WO2024135697A1 - 還元鉄の製造方法 - Google Patents

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WO2024135697A1
WO2024135697A1 PCT/JP2023/045557 JP2023045557W WO2024135697A1 WO 2024135697 A1 WO2024135697 A1 WO 2024135697A1 JP 2023045557 W JP2023045557 W JP 2023045557W WO 2024135697 A1 WO2024135697 A1 WO 2024135697A1
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gas
furnace
reducing
reduced iron
reduction
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PCT/JP2023/045557
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Inventor
晃太 盛家
功一 ▲高▼橋
光輝 照井
真穂子 小林
Original Assignee
Ｊｆｅスチール株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing reduced iron.
  • the raw material of iron is mainly iron oxide, and a reduction process to reduce this iron oxide is essential in steelworks.
  • the most common reduction process that is widespread worldwide is the blast furnace.
  • coke or pulverized coal reacts with oxygen in hot air (air heated to about 1200 ° C) at the tuyere. This reaction produces reducing gases CO and H 2 , which are used to reduce iron ore in the furnace.
  • the reducing agent ratio (the amount of coke and pulverized coal used per ton of molten iron) has been reduced to about 500 kg/t, and the reducing agent ratio has already reached almost the lower limit. Therefore, a further significant reduction in the reducing agent ratio cannot be expected.
  • a method of producing reduced iron using a vertical reduction furnace (hereinafter also referred to as a shaft furnace) is also often used.
  • a reduction furnace is filled with agglomerated iron ore such as sintered ore or pellets (hereinafter also simply referred to as iron oxide) as an iron oxide raw material.
  • a reducing gas containing CO and H 2 is blown into the reduction furnace to reduce the iron oxide and produce reduced iron.
  • natural gas or the like is used as a raw material gas for the reducing gas. This raw material gas is heated and reformed in a reformer together with the furnace top gas. As a result, a reducing gas is produced.
  • the furnace top gas is a gas after being subjected to the reduction of the iron oxide in the reduction furnace, and is generally discharged from the furnace top.
  • the generated reducing gas is blown into the reduction furnace and reacts with the iron oxide supplied from the upper part of the reduction furnace.
  • the iron oxide is reduced to produce reduced iron.
  • the reduced iron is cooled in a region below the position where the reducing gas is blown into the reduction furnace, and then discharged from the lower part of the reduction furnace.
  • the top gas remaining after the reduction of the iron oxide is discharged from the reduction furnace, for example, from the top of the furnace. After dust collection and cooling, part of the top gas is sent to the reformer as a raw material for the reformed gas. The remaining top gas is used as fuel gas for the reformer. In this method, the top gas used as fuel gas for the reformer is usually discharged outside the system.
  • Patent Document 1 describes a method in which exhaust gas from a reducing furnace and natural gas are reformed in a reformer to generate a reducing gas mainly composed of CO and H2 , and the reducing gas is blown into a reducing furnace to reduce iron oxide in the reducing furnace, thereby producing reduced iron.
  • Patent Document 2 describes a method for producing reduced iron by reforming coke oven gas and top gas of a reducing furnace from which CO2 has been removed to produce reducing gas, and then injecting the reducing gas into a reducing furnace.
  • the method described in Patent Document 2 produces reducing gas using coke oven gas or converter gas generated in a steelworks.
  • coke oven gas or converter gas is required as fuel gas for downstream processes such as a heating furnace and an annealing furnace. Therefore, if the coke oven gas or converter gas is diverted to the reduced iron production process, it will cause a fuel gas shortage in the downstream processes. As a result, natural gas will be supplied from outside to compensate for the shortage of fuel gas in the downstream processes. In other words, even with the method described in Patent Document 2, it is not possible to simultaneously achieve energy conservation and reduction in CO2 emissions, and problems remain.
  • the present invention has been made in consideration of the above-mentioned current situation, and has an object to provide a method for producing reduced iron that can simultaneously achieve energy saving and reduction in CO2 emissions.
  • the inventors have conducted extensive research to simultaneously achieve energy savings and reduction in CO2 emissions, and have developed a system for circulating and reusing furnace gas. That is, the inventors a blowing step of blowing a reducing gas into the reduction furnace; a reduction step of reducing the iron oxide with a reducing gas in a reduction furnace to obtain reduced iron; A distribution step of distributing a top gas discharged from the reducing furnace into a first top gas and a second top gas; a generating step of generating regenerated carbon monoxide gas by an electrolytic reaction using the first furnace top gas; a heating step of heating the mixed gas of the regenerated carbon monoxide gas and the second furnace gas to obtain a reducing gas;
  • a top gas circulation and reuse system hereinafter simply referred to as the circulation system
  • the inventors conducted further studies and obtained the following findings.
  • the amount of gas introduced into the distribution process, the generation process, and the heating process is controlled according to the CO2 conversion rate ⁇ C [-] (hereinafter also simply referred to as the CO2 conversion rate) due to the electrolytic reaction in the generation process (i.e., the reaction of reforming the CO2 contained in the first furnace gas into CO by electrolysis).
  • the CO2 conversion rate due to the electrolytic reaction in the generation process (i.e., the reaction of reforming the CO2 contained in the first furnace gas into CO by electrolysis).
  • This makes it possible to produce reduced iron under highly stable operation without inputting extra energy, i.e., while simultaneously achieving further energy savings and reduction in CO2 emissions.
  • the present invention was completed based on the above findings and through further investigation.
  • the gist of the present invention is as follows:
  • the furnace gas is separated into a separated carbon dioxide gas and a remaining gas, Distributing the separated carbon dioxide gas as the first top gas; 3.
  • FIG. 1 is a diagram showing a conventional process for producing reduced iron.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a process for producing reduced iron according to a method for producing reduced iron according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 1 is a diagram showing the schematic configuration of an example of the conventional manufacturing process.
  • reference numeral 1 denotes a reduction furnace
  • 1a denotes iron oxide
  • 1b denotes reduced iron
  • 3 denotes a dust removal device
  • 4 denotes a dehydration device
  • 5 denotes a natural gas supply section
  • 6 denotes an air supply section
  • 7 denotes a reforming device
  • 9 denotes a reducing gas injection device.
  • iron oxide is charged from the top of a reduction furnace and gradually lowered.
  • High-temperature reducing gas is blown into the furnace from the center to reduce the iron oxide.
  • reduced iron is discharged from the bottom of the reduction furnace.
  • a furnace top gas containing mainly CO, CO 2 , H 2 , and H 2 O is discharged from the top of the reduction furnace.
