(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地下に存在する石炭層に酸化剤ガスを送るための注入井と、
石炭層において、酸化剤ガスを用いて石炭のガス化が行われるガス化領域と、
石炭ガス化で生成される石炭ガスを地上に送るための生産井と、
前記石炭ガスを還元ガスに用い、酸化鉄を還元鉄に還元する還元炉と、
を備え、
前記還元炉は、前記生産井の直上又はその近傍に配置されている、還元鉄の製造システム。
【請求項２】
地下の石炭層へ酸化剤ガスを供給する工程と、
前記石炭層において、前記酸化剤ガスを用いて石炭をガス化させる工程と、
前記石炭をガス化させる工程で生成される石炭ガスを地上の還元炉へと導く工程と、
前記還元炉において、前記石炭ガスを還元ガスに用い、酸化鉄を還元鉄に還元する工程と、を備える還元鉄の製造方法。
【請求項３】
前記石炭をガス化させる工程で発生する不純物は、前記石炭層に残留し、前記石炭ガスから分離することで前記還元炉への放出が抑制される請求項２に記載の還元鉄の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は還元鉄の製造システム及び還元鉄の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉に依らない新型の製鉄法として、天然ガス又は、この天然ガスを改質した改質ガス等を用いて鉄鉱石を還元し、直接還元鉄（DRI−Direct Reduced Iron）を得る技術が知られている。【０００３】
ところで、石炭をガス化した時に発生する石炭ガスは、天然ガス又は改質ガスと同種の還元成分（ＣＯ、Ｈ２）を含む。そこで、コークス製造用の原料炭に比べて安価な一般炭をガス化炉にてガス化させ、この石炭ガスを還元ガスに用いる直接還元鉄の製造方法も提案されている（例えば、特許文献１−２等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５６−１０５４１１号公報
【特許文献２】特開２００４−１６９０７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記の従来例は、石炭ガスを還元ガスに用いて酸化鉄から還元鉄を製造する際の製造効率化については、未だ改善の余地があると考えられる。【０００６】
本発明の一態様(aspect)は、このような事情に鑑みてなされたものであり、石炭ガスを還元ガスに用いて酸化鉄から還元鉄を製造する際に、従来に比べ、還元鉄の製造の効率化を図れる還元鉄の製造システム及び還元鉄の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様の還元鉄の製造システムは、地下に存在する石炭層に酸化剤ガスを送るための注入井と、前記石炭層において、酸化剤ガスを用いて石炭のガス化が行われるガス化領域と、石炭ガス化で生成される石炭ガスを地上に送るための生産井と、前記石炭ガスを還元ガスに用い、酸化鉄を還元鉄に還元する還元炉と、を備え、前記還元炉は、前記生産井の直上又はその近傍に配置されている。【０００８】
本発明の一態様の還元鉄の製造方法は、地下の石炭層へ酸化剤ガスを供給する工程と、前記石炭層において、前記酸化剤ガスを用いて石炭をガス化させる工程と、前記石炭ガスを地上の還元炉へと導く工程と、前記還元炉において、前記石炭ガスを還元ガスに用い、酸化鉄を還元鉄に還元する工程と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一態様の還元鉄の製造システム及び還元鉄の製造方法は、石炭ガスを還元ガスに用いて酸化鉄から還元鉄を製造する際に、従来に比べ、還元鉄の製造の効率化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の実施形態の還元鉄の製造システムの一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
