(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉ガスを吸収塔に導入し、再生塔で再生された吸収液と接触させて高炉ガス中の二酸化炭素を吸収液に吸収させ、該二酸化炭素を吸収した吸収液を再生塔にて加熱して二酸化炭素と吸収液とに分離して回収する高炉ガスからの二酸化炭素の分離回収方法において、
前記吸収塔に導入する高炉ガスをＴＲＴ（炉頂圧力回収タービン）に入る前の清浄化された高炉ガスとし、かつ、前記吸収液の再生における加熱手段として前記高炉ガスの一部を燃焼させ、その燃焼熱を利用するとともに、高炉ガスの燃焼により発生する二酸化炭素も回収することを特徴とする高炉ガスからの二酸化炭素の分離回収方法。
【請求項２】
前記吸収塔を通過した高炉ガスの一部で、タービンを駆動させて前記高炉ガスを燃焼させるために系外から導入する燃焼用空気又は酸素を圧縮することを特徴とする請求項１に記載の高炉ガスからの二酸化炭素の分離回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉ガスからの二酸化炭素の分離回収方法に関する。
【０００２】
具体的には、高炉ガスを吸収塔に導入し、再生塔で再生された吸収液と接触させて高炉ガス中の二酸化炭素を吸収液に吸収させ、該二酸化炭素を吸収した吸収液を再生塔にて加熱して二酸化炭素と吸収液とに分離して回収する高炉ガスからの二酸化炭素分離回収方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
地球温暖化を防止するため、二酸化炭素の排出削減が重要な課題となっており、二酸化炭素の分離回収方法については、従来から種々の提案がなされている。
【０００４】
例えば、特開２００４−２９２２９８号公報（下記特許文献１）には、製鉄所で発生する副生ガスなどから化学吸収法にて二酸化炭素を分離回収する方法であって、
当該ガスから化学吸収液で二酸化炭素を吸収後、化学吸収液を加熱し二酸化炭素を分離させるプロセスに製鉄所で発生する低品位排熱を利用または活用することにより、大規模二酸化炭素発生源から排出される二酸化炭素を、コンパクトな設備で効率的かつ安価に分離回収する二酸化炭素の分離回収方法が記載されている。
【０００５】
この特許文献１は、製鉄所で発生する副生ガス（ＢＦＧ、ＣＯＧ、ＬＤＧなど）から化学吸収法によって、二酸化炭素を分離・回収する方法において、    該ガスから化学吸収液で二酸化炭素を吸収後、化学吸収液を加熱し二酸化炭素を分離させるプロセスに製鉄所で発生する排ガス、例えば、焼結成品クーラーからの排熱（約３５０℃）、焼結主排気ガス（約２８０℃）、熱風炉排ガス（約２３０℃）、焼結主排気ガス（約１８０℃）、高炉スラグの水砕に用いた排水（約９０℃）低品位排熱を利用または活用することが開示されている。
【０００６】
しかし、特許文献１では、二酸化炭素を分離回収する処理対象ガスの抽出位置については検討されておらず、高炉ガス中の二酸化炭素を効率的に吸収できないうえ、処理対象ガス中のダストにより吸収液が劣化してしまうという問題点があった。
【特許文献１】特開２００４−２９２２９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前述のような従来技術の問題点を解決し、大気圧よりも概ね数気圧高い圧力を利用して高炉ガス中の二酸化炭素の効率的な吸収を図るとともに、吸収液の劣化を防止し、さらに、高炉ガスの燃焼熱や顕熱を利用して大量の二酸化炭素の分離回収を可能とする高炉ガスからの二酸化炭素分離回収方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前述の課題を解決するために鋭意検討の結果、処理対象ガスの最適な抽出位置を特定することにより、高炉ガス中の二酸化炭素の効率的な吸収を図ると共に、吸収液の劣化を防止することができる高炉ガスからの二酸化炭素分離回収方法を提供するものであり、その要旨とするところは特許請求の範囲に記載したとおりの下記内容である。
（１）高炉ガスを吸収塔に導入し、再生塔で再生された吸収液と接触させて高炉ガス中の二酸化炭素を吸収液に吸収させ、該二酸化炭素を吸収した吸収液を再生塔にて加熱して二酸化炭素と吸収液とに分離して回収する高炉ガスからの二酸化炭素の分離回収方法において、前記吸収塔に導入する高炉ガスをＴＲＴ（炉頂圧力回収タービン）に入る前の清浄化された高炉ガスとし、かつ、前記吸収液の再生における加熱手段として前記高炉ガスの一部を燃焼させ、その燃焼熱を利用するとともに、高炉ガスの燃焼により発生する二酸化炭素も回収することを特徴とする高炉ガスからの二酸化炭素の分離回収方法。
