(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素および一酸化炭素を含むガスを燃焼することにより、前記ガス中の前記一酸化炭素を二酸化炭素に変換して、第１ガスを得る燃焼炉を含む第１ガス生成部と、
前記第１ガス中に含まれる酸素を除去する酸素除去装置と、
二酸化炭素を還元する金属酸化物を含む還元剤であって、前記二酸化炭素との接触により酸化された前記還元剤を、還元する還元物質を含む還元ガスを供給する還元ガス供給部と、
前記酸素除去装置および前記還元ガス供給部の少なくとも一方にそれぞれ接続された複数の反応器と、前記反応器内に配置された前記還元剤とを備え、各前記反応器に供給する酸素除去後の前記第１ガスと前記還元ガスとを切換可能または前記反応器同士の間で前記還元剤を移動可能な反応部とを有し、
前記反応器に供給された前記酸素除去後の第１ガスを前記還元剤に接触させ、前記二酸化炭素を一酸化炭素に変換させることにより得られた、前記一酸化炭素を主成分とする第２ガスを、前記第１ガス生成部と同一または異なる溶解炉に供給するように構成されていることを特徴とする製鉄システム。
【請求項２】
前記ガスは、製鉄所または精錬所に関連する炉から排出される排ガスである請求項１に記載の製鉄システム。
【請求項３】
前記製鉄所または精錬所に関連する炉は、高炉または転炉である請求項２に記載の製鉄システム。
【請求項４】
さらに、前記第１ガス生成部と前記反応部との間に配置され、前記第１ガス中に含まれる前記二酸化炭素の濃度を高める濃縮部を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の製鉄システム。
【請求項５】
前記濃縮部から排出された前記第１ガス中に含まれる前記二酸化炭素の濃度は、前記第１ガス全体に対して７０体積％以上である請求項４に記載の製鉄システム。
【請求項６】
前記第２ガス中に含まれる前記一酸化炭素の濃度は、前記第２ガス全体に対して７０体積％以上である請求項１〜５のいずれか１項に記載の製鉄システム。
【請求項７】
さらに、前記溶解炉に供給する前の前記第２ガスを加熱する第２ガス加熱部を有する請求項１〜６のいずれか１項に記載の製鉄システム。
【請求項８】
前記第２ガス加熱部による加熱後の前記第２ガスの温度は、５００〜１３００℃である請求項７に記載の製鉄システム。
【請求項９】
さらに、前記反応器に供給する前の前記第１ガスを加熱する第１ガス加熱部を有する請求項１〜８のいずれか１項に記載の製鉄システム。
【請求項１０】
さらに、前記反応器に供給する前の前記還元ガスを加熱する還元ガス加熱部を有する請求項１〜９のいずれか１項に記載の製鉄システム。
【請求項１１】
前記反応器に供給する前記第１ガスの温度をＸ［℃］とし、前記反応器に供給する前記還元ガスの温度をＹ［℃］としたとき、｜Ｘ−Ｙ｜は０〜２５なる関係を満足する請求項１〜１０のいずれか１項に記載の製鉄システム。
【請求項１２】
さらに、前記還元剤に前記第１ガスまたは前記還元ガスを接触させる際に、前記還元剤の温度を調整する還元剤温調部を有する請求項１〜１１のいずれか１項に記載の製鉄システム。
【請求項１３】
前記還元ガスは、前記還元物質として水素を含み、
前記還元ガス供給部は、水の電気分解により前記水素を発生させる水素発生装置または副生水素を前記水素として発生させる水素発生装置を備える請求項１〜１２のいずれか１項に記載の製鉄システム。
【請求項１４】
前記金属酸化物は、第３族〜第１２族に属する金属元素から選択される少なくとも１種を含有する請求項１〜１３のいずれか１項に記載の製鉄システム。
【請求項１５】
さらに、各前記反応器の下流側に接続された精製器を有し、
前記精製器は、精製器本体と、該精製器本体内に配置され、前記還元剤との接触により生成した前記還元物質の酸化物と前記還元物質との分離、および、前記一酸化炭素と前記二酸化炭素との分離のうちの少なくとも一方が可能な分離筒とを備える請求項１〜１４のいずれか１項に記載の製鉄システム。
【請求項１６】
二酸化炭素を還元する金属酸化物を含む還元剤を内部に配置した複数の反応器と、前記二酸化炭素との接触により酸化された前記還元剤を還元する還元物質を含む還元ガスとを準備し、
二酸化炭素および一酸化炭素を含むガス中の前記一酸化炭素を、燃焼炉を含む第１ガス生成部において燃焼することにより二酸化炭素に変換して、第１ガスを得、
前記第１ガス中に含まれる酸素を除去し、
酸素除去後の前記第１ガスと前記還元ガスとを供給する前記反応器を切り換えるか、または、前記反応器同士の間で前記還元剤を移動させることにより、各前記反応器内において前記還元剤に前記酸素除去後の第１ガスと前記還元ガスとを交互に接触させて、前記二酸化炭素を一酸化炭素に変換させて、前記一酸化炭素を主成分とする第２ガスを得るとともに、前記酸化された還元剤を還元し、
前記反応器から排出された前記第２ガスを、前記第１ガス生成部と同一または異なる溶解炉に供給することを特徴とする製鉄方法。
【請求項１７】
前記ガスは、製鉄所または精錬所に関連する炉から排出される排ガスである請求項１６に記載の製鉄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鉄システムおよび製鉄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、温室効果ガスの一種である二酸化炭素（ＣＯ２）は、その大気中の濃度が上昇を続けている。大気中の二酸化炭素の濃度の上昇は、地球温暖化を助長する。したがって、大気中に放出される二酸化炭素を回収することは重要であり、さらに回収した二酸化炭素を有価物質に変換して再利用できれば、炭素循環社会を実現することができる。
また、地球規模の施策としても、気候変動に関する国際連合枠組条約の京都議定書にもあるように、地球温暖化の原因となる二酸化炭素について、先進国における削減率を、１９９０年を基準として各国別に定め、共同で約束期間内に削減目標値を達成することが定められている。
【０００３】
その削減目標を達成するため、製鉄所、精錬所または火力発電所から発生した二酸化炭素を含む排気ガスも対象となっており、これらの業界における二酸化炭素の削減に関して、様々な技術改良が行われている。
例えば、特許文献１には、高炉から排出された高炉ガスを、二酸化炭素と一酸化炭素とに分離する１回目の分離操作を行い、分離された二酸化炭素を一酸化炭素に変換（改質）して改質ガスを得た後、再度、改質ガスを、二酸化炭素と一酸化炭素とに分離する２回目の分離操作を行い、１回目および２回目の分離操作で分離された一酸化炭素を合流させて、還元剤として高炉に吹き込むことが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許５６４０７８６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、発明者らの検討によると、特許文献１に記載の方法では、分離操作を、加熱、冷却や減圧により、二酸化炭素および一酸化炭素のそれぞれについて行うため、エネルギー効率が低い。
そこで、本発明の目的は、二酸化炭素の排出量が効率的に低減された製鉄システムおよび製鉄方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
【０００７】
（１）  本発明の製鉄システムは、二酸化炭素および一酸化炭素を含むガス中の前記一酸化炭素を二酸化炭素に変換して、第１ガスを得る第１ガス生成部と、
二酸化炭素を還元する金属酸化物を含む還元剤であって、前記二酸化炭素との接触により酸化された前記還元剤を、還元する還元物質を含む還元ガスを供給する還元ガス供給部と、
前記第１ガス生成部および前記還元ガス供給部の少なくとも一方にそれぞれ接続された複数の反応器と、前記反応器内に配置された前記還元剤とを備え、各前記反応器に供給する前記第１ガスと前記還元ガスとを切換可能または前記反応器同士の間で前記還元剤を移動可能な反応部とを有し、
前記反応器に供給された前記第１ガスを前記還元剤に接触させ、前記二酸化炭素を一酸化炭素に変換させることにより得られた、前記一酸化炭素を主成分とする第２ガスを溶解炉に供給するように構成されていることを特徴とする。
（２）  本発明の製鉄システムでは、前記ガスは、製鉄所または精錬所に関連する炉から排出される排ガスであることが好ましい。
【０００８】
（３）  本発明の製鉄システムは、さらに、前記第１ガス生成部と前記反応部との間に配置され、前記第１ガス中に含まれる前記二酸化炭素の濃度を高める濃縮部を有することが好ましい。
（４）  本発明の製鉄システムでは、前記濃縮部から排出された前記第１ガス中に含まれる前記二酸化炭素の濃度は、前記第１ガス全体に対して７０体積％以上であることが好ましい。
（５）  本発明の製鉄システムでは、前記第１ガス生成部は、前記ガスを燃焼する燃焼炉を含むことが好ましい。
【０００９】
（６）  本発明の製鉄システムでは、前記第２ガス中に含まれる前記一酸化炭素の濃度は、前記第２ガス全体に対して７０体積％以上であることが好ましい。
（７）  本発明の製鉄システムは、さらに、前記溶解炉に供給する前の前記第２ガスを加熱する第２ガス加熱部を有することが好ましい。
（８）  本発明の製鉄システムでは、前記第２ガス加熱部による加熱後の前記第２ガスの温度は、５００〜１３００℃であることが好ましい。
【００１０】
（９）  本発明の製鉄システムは、さらに、前記反応器に供給する前の前記第１ガスを加熱する第１ガス加熱部を有することが好ましい。
（１０）  本発明の製鉄システムは、さらに、前記反応器に供給する前の前記還元ガスを加熱する還元ガス加熱部を有することが好ましい。
（１１）  本発明の製鉄システムでは、前記反応器に供給する前記第１ガスの温度をＸ［℃］とし、前記反応器に供給する前記還元ガスの温度をＹ［℃］としたとき、｜Ｘ−Ｙ｜は０〜２５なる関係を満足することが好ましい。
【００１１】
（１２）  本発明の製鉄システムは、さらに、前記還元剤に前記第１ガスまたは前記還元ガスを接触させる際に、前記還元剤の温度を調整する還元剤温調部を有することが好ましい。
（１３）  本発明の製鉄システムでは、前記還元ガスは、前記還元物質として水素を含み、
