(57)【要約】  高炉（１）あるいは還元アセンブリ（Ｒ１）からの送出ガスの少なくとも一部がガスタービンで熱的に使用され、このガスタービン（２４）の排出ガスが蒸気を発生させるための排熱蒸気発生器（１６）で利用される、溶融還元法を行うための方法および装置が提供される。送出ガスの残りの部分は、二酸化炭素分離装置（８）に供給され、その際に発生する排ガスが排熱蒸気発生器（１６）に供給され、蒸気を追加で発生させるために燃焼される。本発明によって、排ガスの燃焼可能な部分が、蒸気発生器での熱的な使用のために供給され、その結果、送出ガスの熱的利用のエネルギーバランスが全体的に改善される。また送出ガスの追加部分が二酸化炭素分離装置（８）によって質的に改善され、それによって、冶金の利用のために供給される、価値の高い還元ガスが発生させられる。
2012506487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に高炉あるいは溶融アセンブリと少なくとも１つの還元アセンブリとによって溶融還元法を行うための方法であって、供給材料が、炭素担体と場合によっては融剤とを用いて、還元ガスによって還元され、銑鉄あるいは鋼半製品へと溶融され、かつ、転換された還元ガスが炉頂ガスとして抽出され、浄化されて、場合によっては、浄化されかつ冷却された、前記溶融アセンブリからの余剰ガスと混合されて、送出ガスとして搬出される方法において、
送出ガスの少なくとも一部が、ガスタービンで熱的に使用され、かつ該ガスタービンの排出ガスは、蒸気を発生させるための排熱蒸気発生器で利用され、送出ガスの少なくとも追加部分は、二酸化炭素分離装置に供給され、かつ該二酸化炭素分離装置の排ガスは蒸気を追加で発生させるために排熱蒸気発生器で燃焼されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記炉頂ガスは、前記高炉あるいは前記還元アセンブリから取り出されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記送出ガスの一部はまず圧縮され、冷却され、その後、前記二酸化炭素分離装置に供給されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記送出ガスは、前記ガスタービンでの燃焼前に、燃焼ガス圧縮機内で圧縮されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記送出ガスの一部は膨張タービンに供給され、圧力が低下して膨張され、さらに続いて排ガスに混入されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記排ガスが、場合によっては送出ガスとの混合後に、前記排熱蒸気発生器での燃焼前に、発熱量の変動を補償するために貯蔵装置に中間貯蔵されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記送出ガスは、前記ガスタービンでの燃焼前に、粉塵除去されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
発熱量の変動を補償するために、もしくは送出ガス内の発熱量を適応させるために、前記ガスタービンでの送出ガス燃焼前に、精錬ガスおよび／あるいは天然ガスおよび／あるいは窒素および／あるいは水蒸気あるいはこれらの混合物が加えられることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記送出ガスは、送出ガス量もしくは送出ガス発熱量の均一化を確実にするために、前記ガスタービンでの燃焼前にバッファ装置でバッファされることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記排熱蒸気発生器で発生させられた蒸気は、蒸気タービンに供給されることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記二酸化炭素分離装置は、圧力変化法あるいは真空圧力変化法に基づいて、特に吸着原理に従って作動することを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
平均発熱量が、４０００ｋＪ／Ｎｍ３より大、特に５０００ｋＪ／Ｎｍ３より大の送出ガスのみが前記ガスタービンに供給されることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記送出ガスの発熱量は、オンラインで決定されることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記ガスタービンに供給される送出ガスの割合は、炉頂ガスの３０％から９０％であることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記高炉が、特に酸素の割合が、７０％より大、特に好ましくは８０％より大の酸素含有ガスで駆動されることを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記二酸化炭素分離装置で浄化された送出ガスの少なくとも一部が、場合によっては加熱された後に、前記高炉あるいは前記還元アセンブリに導入されることを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記排ガスの少なくとも一部あるいは排ガスとの混合ガスは、空気および／あるいは酸素を添加されて加熱装置で燃焼され、浄化された送出ガスを、前記高炉への導入前に加熱するために排熱が利用されることを特徴とする請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
請求項１から１７のいずれか一項に記載の溶融還元法を行うための装置であって、高炉（１）あるいは溶融アセンブリ（２８）と少なくとも１つの還元アセンブリ（Ｒ１）とを有し、供給材料が、炭素担体と場合によっては融剤とを用いて、還元ガスによって還元され、銑鉄（ＲＥ）あるいは鋼半製品へと溶融され、かつ、転換された還元ガスは炉頂ガスとして抽出され、浄化されて、場合によっては、浄化されかつ冷却された、前記溶融アセンブリ（２８）からの余剰ガスと混合されて、送出ガスとして搬出される装置において、
送出ガスの少なくとも一部を熱的に転換するためのジェネレータを有するガスタービン（２４）と、排熱蒸気発生器（１６）とが備えられ、該排熱蒸気発生器において、前記ガスタービン（２４）からの熱い排出ガスによって蒸気が発生させられることを特徴とし、
残留する送出ガスの少なくとも一部が供給され、二酸化炭素が洗除されたガスと排ガスとを形成する二酸化炭素分離装置（８）が設けられており、かつ、収容するためと排ガス内の発熱量の変動を補償するための貯蔵装置（１４）が備えられ、該貯蔵装置（１４）は、蒸気を作るために排ガスを燃焼するための加熱装置を備える前記排熱蒸気発生器（１６）と接続されていることを特徴とする装置。
【請求項１９】
前記排熱蒸気発生器（１６）で発生した蒸気を膨張させるためのジェネレータ（１８）を有する蒸気タービン（１７）が設けられていることを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記送出ガスを、前記ガスタービン（２４）への供給前に貯蔵するためのバッファ装置（２２）が設けられており、その結果、前記ガスタービン（２４）に供給される送出ガス量もしくは送出ガス発熱量を一定に保つことができることを特徴とする請求項１８又は１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記バッファ装置（２２）は、送出ガスの発熱量を測定するための測定装置を備え、前記測定に基づいて、発熱量を適合させるために、精錬ガスおよび／あるいは天然ガスおよび／あるいは窒素および／あるいは水蒸気が供給されることを特徴とする請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記送出ガスを、圧縮（２３）及び前記ガスタービン（２４）への供給の前に浄化するためのフィルタ（２１）、特に電気フィルタが設けられていることを特徴とする請求項１８から２１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２３】
