JPH10510590A - 粒状鉄含有材料の直接還元方法および該方法を実施するためのプラント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 少なくとも部分的にＣＯ₂が除去された改質ガスを、還元ガスとして流動層還元領域に供給し、該還元領域から炉頂ガスとして流出させ、改質ガスと共に炉頂ガスの少なくとも一部を直接還元に利用する、流動化による粒状鉄含有材料を直接還元方法。還元ガスが影響するプラントの部材を節減し、加熱コストの節約を達成するため、５０〜１００％の改質ガス、０〜１００％の炉頂ガスから、ＣＯ₂に加えて、ＣＨ₄およびＮ₂の少なくとも一部を吸着により除去し、炉頂ガスおよび／または改質ガスから吸着により除去されたテールガスを加熱ガスとして利用する。

Description

【発明の詳細な説明】 粒状鉄含有材料の直接還元方法および該方法を実施するためのプラント 本発明は、少なくとも部分的にＣＯ₂が除去された改質ガスを、還元ガスとし て、流動層還元領域に供給し、炉頂ガス（トップガス）として該領域から流出さ せるもので、改質ガスと共に炉頂ガスの少なくとも一部を直接還元に利用する、 流動化による粒状鉄含有材料の直接還元方法、および該方法を実施するためのプ ラントに関する。 この種の方法は、欧州特許公開第０５７１３５８号および米国特許第５０８２ ２５１号により公知である。ここでは、鉄に富んだ粉鉱が、連続して配された流 動層反応器のシステム中で、天然ガスをリフォーミングして形成された還元ガス により、高圧下にて、還元される。このようにして製造された鉄粉は、続いて、 温または冷ブリケッティングに供せられる。 これら公知の方法においては、還元ガス中のＣＯ₂含有量が、あまりに多くな ることを回避するため、第１の流動層反応器に還元ガスを導入する前に、物理ま たは化学吸収の原理に基づいた従来のＣＯ₂スクラバー工程によるスクラビング を通して、還元ガスからＣＯ₂を除去する。ＣＯ₂スクラビングにより、高選択性 が達成される。すなわち、主にＣＯ₂とＨ₂Ｓが、精製されるべきガス流から除去 される。他の分子、例えばＨ₂、ＣＨ₄、Ｎ₂等は、ほとんど吸収剤に結合せず、 精製されたガス流中に存続する。天然ガスは、リフォーマーを加熱するのに利用 され、さらには還元ガスヒーターを加熱するのに利用され、そこでは、必要に応 じて炉頂ガスが混合される。 本発明は、これらの公知の方法をさらに発展させること、すなわち、還元力を 一定のままで、還元ガスによって影響を受けるプラントの全ての部分について節 減を可能にするように、還元ガスの量を低減させることを目的とするものである 。特に、生産能力を少なくとも同等かもしくは増加させつつ、還元ガスコンプレ ッサーのための投資コストの節減、および還元ガスの圧縮に消費される電力の節 減、並びに加熱コストの節減が達成される。さらに、ＣＯ₂除去プラントで生成 す るテールガス（排気ガス）を、本方法に有用な方法で使用することも可能である 。 最初に記載したような方法において、５０〜１００％の改質ガスか０〜１００ ％の炉頂ガスから、ＣＯ₂に加えてＣＨ₄およびＮ₂の少なくとも一部を、吸着、 好ましくは、圧力スウィング吸着（圧力切り替え吸着）により除去し、還元ガス を加熱し、吸着により改質ガスおよび／または炉頂ガスから除去されたテールガ スを加熱ガスとして利用することにより、この目的が達成される。 ＤＥ−Ｃ−４０３７９７７から、塊状の鉄鉱石の直接還元において、直接還元 用の圧力スウィング吸着プラントまたはＣＯ₂スクラバーを使用することは、そ れ自体知られている。この方法では、塊状の鉄鉱石を、固定床法の還元シャフト 炉において還元し、還元シャフト炉から産出したものを溶解ガス化装置に充填し 、そこで、還元シャフト炉に送り込まれる還元ガスが石炭と酸素から生じせしめ られ、還元された鉄鉱石が溶解される。