JP2013108109A

JP2013108109A - 直接還元鉄製造システム

Info

Publication number: JP2013108109A
Application number: JP2011251967A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Sakaguchi; 雅一坂口; Haruaki Hirayama; 晴章平山; Makoto Suzaki; 洲崎　　誠; Kazuo Ishida; 一男石田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-11-17
Filing date: 2011-11-17
Publication date: 2013-06-06
Also published as: CA2856293C; RU2571671C1; US20140252699A1; MY175761A; MX2014005911A; RU2014119934A; MX358370B; US9638468B2; WO2013073663A1; CA2856293A1

Abstract

【課題】回収ガス中の有害なＨ₂Ｓを除去することができる直接還元鉄製造システムを提供する。
【解決手段】天然ガスを水蒸気を供給して改質するガス改質器５１と、ガス改質器５１で改質された改質ガス５２を還元炉に供給する所定温度に加熱する加熱手段であるガスヒータ５６と、水素（Ｈ₂）、一酸化炭素（ＣＯ）を含む高温還元ガス１１を用いて、鉄鉱石１２ａを還元鉄１２ｂに直接還元する直接還元炉１３と、該直接還元炉１３から排出される還元炉排ガス１４中の酸性ガス成分を酸性ガス吸収液１５により除去する酸性ガス成分吸収塔１６ａと酸性ガスを放出する再生塔１６ｂとからなる酸性ガス除去装置１６と、前記再生塔１６ｂから放出される二酸化炭素（ＣＯ₂）と硫化水素（Ｈ₂Ｓ）を含む回収ガス１４Ｂを、前記ガス改質器５１の改質炉と前記ガスヒータ５６の炉に各々供給する回収ガス導入ラインＬ₈と、を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、直接還元鉄製造システムに関する。

粉鉱や塊鉱等の鉄鉱石を例えば１０００℃前後の温度で、変性天然ガスにより固相のまま還元すると、直接還元鉄（ＤＲＩ：ＤｉｒｅｃｔＲｅｄｕｃｅｄＩｒｏｎ）が得られる。この直接還元製鉄法は、還元炉での還元ガスの利用率が低いために、還元炉排ガスを還元ガス流れに戻し、再利用することで高効率化していた。
還元炉で発生する水（Ｈ₂Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ₂）とは、還元炉内では不活性なため、再利用する際には除去する必要があり、水は冷却器又はスクラバで、二酸化炭素は例えばアミン系溶剤等の除去ユニットで除去されている（特許文献１）。

特表２００１−５２０３１０号公報

しかしながら酸性ガス除去装置の再生塔で酸性ガスを放出したＣＯ₂及びＨ₂Ｓを主成分とする回収ガスは、そのまま系外に排気できないので、従来では、Ｈ₂Ｓを除去するＨ₂Ｓ除去手段である触媒装置が必要となるが、Ｈ₂Ｓを例えば触媒等で処理する場合では、長期間に亙ってＨ₂Ｓを除去し続けると、触媒が劣化するので、その都度触媒の交換が必要となり、触媒コストの増大を招くこととなる。

そこで、触媒装置を別途設置することがなく、簡易な方法において、回収ガス中の有害なＨ₂Ｓを除去することができる方策の出現が切望されている。

本発明は、前記問題に鑑み、鉄鉱石を直接還元するシステムにおいて、回収ガス中の有害なＨ₂Ｓを除去することができる直接還元鉄製造システムを提供することを課題とする。

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、天然ガスを改質するガス改質器と、該ガス改質器で改質された改質ガスを還元炉に供給する所定温度に加熱し、還元ガスとする加熱手段と、水素、一酸化炭素を含む高温還元ガスを用いて、鉄鉱石を還元鉄に直接還元する直接還元炉と、該直接還元炉から排出される還元炉排ガス中の酸性ガス成分を酸性ガス吸収液により除去する酸性ガス成分吸収塔と酸性ガスを放出する再生塔とからなる酸性ガス除去装置と、前記再生塔から放出される二酸化炭素と硫化水素を含む回収ガスを、前記ガス改質器の改質炉及び前記加熱手段の炉、又は前記改質炉のみに供給する回収ガス導入ラインと、を具備することを特徴とする直接還元鉄製造システムにある。

