(57)【要約】  コークス炉及び／または酸素製鋼炉を有する総合製鋼所等において酸化鉄を金属鉄に還元する新規なシステム及び方法を記載している。より具体的に、本発明は、コークス炉ガス（ＣＯＧ）及び／またはＣＯＧ及び転炉ガス（ＢＯＦＧ）を用いて酸化鉄を金属鉄に還元する新規なシステム及び方法に関する。
2016529384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークス炉ガス（ＣＯＧ）を用いて酸化鉄を金属鉄に還元する方法であって、
直接還元シャフト炉から炉頂ガス流を供給することと、
改質器にて前記炉頂ガス流を用いて天然ガスを改質して還元ガス流を生成し、前記酸化鉄を前記金属鉄に還元すべく前記直接還元炉へ前記還元ガス流を供給することと、
前記改質器へＣＯＧ流を燃料として供給することと、
を含む方法。
【請求項２】
請求項１の方法であって、前記改質器へ前記ＣＯＧ流を燃料として供給する前に予熱器で前記ＣＯＧ流を予熱することをさらに含む方法。
【請求項３】
請求項２の方法であって、前記予熱したＣＯＧ流の一部をバッスルガス及び遷移帯ガスの少なくとも一方として前記直接還元シャフト炉へ供給することをさらに含む方法。
【請求項４】
請求項３の方法であって、前記バッスルガスに酸素を加えることをさらに含む方法。
【請求項５】
請求項２の方法であって、前記炉頂ガス流の一部で前記予熱器を燃焼させることをさらに含む方法。
【請求項６】
請求項２の方法であって、前記改質器からの廃熱を利用して前記予熱器で前記ＣＯＧ流を予熱することをさらに含む方法。
【請求項７】
請求項２の方法であって、前記予熱器を通じて二酸化炭素及び窒素の少なくとも一方を排気することをさらに含む方法。
【請求項８】
請求項１の方法であって、前記改質器から二酸化炭素及び窒素の少なくとも一方を排気することをさらに含む方法。
【請求項９】
コークス炉ガス（ＣＯＧ）を用いて酸化鉄を金属鉄に還元する方法であって、
直接還元シャフト炉から炉頂ガス流を供給することと、
二酸化炭素除去ユニットを用いて前記炉頂ガス流から二酸化炭素を除去することと、
ガス加熱器で前記炉頂ガス流を加熱して還元ガス流を生成し、前記酸化鉄を前記金属鉄に還元すべく前記還元ガス流を前記直接還元シャフト炉へ供給することと、
ＣＯＧ流を合成ガス流として前記還元ガス流に加えること
を含む方法。
【請求項１０】
請求項９の方法であって、前記ＣＯＧ流を前記合成ガス流として前記還元ガス流に加える前に予熱器で前記ＣＯＧ流を予熱することをさらに含む方法。
【請求項１１】
請求項１０の方法であって、熱反応システムで前記予熱されたＣＯＧ流を反応させて前記合成ガス流を生成することをさらに含む方法。
【請求項１２】
請求項１１の方法であって、前記熱反応システムが酸素及び燃料を利用する高温酸素バーナー及びノズルを有する方法。
【請求項１３】
請求項１２の方法であって、前記酸素は空気分離プラントから送られて来る方法。
【請求項１４】
請求項１２の方法であって、前記燃料は前記炉頂ガス流の一部を有する方法。
【請求項１５】
請求項９の方法であって、前記ＣＯＧ流の一部を燃料として前記ガス加熱器へ供給することをさらに含む方法。
【請求項１６】
請求項１０の方法であって、前記炉頂ガス流の一部で前記予熱器を燃焼させることをさらに含む方法。
【請求項１７】
請求項１０の方法であって、前記予熱ＣＯＧ流の一部をバッスルガス及び遷移帯ガスの少なくとも一方として前記直接還元シャフト炉へ供給することをさらに含む方法。
【請求項１８】
請求項１７の方法であって、前記バッスルガスへ酸素を加えることをさらに含む方法。
【請求項１９】
請求項９の方法であって、ボイラ内で前記炉頂ガス流を用いて蒸気を発生させて、前記蒸気を前記二酸化炭素除去ユニットで利用することをさらに含む方法。
【請求項２０】
請求項９の方法であって、前記炉頂ガス流の一部を燃料として前記ガス加熱器へ供給することをさらに含む方法。
【請求項２１】
コークス炉ガス（ＣＯＧ）を用いて酸化鉄を金属鉄に還元する方法であって、
直接還元シャフト炉から炉頂ガス流を供給することと、
二酸化炭素除去ユニットを用いて前記炉頂ガス流から二酸化炭素を除去して二酸化炭素リーンガス流を生成することと、
ＣＯＧ合成ガス流を前記二酸化炭素リーンガス流に加えて複合ガス流を生成することと、
サチュレーターを用いて前記複合ガス流から湿分を除去して湿分制御複合ガス流を生成することと、
ガス加熱器で前記湿分制御複合ガス流を加熱して還元ガス流を生成し、前記酸化鉄を前記金属鉄に還元すべく前記還元ガス流を前記直接還元シャフト炉へ供給することと、
を含む方法。
【請求項２２】
請求項２１の方法であって、熱交換器でＣＯＧ流を予熱することをさらに含む方法。
【請求項２３】
請求項２２の方法であって、熱反応システムで前記予熱されたＣＯＧ流を反応させて前記ＣＯＧ合成ガス流を生成することをさらに含む方法。
【請求項２４】
請求項２３の方法であって、前記熱反応システムが酸素及び燃料を利用する高温酸素バーナー及びノズルを有する方法。
【請求項２５】
請求項２４の方法であって、前記酸素は空気分離プラントから送られて来る方法。
【請求項２６】
請求項２４の方法であって、前記燃料は前記炉頂ガス流の一部を有する方法。
【請求項２７】
請求項２３の方法であって、ボイラと前記熱交換器で前記予熱され及び反応させたＣＯＧ流を冷却して前記ＣＯＧ合成ガス流を生成することをさらに含む方法。
【請求項２８】
請求項２２の方法であって、前記ＣＯＧ流の一部を燃料として前記ガス加熱器へ供給することをさらに含む方法。
【請求項２９】
請求項２２の方法であって、前記熱交換器が前記予熱されたＣＯＧ合成ガス流との相互交換によって動作する方法。
【請求項３０】
請求項２２の方法であって、前記予熱されたＣＯＧ流の一部をバッスルガス及び遷移帯ガスの少なくとも一方として前記直接還元シャフト炉へ供給することをさらに含む方法。
【請求項３１】
請求項２１の方法であって、前記炉頂ガス流を用いて第１ボイラで蒸気を発生させて、前記蒸気を前記二酸化炭素除去ユニットで利用することをさらに含む方法。
【請求項３２】
請求項２３の方法であって、前記予熱及び反応させたＣＯＧ流を用いて第２ボイラで蒸気を発生させて、前記蒸気を前記二酸化炭素除去ユニットで利用することをさらに含む方法。
【請求項３３】
請求項２１の方法であって、前記炉頂ガス流の一部を燃料として前記ガス加熱器へ供給することをさらに含む方法。
【請求項３４】
請求項２１の方法であって、前記還元ガス流へ酸素を加えることをさらに含む方法。
【請求項３５】
コークス炉ガス（ＣＯＧ）またはＣＯＧ及び転炉ガス（ＢＯＦＧ）を用いて酸化鉄を金属鉄に還元する方法であって、
ＣＯＧまたはＣＯＧ及びＢＯＦＧ流を供給することと、
熱交換器で前記ＣＯＧまたはＣＯＧ及びＢＯＦＧ流を予熱することと、
熱反応システムで前記予熱したＣＯＧまたはＣＯＧ及びＢＯＦＧ流を反応させて還元ガス流を生成することと、
前記酸化鉄を前記金属鉄に還元すべく前記還元ガス流を直接還元シャフト炉へ供給することと、
を含む方法。
【請求項３６】
請求項３５の方法であって、前記熱反応システムが酸素及び燃料を利用する高温酸素バーナー及びノズルを有する方法。
