持爐的燃料氣體。此情況，將高爐氣體中混合入煉焦爐氣體等的氣體使用為燃料氣體的裝置，並不需要改變裝置規格，僅需切換燃料氣體便可因應。
藉由將改質高爐氣體使用為諸如加熱爐、均熱爐、退火爐、保持爐等的燃料氣體，便可減少因燃料氣體中所含CO2與N2而被夾帶出於系統外的熱量(排熱)，而削減為加熱而使用的燃料氣體使用量。藉此，便可削減諸如加熱爐、均熱爐、退火爐、保持爐等的CO2排出量。
如以上所說明，利用本發明不僅將削減煉鐵廠中的CO2產生量，亦可削減微粉碳與燃料氣體，在環境上與工業上將具有益效果。
[實施形態3]
高爐氣體、與煉焦爐氣體及/或轉爐氣體相混合的氣體，稱為「混合氣體」或「M氣體」。此外，煉鐵廠的副產氣體產生量中，高爐氣體產生量極多於其他副產氣體，將高爐氣 體形成混合氣體化的理由，係為能有效利用該高爐氣體的緣故所致。
將該混合氣體利用為燃料氣體的氣渦輪混合發電設備例，如圖5所示。圖5中，元件符號101係氣渦輪、102係蒸汽渦輪、103係發電機、104係燃料氣體壓縮機、105係空氣壓縮機、106係燃燒器、107係排氣鍋爐、108係由2個齒輪構成的變速機。如圖5所示，氣渦輪混合發電設備係由氣渦輪101、蒸汽渦輪102、發電機103配置於同軸上而構成。因為氣渦輪混合發電設備的發電效率較高於習知蒸汽渦輪式發電設備，因此廣泛使用於鋼鐵一貫煉鐵廠、垃圾焚化設備等。
在該氣渦輪混合發電設備中，將從燃料氣體壓縮機104所送出的高溫高壓燃料氣體、與從空氣壓縮機105所送出的高溫高壓空氣，導入於燃燒器106中並燃燒，而產生高溫高壓的燃燒氣體。將該高溫高壓燃燒氣體導入於氣渦輪101中而使氣渦輪101旋轉驅動，藉此便使發電機103旋轉驅動而發電。此外，將從氣渦輪101所排出的排氣導入於排氣鍋爐107中，在此將產生蒸氣，將該蒸氣供應給蒸汽渦輪102，而使蒸汽渦輪102旋轉驅動，藉此便使發電機103旋轉驅動而發電。即，屬於利用燃料氣體的燃燒所產生之高溫高壓燃燒氣體，使發電機103旋轉驅動，且利用該燃燒氣體的排熱所生成蒸氣，使發電機103旋轉驅動而發電的設備。
實施形態3之目的在於提供：使煉鐵廠中所發生的副產氣體進行燃燒而發電的氣渦輪混合發電設備中，可較習知提高發電效率的氣渦輪混合發電設備之運轉方法，且亦提供使用經提高發電效率的氣渦輪混合發電設備，進行煉鐵廠的電力供應時，煉鐵廠中的最佳能量運用方法。
為達成上述目的，實施形態3的氣渦輪混合發電設備之運轉方法，係從高爐爐頂所排出高爐氣體中，將氣體中的二氧化碳與氮分離去除，而製造較上述高爐氣體提高發熱量的改質高爐氣體，將該改質高爐氣體使用為燃料氣體，並導入於氣渦輪混合發電設備的燃料氣體壓縮機中，再利用氣渦輪混合發電設備的燃燒器進行燃燒而發電。
根據實施形態3，因為將非活性氣體成分已分離‧去除、且較高爐氣體提高發熱量的改質高爐氣體，使用為氣渦輪混合發電設備的燃料氣體，因此將削減氣渦輪混合發電設備的燃料氣體壓縮機動力，可增加相當於該動力削減份量的發電量，結果便可達成較習知大幅提高發電效率。且，藉由提升氣渦輪混合發電設備的發電效率，便可僅利用氣渦輪混合發電設備所產生的發電量，彌補煉鐵廠的電力，藉由剩餘電力的有效活用，便可促進二氧化碳的削減。
以下，針對實施形態3進行具體的說明。
就將煉鐵廠所產生的副產氣體使用為燃料氣體的氣渦輪混合發電設備，為提高發電效率而進行深入鑽研，結果發現 習知使用為燃料氣體之由副產氣體所構成混合氣體的發熱量較低，所以，氣渦輪混合發電設備的燃料氣體壓縮機負荷較大，將消耗較多的動力。所以，藉由提高燃料氣體的發熱量，便可減少燃料氣體壓縮機的負荷而削減動力，俾可提高相當於動力削減份的發電量。
