(57)【要約】【課題】ＣＯＧから水素を全て分離することが可能で、新たに大規模なオフガス専用配管網を構築する必要がなく、かつオフガスの発生量と使用量の変動を吸収できて、燃料性状の安定化を図ることも可能で、オフガスを製鉄所内燃料ガスの１つとして利用できるようにする。【解決手段】製鉄所で使用される各種燃料ガス中に含まれる水素ガスを全てまたは一部分離して水素ガス７ａを製造するとともに、その各種燃料ガスから水素ガスを全てまたは一部分離した残りであるオフガス７ｂを、製鉄所内燃料として利用する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
製鉄所で使用される各種燃料ガス中に含まれる水素ガスを全てまたは一部分離して水素ガスを製造するとともに、その各種燃料ガスから水素ガスを全てまたは一部分離した残りであるオフガスを、製鉄所内燃料として利用することを特徴とする製鉄所副生ガスの利用方法。
【請求項２】
オフガスを、高炉ガス、コークス炉ガス、転炉ガス、都市ガス、プロパンガス、及び窒素、の中から選択されるガスと混合することを特徴とする請求項１記載の製鉄所副生ガスの利用方法。
【請求項３】
オフガスを、製鉄所で使用される各種燃料ガスの中から選択した低カロリーガス、あるいは高カロリーガスと混合し、該混合ガスを製鉄所内燃料として利用することを特徴とする請求項１記載の製鉄所副生ガスの利用方法。
【請求項４】
オフガスを、都市ガス、プロパンガス、及びコークス炉ガス、の中から選択される単一または複数種のガスと、あるいは高炉ガスまたは窒素のいずれか一方もしくは両方と、混合することを特徴とする請求項３記載の製鉄所副生ガスの利用方法。
【請求項５】
オフガスを、ガスホルダを介在させた配管網を通して製鉄所副生ガスと混合することを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の製鉄所副生ガスの利用方法。
【請求項６】
オフガスを、製鉄所副生ガスと混合する前に昇圧することを特徴とする請求項５記載の製鉄所副生ガスの利用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製鉄所副生ガス、特にコークス炉ガスを有効に利用する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、製鉄所副生ガス、例えばコークス炉ガス（ＣＯＧ）を、水素ＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ  ）プラントに導入して、コークス炉ガスから燃料電池用に水素を分離する技術は知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
このようなものにおいて、水素ＰＳＡプラントにて水素を分離した残りであるオフガスは、一般にＣＯＧに再混入されることで、利用される。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−９９３４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のように水素ＰＳＡプラントにて水素を分離した残りであるオフガスを、ＣＯＧに再混入することで、利用するものにあっては、以下のような問題が存在する。
すなわち、ＣＯＧとオフガスとの混合ガス中の水素濃度がＣＯＧの燃焼性に変化が出ない程度までしかオフガスを混入させることができない。換言すれば、ＣＯＧの燃焼性に変化が出ない程度までしかＣＯＧから水素を分離することができない。
【０００６】
一方、オフガスをそのまま製鉄所の副生ガスとして使用する場合は、以下のような問題が存在する。
すなわち、水素分離後のオフガスは発熱量が大きくなるので、現状の製鉄所副生ガスとは発熱量が異なる。このため、専用の配管網が必要となり、加熱炉など炉設備でバーナ改造が必要となる
【０００７】
