JPH04342401A - ガス改質方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、直接還元製鉄法を実施
する際における還元性ガスを得るためのガス改質方法に
関し、特に還元炉の操業中断時においても、ガス改質装
置に熱衝撃等を与えることなく安定した状態でガス改質
を継続し、操業再開時の還元ガス安定供給に備えること
のできるガス改質方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３は公知の直接還元製鉄法を例示する
フロー図であり、炭化水素ガスと水蒸気の混合物をライ
ン５からガス改質装置１へ供給し、触媒の充填された改
質管１ａに通すことによって製造される高温の還元性ガ
スをライン６から還元炉２へ供給して鉄鉱石の直接還元
を行なう。

【０００３】そして還元炉２の頂部から排出される炉頂
ガスは、ライン７からスクラバー３へ送って洗浄、冷却
及び水分除去を行なった後、その一部はライン９からラ
イン８を通してガス改質装置１へ送って燃料ガスとして
利用し、残部は圧力調整弁１３を通して系外へ排出され
る。また図示する如く炉頂ガスの一部は、圧縮器４によ
り昇圧した後、ライン１０から前記還元性ガス供給ライ
ン６へ送り、還元性ガスと混合して再利用することもで
きる。

【０００４】また図４の例では、還元炉２の操業中断時
にもガス改質装置１の定常運転を止めず、還元性ガスを
系外へ排出しておき、操業再開時に安定した組成の還元
性ガスが即座に供給できる様に、ライン６に設けたバル
ブ２０の上流側にライン２３を分岐させ、ガス冷却器２
１、ライン２４及びバルブ２２を通して還元性ガスを排
出するラインを設けている。

【０００５】即ち還元炉２の操業中断時（たとえば鉄鉱
石原料の投入時や異常事態発生時等）に、その都度ガス
改質装置１の作動を中断することは、該改質装置１の安
定操業を保つうえで好ましいことではなく、また改質ガ
ス組成の変動も軽視できなくなるので、還元炉２の操業
中断時においても、ガス改質装置１は定常運転を継続し
ておき、バルブ２０を閉じると共にバルブ２２を開くこ
とによって還元性ガスを系外へ抜き出す。そして還元炉
２の操業再開時には、バルブ２０を開、バルブ２２を閉
とすることによって、安定した組成の還元性ガスを直ち
に還元炉２へ供給できる様にしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが図３，４に示
した様な設備では次の様な問題が生じてくる。即ち操業
中断時にバルブ２０を閉じて還元炉２への還元性ガス供
給を停止すると、還元炉２からライン７を通って排出さ
れる炉頂ガスが止まり、従ってライン８を通してガス改
質装置１へ燃料ガスとして返送される炉頂ガスも止まっ
てしまう。またその後の操業再開時においては、ガス改
質装置１への送給が再開された炉頂ガス（燃料ガス）に
点火して定常状態に立ち上げることが必要になるが、そ
の間の不安定操業時に改質反応管内にカーボンの付着が
起こったり、あるいは操業の中断・再開毎にくり返され
る管内温度の急変によって改質管の寿命が短縮されると
いった問題が生じてくる。

【０００７】そこでこうした問題を回避する手段として
は、操業中断時には外部から天然ガスをガス改質装置１
の燃料として切換え供給する方法も考えられる。ところ
が炉頂ガスと天然ガスの発熱量は著しく異なっており（
天然ガスの発熱量は炉頂ガスの約３倍）、空燃比も著し
く異なってくるため、炉頂ガス燃料から天然ガス燃料に
切換える時点で燃焼用空気の不足もしくは過剰を招いた
り、バーナノズル付近でバックファイヤーを起こす等の
問題が生じてくる。しかもこの間ガス改質装置１で製造
される還元性ガスは、大抵の場合大気中に放散されるの
で、炉頂ガスに切換えて供給される天然ガスの消費量分
だけ燃料費が嵩むことになり、不経済である。

【０００８】本発明は上記の様な従来技術の問題点に着
目してなされたものであって、その目的は、還元炉の操
業中断時においても、ガス改質装置を停止することなく
安定した定常運転状態を維持することのできる経済的な
方法を確立し、ガス改質装置に好ましくない熱衝撃やカ
ーボン付着等の問題を生ずることなく、還元炉の操業再
開時には安定した組成の還元性ガスを直ちに供給するこ
とのできる直接還元製鉄用のガス改質方法を提供しよう
とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明に係るガス改質方法の構成は、ガス改質
装置で得た還元性ガスを直接製鉄用還元炉へ供給して鉄
鉱石の還元を行なうと共に、該還元炉から排出される炉
頂ガスを前記ガス改質装置の燃料ガスとして利用するガ
ス改質方法において、上記還元炉の操業中断時には、上
記ガス改質装置で得た還元性ガスの一部を、当該ガス改
質装置の燃料ガスとして利用するところに要旨を有する
ものである。

