(57)【要約】  本発明は、直接還元法を使用して鉄鉱を還元する方法であって、前記鉄鉱の還元がシャフト炉等の還元装置によって行われて還元ガスと接触される方法であって、前記還元ガスが前記還元装置に導入されてこの装置を通って流れ、当該装置通過後にこの装置から取り出され、装置から出た後に、前記ガスが精製され、かつ、必要な場合、新たな還元ガスでエンリッチされ戻し供給されて、前記還元ガスが前記還元装置に入る前に加熱される方法において、前記装置に入る前の還元ガスの加熱が電気的に行われることを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
還元される前記鉄鉱がシャフト炉等の還元装置を通って搬送され還元ガスと接触され、前記還元ガスが前記還元装置に導入されてこの還元装置を通って流れ、当該還元装置通過後にこの装置から取り出され、前記還元装置から出た後に前記還元ガスが準備され、かつ、必要な場合、新たなガス成分でエンリッチされて戻され、そして、生成されたガス混合物又は当該生成ガス混合物からの前記還元ガス生成物が前記還元装置に入る前に７００〜１１００℃、好ましくは、８５０〜１０００℃、まで加熱される直接還元法を使用して鉄鉱を還元する方法であって、
前記加熱が主として、特に、完全に、電気的に行われることを特徴とする直接還元法を使用して鉄鉱を還元する方法。
【請求項２】
再生エネルギ源からの電力が電気的加熱のために使用される請求項１に記載の直接還元法を使用して鉄鉱を還元する方法。
【請求項３】
前記還元ガスは、前記還元装置から出た後に、天然ガス、コーク炉ガス又はバイオマス或いは石炭からの合成ガスでエンリッチされる請求項１または２に記載の直接還元法を使用して鉄鉱を還元する方法。
【請求項４】
前記ガス混合物は酸素でエンリッチされる請求項１〜３の何れか一項に記載の直接還元法を使用して鉄鉱を還元する方法。
【請求項５】
前記シャフト炉から取り出されるガスは、天然ガス、コーク炉ガス又はバイオマス或いは石炭からの合成ガスでエンリッチされ、その後加熱される請求項１〜４の何れか一項に記載の直接還元法を使用して鉄鉱を還元する方法。
【請求項６】
前記還元装置から取り出されるガスは、天然ガス、コーク炉ガス又はバイオマス或いは石炭からの合成ガスでエンリッチされ、その後、改質装置において変換される請求項１〜５の何れか一項に記載の直接還元法を使用して鉄鉱を還元する方法。
【請求項７】
ガス価格および電力価格の連続的評価によって、エネルギ源のコスト的に最適化された利用が確保される請求項１〜６の何れか一項に記載の直接還元法を使用して鉄鉱を還元する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直接還元システムのためのプロセスガスを加熱する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スチールの製造は、現在、様々な方法で行われている。古典的なスチール製造は、主として、酸化鉄キャリアから銑鉄を熱炉処理で作り出すことによって行われる。この方法において、銑鉄毎メートルトンあたり約４５０〜６００ｋｇの還元剤、通常、コーク、が消費され、この方法は、石炭からのコークの製造と銑鉄の製造との両方において、大量のＣＯ２を放出する。更に、所謂「直接還元法」も知られ（ＭＩＤＲＥＸ，ＦＩＮＭＥＴ，ＥＮＥＲＧＩＲＯＮ／ＨＹＬ、等の商標名の方法）、そこでは、主として、ＨＤＲＩ（熱間直接還元鉄）、ＣＤＲＩ（冷間直接還元鉄）、又はいわゆるＨＢＩ（熱間ブリケット鉄）の形態の酸化鉄キャリアから海綿鉄が作られる。
【０００３】
又、所謂、溶融還元法もあるが、そこでは、例えばＣＯＲＥＸ，ＦＩＮＥＸ，ＨｉＳｍｅｌｔ又はＨｉＳａｒｎａの商標名の方法である、溶融処理と、還元ガスの製造と、直接還元とが互いに組み合わされる。
【０００４】
ＨＤＲＩ，ＣＤＲＩおよびＨＢＩの形態の海綿鉄は、電気炉で更に処理されるが、これは極めてエネルギ集約的である。直接還元は、天然ガス（メタン）からの水素と一酸化炭素、そして、必要な場合は、合成ガス、更に、コークス炉ガス、を使用して行われる。例えば、所謂ＭＩＤＲＥＸ法では、まず、以下の反応によってメタンを変換する。
【０００５】
ＣＨ４＋ＣＯ２＝２ＣＯ＋２Ｈ２
【０００６】
そして、たとえば下記の式に従って、酸化鉄が還元ガスと反応する。
【０００７】
Ｆｅ２Ｏ３＋６ＣＯ（Ｈ２）＝２Ｆｅ＋３ＣＯ２（Ｈ２Ｏ）＋３ＣＯ（Ｈ２）