  • This furnace top gas is dusted by a dust collector, and a part of the top gas is adjusted in moisture and sent to the reformer as a raw material gas.
  • a gas containing a hydrocarbon for example, natural gas from a natural gas supply unit, is supplied to the reformer together with the moisture-adjusted top gas.
  • the supplied gas is heated in the reformer. Then, a reforming reaction occurs to generate a high-temperature reducing gas containing mainly CO and H 2. Then, this reducing gas is blown into the reduction furnace. The remaining part of the furnace top gas is dehydrated and used as a heating fuel in the combustion chamber of the reformer. The top gas after being combusted as a heating fuel is usually discharged outside the system while still containing CO 2.
  • reduced iron is produced by the example of the conventional production process, approximately 1 ton or more of CO 2 is discharged outside the circulation system per ton of reduced iron produced.
  • a furnace gas distribution section the furnace gas discharged from a reducing furnace is distributed into a first furnace gas and a second furnace gas.
  • the first furnace gas is used to generate regenerated carbon monoxide gas by an electrolytic reaction.
  • the regenerated carbon monoxide gas and the second furnace gas are mixed to obtain a mixed gas.
  • the mixed gas is heated in a heating device.
  • this heated mixed gas is blown into the reducing furnace as a reducing gas from a reducing gas blowing device.
  • reference numeral 10 denotes a steam supply section
  • 11 denotes a carbon monoxide generator
  • 12 denotes a heating device
  • 13 denotes a heat source
  • 14 denotes a furnace gas distribution section.
  • the top gas discharged from the reducing furnace is distributed into a first top gas and a second top gas.
  • the distribution and flow rate control means of the top gas are not particularly limited and may be in accordance with a conventional method.
  • a mass flow controller may be used.
  • the furnace gas may be distributed with its composition as it is.
  • a specific gas species such as CO2 may be separated and distributed as follows. That is, the furnace gas may be separated into a separated carbon dioxide gas and a remaining gas ( CO2 separation), and the separated carbon dioxide gas may be distributed as a first furnace gas and the remaining gas may be distributed as a second furnace gas.
  • the method of CO2 separation is not particularly limited, and various methods such as chemical absorption, physical absorption, adsorption separation, membrane separation, cryogenic separation, oxygen combustion, and chemical looping combustion can be used.
  • chemical absorption, represented by amine absorption, and adsorption separation, represented by PSA have a long history of use in chemical plants and industrial CO2 production.
  • these methods have a track record of recovering gas with a CO2 concentration of 99% or more by volume. Therefore, these methods are preferred.
  • the CO2 concentration in the separated carbon dioxide gas is preferably 90% by volume or more.
  • the CO2 concentration in the separated carbon dioxide gas may be 100% by volume.
  • composition of the remaining gas distributed as the second furnace gas varies depending on the amount of CO2 separated, but is, for example, CO: 5-70 vol.%, CO2 : 0-25 vol.%, H2 : 25-75 vol.%, H2O : 0-50 vol.%, and the remainder: 0-30 vol.%.
  • a separation step for separating a specific gas species such as CO2 from the first furnace gas and the second furnace gas may be optionally provided between the above distribution step and the production step described later.
  • the first furnace gas may be separated into a separated carbon dioxide gas and a residual gas ( CO2 separation), and the separated carbon dioxide gas may be used as the first furnace gas in the production step.
  • the residual gas may be directly merged with the second furnace gas.
  • a part of the furnace gas may be used as a heating fuel for a heating device, etc.
  • a part of the furnace gas is combusted using oxygen supplied from an oxygen supply device, for example, pure oxygen produced by a cryogenic separation process driven by CO2- free electricity.
  • the furnace gas after combustion may be dehydrated as necessary and then returned to the original line.
  • the first furnace gas distributed in the distribution step is used to generate regenerated carbon monoxide gas by electrolysis.
  • CO is generated, for example, by electrolyzing CO2 contained in the first furnace gas according to the following reaction formula (i). CO2 ⁇ CO+1/ 2O2 ...(i)
  • the first furnace gas contains H 2 O or when steam is introduced together with the first furnace gas, it is preferable to electrolyze H 2 O simultaneously with CO 2.
  • H 2 is generated according to the following reaction formula (ii). H 2 O ⁇ H 2 +1/2O 2 ...(ii)
  • the simultaneous electrolysis of CO 2 and H 2 O according to the above formulas (i) and (ii) is hereinafter also referred to as a co-electrolysis reaction.
  • the conditions for electrolyzing CO 2 and H 2 O are not particularly limited, and may be in accordance with conventional methods.
  • the composition of the first furnace gas is the same as that of the separated carbon dioxide gas.
  • the composition of the first furnace gas is basically the same as that of the furnace gas introduced into the distribution step.
  • the composition of the first furnace gas is, for example, CO: 5 to 50 volume %, CO 2 : 5 to 30 volume %, H 2 : 5 to 80 volume %, H 2 O: 0 to 35 volume %, and the balance: 0 to 20 volume %.
  • the composition of the second furnace gas described later is also similar.
  • any other gas containing CO2 (hereinafter also referred to as other gas) can also be used in the production process.
  • gases include gases by-produced in the iron-making process, specifically blast furnace gas (BFG) and coke oven gas (COG).
  • BFG blast furnace gas
  • COG coke oven gas
  • the other gas may be introduced into the above-mentioned separation process together with the first furnace gas, separated into separated carbon dioxide gas and remaining gas, and then the separated carbon dioxide gas may be supplied to the production process.
  • water vapor may be introduced together with the first furnace gas while taking into consideration the material balance of the entire circulation system.
  • water vapor may be supplied to the distribution line of the first furnace gas and then introduced into the carbon monoxide generation device, or may be directly introduced into the carbon monoxide generation device from an independent line.
  • Water vapor may be supplied from outside the circulation system, or H 2 O dehydrated in a dehydrator may be reused.
  • the furnace gas is separated into a separated carbon dioxide gas and a remaining gas ( CO2 separation). Then, the separated carbon dioxide gas is introduced into the production step as the first furnace gas, and water vapor is introduced into the production step.
  • the remaining gas is referred to as the second furnace gas.
  • the electrolysis device used as the carbon monoxide generating device is not particularly limited, and a commonly used device can be used.
  • the power used for the electrolysis is also not particularly limited. It is preferable to use CO2- free power, for example, power supplied by solar power generation or wind power generation, as the power used for the electrolysis.
  • the composition of the regenerated carbon monoxide gas is not particularly limited.