前記二酸化炭素分離装置（８）への供給前に、送出ガスの残留部分の圧力を上昇させるための圧縮機（９）および／あるいは冷却するための冷却器（１０）が設けられていることを特徴とする請求項１８から２２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２４】
前記送出ガスを、前記ガスタービン（２４）への供給前に圧縮するために燃焼ガス圧縮機（２３）が設けられていることを特徴とする請求項１８から２３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２５】
前記送出ガスの圧力エネルギーを利用するための膨張タービン（２７）が設けられており、膨張された送出ガスは、送達管を介して前記貯蔵装置（１４）に供給されることを特徴とする請求項１８から２４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２６】
二酸化炭素が洗除された送出ガスを加熱するために、排ガスで加熱可能な予熱装置（１９）が設けられており、その結果、加熱され浄化された送出ガスを、前記高炉（１）に供給することができることを特徴とする請求項１８から２５のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に高炉あるいは溶融アセンブリと少なくとも１つの還元アセンブリとによって溶融還元法を行うための方法であって、供給材料が、炭素担体と場合によっては融剤とを用いて、還元ガスによって還元され、銑鉄あるいは鋼半製品へと溶融され、かつ転換された還元ガスが炉頂ガスとして抽出され、浄化されて、送出ガス（Exportgas）として搬出される方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明はさらに、高炉あるいは溶融アセンブリと少なくとも１つの還元アセンブリとによって溶融還元法を行うための装置であって、供給材料が、炭素担体と場合によっては融剤とを用いて、還元ガスによって還元され、銑鉄あるいは鋼半製品へと溶融され、かつ転換された還元ガスが炉頂ガスとして抽出され、浄化されて、場合によっては、浄化されかつ冷却された、溶融アセンブリからの余剰ガスと混合されて、送出ガスとして搬出される装置に関する。
【０００３】
従来より、たとえば溶融還元装置からの炉頂ガスのようなプロセスガス、もしくは残余ガスからの混合ガスが、別のプロセスと設備で処理され、多くの場合、炉頂ガスの熱的かつ化学的エネルギーが利用されることが知られている。問題となるのは、不安定なガス組成と、浄化システムへの低い送出ガス圧とであり、これらは送出ガスの効率的な処理を困難にする。さらに知られているのは、送出ガスもしくは純粋な炉頂ガスが、タービン内で、運動エネルギー（膨張タービン）と熱（ガスタービン）の生成に使われるということである。ここにも、低い圧力と、二酸化炭素除去設備からの残余ガス混入後の低い発熱量と、発熱量の変動のために、送出ガスが、ガスタービン内もしくはガス・蒸気発電所内で不利に使用されるだけであるという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、本発明の課題は、溶融還元法と、たとえばガスタービンもしくはガス・蒸気発電所による送出ガスの利用とを組み合わせて、プロセスガスのより良好かつより効率的な利用と、全体としてより良好なエネルギーバランスとをもたらす方法と装置とを使用可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は、請求項１に記載の本発明に係る方法と、請求項１８に記載の装置とによって解決される。
【０００６】
本発明に係る方法によって、送出ガスの少なくとも一部が、ガスタービンで熱的に使用される。このガスタービンの排出ガスは、蒸気を発生させるための排熱蒸気発生器で利用される。送出ガスの追加部分は、二酸化炭素分離装置および／あるいは低圧送出ガスシステムに供給され、その際に発生する排ガス、すなわち二酸化炭素の分離によって発生する残余ガスが、排熱蒸気発生器に供給され、蒸気を追加で発生させるために燃焼される。それによって、一方では、送出ガスが二酸化炭素分離装置によって質的に改善され、その際、送出ガスの還元能力、すなわち送出ガスの、還元成分の割合が高められ、もしくは冶金の利用に供給される、価値の高い還元ガスが発生させられる。他方では、排ガスの燃焼可能な部分が、熱的な使用のために供給され、その結果、エネルギーバランスが改善される。その際に有利なのは、より高い圧力とより高い割合の燃焼可能成分とを有する送出ガスが、排ガスと分けられて扱われるということである。それにより、ガスタービンで燃焼される送出ガスの質は、排ガスによって低下されることがなく、その結果、ガスタービン内での費用のかかる圧力上昇あるいはまたエネルギー収量の低さが回避される。特に、プロセスによっては、二酸化炭素分離装置の場合、特に吸着法による二酸化炭素分離が用いられる場合に排ガスにおいて回避されないような、発熱量の変動は、ガスタービンにとってもはや問題とはならない。ガスタービンの効率的な駆動は、充分一定の発熱量を有する燃焼ガスを前提としており、その結果、排ガスを別個に処理することによって、ガスタービン内での利点のみが生じる。
【０００７】
溶融ガス化装置からの還元ガス量は一定ではないため、調節用のガス量、いわゆる余剰ガスが、送出ガスとして放出されなくてはならない。余剰ガスの量は、還元アセンブリにおいて必要とされるできる限り一定の還元ガス量と、溶融アセンブリにおけるシステム圧力制御とに基づいてもたらされる。
【０００８】
本発明に係る方法の有利な形態に従えば、高炉あるいは還元アセンブリから炉頂ガスが取り出される。二酸化炭素分離での部分流を使用する他に、送出ガスがガスタービンに供給され、それにより、溶融還元法とガスタービンもしくは排熱蒸気発生器との組み合わせのエネルギーバランスが明らかに改善される。
【０００９】
炉頂ガスの浄化は、乾式分離、特に重力分離および／あるいは湿式分離によって行われる。炉頂ガスはたいてい粉塵を含んでおり、その結果、粉塵と細かい固体粒子とが分離されなくてはならない。その際、乾式分離には、炉頂ガスを大幅に冷却しないという利点がある。ガスの品質に関して非常に高い要求があれば、湿式粉塵除去によって、粉塵と固体粒子の充分に完全な除去が行われてよく、湿式粉塵除去は乾式粉塵除去に後置されてよく、あるいはまた、単独で使用されてもよい。湿式粉塵除去によって、炉頂ガスは大幅に冷却されてしまう。乾式あるいは湿式で浄化された炉頂ガスは送出ガスと呼ばれ、タービン内での利用に供給される。
【００１０】
本発明に従えば、送出ガスの残りの部分はまず圧縮され、冷却され、その後、二酸化炭素分離装置に供給される。圧力上昇と冷却とによって、プロセスの条件は、二酸化炭素分離のために適合され、もしくは改善される。
【００１１】
本発明に係る方法の特別な形態に従えば、送出ガスは、ガスタービンでの燃焼前に、燃焼ガス圧縮機内で圧縮される。それによりガスタービンは経済的に最適な作業ポイントで調節され、効率を上げることができる。
【００１２】
本発明に係る方法の適切な形態に従えば、送出ガスの一部は膨張タービンに供給され、圧力が低下して膨張され、さらに続いて排ガスに混入される。この処置によって、たとえば送出ガスの過供給の際には、ガスタービンはもはや処理できないので、少なくとも圧力エネルギーを利用することができ、送出ガスが膨張される。タービンは、電気を発生させるためのジェネレータと連結されてよい。膨張した送出ガスは、さらに続いて排ガスに混入され、燃焼可能な成分の割合が全体的に上昇する。
【００１３】
