(57)【要約】  石炭または炭化水素含有ガスからエチンを電熱的に製造することにより水素含有ガスを得るための装置と、酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置と、この水素含有ガスを、このエチンを電熱的に製造するための装置からこの酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に還元剤として供給する少なくとも１つのガス導管とを含む設備において、エチンの電熱的な製造の際に石炭または炭化水素含有ガスから得られた水素含有ガスを、酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に還元剤として供給することによって、酸化鉄鉱物からの製鉄に電気エネルギーを利用することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化鉄鉱物からの製鉄に電気エネルギーを利用するための設備であって、
ａ）石炭または炭化水素含有ガスからエチンを電熱的に製造することにより水素含有ガスを得るための装置と、
ｂ）酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置と、
ｃ）前記水素含有ガスを、前記エチンを電熱的に製造するための装置から前記酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に還元剤として供給する、少なくとも１つのガス導管と、
を含む設備。
【請求項２】
酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置が高炉であり、ガス導管によって水素含有ガスが前記高炉の下部に供給されることを特徴とする、
請求項１に記載の設備。
【請求項３】
酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置が、酸化鉄鉱物の直接還元を行うための装置であることを特徴とする、
請求項１に記載の設備。
【請求項４】
エチンを電熱的に製造するための装置が、アーク反応器を含むことを特徴とする、
請求項１から３までのいずれか１項に記載の設備。
【請求項５】
前記設備がガス導管を含み、前記ガス導管により、エチンの電熱的な製造の際に得られた反応混合物のすべてまたは一部を、酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に還元剤として直接供給することができることを特徴とする、
請求項１から４までのいずれか１項に記載の設備。
【請求項６】
ガス導管が、断熱されていることを特徴とする、
請求項５に記載の設備。
【請求項７】
エチンを電熱的に製造するための装置が、エチンの電熱的な製造の際に得られた反応混合物から煤を分離除去することにより生成物ガスを得るための設備を含み、前記設備は、前記生成物ガスを酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に還元剤として供給することができるガス導管を含むことを特徴とする、
請求項１から６までのいずれか１項に記載の設備。
【請求項８】
エチンを電熱的に製造するための装置が、エチンの電熱的な製造の際に得られた反応混合物から煤を分離除去することにより生成物ガスを得るための設備と、前記生成物ガスからエチンを分離除去することにより水素含有ガスを得るための設備と、を含み、
前記設備が、前記水素含有ガスを酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に還元剤として供給することができるガス導管を含むことを特徴とする、
請求項１から７までのいずれか１項に記載の設備。
【請求項９】
前記設備が、生成物ガスからエチンを分離除去することにより水素とエチン以外の炭化水素とを含有するガスを得るための設備を含むことを特徴とする、
請求項８に記載の設備。
【請求項１０】
ガス導管が、ガスを貯蔵するための設備に接続されていることを特徴とする、
請求項７から９までのいずれか１項に記載の設備。
【請求項１１】
酸化鉄鉱物からの製鉄に電気エネルギーを利用するための方法であって、前記方法は、
石炭または炭化水素含有ガスからエチンを電熱的に製造することにより水素含有ガスを得るステップと、
前記ガスを、酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に還元剤として供給するステップと、
を含む方法。
【請求項１２】
請求項１から９までのいずれか１項に記載の設備において行われることを特徴とする、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
エチンの電熱的な製造を、炭化水素含有ガスから行い、好ましくは天然ガスから行うことを特徴とする、
請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１４】
水素含有ガスが、さらにエチン以外の炭化水素を含有することを特徴とする、
請求項１１から１３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
エチンの電熱的な製造の際に得られた反応混合物から煤を分離除去し、前記分離除去された煤を、酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に還元剤として供給することを特徴とする、
請求項１１から１４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
エチンを電熱的に製造するための装置におけるスループットを、電気エネルギーの供給量に応じて変化させることを特徴とする、