（２）前記吸収塔を通過した高炉ガスの一部で、タービンを駆動させて前記高炉ガスを燃焼させるために系外から導入する燃焼用空気又は酸素を圧縮することを特徴とする（１）に記載の高炉ガスからの二酸化炭素の分離回収方法。
＜作用＞
（１）の発明によれば、  吸収塔に導入する高炉ガスをＴＲＴ（炉頂圧力回収タービン）に入る前の清浄化された高炉ガスとすることにより、下記の作用を奏する。
1)二酸化炭素を分離吸収する処理対象ガスの圧力が高いため、吸収効率が上昇する。
2)吸収塔でさらに除塵、脱硫をするため後流に設置しているＴＲＴ（炉頂圧力回収タービン：Top pressure Recovery Turbine）を保護することができ故障発生率を減少させることができる。
3）予め、集塵された高炉ガスを処理するため吸収液が劣化することがない。
4)吸収液の再生における加熱手段として、前記高炉ガスの一部を燃焼させ、その燃焼熱と前記高炉ガスの顕熱を利用することにより、外部からの熱供給が不要となるので、熱効率が上昇し操業コストを著しく低減することができるうえ、高炉ガスの燃焼により発生する二酸化炭素も回収することができる
（２）の発明によれば、吸収塔を通過した高炉ガスの一部で、タービンを駆動させて前記高炉ガスを燃焼させるために系外から導入する燃焼用空気又は酸素を圧縮することにより、操業コストをさらに低減することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、大気圧よりも概ね数気圧高い圧力を利用して高炉ガス中の二酸化炭素の効率的な吸収を図るとともに、吸収液の劣化を防止し、さらに、高炉ガスの燃焼熱や顕熱を利用して大量の二酸化炭素の分離回収を可能とする高炉ガスからの二酸化炭素分離回収方法を提供することができるなど、産業上有用な著しい効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明を実施するための最良の形態について図１乃至図5を用いて詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明の高炉ガスからの二酸化炭素の分離回収方法の第１の実施形態を例示する図である。
【００１２】
図１において、１はダストキャッチャー（粗集塵機）、２は乾式集塵機（バグフィルター）、３は吸収塔、４は再生塔、５はセプタム弁、６はサイレンサー、７はＴＲＴ（炉頂圧力回収設備）、８および８´は熱交換器、９はリジェネレーター、１０はタービン、１ＶＳはNO.1ベンチュリースクラバー（湿式集塵機）、２ＶＳはNO.2ベンチュリースクラバー（湿式集塵機）を示し、同じ要素については同じ記号を用いることにより説明の重複を避ける。
【００１３】
図１の実施形態において、乾式集塵機２とNO.1,NO.2ベンチュリースクラバー１ＶＳ、２ＶＳ（湿式集塵機）の双方を備えているのは、例えば高炉の操業時、吹き抜けの発生により高炉ガスの温度が200℃を超えるとバグフィルターのろ布が焼損するためこの型式の乾式集塵機２を使用することができなく、この場合には前記乾式集塵機から切換えてNO.1,NO.2ベンチュリースクラバー１ＶＳ、２ＶＳ（湿式集塵機）を使用する。
【００１４】
高炉から排出される5〜10g/Nm3のダストを含む高炉ガスは、ダストキャッチャーを通って乾式集塵機２もしくはNO.1,NO.2ベンチュリースクラバー１ＶＳ、２ＶＳ（湿式集塵機）を通すことによりダストの99.9％が除去され、高炉ガス中のダストは5mg/Nm3以下となる。
【００１５】
本発明においては、この乾式集塵機２もしくはNO.1,NO.2ベンチュリースクラバー１ＶＳ、２ＶＳ（湿式集塵機）の出側に、二酸化炭素の吸収塔３および吸収液の再生塔４を設置することにより、高炉ガスの圧力が例えば0.2MPa以上の状態で二酸化炭素をアミン等の吸収液に吸収させることにより、吸収効率を上昇させることができる。
【００１６】