  • the regenerated carbon monoxide gas excluding H 2 O for example, the regenerated carbon monoxide gas after dehydration by the above-mentioned dehydration device, has a composition of CO: 1 to 60 volume %, H 2 : 40 to 99 volume %, and the balance: 0 to 30 volume %.
  • the oxygen obtained as a by-product when carbon monoxide is generated is separated from the gas in the circulation system. That is, usually, the gas in the circulation system (regenerated carbon monoxide gas) and oxygen are already separated in the carbon monoxide generating device. Therefore, there is no particular need to install an oxygen separator, but this does not limit the installation of a separator.
  • the separated oxygen may be released into the atmosphere, but it is desirable to use it for other purposes as appropriate, such as oxygen for combustion when heating gas in the circulation system, or to supplement the oxygen required in other processes inside and outside the steelworks.
  • a gas obtained by mixing the regenerated carbon monoxide gas and the second furnace gas (hereinafter also referred to as a mixed gas) is heated to obtain a reducing gas.
  • the regenerated carbon monoxide gas and the second furnace gas may be mixed upstream of the heating device as shown in FIG. 2, or these gases may be directly supplied to the heating device from independent lines and mixed in the heating device.
  • FIG. 2 illustrates an example in which the second furnace gas is supplied to the distribution line for the regenerated carbon monoxide gas between the dehydrator and the heating device, but the present invention is not limited to this.
  • the second furnace gas may be supplied to the distribution line for the regenerated carbon monoxide gas between the carbon monoxide generator and the dehydrator.
  • the gas composition of the reducing gas is, for example, CO: 1 to 60 volume %, H 2 : 40 to 99 volume %, and the balance: 0 to 30 volume %.
  • the heating temperature and heating means of the reducing gas (mixed gas) are not particularly limited and may be in accordance with conventional methods.
  • the heating temperature of the reducing gas (mixed gas) can be 750 to 1100°C.
  • the reducing gas is introduced into the reduction furnace through a blowing process.
  • a blowing process For example, it is introduced into the reduction furnace using a reducing gas blowing device.
  • the iron oxide is reduced by the reducing gas to obtain reduced iron.
  • the reducing gas after being used to reduce the iron oxide is discharged from the reduction furnace as furnace top gas.
  • any dust removal device can be used for the dust removal.
  • Any dehydration device can be used for the dehydration.
  • the order of dust removal and dehydration is not particularly limited. In the example shown in Figure 2, the top gas is subjected to dust removal by the dust removal device and then dehydration by the dehydration device, and then the top gas is distributed into a first top gas and a second top gas.
  • Control of the amount of gas introduced into the distribution step, the generation step, and the heating step it is important to control the amount of gas introduced (supplied) into the distribution step, the generation step, and the heating step according to the CO2 conversion rate.
  • This makes it possible to stabilize the composition of the reducing gas blown into the reduction furnace, in particular, the ratio of the amount of H2 to the amount of CO contained in the reducing gas, H2 /CO (hereinafter also referred to as H2 /CO of the reducing gas).
  • H2 /CO of the reducing gas H2 /CO of the reducing gas
  • the CO2 conversion rate indicates the ratio of CO2 contained in the first furnace gas introduced into the production step that is converted to CO by an electrolysis reaction.
  • the CO2 conversion rate can be calculated by the following formula.
  • CO2 conversion rate ⁇ C [ ⁇ ] 1 ⁇ (amount of CO2 contained in the regenerated carbon monoxide gas discharged after the generation of CO in the generation step [Nm 3 /t]) ⁇ (amount of CO2 contained in the first furnace gas introduced into the generation step [Nm 3 /t])
  • the CO2 conversion rate can be adjusted mainly by the reactor itself used in the production process, for example, the type and amount, surface area and thickness of the materials used for the electrodes and electrolytes used in the reactor, as well as the temperature of the reactor and the amount of electricity supplied to the reactor.
  • Nm 3 /t and kg/t are unit quantities per ton of reduced iron (DRI) produced.
  • W CO2 Amount of CO2 contained in the furnace gas introduced into the distribution process [Nm 3 /t]
  • V CO2 Amount of CO2 contained in the gas introduced into the heating process [Nm 3 /t] It is.
  • VCO2 is the total amount of CO2 contained in the gas introduced into the heating step.
  • the gas introduced into the heating step is basically the regenerated carbon monoxide gas and the second furnace gas (or a mixture of these).
  • the left side of the above formula (1) can be rewritten as (W CO2 -V CO2 )/W CO2 , which represents the ratio of CO 2 converted to CO out of the CO 2 introduced into the distribution process. If the above formula (1) is not satisfied, the amount of CO 2 converted to CO in the generation process is insufficient, and CO 2 becomes surplus in the circulation system. As a result, in order to perform stable operation under a healthy material balance, it may be necessary to discharge CO 2 outside the circulation system.
  • the left side of the above formula (1) is 1-V CO2 /W CO2 +0.015, and it is even more preferable that the left side of the above formula (1) is 1-V CO2 /W CO2 +0.03.
  • the amounts of gas introduced into the distribution process, generation process, and heating process may be constant or may be changed at any timing as long as the above formula (1) is satisfied.
  • the amounts of gas introduced into the distribution process, generation process, and heating process at the time of starting up the equipment may be determined, for example, from past operating history, and the amounts of gas introduced into the distribution process, generation process, and heating process may be changed and controlled as appropriate according to the subsequent operating conditions.
  • the iron oxide raw material used in the method for producing reduced iron according to one embodiment of the present invention is, for example, iron ore.
  • Specific examples include lump iron ore (lump ore) and pellets (iron ore powder solidified into a spherical shape).
  • the quality of the iron ore used as the iron oxide raw material, i.e., the iron content, is not particularly limited, but from the viewpoint of reduction in a shaft furnace, it is generally preferable that the quality be 65 mass% or more.
  • a method using a shaft furnace has been described as a direct reduction ironmaking method.
  • the type of reduction furnace is not limited to this, and methods using a fluidized bed, rotary kiln, rotary hearth furnace (RHF), etc. are also possible.
  • a shaft furnace is preferable as a reduction furnace because of its high production efficiency, operating rate, and operational stability.
  • the majority of direct reduction furnaces operating around the world are shaft furnace type Midrex (registered trademark) and Hyl (registered trademark).
  • the raw material iron oxide pellets were filled into the reduction furnace under the condition of 1394 kg/t.
  • reducing gas heated to 980°C was injected from the center of the reduction furnace to reduce the iron oxide pellets and obtain reduced iron.
  • the furnace gas discharged from the reduction furnace was dedusted and appropriately dehydrated so that the material balance was balanced.
