(57)【要約】【課題】高炉ガスからＣＯ２を除去分離した改質高炉ガスを製造し、製鉄所において改質高炉ガス、コークス炉ガス及び転炉ガスを有効に組合わせて利用することによりエネルギー使用効率を向上することを可能とする方法を提供する。【解決手段】低発熱量の高炉ガスからＣＯ２を除去分離したり、酸素富化送風をあわせて実施して製造した高発熱量の改質高炉ガスを、熱風炉燃料ガス、コークス炉燃料ガス、及び、発電用燃料ガスの何れか１種又は２種以上の燃料ガスとして使用している高炉ガス、コークス炉ガス、転炉ガス、及び、ＬＰＧの何れか１種又は２種以上の一部又は全部と代替することを特徴とする高炉ガスの利用方法。また、節約したコークス炉ガスの一部又は全部を、高炉羽口から吹込んで高炉における還元剤として、又は、鉄鉱石還元用の還元ガスとして利用することを特徴とする高炉ガスの利用方法。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉炉頂から排出される９００ｋｃａｌ／Ｎｍ３未満の高炉ガスからＣＯ２を除去分離して、９００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以上の改質高炉ガスを製造し、この改質高炉ガスを、熱風炉燃料ガス、コークス炉燃料ガス、及び、発電用燃料ガスの何れか１種又は２種以上の燃料ガスとして使用している９００ｋｃａｌ／Ｎｍ３未満の高炉ガス、２０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以上のコークス炉ガス、転炉ガス、及び、ＬＰＧの何れか１種又は２種以上の一部又は全部と代替することを特徴とする高炉ガスの利用方法。
【請求項２】
高炉送風用空気に酸素を加えて高炉ガス中のＮ２濃度を５０％以下に低下させるとともに、高炉ガスからＣＯ２を除去分離して１０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以上の改質高炉ガスを製造し、この改質高炉ガスを、熱風炉燃料ガス、コークス炉燃料ガス、及び、発電用燃料ガスの何れか１種又は２種以上の燃料ガスとして使用している９００ｋｃａｌ／Ｎｍ３未満の高炉ガス、２０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以上のコークス炉ガス、転炉ガス、及び、ＬＰＧの何れか１種又は２種以上の一部又は全部と代替することを特徴とする高炉ガスの利用方法。
【請求項３】
前記コークス炉ガスの一部又は全部を、高炉羽口から吹込むことを特徴とする請求項１又は２記載の高炉ガスの利用方法。
【請求項４】
高炉炉頂から排出される９００ｋｃａｌ／Ｎｍ３未満の高炉ガスからＣＯ２を除去分離して製造した９００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以上の改質高炉ガス、又は、高炉送風用空気に酸素を加えて高炉ガス中のＮ２濃度を５０％以下に低下させるとともに、高炉ガスからＣＯ２を除去分離して製造した１０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以上の改質高炉ガスと、コークス炉ガスの一部又は全部を、鉄鉱石還元用の還元ガスとして還元炉において利用することを特徴とする高炉ガスの利用方法。
【請求項５】
前記還元炉で製造した還元鉄を高炉に装入することを特徴とする請求項４記載の高炉ガスの利用方法。
【請求項６】
前記ＣＯ２の除去分離を、ガス吸収法、深冷分離法、ガス吸着法、及び、膜分離法の何れかにより行なうことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の高炉ガスの利用方法。
【請求項７】
前記ガス吸収法がアミン系の吸収液を用いる化学吸収法であることを特徴とする請求項６記載の高炉ガスの利用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉ガス中のＣＯ２を除去分離することによって発熱量の大きな改質高炉ガスを製造し、これを燃料ガス又は還元ガスとして利用する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
製鉄所において、高炉炉頂から排出される高炉ガスは、熱風炉燃料ガス、コークス炉燃料ガス及び発電用燃料ガスの一部として有効利用されている。
【０００３】
ところが、上記先行技術では、高炉ガスの発熱量が６８０〜８５０ｋｃａｌ／Ｎｍ３（非特許文献１、参照）と小さいため、９００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以上の発熱量の熱風炉燃料ガスまたは１０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以上の発熱量のコークス炉燃料ガスまたは発電用燃料ガスとして利用する場合は、コークス炉ガス、転炉ガス、ＬＰＧ、ＬＮＧなどの２０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以上の発熱量を持つ高カロリーガスを混合する必要がある。
【０００４】
