JP5509676B2 - How to operate a vertical furnace - Google Patents
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Description
本発明は、安定した低還元材比操業を実施するための、高炉等の竪型炉の操業方法に関する。 The present invention relates to a method for operating a vertical furnace such as a blast furnace for performing a stable operation with a low reducing material ratio.
近年、炭酸ガス排出量の増加による地球温暖化が問題となっており、製鉄業においても排出ＣＯ2の抑制は重要な課題である。これを受け、最近の高炉操業では低還元材比（低ＲＡＲ）操業においてＣＯ2排出量を削減する方法が強力に推進されている。尚、ＲＡＲはReduction Agent Ratioの略であり、銑鉄１ｔ製造当たりの、吹き込み燃料と炉頂から装入されるコークスの合計量である。高炉は主にコークスおよび微粉炭を還元材として使用しており、低還元材比、ひいては炭酸ガス排出抑制を達成するためにはコークス等を廃プラスチック、ＬＮＧ（Liquefied Natural Gas：液化天然ガス）、重油等の水素含有率の高い還元材で置換する方策が有効である。水素含有率の高い還元材を高炉で用いる技術として、高炉にＬＮＧを羽口より吹き込み、製銑工程で排出される炭酸ガスを低減させる低炭酸ガス排出製鉄法が知られている。 In recent years, global warming due to an increase in carbon dioxide emissions has become a problem, and the suppression of emitted CO 2 is an important issue even in the steel industry. In response to this, in recent blast furnace operations, a method for reducing CO 2 emissions in a low reducing material ratio (low RAR) operation has been strongly promoted. RAR is an abbreviation for Reduction Agent Ratio, and is the total amount of injected fuel and coke charged from the top of the furnace per 1 ton of pig iron production. Blast furnaces mainly use coke and pulverized coal as reducing materials. In order to achieve a low reducing material ratio, and in order to reduce carbon dioxide emission, coke is used as waste plastic, LNG (Liquefied Natural Gas), It is effective to replace with a reducing material having a high hydrogen content such as heavy oil. As a technique for using a reducing material having a high hydrogen content in a blast furnace, a low carbon dioxide exhaust iron making method is known in which LNG is blown into a blast furnace from a tuyere to reduce carbon dioxide exhausted in a ironmaking process.
一方、排出されるＣＯ2を高炉ガスより分離、回収し、ＣＯ2排出量を削減する方法もある。例えば、高炉送風気体として酸素を使用し、高炉羽口部に燃料と前記酸素を送風する高炉操業において、高炉より回収した高炉ガスから炭酸ガスを除去し、炭酸ガスが除去された高炉ガスを加熱した後、前記羽口に吹込む方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載の技術は、省エネルギーの観点から行なうものである。高炉ガスを直接羽口に吹き込んだ場合には、高炉ガス中のＣＯ2によりコークスが消費される反応（ソリューションロス反応）が起こる。そのため、高炉ガス中のＣＯ2を除去して、ＣＯ2が除去されたガスを高炉羽口に吹き込む方法を用いることで、ＣＯ2と装入したコークスとのソリューションロス反応を軽減するものである。特許文献１における高炉ガスからのＣＯ2の除去方法としては、炭酸ソーダまたは炭酸カリウム溶液もしくはエタノールアミン等の炭酸ガス吸収剤を用いた吸収法が開示されている。