前記還元ガス供給部は、水の電気分解により前記水素を発生させる水素発生装置または副生水素を前記水素として発生させる水素発生装置を備えることが好ましい。
（１４）  本発明の製鉄システムでは、前記金属酸化物は、第３族〜第１２族に属する金属元素から選択される少なくとも１種を含有することが好ましい。
【００１２】
（１５）  本発明の製鉄システムは、さらに、各前記反応器の下流側に接続された精製器を有し、
前記精製器は、精製器本体と、該精製器本体内に配置され、前記還元剤との接触により生成した前記還元物質の酸化物と前記還元物質との分離、および、前記一酸化炭素と前記二酸化炭素との分離のうちの少なくとも一方が可能な分離筒とを備えることが好ましい。
【００１３】
（１６）  本発明の製鉄方法は、二酸化炭素を還元する金属酸化物を含む還元剤を内部に配置した複数の反応器と、前記二酸化炭素との接触により酸化された前記還元剤を還元する還元物質を含む還元ガスとを準備し、
二酸化炭素および一酸化炭素を含むガス中の前記一酸化炭素を二酸化炭素に変換して、第１ガスを得、
前記第１ガスと前記還元ガスとを供給する前記反応器を切り換えるか、または、前記反応器同士の間で前記還元剤を移動させることにより、各前記反応器内において前記還元剤に前記第１ガスと前記還元ガスとを交互に接触させて、前記二酸化炭素を一酸化炭素に変換させて、前記一酸化炭素を主成分とする第２ガスを得るとともに、前記酸化された還元剤を還元し、
前記反応器から排出された前記第２ガスを溶解炉に供給することを特徴とする。
（１７）  本発明の製鉄方法では、前記ガスは、製鉄所または精錬所に関連する炉から排出される排ガスであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、二酸化炭素の排出量を効率的に低減しつつ製鉄が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の製鉄システムの一実施形態を示す概略図である。
【図２】図１の製鉄システムにおけるガス製造装置の一実施形態を示す概略図である。
【図３】図２の反応器の構成を模式的に示す断面図である。
【図４】図２の供給ガス加熱部の構成を示す概略図である。
【図５】還元剤加熱部の構成を示す概略図である。
【図６】還元剤加熱部の他の構成を示す概略図である。
【図７】ガス製造装置と排ガス設備との接続部付近の構成を示す概略図である。
【図８】本発明の製鉄システムにおけるガス製造装置の他の実施形態を示す概略図である。
【図９】図８の精製器の構成を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の製鉄システムおよび製鉄方法について、添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜全体構成＞
図１は、本発明の製鉄システムの一実施形態を示す概略図であり、図２は、図１の製鉄システムにおけるガス製造装置の一実施形態を示す概略図であり、図３は、図２の反応器の構成を模式的に示す断面図であり、図４は、図２の供給ガス加熱部の構成を示す概略図である。
図１に示す製鉄システム１００は、高炉（溶解炉）２００と、煙突３００と、高炉２００と煙突３００とを接続するガスライン４００とを有する排ガス設備と、ガスライン４００の途中から分岐する供給ライン５００と、接続部２を介して供給ライン５００に接続されたガス製造装置１と、ガス製造装置１と高炉２００とを接続する返還ライン６００とを備えている。
なお、本明細書中では、ガスの流れ方向に対して上流側を単に「上流側」、下流側を単に「下流側」とも記載する。
【００１７】
本実施形態では、高炉２００から排出されるガスを利用する構成であるが、例えば、製鉄所または精錬所に付属するその他の炉であってもよい。好ましい他の炉としては、転炉等が挙げられる。各炉では、内容物の溶融、精錬等の際に、排ガスが生成（発生）する。排ガスは、通常、二酸化炭素および一酸化炭素に加えて、窒素、酸素、水蒸気、メタン等の他のガス成分を含む。
高炉からの排ガス（高炉ガス）は、高炉において銑鉄を製造する際に発生するガスであり、二酸化炭素が１０〜１５体積％、窒素が５５〜６０体積％、一酸化炭素が２５〜３０体積％、水素が１〜５体積％で含まれる。
また、転炉からの排ガス（転炉ガス）は、転炉において鋼を製造する際に発生するガスであり、二酸化炭素が１５〜２０体積％、一酸化炭素が５０〜６０体積％、窒素が１５〜２５体積％、水素が１〜５体積％で含まれる。
これらの排ガスを使用すれば、従来、大気中に排出していた二酸化炭素を有効利用することができ、環境への負荷を低減することができる。
【００１８】
ガスライン４００の途中には、処理器として、第１ガス生成部４１０と濃縮部４２０とが、この順に上流側から配置されている。
第１ガス生成部４１０は、二酸化炭素および一酸化炭素を含む高炉ガス中の一酸化炭素を二酸化炭素に変換して、第１ガスを生成する。
この第１ガス生成部４１０は、例えば、燃焼炉（燃焼ボイラー）、低温分離方式（深冷方式）の分離器、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）方式の分離器、膜分離方式の分離器、温度スイング吸着（ＴＳＡ）方式の分離器、アミン吸収式の分離器、アミン吸着式の分離器等を含んで構成することができる。これらの中でも、第１ガス生成部４１０は、高炉ガスを燃焼する燃焼炉で構成することが好ましい。燃焼炉によれば、比較的簡単な設備で、一酸化炭素の二酸化炭素への変換を効率よく行うことができる。すなわち、燃焼炉を使用すれば、高いエネルギー効率で第１ガスを生成することができる。
高炉ガスを燃焼炉で燃焼した場合、二酸化炭素が５〜１５体積％、窒素が６０〜７０体積％、酸素が５〜１０体積％、水蒸気が１５〜２５体積％で含まれる第１ガスが生成する。
【００１９】
濃縮部４２０は、第１ガス生成部４１０とガス製造装置１（後述する反応部４）との間に配置され、第１ガス中に含まれる二酸化炭素の濃度を高める。
なお、第１ガス生成部４１０の構成等によっては、第１ガス生成部４１０から排出される第１ガス中に含まれる二酸化炭素の濃度が十分に高い場合がある。この場合、濃縮部４２０は省略することができる。
この濃縮部４２０は、例えば、膜分離型の連続式の分離器、膜分離型の圧力スイング吸着（ＰＳＡ）方式の分離器、アミン吸収式の分離器、アミン吸着式の分離器等を含んで構成することができる。これらの中でも、濃縮部４２０は、アミン吸収式の分離器で構成することが好ましい。アミン吸収式の分離器を使用することにより、濃縮した二酸化炭素の濃度が十分に高くなり、反応部４で二酸化炭素を一酸化炭素へ変換する際に、副生成物が生成し難くすることができる。
【００２０】
濃縮部４２０から排出された第１ガス中に含まれる二酸化炭素の濃度は、第１ガス全体に対して７０体積％以上であることが好ましく、８０体積％以上であることがより好ましく、９０体積％以上であることがさらに好ましく、９５体積％以上であることが特に好ましい。これにより、ガス製造装置１における一酸化炭素を主成分とする第２ガスの製造効率を高めることができる。
第１ガス中に含まれる二酸化炭素の濃度の上限は、１００体積％であってもよいが、現実的には、９９体積％以下であってもよく、９８体積％以下であってもよい。この場合、濃縮部４２０の構成を複雑化させたり、装置の作製コストを増大させることなく、第２ガスを製造することができる。
【００２１】
ガスライン４００は、第１ガスを排ガスとして放出する煙突３００に接続されている。
ガスライン４００の途中であって、濃縮部４２０と煙突３００との間において、ガスライン４００に供給ライン５００が接続（分岐）されている。
なお、ガスライン４００を構成する配管は、通常、水平方向（地面）に沿って配設（延設）される。この場合、供給ライン５００を構成する配管は、ガスライン４００を構成する配管に対してほぼ直交し、鉛直方向に沿って配設（延設）されることが好ましい。かかる構成によれば、仮に、第１ガスが冷却されて凝縮水が生じた場合でも、供給ライン５００に取り出される第１ガスに凝縮水が混入するのを防止することができる。
【００２２】
＜ガス製造装置＞
ガス製造装置１は、供給ライン５００および接続部２を介して供給される第１ガス（好ましくは二酸化炭素の濃度が７０体積％以上の第１ガス）と、二酸化炭素を還元する金属酸化物を含む還元剤とを接触させて、一酸化炭素を主成分とする第２ガス（合成ガス）を製造する。
ガス製造装置１は、図２に示すように、主に、接続部２と、還元ガス供給部３と、２つの反応器４ａ、４ｂと、接続部２と各反応器４ａ、４ｂとを接続するガスラインＧＬ１と、還元ガス供給部３と各反応器４ａ、４ｂとを接続するガスラインＧＬ２と、各反応器４ａ、４ｂに接続されたガスラインＧＬ４とを有している。
本実施形態では、接続部２が、第１ガスを反応器４ａ、４ｂに供給するガス供給部を構成している。
なお、必要に応じて、ガスラインＧＬ１、ガスラインＧＬ２およびガスラインＧＬ４の途中の所定の箇所には、ガスを移送するためのポンプを配置してもよい。例えば、後述する圧縮部６で第１ガスの圧力を比較的低く調整する場合には、ポンプを配置することにより、ガス製造装置１内でガスを円滑に移送することができる。
【００２３】
ガスラインＧＬ１は、その一端部において接続部２に接続されている。一方、ガスラインＧＬ１は、その他端部において、ガス切換部８および２つのガスラインＧＬ３ａ、ＧＬ３ｂを介して、それぞれ反応部４が備える反応器４ａ、４ｂの入口ポートに接続されている。
かかる構成により、接続部２を介して供給された第１ガスは、ガスラインＧＬ１を通過して、各反応器４ａ、４ｂに供給される。
ガス切換部８は、例えば、分岐ガスラインと、この分岐ガスラインの途中に設けられたバルブのような流路開閉機構とを含んで構成することができる。
【００２４】
各反応器４ａ、４ｂは、図３に示すように、還元剤４Ｒをそれぞれ充填した複数の管体４１と、複数の管体４１を収納したハウジング４２とを備える多管式の反応装置（固定層式の反応装置）で構成されている。かかる多管式の反応装置によれば、還元剤４Ｒと第１ガスおよび還元ガスとの接触の機会を十分に確保することができる。その結果、第２ガスの製造効率を高めることができる。
