(57)【要約】  本発明は、熱風炉（Ｈｏｔ  Ｓｔｏｖｅ）の蓄熱室に貯蔵された熱エネルギー、及び外部から供給されたメタンガスの燃焼熱を用いて、溶鉱炉（高炉、Ｂｌａｓｔ  Ｆｕｒｎａｃｅ）から排出された廃ガスから二酸化炭素を分離し、その二酸化炭素を熱風炉の蓄熱室に送って分解する技術に関する。  また、本発明は、二酸化炭素とメタンガスを熱風炉の蓄熱室に送ると、蓄熱及び燃焼熱によって二酸化炭素とメタンガスが一酸化炭素と水素ガスに分解され、分解された一酸化炭素と水素ガスを溶鉱炉に送り、鉄鉱石を還元させる還元ガスとして利用することを特徴とする。【選択図】図１
2019501103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶鉱炉から排出されたガスを分離する二酸化炭素分離装置と、
二酸化炭素をメタンガスと混合して送風する送風機と、
前記送風機から送風された混合ガスを吹き込んで一酸化炭素及び水素を生成しながら溶鉱炉に高温ガスを供給する熱風炉と、を含むことを特徴とする溶鉱炉から排出された二酸化炭素の再生装置。
【請求項２】
前記熱風炉は蓄熱室及び燃焼室を備え、二酸化炭素の分解が、蓄熱室、燃焼室、または蓄熱室及び燃焼室で行われることを特徴とする請求項１に記載の溶鉱炉から排出された二酸化炭素の再生装置。
【請求項３】
前記送風機に水蒸気及び酸素の１つ以上がさらに混合されることを特徴とする請求項１に記載の溶鉱炉から排出された二酸化炭素の再生装置。
【請求項４】
前記溶鉱炉から排出される廃熱、熱風炉で燃焼時に発生する廃熱、またはこれらの組み合わせを用いて、二酸化炭素とメタンガスを予熱する予熱器をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の溶鉱炉から排出された二酸化炭素の再生装置。
【請求項５】
前記熱風炉に吹き込まれる二酸化炭素とメタンガスの流量は、それぞれ３０〜７０％と７０〜３０％であることを特徴とする請求項１に記載の溶鉱炉から排出された二酸化炭素の再生装置。
【請求項６】
溶鉱炉から排出されたガスから二酸化炭素を分離させる段階と、
二酸化炭素をメタンガスと混合して熱風炉に送風させる段階と、
送風機から送風された混合ガスを前記熱風炉に吹き込んで一酸化炭素及び水素を生成させる段階と、
生成された一酸化炭素及び水素を前記溶鉱炉に供給する段階と、を含むことを特徴とする溶鉱炉から排出された二酸化炭素の再生方法。
【請求項７】
前記熱風炉は蓄熱室及び燃焼室を備え、二酸化炭素の分解が、蓄熱室、燃焼室、または蓄熱室及び燃焼室で行われることを特徴とする請求項６に記載の溶鉱炉から排出された二酸化炭素の再生方法。
【請求項８】
前記送風機に水蒸気及び酸素の１つ以上がさらに混合されることを特徴とする請求項６に記載の溶鉱炉から排出された二酸化炭素の再生方法。
【請求項９】
前記溶鉱炉から排出される廃熱、前記熱風炉で燃焼時に発生する廃熱、またはこれらの組み合わせを用いて二酸化炭素とメタンガスを予熱する段階をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の溶鉱炉から排出された二酸化炭素の再生方法。
【請求項１０】
前記熱風炉に吹き込まれる二酸化炭素とメタンガスの流量は、それぞれ３０〜７０％と７０〜３０％であることを特徴とする請求項６に記載の溶鉱炉から排出された二酸化炭素の再生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鉱石から溶銑（Ｍｏｌｔｅｎ  Ｓｔｅｅｌ）を生産する過程で大量に発生する二酸化炭素を分解して、さらにリサイクル（Ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ）する技術に関する。
具体的に本発明は、溶鉱炉（Ｂｌａｓｔ  Ｆｕｒｎａｃｅ）から排出される廃ガスから二酸化炭素を分離して、それをメタンガスとともに熱風炉の蓄熱室に送り、蓄熱及び発熱エネルギーを用いて一酸化炭素と水素に分解させた後、それを溶鉱炉内で鉄鉱石を還元させる還元ガスとしてリサイクルする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、通常の溶鉱炉１を用いて溶銑（Ｍｏｌｔｅｎ  Ｉｒｏｎ）を生産する一般的な構造を示すものであって、鉄鋼工程で生産されるメタンガスを主成分とする副生ガスであるＢＦＧ（Ｂｌａｓｔ  Ｆｕｒｎａｃｅ  Ｇａｓ）とＣＯＧ（Ｃｏｋｅ  Ｏｖｅｎ  Ｇａｓ）を、熱風炉の燃焼室３で燃焼した熱源を用いて蓄熱室２の内部の耐火煉瓦に蓄熱する。蓄熱完了後、送風機６によって蓄熱室に空気を送り、約１２５０℃に昇温させてから溶鉱炉１に送風することで、溶鉱炉の熱源として用いられる。