コークス炉ガス及び転炉ガスは、製鉄所内から発生する副生ガスであるため、外部購入費用が新たに発生することがなく経済的であるが、コークス炉ガス及び転炉ガスは発熱量が大きいので、製鉄所下工程における鋼材加熱炉等の燃料ガスとして使用されている。
【０００５】
そのため、製鉄所のエネルギー需給変動によっては、不足がちな高カロリーガスであるコークス炉ガス及び転炉ガスを補うために、ＬＰＧ又はＬＮＧなどの高価な高カロリーガスを新たに購入する一方で、余剰となる低カロリーガスである高炉ガスを放散するという問題を生ずることがある。
【０００６】
また、微粉炭吹き込みに加えてコークス炉ガスを高炉に吹込むことによって、微粉炭多量吹込み時の高炉操業の安定化をはかる方法が、特許文献１に提示されている。
【０００７】
しかしながら、製鉄所全体の燃料バランスからは、高炉でコークス炉ガスを使用すると、高炉送風用の熱風炉燃料ガス、コークス炉燃料ガス、発電用燃料ガス又は製鉄所下工程における鋼材加熱炉等の燃料ガス等として用いているコークス炉ガス量が不足し、ＬＰＧ又はＬＮＧなどの高価な高カロリーガスを新たに購入することになり、かえって製鉄所全体での製造コストが上昇することになる。
【０００８】
さらに、高炉装入原料鉱石を金属鉄が生成するまで予備還元して高炉に装入すると、高炉燃料比が低減できることが知られているが（非特許文献２、参照）、高炉ガスはＣＯ２を１９％以上含み、そのままでは還元能力が小さいためＦｅＯまでしか還元できず、高炉装入原料鉱石を金属鉄が生成するまで予備還元するための還元ガスとして高炉ガスを使用することは不可能である。
【０００９】
しかるに、高炉ガスから無機固体物質を用いてＣＯ２を除去分離する方法が特許文献２に提示されている。
【００１０】
しかしながら、特許文献２に提示されている方法は、ＣＯ２と他成分ガスとの無機固体物質への吸着・脱離の時間差（リテンションタイム差）を用いる方法であり、該無機固体物質を充填した反応容器単体ではバッチ処理となり、高炉ガスのように連続的に大量に処理する必要がある場合には多数の反応容器を並列に設置し、ガスの流通経路を切り替えて該反応容器に高炉ガスを通過させる必要があり、設備コストが大きくなる。
【００１１】
また、非特許文献３に示されているように、石炭をＣＯ２で部分燃焼して製造した還元ガスを用いて鉄鉱石を還元し、還元に使用した後の排ガスから連続的にＣＯ２を除去分離し、脱ＣＯ２後の該ガス（プロセスガスと呼ぶ）を再加熱して還元ガスとして循環利用している。
【００１２】
しかしながら、石炭をＣＯ２によって部分燃焼した還元ガスはＮ２濃度が低く、該プロセスガス中のＮ２濃度も低い。
【００１３】
一方、高炉では、空気又は酸素を富化した空気によってコークス又は微粉炭を羽口先で燃焼して高温の還元ガスを製造しているため、この高温の還元ガス中のＮ２濃度が高く、改質高炉ガス中にはなお３０％以上のＮ２が含まれる。
【００１４】
しかし、Ｎ２は鉄鉱石の還元反応にあずかることがないため、Ｎ２濃度の高い改質高炉ガスにおいては、還元に寄与するＣＯとＨ２を還元反応に必要な温度まで加熱するとき、還元に預からないＮ２までも同時に加熱することになり、前記のＮ２濃度の低いプロセスガスに比べて、加熱に必要なエネルギーが大きくなるので、Ｎ２濃度の高い改質高炉ガスのみを還元ガスとして利用するのはエネルギー効率が悪い。
【００１５】
【特許文献１】
特開平４−２６８００３号公報
【特許文献２】
特開平８−１４１３５７号公報
【特許文献３】
特開平１１−３５９５０号公報
【非特許文献１】
日本鉄鋼協会編：鉄鋼便覧、３版２巻５章６節２項
【非特許文献２】
重見彰利：製銑ハンドブック，地人書館，（１９７９），Ｐ．２００
【非特許文献３】
Ｗ．Ｓｃｈｌｅｂｕｓｈ：ＭＰＴ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｎａｌ  ５（１９９７），ｐ．５２
【非特許文献４】
須田泰一朗ら：エネルギー・資源，  ２３（２００２），Ｐ．３０７
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者らはこれらの問題の解決を図るため、高炉ガスを高炉送風用の熱風炉燃料ガス、コークス炉燃料ガス、又は、発電用燃料ガスとして有効利用する方法、及び、改質高炉ガスを有効利用することによって節約したコークス炉ガスを利用する方法を開発することを課題とした。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は従来方法における上記の問題点を解決するためになされたものであって、その要旨するところは、下記のとおりである。
【００１８】
（１）  高炉炉頂から排出される９００ｋｃａｌ／Ｎｍ３未満の高炉ガスからＣＯ２を除去分離して、９００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以上の改質高炉ガスを製造し、この改質高炉ガスを、熱風炉燃料ガス、コークス炉燃料ガス、及び、発電用燃料ガスの何れか１種又は２種以上の燃料ガスとして使用している９００ｋｃａｌ／Ｎｍ３未満の高炉ガス、２０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以上のコークス炉ガス、転炉ガス、及び、ＬＰＧの何れか１種又は２種以上の一部又は全部と代替することを特徴とする高炉ガスの利用方法。
