(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
天然ガスの改質装置を使用しないで、還元システムにおいて、水と酸素の添加量を制御することにより１．１５％から３．６４％の炭素を含む直接還元鉄を効率的に製造するための方法であって、再循環還元ガス及び補充する天然ガス中に存在する炭化水素を少なくとも水および酸素を含む酸化剤で改質することにより水素及び一酸化炭素を還元剤として含んだ還元ガスを発生し、酸化鉄を含む粒子状の材料の少なくともその一部が高温の前記還元ガスにより化学的に金属鉄に還元される還元ゾーンを持つ移動床還元反応装置で実行される方法であって、
前記反応装置の前記還元ゾーンの上部へ、酸化鉄を含む粒子状の材料を導入するステップと、
前記還元ゾーンに、９００℃〜１１５０℃の範囲内のある温度で前記還元ガスの供給物を供給するステップと、
前記還元ゾーンの酸化鉄の少なくとも一部を金属鉄に還元するとともに、前記還元ガスからの炭素で浸炭するために、前記高温の還元ガスの供給物を前記還元ゾーンを通して流すステップと、
前記還元ゾーンから前記還元ガスの流出物を排出するステップと、
前記流出物の少なくとも一部から二酸化炭素を除去して、１０ｖｏｌ％以下の二酸化炭素を含む再生された再循環還元ガスを生成するステップと、
前記再生された再循環還元ガスを天然ガスと混合して混合還元ガスを生成するステップと、
前記混合還元ガスの水の含有量を５〜１２ｖｏｌ％となるように調整し、この値は炭素の含有量に反比例し、直接還元鉄の炭素含有量を決定するステップと、
前記混合還元ガスを高温の還元温度に加熱するステップと、
直接還元鉄を所望の程度に浸炭するのに必要な追加的エネルギーを供給する他に、還元システムに供給される天然ガスに含まれる炭化水素から水素と一酸化炭素を発生させるために、前記高温の混合還元ガスを、酸素を含むガスと混合して、前記混合還元ガスの温度を９５０℃〜１１５０℃の範囲内の温度に上昇させ、前記還元ガスの供給物を生成するステップと、
浸炭された直接還元鉄を前記反応装置から取り出すステップとを含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の直接還元鉄を製造するための方法において、前記排出された還元ガスの流出物が、冷却され、浄化され、脱水されることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の直接還元鉄を製造するための方法において、前記排出された還元ガスの流出物が水により急冷され、当該急冷から得られる高温の流出水が、ヒータに送られる前の還元ガスを加湿するために使用されることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の直接還元鉄を製造するための方法において、前記水の含有量が、前記混合還元ガスを水蒸気と接触させることにより調整されることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の直接還元鉄を製造するための方法において、前記直接還元鉄の炭素の含有量が、前記還元反応装置に供給される前記還元ガスの水の含有量を調整することにより制御されことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５の何れか１項に記載の直接還元鉄を製造するための方法において、前記直接還元鉄の粒子に浸み込こませる炭素の量が、１．１５％〜３．６４％の範囲内の任意の数値にすることができることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６の何れか１項に記載の直接還元鉄を製造するための方法において、前記排出された還元ガスの流出物および前記混合還元ガスの流れが、熱交換器を通り、排出された還元ガスの流出物から前記混合還元ガスへと熱が交換されることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１から請求項７の何れか１項に記載の直接還元鉄を製造するための方法において、添加天然ガスおよび調整済みの含有量の水を含む前記還元ガスが、直接発火ヒータで、８５０℃〜１０００℃の間のある温度に加熱されることