(57)【要約】【課題】アイアンカーバイドから鉄を製造する技術において、高純度の鉄が得られるようにする。【解決手段】反応炉１４にアイアンカーバイドと水蒸気又は水蒸気を含むガスを供給して反応させ、水素及び一酸化炭素からなる可燃性ガス（還元ガス）を生成させるとともに、アイアンカーバイドから鉄を製造する方法において、前記反応炉１４で生成した可燃性ガスの少なくとも一部を還元ガスとして水蒸気とともに反応炉１４に供給し、生成した鉄の酸化を防止して純度の高い鉄を製造する。【選択図】        図１
2004204292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応炉にアイアンカーバイドと水蒸気又は水蒸気を含むガスを供給して反応させ、水素及び一酸化炭素からなる可燃性ガスを生成させるとともに、アイアンカーバイドから鉄を製造する方法において、前記反応炉で生成した可燃性ガスの少なくとも一部を還元ガスとして水蒸気とともに反応炉に供給し、生成した鉄の酸化を防止して純度を高めることを特徴とするアイアンカーバイドを用いた水素及び鉄の製造方法。
【請求項２】
反応炉で生成した可燃性ガスから水素を分離し、この水素の少なくとも一部を還元ガスとして反応炉に供給する請求項１記載のアイアンカーバイドを用いた水素及び鉄の製造方法。
【請求項３】
反応炉にアイアンカーバイドと水蒸気又は水蒸気を含むガスを供給して反応させ、水素及び一酸化炭素からなる可燃性ガスを生成させるとともに、アイアンカーバイドから鉄を製造する方法において、反応炉に燃焼空気もしくは酸素を直接吹き込むか又は前記水蒸気もしくは水蒸気を含む供給ガスとともに導入して、炉内で生成する可燃性ガスの少なくとも一部を燃焼させ、その燃焼熱を反応に必要な熱として利用することを特徴とするアイアンカーバイドを用いた水素及び鉄の製造方法。
【請求項４】
反応炉に供給する可燃性ガスの少なくとも一部を燃焼空気又は酸素の導入により燃焼させ、その高めたガス顕熱を直接反応に必要な熱として利用する請求項１記載のアイアンカーバイドを用いた水素及び鉄の製造方法。
【請求項５】
反応炉にアイアンカーバイドと水蒸気又は水蒸気を含むガスを供給して反応させ、水素及び一酸化炭素からなる可燃性ガスを生成させるとともに、アイアンカーバイドから鉄を製造する方法において、前記反応炉で生成した可燃性ガスの少なくとも一部を燃焼器に導入して該燃焼器に燃焼空気又は酸素を供給し、可燃性ガスの少なくとも一部を燃焼させ、燃焼熱を間接的に反応炉に供給して反応に必要な熱として利用することを特徴とするアイアンカーバイドを用いた水素及び鉄の製造方法。
【請求項６】
反応炉で生成した可燃性ガスから水素を分離した残りの可燃性ガスを燃焼器に導入する請求項５記載のアイアンカーバイドを用いた水素及び鉄の製造方法。
【請求項７】
反応炉に直接燃焼空気又は酸素を導入して、炉内に供給した可燃性ガスの少なくとも一部を燃焼させ、その燃焼熱を反応に必要な熱として利用する請求項１又は２記載のアイアンカーバイドを用いた水素及び鉄の製造方法。
【請求項８】
アイアンカーバイド供給手段及び水蒸気供給手段を有し、アイアンカーバイドに水蒸気又は水蒸気を含むガスを接触させて、水素及び一酸化炭素からなる可燃性ガスを生成させるとともに、アイアンカーバイドの少なくとも一部を鉄に転換する反応炉と、該反応炉で生成した可燃性ガスの回収手段を分岐した、可燃性ガスの少なくとも一部を還元ガスとして前記反応炉に供給する可燃性ガス循環手段とを備え、反応炉内で生成した鉄の酸化を防止して純度を高めるようにしたことを特徴とするアイアンカーバイドを用いた水素及び鉄の製造装置。
