直接還元鉄製造システム
【課題】酸性ガス吸収液の使用量の節減を図ることができる直接還元鉄製造システムを提供する。
【解決手段】水素、一酸化炭素を含む高温還元ガス１１を用いて、鉄鉱石１２ａを還元鉄１２ｂに直接還元する直接還元炉１３と、該直接還元炉１３から排出される還元炉排ガス１４中の酸性ガス成分（ＣＯ2、Ｈ2Ｓ）をアミン系溶剤等の吸収液１５により除去する酸性ガス成分吸収塔１６ａと酸性ガスを放出する再生塔１６ｂとからなる酸性ガス除去装置１６と、吸収塔１６ａと再生塔１６ｂとを循環利用される吸収液１５中の劣化物を分離除去する劣化物除去装置１７とを具備する。
【解決手段】水素、一酸化炭素を含む高温還元ガス１１を用いて、鉄鉱石１２ａを還元鉄１２ｂに直接還元する直接還元炉１３と、該直接還元炉１３から排出される還元炉排ガス１４中の酸性ガス成分（ＣＯ2、Ｈ2Ｓ）をアミン系溶剤等の吸収液１５により除去する酸性ガス成分吸収塔１６ａと酸性ガスを放出する再生塔１６ｂとからなる酸性ガス除去装置１６と、吸収塔１６ａと再生塔１６ｂとを循環利用される吸収液１５中の劣化物を分離除去する劣化物除去装置１７とを具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直接還元鉄製造システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
粉鉱や塊鉱等の鉄鉱石を例えば１０００℃前後の温度で、変性天然ガスにより固相のまま還元すると、直接還元鉄（ＤＲＩ：Ｄｉｒｅｃｔ Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｉｒｏｎ）が得られる。この直接還元製鉄法は、還元炉での還元ガスの利用率が低いために、還元炉排ガスを還元ガス流れに戻し、再利用することで高効率化していた。
還元炉で発生する水（Ｈ2Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ2）とは、還元炉内では不活性なため、再利用する際には除去する必要があり、水は冷却器又はスクラバで、二酸化炭素は例えばアミン系溶剤等の除去ユニットで除去されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００１−５２０３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら直接還元製鉄炉からの排ガスに特有な一酸化炭素（ＣＯ）や、微量金属成分、または酸性ガス除去装置における再生塔リボイラにおける熱によって、アミン系溶剤の溶剤劣化物が生成されることで、フォーミングが発生して酸性ガス除去性能が低下したり、運転が難しくなるだけでなく、酸性ガス除去装置の腐食劣化が発生する、という問題がある。
【０００５】
従来の直接還元プロセスにおいては、アミン系溶剤を新しいものに入れ替えることで、劣化物の濃度を下げて、管理をしており、特に直接還元製鉄炉システムにおいては、高頻度でアミン系溶剤を入れ替えしなければならず、大量の溶剤を消費する、という問題がある。
【０００６】
そこで、頻繁なアミン系溶剤の入れ替えが不要となり、従来よりも大幅にアミン系溶剤の使用量の節減を図ることができる方策の出現が切望されている。
【０００７】
本発明は、前記問題に鑑み、直接還元製鉄炉からの排ガス中のＣＯ2等の酸性ガスを除去するに際して、酸性ガス吸収液の使用量の節減を図ることができる直接還元鉄製造システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、水素、一酸化炭素を含む高温還元ガスを用いて、鉄鉱石を還元鉄に直接還元する直接還元炉と、該直接還元炉から排出される還元炉排ガス中の酸性ガス成分を酸性ガス吸収液により除去する酸性ガス成分吸収塔と酸性ガスを放出する再生塔とからなる酸性ガス除去装置と、前記酸性ガス成分吸収塔と前記再生塔との間を循環利用される吸収液中の劣化物を分離除去する劣化物除去装置とを具備することを特徴とする直接還元鉄製造システムにある。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、前記再生塔から前記吸収塔に返送するリーン溶液の一部をバイパスするバイパス回路と、該バイパス回路に介装されるフィルタとを具備することを特徴とする直接還元鉄製造システムに用いる酸性ガス除去装置にある。
【００１０】
第３の発明は、第１又は２の発明において、前記還元炉排ガスを前記酸性ガス除去装置に導入する導入ラインと、該導入ラインに介装され、前記還元炉排ガスを熱交換する熱交換器と、該熱交換器の前流側に設けられるバグフィルタと、前記熱交換器の後流側に設けられるスクラバと、を具備することを特徴とする直接還元鉄製造システムにある。
【００１１】
第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、前記酸性ガス吸収液が、低沸点であることを特徴とする直接還元鉄製造システムにある。
【００１２】
第５の発明は、第１乃至４のいずれか一つの発明において、前記高温還元ガスが、天然ガス又は石炭ガス化ガス又はコークス炉ガス由来のガスであることを特徴とする直接還元鉄製造システムにある。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、吸収塔と再生塔とを循環する酸性ガス吸収液中の劣化物を劣化物除去装置により、分離することができるため、頻繁な酸性ガス吸収液の入れ替えが不要となり、従来よりも大幅に溶剤使用量の節減を図ることができる。
また、連続した溶剤劣化物の濃度の管理を行うことにより、フォーミング発生を抑え、安定した運転を実現し、機器の腐食も抑えることができる。
この運転の安定化によって、直接還元鉄プロセス全体の安定運転、及び溶剤消費量削減による低コスト化を実現することができる。
さらに、直接還元鉄プロセス系内での熱を利用して劣化物除去装置を稼動することにより、追加のエネルギー消費を必要とせず、経済的となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、実施例１に係る直接還元鉄製造システムの概略図である。
【図２】図２は、実施例２に係る直接還元鉄製造システムの概略図である。
【図３】図３は、実施例３に係る直接還元鉄製造システムの概略図である。
【図４】図４は、実施例４に係る直接還元鉄製造システムの概略図である。
【図５】図５は、実施例４に係る他の直接還元鉄製造システムの概略図である。
【図６】図６は、実施例５に係る直接還元鉄製造システムの概略図である。
【図７】図７は、実施例５に係る他の直接還元鉄製造システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００１６】