請求項１２から１５までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
エチンの電熱的な製造の際に得られかつ酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に還元剤として供給されるガスの量を、電気エネルギーの供給量に応じて変化させることを特徴とする、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
エチンの電熱的な製造の際に得られかつ酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に還元剤として供給されるガスの組成を、電気エネルギーの供給量に応じて変化させることを特徴とする、
請求項１６または１７に記載の方法。
【請求項１９】
エチンの電熱的な製造の際に得られかつ酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に還元剤として供給されるガスの温度を、電気エネルギーの供給量に応じて変化させることを特徴とする、
請求項１６から１８までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
電気エネルギーの供給量が多い場合には、エチンを電熱的に製造するための装置を比較的高い転化率で運転し、かつエチンの電熱的な製造の際に得られたガスをガス貯蔵装置に供給し、
電気エネルギーの供給量が少ない場合には、エチンを電熱的に製造するための装置を比較的低い転化率で運転し、かつガスをガス貯蔵装置から取り出すことを特徴とする、
請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
エチンの電熱的な製造の際に得られかつ酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に還元剤として供給されるガスの量を、実質的に一定に保つことを特徴とする、
請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化鉄鉱物からの製鉄に電気エネルギーを使用することを可能にする設備および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化鉄鉱物からの製鉄は、通常は高炉法で、コークスの空気酸化によって生成される一酸化炭素を用いた酸化鉄鉱物の還元により行われる。その際に多量の二酸化炭素が生じる。したがって、高炉法での製鉄は化石炭素源からの多量の二酸化炭素排出につながる。
【０００３】
高炉法からの二酸化炭素排出量を削減するために、コークスの一部の代替として、例えば鉱油や天然ガスといった炭化水素や分子状水素を還元剤として高炉に供給することができる。
【０００４】
高炉法の代替として、一連のいわゆる直接還元法が開発された。こうした方法では、コークスから生じる一酸化炭素を用いた還元に代えて、一酸化炭素を含有する合成ガスまたは他の還元剤を用いた還元が行われる。しかし、こうした方法でも通常は、還元剤として、または還元剤を製造するための出発物質として、化石炭素源が利用されている。
【０００５】
二酸化炭素排出量をさらに削減するためには、酸化鉄鉱物からの製鉄に、化石エネルギー源に代えて、再生可能資源からのエネルギー、特に太陽エネルギーまたは風力からのエネルギーを導入できることが望ましい。しかし、こうした再生可能資源から得られるエネルギーは電気エネルギーの形態であり、これを高炉法や直接還元法において酸化鉄鉱物の還元に直接利用することはできない。
【０００６】
再生可能資源から生成された電気エネルギーを高炉法において利用できるようにするために、水の電気分解により水素を生成し、この水素を還元剤として高炉に供給することが提案されている。しかし、こうした電気分解は技術的に煩雑であり非経済的である。
【０００７】
したがって、酸化鉄鉱物からの製鉄に電気エネルギーをより効率的に利用できるようにし、それにより製鉄時の二酸化炭素排出量を削減することが依然として求められている。特に、電気分解により水から生成された水素を還元剤として使用することによる方法よりもより十分に電気エネルギーを利用することができる方法が求められている。
【０００８】
こうした要求は、エチンの電熱的な製造と酸化鉄鉱物からの製鉄とを組み合わせ、エチンの電熱的な製造からの水素を酸化鉄鉱物からの製鉄のための還元剤として使用することによって充足されることが判明した。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
したがって、本発明の対象は、石炭または炭化水素含有ガスからエチンを電熱的に製造することにより水素含有ガスを得るための装置と、酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置と、該水素含有ガスを、該エチンを電熱的に製造するための装置から該酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に還元剤として供給する少なくとも１つのガス導管とを含む、酸化鉄鉱物からの製鉄に電気エネルギーを利用するための設備である。
【００１０】
本発明の対象はさらに、石炭または炭化水素含有ガスからエチンを電熱的に製造することにより水素含有ガスを得ることと、該水素含有ガスを酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に還元剤として供給することとを含む、酸化鉄鉱物からの製鉄に電気エネルギーを利用するための方法である。
【００１１】
本発明による設備は、石炭または炭化水素含有ガスからエチンを電熱的に製造することにより水素含有ガスを得るための装置を含む。
【００１２】