本発明に係る方法の有利な形態では、排ガスが、場合によっては送出ガスとの混合後に、排熱蒸気発生器での燃焼前に、発熱量の変動を補償するために貯蔵装置に中間貯蔵されることが考えられている。プロセスに応じて、二酸化炭素分離装置が、発熱量に大きな差がある排ガスを発生させ、高い周波数を有する変動が生じ、すなわち、時間的に短時間だけ生じ、より長時間にわたって確実に、充分補償される。それにより中間貯蔵における補償によって、ほぼ均一化された発熱量が調節され、燃焼時の大きな変動が回避される。送出ガスを排ガスに混入することによって、発熱量はさらに適合される。
【００１４】
本発明に係る方法の適切な形態に従えば、送出ガスは、ガスタービンでの燃焼前に、粉塵除去される。追加的な粉塵除去によって、残余粉塵でタービン内に損傷が引き起こされないよう、確保される。
【００１５】
本発明に係る方法のさらなる考えられる形態に従えば、発熱量の変動を補償するために、もしくは送出ガス内の発熱量を適応させるために、ガスタービンでの送出ガス燃焼前に、精錬ガスおよび／あるいは天然ガスおよび／あるいは窒素および／あるいは水蒸気あるいはこれらの混合物が加えられる。ガスタービンは、安定した駆動のために、できる限り一定の熱出力と、一定の発熱量とを必要とする。溶融還元法を行う際の変動のために、組成の変化が生じ、その結果、精錬所で充分な量、入手できる、たとえばるつぼガスあるいはコークス炉ガスのような精錬ガス、あるいは別の適切な燃焼可能なガスを本発明に従って導入することによって、必要な場合には発熱量を上げることができ、もしくは窒素を混入することによって下げることができる。その結果、ガスタービンのための安定した条件が確保される。特に価格的に有利なのは、空気分離装置からの廃窒素を用いることである。
【００１６】
本発明に係る方法の特別な形態に従えば、送出ガスは、送出ガス量の均一化を確実にするために、ガスタービンでの燃焼前にバッファ装置でバッファされる。記載された手段によって、ガスタービンの非常に安定した駆動が保証される。
【００１７】
本発明に係る方法の特別な形態に従えば、排熱蒸気発生器で発生させられた蒸気は、蒸気タービンに供給される。排熱蒸気発生器で形成された蒸気を利用することによって、プロセスの効率を明らかに上昇することができる。
【００１８】
本発明に係る方法の特別な形態では、二酸化炭素分離装置は、圧力変化法あるいは真空圧力変化法に基づいて、特に吸着原理に基づいて作動することが考えられている。そのような方法は、高い分離率の特徴があり、その結果、浄化された送出ガスは高い還元能力を有し、再び溶融還元法において利用することができ、それによって銑鉄１トン当たりに発生する二酸化炭素の量が削減される。
【００１９】
本発明に係る方法の有利な形態では、平均発熱量が＞４０００ｋＪ／Ｎｍ３、特に＞５０００ｋＪ／Ｎｍ３の送出ガスのみがガスタービンに供給されることが考えられている。送出ガスの発熱量を制御することによって、ガスタービンは高い効率を達成することが確保され、発熱量が少なすぎる送出ガスは粉塵除去機、バッファ装置、燃焼ガス圧縮機を介さずにタービンに供給される必要があるので、これらの装置をより小さな寸法にすることができる。それにより、ガスタービンに至るまで価格的に有利な部材となる。さらにそれによって、本来であれば必要な、二酸化炭素を多く含む排ガスの圧縮と、それに続くガスタービン内での膨張とによるエネルギー損失が回避される。
【００２０】
本発明に係る方法のさらなる有利な形態に従えば、送出ガスの発熱量は、オンラインで決定される。オンラインで実行される発熱量の決定によって、発熱量の恒常的な制御が、特に燃焼可能なガスあるいは窒素を混入することによって可能であり、それによってガスタービンのさらに安定した駆動が可能となる。
【００２１】
本発明に係る方法の特別な形態に従えば、ガスタービンに供給される送出ガスの割合は、炉頂ガスの３０％から９０％である。この量に基づいて、一方では送出ガスの燃焼可能な成分を利用することが可能であるが、さらに十分な送出ガスを二酸化炭素分離装置に供給することができ、その結果、溶融還元法での利用が可能である。割合は、必要な場合には、たとえばより多くの送出ガスが溶融還元法にリサイクルされなくてはならない場合には、適合されてもよい。
【００２２】
本発明に係る方法の特に有利な形態は、高炉が、特に酸素の割合が＞７０％、特に好ましくは＞８０％の酸素含有ガスで駆動される場合に、達成される。ほぼ純粋な酸素で駆動されることによって、還元時のプロセスガスの品質とまた炉頂ガスの品質も向上し、その結果より高い割合の還元成分もしくは燃焼可能成分が手に入る。それにより高炉での溶融還元プロセスと、送出ガスの熱利用とを改善することができる。
【００２３】
本発明に係る方法の適切な形態では、二酸化炭素分離装置で浄化された送出ガスの少なくとも一部が、場合によっては加熱された後に、高炉あるいは還元アセンブリに導入されることが考えられている。この方法で浄化された送出ガスは高い還元能力を備え、したがって供給材料の還元に再び利用され、その結果、たとえば高炉あるいは還元アセンブリ内の炭素担体の量を削減することができる。その際、通常の供給材料は、鉄鉱石、凝集された鉄担体（ペレット、焼結物）、鉄鉱石精鉱と付加的には炭素担体と融剤である。
【００２４】
本発明に係る方法の有利な形態に従えば、排ガスの少なくとも一部あるいは排ガスとの混合ガスは、空気および／あるいは酸素を添加されて加熱装置で燃焼され、浄化された送出ガスを、高炉への導入前に加熱するために排熱が利用される。それにより、導入に必要なガス温度を調節するために、送出ガスを価格的に有利に加熱することができる。
【００２５】
本発明に係る溶融還元法を行うための、本発明に係る装置は、高炉あるいは溶融アセンブリと少なくとも１つの還元アセンブリとを備え、供給材料が、炭素担体と場合によっては融剤とを用いて、還元ガスによって還元され、銑鉄あるいは鋼半製品へと溶融される。溶融還元法で転換された還元ガスは炉頂ガスとして抽出され、浄化されて、場合によっては、浄化されかつ冷却された、溶融アセンブリからの余剰ガスと混合されて、送出ガスとして搬出される。さらに、送出ガスの少なくとも一部を熱的に転換するためのジェネレータを有するガスタービンと、排熱蒸気発生器とが備えられ、該排熱蒸気発生器において、ガスタービンからの熱い排出ガスによって蒸気が発生させられる。本発明に係る装置は、残留する送出ガスの少なくとも一部が供給され、二酸化炭素が洗除されたガスと排ガスとを形成する二酸化炭素分離装置と、収容するためと排ガス内の発熱量の変動を補償するための貯蔵装置とを備えており、該貯蔵装置は、蒸気を作るために排ガスを燃焼するための加熱装置を備える排熱蒸気発生器と接続されている。本発明に係る装置によって、圧力が高く発熱量の大きい送出ガスが、圧力が低く発熱量の少ない排ガスと分けられて処理される。それにより、価値の高い送出ガスの量は確かに少なくなるが、しかしながら、この送出ガスはより高い圧力とより大きい発熱量とによって優れ、その結果、ガスタービンでの該送出ガスの利用は、より効果的に行われる。排熱蒸気発生器の加熱装置で排ガスを別個に燃焼することによって、排ガス内の燃焼可能成分のエネルギーを利用することができる。
【００２６】
本発明に係る装置の考えられるヴァリエーションに従えば、排熱蒸気発生器で発生した蒸気を膨張させるためのジェネレータを有する蒸気タービンが設けられている。ガスタービンの熱い排出ガスから出る排熱と、排ガスの燃焼から出る排熱とを利用することによって、プロセスのエネルギー効率を上げることができ、ガスタービンを、ジェネレータと連結することによって発電のために利用することができる。
【００２７】
炉頂ガスを浄化するために、乾式分離装置、特に重力分離器および／あるいは湿式分離装置が備えられてよい。それにより送出ガスの必要な純度を調節することができ、乾式分離には、炉頂ガスをわずかしか冷却しないという利点がある。
【００２８】
本発明に係る装置のさらなる形態に従えば、送出ガスを、ガスタービンへの供給前に貯蔵するためのバッファ装置が設けられており、その結果、ガスタービンに供給される送出ガス量もしくは送出ガス発熱量を一定に保つことができる。