[本発明の実施形態を得るに至った経緯]
最近、従来の採掘方法では、技術的あるいは経済的に採掘できない石炭を地下でガス化することで、石炭資源を有効に活用し得る技術が注目されている。この石炭地下ガス化（UCG: Underground Coal Gasification）は、地下に存在する石炭層の石炭を原位置でガス化させ、水素ガス、一酸化炭素ガス等の石炭ガスを生成する技術である。具体的には、地下深く（例えば、１０００ｍ以上の深さ）の石炭層に地面から注入井を掘削し、酸化剤ガス（空気、酸素ガス等）を送る。これにより、地下の石炭層において、高温で石炭をガス化させる。石炭ガス化で生成されるガスは、生産井を通じて地上に送られる。
【００１２】
ここで、発明者は、このようなＵＣＧ技術の石炭ガスを還元ガスに用い、酸化鉄から還元鉄を製造する場合に極めて都合が良いことを見出した。
【００１３】
すなわち、本発明の第１の態様の還元鉄の製造システムは、地下に存在する石炭層に酸化剤ガスを送るための注入井と、石炭層において、酸化剤ガスを用いて石炭のガス化が行われるガス化領域と、石炭ガス化で生成される石炭ガスを地上に送るための生産井と、石炭ガスを還元ガスに用い、酸化鉄を還元鉄に還元する還元炉と、を備え、還元炉は、生産井の直上又はその近傍に配置されている。
【００１４】
かかる構成により、上記の生産井の直上又はその近傍に、酸化鉄から還元鉄を製造する還元炉を配置することで、還元鉄の製造の効率的が図れる。
【００１５】
また、本発明の第２の態様の還元鉄の製造方法は、地下の石炭層へ酸化剤ガスを供給する工程と、石炭層において、酸化剤ガスを用いて、石炭をガス化させる工程と、石炭ガスを地上の還元炉へと導く工程と、この還元炉において、石炭ガスを還元ガスに用い、酸化鉄を還元鉄に還元する工程と、を備える。
【００１６】
以上により、ＵＣＧ技術の石炭ガスを還元ガスに用い、酸化鉄から還元鉄を効率的に製造できる。
【００１７】
また、本発明の第３の態様の還元鉄の製造方法は、第２の態様の還元鉄の製造方法において、石炭ガス化で発生する不純物は、石炭層に残留し、石炭ガスから分離することで還元炉への放出が抑制される。
【００１８】
石炭ガス化で発生する不純物（例えば、ＣＯ２、硫黄成分、亜鉛成分等）は、石炭ガス化の処理過程において、地下の石炭層に残留し、石炭ガスから分離する可能性がある。よって、このような不純物を効率良く除去できると考えられる。つまり、ＵＣＧ技術では、例えば、ＣＯ２排出を抑えた石炭ガスを得ることができ、環境負荷も少ない。
【００１９】
以上により、石炭をガス化する際に、従来に比べ、石炭ガスから不純物を適切に除去し得る。例えば、石炭ガス化で発生するＣＯ２の還元炉への放出を抑制できる。よって、石炭ガス化で発生する不純物（例えば、ＣＯ２、硫黄成分、亜鉛成分等）を石炭ガスから分離する分離器（ガス浄化設備）の省略化ないし簡易化が可能になる。その結果、従来に比べ、還元鉄の製造におけるコストを低減できる。
【００２０】
以下、本発明の実施形態の具体例について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、以下の実施形態の具体例に限定されない。
［装置構成］
図１は、本発明の実施形態による還元鉄の製造方法が行われる還元鉄の製造システムの一例を示した図である。
【００２１】
図１に示すように、実施形態の還元鉄の製造システム１００は、ＵＣＧプラント１０と、地上１４の還元炉２０、分離器３０（ガス浄化設備）とを備える。
【００２２】
ＵＣＧプラント１０は、注入井１１と、地下１５の石炭層１２と、生産井１３とを備える。
【００２３】