本発明の技術的課題は、ＣＯＧから水素を全て分離することが可能で、新たに大規模なオフガス専用配管網を構築する必要がなく、かつオフガスの発生量と使用量の変動を吸収できて、燃料性状の安定化を図ることも可能で、オフガスを製鉄所内燃料ガスの１つとして利用できるようにすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る製鉄所副生ガスの利用方法は、製鉄所で使用される各種燃料ガス中に含まれる水素ガスを全てまたは一部分離して水素ガスを製造するとともに、その各種燃料ガスから水素ガスを全てまたは一部分離した残りであるオフガスを、製鉄所内燃料として利用することを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２に係る製鉄所副生ガスの利用方法は、オフガスを、高炉ガス、コークス炉ガス、転炉ガス、都市ガス、プロパンガス、及び窒素、の中から選択されるガスと混合することを特徴としている。
【００１０】
また、請求項３に係る製鉄所副生ガスの利用方法は、オフガスを、製鉄所で使用される各種燃料ガスの中から選択した低カロリーガス、あるいは高カロリーガスと混合し、該混合ガスを製鉄所内燃料として利用することを特徴としている。
【００１１】
また、請求項４に係る製鉄所副生ガスの利用方法は、オフガスを、都市ガス、プロパンガス、及びコークス炉ガス、の中から選択される単一または複数種のガスと、あるいは高炉ガスまたは窒素のいずれか一方もしくは両方と、混合することを特徴としている。
【００１２】
また、請求項５に係る製鉄所副生ガスの利用方法は、オフガスを、ガスホルダを介在させた配管網を通して製鉄所副生ガスと混合することを特徴としている。
【００１３】
また、請求項６に係る製鉄所副生ガスの利用方法は、オフガスを、製鉄所副生ガスと混合する前に昇圧することを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図示実施形態に基づき本発明の製鉄所副生ガスの利用方法を説明する。図１は本発明を適用した製銑・製鋼一貫製鉄所における燃料の流れを示す図である。
【００１５】
図において、１は操業時に高炉ガス（ＢＦＧ）１ａを副生する高炉、２は操業時にコークス炉ガス（ＣＯＧ）２ａを副生するコークス炉、３は操業時に転炉ガス（ＬＤＧ）３ａを副生する転炉である。高炉ガス（ＢＦＧ）１ａは、鉄鉱石を還元する際に発生するＣＯ，ＣＯ２，Ｈ２，Ｎ２から成る約３，３５０ｋＪ／ｍ３の可燃性ガスであり、ほぼ連続的に発生する。コークス炉ガス（ＣＯＧ）２ａは、石炭を乾留する際に発生するＨ２，ＣＨ４，ＣＯから成る約２０，１００ｋＪ／ｍ３の可燃性ガスであり、ほぼ連続的に発生する。ＣＯＧ中には水素が４５〜６０％含まれている。転炉ガス（ＬＤＧ）３ａは、銑鉄を鋼に改質する際に発生するＣＯ，ＣＯ２  から成る約８，４００ｋＪ／ｍ３  の可燃性ガスであり、間欠的に発生する。つまり転炉の吹練によりガスの発生がつねに変動する。
【００１６】
４ａは外部購入燃料である都市ガスまたはプロパンガス（ＬＰＧ）、５ａは窒素（Ｎ２）  、６は外部購入燃料である重油６ａの供給源である重油タンクである。都市ガスまたはＬＰＧは、主に高炉の休風等により高炉ガスや転炉ガスが発生しない場合に使用され、Ｎ２  は高カロリーの都市ガスまたはＬＰＧの希釈に用いられる。重油は発電所の燃料として供給される。
【００１７】
１１，１２，１３は各炉で発生する可燃ガス（燃料ガス）を無害化・燃焼放散するための燃焼放散塔すなわちフレアスタックであり、通常は使用しないが、各炉の起動・停止時のガス成分不安定時や、各炉に対応して設けられた後述のホルダの備蓄レベルが上限をオーバーした時などに使用される。
【００１８】
２１は高炉ガス（ＢＦＧ）を一時貯蔵しバッファとして機能するＢＦＧホルダ、２２はコークス炉ガス（ＣＯＧ）を一時貯蔵しバッファとして機能するＣＯＧホルダ、２３は転炉ガス（ＬＤＧ）を一時貯蔵しバッファとして機能するＬＤＧホルダである。これら各ホルダ２１〜２３は内部ガス圧力が６５ｋＰａ  と低圧に保持されている。