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１から請求項８の何れか１項に記載の直接還元鉄を製造するための方法において、二酸化炭素が、容量スイング吸着装置（ＶＳＡ）で除去されることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１から請求項８の何れか１項に記載の直接還元鉄を製造するための方法において、二酸化炭素が、圧力スイング吸着装置（ＰＳＡ）タイプにより除去されることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１から請求項８の何れか１項に記載の直接還元鉄を製造するための方法において、二酸化炭素が、アミンの液状溶液を使用する除去ユニットにより除去されることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１の何れか１項に記載の直接還元鉄を製造するための方法において、前記直接還元鉄が、前記還元反応装置から、５００℃以上のある温度で取り出されることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２の何れか１項に記載の直接還元鉄を製造するための方法において、前記直接還元鉄が、前記還元反応装置から、５００℃以上の温度で取り出され、その後で、高温でブリケットの形に成形されることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１から請求項１１の何れか１項に記載の直接還元鉄を製造するための方法において、前記直接還元鉄と接触している、冷却ガスの流れを循環させることにより、前記直接還元鉄が、前記還元反応装置から１００℃以下の温度で取り出されることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の直接還元鉄を製造するための方法において、前記冷却ガスが、天然ガスを含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載の直接還元鉄を製造するための方法において、前記冷却ガスが、前記還元反応装置の前記還元ゾーンからの流出ガスを含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１から請求項１６の何れか１項に記載の直接還元鉄を製造するための方法において、排出された還元ガスの流出物が、２５０℃〜４５０℃の範囲内のある温度であることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１から請求項１７の何れか１項に記載の直接還元鉄を製造するための方法において、前記混合還元ガスの水の含有量を調整するステップで用いる含有量の値は、前記直接還元鉄に化学的にＦｅ３Ｃとして結合している炭素の量が所定量となるように決定されることを特徴とする方法。
【請求項１９】
その内部に１．１５％から３．６４％の炭素を含む直接還元鉄を製造するために、還元ガスで、粒子状の酸化鉄を含む粒子を還元するための外部改質装置を使用しない装置であって、
還元ゾーンを持つ移動床還元反応装置と、
前記反応装置の前記還元ゾーンからの頂部流出ガスの少なくとも主要部を循環させることで、排出された還元ガスを再生された再循環還元ガスとして前記反応装置の前記還元ゾーンへ調整して戻す還元ガス・ループとを備え、
前記ループが、還元ゾーンを含み、
前記頂部流出ガスを冷却し、浄化するための冷却およびガス浄化ユニットと、
前記ループおよび前記反応装置を通して再循環還元ガスを循環させるためのポンプと、
前記再循環還元ガスから二酸化炭素を除去するための二酸化炭素除去ユニットと、
前記ループを通して循環する前記再循環還元ガスの流れの温度を８５０℃〜１０００℃の範囲内に上昇させることができるガス・ヒータと、
前記再循環還元ガスの水の含有量を５〜１２ｖｏｌ％の値になるように調整するための手段と、
前記還元ガスループに、天然ガスを添加するための手段と、
直接還元鉄を所望の程度に浸炭するのに必要な追加的エネルギーを供給する他に、還元システムに供給される天然ガスに含まれる炭化水素から水素と一酸化炭素を発生させるために、前記反応装置内に入る前に、前記再循環還元ガスと天然ガスの混合により得られる還元ガス流に対し酸素を含むガスを混合するための手段と、