第２の発明は、石炭ガス化ガス又はコークス炉ガスを還元炉に供給する所定温度に加熱し、還元ガスとする加熱手段と、水素、一酸化炭素を含む高温還元ガスを用いて、鉄鉱石を還元鉄に直接還元する直接還元炉と、該直接還元炉から排出される還元炉排ガス中の酸性ガス成分を酸性ガス吸収液により除去する酸性ガス成分吸収塔と酸性ガスを放出する再生塔とからなる酸性ガス除去装置と、前記再生塔から放出される二酸化炭素と硫化水素を含む回収ガスを、前記加熱手段の炉に各々供給する回収ガス導入ラインと、を具備することを特徴とする直接還元鉄製造システムにある。

第３の発明は、第１又は２の発明において、前記酸性ガス吸収液中の劣化物を分離除去する劣化物除去装置とを具備することを特徴とする直接還元鉄製造システムにある。

第４の発明は、第１又は２の発明において、前記再生塔から吸収塔に返送するリーン溶液の一部をバイパスするバイパス回路と、該バイパス回路に介装されるフィルタとを具備することを特徴とする直接還元鉄製造システムにある。

第５の発明は、第１又は２の発明において、前記還元炉排ガスを酸性ガス除去装置に導入する導入ラインと、該導入ラインに介装され、前記還元炉排ガスを熱交換する熱交換器と、該熱交換器の前流側に設けられるバグフィルタと、前記熱交換器の後流側に設けられるスクラバと、を具備することを特徴とする直接還元鉄製造システムにある。

本発明によれば、再生塔から放出される回収ガス中の硫化水素（Ｈ₂Ｓ）を直接系外に排出することが防止される。

図１は、実施例１に係る直接還元鉄製造システムの概略図である。図２は、実施例１に係る他の直接還元鉄製造システムの概略図である。図３は、実施例２に係る直接還元鉄製造システムの概略図である。図４は、実施例３に係る直接還元鉄製造システムの概略図である。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

本発明による実施例に係る直接還元鉄製造システムについて、図面を参照して説明する。図１は、実施例１に係る直接還元鉄製造システムの概略図である。図２は、実施例１に係る他の直接還元鉄製造システムの概略図である。図１に示すように、直接還元鉄製造システム１０Ａは、天然ガスを改質するガス改質器（以下「改質器」という）５１と、ガス改質器５１で改質された改質ガス５２を還元炉に供給する所定温度に加熱、還元ガスとする加熱手段であるガスヒータ５６と、水素（Ｈ₂）、一酸化炭素（ＣＯ）を含む高温の還元ガス１１を用いて、鉄鉱石１２ａを還元鉄１２ｂに直接還元する直接還元炉（以下「還元炉」という）１３と、該直接還元炉１３から排出される還元炉排ガス１４中の酸性ガス成分を酸性ガス吸収液（以下「吸収液」という）１５により除去する酸性ガス成分吸収塔１６ａと酸性ガスを放出する再生塔１６ｂとからなる酸性ガス除去装置１６と、前記再生塔１６ｂから放出される二酸化炭素（ＣＯ₂）と硫化水素（Ｈ₂Ｓ）を含む回収ガス１４Ｂを、前記改質器５１の改質炉と前記ガスヒータ５６の炉に各々供給する回収ガス導入ラインＬ₈と、を具備するものである。
図１中、符号１５ａはリッチ溶液、１５ｂはリーン溶液、２０はスクラバ、２１は圧縮機、２２は冷却洗浄塔、２３はリボイラ、２４は水蒸気、２５は冷却器、２６は気液分離器、２７は凝縮水、Ｌ₁は還元炉排ガス１４を酸性ガス除去装置１６へ導入するガス供給ライン、Ｌ₂はリッチ溶液ライン、Ｌ₃はリーン溶液ライン、Ｌ₅はリボイラライン、Ｌ₆はガス放出ライン、Ｌ₇は凝縮水ライン、Ｌ₉は精製ガス排出ライン、Ｌ₁₀は還元排ガス供給ラインを各々図示する。
ここで、還元ガス１１は、還元炉１３に導入する際には、ガスヒータ５６により所定の高温（例えば９００〜１，０５０℃）の温度まで加熱されている。
また、還元炉１３の前流側において、酸素と天然ガス等の燃料７０の導入による部分酸化反応によって、還元ガス１１を増量するようにしてもよい。