【００１９】
（２）  高炉送風用空気に酸素を加えて高炉ガス中のＮ２濃度を５０％以下に低下させるとともに、高炉ガスからＣＯ２を除去分離して１０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以上の改質高炉ガスを製造し、この改質高炉ガスを、熱風炉燃料ガス、コークス炉燃料ガス、及び、発電用燃料ガスの何れか１種又は２種以上の燃料ガスとして使用している９００ｋｃａｌ／Ｎｍ３未満の高炉ガス、２０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以上のコークス炉ガス、転炉ガス、及び、ＬＰＧの何れか１種又は２種以上の一部又は全部と代替することを特徴とする高炉ガスして利用する方法。
【００２０】
（３）  前記コークス炉ガスの一部又は全部を、高炉羽口から吹込むことを特徴とする前記（１）又は（２）記載の高炉ガスの利用方法。
【００２１】
（４）  高炉炉頂から排出される９００ｋｃａｌ／Ｎｍ３未満の高炉ガスからＣＯ２を除去分離して製造した９００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以上の改質高炉ガス、又は、高炉送風用空気に酸素を加えて高炉ガス中のＮ２濃度を５０％以下に低下させるとともに、高炉ガスからＣＯ２を除去分離して製造した１０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以上の改質高炉ガスと、コークス炉ガスの一部又は全部を、鉄鉱石還元用の還元ガスとして還元炉において利用することを特徴とする高炉ガスの利用方法。
【００２２】
（５）  前記還元炉で製造した還元鉄を高炉に装入することを特徴とする前記（４）記載の高炉ガスの利用方法。
【００２３】
（６）  前記ＣＯ２の除去分離を、ガス吸収法、深冷分離法、ガス吸着法、及び、膜分離法の何れかにより行なうことを特徴とする前記（１）〜（５）の何れかに記載の高炉ガスの利用方法。
【００２４】
（７）  前記ガス吸収法がアミン系の吸収液を用いる化学吸収法であることを特徴とする前記（６）記載の高炉ガスの利用方法。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明者は、上記課題を解決し、高炉ガスの有効利用方法を開発するに当たり、高炉炉頂から排出されて除塵・冷却された高炉ガスからＣＯ２を除去分離し、単位体積あたりの発熱量を高めた高カロリーの改質高炉ガスを製造し、これを燃料または還元ガスとして利用すればよいとの知見を得た。
【００２６】
高炉ガス中にはＣＯが１９〜２５ｖｏｌ％、ＣＯ２が１９〜２５ｖｏｌ％、Ｈ２が３〜６ｖｏｌ％含まれ、その他残余成分はＮ２で、高炉ガスの発熱量は６５０〜８５０ｋｃａｌ／Ｎｍ３であるが、特許文献２に提示されているガス吸収法、深冷分離法（蒸留法）、ガス吸着法（圧力スイング吸着法及び温度スイング吸着法）、膜分離法などによってＣＯ２を除去分離することにより、９００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以上の発熱量の改質高炉ガスを製造することができる。
【００２７】
この高カロリーの改質高炉ガスは、低カロリーの高炉ガスよりも付加価値の高い燃料又は還元ガスとして利用することができる。
【００２８】
すなわち、９００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以上の発熱量の改質高炉ガスを熱風炉燃料ガスとして全量使用することが可能であり、熱風炉燃料ガスとして従来高炉ガスに混合使用しているコークス炉ガス、転炉ガス、ＬＰＧ、ＬＮＧなどの２０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以上の発熱量を持つ高カロリーガスの量を全て節約することができる。
【００２９】
また、この改質高炉ガスを１０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以上の発熱量のコークス炉燃料ガス又は発電用燃料ガスの一部として使用する場合、コークス炉燃料ガス又は発電用燃料ガスとして従来高炉ガスに混合使用しているコークス炉ガス、転炉ガス、ＬＰＧ、ＬＮＧなどの２０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以上の発熱量を持つ高価な高カロリーガスの量を一部節約することができる。
【００３０】
高炉ガスからＣＯ２を除去分離して製造した改質高炉ガス中のＣＯ濃度が高く、Ｎ２濃度が低いほど、改質高炉ガスの発熱量は大きくなり、改質高炉ガスの利用価値が上がる。高炉の燃料比が高いときには高炉ガスの発熱量が大きく、このとき、高炉ガスからＣＯ２を除去分離して得られる改質高炉ガスの発熱量は大きくなる。
【００３１】
しかしながら、高炉の燃料比を高くすることは、銑鉄製造の投入エネルギーが大きくなることを意味し、エネルギー効率上好ましいことではない。
【００３２】
