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JPH07277701A - 還元性ガス製造方法 - Google Patents

還元性ガス製造方法

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Publication number
JPH07277701A
JPH07277701A JP6925194A JP6925194A JPH07277701A JP H07277701 A JPH07277701 A JP H07277701A JP 6925194 A JP6925194 A JP 6925194A JP 6925194 A JP6925194 A JP 6925194A JP H07277701 A JPH07277701 A JP H07277701A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
fuel gas
oxygen
combustion
reducing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP6925194A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuya Kunitomo
国友和也
Yasushi Takamoto
泰 高本
Hajime Otsuka
一 大塚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chugai Ro Co Ltd
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Chugai Ro Co Ltd
Nippon Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chugai Ro Co Ltd, Nippon Steel Corp filed Critical Chugai Ro Co Ltd
Priority to JP6925194A priority Critical patent/JPH07277701A/ja
Publication of JPH07277701A publication Critical patent/JPH07277701A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Manufacture Of Iron (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 水素と炭化水素を含むガスを燃料として部分
燃焼法により還元性ガスを製造する際に、還元性ガスの
酸化度を低く保ちつつ、炭化水素の分解の促進、ススの
発生の抑制が可能な方法を提供する。 【構成】 水素と炭化水素とを含む燃料ガスを部分燃焼
させ還元性ガスを製造する方法において、燃料ガスの一
部を、酸素を21〜100%含むガスにより燃焼させ二
酸化炭素、水蒸気を含む燃焼ガスを得た後、その燃焼ガ
スと残りの燃料ガスとを混合反応させて一酸化炭素およ
び水素を含む還元性ガスを得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、一酸化炭素、水素を含
む還元性ガスの製造方法に関するもので、特にシャフト
炉や流動層を用いて酸化鉄を還元し還元鉄を得る工程に
おける還元性ガスの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】シャフト炉や流動層を用いて酸化鉄を還
元し還元鉄を得る直接製鉄法等においては、一酸化炭
素、水素を還元材として用い、一酸化炭素や水素を含む
ガスを還元性ガスと称する。その還元性ガスの製造方法
に関しては、例えば「製銑ハンドブック(地人書館、昭
和54年発行)」306頁から307頁に述べられてい
るように、部分燃焼法、水蒸気改質法、二酸化炭素改質
法が代表的なものとして知られている。また原料となる
燃料ガスは、メタンを主成分とする天然ガスが主で、こ
の他にも、軽質油、ナフサ、重質油など液体燃料も使用
されている。
【0003】炭化水素から部分燃焼法、水蒸気改質法、