【請求項９】
可燃性ガス循環手段に、可燃性ガスから水素を分離するガス分離器を設け、分離した水素の少なくとも一部を還元ガスとして反応炉に供給するようにした請求項８記載のアイアンカーバイドを用いた水素及び鉄の製造装置。
【請求項１０】
アイアンカーバイドに水蒸気又は水蒸気を含むガスを接触させて、水素及び一酸化炭素からなる可燃性ガスを生成させるとともに、アイアンカーバイドの少なくとも一部を鉄に転換する反応炉に、燃焼空気もしくは酸素の直接吹込手段を接続し、又は水蒸気供給手段に燃焼空気もしくは酸素の導入手段を接続し、反応炉内で生成する可燃性ガスの少なくとも一部を燃焼させて反応に必要な熱として利用するようにしたことを特徴とするアイアンカーバイドを用いた水素及び鉄の製造装置。
【請求項１１】
可燃性ガス循環手段に燃焼空気又は酸素の導入手段を接続し、可燃性ガスの少なくとも一部を燃焼させてガス顕熱を高め反応炉に供給して直接反応に必要な熱として利用するようにした請求項８記載のアイアンカーバイドを用いた水素及び鉄の製造装置。
【請求項１２】
アイアンカーバイド供給手段及び水蒸気供給手段を有し、アイアンカーバイドに水蒸気又は水蒸気を含むガスを接触させて、水素及び一酸化炭素からなる可燃性ガスを生成させるとともに、アイアンカーバイドの少なくとも一部を鉄に転換する反応炉と、該反応炉で生成した可燃性ガスの回収手段を分岐した、可燃性ガスの少なくとも一部を燃焼させて燃焼熱を間接的に前記反応炉に供給するための燃焼器を有する間接加熱手段とを備え、反応に必要な熱として前記燃焼熱を間接利用するようにしたことを特徴とするアイアンカーバイドを用いた水素及び鉄の製造装置。
【請求項１３】
可燃性ガス循環手段の燃焼器上流側に、可燃性ガスから水素を分離するガス分離器を設け、可燃性ガスから水素を分離した残りの可燃性ガスを燃焼器に導入するようにした請求項１２記載のアイアンカーバイドを用いた水素及び鉄の製造装置。
【請求項１４】
反応炉に燃焼空気又は酸素の導入手段を接続し、炉内に供給した可燃性ガスの少なくとも一部を燃焼させて反応に必要な熱として利用するようにした請求項８又は９記載のアイアンカーバイドを用いた水素及び鉄の製造装置。
【請求項１５】
反応炉が流動層反応炉であり、炉内に堆積したアイアンカーバイドの粒子を水蒸気又は水蒸気を含むガスを下部から導入し流動化させて反応させるようにした請求項８〜１４のいずれかに記載のアイアンカーバイドを用いた水素及び鉄の製造装置。
【請求項１６】
反応炉が流動層反応炉であり、流動層反応炉の流動層内に伝熱管を設け、反応に必要な熱を間接供給できるようにした請求項１２又は１３記載のアイアンカーバイドを用いた水素及び鉄の製造装置。
【請求項１７】
流動層反応炉が複数の流動層で構成されている請求項１５又は１６記載のアイアンカーバイドを用いた水素及び鉄の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アイアンカーバイド（炭化鉄、Ｆｅ3Ｃ）を利用した水素・鉄の併産技術に関し、高純度の鉄を効率よく生成させることができる方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アイアンカーバイドと水蒸気を反応させて、可燃性ガス（水素、ＣＯガス）と純鉄を生成させる方法及び装置は、これまでも知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。この技術では、Ｆｅ3Ｃ＋Ｈ2Ｏ→３Ｆｅ＋Ｈ2＋ＣＯの反応により、比較的低温・低圧で水素と鉄を製造している。