在此，就提高氣渦輪混合發電設備所使用燃料氣體的發熱量進行檢討。如前述，煉鐵廠所產生的副產氣體中，煉焦爐氣體與轉爐氣體相較於高爐氣體，具有大約3倍以上的發熱量，若單獨使用煉焦爐氣體與轉爐氣體，雖可輕易達成目的，但無法確保產生量最多的高爐氣體用途，導致浪費高爐氣體的問題發生。且，若降低混合氣體中的高爐氣體調配比率，並將該部分提高煉焦爐氣體與轉爐氣體的調配比率，則雖可提高混合氣體的發熱量，但煉焦爐氣體與轉爐氣體的產生量受限，且煉焦爐氣體與轉爐氣體自以前起便在煉鐵廠後段步驟的鋼材加熱爐中，利用為高爐氣體增熱用，現實上已無多餘的餘力。
考慮該等情形，在實施形態3中，將從高爐氣體中已分離‧去除非活性氣體成分的改質高爐氣體，使用為氣渦輪混合發電設備的燃料氣體。
表3所示係從含有：氫(以下亦稱「H2」)4.4體積%、氮(以下亦稱「N2」)49.9體積%、一氧化碳(以下亦稱「CO」)23.6體積%、二氧化碳(以下亦稱「CO2」)22.1體積%的高爐氣體 中，僅將二氧化碳完全去除時(改質高爐氣體1)、及將二氧化碳與氮去除時(改質高爐氣體2)的氣體成分與發熱量。此外，改質高爐氣體2的二氧化碳與氮係設定為分別可去除90%(CO2：22.1體積%→2.2體積%、N2：49.9體積%→5.0體積%)而計算出。體積比係將高爐氣體的體積設為1.0時的體積比率。
如表3所示，保持產生原狀的高爐氣體發熱量係825kcal/Nm3，從該高爐氣體中僅將二氧化碳完全分離時(改質高爐氣體1)，可燃性氣體成分的增加份大約僅止於8體積%而已，可燃性氣體成分的合計量僅為36體積%左右，發熱量係1062kcal/Nm3，發熱量增加份較少。相對於此，二氧化碳與氮分別分離去除90%時(改質高爐氣體2)，可燃性氣體成分的合計量大約達80體積%，發熱量增加至2346kcal/Nm3。
由該等結果得知，僅將二氧化碳分離‧去除的情況，在與習知氣渦輪混合發電設備的操作間並無大差異，改善效果較少，因此實施形態3中，從高爐氣體中將二氧化碳與氮分離‧去除的高卡路里改質高爐氣體，使用為氣渦輪混合發電 設備的燃料氣體。此情況，雖配合二氧化碳與氮的去除率，發熱量亦會有變化，但為提高發電效率，最好依獲得至少1060kcal/Nm3以上發熱量的方式，將二氧化碳與氮去除。此外，改質高爐氣體的發熱量越高越佳，更佳係依能獲得1500kcal/Nm3以上發熱量的方式，將二氧化碳與氮去除。
在此，更加提高改質高爐氣體發熱量的手法，亦可在煉鐵廠內所容許範圍內(例如習知基準使用量範圍內)，混合入煉焦爐氣體、轉爐氣體，此亦屬實施形態3的範圍內。
實施形態3係根據該等檢討結果而完成，特徵在於：從高爐爐頂所排出高爐氣體中，將氣體中的二氧化碳與氮分離去除，而製造較上述高爐氣體提高發熱量的改質高爐氣體，並將該改質高爐氣體使用為燃料氣體，且導入於氣渦輪混合發電設備的燃料氣體壓縮機中，再利用氣渦輪混合發電設備的燃燒器進行燃燒而發電。
實施形態3中，從高爐爐頂中所排出高爐氣體中，將氣體中的二氧化碳與氮分離‧去除的方法並無必要特別規定，例如二氧化碳的分離方法係可使用諸如胺法、膜分離法、PSA法等，就氮的分離方法係可使用諸如膜分離法、PSA法等。但，二氧化碳與氮並非同時分離去除，而是採行2段分離，即將其中一者去除後，再將剩餘的另一者去除。此處，從高爐氣體中進行的二氧化碳與氮分離所耗費動力等能量源，係就從省能源與二氧化碳產生量削減等觀點，最好利用從高爐 爐體的冷卻水、轉爐排氣的冷卻水、加熱爐排氣等煉鐵廠排熱中所回收的能量。此外，藉由使用實施形態3，便將提升氣渦輪混合發電設備的發電效率，在電力供應上可期待產生充裕情形，因此亦可利用該多餘的電力施行從高爐氣體中的二氧化碳與氮分離。
相關二氧化碳的分離，因為胺法較其他方法可更低價地分離且能大形化，因此有利於設備規模較大的情況，但因為氮並無法同時分離，因此採行2段分離構造，並在第2段實施氮分離。此外，就膜分離法、PSA法，因為依所使用材料，分離特性會有差異，因此採行2段分離構造較能提升分離率，且可燃性氣體成分的遺失率亦會降低。所以，最好第1段的二氧化碳分離係使用能依低價且可增大設備規模的胺法、或能低價處理且可依中小規模設備實現的PSA法，而第2段的氮分離則使用PSA法。二氧化碳與氮的分離‧去除指標，如前述，經分離‧去除後的改質高爐氣體發熱量係1060kcal/Nm3以上、較佳1500kcal/Nm3以上便可。