一方、高炉送風中にＯ２を加えて、高炉送風中Ｏ２濃度を空気中のＯ２濃度２１％よりも高くし、高炉ガス中のＮ２濃度を５０％以下に低下させることにより、この高炉ガスからＣＯ２を除去分離すると１０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以上の発熱量の改質高炉ガスを製造することができる。
【００３３】
この高カロリーの改質高炉ガスは、熱風炉燃料ガス、コークス炉燃料ガス又は発電用燃料ガスとして全量使用することが可能であり、熱風炉燃料ガス、コークス炉燃料ガス又は発電用燃料ガスとして従来高炉ガスに混合使用しているコークス炉ガス、転炉ガス、ＬＰＧ、ＬＮＧなどの２０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以上の発熱量を持つ高価な高カロリーガスの量を全て節約することできる。
【００３４】
ここで節約できた発熱量の大きなコークス炉ガス、転炉ガスは加熱炉燃料ガスとして使用することが可能である。その結果、加熱炉燃料ガスとして使用しているＬＰＧ又はＬＮＧなどの高価な高カロリーガスの購入量を節減することができる。
【００３５】
また、ここで、節約できたコークス炉ガスを高炉羽口から燃料として吹込むことにより、製鉄所全体のコークス炉ガスの使用バランスをとり、ＬＰＧ又はＬＮＧなどの高価な高カロリーガスの購入量の増加させずに、特許文献１に提示されているような高炉の燃料低減と生産性向上が可能になる。
【００３６】
高炉ガスはＣＯ２を１９％以上含むため、鉄鉱石の還元能力が小さく金属鉄を生成することはできない。しかしながら、この高炉ガスからＣＯ２を除去分離した改質高炉ガスは、ＣＯとＨ２及びＮ２とからなり、金属鉄を生成するに十分な還元能力を有し、この改質高炉ガスを用いて鉄鉱石を還元して鉄鉱石中の酸化鉄の一部または全部を金属鉄にすることができる。
【００３７】
さらに、金属鉄が生成した鉄鉱石を高炉に装入することによって高炉燃料比を低減することができる（非特許文献２、参照）。
【００３８】
改質高炉ガスを還元ガスとして用いて高炉装入鉱石を効率的に還元するには７００℃以上で反応させる必要があり、還元ガス又は鉱石を昇温する必要がある。
【００３９】
改質高炉ガスを熱風炉燃料ガス、コークス炉燃料ガス又は発電用燃料ガスとして使用することによって節約できたコークス炉ガスを酸素で部分燃焼して高温の還元性ガスを発生させて、これに改質高炉ガスを混合することによって還元に必要な温度を持つ還元ガスを製造することができる。
【００４０】
また、改質高炉ガスの昇温エネルギーとして、再生可能エネルギーである木質系バイオマスの燃焼熱を利用することも可能である。
【００４１】
なお、発熱量が６５０〜８５０ｋｃａｌ／Ｎｍ３の高炉ガスを発電用燃料ガスとして用いるときは、発熱量が小さいので、通常は、ボイラー用燃料として使用し、ボイラーで製造した蒸気でスチームタービンを駆動し発電している。
【００４２】
しかしながら、特許文献３に提示されているように、ボイラー及びスチームタービンによる発電の熱効率は３８〜４０％と比較的低い。そこで、特許文献３では、ボイラー燃料である石炭を部分水性ガス化処理して発熱量１０００〜１５００ｋｃａｌ／Ｎｍ３のガスを留出し、これを、ガスタービン用燃料に用いてガスタービンにて発電するとともに、ガスタービン発電とボイラー及びスチームタービン発電とを組み合わせたコンバインド・サイクル発電を行うことにより発電効率を約４６％に高められるとしている。
【００４３】
したがって、本発明において述べたように、発熱量が６５０〜８５０ｋｃａｌ／Ｎｍ３の高炉ガスから発熱量１０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以上の改質高炉ガスを製造し、これを、ガスタービン用燃料として用いたガスタービン発電と、ボイラー及びスチームタービンによる発電とを組み合わせたコンバインド・サイクル発電を行うことにより、発電効率の向上が期待される。
【００４４】
製鉄所内での使用電力が一定であれば、発電効率の向上によって、発電所での改質高炉ガス使用量一定では発電量が増え余剰電力が生じ、電力の外部への販売が可能となる。
【００４５】
一方、製鉄所内での使用電力にあわせて、発電所での発電量一定では、発電所での改質高炉ガス使用量が減少し、改質高炉ガス量に余裕が生じる。この余剰改質高炉ガスは新たな利用が可能であり、例えば、以下に述べる脱ＣＯ２プロセスに必要なエネルギーとして利用できる。
【００４６】
高炉ガスからのＣＯ２の除去分離する脱ＣＯ２プロセスに、アミン系の吸収液を用いる化学吸収法を用いることにより、大量のガスを効率よく処理することができる。
【００４７】
化学吸収法は、吸収塔において高炉ガスとアミン系吸収液とを常温で接触させて高炉ガス中のＣＯ２を吸収液に吸収させる工程と、ＣＯ２を吸収した吸収液を再生塔に送り、再生塔においてＣＯ２を吸収した吸収液を加熱し、吸収液中のＣＯ２を吸収液から分離して吸収液を再生する工程とからなっている。
【００４８】
この吸収液の再生に必要な加熱エネルギーは、２．８〜３．０ＭＪ／ｋｇ−ＣＯ２である（非特許文献４、参照）。
【００４９】