エチンの電熱的な製造に際して、エチンは炭化水素または石炭から吸熱反応で製造され、この反応の実施に必要な熱は電力により生成される。エチンの電熱的な製造には、ガス状のまたは気化した炭化水素、好ましくは脂肪族炭化水素を使用することができる。特に適しているのはメタン、エタン、プロパンおよびブタンであり、殊にメタンが適している。エチンの電熱的な製造に適した装置は従来技術から知られており、例えば、Ｕｌｌｍａｎｎ’ｓ  Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ  ｏｆ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，５ｔｈ  Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｖｏｌ．Ａ１，ｐ．１１５−１２２、独国特許出願公開第１９００６４４号明細書（ＤＥ  １  ９００  ６４４  Ａ１）、欧州特許出願公開第０１３３９８２号明細書（ＥＰ  ０  １３３  ９８２  Ａ２）、およびＨ．Ｂｒａｃｈｏｌｄ  ｅｔ  ａｌ．，Ｃｈｅｍ．−Ｉｎｇ．−Ｔｅｃｈ．６５（１９９３）ｐ．２９３−２９７から知られている。
【００１３】
エチンの電熱的な製造の際には、エチンの他にさらに水素が副生成物として得られる。したがって、エチンの電熱的な製造の際に得られる反応混合物は、エチンと水素とを含有するガスであり、このガスはさらに煤とエチン以外の炭化水素とを含有しうる。
【００１４】
エチンを電熱的に製造するための装置は、エチンを電熱的に製造するための機器を１つ以上含むことができる。この装置がエチンの製造のための機器を複数含む場合には、これらの機器は好ましくは並列に配置されており、互いに独立して運転させることができる。並列に配置された複数の機器を使用することで、個々の機器のオン・オフの切り替えにより個々の機器において最適な運転条件を維持しながらエチンの生成を段階的に変化させることができるとともに、部分的な負荷運転による効率低下が回避される。
【００１５】
エチンを電熱的に製造するための装置は、好ましくはアーク反応器を含む。この場合にはエチンの電熱的な製造を一段法で行うことができ、その際、少なくとも１種の炭化水素がガス流を用いてアークに通される。あるいはエチンの電熱的な製造を二段法で行うこともでき、その際、水素がアークに通され、このアークの後に少なくとも１種の炭化水素がこのアーク内で発生した水素プラズマに供給される。好ましくは、エチンを電熱的に製造するための装置は、互いに独立して運転可能である並列に配置された複数のアーク反応器を含む。
【００１６】
エチンを電熱的に製造するための装置は、好ましくは、エチンの電熱的な製造の際に得られた反応混合物のすべてまたは一部を急速に冷却（クエンチ）することができる設備を含む。その際、この反応混合物は、好ましくは２５０℃未満の温度に冷却される。この急速な冷却には、例えば炭化水素および／または水の供給といった直接急冷法や、例えば蒸気の回収を伴う熱交換器内での急速な冷却といった間接急冷法を用いることができる。直接急冷法と間接急冷法を互いに組み合わせることもできる。第１の実施形態においては、反応混合物は水のみを用いて急冷される。本実施形態は、投資コストが比較的低いことを特徴とする。好ましい一実施形態においては、反応混合物が炭化水素含有ガスまたは炭化水素含有液体と混合され、その際、この炭化水素の少なくとも一部が吸熱的に分解される。その際、プロセスの実施に応じて、程度の差こそあれ広範な生成物が生成され、例えばエチン、水素および場合により一酸化炭素の他に、エタン、プロパン、エテンおよび他の低級炭化水素分も生じる。これにより、生じる熱を、例えば炭化水素の吸熱分解といったさらなる使用に、はるかにより高いレベルで供給することができる。反応混合物の急冷に適した設備は従来技術から知られており、例えばＵｌｌｍａｎｎ’ｓ  Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ  ｏｆ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，５ｔｈ  Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｖｏｌ．Ａ１，ｐ．１０８−１１０および１１６−１１８から知られている。
【００１７】
エチンを電熱的に製造するための装置は、好ましくは、エチンの電熱的な製造の際に得られた反応混合物から煤を分離除去することにより生成物ガスを得るための設備を含む。この生成物ガスは、生成されたエチンと、副生成物として形成された水素と、通常はさらにエチン以外の炭化水素とを含有する。煤の分離除去には、エチンの知られている製造方法においてこの目的で使用されるあらゆる設備を使用することができ、例えばサイクロン、スクラバーまたは静電集塵機を使用することができる。適した設備は、例えばＵｌｌｍａｎｎ’ｓ  Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ  ｏｆ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，５ｔｈ  Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｖｏｌ．Ａ１，ｐ．１０８−１１０および１１８から知られている。
【００１８】