依此，從高爐氣體中將二氧化碳與氮分離‧去除而製得的改質高爐氣體，使用為氣渦輪混合發電設備的燃料氣體。以下，參照圖5，針對氣渦輪混合發電設備的運轉方法進行說明。此外，圖5所示係執行實施形態3的氣渦輪混合發電設備之構造概略圖。
將改質高爐氣體使用為燃料氣體並導入燃料氣體壓縮機 104中，利用該燃料氣體壓縮機104提高改質高爐氣體的溫度與壓力。然後，將經高溫高壓化改質高爐氣體供應給燃燒器106。且，將燃燒用空氣導入空氣壓縮機105中，利用該空氣壓縮機105獲得高溫高壓空氣。將該高溫高壓化空氣供應給燃燒器106。高溫高壓化改質高爐氣體係利用高溫高壓化空氣而在燃燒器106進行燃燒，並生成高溫高壓燃燒氣體。將該燃燒氣體導入於氣渦輪101中，而使氣渦輪101旋轉驅動，藉此使發電機103旋轉驅動而發電。
再者，將從氣渦輪101中所排出的排氣導入於排氣鍋爐107中，在此將產生蒸氣，並將該蒸氣供應給蒸汽渦輪102而使蒸汽渦輪102旋轉驅動，藉此便使發電機103旋轉驅動而發電。
在氣渦輪混合發電設備中，氣渦輪101、蒸汽渦輪102、發電機103、空氣壓縮機105係配置於同軸上，所以將有效率地施行發電。且，在實施形態3中，因為燃料氣體係使用經提高發熱量的改質高爐氣體，即使用經將非活性氣體成分分離‧去除的改質高爐氣體，因此較習知將混合氣體使用為燃料氣體的情況下，在燃料氣體壓縮機104中將不需要非活性氣體成分的升溫‧加壓所耗費的動力，便可削減相當於該部分的動力，而增加發電量。
在發電量300MW級的氣渦輪混合發電設備中，燃料氣體壓縮機104的動力削減份將達40MW以上，可使發電量增加達 10%以上。燃料氣體壓縮機104並非與氣渦輪101、蒸汽渦輪102及發電機103等配置於同軸上，而是經由變速機108連接，因此燃料氣體壓縮機104所使用的動力量，便可利用變速機108的調整而輕易地進行調整。
如以上所說明，根據實施形態3，因為將非活性氣體成分經分離‧去除、且發熱量較高的改質高爐氣體，使用為氣渦輪混合發電設備的燃料氣體，因此可削減氣渦輪混合發電設備的燃料氣體壓縮機動力，可增加相當於該動力削減份量的發電量。
實施形態3中，從高爐氣體中將二氧化碳與氮分離‧去除的改質高爐氣體，使用為氣渦輪混合發電設備的燃料氣體。為提高該二氧化碳與氮的分離效率，最好對高爐非吹入空氣而是吹入富氧化空氣，預先減少高爐氣體所含有的氮，且減少高爐氣體產生量。
即，實施形態3中，將從高爐爐頂所排出的高爐氣體回收，再從所回收高爐氣體中，將二氧化碳與氮分離‧去除，但當從高爐下部所設置風口吹入空氣時，所排出高爐氣體中含有55體積%左右的氮，且氮含有量較多，因此高爐氣體產生量會變多。為抑制因將大量高爐氣體施行分離處理為對象所造成的成本上升，以及因對含有大量的氮施行分離處理所造成的成本上升，在實施形態3中最好例如將含有30體積%以上氧的富氧化空氣，從風口吹入高爐中，而減少高爐氣體中所 含有的氮，且減少高爐氣體的產生量。當吹入富氧化空氣時，只要吹入與吹入空氣時的氧吹入量為相同量氧便可，吹入量較少於吹入空氣的情況。
高爐內所吹入空氣中的氮對反應並無具貢獻，將依所供應量原量從爐頂排出，所以、藉由將富氧化空氣吹入高爐內，高爐氣體中的氮含有量會減少較少於空氣的氮含有量份，且高爐氣體產生量會減少。因而，分離處理對象的高爐氣體量會減少，且所排出高爐氣體中的氮濃度會減少，藉此便達二氧化碳與氮的分離效率化。