に接続されている装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の装置において、前記二酸化炭素除去ユニットが、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）ユニットである装置。
【請求項２１】
請求項１９に記載の装置において、前記二酸化炭素除去ユニットが、容量スイング吸着（ＶＳＡ）ユニットである装置。
【請求項２２】
請求項１９に記載の装置において、前記二酸化炭素除去ユニットが、アミンの液状溶液を含む吸着ユニットである装置。
【請求項２３】
請求項１９から請求項２２の何れか１項に記載の装置において、さらに、前記ループを通って循環する前記再循環還元ガスの流れを予熱し、前記頂部流出ガスを冷却するための熱交換器を備える装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、定常状態で、改質触媒として作用する金属鉄を含む還元反応装置で、水、二酸化炭素および酸素のような酸化剤により炭化水素を改質することによって、還元反応装置システム内で酸化鉄の化学的還元の際に使用される還元ガスが、天然ガスから発生する製鉄所で、前還元した鉄鉱石、直接還元鉄（ＤＲＩ）等を生産するための方法および装置に関する。ＤＲＩ内の炭素の量は、還元反応装置に供給される還元ガスの組成内の水、二酸化炭素および酸素の相対的量を変化させることにより制御することができる。本発明は、還元反応装置システムの外側で現在使用されている天然ガス改質装置を使用しないで、高い効率および高い信頼性でＤＲＩを製造し、そうすることにより、直接還元プラントの資本および操業コストを削減するプロセスを提供する。
【０００２】
（発明の背景）
ＤＲＩまたは、（一般的に、製鉄および製鋼用の原料として有用な前還元材料である）海綿鉄、高温ブリケテット鉄等と呼ばれる直接還元鉄を生産するための直接還元プラントは、７５０〜１０５０℃の範囲内の温度で、主として水素および一酸化炭素からなる還元ガスを、塊またはペレットの形をしている粒子状の鉄を含む材料のベッドと反応させることにより、現在、このＤＲＩを製造している。今日、稼働している大部分の直接還元プラントは、反応装置を下方に移動する、粒子状の鉄鉱石の重力下降ベッドと同時に、ガスが流れる移動床反応装置を使用している。米国特許第３，７４９，３８６号；３，７６４，１２３号；３，８１６，１０１号；４，００２，４２２号；４，０４６，５５７号；４，３３６，０６３号；４，３７５，９８３号；４，４２８，０７２号；４，５５６，４１７号および５，０７８，７８７号が、そのようなプロセスの例を開示している。
【０００３】
製鋼電気アーク炉（ＥＡＦ）への給鉱または給鉱の一部として使用されるＤＲＩは、できれば、ＤＲＩ材料に鉄と化学的結合しているある程度の量の炭素を含んでいることが望ましいことは周知である。ＥＡＦ内の溶融鉄浴に、ＤＲＩ内の煤として、または黒鉛として添加することができる自由炭素とは対照的に、結合炭素は、例えば、上記炭素の大部分（約７０〜８５％）が、液状鉄浴内に残り、一酸化炭素を形成しているＤＲＩ原料に含まれる酸化鉄の還元をさらに促進し、この一酸化炭素の還元反応が、電気アークの輻射熱からＥＡＦの壁部を保護する大きな効果を持つ溶融鉄浴上に「泡状の」スラグ層を形成するガスの泡を形成したり、一酸化炭素は、また、さらに、酸化されて二酸化炭素になった場合には、ＥＡＦにエネルギーを供給し、それにより、電気エネルギー消費を少なくするというような多くの利点を持つ。
【０００４】
ＤＲＩが、製鋼作業の特定の特性に最も適している正しい量の化学的に結合した炭素を含む直接還元プロセスの開発が長い間待望されていた。
【０００５】
現在使用されている還元プロセスの場合には、還元ガスの平均組成により異なるが、０．８〜１．８％の狭い範囲内の炭素量を含むＤＲＩが生産される。何故なら、浸炭は、主として、Ｂｏｕｄｏｕａｒｄ反応、すなわち、２ＣＯ  −−＞  Ｃ＋ＣＯ２により影響を受ける。この反応は発熱反応であり、比較的低温、すなわち、５００℃〜７００℃の範囲で促進される。従って、上記反応装置の冷却放出部分を通して、ＣＯを含むガス循環させることにより、還元反応装置から放出される前に、ＤＲＩが周囲温度に冷却されるこれらプロファイル中に、浸炭反応が、通常、促進される。