本実施形態の還元剤４Ｒは、例えば、粒子状（顆粒状）、鱗片状、ペレット状等であることが好ましい。かかる形状の還元剤４Ｒであれば、管体４１への充填効率を高めることができ、管体４１内に供給されるガスとの接触面積をより増大させることができる。
還元剤４Ｒが粒子状である場合、その体積平均粒径は、特に限定されないが、１〜５０ｍｍであることが好ましく、３〜３０ｍｍであることがより好ましい。この場合、還元剤４Ｒと第１ガス（二酸化炭素）との接触面積をさらに高め、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率をより向上させることができる。同様に、還元物質を含む還元ガスによる還元剤４Ｒの再生（還元）もより効率よく行うことができる。
粒子状の還元剤４Ｒは、より球形度が高まることから、転動造粒により製造された成形体であることが好ましい。
【００２５】
また、還元剤４Ｒは、担体に担持させるようにしてもよい。担体の構成材料としては、第１ガス（排ガス）や反応条件等に応じて変性し難いものであればよく、特に限定されないが、例えば、炭素材料（グラファイト、グラフェン等）、ゼオライト、モンモリロナイト、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ｖ２Ｏ５、ＭｇＯ、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ、および、それら材料の複合酸化物等が挙げられる。これらの中でも、ゼオライト、モンモリロナイト、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ｖ２Ｏ５、ＭｇＯ、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ、および、それら材料の複合酸化物が好ましい。かかる材料で構成される担体は、還元剤４Ｒの反応に悪影響を及ぼさず、還元剤４Ｒの担持能に優れる点で好ましい。ここで、担体は、還元剤４Ｒの反応には関与せず、還元剤４Ｒを単に支持（保持）する。かかる形態の一例としては、担体の表面の少なくとも一部を還元剤４Ｒで被覆する構成が挙げられる。
【００２６】
還元剤４Ｒに含まれる金属酸化物（酸素キャリア）は、二酸化炭素を還元することができれば、特に限定されないが、第３族〜第１２族に属する金属元素から選択される少なくとも１種を含有することが好ましく、第４族〜第１２属に属する金属元素から選択される少なくとも１種を含有することがより好ましく、チタニウム、バナジウム、鉄、銅、亜鉛、ニッケル、マンガン、クロミウムおよびセリウム等のうちの少なくとも１種を含有することがさらに好ましく、鉄を含有する金属酸化物または複合酸化物が特に好ましい。これらの金属酸化物は、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率が特に良好なため有用である。
【００２７】
また、各反応器４ａ、４ｂにおいて、還元剤４Ｒ（金属酸化物）自体で管体（円筒状の成形体）４１を作製してもよい。さらに、還元剤４Ｒで、ブロック状、格子状（例えば、網状、ハニカム状）等の成形体を作製し、ハウジング４２内に配置するようにしてもよい。これらの場合、充填剤としての還元剤４Ｒは省略するようにしてもよいし、併用してもよい。
これらの中では、還元剤４Ｒで網状体を作製し、ハウジング４２内に配置する構成が好ましい。かかる構成の場合、各反応器４ａ、４ｂ内で第１ガスおよび還元ガスの通過抵抗が高まるのを防止しつつ、還元剤４Ｒと第１ガスおよび還元ガスとの接触の機会を十分に確保することもできる。
なお、２つの反応器４ａ、４ｂの容積は、互いにほぼ等しく設定され、処理する第１ガスの量（炉のサイズやガス製造装置１のサイズ）に応じて、適宜設定される。
【００２８】
ガスラインＧＬ１の途中には、接続部２側から順に、濃度調整部（分離回収部）５と、圧縮部６と、微成分除去部７と、供給ガス加熱部（第１ガス加熱部）１０とが設けられている。
濃度調整部５は、第１ガス中に含まれる二酸化炭素の濃度を高める（換言すれば、二酸化炭素を濃縮する）ように調整する。第１ガスは、酸素等の不要ガス成分も含む。濃度調整部５で第１ガス中に含まれる二酸化炭素の濃度を高めることにより、第１ガス中に含まれる不要ガス成分の濃度を相対的に低くすることができる。このため、還元剤４Ｒによる二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率に、不要ガス成分が悪影響を及ぼすのを防止または抑制することができる。
濃度調整部５は、第１ガス中に含まれる酸素を除去する酸素除去装置により構成することが好ましい。これにより、ガス製造装置１に持ち込まれる酸素の量を低減すること（すなわち、第１ガス中に含まれる酸素の濃度を低くなるように調整すること）ができる。このため、第１ガスのガス組成を爆発範囲から乖離させ、第１ガスの引火を未然に防止することができる。なお、ガス製造装置１の中でも、酸素除去装置での電気エネルギーの消費が大きいため、後述するような再生可能エネルギーとしての電力を使用することが有効である。
【００２９】
この場合、第１ガス中に含まれる酸素の濃度を、第１ガス全体に対して１体積％未満に調整することが好ましく、０．５体積％未満に調整することがより好ましく、０．１体積％未満に調整することがさらに好ましい。これにより、第１ガスの引火をより確実に防止することができる。
第１ガス中に含まれる酸素を除去する酸素除去装置は、低温分離方式（深冷方式）の分離器、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）方式の分離器、膜分離方式の分離器、温度スイング吸着（ＴＳＡ）方式の分離器、化学吸収方式の分離器、化学吸着方式の分離器等のうちの１種または２種以上を用いて構成することができる。
なお、濃度調整部５では、第１ガス中に二酸化炭素を追加することにより、二酸化炭素が高濃度になるように調整してもよい。
【００３０】
圧縮部６は、反応器４ａ、４ｂに供給する前の第１ガスの圧力を上昇させる。これにより、反応器４ａ、４ｂで一度に処理可能な第１ガスの量を増大させることができる。このため、反応器４ａ、４ｂにおける二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率をより向上させることができる。
かかる圧縮部６は、例えば、遠心式圧縮機、軸流式圧縮機のようなターボ圧縮機、往復動圧縮機（レシプロ圧縮機）、ダイアフラム式圧縮機、シングルスクリュー圧縮機、ツインスクリュー圧縮機、スクロール圧縮機、ロータリー圧縮機、ロータリーピストン型圧縮機、スライドベーン型圧縮機のような容積圧縮機、低圧に対応可能なルーツブロワー（二葉送風機）、遠心式のブロワー等で構成することができる。
【００３１】
これらの中でも、圧縮部６は、製鉄システム１００の大規模化の容易性の観点からは、遠心式圧縮機で構成することが好ましく、製鉄システム１００の製造コストを低減する観点からは、往復動圧縮機で構成することが好ましい。
圧縮部６を通過した後の第１ガスの圧力は、特に限定されないが、０〜１ＭＰａＧであることが好ましく、０〜０．５ＭＰａＧであることがより好ましく、０．０１〜０．５ＭＰａＧであることがさらに好ましい。この場合、ガス製造装置１の耐圧性を必要以上に高めることなく、反応器４ａ、４ｂにおける二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率をさらに向上させることができる。
【００３２】
微成分除去部７は、第１ガス中に含まれる微成分（微量な不要ガス成分等）を除去する。
かかる微成分除去部７は、例えば、気液分離器、保護器（ガードリアクター）およびスクラバー（吸収塔）のうちの少なくとも１種の処理器で構成することができる。
複数の処理器を使用する場合、それらの配置順序は任意であるが、気液分離器と保護器とを組み合わせて使用する場合、気液分離器を保護器より上流側に配置するのが好ましい。この場合、第１ガス中からの微成分の除去効率をより高めることができるとともに、保護器の使用期間（寿命）を延長することができる。
【００３３】
気液分離器は、例えば、圧縮部６で第１ガスを圧縮した際に生じる凝縮水（液体）を第１ガスから分離する。この場合、凝縮水中には、第１ガス中に残存する不要ガス成分等も溶解して除去される。
気液分離器は、例えば、単なる容器、旋回流式分離器、遠心分離器、表面張力式分離器等で構成することができる。これらの中でも、気液分離器は、構成が単純であり、安価であること等から、単なる容器で構成することが好ましい。この場合、容器内の気液界面には、気体の通過は許容するが、液体の通過を阻止するフィルタを配置するようにしてもよい。
また、この場合、容器の底部には、液体ラインを接続し、その途中にバルブを設けるようにしてもよい。かかる構成によれば、容器内に貯留された凝縮水は、バルブを開放することにより、液体ラインを介して、ガス製造装置１外に排出することができる。
なお、液体ラインを後述するタンク３０に接続して、排出する凝縮水を再利用するようにしてもよい。
【００３４】
気液分離器で凝縮水が除去された第１ガスは、例えば、保護器に供給するように構成することができる。
かかる保護器は、第１ガス中に含まれる微成分であって、還元剤４Ｒとの接触により還元剤４Ｒの活性を低下させる成分（不活化成分）を捕捉可能な物質を備えていることが好ましい。
かかる構成によれば、第１ガスが保護器を通過する際に、保護器内の物質が不活化成分と反応（捕捉）することにより、反応器４ａ、４ｂ内の還元剤４Ｒに到達するのを阻止または抑制して保護すること（すなわち、活性の低下を防止すること）ができる。このため、還元剤４Ｒによる二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率が、不活化成分の悪影響により極端に低下するのを防止または抑制することができる。
【００３５】
かかる物質には、還元剤４Ｒに含まれる組成であって、不活化成分との接触により還元剤４Ｒの活性を低下させる組成を有する物質、具体的には、還元剤４Ｒに含まれる金属酸化物と同一または類似の金属酸化物を使用することができる。ここで、類似の金属酸化物とは、それに含まれる金属元素は同一であるが、組成が異なる金属酸化物、またはそれに含まれる金属元素の種類は異なるが、元素周期律表における族が同一である金属酸化物のことを言う。