【０００３】
通常、溶鉱炉から排出される二酸化炭素としては、１．０トンの溶銑（Ｍｏｌｔｅｎ  Ｉｒｏｎ）を生産する度に約２．０トンの二酸化炭素が発生する。鉄鋼工程で生産される二酸化炭素の約８０％が製銑工程（Ｉｒｏｎ  Ｍａｋｉｎｇ  Ｐｒｏｃｅｓｓ）で生成されており、これが地球温暖化の主な原因となるため、全世界の鉄鋼社では二酸化炭素の問題を解決するために様々な方法を用いている。
その代表的な技術として、図２に、欧州連合においてなされた鉄鋼工程で発生する二酸化炭素の問題を解決するために、二酸化炭素分離装置８によって分離された二酸化炭素リッチガス９を輸送して廃鉱や深海中の二酸化炭素貯留所１０に貯留する構成を示した。またこれは、二酸化炭素分離装置８から一酸化炭素と廃熱をさらに溶鉱炉に管１２を介して送風する熱効率向上技術でもある（欧州連合支援技術）。
【０００４】
この技術には、二酸化炭素を移送して埋却するのに多くのコストが必要となるだけでなく、腐食性が強い二酸化炭素の移送に必要な高価の鋼材を用いなければならないという問題がある。
近年、このような問題を解決するために様々な方法が複数提案されている。下記特許文献１では、太陽光及び風力などの再生エネルギーを用いて二酸化炭素を分解してリサイクルしており、特許文献２〜６では、主に、廃熱をリサイクルしたり、廃ガスを熱風炉でリサイクルすることで熱効率を向上させる技術が提案されている。
しかし、上記のような方法は、熱風炉の蓄熱室に貯蔵された蓄熱とメタンガスの発熱エネルギーを用いて二酸化炭素を分解する技術に関するものではなく、地球温暖化の主な原因である二酸化炭素の問題を解決するための技術ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１４−０１３０６３９号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１４−００４７８１８号明細書
【特許文献３】中国特許出願公開第１０３３８０２１６号明細書
【特許文献４】欧州特許出願公開第２３５０３２４号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２０１２−０２１４１１６号明細書
【特許文献６】欧州特許出願公開第００３２５２３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであって、溶鉱炉（高炉、Ｂｌａｓｔ  Ｆｕｒｎａｃｅ）から排出された廃ガスから分離された二酸化炭素を熱風炉（Ｈｏｔ  Ｓｔｏｖｅ）の蓄熱室に送り、熱風炉の蓄熱室に貯蔵された熱エネルギー及び外部から供給されたメタンガスの燃焼熱を用いてそれを分解する技術を提供する。
また、本発明は、二酸化炭素とメタンガスを熱風炉の蓄熱室に送ると、蓄熱及び燃焼熱によって二酸化炭素とメタンガスが一酸化炭素と水素ガスに分解され、分解された一酸化炭素と水素ガスをさらに溶鉱炉に送ることで、鉄鉱石を還元する還元ガスとしての役割を果たす技術を提供する。
本発明は、単純に分離された二酸化炭素とメタンガスを熱風炉の蓄熱室に送って蓄熱及び燃焼熱を用いて二酸化炭素を分解しリサイクルする技術にとどまらず、分解効率を高めるために、溶鉱炉と熱風炉で蓄熱時に発生する廃ガスを用いて二酸化炭素とメタンガスを予熱するとともに、メタンガスに加えて、鉄鋼工程で多く発生する水蒸気や酸素を添加することを含む技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
従来の問題を解決するためになされた本発明は、熱風炉（Ｈｏｔ  Ｓｔｏｖｅ）の蓄熱室に貯蔵された熱エネルギー、及び外部から供給されたメタンガスの燃焼熱を用いて、溶鉱炉（高炉、Ｂｌａｓｔ  Ｆｕｒｎａｃｅ）から排出された廃ガスから分離された二酸化炭素を熱風炉の蓄熱室に送って分解することを特徴とする。
