(57)【要約】粒子状酸素含有鉱石、特に酸化鉄含有材料を５バール以下の圧力における流動層法でガス還元する方法であって、鉱石を、石炭から生成された還元ガスの助けにより予備加熱段階（５）として構成された流動層反応装置（１）内で加熱し、また任意に予備還元し、次いで還元段階（７，８）として構成された少なくとも一つの流動層反応装置（２，３）内で海綿鉄に還元し、還元ガスを、還元ガス供給ダクト（１２）又は還元ガスダクト（１３）を介して、還元しかつ段階から段階へ案内するべき材料と反対方向である還元段階（７，８）から予備加熱段階（５）へ案内し、浄化後に排出ガスとして吐出する方法において、還元段階（７，８）及び／又は予備加熱段階（５）へ供給された還元ガスに熱を供給する、すなわち還元段階（７，８）及び／又は予備加熱段階（５）でガス還元のために供給された還元ガスの一部を酸素及び／又は空気と一緒に燃焼させることによって、還元ガスに熱を供給する。
2004501283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子状酸素含有鉱石、特に酸化鉄含有材料を５バール以下の圧力における流動層法でガス還元する方法であって、鉱石を、石炭から生成された還元ガスの助けにより予備加熱段階（５）として構成された流動層反応装置（１）内で加熱し、また任意に予備還元し、次いで還元段階（７，８）として構成された少なくとも一つの流動層反応装置（２，３）内で海綿鉄に還元し、還元ガスを、還元ガス供給ダクト（１２）又は還元ガスダクト（１３）を介して、還元しかつ段階から段階へ案内すべき材料と反対方向である前記還元段階（７，８）から前記予備加熱段階（５）へ案内し、浄化後に排出ガスとして吐出する方法において、
前記還元段階（７，８）及び／又は予備加熱段階（５）でのガス還元のために供給された還元ガスの一部を酸素及び／又は空気と一緒に燃焼させることによって、前記還元段階（７，８）及び／又は予備加熱段階（５）へ供給された還元ガスに熱を供給することを特徴とする方法。
【請求項２】
粒子状酸素含有鉱石、特に酸化鉄含有材料を５バール以下の圧力における流動層法でガス還元する方法であって、鉱石を、石炭から生成された還元ガスの助けにより予備加熱段階（５）として構成された流動層反応装置（１）内で加熱し、また任意に予備還元し、次いで還元段階（７，８）として構成された少なくとも一つの流動層反応装置（２，３）内で海綿鉄に還元し、還元ガスを、還元ガス供給ダクト（１２）又は還元ガスダクト（１３）を介して、還元しかつ段階から段階へ案内すべき材料と反対方向である前記還元段階（７，８）から前記予備加熱段階（５）へ案内し、浄化後に排出ガスとして吐出する方法において、
排出ガスの一部を酸素及び／又は空気と一緒に燃焼させることによって、前記還元段階（７，８）及び／又は予備加熱段階（５）へ供給された還元ガスに熱を供給することを特徴とする方法。
【請求項３】
粒子状酸素含有鉱石、特に酸化鉄含有材料を５バール以下の圧力における流動層法でガス還元する方法であって、鉱石を、石炭から生成された還元ガスの助けにより予備加熱段階（５）として構成された流動層反応装置（１）内で加熱し、また任意に予備還元し、次いで還元段階（７，８）として構成された少なくとも一つの流動層反応装置（２，３）内で海綿鉄に還元し、還元ガスを、還元ガス供給ダクト（１２）又は還元ガスダクト（１３）を介して、還元しかつ段階から段階へ案内すべき材料と反対方向である前記還元段階（７，８）から前記予備加熱段階（５）へ案内し、浄化後に排出ガスとして吐出する方法において、
最終還元区域（８）へ導入するべき還元ガスを冷却するために用いられる冷却ガスの一部を、酸素及び／又は空気と一緒に燃焼させることによって、前記還元段階（７，８）及び／又は予備加熱段階（５）へ供給された還元ガスに熱を供給することを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の方法において、
燃焼させるべき前記還元ガス、前記排出ガス又は前記冷却ガスの一部を、燃焼させる前に洗浄工程へ供給することを特徴とする方法。
【請求項５】