該方法は低圧で行われる方法であるが、 これに対し、本発明の流動化法では、還元ガスがかなり高い圧力で移送される。 これにより、本発明の方法は、公知の方法と比較して、吸着工程においてガスの 移送のための付加的なコンプレッサーが必要ないという、特に有利な点を有する 。従って、流動化法により、電力エネルギーが大幅に節減される結果となる。 ＣＯ₂スクラバーに比べて、吸着方法では、ＣＯ₂スクラバー法に比べて非常に 多量のＣＨ₄および不活性Ｎ₂を流出せしめるため、還元力を同一のレベルに保ち つつ、還元ガスの比容を低減できる可能性が開けている。このことは、この環境 に関連するプラントの部分、例えばパイプ、コンプレッサー、バルブ等の削減に つながる。 圧力スウィング吸着により、改質ガスおよび／または炉頂ガスから除去された テールガスは、非常に高い発熱量を有しているため、還元ガスを加熱するため、 および／または改質ガスを生成するリフォーミング工程用の加熱ガスとして、適 切に利用される。 ＣＯ₂の除去前に、改質ガスは、適切には、必要に応じて炉頂ガスとの混合に より、かなり冷却され、好ましくは２０〜１００℃、特に３０〜５０℃の範囲内 の温度になるまで冷却され、これにより、圧力スウィング吸着の効率を大幅に高 め ることができる。 本発明の方法の実現化は、粒状鉄含有材料の直接還元を、直列に接続された数 基の流動層還元領域において行う場合には特に有利であり、その場合、微細な粒 状鉄含有材料は、重力により、頂部から下方へと、流動層領域から流動層領域へ 移送され、還元ガスは、反対方向へ、流動層領域から流動層領域へ移送され、直 接還元の間に消費された還元ガスは炉頂ガスとして最上の流動層還元領域から流 出され、改質ガスと混合されて、還元ガスとして利用される。 適切には、還元ガスの加熱は、２段階、すなわち、熱交換による第１段階と、 導入した酸素により還元ガスを部分的に燃焼させる第２段階とで行われる。これ は、圧力スウィング吸着プラントを用いるとより好ましいが、これは、圧力スウ ィング吸着プラントが０Vol.％の水分含有量の還元ガスを生成するためである。 よって、後燃焼（afterburning）および／または部分的燃焼中に、Ｈ₂が消費さ れてＨ₂Ｏ含有量が１〜５Vol.％増加するとしても、再燃焼および／または部分 的燃焼による加熱が行われた後でさえ、還元ガス中の水分含有量を非常に低いレ ベルに維持することが可能になる。後燃焼および／または部分的燃焼によるＣＯ 損失の可能性は、リフォーマーの操作特性を変更することによって、例えば、よ り小さい蒸気：炭素比を使用したり、またば例えば吸着プラントまでのバイパス 流を増加させることにより、バランスさせることができる。 本発明の方法を実施するためのプラントは、酸化鉄含有材料を受け入れる少な くとも１つの流動層反応器、該流動層反応器に導かれる還元ガス供給ダクト、お よび、流動層反応器から還元中に形成される炉頂ガスを流出する炉頂ガス排出ダ クトを具備し、リフォーマー、リフォーマーから出発して炉頂ガスダクトに合流 する改質ガスダクトであって改質ガスと炉頂ガスから生成された還元ガスが還元 ガス供給ダクトを通じて流動層反応器に流入するようにされたダクト、及びＣＯ₂ 除去用プラントを備えたプラントにおいて、ＣＯ₂除去用プラントが吸着プラン ト、好ましくは圧力スウィング吸着プラントとして構成され、ＣＯ₂が除去され たガスを吸着プラントから加熱手段まで移送するダクトと、吸着プラントにより 分離されたテールガスを排出するテールガス排出ダクトが加熱手段に至ることを 特徴とするものである。 