【０００３】
例えば、図１３に示すように、従来は、流動層反応炉１０にアイアンカーバイド粒子と水蒸気を供給し、４００〜８００℃で上記の反応をさせて、水素ガス及びＣＯガスからなる可燃性ガスを生成させるとともに、純鉄を生成させている。反応に必要な熱は、反応炉１０手前で供給ガスをガス加熱器１２等で間接的に加熱し、ガスの顕熱を高めることで得ている。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２９５４５８５号公報
【特許文献２】
特開２００２−１９４４１１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、上記の反応で水素・鉄を生成させる反応炉として、流動層方式の反応炉を用いた場合、比較的低温度下では、過剰の水蒸気が供給されると、純鉄が生成された後に生成鉄が酸化されることになり、反応炉で得られる鉄の純度が低くなる。
【０００６】
また、上記の反応が起こるのに適した温度範囲は４００〜８００℃と比較的高温であり、また１tonの鉄を生成するために必要な反応熱は約１５６Mcalと比較的高熱量であるために、反応に必要な熱源として廃熱を利用しようとすると、高温かつ大量の廃熱が必要であり、例えば、高温・多量の廃ガスが必要となってくる。このため、反応炉の熱源として比較的低温の廃熱を利用するのには制約がある。
【０００７】
本発明は上記の諸点に鑑みなされたもので、本発明の目的は、反応炉でアイアンカーバイドに水蒸気を接触させて、可燃性ガス（水素、ＣＯガス）と純鉄を生成させる技術において、上記の反応で生成した可燃性ガスの一部を還元ガスとして反応炉に供給することにより、比較的低温度下で生成した純鉄の酸化を抑制して高純度の鉄を得ることができる方法及び装置を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の目的は、アイアンカーバイドに水蒸気を接触させて、可燃性ガス（水素、ＣＯガス）と純鉄を生成させる技術において、上記の反応で生成した可燃性ガスの一部を燃焼させ、その燃焼熱を上記の反応に必要な熱として利用することにより、廃熱を反応に必要な熱源として利用する場合の制約がなくなり、またミニマム容量でかつコンパクトな経済的な方法及び装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明のアイアンカーバイドを用いた水素及び鉄の製造方法は、反応炉にアイアンカーバイド（炭化鉄、Ｆｅ3Ｃ）と水蒸気又は水蒸気を含むガスを供給して反応させ、水素及び一酸化炭素からなる可燃性ガス（還元ガス）を生成させるとともに、アイアンカーバイドから鉄を製造する方法において、前記反応炉で生成した可燃性ガスの少なくとも一部を還元ガスとして水蒸気とともに反応炉に供給し、生成した鉄の酸化を防止して純度を高めるように構成されている（図１等参照）。この場合、反応炉で生成した可燃性ガスから水素を分離し、この水素の少なくとも一部を還元ガスとして反応炉に供給してもよい（図２参照）。ちなみに、熱力計算と実験から表１の結果が得られている。
【００１０】
【表１】
2004204292.tif 000003
【００１１】