【０００６】
必要な量の炭素を含むＤＲＩ製品を製造するもう一つの方法は、反応装置の冷却ゾーンで、高温のＤＲＩ製品を天然ガスと接触させる方法である。天然ガス中の炭化水素は、メタンの場合のように、還元ゾーンで使用される金属鉄、および水素プラス一酸化炭素と結合する炭素原子に分解される。この反応は、例えば、米国特許第４，０４６，５５７号および４，０５４，４４４号が開示しているように周知の反応である。後者の米国特許第４，０５４，４４４号は、炭化水素を分解する目的で、ＤＲＩの熱を利用するために、還元反応装置の還元ゾーンと冷却ゾーンの間の中間ゾーンに浸炭用の天然ガスを供給する方法を提案している。
【０００７】
関連する分解反応は、ＣＨ４  −−＞  Ｃ＋２Ｈ２である。炭化水素の分解は、強い吸熱反応であるので、この反応は、多くの場合、「常温」ＤＲＩ製品を製造するこれらプロセス中で使用される。上記反応により、例えば、米国特許第３，７６５，８７２号および５，４３７，７０８号のようなある種のプロセスの場合には、天然ガスは冷却剤として使用されてきた。後者の米国特許第５，４３７，７０８号は、反応ゾーンで製造されるＤＲＩの滞留時間を延長することにより、ＤＲＩ内の炭素の量が増大するプロセスを開示している。しかし、この方法は、実用的ではない。何故なら、滞留時間が５〜６時間から９〜１５時間に延長されるからである。そうするためには、同じ生産量を得るには、より大型の反応装置が必要になる。
【０００８】
高温ＤＲＩを製造するプロセス中に、必要な量の炭素結合を行うために、いくつかの提案が行われてきた。米国特許４，８３４，７９２および４，７３４，１２８が、このような方法の中の一つを開示している。これらの特許は、予め定めた還元力を持つ還元ガスが、別の改質炉で製造され、天然ガス中の炭化水素が改質炉でＨ２とＣＯに変換され、浸炭された炭化水素が反応装置に供給される還元ガスに添加されるプロセスを開示している。
【０００９】
ドイツ特許ＯＳ４４３７６７９Ａ１は、多量の炭素を含む「高温」ＤＲＩを製造するためのもう一つの提案を開示している。この場合、還元ゾーンから下方に向かって流れるＤＲＩの熱を利用して、炭化水素を分解するために、反応装置の排出部分に天然ガスが供給される。この浸炭方法は、上記の方法と同じものである。唯一の違いは、還元ガスが反応装置内で作られることだけである。しかし、この特許もまた、吸熱浸炭反応を行うために、使用することができるエネルギーの量が、ＤＲＩの熱であるという欠点を持つ。ＤＲＩを高温で取り出さなければならない場合には、浸炭の程度は大きく制限される。
【００１０】
本発明は、従来技術のプロセスを改良したものである。より詳細に説明すると、本発明は、ビラリール・トレヴィノ（Ｖｉｌｌａｒｒｅａｌ−Ｔｒｅｖｉｎｏ）他の米国特許第５，１１０，３５０号を改良したものを開示している。この米国特許は、外部の天然ガス改質装置を使用しない直接還元プロセスを開示している。このプロセスの場合、還元ガスは、別のガス冷却装置からの高温の水で、それを飽和することにより、還元ガスの流れが加熱される前に、還元ガスに添加される水により、天然ガスを改質することにより発生する。天然ガス、水および再循環ガスの混合物は、ガス・ヒータで加熱され、還元反応装置に送られ、この還元装置で、改質反応、還元反応および浸炭反応のすべてが行われる。
【００１１】
従来技術に関連する他の特許としては、Ｗ．Ｅ．マーシャルの米国特許第３，３７５，０９９号がある。この特許は、酸化鉄の還元プロセスを開示している。この場合、天然ガスまたはメタンは、周知の方法で、水素および二酸化炭素を発生する燃焼チャンバで、酸素により部分的に燃焼する。反応装置に再循環することができるのは、再生ガスのほんの僅かな部分だけである。何故なら、反応装置に入るガスの温度が過度に下がるためであるが、その理由は、再循環の流れを加熱するためのガス・ヒータが、設置されていないからである。それ故、新しい天然ガスの消費量が大きく、この制限のために、貴重な還元ガスを浪費しなければならない。酸素の消費量も大きい、何故なら、還元レベルにまで、還元ガスの温度を上昇させるために必要なすべての熱は、酸素による天然ガスの部分的燃焼により供給しなければならないからである。
【００１２】