還元ガスを簡単に所望の化学組成に調節するために、吸着プラントは、炉頂ガ ス分岐ダクトにより、また、場合によっては、改質ガスダクトから延びる改質ガ ス移送分岐ダクトにより、バイパスされる。 適切には、テールガス排出ダクトは、リフォーマーの加熱手段に流れが接続さ れているか、または還元ガス用のガスヒーターに流れが接続される。 圧力スウィング吸着プラントの最適効率を達成するため、好ましくは、吸着プ ラントに至るガス供給ダクトに、ガスクーラーが設けられる。 本発明に係るプラントの最適な設計は、複数の流動層反応器が連続して直列に 接続され、酸化鉄含有材料が、移送用ダクトを介して、流動層反応器から流動層 反応器へ、一方向に移送され、還元ガスが、連結ダクトを介して、流動層反応器 から流動層反応器へ、反対方向に移送され、各々の流動層反応器には、還元ガス に取り込まれてしまった微細粒子を分離するためのサイクロンが設けられている ことを特徴とする。 還元ガスを効果的に加熱するために、還元ガス用の加熱手段として熱交換器と 、該熱交換器に直列な配置で、酸素供給ダクトを備えた、還元ガスの部分的燃焼 用手段とが設けられることを特徴とする。 以下、図面に示した２つの具体的な実施態様を参照しながら本発明をさらに詳 しく説明するが、図１と図２は、本発明の好適な実施態様に従う各方法を図示す るものである。 図１において、本発明に係るプラントは、連続して直列に接続された４基の流 動層反応器１〜４を具備するものであり、ここで、酸化鉄含有材料、例えば粉鉱 を、鉱石供給ダクト５を介して、第１の流動層反応器１に供給し、還元温度まで の加熱（すなわち予備還元）がなされ、ついで移送ダクト６を介して、流動層反 応器から流動層反応器へ移送する。完全に還元された鉄（海綿鉄）をブリケッテ ィング設備７において、温煉炭化する。 必要であるならば、還元鉄を、図示しない不活性ガス系により、煉炭化中に再 酸化から保護する。 第１の流動層反応器１に粉鉱を投入する前に、詳細を図示しない、鉱石の前処 理、例えば乾燥およびふるい分けをしておく。 還元ガスは、流動層反応器４から流動層反応器３〜１まで、鉱石流とは反対方 向の流れで移送され、ガス流方向視で最後の流動層反応器１から、炉頂ガスとし て炉頂ガス排出ダクト８を通過して排出され、冷却され、湿式スクラバー９にお いて洗浄される。流動層反応器１〜４内には、還元ガスに取り込まれた微細な粒 子を分離するため、図示しないサイクロンが設けられている。 還元ガスの生成は、ダクト１１より供給され、脱硫プラント１２で脱硫された 天然ガスをリフォーマー１０でリフォーミングすることにより行われる。リフォ ーマー１０から流出し、天然ガスと蒸気から構成されたガスは、本質的に、Ｈ₂ 、ＣＯ、ＣＨ₄、Ｈ₂ＯおよびＣＯ₂からなる。この改質された天然ガスは、改質 ガスダクト１３を通って、数基の熱交換器１４に供給されて、そこで冷却され、 よって、ガスが凝縮されて水になる。 改質ガスダクト１３の流れは、炉頂ガスがコンプレッサー１５で圧縮された後 において、炉頂ガス排出ダクト８に流れ込む。このようにして形成された混合ガ スは、圧力スウィング吸着プラント１６を通過して、ＣＯ₂と、さらに少なくと も部分的にはＨ₂Ｓ、ＣＨ₄、Ｎ₂が除去される。ついで、還元ガスとして利用で きる。 ガスアキュムレータ１６’を含む吸着プラント１６において、精製されるガス は、モレキュラーシーブで満たされた管路（ベッセル）を通って移送され：選択 される吸着剤に応じて、それらの大きさおよび極性により、ある種の分子が選択 的に除去される。もしリサイクルされた炉頂ガスもしくは改質により天然ガスか ら形成された合成ガスを精製すれば、この方法での選択性はＣＯ₂スクラバー操 作の場合よりも低下する、すなわちガスのより多くの部分が分離される。