粒子状酸素含有鉱石、特に酸化鉄含有材料を５バール以下の圧力における流動層法でガス還元する方法であって、鉱石を、石炭から生成された還元ガスの助けにより予備加熱段階（５）として構成された流動層反応装置（１）内で加熱し、また任意に予備還元し、次いで還元段階（７，８）として構成された少なくとも一つの流動層反応装置（２，３）内で海綿鉄に還元し、還元ガスを、還元ガス供給ダクト（１２）又は還元ガスダクト（１３）を介して、還元しかつ段階から段階へ案内すべき材料と反対方向である前記還元段階（７，８）から前記予備加熱段階（５）へ案内し、浄化後に排出ガスとして吐出する方法において、
外部可燃性ガス及び／又は固体燃料及び／又は液体燃料を酸素及び／又は空気と一緒に燃焼させることによって、前記還元段階（７，８）及び／又は予備加熱段階（５）へ供給された還元ガスに熱を供給することを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の方法において、
前記燃焼を、前記還元ガス供給ダクト（１２）又は還元ガスダクト（１３）に備えられたバーナー（２５）で行うことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の方法において、
前記燃焼を、前記還元ガス供給ダクト（１２）又は還元ガスダクト（１３）から分離された燃焼チャンバーで行い、次いで燃焼ガス及びことによると燃焼していない固体を前記還元ガス供給ダクト（１２）又は還元ガスダクト（１３）へ導入することを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の方法において、
前記燃焼を、前記流動層反応装置（３０）に設けられた少なくとも一つのバーナー（３８）を用いて行い、燃焼ガスを前記流動層反応装置（３０）へ直接導入することを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１記載の方法において、
酸素及び／又は空気を、ランスを介して前記還元ガス供給ダクト（１２）又は還元ガスダクト（１３）へ供給することを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１記載の方法において、
酸素及び／又は空気を、バーナー（３８）、好ましくはランスを介して前記流動層反応装置（３０）へ供給することを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法において、
それぞれ使用されるガスに加えて、還元ガス及び／又は排出ガス及び／又は冷却ガス及び／又は外部可燃性ガス、及び／又は炭化水素をベースにした固体燃料及び／又は液体燃料及び／又は気体燃料を、燃焼のためにさらに使用することを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法において、
前記還元ガス、特に天然ガス及び／又は石炭と少なくとも部分的に反応させることによって前記還元ガス中の還元剤の割合を高める材料を、前記還元段階（７，８）及び／又は予備加熱段階（５）へ供給された前記還元ガスに混合することを特徴とする方法。
【請求項１３】
粒子状酸素含有鉱石、特に酸化鉄含有材料を５バール以下の圧力における流動層法でガス還元する方法であって、鉱石を、石炭から生成された還元ガスの助けにより予備加熱段階（５）として構成された流動層反応装置（１）内で加熱し、また任意に予備還元し、次いで還元段階（７，８）として構成された少なくとも一つの流動層反応装置（２，３）内で海綿鉄に還元し、還元ガスを、還元ガス供給ダクト（１２）又は還元ガスダクト（１３）を介して、還元しかつ段階から段階へ案内するべき材料と反対方向である前記還元段階（７，８）から前記予備加熱段階（５）へ案内し、浄化後に排出ガスとして吐出する方法において、