二酸化炭素改質法により還元性ガスを得る場合には、そ
れぞれ以下の反応式に従い反応を進行させる。
【0004】 CmHn+m/2O2 =mCO+n/2H2 (1) CmHn+mH2 O=mCO+(m+n/2)H2 (2) CmHn+mCO2 =2mCO+n/2H2 (3) 例えば、部分燃焼法では、量論的に完全燃焼のために必
要な酸素量以下の酸素で不完全燃焼させて還元性ガスを
得るものである。完全燃焼の場合、炭化水素は水蒸気と
二酸化炭素になるのに対して、(1)式に示すように水
素や一酸化炭素までの燃焼が部分燃焼である。
【0005】以上、いずれの反応で還元性ガスを製造す
る方法においても、必ずカーボンデポジションによるス
スの発生を伴う。例えば、部分燃焼法では(1)式の反
応の他にも(4)式の反応が進行しススが発生する。
【0006】 CmHn+(m−k)/2O2 =kC+(m−k)CO+n/2H2 (4) 多量にススが発生すると、還元性ガスの品位を低下させ
るばかりでなく、配管やバーナーを詰まらせ異常燃焼の
原因ともなる。
【0007】ススの発生を防ぐためには、酸素、水蒸
気、二酸化炭素を計算量より多く加えればよい。しか
し、その結果、還元性ガスの組成は還元に有効な水素や
一酸化炭素の割合は減少し還元に好ましくない水蒸気や
二酸化炭素の割合が増加する事になる。例えば、部分燃
焼法で酸素比率を増加した場合には、(5)式の反応が
進行し易くなる。
【0008】 CmHn+(m+n/4)O2 =mCO2 +n/2H2 O (5) この結果、余剰となる水蒸気や二酸化炭素は、還元能力
がないばかりでなく、一定割合以上還元性ガスに含まれ
れば水素や一酸化炭素の還元能力を平衡上制約すること
にもなり好ましくない。例えば、900℃においては、
次式で定義される還元性ガスの酸化度が0.35以上の
雰囲気においては酸化鉄は金属鉄まで還元されない。
【0009】 酸化度=(PCO2 +PH2 O)/(PCO2 +PH2 O+PCO+PH2 ) (6) ただし、Pと分子記号との組み合わせは、それぞれの分
子記号に対応したガス成分の分圧をあらわす。
【0010】部分燃焼法により還元性ガスを製造する方
法においては、燃料に加える酸素量を増加させてススの
発生を抑制することになる。あるいは、燃焼後のガスに
さらに酸素を加えて燃焼させる二次燃焼といわれる技術
がある。しかし、いずれにしても、酸素量の増加は、一
酸化炭素や水素を燃焼させて二酸化炭素や水蒸気を発生
させることになるため、ガスの酸化度は上昇し還元能力
は減少する。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】よく知られているよう
に、水素の燃焼速度は炭化水素の分解速度や一酸化炭素
の燃焼速度よりも速い。従って、コークス炉ガスのよう
に水素を含む燃料ガスを部分燃焼させて還元性ガスを製
造する際には、酸素が炭化水素の分解よりも水素の燃焼
に優先的に利用され、還元に有効でない炭化水素が残留
し、酸化度も上昇するという悪影響が生じる。このた
め、還元性ガスを製造する際の燃料ガスとしては、製鉄
所において多量に発生するコークス炉ガスヨリモ高価な
天然ガスやLPGが主として用いられてきている。これ
らの燃料は、水素が殆ど含まれておらず、また、炭化水
素におけるC/H比は小さいため他の燃料と比べてスス
が発生しにくい燃料とされている。
【0012】本発明は、前述した様な現状に鑑み創案さ
れたものであり、水素と炭化水素を含むガスを燃料とし
て部分燃焼法により還元性ガスを製造する際に、還元性
ガスの酸化度を低く保ちつつ、炭化水素の分解の促進、
ススの発生の抑制が可能な方法を提供することを目的と
するものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、水素と炭化水
素とを含む燃料ガスを部分燃焼させ還元性ガスを製造す
る方法において、燃料ガスの一部を、酸素を21〜10
0%含むガスにより燃焼させ二酸化炭素、水蒸気を含む
燃焼ガスを得た後、その燃焼ガスと残りの燃料ガスとを
混合反応させて一酸化炭素および水素を含む還元性ガス
を得ることを特徴とする。また、本発明は、その際に、
燃料ガスの70〜95%を、酸素を21〜100%含む
ガスにより燃焼させ二酸化炭素、水蒸気を含み温度が1
200〜2100℃の燃焼ガスを得ることを特徴とす