しかし ながら、以下「テールガス」と称するこの廃棄ガスは、ＣＯ₂スクラビング中に 生じる廃棄ガスに比べて、比較的高い発熱量を有しているので、例えば、還元ガ スを加熱したり、または蒸気リフォーマーを加熱するために、直接還元プロセス に必要な炉中で燃焼させることができ、その結果、燃焼に通常必要とされる外部 エネルギーの量を低減することができる。 ダクト１６”を介して、テールガスを受け入れるためのアキュムレータ１６’ が蒸気リフォーマー１０に、該リフォーマーの加熱を行うために接続され、還元 ガスを加熱するためにガスヒーター１９に接続されている。 圧力スウィング吸着プラント１６は、ガスクーラー１７に先行して配され、該 ガスクーラーにおいて、圧力スウィング吸着プラント１６に供給されたガスがお よそ４０℃またはそれ以下に冷却され、よって、圧力スウィング吸着プラント１ ６の良好な効率が確保される。冷却は、直接水冷または間接冷却により行うこと ができる。 還元ガス供給ダクト１８を介して、この還元ガスは、圧力スウィング吸着プラ ント１６の次に配されたガスヒーター１９内で、約８００℃の還元ガス温度にま で加熱され、ガス流方向からみて最初の流動層反応器４に供給され、そこで粉鉱 と反応して、直接、還元鉄が生成される。流動層反応器４〜１は直列に配されて おり；還元ガスは、流動層反応器４から、流動層反応器３、２および１へと、連 結ダクト２０を経て通過していく。 本発明では、圧力スウィング吸着プラント１６には、改質ガスのみ、または５ ０〜１００％の改質ガスと０〜１００％の炉頂ガスとからなる混合ガスが供給さ れる。 改質ガス用ダクト１３から延びて、分岐ダクト２１は、改質ガスダクト１３が 炉頂ガス排出ダクト８に合流する手前で分岐する。この分岐ダクト２１は、圧力 スウィング吸着プラント１６からガスヒーター１９に至る還元ガス供給ダクト１ ８に合流している。さらに、更なる分岐ダクト２２が、炉頂ガス排出ダクト８か ら分岐して、圧力スウィング吸着プラント１６からガスヒーター１９に至る還元 ガス供給ダクト１８に合流している。明らかに他の全てのガスダクトと同じよう にこれら２つの分岐ダクト２１、２２にはバルブが備えられているが、これら分 岐ダクトにより、１００％改質ガスだけを圧力スウィング吸着プラントに供給す るか、または５０〜１００％の改質ガスと０〜１００％の炉頂ガスとからなる混 合ガスを圧力スウィング吸着プラント１６に供給することが可能になる。 還元ガスの特定の分析を調節するため、特定の吸着剤の選択に加えて、以下の 選択肢が可能である。 ・圧力スウィング吸着プラント１６に移送されたガス流の０〜１００％の範囲の 部分、−好ましくは０〜３０％の合成ガスまたは改質ガス等、または好ましくは ０〜１００％のリサイクル炉頂ガス−を、常法で圧力スウィング吸着プラント１ ６を通過させて移送する。 ・ＣＯ₂スクラビングと比較して、圧力スウィング吸着プラント１６は、より多 量のＣＨ₄および不活性Ｎ₂を流出させることから、還元力を同一のレベルに維持 しつつ、還元ガスの比容を低減することが可能になる。よって、関連するプラン トの部材を節減することが可能になる。上記したような接続によって得ることが できるものよりもより高いＣＨ₄含有量を望む場合は、ダクト２３を介して、天 然ガスまたは純粋なＣＨ₄を、還元反応器１〜４に移送される還元ガス流に導入 することができる。 不活性ガス、例えばＮ₂に富むことを回避するために、炉頂ガスの一部がガス 循環系８から排出される。排出された炉頂ガスは、分岐ダクトを通って、還元ガ ス加熱用のガスヒーター１９に供給され、そこで燃焼させる。不足のおそれのあ るエネルギーは、供給ダクト２４を通って供給される天然ガスにより補足される 。 