故，當在將氮濃度54體積%之高爐氣體排出的高爐操作中，取代空氣，改為吹入氧濃度30體積%的富氧化空氣時，高爐氣體中的氮含有量會成為大約42體積%，氮量大約減少38體積%，且當吹入氧濃度50體積%的富氧化空氣時，高爐氣體中的氮含有量會大約成為24體積%。實施形態3中，吹入富氧化空氣的理由係為使所排出高爐氣體中的氮含有量，如上述大幅減少的緣故。
富氧化空氣的製造方法係可使用深冷分離裝置、膜分離裝置、旋轉式富氧化空氣製造裝置等，亦可使用任何方法進行製造，但當製造氧濃度40體積%左右的氧濃度較低富氧化空氣時，最好採用能依低價且省能源進行富氧化空氣製造的旋轉式富氧化空氣製造裝置。深冷分離裝置係傾向於大量製造，但就低氧濃度富氧化空氣的製造卻不利於成本。
藉由使用旋轉式富氧化空氣製造裝置進行富氧化空氣的製造，相較於利用深冷分離裝置進行純氧製造，並將該純氧混合入空氣中而製造富氧化空氣的情況，可大幅削減電力源單位。
但是，藉由使用實施形態3，將提升氣渦輪混合發電設備的發電效率。根據本發明者等的探討，在煉鐵廠後段步驟的鋼材加熱爐中，如以前，將一併使用高爐氣體，與高爐氣體增熱用的煉焦爐氣體及轉爐氣體，並將從除此以外從高爐氣體所獲得經將二氧化碳與氮分離‧去除的改質高爐氣體，使用為氣渦輪混合發電設備的燃料氣體並進行發電，便可大幅提升發電效率，因而發電量將充分高於煉鐵廠的各設備所使用電力量。即，得知藉由使用實施形態3，僅利用將改質高爐氣體使用為燃料氣體的氣渦輪混合發電設備之發電量，便可充分地供應煉鐵廠各設備的電力。
該剩餘電力的有效利用方法，就近年防止地球暖化對策的一環，最好使用為CO2地底儲存用的電力，或活用為電氣爐的廢鐵熔解用電力。此外，鐵源通常係使用利用高爐將鐵礦進行還原而製造的熔鐵與廢鐵，而利用高爐進行熔鐵製造時，為將鐵礦還原且熔融將需要頗多的能量，相對的廢鐵則僅需要熔解熱，利用廢鐵的情況，具有可減少相當於鐵礦還原熱份量的能量使用量之優點，即可獲得省能源與CO2削減的優點。
再者，亦可不要發電剩餘電力，而將相當於為發電該剩餘電力所必要改質高爐氣體熱量的高爐氣體或改質高爐氣體，當作還原劑並吹入於高爐中。高爐氣體與改質高爐氣體中含有一氧化碳與氫，該等具有鐵礦還原劑的機能。
即，在高爐中從爐頂裝入主原料的鐵礦、還原劑與燃料的焦炭、及造渣劑的石灰石等，並從下部側壁所設置風口吹入經加熱至1000℃以上的熱風，使鐵礦還原而製造熔鐵。鐵礦係在爐內下降的期間，利用焦炭的燃燒熱與熱風而被加熱，且利用由焦炭或微粉碳的燃燒所生成CO而被還原。該還原反應係依「FeOn+nCO→Fe+nCO2」表示，稱「間接還原」。此外，即使與焦炭或微粉碳直接反應亦會被還原。該還原反應係依「FeOn+nC→Fe+nCO」表示，稱「直接還原」。
從風口中，將改質高爐氣體或高爐氣體，與熱風一起吹入於爐內，藉此便利用改質高爐氣體或高爐氣體中所含有的CO與H2，將鐵礦還原。所以，可減少相當於改質高爐氣體與高爐氣體供應量的當量份還原劑。此情況，為提高高爐的熱效率，最好改質高爐氣體與高爐氣體物如同熱風，經加熱至500℃以上之後才供應給爐內。
再者，藉由煉鐵廠內的加熱設備優先使用高發熱量高爐氣體，便可充裕地排出燃料發熱量調整用煉焦爐氣體。充裕產生的煉焦爐氣體亦可吹入於高爐中。
[實施例1]
將在發電量300MW規模的圖1所示氣渦輪混合發電設備中，燃料氣體係使用前述表1所示二氧化碳與氮經分離‧去除90%的改質高爐氣體2(發熱量：2346kcal/Nm3)的情況(實施形態3例)，與使用發熱量825kcal/Nm3高爐氣體與發熱量4250kcal/Nm3煉焦爐氣體的混合氣體(發熱量：1050kcal/Nm3、煉焦爐氣體調配量：6.6體積%)的情況(習知例)，就發電量進行比較。
結果，如表4所示，發明例中，燃料氣體壓縮機的動力較習知例削減30MW，可獲得該30MW份的發電量增加。依此發電效率將從49%提升至53%，可有效率地發電。
[實施例2]