前記還元ガス、特に天然ガス及び／又は石炭と少なくとも部分的に反応させることによって前記還元ガス中の還元剤の割合を高める材料を、前記還元段階（７，８）及び／又は予備加熱段階（５）へ供給された前記還元ガスに混合することを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法を実施するための装置であって、石炭から生成されたＣＯ及びＨ２含有還元ガスを用いて粒子状酸素含有鉱石をガス還元するための連続的に順次接続された少なくとも２つの流動層反応装置を備え、酸素含有材料の流れ方向から見たときに最後に配置された流動層反応装置（３）へ通じている還元ガス供給ダクト（１２）と、酸素含有材料が流れる方向かつ排出ガスとして使用された還元ガスが吐出される方向から見たときに最初に配置された流動層反応装置（１）から続く排出ダクト（１４）と、前記還元ガス供給ダクト（１２）から分岐し、かつスクラバ（２３）を介して前記還元ガス供給ダクト（１２）へ戻る、冷却ガスのためのガス再生ダクト（２２）とを備え、一つの流動層反応装置（３）からその前段の流動層反応装置（１，２）へ前記還元ガスを案内するために設けられた還元ガスダクト（１３）を備えた装置において、
還元ガス及び／又は排出ガス及び／又は冷却ガス及び／又は外部可燃性ガス及び／又は固体燃料及び／又は液体燃料及び／又は酸素及び／又は空気のための供給ダクト（１２，１３，２６，２８，３９）を有する少なくとも一つのバーナー（２５，３８）が、前記還元ガス、排出ガス又は冷却ガス、外部可燃性ガス又は固体燃料又は液体燃料の一部を酸素及び／又は空気と一緒に燃焼させるために、流通可能に接続されていることを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の装置において、
スクラバ（１５）が前記排出ガス排出ダクト（１４）に設けられ、洗浄された排出ガスが排出ガスダクト（２６）を介してバーナー（２５）へ供給可能とされていることを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項１４又は１５記載の装置において、
燃焼チャンバー（２５ａ）を備えた前記バーナー（２５）は、前記還元ガス供給ダクト（１２）又は還元ガスダクト（１３）に直接設けられていることを特徴とする装置。
【請求項１７】
請求項１４から１６のいずれか一項に記載の装置において、
前記バーナー（２５，３８）は酸素ランス及び／又は空気ランスとして構成されていることを特徴とする装置。
【請求項１８】
請求項１３から１６のいずれか一項に記載の装置において、
前記バーナー（２５）は前記還元ガス供給ダクト（１２）又は還元ガスダクト（１３）から分離された燃焼チャンバー（２５ａ）を有し、該燃焼チャンバー（２５ａ）は前記還元ガス供給ダクト（１２）又は還元ガスダクト（１３）に流通可能に接続されていることを特徴とする装置。
【請求項１９】
請求項１３から１７のいずれか一項に記載の装置において、
前記バーナー（３８）は流動層反応装置（３０）、すなわち流動層（３５）の下方、流動層（３５）の高さ又は流動層（３５）の上方のいずれかに配置されていることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粒子状酸素含有鉱石、特に酸化鉄含有材料の、圧力＜＝５バールにおける流動層法によるガス還元方法、及び該方法を実施するための装置に関する。この方法において鉱石は、石炭から生成された還元ガスの助けにより予備加熱段階として構成された流動層反応装置内で加熱され、また任意に予備還元され、次いで還元段階として構成された少なくとも一つの流動層反応装置内で海綿鉄に還元される。還元ガスは、還元ガス供給ダクト又は還元ガスダクトを介して、還元されかつ段階から段階へ案内されるべき材料と反対方向である還元段階から予備加熱段階へ案内され、浄化後に排出ガスとして吐出される。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
粒子状酸素含有鉱石の還元が連続的に接続された複数の流動層反応装置内で行われる場合には、還元ガスは鉱石と反対の方向である一の反応装置から他の反応装置へ案内され、固形物は、部分的には反応を還元方向へ進めるためにも、同時に還元ガスのエンタルピーが減少する一方で順次加熱される。これによりことによると、固形物のための独立した還元段階において、還元ガスと酸素含有鉱石との間の反応が運動学的にかつ熱力学的に妨げられるほど低い温度となる可能性がある。つまり鉱石の還元は還元反応における一時的な滞留時間の間、所望の段階まで行われない。