また、不活化成分としては、硫黄、水銀、硫黄化合物、ハロゲン化合物、有機シリコーン、有機リンおよび有機金属化合物から選択される少なくとも１種であることが好ましく、硫黄および硫黄化合物から選択される少なくとも１種であることがより好ましい。かかる不活化成分を予め除去しておけば、還元剤４Ｒの活性が急激に低下するのを効果的に防止することができる。
なお、上記物質は、還元剤４Ｒの不活化成分と同一の成分により活性が低下する物質であればよく、酸化鉄、酸化亜鉛のような金属酸化物が上記不活化成分の捕捉能に優れる点で好ましい。
【００３６】
保護器は、ハウジング内に網材を配置し、上記物質の粒子を網材上に載置する構成、ハウジング内に、上記物質で構成されたハニカム状のフィルタ部材や、円筒状または粒子状の成形体を配置する構成等とすることができる。
特に、保護器を圧縮部６（気液分離器）と供給ガス加熱部１０との間に配置する場合には、上記物質の熱による劣化を防止しつつ、不活化成分の除去効率を向上させることができる。
【００３７】
供給ガス加熱部１０は、反応器４ａ、４ｂに供給する前の第１ガスを加熱する。供給ガス加熱部１０で反応前（還元前）の第１ガスを予め加熱しておくことにより、反応器４ａ、４ｂにおいて、還元剤４Ｒによる二酸化炭素の一酸化炭素への変換（還元）反応をより促進することができる。
供給ガス加熱部１０は、例えば、図４に示すように、電熱器１０１と、熱交換器（エコノマイザ）１０２とで構成することができる。
熱交換器１０２は、反応器４ａ、４ｂを通過した後のガス（混合ガス）を排出するガスラインＧＬ４（後述参照）を構成する一部の配管を屈曲させ、ガスラインＧＬ１を構成する配管に接近させて構成されている。かかる構成によれば、反応器４ａ、４ｂを通過した後の高温のガス（混合ガス）の熱を利用して、反応器４ａ、４ｂに供給する前の第１ガスを熱交換により加熱するため、熱の有効利用を図ることができる。
【００３８】
かかる熱交換器１０２は、例えば、ジャケット式熱交換器、浸漬コイル式熱交換器、二重管式熱交換器、シェル＆チューブ式熱交換器、プレート式熱交換器、スパイラル式熱交換器等として構成することができる。
また、供給ガス加熱部１０では、電熱器１０１および熱交換器１０２のいずれか一方を省略してもよい。
供給ガス加熱部１０では、電熱器１０１に代えて、燃焼炉等を使用することもできる。ただし、電熱器１０１を使用すれば、その動力源として、再生可能エネルギーとしての電力（電気エネルギー）を使用できるため、環境への負荷を低減することができる。
再生可能エネルギーとしては、太陽光発電、風カ発電、水力発電、波力発電、潮力発電、バイオマス発電、地熱発電、太陽熱および地中熱から選択される少なくとも１つを利用した電気エネルギーが使用可能である。
【００３９】
また、供給ガス加熱部１０の上流側（例えば、微成分除去部７の途中である気液分離器と保護器との間）において、ガスラインＧＬ１から排気ガスラインを分岐させ、その端部にガス製造装置１外に設けられたベント部を接続してもよい。
この場合、排気ガスラインの途中には、好ましくはバルブが設けられる。
仮に、ガス製造装置１（ガスラインＧＬ１）内の圧力が必要以上に上昇した場合には、バルブを開放することにより、排気ガスラインを介してベント部から第１ガスの一部を排出（放出）することができる。これにより、ガス製造装置１の圧力の上昇による破損を未然に防止することができる。
【００４０】
ガスラインＧＬ２は、その一端部において還元ガス供給部３に接続されている。一方、ガスラインＧＬ２は、ガス切換部８および２つのガスラインＧＬ３ａ、ＧＬ３ｂを介して、それぞれ反応部４が備える反応器４ａ、４ｂの入口ポートに接続されている。
還元ガス供給部３は、二酸化炭素との接触により酸化された還元剤４Ｒを還元する還元物質を含む還元ガスを供給する。本実施形態の還元ガス供給部３は、水の電気分解により水素を発生させる水素発生装置で構成され、この水素発生装置に水を貯留したガス製造装置１外のタンク（還元ガス原料貯留部）３０が接続されている。かかる構成により、水素発生装置（還元ガス供給部３）から供給された水素（還元物質）を含む還元ガスが、ガスラインＧＬ２を通過して、各反応器４ａ、４ｂに供給される。
水素発生装置によれば、多量の水素を比較的安価かつ簡便に生成することができる。また、ガス製造装置１内で発生する凝縮水を再利用できるという利点もある。なお、ガス製造装置１の中でも、水素発生装置での電気エネルギーの消費が大きいため、上述したような再生可能エネルギーとしての電力を使用することが有効である。
【００４１】
なお、水素発生装置には、副生水素を発生する装置を使用することもできる。この場合、副生水素を含む還元ガスが各反応器４ａ、４ｂに供給される。副生水素を発生する装置としては、例えば、塩化ナトリウム水溶液を電気分解する装置、石油を水蒸気改質する装置、アンモニアを製造する装置等が挙げられる。
また、ガス製造装置１外のコークス炉に接続部を介してガスラインＧＬ２を接続し、コークス炉からの排ガスを還元ガスとして使用するようにしてもよい。この場合、接続部が還元ガス供給部を構成する。コークス炉からの排ガスは、水素およびメタンを主成分とし、水素を５０〜６０体積％で含むためである。
ガスラインＧＬ２の途中には、還元ガス加熱部１１が設けられている。この還元ガス加熱部１１は、反応器４ａ、４ｂに供給する前の還元ガスを加熱する。還元ガス加熱部１１で反応前（酸化前）の還元ガスを予め加熱しておくことにより、反応器４ａ、４ｂにおける還元ガスによる還元剤４Ｒの還元（再生）反応をより促進することができる。
【００４２】
還元ガス加熱部１１は、上記供給ガス加熱部１０と同様にして構成することができる。還元ガス加熱部１１は、電熱器のみ、熱交換器のみ、電熱器と熱交換器との組み合わせで構成することが好ましく、熱交換器のみ、電熱器と熱交換器との組み合わせで構成することがより好ましい。
還元ガス加熱部１１が熱交換器を備えれば、反応器４ａ、４ｂを通過した後の高温のガス（例えば、混合ガス）の熱を利用して、反応器４ａ、４ｂに供給する前の還元ガスを熱交換により加熱するため、熱の有効利用を図ることができる。
【００４３】
以上のような構成によれば、ガス切換部８においてガスライン（流路）を切り換えることにより、例えば、酸化前の還元剤４Ｒが収容された反応器４ａに、ガスラインＧＬ３ａを介して第１ガスを供給し、酸化後の還元剤４Ｒが収容された反応器４ｂに、ガスラインＧＬ３ｂを介して還元ガスを供給することができる。このとき、反応器４ａでは下記式１の反応が進行し、反応器４ｂでは下記式２の反応が進行する。
なお、下記式１および式２では、還元剤４Ｒに含まれる金属酸化物が酸化鉄（ＦｅＯｘ−１）である場合を一例として示している。
式１：  ＣＯ２  ＋  ＦｅＯｘ−１  →  ＣＯ  ＋  ＦｅＯｘ
式２：  Ｈ２  ＋  ＦｅＯｘ  →  Ｈ２Ｏ  ＋  ＦｅＯｘ−１
その後、ガス切換部８においてガスラインを上記と反対に切り換えることにより、反応器４ａでは上記式２の反応を進行させ、反応器４ｂでは上記式１の反応を進行させることができる。
【００４４】
なお、上記式１および式２に示す反応は、いずれも吸熱反応である。このため、ガス製造装置１は、還元剤４Ｒに第１ガスまたは還元ガスを接触させる際（すなわち、第１ガスまたは還元ガスと還元剤４Ｒとの反応の際）に、還元剤４Ｒを加熱する還元剤加熱部（図２中、図示せず。）をさらに有することが好ましい。
かかる還元剤加熱部を設けることにより、第１ガスまたは還元ガスと還元剤４Ｒとの反応における温度を高温に維持して、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率の低下を好適に防止または抑制するとともに、還元ガスによる還元剤４Ｒの再生をさらに促進することができる。
【００４５】
ただし、還元剤４Ｒの種類によっては、上記式１および式２に示す反応が発熱反応となる場合がある。この場合、ガス製造装置１は、還元剤加熱部に代えて、還元剤４Ｒを冷却する還元剤冷却部を有することが好ましい。かかる還元剤冷却部を設けることにより、第１ガスまたは還元ガスと還元剤４Ｒとの反応の際に、還元剤４Ｒが劣化するのを好適に阻止して、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率の低下を好適に防止または抑制するとともに、還元ガスによる還元剤４Ｒの再生をさらに促進することができる。
つまり、ガス製造装置１には、還元剤４Ｒの種類（発熱反応または吸熱反応）の違いによって、還元剤４Ｒの温度を調整する還元剤温調部を設けることが好ましい。
なお、還元剤温調部の好適な構成については、後に詳述する。
【００４６】
生成される第２ガス（反応器４ａ、４ｂを通過したガス）中に含まれる一酸化炭素の濃度は、第２ガス全体に対して７０体積％以上であることが好ましく、８０体積％以上であることがより好ましく、９０体積％以上であることがさらに好ましい。これにより、後述するガス精製部９の構成を簡略化しても、一酸化炭素の濃度が十分に高い精製ガスを得ることができる。
なお、第２ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度の上限は、１００体積％であってもよいが、現実的には、９５体積％以下である。この場合、反応器４ａ、４ｂの構成を複雑化させたり、反応器４ａ、４ｂの作製コストを増大させることなく、第２ガスを生成することができる。
【００４７】
反応器４ａ、４ｂの出口ポートには、それぞれ分岐ガスラインＧＬ４ａ、ＧＬ４ｂが接続され、これらがガス合流部Ｊ４において合流して、ガスラインＧＬ４を構成している。また、分岐ガスラインＧＬ４ａ、ＧＬ４ｂの途中には、必要に応じて、それぞれバルブ（図示せず。）が設けられる。
例えば、バルブの開度を調整することにより、反応器４ａ、４ｂを通過する第１ガスおよび還元ガスの通過速度（すなわち、還元剤４Ｒによる第１ガスの処理速度および還元ガスによる還元剤４Ｒの処理速度）を設定することができる。
本実施形態では、反応器４ａ、４ｂおよびガス切換部８により、反応部４が構成されている。
【００４８】