エチンを電熱的に製造するための装置は、好ましくは、煤を分離除去するための設備の他に、煤を分離除去する際に得られた生成物ガスからエチンを分離除去するための設備をも含む。このエチンの分離除去の際には水素含有ガスが得られ、このガスは水素以外にさらに、分離除去されなかったエチン分と、エチン以外の炭化水素とを含有しうる。好ましくは、エチンを分離除去するための設備は、圧縮機と、圧力下で作動する吸収塔と、この吸収塔よりも低い圧力下で作動する脱着塔とを含む。エチンの選択的な吸収には、水や、例えばＮ−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミドまたはメタノールといった適当な溶剤を使用することができる。エチンの分離除去に適した設備は従来技術から知られており、例えばＵｌｌｍａｎｎ’ｓ  Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ  ｏｆ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，５ｔｈ  Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｖｏｌ．Ａ１，ｐ．１１０−１１２から知られている。
【００１９】
本発明による設備は、エチンを電熱的に製造するための装置の他にさらに、酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置を含む。この酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置は、高炉、または酸化鉄鉱物のいわゆる直接還元を行うための装置であることができる。酸化鉄鉱物の直接還元に適した装置は、Ｕｌｌｍａｎｎ’ｓ  Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ  ｏｆ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２０１２年オンライン版，見出し語  Ｉｒｏｎ，３．Ｄｉｒｅｃｔ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ，ＤＯＩ  １０．１００２／１４３５６００７．ｏ１４＿ｏ０２から知られている。
【００２０】
好ましくは、酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置は、高炉である。高炉では、主に、コークスの空気酸化によりこの高炉内で生じる一酸化炭素によって酸化鉄鉱物が還元される。
【００２１】
本発明による設備は、エチンを電熱的に製造するための装置、そして酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置の他にさらに、水素含有ガスを、該エチンを電熱的に製造するための装置から該酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に還元剤として供給する少なくとも１つのガス導管を含む。その際、本発明による設備がガス導管を複数含み、これらのガス導管によってその都度、組成の異なる水素含有ガスを、エチンを電熱的に製造するための装置から酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に還元剤として供給することもできる。このガス導管内にはさらに、水素含有ガスを、エチンを電熱的に製造するための装置から酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に搬送するための搬送装置、例えばブロワーが配置されていてよい。
【００２２】
好ましい一実施形態においては、酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置は高炉であり、１つ以上のガス導管によって１つ以上の水素含有ガスがこの高炉の下部に供給される。好ましくは、このガス導管によって水素含有ガスが給気管の上方で高炉に供給される。
【００２３】
好ましい一実施形態においては、本発明による設備はガス導管を１つ含み、このガス導管によって、エチンの電熱的な製造の際に得られた反応混合物のすべてまたは一部を、酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に還元剤として直接供給することができる。ここで、直接とは、反応混合物からいかなる成分をも分離除去しないことを意味する。特に好ましくは、製鉄を行うための装置に反応混合物の熱エネルギーをできるだけ完全に供給するために、反応混合物は、この製鉄を行うための装置に冷却を行うことなく供給される。この目的のために、本実施形態においてはガス導管は好ましくは断熱されている。
【００２４】
本発明による設備のもう１つの好ましい実施形態においては、エチンを電熱的に製造するための装置は、エチンの電熱的な製造の際に得られた反応混合物から煤を分離除去することにより生成物ガスを得るための設備と、この生成物ガスを酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に還元剤として供給することができるガス導管とを含む。
【００２５】
本発明による設備のもう１つの好ましい実施形態においては、エチンを電熱的に製造するための装置は、エチンの電熱的な製造の際に得られた反応混合物から煤を分離除去することにより生成物ガスを得るための設備の他にさらに、この生成物ガスからエチンを分離除去することにより水素含有ガスを得るための設備と、この水素含有ガスを酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に還元剤として供給することができるガス導管とを含む。特に好ましくは、このエチンの分離除去の際に、水素の他にさらにエチン以外の炭化水素をも含有するガスが得られる。
【００２６】
本発明による設備の上記の３つの好ましい実施形態のガス導管は、互いに組み合わせられていてもよく、これらのガス導管によって、組成の異なる水素含有ガスを、エチンを電熱的に製造するための装置から酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に還元剤として供給することができる。