在年度粗鋼生產量1000萬噸的煉鐵廠中，就使用實施形態3時的探討結果進行說明。探討的前提條件係將煉鐵廠中所產生的副產氣體，在煉鐵廠後段步驟的鋼材加熱爐等之中如前述般的使用，將除此以外的高爐氣體，改質為如前述表1所示改質高爐氣體2，並使用為氣渦輪混合發電設備的燃料氣體。氣渦輪混合發電設備的發電效率係考慮因高爐操作變動所造成高爐氣體產生量變動的影響，預估為50%的稍低 情形。然而，LNG或LPG等購買能量的使用係零。該煉鐵廠的能量均衡係如表5所示。此外，表5中，就比較例亦合併計入設有利用蒸汽渦輪進行發電之習知發電所的煉鐵廠能量均衡。習知發電所的發電效率依循實況設為37%。
投入於煉鐵廠中的能量，係由原料炭與焦炭所構成還原劑，相對於1000萬噸/年的粗鋼生產，年度投入47.8兆kcal的還原劑，從該還原劑所產生副產氣體係7.8兆kcal的煉焦爐氣體、12.2兆kcal的高爐氣體、1.7兆kcal的轉爐氣體，將該等副產氣體回收。另一方面，所投入能量中，還原 反應熱係16.5兆kcal，來自高爐或轉爐等爐體的釋放熱係9.6兆kcal，該等並不被當作能量回收。
若依照現況，所回收的副產氣體中，12.2兆kcal份的副產氣體，將被使用於煉鐵廠後段步驟的鋼材加熱爐等處，因此對發電所，不管本發明例與比較例均供應9.5兆kcal份的副產氣體。
本發明例中，從9.5兆kcal份的高爐氣體全量中，將二氧化碳與氮去除而製造改質高爐氣體，並使用為氣渦輪混合發電設備的燃料氣體。結果，發電效率50%，結果係平均年度可獲得55.2億kWh的電力。煉鐵廠的年度電力使用量，若依照現況將為44.3億kWh，因此呈現平均年度10.9億kWh的電力係屬過剩產生的結果。
得知可將該剩餘電力使用於CO2地底儲存用的電力、或使用為電氣爐中的廢鐵熔解用電力。此外，得知當不要發電出剩餘電力時，為發電剩餘電力所必要的高爐氣體便不被使用而多餘，可將該高爐氣體或將該高爐氣體改質的改質高爐氣體，使用為還原用氣體並吹入高爐中。另一方面，比較例中，將高爐氣體與煉焦爐氣體混合氣體的9.5兆kcal份供應給蒸汽渦輪型發電所，但發電所的發電效率為37%，僅管與本發明例投入同量的能量，平均年度仍僅可獲得40.9億kWh的電力，平均年度不足3.4億kWh份的電力，結果必需從外部購買相當於此部分的電力。
1‧‧‧旋轉式富氧化空氣製造裝置
2‧‧‧第1圓筒型容器
2a‧‧‧軸心
3‧‧‧第2圓筒型容器
4‧‧‧第3圓筒型容器
5‧‧‧氮吸收用吸附劑
6、7‧‧‧水分吸收用吸附劑
8‧‧‧隔板
9‧‧‧第1空氣供應流路
10‧‧‧第2空氣供應流路
11‧‧‧第1空氣排出流路
12‧‧‧第2空氣排出流路
13‧‧‧管體
14‧‧‧隔離板
101‧‧‧氣渦輪
102‧‧‧蒸汽渦輪
103‧‧‧發電機
104‧‧‧燃料氣體壓縮機
105‧‧‧空氣壓縮機
106‧‧‧燃燒器
107‧‧‧排氣鍋爐
108‧‧‧變速機
圖1為本發明較佳之旋轉式富氧化空氣製造裝置的概略立體圖。
圖2A及B為構成圖1所示旋轉式富氧化空氣製造裝置其中一部分的第1圓筒型容器與第2圓筒型容器之概略立體圖。
圖3為沸石的氮吸附量與壓力間之關係定性圖。
圖4為沸石的氮吸附量、與壓力及溫度間之關係定性圖。
圖5為構成實施形態3的氣渦輪混合發電設備之構造概略圖。
1‧‧‧旋轉式富氧化空氣製造裝置
2‧‧‧第1圓筒型容器
2a‧‧‧軸心
3‧‧‧第2圓筒型容器
4‧‧‧第3圓筒型容器
7‧‧‧水分吸收用吸附劑
9‧‧‧第1空氣供應流路
10‧‧‧第2空氣供應流路
11‧‧‧第1空氣排出流路
12‧‧‧第2空氣排出流路
13‧‧‧管體
14‧‧‧隔離板

Claims (17)

  1. 一種高爐氣體之分離方法，係包括有：生成氧濃度至少為25體積%以上之富氧化空氣的步驟；從高爐下部所設置之風口將上述富氧化空氣吹入高爐內的步驟；以及由從高爐爐頂所排出之高爐氣體中，將氣體中的二氧化碳與氮分離去除而生成改質高爐氣體的步驟。