本発明による実施例に係る直接還元鉄製造システムについて、図面を参照して説明する。図１は、実施例１に係る直接還元鉄製造システムの概略図である。図１に示すように、直接還元鉄製造システム１０Ａは、水素、一酸化炭素を含む高温還元ガス（以下「還元ガス」という）１１を用いて、鉄鉱石１２ａを還元鉄１２ｂに直接還元する直接還元炉（以下「還元炉」という）１３と、該直接還元炉１３から排出される還元炉排ガス１４中の酸性ガス成分（ＣＯ2、Ｈ2Ｓ）をアミン系溶剤等の酸性ガス吸収液（以下「吸収液」という）１５により除去する酸性ガス成分吸収塔（以下「吸収塔」という）１６ａと酸性ガスを放出して吸収液１５を再生する再生塔１６ｂとからなる酸性ガス除去装置１６と、吸収塔１６ａと再生塔１６ｂとを循環利用される吸収液１５中の劣化物を分離除去する劣化物除去装置１７とを具備するものである。
図１中、符号１５ａはリッチ溶液、１５ｂはリーン溶液、２０はスクラバ、２１は圧縮機、２２は冷却洗浄塔、２３はリボイラ、２４は水蒸気、２５は冷却器、２６は気液分離器、２７は凝縮水、Ｌ1は還元炉排ガス１４を酸性ガス除去装置１６へ導入するガス供給ライン、Ｌ2はリッチ溶液ライン、Ｌ3はリーン溶液ライン、Ｌ4はリーン溶液分岐ライン、Ｌ5は再生塔の下部でリーン溶液を循環させるリボイラライン、Ｌ6はガス放出ライン、Ｌ7は凝縮水ライン、Ｌ8は回収ガス排出ライン、Ｌ9は精製ガス排出ライン、Ｌ10はガス排出ラインを各々図示する。
ここで、還元ガス１１は、還元炉１３に導入する際には、所定の高温（例えば９００〜１，０５０℃）の温度まで加熱されている。
【００１７】
還元ガス１１が導入される還元炉１３においては、上部より鉄鉱石１２ａが供給され、供給された鉄鉱石１２ａは炉底部側へ移動していく。この際、同時に還元炉１３の側部から供給される高温の還元ガス１１と向流接触して、還元ガス１１の主成分の水素（Ｈ2）と一酸化炭素（ＣＯ）によって鉄鉱石（酸化鉄）１２ａが還元され、還元鉄１２ｂとなると共に、水素（Ｈ2）と一酸化炭素（ＣＯ）とは、各々水（Ｈ2Ｏ）と二酸化炭素（ＣＯ2）とに転化する。
還元された鉄鉱石１２ａは、還元鉄１２ｂとして還元炉１３の下部側から取り出される。
【００１８】
また、還元ガス１１中の水素（Ｈ2）と一酸化炭素（ＣＯ）とは、還元炉１３内で全量は使用されず、大部分の水素（Ｈ2）と一酸化炭素（ＣＯ）とが未使用のまま還元炉排ガス１４として、ガス供給ラインＬ1より排出される。
【００１９】
ここで、還元炉１３からの還元炉排ガス１４は、還元炉１３から発生する鉄粉等のダストを含み、後流側に接続される酸性ガス除去装置１６の運転に悪影響を与えるため、スクラバ２０によってダストを除去すると共に、還元炉１３で発生した水（Ｈ2Ｏ）を除去している。
【００２０】
還元炉排ガス１４は、ガス供給ラインＬ1に介装された圧縮機２１によって、昇圧され、その後、冷却洗浄塔２２に導入される。この冷却洗浄塔２２では、ガス温度を冷却水により低下させた後、酸性ガス除去装置１６の吸収塔１６ａに導入される。
この吸収塔１６ａでは、還元炉排ガス１４からＣＯ2とＨ2Ｓの酸性ガスが吸収液１５の化学吸収反応によって除去され、酸性ガスが除去された精製ガス１４Ａとなり、頂部側から精製ガス供給ラインＬ9より排出される。
この精製ガス１４Ａ中には、未利用のＨ2とＣＯとが含まれているので、還元ガス１１に合流し、還元ガス１１として再利用するようにしてもよい（後述する）。
【００２１】
ここで、還元炉排ガス１４中に含まれる系内不活性成分であるＣＨ4やＮ2の系内蓄積を避けるために、スクラバ２０を出たガスの一部１４ａは、スクラバ２０の後流側で、ガス供給ラインＬ1から分岐されるガス排出ラインＬ10により系外に排出するようにしている。
【００２２】
酸性ガス除去装置１６では、吸収塔１６ａにおいて、還元炉排ガス１４に含有するＣＯ、Ｈ2、ＣＯ2及びＨ2Ｓの内、吸収液１５でＣＯ2とＨ2Ｓの酸性ガス成分を吸収除去している。
この吸収液１５は、吸収塔１６ａ内でＣＯ2とＨ2Ｓを吸収したものをリッチ溶液１５ａと称し、このリッチ溶液１５ａは、リッチ溶液ラインＬ2で再生塔１６ｂ側に供給される。再生塔１６ｂに導入されたリッチ溶液１５ａは、この塔内部において、リボイラ２３で過熱された水蒸気の熱により、吸収したＣＯ2とＨ2Ｓを放出して、リーン溶液１５ｂとなり、リーン溶液ラインＬ3を介して再度吸収塔１６ａに戻され、循環再利用されている。
【００２３】
吸収塔１６ａの上部側には、精製ガス１４Ａ中に同伴する吸収液を除去するための冷却部（図示せず）が設けられている。
また、再生塔１６ｂでは、リッチ溶液１５ａから放出されたＣＯ2とＨ2Ｓを主成分とする回収ガス１４Ｂがその頂部からガス放出ラインＬ6を介して、系外へ排出される。
【００２４】
回収ガス１４Ｂは、ガス放出ラインＬ6に介装された冷却器２５で冷却された後、気液分離器２６で凝縮水２７を分離している。分離された凝縮水２７は、再生塔１６ｂ内に凝縮水ラインＬ7を介して戻している。
【００２５】
還元炉１３からの還元炉排ガス１４中には、ＣＯや鉄成分を多く含み、ガス供給ラインＬ1に介装されたスクラバ２０において除去できないものが、酸性ガス除去装置１６に混入する可能性がある。
また、長時間の運転によって吸収液１５の一部がこのようなＣＯや鉄成分と化学反応を起こすことによって劣化物を生成し、処理能力が低下する。
【００２６】
ここで、ＣＯ起因の劣化物は、還元炉排ガス１４中のＣＯが吸収液１５中に溶解することに起因して、ギ酸を生成し、このギ酸がアミン系溶剤等の吸収液と反応して塩を作ることで、熱安定性塩となり、これが吸収液１５内に蓄積することとなる。
この熱安定性塩の吸収液系内の蓄積により、例えば吸収液の沸点上昇が発生する。
この沸点上昇が発生すると、再生塔１６ｂのリボイラ２３での温度上昇により、溶剤の熱劣化が促進され、また、リボイラ２３の熱効率が低下するので好ましくない。
また、粘度上昇する場合には、圧損が上昇し、フォーミングが発生するので好ましくない。
【００２７】
また、鉄起因の劣化物は、吸収液の劣化により生じる。例えば吸収液としてアミン系溶剤を用いる場合、その劣化により、ビシン（Ｎ，Ｎ−ビス（２−ヒドロキエチル）グリシン）等のグリシン類が生成される。このようなグリシン類は、鉄とキレート錯体を作ることにより、鉄表面の皮膜生成を妨げると同時に、３価の鉄錯体が酸化還元反応に関与することで鉄の溶解を助長し、加速的に腐食を促進することとなるので、好ましくない。
特に、還元炉１３から流入する鉄鉱石起因のダストは比表面積が大きいため、鉄錯体の急激な生成が予想される。
また、吸収液１５自体もリボイラ２３での加熱によって分解し劣化成分を生成することで酸性ガスの吸収能力が低下することとなる。
【００２８】
吸収液１５は、リッチ溶液１５ａとリーン溶液１５ｂとして循環・再利用されているため、以上のような劣化物は吸収液１５中に蓄積し、処理能力低下及び装置の腐食の原因となる。
【００２９】
このため、本発明では、再生塔１６ｂから吸収塔１６ａに返送するリーン溶液ラインＬ3から分岐するリーン溶液分岐ラインＬ4を設け、このリーン溶液分岐ラインＬ4に劣化物除去装置１７を設け、劣化物を分離・除去して吸収液を再生させるようにしている。なお、リーン溶液分岐ラインＬ4に供給されるリーン溶液１５ｂは、リーン溶液分岐ラインＬ4に介装されたバルブＶの開閉により必要に応じて管理されている。
【００３０】
この劣化物除去装置１７を設けることにより、吸収液１５中に蓄積する劣化物の濃度を低減させ、吸収液１５の性能を回復又は維持し、長期間に亙っての吸収液１５の性能の維持管理を行うようにしている。