【請求項３７】
請求項３６の方法であって、前記酸素は空気分離プラントから送られて来る方法。
【請求項３８】
請求項３６の方法であって、前記燃料は、前記熱交換器で冷却されて洗浄器で洗浄された、前記直接還元シャフト炉から得た炉頂ガス流の一部を有する方法。
【請求項３９】
請求項３８の方法であって、前記ＣＯＧまたはＣＯＧ及びＢＯＦＧ流が前記炉頂ガス流との相互交換によって前記熱交換器で予熱されることを含む方法。
【請求項４０】
請求項３５の方法であって、前記予熱したＣＯＧまたはＣＯＧ及びＢＯＦＧ流の一部をバッスルガス及び遷移帯ガスの少なくとも一方として前記直接還元シャフト炉へ供給することをさらに含む方法。
【請求項４１】
請求項３８の方法であって、前記冷却／洗浄された炉頂ガス流の残部を発電システム及び製鋼所の少なくとも一方で利用することをさらに含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、コークス炉または酸素製鋼炉あるいはそのいずれもを有する総合製鋼所などにおいて酸化鉄を金属鉄に還元するための新規なシステム及び方法に関する。より具体的に、本発明は、コークス炉ガスまたは転炉ガスあるいはそのいずれもを用いて酸化鉄を金属鉄に還元する新規なシステム及び方法に関する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
総合製鋼所等は、通常、コークス炉または転炉あるいはそのいずれもを有し、加熱及び発電に付随する余剰ガスを使用する。多くの用途において、付随するコークス炉ガス（ＣＯＧ）または付随する転炉ガス（ＢＯＦＧ）あるいはそのいずれもを用いて、直接還元鉄（ＤＲＩ）、熱間直接還元鉄（ＨＤＲＩ）または、熱間ブリケット鉄（ＨＢＩ）の形態で、酸化鉄を金属鉄に還元することが望ましい。ＣＯＧ及びＢＯＦＧは、いずれも酸化鉄を金属鉄へ還元するための主要な還元剤としての一酸化炭素（ＣＯ）及び水素（Ｈ２）を高い割合で含んでいる。ＣＯＧはまた、２０％を超える量のメタン（ＣＨ４）をも含み、適正な状態において、二酸化炭素（ＣＯ２）及び水（Ｈ２Ｏ）を用いて改質してＣＯ及びＨ２を生成することもできる。ＢＯＦＧは最大２０％の窒素（Ｎ２）を含むことができ、例えば、再循環システムでは非常に高い水準にまで増大することもある。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
種々の例示的な実施例において、本発明は、還元剤の外部ソースが、ＣＯＧ及びＢＯＦＧの一方または両方の場合において、後者は転炉ガスとして知られている、鉄鉱石の直接還元のための経済的な処理を提供する。二酸化炭素は、当業者によく知られている従来の直接還元シャフト炉から得られるシャフト炉排ガスとＢＯＦＧの混合物から除去する。このＣＯ２リーンガスを次に清浄なＣＯＧと混合し、加湿して、間接加熱器で加熱する。次に、その温度をさらに上げるために酸素（Ｏ２）を加熱した還元ガスに注入する。この高温還元ガスは、高温還元ガス内のＣＨ４がＤＲＩ／ＨＤＲＩと接することによって改質され、続いて酸化鉄を還元する、直接還元シャフト炉へと流れる。使用済み高温還元ガスは、シャフト炉排ガスとして直接還元シャフト炉を出て、廃熱ボイラで蒸気を生成し、冷却洗浄器で洗浄され、圧縮及びリサイクルされた後に未使用ＢＯＦＧと合流する。シャフト炉排ガスの一部は、加熱器のバーナーへ送られる。
【０００４】
考慮されているＢＯＦＧの他の利用法には、洗浄／冷却したシャフト炉排ガスへの添加物として、間接加熱器の炉頂ガス燃料としての使用を含む。同様に、ＣＯＧも種々の他の用途に使用してもよい。間接加熱器で加熱したＣＯＧから、まず、酸化処理（つまり、部分燃焼）等を通じて間接加熱器をよく汚染する複合炭化水素を取り除くことが望ましい。（これにより、その分だけＢＯＦＧの添加を減らし、場合によって不要となる。）複合炭化水素を有するＣＯＧも有しないＣＯＧも、直接還元シャフト炉遷移帯注入ガスとして、間接加熱器用の炉頂ガス燃料に添加するために使用してもよいし、または最終還元ガス流を改良するために使用してもよいし、それらのいずれにも使用してもよい。。相互排他的でない、任意に組み合わせて使用もできる、これら全ての可能性は、以下にて詳細に説明する。
【０００５】
本発明の一つの目的は、ある一定量のＣＯＧまたはＢＯＦＧあるいはそのいずれもから生成され得るＤＲＩ、ＨＤＲＩまたはＨＢＩの量を最大限に増やすことである。
【０００６】
本発明の他の目的は、ＣＯＧまたはＢＯＦＧあるいはそのいずれもの供給量が変動する際の効率的な工程を提供することである。
【０００７】
本発明のさらに他の一つの目的は、シャフト炉排ガスとＢＯＦＧからの酸化剤を用いてＣＯＧ内のＣＨ４を改質することにより、ＣＯ及びＨ２の生成に使用される外部接触改質器を排除することによって設備を最少として、従って、設備費用を最小限に抑えることである。間接加熱器内でＣＯ２リーンガス、ＣＯ２リーンＢＯＦＧ及びＣＯＧの混合物を加熱した後に、直接還元シャフト炉にてＯ２注入及び改質することは、外部接触改質器を使用することよりも安価である。
【０００８】
本発明のさらなる一つの目的は、ＢＯＦＧを添加することによって直接還元シャフト炉へ送られる高温還元ガス内のＣＨ４レベルを低下させて、別な方法で許容される圧力よりも低い圧力で直接還元シャフト炉を稼働可能とすることである。
【０００９】
本発明のまたさらなる一つの目的は、使用済み高温還元ガスの一部を間接加熱器の燃料として利用することによってＮ２の増加を許容レベルに制限することである。
【００１０】
一つの例示的な実施例において、本発明は、排ガスを供給する直接還元シャフト炉と、ＢＯＦＧを供給するＢＯＦＧ源と、排ガスとＢＯＦＧの混合物からＣＯ２を除去するための二酸化炭素（ＣＯ２）除去システムと、結果として生じるＣＯ２リーンガスとＣＯＧを混合するＣＯＧ源と、結果として生じる還元ガスを使用して酸化鉄を金属鉄に還元する直接還元シャフト炉とを含む、コークス炉ガス（ＣＯＧ）及び転炉ガス（ＢＯＦＧ）を使用して酸化鉄を金属鉄へ還元するための新規なシステムを提供する。本システムは、結果として生じる還元ガスを直接還元シャフト炉で使用する前に結果として生じる還元ガスに含まれている水分含有量を調整するサチュレーターをさらに含んでいる。本システムは、結果として生じる還元ガスを直接還元シャフト炉で使用する前に加熱するための間接加熱器をさらに含んでいる。オプションとして、間接加熱器用の燃料ガスは、排ガスの一部とＣＯＧ及びＢＯＦＧの少なくともいずれかの一部を含んでいる。本システムは、結果として生じる還元ガスを直接還元シャフト炉で使用する前に、結果として生じる還元ガスに酸素を添加するための酸素源をまたさらに含んでいる。オプションとして、本システムは、ＣＯＧ源からのＣＯＧの一部を、その直接還元シャフト炉で使用する前に結果として生じる還元ガスへ連通させる導管をまたさらに含んでいる。オプションとして、本システムは、ＣＯＧ源からのＣＯＧの一部を直接還元シャフト炉の遷移帯へ連通させる導管をさらに含んでいる。オプションとして、本システムは、ＣＯＧをＣＯ２リーンガスと混合する前にＣＯＧから複合炭化水素を除去する部分酸化炉をまたさらに含んでいる。好ましくは、使用するＢＯＦＧの量は、使用するＣＯＧの量と成分に依存する。