【００２７】
上記の３つの好ましい実施形態では、ガス導管は好ましくはガスを貯蔵するための設備に接続されており、特に好ましくはガスタンクに接続されている。ガス導管とガスを貯蔵するための設備とが接続されていることによって、エチンを電熱的に製造するための装置がスループットの経時変化を伴って運転される場合であっても、製鉄を行うための装置に水素含有ガスを一定に供給することができる。
【００２８】
本発明による設備はさらに、エチンの貯蔵装置を含むことができる。この貯蔵装置によって、エチンを電熱的に製造するための装置がスループットの経時変化を伴って運転される場合であっても、後続のエチンからさらなる生成物への反応を連続的にさらに進行させることができる。好ましくは、エチンの貯蔵は溶剤中に溶解させた状態で行われ、特に好ましくは、エチンを分離除去するための設備において煤の分離除去の際に得られた生成物ガスからエチンを吸収するために使用される溶剤中に溶解させた状態で行われる。
【００２９】
本発明による設備は、天気予報ユニットに接続されていてよい。こうした天気予報ユニットとの接続によって、この設備の運転を次のように適合させることができ、すなわち、一方では、エチンを電熱的に製造するための装置を風力エネルギーや太陽エネルギーからの電力供給量に合わせてスループットの経時変化を伴って運転することができ、他方では、このエチンを電熱的に製造するための装置によって、エチンを消費する後続の装置を連続的に運転するのに十分なエチンが常に準備される、というように適合させることができる。例えば、天気予報の結果に応じてエチンの貯蔵装置の充填レベルを高くすることも低くすることも可能である。さらに、エチンをさらに処理するための装置を、変更された運転モードに向けてセットアップし、かつ調整することができる。
【００３０】
さらに、本発明による設備を、エチンを消費する装置と組み合わせて運転することができる。このエチンを消費する装置において、副生成物として水素または炭化水素を含有するガスが生じる場合には、本発明による設備とエチンを消費する装置とが好ましくは次のように組み合わせられ、すなわち、副生成物として生じるこの水素または炭化水素を含有するガスを、導管（水素含有ガスを、エチンを電熱的に製造するための装置から酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に還元剤として供給する導管）に供給するというように組み合わせられる。
【００３１】
酸化鉄鉱物からの製鉄に電気エネルギーを利用するための本発明の方法は、石炭または炭化水素含有ガスからエチンを電熱的に製造することにより水素含有ガスを得ることと、このガスを、酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に還元剤として供給することとを含む。本発明による方法は、好ましくは上記の本発明による設備において行われる。好ましくは、その際、酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置として、高炉が使用される。
【００３２】
本発明の方法においては、エチンの電熱的な製造は、好ましくは炭化水素含有ガスから行われ、特に好ましくは天然ガスから行われる。もう１つの好ましい実施形態においては、エチンの電熱的な製造は石炭から行われる。炭化水素含有ガスからまたは石炭からエチンを電熱的に製造するのに適した方法は従来技術から知られており、例えばＵｌｌｍａｎｎ’ｓ  Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ  ｏｆ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，５ｔｈ  Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｖｏｌ．Ａ１，ｐ．１１５−１２２、独国特許出願公開第１９００６４４号明細書（ＤＥ  １  ９００  ６４４  Ａ１）、欧州特許出願公開第０１３３９８２号明細書（ＥＰ  ０  １３３  ９８２  Ａ２）、およびＨ．Ｂｒａｃｈｏｌｄ  ｅｔ  ａｌ．，Ｃｈｅｍ．−Ｉｎｇ．−Ｔｅｃｈ．６５（１９９３）ｐ．２９３−２９７から知られている。
【００３３】
エチンの電熱的な製造を石炭から行いかつ酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置が高炉である、という本発明による方法の実施形態においては、エチンの電熱的な製造の際に石炭から副生成物として得られたコークスが、好ましくはエチンの電熱的な製造の際に得られた反応混合物から分離除去され、かつ高炉に上方から供給される。そのために、この分離除去されたコークスを、高炉への供給前に造粒、ペレット化または練炭化することができる。
【００３４】
本発明による方法は、好ましくは、水素含有ガスがさらにエチン以外の炭化水素を含有するというように運転される。これらの炭化水素は、使用された炭化水素含有ガスの未反応成分であってもよいし、エチンの電熱的な製造において副生成物として形成するものであってもよい。これに代えて、またはこれに加えて、エチンの電熱的な製造の際に得られた反応混合物に炭化水素含有ガスまたは炭化水素含有液体を混合することで、この添加した炭化水素の少なくとも一部を吸熱的に分解させ、それによってエチン以外の炭化水素を生成させることもできる。
【００３５】
本発明による方法の好ましい一実施形態においては、エチンの電熱的な製造の際に得られた反応混合物から煤が分離除去され、この分離除去された煤が、酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に還元剤として供給される。好ましくは、酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置は高炉であり、煤は還元剤としてこの高炉の下部に供給されるか、またはコークスと一緒に上方からこの高炉に供給される。煤をコークスと一緒に高炉に供給するためには、煤は好ましくは、高炉への供給前に造粒、ペレット化または練炭化される。