【００２９】
本発明に係る装置の特に有利な形態に従えば、バッファ装置は、送出ガスの発熱量を測定するための測定装置を備え、測定に基づいて、発熱量を適合させるために、精錬ガスおよび／あるいは天然ガスおよび／あるいは窒素および／あるいは水蒸気が供給される。オンライン測定によって発熱量もしくは送出ガス量の制御が実行され、たとえば制御弁のような作動部材によって、送出ガスの量もしくは混入される精錬ガスおよび／あるいは窒素の量が調節される。
【００３０】
本発明に係る装置のさらなる有利な形態に従えば、送出ガスを、ガスタービンへの供給前に浄化するためのフィルタ、特に電気フィルタが設けられている。場合によっては前置される炉頂ガスの粉塵フィルタリングの後の、このような精密フィルタリングは、ガスタービンの、摩耗負荷もしくは機械的負荷を回避し、かつ極めて細かい粉塵も分離することを確実にする。
【００３１】
本発明に係る装置の有利な形態では、二酸化炭素分離装置への供給前に、送出ガスの残留部分の圧力を上昇させるための圧縮機および／あるいは冷却するための冷却器とが設けられている。温度と圧力とを適切に適合させることによって、二酸化炭素分離装置の最適な駆動と、還元ガスとしての引き続いての利用の最適な遂行とを可能にするために、必要なことである。
【００３２】
本発明に係る装置の考えられる形態に従えば、送出ガスを、ガスタービンへの供給前に圧縮するために燃焼ガス圧縮機が設けられている。それにより、ガスタービンに合わせられた圧力レベルでガスタービンに燃料を入れることができる。
【００３３】
本発明に係る装置の特別な形態に従えば、送出ガスの圧力エネルギーを利用するための膨張タービンが設けられており、膨張された送出ガスは、送達管を介して貯蔵装置に供給される。それにより、送出ガスが貯蔵装置内で排ガスと混合される前に、まず圧力エネルギーを利用することができる。膨張タービンは、発電のためのジェネレータと連結されてよい。
【００３４】
本発明に係る装置の特別な形態では、二酸化炭素が洗除された送出ガスを加熱するために、排ガスで加熱可能な予熱装置が設けられており、その結果、加熱され浄化された送出ガスを、高炉に供給することができる。加熱装置内で排ガスを燃焼することによって、浄化された送出ガスを、高炉へのリサイクル前に、価格的に有利に加熱することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】酸素で駆動される高炉による溶融還元法のプロセス概略図である。
【図２】ＣＯＲＥＸ（登録商標）（塊鉱石）あるいはＦＩＮＥＸ（登録商標）（粉鉱石）に従った溶融還元設備による溶融還元法のプロセス概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図１は、環状管２を介して酸素が供給される高炉１を示している。炉頂ガスは、炉頂ガス抽出管３を介して乾式分離装置４と、場合によっては湿式分離装置５とに供給され、粉塵を含む炉頂ガスから送出ガスが発生し、該送出ガスは送達管６を介して搬出される。二酸化炭素分離装置８への供給管７によって、送出ガスの一部は、圧縮機９と冷却器１０とによって、二酸化炭素分離装置８に供給され、それから、二酸化炭素が洗除された、リサイクルガスとも呼ばれる送出ガスと排ガスとが形成され、これらはリサイクルガス管１１もしくは排ガス管１２，１３を介して搬出される。排ガス管１３は、排ガスを収容するための貯蔵装置１４に合流し、貯蔵された排ガス内の発熱量を補償する。排ガス供給管１５ａ、１５ｂによって、予め貯蔵された排ガスを排熱蒸気発生器１６に供給することができる。ここでは、蒸気タービン１７とジェネレータ１８とを駆動する蒸気が、排ガスの燃焼によって発生させられ、電気が発生させられる。
【００３７】
本発明に係る方法の特別な駆動法では、リサイクルされた送出ガスを加熱するためにも排ガスを利用でき、排ガスが燃焼されてリサイクルガスが加熱される予熱装置１９に、排ガスが供給され、加熱されたリサイクルガスはそれから、供給管２０を介して高炉１に導入される。その際、予熱装置は迂回されてもよく、リサイクルガスが供給管２０ａを介して直接高炉に導入されてよい。
【００３８】
リサイクルガスを作るために送出ガスを使用することの他に、送出ガスはとりわけエネルギー担体として用いられ、化学エネルギーと圧力エネルギーとが利用される。送出ガスは、バッファ装置２１とフィルタ２２とに供給される。ここでは一方で、できる限り一定の送出ガス量の制御と、できる限り一定の発熱量の制御とが行われ、後者は精錬ガスあるいは窒素を加えることによって調節される。そのために、バッファ装置内では、送出ガスの発熱量がオンラインで測定され、発熱量は、精錬ガスあるいは天然ガスを添加することによって上げられ、あるいは窒素もしくは水蒸気を添加することによって下げられる。
【００３９】
そのように処理された送出ガスは、燃焼ガス圧縮機２３を介してガスタービン２４の燃焼室に加えられ、該ガスタービン２４は再びジェネレータ２５を駆動する。その際に発生する熱い排出ガスは、排出ガス管２６を介して、水蒸気を発生させるための排熱蒸気発生器１６に供給され、蒸気は再び蒸気タービン１７内で処理される。
【００４０】
選択的には、送出ガスの一部あるいはまた送出ガスの大部分が膨張タービン２７に供給されてよく、このタービンは、図示されていないジェネレータと連結されている。膨張された送出ガスはそれから貯蔵装置１４に供給され、それから膨張された送出ガスは該貯蔵装置１４内で、排ガスと混合される。
【００４１】
図２は、図１に類似の設備もしくはプロセス概略図を示しており、したがって同じ部材には、同じ番号が付されている。高炉の代わりに、溶融アセンブリ２８と少なくとも１つの還元アセンブリＲとにおいて、溶融還元法が実行される。具体的な例では、連続して接続された４つの還元アセンブリＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が設けられており、該還元アセンブリは、溶融アセンブリで作られた還元ガスを、供給材料、特に鉄鉱石、凝集された鉄担体（ペレット、焼結物）あるいは鉱石精鉱を還元するために利用する。有利には、溶融アセンブリ２８は、溶融ガス化装置として形成されている。還元アセンブリは、供給材料とは逆の流れで導かれ、還元アセンブリで使用された後、最後の還元アセンブリＲ４で、炉頂ガスとして取り出され、湿式分離装置５内で浄化される。その時の浄化された炉頂ガスは、図１の記述と同様に、送出ガスとしてガスタービン２３あるいは二酸化炭素分離装置８に供給される。排ガスは再び、排ガス管１２を介して貯蔵装置１４に供給される。浄化された、リサイクルガスとも呼ばれる送出ガスは、リサイクルガス管１１を介して発生ガス粉塵除去装置２９に供給される。発生ガス粉塵除去装置２９内では、溶融アセンブリ２８内で炭素担体を使用して発生させられた発生ガスが粉塵除去され、プロセスガスもしくは還元ガスとして還元アセンブリＲ１に供給される。還元アセンブリ内で少なくとも部分的に還元された材料は、低還元鉄（ＬＲＩ）と呼ばれ、凝集された後に溶融アセンブリ２８に導入され、それから該溶融アセンブリ２８で銑鉄あるいは鋼半製品へと溶融される。
【符号の説明】
【００４２】
１  高炉
２  環状ガス管
３  炉頂ガス抽出管
４  乾式分離装置
５  湿式分離装置
６  送達管
７  供給管
８  二酸化炭素分離装置
９  圧縮機
１０  冷却器
１１  リサイクルガス管
１２  排ガス管
１３  排ガス管
１４  貯蔵装置
１５ａ、１５ｂ  排ガス供給管
１６  排熱蒸気発生器
１７  蒸気タービン
１８  ジェネレータ
１９  予熱装置
２０、２０ａ  供給管
２１  バッファ装置
２２  フィルタ
２３  燃焼ガス圧縮機
２４  ガスタービン
２５  ジェネレータ
２６  排出ガス管
２７  膨張タービン
２８  溶融アセンブリ
２９  発生ガス粉塵除去装置
【図１】
2012506487.tif 000003
