(57)【要約】６５０℃を超える温度及び１．７バールを超える絶対圧を有すると共に、非固化アルカリ含有化合物及び粒子を含有するガスからのエネルギーの回収方法であって、該方法は（ａ）シェル側に前記熱ガスが通り、管側に冷却水が通って、スチームが生成し、これからスチームエネルギーが回収されるシェル−管熱交換器（６）により、該ガスを５５０℃未満の温度に冷却する工程、（ｂ）１つ以上の連続的に配列した遠心分離器（７、８）により、４００ｍｇ／Ｎｍ3 未満の粉塵水準になるまで前記ガスから粒子を分離する工程、（ｃ）前記ガスを膨張器（１３）で膨張させてエネルギーを回収する工程により行なわれる。
2004537706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
６５０℃を超える温度及び１．７バールを超える絶対圧を有すると共に、未固化アルカリ含有化合物及び粒子を含むガスからのエネルギーの回収方法であって、以下の工程：
（ａ）シェル側に前記熱ガスが通り、管側に冷却水が通って、スチームが生成し、これからスチームエネルギーが回収されるシェル−管熱交換器により、該ガスを５５０℃未満の温度に冷却する工程、
（ｂ）１つ以上の連続的に配列した遠心分離装置により、４００ｍｇ／Ｎｍ3 未満の粉塵水準になるまで前記ガスから粒子を分離する工程、
（ｃ）前記ガスを膨張器で膨張させてエネルギーを回収する工程、
により行なう該方法。
【請求項２】
工程（ａ）で使用される前記熱ガスの温度が８００℃を超える請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記熱ガスが、０．５ｇ／Ｎｍ3 を超える粒子を含有する請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記熱ガスが、５ｇ／Ｎｍ3 を超える粒子を含有する請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記熱ガスが、ナトリウムを０．０２〜０．０８容量％及びカリウムを０．０２〜０．１容量％含有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記熱ガス中の一酸化炭素の含有量が１０〜３０重量％であり、前記熱ガス中の水素の含有量が５〜１５容量％である請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
工程（ａ）の前記シェル−管熱交換器は、長い容器に配置された板状溶接壁を有し、該長い板状溶接壁の両側は、ガスが該板状溶接壁で囲まれた空間の内部に出入りするため、開放され、該内部空間は、複数の熱交換用管を備え、該管の外側は、前記熱ガスの通路のため複数の溝が存在するように、前記内部空間内に一団となって相互接続し、該通路は、板状溶接壁の長い壁と平行に延びている請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
管の各集団及び板状溶接壁が、別個の叩き手段を備える請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記冷却水が、異なる集団の管を向流で流れ、前記熱ガスが板状溶接壁の管を流れる請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ガス通路は、操作時、該通路内のガスの流速がほぼ一定に維持されるように配列される請求項７〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
工程（ａ）での温度が、５００〜５２０℃に低下される請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
工程（ｂ）で得られたガス中の粉塵水準が、２８０ｍｇ／Ｎｍ3 未満である請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
工程（ｂ）で得られたガス中の、平均直径１０ミクロンを超える粒子の含有量が、５ｍｇ／Ｎｍ3 未満である請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
工程（ｂ）での分離が、軸方向入口サイクロンにより行なわれる請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
工程（ａ）を出る熱ガス中の粒子の水準が１ｇ／Ｎｍ3 を超えれば、工程（ｂ）において、接線方向入口サイクロン分離器で予備分離が行なわれる請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記熱ガスが、溶融還元法で得られ、かつ前記予備分離で分離された材料が該溶融還元法に再循環される請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
工程（ｃ）で得られたガスが一酸化炭素及び水素を含有する場合は、一酸化炭素の二酸化炭素への燃焼を含む工程（ｄ）が行なわれる請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記熱ガスが、連続製鋼に使用される溶融還元法で得られる請求項１〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、６５０℃を超える温度及び１．７バールを超える絶対圧を有すると共に、固体のアルカリも未固化のアルカリも含む化合物及び粒子からのエネルギーの回収方法である。このようなガスは、近年発展した連続的製鉄及び製鋼法、例えばＨＩ溶融法で生成する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
