(57)【要約】  本発明による方法は、鉄鉱石と、カルシウムの酸化物および／または炭化物（Ａ）と、炭素を含む材料とから成る混合物を使用して一酸化炭素を含むガスを形成させることにより、高炉（２３）内または電気低縦型炉（１２３）内で銑鉄または他の基礎生産物（３２；１３３）をカーボサーマル方式または電熱式に製造するために用いる。高品質の合成ガスを提供する、高程度のエネルギー効率を持つ新規な方法を提供するため、まず、鉄鉱石および／またはカルシウムの酸化物および／または炭化物のすべてまたは一部を、向流式ガス化装置として上流側に接続された鉛直方向の移動床式反応器（２）であって、少なくとも部分的にアルカリ物質から成っている移動床としてのばら材と、還元ゾーン（１２）と酸化ゾーン（６）とを有する前記移動床式反応器（２）内で、有機材料（３）とともにばら材として使用し、前記有機材料のすべてまたは一部を、酸素を含んでいるガス（８）を用いてガス化することによって合成ガス（９）に変換し、残っているばら材（２２）の少なくとも一部を、銑鉄をカーボサーマル方式で製造するための原料として、または、基礎生産物を電熱方式で製造するための原料として供給する。
2015507082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄鉱石と、カルシウムの酸化物および／または炭化物（Ａ）と、炭素を含む材料とから成る混合物を使用して一酸化炭素を含むガスを形成させることにより、高炉（２３）内または電気低縦型炉（１２３）内で銑鉄または他の基礎生産物（３２；１３３）をカーボサーマル方式または電熱式に製造する方法において、
まず、鉄鉱石および／またはカルシウムの酸化物および／または炭化物のすべてまたは一部を、向流式ガス化装置として上流側に接続された鉛直方向の移動床式反応器（２；１０２）であって、少なくとも部分的にアルカリ物質から成っている移動床としてのばら材と、還元ゾーン（１２；１１２）と酸化ゾーン（６；１０６）とを有する前記移動床式反応器（２；１０２）内で、有機材料（３；１０３）とともにばら材として使用し、前記有機材料のすべてまたは一部を、酸素を含んでいるガス（８；１０８）を用いてガス化することによって合成ガス（９；１０９）に変換し、残っているばら材（２２；１２２）の少なくとも一部を、銑鉄をカーボサーマル方式で製造するための原料として、または、基礎生産物を電熱方式で製造するための原料として供給することを特徴とする方法。
【請求項２】
鉄鉱石と、カルシウムの酸化物および／または炭化物とを、粗片の形状でおよび／または鉄鉱石を含む凝集粉として、たとえば顆粒またはブリケットとして、上流側に接続された前記移動床式反応器（２；１０２）内で使用することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上流側に接続された前記移動床式反応器内の前記ばら材に、付加的にアルカリ物質（４；１０４）を混合させ、たとえば粗片状の酸化カルシウムおよび特に有利には塵状の酸化カルシウムおよび／または水酸化カルシウムを混合させることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記上流側に接続された移動床式反応器（２；１０２）が、槍状バーナー（５；１０５）を介して燃料（７；１０７）および酸化ガス（８；１０８）で作動される補助バーナーを前記酸化ゾーン（６；１０６）の領域に有していることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項５】
前記上流側に接続された移動床式反応器（２；１０２）内で、および／または、抽出されたガス状反応生産物のガス段階（１５；１１５）で、水蒸気および酸化カルシウムおよび／または炭化カルシウムおよび／または水酸化カルシウムを存在させて、オイルおよび／またはタールを含み且つＣ４よりも大きな鎖長さを有している発生した分解産物の主要成分を４００℃以上の温度でカルシウムで触媒改質することにより、一酸化炭素、二酸化炭素、水素を形成させることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項６】
前記上流側に接続された移動床式反応器（２；１０２）内に残っているばら材（２４，１２４）の検知可能な熱を、中間冷却せずに、前記高炉内または前記電気低縦型炉（２３；１２３）内で利用することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項７】
前記上流側に接続された移動床式反応器（２；１０２）が、前記酸化ゾーン（６；１０６）の下方に冷却ゾーン（１１；１１１）を有し、冷却ガス（１０；１１０）を前記上流側に接続された移動床式反応器の下端から配量して導入し、ばら材移動床に対する対向流として誘導することを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項８】
前記上流側に接続された移動床式反応器内でのガス化を、酸化ガス（８；１０８）としての空気および／または工業用酸素を添加することにより行い、その際の空気または工業用酸素の量を、ガス化のすべての段階にわたって総ラムダ値が１よりも小さくなるように、有利には０．７よりも小さくなるように、特に有利には０．５よりも小さくなるように設定することを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項９】
空気および／または酸素の形態の酸化ガスの少なくとも一部を、上流側に接続された前記移動床式反応器の下端から配量し、前記冷却ゾーン（１１；１１１）内で冷却ガスとして利用し、その際の前記総ラムダ値は、前記酸化ゾーン（６；１０６）内での有機材料のガス化に起因してまだ残っている残留コークスが完全に酸化される程度の大きさに設定されていることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記高炉、前記電気低縦型炉および／または前記移動床式反応器からのＣＯ２を含んだガス（１０，１１０）、好ましくは合成ガス（９；１０９）を、上流側に接続された前記移動床式反応器（２；１０２）の下端から配量し、前記冷却ゾーン（１１；１１１）内で冷却ガスとして利用することを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記総ラムダ値を次のように設定すること、すなわち有機材料の気化に起因する残留コークスが前記酸化ゾーンを離れた後もまだ残っており、その少なくとも一部を、前記冷却ガス（１０；１１０）として使用されるＣＯ２を含んでいるガスに含まれているＣＯ２をエアカーボン反応によってＣＯへ還元するために利用し、その後に、残っている前記残留コークスを前記ばら材とともに前記冷却ガスによりさらに冷却するように、設定することを特徴とする、請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