On the other hand, the CO 2 discharged separated from the blast furnace gas, recovered, there is a method of reducing CO 2 emissions. For example, in the blast furnace operation where oxygen is used as the blast furnace blowing gas and fuel and oxygen are blown to the blast furnace tuyere, carbon dioxide gas is removed from the blast furnace gas recovered from the blast furnace, and the blast furnace gas from which the carbon dioxide gas has been removed is heated. Then, a method of blowing into the tuyere is disclosed (for example, see Patent Document 1). The technique described in
また、酸素富化率が１０体積％以下の羽口熱風吹込みを行なっている高炉操業において、炉頂温度が１１０℃以下となった場合、炉頂ガス量の１０体積％以下の量のガスをシャフトガスとして高炉シャフト上部から高炉内に吹き込む方法が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２には、シャフトガスとして、製鉄所でガスホルダーに貯蔵されている高炉発生ガス、または高炉発生ガスとコークス炉発生ガスとの混合ガスや、炉頂ガスの一部を循環させて吹き込む方法で、シャフトガスを脱炭酸後に吹き込むこと、５００℃以上に加熱して吹き込むことが記載されている。
Further, in the operation of a blast furnace in which tuyere hot air blowing is performed with an oxygen enrichment rate of 10% by volume or less, when the furnace top temperature becomes 110 ° C. or less, the amount of gas of 10% by volume or less of the furnace top gas amount Is used as a shaft gas to be blown into the blast furnace from above the blast furnace shaft (see, for example, Patent Document 2). In
ＣＯ2の化学吸収法については、炭酸ガス吸収剤を用いた方法として、アルカノールアミン法、熱炭酸カリ系の方法も開示されている（例えば、非特許文献１参照）。非特許文献１では、ＣＯ2吸収能力は溶液１リットル当り、３１〜１１８ｇと記載されている。この方法で高炉の炉頂から排出される排出ガスからＣＯ2を除去するためには、膨大な量の吸収剤を必要とする。また、吸収剤の種類によっては設備の腐食等についての考慮も必要である。
Regarding the CO 2 chemical absorption method, an alkanolamine method and a hot potassium carbonate method are also disclosed as methods using a carbon dioxide gas absorbent (see, for example, Non-Patent Document 1). Non-Patent
上記のように、溶銑を製造する高炉プロセスより、経済的にＣＯ2排出量を削減するために高炉ガスからＣＯ2を回収してその排出量を削減する方法は、従来技術においては以下の問題点がある。 As described above, the method for recovering CO 2 from blast furnace gas to reduce CO 2 emissions economically in order to reduce CO 2 emissions more economically than the blast furnace process for producing hot metal has the following problems in the prior art: There is a point.
特許文献１に記載の方法においては、ＣＯ2の除去方法はエタノールアミン吸収液等の炭酸ガス吸収剤を用いる化学吸収法であり、ＣＯ2の除去効率は吸収剤の性能に依存する。
In the method described in
エタノールアミン等の吸収剤によるＣＯ2吸収を、モノエタノールアミン（ＭＥＡ：Ｃ2Ｈ5Ｏ−ＮＨ2）を例として説明する。ＣＯ2吸収は、次の反応式で進行する。
２（Ｃ2Ｈ5Ｏ−ＮＨ2）＋ＣＯ2 ⇔ （Ｃ2Ｈ5Ｏ−ＮＨ3）＋（Ｃ2Ｈ5Ｏ−ＮＨＣＯＯ−）
この反応は、約４０〜６０℃の温度では右へ進み、ＭＥＡはＣＯ2を吸収する。ＣＯ2を吸収したＭＥＡ（ＣＯ2リッチＭＥＡ）を約１００〜１２０℃程度に加熱すると逆に反応は左へ進み、ＣＯ2を分離する。ＣＯ2を放出したＭＥＡは再びＣＯ2の吸収液として利用する。ＣＯ2１モルに対して理論的に１モルの吸収剤を必要とするが、非特許文献１によれば、ＣＯ2との接触を考慮すると、吸収剤１リットルに対してＣＯ2の吸収が３１〜１１８ｇであるから、１トンのＣＯ2を吸収するためには、８．５〜３２．３キロリットルの吸収剤を必要とし、膨大な吸収剤が必要となる。
CO 2 absorption by an absorbent such as ethanolamine will be described by taking monoethanolamine (MEA: C 2 H 5 O—NH 2 ) as an example. CO 2 absorption proceeds according to the following reaction formula.