このエネルギーの供給源として必要な燃料の一部又は全部を、高カロリーの改質高炉ガスを製鉄所において利用して得られる効率向上に対応して余剰となるエネルギーを利用して供給したり、製鉄所における、焼結機排ガス、コークス炉排ガス、熱風炉排ガス、加熱炉排ガス、コークス炉ガス、転炉ガス、焼結鉱、コークス、高炉スラグ、冷却水などの未利用の廃顕熱を利用して供給したり、木質系バイオマスの燃焼熱を利用して供給することによって、ＣＯ２の大気中へのあらたな放出を抑制することが可能である。
【００５０】
さらに、改質高炉ガスを鉄鉱石の還元ガスとして還元炉において利用する場合には、還元炉から排出されるガスの顕熱又は燃焼熱及び還元鉄の顕熱を、ＣＯ２吸収液の再生に必要な熱エネルギーとして回収し有効に利用することが可能である。
【００５１】
次に、本発明の実施形態を説明する。図１は現状の高炉ガス、コークス炉ガス及び転炉ガスの利用形態の概念図である。
【００５２】
熱風炉２の加熱用燃料ガスは、高炉ガス１１、コークス炉ガス１３及び転炉ガス１４が混合使用されている。コークス炉３の加熱用燃料ガスは、高炉ガス１１、コークス炉ガス１３及び転炉ガス１４が混合使用されている。
【００５３】
熱風炉２及びコークス炉３での使用量を除いた高炉ガス１１は、発電所７で発電用燃料ガスとして用いられる。熱風炉２及びコークス炉３での使用量を除いたコークス炉ガス１３及び転炉ガス１４は、主として、加熱炉等８で燃料ガスとして使用される。
【００５４】
コークス炉３で製造されたコークス１５は、一部は焼結機４で使用され、大部分は高炉１で使用される。高炉１では、不足するコークスを購入コークス１７によって補っている。熱風炉２では、空気１９とそれに付加される酸素２０とを加熱し、昇温された熱風２１が高炉１に送風される。
【００５５】
焼結機４で製造された焼結鉱、及び、塊鉱石とペレットからなる鉱石１８は、高炉１で還元・溶解され溶銑及び溶滓２２となる。高炉炉頂から排出された高炉ガス１１は炉頂圧回収発電設備５によって電力１２を回収される。
【００５６】
図２は、高炉ガス１１を化学吸収法による脱ＣＯ２プロセス９において吸収液再生用エネルギー２４を使用して分離除去ＣＯ２２５と発熱量９００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以上の改質高炉ガス２３を得たときの改質高炉ガス、コークス炉ガス及び転炉ガスの利用形態の概念図である。
【００５７】
熱風炉２の燃料ガスとして改質高炉ガス２３を全量使用でき、図１のケースで熱風炉２の燃料ガスとして必要とされた高価な高カロリーガスであるコークス炉ガス及び転炉ガスを全量節約できる。
【００５８】
コークス炉３の燃料ガスは発熱量が１０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以上必要なので、改質高炉ガスに少量の転炉ガスを混合する必要があるが、図１のケースに比較して高価な高カロリーガスであるコークス炉ガス及び転炉ガスを節約できる。
【００５９】
しかしながら、熱風炉２とコークス炉３において、高炉ガス１１に換算したガス使用量が増えるため、発電所７で必要な発電用燃料ガスが不足することになり、転炉ガス１４を一部補填して発電所７に送る必要がある。
【００６０】
このとき、発電用燃料ガスは改質高炉ガス２３と転炉ガス１４とを混合したガスになり、混合ガスの発熱量は１０００  ｋｃａｌ／Ｎｍ３以上となり、ガスタービン燃料ガスとして使用することが可能となる。
【００６１】
そこで、コンバインドサイクル発電設備に発電設備を増強することにより発電効率が向上し、余剰改質高炉ガス２６を得ることが可能となり、ＬＰＧやＬＮＧなどの高価な高カロリーガスの購入量を減らすことが可能であるし、あるいは、この余剰改質高炉ガス２６をＣＯ２吸収液再生用エネルギー２４に利用することが可能となる。
【００６２】
図３は、空気１９に付加する酸素２０の量を増し、熱風２１の酸素濃度を高くして高炉ガス１１の窒素濃度を低下させて、発熱量１０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以上の改質高炉ガス２３を得て、その結果得られた余剰となるコークス炉ガス１３を高炉１に羽口から吹込んで高炉１の燃料比を低下させたときの改質高炉ガス、コークス炉ガス及び転炉ガスの利用形態の概念図である。
【００６３】
発熱量１０００  ｋｃａｌ／Ｎｍ３以上の改質高炉ガス２３は熱風炉２の燃料ガス及びコークス炉３の燃料ガスとして全量使用可能であり、図１のケースで、熱風炉２の燃料ガス及びコークス炉３の燃料ガスとして必要とされた高価な高カロリーガスであるコークス炉ガス及び転炉ガスを全量節約できる。
【００６４】
コークス炉ガス１３を高炉１で使用することにより、燃料比が低下し高価な購入コークスの使用量を減らすことができ費用を節減できる。また、コークス炉ガス１３を高炉１に羽口から吹込むことにより、高炉ガス１１の発熱量と発生量とが増加し、その結果余剰改質高炉ガス２６を得ることができる。
【００６５】
この余剰改質高炉ガス２６は、ＣＯ２吸収液再生用エネルギー２４に利用することが可能である。
【００６６】
図４は、改質高炉ガス２３を熱風炉２の燃料ガス及びコークス炉３の燃料ガスとして使用することにより節約できるコークス炉ガス２３と酸素２７を部分燃焼炉２８にて反応させて高温還元ガス２９を得、この高温の還元ガス２９に改質高炉ガス２３を混合して温度を調整した還元ガス３０を還元鉄製造還元炉１０に使用することにより還元鉄３２を得て、この還元鉄３２を高炉１に装入し高炉１の燃料比を低下させたときの改質高炉ガス、コークス炉ガス及び転炉ガスの利用形態の概念図である。