【図２】
2012506487.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成22年8月11日(2010.8.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に高炉あるいは溶融アセンブリと少なくとも１つの還元アセンブリとによって溶融還元法を行うための方法であって、供給材料が、炭素担体と場合によっては融剤とを用いて、還元ガスによって還元され、銑鉄あるいは鋼半製品へと溶融され、かつ転換された還元ガスが炉頂ガスとして抽出され、浄化されて、送出ガス（Exportgas）として搬出される方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明はさらに、高炉あるいは溶融アセンブリと少なくとも１つの還元アセンブリとによって溶融還元法を行うための装置であって、供給材料が、炭素担体と場合によっては融剤とを用いて、還元ガスによって還元され、銑鉄あるいは鋼半製品へと溶融され、かつ転換された還元ガスが炉頂ガスとして抽出され、浄化されて、場合によっては、浄化されかつ冷却された、溶融アセンブリからの余剰ガスと混合されて、送出ガスとして搬出される装置に関する。
【０００３】
従来より、たとえば溶融還元装置からの炉頂ガスのようなプロセスガス、もしくは残余ガスからの混合ガスが、別のプロセスと設備で処理され、多くの場合、炉頂ガスの熱的かつ化学的エネルギーが利用されることが知られている。問題となるのは、不安定なガス組成と、浄化システムへの低い送出ガス圧とであり、これらは送出ガスの効率的な処理を困難にする。さらに知られているのは、送出ガスもしくは純粋な炉頂ガスが、タービン内で、運動エネルギー（膨張タービン）と熱（ガスタービン）の生成に使われるということである。ここにも、低い圧力と、二酸化炭素除去設備からの残余ガス混入後の低い発熱量と、発熱量の変動のために、送出ガスが、ガスタービン内もしくはガス・蒸気発電所内で不利に使用されるだけであるという問題がある。
【０００４】
例えば、特許文献１、特許文献２、及び特許文献３は、送出ガス又は溶融ガス化装置からのガスが、ガスタービンにおける熱転移に用いられ、又は蒸気を発生させると共に蒸気タービンにおいて用いられる方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】欧州特許出願公開第４８８４２９号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第２６９６０９号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第３８８３９５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の課題は、溶融還元法と、たとえばガスタービンもしくはガス・蒸気発電所による送出ガスの利用とを組み合わせて、プロセスガスのより良好かつより効率的な利用と、全体としてより良好なエネルギーバランスとをもたらす方法と装置とを使用可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、請求項１に記載の本発明に係る方法と、請求項１７に記載の装置とによって解決される。
【０００８】
本発明に係る方法によって、送出ガスの少なくとも一部が、ガスタービンで熱的に使用される。このガスタービンの排出ガスは、蒸気を発生させるための排熱蒸気発生器で利用される。送出ガスの追加部分は、二酸化炭素分離装置および／あるいは低圧送出ガスシステムに供給され、その際に発生する排ガス、すなわち二酸化炭素の分離によって発生する残余ガスが、排熱蒸気発生器に供給され、蒸気を追加で発生させるために燃焼される。それによって、一方では、送出ガスが二酸化炭素分離装置によって質的に改善され、その際、送出ガスの還元能力、すなわち送出ガスの、還元成分の割合が高められ、もしくは冶金の利用に供給される、価値の高い還元ガスが発生させられる。他方では、排ガスの燃焼可能な部分が、熱的な使用のために供給され、その結果、エネルギーバランスが改善される。その際に有利なのは、より高い圧力とより高い割合の燃焼可能成分とを有する送出ガスが、排ガスと分けられて扱われるということである。それにより、ガスタービンで燃焼される送出ガスの質は、排ガスによって低下されることがなく、その結果、ガスタービン内での費用のかかる圧力上昇あるいはまたエネルギー収量の低さが回避される。特に、プロセスによっては、二酸化炭素分離装置の場合、特に吸着法による二酸化炭素分離が用いられる場合に排ガスにおいて回避されないような、発熱量の変動は、ガスタービンにとってもはや問題とはならない。ガスタービンの効率的な駆動は、充分一定の発熱量を有する燃焼ガスを前提としており、その結果、排ガスを別個に処理することによって、ガスタービン内での利点のみが生じる。
【０００９】
溶融ガス化装置からの還元ガス量は一定ではないため、調節用のガス量、いわゆる余剰ガスが、送出ガスとして放出されなくてはならない。余剰ガスの量は、還元アセンブリにおいて必要とされるできる限り一定の還元ガス量と、溶融アセンブリにおけるシステム圧力制御とに基づいてもたらされる。
【００１０】
本発明に係る方法の有利な形態に従えば、高炉あるいは還元アセンブリから炉頂ガスが取り出される。二酸化炭素分離での部分流を使用する他に、送出ガスがガスタービンに供給され、それにより、溶融還元法とガスタービンもしくは排熱蒸気発生器との組み合わせのエネルギーバランスが明らかに改善される。
【００１１】
炉頂ガスの浄化は、乾式分離、特に重力分離および／あるいは湿式分離によって行われる。炉頂ガスはたいてい粉塵を含んでおり、その結果、粉塵と細かい固体粒子とが分離されなくてはならない。その際、乾式分離には、炉頂ガスを大幅に冷却しないという利点がある。ガスの品質に関して非常に高い要求があれば、湿式粉塵除去によって、粉塵と固体粒子の充分に完全な除去が行われてよく、湿式粉塵除去は乾式粉塵除去に後置されてよく、あるいはまた、単独で使用されてもよい。湿式粉塵除去によって、炉頂ガスは大幅に冷却されてしまう。乾式あるいは湿式で浄化された炉頂ガスは送出ガスと呼ばれ、タービン内での利用に供給される。
【００１２】
本発明に従えば、送出ガスの残りの部分はまず圧縮され、冷却され、その後、二酸化炭素分離装置に供給される。圧力上昇と冷却とによって、プロセスの条件は、二酸化炭素分離のために適合され、もしくは改善される。
【００１３】
本発明に係る方法の特別な形態に従えば、送出ガスは、ガスタービンでの燃焼前に、燃焼ガス圧縮機内で圧縮される。それによりガスタービンは経済的に最適な作業ポイントで調節され、効率を上げることができる。
【００１４】
本発明に係る方法の適切な形態に従えば、送出ガスの一部は膨張タービンに供給され、圧力が低下して膨張され、さらに続いて排ガスに混入される。この手法によって、たとえば送出ガスの過供給の際には、ガスタービンはもはや処理できないので、少なくとも圧力エネルギーを利用することができ、送出ガスが膨張される。タービンは、電気を発生させるためのジェネレータと連結されてよい。膨張した送出ガスは、さらに続いて排ガスに混入され、燃焼可能な成分の割合が全体的に上昇する。
【００１５】
本発明に係る方法の有利な形態では、排ガスが、場合によっては送出ガスとの混合後に、排熱蒸気発生器での燃焼前に、発熱量の変動を補償するために貯蔵装置に中間貯蔵されることが考えられている。プロセスに応じて、二酸化炭素分離装置が、発熱量に大きな差がある排ガスを発生させ、高い周波数を有する変動が生じ、すなわち、時間的に短時間だけ生じ、より長時間にわたって確実に、充分補償される。それにより中間貯蔵における補償によって、ほぼ均一化された発熱量が調節され、燃焼時の大きな変動が回避される。送出ガスを排ガスに混入することによって、発熱量はさらに適合される。
【００１６】