  • the furnace gas was introduced into the distribution step and distributed into a first furnace gas and a second furnace gas.
  • the furnace gas introduced into the furnace gas distribution section was appropriately separated into a separated carbon dioxide gas and a remaining gas ( CO2 separation) so that the material balance was balanced.
  • the separated carbon dioxide gas was added with an appropriate amount of steam as the first furnace gas, and introduced into a carbon monoxide generator.
  • a carbon monoxide generator regenerated carbon monoxide gas was generated by a co-electrolytic reaction. After the generated regenerated carbon monoxide gas was appropriately dehydrated, the regenerated carbon monoxide gas and the second furnace gas were mixed to obtain a mixed gas.
  • the mixed gas was introduced into a heating device, and the mixed gas was heated in the heating device to obtain a reducing gas. Note that the total amount of gas introduced into the heating step in Table 1 is the mixed gas, i.e., the total amount of the regenerated carbon monoxide gas and the second furnace gas.
  • W H2 is the amount of H2 contained in the furnace gas introduced into the distribution step.
  • V H2 is the amount of H2 contained in the gas (regenerated carbon monoxide gas and the second furnace gas) introduced into the heating step.
  • the conditions other than those described above and in Table 1 were in accordance with the usual method.

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Abstract

省エネルギー化とＣＯ２排出量の削減とを同時に実現し得る、還元鉄の製造方法を提供する。吹込み工程と、還元工程と、分配工程と、生成工程と、加熱工程と、を有する炉頂ガスを循環して再利用する系を構成し、生成工程での電解反応によるＣＯ２転化率に応じて、分配工程、生成工程および加熱工程に導入するガス量を制御する。

Description

還元鉄の製造方法
　本発明は、還元鉄の製造方法に関する。
　近年、製鉄所においては、地球環境問題や化石燃料枯渇問題を背景として、省エネルギー化が強く求められている。鉄の原料は主に酸化鉄であり、製鉄所では、この酸化鉄を還元する還元プロセスが必須となる。世界的に最も普及している一般的な還元プロセスは、高炉である。高炉では、羽口においてコークスや微粉炭と熱風（１２００℃程度に加熱した空気）中の酸素とが反応する。この反応により、還元ガスとなるＣＯおよびＨ２が生成し、これらの還元ガスにより炉中の鉄鉱石等の還元を行う。近年の高炉操業技術の向上により、還元材比（溶銑１ｔを製造するあたりのコークスおよび微粉炭の使用量）は５００ｋｇ／ｔ程度まで低減されており、還元材比はすでにほぼ下限に達している。そのため、これ以上の大幅な還元材比の低減は期待できない。
　一方、天然ガスが産出される地域では、竪型の還元炉（以下、シャフト炉ともいう）により還元鉄を製造する方法もよく用いられている。この方法では、還元炉に、酸化鉄原料として、焼結鉱、ペレット等の塊成化した鉄鉱石（以下、単に酸化鉄ともいう）を充填する。そして、還元炉に、ＣＯおよびＨ２を含む還元ガスを吹き込んで酸化鉄を還元し、還元鉄を製造する。この方法では、還元ガスの原料ガスとして、天然ガスなどが用いられる。この原料ガスは、炉頂ガスとともに、改質装置内で加熱・改質される。これにより、還元ガスが生成する。ここで、炉頂ガスは、還元炉において酸化鉄の還元に供した後のガスであり、一般的に、還元炉の炉頂から排出される。生成した還元ガスは還元炉に吹き込まれ、還元炉の上部から供給される酸化鉄と反応する。そして、酸化鉄が還元され、還元鉄となる。ついで、還元鉄は、還元炉の還元ガスが吹き込まれる位置よりも下部の領域において冷却された後、還元炉下部から排出される。
　また、上述したように、酸化鉄の還元に供した後のガスである炉頂ガスが、還元炉、例えば、炉頂から排出される。そして、炉頂ガスは、集塵・冷却ののち、一部は改質ガスの原料として改質装置に送給される。また、残りの炉頂ガスは、改質装置の燃料ガスとして用いられる。この方法では、改質装置の燃料ガスとして用いられた炉頂ガスは、通常、系外に排出される。
　このような還元鉄製造プロセスとして、例えば、特許文献１には、還元炉の排ガスと天然ガスとを改質装置にて改質して主にＣＯとＨ２からなる還元ガスを生成し、この還元ガスを還元炉に吹込み還元炉内の酸化鉄を還元し、還元鉄を製造する方法が記載されている。