鋼鉄は、約１％未満の炭素及び通常は他の合金用元素を含む鉄基合金である。鋼鉄は、現在、高炉銑鉄（“加熱金属”）、ＤＲＩ（直接還元鉄）及び屑鉄鋼から製造されている。ＤＲＩは、海綿鉄とも云われ、鉄鉱石の固体状態直接還元により製造されている。
【０００３】
製鋼バッチ副生物コークス炉、連続製鉄高炉及びバッチ製鋼炉について従来の別個のユニット操作が、過去１００年間、当工業を支配していた。使用装置のいずれも注目すべき大型化及び効率の向上は別として、その間には２つの大きな変化、即ち、プロセス空気を豊富にしたり置換するため、トン容積の酸素を至る所に利用すること、及び天然の鉄鉱石塊を補給したり置換するため、凝集、熱固化した高級鉄鉱物濃縮物を使用することしかなかった。
【０００４】
近年、重荷となる資金や操作コストというますます回避できない理由及び環境保護のため、連続製鉄法及び連続製鋼法の研究、発展に急激な向上があった。この種の溶融還元法は、例えばＵＳ−Ａ−５８９１、ＵＳ−Ａ−５７５９４９５及びＵＳ−Ａ−５０６０９１３に記載されている。石炭ベースのＣＯＲＥＸ連続製鉄法は工業的に操作するが、鉄の豊富な塊原料や生成する多量の拡散（ｅｘｐｏｒｔ）ガス用の市場に依存する。現在、リードしている初期の連続法は、例えばＨｉｓｍｅｌｔ、ＤＩＯＳ及びＲｏｍｅｌｔ（以上は商標）と云われる方法である。これらの方法は、いずれも高炉法の欠点を解消する製鉄の専用である。これらの新規方法は、鉄鉱石微粉を処理する高強力（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）石炭ベース浴内（ｉｎ−ｂａｔｈ）溶融法である。
【０００５】
Ｈｉｓｍｅｌｔに供給される酸素は、１２００℃に予備加熱された空気である。鉄鉱石微粉、石炭及びフラックスは、担体ガスとして窒素を用いて底部から噴射される。高速、高質量流量の熱空気ブラストは、単一の頂部羽口から噴射される。浴は高度に撹乱され、また生成した金属及びスラグは、外部から分離される。比較的短い水平溶融炉の断面は丸い。炉のオフガスは、同伴の液滴や粉塵を捕獲するため、循環式流動床を通ってから、更に下流で使用される。ＤＩＯＳ法は、背の高いＬ−Ｄ酸素コンバーターに類似する溶融炉に連結した循環式流動床予備還元炉を有する。炉の供給原料は、部分還元した微細鉄鉱石、石炭、酸素及びフラックスからなる。炉は、窒素を用いて底部が撹拌され、２ゲージ気圧で操作する。Ｒｏｍｅｌｔ法は、酸素に富む空気を潜り（ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ）噴射させて、大量の激しく飛散する流体スラグ浴に石炭と共に直接導入した鉄鉱石微粉を溶融する方法を用いる。
【０００６】
上記方法は、一酸化炭素、水素、粉塵及びもともと鉄鉱石や石炭中に存在する化合物を含有するガスを大量に生成する。このような汚染物の例は、ナトリウムやカリウムのようなアルカリ化合物である。これらの化合物は、７７５℃を超える温度では液状又はガス状である。これよりも低温ではアルカリは、凝縮し、次いでプロセス装置の表面やガス中に存在する粉塵粒子上で固化する。これらのアルカリは、例えばＮａＣｌ、ＫＣｌ、Ｎａ2 ＣＯ3 及びＫ2 ＣＯ3 の形で固化する。このような凝縮性固体塩が形成されると、ガスを全く簡単に冷却してその熱を回収するのが困難となる。このような熱ガスの処理方法は、水が蒸発する際の冷却によるものである。この方法の利点は、いずれかの下流のプロセス設備を汚染する可能性が生じる前に、アルカリ化合物を水溶液として回収できることである。欠点は、環境中に捨てるには、粉塵や恐らく石炭粒子も含む水溶液を処理しなければならないことである。更にこのような方法は、熱ガスからエネルギーを回収するのに効率的な方法ではない。
【特許文献１】
ＵＳ−Ａ−５８９１２１４
【特許文献２】
ＵＳ−Ａ−５７５９４９５
【特許文献３】
ＵＳ−Ａ−５０６０９１３
【特許文献４】
ＤＥ−Ａ−２７１０１５３
【特許文献５】
ＥＰ−Ａ−２５４３７９
【特許文献６】
ＥＰ−Ａ−３４２７６７
【特許文献７】
ＥＰ−Ａ−７２２９９９
【特許文献８】
ＧＢ−Ａ−１４１１１３６
【特許文献９】
ＵＳ−Ａ−７７７４８６
【特許文献１０】
ＵＳ−Ａ−３８５５７８８
【非特許文献１】
Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，１９８５年１月、５１〜５４頁
【非特許文献２】
Ｐｅｒｒｙ’ｓ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ’  ｈａｎｄｂｏｏｋ，第５編、１９７３年、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ  Ｉｎｃ．，２０−８３〜２０−８５頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、アルカリ化合物の固化に伴う問題を低減しながら、熱ガスの温度を著しく低下できる方法が必要である。本発明は、上記問題を解消すると共に、エネルギーを一層効率的な方法で回収する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下の方法は、この目的を達成する。即ち、６５０℃を超える温度及び１．７バールを超える絶対圧を有すると共に、未固化アルカリ含有化合物及び粒子を含むガスからのエネルギーの回収方法であって、該方法は以下の工程：