還元ガス１１が導入される還元炉１３においては、上部より鉄鉱石１２ａが供給され、供給された鉄鉱石１２ａは炉底部側へ移動していく。この際、同時に還元炉１３の側部から供給される高温の還元ガス１１と向流接触して、還元ガス１１の主成分の水素（Ｈ₂）と一酸化炭素（ＣＯ）によって鉄鉱石（酸化鉄）１２ａが還元され、還元鉄１２ｂとなると共に、水素（Ｈ₂）と一酸化炭素（ＣＯ）とは、各々水（Ｈ₂Ｏ）と二酸化炭素（ＣＯ₂）とに転化する。
還元された鉄鉱石は、還元鉄１２ｂとして還元炉１３の下部側から取り出される。

また、還元ガス１１中の水素（Ｈ₂）と一酸化炭素（ＣＯ）とは、還元炉１３内で全量は使用されず、大部分の水素（Ｈ₂）と一酸化炭素（ＣＯ）とが未使用のまま還元炉排ガス１４として、ガス供給ラインＬ₁より排出される。

ここで、還元炉１３からの還元炉排ガス１４は、還元炉１３から発生する鉄粉等のダストを含み、後流側に接続される酸性ガス除去装置１６の運転に悪影響を与えるため、スクラバ２０によってダストを除去すると共に、還元炉１３で発生した水（Ｈ₂Ｏ）を除去している。

本実施例では、還元炉排ガス１４を供給するガス供給ラインＬ₁に、バグフィルタ３１及び熱交換器３２が設置されている。
このバグフィルタ３１の設置により、スクラバ２０の処理以前において還元炉排ガス１４中のダスト除去の効率化を図っている。また、熱交換器３２に供給する還元炉排ガス１４中のダストを除去することで、熱交換器３２の熱交換効率の維持を図るようにしている。なお、このバグフィルタ３１及び熱交換器３２は、直接還元鉄製造システムにおいて、必要に応じて設置するようにすればよい。

リボイラ２３には熱源が必要であるが、本実施例では、その熱源としてガス供給ラインＬ₁に設置された熱交換器３２により、還元炉排ガス１４の熱（ガス温度：約３００℃）を利用して水蒸気２４を発生させ、この発生させた水蒸気２４を利用することが可能となる。

還元炉排ガス１４は、ガス供給ラインＬ₁に介装された圧縮機２１によって、昇圧され、その後、冷却洗浄塔２２に導入される。この冷却洗浄塔２２では、ガス温度を冷却水により低下させた後、酸性ガス除去装置１６の吸収塔１６ａに導入される。
この吸収塔１６ａでは、還元炉排ガス１４から二酸化炭素（ＣＯ₂）と硫化水素（Ｈ₂Ｓ）の酸性ガスが吸収液１５の化学吸収反応によって除去され、酸性ガスが除去された精製ガス１４Ａとなり、頂部側からガス供給ラインＬ₉より排出される。
この精製ガス１４Ａ中には、未利用のＨ₂とＣＯとが含まれているので、吸収塔１６ａにて精製された精製ガス１４Ａを、天然ガス５０側に合流する場合には、気液分離器５４で凝縮水５５を分離した後の改質ガス５２に精製ガス１４Ａを合流するように、ガス供給ラインＬ₉を介して供給している。