　また、特許文献２には、コークス炉ガスとＣＯ２を除去した還元炉の炉頂ガスとを改質して還元ガスを製造し、それを還元炉に吹き込むことにより、還元鉄を製造する方法が記載されている。
特開２０１７－８８９１２号公報 特許第６１９０５２２号
　特許文献１に記載の方法では、還元ガスの製造のために外部から供給された天然ガスを用いる。そのため、高炉よりは低位ではあるものの、ある程度のＣＯ２排出が避けられないという問題がある。
　また、特許文献２に記載の方法は、製鉄所内で生成されるコークス炉ガスまたは転炉ガスを用いて還元ガスを製造するものである。ここで、鉄鋼一貫製鉄所では、コークス炉ガスや転炉ガスは加熱炉や焼鈍炉などの下工程の燃料ガスとして必要となる。そのため、コークス炉ガスや転炉ガスを還元鉄製造プロセスに転用してしまうと、下工程において燃料ガス不足を引き起こすことになる。その結果、下工程の燃料ガスの不足分を補償するために、天然ガスを外部から供給することになる。すなわち、特許文献２に記載の方法でも、省エネルギー化とＣＯ２排出量の削減とは同時には実現することができず、課題の残るものであった。
　本発明は、上記の現状に鑑みなされたものであって、省エネルギー化とＣＯ２排出量の削減とを同時に実現し得る、還元鉄の製造方法を提供することを目的とする。
　発明者らは、省エネルギー化とＣＯ２排出量の削減とを同時に実現すべく検討を重ね、炉頂ガスを循環して再利用する系を開発した。
　すなわち、発明者らは、
　還元炉へ還元ガスを吹込む、吹込み工程と、
　還元炉において、還元ガスにより酸化鉄を還元して還元鉄を得る、還元工程と、
　還元炉から排出される炉頂ガスを第１の炉頂ガスと第２の炉頂ガスとに分配する、分配工程と、
　第１の炉頂ガスを用いて電解反応により再生一酸化炭素ガスを生成する、生成工程と、
　再生一酸化炭素ガスおよび第２の炉頂ガスを混合したガスを加熱し、還元ガスとする、加熱工程と、
を有する、炉頂ガスの循環・再利用系（以下、単に循環系ともいう）を開発した。
　また、発明者らはさらに検討を重ね、以下の知見を得た。
・上記の循環系において、生成工程での電解反応（すなわち、第１の炉頂ガスに含まれるＣＯ２を電気分解によりＣＯに改質する反応）によるＣＯ２転化率ηＣ［－］（以下、単にＣＯ２転化率ともいう）に応じて、分配工程、生成工程および加熱工程に導入するガス量を制御する。
・これにより、余分なエネルギーを投入することなく、すなわち、一層の省エネルギー化とＣＯ２排出量の削減とを同時に実現しながら、高い操業安定性の下、還元鉄を製造できる。
　本発明は、上記の知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。
　すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．酸化鉄を還元炉へ充填する、充填工程と、
　前記還元炉へ還元ガスを吹込む、吹込み工程と、
　前記還元炉において、前記還元ガスにより前記酸化鉄を還元して還元鉄を得る、還元工程と、
　前記還元炉から排出される炉頂ガスを第１の炉頂ガスと第２の炉頂ガスとに分配する、分配工程と、
　前記第１の炉頂ガスを用いて電解反応により再生一酸化炭素ガスを生成する、生成工程と、
　前記再生一酸化炭素ガスおよび前記第２の炉頂ガスを混合した混合ガスを加熱し、前記還元ガスとする、加熱工程と、
を有し、
　前記生成工程での電解反応によるＣＯ２転化率ηＣ［－］に応じて、前記分配工程、前記生成工程および前記加熱工程に導入するガス量を制御する、還元鉄の製造方法。
２．次式（１）を満足するように、前記分配工程、前記生成工程および前記加熱工程に導入するガス量を制御する、前記１に記載の還元鉄の製造方法。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 　ここで、
　ＷＣＯ２：分配工程に導入する炉頂ガスに含まれるＣＯ２量［Ｎｍ３／ｔ］
　ＶＣＯ２：加熱工程に導入するガスに含まれるＣＯ２量［Ｎｍ３／ｔ］
である。
３．前記分配工程において、前記炉頂ガスを、分離二酸化炭素ガスと残部ガスとに分離し、
　前記分離二酸化炭素ガスを前記第１の炉頂ガスとして分配し、
　前記残部ガスを前記第２の炉頂ガスとして分配する、前記１または２に記載の還元鉄の製造方法。
　本発明によれば、還元鉄の製造に際し、高い操業安定性の下、一層の省エネルギー化とＣＯ２排出量の削減とを同時に実現した操業を行うことが可能になる。
従前の還元鉄の製造プロセスを示す図である。 本発明の一実施形態に従う還元鉄の製造方法による還元鉄の製造プロセスの一例を示す図である。
　以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に従う還元鉄の製造方法について説明する。
　まず、従前の還元鉄の製造プロセス（以下、従前の製造プロセスともいう）について説明する。図１は、従前の製造プロセスの一例の概略構成を示す図である。図中、符号１は還元炉、１ａは酸化鉄、１ｂは還元鉄、３は除塵装置、４は脱水装置、５は天然ガス供給部、６は空気供給部、７は改質装置、９は還元ガス吹込み装置である。
　従前の製造プロセスの一例では、還元炉の上部から酸化鉄を装入し、徐々に降下させる。そこへ、還元炉の中部から高温の還元ガスを吹き込むことで酸化鉄を還元する。そして、還元炉の下部から還元鉄が排出される。この際、還元炉の上部からは、主にＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２、Ｈ２Ｏを含む炉頂ガスが排出される。この炉頂ガスは、除塵装置にて除塵され、一部は、原料ガスとして水分調整して改質装置に送給される。改質装置には、水分調整された炉頂ガスとともに、炭化水素を含むガス、例えば、天然ガス供給部から天然ガスが供給される。ついで、改質装置では、供給されたガスが加熱される。そして、改質反応がおこり、主にＣＯおよびＨ２を含む高温の還元ガスが生成する。そして、この還元ガスが、還元炉に吹き込まれる。また、炉頂ガスの残りの部分は、脱水ののち、改質装置の燃焼室にて加熱用燃料として用いられる。加熱用燃料として燃焼した後の炉頂ガスは、通常、ＣＯ２を含んだまま系外へ排出される。なお、当該従前の製造プロセスの一例により還元鉄を製造すると、還元鉄を１ｔ製造するにあたりおよそ１ｔ強のＣＯ２が循環系外に排出される。