本発明に係る方法の適切な形態に従えば、送出ガスは、ガスタービンでの燃焼前に、粉塵除去される。追加的な粉塵除去によって、残余粉塵でタービン内に損傷が引き起こされないよう、確保される。
【００１７】
本発明に係る方法のさらなる考えられる形態に従えば、発熱量の変動を補償するために、もしくは送出ガス内の発熱量を適応させるために、ガスタービンでの送出ガス燃焼前に、精錬ガスおよび／あるいは天然ガスおよび／あるいは窒素および／あるいは水蒸気あるいはこれらの混合物が加えられる。ガスタービンは、安定した駆動のために、できる限り一定の熱出力と、一定の発熱量とを必要とする。溶融還元法を行う際の変動のために、組成の変化が生じ、その結果、精錬所で充分な量、入手できる、たとえばるつぼガスあるいはコークス炉ガスのような精錬ガス、あるいは別の適切な燃焼可能なガスを本発明に従って導入することによって、必要な場合には発熱量を上げることができ、もしくは窒素を混入することによって下げることができる。その結果、ガスタービンのための安定した条件が確保される。特に価格的に有利なのは、空気分離装置からの廃窒素を用いることである。
【００１８】
本発明に係る方法の特別な形態に従えば、送出ガスは、送出ガス量の均一化を確実にするために、ガスタービンでの燃焼前にバッファ装置でバッファされる。記載された手段によって、ガスタービンの非常に安定した駆動が保証される。
【００１９】
本発明に係る方法の特別な形態に従えば、排熱蒸気発生器で発生させられた蒸気は、蒸気タービンに供給される。排熱蒸気発生器で形成された蒸気を利用することによって、プロセスの効率を明らかに上昇することができる。
【００２０】
本発明に係る方法の特別な形態では、二酸化炭素分離装置は、圧力変化法あるいは真空圧力変化法に基づいて、特に吸着原理に基づいて作動することが考えられている。そのような方法は、高い分離率の特徴があり、その結果、浄化された送出ガスは高い還元能力を有し、再び溶融還元法において利用することができ、それによって銑鉄１トン当たりに発生する二酸化炭素の量が削減される。
【００２１】
本発明に係る方法の有利な形態では、平均発熱量が＞４０００ｋＪ／Ｎｍ３、特に＞５０００ｋＪ／Ｎｍ３の送出ガスのみがガスタービンに供給されることが考えられている。送出ガスの発熱量を制御することによって、ガスタービンは高い効率を達成することが確保され、発熱量が少なすぎる送出ガスは粉塵除去機、バッファ装置、燃焼ガス圧縮機を介さずにタービンに供給される必要があるので、これらの装置をより小さな寸法にすることができる。それにより、ガスタービンに至るまで価格的に有利な部材となる。さらにそれによって、本来であれば必要な、二酸化炭素を多く含む排ガスの圧縮と、それに続くガスタービン内での膨張とによるエネルギー損失が回避される。
【００２２】
本発明に係る方法のさらなる有利な形態に従えば、送出ガスの発熱量は、オンラインで決定される。オンラインで実行される発熱量の決定によって、発熱量の恒常的な制御が、特に燃焼可能なガスあるいは窒素を混入することによって可能であり、それによってガスタービンのさらに安定した駆動が可能となる。
【００２３】
本発明に係る方法の特別な形態に従えば、ガスタービンに供給される送出ガスの割合は、炉頂ガスの３０％から９０％である。この量に基づいて、一方では送出ガスの燃焼可能な成分を利用することが可能であるが、さらに十分な送出ガスを二酸化炭素分離装置に供給することができ、その結果、溶融還元法での利用が可能である。割合は、必要な場合には、たとえばより多くの送出ガスが溶融還元法にリサイクルされなくてはならない場合には、適合されてもよい。
【００２４】
本発明に係る方法の特に有利な形態は、高炉が、特に酸素の割合が＞７０％、特に好ましくは＞８０％の酸素含有ガスで駆動される場合に、達成される。ほぼ純粋な酸素で駆動されることによって、還元時のプロセスガスの品質とまた炉頂ガスの品質も向上し、その結果、より高い割合の還元成分もしくは燃焼可能成分が手に入る。それにより高炉での溶融還元プロセスと、送出ガスの熱利用とを改善することができる。
【００２５】
本発明に係る方法の適切な形態では、二酸化炭素分離装置で浄化された送出ガスの少なくとも一部が、場合によっては加熱された後に、高炉あるいは還元アセンブリに導入されることが考えられている。この方法で浄化された送出ガスは高い還元能力を備え、したがって供給材料の還元に再び利用され、その結果、たとえば高炉あるいは還元アセンブリ内の炭素担体の量を削減することができる。その際、通常の供給材料は、鉄鉱石、凝集された鉄担体（ペレット、焼結物）、鉄鉱石精鉱と付加的には炭素担体と融剤である。
【００２６】
本発明に係る方法の有利な形態に従えば、排ガスの少なくとも一部あるいは排ガスとの混合ガスは、空気および／あるいは酸素を添加されて加熱装置で燃焼され、浄化された送出ガスを、高炉への導入前に加熱するために排熱が利用される。それにより、導入に必要なガス温度を調節するために、送出ガスを価格的に有利に加熱することができる。
【００２７】
本発明に係る溶融還元法を行うための、本発明に係る装置は、高炉あるいは溶融アセンブリと少なくとも１つの還元アセンブリとを備え、供給材料が、炭素担体と場合によっては融剤とを用いて、還元ガスによって還元され、銑鉄あるいは鋼半製品へと溶融される。溶融還元法で転換された還元ガスは炉頂ガスとして抽出され、浄化されて、場合によっては、浄化されかつ冷却された、溶融アセンブリからの余剰ガスと混合されて、送出ガスとして搬出される。さらに、送出ガスの少なくとも一部を熱的に転換するためのジェネレータを有するガスタービンと、排熱蒸気発生器とが備えられ、該排熱蒸気発生器において、ガスタービンからの熱い排出ガスによって蒸気が発生させられる。本発明に係る装置は、残留する送出ガスの少なくとも一部が供給され、二酸化炭素が洗除されたガスと排ガスとを形成する二酸化炭素分離装置と、収容するためと排ガス内の発熱量の変動を補償するための貯蔵装置とを備えており、該貯蔵装置は、蒸気を作るために排ガスを燃焼するための加熱装置を備える排熱蒸気発生器と接続されている。本発明に係る装置によって、圧力が高く発熱量の大きい送出ガスが、圧力が低く発熱量の少ない排ガスと分けられて処理される。それにより、価値の高い送出ガスの量は確かに少なくなるが、しかしながら、この送出ガスはより高い圧力とより大きい発熱量とによって優れ、その結果、ガスタービンでの該送出ガスの利用は、より効果的に行われる。排熱蒸気発生器の加熱装置で排ガスを別個に燃焼することによって、排ガス内の燃焼可能成分のエネルギーを利用することができる。
【００２８】
本発明に係る装置の考えられるヴァリエーションに従えば、排熱蒸気発生器で発生した蒸気を膨張させるためのジェネレータを有する蒸気タービンが設けられている。ガスタービンの熱い排出ガスから出る排熱と、排ガスの燃焼から出る排熱とを利用することによって、プロセスのエネルギー効率を上げることができ、ガスタービンを、ジェネレータと連結することによって発電のために利用することができる。
【００２９】
炉頂ガスを浄化するために、乾式分離装置、特に重力分離器および／あるいは湿式分離装置が備えられてよい。それにより送出ガスの必要な純度を調節することができ、乾式分離には、炉頂ガスをわずかしか冷却しないという利点がある。
【００３０】
本発明に係る装置のさらなる形態に従えば、送出ガスを、ガスタービンへの供給前に貯蔵するためのバッファ装置が設けられており、その結果、ガスタービンに供給される送出ガス量もしくは送出ガス発熱量を一定に保つことができる。
【００３１】
本発明に係る装置の特に有利な形態に従えば、バッファ装置は、送出ガスの発熱量を測定するための測定装置を備え、測定に基づいて、発熱量を適合させるために、精錬ガスおよび／あるいは天然ガスおよび／あるいは窒素および／あるいは水蒸気が供給される。オンライン測定によって発熱量もしくは送出ガス量の制御が実行され、たとえば制御弁のような作動部材によって、送出ガスの量もしくは混入される精錬ガスおよび／あるいは窒素の量が調節される。
【００３２】