【００１１】
他の例示的な実施例において、本発明は、直接還元シャフト炉から排ガスを得ることと、ＢＯＦＧ源からＢＯＦＧを得ることと、排ガスとＢＯＦＧの混合物から二酸化炭素（ＣＯ２）を除去することと、結果として生じるＣＯ２リーンガスとＣＯＧ源からのＣＯＧを混合することと、結果として生じる還元ガスを使用して直接還元シャフト炉で酸化鉄を金属鉄に還元することを含む、コークス炉ガス（ＣＯＧ）及び転炉ガス（ＢＯＦＧ）を使用して酸化鉄を金属鉄へ還元する新規な方法を提供する。本方法は、結果として生じる還元ガスに含まれる水分をサチュレーターを用いて直接還元シャフト炉で使用する前に調整することも含んでいる。本方法は、間接加熱器を用いて結果として生じる還元ガスを直接還元シャフト炉で使用する前に加熱することをさらに含んでいる。オプションとして、間接加熱器用の燃料ガスは、排ガスの一部とＣＯＧ及びＢＯＦＧの少なくともいずれか一方の一部を含んでいる。本方法は、結果として生じる還元ガスを直接還元シャフト炉で使用する前に酸素源を用いて酸素を結果として生じる還元ガスに添加することをまたさらに含んでいる。オプションとして、本方法は、ＣＯＧ源からのＣＯＧの一部を直接還元シャフト炉で使用する前に、導管を用いて結果として生じる還元ガスへ連通させることをまたさらに含んでいる。オプションとして、本方法は、ＣＯＧ源からのＣＯＧの一部を導管を用いて直接還元シャフト炉の遷移帯へ連通させることをさらに含んでいる。オプションとして、本方法は、ＣＯＧからの複合炭化水素をＣＯ２リーンガスと混合する前に部分酸化炉を用いて除去することをまたさらに含んでいる。好ましくは、使用するＢＯＦＧの一定量は、使用するＣＯＧの量と成分に依存する。
【００１２】
さらに他の例示的な実施例において、本発明は、直接還元シャフト炉から排ガスを得ることと、転炉ガス（ＢＯＦＧ）源からＢＯＦＧを得ることと、排ガスとＢＯＦＧの混合物から二酸化炭素（ＣＯ２）を除去することと、結果として生じるＣＯ２リーンガスを用いて直接還元シャフト炉で酸化鉄を金属鉄に還元することとを含む、酸化鉄を金属鉄へ還元する方法を提供する。オプションとして、本方法は、還元ガスとして使用する前に、結果として生じるＣＯ２リーンガスとＣＯＧ源からのコークス炉ガス（ＣＯＧ）を混合することも含んでいる。オプションとして、本方法は、ＣＯＧを結果として生じるＣＯ２リーンガスと混合する前に、ＣＯＧから複合炭化水素を除去することをさらに含んでいる。
【００１３】
さらなる例示的な実施例において、本発明は、直接還元シャフト炉から排ガスを得ることと、排ガスをコークス炉ガス（ＣＯＧ）源からのＣＯＧと混合することと、結果として生じる還元ガスを用いて直接還元シャフト炉で酸化鉄を金属鉄に還元することとを含む、酸化鉄を金属鉄へ還元する方法を提供する。オプションとして、本方法は、転炉ガス（ＢＯＦＧ）源からＢＯＦＧを得ることと、排ガスとＢＯＦＧの混合物から二酸化炭素（ＣＯ２）を除去することと、結果として生じるＣＯ２リーンガスとＣＯＧ源からのＣＯＧを混合することも含む。オプションとして、本方法は、ＣＯＧをＣＯ２リーンガスと混合する前に、ＣＯＧから複合炭化水素を除去することをさらに含んでいる。
【００１４】
またさらなる例示的な実施例において、本発明は、排ガスを供給する直接還元シャフト炉と、排ガス少なくとも一部を含んだ還元ガス流へＣＯＧを注入するＣＯＧ源と、還元ガス流と注入ＣＯＧを用いて酸化鉄を金属鉄に還元する直接還元シャフト炉とを含む、コークス炉ガス（ＣＯＧ）を用いて酸化鉄を金属鉄に還元するシステムを提供する。注入の際のＣＯＧの温度は約１２００℃以上である。ＣＯＧのＣＨ４含有量は、約２％と約１３％の間である。ＣＯＧは改質ＣＯＧであることが望ましい。オプションとして、ＣＯＧは新鮮な高温ＣＯＧである。ＣＯＧ源は、部分酸化システムを含んでいる。オプションとして、ＣＯＧ源は高温酸素バーナーを含んでいる。オプションとして、本システムは、さらに還元ガス流の少なくとも一部を形成する排ガスに転炉ガス（ＢＯＦＧ）を注入するＢＯＦＧ源をも含んでいる。オプションとして、本システムは、さらに排ガスとＢＯＦＧの混合物から二酸化炭素（ＣＯ２）を除去するＣＯ２除去システムをも含んでいる。
【００１５】
またさらなる例示的な実施例において、本発明は、排ガスを供給するための直接還元シャフト炉を提供することと、排ガスの少なくとも一部を含んだ還元ガス流へＣＯＧを注入するＣＯＧ源を提供することと、還元ガス流と注入されたＣＯＧを用いて酸化鉄を金属鉄に還元する直接還元シャフト炉を提供することを含む、コークス炉ガス（ＣＯＧ）を用いて酸化鉄を金属鉄に還元する方法を提供する。注入の際のＣＯＧの温度は約１２００℃以上である。ＣＯＧのＣＨ４含有量は、約２％と約１３％の間である。ＣＯＧは改質ＣＯＧであることが望ましい。オプションとして、ＣＯＧは未使用の高温ＣＯＧである。ＣＯＧ源は、部分酸化システムを含んでいる。オプションとして、ＣＯＧ源は高温酸素バーナーを含んでいる。オプションとして、本方法は、さらに転炉ガス（ＢＯＦＧ）を還元ガス流の少なくとも一部を形成する排ガスに注入するためのＢＯＦＧ源をも含んでいる。オプションとして、本方法は、さらに排ガスとＢＯＦＧの混合物から二酸化炭素（ＣＯ２）を除去するためのＣＯ２除去システムを提供することも含んでいる。
【００１６】
またさらなる例示的な実施例において、本発明は、直接還元シャフト炉から炉頂ガス流を供給することと、改質器の中で炉頂ガス流を用いて天然ガスを改質して還元ガス流を生成し、還元ガス流を直接還元シャフト炉へ供給して酸化鉄を金属鉄に還元することと、ＣＯＧ流を燃料として改質器へ供給することを含む、ＣＯＧを用いて酸化鉄を金属鉄に還元する方法を提供する。本方法は、ＣＯＧ流を燃料として改質器へ供給する前にＣＯＧ流を予熱器で予熱することをさらに含んでいる。本方法は、予熱したＣＯＧ流の一部をバッスルガスと遷移帯ガスの少なくとも一つとして直接還元シャフト炉へ供給することをさらに含んでいる。本方法は、バッスルガスに酸素を加えることをさらに含んでいる。本方法は、炉頂ガス流の一部で予熱器を燃焼させることをさらに含んでいる。本方法は、改質器からの廃熱を用いて予熱器の中でＣＯＧ流を予熱することをさらに含んでいる。本方法は、予熱器を通じて二酸化炭素と窒素の少なくとも一方をリサイクルガスシステムから排気することをさらに含んでいる。本方法は、二酸化炭素と窒素の少なくとも一方を改質器から排気することをさらに含んでいる。ＣＯＧを使用することにより、結果としてＤＲプロセスにおける天然ガスの消費を低下させて、結果として生じるＤＲＩの炭素含有量を制御可能として、シャフト炉内のベッドの温度を制御可能とする。
【００１７】
