JPS5919965B2 - 還元鉄及び燃料ガスを同時に製造する鉄鉱石の流動還元法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、熱媒体粒子と還元ガスとを循環使用したうえ
、更に石炭を還元剤として直接使用する鉄鉱石の流動還
元法によって還元鉄を製造するに際しで、同時に燃料ガ
スをも製造する方法に関する。

還元反応塔に鉄鉱石と石炭を直接導入する流動化還元法
においては、鉄鉱石と石炭の直接接触による還元反応が
吸熱反応であること、また比較的高温（８５０℃以上）
を維持しなければ、還元。

反応が遅滞することから、還元反応塔に有効な熱の供給
法を考察する必要がある。

この問題に対し、一つの解決策（」、還元反応塔となら
べて、燃焼反応塔を設置し、燃焼反応塔には石炭、酸素
、スチームを供給して、燃焼、ガス化反応を行なわしめ
、高温に加熱された石炭、コークス粒子、すなわち熱媒
体粒子を還元反応塔に流動移送して、所定の熱量を供給
した後、燃焼反応塔に戻し、加熱して、再び還元反応塔
に供給するように、熱媒体粒子を循環する方法がある。

また同時に還元反応塔より発生するガスおよび燃焼反応
塔より発生するガスを精製したのち、加熱して再び高温
還元ガ以として還元反応塔に供給するように１発生ガス
を循環使用して還元反応塔に対する熱及び還元ガス供給
の１部とする方法も行なわれでいる。

上記還元反応塔より発生するガスおよび燃焼反応塔より
発生するガスは、還元ガ及として還元反応塔に対して循
環使用できる一方、水素、一酸化炭素、炭化水素ガスを
含有し、およそ２０００〜３５００Ｋｃａｌ／Ｎｍ”の
発熱量を有する中カロリーガスとして、きわめで付加価
値の高いガ及である。

また１石炭を直接利用する鉄鉱石の還元においては、部
分還元された鉄鉱石は、石炭のガス化にきわめて触媒的
な機能を有し、石炭ガス化が効率的に進行する。

そこで１本発明においでは、還元鉄製造の他。

積極的に石炭のガス化による燃料ガス製造法としての面
を評価する。

すなわち、石炭を原料として。流動還元する際に石炭ガ
ス化によって発生するガスは、還元性雰囲気下にあるた
め１石炭中の硫黄が主として硫化水素となって２す、容
易に脱硫などのガス清浄が可能であり、きわめてクリー
ンな燃料ガスとなる。

したがって、大気汚染などの面で利用のむずかしい石炭
について、本発明を適用すれば、還元鉄製造とともに、
燃料ガスを効率的ｔこ製造することができる。

しかして所定の性質を満足する還元鉄を製造するととも
に、所定の発熱量を満足する燃料ガスを製造するように
、燃料ガス製造量と循環ガスを利用する還元鉄製造量を
適宜側脚することは、操業上極めて難しい。

そこで本発明では、還元鉄と燃料ガ及製造量をそれぞれ
任意に側脚するための簡便な手段としで、還元反応塔と
燃焼反応塔にそれぞれ供給する石炭の量を調節すること
を創案した。

以下本発明を図面ｔこよって説明する。

第１図は、熱媒体粒子循環法による鉄鉱石の流動化還元
ならびに石炭のガス化による燃料ガス製造を実施するの
に使用する流動還元装置である。

本装置は、主として還元反応塔１と燃焼反応塔２で構成
され、鉄鉱石は前記還元反応塔１内に図示しない供給機
を介して、供給口３から導入し。

石炭は供給口４から導入する。

還元反応塔１と燃焼反応塔２との間（」、連絡管９を介
して連絡しており、燃焼反応塔２内で生成する熱媒体粒
子を連絡管９を通じて還元反応塔１内に流動移送し、所
要の熱量を付与するとともに、流動化還元ならびに石炭
のガス化を行なわせるものである。

また還元反応塔１内には、ガス供給口５を通じて、装置
の発生ガスの一部を精製した循環ガスを供給し、この循
環ガスによって、前記鉄鉱石と熱媒体粒子を流動化させ
、還元反応終了後生成する還元鉄粒子を還元反応塔１の
下部排出口８から排出させる一方、熱媒体粒子の方は、
連絡管１０およびサイクロン１１を経て燃焼反応塔２内
に流動移送させる。