る。
【0014】
【作用】本発明者らは、燃料ガスを酸素含有ガスで部分
燃焼する際に、燃料ガスを分割し、燃料ガスの一部を燃
料全体を部分燃焼させるのに必要な酸素量を含む酸素含
有ガスを用い高い酸素比で燃焼させた後、残りの燃料ガ
スと混合し反応させた方が、結果としてススの発生量や
残留する炭化水素は少なくなり、還元性ガスの酸化度も
低く保つことができることを見いだした。
【0015】燃料ガスの一部を分割した際に、酸素によ
り燃焼させるガスを燃料ガスA、酸素により燃焼させず
に燃料ガスAの燃焼後発生した一次燃焼ガスと直接混合
するガスを燃料ガスBとする。同一量の燃料ガスおよび
酸素を、燃料ガスを分岐させずに混合燃焼させる従来法
と本発明による方法とを比較すると、本発明には以下の
効果が認められる。
【0016】燃料ガスAの燃焼時における酸素比は従来
法と比べて高い。なぜなら、燃料ガスBを分岐した後の
少なくなった燃料ガスを従来法と同量の酸素で燃焼させ
ることになるからである。この結果、一次燃焼ガスの酸
化度は上昇するものの、ススの発生量は減少する。ま
た、高酸素比燃焼となるため燃焼温度が上昇し炭化水素
の分解も促進され、残留炭化水素はほとんどなくなる。
この一次燃焼ガスに燃料ガスBを混合して還元性ガスを
得る。その主な反応式は(2)式、(3)式であり、一
次燃焼によって生成した水蒸気、二酸化炭素は燃料ガス
B中の炭化水素と反応し消費される。このように、燃料
ガスB中の炭化水素は酸素によってではなく一次燃焼ガ
ス中の水蒸気、二酸化炭素により分解されるため、燃料
ガスB中の水素を酸化することなく炭化水素の分解が促
進されるとともに還元性ガスの酸化度も低下する。さら
に、燃料ガスBの混合により、従来法より高くなったガ
ス温度を燃料ガスBの顕熱および炭化水素の二酸化炭
素、水蒸気による分解時の吸熱反応により低下させて、
従来法と同程度の900〜1500℃となる。
【0017】一次燃焼室の燃焼温度は、燃料ガスの分配
比および純酸素と空気の混合割合の変更によって容易に
制御できる。この燃焼温度は、概ね1200℃から21
00℃の範囲に保つのが望ましく、この範囲内であれば
制御手段によらず前述の作用に基づく効果が得られるこ
とを確認した。1200℃未満では二次での反応が充分
に進行せず、2100℃超では燃焼制御や耐火物に問題
が生じ、いずれも望ましい効果は得られない。
【0018】一次燃焼室の燃焼温度が、2100℃より
も高くなる時には、酸素比を低下させる制御が即効性が
ある。酸素もしくは空気使用量の減少あるいは酸素含有
ガス中の酸素濃度を低下させることによって燃焼温度の
低下をはかる。しかし、かかる操作は緊急時に即効的な
効果を発揮するが、基本的には酸素不足燃焼となるため
に長期的には好ましくない。このため、通常はその後
に、燃焼室温度に注意を払いつつ酸素量の低下にともな
い燃料ガスAの量を徐々に低下させ、その分燃料ガスB
の量を徐々に増やす操作を行う。この操作により、酸素
比をほぼ一定にたもちつつ一次燃焼室の燃焼負荷が低下
でき2100℃以下に燃焼温度を保つことができる。以
上、一次燃焼室の燃焼温度が、2100℃超となる場合
の制御につき述べたが、1200℃未満の場合について
も同様の考え方で、酸素比を上昇させるため、酸素ある
いは空気使用量の増加あるいは酸素含有ガス中の酸素濃
度を増加させることによって燃焼温度の上昇をはかる。
【0019】一次燃焼に際しては、燃料ガスの70〜9
5%を21〜100%の酸素を含むガスで燃焼させるこ
とが好ましい。ここで、燃料ガスが70%未満では酸化
度が高く燃焼温度が2100℃を越え、95%超ではス
スが発生するため好ましくない。燃焼温度の調節は空気
に純酸素を混合して行えるため、酸素の含有量は21〜
100%であることが好ましい。
【0020】
【実施例】図1は、本発明に基づく還元性ガス発生装置
フローの概要を示す図である。燃料ガス1は1aと1b
とに分岐される。燃料ガス1aは、ガス発生炉19内の
一次燃焼室20に突き出されたバーナー10の先端で酸
素2や空気3と混合し一次燃焼ガスが発生した。残りの
燃料ガス1bは分岐後に二次燃焼室21にノズル11を
介して直接供給され、反応後に最終的な還元性ガス5を
得た。なお、一次燃焼室20、二次燃焼室21、還元性
ガス5の温度はそれぞれ熱電対15a,15b,15c