またさらなる例示的な実施例において、本発明は、直接還元シャフト炉から炉頂ガス流を供給することと、二酸化炭素除去ユニットを用いて炉頂ガス流から二酸化炭素を除去することと、ガス加熱器で炉頂ガス流を加熱して還元ガス流を生成して還元ガス流を直接還元シャフト炉へ供給して酸化鉄を金属鉄に還元することと、合成ガス流としてＣＯＧ流を還元ガス流に加えることを含む、ＣＯＧを用いて酸化鉄を金属鉄に還元する方法を提供する。本方法は、合成ガス流としてのＣＯＧ流を還元ガス流に加える前にＣＯＧ流を予熱器で予熱することをさらに含む。本方法は、熱反応システム内で予熱ＣＯＧ流を反応させて合成ガス流を生成することをさらに含んでいる。熱反応システムは、酸素と燃料とを処理する高温酸素バーナー及びノズルを含んでいる。酸素は、空気分離プラントから送られて来る。燃料は、炉頂ガス流の一部を含んでいる。本方法は、ＣＯＧ流の一部を燃料としてガス加熱器へ供給することをさらに含んでいる。本方法は、炉頂ガス流の一部を用いて予熱器を点火することをさらに含んでいる。本方法は、予熱したＣＯＧ流の一部をバッスルガスと遷移帯ガスの少なくとも一方として直接還元シャフト炉へ供給することをさらに含んでいる。本方法は、バッスルガスに酸素を加えることをさらに含んでいる。本方法は、炉頂ガス流を用いてボイラで蒸気を発生させて、蒸気を二酸化炭素除去ユニットで利用することをさらに含んでいる。本方法は、炉頂ガス流の一部を燃料としてガス加熱器へ供給することをさらに含んでいる。バッスルガス及び遷移帯ガスのＣＯＧの利用は、結果として生じるＤＲＩの炭素含有量を制御可能として、シャフト炉内のベッドの温度を制御可能とする。
【００１８】
もう一つの例示的な実施例において、本発明は、直接還元シャフト炉から炉頂ガス流を供給することと、二酸化炭素除去ユニットを用いて炉頂ガス流から二酸化炭素を除去して二酸化炭素リーンガス流を生成することと、二酸化炭素リーンガス流にＣＯＧ合成ガス流を加えて複合ガス流を生成することと、サチュレーターを用いて複合ガス流から湿分を除去して湿分が制御された複合ガス流を生成し、ガス加熱器で湿分制御複合ガス流を加熱して還元ガス流を生成して、還元ガス流を直接還元シャフト炉へ供給することにより酸化鉄を金属鉄に還元することをさらに含む、ＣＯＧを用いて酸化鉄を金属鉄に還元する方法を提供する。本方法は、熱交換器でＣＯＧ流を予熱することをさらに含んでいる。本方法は、予熱したＣＯＧ流を熱反応システムで反応させてＣＯＧ合成ガス流を生成することをさらに含んでいる。熱反応システムは、酸素と燃料を処理する高温酸素バーナー及びノズルを含んでいる。酸素は空気分離プラントから送られて来る。燃料は炉頂ガス流の一部を含んでいる。本方法は、ボイラ及び熱交換器で予熱及び反応させたＣＯＧ流を冷却してＣＯＧ合成ガス流を生成することをさらに含んでいる。本方法は、ＣＯＧ流の一部を燃料としてガス加熱器へ供給することをさらに含んでいる。熱交換器は、加熱したＣＯＧ合成ガス流と相互交換により動作する。本方法は、予熱したＣＯＧ流の一部をバッスルガスと遷移帯ガスの少なくとも一方として直接還元シャフト炉へ供給することをさらに含んでいる。本方法は、炉頂ガス流を用いて第１のボイラで蒸気を発生させて、蒸気を二酸化炭素除去ユニットで利用することをさらに含んでいる。本方法は、予熱及び反応させたＣＯＧ流を利用して第２のボイラで蒸気を発生させて、蒸気を二酸化炭素除去ユニットで利用することをさらに含んでいる。本方法は、炉頂ガス流の一部を燃料としてガス加熱器へ供給することをさらに含んでいる。本方法は、還元ガス流に酸素を加えることをさらに含んでいる。この場合もやはり、バッスルガス及び遷移帯ガスでのＣＯＧの利用により、結果として生じるＤＲＩの炭素含有量を制御可能として、シャフト炉内のベッドの温度を制御可能とする。
【００１９】
最後に本発明のもう一つの例示的な実施例において、ＣＯＧまたはＣＯＧ及びＢＯＦＧ流を供給することと、熱交換器でＣＯＧまたはＣＯＧ及びＢＯＦＧ流を予熱することと、熱反応システムで予熱したＣＯＧまたはＣＯＧ及びＢＯＦＧ流を反応させて還元ガス流を生成することと、直接還元シャフト炉へ還元ガス流を供給して酸化鉄を金属鉄に還元することを含む、ＣＯＧまたはＣＯＧ及びＢＯＦＧを用いて酸化鉄を金属鉄に還元する方法を提供する。熱反応システムは、酸素と燃料を処理する高温酸素バーナー及びノズルを含んでいる。酸素は、空気分離プラントから送られて来る。燃料は、直接還元シャフト炉から来る炉頂ガス流の一部を含んでおり、熱交換器で冷却されて洗浄器で洗浄される。ＣＯＧまたはＣＯＧ及びＢＯＦＧ流は、例えば、炉頂ガス流との相互交換により熱交換器で予熱される。本方法は、予熱したＣＯＧまたはＣＯＧ及びＢＯＦＧ流の一部をバッスルガスと遷移帯ガスの少なくとも一方として直接還元シャフト炉へ供給することをさらに含んでいる。本方法は、発電システム及び製鉄プラントの少なくとも一方で冷却／洗浄した炉頂ガス流の残部を利用することをさらに含んでいる。この場合もやはり、バッスルガス及び遷移帯ガスでのＣＯＧの利用により、結果として生じるＤＲＩの炭素含有量を制御可能として、シャフト炉内のベッドの温度を制御可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の一つの例示的な実施例による、ＣＯＧまたはＢＯＦＧあるいはそのいずれもを用いて酸化鉄を金属鉄に還元する新規なシステム及び方法を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明の一つの例示的な実施例による、図１に示すシステム及び方法に関してＣＯＧから複合炭化水素を除去する処理を示す模式図である。
【図３】図３は、本発明の他の例示的な実施例による、ＣＯＧを用いて酸化鉄を金属鉄に還元する新規なシステム及び方法を示す模式図である。
【図４】図４は、本発明の他の例示的な実施例による、ＣＯＧを用いて酸化鉄を金属鉄に還元する新規なシステム及び方法を示す別の模式図であり、具体的には、既存直接還元プラントにおいてＣＯＧを実質的に加えて利用している。
【図５】図５は、本発明のさらに他の例示的な実施例による、ＣＯＧを用いて酸化鉄を金属鉄に還元する新規なシステム及び方法を示す別の模式図であり、具体的には、ＨＢＩプラント等の低炭素（最大約１〜２％）直接還元プラントにおいてＣＯＧを利用している。
【図６】図６は、本発明のさらに他の例示的な実施例による、ＣＯＧを用いて酸化鉄を金属鉄に還元する新規なシステム及び方法を示す別の模式図であり、具体的には、高炭素（約２％より大）直接還元プラントにおいてＣＯＧを利用している。
【図７】図７は、本発明の他の例示的な実施例による、ＣＯＧまたはＣＯＧ及びＢＯＦＧを用いて酸化鉄を金属鉄に還元する新規なワンススルー（つまり、リサイクルを行わない）システム及び方法を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
特に図１を参照し、一つの例示的な実施例において、本発明のＣＯＧまたはＢＯＦＧあるいはそのいずれも（システム及び方法をまとめて５とする）を用いて酸化鉄を金属鉄に還元する新規なシステム及び方法は、個々が当業者によく知られている構成要素を含んでいるため、これらについてここでは必要以上に詳しく図示または説明しないが、新規な処理においては併用している。これらの構成要素には、従来の直接還元シャフト炉１０、廃熱ボイラ１８、冷却洗浄器２０、ＢＯＦＧ源３０（または適切な貯蔵タンクあるいはそのいずれも）、ＣＯ２除去システム４０、ＣＯＧ源５０（または適切な貯蔵タンクあるいはそのいずれも）、サチュレーター６０、間接加熱器７０、及び酸素源８０（または適切な貯蔵タンクあるいはそのいずれも）を含むが、これらに限らない。