ダム他の米国特許第５，０６４，４６７号は、ドイツ特許ＯＳ  ４４３７６７９類似の直接還元プロセスを開示している。このプロセスの場合、還元ガスは、空気または空気と酸素との混合物による再循環ガスおよび天然ガスの混合物の部分的に燃焼により発生する。この場合、天然ガスの炭化水素は、当業者であれば周知のように、還元反応装置で改質される。しかし、このプロセスは、天然ガスを改質するために高いレベルの湿度を利用しないで、改質のための二酸化炭素および酸素を使用している。このプロセスは、再循環ガスを再生するためのＣＯ２除去ユニットを備えていないので、このシステムから出てくるガスの量は、反応装置から流出するガスの約３０％である。
【００１３】
マルチネス・ベラ他の米国特許第４，５２８，０３０号は、外部改質装置を使用しない還元プロセスを開示している。このプロセスの場合、天然ガスは、還元反応装置内の主な酸化剤である蒸気により改質される。しかし、この特許は、反応装置に入る還元ガスの温度を上昇させ、ＤＲＩの浸炭に必要なエネルギーを供給するが、本発明の場合のように、炭素量を柔軟に制御するために酸素を添加しない。
【００１４】
（発明の概要）
本発明の一つの目的は、還元反応装置に供給される還元ガスと混合している水および酸素の添加量を制御することにより、予め定めた炭素量を含むＤＲＩを製造するための方法および装置を提供することである。
【００１５】
本発明のもう一つの目的は、現在使用されている天然ガス改質装置を使用しないで、還元反応装置で、高い効率で酸化鉄を還元するための方法および装置を提供することである。
【００１６】
本発明の他の目的および利点は、当業者にとっては自明なことであろうし、それらについては、本明細書および添付の図面に記載してある。
【００１７】
本発明の目的は、下記の方法および装置により達成される。
【００１８】
本発明の方法は、天然ガスの改質装置を使用しないで、還元システムで、直接還元鉄（ＤＲＩ）の浸炭を制御して、所定量の炭素を含む直接還元鉄を効率的に製造するための方法であって、この方法の場合には、還元システム内において、水および酸素で、還元ガスの炭化水素を改質することにより還元ガスを発生する。この方法は、移動床還元反応装置で実行されるが、この還元反応装置は、還元ゾーンを持ち、この還元ゾーンにおいては、酸化鉄を含む粒子状の材料が、少なくともその一部が、水素および一酸化炭素を還元剤として含んだ、炭素を含む高温の還元ガスにより、化学的に金属鉄に還元される。本発明の方法は、反応装置の還元ゾーンの上部へ、酸化鉄を含む粒子状の材料を導入するステップと；還元ゾーンに、約９００〜約１１５０℃の範囲内のある温度で還元ガスの第一の流れ（供給物）を供給し、高温の還元ガスを、その内部の酸化鉄を少なくとも部分的に還元するために、還元ゾーンを通して、高温の還元ガスを上に向けて流し、金属鉄を反応装置に供給した還元ガスからの炭素で浸炭し、それにより、制御され、また予め定めた程度に、化学的結合した炭素を含むＤＲＩを製造するステップと；約２５０℃〜約４５０℃の範囲内のある温度で排気還元ガスの第二の流れ（流出物）を還元ゾーンから取り出すステップと；熱を第二の流れから回収する熱交換器を通して、第二の流れを移動させるステップと；第二の流れから水を除去し、浄化するために、上記のガスの流れを液状の水と直接接触させるステップと；第二の流れの一部から二酸化炭素を除去して約１０％程度の二酸化炭素しか含んでいない第三の流れ（再生された再循環還元ガス）とするステップと；還元ガスの第四の流れ（混合還元ガス）を形成するために、第三の流れを天然ガスと混合するステップと；上記ガスを冷却−ガス浄化装置から流出する高温の水と接触させることにより第四の流れの水分の量を増大させるステップと；第四の流れの水分の量を約５〜１２％の範囲内のある数値に調整するステップと；第四の流れを約８５０℃〜約１０００℃の範囲内のある温度に加熱するステップと；第一の流れを形成するために、第四の流れの温度を約９５０℃〜１１５０℃の範囲内の温度に上昇させるために、高温の第四の流れを酸素を含むガスと混合するステップと；反応装置から制御され、予め定めた量の炭素を含むＤＲＩを取り出すステップとを含む。
【００１９】