かかる構成により、反応器４ａ、４ｂのそれぞれを通過したガス（本実施形態では、主に、一酸化炭素を主成分とする第２ガスおよび水蒸気）は、ガス合流部Ｊ４において合流することにより混合され、混合ガス（合流ガス）が生成された後、１つのガスラインＧＬ４を通過するようになる。
このため、ガス切換部８の流路切換状態（バルブの開閉状態）を変更して、反応器４ａ、４ｂのそれぞれで異なる反応を行えば、混合ガスを連続して製造することができ、最終的には、精製ガスも連続して製造することもできる。また、反応器４ａ、４ｂにおいて交互に同一の反応を繰り返し行うため、混合ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度を安定化させ、結果として、精製ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度を安定化させることもできる。
したがって、上述したガス製造装置１（製鉄システム１００）は、二酸化炭素から一酸化炭素を連続かつ安定して製造することができ、工業的に有利である。また、二酸化炭素の排出量を効率的に低減しつつ製鉄が可能である。
【００４９】
これに対して、ガス合流部Ｊ４を設けない場合、供給するガスを切り換える際には、ガス切換部８を遮断する（バルブを一旦閉じる）必要が生じ、各反応器４ａ、４ｂをバッチ式とせざるを得ない。このため、第１ガス中の二酸化炭素の濃度、還元剤４Ｒの種類、反応器４ａ、４ｂの容量等によっては、一酸化炭素の製造時間が長時間となり、変換効率が悪く、工業的に不利になる場合がある。
また、各反応器４ａ、４ｂから排出されるガスの成分が、供給するガスを切り換える度に変化し易い。このため、各反応器４ａ、４ｂから排出されたガスの後処理工程が複雑になってしまう場合がある。
ここで、混合ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度は、通常、特定の範囲（混合ガス全体に対して所定の体積％）に調整するのが好ましい。この濃度が低過ぎると、後述するガス精製部９の性能にもよるが、一酸化炭素を高濃度で含む精製ガスを得るのが難しくなる傾向がある。一方、この濃度の上限値を超えて高くしても、最終的に得られる精製ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度をさらに高める効果のそれ以上の増大が期待できない。
【００５０】
ガスラインＧＬ４の反応器４ａ、４ｂの反対側の端部には、精製ガスをガス製造装置１外に排出する精製ガス排出部４０が接続されている。この精製ガス排出部４０と高炉２００とが返還ライン６００を介して接続されている。かかる構成により、精製ガスが高炉２００に供給される。
また、ガスラインＧＬ４の途中には、ガス精製部９と精製ガス加熱部１５とが、この順に上流側から設けられている。
ガス精製部９では、混合ガスから一酸化炭素を精製して、高濃度の一酸化炭素を含む精製ガスを回収する。なお、混合ガス中の一酸化炭素濃度が十分に高い場合には、ガス精製部９を省略してもよい。
かかるガス精製部９は、例えば、冷却器、気液分離器、ガス分離器、分離膜およびスクラバー（吸収塔）のうちの少なくとも１種の処理器で構成することができる。
複数の処理器を使用する場合、それらの配置順序は任意であるが、冷却器と気液分離器とガス分離器とを組み合わせて使用する場合、この順で配置するのが好ましい。この場合、混合ガスからの一酸化炭素の精製効率をより高めることができる。
【００５１】
冷却器は、混合ガスを冷却する。これにより、凝縮水（液体）が生成する。
かかる冷却器は、配管の周囲に冷媒を通過させるためのジャケットを配置したジャケット式の冷却装置、反応器４ａ、４ｂと同様の構成（図３参照）とし、管体内に混合ガスを、管体の周囲に冷媒をそれぞれ通過させる多管式の冷却装置、エアフィンクーラー等を含んで構成することができる。
【００５２】
気液分離器は、冷却器で混合ガスを冷却する際に生じる凝縮水を混合ガスから分離する。このとき、凝縮水には、混合ガス中に残存する不要ガス成分（特に、二酸化炭素）を溶解して除去することができるという利点がある。
気液分離器は、微成分除去部７の気液分離器と同様に構成することができ、好ましくは単なる容器で構成することができる。この場合、容器内の気液界面には、気体の通過は許容するが、液体の通過を阻止するフィルタを配置するようにしてもよい。
また、この場合、容器の底部には、液体ラインを接続し、その途中にバルブを設けるようにしてもよい。かかる構成によれば、容器内に貯留された凝縮水は、バルブを開放することにより、液体ラインを介して、ガス製造装置１外に排出（放出）することができる。
【００５３】
さらに、液体ラインの途中のバルブより下流側には、ドレイントラップを設けることが好ましい。これにより、仮に、バルブが誤作動して、液体ラインに一酸化炭素や水素が流出しても、ドレイントラップに貯留され、ガス製造装置１外に排出されるのを未然に防止することができる。このドレイントラップに代えて、あるいは、ドレイントラップとともに、バルブの誤作動検知機能、バルブが誤作動した際の冗長化対策を施してもよい。
なお、液体ラインを上述したタンク３０に接続して、排出する凝縮水を再利用するようにしてもよい。
【００５４】
ガス分離器は、例えば、低温分離方式（深冷方式）の分離器、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）方式の分離器、膜分離方式の分離器、温度スイング吸着（ＴＳＡ）方式の分離器、金属イオン（例えば、銅イオン）と有機配位子（例えば、５−アジドイソフタル酸）とを複合化した多孔性配位高分子（Ｐｏｒｏｕｓ  Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ  Ｐｏｌｙｍｅｒ：ＰＣＰ）を用いた分離器、アミン吸収を利用した分離器等のうちの１種または２種以上を用いて構成することができる。
また、ガスラインＧＬ４の気液分離器とガス分離器との間には、バルブを設けるようにしてもよい。この場合、バルブの開度を調整することにより、混合ガスの処理速度（精製ガスの製造速度）を調節することができる。
【００５５】
本実施形態では、気液分離器から排出される混合ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度は、混合ガス全体に対して７５〜１００体積％となっている。
そして、本実施形態のように、精製ガスを高炉（溶解炉）２００に返還して、還元剤として使用する場合には、混合ガスから一酸化炭素を精製して、高濃度で一酸化炭素を含む精製ガスを得る。
また、本実施形態では、高炉ガスを回収した高炉２００と同一の高炉２００に精製ガスを返還する構成であるが、精製ガスは、高炉２００と異なる高炉に返還してもよく、電気炉（他の溶解炉）に返還してもよい。
【００５６】
また、ガス合流部Ｊ４を省略して、分岐ガスラインＧＬ４ａ、ＧＬ４ｂを独立したガスラインとしてもよい。この場合、各反応器４ａ、４ｂを通過した後のガス（水または第２ガス）は、互いに独立した分岐ガスラインＧＬ４ａ、ＧＬ４ｂを移送される。例えば、水（水蒸気）を含むガスは、廃棄処理またはタンク３０への変換処理に供し、一酸化炭素を主成分とする第２ガスは、ガス精製部９を通過した後、精製ガス排出部４０を介して返還ライン６００に排出される。かかる構成によれば、各反応器４ａ、４ｂを通過した後のガスを互いに独立して処理することができる。
【００５７】
精製ガス加熱部（第２ガス加熱部）１５は、ガス精製部９で回収された精製ガス（ガス合流部Ｊ４を省略する場合には、各反応器４ａ、４ｂから排出された第２ガスまたはガス精製部９を通過した第２ガス）を加熱する。すなわち、高炉２００に返還（供給）する前の精製ガス（第２ガス）を加熱する。これにより、精製ガスを高炉２００内に吹き込むことにより、製鉄時の温度が低下し、製鉄効率が低下したり、不純物の含有量が増大したりするのを好適に防止することができる。
精製ガス加熱部１５は、例えば、電熱器、燃焼炉（燃焼ボイラー）、高温熱媒を用いた熱交換器、エコノマイザー（熱回収器）等を含んで構成することができる。
精製ガス加熱部１５による加熱後の精製ガス（第２ガス）の温度は、５００〜１３００℃であることが好ましく、９００〜１２００℃であることがより好ましい。この場合、上記効果をより高めることができる。
【００５８】
次に、製鉄システム１００の使用方法（作用）について説明する。
［１］まず、ガス切換部８においてガスライン（流路）を切り換えることにより、接続部２と反応器４ａとを連通し、還元ガス供給部３と反応器４ｂとを連通する。
［２］次に、この状態で、高炉２００からガスライン４００、供給ライン５００および接続部２を介して、二酸化炭素を主成分とする第１ガスの供給を開始する。
接続部２から供給される第１ガスは、通常、５０〜３００℃の高温であるが、濃度調整部５に至るまでに、３０〜５０℃にまで冷却される。
【００５９】
［３］次に、第１ガスは、酸素除去装置（濃度調整部５）を通過する。これにより、第１ガスから酸素が除去され、第１ガス中に含まれる二酸化炭素の濃度が上昇する。
［４］次に、第１ガスは、圧縮部６を通過する。これにより、第１ガスの圧力が上昇する。
［５］次に、第１ガスは、微成分除去部７を通過する。これにより、圧縮部６で第１ガスを圧縮した際に生じる凝縮水や、還元剤４Ｒの活性を低下させる不活化成分が第１ガスから除去される。
【００６０】
［６］次に、第１ガスは、供給ガス加熱部１０を通過する。これにより、第１ガスが加熱される。
［７］次に、第１ガスは、反応器４ａに供給される。反応器４ａでは、還元剤４Ｒにより第１ガス中の二酸化炭素が一酸化炭素に還元（変換）され、一酸化炭素を主成分とする第２ガスが得られる。このとき、還元剤４Ｒは、酸化される。
上記工程［６］における第１ガスの加熱温度（反応器４ａ、４ｂに供給する第１ガスの温度）は、３００〜７００℃であることが好ましく、４５０〜７００℃であることがより好ましく、６００〜７００℃であることがさらに好ましく、６５０〜７００℃であることが特に好ましい。第１ガスの加熱温度を上記範囲に設定すれば、例えば、二酸化炭素を一酸化炭素へ変換する際の吸熱反応による還元剤４Ｒの急激な温度低下を防止または抑制することができるため、反応器４ａにおける二酸化炭素の還元反応をより円滑に進行させることができる。
【００６１】