注入井１１は、図示しない酸化剤ガス供給器から、地下１５に存在する石炭層１２に酸化剤ガスを送るための井戸である。酸化剤ガスは、石炭層１２の石炭を酸化（燃焼）できれば、どのようなガスであっても構わない。なお、本明細書において、酸化剤ガスとは、石炭を酸化（燃焼）できる成分を含むガスをいう。酸化剤ガスとして、例えば、空気、酸素ガス等を例示できる。
【００２４】
石炭層１２では、酸化剤ガス及び水が供給されると、石炭層１２の表面で酸化（燃焼）とガス化が起こる。つまり、石炭の酸化（燃焼）で熱が発生し、炭素（Ｃ）と水蒸気（Ｈ２Ｏ）とが、石炭層１２の高温のガス化領域１２Ａにおいて反応する。すると、水素（Ｈ２）、一酸化炭素（ＣＯ）等の石炭ガスが生成される。なお、石炭層１２の石炭は、高品位炭だけでなく、低品位炭（例えば、褐炭）であっても構わない。
【００２５】
また、このとき、石炭ガス化で発生する不純物（例えば、ＣＯ２、硫黄成分、亜鉛成分等）は、石炭ガス化の処理過程において、地下１５の石炭層１２に残留し、石炭ガスから分離する可能性がある。そして、石炭層１２の深さは、石炭層１２で残留させたＣＯ２ガスが、地上１４の外気に排出されない程度の深さに設定される。例えば、石炭層１２の深さは、１０００ｍ以上であっても構わない。
【００２６】
生産井１３は、石炭ガス化で生成される石炭ガスを地上１４に送るための井戸である。
【００２７】
なお、後述のとおり、本実施形態では、石炭ガスを酸化鉄の還元ガスに用いる。石炭ガスは、酸化鉄の還元ガスに用いることができれば、どのようなガスであっても構わない。石炭ガスとして、例えば、水素ガス、一酸化炭素ガス等を例示できる。
【００２８】
このようなＵＣＧ技術は、高硫黄分、高灰分の石炭、急傾斜層の石炭等、未利用の石炭資源を有効活用できるという利点がある。また、燃焼後の灰が地上１４に出ないこと、地上１４での石炭の酸化（燃焼）及びガス化に比べてＣＯ２の発生が少ないこと等、環境や地球温暖化防止の観点からも有望な技術とされている。
【００２９】
分離器３０は、適宜の配管を介して生産井１３と連結されている。これにより、生産井１３からの石炭ガスが分離器３０に流入する。そして、分離器３０は、石炭ガス化で発生する不純物（例えば、ＣＯ２、硫黄成分、亜鉛成分等）を石炭ガスから分離する。分離器３０は、石炭ガス化で発生する不純物（例えば、ＣＯ２、硫黄成分、亜鉛成分等）を石炭ガスから分離できれば、どのような構成であっても構わない。例えば、図１に示すように、生産井１３の直上又はその近傍に、分離器３０を配置してもいいし、地下１５の適所に分離器３０を配置してもいい。また、分離器３０で分離した不純物は、再利用してもいいし、地下１５に戻してもいい。なお、分離器３０の内部構成は公知である。よって、かかる構成の説明は省略する。
【００３０】
還元炉２０は、上記の石炭ガスを還元ガスに用い、酸化鉄を還元鉄に還元する。本実施形態では、還元炉２０は、生産井１３の直上又はその近傍に配置され、適宜の配管を介して分離器３０に連結されている。これにより、分離器３０からの石炭ガスが還元炉２０に流入する。なお、本明細書において、上記の近傍とは、生産井１３によって地上１４に上げられた石炭ガスが、パイプライン等によって長距離輸送されないことをいう。
【００３１】
本実施形態では、還元鉄は、例えば、塊鉄鉱石や微粉鉄鉱石から製造した酸化鉄含有原料（酸化鉄素材）を高炉に比べ低温で、還元ガスにより直接還元する製鉄法により得られる。還元炉２０は、還元ガスを用いて、酸化鉄を還元鉄に還元できれば、どのような構成であっても構わない。還元炉２０による酸化鉄のガスベース直接還元法として、例えば、ミドレックス法等を例示できる。また、上記酸化鉄素材は、高品位の鉄鉱石だけでなく、低品位の鉄鉱石（例えば、Ｆｅの占める割合が３０％程度）から製造されていても構わない。
［動作］
以下、本発明の実施形態による還元鉄の製造方法の一例について図１を参照しながら説明する。
【００３２】
まず、地下１５の石炭層１２へ酸化剤ガスを供給する。具体的には、注入井１１を用いて、図示しない地上１４の酸化剤ガス供給器から空気、酸素ガス等の酸化剤ガスが地下１５に存在する石炭層１２に供給される。