本発明に係る装置のさらなる有利な形態に従えば、送出ガスを、ガスタービンへの供給前に浄化するためのフィルタ、特に電気フィルタが設けられている。場合によっては前置される炉頂ガスの粉塵フィルタリングの後の、このような精密フィルタリングは、ガスタービンの、摩耗負荷もしくは機械的負荷を回避し、かつ極めて細かい粉塵も分離することを確実にする。
【００３３】
本発明に係る装置の有利な形態では、二酸化炭素分離装置への供給前に、送出ガスの残留部分の圧力を上昇させるための圧縮機および／あるいは冷却するための冷却器とが設けられている。温度と圧力とを適切に適合させることによって、二酸化炭素分離装置の最適な駆動と、還元ガスとしての引き続いての利用の最適な遂行とを可能にするために、必要なことである。
【００３４】
本発明に係る装置の考えられる形態に従えば、送出ガスを、ガスタービンへの供給前に圧縮するために燃焼ガス圧縮機が設けられている。それにより、ガスタービンに合わせられた圧力レベルでガスタービンに燃料を入れることができる。
【００３５】
本発明に係る装置の特別な形態に従えば、送出ガスの圧力エネルギーを利用するための膨張タービンが設けられており、膨張された送出ガスは、送達管を介して貯蔵装置に供給される。それにより、送出ガスが貯蔵装置内で排ガスと混合される前に、まず圧力エネルギーを利用することができる。膨張タービンは、発電のためのジェネレータと連結されてよい。
【００３６】
本発明に係る装置の特別な形態では、二酸化炭素が洗除された送出ガスを加熱するために、排ガスで加熱可能な予熱装置が設けられており、その結果、加熱され浄化された送出ガスを、高炉に供給することができる。加熱装置内で排ガスを燃焼することによって、浄化された送出ガスを、高炉へのリサイクル前に、価格的に有利に加熱することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】酸素で駆動される高炉による溶融還元法のプロセス概略図である。
【図２】ＣＯＲＥＸ（登録商標）（塊鉱石）あるいはＦＩＮＥＸ（登録商標）（粉鉱石）に従った溶融還元設備による溶融還元法のプロセス概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図１は、環状管２を介して酸素が供給される高炉１を示している。炉頂ガスは、炉頂ガス抽出管３を介して乾式分離装置４と、場合によっては湿式分離装置５とに供給され、粉塵を含む炉頂ガスから送出ガスが発生し、該送出ガスは送達管６を介して搬出される。二酸化炭素分離装置８への供給管７によって、送出ガスの一部は、圧縮機９と冷却器１０とによって、二酸化炭素分離装置８に供給され、それから、二酸化炭素が洗除された、リサイクルガスとも呼ばれる送出ガスと排ガスとが形成され、これらはリサイクルガス管１１もしくは排ガス管１２，１３を介して搬出される。排ガス管１３は、排ガスを収容するための貯蔵装置１４に合流し、貯蔵された排ガス内の発熱量を補償する。排ガス供給管１５ａ、１５ｂによって、予め貯蔵された排ガスを排熱蒸気発生器１６に供給することができる。ここでは、蒸気タービン１７とジェネレータ１８とを駆動する蒸気が、排ガスの燃焼によって発生させられ、電気が発生させられる。
【００３９】
本発明に係る方法の特別な駆動法では、リサイクルされた送出ガスを加熱するためにも排ガスを利用でき、排ガスが燃焼されてリサイクルガスが加熱される予熱装置１９に、排ガスが供給され、加熱されたリサイクルガスはそれから、供給管２０を介して高炉１に導入される。その際予熱装置は迂回されてもよく、リサイクルガスが供給管２０ａを介して直接高炉に導入されてよい。
【００４０】
リサイクルガスを作るために送出ガスを使用することの他に、送出ガスはとりわけエネルギー担体として用いられ、化学エネルギーと圧力エネルギーとが利用される。送出ガスは、バッファ装置２１とフィルタ２２とに供給される。ここでは一方で、できる限り一定の送出ガス量の制御と、できる限り一定の発熱量の制御とが行われ、後者は精錬ガスあるいは窒素を加えることによって調節される。そのために、バッファ装置内では、送出ガスの発熱量がオンラインで測定され、発熱量は、精錬ガスあるいは天然ガスを加えることによって上げられ、あるいは窒素もしくは水蒸気を加えることによって下げられる。
【００４１】
そのように処理された送出ガスは、燃焼ガス圧縮機２３を介してガスタービン２４の燃焼室に加えられ、該ガスタービン２４は再びジェネレータ２５を駆動する。その際に発生する熱い排出ガスは、排出ガス管２６を介して、水蒸気を発生させるための排熱蒸気発生器１６に供給され、蒸気は再び蒸気タービン１７内で処理される。
【００４２】
選択的には、送出ガスの一部あるいはまた送出ガスの大部分が膨張タービン２７に供給されてよく、このタービンは、図示されていないジェネレータと連結されている。膨張された送出ガスはそれから貯蔵装置１４に供給され、それから膨張された送出ガスは該貯蔵装置１４内で、排ガスと混合される。
【００４３】
図２は、図１に類似の設備もしくはプロセス概略図を示しており、したがって同じ部材には、同じ番号が付されている。高炉の代わりに、溶融アセンブリ２８と少なくとも１つの還元アセンブリＲとにおいて、溶融還元法が実行される。具体的な例では、連続して接続された４つの還元アセンブリＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が設けられており、該還元アセンブリは、溶融アセンブリで作られた還元ガスを、供給材料、特に鉄鉱石、凝集された鉄担体（ペレット、焼結物）あるいは鉱石精鉱を還元するために利用する。有利には、溶融アセンブリ２８は、溶融ガス化装置として形成されている。還元アセンブリは、供給材料とは逆の流れで導かれ、還元アセンブリで使用された後、最後の還元アセンブリＲ４で、炉頂ガスとして取り出され、湿式分離装置５内で浄化される。その時の浄化された炉頂ガスは、図１の記述と同様に、送出ガスとしてガスタービン２３あるいは二酸化炭素分離装置８に供給される。排ガスは再び、排ガス管１２を介して貯蔵装置１４に供給される。浄化された、リサイクルガスとも呼ばれる送出ガスは、リサイクルガス管１１を介して発生ガス粉塵除去装置２９に供給される。発生ガス粉塵除去装置２９内では、溶融アセンブリ２８内で炭素担体を使用して発生させられた発生ガスが粉塵除去され、プロセスガスもしくは還元ガスとして還元アセンブリＲ１に供給される。還元アセンブリ内で少なくとも部分的に還元された材料は、低還元鉄（ＬＲＩ）と呼ばれ、凝集された後に溶融アセンブリ２８に導入され、それから該溶融アセンブリ２８で銑鉄あるいは鋼半製品へと溶融される。
【符号の説明】
【００４４】
１  高炉
２  環状ガス管
３  炉頂ガス抽出管
４  乾式分離装置
５  湿式分離装置
６  送達管
７  供給管
８  二酸化炭素分離装置
９  圧縮機
１０  冷却器
１１  リサイクルガス管
１２  排ガス管
１３  排ガス管
１４  貯蔵装置
１５ａ、１５ｂ  排ガス供給管
１６  排熱蒸気発生器
１７  蒸気タービン
１８  ジェネレータ
１９  予熱装置
２０、２０ａ  供給管
２１  バッファ装置
２２  フィルタ
２３  燃焼ガス圧縮機
２４  ガスタービン
２５  ジェネレータ
２６  排出ガス管
２７  膨張タービン
２８  溶融アセンブリ
２９  発生ガス粉塵除去装置
【手続補正２】
【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】
特に高炉あるいは溶融アセンブリと少なくとも１つの還元アセンブリとによって溶融還元法を行うための方法であって、供給材料が、炭素担体と場合によっては融剤とを用いて、還元ガスによって還元され、銑鉄あるいは鋼半製品へと溶融され、かつ、転換された還元ガスが炉頂ガスとして抽出され、浄化されて、場合によっては、浄化されかつ冷却された、前記溶融アセンブリからの余剰ガスと混合されて、送出ガスとして搬出される方法において、