【００３１】
この劣化物除去装置１７は、使用する吸収液１５と、劣化物との沸点の違いを利用した蒸留による吸収液再生方式と、電気透析によって劣化物を濃縮分離する方法と、イオン交換によって劣化物を分離する方法があり、それぞれを組み合わせた方式も含まれる。
吸収液再生方式のリクレーマとしては、例えば熱交換器型リクレーマを挙げることができる。
【００３２】
劣化物の除去を実施する場合には、ＣＯ起因の劣化物、Ｆｅ起因の劣化物のいずれか一方又は両方の基準値を超えた際に、バルブＶを開き、リーン溶液１５ｂの一部を劣化物除去装置１７に供給し、劣化物除去の操作を開始する。
そして、リーン溶液１５ｂ中の劣化物の濃度が所定値未満まで低下した際に、劣化物除去操作を停止する。
【００３３】
ここで、ＣＯ起因の劣化物（熱安定性塩濃度）の劣化物除去開始基準値としては、例えば２重量％を超えた場合に行うようにすることができる。
【００３４】
また、Ｆｅ起因の劣化物（例えばビシン等のグリシン類）の劣化物除去開始基準値としては、例えば５ｐｐｍを超えた場合に行うようにすることができる。
【００３５】
ＣＯ起因の劣化物（熱安定性塩濃度）及びＦｅ起因の劣化物（ビシン等のグリシン類）の両方の値を測定する場合には、いずれか一方が基準値に達した際に、劣化物除去操作を開始するようにすることができる。
なお、前記劣化物の濃度は一例であり、吸収液１５のアミン系溶剤等の吸収液の種類、酸性ガス除去装置１６での諸条件により適宜変更される。
なお、鉄濃度の急激な上昇が予想されるため、濃度監視は別途頻繁に行う必要がある。
【００３６】
劣化物の監視は、自動又は手動の分析操作により行い、図示しない判定手段にて判定するようにしてもよい。
【００３７】
ここで、酸性ガス成分（ＣＯ2、Ｈ2Ｓ）を吸収する吸収液１５としては、アミン系の溶剤を用いることが好ましい。このアミン系の溶剤としては、例えばメチルエチルアミン（ＭＥＡ）等を例示することができる。
特に、１ＤＭＡ２Ｐ（１‐ジメチルアミノ‐２‐プロパノール；沸点１２４℃）、ＤＭＡＥ（Ｎ，Ｎ‐ジメチルアミノエタノール；沸点１３４℃）、ＭＰＺ（１‐メチルピペラジン；沸点１３８℃）、ＰＺ（ピペラジン；沸点１４６℃）、２ＭＰＺ（２‐メチルピペラジン；沸点１５５℃）、ＤＥＡＥ（Ｎ，Ｎ‐ジエチル‐２‐アミノエタノール；沸点１６１℃）、ＡＭＰ（２‐アミノ‐２‐メチル‐１‐プロパノール；沸点１６６℃）、ＥＡＥ（２‐エチルアミノエタノール；沸点１７０℃）、モノエタノールアミン（ＭＥＡ；沸点１７０℃）、ｎＢＡＥ（２‐ブチルアミノエタノール；沸点２００℃）、４ＡＭＰＲ（４‐ピペリジンメタンアミン；沸点２００℃） のような低沸点のアミンをベースとした溶剤を用いることで、劣化物を例えば蒸発分離することを容易としている。
これは、アミン系の溶剤であっても、例えばＭＤＥＡ（Ｎ−メチルジエタノールアミン）等のような高沸点（２４７℃）のアミンをベースとした溶剤を用いる場合には、水蒸気を用いた蒸発により劣化物の蒸発分離が困難であり、再生利用が効率的でないからである。
【００３８】
この劣化物除去装置１７で濃縮処理された劣化濃縮物２９は系外に排出される。
なお、劣化物除去装置１７で濃縮処理した際に発生する揮発された吸収液のガス３０は、再生塔１６ｂの下部側に戻される。
【００３９】
以上、本実施例によれば、吸収塔１６ａと再生塔１６ｂとを循環する吸収液１５中の劣化物を劣化物除去装置１７により、分離することができるため、頻繁な吸収液１５の入れ替えが不要となり、従来よりも大幅に溶剤使用量の節減を図ることができる。
【００４０】
また、連続した溶剤劣化物の濃度の管理を行うことにより、フォーミング発生を抑え、安定した運転を実現し、機器の腐食も抑えることができる。
この運転の安定化によって、直接還元鉄プロセス全体の安定運転、及び溶剤消費量削減による低コスト化を実現することができる。
【実施例２】
【００４１】
本発明による実施例に係る直接還元鉄製造システムについて、図面を参照して説明する。図２は、実施例２に係る直接還元鉄製造システムの概略図である。なお、図１に示す実施例１に係る直接還元鉄製造システム１０Ａと同一の構成については、同一符号を付して重複した説明は省略する。
図２に示すように、本実施例の直接還元鉄製造システム１０Ｂでは、図１に示す実施例１の直接還元鉄製造システム１０Ａにおいて、還元炉排ガス１４を供給するガス供給ラインＬ1に、バグフィルタ３１及び熱交換器３２が設置されている。
このバグフィルタ３１の設置により、スクラバ２０の処理以前において還元炉排ガス１４中のダスト除去の効率化を図っている。また、熱交換器３２に供給する還元炉排ガス１４中のダストを除去することで、熱交換器３２の熱交換効率の維持を図るようにしている。
【００４２】
リボイラ２３と劣化物除去装置１７にはそれぞれ熱源が必要であるが、本実施例では、その熱源としてガス供給ラインＬ1に設置された熱交換器３２により水蒸気２４を発生させ、この発生させた水蒸気２４の蒸気を利用することが可能となる。
【実施例３】
【００４３】
本発明による実施例に係る直接還元鉄製造システムについて、図面を参照して説明する。図３は、実施例３に係る直接還元鉄製造システムの概略図である。なお、図１及び２に示す実施例１及び２に係る直接還元鉄製造システム１０Ａ、１０Ｂと同一の構成については、同一符号を付して重複した説明は省略する。
図３に示すように、本実施例の直接還元鉄製造システム１０Ｃでは、図２に示す直接還元鉄製造システム１０Ｂにおいて、再生塔１６ｂから吸収塔１６ａに導入されるリーン溶液１５ｂの一部をバイパスさせるリーン溶液バイパスラインＬ11を設け、このリーン溶液バイパスラインＬ11にフィルタ４１を介装している。
【００４４】
このフィルタ４１を系内に設置することで、劣化物除去装置１７で除去できない劣化物や不純物等をさらに除去することでアミン系溶剤等の吸収液１５の性能を長期間維持することが可能となる。
この劣化物除去装置１７で除去できない成分とは、沸点がアミン系溶剤等の吸収液よりも低い揮発性劣化要因物質等である。
【００４５】
本実施例では、フィルタ４１として活性炭フィルタを用いているが、不純物を除去できるものであれば活性炭フィルタに限定されるものではない。
このリーン溶液バイパスラインＬ11へのリーン溶液１５ｂのバイパス量は、全量の１／１０程度としているが、不純物の濃度により適宜調整してもよい。
【実施例４】
【００４６】
本発明による実施例に係る直接還元鉄製造システムについて、図面を参照して説明する。図４は、実施例４に係る直接還元鉄製造システムの概略図、図５は、実施例４に係る他の直接還元鉄製造システムの概略図である。なお、図１乃至３に示す実施例１乃至３に係る直接還元鉄製造システム１０Ａ〜１０Ｃと同一の構成については、同一符号を付して重複した説明は省略する。
図４に示すように、本実施例の直接還元鉄製造システム１０Ｄでは、還元ガス１１として、天然ガスを用いる場合を例示する。
【００４７】