また、本発明の方法は、反応炉にアイアンカーバイドと水蒸気又は水蒸気を含むガスを供給して反応させ、水素及び一酸化炭素からなる可燃性ガスを生成させるとともに、アイアンカーバイドから鉄を製造する方法において、反応炉に燃焼空気もしくは酸素を直接吹き込むか又は前記水蒸気もしくは水蒸気を含む供給ガスとともに導入して、炉内で生成する可燃性ガスの少なくとも一部を燃焼させ、その燃焼熱を反応に必要な熱として利用することを特徴としている（図３、図４参照）。表２に、反応炉を流動層とし、１２．５tonの鉄を６００℃で生成する場合の試算比較を示す。
【００１２】
【表２】
2004204292.tif 000004
【００１３】
反応炉で生成した可燃性ガスの少なくとも一部を反応炉に供給する方法においては、可燃性ガスの少なくとも一部を燃焼空気又は酸素の導入により燃焼させ、その高めたガス顕熱を反応に必要な熱として利用することができる（図５参照）。この場合、反応炉で生成した可燃性ガスから水素を分離した残りの可燃性ガスを導入することも可能である（図７参照）。また、これらの方法でも、反応炉に直接燃焼空気又は酸素を導入して、炉内に供給した可燃性ガスの少なくとも一部を燃焼させる構成を加えることができる（図６、図８参照）。
【００１４】
また、本発明の方法は、反応炉にアイアンカーバイドと水蒸気又は水蒸気を含むガスを供給して反応させ、水素及び一酸化炭素からなる可燃性ガスを生成させるとともに、アイアンカーバイドから鉄を製造する方法において、前記反応炉で生成した可燃性ガスの少なくとも一部を燃焼器に導入して該燃焼器に燃焼空気又は酸素を供給し、可燃性ガスの少なくとも一部を燃焼させ、燃焼熱を間接的に反応炉に供給して反応に必要な熱として利用することを特徴としている（図１０、図１１、図１２参照）。
【００１５】
本発明のアイアンカーバイドを用いた水素及び鉄の製造装置は、アイアンカーバイド供給手段及び水蒸気供給手段を有し、アイアンカーバイドに水蒸気又は水蒸気を含むガスを接触させて、水素及び一酸化炭素からなる可燃性ガスを生成させるとともに、アイアンカーバイドの少なくとも一部を鉄に転換する反応炉と、該反応炉で生成した可燃性ガスの回収手段を分岐した、可燃性ガスの少なくとも一部を還元ガスとして前記反応炉に供給する可燃性ガス循環手段とを備え、反応炉内で生成した鉄の酸化を防止して、生成鉄の純度を高めることを特徴としている（図１等参照）。この場合、可燃性ガス循環手段に、可燃性ガスから水素を分離するガス分離器を設け、分離した水素の少なくとも一部を還元ガスとして反応炉に供給してもよい（図２参照）。
【００１６】
また、本発明の装置は、アイアンカーバイドに水蒸気又は水蒸気を含むガスを接触させて、水素及び一酸化炭素からなる可燃性ガスを生成させるとともに、アイアンカーバイドの少なくとも一部を鉄に転換する反応炉に、燃焼空気もしくは酸素の直接吹込手段を接続し、又は水蒸気供給手段に燃焼空気もしくは酸素の導入手段を接続し、反応炉内で生成する可燃性ガスの少なくとも一部を燃焼させて反応に必要な熱として利用することを特徴としている（図３、図４参照）。
【００１７】
反応炉で生成した可燃性ガスの少なくとも一部を反応炉に供給するようにした装置においては、可燃性ガス循環手段に燃焼空気又は酸素の導入手段を接続し、可燃性ガスの少なくとも一部を燃焼させて反応炉に供給し、その燃焼後のガス顕熱を反応に必要な熱として直接利用することが好ましい（図５参照）。この場合、可燃性ガス循環手段に、可燃性ガスから水素を分離するガス分離器を設け、可燃性ガスから水素を分離した残りの可燃性ガスを燃焼させてもよい（図７参照）。また、これらの装置でも、反応炉に燃焼空気又は酸素の導入手段を接続し、炉内に供給した可燃性ガスの少なくとも一部を燃焼させる構成を加えることができる（図６、図８参照）。