2 (C 2 H 5 O—NH 2 ) + CO 2 ⇔ (C 2 H 5 O—NH 3 ) + (C 2 H 5 O—NHCOO − )
The reaction proceeds to the right at a temperature of about 40-60 ° C. and the MEA absorbs CO 2 . When MEA that has absorbed CO 2 (CO 2 rich MEA) is heated to about 100 to 120 ° C., the reaction proceeds to the left to separate CO 2 . The MEA that has released CO 2 is used again as an absorbing solution for CO 2 . Require theoretically 1 mole of the absorbent with respect to
また、非特許文献１によれば、ＣＯ2を吸収した吸収剤の再生には１００〜１２０℃程度の温度が必要となり、１トンのＣＯ2あたり約２〜４．０ＧＪの分離回収エネルギーを必要とする。例えば、通常の高炉における高炉ガス発生量は１５００Ｎｍ3／ｔ−溶銑、ＣＯ2濃度は約２２体積％であり、ＣＯ2発生量は６５０ｋｇ／ｔ−溶銑（炭素換算１７７ｋｇ／ｔ−溶銑）である。この値から計算されるＣＯ2除去のためのエネルギーは１．３〜２．６ＧＪ／ｔ−溶銑と算出される。この値は炭素換算で４０〜８０ｋｇ／ｔ−溶銑に相当し、ＣＯ2回収にはさらにその約５０ｍａｓｓ％の炭素をエネルギーとして必要とする。
Further, according to Non-Patent
一方、特許文献２には、具体的なＣＯ2除去方法が記載されていない。
On the other hand,
高炉ガス中には硫黄成分、ダスト成分、水分等が含有されており、それらの成分は吸収剤を劣化させるとともに、ＣＯ2吸収効率を低下させる。例えば、硫黄成分は吸収剤と反応し、ダスト成分は吸収剤中に懸濁し、配管およびポンプ類の摩耗の原因となる。したがって、高炉ガスからＣＯ2回収を行うためには、低コストで、効率の良い方法を用いる必要がある。 The blast furnace gas contains sulfur components, dust components, moisture, and the like, and these components deteriorate the absorbent and reduce the CO 2 absorption efficiency. For example, the sulfur component reacts with the absorbent, and the dust component is suspended in the absorbent, causing wear of piping and pumps. Therefore, in order to recover CO 2 from blast furnace gas, it is necessary to use a low-cost and efficient method.
一方で、ＣＯ2を削減して、安定した低ＲＡＲ操業を行うとともに、高炉の生産性も維持向上させることが望ましい。高炉の生産性（出銑比で評価する。出銑比：高炉容積１ｍ3、１日当たりの溶銑の生産量、単位はｔ／ｍ3／ｄ）は鉄鉱石の還元性、コークスの反応性（ＣＯ2と反応するソリューションロス反応）に依存する。また、操業的には、高炉内の圧力損失（炉内通気性）、炉内での溶銑・スラグ成分のフラッディング、炉頂部（装入面）での装入した原料（鉄鉱石、コークス）の流動化の可否で決定される。通常の高炉操業は０．２５〜０．５ＭＰａ（abs）の送風を行い、０．１６〜０．３ＭＰａ（abs）の炉頂圧力で高炉ガスが排出されることから、通常はその操業条件範囲内での生産性を考慮している。 On the other hand, it is desirable to reduce CO 2 to perform stable low RAR operation and to maintain and improve the productivity of the blast furnace. Blast furnace productivity (Evaluation is based on the ratio of the brewing. The ratio of the blast furnace: 1m 3 blast furnace volume, the amount of hot metal production per day, the unit is t / m 3 / d) is the iron ore reducing ability, the coke reactivity ( Depending on the solution loss reaction that reacts with CO 2 . In terms of operation, pressure loss in the blast furnace (breathability in the furnace), flooding of hot metal and slag components in the furnace, and raw materials (iron ore and coke) charged at the top of the furnace (charging surface) Determined by whether or not fluidization is possible. In normal blast furnace operation, 0.25 to 0.5 MPa (abs) is blown, and blast furnace gas is discharged at a furnace top pressure of 0.16 to 0.3 MPa (abs). Considering productivity within the company.