上流側に配置されている前記移動床式反応器（２；１０２）の下流側で、残っているばら材の篩分け（２５；１２５）を行なって微小材および灰（２７；１２７）を分離させ、その後に、前記ばら材の粗い篩分級物（２６ａ；１２６ａ）を前記高炉内または前記電気低縦型炉（２３；１２３）内で銑鉄または基礎生産物をカーボサーマル方式で製造するために使用することを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１３】
篩分けした前記微小材（２７；１２７）の少なくとも一部を再び上流側に配置された前記移動床式反応器（２；１０２）内で使用し、これによって循環系内で誘導することを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
篩分けした前記粗い篩分級物（２６ａ；１２６ａ）の少なくとも一部を再び上流側に配置された前記移動床式反応器（２；１０２）内で使用し（２６ｂ；１２６ｂ）、これによって循環系内で誘導することを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
上流側に配置された前記移動床式反応器（２；１０２）に、気化剤としての水および／または水蒸気を、好ましくは前記酸化ゾーンの下方において（１４；１１４）および／または前記酸化ゾーン（６；１−６）の内部で供給することを特徴とする、請求項１から１４までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１６】
上流側に配置された前記移動床式反応器（２；１０２）内で形成された前記合成ガスを上端において（１６；１１６）引き抜き、該合成ガス内に含まれている塵埃を３００℃以上の温度で物理学的な固形物質分離（１８；１１８）によって前記合成ガスから分離させることを特徴とする、請求項１から１５までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１７】
前記合成ガス（１５；１１５）から分離させた塵埃（１９；１１９）の少なくとも一部を、上流側に配置された前記移動床式反応器内で、前記ばら材の添加（４；１０４）によって再利用し、これによって循環系内で誘導することを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
上流側に配置された前記移動床式反応器（２；１０２）内で有機材料として石炭を使用し、前記有機材料（３；１０３）からのエネルギーを利用して、および／または、前記補助バーナー（５；１０５）の燃料／酸化ガス混合物からのエネルギーを利用して、コークスにコークス化することを特徴とする、請求項１から１７までのいずれか一つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鉱石と、カルシウムの酸化物および／または炭化物と、炭素を含む材料とから成る混合物を使用して一酸化炭素を含むガスを形成させることにより、高炉内または電気低縦型炉内で銑鉄または他の基礎生産物をカーボサーマル方式または電熱式に製造する方法に関するものである。
本発明の範囲内では、銑鉄という上位概念には、従来の銑鉄以外に、フェロシリコンおよびフェロマンガンも含まれる。また、本発明の範囲内では、基礎生産物を製造するための電熱式製造方法とは、炭化カルシウムの製造以外に、フェロシリコン、フェロマンガン、シリコンの製造も含まれる。
【背景技術】
【０００２】
銑鉄を製造するためのカーボサーマル式製造方法は、直立炉（いわゆる高炉）内で実施される。この場合、鉄鉱石（Ｆｅ２Ｏ３赤鉄鉱／Ｆｅ３Ｏ４磁鉄鉱／ＦｅＯウスタイト）が高炉プロセスで炭素（通常はコークスの形態）とともに空気の向流内で２００ないし２０００℃の温度で処理される。その際、酸化鉄は還元ゾーンにおいて元素の鉄に還元される。還元剤としては主に合成ガス（還元ガス）が用を成し、合成ガスは主成分として一酸化炭素（ＣＯ）と水素（Ｈ２）とを有し、高炉内の還元条件のもとでエアカーボン・水素ガス反応によって形成される。その後、銑鉄が高炉の下端から溶融流動状態で流出し、これによりシャフトによって材料の鉛直方向の流動が生じる。使用される炭素は、上流側に設けられるコーキングプロセスで石炭から得られるコークスの形態で使用されねばならない。これとは択一的にたとえばＣＯ２成分の少ない炭素担持体（炭素／バイオマス）の使用は、技術的理由から制限される。炭素担持体は少量だけ適当な個所に吹き込まれる。石炭をコークス化する必要があるのは、湿った炭素成分（たとえば水および低分子炭化水素）を除去して、高炉内に必要な温度を得るためである。
【０００３】
しかしながら、上流側でコークス化を行なう主要な理由は、石炭に含まれている硫黄をコーキングプロセスで除去せねばならない点にもある。ほぼ５ないし５０ｐｐｍの少量の二酸化硫黄（ＳＯ２）が還元ガスの中に含まれているだけで当初は酸素分解をかなり加速させるが、金属の鉄がはじめて発生すると、過程は逆転して酸素分解はかなり緩速になる。この反応に原因は硫黄の性質にあり、すなわちその表面が金属の鉄と結合し、これによって炭素の吸収（浸炭）を阻止するという性質にある。酸化鉄ＦｅＯ（ウスタイト）とＣＯとの反応は、通常ＦｅＯの表面を介して行われるばかりでなく、すでに析出した鉄の表面を介しても行われる。鉄の吸収特性が優れているために、鉄と酸化鉄との間の界面から界面へガスの大部分が鉄を介して搬送される。しかしながら、このような現象が起こるのは、鉄が炭素を十分に吸収する（浸炭する）ことができた場合だけである。硫黄によって炭素の吸収がブロックされると、反応は酸化鉄の表面だけで行われるにすぎない。
【０００４】
さらに重要な問題は、最終生産物の中に硫黄がわずかでも含まれていると、鋼が脆化し、それによって有利な材料特性が損なわれる不具合があることである。
【０００５】
硫黄の問題は、いわゆるばい焼による使用鉄鉱石の前処理をも必要とさせ、これにより、含まれている金属硫化物が酸化過程および還元過程によって金属酸化物に変異する。
【０００６】
石炭のコークス化も鉄鉱石のばい焼も高炉プロセスでの硫黄妨害を著しく減少させるものの、硫黄化合物の残滓が含まれているために、かなりの量の酸化物および／またはカルシウムの炭酸塩を、補助的な溶融段階で硫黄を結合させる脱硫黄剤として使用せねばならない。
【０００７】
屑鉄の再溶融方法でも直立炉、いわゆる熔銑炉が使用される。ここでも、還元条件のもとで同様に酸化ガスとしての空気の向流の中で１６００℃までの必要な温度を得ることができるようにするために、コーキングプロセスから出るコークスが使用される。その後、溶融した鉄を熔銑炉の下端から溶融流動物として流出させる。
【０００８】
基礎生産物を製造するための電熱方法は直立炉内、いわゆる電気低縦型炉内で実施される。
【０００９】
電気低縦型炉は、耐火性の裏張りを備えたるつぼ状の炉室から成っている。さらにこの種の炉は、ほとんどの場合、水冷される要素および／または耐火性裏張りを含んだカバーを備えている。必要な熱エネルギーを生成するため、電気低縦型炉は自焼成物質から成る電極を有し、該電極は自焼成プロセスにおいてその損耗に応じて常時炉内へ送りこまれる。これらの電極を介して炉内の原料は電流を供給される抵抗加熱によって反応温度へ加熱される。