【００１９】
７はＣＯＧ配管におけるＣＯＧホルダ２２よりも下流側に分岐管を介して接続されたＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ  ）からなる水素製造プラントであり、水素を含むガス（ＣＯＧ）を通すと、水素以外の重い分子のもの（余分な成分）が吸着され、軽い水素だけがすり抜けていく、いわゆる吸着分離方式により高純度水素ガス７ａを精製する装置である。水素製造プラント７では、水素を分離するために、昇圧（８気圧）の必要があるため、入り口にコンプレッサ５１を配置し、コンプレッサ５１によってＣＯＧを０．８ＭＰａに昇圧している。一方、ＣＯＧから水素ガスを全てまたは一部分離した残りであるオフガス７ｂの圧力は、水素製造プラント７内での圧力損失を除く０．７ＭＰａである。またＣＯＧから水素ガスを全てまたは一部分離した残りであるオフガス７ｂは、油シールの低圧乾式ホルダからなり７ｋＰａのガス圧に保持されているオフガスホルダ２４に一時貯蔵されるようになっている。このため、水素製造プラント７でＣＯＧから水素ガス７ａを分離した残りのオフガス７ｂの圧力を減圧するための膨張タービン５２が、水素製造プラント７の出口、つまり水素製造プラント７とオフガスホルダ２４をつなぐオフガス配管系内に設置されている。また膨張タービン５２は、圧力エネルギを無駄にしないために、動力回収する機能も有している。つまり、膨張タービン５２は、図には示していないが圧縮しているコンプレッサ５１と連結され、コンプレッサ５１の圧縮動作に必要な動力を低減している。なお、発電機で電力回収するなど他の動力回収の手法の採用も可能である。
【００２０】
３１，３２，３３はＢＦＧ配管、ＣＯＧ配管、及びＬＤＧ配管にそれぞれ配置された昇圧機であるブロワで、これらブロワ３１〜３３は、それぞれのガスの圧力を約６５ｋＰａ  〜約１２０ｋＰａに昇圧して後述するガスミキサーに供給するものである。３４はオフガス配管網内においてオフガスホルダ２４の下流側に直列に配置された昇圧機であるブロワである。ブロワ３４を直列に接続したのは、水素製造プラントでは各種燃料ガス（ここではＣＯＧ）から水素ガス７ａを回収しオフガス７ｂを発生させるので、オフガスの発生量が一定でなく圧力変動を生じるため、ガス混合器前に昇圧機を配置して、ガスミキサーに供給するオフガス圧力を安定化させる必要があるからである。なお、オフガス７ｂの発熱量は、水素除去率にもよるが上昇するので、安定的にオフガス７ｂが供給可能な熱量に相当する鋼材加熱炉のある鋼板工場４３、鋼管や条鋼の工場４４へは、オフガス７ｂを直接供給し、ガス搬送動力費用を削減している。
【００２１】
８は各ブロワ３１〜３４により昇圧されたガス（ＢＦＧ、ＣＯＧ、ＬＤＧ、オフガス）、都市ガス（又はＬＰＧ）および窒素（Ｎ２）  が送り込まれるガスミキサーであり、発熱量変動を吸収するために、オフガスを、前記ガスの中から選択した低カロリーガス、あるいは高カロリーガスと混合することで燃料性状（▲１▼発熱量、▲２▼ウオッペインデックスＷ．Ｉ．、▲３▼Ａ０／√γ）を安定させたミックスガス（ＭＸＧ）８ａとして製鉄所内の各工場、つまり製銑工場４１、製鋼工場４２、鋼板工場４３、鋼管や条鋼の工場４４や発電所４５へ供給する機能を有している。つまり、ガスミキサー８は、▲１▼発熱量が一定となるように、オフガスに、低カロリーガス、あるいは高カロリーガスを混合する、又は▲２▼ウオッペインデックスＷ．Ｉ．すなわち（発熱量／√ガス密度）が一定となるように、オフガスに、低カロリーガス、あるいは高カロリーガスを混合する、又は▲３▼Ａ０／√γつまり（理論空気量／√ガス密度）が一定となるように、オフガスに、低カロリーガス、あるいは高カロリーガスを混合することで、燃料性状を安定させる。
【００２２】