【０００３】
オーストリア国特許第４０２９３７号明細書から公知となっている、最初に述べた種類の方法においては、酸化鉄含有材料は、連続的に順次接続された４つの流動層還元区域において還元される。複数の流動層反応区域の全てにおいて一定かつほぼ均一なる高い温度を設定するために、新たに形成された還元ガスの一部は、連続的に配列された複数の流動層反応区域を介して流れる還元ガスに加えて、還元ガスの流れ方向の最初に配置された流動層還元区域の次に位置する流動層還元区域に直接供給される。その結果、これら流動層還元区域は、還元ガスの案内に関して連続的かつ同時に接続される。ここで、付加的に供給され、新たに形成された還元ガスは、好ましくは独立した流動層還元区域へ５％から１５％の量が供給される。
【０００４】
しかしながら、上述した方法に関連する不都合な点は、これら予備還元段階が、最終還元段階の次の各段階において付加的な新たな還元ガスが前段階を経た還元ガスに添加されるにつれ予備加熱段階へ向けて益々増大するガス量のために配置されねばならないという点である。さらに最終還元区域において使用済材料を完全に還元するためにいかなる場合にも特定量の還元ガスを必要とするならば、還元ガスの付加的な並行ガイダンスがあるか否かにかかわらず、オーストリア国特許第４０２９３７号明細書に係る装置では概して、還元ガスの消費が大きくなってしまう。
【０００５】
国際公開第９７／１３８８０号パンフレット及び国際公開第９７／１３８７８号パンフレットには、最終還元段階から予備還元段階へ流れる還元ガスの一部が分岐され、浄化され、ＣＯ２から除去され、加熱され、次いで最終還元段階へ再利用される方法について述べられている。予備加熱段階では、温度を上昇させる目的で、この予備加熱段階へ導入された還元ガスの一部と一緒に酸素が燃焼される。
【０００６】
国際公開第９７／１３８８０号パンフレット及び国際公開第９７／１３８７８号パンフレットによれば、最終還元段階及び予備加熱段階に対応する流動層反応装置内の温度のみがガスリサイクリング及び／又は部分燃焼によって制御される。しかしながら、これら２つの段階の間に位置する反応装置は、最終還元流動層反応装置の条件に依存する。
【０００７】
特開昭５８−３４１１４号公報から、粒の細かい鉄鉱石の還元方法が公知となっている。この方法では、最終還元段階のための還元ガスは、最終還元区域から吐出された酸化オフガスを用いて炭化水素の分解及び改質によって生成され、鉄鉱石は炭化水素から分離された炭素によって第１段階で予備還元される。還元ガスの生成に必要なエネルギーを供給するために、酸化オフガスは炭化水素と接触する前に加熱される。
【０００８】
米国特許第３，９８５，５４７号明細書には、複数の流動層反応装置において鉄鉱石を還元する方法について述べられている。この方法では、新たな還元ガスは、反応装置に関連した燃焼装置内で、メタン及び酸素の亜化学量論（ｓｕｂｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｉｃ）燃焼によって生成される。燃焼装置には、最下位流動層のとその上方に位置する流動層との間に排出口が設けられている。最上位流動層を経た使用済還元ガスは浄化され、水及びＣＯ２から遊離し、加熱状態においては、再利用還元ガスとして最下位流動層へ供給される。
【０００９】
本発明は、最初に述べた種類の方法において、実質的に還元ガスの量を増加させる必要なしに、又は構成要素の寸法を大きくする必要なしに、個々の還元段階において独立して温度を増加させる可能性を提供するという目的を有している。本目的は、独立した流動層還元段階のそれぞれにおいて温度を設定し、かつ流動層段階の上方において最適な固体／ガスの温度プロファイル及びガスの特性プロファイルを設定することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、この目的は、還元段階及び／又は予備加熱段階へ供給された還元ガスに酸素及び／又は空気と一緒に熱を供給すること、すなわち還元段階及び／又は予備加熱段階でガス還元のために供給された還元ガスの一部を燃焼させることによって達成される。還元ガスの部分燃焼は、最も効率的なエンタルピー増加を表し、さらにガス量の実質的な増加が必要でないという利点を提供する。