【００１８】
また、本発明の装置は、アイアンカーバイド供給手段及び水蒸気供給手段を有し、アイアンカーバイドに水蒸気又は水蒸気を含むガスを接触させて、水素及び一酸化炭素からなる可燃性ガスを生成させるとともに、アイアンカーバイドの少なくとも一部を鉄に転換する反応炉と、該反応炉で生成した可燃性ガスの回収手段を分岐した、可燃性ガスの少なくとも一部を燃焼させて燃焼熱を間接的に前記反応炉に供給するための燃焼器を有する間接加熱手段とを備え、反応に必要な熱として前記燃焼熱を間接利用することを特徴としている（図１０、図１１、図１２参照）。
【００１９】
また、これらの装置においては、例えば、反応炉として流動層反応炉を用いることができ、炉内に堆積したアイアンカーバイドの粒子を水蒸気又は水蒸気を含むガスを下部から導入し流動化させて反応させる。この場合、流動層反応炉の流動層内に伝熱管を設けて、反応炉で生成した可燃性ガスの少なくとも一部を燃焼器に導入して該燃焼器に燃焼空気又は酸素を供給し、可燃性ガスの少なくとも一部を燃焼させて燃焼ガスを前記伝熱管に導入し、反応に必要な熱を供給できるようにしてもよい（図１０、図１１、図１２参照）。また、流動層反応炉として、複数の流動層で構成された反応炉を使用することも可能である（図１１、図１２参照）。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施することが可能なものである。まず、原料であるアイアンカーバイド（炭化鉄）について説明する。一般的に、鉄鉱石（Ｆｅ3Ｏ4、Ｆｅ2Ｏ3等）を天然ガス（メタンガス）及び水素と５５０〜７００℃の温度下で接触させると還元されて金属鉄になり、さらに反応を続けると炭化鉄（主に、Ｆｅ3Ｃ）が生成され、その割合は増えていく。例えば、流動層炉で鉄鉱石を天然ガス（水素は図示略）と接触させてアイアンカーバイド（炭化鉄）を生成させる。また、天然ガスを原料とし比較的高水素系の還元ガスを使用したシャフト炉式直接還元プロセスにより製造したペレット形状の直接還元鉄をアイアンカーバイド（炭化鉄）として使用することができる。一例として、上記シャフト炉式直接還元プロセスで製造した直接還元鉄は、高炭化鉄成分で、Ｆｅ3Ｃ：７０％、Ｆｅ：２５％、Ｆｅ3Ｏ4：５％であり、ペレットサイズは６〜１３mmである。
【００２１】
図１、図２は、本発明の実施の第１形態によるアイアンカーバイドを用いた水素及び鉄の製造方法を実施する装置の概略構成を示している。反応炉１４にアイアンカーバイドと水蒸気又は水蒸気を含むガスを供給し、例えば、４００〜８００℃で下記の反応をさせて、水素ガス及びＣＯガスを含む可燃性ガス（還元ガス）を生成させるとともに、アイアンカーバイドの少なくとも一部を純鉄に転換する。
Ｆｅ3Ｃ＋Ｈ2Ｏ→３Ｆｅ＋Ｈ2＋ＣＯ
水素及びＣＯを含む可燃性ガスは回収してエネルギーとして利用することができ、生成した鉄及びアイアンカーバイドは製銑炉又は製鋼炉で溶融して銑又は鋼を製造するのに利用される。
【００２２】
反応炉１４内のアイアンカーバイドは、比較的低温度下で水蒸気量が過剰の場合、例えば、下記の酸化反応により、アイアンカーバイドから生成した鉄がさらに酸化される。
Ｆｅ＋Ｈ2Ｏ→ＦｅＯ＋Ｈ2
そこで、反応炉１４で生成した可燃性ガス（水素、ＣＯ）の少なくとも一部を還元ガスとして反応炉１４に供給し、生成した鉄の酸化を抑制して高純度の鉄を製造する。酸化鉄の還元反応は、例えば、下記の通りである。
ＦｅＯ＋Ｈ2→Ｆｅ＋Ｈ2Ｏ
ＦｅＯ＋ＣＯ→Ｆｅ＋ＣＯ2
【００２３】