【０００８】
通常、蓄熱室での蓄熱においては、燃焼ガスを燃焼室で燃焼して発生させた熱を用いて蓄熱を行い、蓄熱が完了すると、反対方向から空気を取り入れて約１２５０℃に昇温して溶鉱炉の熱源として用いている。本発明は、蓄熱が完了した後に吹き込む空気に代わり、二酸化炭素とメタンガスを熱風炉の蓄熱室に送ることができる。
蓄熱室の蓄熱が完了した後、二酸化炭素とメタンガスの流量はそれぞれ、３０〜７０％と７０〜３０％を維持することが好ましく、反応効率を最も高くするためには、二酸化炭素とメタンガスの流量をそれぞれ、５０％と５０％とすることがよい。尚、滞留時間は反応を促進するために、既存の空気を送風する時と同一の水準を維持することが好ましい。
【０００９】
また、本発明は、二酸化炭素とメタンガスを熱風炉の蓄熱室に送ると、蓄熱及び燃焼熱によって二酸化炭素とメタンガスが一酸化炭素と水素ガスに分解され、分解された一酸化炭素と水素ガスをさらに溶鉱炉に送ることで、鉄鉱石を還元する還元ガスとしてリサイクルすることが好ましい。
したがって、本発明は、究極的に、熱風炉の蓄熱室に貯蔵された夥しい量の蓄熱（Ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｅｎｅｒｇｙ）及びメタンガスの燃焼熱を用いて、溶鉱炉で発生する二酸化炭素を一酸化炭素（ＣＯ）と水素（Ｈ２）に分解した後、それを溶鉱炉にさらに送風するものである。溶鉱炉内に送風された一酸化炭素と水素は、鉄鉱石（Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４）中の酸素と反応して鉄（Ｆｅ）を作る還元ガス（Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  Ｇａｓ）として働くため、本発明は、二酸化炭素の分解と、溶鉱炉で必要な還元ガスを生産するという２つの効果を奏することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、本発明は、溶鉱炉から大量に排出される、地球温暖化の主な原因である二酸化炭素を分解することで、二酸化炭素の問題を低減することができるだけでなく、分解された一酸化炭素と水素が、溶鉱炉で熱源及び鉄鉱石を還元させる還元ガスとしての役割を同時に行うという効果がある。
また、従来の溶銑工程の設備及び熱源を活用して二酸化炭素を分解することができるという点において、経済的に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】通常の溶鉱炉を用いて溶銑（Ｍｏｌｔｅｎ  Ｉｒｏｎ）を生産する一般的な構造を示す。
【図２】欧州連合において、鉄鋼工程で発生する二酸化炭素の問題を解決するためになされた二酸化炭素分離装置を用いる構造を示す。
【図３】本発明による熱風炉の蓄熱室を用いる構造を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の一実施形態によると、熱風炉の蓄熱室２での蓄熱完了後、二酸化炭素分離装置８で分離された二酸化炭素とメタンガスを送風機６によって熱風炉の蓄熱室２に送風し、蓄熱室内で二酸化炭素を分解することで、溶鉱炉で必要な還元ガスが生産される。
【００１３】
以下、添付図面を基にして本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形可能であり、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されるものではない。
また、本発明の実施形態を説明するにあたり、同一の構成に対しては同一の名称及び符号が用い、これによって重複する付加的な説明は省略する。以下で参照する図面では、縮尺比が正確ではない。
【００１４】
図３は、本発明による技術を説明するための図である。熱風炉の蓄熱室２での蓄熱完了後、二酸化炭素分離装置８で分離された二酸化炭素とメタンガス、または二酸化炭素、メタンガス、及び水蒸気、または二酸化炭素、メタンガス、及び酸素を送風機６によって熱風炉の蓄熱室２に送風する。
【００１５】
ここでは、理解を容易にするために、簡単に二酸化炭素とメタンガスを挙げて説明する。二酸化炭素とメタンガスが熱風炉の蓄熱室で反応する反応式を示すと、次のとおりである。