　一方、本発明の一実施形態に従う還元鉄の製造方法では、例えば、図２に示すように、炉頂ガス分配部において、還元炉から排出される炉頂ガスを第１の炉頂ガスと第２の炉頂ガスとに分配する。ついで、一酸化炭素生成装置において、第１の炉頂ガスを用いて電解反応により再生一酸化炭素ガスを生成する。ついで、再生一酸化炭素ガスおよび第２の炉頂ガスを混合して混合ガスとする。ついで、加熱装置において混合ガスを加熱する。そして、この加熱した混合ガスを還元ガスとして、還元ガス吹込み装置から還元炉へ吹き込む。図中、符号１０は水蒸気供給部、１１は一酸化炭素生成装置、１２は加熱装置、１３は熱源、１４は炉頂ガス分配部である。
　以下、本発明の一実施形態に従う還元鉄の製造方法の各工程について、説明する。なお、充填工程、吹込み工程および還元工程については、常法に従い、例えば、上記した従前の製造プロセスと同様にして行えばよいので、ここでは説明を省略する。
・分配工程
　分配工程では、例えば、炉頂ガス分配部において、還元炉から排出される炉頂ガスを第１の炉頂ガスと第２の炉頂ガスとに分配する。また、炉頂ガスの分配および流量制御手段は特に限定されず、常法に従えばよい。例えば、マスフローコントローラーなどを用いればよい。
　分配工程では、炉頂ガスをそのままの組成で分配してもよい。また、例えば、以下のように、ＣＯ２などの特定のガス種を分離して分配してもよい。すなわち、炉頂ガスを、分離二酸化炭素ガスと残部ガスとに分離（ＣＯ２分離）し、分離二酸化炭素ガスを第１の炉頂ガスとして、残部ガスを第２の炉頂ガスとしてそれぞれ分配してもよい。
　ここで、ＣＯ２分離の方法は特に限定されず、化学吸収法や物理吸収法、吸着分離法、膜分離法、深冷分離法、酸素燃焼法、化学ループ燃焼法など種々の方法を用いることができる。なかでも特にアミン吸収法に代表される化学吸収法、ＰＳＡ法に代表される吸着分離法は、古くから化学プラントや工業ＣＯ２生産などで使用実績がある。また、これらの方法は、ＣＯ２濃度：９９体積％以上となるガスの回収実績も有する。そのため、これらの方法が好ましい。なお、分離二酸化炭素ガスにおけるＣＯ２濃度は、好ましくは９０体積％以上である。分離二酸化炭素ガスにおけるＣＯ２濃度は、１００体積％であってもよい。
　また、第２の炉頂ガスとして分配される残部ガスの組成は、分離されるＣＯ２の量によって変化するが、例えば、ＣＯ：５～７０体積％、ＣＯ２：０～２５体積％、Ｈ２：２５～７５体積％、Ｈ２Ｏ：０～５０体積％、残部：０～３０体積％である。
　なお、分配工程において炉頂ガスをそのままの組成で第１の炉頂ガスと第２の炉頂ガスとに分配した場合、上記の分配工程と後述する生成工程の間に、任意に、第１の炉頂ガスおよび第２の炉頂ガスからＣＯ２などの特定のガス種を分離する分離工程を有していてもよい。
　例えば、上記のように、第１の炉頂ガスを、分離二酸化炭素ガスと残部ガスとに分離（ＣＯ２分離）し、分離二酸化炭素ガスを生成工程において第１の炉頂ガスとして使用してもよい。上記の残部ガスは、そのまま第２の炉頂ガスに合流させてもよい。
　また、分配工程に導入する炉頂ガスの流量を制御する観点から、炉頂ガスの一部を、加熱装置などの加熱用燃料として使用してもよい。例えば、加熱装置の燃焼室において、炉頂ガスの一部を、酸素供給装置から供給される酸素、一例としては、ＣＯ２フリー電力で駆動する深冷分離プロセスによって生成される純酸素を用いて、燃焼させる。また、燃焼後の炉頂ガスを、必要に応じて脱水してから元のラインに戻してもよい。
・生成工程
　生成工程では、例えば、一酸化炭素生成装置において、上記の分配工程で分配した第１の炉頂ガスを用いて電解反応により再生一酸化炭素ガスを生成する。なお、ＣＯは、例えば、第１の炉頂ガスに含まれるＣＯ２を電気分解することにより、次式（ｉ）の反応式に従って生成する。
　ＣＯ２ → ＣＯ＋１／２Ｏ２　・・・（ｉ）
　また、第１の炉頂ガスにＨ２Ｏが含まれる場合や第１の炉頂ガスとともに水蒸気を導入する場合には、Ｈ２Ｏについても、ＣＯ２と同時に、電気分解することが好ましい。この場合、次式（ｉｉ）の反応式に従ってＨ２が生成する。
　Ｈ２Ｏ → Ｈ２＋１／２Ｏ２　・・・（ｉｉ）
　なお、上掲式（ｉ）および（ｉｉ）に従うＣＯ２およびＨ２Ｏの電気分解を同時に行うことを、以下、共電解反応ともいう。
　すなわち、還元炉では、ＣＯおよびＨ２が酸化鉄の還元反応に消費されてＣＯ２およびＨ２Ｏとなる。そのため、還元炉に吹き込む還元ガスの組成と還元炉から排出される炉頂ガスの組成を比較すると、ＣＯおよびＨ２は減少し、ＣＯ２およびＨ２Ｏは増加する。そのため、上記の循環系において還元ガスの組成を一定の範囲に保持する観点からは、共電解反応を行って、ＣＯに加え、Ｈ２についても、変動分を調整することが好ましい。
　ＣＯ２およびＨ２Ｏの電気分解条件などについては特に限定されず、常法に従えばよい。
　また、第１の炉頂ガスの組成は、上記の分配工程または分離工程で得られる分離二酸化炭素ガスを使用する場合、当該分離二酸化炭素ガスと同じ組成となる。分配工程において炉頂ガスをそのままの組成で分配し、分離工程も経ない場合、第１の炉頂ガスの組成は、基本的に、分配工程に導入される炉頂ガスの組成と同じである。この場合の第１の炉頂ガスの組成は、例えば、ＣＯ：５～５０体積％、ＣＯ２：５～３０体積％、Ｈ２：５～８０体積％、Ｈ２Ｏ：０～３５体積％、残部：０～２０体積％である。後述する第２の炉頂ガスの組成も同様である。
　なお、生成工程では、第１の炉頂ガスに加えて、ＣＯ２を含有する任意の他のガス（以下、他のガスともいう）を用いることもできる。他のガスとしては、例えば、製鉄プロセスにおいて副生するガス、具体的には、高炉ガス（ＢＦＧ）やコークス炉ガス（ＣＯＧ）が挙げられる。また、他のガスを、第１の炉頂ガスとともに、上記の分離工程に導入し、分離二酸化炭素ガスと残部ガスとに分離してから、分離二酸化炭素ガスを生成工程に供給してもよい。
　また、生成工程では、循環系全体の物質収支を考慮しつつ、第１の炉頂ガスとともに水蒸気を導入してもよい。水蒸気は、例えば、第１の炉頂ガスの流通ラインに供給してから一酸化炭素生成装置に導入してもよいし、独立したラインから、直接、一酸化炭素生成装置に導入してもよい。水蒸気は、上記の循環系外から供給してもよいし、脱水装置で脱水したＨ２Ｏを再利用してもよい。