【００６７】
還元鉄３２を高炉１で使用することにより、燃料比が低下し高価な購入コークスの使用量を減らすことができ費用を節減できる。
【００６８】
また、還元鉄製造還元炉１０の還元炉排ガス３１の顕熱及び燃焼熱と還元鉄３２の顕熱を回収することにより、このエネルギーをＣＯ２吸収液再生用エネルギー２４に利用することが可能である。
【００６９】
【実施例】
以下、本発明の高炉ガスをＣＯ２除去分離して利用する方法を、表１及び表２に示す比較例と実施例１、実施例２及び実施例３によって詳細に説明する。
【００７０】
【表１】
2004309067.tif 000003
【００７１】
【表２】
2004309067.tif 000004
【００７２】
実施例１は、比較例の発熱量７６８ｋｃａｌ／Ｎｍ３の高炉ガスからＣＯ２を除去分離して発熱量９７２ｋｃａｌ／Ｎｍ３の改質高炉ガスを製造した例である。
【００７３】
実施例１においては、改質高炉ガスの発熱量が９００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以上であるから、高炉送風用の熱風炉燃料ガスとして溶銑１トン当り必要な４３１Ｍｃａｌ／ｔ−ｐの全量に使用することが可能であり、比較例において、高炉送風用の熱風炉燃料ガスとして溶銑１トン当り使用していた高価な高カロリーガスであるコークス炉ガス６３Ｍｃａｌ／ｔ−ｐの全量と転炉ガス１７  Ｍｃａｌ／ｔ−ｐの全量とが改質高炉ガスを代替使用することによって節約できた。
【００７４】
また、実施例１においては、発熱量１０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以上のコークス炉燃料ガスにするために、改質高炉ガスに溶銑１トン当り１９Ｍｃａｌ／ｔ−ｐの転炉ガスを混合すればよく、比較例において、コークス炉燃料ガスとして溶銑１トン当り使用していた高価な高カロリーガスであるコークス炉ガス７２Ｍｃａｌ／ｔ−ｐの全量と転炉ガス６３Ｍｃａｌ／ｔ−ｐのうちの４４Ｍｃａｌ／ｔ−ｐとが改質高炉ガスを代替使用することによって節約できた。
【００７５】
さらに、実施例１においては、節約したコークス炉ガスと転炉ガスの一部を改質高炉ガスに混合して他工程で必要な電力を製造するための発電用燃料ガスとしている。
【００７６】
この発電用燃料ガスは１０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以上の発熱量となり、特許文献３で提示されているように、このガスをガスタービン用燃料に用いてガスタービンにて発電するとともに、ガスタービン発電とボイラー及びスチームタービン発電とを組み合わせたコンバインド・サイクル発電を行うことにより、発電効率を比較例の３５％から実施例１の４５％に高められた。
【００７７】
その結果、溶銑１トン当り他工程で使用する電力２８１ｋＷｈを製造するための発電用燃料ガスは溶銑１トン当り１５３Ｍｃａｌ／ｔ−ｐ節約できた。
【００７８】
実施例１で節約できたエネルギーは脱ＣＯ２用エネルギーに使用することが可能である。実施例１では、溶銑１トン当りの高炉ガスからの脱ＣＯ２量は３４８Ｎｍ３／ｔ−ｐであり、ＣＯ２単位体積当りの脱ＣＯ２エネルギー原単位が１．３６Ｍｃａｌ／Ｎｍ３−ＣＯ２（２．９ＭＪ／ｋｇ−ＣＯ２に相当する）なので、溶銑１トン当りの脱ＣＯ２用エネルギーは４７３Ｍｃａｌ／ｔ−ｐ必要である。
【００７９】
比較例に対し、実施例１で節約できたエネルギー１５３Ｍｃａｌ／ｔ−ｐと高炉スラグからの回収顕熱８０Ｍｃａｌ／ｔ−ｐとを脱ＣＯ２用エネルギーとして使用することによって、新規に調達すべきエネルギーは溶銑１トン当り２４０Ｍｃａｌ／ｔ−ｐでよい。
【００８０】
すなわち、実施例１では、溶銑１トン当り高炉ガスからＣＯ２を３４８Ｎｍ３／ｔ−ｐ除去分離するエネルギーとして必要な４７３Ｍｃａｌ／ｔ−ｐを含めた、溶銑１トン当りのエネルギー消費量の増加は、比較例に対し２４０Ｍｃａｌ／ｔ−ｐとなり、実質的にはＣＯ２を３４８Ｎｍ３／ｔ−ｐを２４０Ｍｃａｌ／ｔ−ｐで除去分離できたこととなり、ＣＯ２単位体積当りの実質的な脱ＣＯ２エネルギー原単位は０．６９Ｍｃａｌ／Ｎｍ３−ＣＯ２に低下することができた。
【００８１】
実施例２は、高炉ガスからＣＯ２を除去分離して製造した改質高炉ガスを高炉送風用の熱風炉燃料ガス及びコークス炉燃料ガスとして、高価な高カロリーガスであるコークス炉ガスと転炉ガスに代替して使用することによって、節約できたコークス炉ガスを高炉羽口から吹込んで高価な購入コークス使用量の削減を実施したものである。
【００８２】
溶銑１トン当り２１５Ｍｃａｌ／ｔ−ｐのコークス炉ガスを高炉羽口から吹込むと同時に、酸素富化率を比較例の２．５％から５．６％に上昇させたことにより、高炉ガスからＣＯ２を除去分離して製造した改質高炉ガスの発熱量は１１５６ｋｃａｌ／Ｎｍ３となった。
【００８３】
その結果、高炉送風用の熱風炉燃料ガス及びコークス炉燃料ガスとして改質高炉ガスを全量使用することが可能となり、高炉送風用の熱風炉燃料ガスおよびコークス炉燃料ガスとして使用していた高価な高カロリーガスであるコークス炉ガスの全量と転炉ガスの全量とが節約できた。