【００１０】
炭化カルシウムはこの数十年来重要な基礎化学物質であり、多くの二次化学生産物のための、炭素をベースにした原料ベースとしてのアセチレンの先駆物質として用いられる。
【００１１】
炭化カルシウムの場合、電気低縦型炉には、生石灰（酸化カルシウム）と種々のタイプのコークスとから成る化学量論的混合物がほとんどの場合連続的に供給される。加熱は、自焼成電極を介して供給される電流により行われる。この場合、抵抗加熱には、２００−３００ボルトの高電圧範囲の電流の変換が必要である。その際、１４００００アンペアまでの法外なアンペア数が生じる。その後、電極の先端に溶融ゾーンが形成され、そこでは１７００ないし２５００℃で溶融プロセスまたは反応プロセスが行なわれる。
【００１２】
その際に、酸化カルシウム（ＣａＯ）の熱分裂が発生する。その結果生じる分裂生成物はガス状のカルシウムおよび酸素として上方へ流動し、ばら材ベッド内で炭素と反応して炭化カルシウム（ＣａＣ２）と一酸化炭素（ＣＯ）になる。このようなプロセスでは、ほとんどの場合、炭化カルシウムはほぼ７５ないし８５％の純度で得られる。結合生成物として生じるカーバイド炉数（合成ガス）は、ほぼ６０ないし８０体積％の一酸化炭素と、ほぼ１０ないし３０体積％の水素（Ｈ２）とを含んでいる。しかしながら、合成ガスの組成は、使用されるコークスの品質に著しく依存している。というのは、そこに含まれている湿気成分、たとえば有機成分が、カーバイドプロセスにおいて熱分解によって遊離し、短鎖の炭化水素として引き続き合成ガス内に見いだされるからである。形成された炭化カルシウムは、溶融流動物としてタップを介して電気低縦型炉の下端から取り出され、冷却されて所望の粒度へ破砕される。炭化カルシウムは、タップ後にもまだ１９００℃までの温度を有している。この検知可能な熱は製造プロセスの総エネルギー需要量の８０％以下を形成し、ほとんどの場合、冷却プロセスの際に周囲へ放出することによって完全に消失する。
【００１３】
電気低縦型炉内での電熱方法は非常にコスト高である。一方では反応温度を生成させるために法外な電流が必要であり、他方コーキングプラント内での面倒なプロセスを用いて前もって石炭から取得しなければならない高価値のコークスが必要である。
【００１４】
このようなコーキングプラントでは、乾式蒸留方法により石炭からコークスと未処理ガスとが発生する。石炭内部の湿った成分は、酸素排除のもとで９００℃から１４００℃の温度へ加熱することによって熱分解され、遊離され、吸引される。遊離させた成分を燃焼させるコーキングプラントも存在する。この方法は「ヒートリカバリー」方法と呼ばれる。石炭をガス抜きすることにより、実質的に炭素を含む有孔コークスが形成される。未処理ガスは分別凝縮によっていわゆる石炭副産物であるタール、酸化硫黄、アンモニア、ナフタリン、ベンゼンに分解され、これらは化学工場でさらに処理される。さらにコークス炉ガス（合成ガス）が発生する。コークス炉ガスは、通常、石炭のコーキングが行なわれる炉室の間接加熱のために燃焼ガスとして使用される。
【００１５】
銑鉄生産のケースでは、高炉プロセスから発生した高炉ガスを同様にコーキング用の燃料として利用することのできる製鋼所に直接コーキングプラントが組み込まれていることが多い。
【００１６】
コーキングプロセスの主要な欠点は、そのエネルギー効率が低いことにある。従って、赤熱しているコークスを、炉室から離れた後にすぐに水で消火しなければ、大気中での燃焼を阻止することができない。その際に、加熱されたコークスの感じられる程度の熱が失われる。しかしながら、そのためには１トンのコークスにつき２トン以下の水を使用せねばならず、発生する水蒸気と蓄積した消火水とは放出量を増大させる。さらに、複数の物理学的および化学的ステップを利用した面倒なガス処理を必要とする、タールとオイルとを含んだかなりの未処理ガスが生じる。更なる主要な欠点は、このガス処理が軟質炭および褐炭といった通常の石炭質の有害物質または随伴物質を特定の対象として構成され、特に二次炭素担持体（たとえばハロゲンを含んだプラスチックまたは汚染した古木）を使用することができないことにある。
【００１７】
銑鉄または基礎生産物をカーボサーマル方式または電熱式に製造する場合も、石炭を上流側でコーキングする場合も、異なる組成と発熱量の合成ガスが副産物として発生する。
【００１８】
酸素を除外して石炭をコーキングする際に発生する合成ガスは、通常高品質と大きな発熱量とを有し、他方高炉プロセスから出る合成ガス（高炉ガス）は２５体積％までの二酸化炭素を含んでいる。従って、ほとんどの場合かろうじて石炭コーキング用の燃焼ガスとして使用できるような低品質の合成ガスである。それ故製鋼所では、ほとんどの場合これら品質が異なる２つのガスは別個のガスネットで使用される。
【００１９】
通常、銑鉄の製造所では、必要なエネルギーまたは高品質の合成ガスが不足しているのが支配的である。これは特に製鋼所のケースで見られることであり、製鋼所ではほとんどの場合、高価値の化石エネルギー担体（たとえば天然ガス）をかなり追加購入することが必要である。
【００２０】
電熱式製造方法の場合も、上流側で石炭をコーキングする場合も、合成ガスが発生する。合成ガスと副産物として得られ、物質的にも熱的にも下流側のプロセスで活用することができる。これによって電熱方式の効率を改善することができる。
【００２１】
このような電熱方式のエネルギー効率を向上させ、或いは、原材料側でのコストを低減させるため、過去において多数の実験が試みられた。
【００２２】
特許文献１では、プラスチック廃棄物をベースにしてバッチ式炉内で６００−１４００℃でコーキングを行うことが提案される。その際に発生する炭素成分はカーバイドプロセスで使用され、他方発生した排ガスは除塵後、蒸気ボイラーとそれに続く蒸気タービンで燃焼させることによって発電に利用される。
【００２３】
特許文献２は他の方法を提案している。ここでも、炭素成分として、粉砕されたプラスチック廃棄物が使用される。プラスチック廃棄物は、酸化カルシウムの小片を存在させて、４００ないし８００℃の熱分解により、そしてその後、発生する酸化カルシウム／熱分解コークス混合物をロータリーキルン内で１０００ないし１３００℃でか焼することにより、予め調製された後に、発生した炭素成分をカーバイドプロセスで使用することができる。
【００２４】
同様の方法は特許文献３が開示しており、他方特許文献４はプラスチック廃棄物の熱分解を６００ないし１０００℃で行うことを開示している。この場合、このようにして得られた熱分解ガスを１２００ないし１９００℃で一部燃焼させ、最後に煤／ガス混合物を４５０ないし８００℃へ冷却するか、或いは、微粒および／または小片の酸化カルシウムを用いて煤を分離させる。
【００２５】
上記の個々の方法の欠点は、特にそれぞれで提案されている、バッチ式炉またはロータリーキルンを利用した熱分解段階を、技術的に置換できないことである。このような方法はオイルおよびタールの形成による多くの技術的問題があるために（たとえば高温ゾーンに材料を供給する際の問題、固形残留物質を連続的に搬出する際の問題）、さらには方法技術上の問題があるために目的を達成できず、或いは、経済的な境界条件のもとで作動させることができない。