【００２２】
直接還元シャフト炉１０は、ペレット、塊、凝集体等１４の形で鉄鉱石が供給される上端を有する。還元されたペレット、塊、凝集体等１４は、ＤＲＩとして直接還元シャフト炉１０の下端１３で取り除かれる。還元ガス注入導管１５は、材料供給点と製品排出点との間に配置されて高温還元ガスを直接還元シャフト炉１０へ供給する。この高温還元ガスにはＣＨ４が含まれており、ＣＯ及びＨ２をさらに生成するために、高温還元ガスに含まれているＣＯ及びＨ２Ｏにより直接還元シャフト炉１０のガス注入部付近で改質される。ＨＤＲＩは改質反応において触媒としての役割を果たす。この改質反応に続いて、ＣＯ及びＨ２を含んだ高温還元ガスは酸化鉄を金属鉄に還元して、使用済み還元ガスとして直接還元シャフト炉１０の炉頂にある排気管を通じて直接還元シャフト炉１０から出て、ダクト１７へ流入してから廃熱ボイラ１８へ、そして冷却洗浄器２０へと流れる。廃熱ボイラ１８で発生した蒸気は、例えば、ＣＯ２除去システム４０用の再生熱の大部分を提供する。冷却洗浄器２０は、導管２１を通じて冷却洗浄器から排出される、使用済み排ガスを冷却して洗浄する。
【００２３】
次に、冷却した排ガスの一部が別の導管２３に入って、間接加熱器７０のバーナーへ流れる。冷却した排ガスの一部は別の導管２２へも入って、ＢＯＦＧ源３０からの導管３２と合流して、圧縮機３５へと流れる別の導管３４を形成する。圧縮機３５からの圧縮ガスは、ＣＯ２除去システム４０へ流れて、そこでガスからＣＯ２が除去される。導管４１内のＣＯ２リーンガスは、その後別の導管５２からのＣＯＧで増強されて、別の導管５６に入って、直接還元シャフト炉１０内の炭素含有量を制御すべく、ガスにＨ２Ｏが加えられてガスを調整するサチュレーター６０へと流れる。
【００２４】
追加のＢＯＦＧが導管３３を通じて炉頂ガス流に直接合流する。追加のＣＯＧは導管５３及び５４の少なくとも一方を通じて間接加熱器７０の予備バーナーへ送られ、遷移帯注入ガスとして導管５３及び５５の少なくとも一方を通じて直接還元シャフト炉１０の遷移帯へ送られる。サチュレーター６０からのガスは、導管６１を通じて間接加熱器７０へと流れて、ここでガスが、使用済み直接還元炉排ガスとＢＯＦＧを組み合わせた燃料を供給するバーナーと共に例えば、ＣＯＧで燃料を供給する予備バーナーで還元温度近くまで加熱される。
【００２５】
燃焼用空気は、加熱器の燃焼排ガスを用いた熱交換で予熱される。間接加熱器７０からの高温ガスは、導管７１を通じて排出され、酸素源８０からのＯ２が別の導管８１を通じて加えられ、これによりガスの温度を１０００℃以上に上昇させる。次に、還元シャフト炉１０内で現場改質に必要な吸熱負荷を供給するために必要な温度まで上昇させたガスは、また別の導管１５を通じて流れる。
【００２６】
一般に、ＣＯＧ及びＢＯＦＧの分析結果は、世界中の種々の製鋼所の特定の原料及び特定の手法によって異なる場合もある。以下の表には幾つかの例を示すが、これらに限定されない。
2016529384.tif 000003
【００２７】
輸出燃料（export fuel）を用いないで最小量のＣＯＧまたはＢＯＦＧあるいはそのいずれもでＤＲＩ／ＨＤＲＩ／ＨＢＩを生成するために、ＣＯＧ及びＢＯＦＧが最も効率的な方法で利用されると、各ガスの解析ごとに特定のＣＯＧ対ＢＯＦＧ比を得る。この比率は、約０．９５から約１．２５の間で変動する。多くのＣＯ量を有するＢＯＦＧの場合、また結果としてより少ない量のＮ２では、比率は０．９５により近い。Ｎ２量がより多く、その結果としてＣＯ量がより少ないＢＯＦＧの場合では、より多くのＣＯＧを必要としてその比率は１．２５により近い。
【００２８】
上記の通り、算定された最良稼働点の範囲外で種々のＣＯＧ対ＢＯＦＧ比で動作させることは可能である。しかし、その場合、いかなる場所でも消費しなければならなかったであろう輸出燃料を用いて動作させなければならない。この輸出燃料の使用例として、例えば、ＣＯ２除去システム４０での再生に利用する蒸気をさらに増やすことが考えられる。
【００２９】
上述の通り、シャフト炉排ガス流を補足して最終的な還元ガス流に寄与することに加えて、考えられる他のＢＯＦＧ利用法には、（導管３１，３３及び２４を通じて）間接加熱器７０用の炉頂ガス燃料として利用するシャフト炉排ガス流を補足することが含まれる。同様に、シャフト炉排ガス流を補足して最終的な還元ガス流に寄与させることに加えて、ＣＯＧは他のあらゆる用途にも利用もできる。
【００３０】
特に図２を参照し、間接加熱器７０（図１）で最終的に加熱されるＣＯＧ源５０からのＣＯＧは、好ましくは、まず、Ｏ２及びＨ２Ｏ（つまり、蒸気）を加えて、部分酸化炉９０等における、酸化処理（つまり、部分燃焼）等を介して間接加熱器７０を汚染する硫黄及び複合炭化水素を除去するように洗浄される。所望によりこの洗浄処理は、それに対応してＢＯＦＧの補足の必要性を低減し、また所望により除去することができる。洗浄処理は、まず、ＣＯＧ内に存在するＮＨ３，Ｈ２Ｓ，タール，ＨＣＮ，ナフタレン及びＢＴＸ（ベンゾール、トルエン及びキシレン）の量に応じて適宜対処する必要がある。オプションとして、部分酸化炉９０とは異なり、洗浄処理は還元ガスシステムのダクトにおけるより少量の反応として起きる。酸化反応の様子は（一例として）以下の通りである。
ＣＯＧ−7.5%ＣＯ，3.5%ＣＯ２，54%Ｈ２，25.25%ＣＨ４，7.45%Ｎ２，2.3%ＣｎＨｍ
蒸気１部に対してＣＯＧ１０部
ＣＯＧ１０部に対する酸素の付加
−酸素1.7部：
21.38%ＣＯ，2.8%ＣＯ２，61.16%Ｈ２，7.28%Ｈ２Ｏ，2.91%ＣＨ４，4.46%Ｎ２
温度、８００℃、生成ガス17.1部
−酸素2部：
22.81%ＣＯ，2.54%ＣＯ２，61.74%Ｈ２，8.14%Ｈ２Ｏ，0.49%ＣＨ４，4.27%Ｎ２
温度、８８０℃、生成ガス17.9部
【００３１】
再度特に図１を参照し、複合炭化水素を有するＣＯＧまたは有しないＣＯＧも、（導管５３及び５５を通じて）直接還元シャフト炉遷移帯注入ガスとして、（導管５３及び５４を通じた）間接加熱器７０用の炉頂ガス燃料を補足するために、または（導管５３，５４及び５９を通じて）最終還元ガス流を増強するために、あるいはそのいずれものために使用できる。これらの各可能性は排他的ではなくこれらの可能性を任意に組み合わせて使用できる。
【００３２】
次に図３を参照し、本発明の別の例示的な実施例において、熱反応システム１００で処理した改質ＣＯＧは、直接還元シャフト炉１０の直前のシステム／処理流１５へ注入１０２される。好ましくは、この熱反応システム１００は、先に示したように改質ＣＯＧか、新鮮な高温ＣＯＧを供給し、ＣＯＧは当業者によく知られている（超高温フレームにＣＯＧを注入する）高温酸素バーナー等の部分酸化システムから供給される。熱反応システム１００で改質したＣＯＧは、高温（約１０００℃と約１６００℃の間）であり、約摂氏９００℃の流れ１５へ注入１０２される。この熱のため、先に説明した酸素８０の注入８１（図１参照）は、オプションとなる。結果として、システム／処理５への酸素８０の注入８１を減少させながらも炭素すすの発生を防いでいる。このＣＯＧ熱反応システム１００の注入１０２は、先に説明した冷却ＣＯＧまたはＢＯＦＧあるいはそのいずれもの注入源及び点の代わりに、または補足として使用できる。例えば、ＣＯＧ熱反応システム１００の注入１０２は、改質器と共に標準ミドレックス天然ガス処理と併用することができる。このように、上述のＣＯ２除去システム４０及び間接加熱器７０は、不必要になる（改質器はこれら二つの機能を適切に果たす）。