［８］上記工程［２］〜［７］と並行して、タンク３０から水（還元ガス原料）を水素発生装置（還元ガス供給部３）に供給し、水から水素を生成する。
［９］次に、水素を含む還元ガスは、還元ガス加熱部１１を通過する。これにより、還元ガスが加熱される。
［１０］次に、還元ガスは、反応器４ｂに供給される。反応器４ｂでは、還元ガス（水素）により酸化状態の還元剤４Ｒが還元（再生）される。
上記工程［９］における還元ガスの加熱温度（反応器４ａ、４ｂに供給する還元ガスの温度）は、３００〜７００℃であることが好ましく、４５０〜７００℃であることがより好ましく、６００〜７００℃であることがさらに好ましく、６５０〜７００℃であることが特に好ましい。還元ガスの加熱温度を上記範囲に設定すれば、例えば、酸化状態の還元剤４Ｒを還元（再生）する際の吸熱反応による還元剤４Ｒの急激な温度低下を防止または抑制することができるため、反応器４ｂにおける還元剤４Ｒの還元反応をより円滑に進行させることができる。
【００６２】
ここで、供給ガス加熱部１０による第１ガスの加熱温度をＸ［℃］とし、還元ガス加熱部１１による還元ガスの加熱温度をＹ［℃］としたとき、｜Ｘ−Ｙ｜（すなわち、ＸとＹとの差の絶対値）は、０〜２５なる関係を満足することが好ましく、０〜２０なる関係を満足することがより好ましく、０〜１５なる関係を満足することがさらに好ましい。換言すれば、第１ガスの加熱温度Ｘと還元ガスの加熱温度Ｙとは同一であっても、若干異なっていてもよい。上記関係を満足するように、ＸおよびＹを設定すれば、二酸化炭素の一酸化炭素への変換と還元ガスによる還元剤４Ｒの還元とを良好なバランスで進行させることができる。
なお、第１ガスの加熱温度Ｘと還元ガスの加熱温度Ｙとを異ならせる場合、還元ガスによる還元剤４Ｒの還元反応に要する熱量が、還元剤４Ｒによる二酸化炭素の還元反応に要する熱量よりも大きくなる傾向にあるため、還元ガスの加熱温度Ｙを第１ガスの加熱温度Ｘより高く設定することが好ましい。
【００６３】
本実施形態において、ガス切換部８においてガスラインの切り換えタイミング（すなわち、反応器４ａ、４ｂに供給する第１ガスと還元ガスとの切り換えタイミング）は、条件Ｉ：反応器４ａまたは４ｂへ所定の量の第１ガスを供給したとき、または条件II：二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率が所定の値を下回ったときとすることが好ましい。これにより、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率が大きく低下する前に、反応器４ａ、４ｂの切り換えを行うため、混合ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度を増大させ、かつ安定化させることができる。
なお、条件IIの検出には、反応器４ａ、４ｂの入口および出口ポート付近にそれぞれガス濃度センサを配置しておけばよい。このガス濃度センサの検出値に基づいて、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率を計算により求めることができる。
【００６４】
また、混合ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度をより安定化させる観点から、反応器４ａ、４ｂへの第１ガスの供給量と、反応器４ａ、４ｂへの還元ガスの供給量とは、できる限り近くなるように設定することが好ましい。具体的には、反応器４ａ、４ｂへの第１ガスの供給量Ｐ［ｍＬ／分］とし、反応器４ａ、４ｂへの還元ガスの供給量をＱ［ｍＬ／分］としたとき、Ｐ／Ｑは、０．９〜２なる関係を満足することが好ましく、０．９５〜１．５なる関係を満足することがより好ましい。第１ガスの供給量Ｐが多過ぎると、反応器４ａ、４ｂ内の還元剤４Ｒの量によっては、一酸化炭素に変換されることなく、反応器４ａ、４ｂから排出される二酸化炭素の量が増加する傾向がある。
【００６５】
上記条件Ｉにおける所定の量は、還元剤４Ｒに占める質量の割合が最も多い金属元素１モル当たり、二酸化炭素が０．０１〜３モルの量であることが好ましく、０．１〜２．５モルの量であることがより好ましい。
また、上記条件IIにおける所定の値は、５０〜１００％であることが好ましく、６０〜１００％であることがより好ましく、７０〜１００％であることがさらに好ましい。なお、所定値の上限は、９５％以下であってもよく、９０％以下であってもよい。
いずれの場合も、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率が極端に低下する前に、反応器４ａ、４ｂの切り換えが可能であり、結果として、一酸化炭素を高濃度で含む混合ガスを安定して得ることができ、よって、一酸化炭素を高濃度で含む精製ガスを製造することもできる。
【００６６】
なお、還元ガス（還元物質）の供給量Ｑは、還元剤４Ｒに占める質量の割合が最も多い金属元素１モル当たり、水素が０．１〜３モルの量であることが好ましく、０．１５〜２．５モルの量であることがより好ましい。還元ガスの供給量Ｑを上限値を超えて多くしても、酸化状態の還元剤４Ｒを還元する効果のそれ以上の増大が期待できない。一方、還元ガスの供給量Ｑが少な過ぎると、還元ガス中に含まれる水素の量によっては、還元剤４Ｒの還元が不十分になる場合がある。
また、反応器４ａ、４ｂに供給する還元ガスの圧力は、大気圧であってもよく、加圧（第１ガスと同程度）であってもよい。
【００６７】
［１１］次に、反応器４ａ、４ｂを通過したガスは、合流して混合ガスが生成される。この時点で、混合ガスの温度は、通常、６００〜６５０℃である。この時点での混合ガスの温度が上記範囲であれば、反応器４ａ、４ｂ内の温度が十分に高温に維持されていることを意味し、還元剤４Ｒによる二酸化炭素の一酸化炭素への変換や、還元ガスによる還元剤４Ｒの還元が効率よく進行していると判断することができる。
［１２］次に、混合ガスは、ガス精製部９に至るまでに、１００〜３００℃にまで冷却される。
【００６８】
［１３］次に、混合ガスは、ガス精製部９を通過する。これにより、例えば、生成された凝縮水および凝縮水に溶解する二酸化炭素等が除去される。その結果、混合ガスから一酸化炭素が精製され、一酸化炭素を高濃度で含む精製ガスが得られる。
なお、得られる精製ガスの温度は、２０〜５０℃である。
［１４］次に、精製ガスは、精製ガス加熱部１５を通過する。これにより、精製ガスが加熱される。このときの精製ガスの温度は、上述したように、好ましくは５００〜１３００℃である。
［１５］次に、精製ガスは、精製ガス排出部４０および返還ライン６００を介して、高炉２００に返還される。
このようにして、製鉄システム１００では、二酸化炭素の排出量を効率的に低減しつつ製鉄が可能となっている。
【００６９】
＜還元剤加熱部（還元剤温調部）の構成＞
図５は、還元剤加熱部の構成を示す概略図であり、図６は、還元剤加熱部の他の構成を示す概略図である。
図５に示す還元剤加熱部１２は、図３に示す多管式の反応器４ａ、４ｂにおいて、複数の管体４１とハウジング４２とで画成される空間４３に供給する媒体と、媒体を空間４３に移送する移送装置１２１と、媒体を加熱する加熱装置１２２とを備えている。
【００７０】
本構成例の還元剤加熱部１２は、反応器４ａ、４ｂのそれぞれに接続された循環式の媒体ラインＭＬ１を備え、この媒体ラインＭＬ１に媒体が充填されている。媒体ラインＭＬ１は、途中で分岐した後、各反応器４ａ、４ｂに接続され、その後、再度合流して１つになっている。また、１つになった媒体ラインＭＬ１の途中には、移送装置１２１および加熱装置１２２が配置されている。
かかる構成によれば、加熱装置１２２で加熱された媒体が、媒体ラインＭＬ１を循環する際に、反応器４ａ、４ｂの空間４３に供給される。これにより、還元剤４Ｒが管体４１を介して間接的に加熱される。また、２つの反応器４ａ、４ｂの還元剤４Ｒの加熱温度をほぼ等しく設定することもできる。
還元剤４Ｒの加熱温度は、３００〜７００℃であることが好ましく、６５０〜７００℃であることがより好ましい。加熱温度が高過ぎると、還元剤４Ｒを構成する金属酸化物の種類にもよるが、還元剤４Ｒが劣化して活性が低下し易くなる傾向がある。一方、加熱温度が低過ぎると、高濃度で一酸化炭素を含む精製ガスの製造に要する時間が長くなる傾向がある。
【００７１】
媒体としては、気体、液体（粘性液体を含む。）等が挙げられる。
加熱装置１２２は、電熱器のみで構成することができる他、電熱器と供給ガス加熱部１０で記載したのと同様の熱交換器とで構成することもできる。
後者の構成によれば、反応器４ａ、４ｂを通過した後の高温のガスの熱を利用して、反応器４ａ、４ｂに供給する前の媒体を熱交換により加熱するため、熱の有効利用を図ることができる。
なお、媒体として気体を使用する場合、移送装置１２１は、送風機で構成することができる。また、媒体として液体を使用する場合、移送装置１２１は、ポンプで構成することができる。
なお、還元剤加熱部１２は、媒体（加熱ガス）を用いる構成に代えて、電気ヒーターで構成することもできる。この場合、電気ヒーターによる加熱は、反応器４ａ、４ｂのハウジング４２に対して行ってよいし、還元剤４Ｒが充填された管体４１に対して別個に行ってもよい。
【００７２】
図６に示す還元剤加熱部１２は、非循環式の媒体ラインＭＬ２を備えており、媒体として大気（気体）を使用するように構成されている。
本構成例では、媒体ラインＭＬ２の大気の供給口側から順に、移送装置１２１（送風機）と、第１熱交換器１２３と、電熱器で構成された加熱装置１２４とが配置され、大気の排出口側に、第２熱交換器１２５が配置されている。
第１熱交換器１２３および第２熱交換器１２５は、それぞれ熱交換器１０２と同様の構成を有していることが好ましい。
第１熱交換器１２３は、反応器４ａ、４ｂの管体４１内を通過した後のガス（例えば、混合ガス）と、反応器４ａ、４ｂの空間４３に供給する前の大気との間で熱交換する。一方、第２熱交換器１２５は、反応器４ａ、４ｂの空間４３を通過した後の大気と、反応器４ａ、４ｂに供給する前の第１ガスとの間で熱交換する。
【００７３】
反応器４ａ、４ｂを通過した後の高温のガスまたは大気（媒体）の熱を利用して、反応器４ａ、４ｂに供給する前の大気（媒体）または第１ガスを熱交換により加熱するため、熱の有効利用を図ることができる。