一方、前記燃焼反応塔２内には、供給ロアを介して熱媒
体粒子となる石炭を図示していない供給機を経て供給す
る。

また燃焼反応塔２内には、供給口６を通じて、酸素また
］１酸素を含むガスを供給する。

必要によっては、流動化ガスとして循環ガスの一部やス
チームを供給しても良い。

燃焼残渣（灰分）は燃焼反応塔２の排出口１２より排出
する。

このように熱媒体粒子を前記２塔間で流動移送して循環
させながら還元反応塔１においで高温（８５０℃以上）
の流動層を形成させ、鉄鉱石を還元しながら、石炭をガ
ス化して燃料ガスを製造し、また燃焼反応塔２においで
、熱媒体粒子を加熱しながら石炭と酸素を反応させで、
燃料ガスを製造する。

上述した流動還元ならびに石炭ガス化反応によって、還
元反応塔１の塔頂に生成したガスは、連絡管１０．サイ
クロン１１を経由して、燃焼反応塔２の上部で、燃焼反
応塔頂ガスと合流し、塔頂排出口１３より排出され、脱
硫装置などを含むガス清浄器１４．冷却清浄器１５を通
って、洗浄冷； 却される。

洗浄された排ガスは、次いで部分されてその１部は、還
元能力を有する水素、一酸化炭素などのガスを有効に利
用するため１．ガス昇圧機１６で昇圧した後、必要に応
じて、シフトコンバータ１７゜脱水、脱炭酸ガス装置１
８を経て水素などの含有率の高い循環ガスに転換した後
、８５０℃以上の高温に加熱するため、循環ガス加熱器
１９に導入した後、主として還元反応塔１に供給口５を
通じて導入する。

なお循環ガス加熱器用ガスは、塔頂発生ガスの一部を使
用しでも良い。

既述のとおり、本発明において特徴とする点は、有効な
ガス成分を有する発生ガスの使用形態とその制御性にあ
る。

すなわち、循環ガス用に使用する以外の塔頂発生ガスは
、図示のとおり２０００〜３５００ Ｋｃ ａｌ／Ｎｍ
”の中カロリー燃料ガスとして系外に取り出して他の加
熱プロセスに利用する。

もちろん、必要に応じて本燃料ガスをガス変成器２０な
どを用いて、処理すれば、合成天然ガス（メタンリッチ
ガス）に転換して増熱することも可能である。

次に本発明において、還元鉄の製造量と燃料ガス製造量
を適宜側脚することについで説明する。

一般に還元鉄製造プラントは、製造された還元鉄を溶解
精錬するプロセスや造塊圧延プロセスなどと複合された
システムの一部として使用されるケースが、熱の有効利
用などの面から圧倒的に有利である。

そのようなケースでは、還元鉄製造以後のプロセスに２
いて加熱工程などの工程が必らず含まれでおり、本発明
により還元鉄製造と同時に製造される燃料ガスは、加熱
工程などｌこきわめて有効に利用できる。

このような燃料ガスと比較して、直接、石炭を燃焼させ
るケースで］ハ、燃焼機が複雑になるとともｔこ、脱硫
、脱硝、ダスト処理などの付帯設備が多くなり不都合な
点が多い。

さて還元鉄製造以後の工程で使用される燃料ガスは、一
般的な使用条件として２０００Ｋ ｃ ａ ｌ／Ｎｍ”
以上の発熱量を有することが望ましく、また。

６００ Ｎｍ３／ を−還元鉄以上が望ましい。

すなわち、取出量が極小であれば燃料ガス製造としての
意義が小さく、還元鉄以降の工程で約１００〜１２０万
Ｋ ｃ ａ ｌ ／ ｔ の熱量が一つの基準値である
と考え、６０ＯＮＴｒＬ３／ｌを下限値とした。

また、 １００ ＯＮｍ３／ を−還元鉄以上の燃料
ガスを製造することは、還元反応塔において所定の品質
（還元率７０〜９５％程度）を確保するように還元鉄を
製造する上で好ましくない。

そこで本発明においては、還元率７０〜９５畳程度の品
質を満足するような還元鉄を製造するとともｌこ、発熱
量を２０００ Ｋｃａｌ／Ｎｍ３以上とする燃料ガスを
同時に製造する条件の下に、還元鉄を当りの燃料ガスの
製造量を６００〜１０１００ＯＮ／を一還元鉄に側脚す
る方法を以上のとおりの石炭供給量の調節によって行な
うのである。

すなわち、還元鉄童画たり製造される燃料ガス量をＸ（
Ｎｍ３／を一還元鉄）とし、供給される石炭量のうち、
還元反応塔に供給される石炭量の割合Ｙとすると、第２
図に示すごとく６００≦Ｘ≦１０００ １．２５Ｘ１０
’Ｘ十０．２７５≦Ｙ≦１．２５ Ｘ １０ ’Ｘ＋０
．４７５を′満たす範囲内で、還元反応塔及び燃焼反応
塔にそれぞれ供給する石炭の量を調節するのである。