【００１１】
その上、この目的は、排出ガスの一部を酸素及び／又は空気と一緒に燃焼させることによって、還元ガスに熱を供給することで達成される。
【００１２】
本発明の目的を達成するさらなる可能性は、最終還元区域へ導入するべき還元ガスを冷却するために用いられる冷却ガスの一部を、酸素及び／又は空気と一緒に燃焼させ、これにより還元段階及び／又は予備加熱段階へ供給された還元ガスに熱を供給することである。
【００１３】
還元ガスへの酸素付加によって、個々の反応装置へ独立してエネルギーを分配することができ、その結果、例えば３つの流動層反応装置において還元ガスの入口温度を、酸素／空気を３つの反応装置全てに添加するときには、次のようにすることができる。すなわち９２０℃（第１反応装置）／８９０℃（第２反応装置）／９００℃（第３反応装置）である。酸素／空気添加が予備加熱段階（第３反応装置）及び最終還元段階（第１反応装置）に対応する流動層反応装置の前のみで行われた場合には、同一の還元結果を得るために入口温度を９２０℃／７５０℃／１１４０℃に変更しなければならず、これによって反応装置３及び反応装置３に装填された鉱石の熱負荷が上昇する。この問題は本発明に係る方法によって回避される。
【００１４】
本発明に係る還元ガスの温度が上昇することによって、気相における自動改質反応（ａｕｔｏｒｅｆｏｒｍｉｎｇ ｒｅａｃｔｉｏｎ）が熱力学的にかつ運動学的に好まれ、還元ガス中に存在するダストは任意に触媒として作用する。これら自動改質反応においては、メタンが二酸化炭素及び／又は水蒸気と共に反応し一酸化炭素及び／又は水素となる。この元の場所での還元成分の生成によって還元ガス分析の改善がもたらされ、かくして鉱石還元の熱力学的な改善がもたらされる。
【００１５】
好ましくは、燃焼させるべき還元ガス、排出ガス又は冷却ガスの一部を、燃焼させる前に洗浄工程へ供給する。これにより、ダストの負荷がかかったガス（ｄｕｓｔ−ｌｏａｄｅｄ ｇａｓ）の燃焼に由来し、かつボウダード反応（Ｂｏｕｄｏｕａｒｄ ｒｅａｃｔｉｏｎ）のためにダストを溶融することになる余地のある、局所的に非常に高い温度が回避される。
【００１６】
還元ガスの燃焼に必要な酸素及び／又は空気は、還元ガス供給ダクト又は還元ガスダクトに供給される。この還元ガス供給ダクト又は還元ガスダクトは還元ガスを、好都合には同時にバーナーとして機能するランスを介して、第１流動層還元区域へ、及び／又は一つの流動層還元区域から後続の還元区域へ搬送する。この配置のおかげで、装置に関して要求されることは非常に限定されたままとなる。
【００１７】
還元流動層段階において温度を設定する他の可能性は、外部可燃性ガス及び／又は固体燃料及び／又は液体燃料を酸素及び／又は空気と一緒に燃焼させることによって、還元ガスに熱を供給することである。
【００１８】
好ましい実施形態によれば、可燃性ガス又は固体燃料及び／又は液体燃料の燃焼を、還元ガス供給ダクト又は還元ガスダクト内に設けられたバーナーで行う。適切には、このダクトはこのバーナー区域に拡張された位置を有してよい。
【００１９】
他の好ましい実施形態によれば、可燃性ガス又は固体燃料及び／又は液体燃料の燃焼を、還元ガス供給ダクト又は還元ガスダクトから分離された燃焼チャンバーで行い、次いで燃焼ガス及びことによると燃焼していない固体を還元ガス供給ダクト又は還元ガスダクトへ導入する。これにより、現れる可能性のある熱い炎の表面（ｈｏｔ ｆｌａｍｅ ｆｒｏｎｔ）が、ダストで負荷のかかった還元ガスと接触するようになってさらにダクトでダストの点火が起こる前に、ならされる。
【００２０】
好都合には、可燃性ガス又は固体燃料及び／又は液体燃料を、還元流動層反応装置に設けられた少なくとも一つのバーナーを用いて、酸素及び／又は空気と一緒に燃焼させる。ここで、燃焼ガスは流動層反応装置へ直接導入される。