酸性ガス除去装置１６では、吸収塔１６ａにおいて、還元炉排ガス１４に含有するＣＯ、Ｈ₂、ＣＯ₂及びＨ₂Ｓの内、吸収液１５でＣＯ₂とＨ₂Ｓの酸性ガス成分を吸収除去している。
この吸収液１５は、吸収塔１６ａ内でＣＯ₂とＨ₂Ｓを吸収したものをリッチ溶液１５ａと称し、このリッチ溶液１５ａは、リッチ溶液ラインＬ₂で再生塔１６ｂ側に供給される。再生塔１６ｂに導入されたリッチ溶液１５ａは、この塔内部において、リボイラ２３で過熱された水蒸気の熱により、吸収したＣＯ₂とＨ₂Ｓを放出して、リーン溶液１５ｂとなり、リーン溶液ラインＬ₃を介して再度吸収塔１６ａに戻され、循環再利用されている。

吸収塔１６ａの上部側には、精製ガス１４Ａ中に同伴する吸収液を除去するための冷却部（図示せず）が設けられている。
また、再生塔１６ｂでは、リッチ溶液１５ａから放出されたＣＯ₂とＨ₂Ｓを主成分とする回収ガス１４Ｂがその頂部からガス放出ラインＬ₆より、系外へ排出される。

回収ガス１４Ｂは、ガス放出ラインＬ₆に介装された冷却器２５で冷却された後、気液分離器２６で凝縮水２７を分離している。分離された凝縮水２７は、再生塔１６ｂ内に凝縮水ラインＬ₇を介して戻している。

ここで、酸性ガス成分（ＣＯ₂、Ｈ₂Ｓ）を吸収する吸収液としては、アミン系の溶剤を用いることが好ましい。このアミン系の溶剤としては、例えばモノエタノールアミン（ＭＥＡ）や、ジエタノールアミン（ＤＥＡ）や、Ｎ−メチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）を主剤とする公知のアミン系溶剤を用いることができる。

本実施例の直接還元鉄製造システム１０Ａでは、還元ガス１１として、天然ガスを用いる場合を例示する。
天然ガス５０からのガスを改質して還元ガス１１を供給する場合には、天然ガス５０を改質する改質器５１を設け、水蒸気２４を供給して水蒸気改質、炭酸ガス改質、あるいはこれらを組み合わせた反応が行われ、天然ガス５０は、水素（Ｈ₂）と一酸化炭素（ＣＯ）とに転化し、水素（Ｈ₂）と一酸化炭素（ＣＯ）が主成分の改質ガス５２を得るようにしている。

ガス改質器５１で改質された改質ガス５２は、ガス冷却器５３でガス冷却された後、気液分離器５４で凝縮水５５を分離している。
水分が分離された改質ガス５２は、ガスヒータ５６に導入され、所定の高温（例えば９００〜１，０５０℃）に加熱され、還元ガス１１として、還元炉１３内に供給される。

また、再生塔１６ｂから放出される回収ガス１４Ｂは、ＣＯ₂とＨ₂Ｓが主成分であり、回収ガス導入ラインＬ₈を設け、ガス改質器５１の改質炉又はガスヒータ５６の炉に導入している。
そして各々の炉内でＨ₂Ｓを燃焼させて二酸化硫黄（ＳＯ₂）とし、各々の炉から排出される大量の燃焼ガスによって希釈された後、それぞれの炉からの排ガスとして適切な処理（例えば脱硫処理等）を行った後、大気に放出する。

これにより、再生塔１６ｂから放出される回収ガス１４Ｂ中のＨ₂Ｓを直接系外に排出することが防止される。また、Ｈ₂Ｓを例えば触媒等で処理する場合では、使用する触媒が劣化するので、その都度触媒の交換が必要となるが、本実施例のように燃焼処理する場合には、これが不要となり経済的となる。