　加えて、電気分解の効率の観点からは、以下の態様が好ましい。すなわち、上記の分配工程において、炉頂ガスを、分離二酸化炭素ガスと残部ガスとに分離（ＣＯ２分離）する。そして、分離二酸化炭素ガスを、第１の炉頂ガスとして生成工程に導入するとともに、水蒸気を生成工程に導入する。なお、残部ガスは、第２の炉頂ガスとする。
　一酸化炭素生成装置として使用する電気分解装置は、特に限定されず、一般的に使用されている装置を用いることができる。また、電気分解に使用する電力も、特に限定されない。電気分解に使用する電力は、特には、ＣＯ２フリーの電力、例えば、太陽光発電や風力発電により供給された電力を用いることが好ましい。
　なお、Ｈ２Ｏが後述する加熱工程に多量に導入されることは好ましくない。よって、循環系全体の物質収支を考慮しつつ、後述する加熱工程に先立って、再生一酸化炭素ガスを、適宜、脱水装置により脱水することが好ましい。
　また、再生一酸化炭素ガスの組成は、特に限定されるものではない。Ｈ２Ｏを除いた再生一酸化炭素ガス、例えば、上記の脱水装置により脱水した後の再生一酸化炭素ガスにおいて、その組成は、ＣＯ：１～６０体積％、Ｈ２：４０～９９体積％、残部：０～３０体積％である。
　なお、一酸化炭素が生成する際の副産物として得られる酸素は、上記の循環系内のガスから分離される。すなわち、通常、一酸化炭素生成装置内において、既に、循環系内のガス（再生一酸化炭素ガス）と酸素とは分離されている。そのため、酸素の分離装置を設ける特段の必要はないが、これは分離装置の設置を制限するものではない。分離した酸素は大気へ放出しても構わないが、上記の循環系におけるガス加熱時の燃焼用酸素や、製鉄所内外の他プロセスにおける所要酸素の補填など、適宜、別の用途に利用することが望ましい。
・加熱工程
　加熱工程では、再生一酸化炭素ガスおよび第２の炉頂ガスを混合したガス（以下、混合ガスともいう）を加熱して還元ガスを得る。再生一酸化炭素ガスおよび第２の炉頂ガスの混合は、図２のように加熱装置の上流側で行ってもよいし、これらのガスをそれぞれ独立したラインから、直接、加熱装置に供給して加熱装置内で行ってもよい。なお、図２では、脱水装置と加熱装置の間の再生一酸化炭素ガスの流通ラインに第２の炉頂ガスを供給する態様を例示しているが、これに限定されるものではない。例えば、一酸化炭素生成装置と脱水装置の間の再生一酸化炭素ガスの流通ラインに、第２の炉頂ガスを供給してもよい。
　なお、還元ガス（混合ガス）のガス組成は、例えば、ＣＯ：１～６０体積％、Ｈ２：４０～９９体積％、残部：０～３０体積％である。
　還元ガス（混合ガス）の加熱温度や加熱手段は、特に限定されず、常法に従えばよい。例えば、還元ガス（混合ガス）の加熱温度は、７５０～１１００℃を例示できる。
　また、加熱装置の熱源として、例えば、太陽光、風力、地熱エネルギーなどのグリーンエネルギーを用いることにより、原理的にＣＯ２排出をゼロとすることができる。
　ついで、還元ガスは、吹込み工程を経て還元炉に導入される。例えば、還元ガス吹込み装置を用いて還元炉に導入される。そして、還元炉内で、還元ガスにより酸化鉄が還元され、還元鉄が得られる。一方、酸化鉄の還元に供した後の還元ガスが、炉頂ガスとして還元炉から排出される。
　また、上記の分配工程に先だって、炉頂ガスの除塵および脱水の少なくとも一方を行うことが好ましい。除塵に使用する除塵装置には、任意の除塵装置を用いることができる。また、脱水に使用する脱水装置には、任意の脱水装置を用いることができる。なお、除塵および脱水の順序は特に限定されるものではない。図２に示した例では、炉頂ガスについて、除塵装置により除塵した後、脱水装置により脱水し、その後、炉頂ガスを第１の炉頂ガスと第２の炉頂ガスとに分配している。
・分配工程、生成工程および加熱工程に導入するガス量の制御
　そして、本発明の一実施形態に従う還元鉄の製造方法では、ＣＯ２転化率に応じて、分配工程、生成工程および加熱工程に導入（供給）するガス量を制御することが重要である。これにより、還元炉に吹き込む還元ガスの組成、特には、還元ガスに含まれるＣＯ量に対するＨ２量の比であるＨ２／ＣＯ（以下、還元ガスのＨ２／ＣＯともいう）を安定化させることが可能となる。これにより、高い操業安定性の下、一層の省エネルギー化とＣＯ２排出量の削減とを同時に実現した操業、具体的には、ＣＯ２の循環系外への排出や循環系外からのＣＯ供給を行うことなく、還元ガスの組成を一定の範囲に保持した安定的な操業を継続して行うことが可能になる。
　ここで、ＣＯ２転化率は、電気分解反応により、生成工程に導入される第１の炉頂ガスに含まれるＣＯ２がＣＯに転化される割合を示すものである。例えば、ＣＯ２転化率は、次式により、算出することができる。
　ＣＯ２転化率ηＣ［－］＝１－（生成工程でのＣＯの生成後に排出される再生一酸化炭素ガスに含まれるＣＯ２量［Ｎｍ３／ｔ］）÷（生成工程に導入される第１の炉頂ガスに含まれるＣＯ２量［Ｎｍ３／ｔ］）
　なお、ＣＯ２転化率は、主に、生成工程で使用する反応器自体、例えば、反応器で使用する電極や電解質に用いる材料の種類や量、表面積や厚さに加え、反応器の温度や反応器に供給する電力量によって調整することが可能である。また、水蒸気など第１の炉頂ガス以外にも生成工程に導入されるガスがある場合には、当該ガスに含まれるＣＯ２量も（生成工程に導入される第１の炉頂ガスに含まれるＣＯ２量［Ｎｍ３／ｔ］）に含めるものとする。
　また、Ｎｍ３／ｔおよびｋｇ／ｔは、還元鉄（ＤＲＩ）を１ｔ製造するあたりの原単位である。
　そして、例えば、次式（１）を満足するように、分配工程、生成工程および加熱工程に導入するガス量を制御することが好適である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 　ここで、
　ＷＣＯ２：分配工程に導入する炉頂ガスに含まれるＣＯ２量［Ｎｍ３／ｔ］
　ＶＣＯ２：加熱工程に導入するガスに含まれるＣＯ２量［Ｎｍ３／ｔ］
である。
　なお、ＶＣＯ２は、加熱工程に導入するガスに含まれるＣＯ２量の合計である。加熱工程に導入するガスは、基本的に、再生一酸化炭素ガスおよび第２の炉頂ガス（またはこれらの混合ガス）である。
　上掲式（１）の左辺は、（ＷＣＯ２－ＶＣＯ２）／ＷＣＯ２と書き直すことができ、分配工程に導入するＣＯ２のうち、ＣＯに転化されるＣＯ２の割合を表すものといえる。ここで、上掲式（１）を満足しない場合、生成工程でのＣＯ２からＣＯへの転化量が十分ではなく、循環系内でＣＯ２が余剰となる。その結果、健全な物質収支の下で安定した操業を行うためには、ＣＯ２の循環系外への排出が必要となる場合がある。