（ａ）シェル側に前記熱ガスが通り、管側に冷却水が通って、スチームが生成し、これからスチームエネルギーが回収されるシェル−管熱交換器により、該ガスを５５０℃未満の温度に冷却する工程、
（ｂ）１つ以上の連続的に配列した遠心分離装置により、４００ｍｇ／Ｎｍ3 未満の粉塵水準になるまで前記ガスから粒子を分離する工程、
（ｃ）前記ガスを膨張器で膨張させてエネルギーを回収する工程、
により行なう。
【０００９】
工程（ａ）で使用される熱ガスは、６５０℃を超え、特に８００℃を超える温度を有する。上限の温度は、１０００℃であってよい。熱ガスの圧力は、１．７バール絶対圧（バラ）を超え、更に好ましくは１．９バール絶対圧を超える。この最小圧は、工程（ｃ）で充分なエネルギー回収を達成するのに必要な圧力である。この絶対圧は、４０バラ以下であってよい。熱ガスは粒子を固体粒子を含有する。これらの固体粒子は、例えば前述のような連続鉄溶融法で熱ガスが得られる際の煤や灰である。本方法は、粒子を０．５ｇ／Ｎｍ3 より多く含有する熱ガスを用いて始めるのが最適である。好ましくは熱ガスは、粒子を５ｇ／Ｎｍ3 より多く含有する。これは、工程（ａ）のシェル−管熱交換器を流れるガスの最小自浄効果を得るのに有利である。熱ガス中に存在する粒子の量に実用的な上限はない。上記連続製鉄法で得られる好適な熱ガスの粒子含有量は、通常、１００ｇ／Ｎｍ3 未満である。
【００１０】
熱ガスはアルカリ化合物も含有する。未固化アルカリの代表例は、ナトリウム及びカリウムである。ナトリウムの含有量は、好ましくは０．０２〜０．０８容量％であり、カリウムの含有量は、好ましくは０．０２〜０．１容量％である。完全ではない燃焼条件下で得られる熱ガスならば、熱ガスは、一酸化炭素及び水素も含有する。一酸化炭素の含有量は、熱ガスの１０〜３０容量％であってよい。水素の含有量は、５〜１５容量％であってよい。上記組成を有する熱ガスの一例は、上記溶融還元法、例えばＣＯＲＥＸ、Ｈｉｓｍｅｌｔ，ＤＩＯＳ及びＲｏｍｅｌｔ法で得られるような煙道ガスである。
【００１１】
工程（ａ）のシェル−管熱交換器を用いることにより、アルカリの固化による熱交換器の汚染を回避しながら、同時に充分な温度低下が可能であることが見い出された。ガスは熱交換器のシェル側を流れるので、汚染はできるだけ多く避ける。シェル−管熱交換器は、好ましくは比較的大きな熱交換表面を持つものを設計する。使用時、ガスは比較的低いガス速度で熱交換器のシェル側を流れる。汚染の一部は、熱ガス中に存在する粒子の自浄力により熱交換器の表面から除去される。しかし、若干の汚染が生じることが予想され、したがって熱交換用管の表面は、好ましくは機械的な叩き機（ｒａｐｐｅｒ）により浄化しなければならない。このような叩き機の例は、ＤＥ−Ａ−２７１０１５３及びＥＰ−Ａ−２５４３７９に記載されている。
【００１２】
好ましいシェル−管熱交換器は、例えば管形又は長方形箱形を有する板状溶接壁（ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｗａｌｌ）を備える。板状溶接壁は、好ましくは長い容器中に配置される。板状溶接壁の管は、該壁の長辺に平行に設けるのが好ましい。板状溶接壁の管は、壁で囲まれた空間の内部に出入りするガスのためにその内側に開放されている。この内部空間は、複数の熱交換用管を有する。これらの管は、集団となって管の外側で相互接続し、熱ガスの通路用に複数の溝（ｃｈａｎｎｅｌ）が存在するように、前記内部空間に配置されている。これらの通路は、好ましくは板状溶接壁の長い壁に平行に延びている。例えば管形板状溶接壁を用いた場合は、内管は、複数の螺旋状同心円管で形成した管集団で配列できる。１つの管集団の管は、好適には相互接続している。熱ガス用の通路は、前記管の管集団間の環状空間である。長い長方形箱状膜を用いた場合は、これらの相互接続した管の集団に、この箱状空間内で平行に配置された管の平坦な壁であってよい。その時は、熱ガス用通路は、長い箱状の形状であってよい。管の各集団及び板状溶接壁は、別個の叩き手段を備えることが好ましい。各管集団の管は、相互接続しているので、各集団を浄化する叩き手段の数は制限できる。
【００１３】
冷却水は、異なる集団では向流で流れ、かつ熱ガスと一緒に板状溶接壁の管内を流れることが好ましい。管の集団は、過熱スチームを得るため、更に熱飽和したスチームを使用してもよい。
【００１４】
工程（ａ）に使用できる好適な熱交換器は、ＥＰ−Ａ−３４２７６７に記載されている。更に好ましくは、熱交換器は、操作時、ガス通路でのガスの流速がほぼ一定に維持されるような方法でガス通路を配列したものである。ガスが一方では汚染を減少させるのに充分な自浄効果を有し、他方では最小の装置腐蝕効果のある狭いガス速度範囲しか持たないことが見い出された。熱交換器中のガス通路の断面積を下流方向に減少させることにより、ガス通路中でほぼ一定のガス速度が維持できる。このように断面積を減少させたガス通路を有する熱交換器の一例が、ＥＰ−Ａ−７２２９９９に記載されている。この刊行物は、参考のため、ここに援用した。