【００３３】
熱反応システム１００で改質されたＣＯＧは、以下の例示的な内容物を有する：2〜13%ＣＨ４（それぞれ、約１５００℃〜約１２００℃における），18.7%ＣＯ，1.7%ＣＯ２，43.4%Ｈ２，17.7%Ｈ２Ｏ，3.6%Ｎ２及び1.8%Ｃ２Ｈ６，さらに0.9%Ｃ２Ｈ４及び1.7%Ｃ２Ｈ２を有することもある。当然のことながら、これらの内容物は例示的であり、いかなる場合も限定的に解釈されるものではない。
【００３４】
図４は、本発明の別の例示的な実施例による、ＣＯＧを用いた酸化鉄を金属鉄に還元する新規なシステム及び方法２００を示す他の模式図であり、具体的に、既存直接還元プラント２０４にＣＯＧ２０２を実質的に加えて利用している。この例示的な実施例では、ＣＯＧを約１２０m３/ｔＤＲＩまで使用でき、約1.25:1の比で使用される従来の天然ガスに置き換わる。リサイクルされた炉頂ガス２０６はシャフト炉２０８から除去されて、水分除去、冷却または洗浄あるいはそのいずれものために洗浄器２１０へ供給されて、結果として約３０℃と約６５℃との間の温度でガス飽和させられる。このリサイクルされた炉頂ガス２０６は、その後３つの流れに分けられる。第１の流れ２１２は改質器２１８へ供給され、ここで天然ガス２１９が改質されて、約９００℃から約１１００℃の間にまで加熱され、これによりシャフト炉２０８内に供給される還元ガス２２０を供給する。還元ガス２２０がシャフト炉２０８内に供給される前に必要に応じてＯ２２３１を還元ガス２２０に加えてもよい。余剰ＣＯ２及びＮ２は、例えば、改質器の煙道２２２を通じて除去される。第２の流れ２１４は、改質器用燃料として使用される。第３の流れ２１６は、改質器ＣＯＧ予熱器２２４に点火するために使用され、ＣＯＧ予熱器２２４は、改質器２１８からの廃熱を併用して、あるいはそれに代えて利用して動作させることができる。供給される清浄な圧縮ＣＯＧ２２６は、ＣＯＧ予熱器２２４を通って処理されて、約３００℃から約５００℃の間まで予熱される。ＣＯ２及びＮ２２２８はいずれも必要に応じてＣＯＧ予熱器２２４を通って排気される。清浄な圧縮予熱ＣＯＧの一部はバッスルガス（ＢＧ）２３０としてシャフト炉２０８へ送られてもよく、清浄な圧縮予熱ＣＯＧの一部は遷移帯（ＴＺ）ガス２３２としてシャフト炉２０８へ送ってもよく、また清浄な圧縮予熱ＣＯＧの一部は改質器用燃料２３４として使用してもよい。ＣＯＧの使用により、結果としてＤＲ処理における天然ガスの消費を減少させて、結果として生じるＤＲＩの炭素含有量を制御可能とし、さらにシャフト炉内のベッドの温度を制御可能とする。
【００３５】
図５は、本発明のさらに別の例示的な実施例による、ＣＯＧを用いた酸化鉄を金属鉄に還元するための新規なシステム及び方法３００を示す他の模式図であり、具体的に、ＣＯＧ３０２は、例えば、ＨＢＩプラント等の低炭素（最大約１〜２％）直接還元プラント３０４と共に利用している。この別の例示的な実施例では、ＣＯＧを最大約５００〜６００m３/ｔ使用する。リサイクルされた炉頂ガス３０６はシャフト炉３０８から除去されて、ボイラ３０５及び水分除去、冷却または洗浄あるいはそのいずれものための洗浄器３１０へ供給されて、結果として約３０℃と約４５℃との間の温度でガス飽和する。このリサイクルされた炉頂ガス３０６は、その後少なくとも３つ（及び恐らく４つ）の流れに分けられる。第１の流れ３１２は吸収型ＣＯ２除去ユニット３１７へ供給され、ここでこのリサイクルされた炉頂ガス３０６の流れの約９５％のＣＯ２を除去し、その後リサイクルされた炉頂ガス３０６の流れが約９００℃から約１１００℃の間にまで加熱するガス加熱器３１８に供給され、これによりシャフト炉３０８内に供給される還元ガス３２０を提供する。還元ガス３２０がシャフト炉３０８内に供給される前に必要に応じてＯ２３３１を還元ガス流３２０に加えてもよい。オプションとして、ＣＯ２除去ユニット３１７は膜型ＣＯ２除去ユニット、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）ユニット、真空圧力スイング吸着（ＶＰＳＡ）ユニット等である。ボイラ３０５からの蒸気３１１をＣＯ２除去ユニット３１７で使用してもよい。ＣＯ２及びＮ２も、例えば、ガス加熱器の煙道３２２を通じて除去される。第２の流れ３１４は、ガス加熱器燃料として使用される。第３の流れ３１６は、この場合もやはり、ＣＯＧ予熱器３２４を燃焼させるために使用される。供給される清浄な圧縮ＣＯＧ３２６は、ＣＯＧ予熱器３２４を通って処理されて、約３００℃から約５００℃の間まで予熱される。ＣＯ２及びＮ２３２８はいずれも必要に応じてＣＯＧ予熱器３２４を通って排気される。予熱の前に、清浄な圧縮ＣＯＧ３２６の一部はガス加熱器燃料３５０として使用してもよい。この場合もやはり、清浄な圧縮予熱ＣＯＧの一部はＢＧ３３０としてシャフト炉３０８へ送ってもよく、清浄な圧縮予熱ＣＯＧの一部はＴＺガス３３２としてシャフト炉３０８へ送ってもよい。残りの清浄な圧縮予熱ＣＯＧは、熱反応システム（ＴＲＳ）３６０で処理されて、上記還元ガス流３２０に加えられる合成ガス３６８を生成する。合成ガス３６８は少なくとも約82%のＨ２及びＣＯを含むことが好ましい。一般に、ＴＲＳ３６０は、高温酸素バーナー（ＨＯＢ）３７０及びノズル３７２を含んでいる。リサイクルされた炉頂ガス３０６から来る（例えば、第４の流れの）燃料３６２は、空気分離プラント３６６等から送られて来るＯ２３６４とＨＯＢ３７０内で混合され、高温（つまり、２０００〜２５００℃）でノズル３７２を通って加速されて清浄な圧縮予熱ＣＯＧと接することによって合成ガス３６８を生成する。バッスルガス及び遷移帯ガス内でＣＯＧを使用することは、結果として生じるＤＲＩの炭素含有量を制御可能として、シャフト炉内のベッドの温度を制御可能とする。
【００３６】