  2. 如申請專利範圍第1項之高爐氣體之分離方法，其中，上述富氧化空氣係25~96體積%。
  3. 如申請專利範圍第1項之高爐氣體之分離方法，其中，上述改質高爐氣體係具有1060~2950kcal/Nm3之發熱量。
  4. 如申請專利範圍第1項之高爐氣體之分離方法，其中，上述富氧化空氣係25~96體積%，且上述改質高爐氣體係具有1060~2950kcal/Nm3之發熱量。
  5. 如申請專利範圍第1項之高爐氣體之分離方法，其中，上述生成富氧化空氣的步驟係為：準備配置有隨壓力增加或溫度降低而增加氮吸附量的氮吸收用吸附劑，且可以軸心為中心進行旋轉的圓筒型容器；從相對於上述氮吸收用吸附劑為各自對向側之方向，供應不同壓力或溫度的乾燥空氣；對於相對性提高壓力的空氣或相對性降低溫度的空氣，施行脫氮處理； 對於相對性降低壓力的空氣或相對性提高溫度的空氣，施行富氮化；藉此，施行相對性提高壓力的空氣或相對性降低溫度的空氣之富氧化。
  6. 如申請專利範圍第1項之高爐氣體之分離方法，其中，上述生成改質高爐氣體的步驟係由利用胺法將二氧化碳分離去除的步驟、與利用PSA法將氮分離去除的步驟所構成。
  7. 如申請專利範圍第1項之高爐氣體之分離方法，其中，上述生成改質高爐氣體的步驟係由利用PSA法將二氧化碳分離去除的步驟、與利用PSA法將氮分離去除的步驟所構成。
  8. 如申請專利範圍第1項之高爐氣體之分離方法，其中，上述生成改質高爐氣體的步驟係利用煉鐵廠的排熱，由從高爐爐頂所排出之高爐氣體中，將氣體中的二氧化碳與氮分離去除。
  9. 如申請專利範圍第1項之高爐氣體之分離方法，其中，更進一步包括有將上述改質高爐氣體使用作為從加熱爐、均熱爐、退火爐、保持爐所構成群組中選擇之至少一種的燃料氣體之步驟。
  10. 如申請專利範圍第1項之高爐氣體之分離方法，其中，更進一步包括有：將上述改質高爐氣體使用作為從加熱爐、均熱爐、退火 爐、保持爐所構成群組中選擇之至少一種的燃料氣體之步驟；以及將煉焦爐氣體吹入高爐中的步驟。
  11. 如申請專利範圍第1項之高爐氣體之分離方法，其中，更進一步包括有將上述改質高爐氣體吹入高爐中並循環使用的步驟。
  12. 如申請專利範圍第1項之高爐氣體之分離方法，其中，更進一步包括有將上述改質高爐氣體作為燃料氣體而導入氣渦輪混合發電設備的燃料氣體壓縮機中，利用氣渦輪混合發電設備的燃燒器進行燃燒而發電的步驟。
  13. 如申請專利範圍第1項之高爐氣體之分離方法，其中，更進一步包括有將上述改質高爐氣體作為燃料氣體而導入氣渦輪混合發電設備的燃料氣體壓縮機中，利用氣渦輪混合發電設備的燃燒器進行燃燒而發電的步驟；上述生成改質高爐氣體的步驟係利用依上述氣渦輪混合發電設備的運轉方法所獲得之電力，且利用煉鐵廠的排熱，由從高爐爐頂所排出之高爐氣體中，將氣體中的二氧化碳與氮分離去除。
  14. 如申請專利範圍第12項之高爐氣體之分離方法，其中，更進一步包括有將依上述氣渦輪混合發電設備的運轉方法所發電之電力供應給煉鐵廠之各設備，並使用剩餘電力作為用以進行二氧化碳地底儲存的電力或用於廢鐵熔解的電 力之步驟。
  15. 如申請專利範圍第12項之高爐氣體之分離方法，其中，進一步將依上述氣渦輪混合發電設備的運轉方法所發電之電力供應給煉鐵廠之各設備，並中止相當於剩餘電力份的發電，將相當於該發電量所需要之改質高爐氣體熱量的高爐氣體或改質高爐氣體，吹入於高爐中。
  16. 一種高爐氣體之分離方法，係包括有：由從高爐爐頂所排出之高爐氣體中，將氣體中的二氧化碳與氮分離去除而生成改質高爐氣體的步驟；以及將上述改質高爐氣體吹入高爐中並循環使用的步驟。