ここで、改質炉の廃熱によって発生させた水蒸気２４や、ガス改質器５１から出た改質ガス５２中の水分除去のための冷却器５３で回収した熱によって発生させた水蒸気２４は、前述したリボイラ２３の水蒸気２４として利用することができる。

また、系内不活性成分であるＣＨ₄やＮ₂の系内蓄積を避けるために、スクラバ２０を出た還元炉排ガスの一部１４ａは、還元炉排ガス供給ラインＬ₁₀を介して、ガス改質器５１の改質炉又はガスヒータ５６の炉に導入し、ここで燃焼処理するようにしている。

また、ガス改質器５１又はガスヒータ５６の炉の排ガスは、例えば熱交換器等の熱回収手段によって十分に廃熱回収を行った後排出される。この熱回収手段により、例えば水蒸気を製造し、リボイラ２３、系内の熱必要部で使用され、又はスチームタービンを駆動して、前述の圧縮機２１の動力として利用するか、または発電を行い電力として利用することができる。

また、吸収塔１６ａにて精製された精製ガス１４Ａを、天然ガス５０に合流して再利用する場合には、精製ガス供給ラインＬ₉を介して改質ガス５２と、ガスヒータ５６の前流側で合流するようにしている。

また、図２に示す直接還元鉄製造システム１０Ｂでは、ガスヒータ５６を省略しており、この場合には、ガス改質器５１側にのみ回収ガス１４Ｂを供給して、ガス改質器５１の改質炉のみで、燃焼処理するようにしてもよい。

ガスヒータ５６を省略する場合は、ガス化ガス等６０は、還元炉１３の前流側において、酸素と天然ガス等の燃料７０の導入による部分酸化反応によって、還元ガス１１を増量すると共に、前記必要温度（９００〜１０５０℃）まで内部加熱された後、還元炉１３に導入している。

以上説明したように、再生塔１６ｂから放出される回収ガス１４Ｂを、回収ガス導入ラインＬ₈を介して、ガス改質器５１の改質炉及びガスヒータ５６の炉、又は改質炉のみに導入することで、燃焼処理され、有害なＨ₂Ｓを直接系外に排出することが防止される。

本発明による実施例に係る直接還元鉄製造システムについて、図面を参照して説明する。図３は、実施例２に係る直接還元鉄製造システムの概略図である。なお、図１に示す実施例１に係る直接還元鉄製造システム１０Ａと同一の構成については、同一符号を付して重複した説明は省略する。
図３に示すように、本実施例の直接還元鉄製造システム１０Ｃでは、還元ガス１１として、天然ガス以外の石炭ガス化ガス６０を用いる場合を例示する。
本実施例では、石炭をガス化炉（図示せず）でガス化し、精製して得た石炭ガス化ガス６０を用い、ガスヒータ５６で加熱して還元ガス１１としている。

また、石炭ガス化ガス６０以外のガスとしては、コークス炉ガスを精製したものを還元ガスとして利用することもできる。

なお、実施例２の直接還元鉄製造システム１０Ｃにおいて、精製ガス１４Ａを石炭ガス化ガス６０に合流する場合には、精製ガス供給ラインＬ₉をガス供給ラインＬ₀へ必要に応じて繋げることができる。これにより、精製ガス１４Ａを石炭ガス化ガス６０に合流させ、その後、ガスヒータ５６で所定温度まで加熱して還元ガス１１とし、改質器５１に導入するようにしている。

また、再生塔１６ｂから放出される回収ガス１４Ｂは、回収ガス導入ラインＬ₈を設け、ガスヒータ５６の炉に導入している。
そして炉内でＨ₂Ｓを燃焼させて二酸化硫黄（ＳＯ₂）とし、炉から排出される大量の燃焼ガスによって希釈された後、それぞれの炉からの排ガスとして適切な処理（例えば脱硫処理）を行った後、大気に放出する。