本発明に適用する二酸化炭素の分離吸収法としては、例えば化学吸収法を用いて、アミン類などの化学吸収液を用い、二酸化炭素吸収設備である吸収塔３で二酸化炭素を含む高炉ガスと二酸化炭素吸収媒体である化学吸収液を５０℃前後で接触させ、化学吸収液に二酸化炭素を吸収させた後、当液を吸収液再生設備である再生塔４に送り出し配管を通じて送り、吸収液再生用の熱を外部から供給しリジェネレーター９により１２０℃前後に加熱し、再生塔４にて化学吸収液から二酸化炭素を分離回収し、再生された化学吸収液は戻り配管を通じて吸収塔３に戻すことで、化学吸収液は吸収塔３と再生塔４の間を循環して循環利用することができる。
【００１７】
また、高炉ガス中にダストが多く含まれていると吸収液が汚れて劣化してしまうが、乾式集塵機２もしくはNO.1,NO.2ベンチュリースクラバー１ＶＳ、２ＶＳ（湿式集塵機）により、99.9％が除去されているので、ダストによる吸収液の劣化を防止することができる。
【００１８】
また、集塵装置とＴＲＴ（炉頂圧力回収タービン）の間から抽出した高炉ガス中の二酸化炭素を吸着させる吸収塔と、該二酸化炭素を吸着した吸収液を再生させる再生塔とを、前記高炉設備の近傍に配置することにより、高炉ガスの搬送に必要な配管長を短縮することができるので、設備コストおよび操業コストを著しく低減することができる。
【００１９】
なお、本発明においては吸収液の加熱手段は問わないが、図１に示すように外部から熱を供給するリジェネレーター９および熱交換器８により加熱することができる。
【００２０】
吸収塔３にて二酸化炭素を除去された高炉ガスは、ＴＲＴ７（炉頂圧力回収設備）にて、発電に使用された後、ガスホルダーに排出される。
【００２１】
なお、ＴＲＴ７を使用しない場合、吸収塔３にて二酸化炭素を除去された高炉ガスはセプタム弁５により降圧してサイレンサー６により消音した後、ガスホルダーに排出される。
【００２２】
本発明においては、ダストキャッチャー１（粗集塵機）、乾式集塵機２（バグフィルター）、NO.1、NO2ベンチュリースクラバー１ＶＳ、２ＶＳ（湿式集塵機）にてダストを除去した後、吸収塔でさらに除塵、脱硫をするため後流に設置しているＴＲＴ（炉頂圧力回収タービン）を保護することができ故障発生率を減少させることができる。
【００２３】
一方、分離回収された二酸化炭素は、例えば、圧縮処理され超臨界状態で地中に圧入されるので、大気中に排出される二酸化炭素を大幅に削減することができる。
【００２４】
図２は、本発明の高炉ガスからの二酸化炭素の分離回収方法の第２の実施形態を例示する図である。
【００２５】
この実施形態は前述の第１の実施形態において、リジェネレーター９による吸収液の再生における加熱手段として、外部熱の代わりに乾式集塵機２の出側に設けられたバーナーを用いて高炉ガスの一部を燃焼させ、その燃焼熱を利用することを特徴とする。
【００２６】
外部熱の代わりにバーナーを用いて高炉ガスの一部を燃焼させることにより、外部からの熱供給が不要となる。
【００２７】
また、図２に示すように、乾式集塵機２の出側の高炉ガスの顕熱を吸収液の再生における補助的な加熱手段とすることにより、二酸化炭素処理量あたりの供給熱量を低減することができる。
【００２８】
さらに、外部熱の代わりにバーナーを用いて高炉ガスの一部を燃焼させることにより、高炉ガスの燃焼により発生する二酸化炭素も回収することができるので、回収二酸化炭素量を増加させることができる。
【００２９】
図３は、本発明の高炉ガスからの二酸化炭素の分離回収方法の第３の実施形態を例示する図である。
【００３０】
この実施形態は前述の第２の実施形態において、吸収液と高炉ガスとの熱交換器８´を乾式集塵機２の前段に設置することを特徴とする。
【００３１】
吸収液と高炉ガスとの熱交換器８´を乾式集塵機２の前段に設置することにより、高炉ガスの温度を低減することができ、制御弁により吸収液の流量を制御することにより、乾式集塵機２の入口温度を耐焼損温度以下（例えば２００℃以下）に保持することができるので、湿式集塵機を設置する必要がない。
【００３２】
図４は、本発明の高炉ガスからの二酸化炭素の分離回収方法の第４の実施形態を例示する図である。
【００３３】
この実施形態は前述の第２の実施形態において、吸収塔３を通過した高炉ガスの一部でタービン１０を駆動させて、前述のバーナーに供給する酸素またはエアを圧縮することを特徴とする。
【００３４】
吸収塔３を通過した高炉ガスの一部でタービン１０を駆動させて、前述のバーナーに供給する酸素またはエアを圧縮するので、外部からエネルギーを供給する必要がない。