  17. 一種高爐氣體之分離方法，係包括有：由從高爐爐頂所排出之高爐氣體中，將氣體中的二氧化碳與氮分離去除而生成改質高爐氣體的步驟；以及將上述改質高爐氣體作為燃料氣體而導入氣渦輪混合發電設備的燃料氣體壓縮機中，利用氣渦輪混合發電設備的燃燒器進行燃燒而發電的步驟。
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101225131B1 (ko) * 2011-02-25 2013-01-22 현대제철 주식회사 가스 열량 증대 장치
WO2014099239A1 (en) 2012-12-20 2014-06-26 Exxonmobil Research And Engineering Company Co2 capture processes using rotary wheel configurations
WO2014099238A1 (en) 2012-12-20 2014-06-26 Exxonmobil Research And Engineering Company Co2 capture processes using rotary wheel configurations
KR101510287B1 (ko) * 2013-11-11 2015-04-08 주식회사 포스코 고로 가스의 발생량을 산출하는 방법 및 고로 설비
CN104533620B (zh) * 2014-10-30 2016-06-08 西安交通大学 一种采用低燃值气体燃料的紧凑型燃气轮机装置
KR101986632B1 (ko) * 2017-08-10 2019-06-07 울산과학기술원 고로가스 운영시스템
CN107398129A (zh) * 2017-09-20 2017-11-28 深圳相控科技股份有限公司 一种垃圾填埋气发电预处理方法及装置
US10563555B2 (en) 2017-10-19 2020-02-18 Saudi Arabian Oil Company Rotary contactor for vehicle carbon dioxide capture
CN110260670B (zh) * 2019-06-21 2024-03-12 南京玻璃纤维研究设计院有限公司 一种电熔炉炉内熔化气氛的控制装置及其控制方法
WO2021149401A1 (ja) * 2020-01-23 2021-07-29 Ｊｆｅスチール株式会社 高炉の操業方法および高炉附帯設備
KR102282688B1 (ko) 2020-10-29 2021-07-29 최병철 탄소섬유와 고분자수지를 이용한 모듈형 수소탱크 성형물 제조방법 및 그 방법에 따라 제조된 모듈형 성형물
CN113621745B (zh) * 2021-08-19 2022-06-28 中冶赛迪工程技术股份有限公司 基于碳循环的高炉-转炉钢铁生产方法
KR20230085996A (ko) 2021-12-07 2023-06-15 (주)하이파워랩 복합 금속 고압실린더
KR20230085992A (ko) 2021-12-07 2023-06-15 (주)하이파워랩 고압 탱크의 파워 셸을 고분자 복합재료로 감는 방법 및 고분자 복합재료로 감싸진 고압 탱크
CN114456854A (zh) * 2022-02-13 2022-05-10 新疆八一钢铁股份有限公司 一种脱除富氢碳循环高炉煤气中co2的系统

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2701443A (en) * 1947-08-04 1955-02-08 Rateau Soc Combined supercharged blast-furnace and gas turbine plant