【０００８】
この方法もＣＯ２を放出する。
【０００９】
特許文献１は、還元が、水素又は別の還元ガスと、水平乱流層（horizontal turbulence layer）で行われる粉鉱の直接還元のための統合方法を開示している。
【００１０】
特許文献２は、太陽発電、電解装置、工業冶金処理を含む発電所を開示し、この工業処理はボーキサイトからのアルミニウムの電力集約的な金属製造に関連するか、もしくは、タングステン、モリブデン、ニッケル等の非鉄金属の製造における還元剤としての水素による冶金処理を意図するものであるか、もしくは、鉄金属の製造に直接還元法を使用する、還元剤としての水素による冶金処理を意図するものである。しかしながら、上に挙げた文献はこのことについて詳細に説明していない。
【００１１】
特許文献３は、二酸化炭素を使用し、再生電気エネルギと化石燃料とを使用する、貯蔵可能で、輸送可能な炭素性エネルギ源を作り出すための方法とシステムを開示している。この場合、再生的に作られたメタノール部分が、非再生的電気エネルギおよび／又は直接還元および／又は部分酸化および／又は改質、によって製造されたメタノール部分と共に作られる。
【００１２】
直接還元法においては、前記還元シャフト炉（reduction shaft）の下流側から出るガス  −  それが精製され、水が除去された後、ＨＹＬ法においては追加のＣＯ２分離、又はＨＹＬ，ＭＩＤＲＥＸ法においてはオプションの追加のＣＯ２分離の後  −  は、主としてリサイクルガスとして前記処理に戻される。一般に、このガスは、新たな還元ガスを供給するために、天然ガスでエンリッチされる。ＨＹＬ法においては、ガス精製が約１０５℃から冷えた、ガスは再び７００〜１１００℃まで加熱され、その後、酸素による部分酸化が行われる。
【００１３】
ＭＩＤＲＥＸ法においては、ＣＯ２と水が天然ガスによって、約７００〜１１００℃の温度範囲で加熱された改質装置中でＨ２とＣＯとに変換される。これら両方法は、精製されて還元シャフト炉を出るガスの部分流が導入されて天然ガスによってエンリッチされるという点で共通している。
【００１４】
前記還元処理は下記の等式で表すことができる。
【００１５】
（１）Ｆｅ２Ｏ３＋６ＣＯ（Ｈ２）＝２Ｆｅ＋３ＣＯ２（Ｈ２Ｏ）＋３ＣＯ（Ｈ２）
【００１６】
ＭＩＤＲＥＸ法において、改質装置内にて下記の反応が起こる。
【００１７】
（２）ＣＨ４＋ＣＯ２→２ＣＯ＋２Ｈ２
（３）ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ２
【００１８】
ＨＹＬ法では、下記の反応が起こる。
【００１９】
（４）ＣＨ４＋１/２Ｏ２→ＣＯ＋２Ｈ２
【００２０】
これら両方の方法において、追加的に使用される化石燃料、即ち、天然ガスが、前記プロセスガスを加熱し改質装置を加熱するために利用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】ドイツ登録特許１９８５３７４７号明細書
【特許文献２】ドイツ公開特許１９７１４５１２号明細書
【特許文献３】国際公開第２０１１／０１８１２４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明の一つの課題は、プロセスガスの加熱をより良好に行うことができ、かつ、エネルギ需要と利用可能なエネルギに適合する全体のプロセスに関して最適化された、直接還元システムのためのプロセスガスの加熱方法を作り出すことにある。
【００２３】
本発明の別の課題は、ＣＯ２放出を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
前記課題は請求項１の特徴構成を有する方法によって達成される。
【００２５】
その有利な改造構成は従属項に開示される。
【００２６】
前記加熱処理をよりフレキシブルなものにするために、本発明に依れば、前記還元ガスと改質装置との加熱は電気加熱に変更される。
【００２７】
好ましくは、前記電気エネルギは、再生可能エネルギから作り出すことができ、それによって化石燃料が代替される。
【００２８】
これによって、使用されるエネルギに関して、前記処理のフレキシビリティが増大する。これは、化石燃料と電気エネルギとの可変的に利用する複合加熱によって達成される。
【００２９】