【００２６】
特許文献５が提案している方法では、プラスチックを含有する残留物質または廃棄物質がカーバイドプロセスで原材料混合物と一緒に使用される。この場合、原材料混合物を前もって生石灰およびコークスと混合させ、その後完成したチャージとして電気銑鉄炉に供給するのが好ましいとされる。この方法は、チャージ内の生石灰成分が多いために、ハロゲン含有成分（たとえばＰＶＣ）の使用をも可能にする。この方法では、カーバイドプロセスで発生する合成ガス量が著しく多く、他方発生する熱分解コークスは、炭化カルシウムを形成させるための炭素成分として物質的に利用することができる。しかしながら、残留物質および廃棄物質を熱分解するために必要な付加エネルギーを高価な電流によって調達しなければならないのが欠点である。さらに、残留物質または廃棄物質内に含まれている有害物質の少なくとも一部が炭化カルシウムで濃厚になって、その後の活用を困難にさせるのが大きな欠点である。
【００２７】
他の提案は特許文献６に開示されている。ここでは、ＰＶＣを含んだプラスチック廃棄物を、オイルバスを利用して、または、外部で加熱される押し出し機を利用して、２５０ないし５００℃で熱分解してＨＣＬガスを形成させる。その後、プラスチックを含んでいる残っている残留物を第２段階で炭素担体としてカーバイドプロセスに投入する。この方法の欠点は、同様に有害物質、特に重金属がプラスチックを含んでいる残留物に残り、少なくともその一部がカーバイドプロセスで最終生産物中の重金属成分を高くすることである。さらに、塩素濃度が高く、塩素を含んだプラスチック廃棄物から熱的に遊離することのある酸素が結合されることにより、毒性のダイオキシンおよびフランが形成される恐れがある。
【００２８】
特許文献７には、炭素を含んだ物質をガス化する方法が記載されている。この方法は、向流式気化器を利用して合成ガス内で種々のプラスチック担持体を置換することを提案している。この方法は循環系内で誘導されるばら材を反応移動床として利用し、その際好ましくはアルカリ物質を、特に酸化カルシウム（ＣａＯ）を微粒物として添加し、或いは、ばら材全体がＣａＯから成っている。この方法の他の主要な特徴は冷却ゾーンが形成されていることにあり、この冷却ゾーン内で、必要な気化剤（たとえば空気および／または水）かエネルギー効率的に予熱され、他方循環系内で誘導されるばら材が冷却される。これによって非常に高いエネルギー効率を達成できるものの、ばら材を循環系内で誘導することと関連して莫大なコストを必要とするのが欠点である。特に、場合によっては所望量以上の微粒物を常時逸出させねばならないので、粒子が連続的に破壊されるのが欠点である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２９】
【特許文献１】独国特許出願公開第４２４１２４６Ａ１号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第４２４１２４５Ａ１号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第４２４１２４４Ａ１号明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第４２４１２４３Ａ１号明細書
【特許文献５】独国特許出願公開第１０２００６０２３２５９Ａ１号明細書
【特許文献６】独国特許出願公開第１０２００７０５４３４３Ａ１号明細書
【特許文献７】独国特許出願公開第１０２００７０６２４１４．１−２４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
本発明の課題は、上述した技術水準による銑鉄のカーボサーマル製造方法、この方法における合成ガスの不足、反応移動床としてばら材を利用した向流式気化器による気化方法を考慮して、銑鉄を製造するための新規なカーボサーマル方法において、かなりの程度のエネルギー効率を有し、高品質の合成ガスを提供し、石炭コークス化の欠点を解消し、有害物質を比較的環境にやさしいものに限定し、より幅広のスペクトルをもった炭素含有材料と、特に有害物質で汚染された炭素担体と、バイオマスをも得られる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
この課題は、本発明によれば、鉄鉱石および／またはカルシウムの酸化物および／または炭化物のすべてまたは一部を、高炉内で使用する前に、まず向流式ガス化装置として上流側に接続された鉛直方向の移動床式反応器内でばら材として使用する。移動床式反応器のばら材はさらにアルカリ物質成分を有し、移動床式反応器は還元ゾーンと酸化ゾーンとを有する。ばら材とアルカリ物質以外に、有機材料をも使用し、有機材料のすべてまたは一部を、酸素を含んでいるガスを用いてガス化することによって合成ガスに変換する。このガス化の際に残留物として残っているばら材の少なくとも一部を、高炉内で銑鉄をカーボサーマル方式で製造するための原料として供給する。
【００３２】
使用する鉄鉱石、使用する酸化物および／または使用する炭化物は、移動床式反応器内での十分なガス透過性を補助するために、好ましくは粗片の形態で使用する。もちろんたとえば顆粒、ペレットまたはブリケットのような、これらの材料から成る凝集塊を上流側の移動床式反応器内で使用してもよい。このようなペレットは、今日では鉄鋼産業において、とりわけ結合剤として酸化カルシウムを使用して合目的に製造されて、高炉プロセスで使用するための微粒状鉄鉱石をも入手することができる。
【００３３】
たとえば硫黄、ハロゲンまたは重金属のような有害物質結合させるため、上流側に接続された移動床式反応器内のばら材に、付加的にアルカリ物質を混合させ、たとえば粗片状の酸化カルシウムを混合させるのが有利である。特に有利には塵状の酸化カルシウムおよび／または水酸化カルシウムを混合させることである。というのは、この場合に特に広い反応表面積が提供され、しかも有害物質結合体としてのアルカリ物質も気相で提供されるからである。
【００３４】
酸化カルシウムを使用すると、有機材料のガス化の際にその触媒作用をほぼ理想的に活用できるので特に有利である。この触媒作用は、ガス化またはコークス化の際に発生するオイルおよびタールを含んだ生産物を最小限に減少させ、その際同時に、比較的低温時に熱クラッキングが始まって、合成ガス発生量をかなり増大させる。
【００３５】
ガス化の最適な制御のため、上流側に接続された移動床式反応器は、補助バーナーを酸化ゾーンの領域に有している。補助バーナーは槍状バーナーを介して燃料および酸化ガスで作動される。他方補助バーナーはガス化プロセスを開始するために用いられるとともに、規格化された作動中に、移動床式反応器のダクト内で酸化ゾーンを固定化するために用いられる。この場合制御は次のように行われ、すなわち空気および／または酸素の形態の酸化ガスが槍状バーナー内の燃料に対して化学量論的にまたは非化学量論的にも行うことができるように行われる。これにより、槍状バーナーを介して、ガス化プロセスで必要な酸化ガス量の完全な配量をも行うことができる。上流側の移動床式反応器内で必要な酸化ガス量は、空気および／または産業用酸素を添加することによって調整することができ、その際空気または酸素は、ガス化のすべての段階にわたって総ラムダ値が１よりも小さいように、有利には０．７よりも小さいように、特に有利には０．５よりも小さいように調整される。