【００１０】

【作用】上記の様に本発明では、還元炉の操業中断に伴
ってガス改質装置への送給が止まる炉頂ガス燃料の代替
燃料として、従来は系外へ排出されていた当該ガス改質
装置からの還元性ガスを利用するものであり、ガス改質
用の燃料ガスとして、還元炉操業時は還元炉からの炉頂
ガスを、また操業中断時には当該ガス改質装置で製造さ
れる還元ガスを夫々使用するものであり、全期間を通し
て還元製鉄設備内でガス改質用燃料ガスの自給システム
を確立し得ることなった。

【００１１】尚炉頂ガスは、還元炉内で鉄鉱石の還元に
利用された後の排ガスであるから、その発熱量はガス改
質装置で製造された還元性ガスの発熱量よりも当然に低
い。しかし両者の平均組成および発熱量は表１に示す通
り（参考のため天然ガスの平均的組成及び発熱量も表１
に併記した）であり、両者の違いは天然ガスと炉頂ガス
の差異に比べて極く僅かであるので、還元炉操業の中断
・再開時に両者をガス改質用燃料として切換え使用した
場合でも、ガス改質装置の運転状態に大きな変動を来た
すほどの影響はなく、天然ガスを切換え使用する場合に
指摘した様な問題は起こさない。

【００１２】

【表１】

【００１３】後記実施例で詳述するが、ガス改質装置で
製造された還元性ガスは、そのままで還元炉へ供給して
もよいが、該還元性ガスが多量の水分（水蒸気）を含む
場合は、還元炉内における還元効率に悪影響が現れるこ
とがあるので、還元性ガスを一旦冷却乾燥して水分を除
去した後、再加熱するか、又は還元炉から排出される炉
頂ガスの一部を脱炭処理し再加熱し還元力を高めてから
該還元ガスと混合してから還元炉へ供給することが望ま
れる。以下、実施例図面を参照しつつ本発明の構成及び
作用効果を詳細に説明する。

【００１４】

【実施例】図１は本発明が実施される還元製鉄設備を例
示する全体フロー図であり、基本的な構成は前記図４と
して示した従来例と同じであるので、同一部分には同一
の符号を付している。

【００１５】図１において、還元炉２の定常操業時にお
いては、ライン５から送り込まれる炭化水素と水蒸気は
ガス改質装置１における改質触媒の充填された改質管１
ａに供給され、外部からの熱を受けて改質されて還元性
ガスとなりライン６からバルブ２０を経て還元炉２へ送
給される。そして還元炉２の頂部から排出される炉頂ガ
スは、ライン７からスクラバ３へ送って粉塵及び水分を
除去した後、その一部は圧縮器４で適度に加圧した後、
逆止弁２６を経てライン８からガス改質装置１へ燃料ガ
スとして送られる。また炉頂ガスの残部は、流量調節弁
１３を通して系外へ排出され、場合によっては近隣の還
元性ガス需要設備へ送られる。

【００１６】一方、還元炉２の操業上何らかのトラブル
が発生したとき、直ちにバルブ２０を閉じて還元炉２へ
の還元ガスの供給を中断するとライン８からガス改質装
置１へ燃料ガスとして送られる炉頂ガスが止まるので、
バルブ３４を開き、ガス改質装置１で製造された還元ガ
スをライン６からライン２３方向へ流し、ガス冷却器２
１で適度の温度まで降温させた後、ライン２５およびバ
ルブ３４、ライン２５を経てライン８へ送り、該ライン
８からガス改質装置１へ燃料ガスとして返送する。尚燃
料ガスとして返送される還元性ガス量の調整は、圧力調
節弁２２の開度を調節することによって行なわれ、残部
の還元性ガスは系外へ排出される。