【００３６】
本発明による方法の好ましい一実施形態においては、エチンの電熱的な製造の際に得られた反応混合物からまず煤が分離除去され、次いで、得られた生成物ガスからエチンを分離除去することにより水素含有ガスが得られる。好ましくは、このエチンの分離除去の際には、生成物ガス中に含まれるエチン以外の炭化水素は、分離除去されないかまたは一部しか分離除去されず、そのため、水素含有ガスはさらに、この生成物ガス中に含まれるエチン以外の炭化水素のすべてまたは一部をなおも含有する。このようにエチンを選択的に分離除去することによって、エチン以外の炭化水素を、還元剤として利用することや、酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置におけるエネルギー生成に利用することができ、また、必要なエネルギーおよび装置コストは、生成物ガスを完全に分離する場合に比べて低い。
【００３７】
本発明による方法の場合、エチンを電熱的に製造するための装置におけるスループットを、好ましくは電気エネルギーの供給量に応じて変化させる。このために、エチンを電熱的に製造するための装置は、選択により、例えば電力取引所における現行の電力価格に応じてオンまたはオフの切り替えが可能である。また、エチンを電熱的に製造するための装置を、この装置の電力消費量が現行の電気エネルギーの余剰分に相応するように可変の負荷で運転することもできる。エチンを電熱的に製造するための装置は、好ましくは余剰電気エネルギーを用いて運転される。余剰電気エネルギーは、本発明による設備に隣接する発電装置から、例えば近隣の発電所、近隣の風力発電機または近隣の太陽光発電装置からのものであってよい。特に好ましくは、余剰電気エネルギーは送電網から取り出される。その際、現行の電力取り出し量に対する送電網への送電量の余剰分を解消するために、余剰電気エネルギーを抑制調整エネルギーとして送電網から取り出すことができる。本発明による方法のために使用される余剰電気エネルギーは、好ましくは、風力エネルギーまたは太陽エネルギーから生成されるエネルギーである。
【００３８】
その際、好ましくは、エチンの電熱的な製造の際に得られかつ酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に還元剤として供給されるガスの量も、電気エネルギーの供給量に応じて変化させる。その際、製鉄を行うための装置に供給されるガスの量を、エチンを電熱的に製造するための装置におけるスループットと同程度で変化させることができる。しかし、製鉄を行うための装置に供給されるガスの量を、エチンを電熱的に製造するための装置におけるスループットよりも少ない程度で変化させることもできる。例えば、エチンを電熱的に製造するための装置におけるスループットが低い場合には、この装置で生成される水素の全量を、酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に還元剤として供給することができ、エチンを電熱的に製造するための装置におけるスループットが高い場合には、生成される水素の一部のみを製鉄を行うための装置に供給し、他の部分を貯蔵装置または他の用途に供給することができる。
【００３９】
上記段落に記載した実施形態に代えて、またはこれと組み合わせて、エチンの電熱的な製造の際に得られかつ酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に還元剤として供給されるガスの組成を、電気エネルギーの供給量に応じて変化させることができる。例えば、エチンを分離除去する前にエチンと水素とを含有するガスを製鉄を行うための装置に供給するガス導管だけでなく、エチンを分離除去した後にエチンが低減された水素含有ガスを製鉄を行うための装置に供給するガス導管をも含む設備において、本方法を行うことができる。この設備を次のように運転することができ、すなわち、エチンを電熱的に製造するための装置におけるスループットが低い場合には主にエチンと水素とを含有するガスを製鉄を行うための装置に供給し、エチンを電熱的に製造するための装置におけるスループットが高い場合には主にエチンが低減された水素含有ガスを製鉄を行うための装置に供給するというように運転することができ、そうすることで、酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に供給される還元剤の量の変動が低く抑えられる。しかし、この設備を次のように運転することもでき、すなわち、エチンを電熱的に製造するための装置におけるスループットが低い場合には主にエチンが低減された水素含有ガスを製鉄を行うための装置に供給し、エチンを電熱的に製造するための装置におけるスループットが高い場合には主にエチンと水素とを含有するガスを製鉄を行うための装置に供給するというように運転することもでき、そうすることで、この設備の、生成物ガスからエチンを分離除去する能力を最小限に抑えることができる。
【００４０】