【００３６】
酸化カルシウムの触媒作用によるオイルまたはタールを含む分解産物の結合を十分に減少させるため、鉛直方向のプロセス室内および／または抽出されたガス状反応物の気相で、水蒸気および酸化カルシウムおよび／または炭化カルシウムおよび／または水酸化カルシウムを存在させた状態で、４００℃以上のカルシウム触媒改質を実施してよい。この場合、発生するオイルおよび／またはタールを含んだ分解産物の主要成分は一酸化炭素、二酸化炭素、水素へ変換される。
【００３７】
必要とする水蒸気は、合目的には、鉛直方向のプロセス室内および／または還元ゾーン上方のガス相内に配量する。水蒸気を有機材料の残留湿気から現場で調達するようにした実施態様も有利である。この実施態様では、場合によっては水の配量をすべて省略することができる。
【００３８】
基本的には、上流側に接続された移動床式反応器内に残っているばら材を、中間冷却せずに、その検知可能な熱を十分に利用してプロセスで利用することができる。
【００３９】
本発明による方法の有利な実施態様によれば、上流側に接続された移動床式反応器は、酸化ゾーンの下方に冷却ゾーンを有し、冷却ガスを上流側に接続された移動床式反応器の下端から配量して導入し、ばら材移動床に対する対向流として誘導する。
【００４０】
この場合、冷却ガスとして、空気および／または酸素の形態の酸化ガスを使用することができる。空気および／または酸素の形態の酸化ガスの少なくとも一部を、上流側に接続された移動床式反応器の下端から配量し、対向流として冷却ゾーンを貫通させる。この場合重要なことは、ガス化のすべての段階にわたって総ラムダ値を次のように設定すること、すなわち有機材料のガス化から出てまだ残っている残留コークスの完全酸化が酸化ゾーンで行われるように設定することである。有機材料のガス化の際には、炭素と水素との分子比率に応じて異なる固有残留コークス量が残る。この残留コークスは、冷却ゾーンで酸化ガスを使用する際にすでに酸化ゾーンにおいてＣＯまたはＣＯ２に完全に酸化させねばならない。そうしないと、冷却ゾーンにおいて冷却ガスで酸化が行なわれ、そのときに放出される熱によって逆の作用が生じる。
【００４１】
特に有利には、高炉から出るＣＯ２を含んだガス（高炉ガス）、好ましくは合成ガスを、冷却ガスとして利用することである。このガスは上流側に接続された移動床式反応器の下端から配量し、冷却ゾーン熱いばら材に対する向流として誘導される。
【００４２】
この方法の実施態様は、本発明による方法の特にエネルギー効率的な構成を提供する。というのは、この実施態様の場合、移動床式反応器内に目的に応じて残留コークスを生成させることができるからである。この場合、総ラムダ値を次のように低く設定する必要があり、すなわち有機材料のガス化から出る残留コークスが酸化ゾーンを離れた後も残り、その少なくとも一部分が、ＣＯへのエアカーボン反応によって、ＣＯ２を含んで冷却ガスに挿入されるＣＯ２含有ガスの還元のために利用することができ、その後に、残っているコークスがばら材とともにさらに冷却ガスによって冷却されるように、設定する必要がある。
【００４３】
この実施態様は、合目的なプロセスコントロールによって次のように最適化することができ、すなわちガス化プロセスがかなりの割合でコーキングへシフトし、合成ガス量が減少するだけでなく、有機材料から出るコークス成分がかなり増大するように最適化することができる。このコークスの少なくとも一部の代わりに、プロセスで化石原料から出る必要なコークスを使用してもよい。この場合の格別な利点は、コークスを種々の有機材料から生成させることができ、化石燃料担体にやさしい処理が行なわれるという点にある。他方、高炉ガスを利用することにより、そうでなければ必要な水蒸気を用いるコークス焼入れによるエネルギーロスがなくなり、それと同時に、検知可能な熱を利用することと、コークスの還元作用を利用することとにより、高炉ガスの発熱量が極めてエネルギー効率よく増大し、従って全体的に、銑鉄製造のエネルギー効率の著しい増大が達成される。
【００４４】
使用される有機材料は、すでに述べたように有害物質を含んでいることがある。有害物質は微粒状または塵埃状のアルカリ物質と結合する。
【００４５】
それ故、上流側に配置されている移動床式反応器の下流側で、残っているばら材の篩分けを行なって微小材および灰を分離させ、その後に、ばら材の粗い篩分級物を高炉内または電気低縦型炉内で銑鉄または基礎生産物をカーボサーマル方式で製造するために使用するのが有利である。
【００４６】
この場合、篩分けした微小材の少なくとも一部を再び上流側に配置された移動床式反応器内で使用し、これによって循環系内で誘導するのが有利である。これによって、移動床式反応器内での微小材の定常濃度を上昇させることができ、或いは、微小材内での有害物質の合目的な濃厚化をも実現させることができる。さらに、篩分けした粗い篩分級物の少なくとも一部を再び上流側に配置された移動床式反応器内で使用し、これによって循環系内で誘導するのが有利である。これにより、ばら材と使用される有機材料との比率を、高炉内または電気低縦型炉内で必要な比率とは関係なく設定することができる。これには、たとえば移動床式反応器内での定常ばら材量を有機材料の量に対して増加できるという利点がある。このようなケースは、有機材料（たとえば溶融し始めているプラスチックまたは歴青材料）の物理学的特性がこれを要求する場合である。
【００４７】
ガス化の際のプロセスコントロールに対しては、上流側に配置された移動床式反応器内の酸化ガス以外に、さらに、気化剤としての水および／または水蒸気を、好ましくは酸化ゾーンの下方においておよび／または酸化ゾーンの内部で供給するのが有利である。
【００４８】
すでに上述したように、十分な濃度の塵埃状アルカリ材料をプロセス内で気相で供給するのも有利である。それ故、上流側に配置された移動床式反応器内で形成された合成ガスを上端において引き抜き、該合成ガス内に含まれている塵埃を３００℃以上の温度で物理学的な固形物質分離によって合成ガスから分離させるのが合目的である。
【００４９】
その際に合成ガスから分離させた塵埃の少なくとも一部を、上流側に配置された移動床式反応器内で、ばら材の添加によって再利用し、これによって循環系内で誘導するようにしてよい。
【００５０】