【００２１】
他の好ましい実施形態によれば、酸素及び／又は空気のみをバーナー、好ましくはランスを介して流動層反応装置へ供給し、還元ガスを流動層反応装置で直接燃焼させる。
【００２２】
ここで、適切にはこのバーナーは、流動層反応装置に形成された流動層の下方、流動層と同じ高さ、又は流動層の上方のいずれかに配置してよく、これにより非常に精選されかつ特に効率よく還元ガスに熱が供給され得る。
【００２３】
ここでは分流器底部の熱負荷は小さく、かつ分流器底部のノズル又は開口部の表面及び／又は内部における固体の付着は防止されるか少なくとも減少するので、上で述べた選択方法のうち最後の２つが特に好都合である。
【００２４】
本発明に係る方法の好ましい実施形態によれば、還元ガス及び／又は排出ガス及び／又は冷却ガス及び／又は外部可燃性ガス及び／又は炭化水素をベースにした固体燃料及び／又は液体燃料及び／又は気体燃料が、燃焼のためにさらに用いられる。この実施形態は、上で示された群からなる燃料のうちのいずれかが過剰に存在するとき、又は還元ガス、排出ガス及び／又は冷却ガスが主に他の目的のために必要とされ、かつそれゆえに十分な量が利用できないとき、特に好都合であることがわかる。
【００２５】
好ましくは、還元ガス、特に天然ガス及び／又は石炭と少なくとも部分的に反応させることによって還元ガス中の還元剤の割合を高める材料を、還元段階及び／又は予備加熱段階へ供給された還元ガスに混合する。これにより、還元プロセスを妨げるスティッキング現象が回避される。回避される理由は、指向性のある針状の鉄が細かい鉱石粒子の表面に落下するためであり、これはより高い温度及び低い還元電位に由来する。材料の反応はまた、バーナーで行われてもよい。
【００２６】
さらなる燃料を供給すると、温度設定、還元ガスの酸化度、及び任意にガス全体量の増加に決定的な影響を与えることができる。
【００２７】
その上、本発明は、還元ガス、特に天然ガス及び／又は石炭と少なくとも部分的に反応させることによって還元ガス中の還元剤の割合を高める材料を、還元段階及び／又は予備加熱段階へ供給された還元ガスに混合する方法を規定しており、この方法では燃焼が起こらない。
【００２８】
この方法の利点は、上述したようにスティッキングが回避されることである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明をより詳細に説明する。
図１は、連続的に順次接続された３つの流動層反応装置１〜３を示す。この流動層反応装置１〜３においては、細かい鉱石のような酸化鉄含有材料が、鉱石供給ダクト４を介して第１流動層反応装置１へ供給される。第１流動層反応装置１では、予備加熱段階５で、細かい鉱石の予備加熱、及び任意に予備還元が行われ、次いで搬送ダクト６を介して流動層反応装置１から流動層反応装置２，３へ案内される。流動層反応装置２では、予備還元段階７で予備還元が行われ、流動層反応装置３では、最終還元段階８で細かい鉱石の、海綿鉄への最終還元が行われる。
【００３０】
完全に還元された材料、すなわち海綿鉄は、搬送ダクト９を介してガス化溶融炉１０へ案内される。ガス化溶融炉１０では、溶融領域１１で、石炭及び酸素含有ガスからＣＯ及びＨ２含有還元ガスが生成され、この還元ガスは還元ガス供給ダクト１２を介して、細かい鉱石の流れ方向の最後に配置された流動層反応装置３へ導入される。流動層処理は５バール以下の圧力で実施される。鉱石の流れる方向とは反対方向に、還元ガスが流動層反応装置３から流動層反応装置２、流動層反応装置１へ、還元ガスダクト１３を介して案内され、排出ガス排出ダクト１４を介して排出ガスとして流動層反応装置１から吐出され、次いで冷却され湿式スクラバ１５内で浄化される。
【００３１】
ガス化溶融炉１０は、固体炭素キャリヤーのための供給手段１６と、酸素含有ガスのための供給手段１７と、任意として炭化水素のような室温で液体又は気体状態にある炭素キャリヤーのための、及び燃焼したフラックスのための供給手段とを有している。ガス化溶融炉１０では、タップ１８を介して吐出される溶融した銑鉄及び／又は溶融した鋼材半材料及び溶融したスラグは、溶融領域１１の下方に集まる。