【００８４】
さらに、実施例２においては、発熱量が１１５６ｋｃａｌ／Ｎｍ３の改質高炉ガスを発電用燃料ガスとして使用することによって、特許文献３で提示されているように、これをガスタービン用燃料に用いてガスタービンにて発電するとともに、ガスタービン発電とボイラー及びスチームタービン発電とを組み合わせたコンバインド・サイクル発電を行うことにより、発電効率を比較例の３５％から実施例２の４５％に高められる。
【００８５】
その結果、他工程で使用する電力を製造するための発電用燃料ガスは溶銑１トン当り１１５Ｍｃａｌ／ｔ−ｐ節約できた。また、高炉プロセスにおいて使用している熱風炉燃料の減少と高炉ガス回収量の増加により、比較例に対し実施例２においては、溶銑１トン当り４９Ｍｃａｌ／ｔ−ｐの高炉プロセスでのエネルギー消費が節約できた。
【００８６】
実施例２で節約できたエネルギーは、脱ＣＯ２用エネルギーに使用することが可能である。実施例２では、溶銑１トン当りの高炉ガスからの脱ＣＯ２量は３２８Ｎｍ３／ｔ−ｐであり、ＣＯ２単位体積当りの脱ＣＯ２エネルギー原単位が１．３６Ｍｃａｌ／Ｎｍ３−ＣＯ２であるから、溶銑１トン当りの脱ＣＯ２用エネルギーは４４６Ｍｃａｌ／ｔ−ｐ必要である。
【００８７】
比較例に対し、実施例２で節約できたエネルギー１１５Ｍｃａｌ／ｔ−ｐと４９Ｍｃａｌ／ｔ−ｐ、及び、高炉スラグからの回収顕熱８０Ｍｃａｌ／ｔ−ｐを脱ＣＯ２用エネルギーに使用することによって、新規に調達すべきエネルギーは溶銑１トン当り２０２Ｍｃａｌ／ｔ−ｐとなった。
【００８８】
さらに、高価な購入コークス使用量を約７ｋｇ／ｔ−ｐ節約でき、燃料比の低下による高炉プロセスでのエネルギー消費量の低下５０Ｍｃａｌ／ｔ−ｐも考慮すると、脱ＣＯ２エネルギーも含めた銑鉄製造エネルギー全体の増分は、比較例に対し、溶銑１トン当り１５２Ｍｃａｌ／ｔ−ｐとなる。
【００８９】
すなわち、実施例２では、溶銑１トン当り高炉ガスからＣＯ２を３２８Ｎｍ３／ｔ−ｐ除去分離するエネルギーとして必要な４４６Ｍｃａｌ／ｔ−ｐを含めた、溶銑１トン当りのエネルギー消費量の増加は、比較例に対し１５２Ｍｃａｌ／ｔ−ｐとなり、実質的には、３２８Ｎｍ３／ｔ−ｐのＣＯ２を１５２Ｍｃａｌ／ｔ−ｐで除去分離できたこととなり、ＣＯ２単位体積当りの実質的な脱ＣＯ２エネルギー原単位は、０．４６Ｍｃａｌ／Ｎｍ３−ＣＯ２に低下することができた。
【００９０】
実施例３は、高炉ガスからＣＯ２を除去分離して製造した改質高炉ガスを高炉送風用の熱風炉燃料ガス及びコークス炉燃料ガスとして、高価な高カロリーガスであるコークス炉ガスと転炉ガスに代替して使用することによって、節約できたコークス炉ガスと改質高炉ガスとを用いて鉄鉱石を還元して製造した還元鉄を高炉に使用して高価な購入コークス使用量の削減を実施したものである。
【００９１】
実施例３においては、改質高炉ガスの発熱量は９７６ｋｃａｌ／Ｎｍ３となり、発熱量が９００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以上であるから、高炉送風用の熱風炉燃料ガスとして、この改質高炉ガスを全量使用することが可能であり、高価な高カロリーガスであるコークス炉ガス全量と転炉ガス全量とを節約できた。
【００９２】
また、実施例３においては、発熱量１０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以上のコークス炉燃料ガスにするために、改質高炉ガスに溶銑１トン当り１６Ｍｃａｌ／ｔ−ｐの転炉ガスを混合すればよく、比較例において、コークス炉燃料ガスとして溶銑１トン当り使用していた高価な高カロリーガスであるコークス炉ガスの全量と転炉ガスの一部とが改質高炉ガスを代替使用することによって節約できた。
【００９３】
さらに、実施例３においては、節約した転炉ガスの一部を改質高炉ガスに混合して他工程で必要な電力を製造するための発電用燃料ガスとしている。この発電用燃料ガスは１０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以上の発熱量となり、特許文献３で提示されているように、このガスをガスタービン用燃料に用いてガスタービンにて発電するとともに、ガスタービン発電とボイラー及びスチームタービン発電とを組み合わせたコンバインド・サイクル発電を行うことにより発電効率を比較例の３５％から実施例３の４５％に高められた。
【００９４】
その結果、溶銑１トン当り他工程で使用する電力２８１ｋＷｈを製造するための発電用燃料ガスは溶銑１トン当り１５３Ｍｃａｌ／ｔ−ｐ節約できた。また、高炉プロセスにおいて、燃料費が低下することによる高炉ガス発生量の減少により、エネルギー消費量は溶銑１トン当り１５Ｍｃａｌ／ｔ−ｐ増加した。
【００９５】
なお、実施例３の還元鉄製造プロセスでは、コークス炉ガスを酸素で部分燃焼して高温の還元ガスを製造するとともに、この高温の還元ガスに鉄鉱石を還元して金属鉄を生成させる能力のある常温の改質高炉ガスを混合して、還元炉での反応に適した温度に調整された還元ガスを製造し、これを使用して、還元率８５％の還元鉄を溶銑１トン当り４０ｋｇ／ｔ−ｐ製造した。
【００９６】