図６は、本発明のさらに別の例示的な実施例による、ＣＯＧを用いて酸化鉄を金属鉄に還元するための新規なシステム及び方法４００を示す他の模式図であり、具体的に、例えば、高炭素（約２％より多い）直接還元プラント４０４に関してＣＯＧ４０２を利用している。リサイクルされた炉頂ガス４０６はシャフト炉４０８から除去されて、ボイラ４０５及び水分除去、冷却または洗浄あるいはそのいずれものための洗浄器４１０へ供給されて、結果として約３０℃と約４５℃との間の温度でガス飽和する。このリサイクルされた炉頂ガス４０６は、その後少なくとも３つの流れに分けられる。第１の流れ４１２はＣＯ２除去ユニット４１７へ供給され、ここでこのリサイクルされた炉頂ガス４０６の流れの約９５％のＣＯ２を除去し、そしてこのリサイクルされた炉頂ガス４０６の流れからＨ２Ｏを除去するサチュレーター４８０へ、その後リサイクルされた炉頂ガス４０６の流れを約９００℃から約１１００℃の間にまで加熱するガス加熱器４１８に供給され、これによりシャフト炉４０８内に送り返す還元ガス４２０を提供する。オプションとして、ＣＯ２除去ユニット４１７は膜型ＣＯ２除去ユニット、ＰＳＡユニット、ＶＰＳＡユニット等である。ボイラ４０５からの蒸気４１１をＣＯ２除去ユニット４１７で使用してもよい。ＣＯ２及びＮ２も、例えば、ガス加熱器の煙道４２２を通じて除去される。第２の流れ４１４は、ガス加熱器燃料として使用される。供給される清浄な圧縮ＣＯＧ４２６は、ＣＯＧ予熱器４２４を通って処理されて、約３００℃から約５００℃の間まで予熱される。オプションとして、ＣＯＧ熱交換器４２４は、以下にてより詳細に説明するように、加熱蒸留された合成ガス４６８との相互交換によって動作する。予熱の前に、清浄な圧縮ＣＯＧ４２６の一部をガス加熱器燃料４５０として使用してもよい。この場合もやはり、清浄な圧縮予熱ＣＯＧの一部をＢＧ４３０としてシャフト炉４０８へ送ってもよく、清浄な圧縮予熱ＣＯＧの一部をＴＺガス４３２としてシャフト炉４０８へ送ってもよい。この場合もやはり、残りの清浄な圧縮予熱ＣＯＧを、ＴＲＳ４６０で処理して加熱蒸留した合成ガス４６８を生成する。好ましくは、合成ガス４６８は、少なくとも約82%のＨ２及びＣＯを含み、ＴＲＳ４６０とＴＲＳ４６０を含んだリサイクルループ、（ＣＯ２除去ユニット４１７で使用する蒸気４８６をも生成する）ボイラ４８４、及び予熱して反応させたＣＯＧ流を冷却するＣＯＧ熱交換器４２４で生成することである。一般に、ＴＲＳ４６０は、ＨＯＢ４７０及びノズル４７２を含んでいる。リサイクルされた炉頂ガス４０６から得た燃料４６２は、空気分離プラント４６６等から送られて来るＯ２４６４とＨＯＢ４７０内で混合され、高温（つまり、２０００〜２５００℃）でノズル４７２を通って加速されて清浄な圧縮予熱ＣＯＧと接することによって合成ガス４６８を生成する。合成ガス４６８は、ＣＯ２除去ユニット４１７とサチュレーター４８０との間の還元ガス流４２０と混合することが望ましい。シャフト炉４０８内に注入する前に還元ガス４２０にＯ２４８２を加えてもよい。この実施例では、炭素含有量がより多いとすると、適切な酸化ガスに対する還元ガスの割合とするためにはＨ２Ｏが少量であることが好ましい。このため、ＴＲＳ４６０から出る約１２００℃の流れは、ボイラ４８４によって約４００〜６００℃まで低下させ、そしてＣＯＧ熱交換器４２４によって約２００℃まで低下させる。その後、サチュレーター４８０は、約12%Ｈ２Ｏ合成ガス４６８を取り入れて、リサイクルされた炉頂ガス４０６と混合すると湿分含有量を約２〜６％にまで低下させる。この場合もやはり、バッスルガス及び遷移帯ガス内でＣＯＧを使用することは、結果として生じるＤＲＩの炭素含有量を制御可能として、シャフト炉内のベッドの温度を制御可能とする。
【００３７】
図７は、本発明の別の例示的な実施例による、ＣＯＧまたはＣＯＧ及びＢＯＦＧを用いて酸化鉄を金属鉄に還元するための新規なワンススルー（つまり、リサイクルを行わない）システム及び方法５００を示す模式図である。この別の例示的な実施例では、製鉄設備だけでなく、金属鉄の生成と発電の両方に、このように多機能が所望される場での用途に、ＣＯＧまたはＣＯＧ及びＢＯＦＧを使用することを可能にする。供給される清浄な圧縮ＣＯＧまたはＣＯＧ及びＢＯＦＧ５２６は、熱交換器５２４を通って処理されて、約３００℃から約５００℃の間の温度まで加熱される。使用済み炉頂ガス流５９０／５９２を、熱交換器５２４及び洗浄器５１０で冷却または洗浄あるいはそのいずれもをして、結果として生じるガス流は、ＴＲＳ５６０等のまたは発電／製鋼所バーナー５９６の、あるいはそのいずれものための燃料５９４として使用してもよい。この場合もやはり、清浄な圧縮予熱ＣＯＧまたはＣＯＧ及びＢＯＦＧの一部をＢＧ５３０としてシャフト炉５０８へ送ってもよく、清浄な圧縮予熱ＣＯＧまたはＣＯＧ及びＢＯＦＧの一部をＴＺガス５３２としてシャフト炉５０８へ送ってもよい。残りの清浄な圧縮予熱ＣＯＧまたはＣＯＧ及びＢＯＦＧは、ＴＲＳ５６０で処理して、合成／還元ガス５５０を生成する。合成／還元ガス５５０は、還元剤対酸化剤比が約５対６で構成されることが好ましい。一般に、ＴＲＳ５６０は、ＨＯＢ５７０及びノズル５７２を含んでいる。例えば、熱交換器５２４から得る燃料５９４は、空気分離プラント５６６等から送られて来るＯ２５６４とＨＯＢ５７０内で混合され、高温（つまり、２０００〜２５００℃）でノズル５７２と通って加速されて清浄な圧縮予熱ＣＯＧまたはＣＯＧ及びＢＯＦＧと接することによって合成／還元ガス５５０を生成する。この場合もやはり、バッスルガス及び遷移帯ガス内でＣＯＧを使用することは、結果として生じるＤＲＩの炭素含有量を制御可能として、シャフト炉内のベッドの温度を制御可能とする。
【００３８】
本明細書にて記載したＣＯＧ及びＢＯＦＧに加えて（つまり、代わりに）本発明のシステム及び方法は他のガス状炭化水素、液状炭化水素（つまり、ナフサ、ディーゼル燃料）、固体炭化水素、プロパン、バイオマス等とともに使用してもよいことを理解されたい。このような代替の動作態様も本明細書にて考慮されている。
【００３９】
本発明につき、好適な実施形態とその特定の実施例に関して例示し、記載したが、本技術分野の通常の技能を有する者には、これらの実施形態、実施例の組み合わせ及び、他の実施形態、実施例により類似の機能を実施することができ、それとともに、または類似の結果を得ることが可能であることは容易に理解できるであろう。このような等価な実施形態、実施例は全て本発明の精神及び範囲内であり、またそれから予期されるものであり、以下の請求の範囲によって包含されることを意図するものである。
【００４０】
関連出願の相互参照
本特許出願／特許は、「コークス炉ガス及び転炉ガスを用いて酸化鉄を金属鉄に還元するシステム及び方法」と称する、２０１２年１月３１日に出願された、同時に係属している米国特許出願第１３／３６３，０４４号の一部継続出願であり、「コークス炉ガス及び転炉ガスを用いて酸化鉄を金属鉄に還元するシステム及び方法」と称する、２０１１年５月１３日に出願された、同時に係属している米国特許出願第１３／１０７，０１３号の一部継続出願であり、「コークス炉ガス及び転炉ガスを用いて酸化鉄を金属鉄に還元するシステム及び方法」と称する、２０１０年５月１４日に出願された、米国仮特許出願第６１／３３４，７８６号の優先権を主張し、そのすべての内容を本願に参照として援用する。
【図１】
2016529384.tif 000004
【図２】
2016529384.tif 000005
【図３】
2016529384.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年1月21日(2016.1.21)
【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】
コークス炉ガス（ＣＯＧ）を用いて酸化鉄を金属鉄に還元する方法であって、
直接還元シャフト炉から炉頂ガス流を供給することと、
改質器にて前記炉頂ガス流を用いて天然ガスを改質して還元ガス流を生成し、前記酸化鉄を前記金属鉄に還元すべく前記直接還元シャフト炉へ前記還元ガス流を供給することと、