本発明による実施例に係る直接還元鉄製造システムについて、図面を参照して説明する。図４は、実施例３に係る直接還元鉄製造システムの概略図である。なお、図１に示す実施例１に係る直接還元鉄製造システム１０Ａと同一の構成については、同一符号を付して重複した説明は省略する。
図４に示すように、本実施例の直接還元鉄製造システム１０Ｄでは、図１に示す直接還元鉄製造システム１０Ａにおいて、酸性ガス除去装置１６内を循環再利用される酸性ガス吸収液１５中の劣化物を除去する劣化物除去手段である劣化物除去装置１７及びフィルタ４１を設けるようにしている。

還元炉１３からの還元炉排ガス１４中には、ＣＯや鉄成分を多く含み、ガス供給ラインＬ₁に介装されたスクラバ２０において除去できないものが、酸性ガス除去装置１６に混入する可能性がある。
また、長時間の運転によって吸収液１５の一部がこのようなＣＯや鉄成分と化学反応を起こすことによって劣化物を生成し、処理能力が低下する。

ここで、ＣＯ起因の劣化物は、還元排ガス１４中のＣＯが吸収液１５中に溶解することに起因して、ギ酸を生成し、このギ酸がアミン系溶剤等の吸収液と反応して塩を作ることで、熱安定性塩となり、これが吸収液１５内に蓄積することとなる。
この熱安定性塩の吸収液系内の蓄積により、例えば吸収液の沸点上昇が発生する。
この沸点上昇が発生すると、再生塔１６ｂのリボイラ２３での温度上昇により、溶剤の熱劣化が促進され、また、リボイラの熱効率が低下するので好ましくない。
また、粘度上昇する場合には、圧損が上昇し、フォーミングが発生するので好ましくない。

また、鉄起因の劣化物は、吸収液の劣化により生じる。例えば吸収液としてアミン系溶剤を用いる場合、その劣化により、ビシン（Ｎ，Ｎ−ビス（２−ヒドロキエチル）グリシン）等のグリシン類が生成する。このようなグリシン類は、鉄とキレート錯体を作ることにより、鉄表面の皮膜生成を妨げると同時に、３価の鉄錯体が酸化還元反応に関与することで鉄の溶解を助長し、加速的に腐食を促進することとなるので、好ましくない。
特に、還元炉１３から流入する鉄鉱石起因のダストは比表面積が大きいため、鉄錯体の急激な生成が予想される。
また、吸収液１５自体もリボイラでの加熱によって分解し劣化成分を生成することで酸性ガスの吸収能力が低下することとなる。

吸収液１５は、リッチ溶液１５ａとリーン溶液１５ｂとして循環・再利用されているため、以上のような劣化物は吸収液１５中に蓄積し、処理能力低下及び装置の腐食の原因となる。

このため、本発明では、再生塔１６ｂから吸収塔１６ａに返送するリッチ溶液ラインＬ₃から分岐するリーン溶液分岐ラインＬ₄を設け、このリーン溶液分岐ラインＬ₄に劣化物除去装置１７を設け、劣化物を分離・除去して吸収液を再生させるようにしている。なお、リーン溶液分岐ラインＬ₄に供給されるリーン溶液は、リーン溶液分岐ラインＬ₄に介装されたバルブＶの開閉により必要に応じて管理されている。

この劣化物除去装置１７を設けることにより、吸収液１５中に蓄積する劣化物の濃度を低減させ、吸収液１５の性能を回復又は維持し、長期間に亙っての吸収液１５の性能の維持管理を行うようにしている。

この劣化物除去装置１７は、使用する吸収液１５と、劣化物との沸点の違いを利用した蒸留による吸収液再生方式と、電気透析によって劣化物を濃縮分離する方法と、イオン交換により劣化物を分離する方法があり、それぞれを組み合わせた方式も含まれる。
吸収液再生方式のリクレーマとしては、例えば熱交換器型リクレーマを挙げることができる。