【００３２】
ガス化溶融炉１０から出発し、流動層反応装置３へ開口する還元ガス供給ダクト１２には、高熱ガスサイクロン（ｈｏｔ ｇａｓ ｃｙｃｌｏｎｅ）のような脱ダスト手段１９が設けられており、このサイクロンで分離されたダスト粒子は、搬送媒体として窒素を有する再生ダクト２０を介して、かつ酸素を吹き入れた状態でバーナー２１を介して、ガス化溶融炉１０へ供給される。
【００３３】
スクラバ２３及び圧縮器２４を介して還元ガスの一部を再生するガス再生ダクト２２は、還元ガス供給ダクト１２から出発して還元ガス供給ダクト１２へ、すなわち高熱ガスサイクロン１９の配置箇所より前に再び至る。これにより還元ガスの温度を設定することが可能となる。
【００３４】
還元ガスダクト１３又は還元ガス供給ダクト１２には、バーナー２５，２５′及び２５″がガスの流れ方向に流動層反応装置３，２及び１の前にそれぞれ設けられている。バーナーには、還元ガスの部分燃焼のために酸素及び／又は空気が供給され、これらバーナーは、可燃性ガス及び酸素及び／又は空気のための供給位置、及び燃焼チャンバー２５ａ，２５ａ′及び２５ａ″に形成されている。これらバーナー２５，２５′及び２５″はまた、酸素及び／又は空気を供給するランスとして構成されてもよく、還元ガスダクトの一部はバーナー２５の燃焼チャンバーとして作用する。酸素を供給する目的で、酸素含有ガスがまた用いられてよい。供給された酸素及び／又は空気の量により、燃焼及びそれゆえに還元ガスの温度を、還元段階及び／又は予備加熱段階の要求に従って独立に制御してよい。これにより、還元に好ましい熱力学的条件が生み出され、自動改質反応が促進され、さらに流動層反応装置当たりの熱負荷が減少する。
【００３５】
図２に示された方法の変形例によれば、排出ガスダクト２６は湿式スクラバ１５の後で排出ガス排出ダクト１４から分岐しており、これにより圧縮器２７を介して排出ガスダクトは、還元ガス供給ダクト１２及び還元ガスダクト１３に設けられたバーナー２５，２５′及び２５″へ、浄化された排出ガスの一部を同時に供給する。その結果、排出ガスの一部はバーナー２５〜２５″において酸素及び／又は空気と一緒に燃焼され、かくして必要な熱が還元ガスに供給される。
【００３６】
図３に示された本発明の方法は、図１に示された方法の変形例とは異なり、還元ガスへの熱の供給が冷却ガスの一部を酸素及び／又は空気と一緒に燃焼させることによって行われ、流動層反応装置に供給された還元ガスの燃焼によっては行われない。この目的のために、冷却ガスダクト２８はスクラバ２３の後でガス再生ダクト２２から分岐しており、これにより圧縮器２９を介して冷却ガスダクトはバーナー２５，２５′及び２５″へ冷却ガスの一部を同時に搬送する。
【００３７】
図４は図２に示された方法の変形例の好ましい実施形態を示す。ここでは、排出ガスダクト２６が、燃焼チャンバー２５ａ，２５ａ′及び２５ａ″によって構成されたバーナー２５，２５′及び２５″へ通じており、これらバーナーは、図２に示したものとは対照的に、還元ガスダクト１３又は還元ガス供給ダクト１２に統合されていない。
【００３８】
図５は、図４と類似した図３に示された方法の実施形態を表す。燃焼されることになっている冷却ガスの一部は、バーナー２５，２５′及び２５″を構成する分離された燃焼チャンバー２５ａ，２５ａ′及び２５ａ″において、酸素及び／又は空気と一緒に燃焼され、次いで還元ガスダクト１３又は還元ガス供給ダクト１２へ導入される。
【００３９】
本発明の好ましい実施形態によれば、使用済可燃性ガス（還元ガス、排出ガス又は冷却ガス）の燃焼は、酸素及び／又は空気と一緒に、流動層反応装置に関連付けられたバーナーを用いて行われる。
【００４０】