【００１５】
工程（ａ）では温度は５５０℃未満、好ましくは５２０℃未満に低下する。このような低温では殆どの未固化アルカリは、固体として存在しないので、温度を非常に低い水準まで低下させる必要はない。エネルギー回収の観点から、工程（ａ）を出るガスの温度は、好ましくは少なくとも５００℃である。スチームタービンによりスチーム又は任意に過熱スチームからエネルギーを回収できる。
【００１６】
工程（ｂ）では１つ以上の連続的に配列した遠心分離器により、ガスから固体粒子が４００ｍｇ／Ｎｍ3 未満の粉塵水準まで除去される。これらの固体粒子は、未固化アルカリ化合物及び熱ガス中にもともと存在していた粉塵を含む。工程（ｂ）で得られたガスの粉塵水準は、好ましくは３５０ｍｇ／Ｎｍ3 未満、更に好ましくは２８０ｍｇ／Ｎｍ3 未満である。粉塵水準は、工程（ｃ）で使用する膨張タービンの腐蝕を防止するため、工程（ａ）で下げる必要がある。
【００１７】
工程（ｂ）で好ましく使用される遠心分離器は、遠心力を利用してガスから固体を分離すると共に、粉塵水準を所望の水準まで低下させる公知のいかなる分離器でもよい。好ましくは、この分離は、工程（ｂ）でサイクロン分離器、更に好ましくはいわゆる軸方向入口サイクロンにより行なう。このようなサイクロンは、内管がガス出口兼渦巻ファインダーとして働き、外管が粒子を渦巻から離して壁に対し遠心力で保持する渦巻室として働く２つの同心円の管を含む。接線速度は、内管と外管との間に配置した渦巻羽根によりガス原料まで弱める。内管は上部から外管を一部突出させている。固体は、外管の下端で除去される。分離器は、並列で操作する複数のこれらの管を含むことが好ましい。このような分離器の例は周知で、例えばＧＢ−Ａ−１４１１１３６に記載されている。市販の例は、例えばＨｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，１９８５年１月、５１〜５４頁に記載されるようなＳｈｅｌｌ  Ｔｈｉｒｄ  ｓｔａｇｅ  ｓｅｐａｒａｔｏｒである。これら分離器の変形は、図２０．９８のＰｅｒｒｙ（下記参照）の図として示されている。工程（ａ）を出る熱ガス中の粒子の水準が、１ｇ／Ｎｍ3 を超え、更に特に１０ｇ／Ｎｍ3 を超えるならば、ガスを前述のような分離器に供給する前に、予備分離を行なうことが好ましい。このような粗分離は、例えばＰｅｒｒｙ’ｓ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ’  ｈａｎｄｂｏｏｋ，第５編、１９７３年、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ  Ｉｎｃ．，２０−８３〜２０−８５頁に記載されるような標準的な接線入口サイクロンにより行なうことが好ましい。粒子水準は、１ｇ／Ｎｍ3 未満に低下させることが好ましい。
【００１８】
好ましい実施態様では、前記工程（ｂ）の粗分離においてガスから分離された、燃焼可能な材料を含んでよい比較的粗い粒子の一部又は全部は、本方法、特に熱ガスを発生する前述の溶融還元法に再循環される。工程（ｂ）の最終分離工程、例えばＳｈｅｌｌ  Ｔｈｉｒｄ  ｓｔａｇｅ  ｓｅｐａｒａｔｏｒで分離された小粒子は、粗粒子よりも比較的多くのアルカリ沈着物を含有する。これらの小粒子は、前記プロセスには再循環しないのが有利である。したがって、工程（ｂ）のプロセスで生成する正味固体量を最小化しながら、アルカリの堆積を生じないプロセスが得られる。
【００１９】
工程（ｃ）ではガス流は、動力回収膨張器に入り、脱圧され、ガス流から回収されたエネルギーは、圧縮器の駆動又は発電のような有用な作業に使用される。膨張器の速度超過を防止するため、動力回収膨張器周囲のガス流をそらすバイパスシステムが通常使用される。これらのシステムは、例えばＵＳ−Ａ−７７７４８６及びＵＳ−Ａ−３８５５７８８に記載されている。本発明を実施するのに必要な動力回収膨張器及びその他の設備は、むしろ特殊化されているが、市販されている。
【００２０】
本発明方法の原料ガスが一酸化炭素を含むならば、追加の工程（ｄ）を行なうことが好ましい。工程（ｄ）は、一酸化炭素の二酸化炭素への燃焼を含む。ＣＯ含有ガスの燃焼は通常、空気で富化され、連続的にＣＯ含有ガスにより供給される独立のいわゆるＣＯボイラー又は燃焼装置中、制御された条件下で行なわれる。ＣＯボイラーは、開始時に使用される少なくとも１つの他の燃料を受けるため、或いは更に普通は、煙道ガスの燃料の価値を補充するため、備えることができる。このような方法は周知である。その他の例はＵＳ−Ａ−２７５３９２５に記載され、ＣＯ含有ガスの燃焼による放熱エネルギーを高圧スチームの発生に使用している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、本発明の好ましい実施態様を示す。図１は、石炭、鉄鉱石（２）及び酸素含有ガス（３）が供給される溶融還元法反応器（１）を示す。鉄は、（４）経由で回収され、また煙道ガス（５）が生成する。この熱ガスは、オーバーヘッド導管（５）、シェル−管熱交換器（６）、粗カットサイクロン（７）を経由し、複数の軸方向入口サイクロン分離器（９）を備えた容器（８）に案内される。熱交換器（６）では、スチームが生成し、（１０）経由でエネルギー回収設備に放出される。この回収設備は、スチームタービンであってよい。粗カットサイクロン（７）で分離された粒子は、（１１）経由で反応器（１）に再循環される。容器（８）で分離されたアルカリ含有微細粒子は、（１２）経由で放出される。固体の乏しい熱ガスは、エネルギー（Ｅ）を生成するため、膨張器（１３）に供給される。一酸化炭素を含むガスは、ＣＯボイラー（１４）に供給され、ここでエネルギー（Ｅ）が（１５）で回収される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の好ましい実施態様を示す。