劣化物の除去を実施する場合には、ＣＯ起因の劣化物、Ｆｅ起因の劣化物のいずれか一方又は両方の基準値を超えた際に、バルブＶを開き、リーン溶液１５ｂの一部を劣化物除去装置１７に供給し、劣化物除去の操作を開始する。
そして、リーン溶液１５ｂ中の劣化物の濃度が所定値未満まで低下した際に、劣化物除去操作を停止する。

ここで、ＣＯ起因の劣化物（熱安定性塩濃度）の劣化物除去開始基準値としては、例えば２重量％を超えた場合に行うようにすることができる。

また、Ｆｅ起因の劣化物（例えばビシン等のグリシン類）の劣化物除去開始基準値としては、例えば５ｐｐｍを超えた場合に行うようにすることができる。

ＣＯ起因の劣化物（熱安定性塩濃度）及びＦｅ起因の劣化物（ビシン等のグリシン類）の両方の値を測定する場合には、いずれか一方が基準値に達した際に、劣化物除去操作を開始するようにすることができる。
なお、前記劣化物の濃度は一例であり、吸収液のアミン系溶剤等の吸収液の種類、酸性ガス除去装置での諸条件により適宜変更される。
なお、鉄濃度の急激な上昇が予想されるため、濃度監視は別途頻繁に行う必要がある。

劣化物の監視は、自動又は手動の分析操作により行い、図示しない判定手段にて判定するようにしてもよい。

ここで、酸性ガス成分（ＣＯ₂、Ｈ₂Ｓ）を吸収する吸収液としては、例えば１ＤＭＡ２Ｐ（１‐ジメチルアミノ‐２‐プロパノール；沸点１２４℃）、ＤＭＡＥ（Ｎ，Ｎ‐ジメチルアミノエタノール；沸点１３４℃）、ＭＰＺ（１‐メチルピペラジン；沸点１３８℃）、ＰＺ（ピペラジン；沸点１４６℃）、２ＭＰＺ（２‐メチルピペラジン；沸点１５５℃）、ＤＥＡＥ（Ｎ，Ｎ‐ジエチル‐２‐アミノエタノール；沸点１６１℃）、ＡＭＰ（２‐アミノ‐２‐メチル‐１‐プロパノール；沸点１６６℃）、ＥＡＥ（２‐エチルアミノエタノール；沸点１７０℃）、メチルエチルアミン（ＭＥＡ；沸点１７０℃）、ｎＢＡＥ（２‐ブチルアミノエタノール；沸点２００℃）、４ＡＭＰＲ（４‐ピペリジンメタンアミン；沸点２００℃）のような低沸点のアミンをベースとした溶剤を用いることで、劣化物を例えば蒸発分離することを容易としている。
これは、アミン系の溶剤であっても、例えばＭＤＥＡ（Ｎ−メチルジエタノールアミン）等のような高沸点（２４７℃）のアミンをベースとした溶剤を用いる場合には、水蒸気を用いた蒸発により劣化物の蒸発分離ができず、再生利用が効率的でないからである。

この劣化物除去装置１７で濃縮処理された劣化濃縮物２９は系外に排出される。
なお、揮発された吸収液のガス３０は、再生塔１６ｂの下部側に戻される。

以上、本実施例によれば、吸収塔１６ａと再生塔１６ｂとを循環する吸収液１５中の劣化物を劣化物除去装置１７により、分離することができるため、頻繁な吸収液１５の入れ替えが不要となり、従来よりも大幅に溶剤使用量の節減を図ることができる。

また、連続した溶剤劣化物の濃度の管理を行うことにより、フォーミング発生を抑え、安定した運転を実現し、機器の腐食も抑えることができる。
この運転の安定化によって、直接還元鉄プロセス全体の安定運転、及び溶剤消費量削減による低コスト化を実現することができる。