図６に示す流動層反応装置３０は、３つの区域に分けられた内部空間３１を表し、前記内部空間の底の部分にはガス供給ダクト３２が通じており、前記内部空間の上部からはオフガスダクト３３が延出している。最低部区域３４は分流器の底部３７によって中間区域３５から分離されており、この最低部区域３４は、流動層反応装置３０の内部空間３１を介して、流動層反応装置３０の断面全体に亘って、底部から頂部へ流通する還元ガスを均等に分配する。これにより細かい鉱石粒子の均質な流動層が生成される。フリーボード（ｆｒｅｅｂｏａｒｄ）と称される、流動層によって形成された中間区域３５と最上部区域３６との間の境界は、２つの低部区域の場合と比べてあまりはっきりとしていない。フリーボードにおいては、ガス空間は穏やかになり、流動層反応装置３０からの鉱石粒子の吐出が最小化される。分流器の底部３７の下方の最低部区域３４にはバーナー３８が配置されており、バーナー３８には、還元ガス、排出ガス、冷却ガス、外部可燃性ガス及び／又は固体燃料及び／又は液体燃料のためのダクトと同じようには表現されていない酸素及び／又は空気ダクトが通じている。しかしながら、還元ガスの燃焼が直接反応装置内で起こる限りは、酸素及び／又は空気用のダクト一つのみを備えることも可能である。高温燃焼ガス（ｈｏｔ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｇａｓ）は、流動層反応装置３０へ流通する還元ガスに熱を供給し、かつ／又は自動改質反応を引き起こす。好都合には、天然ガス及び／又は石炭のような、還元ガスにおける還元剤の割合を高める材料がまた、バーナー３８を介して還元ガスに混合されてもよい。
【００４１】
図７に示した実施形態では、バーナー３８は流動層の中間区域３５に配置されている。この実施形態は、還元ガスのダスト負荷が非常に高いとき、それゆえに分流器の底部３７が溶融ダストによって塞がれる危険がない場合に、特に好都合である。
【００４２】
図８は、バーナー３８が流動層３５の上方、すなわちフリーボード３６内に配置されている好ましい実施形態を示す。ここで熱の移動は、放射作用及び／又は流動層から吐出された粒子による対流によって行われる。
【００４３】
図９に示された方法の変形例は、図２に示されたプラントの特徴の全てを実質的に表す。しかしながら図２とは対照的に、ダクト２６及び圧縮器２７を介して、還元ガス供給ダクト１２及び還元ガスダクト１３に設けられているバーナー２５，２５′及び２５″へ供給される排出ガスはないが、ダクト３９を介してバーナー２５，２５′及び２５″へ搬送される外部可燃性ガス及び／又は固体燃料及び／又は液体燃料はある。
【００４４】
本発明は図に示された代表的な実施形態に限定されず、様々な見地から変更が加えられてよい。例えば、要求に従って流動層反応装置の数を選択することが可能である。また、還元ガスは様々な既知の方法に従って生成され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る方法の実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る方法の実施形態を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る方法の実施形態を示すブロック図である。
【図４】図２における方法の好ましい実施形態を示すブロック図である。
【図５】図３における方法の好ましい実施形態を示すブロック図である。
【図６】好ましい実施形態を示す拡大詳細図である。
【図７】好ましい実施形態を示す拡大詳細図である。
【図８】好ましい実施形態を示す拡大詳細図である。
【図９】本発明に係る方法の実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
１，２，３　　　流動層反応装置
５　　　予備加熱段階
７，８　　　還元段階
８　　　最終還元段階
１２　　　還元ガス供給ダクト（供給ダクト）
１３　　　還元ガスダクト（供給ダクト）
１４　　　排出ダクト
２２　　　ガス再生ダクト
１５，２３　　　スクラバ
２５，３８　　　バーナー
２５ａ　　　燃焼チャンバー
２６　　　排出ガスダクト（供給ダクト）
２８，３９　　　供給ダクト
３０　　　流動層反応装置
３５　　　流動層
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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