【００３３】
そして、石炭層１２において、上記の酸化剤ガスを用いて石炭層１２の石炭をガス化させる。具体的には、石炭の酸化（燃焼）で熱が発生し、炭素（Ｃ）と水蒸気（Ｈ２Ｏ）とが、石炭層１２の高温のガス化領域１２Ａにおいて反応する。すると、水素（Ｈ２）、一酸化炭素（ＣＯ）等の石炭ガスが生成される。
【００３４】
次いで、上記の石炭ガスを地上１４の分離器３０及び還元炉２０へと、この順に導く。具体的には、生産井１３を用いて、水素（Ｈ２）、一酸化炭素（ＣＯ）等の石炭ガスが、地下１５の石炭層１２から分離器３０へと導かれ、更に分離器３０から還元炉２０へと導かれる。
【００３５】
このようにして、石炭ガス化で発生する不純物（例えば、ＣＯ２、硫黄成分、亜鉛成分等）は、分離器３０を用いて、石炭ガスから分離する。なお、不純物は、石炭ガス化の処理過程において、地下１５の石炭層１２に残留し、石炭ガスから分離する可能性もある。よって、不純物を効率良く除去できる。
【００３６】
次いで、この還元炉２０において、上記の石炭ガスを還元ガスに用い、酸化鉄を還元鉄に還元する。例えば、酸化鉄含有原料には、塊鉄鉱石や微粉鉄鉱石から製造した酸化鉄素材が使用され、この酸化鉄素材が、所定の温度に加熱された還元炉２０内に供給される。一方、還元炉２０内に還元ガスを導入しているので、酸化鉄素材が還元ガスと接触して酸化鉄の還元反応が進行する。これにより、直接還元鉄（DRI−Direct Reduced Iron）のペレットが製造される。
【００３７】
なお、その後、本還元鉄ペレットは、例えば、図示しない電気炉等に送られ、溶融、不純物除去、成分調整等が行われた後、連続鋳造、圧延等を経て製鉄製品となる。
【００３８】
このようにして、本実施形態では、石炭ガスを還元ガスに用いて酸化鉄から還元鉄を製造する際に、従来に比べ、還元鉄の製造の効率化を図れる。例えば、生産井１３の直上又はその近傍に、酸化鉄から還元鉄を製造する還元炉２０を配置することで、還元鉄の製造の効率的が図れる。
【００３９】
また、石炭をガス化する際に、従来に比べ、石炭ガスから不純物（例えば、ＣＯ２、硫黄成分、亜鉛成分等）を適切に除去し得る。つまり、石炭ガス化で発生する不純物は、地下１５の石炭層１２に残留し、石炭ガスから分離する可能性がある。これにより、本実施形態では、石炭ガス化で発生するＣＯ２の分離器３０及び還元炉２０への放出を抑制できる。よって、ＣＯ２を除去する分離器３０（ガス浄化設備）の省略化ないし簡易化が可能になる。その結果、従来に比べ、還元鉄の製造におけるコストを低減できる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の一態様の還元鉄の製造システム及び還元鉄の製造方法は、石炭ガスを還元ガスに用いて酸化鉄から還元鉄を製造する際に、従来に比べ、還元鉄の製造の効率化を図れる。よって、本発明の一態様は、例えば、石炭ガスを還元ガスに用いて酸化鉄から還元鉄を製造するシステム及び方法に利用できる。
【符号の説明】
【００４１】
１０  ＵＣＧプラント
１１  注入井
１２  石炭層
１２Ａ  ガス化領域
１３  生産井
１４  地上
１５  地下
２０  還元炉
３０  分離器
１００  還元鉄の製造システム
【要約】
還元鉄の製造システム（１００）は、地下（１５）に存在する石炭層（１２）に酸化剤ガスを送るための注入井（１１）と、石炭層（１２）において、酸化剤ガスを用いて石炭のガス化が行われるガス化領域（１２Ａ）と、石炭ガス化で生成される石炭ガスを地上に送るための生産井（１３）と、石炭ガスを還元ガスに用い、酸化鉄を還元鉄に還元する還元炉（３０）と、を備え、還元炉（２０）は、生産井（１３）の直上又はその近傍に配置されている。【図１】
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