天然ガス５０からのガスを改質して還元ガス１１を供給する場合には、天然ガス５０を改質するガス改質器（以下「改質器」という）５１を設け、水蒸気２４を供給して水蒸気改質、炭酸ガス改質、あるいはこれらを組み合わせた反応が行われ、天然ガス５０は、水素（Ｈ2）と一酸化炭素（ＣＯ）とに転化し、水素（Ｈ2）と一酸化炭素（ＣＯ）が主成分の改質ガス５２を得るようにしている。
【００４８】
改質器５１で改質された改質ガス５２は、ガス冷却器５３でガス冷却された後、気液分離器５４で凝縮水５５を分離している。
水分が分離された改質ガス５２は、ガスヒータ５６に導入され、所定の高温（例えば９００〜１，０５０℃）に加熱され、還元ガス１１として、還元炉１３内に供給される。
【００４９】
また、実施例４の直接還元鉄製造システム１０Ｄにおいて、吸収塔１６ａにて精製された精製ガス１４Ａを、天然ガス５０側に合流する場合には、図５に示すように、気液分離器５４で凝縮水５６を分離した後の改質ガス５２に精製ガス１４Ａを合流するように、精製ガス供給ライン（※1）を設けるようにしている。
この精製ガス１４Ａを改質ガス５２に合流する場合には、還元炉１３での還元反応に理想的な還元ガス組成となるように調整して、改質器５１に導入するようにしている。
【００５０】
また、再生塔１６ｂから放出される回収ガス１４Ｂは、ＣＯ2とＨ2Ｓが主成分であり、回収ガス供給ライン（※2）を設け、ガス改質器５１の改質炉又はガスヒータ５６の炉に導入している。
そして炉内でＨ2Ｓを燃焼させて二酸化硫黄（ＳＯ2）とし、それぞれの炉から排出される大量の燃焼ガスによって希釈された後、それぞれの炉からの排ガスとして適切な処理（例えば脱硫処理等）を行った後、大気に放出する。
【００５１】
これにより、再生塔１６ｂから放出される回収ガス１４Ｂ中のＨ2Ｓを直接系外に排出することが防止される。また、Ｈ2Ｓを例えば触媒等で処理する場合では、使用する触媒が劣化するので、その都度触媒の交換が必要となるが、本実施例のように燃焼処理する場合には、これが不要となり経済的となる。
【００５２】
ここで、改質炉の廃熱によって発生させた水蒸気や、ガス改質器５１から出た改質ガス５２中の水分除去のための冷却器５３で回収した熱によって発生させた水蒸気は、前述したリクレーマ２２及び劣化物除去装置１７の水蒸気２４として利用することができる。
【００５３】
また、系内不活性成分であるＣＨ4やＮ2の系内蓄積を避けるために、スクラバ２０を出たガスの一部１４ａは、還元炉排ガス供給ライン（※3）を設け、ガス改質器５１の改質炉又はガスヒータ５６の炉に導入して、ここで燃焼処理することができる。
【００５４】
また、ガス改質器５１又はガスヒータ５６の炉の排ガスは、例えば熱交換器等の熱回収手段によって十分に廃熱回収を行った後排出される。この熱回収手段により、例えば水蒸気を製造し、リボイラ２３や劣化物除去装置１７等、系内の熱必要部で使用され、又はスチームタービンを駆動して、前述の圧縮機２１の動力として利用するか、または発電を行い電力として利用することができる。
【実施例５】
【００５５】
本発明による実施例に係る直接還元鉄製造システムについて、図面を参照して説明する。図６は、実施例５に係る直接還元鉄製造システムの概略図、図７は、実施例５に係る他の直接還元鉄製造システムの概略図である。なお、図１乃至５に示す実施例１乃至４に係る直接還元鉄製造システム１０Ａ〜１０Ｄと同一の構成については、同一符号を付して重複した説明は省略する。
図６に示すように、本実施例の直接還元鉄製造システム１０Ｅでは、還元ガス１１として、天然ガス以外の石炭ガス化ガス６０を用いる場合を例示する。
本実施例では、石炭をガス化炉（図示せず）でガス化し、精製して得た石炭ガス化ガス６０を用い、ガスヒータ５６で加熱して還元ガス１１としている。
また、石炭ガス化ガス６０以外としては、コークス炉ガスを精製したものを還元ガス１１として利用することもできる。
【００５６】
実施例５の直接還元鉄製造システム１０Ｅにおいて、精製ガス１４Ａを石炭ガス化ガス６０に合流する場合には、精製ガス供給ライン（※1）を設け、精製ガス１４Ａを石炭ガス化ガス６０に合流させ、その後、ガスヒータ５６で所定温度まで加熱して還元ガス１１とし、還元炉１３ に導入するようにしている。
【００５７】
また、再生塔１６ｂから放出される回収ガス１４Ｂは、回収ガス供給ライン（※2）を設け、ガスヒータ５６の炉に導入している。
そして炉内でＨ2Ｓを燃焼させて二酸化硫黄（ＳＯ2）とし、炉から排出される大量の燃焼ガスによって希釈された後、それぞれの炉からの排ガスとして適切な処理（例えば脱硫処理）を行った後、大気に放出する。
【００５８】
また、図６及び７の実施例５において、ガスヒータ５６を省略するようにしてもよい。このガスヒータ５６を省略する場合には、石炭ガス化ガス６０等は、還元炉１３の前流側において、酸素と天然ガス等の燃料７０の導入による部分酸化反応によって、還元ガス１１を増量すると共に、前記必要温度（９００〜１０５０℃）まで内部加熱された後、還元炉１３に導入するようにしてもよい。
なお、この酸素と天然ガス等の燃料７０は、実施例４の直接還元鉄製造システム１０Ｄにおいても、必要に応じて供給して、還元ガス１１の増量を行うようにしてもよい。
【００５９】
また、実施例５においても、系内不活性成分であるＣＨ4やＮ2の系内蓄積を避けるために、スクラバ２０を出たガスの一部１４ａについては、還元炉排ガス供給ライン（※3）を設け、ガスヒータ５６の炉に導入して、ここで燃焼処理するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１０Ａ〜１０Ｅ 直接還元鉄製造システム
１１ 高温還元ガス
１２ａ 鉄鉱石
１２ｂ 還元鉄
１３ 直接還元炉
１４ 還元炉排ガス
１５ 酸性ガス吸収液（吸収液）
１６ 酸性ガス除去装置
１６ａ 酸性ガス成分吸収塔（吸収塔）
１６ｂ 再生塔
１７ 劣化物除去装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直接還元鉄製造システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
粉鉱や塊鉱等の鉄鉱石を例えば１０００℃前後の温度で、変性天然ガスにより固相のまま還元すると、直接還元鉄（ＤＲＩ：Ｄｉｒｅｃｔ Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｉｒｏｎ）が得られる。この直接還元製鉄法は、還元炉での還元ガスの利用率が低いために、還元炉排ガスを還元ガス流れに戻し、再利用することで高効率化していた。
還元炉で発生する水（Ｈ2Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ2）とは、還元炉内では不活性なため、再利用する際には除去する必要があり、水は冷却器又はスクラバで、二酸化炭素は例えばアミン系溶剤等の除去ユニットで除去されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００１−５２０３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら直接還元製鉄炉からの排ガスに特有な一酸化炭素（ＣＯ）や、微量金属成分、または酸性ガス除去装置における再生塔リボイラにおける熱によって、アミン系溶剤の溶剤劣化物が生成されることで、フォーミングが発生して酸性ガス除去性能が低下したり、運転が難しくなるだけでなく、酸性ガス除去装置の腐食劣化が発生する、という問題がある。