劣化物除去装置１７には熱源が必要であるが、本実施例では、その熱源としてガス供給ラインＬ₁に設置された熱交換器３２により、還元炉排ガス１４の熱（ガス温度：約３００℃）を利用して水蒸気２４を発生させ、この発生させた水蒸気２４を利用することが可能となる。

また、本実施例の直接還元鉄製造システム１０Ｄにおいては、再生塔１６ｂから吸収塔１６ａに導入されるリーン溶液１５ｂの一部をバイパスさせるリーン溶液バイパスラインＬ₁₁を設け、このリーン溶液バイパスラインＬ₁₁にフィルタ４１を介装している。

このフィルタ４１を系内に設置することで、劣化物除去装置１７で除去できない劣化物や不純物等を更に除去することでアミン系溶剤等の吸収液１５の性能を長期間維持することが可能となる。
この劣化物除去装置１７で除去できない成分とは、沸点がアミン系溶剤等の吸収液よりも低い揮発性劣化要因物質等である。

本実施例では、フィルタ４１として活性炭フィルタを用いているが、不純物を除去できるものであれば活性炭フィルタに限定されるものではない。
このリーン溶液バイパスラインＬ₁₁へのリーン溶液１５ｂのバイパス量は、全量の１／１０程度としているが、不純物の濃度により適宜調整してもよい。

１０Ａ〜１０Ｄ直接還元鉄製造システム
１１高温還元ガス
１２ａ鉄鉱石
１２ｂ還元鉄
１３直接還元炉
１４還元炉排ガス
１５酸性ガス吸収液（吸収液）
１６酸性ガス除去装置
１６ａ酸性ガス成分吸収塔（吸収塔）
１６ｂ再生塔

Claims

天然ガスを改質するガス改質器と、
該ガス改質器で改質された改質ガスを還元炉に供給する所定温度に加熱し、還元ガスとする加熱手段と、
水素、一酸化炭素を含む高温還元ガスを用いて、鉄鉱石を還元鉄に直接還元する直接還元炉と、
該直接還元炉から排出される還元炉排ガス中の酸性ガス成分を酸性ガス吸収液により除去する酸性ガス成分吸収塔と酸性ガスを放出する再生塔とからなる酸性ガス除去装置と、
前記再生塔から放出される二酸化炭素と硫化水素を含む回収ガスを、前記ガス改質器の改質炉及び前記加熱手段の炉、又は前記改質炉のみに供給する回収ガス導入ラインと、を具備することを特徴とする直接還元鉄製造システム。
石炭ガス化ガス又はコークス炉ガスを還元炉に供給する所定温度に加熱し、還元ガスとする加熱手段と、
水素、一酸化炭素を含む高温還元ガスを用いて、鉄鉱石を還元鉄に直接還元する直接還元炉と、
該直接還元炉から排出される還元炉排ガス中の酸性ガス成分を酸性ガス吸収液により除去する酸性ガス成分吸収塔と酸性ガスを放出する再生塔とからなる酸性ガス除去装置と、
前記再生塔から放出される二酸化炭素と硫化水素を含む回収ガスを、前記加熱手段の炉に各々供給する回収ガス導入ラインと、を具備することを特徴とする直接還元鉄製造システム。
請求項１又は２において、
前記酸性ガス吸収液中の劣化物を分離除去する劣化物除去装置とを具備することを特徴とする直接還元鉄製造システム。
請求項１又は２において、
前記再生塔から吸収塔に返送するリーン溶液の一部をバイパスするバイパス回路と、
該バイパス回路に介装されるフィルタとを具備することを特徴とする直接還元鉄製造システム。
請求項１又は２において、
前記還元炉排ガスを酸性ガス除去装置に導入する導入ラインと、
該導入ラインに介装され、前記還元炉排ガスを熱交換する熱交換器と、
該熱交換器の前流側に設けられるバグフィルタと、
前記熱交換器の後流側に設けられるスクラバと、を具備することを特徴とする直接還元鉄製造システム。