【符号の説明】
【００２３】
１      溶融還元法反応器
２      鉄鉱石
３      酸素含有ガス
４      鉄
５      煙道ガス
６      シェル−管熱交換器
７      粗カットサイクロン
８      複数の軸方向入口分離器９を含有する容器
１０    スチーム又はエネルギーＥ
１１    再循環粒子
１２    放出用粒子
１３、１５    エネルギーＥ
１４    ＣＯボイラー
【図１】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年8月12日(2003.8.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続製鋼に使用される溶融還元法で得られた、６５０℃を超える温度及び１．７バールを超える絶対圧を有すると共に、未固化アルカリ含有化合物及び粒子を含むガスからのエネルギーの回収方法であって、以下の工程：
（ａ）長い容器に配置された板状溶接壁を有し、該長い板状溶接壁の両側は、ガスが該板状溶接壁で囲まれた空間の内部に出入りするため、開放され、該内部空間は、複数の熱交換用管を備え、該管の外側は、前記熱ガスの通路のため複数の溝が存在するように、前記内部空間内に一団となって相互接続し、該通路は、板状溶接壁の長い壁と平行に延びているシェル−管熱交換器であって、シェル側に前記熱ガスが通り、管側に冷却水が通って、スチームが生成し、これからスチームエネルギーが回収される該シェル−管熱交換器により、該熱ガスを５５０℃未満の温度に冷却する工程、
（ｂ）１つ以上の連続的に配列した遠心分離装置により、４００ｍｇ／Ｎｍ3 未満の粉塵水準になるまで前記ガスから粒子を分離する工程、
（ｃ）前記ガスを膨張器で膨張させてエネルギーを回収する工程、
により行なう該方法。
【請求項２】
工程（ａ）で使用される前記熱ガスの温度が８００℃を超える請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記熱ガスが、０．５ｇ／Ｎｍ3 を超える粒子を含有する請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記熱ガスが、５ｇ／Ｎｍ3 を超える粒子を含有する請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記熱ガスが、ナトリウムを０．０２〜０．０８容量％及びカリウムを０．０２〜０．１容量％含有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記熱ガス中の一酸化炭素の含有量が１０〜３０重量％であり、前記熱ガス中の水素の含有量が５〜１５容量％である請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
管の各集団及び板状溶接壁が、別個の叩き手段を備える請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記冷却水が、異なる集団の管を向流で流れ、前記熱ガスが板状溶接壁の管を流れる請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記ガス通路は、操作時、該通路内のガスの流速がほぼ一定に維持されるように配列される請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
工程（ａ）での温度が、５００〜５２０℃に低下される請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
工程（ｂ）で得られたガス中の粉塵水準が、２８０ｍｇ／Ｎｍ3 未満である請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
工程（ｂ）で得られたガス中の、平均直径１０ミクロンを超える粒子の含有量が、５ｍｇ／Ｎｍ3 未満である請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
工程（ｂ）での分離が、軸方向入口サイクロンにより行なわれる請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
工程（ａ）を出る熱ガス中の粒子の水準が１ｇ／Ｎｍ3 を超えれば、工程（ｂ）において、接線方向入口サイクロン分離器で予備分離が行なわれる請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記熱ガスが、溶融還元法で得られ、かつ前記予備分離で分離された材料が該溶融還元法に再循環される請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