【００１７】尚バルブ３４に代えて電磁弁等を使用し、
ライン８内の背圧の変動によって自動的に開閉作動させ
たり、あるいはバルブ２０の開閉と同期して閉・開作動
する自動制御機構を組込むことも勿論有効である。また
還元炉２の操業の再開準備が整うと、バルブ２０を開い
て還元炉２へ還元ガスの送給が再開されるが、再開直後
は炉頂ガスがまだ逆止弁２６にまで至っていないので、
該逆止弁２６の上流側ラインの炉頂ガス圧が所定圧力に
まで上がるのを待ってバルブ３４を閉じ、ガス改質装置
１への燃料ガスの送給がとだえることのない様にする。

【００１８】炉頂ガスと還元性ガスの発熱量にそれほど
差がないことは先に述べた通りであるから、燃料ガスと
して上記両ガスを切換え供給したときでもガス改質装置
１で熱衝撃が起こる様な恐れはなく、ガス改質管の熱劣
化が抑えられると共に、カーボン付着等の問題も起こら
ない。しかも還元炉の操業中断時においても外部から燃
料ガスを供給することなく燃料ガスを自給できるので、
経済的にも極めて有利である。

【００１９】図２は本発明の他の実施例を示したもので
あり、ガス改質装置１で製造された還元性ガスの送給ラ
イン６に、冷却乾燥器２８及び再加熱器２９を設け、冷
却乾燥器２８で水分を除去して還元力を高めた後再加熱
器２９で所定温度に昇温してから還元炉２へ送給し得る
様にし、また還元炉２の操業中断時に開閉されるバルブ
３４の代わりに圧力調節弁２７を用いた以外は、前記図
１の例と実質的に変わらない。

【００２０】即ちガス改質装置１で製造される還元ガス
中の水分含有量が多い場合は、還元炉２における還元効
率に悪影響が表れてくるので、この様な恐れのある場合
は、上記の様な冷却乾燥器２８及び再加熱器２９を併設
することが望まれる。

【００２１】図３は本発明の更に他の実施例を示したも
のであり、還元炉２の定常運転時に排出される炉頂ガス
を、還元性ガスとして還元炉２へ再送給できる様にして
いる。即ち排ガスライン８を逆止弁２６の上流側でライ
ン３０に分岐させ、該ライン３０から抜き出される炉頂
ガスを脱炭酸ガス塔３１に通して還元力を高めた後、加
熱器３２で所定温度まで昇温した後ライン３３からライ
ン６内を流れる還元性ガスに合流させて還元炉２へ送給
するものである。

【００２２】こうした構成は、ガス改質装置１へ燃料ガ
スとして送られる炉頂ガスの量が相対的に少なく、圧力
調節弁１３から系外へ排出される炉頂ガス量が多い場合
に、炉頂ガスを当該設備内で有効に活用でき、還元ガス
発生装置が小型化できるという利点が得られる。尚この
図においても、還元炉２の操業中断時には、ライン６か
ら分岐したライン２３よりガス冷却器２１、ライン２５
流量調節弁２７を経てライン８へ還元性ガスを送り、ガ
ス改質装置１の燃料ガスとして返送する点は、前記図１
，２の例と同じである。

【００２３】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、還
元炉の操業中断時においては、ガス改質用燃料として当
該ガス改質装置で製造された還元ガスを利用することに
よって、ガス改質装置における熱衝撃やカーボン付着等
の問題を解消して常時安定したガス改質操業を継続する
ことができる。しかも還元炉の定常運転時及び中断時を
通してガス改質用燃料ガスは当該設備内で自給でき、外
部から燃料を補給する必要がないので経済的にも極めて
有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を採用した直接還元製鉄法を例示するフ
ロー図である。

【図２】本発明を採用した他の直接還元製鉄法を例示す
るフロー図である。

【図３】本発明を採用した更に他の直接還元製鉄法を例
示するフロー図である。

【図４】従来の直接還元製鉄法を例示するフロー図であ
る。

【符号の説明】

１　　ガス改質装置 ２　　還元炉 ３　　スクラバー ４　　加圧器 ５　　原料供給ライン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ガス改質装置で得た還元性ガスを直接
   製鉄用還元炉へ供給して鉄鉱石の還元を行なうと共に、
   該直接製鉄用還元炉から排出される前記炉頂ガスをガス
   改質装置の燃料ガスとして利用するガス改質方法におい
   て、上記還元炉の操業中断時には、上記ガス改質装置で
   得た還元性ガスの一部を、当該ガス改質装置の燃料ガス
   として利用することを特徴とする直接製鉄用のガス改質
   方法。