リフォーマー１０から出てくる改質天然ガス並びにリフォーマーのスモークガ スの顕熱は、回収熱交換器２５において、脱硫化プラント１２を通過した後の天 然ガスを予熱し、改質に必要な蒸気を生成し、そしてダクト２６を介してガスヒ ーター１９に供給される燃焼空気、並びに必要に応じて還元ガスも予熱するため に利用される。 鉱石流方向に最初に配されている流動層反応器１内の温度低下を防止するため には、第２の流動層反応器２から排出される還元ガスの一部を流動層反応器１内 で燃焼させることが有利であり、このために酸素供給ダクト２８と場合によって は天然ガス供給ダクト２９とが第１の流動層反応器に開口して接続されている。 全ての流動層反応器１〜４内での反応温度を同一レベルで一定に保持し、よっ て、エネルギー必要量の更なる低減を達成するため、熱くて新鮮な天然ガスが、 還元ガス流の方向において最初に配されている流動層反応器４に続いて配されて いる流動層反応器１〜３に、分岐ダクト３０を介して直接、流動層反応器１、２ および３毎におよそ１０％の量で供給される。よって、流動層反応器１〜４は、 還元ガス移送について直列に接続されているばかりでなく、還元ガスの少量部の 供給に関する限りは並列に連結されている一方、還元ガスの排出または通過に関 し、図示した実施態様の流動層反応器１〜４は、専ら直列に接続されている。 図２に図示されているプラントにおいては、還元ガスの加熱は、２段階、すな わち、ガスヒーター１９内で熱交換する第１段階と、ダクト３２を介して還元ガ スに導入された酸素による部分燃焼手段３１内での部分的燃焼の第２段階とで行 われる。 有利には、加熱されるガスを、先ず、間接熱交換器として操作されるガスヒー ター１９内で、２００〜６００℃の範囲内の温度にしておく。熱の供給は、任意 の所望の燃料を燃焼させることによって行うことができ、好ましくは天然ガスお よび還元プロセスで派生した炉頂ガスが利用される。 さらに、好ましくは７００〜９００℃の範囲内の温度への還元ガスの加熱は、 次の変形例によって行われる： ａ）還元ガス流の一部の流れを分離し、これを純粋な酸素（場合によっては、空 気を含有する混合物を利用することもできる）で化学量論的に燃焼させる。この 部分ガス流は、還元ガスの残りのより冷たい部分と混合され、全還元ガス流の最 終温度が所望の値になる。 ｂ）還元ガスの全量を燃焼チャンバーに入れ、部分的に燃焼させる（すなわち、 サブ化学量論的に）。燃焼したガスと、未燃焼ガスとを再混合して、最終的に所 望の温度に調節する。 よって、この加熱方法により、金属粉塵の問題は解消され、プロセスを、典型 的な間接加熱炉と比べて、部分的燃焼炉内の圧力損失が低減されるために、より 経済的な方法で操業することができる。 また、還元ガスの分析値は、部分的燃焼の結果、変化し；典型的には、Ｈ₂Ｏ 含有量は、Ｈ₂が消費されて、１〜５Vol.％増加する。同様のことが、ＣＯの消 費に伴うＣＯ₂含有量に関しても言える。 加熱後の還元ガスの特定の分析値を調節するため、加熱を行う前に適切な方法 でプロセスの操作が行われる。これは、ＣＯ₂除去、リフォーマー等の操作特性 を変更することによって可能になる：このようにして、部分的燃焼中に生じるＣ Ｏ₂は、例えば、圧力スウィング吸着プラント１６の出口におけるＣＯ₂含有量を 低くすることによって、難なくバランスさせることができる。部分的燃焼による Ｃ Ｏの損失は、リフォーマーの操作特性（例えば、蒸気を低減する：炭素比）を変 化させるか、またはＣＯ転化により多くのバイパス流を供給することにより、補 償することができる。変形すると、上述のことは、Ｈ₂およびＨ₂Ｏ含有量の調整 にも適用される。 圧力スウィング吸着プラントでは、０Vol.％の水分を含有する還元ガスが生成 されるので、還元反応器に送られた−すなわち、部分的燃焼用炉での加熱後の還 元ガス中の水分含有量は非常に低く（１〜２Vol.