工程（ｃ）で得られたガスが一酸化炭素及び水素を含有する場合は、一酸化炭素の二酸化炭素への燃焼を含む工程（ｄ）が行なわれる請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
上記方法は、一酸化炭素、水素、粉塵及びもともと鉄鉱石や石炭中に存在する化合物を含有するガスを大量に生成する。このような汚染物の例は、ナトリウムやカリウムのようなアルカリ化合物である。これらの化合物は、７７５℃を超える温度では液状又はガス状である。これよりも低温ではアルカリは、凝縮し、次いでプロセス装置の表面やガス中に存在する粉塵粒子上で固化する。これらのアルカリは、例えばＮａＣｌ、ＫＣｌ、Ｎａ2ＣＯ3 及びＫ2 ＣＯ3 の形で固化する。このような凝縮性固体塩が形成されると、ガスを全く簡単に冷却してその熱を回収するのが困難となる。このような熱ガスの処理方法は、水が蒸発する際の冷却によるものである。この方法の利点は、いずれかの下流のプロセス設備を汚染する可能性が生じる前に、アルカリ化合物を水溶液として回収できることである。欠点は、環境中に捨てるには、粉塵や恐らく石炭粒子も含む水溶液を処理しなければならないことである。更にこのような方法は、熱ガスからエネルギーを回収するのに効率的な方法ではない。
ＵＳ−Ａ−４４２４７６６には、石炭燃焼用の水素加圧流動床燃焼器が記載されている。この流動床燃焼容器のフリーボードに管熱交換器を配置している。
ＵＳ−Ａ−６０４４９７７には、ガスから微粒子を除去する装置が記載されている。精製されたガスは、ガスタービンを駆動して発電又はその他の目的に利用するため、送出される。
【特許文献１】
ＵＳ−Ａ−５８９１２１４
【特許文献２】
ＵＳ−Ａ−５７５９４９５
【特許文献３】
ＵＳ−Ａ−５０６０９１３
【特許文献４】
ＵＳ−Ａ−４４２４７６６
【特許文献５】
ＵＳ−Ａ−６０４４９７７
【特許文献６】
ＤＥ−Ａ−２７１０１５３
【特許文献７】
ＥＰ−Ａ−２５４３７９
【特許文献８】
ＥＰ−Ａ−３４２７６７
【特許文献９】
ＥＰ−Ａ−７２２９９９
【特許文献１０】
ＧＢ−Ａ−１４１１１３６
【特許文献１１】
ＵＳ−Ａ−３７７７４８６
【特許文献１２】
ＵＳ−Ａ−３８５５７８８
【非特許文献１】
Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，１９８５年１月、５１〜５４頁
【非特許文献２】
Ｐｅｒｒｙ’ｓ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ’  ｈａｎｄｂｏｏｋ，第５編、１９７３年、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ  Ｉｎｃ．，２０−８３〜２０−８５頁


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
したがって、アルカリ化合物の固化に伴う問題を低減しながら、熱ガスの温度を著しく低下できる方法が必要である。本発明は、上記問題を解消すると共に、エネルギーを一層効率的な方法で回収する方法を提供する。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
以下の方法は、この目的を達成する。即ち、連続製鋼に使用される溶融還元法で得られた、６５０℃を超える温度及び１．７バールを超える絶対圧を有すると共に、未固化アルカリ含有化合物及び粒子を含むガスからのエネルギーの回収方法であって、該方法は以下の工程：
（ａ）長い容器に配置された板状溶接壁を有し、該長い板状溶接壁の両側は、ガスが該板状溶接壁で囲まれた空間の内部に出入りするため、開放され、該内部空間は、複数の熱交換用管を備え、該管の外側は、前記熱ガスの通路のため複数の溝が存在するように、前記内部空間内に一団となって相互接続し、該通路は、板状溶接壁の長い壁と平行に延びているシェル−管熱交換器であって、シェル側に前記熱ガスが通り、管側に冷却水が通って、スチームが生成し、これからスチームエネルギーが回収される該シェル−管熱交換器により、該ガスを５５０℃未満の温度に冷却する工程、
（ｂ）１つ以上の連続的に配列した遠心分離装置により、４００ｍｇ／Ｎｍ3 未満の粉塵水準になるまで前記ガスから粒子を分離する工程、
（ｃ）前記ガスを膨張器で膨張させてエネルギーを回収する工程、
により行なう。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
工程（ａ）で使用される熱ガスは、６５０℃を超え、特に８００℃を超える温度を有する。上限の温度は、１０００℃であってよい。熱ガスの圧力は、１．７バール絶対圧（バラ）を超え、更に好ましくは１．９バール絶対圧を超える。この最小圧は、工程（ｃ）で充分なエネルギー回収を達成するのに必要な圧力である。この絶対圧は、４０バラ以下であってよい。熱ガスは粒子を固体粒子を含有する。これらの固体粒子は、例えば前述のような連続鉄溶融法で熱ガスが得られる際の煤や灰である。本方法は、粒子を０．５ｇ／Ｎｍ3