【０００５】
従来の直接還元プロセスにおいては、アミン系溶剤を新しいものに入れ替えることで、劣化物の濃度を下げて、管理をしており、特に直接還元製鉄炉システムにおいては、高頻度でアミン系溶剤を入れ替えしなければならず、大量の溶剤を消費する、という問題がある。
【０００６】
そこで、頻繁なアミン系溶剤の入れ替えが不要となり、従来よりも大幅にアミン系溶剤の使用量の節減を図ることができる方策の出現が切望されている。
【０００７】
本発明は、前記問題に鑑み、直接還元製鉄炉からの排ガス中のＣＯ2等の酸性ガスを除去するに際して、酸性ガス吸収液の使用量の節減を図ることができる直接還元鉄製造システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、水素、一酸化炭素を含む高温還元ガスを用いて、鉄鉱石を還元鉄に直接還元する直接還元炉と、該直接還元炉から排出される還元炉排ガス中の酸性ガス成分を酸性ガス吸収液により除去する酸性ガス成分吸収塔と酸性ガスを放出する再生塔とからなる酸性ガス除去装置と、前記酸性ガス成分吸収塔と前記再生塔との間を循環利用される吸収液中の劣化物を分離除去する劣化物除去装置とを具備することを特徴とする直接還元鉄製造システムにある。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、前記再生塔から前記吸収塔に返送するリーン溶液の一部をバイパスするバイパス回路と、該バイパス回路に介装されるフィルタとを具備することを特徴とする直接還元鉄製造システムに用いる酸性ガス除去装置にある。
【００１０】
第３の発明は、第１又は２の発明において、前記還元炉排ガスを前記酸性ガス除去装置に導入する導入ラインと、該導入ラインに介装され、前記還元炉排ガスを熱交換する熱交換器と、該熱交換器の前流側に設けられるバグフィルタと、前記熱交換器の後流側に設けられるスクラバと、を具備することを特徴とする直接還元鉄製造システムにある。
【００１１】
第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、前記酸性ガス吸収液が、低沸点であることを特徴とする直接還元鉄製造システムにある。
【００１２】
第５の発明は、第１乃至４のいずれか一つの発明において、前記高温還元ガスが、天然ガス又は石炭ガス化ガス又はコークス炉ガス由来のガスであることを特徴とする直接還元鉄製造システムにある。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、吸収塔と再生塔とを循環する酸性ガス吸収液中の劣化物を劣化物除去装置により、分離することができるため、頻繁な酸性ガス吸収液の入れ替えが不要となり、従来よりも大幅に溶剤使用量の節減を図ることができる。
また、連続した溶剤劣化物の濃度の管理を行うことにより、フォーミング発生を抑え、安定した運転を実現し、機器の腐食も抑えることができる。
この運転の安定化によって、直接還元鉄プロセス全体の安定運転、及び溶剤消費量削減による低コスト化を実現することができる。
さらに、直接還元鉄プロセス系内での熱を利用して劣化物除去装置を稼動することにより、追加のエネルギー消費を必要とせず、経済的となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、実施例１に係る直接還元鉄製造システムの概略図である。
【図２】図２は、実施例２に係る直接還元鉄製造システムの概略図である。
【図３】図３は、実施例３に係る直接還元鉄製造システムの概略図である。
【図４】図４は、実施例４に係る直接還元鉄製造システムの概略図である。
【図５】図５は、実施例４に係る他の直接還元鉄製造システムの概略図である。
【図６】図６は、実施例５に係る直接還元鉄製造システムの概略図である。
【図７】図７は、実施例５に係る他の直接還元鉄製造システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００１６】
本発明による実施例に係る直接還元鉄製造システムについて、図面を参照して説明する。図１は、実施例１に係る直接還元鉄製造システムの概略図である。図１に示すように、直接還元鉄製造システム１０Ａは、水素、一酸化炭素を含む高温還元ガス（以下「還元ガス」という）１１を用いて、鉄鉱石１２ａを還元鉄１２ｂに直接還元する直接還元炉（以下「還元炉」という）１３と、該直接還元炉１３から排出される還元炉排ガス１４中の酸性ガス成分（ＣＯ2、Ｈ2Ｓ）をアミン系溶剤等の酸性ガス吸収液（以下「吸収液」という）１５により除去する酸性ガス成分吸収塔（以下「吸収塔」という）１６ａと酸性ガスを放出して吸収液１５を再生する再生塔１６ｂとからなる酸性ガス除去装置１６と、吸収塔１６ａと再生塔１６ｂとを循環利用される吸収液１５中の劣化物を分離除去する劣化物除去装置１７とを具備するものである。
図１中、符号１５ａはリッチ溶液、１５ｂはリーン溶液、２０はスクラバ、２１は圧縮機、２２は冷却洗浄塔、２３はリボイラ、２４は水蒸気、２５は冷却器、２６は気液分離器、２７は凝縮水、Ｌ1は還元炉排ガス１４を酸性ガス除去装置１６へ導入するガス供給ライン、Ｌ2はリッチ溶液ライン、Ｌ3はリーン溶液ライン、Ｌ4はリーン溶液分岐ライン、Ｌ5は再生塔の下部でリーン溶液を循環させるリボイラライン、Ｌ6はガス放出ライン、Ｌ7は凝縮水ライン、Ｌ8は回収ガス排出ライン、Ｌ9は精製ガス排出ライン、Ｌ10はガス排出ラインを各々図示する。
ここで、還元ガス１１は、還元炉１３に導入する際には、所定の高温（例えば９００〜１，０５０℃）の温度まで加熱されている。
【００１７】
還元ガス１１が導入される還元炉１３においては、上部より鉄鉱石１２ａが供給され、供給された鉄鉱石１２ａは炉底部側へ移動していく。この際、同時に還元炉１３の側部から供給される高温の還元ガス１１と向流接触して、還元ガス１１の主成分の水素（Ｈ2）と一酸化炭素（ＣＯ）によって鉄鉱石（酸化鉄）１２ａが還元され、還元鉄１２ｂとなると共に、水素（Ｈ2）と一酸化炭素（ＣＯ）とは、各々水（Ｈ2Ｏ）と二酸化炭素（ＣＯ2）とに転化する。
還元された鉄鉱石１２ａは、還元鉄１２ｂとして還元炉１３の下部側から取り出される。
【００１８】
また、還元ガス１１中の水素（Ｈ2）と一酸化炭素（ＣＯ）とは、還元炉１３内で全量は使用されず、大部分の水素（Ｈ2）と一酸化炭素（ＣＯ）とが未使用のまま還元炉排ガス１４として、ガス供給ラインＬ1より排出される。
【００１９】
ここで、還元炉１３からの還元炉排ガス１４は、還元炉１３から発生する鉄粉等のダストを含み、後流側に接続される酸性ガス除去装置１６の運転に悪影響を与えるため、スクラバ２０によってダストを除去すると共に、還元炉１３で発生した水（Ｈ2Ｏ）を除去している。
【００２０】
還元炉排ガス１４は、ガス供給ラインＬ1に介装された圧縮機２１によって、昇圧され、その後、冷却洗浄塔２２に導入される。この冷却洗浄塔２２では、ガス温度を冷却水により低下させた後、酸性ガス除去装置１６の吸収塔１６ａに導入される。