ＤＲＩを製造するための装置は、還元反応装置と；還元反応装置を備える還元ループの反応装置からの頂部流出ガスの少なくとも一部を循環させるためのポンプ手段およびコンジット手段と；頂部流出ガスを冷却し、浄化するための冷却およびガス浄化ユニットと；二酸化炭素除去ユニットと；ループ内を循環するガスの流れの温度を約８５０℃〜約９８０℃の範囲内に上昇させることができるガス・ヒータと；ガス・ヒータを通過する前に、天然ガスを還元反応装置からの再循環頂部流出ガスと混合するための手段と；ガスが反応装置に入る前に、酸素を含むガスの量を再循環ガスと混合し、制御し、それにより予め定めた量の炭素を含むＤＲＩ製品を入手するための手段とを備える。
【００２０】
（好適な実施形態の詳細な説明）
図１について説明すると、参照番号５は、還元ゾーン１２および排出ゾーン１４を持つ酸化鉄を化学的に還元するための移動床還元反応装置１０を備える還元システム全体を示す。天然ガスは、適当なソース１６から還元システム５へ送られ、パイプ１８を通して反応装置１０から再循環し再生した還元ガスと混合される。その後で、天然ガスと再循環還元ガスとの混合物は、加湿装置２０を通るが、この加湿装置で約６０℃〜約９０℃の範囲内の温度で、高温の水が、約５〜約１２容量％の範囲内の含水量でパイプ２２を流れる、ガスの流れになるガス流と接触する。この水は、還元反応装置１０内で、天然ガスに含まれる炭化水素を改質するための酸化剤として使用される。天然ガスと再循環還元ガスの加湿混合物は、熱交換器２４で、パイプ２６を通しての反応装置１０から流出する、依然として高熱のガスの流れから回収した熱により約３００℃〜約４００℃の温度に予備加熱され、パイプ２８を通ってガス・ヒータ３０に流れ、そこでその温度は、約８５０℃〜約９６０℃の範囲に上昇する。ガス・ヒータ３０は、当業者であれば周知の方法で、ソース３２からの適当な燃料の燃焼により点火する。その後で、高温の還元ガスは、移送ライン３４を通して流れ、ソース３６からの酸素を含むガスと混合される。反応装置１０を流れるガスの大部分は、反応装置に再循環するので、空気または酸素を高い濃度で含む空気の代わりに、純粋な酸素を使用することが好ましい。何故なら、空気中の窒素が、再循環還元ガス内に蓄積するからである。酸素による還元ガスの部分的燃焼は、その温度を約１０００℃〜１１００℃の範囲に上昇する。また、ＤＲＩの吸熱浸炭反応を行うのに必要なエネルギーを供給する他に、還元システム５に供給される天然ガスに含まれる炭化水素から水素と一酸化炭素とを発生する。反応装置に供給される天然ガスからの炭化水素を含む還元ガスは、反応装置の酸化鉄を還元し、同時に還元ガスに含まれる酸化剤は、メタンおよびその他の炭化水素を、還元反応装置で発生するＤＲＩ（海綿鉄）の触媒的な機能により、水素および一酸化炭素に変換する。還元ガスは、約２５０℃〜約４００℃の範囲内のある温度で、反応装置１０から、熱交換器２４に接続しているパイプ２６を通って流出し、その後で、パイプ３８を通って、冷却装置−ガス洗浄器４０に流れ、そこで、冷却水と直接接触して冷却する。冷却装置−ガス洗浄器４０により発生した高温の水は、米国特許第５，１１０，３５０号が開示しているように、反応装置に再循環した還元ガスを加湿するために使用される。冷却され、水が除去された後で、還元ガスは、パイプ４２を通り、少なくとも二つの部分に分割される。小さい方の流れは、圧力制御弁４６を持つパイプ４４を通して流れ、この弁を通して、システムの圧力を維持し、制御するために、また、不活性ガスの望ましくない蓄積を除去するために、システムからのガスが浄化される。還元ガスの大きい方の流れは、ガスを反応装置１０に再循環させるために、パイプ４８を通って流れ、ポンプ手段５０により送られる。ポンプ手段は、ブロワであっても、コンプレッサであってもよい。ポンプ手段５０を通った後で、ガスは、パイプ５２を通って流れ、その後で、適当な二酸化炭素ユニット５４を通過し、そこで二酸化炭素は、例えば、（高温炭化物溶液、アミン溶液等のような）液体吸着溶液、ＰＳＡ（圧力スイング吸着）ユニット、または好適には、ＶＳＡ（容量スイング吸着）ユニットのような、適当な手段により、還元ガスの流れの他の成分から分離される。二酸化炭素は、分離され、パイプ５６を通って流れ、種々の方法で使用される。
【００２１】