より多く含有する熱ガスを用いて始めるのが最適である。好ましくは熱ガスは、粒子を５ｇ／Ｎｍ3 より多く含有する。これは、工程（ａ）のシェル−管熱交換器を流れるガスの最小自浄効果を得るのに有利である。熱ガス中に存在する粒子の量に実用的な上限はない。上記連続製鉄法で得られる好適な熱ガスの粒子含有量は、通常、１００ｇ／Ｎｍ3未満である。


【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
熱ガスはアルカリ化合物も含有する。未固化アルカリの代表例は、ナトリウム及びカリウムである。ナトリウムの含有量は、好ましくは０．０２〜０．０８容量％であり、カリウムの含有量は、好ましくは０．０２〜０．１容量％である。完全ではない燃焼条件下で得られる熱ガスならば、熱ガスは、一酸化炭素及び水素も含有する。一酸化炭素の含有量は、熱ガスの１０〜３０容量％であってよい。水素の含有量は、５〜１５容量％であってよい。上記組成を有する熱ガスの一例は、上記溶融還元法、例えばＣＯＲＥＸ、Ｈｉｓｍｅｌｔ，ＤＩＯＳ及びＲｏｍｅｌｔ法で得られるような煙道ガスである。


【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
工程（ａ）のシェル−管熱交換器を用いることにより、アルカリの固化による熱交換器の汚染を回避しながら、同時に充分な温度低下が可能であることが見い出された。ガスは熱交換器のシェル側を流れるので、汚染はできるだけ多く避ける。シェル−管熱交換器は、好ましくは比較的大きな熱交換表面を持つものを設計する。使用時、ガスは比較的低いガス速度で熱交換器のシェル側を流れる。汚染の一部は、熱ガス中に存在する粒子の自浄力により熱交換器の表面から除去される。しかし、若干の汚染が生じることが予想され、したがって熱交換用管の表面は、好ましくは機械的な叩き機（ｒａｐｐｅｒ）により浄化しなければならない。このような叩き機の例は、ＤＥ−Ａ−２７１０１５３及びＥＰ−Ａ−２５４３７９に記載されている。


【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
シェル−管熱交換器は、例えば管形又は長方形箱形を有する板状溶接壁（ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｗａｌｌ）を備える。板状溶接壁は、好ましくは長い容器中に配置される。板状溶接壁の管は、該壁の長辺に平行に設けるのが好ましい。板状溶接壁の管は、壁で囲まれた空間の内部に出入りするガスのためにその内側に開放されている。この内部空間は、複数の熱交換用管を有する。これらの管は、集団となって管の外側で相互接続し、熱ガスの通路用に複数の溝（ｃｈａｎｎｅｌ）が存在するように、前記内部空間に配置されている。これらの通路は、好ましくは板状溶接壁の長い壁に平行に延びている。例えば管形板状溶接壁を用いた場合は、内管は、複数の螺旋状同心円管で形成した管集団で配列できる。１つの管集団の管は、好適には相互接続している。熱ガス用の通路は、前記管の管集団間の環状空間である。長い長方形箱状膜を用いた場合は、これらの相互接続した管の集団に、この箱状空間内で平行に配置された管の平坦な壁であってよい。その時は、熱ガス用通路は、長い箱状の形状であってよい。管の各集団及び板状溶接壁は、別個の叩き手段を備えることが好ましい。各管集団の管は、相互接続しているので、各集団を浄化する叩き手段の数は制限できる。


【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
工程（ａ）に使用できる好適な熱交換器は、ＥＰ−Ａ−３４２７６７に記載されている。更に好ましくは、熱交換器は、操作時、ガス通路でのガスの流速がほぼ一定に維持されるような方法でガス通路を配列したものである。ガスが一方では汚染を減少させるのに充分な自浄効果を有し、他方では最小の装置腐蝕効果のある狭いガス速度範囲しか持たないことが見い出された。熱交換器中のガス通路の断面積を下流方向に減少させることにより、ガス通路中でほぼ一定のガス速度が維持できる。このように断面積を減少させたガス通路を有する熱交換器の一例が、ＥＰ−Ａ−７２２９９９に記載されている。この刊行物は、参考のため、ここに援用した。


【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
工程（ａ）では温度は５５０℃未満、好ましくは５２０℃未満に低下する。このような低温では殆どの未固化アルカリは、固体として存在しないので、温度を非常に低い水準まで低下させる必要はない。エネルギー回収の観点から、工程（ａ）を出るガスの温度は、好ましくは少なくとも５００℃である。スチームタービンによりスチーム又は任意に過熱スチームからエネルギーを回収できる。


【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
工程（ｂ）では１つ以上の連続的に配列した遠心分離器により、ガスから固体粒子が４００ｍｇ／Ｎｍ3 未満の粉塵水準まで除去される。これらの固体粒子は、未固化アルカリ化合物及び熱ガス中にもともと存在していた粉塵を含む。工程（ｂ）で得られたガスの粉塵水準は、好ましくは３５０ｍｇ／Ｎｍ3未満、更に好ましくは２８０ｍｇ／Ｎｍ3 未満である。粉塵水準は、工程（ｃ）で使用する膨張タービンの腐蝕を防止するため、工程（ｂ）で下げる必要がある。


【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