なお、第２熱交換器１２５は、反応器４ａ、４ｂに供給する前の第１ガスとの間で熱交換する構成に代えて、反応器４ａ、４ｂに供給する前の還元ガスとの間で熱交換する構成としてもよく、反応器４ａ、４ｂに供給する前の第１ガスおよび還元ガスの双方との間で熱交換する構成としてもよい。
また、図６に示す構成例によれば、図５に示す構成例より、移送装置１２１に接触する媒体の温度が低くなるため、比較的安価な耐熱性の低い移送装置でも使用可能であるという利点がある。
【００７４】
ここで、反応器４ａ、４ｂ（還元剤４Ｒ）を加熱するのに燃焼炉等を用いると、還元剤４Ｒの加熱温度（反応温度）を維持するのに、燃料を燃焼する必要が生じる。このため、二酸化炭素が発生し、二酸化炭素を大気中に放出せざるを得ないことになる。
これに対して、還元剤加熱部１２を図５および図６に示す構成とすることにより、移送装置１２１および加熱装置１２２、１２４の動力源として、上述したような再生可能エネルギーとしての電力（電気エネルギー）を使用できるため、環境への負荷を低減することができる。
また、ガス製造装置１内に存在する可燃ガスへの引火の可能性をより確実に低減することができるという利点もある。
【００７５】
なお、還元剤加熱部は、図５および図６に示す構成に代えて、還元剤４Ｒに対してマイクロ波を照射する照射装置を備える構成とすることもできる。
マイクロ波の照射により還元剤４Ｒを加熱する構成によれば、還元剤４Ｒを比較的短時間で、目的の温度まで加熱することができる。また、還元剤４Ｒの表面付近のみならず、中心部まで均一に加熱し易い。さらに、還元剤４Ｒの加熱温度を精密に制御し易い。よって、照射装置を使用すれば、精製ガスの製造効率をより高めることができる。加えて、かかる照射装置は、図５および図６に示す構成と比較して、小型化が可能である。
また、マイクロ波の照射の場合、還元剤４Ｒの表面付近のみを局所的（優先的）に目的とする温度に上昇させることができる。このため、高温で反応が進行する場合（吸熱反応の場合）には、その効率を高め易い。この場合、還元剤４Ｒの表面付近のみの温度を上昇させるだけのエネルギーを投入すればよいので、エネルギー効率も向上する。
【００７６】
マイクロ波は、周波数３００ＭＨｚ〜３００ＧＨｚの電磁波を意味し、周波数３００〜３０００ＭＨｚの極超短波（ＵＨＦ）、周波数３〜３０ＧＨｚのセンチメートル波（ＳＨＦ）、周波数３０〜３００ＧＨｚのミリ波（ＥＨＦ）、周波数３００〜３０００ＧＨｚのサブミリ波（ＳＨＦ）に分類される。中でも、マイクロ波としては、極超短波（ＵＨＦ）が好ましい。極超短波（ＵＨＦ）を使用することにより、還元剤４Ｒをより短時間で、目的の温度まで加熱することができる。
なお、マイクロ波の照射を行う場合、電波法に準拠した電波の漏洩対策が適切に講じられる。
【００７７】
また、マイクロ波の照射は、連続的に行ってもよく、間欠的（パルス的）に行ってもよい。
マイクロ波の照射を連続的に行えば、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率および還元ガスによる還元剤４Ｒの再生（還元）効率がさらに高まることを、本発明者らは知見している。その理由は、必ずしも明確ではないが、反応器４ａ、４ｂ内に供給される第１ガス中に含まれる二酸化炭素、還元ガス中に含まれる水素および還元剤４Ｒが、連続的に照射されるマイクロ波により活性化されることが要因であると考えられる。
一方、マイクロ波の照射を間欠的に行う場合には、二酸化炭素の一酸化炭素への変換および還元ガスによる還元剤４Ｒの再生（還元）の際の吸熱反応に必要なエネルギー分だけを補償するように、所定のタイミングでマイクロ波を照射すればよいので、エネルギー効率を高めることができる。
【００７８】
マイクロ波の照射による加熱の場合、第１ガスの加熱温度、還元ガスの加熱温度及び還元剤４Ｒの加熱温度は、それぞれ上述と同じ範囲としてもよく、上述と異なる範囲としてもよい。例えば、上記各加熱温度は、３００〜７００℃に設定することができる。
なお、照射装置は、反応器４ａ、４ｂの内部に配置してもよく、外部に配置してもよい。上述したように、濃度調整部５により、第１ガスのガス組成を爆発範囲から乖離させておけば、マイクロ波の照射条件によらず、第１ガスに対する着火源となることを好適に防止することができる。
また、照射装置の動力源には、電気エネルギーが使用されるため、この電気エネルギーを再生可能エネルギーに切り換え易いというメリットもある。
【００７９】
上述したように、還元剤４Ｒによる反応が発熱反応である場合、還元剤温調部を還元剤冷却部として構成することができる。この場合、例えば、図５および図６に示す構成において、第１熱交換器１２３および第２熱交換器１２５を省略し、加熱装置１２２、１２４を冷却装置に変更すればよい。冷却装置としては、ジャケット式の冷却装置、多管式の冷却装置等が挙げられる。この場合も、還元剤４Ｒの冷却温度（温調後の温度）を、上述と同じ範囲とするのが好ましい。
【００８０】
＜接続部付近の構成＞
図７は、ガス製造装置と排ガス設備との接続部（原料ガス供給部）付近の構成を示す概略図である。
図７に示す構成では、接続部２と濃度調整部５との間に、冷却部１３が設けられている。そして、この冷却部１３は、冷却装置１３１と、冷却装置１３１に接続された容器１３２とを備えている。冷却装置１３１は、上述したようなジャケット式の冷却装置、多管式の冷却装置等で構成することができる。
排ガス設備から供給される第１ガスは、水蒸気の他、酸化ガス成分（ＳＯｘ、ＨＣｌ等）も含むため、冷却部１３での冷却により、酸化ガス成分とともに、水蒸気を凝縮させ、酸化ガス成分が溶解した凝縮水（酸性水溶液）として除去することが好ましい。これにより、ガスラインＧＬ１を構成する配管の腐食を好適に防止することができる。
【００８１】
本構成例では、冷却装置１３１で第１ガスを冷却することにより酸性水溶液が生成され、この酸性水溶液は、容器１３２に貯留され、第１ガスと分離される。また、容器１３２内の気液界面には、気体の通過は許容するが、液体の通過を阻止するフィルタを配置するようにしてもよい。
かかる構成の場合、分岐部４５０と冷却装置１３１との離間距離（図７中、Ｌ１）は、特に限定されないが、１０ｍ以下が好ましく、１〜５ｍであることがより好ましい。離間距離Ｌ１を上記範囲に設定すれば、ガスラインＧＬ１の目的としない箇所において、酸性ガスが溶解した凝縮水（酸性水溶液）が生成されるのを阻止して、ガスラインＧＬ１を構成する配管の腐食をより確実に防止することができる。
【００８２】
また、製鉄システム１００が例えば寒冷地等に施設される場合、特に、分岐部４５０とガス製造装置１との離間距離Ｌ２によっては、供給ライン５００の途中で凝縮水が生成され、さらに凍結に至ることがある。これが原因で、供給ライン５００を構成する配管が破損するおそれがある。
したがって、このようなトラブルを防ぐために、供給ライン５００中の第１ガスを加熱することが好ましい。加熱温度は、凍結が生じない温度であればよいが、酸露点温度（例えば、１２０℃）以上であることが好ましく、１２０〜１５０℃であることがより好ましい。これにより、供給ライン５００を構成する配管が破損するのを防止しつつ、酸性ガスが溶解した凝縮水の生成による配管の腐食も好適に防止することができる。
なお、供給ライン５００中の第１ガスを加熱するには、例えば、供給ライン５００を構成する配管の周囲に電熱線（ヒータ）を巻回して配置すればよい。また、耐腐食目的の場合、ヒーターを用いず、耐腐食性の樹脂材料（例えば、フッ素系樹脂材料）で構成される樹脂ライニング配管等を用いてもよい。
なお、本構成例においては、必要に応じて、容器１３２を省略してもよい。
【００８３】
以上のようなガス製造装置１、製鉄システム１００を使用して、二酸化炭素を含む第１ガスから、一酸化炭素を主成分とする精製ガス（第２ガス）を製造し、製鉄に利用することができる。
＜製鉄方法＞
本実施形態の製鉄方法は、Ｉ：還元剤４Ｒを内部に配置した複数の反応器４ａ、４ｂと、二酸化炭素との接触により酸化された還元剤４Ｒを還元する水素（還元物質）を含む還元ガスとを準備し、II：高炉ガス（二酸化炭素および一酸化炭素を含むガス）中の一酸化炭素を二酸化炭素に変換して、第１ガスを得、III：第１ガスと還元ガスとを供給する反応器４ａ、４ｂを切り換えることにより、各反応器４ａ、４ｂ内において還元剤４Ｒに第１ガスと還元ガスとを交互に接触させて、二酸化炭素を一酸化炭素に変換させて、一酸化炭素を主成分とする第２ガスを得るとともに、酸化された還元剤４Ｒを還元し、IV：反応器４ａ、４ｂから排出された第２ガスを高炉２００に供給する。
【００８４】
また、上述した製鉄システム１００（ガス製造装置１）において、反応器４ａ、４ｂを通過したガスは、反応器４ａ、４ｂを通過した直後に合流する構成であったが、合流する前に各種処理が施されてもよい。すなわち、分岐ガスラインＧＬ４ａ、ＧＬ４ｂの途中には、任意の目的で、少なくとも１種の処理器を設けることができる。
次に、かかる構成の製鉄システム１００について説明する。
図８は、本発明の製鉄システムにおけるガス製造装置の他の実施形態を示す概略図であり、図９は、図８の精製器の構成を模式的に示す断面図である。
以下、図８に示すガス製造装置１について、図１に示すガス製造装置１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図８に示すガス製造装置１は、さらに、分岐ガスラインＧＬ４ａ、ＧＬ４ｂの途中に設けられた精製器１４ａ、１４ｂを有している。すなわち、各精製器１４ａ、１４ｂは、対応する反応器４ａ、４ｂの下流側に接続され、反応器４ａ、４ｂ及び精製器１４ａ、１４ｂを順次通過したガスは、ガス合流部Ｊ４において合流する。
【００８５】
各精製器１４ａ、１４ｂは、図９に示すように、複数の分離筒１４１と、複数の分離筒１４１を収納したハウジング（精製器本体）１４２とを備える多管式の精製装置で構成されている。かかる多管式の精製装置によれば、反応器４ａ、４ｂを通過したガスと分離筒１４１との接触の機会を十分に確保することができる。