本発明による主要な利点は、上流側に配置した移動床式反応器内の種々の有機材料を、銑鉄の製造のために、合成ガスを発生させるためとコークスを発生させるためとに使用できること、或いは、電熱方法を使用できることにある。特に、有害物質を含んでいるために従来この種のプロセスで使用が控えられていた材料を初めて銑鉄製造に使用できるようにした。この種の材料としては、たとえばプラスチックを含んだ廃棄物、特に地方自治体から出る廃棄物および／または産業廃棄物のハロゲン含有破片も挙げられる。このような廃棄物は、本発明による方法により、銑鉄の製造に使用することで初めて素材としても活用することができる。さらに、種々のバイオマスも使用でき、たとえば古木、或いはその他の生体性廃棄物も使用できる。従って鉄鋼業に対して、従来使用されていた化石炭素担体の代わりに、少なくとも部分的に、ＣＯ２中性の再生性原材料を使用する可能性が提供される。
【００５１】
移動床式反応器内のアルカリ材料には際立った結合能力があるため、特に硫黄を含んだ炭素担体も使用でき、たとえば石油コークスおよび／または歴青質材料も使用できる。また、移動床式反応器内での褐炭および／または褐炭ブリケットの使用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
次に、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
【図１】製鋼所内でのカーボサーマル方法の有利な構成を示す図である。
【図２】炭化カルシウム工場内での電熱方法の有利な構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
図１に示したように、高炉プロセスのために原料として設けられる、鉄鉱石と酸化カルシウムとから成る混合物（Ａ）は、粒径が３０ｃｍ以下の粗粒の形態で、鉛直方向のプロセス室として形成されている向流式ガス化装置（２）に鉛直方向のシュートを介して上から供給される。前記混合物はばら材移動床を形成する。
【００５４】
このばら材移動床には、向流式ガス化装置（２）に進入する前に有機材料（３）が添加され、たとえばプラスチックを含む廃棄物またはバイオマス（たとえば古木）が添加される。後に、有機材料に含まれている有害物質（たとえば塩素および重金属）を結合させるため、好ましくは微粒の酸化カルシウム等のアルカリ物質（４）が向流式ガス化装置（２）へ進入する前にばら材移動床に添加される。
【００５５】
鉄鉱石と酸化カルシウムと有機材料とアルカリ物質とから成る混合物は、固有重力によって鉛直方向のプロセス室（２）を上から下へ貫流する。向流式ガス化装置は、中央領域に複数の槍状バーナー（５）を有している。槍状バーナー（５）は、鉛直方向のプロセス室内でのベースロード燃焼と、酸化ゾーン（６）の定常的形成との用を成す。これらの槍状バーナー（５）は、化石燃料（７）と酸素含有ガス（８）とで作動させることができる。化石燃料の代わりに、向流式ガス化装置（２）から出る合成ガスを使用してもよい。
【００５６】
鉛直方向のプロセス室の下端からは、高炉プロセスから出る高炉ガス（１０）が冷却ガスとして導入される。この高炉ガスは、当初、鉛直方向のプロセス室を離れる前のばら材を冷却ゾーン（１１）で冷却するために用いる。高炉ガスは、鉛直方向のプロセス室内を上方へ流動している間に予熱される。
【００５７】
槍状バーナー（５）は、酸素含有ガス（８）の量が燃料（７）に関して化学量論的に使用されるように作動される。これから酸化ゾーンで酸素過剰が生じるので、冷却ゾーン（１１）から酸化ゾーン（６）内へ流入する高炉ガスは少なくとも一部が燃焼し、その際に更なる二酸化炭素と水蒸気とを形成する。その際に自由になる反応熱により、ガス化プロセスに必要なエネルギーが提供される。
【００５８】
向流式ガス化原理に対応して、高炉ガスの燃焼から生じる二酸化炭素と水蒸気とは、有機材料から生じるコークスと還元ゾーン（１２）内で反応して、一酸化炭素と水素とを形成させる。高炉ガス量は、一方ではばら材移動床が冷却ゾーン（１１）内で完全に冷却されて残火が消えるように、他方では必要なプロセスエネルギーのうちの可能な限り高い割合が高炉ガスを介してカバーされるように、設定される。
【００５９】
槍状バーナー（５）を介して導入される酸素含有ガスの量は、鉛直方向のプロセス室内での総ラムダ値が好ましくは０．５よりも小さくなるように、設定される。これによりまず酸化ゾーン（６）が形成され、この酸化ゾーン内で高炉ガスおよび有機材料の残滓の燃焼可能成分が酸素と反応してＣＯ２またはＨ２が形成される。さらにプロセス室上部では、酸素がさらに減少し、その結果さらにその上で最終的に酸素全部が消費されて完全に還元条件のもとで還元ゾーン（１２）が形成されるまで、最終的にはＣＯへの低温炭化が行なわれるにすぎない。
【００６０】
逆に、鉄鉱石、酸化カルシウム、有機材料、アルカリ物質から成るばら材の上から下への流動を考えると、還元ゾーン（１２）内では、当初湿った使用材料の乾燥が１００℃の固有温度まで行われる。その後、使用材料の固有温度がさらに上昇し、その結果有機材料内に含まれているプラスチックのガス化プロセスが始まり、５００℃以下の固有温度でメタン、水素、ＣＯの形成が始まる。脱ガス過程がさらに続行すると、酸化ゾーン（６）から上昇してくる熱ガスによって材料の固有温度はさらに上昇し、その結果最終的に有機材料は完全に脱ガス化され、残留コークス、いわゆる熱分解コークスと灰成分のみから成っているにすぎない。熱分解コークスはばら材とともに鉛直方向のプロセス室内でさらに下方へ搬送され、そこで熱分解コークスは、酸化ゾーン（６）からのＣＯ２成分を含んでいる還元ゾーン（１２）内の８００℃以上の温度でエアカーボン変換によって少なくとも部分的にＣＯへ変換される。このゾーンでは、熱分解コークスの一部が、水性ガス反応に従って、熱ガス内に同様に含まれている水蒸気と反応して、ＣＯおよび水素を形成することも行われる。
【００６１】
熱分解コークスの残量は、最終的に酸化ゾーン（６）において、１８００℃以下の温度で、槍状バーナーを介して流入する酸素含有ガス（８）によって酸化し、熱活用される。
【００６２】
ばら材移動床は残っている灰成分とともに冷却ゾーン（１１）内へ到達する。
【００６３】
冷却ゾーン（１１）内には、更なる冷却手段およびガス化手段として水（１３）を配量してもよい。
【００６４】
鉛直方向のプロセス室内に形成される合成ガスは上端から吸い出され（１５）、その結果鉛直方向のプロセス室の上部ガス室（１６）内には、好ましくは０ないし−２００ｍｂａｒの小さな負圧が発生する。
【００６５】
使用物質の品質によっては、ガス化プロセスの間に、ハロゲンを含むガス状の酸性ガスまたはハロゲンもかなりの量発生することがある。このため、鉛直方向のプロセス室内へ進入する前にばら材移動床にアルカリ物質（４）を混入するのが有利である。この場合に特に適しているのは金属酸化物、金属水酸化物、または金属炭化物である。なお、特に有利なのは微粒状の酸化カルシウムを使用することである。というのは、これはその反応性および大きな表面積によって、形成されたハロゲン化合物またはハロゲンと自然に反応し、その際に固形塩を形成するが、固形塩は吸い出される合成ガスとともにほとんどが鉛直方向のプロセス室から搬出されるからである。また、他の有害物質、たとえば塩素、塩化水素、または湿った重金属も非常に効率的に酸化カルシウムと結合し、同様にしてプロセスから搬出することができる。
【００６６】