％の範囲）保つことができる。 本発明は、図示された具体的な実施態様に限定されるものではなく、種々の点 で変更することができる。例えば、実際に必要な機能に応じて、流動層の数を選 択することができる。また、圧力スウィング吸着の代わりに、温度スウィング吸 着プロセスを使用することもできる。前者では、本直接還元方法において、高い 系圧力の使用が可能となる、すなわち、吸着剤の吸着および再生が、異なる圧力 で管路を加圧して行われ、そこでは、加圧のために、何らの外部からのエネルギ ーの供給は必要でなく、系圧力が直接活用される。第２の変形例の温度スウィン グ吸着（TSAと略す）では、吸着および再生プロセスは、実質的に一定圧で、適 切な温度により、コントロールされる。活性媒体の吸着力は、圧力だけではなく 、温度の関数でもある。本発明の分野において、圧力スウィング吸着が、還元ガ スおよび炉頂ガスの分析、並びに本系圧力の分析を予定しているため、このプロ セスは第２の選択とみなされる。 実施例Ａ 図１に相当し、７５t/hの温煉炭化鉄の時間当たりの生産能力を有するプラン トにおいて、１０４t/hの粉鉱が反応させられる。 蒸気リフォーマーにおいて、６０３００Nm³/hの蒸気と、１８１００Nm³/hの天 然ガスを反応させて、１０１０８０００Nm³/hの改質ガスを生成した。 火床下燃焼に必要な熱量、すなわち９４ＭＷが、天然ガス（６１ＭＷ）、予熱 された空気（２３ＭＷ）およびテールガス（１０ＭＷ）によりカバーされた。 ７０％の天然ガスを、５５％のリサイクルされた炉頂ガスと混合し、４０℃に 冷却した後、１４．２５バールの圧力で、圧力スウィング吸着プラント１６に供 給した。４５℃の温度と１３．４５バールの圧力の精製ガスを、合計で１７９９ ００Nm³/hになるように、先に移送されたガス流と混合し、還元ガスガスヒータ ー１９に供給した。 分離したテールガス−２２９００Nm³/h−は、０．３バールの圧力、３５℃の 温度で、６０ＭＷのエネルギー量にすることができる。 還元ガスを８３５℃に加熱するためには、５０ＭＷのテールガス、１４．７Ｍ Ｗの予熱空気、および０．３ＭＷの炉頂ガスからなる６５ＭＷが必要である。 温練炭化された鉄は、９２％の金属化度を示す。 各々のガスの分析は以下の通りである。 従来技術と比較して、本発明の方法では、Ｎ₂またはＣＨ₄が際だって低レベル の還元ガスが産出され（例えば、欧州特許公開第０５７１３５８号では、Ｎ₂が １４．９４Vol.％、ＣＨ₄が１６．２９Vol.％）、よって高い還元力を示してい る。 供給された粉鉱は、９６．９１重量％のＦｅ₂Ｏ₃と、２．２９重量％の脈石を 含み、残りはＬ.Ｏ.Ｉ.である。 実施例Ｂ 図１に相当し、７５t/hの温煉炭化鉄の時間当たりの生産能力を有するプラン トにおいて、１０４t/hの粉鉱を反応させた。 蒸気リフォーマーにおいて、５５７００Nm³/hの蒸気と、１７２００Nm³/hの天 然ガスを反応させて、１０１００１００Nm³/hの改質ガスを産出させた。火床下 燃焼に必要な熱量、すなわち８６ＭＷが、天然ガス（２５ＭＷ）、予熱空気（２ １ＭＷ）およびテールガス（４０ＭＷ）によりカバーされた。 ９０％の改質ガスを、６０％のリサイクルされた炉頂ガスと混合し、４０℃に 冷却した後、１４．２５バールの圧力で、圧力スウィング吸着プラント１６に供 給した。４５℃の温度で１３．４５バールの圧力の精製されたガスを、合計で１ ８４０００Nm³/hになるように、先に移送されたガス流と混合し、還元ガスヒー ター１９に供給した。 分離したテールガス−２６９００Nm³/h−は、０．３バールの圧力、３５℃の 温度で、８７ＭＷのエネルギー量にすることができる。 還元ガスを８３５℃に加熱するためには、４７ＭＷのテールガス、１５ＭＷの 予熱空気、および６ＭＷの炉頂ガスからなる６８ＭＷが必要である。 