【００３５】
なお、供給する酸素またはエアの圧力制御は、タービン１０に供給するガス量を制御することにより実施すればよい。
【００３６】
図５は、本発明の高炉ガスからの二酸化炭素の分離回収方法の第５の実施形態を例示する図である。
【００３７】
この実施形態は前述の第３の実施形態において、吸収塔３を通過した高炉ガスの一部でタービン１０を駆動させて、前述のバーナーに供給する酸素またはエアを圧縮することを特徴とする。
【００３８】
吸収塔３を通過した高炉ガスの一部でタービン１０を駆動させて、前述のバーナーに供給する酸素またはエアを圧縮するので、外部からエネルギーを供給する必要がない。
【００３９】
なお、供給する酸素またはエアの圧力制御は、タービン１０に供給するガス量を制御することにより実施すればよい。
【００４０】
また、前記第1の実施の形態において、粗除塵機を重力沈降式のダストキャッチャーとしたが、本発明は、これに限られることはなく、例えばサイクロン式でもよい。
【００４１】
また、同様に、高炉ガス集塵設備の一例として、乾式集塵機（バグフィルター）と湿式集塵機（１ＶＳ、２ＶＳ）を別設したものにしたが、本発明はこれに限られることはなく、例えば、１）湿式集塵機のみ、２）電気集塵機のみ、３）湿式集塵機（１ＶＳ、２ＶＳ）と電気集塵機とを合体してなる所謂ＶＳ−ＥＳＣＳを用いてもよい。
【実施例】
【００４２】
高炉ガスの抽出位置をＤＣ後（ダストキャッチャー後）、ＴＲＴ前、ＴＲＴ後の３パターンとして、二酸化炭素を分離吸収させた結果を表１に示す。
【００４３】
【表１】
0005184061.tif 000002
吸収率の評価は吸収液1mg当たりの二酸化炭素吸収量(mg)の比（%）で示す。
【００４４】
まず、ＤＣ後（ダストキャッチャー後）の高炉ガスを抽出した比較例１は、高炉ガスの圧力が0.25MPaと高いため、二酸化炭素の吸収率は50％と高く良好だったが、高炉ガス中に5000mg/Nm3のダストが含まれるため吸収液の劣化が発生して不可だった。
【００４５】
次に、ＴＲＴ後（炉頂圧力回収設備後）の高炉ガスを抽出した比較例２は、高炉ガス中のダストは5mg/Nm3であるため吸収液の劣化は発生せず良好だったが、高炉ガスの圧力が0.01Mpaと低いため二酸化炭素の吸収率は40％と低かった。
【００４６】
最後に、ＴＲＴ前（炉頂圧力回収設備前）の高炉ガスを抽出した発明例１は、高炉ガス中のダストは5mg/m3であるため吸収液の劣化は発生せず良好だったうえ、高炉ガスの圧力が0.22〜0.25MPaと比較的高いため二酸化炭素の吸収率は50％と高く良好だった。
以上の実施例により、本発明の効果が確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明によれば、地球環境を維持するために重要な課題である二酸化炭素の排出量削減に多大な貢献がされる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の高炉ガスからの二酸化炭素の分離回収方法の第１の実施形態を例示する図である。
【図２】本発明の高炉ガスからの二酸化炭素の分離回収方法の第２の実施形態を例示する図である。
【図３】本発明の高炉ガスからの二酸化炭素の分離回収方法の第３の実施形態を例示する図である。
【図４】本発明の高炉ガスからの二酸化炭素の分離回収方法の第４の実施形態を例示する図である。
【図５】本発明の高炉ガスからの二酸化炭素の分離回収方法の第５の実施形態を例示する図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  ダストキャッチャー（粗集塵機）
２  乾式集塵機（バグフィルター）
３  吸収塔
４  再生塔
５  セプタム弁
６  サイレンサー
７  ＴＲＴ（炉頂圧力回収設備）
８  熱交換器
９  リジェネレーター
１０  タービン
１ＶＳ  NO.1ベンチュリースクラバー（湿式集塵機）
２ＶＳ  NO.2ベンチュリースクラバー（湿式集塵機）
【図１】
0005184061.tif 000003
【図２】
0005184061.tif 000004
【図３】
0005184061.tif 000005
【図４】
0005184061.tif 000006
【図５】
0005184061.tif 000007