工程（ｂ）で好ましく使用される遠心分離器は、遠心力を利用してガスから固体を分離すると共に、粉塵水準を所望の水準まで低下させる公知のいかなる分離器でもよい。好ましくは、この分離は、工程（ｂ）でサイクロン分離器、更に好ましくはいわゆる軸方向入口サイクロンにより行なう。このようなサイクロンは、内管がガス出口兼渦巻ファインダーとして働き、外管が粒子を渦巻から離して壁に対し遠心力で保持する渦巻室として働く２つの同心円の管を含む。接線速度は、内管と外管との間に配置した渦巻羽根によりガス原料まで弱める。内管は上部から外管を一部突出させている。固体は、外管の下端で除去される。分離器は、並列で操作する複数のこれらの管を含むことが好ましい。このような分離器の例は周知で、例えばＧＢ−Ａ−１４１１１３６に記載されている。市販の例は、例えばＨｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，１９８５年１月、５１〜５４頁に記載されるようなＳｈｅｌｌ  Ｔｈｉｒｄ  ｓｔａｇｅ  ｓｅｐａｒａｔｏｒである。これら分離器の変形は、図２０．９８のＰｅｒｒｙ（下記参照）の図として示されている。工程（ａ）を出る熱ガス中の粒子の水準が、１ｇ／Ｎｍ3を超え、更に特に１０ｇ／Ｎｍ3 を超えるならば、ガスを前述のような分離器に供給する前に、予備分離を行なうことが好ましい。このような粗分離は、例えばＰｅｒｒｙ’ｓ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ’  ｈａｎｄｂｏｏｋ，第５編、１９７３年、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ  Ｉｎｃ．，２０−８３〜２０−８５頁に記載されるような標準的な接線入口サイクロンにより行なうことが好ましい。粒子水準は、１ｇ／Ｎｍ3未満に低下させることが好ましい。


【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
好ましい実施態様では、前記工程（ｂ）の粗分離においてガスから分離された、燃焼可能な材料を含んでよい比較的粗い粒子の一部又は全部は、本方法、特に熱ガスを発生する前述の溶融還元法に再循環される。工程（ｂ）の最終分離工程、例えばＳｈｅｌｌ  Ｔｈｉｒｄ  ｓｔａｇｅ  ｓｅｐａｒａｔｏｒで分離された小粒子は、粗粒子よりも比較的多くのアルカリ沈着物を含有する。これらの小粒子は、前記プロセスには再循環しないのが有利である。したがって、工程（ｂ）のプロセスで生成する正味固体量を最小化しながら、アルカリの堆積を生じないプロセスが得られる。


【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
工程（ｃ）ではガス流は、動力回収膨張器に入り、脱圧され、ガス流から回収されたエネルギーは、圧縮器の駆動又は発電のような有用な作業に使用される。膨張器の速度超過を防止するため、動力回収膨張器周囲のガス流をそらすバイパスシステムが通常使用される。これらのシステムは、例えばＵＳ−Ａ−３７７７４８６及びＵＳ−Ａ−３８５５７８８に記載されている。本発明を実施するのに必要な動力回収膨張器及びその他の設備は、むしろ特殊化されているが、市販されている。


【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
本発明方法の原料ガスが一酸化炭素を含むならば、追加の工程（ｄ）を行なうことが好ましい。工程（ｄ）は、一酸化炭素の二酸化炭素への燃焼を含む。ＣＯ含有ガスの燃焼は通常、空気で富化され、連続的にＣＯ含有ガスにより供給される独立のいわゆるＣＯボイラー又は燃焼装置中、制御された条件下で行なわれる。ＣＯボイラーは、開始時に使用される少なくとも１つの他の燃料を受けるため、或いは更に普通は、煙道ガスの燃料の価値を補充するため、備えることができる。このような方法は周知である。その他の例はＵＳ−Ａ−２７５３９２５に記載され、ＣＯ含有ガスの燃焼による放熱エネルギーを高圧スチームの発生に使用している。


【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
図１は、本発明の好ましい実施態様を示す。図１は、石炭、鉄鉱石（２）及び酸素含有ガス（３）が供給される溶融還元法反応器（１）を示す。鉄は、（４）経由で回収され、また煙道ガス（５）が生成する。この熱ガスは、オーバーヘッド導管（５）、シェル−管熱交換器（６）、粗カットサイクロン（７）を経由し、複数の軸方向入口サイクロン分離器（９）を備えた容器（８）に案内される。熱交換器（６）では、スチームが生成し、（１０）経由でエネルギー回収設備に放出される。この回収設備は、スチームタービンであってよい。粗カットサイクロン（７）で分離された粒子は、（１１）経由で反応器（１）に再循環される。容器（８）で分離されたアルカリ含有微細粒子は、（１２）経由で放出される。固体の乏しい熱ガスは、エネルギー（Ｅ）を生成するため、膨張器（１３）に供給される。一酸化炭素を含むガスは、ＣＯボイラー（１４）に供給され、ここでエネルギー（Ｅ）が（１５）で回収される。




【国際調査報告】
2004537706.tif 000021
2004537706.tif 000022
2004537706.tif 000023