この吸収塔１６ａでは、還元炉排ガス１４からＣＯ2とＨ2Ｓの酸性ガスが吸収液１５の化学吸収反応によって除去され、酸性ガスが除去された精製ガス１４Ａとなり、頂部側から精製ガス供給ラインＬ9より排出される。
この精製ガス１４Ａ中には、未利用のＨ2とＣＯとが含まれているので、還元ガス１１に合流し、還元ガス１１として再利用するようにしてもよい（後述する）。
【００２１】
ここで、還元炉排ガス１４中に含まれる系内不活性成分であるＣＨ4やＮ2の系内蓄積を避けるために、スクラバ２０を出たガスの一部１４ａは、スクラバ２０の後流側で、ガス供給ラインＬ1から分岐されるガス排出ラインＬ10により系外に排出するようにしている。
【００２２】
酸性ガス除去装置１６では、吸収塔１６ａにおいて、還元炉排ガス１４に含有するＣＯ、Ｈ2、ＣＯ2及びＨ2Ｓの内、吸収液１５でＣＯ2とＨ2Ｓの酸性ガス成分を吸収除去している。
この吸収液１５は、吸収塔１６ａ内でＣＯ2とＨ2Ｓを吸収したものをリッチ溶液１５ａと称し、このリッチ溶液１５ａは、リッチ溶液ラインＬ2で再生塔１６ｂ側に供給される。再生塔１６ｂに導入されたリッチ溶液１５ａは、この塔内部において、リボイラ２３で過熱された水蒸気の熱により、吸収したＣＯ2とＨ2Ｓを放出して、リーン溶液１５ｂとなり、リーン溶液ラインＬ3を介して再度吸収塔１６ａに戻され、循環再利用されている。
【００２３】
吸収塔１６ａの上部側には、精製ガス１４Ａ中に同伴する吸収液を除去するための冷却部（図示せず）が設けられている。
また、再生塔１６ｂでは、リッチ溶液１５ａから放出されたＣＯ2とＨ2Ｓを主成分とする回収ガス１４Ｂがその頂部からガス放出ラインＬ6を介して、系外へ排出される。
【００２４】
回収ガス１４Ｂは、ガス放出ラインＬ6に介装された冷却器２５で冷却された後、気液分離器２６で凝縮水２７を分離している。分離された凝縮水２７は、再生塔１６ｂ内に凝縮水ラインＬ7を介して戻している。
【００２５】
還元炉１３からの還元炉排ガス１４中には、ＣＯや鉄成分を多く含み、ガス供給ラインＬ1に介装されたスクラバ２０において除去できないものが、酸性ガス除去装置１６に混入する可能性がある。
また、長時間の運転によって吸収液１５の一部がこのようなＣＯや鉄成分と化学反応を起こすことによって劣化物を生成し、処理能力が低下する。
【００２６】
ここで、ＣＯ起因の劣化物は、還元炉排ガス１４中のＣＯが吸収液１５中に溶解することに起因して、ギ酸を生成し、このギ酸がアミン系溶剤等の吸収液と反応して塩を作ることで、熱安定性塩となり、これが吸収液１５内に蓄積することとなる。
この熱安定性塩の吸収液系内の蓄積により、例えば吸収液の沸点上昇が発生する。
この沸点上昇が発生すると、再生塔１６ｂのリボイラ２３での温度上昇により、溶剤の熱劣化が促進され、また、リボイラ２３の熱効率が低下するので好ましくない。
また、粘度上昇する場合には、圧損が上昇し、フォーミングが発生するので好ましくない。
【００２７】
また、鉄起因の劣化物は、吸収液の劣化により生じる。例えば吸収液としてアミン系溶剤を用いる場合、その劣化により、ビシン（Ｎ，Ｎ−ビス（２−ヒドロキエチル）グリシン）等のグリシン類が生成される。このようなグリシン類は、鉄とキレート錯体を作ることにより、鉄表面の皮膜生成を妨げると同時に、３価の鉄錯体が酸化還元反応に関与することで鉄の溶解を助長し、加速的に腐食を促進することとなるので、好ましくない。
特に、還元炉１３から流入する鉄鉱石起因のダストは比表面積が大きいため、鉄錯体の急激な生成が予想される。
また、吸収液１５自体もリボイラ２３での加熱によって分解し劣化成分を生成することで酸性ガスの吸収能力が低下することとなる。
【００２８】
吸収液１５は、リッチ溶液１５ａとリーン溶液１５ｂとして循環・再利用されているため、以上のような劣化物は吸収液１５中に蓄積し、処理能力低下及び装置の腐食の原因となる。
【００２９】
このため、本発明では、再生塔１６ｂから吸収塔１６ａに返送するリーン溶液ラインＬ3から分岐するリーン溶液分岐ラインＬ4を設け、このリーン溶液分岐ラインＬ4に劣化物除去装置１７を設け、劣化物を分離・除去して吸収液を再生させるようにしている。なお、リーン溶液分岐ラインＬ4に供給されるリーン溶液１５ｂは、リーン溶液分岐ラインＬ4に介装されたバルブＶの開閉により必要に応じて管理されている。
【００３０】
この劣化物除去装置１７を設けることにより、吸収液１５中に蓄積する劣化物の濃度を低減させ、吸収液１５の性能を回復又は維持し、長期間に亙っての吸収液１５の性能の維持管理を行うようにしている。
【００３１】
この劣化物除去装置１７は、使用する吸収液１５と、劣化物との沸点の違いを利用した蒸留による吸収液再生方式と、電気透析によって劣化物を濃縮分離する方法と、イオン交換によって劣化物を分離する方法があり、それぞれを組み合わせた方式も含まれる。
吸収液再生方式のリクレーマとしては、例えば熱交換器型リクレーマを挙げることができる。
【００３２】
劣化物の除去を実施する場合には、ＣＯ起因の劣化物、Ｆｅ起因の劣化物のいずれか一方又は両方の基準値を超えた際に、バルブＶを開き、リーン溶液１５ｂの一部を劣化物除去装置１７に供給し、劣化物除去の操作を開始する。
そして、リーン溶液１５ｂ中の劣化物の濃度が所定値未満まで低下した際に、劣化物除去操作を停止する。
【００３３】
ここで、ＣＯ起因の劣化物（熱安定性塩濃度）の劣化物除去開始基準値としては、例えば２重量％を超えた場合に行うようにすることができる。
【００３４】
また、Ｆｅ起因の劣化物（例えばビシン等のグリシン類）の劣化物除去開始基準値としては、例えば５ｐｐｍを超えた場合に行うようにすることができる。
【００３５】
ＣＯ起因の劣化物（熱安定性塩濃度）及びＦｅ起因の劣化物（ビシン等のグリシン類）の両方の値を測定する場合には、いずれか一方が基準値に達した際に、劣化物除去操作を開始するようにすることができる。
なお、前記劣化物の濃度は一例であり、吸収液１５のアミン系溶剤等の吸収液の種類、酸性ガス除去装置１６での諸条件により適宜変更される。
なお、鉄濃度の急激な上昇が予想されるため、濃度監視は別途頻繁に行う必要がある。
【００３６】
劣化物の監視は、自動又は手動の分析操作により行い、図示しない判定手段にて判定するようにしてもよい。
【００３７】
ここで、酸性ガス成分（ＣＯ2、Ｈ2Ｓ）を吸収する吸収液１５としては、アミン系の溶剤を用いることが好ましい。このアミン系の溶剤としては、例えばメチルエチルアミン（ＭＥＡ）等を例示することができる。
特に、１ＤＭＡ２Ｐ（１‐ジメチルアミノ‐２‐プロパノール；沸点１２４℃）、ＤＭＡＥ（Ｎ，Ｎ‐ジメチルアミノエタノール；沸点１３４℃）、ＭＰＺ（１‐メチルピペラジン；沸点１３８℃）、ＰＺ（ピペラジン；沸点１４６℃）、２ＭＰＺ（２‐メチルピペラジン；沸点１５５℃）、ＤＥＡＥ（Ｎ，Ｎ‐ジエチル‐２‐アミノエタノール；沸点１６１℃）、ＡＭＰ（２‐アミノ‐２‐メチル‐１‐プロパノール；沸点１６６℃）、ＥＡＥ（２‐エチルアミノエタノール；沸点１７０℃）、モノエタノールアミン（ＭＥＡ；沸点１７０℃）、ｎＢＡＥ（２‐ブチルアミノエタノール；沸点２００℃）、４ＡＭＰＲ（４‐ピペリジンメタンアミン；沸点２００℃） のような低沸点のアミンをベースとした溶剤を用いることで、劣化物を例えば蒸発分離することを容易としている。