ここで第２図は、所定の品質を有する還元鉄と所定の性
質を有する燃料ガスとを同時に製造することについて、
ＸとＹとの関係を図表にて示したものである。

しかして、還元装置発生ガスの一部を２０００Ｋ ｃ
ａ ｌ ／Ｎ ７７１３以上の燃料ガスとしで、取り出
した上で、還元反応塔における所定の品質の還元鉄を製
造するためには、鉄鉱石供給量１石炭供給量。

循環ガス量など多くの操作変数を適切に選定する必要が
あり、運転操作上、極めて複雑で、その調節がむずかし
く、ややもすると不適商な還元鉄や燃料ガスを製造せざ
るを得ない場面に遭遇する。

たとえば第２図においで、Δ印の点のごとき箇所で操業
を行なうと製造・される還元鉄の還元率が低下して不都
合であり、Ｘ印の点のごとき箇所で操業を行なうと製造
される燃料ガスの発熱量が低下して、一般的に使用する
燃料ガスとしでは、極めて不都合である。

そこで、上記ｌこ示した関係を用いで、発生ガスの成分
などを検知しつつ微調整を図中の範囲内で行なえば、容
易ｔこ所期の目的を達成することが可能である。

すなわち、還元鉄製造量に対して、燃料ガス製造量を定
め、第２図に従かい石炭供給比率Ｙを図中、中央値に設
定する。

使用する石炭の品質、鉱石の品質、還元反応塔温度〜燃
焼反応塔温度などを要因とする還元反応塔塔頂ガス組成
、燃焼反応塔塔頂ガス組成、還元率などを考慮しながら
、図中斜線部分内で微調節する。

実施例 図面に示したような還元装置によって１本発明方法ｌコ
よる流動化還元と燃料ガス同時製造の試験を行なった。

以下にその際の製造条件と試験の結果を示す。

■、鉄鉱石 銘 柄 ＭＢＲ鉱石ＴＦｅ
６５ ％ 品位（Ｆｅ００．６％ 脈石 ２．４％ 粒 径 ２ｍｍ以下 供給量 １．１５ ｔ／ｈｒ２、石炭 銘 柄 ワークワース炭 （Ｆ、Ｃ，５８％ 品位 ｖ、Ｍ、３６％ 脈石 ７％ 粒 径 １朋以下 還元反応塔への供給量 ０．２８９ ｔ／ｈｒ燃
焼反応塔への供給量 ０．２２４ ｔ／ｈｒ還元
反応塔への供給量 ５６％ 供給鉄鉱石量１こ対する石炭の供給量 ０．４５ ｔ／ ｔ ３、酸素 燃焼反応塔への酸素供給量 ２６９Ｎｍ３／ｈｒ４、還
元装置塔頂発生ガス 排出量 １３５ ＯＮｍ３／ｈｒ 組 成 Ｈ２： ３７％ Ｈ２０：１０％ ＣＯ：３４％ ＣＯ２：１６係 ＣＨ４など＝ ３係 温 度 ９５０℃ ５、循環ガス 還元反応塔への循環ガス供給量 ５２１ Ｎｍ３／ｈ ｒ 循環ガス温度 ９５０°Ｃ ガス組成 Ｈ２：９６％ ＣＯ２： １％ ＣＨ４：３％ ６、還元装置の操作温度 還元反応塔 ９２０℃ 燃焼反応塔 １０１０℃ ７、還元鉄′ 製造量 ０．７９２ ｔ／ｈｒ 還元率 ９１％ 粒 径 ２韮以下 ８、燃料ガス 製造量 ６８ＯＮ７７２３／ｈｒ ガス組成 Ｈ２：４１％ ＣΩ ：３７％ Ｃ０２：１８％ ＣＨ４：４％ 発熱量 ２５１０Ｋｃａｌ／／′Ｎｍ３ 燃料ガス製造量／還元鉄製造量 ８５ＯＮｍ３／を 本発明の効果を集約すると次のようになる。

■）貴重な化石燃料資源である石炭や高価な酸素を利用
して還元鉄を製造するシステムにおいで。

流動化還元装置からの発生ガスの有効利用として、発生
ガスを還元能力を必要とする循環ガスとして系内で利用
する一方、２０００〜３５００Ｋ ｃ ａ Ｉ ／Ｎ
ｍ”の中カロリー燃料ガスとしで、系外における加熱プ
ロセスに使用することができる。