吸い出される合成ガスは塵埃を含んでいる。塵埃は、主にハロゲンの固形塩、微粒状のアルカリ物質、他の有害物質および不活性粒子から成っている。塵埃を含んだ合成ガスは、鉛直方向のプロセス室のガス室（１６）内で、または、鉛直方向のプロセス室を離れた後（１５）に、水蒸気および微粒状の酸化カルシウムが存在する状態で４００℃以上の温度で処理することができる。この温度は、酸素含有ガス（８）の量を適宜調整することにより、または、酸化ゾーン（６）における槍状バーナー（５）の加熱力により調整することができる。しかしながら、特に有利なのは、槍状のバーナー（１７）を介して合成ガスにダイレクト燃焼を適用することである。ダイレクト燃焼は、燃料および酸素含有ガスを用いて、または、過剰な酸素含有ガスを用いても化学量論的に行うことができる。このような、水蒸気および酸化カルシウムが存在している状態での熱的後処理は、合成ガス内にまだ少量残っているオイルおよびタールを酸化カルシウムの触媒作用によって分解するのを保証する。
【００６７】
次に、塵埃を含んだ合成ガスから、熱ガス濾過部（１８）を介して３００℃以上の温度で塵埃を除去する。ハロゲンを含んだフィルタダスト（１９）はプロセスから撤収する。本発明による方法の有利な実施形態では、フィルタダストの少なくとも一部を再び微粒状のアルカリ物質としてばら材に混入させ（４）、これによってフィルタダストの部分的な循環作動モードを行なうことも可能である。
【００６８】
結果的に得られる合成ガス（９）は実際にはハロゲンを含んでおらず、種々の適用例に対し原料または燃料として提供される。特に製鋼所において、そのままの合成ガスネットワークに、たとえばコークスプラントガスに混和して、工場内部で活用することができる。
【００６９】
合成ガスをさらに使用する際の立地条件または必要条件によっては、活用する前に、合成ガスをガス冷却器（２０）を用いて冷却し、凝縮物を除去する必要がある場合がある。生じた凝縮物（２１）は少なくとも一部を冷却・ガス化手段として、槍状給水部（１４）を介して鉛直方向の反応室内で再利用することができる。
【００７０】
鉛直方向の反応室の下端から出るばら材混合物（２２）は、実質的に粗粒のばら材、灰の残り、微粒状の酸化カルシウムを含んでいる
【００７１】
ばら材流全体は、総じて、下流側に接続された高炉（２３）内で使用する使用物質として利用するためにプロセスから排出することができる（２４）。しかしながら、特に有利には、ばら材混合物の篩分け（２５）である。この場合、粗フラクション（２６ａ）を好ましくは高炉（２３）内での使用物質として使用する。他方、粗フラクションの一部（２６ｂ）を再び移動床式反応器（２）内で使用し、循環させることも有利である。これにより、使用する有機材料に対するばら材の比率を他の範囲に独立に調整することが可能になる。
【００７２】
細かい篩分けフラクション（２７）は灰の残りと微粒状の酸化カルシウムとを含んでいる。本発明による方法の有利な実施形態では、細かい篩分けフラクションの少なくとも一部を再び微粒状のアルカリ物質としてばら材に混和させ（４）、これによって細かい篩分けフラクションの部分的な循環作動モードが可能になる。高炉（２３）内では、場合によっては粗材を更に鉄鉱石（２８）、コークス（２９）、石灰（３０）で補充し、熱風（３１）を供給することにより鉱石の反応により銑鉄が得られ、溶融物として流出させる（３２）。発生したスラグは同様に銑鉄流出部の上方で（３３）溶融物流動体として流出させる。発生した高炉ガス（３４）はダストセパレータ（３５）内で除塵し、塵埃を分離させる（３６）。その後、高炉ガスをガス洗浄機（３７）内で浄化し、製鋼所内部のその活用部に供給する（３８）。ガス洗浄機から出る排水（３９）は内部で再生し、および／または、少なくとも一部を循環系に供給する。
【００７３】
図２の電熱式製造方法に関しては、原料として設けられる酸化カルシウム（Ａ）は粗片形状で且つ３０ｃｍ以下の粒径で、鉛直方向のプロセス室として形成されている向流式ガス化装置（１０２）に上から鉛直方向のシュートを介して供給される。シュートはばら材移動床を形成している。
【００７４】
このばら材移動床には、向流式ガス化装置（１０２）内への進入前に有機材料（１０３）が、たとえばプラスチックを含んだ廃棄物またはバイオマス（たとえば古木）が添加される。後に、有機材料に含まれている有害物質（たとえば塩素、硫黄および重金属）を結合させるため、好ましくは微粒の酸化カルシウム等のアルカリ物質（１０４）が向流式ガス化装置へ進入する前に向流式ガス化装置（１０２）に添加される。
【００７５】
酸化カルシウムと有機材料とアルカリ物質とから成る混合物は、固有重力によって鉛直方向のプロセス室（１０２）を上から下へ貫流する。向流式ガス化装置は、中央領域に複数の槍状バーナー（１０５）を有している。槍状バーナー（１０５）は、鉛直方向のプロセス室内でのベースロード燃焼と、酸化ゾーン（１０６）の定常的形成との用を成す。これらの槍状バーナーは、化石燃料（１０７）と酸素含有ガス（１０８）とで作動させることができる。化石燃料の代わりに、向流式ガス化装置（１０２）から出る合成ガスを使用してもよい。
【００７６】
鉛直方向のプロセス室の下端からは、電気低縦型炉プロセスまたは向流式ガス化装置（１０９）から出る高炉ガス（１１０）が冷却ガスとして導入される。このガスは、当初、鉛直方向のプロセス室を離れる前のばら材を冷却ゾーン（１１１）で冷却するために用いる。合成ガスは、鉛直方向のプロセス室内を上方へ流動している間に予熱される。
【００７７】
槍状バーナー（１０５）は、酸素含有ガス（１０８）の量が燃料（１０７）に関して化学量論的に使用されるように作動される。これから酸化ゾーンで酸素過剰が生じるので、冷却ゾーン（１１１）から酸化ゾーン（１０６）内へ流入する高炉ガスは少なくとも一部が燃焼し、その際に更なる二酸化炭素と水蒸気とを形成する。その際に自由になる反応熱により、ガス化プロセスに必要なエネルギーが提供される。
【００７８】
向流式ガス化原理に対応して、合成ガスの燃焼から生じる二酸化炭素と水蒸気とは、有機材料から生じるコークスと還元ゾーン（１１２）内で反応して、一酸化炭素と水素とを形成させる。合成ガス量は、一方ではばら材移動床が冷却ゾーン（１１１）内で完全に冷却されて残火が消えるように、他方では必要なプロセスエネルギーのうちの可能な限り高い割合が合成ガスを介してカバーされるように、設定される。
【００７９】
槍状バーナー（１０５）を介して導入される酸素含有ガスの量は、鉛直方向のプロセス室内での総ラムダ値が好ましくは０．５よりも小さくなるように、設定される。これによりまず酸化ゾーン（１０６）が形成され、この酸化ゾーン内で合成ガスおよび有機材料の残滓の燃焼可能成分が酸素と反応してＣＯ２またはＨ２が形成される。さらにプロセス室上部では、酸素がさらに減少し、その結果さらにその上で最終的に酸素全部が消費されて完全に還元条件のもとで還元ゾーン（１１２）が形成されるまで、最終的にはＣＯへの低温炭化が行なわれるにすぎない。
【００８０】