温練炭化された鉄は、９２％の金属化度を示す。 各々のガスの分析は以下の通りである。 実施例Ａと実施例Ｂとの本質的な相違点は、還元ガス中のＣＨ₄含有量が異な ることである。ＣＨ₄は、還元特性においては不活性な部分であるが、なお生成 物の品質に影響を及ぼす。実施例Ａでは、還元ガス中のＣＨ₄含有量は約１２． ８Vol.％であるが、実施例Ｂにおいては、１８．８Vol.％であり、後の練炭化製 品中の炭素含有量が、必然的により多くなる。高炭素含有量であると（必ずしも 必要ではないが）、製品の用途によっては利点を有する。例えば、高炭素含有量 であると、電気炉中で行われる、後の製鋼工程において溶解中のエネルギーを節 減することができる。 供給された鉱石は、９６．９１重量％のＦｅ₂Ｏ₃と、２．２９重量％の脈石を 有し、残りはＬ.Ｏ.Ｉ.である。 実施例Ｃ ７５t/hの温煉炭化鉄を産出するプラントにおいて、還元ガスを生成するため に、以下の構成が選択された： −実施例Ａと同じ分析値を有する１３００００Nm³/hの還元ガスを生成 −冷却後、１００％の改質ガスを圧力スウィング吸着プラントに供給 −このように精製されたガスを、リサイクルされた炉頂ガスと混合 −合計が１８１００Nm³/hのガス流を、還元ガスヒーターに供給 温練炭化された鉄は、９２％の金属化度を示す。 各々のガスの分析は以下の通りである。 鉄鉱石は、実施例Ａと同一の組成を有する。 この変形例から得られた利点： ・圧力スウィング吸着プラントの生産能力の低減（実施例ＡおよびＢと比べて、 ３０〜４０％） ・テールガス中にＨ₂Ｓが存在せず（実施例ＡおよびＢにおいて、テールガスは 鉄鉱石と共に、炉頂ガスサイクルに導入され、一部が圧力スウィング吸着プラン トから排出される）、その結果、環境に有害なＳＯ₂が、テールガスの二次的熱 利用中に発生しない、すなわち脱硫化プラントはもはや必要でない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＢＲ，ＢＹ，Ｃ Ａ，ＪＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＭＸ，ＲＵ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ (72)発明者 ミリオニス，コンスタンティン オーストリア国 アー−8413 エスティ ゲオルゲン 122 (72)発明者 フィップ，ロイ ヒューバート ジュニア アメリカ合衆国 フロリダ 34786 ウィ ンダーミア バトラー ストリート 116

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 少なくとも部分的にＣＯ₂が除去された改質ガスを、還元ガスとして流動 層還元領域に供給し、該流動層還元領域から炉頂ガスとして流出させ、改質ガス と共に炉頂ガスの少なくとも一部を直接還元に利用する、流動化による粒状鉄含 有材料の直接還元方法において、 ＣＯ₂に加えて、５０〜１００％の改質ガスおよび０〜１００％の炉頂ガスか ら、吸着、好ましくは、圧力スウィング吸着により、ＣＨ₄とＮ₂を少なくとも部 分的に除去し、還元ガスを加熱し、吸着により改質ガスおよび／または炉頂ガス から除去されたテールガスを加熱ガスとして用いることを特徴とする粒状鉄含有 材料の直接還元方法。 ２． 圧力スウィング吸着により改質ガスおよび／または炉頂ガスから除去され たテールガスを、還元ガスを加熱するために、および／または改質ガスを生成す るリフォーミングプロセス用の加熱ガスとして用いることを特徴とする請求項１ に記載の方法。 ３． ＣＯ₂の除去前に、改質ガスを、場合によっては炉頂ガスと混合して、好 ましくは２０〜１００℃、特に３０〜５０℃の範囲の温度になるまで、かなり冷 却することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。 ４． 粒状鉄含有材料の直接還元を、直列に接続されている数基の流動層の還元 領域で行い、ここで、微細な粒状鉄含有材料が、重力により、頂部から下方へ、 流動層領域から流動層領域へ移送され、還元ガスが、反対方向へ、流動層領域か ら流動層領域へ移送され、直接還元中に消費された還元ガスが、炉頂ガスとして 最上の流動層還元領域から流出され、改質ガスと混合されて、還元ガスとして利 用されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。 ５． 還元ガスの加熱が、熱交換による第１段階（１９）と、導入された酸素に より還元ガスの少なくとも一部に部分的に燃焼させる第２段階（３１）の２段階 で行われることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法（図 ２）。 ６． 酸化鉄含有材料を受け入れるための少なくとも１つの流動層反応器（１〜 ４）、該流動層反応器（４）に接続された還元ガス供給ダクト（１８）、および 流動層反応器（１）から還元中に形成される炉頂ガスを排出する炉頂ガス排出ダ クト（８）を具備し、リフォーマー（１０）、リフォーマー（１０）から延びて 炉頂ガスダクト（８）に合流する改質ガスダクト（１３）で、炉頂ガスおよび改 質ガスから生成された還元ガスを還元ガス供給ダクト（１８）を介して流動層反 応器（４）に送り込むダクト、およびＣＯ₂除去用プラント（１６）を備えた請 求項１ないし５の何れか１項に記載の方法を実施するためのプラントにおいて、 ＣＯ₂除去プラントが吸着プラント（１６）、好ましくは圧力スウィング吸着 プラントとして構成され、ダクトにより、ＣＯ₂が除去されたガスを吸着プラン ト（１６）から加熱手段（１９）まで移送するダクトと、吸着プラント（１６） で分離されたテールガスを排出するテールガス排出ダクト（１６”）が加熱手段 （１９）に至ることを特徴とするプラント。 ７． 吸着プラント（１６）が、炉頂ガス分岐ダクト（２２）によって、また場 合によっては、改質ガスダクト（１３）から延びる改質ガス移送用分岐ダクト（ ２１）によってバイパスされていることを特徴とする請求項６に記載のプラント 。 ８． テールガス排出ダクト（１６”）が、リフォーマー（１０）の加熱手段と 、流れが接続されていることを特徴とする請求項６または７に記載のプラント。 ９． テールガス排出ダクト（１６”）が、還元ガス用の加熱手段（１９）と、 流れが接続されていることを特徴とする請求項６ないし８のいずれか１項に記載 のプラント。 １０． 吸着プラントに至るガス供給ダクトに、ガスクーラー（１７）が設けら れていることを特徴とする請求項６ないし９のいずれか１項に記載のプラント。 １１． 複数の流動層反応器（１〜４）が直列に接続されて、酸化鉄含有材料が 、移送ダクト（６）を介して、流動層反応器（１）から流動層反応器（２、３、 ４）へ、一方向に移送され、還元ガスが、連結ダクト（２０）を介して、流動層 反応器（４）から流動層反応器（３、２、１）へ、反対方向に移送され、各々の 流動層反応器（１〜４）内に、還元ガスに取り込まれる微細粒子を分離するため のサイクロンが設けられていることを特徴とする請求項６ないし１０のいずれか １項に記載のプラント。 １２． 還元ガスの加熱手段としての熱交換器（１９）が設けられ、該熱交換器 に直列に、酸素供給ダクト（３２）を備えた、還元ガス用の部分的燃焼手段（３ １）が設けられていることを特徴とする請求項６ないし１１のいずれか１項に記 載のプラント。