この場合、還元ガスは水素とＣＯでも良いし、水素だけでも良い。例えば、図１に示すように、発生した可燃性ガス（水素、ＣＯ）の一部を還元ガスとして循環させることができる。また、図２に示すように、発生した可燃性ガスをガス分離器１６に導入して水素を分離し、この水素を還元ガスとして反応炉１４に供給することができる。なお、分離した水素の一部は燃料など他の用途にも利用できる。ガス分離器としては、一例として、膜分離装置、圧力スイング方式（ＰＳＡ）分離装置等が用いられる。還元ガスは、導入する水蒸気に混入させても良いし、水蒸気とともに別々に導入しても良い。なお、水蒸気を含むガスの反応後のガス組成が、還元平衡範囲内となるように、還元ガスの添加量を調整することが好ましい。
【００２４】
図３〜図９は、本発明の実施の第２形態によるアイアンカーバイドを用いた水素及び鉄の製造方法を実施する装置の概略構成を示している。反応炉１４にアイアンカーバイドと水蒸気を供給し、下記の反応をさせて、水素及びＣＯを含む可燃性ガスを生成させるとともに、アイアンカーバイドの少なくとも一部を純鉄に転換する。
Ｆｅ3Ｃ＋Ｈ2Ｏ→３Ｆｅ＋Ｈ2＋ＣＯ
【００２５】
この反応は、吸熱反応（１５６Mcal／ton-Fe）であるために、反応炉１４で生成した可燃性ガス（発熱量の合計は８７０Mcal／ton-Fe）の一部を燃焼させて、その燃焼熱を反応に必要な熱として利用する。この場合、図３に示すように、反応炉１４に直接燃焼空気（酸素）を供給し、炉内で生成する可燃性ガスの一部を燃焼させることができる。図４に示すように、水蒸気又は水蒸気を含むガスとともに燃焼空気（酸素）を炉内に供給してもよい。また、図５に示すように、可燃性ガスの一部を反応炉１４に供給するラインに燃焼空気（酸素）を導入し、可燃性ガスを燃焼させてガス顕熱を高めたガスを反応炉１４に供給する構成とすることができる。この場合、図６に示すように、反応炉１４に直接燃焼空気（酸素）を供給する構成としてもよい。また、図７に示すように、発生した可燃性ガスをガス分離器１６に導入して水素を分離・回収し、水素を分離した残りの可燃性ガスを燃焼して、ガス顕熱を高めたガスを反応炉１４に供給する構成とすることができる。この場合も、図８に示すように、反応炉１４に直接燃焼空気（酸素）を供給する構成としてもよい。なお、発生した可燃性ガスの一部を燃焼させたガスは、反応炉１４に直接導入しても良いし、例えば図９に示すように、可燃性ガスを燃焼器１８にて燃焼空気（酸素）を供給して燃焼させ、間接加熱に利用する構成としても良い。
【００２６】
上記の場合、反応炉１４に供給する可燃性ガス全量を燃焼させる必要はなく、反応炉１４の温度確保に必要な熱量を供給できればよい。燃焼せず残された可燃性ガスは還元ガスとして、反応炉１４で生成された鉄の酸化抑制に働く。可燃性ガスの一部を燃焼しても、還元平衡状態は維持できる程度の還元ガスがあれば良い。また、燃焼後、Ｈ2Ｏ＋ＣＯ→Ｈ2＋ＣＯ2のシフト反応により水素が生成するので、還元平衡範囲内のガス組成とすることが可能である。なお、実験等によると、反応等に必要な熱は、発生した可燃性ガス中のＣＯの全燃焼熱で賄うことが可能である。
【００２７】
また、図示はしていないが、反応等に限らず本プロセスで必要な熱は、発生した可燃性ガスの一部を燃焼させて直接又は間接的に供給することが可能である。具体的には、可燃性ガスの一部の燃焼熱を、反応炉に供給して反応熱として利用する他に、上記燃焼熱をアイアンカーバイドの予熱に使用したり、供給ガスの予熱に使用したり、蒸気製造に使用したりすることが可能である。
他の構成及び作用等は、実施の第１形態の場合と同様である。