逆に、酸化カルシウム、有機材料、アルカリ物質から成るばら材の上から下への流動を考えると、還元ゾーン（１１２）内では、当初湿った使用材料の乾燥が１００℃の固有温度まで行われる。その後、使用材料の固有温度がさらに上昇し、その結果有機材料内に含まれているプラスチックのガス化プロセスが始まり、５００℃以下の固有温度でメタン、水素、ＣＯの形成が始まる。脱ガス過程がさらに続行すると、酸化ゾーン（１０６）から上昇してくる熱ガスによって材料の固有温度はさらに上昇し、その結果最終的に有機材料は完全に脱ガス化され、残留コークス、いわゆる熱分解コークスと灰成分のみから成っているにすぎない。熱分解コークスはばら材とともに鉛直方向のプロセス室内でさらに下方へ搬送され、そこで熱分解コークスは、酸化ゾーン（１０６）からのＣＯ２成分を含んでいる還元ゾーン（１１２）内の８００℃以上の温度でエアカーボン変換によって少なくとも部分的にＣＯへ変換される。このゾーンでは、熱分解コークスの一部が、水性ガス反応に従って、熱ガス内に同様に含まれている水蒸気と反応して、ＣＯおよび水素を形成することも行われる。
【００８１】
熱分解コークスの残量は、最終的に酸化ゾーン（１０６）において、１８００℃以下の温度で、槍状バーナーを介して流入する酸素含有ガス（１０８）によって酸化し、熱活用される。
【００８２】
ばら材移動床は残っている灰成分とともに冷却ゾーン（１１１）内へ到達する。
【００８３】
冷却ゾーン（１１１）内には、更なる冷却手段およびガス化手段として水（１１３）を配量してもよい。
【００８４】
鉛直方向のプロセス室内に形成される合成ガスは上端から吸い出され（１１５）、その結果鉛直方向のプロセス室の上部ガス室（１６）内には、好ましくは０ないし−２００ｍｂａｒの小さな負圧が発生する。
【００８５】
使用物質の品質によっては、ガス化プロセスの間に、ハロゲンを含むガス状の酸性ガスまたはハロゲンもかなりの量発生することがある。このため、鉛直方向のプロセス室内へ進入する前にばら材移動床にアルカリ物質（１０４）を混入するのが有利である。この場合に特に適しているのは金属酸化物、金属水酸化物、または金属炭化物である。なお、特に有利なのは微粒状の酸化カルシウムを使用することである。というのは、これはその反応性および大きな表面積によって、形成されたハロゲン化合物またはハロゲンと自然に反応し、その際に固形塩を形成するが、固形塩は吸い出される合成ガスとともにほとんどが鉛直方向のプロセス室から搬出されるからである。また、他の有害物質、たとえば塩素、塩化水素、硫黄含有生産物または湿った重金属も非常に効率的に酸化カルシウムと結合し、同様にしてプロセスから搬出することができる。
【００８６】
吸い出される合成ガスは塵埃を含んでいる。塵埃は、主にハロゲンの固形塩、微粒状のアルカリ物質、他の有害物質および不活性粒子から成っている。塵埃を含んだ合成ガスは、鉛直方向のプロセス室のガス室（１１６）内で、または、鉛直方向のプロセス室を離れた後（１１５）に、水蒸気および微粒状の酸化カルシウムが存在する状態で４００℃以上の温度で処理することができる。この温度は、酸素含有ガス（１０８）の量を適宜調整することにより、または、酸化ゾーン（１０６）における槍状バーナー（１０５）の加熱力により調整することができる。しかしながら、特に有利なのは、槍状のバーナー（１１７）を介して合成ガスにダイレクト燃焼を適用することである。ダイレクト燃焼は、燃料および酸素含有ガスを用いて、または、過剰な酸素含有ガスを用いても化学量論的に行うことができる。このような、水蒸気および酸化カルシウムが存在している状態での熱的後処理は、合成ガス内にまだ少量残っているオイルおよびタールを酸化カルシウムの触媒作用によって分解するのを保証する。
【００８７】
次に、塵埃を含んだ合成ガスから、熱ガス濾過部（１１８）を介して３００℃以上の温度で塵埃を除去する。ハロゲンを含んだフィルタダスト（１１９）はプロセスから撤収する。本発明による方法の有利な実施形態では、フィルタダストの少なくとも一部を再び微粒状のアルカリ物質としてばら材に混入させ（１０４）、これによってフィルタダストの部分的な循環作動モードを行なうことも可能である。
【００８８】
結果的に得られる合成ガス（１０９）は実際にはハロゲンを含んでおらず、種々の適用例に対し原料または燃料として提供される。特に炭化カルシウム工場において、そのままの合成ガスネットワークに混和して、工場内部で活用することができる。
【００８９】
合成ガスをさらに使用する際の立地条件または必要条件によっては、活用する前に、合成ガスをガス冷却器（１２０）を用いて冷却し、凝縮物を除去する必要がある場合がある。生じた凝縮物（１２１）は少なくとも一部を冷却・ガス化手段として、槍状給水部（１１４）を介して鉛直方向の反応室内で再利用することができる。
【００９０】
鉛直方向の反応室の下端から出るばら材混合物（１２２）は、実質的に粗粒のばら材、灰の残り、微粒状の酸化カルシウムを含んでいる。
【００９１】
ばら材流全体は、総じて、下流側に接続された電気低縦型炉（１２３）内で使用する使用物質として利用するためにプロセスから排出することができる（１２４）。しかしながら、特に有利には、ばら材混合物の篩分け（１２５）である。この場合、粗フラクション（１２６ａ）を好ましくは電気低縦型炉（１２３）内での使用物質として使用する。
【００９２】
他方、粗フラクションの一部（１２６ｂ）を再び移動床式反応器（１０２）内で使用し、循環させることも有利である。これにより、使用する有機材料に対するばら材の比率を他の範囲に独立に調整することが可能になる。
【００９３】
細かい篩分けフラクション（１２７）は灰の残りと微粒状の酸化カルシウムとを含んでいる。本発明による方法の有利な実施形態では、細かい篩分けフラクションの少なくとも一部を再び微粒状のアルカリ物質としてばら材に混和させ（１０４）、これによって細かい篩分けフラクションの部分的な循環作動モードが可能になる。電気低縦型炉（１２３）内では、場合によっては粗材を更に酸化カルシウム（１２８）、コークス（１２９）で補充する。電気エネルギー（１３０）により、ゼーダーベルグ電極（１３１）を介して電気低縦型炉（１２３）内での抵抗加熱が実現される。抵抗加熱は電極先端に溶融ゾーン（１３２）を形成し、溶融ゾーン（１３２）内で反応プロセスが進行して、溶融物として流体状に炭化カルシウムが生じる。炭化カルシウムは溶融物として流出させ（１３３）、移動式冷却パンで捕獲させる。
【００９４】
発生したカーバイド炉ガス（合成ガス）（１３４）はダストセパレータ（１３５）内で除塵し、塵埃を分離させる（１３６）。その後、カーバイド炉ガスをガス冷却器（１３７）内で冷却し、カーバイド工場内部のその活用部に供給する（１３８）。ガス冷却器から出る排水（１３９）は内部で再生する。
【図１】
2015507082.tif 000003
【図２】
2015507082.tif 000004
【国際調査報告】
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2015507082.tif 000006
2015507082.tif 000007
2015507082.tif 000008