各精製器１４ａ、１４ｂは、還元剤４Ｒとの接触により生成した水（還元物質の酸化物）と水素（還元物質）との分離、および、一酸化炭素と二酸化炭素との分離のうちの少なくとも一方が可能に構成されていることが好ましい。特に、分離筒１４１は、その壁部を水（水蒸気）または一酸化炭素を透過させ、水素または二酸化炭素と分離するように構成されることが好ましい。
【００８６】
本実施形態では、分離筒１４１を透過した水および一酸化炭素は、精製器１４ａ、１４ｂから分岐ガスラインＧＬ４ａ、ＧＬ４ｂに排出される。一方、分離筒１４１内を通過した還元ガス（未反応の水素）および第１ガス（未反応の二酸化炭素）は、ハウジング１４２（空間１４３）に接続されたガスラインＧＬ１４ａ、ＧＬ１４ｂに排出される。
これらのガスラインＧＬ１４ａ、ＧＬ１４ｂは、それぞれガスラインＧＬ１およびガスラインＧＬ２の途中に接続されてもよい。これにより、未反応の水素および二酸化炭素を再利用することができる。
分岐ガスラインＧＬ４ａ、ＧＬ４ｂに排出されるガスには、水または一酸化炭素以外の他のガス成分が含まれていてもよいし、ガスラインＧＬ１４ａ、ＧＬ１４ｂに排出されるガスにも、水素または二酸化炭素以外の他のガス成分が含まれていてもよい。
【００８７】
なお、一酸化炭素と二酸化炭素との分離、および、水と水素との分離は、それぞれ、凝縮（液化）する温度の違いを利用して、各反応器４ａ、４ｂから排出されるガスを冷却することによっても可能である。しかしながら、この場合、反応器４ａ、４ｂの下流側で、分離後のガス成分を高温状態で使用する際（本実施形態のように、高炉２００に返還する際等）には、再度、加熱する必要があり、熱エネルギーに無駄が生じる。これに対して、精製器１４ａ、１４ｂによれば、高温（例えば、２００〜５００℃）でガス成分の分離操作を行うことができるので、分離後のガス成分の温度の低下が生じ難いため、精製ガスの製造全体における熱エネルギーの削減に寄与することができる。
なお、精製器１４ａ、１４ｂによる分離後のガス成分の温度の低下をより確実に防止する観点からは、分離筒１４１を加熱する加熱装置（例えば、上記マイクロ波を照射する照射装置等）を設けるようにしてもよい。
【００８８】
上述したように、各反応器４ａ、４ｂからは、比較的高温のガスが排出される。したがって、分離筒１４１は、耐熱性を備えることが好ましい。これにより、分離筒１４１の変質および劣化を防止することができる。
かかる分離筒１４１は、金属、無機酸化物または金属有機構造体（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｆｒａｍｅｗｏｒｋｓ：ＭＯＦ）で構成されていることが好ましい。この場合、分離筒１４１に優れた耐熱性を付与し易い。ここで、金属としては、例えば、チタン、アルミニウム、銅、ニッケル、クロム、コバルトまたはこれらを含む合金等が挙げられる。無機酸化物としては、例えば、シリカ、ゼオライト等が挙げられる。また、金属有機構造体としては、例えば、硝酸亜鉛水和物とテレフタル酸ジアニオンとの構造体、硝酸銅水和物とトリメシン酸トリアニオンとの構造体等が挙げられる。金属を用いる場合、分離筒１４１は、好ましくは、空孔率が８０％以上の多孔質材料で構成される。
【００８９】
分離筒１４１は、隣接する空孔同士が連通する連続空孔（筒壁を貫通する細孔）を備える多孔質体で構成されていることが好ましい。かかる構成の分離筒１４１であれば、水または一酸化炭素の透過率を高めて、水と水素との分離および／または一酸化炭素と二酸化炭素との分離をより円滑かつ確実に行うことができる。
分離筒１４１の空孔率は、特に限定されないが、５〜９５％であることが好ましく、１０〜９０％であることがより好ましく、２０〜６０％であることがさらに好ましい。これにより、分離筒１４１の機械的強度が極端に低下するのを防止しつつ、水または一酸化炭素の透過率を十分に高く維持することができる。
なお、分離筒１４１の形状は、特に限定されず、円筒状、四角形、六角形のような角筒状等が挙げられる。
【００９０】
ガス合流部Ｊ４において合流した後のガスの取扱性を向上させ（引火を未然に防止し）、精製ガスの製造効率を高く維持する観点からは、未反応の水素を除去することが有効である。
すなわち、図９に示すように、反応器４ａ、４ｂを通過した水素（Ｈ２）および水（Ｈ２Ｏ）から、分離筒１４１を介して水をハウジング１４２内の空間１４３に移動させるように構成するのが好ましい。
この場合、分離筒１４１の平均空孔径は、６００ｐｍ以下であるのが好ましく、４００〜５００ｐｍであるのがより好ましい。これにより、水と水素との分離効率をより向上させることができる。
なお、ハウジング１４２内の空間１４３は、減圧してもよいし、キャリアガス（スウィープガス）を通過させるようにしてもよい。キャリアガスとしては、例えば、ヘリウム、アルゴンのような不活性ガス等が挙げられる。
【００９１】
また、分離筒１４１は、親水性を有することが好ましい。分離筒１４１が親水性を有すれば、水の分離筒１４１に対する親和性が高まり、水が分離筒１４１をより円滑に透過し易くなる。
分離筒１４１に親水性を付与する方法としては、無機酸化物中の金属元素の比率を変更（例えば、Ａｌ／Ｓｉ比を高める等）して分離筒１４１の極性を向上させる方法、分離筒１４１を親水性ポリマーで被覆する方法、分離筒１４１を親水性基（極性基）を有するカップリング剤で処理する方法、分離筒１４１に対してプラズマ処理、コロナ放電処理等を行う方法等が挙げられる。
さらに、分離筒１４１の表面電位を調整することにより、水に対する親和性を制御するようにしてもよい。
【００９２】
一方、分離筒１４１において、一酸化炭素と二酸化炭素との分離を優先させて行う場合、水と水素との分離および一酸化炭素と二酸化炭素との分離の双方を同時に行う場合には、分離筒１４１の構成材料、空孔率、平均空孔径、親水性または疎水性の程度、表面電位等を適宜組み合わせて設定するようにすればよい。
なお、精製器は、ガスラインＧＬ４の途中であって、ガス合流部Ｊ４とガス精製部９との間に設けるようにしてもよい。
また、精製器１４ａ、１４ｂを設ける場合、上記ガス精製部９および精製ガス加熱部１５の一方または双方を省略するようにしてもよい。
【００９３】
以上、本発明の製鉄システムおよび製鉄方法について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
例えば、本発明の製鉄システムは、それぞれ上記実施形態に対して、他の任意の追加の構成を有していてもよく、同様の機能を発揮する任意の構成と置換されていてよく、一部の構成が省略されていてもよい。
また、本発明の製鉄方法は、上記実施形態に対して、任意の目的の工程が追加されていてもよい。
【００９４】
また、反応器４ａ、４ｂは、固定層式の反応器に代えて、移動層式の反応器で構成するようにしてもよい。この場合、２つの反応器４ａ、４ｂを上部および下部で互いに接続し、反応器４ａ、４ｂ同士の間で還元剤４Ｒを移動可能（循環可能）に構成することができる。
この場合、ガスラインＧＬ１を分岐させることなく、反応器４ａ、４ｂの一方の入口ポートに接続し、ガスラインＧＬ２も分岐させることなく、反応器４ａ、４ｂの他方の入口ポートに接続すればよい。
また、この場合、反応器４ａ、４ｂの一方が向流立型の反応器で構成され、他方が並流立型の反応器で構成される。なお、反応器４ａ、４ｂの双方を、十字流式の反応器で構成するようにしてもよい。
【００９５】
また、上記実施形態では、還元ガスとして水素を含むガスを代表に説明したが、還元ガスには、還元物質として、水素に代えてまたは水素とともに、炭化水素（例えば、メタン、エタン、アセチレン等）およびアンモニアから選択される少なくとも１種を含むガスを使用することもできる。
また、上記実施形態では、反応器に供給する前の第１ガス、還元ガスまたは加熱用の媒体と、混合ガスとの間で熱交換する構成の熱交換器について説明したが、各反応器から排出され、混合ガスとされる前のガスと熱交換する構成の熱交換器を採用するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００９６】
１００…製鉄システム
２００…高炉
３００…煙突
４００…ガスライン
４１０…第１ガス生成部、４２０…濃縮部、４５０…分岐部
５００…供給ライン
６００…返還ライン
１…ガス製造装置
２…接続部
３…還元ガス供給部
４…反応部
４ａ、４ｂ…反応器
４１…管体、４２…ハウジング、４３…空間、４４…隔壁部、４Ｒ…還元剤
５…濃度調整部
６…圧縮部
７…微成分除去部
８…ガス切換部
９…ガス精製部
１０…供給ガス加熱部
１０１…電熱器、１０２…熱交換器
１１…還元ガス加熱部
１２…還元剤加熱部
１２１…移送装置、１２２…加熱装置、１２３…第１熱交換器、１２４…電熱器、
１２５…第２熱交換器
１３…冷却部
１３１…冷却装置、１３２…容器
１４ａ、１４ｂ…精製器
１４１…分離筒、１４２…ハウジング、１４３…空間
１５…精製ガス加熱部
３０…タンク
４０…精製ガス排出部
ＧＬ１…ガスライン
ＧＬ２…ガスライン
ＧＬ３ａ、ＧＬ３ｂ…ガスライン
ＧＬ４…ガスライン
ＧＬ４ａ、ＧＬ４ｂ…分岐ガスライン、Ｊ４…ガス合流部
ＧＬ１４ａ、ＧＬ１４ｂ…ガスライン
Ｌ１…離間距離
Ｌ２…離間距離
【要約】
【課題】二酸化炭素の排出量が効率的に低減された製鉄システムおよび製鉄方法を提供する。
【解決手段】製鉄システムは、二酸化炭素および一酸化炭素を含むガス中の一酸化炭素を二酸化炭素に変換して、第１ガスを得る第１ガス生成部と、二酸化炭素を還元する金属酸化物を含む還元剤であって、二酸化炭素との接触により酸化された還元剤を還元する還元物質を含む還元ガスを供給する還元ガス供給部３と、第１ガス生成部および還元ガス供給部３の少なくとも一方にそれぞれ接続された複数の反応器４ａ、４ｂと、反応器４ａ、４ｂ内に配置された還元剤とを備え、各反応器４ａ、４ｂに供給する第１ガスと還元ガスとを切換可能な反応部４とを有し、反応器４ａ、４ｂに供給された第１ガスを還元剤に接触させ、二酸化炭素を一酸化炭素に変換させることにより得られた、一酸化炭素を主成分とする第２ガスを高炉に供給するように構成されている。
【選択図】図２【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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