送出ガスの少なくとも一部が、ガスタービンで熱的に使用され、かつ該ガスタービンの排出ガスは、蒸気を発生させるための排熱蒸気発生器で利用され、送出ガスの少なくとも追加部分は、二酸化炭素分離装置に供給され、かつ該二酸化炭素分離装置の排ガスは蒸気を追加で発生させるために排熱蒸気発生器で燃焼され、かつ前記排ガスが、場合によっては送出ガスとの混合後に、前記排熱蒸気発生器での燃焼前に、発熱量の変動を補償するために貯蔵装置に中間貯蔵されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記炉頂ガスは、前記高炉あるいは前記還元アセンブリから取り出されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記送出ガスの一部はまず圧縮され、冷却され、その後、前記二酸化炭素分離装置に供給されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記送出ガスは、前記ガスタービンでの燃焼前に、燃焼ガス圧縮機内で圧縮されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記送出ガスの一部は膨張タービンに供給され、圧力が低下して膨張され、さらに続いて排ガスに混入されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記送出ガスは、前記ガスタービンでの燃焼前に、粉塵除去されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
発熱量の変動を補償するために、もしくは送出ガス内の発熱量を適応させるために、前記ガスタービンでの送出ガス燃焼前に、精錬ガスおよび／あるいは天然ガスおよび／あるいは窒素および／あるいは水蒸気あるいはこれらの混合物が加えられることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記送出ガスは、送出ガス量もしくは送出ガス発熱量の均一化を確実にするために、前記ガスタービンでの燃焼前にバッファ装置でバッファされることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記排熱蒸気発生器で発生させられた蒸気は、蒸気タービンに供給されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記二酸化炭素分離装置は、圧力変化法あるいは真空圧力変化法に基づいて、特に吸着原理に従って作動することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
平均発熱量が、４０００ｋＪ／Ｎｍ３より大、特に５０００ｋＪ／Ｎｍ３より大の送出ガスのみが前記ガスタービンに供給されることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記送出ガスの発熱量は、オンラインで決定されることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記ガスタービンに供給される送出ガスの割合は、炉頂ガスの３０％から９０％であることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記高炉が、特に酸素の割合が７０％より大、特に好ましくは８０％より大の酸素含有ガスで駆動されることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記二酸化炭素分離装置で浄化された送出ガスの少なくとも一部が、場合によっては加熱された後に、前記高炉あるいは前記還元アセンブリに導入されることを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記排ガスの少なくとも一部あるいは排ガスとの混合ガスは、空気および／あるいは酸素を加えられて加熱装置で燃焼され、浄化された送出ガスを、前記高炉への導入前に加熱するために排熱が利用されることを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
請求項１から１６のいずれか一項に記載の溶融還元法を行うための装置であって、高炉（１）あるいは溶融アセンブリ（２８）と少なくとも１つの還元アセンブリ（Ｒ１）とを有し、供給材料が、炭素担体と場合によっては融剤とを用いて、還元ガスによって還元され、銑鉄（ＲＥ）あるいは鋼半製品へと溶融され、かつ、転換された還元ガスは炉頂ガスとして抽出され、浄化されて、場合によっては、浄化されかつ冷却された、前記溶融アセンブリ（２８）からの余剰ガスと混合されて、送出ガスとして搬出される装置において、
送出ガスの少なくとも一部を熱的に転換するためのジェネレータを有するガスタービン（２４）と、排熱蒸気発生器（１６）とが備えられ、該排熱蒸気発生器において、前記ガスタービン（２４）からの熱い排出ガスによって蒸気が発生させられることを特徴とし、
残留する送出ガスの少なくとも一部が供給され、二酸化炭素が洗除されたガスと排ガスとを形成する二酸化炭素分離装置（８）が設けられており、かつ、収容するためと排ガス内の発熱量の変動を補償するための貯蔵装置（１４）が備えられ、該貯蔵装置（１４）は、蒸気を作るために排ガスを燃焼するための加熱装置を備える前記排熱蒸気発生器（１６）と接続されていることを特徴とする装置。
【請求項１８】
前記排熱蒸気発生器（１６）で発生した蒸気を膨張させるためのジェネレータ（１８）を有する蒸気タービン（１７）が設けられていることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記送出ガスを、前記ガスタービン（２４）への供給前に貯蔵するためのバッファ装置（２２）が設けられており、その結果、前記ガスタービン（２４）に供給される送出ガス量もしくは送出ガス発熱量を一定に保つことができることを特徴とする請求項１７又は１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記バッファ装置（２２）は、送出ガスの発熱量を測定するための測定装置を備え、前記測定に基づいて、発熱量を適合させるために、精錬ガスおよび／あるいは天然ガスおよび／あるいは窒素および／あるいは水蒸気が供給されることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記送出ガスを、圧縮（２３）及び前記ガスタービン（２４）への供給の前に浄化するためのフィルタ（２１）、特に電気フィルタが設けられていることを特徴とする請求項１７から２０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２２】
前記二酸化炭素分離装置（８）への供給前に、送出ガスの残留部分の圧力を上昇させるための圧縮機（９）および／あるいは冷却するための冷却器（１０）が設けられていることを特徴とする請求項１７から２１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２３】
前記送出ガスを、前記ガスタービン（２４）への供給前に圧縮するために燃焼ガス圧縮機（２３）が設けられていることを特徴とする請求項１７から２２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２４】
前記送出ガスの圧力エネルギーを利用するための膨張タービン（２７）が設けられており、膨張された送出ガスは、送達管を介して前記貯蔵装置（１４）に供給されることを特徴とする請求項１７から２３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２５】
二酸化炭素が洗除された送出ガスを加熱するために、排ガスで加熱可能な予熱装置（１９）が設けられており、その結果、加熱され浄化された送出ガスを、前記高炉（１）に供給することができることを特徴とする請求項１７から２４のいずれか一項に記載の装置。
【国際調査報告】
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