この点に関して、本発明は、電流を高温の熱に完全に変換することが可能な１００％のエネルギと見なすことが可能である、という利点を有する。電気エネルギを熱に直接に変換可能であることによって、高度なフレキシビリティの追加（特に、市場において低コストで利用可能な電流ピークに関して）が可能となる。
【００３０】
また、水力発電、風力又は太陽エネルギ等の再生可能エネルギから得られる電流は、それが作り出される時になんらＣＯ２放出が無いという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】天然ガスを使用するプロセスガス加熱の、従来技術のHYL Energiron法の例を示した図である。
【図２】電力によるプロセスガス加熱の本発明によるHYL Energiron法の例を示した図である。
【図３】ＭＩＤＲＥＸ法の非常に簡略した図である。
【図４】ＣＯ２除去装置（たとえば、ＶＰＳＡ−真空圧スイング吸着）を使用する、従来技術の高コストで複雑なＣＯ２最適化されたＭＩＤＲＥＸ法の非常に簡略化した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面を参照して本発明について説明する。
アーク炉（ＥＡＦ）を備え毎年２百万メートルトンの直接還元鉄（ＤＲＩ）の能力であるＨＹＬの例が図２に図示されている。鉄鉱が還元されるシャフト炉からのプロセスガスは、まず水分離を、その後、ＣＯ２分離を通って搬送される。このケースにおける循環ガス体積流量は、毎時約５００，０００ｍ３である。毎時約７２，０００ｍ３の天然ガスがこのガス流に添加され、その内、約５６，０００ｍ３が還元に使用され、約１６，０００ｍ３がプロセスガスを１０５℃から９７０℃に加熱するために向けられる。次に、加熱されたプロセスガスに酸素を添加し、次にこれを還元シャフト炉に戻す。
【００３３】
本発明の方法（図２）においては、前記還元ガスは同様にシャフトから取り出され、水分離とＣＯ２分離処理を通って搬送される。前記プロセスガス加熱の電気加熱により、毎時約５６，０００ｍ３の量の天然ガスを追加するだけでよく、これが上述した式に従って、酸素によってＣＯと水素とに分けられる。図２の表は、これによって還元鉄毎トン当たり２１％のＣＯ２削減が達成されることを示している。更に、前記電気的加熱により、前記処理を精密に制御可能かつフレキシブルに使用することが可能となる。
【００３４】
図３は、同様に排ガスが還元シャフト炉に導入されプロセスガス流と加熱ガス流とに分割されるＭＩＤＲＥＸ法を図示している。プロセスガスは、同様に、毎年２百万メートルトンの還元鉄（毎時約６３，０００ｍ３の量の天然ガス）用に設計されたシステムにおいて、それに対して天然ガスが添加されるまで、プロセスガス処理装置を通って搬送される。このプロセスガス流は、熱交換器を通過し、ここで、それは前記改質装置からの排ガスによって６００℃まで予熱され、その後、前記改質装置を通過し、この通過時に、９８０℃まで加熱され、プロセスガスとして前記シャフト炉に戻され、追加の天然ガスと酸素によってエンリッチされる。前記加熱ガスは同様に前記シャフト炉から取り出されて、天然ガスがエンリッチされ、予熱された燃焼空気と共に改質装置に搬入される。天然ガスの総必要量は、毎時約６８，２００ｍ３であり、前記改質装置を電気的に加熱することによって、５２メガワットの電力によって毎時約５，１００ｍ３の排ガスを相殺することができる。その結果、一方においては、還元鉄鉱毎メートルトン当たり７．５％のＣＯ２削減が達成される。更に、前記電気加熱によって、このプロセスはよりフレキシブルかつ精密に制御することが可能である。
【００３５】
本発明は、再生可能エネルギからの電力によって化石燃料を置換するための単純で即座に実施可能なオプションを達成するという利点を有する。直接還元システムからのＣＯ２放出も低減される。本発明は、又、直接還元システムを効果的かつフレキシブルに操業させることも可能にする。特に、プロセスガスの電力による予熱、特に、再生可能エネルギに基づく加熱、によって再生可能エネルギの利用可能性に適合されたスチール製造において、改善と相互適合を達成することが可能である。
【００３６】
また、そのようなシステムが、利用可能な電流ピークを低コストで利用することが可能であるという利点もある。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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