このとき、コークス炉ガスを１１４Ｍｃａｌ／ｔ−ｐ、改質高炉ガスを１７Ｍｃａｌ／ｔ−ｐ、及び、酸素を製造エネルギー換算して５Ｍｃａｌ／ｔ−ｐ使用した。
【００９７】
また、還元炉からの排出されるＣＯ及びＨ２成分を含む高温の排ガスから回収した潜熱と顕熱、及び、還元炉から排出された高温の還元鉄から回収した顕熱の合計は８２Ｍｃａｌ／ｔ−ｐであった。使用したエネルギーから回収したエネルギーを控除した、この本還元鉄製造プロセスでのエネルギー消費量は、溶銑１トン当り５９Ｍｃａｌ／ｔ−ｐであった。
【００９８】
すなわち、実施例３では、高炉プロセスで溶銑１トン当り１５Ｍｃａｌ／ｔ−ｐのエネルギー消費量の増加と還元鉄製造プロセスで溶銑１トン当り５９Ｍｃａｌ／ｔ−ｐのエネルギー消費量の増加があるものの、他工程電力製造で溶銑１トン当り１５３Ｍｃａｌ／ｔ−ｐエネルギー消費量を節約できたので、比較例に対し、実施例３においては、溶銑１トン当り７９Ｍｃａｌ／ｔ−ｐエネルギー消費量を節約できた。
【００９９】
実施例３で節約できたエネルギーは、脱ＣＯ２用エネルギーに使用することが可能である。実施例３では、溶銑１トン当りの高炉ガスからの脱ＣＯ２量は３３９Ｎｍ３／ｔ−ｐであり、ＣＯ２単位体積当りの脱ＣＯ２エネルギー原単位が１．３６Ｍｃａｌ／Ｎｍ３−ＣＯ２（２．９ＭＪ／ｋｇ−ＣＯ２に相当する）なので、溶銑１トン当りの脱ＣＯ２用エネルギーは４６１Ｍｃａｌ／ｔ−ｐ必要である。
【０１００】
比較例に対し、実施例３で節約できたエネルギー７９Ｍｃａｌ／ｔ−ｐと高炉スラグからの回収顕熱８０Ｍｃａｌ／ｔ−ｐとを脱ＣＯ２用エネルギーとして使用することによって、新規に調達すべきエネルギーは溶銑１トン当り３０１Ｍｃａｌ／ｔ−ｐでよい。
【０１０１】
さらに、高価な購入コークス使用量を比較例に対し約１１ｋｇ／ｔ−ｐ節約でき、燃料比の低下による高炉プロセスでのエネルギー消費量の低下７９Ｍｃａｌ／ｔ−ｐも考慮すると、脱ＣＯ２エネルギーも含めた銑鉄製造エネルギー全体の増分は、溶銑１トン当り２２２Ｍｃａｌ／ｔ−ｐとなる。
【０１０２】
すなわち、実施例３では、溶銑１トン当り高炉ガスからＣＯ２を３３９Ｎｍ３／ｔ−ｐ除去分離するエネルギーとして必要な４６１Ｍｃａｌ／ｔ−ｐを含めた、溶銑１トン当りのエネルギー消費量の増加は、比較例に対し２２２Ｍｃａｌ／ｔ−ｐとなり、実質的には、３３９Ｎｍ３／ｔ−ｐのＣＯ２を２２２Ｍｃａｌ／ｔ−ｐで除去分離できたこととなり、ＣＯ２単位体積当りの実質的な脱ＣＯ２エネルギー原単位は０．６６Ｍｃａｌ／Ｎｍ３−ＣＯ２に低下することができた。
【０１０３】
本発明の実施例によれば、製鉄所において、高炉送風用の熱風炉燃料ガス、コークス炉燃料ガス及び発電用燃料ガスの一部として利用されている高炉炉頂から排出される高炉ガスからＣＯ２を除去分離することによって、発熱量の高い改質高炉ガスを製造し、これを、高炉送風用の熱風炉燃料ガス又はコーク炉燃料ガスの全部又は一部として利用することによって高価な高カロリーガスであるコークス炉ガス及び転炉ガスを節約し、発電効率を上昇可能とする発電用燃料ガスとして利用したり、高炉へのコークス炉ガス吹込みに利用して高価な購入コークス量を削減したり、還元鉄を製造し、これを高炉に装入して高価な購入コークス量を削減したり、地球温暖化防止のための対策としてのＣＯ２の除去分離に必要なエネルギーを実質的に低減できるなどの有効な利用方法が可能であることが示された。
【０１０４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、高炉ガスからＣＯ２を除去分離した改質高炉ガスを製造し、製鉄所において改質高炉ガス、コークス炉ガス及び転炉ガスとを有効に組み合わせて利用することによってエネルギー使用効率の向上が可能となり、工業上及び地球温暖化防止に有用な効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】現状の、高炉ガス、コークス炉ガス及び転炉ガスの利用形態を示す概念図である。
【図２】本発明の、改質高炉ガス、コークス炉ガス及び転炉ガスの利用形態を示す概念図である。
【図３】本発明の、コークス炉ガスを高炉に吹込んだときの、改質高炉ガス、コークス炉ガス及び転炉ガスの利用形態を示す概念図である。
【図４】本発明の、還元鉄を高炉に装入したときの、改質高炉ガス、コークス炉ガス及び転炉ガスの利用形態を示す概念図である。
【符号の説明】
１…高炉
２…熱風炉
３…コークス炉
４…焼結機
５…炉頂圧回収発電設備
６…転炉
７…発電所
８…加熱炉等
９…脱ＣＯ２プロセス
１０…還元鉄製造還元炉
１１…高炉ガス
１２…炉頂圧回収回収電力
１３…コークス炉ガス
１４…転炉ガス
１５…コークス
１６…微粉炭
１７…購入コークス
１８…鉱石
１９…空気
２０…酸素
２１…熱風
２２…溶銑及び溶滓
２３…改質高炉ガス
２４…ＣＯ２吸収液再生用エネルギー
２５…分離除去ＣＯ２
２６…余剰改質高炉ガス
２７…酸素
２８…部分燃焼炉
２９…高温還元ガス
３０…還元ガス
３１…還元炉排ガス
３２…還元鉄
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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