US2632297A (en) * 1948-08-27 1953-03-24 Power Jets Res & Dev Ltd Gas turbine plant
US3304074A (en) * 1962-10-31 1967-02-14 United Aircraft Corp Blast furnace supply system
JPS54101775A (en) * 1978-01-27 1979-08-10 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Concentrating apparatus for mixed gas
JPS55113814A (en) 1979-02-24 1980-09-02 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Operation method of blast furnace
JPS6245316A (ja) * 1985-08-22 1987-02-27 Toho Gas Co Ltd 温度スイング吸着による酸素冨化方法
JPS62193622A (ja) * 1986-02-20 1987-08-25 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 高炉ガスの発熱量増加方法およびその装置
SE8605226L (sv) * 1986-12-05 1988-06-06 Nonox Eng Ab Syntesgas fran masugn
JP2808641B2 (ja) * 1989-03-15 1998-10-08 東洋紡績株式会社 酸素富化方法及び酸素富化装置
DE4030332A1 (de) * 1990-06-20 1992-01-09 Zimmermann & Jansen Gmbh Verfahren zur nutzung der energie des von einem hochofen stammenden gichtgases, sowie hochofenanlage zur durchfuehrung dieses verfahrens
JPH04284812A (ja) * 1991-03-12 1992-10-09 Sumitomo Seika Chem Co Ltd 空気中の酸素の富化方法および装置
US5234490A (en) * 1991-11-29 1993-08-10 Armco Inc. Operating a blast furnace using dried top gas
JP3496233B2 (ja) * 1993-04-26 2004-02-09 Ｊｆｅスチール株式会社 高炉酸素富化送風の酸素混合装置
JP2003096511A (ja) * 2001-09-20 2003-04-03 Nkk Corp 高炉操業方法
JP2003254085A (ja) * 2002-03-04 2003-09-10 Yuzo Terai 製鉄コプロダクションの高炉送風加熱方式
FR2848123B1 (fr) * 2002-12-04 2005-02-18 Air Liquide Procede de recuperation du gaz de haut-fourneau et son utilisation pour la fabrication de la fonte
JP2004309067A (ja) 2003-04-09 2004-11-04 Nippon Steel Corp 高炉ガスの利用方法

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