二酸化炭素を分離した後で、再循環還元ガスは、パイプ１８を通って流れ、これにより、サイクルが終了する。塊または粒子の形をしている酸化鉄の鉱石６０は、還元ゾーン１２の上部を通って反応装置１０に送られ、供給方向とは逆方向に流れる高温の還元ガスと反応し、最後には、必要量の炭素を含むＤＲＩ６２として取り出される。
【００２２】
そうでない場合には、ＤＲＩは、例えば、約５００℃以上の高温で、還元反応装置１０から取り出すこともできるし、または、ＤＲＩと接触している、通常は、天然ガスである、冷却ガスの流れの循環により、反応装置の下部でＤＲＩを冷却することにより、約１００℃以下の温度で取り出すこともできる。この目的のために、天然ガスの流れが、適当なソース６４から、排出ゾーン１４に送られ、そうしたい場合には、冷却ゾーンに再循環させることができ、そうでない場合には、パイプ６６を通して、ガスを、反応装置１０の還元ゾーン１２に供給される、ガスの還元回路に移送することにより、還元の目的で使用される。冷却するために、コンプレッサ５０により再循環された還元ガスの一部は、パイプ５２から入手することができ、パイプ６８を通って流れ、最後には、天然ガス６４と混合しないで、または天然ガスと結合しないで、冷却−排出ゾーン１４に送られる。
【００２３】
一日のＤＲＩの生産量が２３〜２５メートルトンである、実験プラントで実行された特許請求のプロセスの一例について以下に説明する。５％〜９．５％の水の容量組成を持つ、９３５℃〜９６９℃の還元ガスを酸素と混合し、その温度を１０１３℃〜１０５７℃の範囲に上昇させた。その後で、このガスは、還元反応装置に送られ、一定の金属化の度合が、９３．１８％〜９３．１８％の範囲内であるＤＲＩを製造するために、酸化鉄と反応させた。ＤＲＩ製品の炭素の含有量は、還元ガス内の水の含有量に反比例し、１．１５％〜３．６４％の範囲内であった。酸素と混合する前の、結果として得られるガスの二酸化炭素の含有量は、４．９７５〜５．４６％容量であった。二酸化炭素のこの量は、実際には、一定であるように思われる。酸素と混合する前の還元ガスの平均流量は、２２０７ＮＣＭ／トン鉄であり、還元ガスと混合した酸素の平均流量は、５７ＮＣＭ／トン鉄であった。還元システムへの補充として供給した天然ガスの量は、２６５ＮＣＭ／トン鉄であった。プラント操業の一周期において、酸素と混合する前の還元ガスの％容量は、水素４８．２５；一酸化炭素１４．５２；二酸化炭素５．０２；メタン２５．６２；窒素０．９７、水４．９７；エタン０．６１およびプロパン０．０６であった。上記組成の場合には、ＤＲＩ製品の炭素は、３．６４％であり、その金属化は９３．１８％であった。
【００２４】
上記説明から、本発明が、上記の発明のいくつかの目的を達成することができることは明らかであろう。それ故、本発明は、還元ガスを発生するために、改質炉を使用しないでも、還元反応装置に供給される還元ガスの酸素による部分燃焼により、ＤＲＩ浸炭用のエネルギーを供給することにより、予め定めた量または制御可能な量の炭素を含むＤＲＩを製造するための、新規で、非常に効率的な方法を提供する。
【００２５】
もちろん、上記説明は、例示としてだけのものであって、添付の特許請求の範囲に記載する本発明の範囲から逸脱することなしに、上記のシステムの構造およびその動作条件を種々様々に変更することができることを理解されたい。
【００２６】
もちろん、上記説明は、例示としてだけのものであって、添付の特許請求の範囲に記載する本発明の範囲から逸脱することなしに、上記のシステムの構造およびその動作条件を種々様々に変更することができることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
本明細書および添付の図面は、本発明のいくつかの好適な実施形態を示し、種々の他の実施形態および修正した実施形態を示唆している。これらは本発明の実施形態のすべてを網羅したものでもなく、本発明の範囲内で本発明を種々様々に変更し、修正することができることを理解されたい。本明細書に記載したいくつかの示唆は、他の当業者が、本発明およびその原理をもっと完全に理解し、それぞれが、特定の用途の諸条件に最もよく適するように、本発明を種々の形に修正することができるようにするための、説明を行う目的で、選択し、記載したものである。
【図１】  本発明の好適な実施形態の簡単な図面である。
【図１】
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