で測定、監視するとともに、その結果を踏まえ各燃料ガ
ス、空気、酸素の流量を流量調節計9にて制御した。
【0021】以下に本発明と従来法の操業結果の比較例
を示す。ここに従来法とは、燃料ガスを分岐せずに、全
量酸素と混合して部分燃焼させた場合をいう。燃料ガス
にはコークス炉ガス単味もしくはLPGとコークス炉ガ
スとの混合ガスを使用した。コークス炉ガス単味の場合
を実施例1、LPGとコークス炉ガスとを1:7に混合
したガスを使用した場合を実施例2に示す。使用したコ
ークス炉ガスとLPGの組成を表1に示す。
【0022】いずれの例においても従来法と比べて本発
明による場合は、最終的な還元性ガス中のススの濃度と
残留する炭化水素の濃度は低い。
【0023】
【表1】
【0024】
【発明の効果】部分燃焼法により還元性ガスを製造する
際に本発明を適用すると、酸化度を上昇させることなく
ススの発生と炭化水素の残留を減少することができる。
また、ススにより配管やバーナーを詰まらせ異常燃焼の
をきたす事のない高品位のガスが製造でき、一定の燃料
ガス量であっても還元能力の高いガスが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施される還元性ガス発生炉の代表的
なフロー図。
【符号の説明】
1,1a,1b…燃料ガス、 2…酸素、3…空
気、 5…還元性ガス、9…流
量調節計、 10…バーナー、11…
ノズル、 15a,15b,15c
…熱電対 19…ガス発生炉、 20…一次燃焼
室、21…二次燃焼室。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大塚 一 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水素と炭化水素とを含む燃料ガスを部分
    燃焼させ還元性ガスを製造する方法において、燃料ガス
    の一部を、酸素を21〜100%含むガスにより燃焼さ
    せ二酸化炭素、水蒸気を含む燃焼ガスを得た後、その燃
    焼ガスと残りの燃料ガスとを混合反応させて一酸化炭素
    および水素を含む還元性ガスを得ることを特徴とする還
    元性ガスの製造方法。
  2. 【請求項2】 燃料ガスの70〜95%を、酸素を21
    〜100%含むガスにより燃焼させ二酸化炭素、水蒸気
    を含み温度が1200〜2100℃の燃焼ガスを得るこ
    とを特徴とする請求項1記載の還元性ガスの製造方法。
JP6925194A 1994-04-07 1994-04-07 還元性ガス製造方法 Pending JPH07277701A (ja)

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JP6925194A JPH07277701A (ja) 1994-04-07 1994-04-07 還元性ガス製造方法

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005330116A (ja) * 2004-05-18 2005-12-02 Kangen Yoyu Gijutsu Kenkyusho:Kk カーボン微粒子の製造方法及び製造装置
JP2005330117A (ja) * 2004-05-18 2005-12-02 Kangen Yoyu Gijutsu Kenkyusho:Kk カーボン微粒子の製造方法及び製造装置
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JP2013544960A (ja) * 2010-09-29 2013-12-19 ダニエリ アンド シー.オフィス メカニケ エスピーエー 水素および一酸化炭素を含有した還元ガスを供給源として用いて直接還元鉄を製造する方法並びに装置
JP2014514460A (ja) * 2011-05-13 2014-06-19 ミドレックス テクノロジーズ,インコーポレイテッド コークス炉ガス及び酸素製鋼炉ガスを用いて酸化鉄を金属鉄に還元するシステム及び方法

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Effective date: 20001205