ＣＨ４＋ＣＯ２→２ＣＯ＋２Ｈ２
ＣＯ２→ＣＯ＋０．５Ｏ２−２．９ｅＶ／ｍｏｌ
ここで、二酸化炭素（ＣＯ２）を一酸化炭素（ＣＯ）と０．５Ｏ２に分解するためには、外部からの熱を必要とする吸熱反応である。溶鉱炉で必要なガス量を満たすために、ＣＯ２のみを供給し、熱風炉の蓄熱室に貯蔵された熱源のみを用いてＣＯ２を分解する場合には、その分解効率は約１０．８％にしか満たない。蓄熱室に貯蔵された蓄熱だけでは、二酸化炭素を十分に分解することができないだけでなく、溶鉱炉で必要な１２５０℃への昇温も不可能である。
したがって、熱風炉の蓄熱室に貯蔵された蓄熱に加えて追加の熱源を生成するために、二酸化炭素にメタンガスを混合して熱風炉の蓄熱室に送ると、約８６．２％の効率を示すだけでなく、分解された一酸化炭素と水素は、溶鉱炉で必要な温度である１２５０℃に昇温される。
【００１６】
本発明の上記の内容をまとめると、次の表１のとおりである。この表１より、提案１が最も高い効率を示すことが分かる。
【表１】
2019501103.tif 000003
【００１７】
上記表１には記載していないが、二酸化炭素とメタンガスに、酸素または水蒸気、または酸素と水蒸気を混合して用いることができる。
そして、効率を向上させるために、溶鉱炉１から排出される廃熱、及び燃焼時に熱風炉で発生する廃熱を用いて二酸化炭素とメタンガスを予熱することで、効率を高めることができる。予熱器の構成としては、蓄熱時に熱風炉で発生する廃熱を熱交換器に通過させて加熱した後、そこを二酸化炭素とメタンガスが通過することで予熱されるようにすることが経済的である。
一方、熱風炉の蓄熱室２で二酸化炭素を分解するために蓄熱を用いる際に、燃焼熱をともに用いることもできる。また、さらに他の実施形態として、メタンと二酸化炭素の混合ガスを燃焼室に導入して二酸化炭素を分解することもできる。
【００１８】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲がこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で様々な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有する者には自明であろう。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明の実施形態によると、本発明は、溶鉱炉から大量に排出される、地球温暖化の主な原因である二酸化炭素を分解することで二酸化炭素の問題を低減することができるだけでなく、分解された一酸化炭素と水素が、溶鉱炉で鉄鉱石を還元させる還元ガスとしての役割を同時に行うという効果がある。したがって、本発明は、鉄鋼工程、特に製銑工程（Ｉｒｏｎ  Ｍａｋｉｎｇ  Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）において二酸化炭素の問題を解決する技術として、その活用価値が高い。
【符号の説明】
【００２０】
１  溶鉱炉（Ｂｌａｓｔ  Ｆｕｒｎａｃｅ：ＢＦ）
２  （熱風炉の）蓄熱室（Ｈｅａｔ  Ａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ  ｏｆ  Ｈｏｔ  Ｓｔｏｖｅ）
３  （熱風炉の）燃焼室（Ｆｕｒｎａｃｅ  ｏｆ  Ｈｏｔ  Ｓｔｏｖｅ）
４  コークス炉ガスホルダー（ＣＯＧ  Ｈｏｌｄｅｒ）
５  溶鉱炉ガスホルダー（ＢＦＧ  Ｈｏｌｄｅｒ）
６  送風機（Ｂｌｏｗｅｒ）
７  送風用管
８  二酸化炭素分離装置
９  二酸化炭素リッチガス
１０  二酸化炭素貯蔵所
１１  加熱装置（Ｈｅａｔｅｒ）
１２  管
１３  二酸化炭素供給装置
１４  メタンが含まれたガスまたは酸素供給装置
【図１】
2019501103.tif 000004
【図２】
2019501103.tif 000005
【図３】
2019501103.tif 000006
【国際調査報告】
2019501103.tif 000007
2019501103.tif 000008
2019501103.tif 000009
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