２）石炭中の硫黄など大気放散されると有害な成分につ
いては、流動化還元装置で１１脱硫され易い硫化水素の
形態となっており１発生ガスの清浄装置で、容易に除く
ことができるので大気汚染などの弊害の少ない燃料ガス
あるいは還元鉄製造に硫黄の少ない循環ガスが製造可能
である。

３）一般に還元鉄製造プラントは、製造された還元鉄を
溶解精錬するプロセスや造塊・圧延プロセスなどと複合
されたシステムの一部として使用される事例が、熱の有
効利用などの面から圧倒的に多い。

そのような事例では、還元鉄製造以後のプロセスにおい
て加熱などの工程が必らず含まれでいる。

そこで本発明によれば、還元鉄製造とともＩこ、清浄Ｉ
こされているため使用し易く、発熱量の高い燃料ガスの
製造が可能であるから、上記のシステムに対しで１本発
明の価値は極めて大きい。

４）所定の品質を確保しつつ、還元鉄製造量と燃料ガス
製造量を制御することは、極めで難しい運転操作であっ
たが、還元反応塔と燃料反応塔に供給する石炭量を調節
することによって、その制御を所期の設定値に対して容
易に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の方法を実施するために使用する流動
化還元装置の１例を示す縦断面及び上記還元装置で発生
するガスの利用方式を示す概略図である。 １・・・・・・還元反応塔、２・・・・・・燃焼反応塔
、３・・・・・・鉄鉱石供給口、４・・・・・・石炭供
給口、５・・・・・・循環ガス供給口、６・・・・・・
酸素、水蒸気供給口、７・・・・・・石炭供給口、８・
・・・・・還元鉄排出口、９，１０・・・−・・連絡管
、１１・・・・・・サイクロン、１２・・・・・・燃焼
残渣排出口、１３・・・・・・発生ガス排出口、１４・
・・・・・ガス清浄器、１５冷却清浄器、１６・・・・
・・ガス昇圧機、１７・・・・・・シフトコンバータ、
１８・・・・・・脱水、、 脱炭酸ガス装置、１９・・
・・・・循環ガス加熱器、２０・・・・・・ガス変成器
。 第２図（１、所定の品質を満足する還元鉄と同時に所定
の性質を満足する燃料ガスを製造することについて、Ｘ
（還元鉄製造量を当りの燃料ガス製造量Ｎ ｍ３ ）と
Ｙ（全石炭供給量を当りの還元反応塔へ供給する石炭量
ｔ）との関係を示す図表である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 還元反応塔に鉄鉱石と石炭及び加熱された還元ガス
   とを供給するとともに、燃焼反応塔には。 石炭、コークスなどの炭材及び酸素または酸素含有ガス
   、必要に応じ更１こ水蒸気を供給して炭材を燃焼させて
   炭材からなる流動、熱媒体粒子を生成させ、この熱媒体
   粒子を還元反応塔と燃焼反応塔との間に設けた連絡管を
   介して、両反応塔に循環させることにより、前記還元反
   応塔内で鉄鉱石の流動還元を行なう方法において、還元
   反応塔及び燃焼反応塔のそれぞれで発生するガスを合流
   して取出し、取出した発生ガスの１部を還元反応塔へ還
   元ガスとして供給するようｔこして、この１部発生ガス
   を系内に循環させるとともに、残部の発生ガスを燃料ガ
   スとして系外１こ送給するに当り、還元反応塔、燃焼反
   応塔のそれぞれへの石炭供給量を、下記の式（１）およ
   び（２）を満足するよう調節して、製造される還元鉄及
   び燃料ガス両者の量を制御することを特徴とする。 熱媒体粒子及び還元ガスの循環並びに石炭により鉄鉱石
   流動還元法により還元鉄と燃料ガスを同時に製造する方
   法。 ６００≦Ｘ≦１０００ ・・・・・・・・・・・・・
   ・・（１）１．２５Ｘ１０ ’Ｘ＋０．２７５≦Ｙ≦１
   ．２５Ｘ１０４Ｘ＋０．４７５
   ・・・・・・・・・・・・・・・（２）但し。 Ｘ：還元反応塔及び燃焼反応塔のそれぞれで発生するガ
   スを合流して取出した発生ガ スのうち、系外に送給する燃料ガ及の製 造される還元鉄１１当りについでの量 （Ｎｍ”／ ｔ ） Ｙ：全石炭供給量に対する還元反応塔への石炭供給量の
   比率