ここで、製鉄所で使用される各種燃料ガスすなわちＢＦＧ、ＣＯＧ、ＬＤＧ、オフガス、都市ガス（又はＬＰＧ）、および窒素（Ｎ２）  の中から選択される低カロリーガスとは高炉ガス（ＢＦＧ）または窒素（Ｎ２）  を指し、高カロリーガスとは都市ガス（又はＬＰＧ）またはコークス炉ガス（ＣＯＧ）を指す。したがって、燃料性状を安定させる具体的手法は、オフガスのカロリーに応じて、高炉ガス（ＢＦＧ）または窒素（Ｎ２）  のいずれか一方もしくは両方と、あるいは都市ガス（又はＬＰＧ）またはコークス炉ガス（ＣＯＧ）のいずれか一方もしくは両方と、混合する形態となる。
【００２３】
そして、高カロリーガスとしてコークス炉ガス（ＣＯＧ）を、低カロリーガスとして高炉ガス（ＢＦＧ）を、優先的に使用することで、外部購入燃料である都市ガス（又はＬＰＧ）や窒素（Ｎ２）の量を削減することができる。
【００２４】
発電所４５には、ミックスガス（ＭＸＧ）８ａ以外に、高炉ガス（ＢＦＧ）１ａ、コークス炉ガス（ＣＯＧ）２ａ、及び転炉ガス（ＬＤＧ）３ａが直接供給可能になっている。これは各ガスの発生量の変動を吸収するためのもので、ガスミキサー８への供給後に余剰のガスがあった場合、これを発電燃料として使用している。また、外部購入燃料である重油６ａも供給可能になっている。そして、各燃料種に応じたバーナを有するボイラ及びタービンが設置されている。つまり、発電所４５では、ミックスガス（ＭＸＧ）の他に、高炉ガス（ＢＦＧ）、コークス炉ガス（ＣＯＧ）、及び転炉ガス（ＬＤＧ）を燃料ガスとしているが、通常は不足分として重油を供給して発電している。なお、バーナとして燃料の発熱量変動に耐用性がある管状火炎バーナを採用すれば、使用するバーナの数を減らせることは言うまでもない。
【００２５】
本発明のように、ＣＯＧから水素ガスを分離した残りであるオフガス７ｂをガスミキサー８に供給することにより、製鉄所燃料として有効利用することができる。そのため、ＣＯＧから水素ガスを全て分離してもよくなって、燃料電池用の安価な水素供給の実現が可能となる。
【００２６】
また、ＣＯＧから水素ガスを全てまたは一部分離した残りであるオフガス７ｂを、製鉄所の各副生ガスと組合せて使用することにより、無駄なくエネルギが利用でき、エネルギコスト削減が可能となる。
【００２７】
さらに、高炉休風時にオフガス７ｂを利用することで、都市ガスやＬＰＧの使用量を削減することが可能となる。
【００２８】
なお、本実施形態では水素製造プラント７を、水素を４５〜６０％含むＣＯＧの配管系に接続して、ＣＯＧから効率よく水素ガス７ａを回収し、その水素ガスを分離した残りのオフガス７ｂを製鉄所燃料として利用するようにしたものを例に挙げて説明したが、これに限るものでなく、水素製造プラント７を、製鉄所で使用される他の種類の水素を含む燃料ガスの配管系に接続して、その燃料ガスから水素ガスを精製し、その水素ガスを分離した残りのオフガスを製鉄所燃料として利用するようにしてもよく、その場合でも所期の目的は達成できる。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、製鉄所で使用される各種燃料ガス中に含まれる水素ガスを全てまたは一部分離して水素ガスを製造するとともに、その各種燃料ガスから水素ガスを全てまたは一部分離した残りであるオフガスを、製鉄所内燃料として利用するようにしたので、燃料電池用の安価な水素供給の実現が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製鉄所副生ガスの利用方法を適用した製銑・製鋼一貫製鉄所における燃料の流れを示す図である。
【符号の説明】
１  高炉
１ａ  高炉ガス（ＢＦＧ）
２  コークス炉
２ａ  コークス炉ガス（ＣＯＧ）
３  転炉
３ａ  転炉ガス（ＬＤＧ）
４ａ  都市ガス（又はＬＰＧ）
５ａ  窒素（Ｎ２）
７  水素製造プラント
７ａ  水素ガス
７ｂ  オフガス
８  ガスミキサー
８ａ  ミックスガス（ＭＸＧ）
２４  オフガスホルダ（ガスホルダ）
３４  ブロワ（昇圧手段）
【図１】
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