これは、アミン系の溶剤であっても、例えばＭＤＥＡ（Ｎ−メチルジエタノールアミン）等のような高沸点（２４７℃）のアミンをベースとした溶剤を用いる場合には、水蒸気を用いた蒸発により劣化物の蒸発分離が困難であり、再生利用が効率的でないからである。
【００３８】
この劣化物除去装置１７で濃縮処理された劣化濃縮物２９は系外に排出される。
なお、劣化物除去装置１７で濃縮処理した際に発生する揮発された吸収液のガス３０は、再生塔１６ｂの下部側に戻される。
【００３９】
以上、本実施例によれば、吸収塔１６ａと再生塔１６ｂとを循環する吸収液１５中の劣化物を劣化物除去装置１７により、分離することができるため、頻繁な吸収液１５の入れ替えが不要となり、従来よりも大幅に溶剤使用量の節減を図ることができる。
【００４０】
また、連続した溶剤劣化物の濃度の管理を行うことにより、フォーミング発生を抑え、安定した運転を実現し、機器の腐食も抑えることができる。
この運転の安定化によって、直接還元鉄プロセス全体の安定運転、及び溶剤消費量削減による低コスト化を実現することができる。
【実施例２】
【００４１】
本発明による実施例に係る直接還元鉄製造システムについて、図面を参照して説明する。図２は、実施例２に係る直接還元鉄製造システムの概略図である。なお、図１に示す実施例１に係る直接還元鉄製造システム１０Ａと同一の構成については、同一符号を付して重複した説明は省略する。
図２に示すように、本実施例の直接還元鉄製造システム１０Ｂでは、図１に示す実施例１の直接還元鉄製造システム１０Ａにおいて、還元炉排ガス１４を供給するガス供給ラインＬ1に、バグフィルタ３１及び熱交換器３２が設置されている。
このバグフィルタ３１の設置により、スクラバ２０の処理以前において還元炉排ガス１４中のダスト除去の効率化を図っている。また、熱交換器３２に供給する還元炉排ガス１４中のダストを除去することで、熱交換器３２の熱交換効率の維持を図るようにしている。
【００４２】
リボイラ２３と劣化物除去装置１７にはそれぞれ熱源が必要であるが、本実施例では、その熱源としてガス供給ラインＬ1に設置された熱交換器３２により水蒸気２４を発生させ、この発生させた水蒸気２４の蒸気を利用することが可能となる。
【実施例３】
【００４３】
本発明による実施例に係る直接還元鉄製造システムについて、図面を参照して説明する。図３は、実施例３に係る直接還元鉄製造システムの概略図である。なお、図１及び２に示す実施例１及び２に係る直接還元鉄製造システム１０Ａ、１０Ｂと同一の構成については、同一符号を付して重複した説明は省略する。
図３に示すように、本実施例の直接還元鉄製造システム１０Ｃでは、図２に示す直接還元鉄製造システム１０Ｂにおいて、再生塔１６ｂから吸収塔１６ａに導入されるリーン溶液１５ｂの一部をバイパスさせるリーン溶液バイパスラインＬ11を設け、このリーン溶液バイパスラインＬ11にフィルタ４１を介装している。
【００４４】
このフィルタ４１を系内に設置することで、劣化物除去装置１７で除去できない劣化物や不純物等をさらに除去することでアミン系溶剤等の吸収液１５の性能を長期間維持することが可能となる。
この劣化物除去装置１７で除去できない成分とは、沸点がアミン系溶剤等の吸収液よりも低い揮発性劣化要因物質等である。
【００４５】
本実施例では、フィルタ４１として活性炭フィルタを用いているが、不純物を除去できるものであれば活性炭フィルタに限定されるものではない。
このリーン溶液バイパスラインＬ11へのリーン溶液１５ｂのバイパス量は、全量の１／１０程度としているが、不純物の濃度により適宜調整してもよい。
【実施例４】
【００４６】
本発明による実施例に係る直接還元鉄製造システムについて、図面を参照して説明する。図４は、実施例４に係る直接還元鉄製造システムの概略図、図５は、実施例４に係る他の直接還元鉄製造システムの概略図である。なお、図１乃至３に示す実施例１乃至３に係る直接還元鉄製造システム１０Ａ〜１０Ｃと同一の構成については、同一符号を付して重複した説明は省略する。
図４に示すように、本実施例の直接還元鉄製造システム１０Ｄでは、還元ガス１１として、天然ガスを用いる場合を例示する。
【００４７】
天然ガス５０からのガスを改質して還元ガス１１を供給する場合には、天然ガス５０を改質するガス改質器（以下「改質器」という）５１を設け、水蒸気２４を供給して水蒸気改質、炭酸ガス改質、あるいはこれらを組み合わせた反応が行われ、天然ガス５０は、水素（Ｈ2）と一酸化炭素（ＣＯ）とに転化し、水素（Ｈ2）と一酸化炭素（ＣＯ）が主成分の改質ガス５２を得るようにしている。
【００４８】
改質器５１で改質された改質ガス５２は、ガス冷却器５３でガス冷却された後、気液分離器５４で凝縮水５５を分離している。
水分が分離された改質ガス５２は、ガスヒータ５６に導入され、所定の高温（例えば９００〜１，０５０℃）に加熱され、還元ガス１１として、還元炉１３内に供給される。
【００４９】
また、実施例４の直接還元鉄製造システム１０Ｄにおいて、吸収塔１６ａにて精製された精製ガス１４Ａを、天然ガス５０側に合流する場合には、図５に示すように、気液分離器５４で凝縮水５６を分離した後の改質ガス５２に精製ガス１４Ａを合流するように、精製ガス供給ライン（※1）を設けるようにしている。
この精製ガス１４Ａを改質ガス５２に合流する場合には、還元炉１３での還元反応に理想的な還元ガス組成となるように調整して、改質器５１に導入するようにしている。
【００５０】
また、再生塔１６ｂから放出される回収ガス１４Ｂは、ＣＯ2とＨ2Ｓが主成分であり、回収ガス供給ライン（※2）を設け、ガス改質器５１の改質炉又はガスヒータ５６の炉に導入している。
そして炉内でＨ2Ｓを燃焼させて二酸化硫黄（ＳＯ2）とし、それぞれの炉から排出される大量の燃焼ガスによって希釈された後、それぞれの炉からの排ガスとして適切な処理（例えば脱硫処理等）を行った後、大気に放出する。
【００５１】
これにより、再生塔１６ｂから放出される回収ガス１４Ｂ中のＨ2Ｓを直接系外に排出することが防止される。また、Ｈ2Ｓを例えば触媒等で処理する場合では、使用する触媒が劣化するので、その都度触媒の交換が必要となるが、本実施例のように燃焼処理する場合には、これが不要となり経済的となる。
【００５２】
ここで、改質炉の廃熱によって発生させた水蒸気や、ガス改質器５１から出た改質ガス５２中の水分除去のための冷却器５３で回収した熱によって発生させた水蒸気は、前述したリクレーマ２２及び劣化物除去装置１７の水蒸気２４として利用することができる。
【００５３】
また、系内不活性成分であるＣＨ4やＮ2の系内蓄積を避けるために、スクラバ２０を出たガスの一部１４ａは、還元炉排ガス供給ライン（※3）を設け、ガス改質器５１の改質炉又はガスヒータ５６の炉に導入して、ここで燃焼処理することができる。
【００５４】