　以上のことから、上掲式（１）を満足するように、分配工程、生成工程および加熱工程に導入するガス量を制御することが好適である。
　なお、上掲式（１）の左辺は、１－ＶＣＯ２／ＷＣＯ２＋０．０１５とすることがより好適である。また、上掲式（１）の左辺は、１－ＶＣＯ２／ＷＣＯ２＋０．０３とすることがさらに好適である。
　また、分配工程、生成工程および加熱工程に導入するガス量は、上掲式（１）を満足すれば、一定であっても、任意のタイミングで変更してもよい。また、設備起動時の分配工程、生成工程および加熱工程に導入するガス量は、例えば、過去の運転履歴などから決定し、その後の操業状況に応じて、適宜、分配工程、生成工程および加熱工程に導入するガス量を変更して制御すればよい。
　さらに、本発明の一実施形態に従う還元鉄の製造方法で用いる酸化鉄原料は、例えば、鉄鉱石である。具体例としては、塊状の鉄鉱石（塊鉱石）、ペレット（粉状の鉄鉱石を球状に固めたもの）等が挙げられる。酸化鉄原料として用いる鉄鉱石の品位、すなわち、鉄の含有量は、特に限定されないが、シャフト炉で還元する観点から、一般的には、６５質量％以上が好ましい。
　加えて、本発明の一実施形態に従う還元鉄の製造方法では、特に、直接還元製鉄法として、シャフト炉を用いる方法を説明した。ただし、還元炉の種類は、これに限定されず、流動層、ロータリーキルン、回転炉床炉（ＲＨＦ）などを用いる方法であってもよい。なお、生産効率、稼働率および操業安定性が高いことから、還元炉としては、シャフト炉が好ましい。また、世界で稼働している直接還元炉の大半は、シャフト炉方式のＭｉｄｒｅｘ（登録商標）およびＨｙｌ（登録商標）である。
　以下、実施例について説明する。
　図２に示す循環系において、表１に記載の条件に従って還元鉄の製造を行った。いずれの条件でも、操業期間は２８日間とした。表１では、還元鉄を１ｔ製造するあたりの原単位により操業諸元を記載している。例えば、還元鉄を１ｔ製造する際に酸化鉄ペレットを１３００ｋｇ使用する場合、酸化鉄ペレットの使用量を１３００ｋｇ／ｔと表す。３０００ｔ／日の還元鉄の製造を行う場合には、この量を３０００倍すれば１日当たりの諸元となる。
　ここで、いずれの条件でも、充填工程では、原料となる酸化鉄ペレットを１３９４ｋｇ／ｔの条件で還元炉に充填した。吹込み工程では、還元炉の中部から９８０℃に加熱した還元ガスを吹き込んで、酸化鉄ペレットを還元し、還元鉄を得た。そして、還元炉から排出された炉頂ガスを除塵した後、物質収支が釣り合うように適宜脱水した。ついで、炉頂ガスを分配工程に導入し、第１の炉頂ガスと第２の炉頂ガスとに分配した。分配工程では、炉頂ガス分配部に導入される炉頂ガスを、適宜、物質収支が釣り合うように、分離二酸化炭素ガスと残部ガスとに分離（ＣＯ２分離）した。そして、分離二酸化炭素ガスを第１の炉頂ガスとして、適量の水蒸気を加えたうえで、一酸化炭素生成装置に導入した。ついで、一酸化炭素生成装置において、共電解反応により再生一酸化炭素ガスを生成した。生成した再生一酸化炭素ガスを適宜脱水した後、再生一酸化炭素ガスと第２の炉頂ガスとを混合し、混合ガスとした。ついで、混合ガスを加熱装置に導入し、加熱装置において混合ガスを加熱して還元ガスを得た。なお、表１の加熱工程の導入ガス合計量は、混合ガス、すなわち、再生一酸化炭素ガスと第２の炉頂ガスの合計量である。ＷＨ２は、分配工程に導入する炉頂ガスに含まれるＨ２量である。ＶＨ２は、加熱工程に導入するガス（再生一酸化炭素ガスと第２の炉頂ガス）に含まれるＨ２量である。また、上記および表１に記載した以外の条件は、常法に従うものとした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　発明例ではいずれも、２８日間の全操業期間にわたり、省エネルギー化を実現するうえで極めて有利となる図２に示す循環系、すなわち、炉頂ガスを循環して再利用する系において、健全な物質収支の下で安定的に操業を行うことができた。また、当該循環系からのＣＯ２排出量もゼロにすることができた。
　一方、生成工程でのＣＯ２転化率に応じたガス量の制御を行わなかった比較例ではいずれも、操業期間の途中で、還元ガスの組成を一定の範囲に保持することできなくなって還元炉内の反応が不安定化し、やむなく操業の中断に至った。
　１　還元炉
　１ａ　酸化鉄
　１ｂ　還元鉄
　３　除塵装置
　４　脱水装置
　５　天然ガス供給部
　６　空気供給部
　７　改質装置
　９　還元ガス吹込み装置
　１０　水蒸気供給部
　１１　一酸化炭素生成装置
　１２　加熱装置
　１３　熱源
　１４　炉頂ガス分配部
 

Claims (3)

  1. 　酸化鉄を還元炉へ充填する、充填工程と、
    　前記還元炉へ還元ガスを吹込む、吹込み工程と、
    　前記還元炉において、前記還元ガスにより前記酸化鉄を還元して還元鉄を得る、還元工程と、
    　前記還元炉から排出される炉頂ガスを第１の炉頂ガスと第２の炉頂ガスとに分配する、分配工程と、
    　前記第１の炉頂ガスを用いて電解反応により再生一酸化炭素ガスを生成する、生成工程と、
    　前記再生一酸化炭素ガスおよび前記第２の炉頂ガスを混合した混合ガスを加熱し、前記還元ガスとする、加熱工程と、
    を有し、
    　前記生成工程での電解反応によるＣＯ２転化率ηＣ［－］に応じて、前記分配工程、前記生成工程および前記加熱工程に導入するガス量を制御する、還元鉄の製造方法。
  2. 　次式（１）を満足するように、前記分配工程、前記生成工程および前記加熱工程に導入するガス量を制御する、請求項１に記載の還元鉄の製造方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
     　ここで、
    　ＷＣＯ２：分配工程に導入する炉頂ガスに含まれるＣＯ２量［Ｎｍ３／ｔ］
    　ＶＣＯ２：加熱工程に導入するガスに含まれるＣＯ２量［Ｎｍ３／ｔ］
    である。
  3. 　前記分配工程において、前記炉頂ガスを、分離二酸化炭素ガスと残部ガスとに分離し、
    　前記分離二酸化炭素ガスを前記第１の炉頂ガスとして分配し、
    　前記残部ガスを前記第２の炉頂ガスとして分配する、請求項１または２に記載の還元鉄の製造方法。
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