【００２８】
図１０、図１１、図１２は、本発明の実施の第３形態によるアイアンカーバイドを用いた水素及び鉄の製造方法を実施する装置の概略構成を示している。本実施の形態は、反応炉として流動層反応炉を用いた場合であるが、本発明に適用できる反応炉は流動層方式に限定されるものではない。図１０に示すように、一例として、４００〜８００℃の流動層反応炉２０に、粒子径３mm以下のアイアンカーバイド粒子と水蒸気を供給し、下記の反応をさせて、水素及びＣＯを含む可燃性ガス（還元ガス）を生成させるとともに、アイアンカーバイドの少なくとも一部を純鉄に転換する。
Ｆｅ3Ｃ＋Ｈ2Ｏ→３Ｆｅ＋Ｈ2＋ＣＯ
【００２９】
上記の反応で水素・鉄を生成させる反応炉として、流動層反応炉２０を用いた場合、アイアンカーバイド粒子は滞留時間分布を示して炉内に滞留するため、所定の滞留時間より長いアイアンカーバイド粒子については、上記の反応に必要な水蒸気よりも過剰な量の水蒸気が供給されることになり、比較的低温度で運転した場合の反応炉では、純鉄が生成された後に生成鉄が酸化される。例えば、下記の酸化反応により、アイアンカーバイドから生成した鉄がさらに酸化される。
Ｆｅ＋Ｈ2Ｏ→ＦｅＯ＋Ｈ2
そこで、流動層反応炉２０で生成した可燃性ガス（水素、ＣＯ）の少なくとも一部を還元ガスとして反応炉２０に供給し、生成した鉄の酸化を抑制して高純度の鉄を製造する。酸化鉄の還元反応は、例えば、下記の通りである。
ＦｅＯ＋Ｈ2→Ｆｅ＋Ｈ2Ｏ
ＦｅＯ＋ＣＯ→Ｆｅ＋ＣＯ2
【００３０】
Ｆｅ3Ｃ＋Ｈ2Ｏ→３Ｆｅ＋Ｈ2＋ＣＯの反応は、吸熱反応（１５６Mcal／ton-Fe）であるために、流動層反応炉２０で生成した可燃性ガスの一部を燃焼させて、その燃焼熱を反応に必要な熱として利用する。可燃性ガスの一部を反応炉２０に供給するラインに燃焼空気又は酸素の導入手段を接続してもよく、また、反応炉２０に直接燃焼空気（酸素）を供給してもよい。このときに、反応炉２０に供給する可燃性ガス全量を燃焼させる必要はなく、反応炉の温度確保に必要な熱量を供給できればよい。燃焼せず残された可燃性ガスは還元ガスとして、反応炉２０で生成された鉄の酸化抑制に働く。
また、流動層反応炉２０で生成した可燃性ガスの燃焼による直接的な熱で反応熱を賄う場合の他に、流動層内に所定の伝熱管２４を設けて、可燃性ガスの一部を燃焼器２２にて燃焼空気（酸素）の供給により燃焼させ、燃焼ガスを伝熱管２４に導入することで燃焼熱を間接的に供給する構成としてもよい。
他の構成及び作用等は、実施の第１、第２形態の場合と同様である。
【００３１】
また、図１１に示すように、流動層反応炉２０ａを複数の流動層（図１１では、一例として、２室の場合を図示している）で構成することができる。通路を設けた仕切部材２６で流動層を仕切り、複数の流動層２８、３０とすることにより、アイアンカーバイド粒子の滞留時間分布が変化し、反応時間が長くとれるので、生成鉄の品質が向上する。
また、図１２に示すように、流動層反応炉２０ｂを複数段の流動層（図１２では、一例として、２段流動層の場合を図示している）で構成することができる。上段の流動層３２で主にアイアンカーバイド粒子を予熱し、予熱したアイアンカーバイド粒子を下段の流動層３４に移動させ、下段の流動層３４で効率よく反応させることで、生成鉄の品質が向上する。この場合、上段の炉内温度は下段に比べ低温であり、下段で生成されたガスのシフト反応（Ｈ2Ｏ＋ＣＯ→Ｈ2＋ＣＯ2）がさらに進み、ＣＯのＨ2転化率が上がり、Ｈ2を分離回収して他用途に用いる場合には特に有効である。