上記の２つの段落に記載した実施形態に代えて、またはこれらと組み合わせて、エチンの電熱的な製造の際に得られかつ酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に還元剤として供給されるガスの温度を、電気エネルギーの供給量に応じて変化させることができる。例えば、本方法を次のような設備において行うことができ、すなわち、エチンの電熱的な製造の際に得られた反応混合物のすべてまたは一部を、酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に還元剤として直接供給することができる第１のガス導管のみならず、この反応混合物を冷却した後に得られる水素含有ガスを製鉄を行うための装置に供給する第２のガス導管をも含む設備において行うことができる。この設備を次のように運転することができ、すなわち、エチンを電熱的に製造するための装置におけるスループットが低い場合には、エチンの電熱的な製造の際に得られた反応混合物を製鉄を行うための装置に冷却を行わずに主に第１のガス導管を通じて直接供給し、エチンを電熱的に製造するための装置におけるスループットが高い場合には、この反応混合物の冷却後に得られた水素含有ガスを製鉄を行うための装置に主に第２のガス導管を通じて供給するというように運転することができ、そうすることで、酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に供給される熱量の変動が低く抑えられる。しかし、この設備を次のように運転することもでき、すなわち、エチンを電熱的に製造するための装置におけるスループットが低い場合には、反応混合物の冷却後に得られた水素含有ガスを製鉄を行うための装置に主に第２のガス導管を通じて供給し、エチンを電熱的に製造するための装置におけるスループットが高い場合には、エチンの電熱的な製造の際に得られた反応混合物を製鉄を行うための装置に冷却を行わずに主に第１のガス導管を通じて直接供給するというように運転することもでき、そうすることで、この設備の、エチンの電熱的な製造の反応混合物を冷却する能力を最小限に抑えることができる。
【００４１】
好ましい一実施形態においては、本発明による方法は、さらにガス貯蔵装置を含む設備において行われる。電気エネルギーの供給量が多い場合には、エチンを電熱的に製造するための装置は比較的高い転化率で運転され、かつエチンの電熱的な製造の際に得られたガスはガス貯蔵装置に供給される。電気エネルギーの供給量が少ない場合には、エチンを電熱的に製造するための装置は比較的低い転化率で運転され、かつガスがガス貯蔵装置から取り出される。その際、特に好ましくは、エチンの電熱的な製造の際に得られかつ酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に還元剤として供給されるガスの量は、実質的に一定に保たれる。本実施形態においては、酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置の運転に悪影響を及ぼすことなく、エチンを電熱的に製造するための装置におけるスループットを短期間でかつ電気エネルギーの供給量に応じて広範囲に変化させることができる。
【００４２】
本発明による方法によって、高炉法に比べ、酸化鉄鉱物からの製鉄の際のＣＯ２排出量を大幅に削減することができる。エチンの電熱的な製造の際に得られた反応混合物からのエチンの分離除去を行い、そして酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置へのエチンの供給は行わない、という本方法の実施形態の場合には、酸化鉄鉱物の還元を行うための装置のＣＯ２排出量が削減される。生成されたエチンも酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に供給する、という本方法の実施形態の場合には、エチンが有するエネルギー量が出発材料よりも高いことによって、また場合により、熱エネルギーをエチンの電熱的な製造の際に得られた反応混合物と共に製鉄を行うための装置に導入することができることによって、酸化鉄鉱物の還元に必要なエネルギー量の一部が充足され、それによって、例えば高炉の場合には、供給される空気量や、熱生成のために高炉内での燃焼を要するコークス分が低減される。このことも、ＣＯ２排出量の削減に寄与する。
【００４３】
水の電気分解による水素の生成と比較して、本発明による方法は、エチンの電熱的な製造に際して、同量の水素を生成させるのに要する電気エネルギーがより少なく、また、生じる熱エネルギーをさらに、例えばエチンを電熱的に製造するための装置における蒸気生成に利用することや、エチンの電熱的な製造の際に得られた反応混合物を製鉄を行うための装置に冷却を行わずに直接供給することにより製鉄を行うための装置の加熱に利用することができ、それによって、導入された電気エネルギーがより効率的に利用される。
【手続補正書】
【提出日】平成28年12月6日(2016.12.6)
【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】
酸化鉄鉱物からの製鉄に電気エネルギーを利用するための設備であって、
ａ）炭化水素含有ガスからエチンを電熱的に製造することにより水素含有ガスを得るための装置と、
ｂ）酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置と、
ｃ）前記水素含有ガスを、前記エチンを電熱的に製造するための装置から前記酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に還元剤として供給する、少なくとも１つのガス導管と、
を含む設備。
【請求項２】
酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置が高炉であり、ガス導管によって水素含有ガスが前記高炉の下部に供給されることを特徴とする、
請求項１に記載の設備。
【請求項３】
酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置が、酸化鉄鉱物の直接還元を行うための装置であることを特徴とする、
請求項１に記載の設備。
【請求項４】
エチンを電熱的に製造するための装置が、アーク反応器を含むことを特徴とする、