前記改質器へＣＯＧ流を燃料として供給することと、
ＣＯＧ流を前記改質器に燃料として供給することと、
前記ＣＯＧ流を前記改質器に燃料として供給する前に、当該ＣＯＧ流を予熱器で予熱することと、
前記改質器から二酸化炭素及び窒素の少なくとも一方を排気すること、及び前記予熱器を通じて二酸化炭素及び窒素の少なくとも一方を排気することの少なくとも一方、
を含む方法。
【請求項２】
請求項１の方法であって、前記予熱したＣＯＧ流の一部をバッスルガス及び遷移帯ガスの少なくとも一方として前記直接還元シャフト炉へ供給することをさらに含む方法。
【請求項３】
請求項２の方法であって、前記バッスルガスに酸素を加えることをさらに含む方法。
【請求項４】
請求項１の方法であって、前記炉頂ガス流の一部で前記予熱器を燃焼させることをさらに含む方法。
【請求項５】
請求項１の方法であって、前記改質器からの廃熱を利用して前記予熱器で前記ＣＯＧ流を予熱することをさらに含む方法。
【請求項６】
コークス炉ガス（ＣＯＧ）を用いて酸化鉄を金属鉄に還元する方法であって、
直接還元シャフト炉から炉頂ガス流を供給することと、
二酸化炭素除去ユニットを用いて前記炉頂ガス流から二酸化炭素を除去することと、
ガス加熱器で前記炉頂ガス流を加熱して還元ガス流を生成し、前記酸化鉄を前記金属鉄に還元すべく前記還元ガス流を前記直接還元シャフト炉へ供給することと、
ＣＯＧ流を合成ガス流として前記還元ガス流に加えることと、
を含む方法。
【請求項７】
請求項６の方法であって、前記ＣＯＧ流を前記合成ガス流として前記還元ガス流に加える前に予熱器で前記ＣＯＧ流を予熱することをさらに含む方法。
【請求項８】
請求項７の方法であって、熱反応システムで前記予熱されたＣＯＧ流を反応させて前記合成ガス流を生成することをさらに含む方法。
【請求項９】
請求項８の方法であって、前記熱反応システムが酸素及び燃料を利用する高温酸素バーナー及びノズルを有する方法。
【請求項１０】
請求項９の方法であって、前記酸素は空気分離プラントから送られて来る方法。
【請求項１１】
請求項９の方法であって、前記燃料は前記炉頂ガス流の一部を有する方法。
【請求項１２】
請求項７の方法であって、前記炉頂ガス流の一部で前記予熱器を燃焼させることをさらに含む方法。
【請求項１３】
請求項７の方法であって、前記予熱されたＣＯＧ流の一部をバッスルガス及び遷移帯ガスの少なくとも一方として前記直接還元シャフト炉へ供給することをさらに含む方法。
【請求項１４】
請求項１３の方法であって、前記バッスルガスへ酸素を加えることをさらに含む方法。
【請求項１５】
請求項６の方法であって、前記ＣＯＧ流の一部を燃料として前記ガス加熱器へ供給することをさらに含む方法。
【請求項１６】
請求項６の方法であって、ボイラ内で前記炉頂ガス流を用いて蒸気を発生させて、前記蒸気を前記二酸化炭素除去ユニットで利用することをさらに含む方法。
【請求項１７】
請求項６の方法であって、前記炉頂ガス流の一部を燃料として前記ガス加熱器へ供給することをさらに含む方法。
【請求項１８】
コークス炉ガス（ＣＯＧ）を用いて酸化鉄を金属鉄に還元する方法であって、
直接還元シャフト炉から炉頂ガス流を供給することと、
二酸化炭素除去ユニットを用いて前記炉頂ガス流から二酸化炭素を除去して二酸化炭素リーンガス流を生成することと、
ＣＯＧ合成ガス流を前記二酸化炭素リーンガス流に加えて複合ガス流を生成することと、
サチュレーターを用いて前記複合ガス流から湿分を除去して湿分制御複合ガス流を生成することと、
ガス加熱器で前記湿分制御複合ガス流を加熱して還元ガス流を生成し、前記酸化鉄を前記金属鉄に還元すべく前記還元ガス流を前記直接還元シャフト炉へ供給することと、
を含む方法。
【請求項１９】
請求項１８の方法であって、熱交換器でＣＯＧ流を予熱することをさらに含む方法。
【請求項２０】
請求項１９の方法であって、熱反応システムで前記予熱されたＣＯＧ流を反応させて前記ＣＯＧ合成ガス流を生成することをさらに含む方法。
【請求項２１】
請求項２０の方法であって、前記熱反応システムが酸素及び燃料を利用する高温酸素バーナー及びノズルを有する方法。
【請求項２２】
請求項２１の方法であって、前記酸素は空気分離プラントから送られて来る方法。
【請求項２３】
請求項２１の方法であって、前記燃料は前記炉頂ガス流の一部を有する方法。
【請求項２４】
請求項２０の方法であって、ボイラと前記熱交換器で前記予熱され及び反応させたＣＯＧ流を冷却して前記ＣＯＧ合成ガス流を生成することをさらに含む方法。
【請求項２５】
請求項２０の方法であって、前記予熱され及び反応させたＣＯＧ流を用いて第２ボイラで蒸気を発生させて、前記蒸気を前記二酸化炭素除去ユニットで利用することをさらに含む方法。
【請求項２６】
請求項１９の方法であって、前記ＣＯＧ流の一部を燃料として前記ガス加熱器へ供給することをさらに含む方法。
【請求項２７】
請求項１９の方法であって、前記熱交換器が前記予熱されたＣＯＧ合成ガス流との相互交換によって動作する方法。
【請求項２８】
請求項１９の方法であって、前記予熱されたＣＯＧ流の一部をバッスルガス及び遷移帯ガスの少なくとも一方として前記直接還元シャフト炉へ供給することをさらに含む方法。
【請求項２９】
請求項１８の方法であって、前記炉頂ガス流を用いて第１ボイラで蒸気を発生させて、前記蒸気を前記二酸化炭素除去ユニットで利用することをさらに含む方法。
【請求項３０】
請求項１８の方法であって、前記炉頂ガス流の一部を燃料として前記ガス加熱器へ供給することをさらに含む方法。
【請求項３１】
請求項１８の方法であって、前記還元ガス流へ酸素を加えることをさらに含む方法。
【請求項３２】
コークス炉ガス（ＣＯＧ）またはＣＯＧ及び転炉ガス（ＢＯＦＧ）を用いて酸化鉄を金属鉄に還元する方法であって、
ＣＯＧまたはＣＯＧ及びＢＯＦＧ流を供給することと、
熱交換器で前記ＣＯＧまたはＣＯＧ及びＢＯＦＧ流を予熱することと、
熱反応システムで前記予熱したＣＯＧまたはＣＯＧ及びＢＯＦＧ流を反応させて還元ガス流を生成することと、
前記酸化鉄を前記金属鉄に還元すべく前記還元ガス流を直接還元シャフト炉へ供給することと、
前記予熱されたＣＯＧまたはＣＯＧ及びＢＯＦＧ流の一部を、バッスルガス及び遷移帯ガスの少なくとも一方として前記直接還元シャフト炉に供給することと、
を含む方法。
【請求項３３】
請求項３２の方法であって、前記熱反応システムが酸素及び燃料を利用する高温酸素バーナー及びノズルを有する方法。
【請求項３４】
請求項３３の方法であって、前記酸素は空気分離プラントから送られて来る方法。
【請求項３５】
請求項３３の方法であって、前記燃料は、前記熱交換器で冷却されて洗浄器で洗浄された、前記直接還元シャフト炉から得た炉頂ガス流の一部を有する方法。
【請求項３６】
請求項３５の方法であって、前記ＣＯＧまたはＣＯＧ及びＢＯＦＧ流が前記炉頂ガス流との相互交換によって前記熱交換器で予熱されることを含む方法。
【請求項３７】
請求項３５の方法であって、前記冷却／洗浄された炉頂ガス流の残部を発電システム及び製鋼所の少なくとも一方で利用することをさらに含む方法。
【国際調査報告】
2016529384.tif 000011