図１１、図１２における他の構成及び作用等は、図１０の場合と同様である。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成されているので、つぎのような効果を奏する。
（１）  反応炉でアイアンカーバイドに水蒸気を接触させて、可燃性ガス（水素、ＣＯガス）と純鉄を生成させる方法及び装置において、生成した可燃性ガスの一部を還元ガスとして反応炉に供給することにより、比較的低温度下で生成した純鉄の酸化を抑制して高純度の鉄を得ることができる。
（２）  アイアンカーバイドに水蒸気を接触させて、可燃性ガス（水素、ＣＯガス）と純鉄を生成させる方法及び装置において、生成した可燃性ガスの一部を燃焼させ、その燃焼熱を反応に必要な熱として利用することにより、純鉄を効率よく製造することができ、しかも、廃熱を反応に必要な熱源として利用する場合における廃ガス量、廃ガス温度等の制約がなくなり、ミニマム容量でかつコンパクトな経済的システムが構築できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態によるアイアンカーバイドを用いた水素及び鉄の製造方法を実施する装置の一例を示す概略構成説明図である。
【図２】本発明の実施の第１形態によるアイアンカーバイドを用いた水素及び鉄の製造方法を実施する装置の他の例を示す概略構成説明図である。
【図３】本発明の実施の第２形態によるアイアンカーバイドを用いた水素及び鉄の製造方法を実施する装置の一例を示す概略構成説明図である。
【図４】本発明の実施の第２形態によるアイアンカーバイドを用いた水素及び鉄の製造方法を実施する装置の他の例を示す概略構成説明図である。
【図５】本発明の実施の第２形態によるアイアンカーバイドを用いた水素及び鉄の製造方法を実施する装置の他の例を示す概略構成説明図である。
【図６】本発明の実施の第２形態によるアイアンカーバイドを用いた水素及び鉄の製造方法を実施する装置の他の例を示す概略構成説明図である。
【図７】本発明の実施の第２形態によるアイアンカーバイドを用いた水素及び鉄の製造方法を実施する装置の他の例を示す概略構成説明図である。
【図８】本発明の実施の第２形態によるアイアンカーバイドを用いた水素及び鉄の製造方法を実施する装置の他の例を示す概略構成説明図である。
【図９】本発明の実施の第２形態によるアイアンカーバイドを用いた水素及び鉄の製造方法を実施する装置のさらに他の例を示す概略構成説明図である。
【図１０】本発明の実施の第３形態によるアイアンカーバイドを用いた水素及び鉄の製造方法を実施する装置の一例を示す概略構成説明図である。
【図１１】本発明の実施の第３形態によるアイアンカーバイドを用いた水素及び鉄の製造方法を実施する装置の他の例を示す概略構成説明図である。
【図１２】本発明の実施の第３形態によるアイアンカーバイドを用いた水素及び鉄の製造方法を実施する装置のさらに他の例を示す概略構成説明図である。
【図１３】従来のアイアンカーバイドを用いた水素及び鉄の製造方法を実施する装置の一例を示す概略構成説明図である。
【符号の説明】
１０、２０、２０ａ、２０ｂ  流動層反応炉
１２  ガス加熱器
１４  反応炉
１６  ガス分離器
１８、２２  燃焼器
２４  伝熱管
２６  仕切部材
２８、３０、３２、３４  流動層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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