請求項１から３までのいずれか１項に記載の設備。
【請求項５】
前記設備がガス導管を含み、前記ガス導管により、エチンの電熱的な製造の際に得られた反応混合物のすべてまたは一部を、酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に還元剤として直接供給することができることを特徴とする、
請求項１から４までのいずれか１項に記載の設備。
【請求項６】
ガス導管が、断熱されていることを特徴とする、
請求項５に記載の設備。
【請求項７】
エチンを電熱的に製造するための装置が、エチンの電熱的な製造の際に得られた反応混合物から煤を分離除去することにより生成物ガスを得るための設備を含み、前記設備は、前記生成物ガスを酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に還元剤として供給することができるガス導管を含むことを特徴とする、
請求項１から６までのいずれか１項に記載の設備。
【請求項８】
エチンを電熱的に製造するための装置が、エチンの電熱的な製造の際に得られた反応混合物から煤を分離除去することにより生成物ガスを得るための設備と、前記生成物ガスからエチンを分離除去することにより水素含有ガスを得るための設備と、を含み、
前記設備が、前記水素含有ガスを酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に還元剤として供給することができるガス導管を含むことを特徴とする、
請求項１から７までのいずれか１項に記載の設備。
【請求項９】
前記設備が、生成物ガスからエチンを分離除去することにより水素とエチン以外の炭化水素とを含有するガスを得るための設備を含むことを特徴とする、
請求項８に記載の設備。
【請求項１０】
ガス導管が、ガスを貯蔵するための設備に接続されていることを特徴とする、
請求項７から９までのいずれか１項に記載の設備。
【請求項１１】
酸化鉄鉱物からの製鉄に電気エネルギーを利用するための方法であって、前記方法は、
炭化水素含有ガスからエチンを電熱的に製造することにより水素含有ガスを得るステップと、
前記水素含有ガスを、酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に還元剤として供給するステップと、
を含む方法。
【請求項１２】
請求項１から９までのいずれか１項に記載の設備において行われることを特徴とする、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
エチンの電熱的な製造を天然ガスから行うことを特徴とする、
請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１４】
水素含有ガスが、さらにエチン以外の炭化水素を含有することを特徴とする、
請求項１１から１３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
エチンの電熱的な製造の際に得られた反応混合物から煤を分離除去し、前記分離除去された煤を、酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に還元剤として供給することを特徴とする、
請求項１１から１４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
エチンを電熱的に製造するための装置におけるスループットを、電気エネルギーの供給量に応じて変化させることを特徴とする、
請求項１２から１５までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
エチンの電熱的な製造の際に得られかつ酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に還元剤として供給されるガスの量を、電気エネルギーの供給量に応じて変化させることを特徴とする、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
エチンの電熱的な製造の際に得られかつ酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に還元剤として供給されるガスの組成を、電気エネルギーの供給量に応じて変化させることを特徴とする、
請求項１６または１７に記載の方法。
【請求項１９】
エチンの電熱的な製造の際に得られかつ酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に還元剤として供給されるガスの温度を、電気エネルギーの供給量に応じて変化させることを特徴とする、
請求項１６から１８までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
電気エネルギーの供給量が多い場合には、エチンを電熱的に製造するための装置を比較的高い転化率で運転し、かつエチンの電熱的な製造の際に得られたガスをガス貯蔵装置に供給し、
電気エネルギーの供給量が少ない場合には、エチンを電熱的に製造するための装置を比較的低い転化率で運転し、かつガスをガス貯蔵装置から取り出すことを特徴とする、
請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
エチンの電熱的な製造の際に得られかつ酸化鉄鉱物の還元により製鉄を行うための装置に還元剤として供給されるガスの量を、実質的に一定に保つことを特徴とする、
請求項２０に記載の方法。
【国際調査報告】
2017510710.tif 000002
2017510710.tif 000003
2017510710.tif 000004
2017510710.tif 000005
2017510710.tif 000006
2017510710.tif 000007