また、ガス改質器５１又はガスヒータ５６の炉の排ガスは、例えば熱交換器等の熱回収手段によって十分に廃熱回収を行った後排出される。この熱回収手段により、例えば水蒸気を製造し、リボイラ２３や劣化物除去装置１７等、系内の熱必要部で使用され、又はスチームタービンを駆動して、前述の圧縮機２１の動力として利用するか、または発電を行い電力として利用することができる。
【実施例５】
【００５５】
本発明による実施例に係る直接還元鉄製造システムについて、図面を参照して説明する。図６は、実施例５に係る直接還元鉄製造システムの概略図、図７は、実施例５に係る他の直接還元鉄製造システムの概略図である。なお、図１乃至５に示す実施例１乃至４に係る直接還元鉄製造システム１０Ａ〜１０Ｄと同一の構成については、同一符号を付して重複した説明は省略する。
図６に示すように、本実施例の直接還元鉄製造システム１０Ｅでは、還元ガス１１として、天然ガス以外の石炭ガス化ガス６０を用いる場合を例示する。
本実施例では、石炭をガス化炉（図示せず）でガス化し、精製して得た石炭ガス化ガス６０を用い、ガスヒータ５６で加熱して還元ガス１１としている。
また、石炭ガス化ガス６０以外としては、コークス炉ガスを精製したものを還元ガス１１として利用することもできる。
【００５６】
実施例５の直接還元鉄製造システム１０Ｅにおいて、精製ガス１４Ａを石炭ガス化ガス６０に合流する場合には、精製ガス供給ライン（※1）を設け、精製ガス１４Ａを石炭ガス化ガス６０に合流させ、その後、ガスヒータ５６で所定温度まで加熱して還元ガス１１とし、還元炉１３ に導入するようにしている。
【００５７】
また、再生塔１６ｂから放出される回収ガス１４Ｂは、回収ガス供給ライン（※2）を設け、ガスヒータ５６の炉に導入している。
そして炉内でＨ2Ｓを燃焼させて二酸化硫黄（ＳＯ2）とし、炉から排出される大量の燃焼ガスによって希釈された後、それぞれの炉からの排ガスとして適切な処理（例えば脱硫処理）を行った後、大気に放出する。
【００５８】
また、図６及び７の実施例５において、ガスヒータ５６を省略するようにしてもよい。このガスヒータ５６を省略する場合には、石炭ガス化ガス６０等は、還元炉１３の前流側において、酸素と天然ガス等の燃料７０の導入による部分酸化反応によって、還元ガス１１を増量すると共に、前記必要温度（９００〜１０５０℃）まで内部加熱された後、還元炉１３に導入するようにしてもよい。
なお、この酸素と天然ガス等の燃料７０は、実施例４の直接還元鉄製造システム１０Ｄにおいても、必要に応じて供給して、還元ガス１１の増量を行うようにしてもよい。
【００５９】
また、実施例５においても、系内不活性成分であるＣＨ4やＮ2の系内蓄積を避けるために、スクラバ２０を出たガスの一部１４ａについては、還元炉排ガス供給ライン（※3）を設け、ガスヒータ５６の炉に導入して、ここで燃焼処理するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１０Ａ〜１０Ｅ 直接還元鉄製造システム
１１ 高温還元ガス
１２ａ 鉄鉱石
１２ｂ 還元鉄
１３ 直接還元炉
１４ 還元炉排ガス
１５ 酸性ガス吸収液（吸収液）
１６ 酸性ガス除去装置
１６ａ 酸性ガス成分吸収塔（吸収塔）
１６ｂ 再生塔
１７ 劣化物除去装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素、一酸化炭素を含む高温還元ガスを用いて、鉄鉱石を還元鉄に直接還元する直接還元炉と、
該直接還元炉から排出される還元炉排ガス中の酸性ガス成分を吸収液により除去する酸性ガス成分吸収塔と酸性ガスを放出する再生塔とからなる酸性ガス除去装置と、
前記酸性ガス成分吸収塔と前記再生塔との間を循環利用される吸収液中の劣化物を分離除去する劣化物除去装置とを具備することを特徴とする直接還元鉄製造システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記再生塔から前記吸収塔に返送するリーン溶液の一部をバイパスするバイパス回路と、
該バイパス回路に介装されるフィルタとを具備することを特徴とする直接還元鉄製造システム。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記還元炉排ガスを前記酸性ガス除去装置に導入する導入ラインと、
該導入ラインに介装され、前記還元炉排ガスを熱交換する熱交換器と、
該熱交換器の前流側に設けられるバグフィルタと、
前記熱交換器の後流側に設けられるスクラバと、を具備することを特徴とする直接還元鉄製造システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
前記酸性ガス吸収液が、低沸点であることを特徴とする直接還元鉄製造システム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一つにおいて、
前記高温還元ガスが、天然ガス又は石炭ガス化ガス又はコークス炉ガス由来のガスであることを特徴とする直接還元鉄製造システム。
【請求項１】
水素、一酸化炭素を含む高温還元ガスを用いて、鉄鉱石を還元鉄に直接還元する直接還元炉と、
該直接還元炉から排出される還元炉排ガス中の酸性ガス成分を吸収液により除去する酸性ガス成分吸収塔と酸性ガスを放出する再生塔とからなる酸性ガス除去装置と、
前記酸性ガス成分吸収塔と前記再生塔との間を循環利用される吸収液中の劣化物を分離除去する劣化物除去装置とを具備することを特徴とする直接還元鉄製造システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記再生塔から前記吸収塔に返送するリーン溶液の一部をバイパスするバイパス回路と、
該バイパス回路に介装されるフィルタとを具備することを特徴とする直接還元鉄製造システム。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記還元炉排ガスを前記酸性ガス除去装置に導入する導入ラインと、
該導入ラインに介装され、前記還元炉排ガスを熱交換する熱交換器と、
該熱交換器の前流側に設けられるバグフィルタと、
前記熱交換器の後流側に設けられるスクラバと、を具備することを特徴とする直接還元鉄製造システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
前記酸性ガス吸収液が、低沸点であることを特徴とする直接還元鉄製造システム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一つにおいて、
前記高温還元ガスが、天然ガス又は石炭ガス化ガス又はコークス炉ガス由来のガスであることを特徴とする直接還元鉄製造システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１０８１０８（Ｐ２０１３−１０８１０８Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５１９６６（Ｐ２０１１−２５１９６６）
【出願日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]