以上のことから、本発明の目的は、上述のような従来技術の課題を解決し、高炉等の竪型炉の炉頂から発生する発生ガスからＣＯ2を容易に分離回収することを可能とするとともに、竪型炉の生産性を向上させることのできる、竪型炉の操業方法を提供することにある。 From the above, the object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and to easily separate and recover CO 2 from the generated gas generated from the top of a vertical furnace such as a blast furnace. At the same time, it is an object of the present invention to provide a method for operating a vertical furnace that can improve the productivity of the vertical furnace.
このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）鉄鉱石から溶銑を製造する竪型炉において、炉頂ガスの圧力が０．４ＭＰａ（abs）を超える操業を行い、前記炉頂ガス中のＣＯ2を液体ＣＯ2として分離回収することを特徴とする竪型炉の操業方法。
（２）炉頂ガス中のＣＯ2分圧を０．３ＭＰａ（abs）以上とする操業を行い、前記炉頂ガス中のＣＯ2を液体ＣＯ2として分離回収することを特徴とする（１）に記載の竪型炉の操業方法。
（３）炉頂ガスを昇圧後に、前記炉頂ガス中のＣＯ2を液体ＣＯ2として分離回収することを特徴とする（１）または（２）に記載の竪型炉の操業方法。
（４）ＣＯ2を分離回収した後の炉頂ガスを、竪型炉の羽口から吹き込むことを特徴とする（１）ないし（３）のいずれかに記載の竪型炉の操業方法。
（５）竪型炉の羽口から吹き込む送風ガス中の酸素濃度が３０体積％以上、１００体積％未満であることを特徴とする（１）ないし（４）のいずれかに記載の竪型炉の操業方法。
（６）竪型炉のシャフト部に予熱ガスを吹き込むことを特徴とする（５）に記載の竪型炉の操業方法。
The features of the present invention for solving such problems are as follows.
(1) In a vertical furnace that produces hot metal from iron ore, the furnace top gas pressure exceeds 0.4 MPa (abs), and CO 2 in the furnace top gas is separated and recovered as liquid CO 2. A vertical furnace operating method characterized by
(2) The operation is performed such that the CO 2 partial pressure in the furnace top gas is 0.3 MPa (abs) or more, and CO 2 in the furnace top gas is separated and recovered as liquid CO 2 (1) The operation method of the vertical furnace as described in 2.
(3) The method for operating a vertical furnace according to (1) or (2), wherein after the pressure of the furnace top gas is increased, CO 2 in the furnace top gas is separated and recovered as liquid CO 2 .
(4) The vertical furnace operating method according to any one of (1) to (3), wherein the top gas after separating and recovering CO 2 is blown from the tuyere of the vertical furnace.
(5) The vertical furnace according to any one of (1) to (4), wherein the oxygen concentration in the blowing gas blown from the tuyere of the vertical furnace is 30% by volume or more and less than 100% by volume Operating method.
(6) The vertical furnace operating method according to (5), wherein a preheating gas is blown into a shaft portion of the vertical furnace.
本発明によれば、竪型炉操業を高圧化することにより、エタノールアミン等の吸収剤を用いずに、ＣＯ2を経済的に分離でき、ＣＯ2排出量を低減できるとともに、高圧化にともない竪型炉の生産性を従来に比較して大幅に向上させることが可能となる。 According to the present invention, by increasing the pressure of the vertical furnace operation, CO 2 can be economically separated without using an absorbent such as ethanolamine, and the amount of CO 2 emission can be reduced. It becomes possible to greatly improve the productivity of the vertical furnace compared to the conventional one.
また、本発明方法を用いることで、還元剤（コークス）に従来よりも低品位（低強度）のものを使用しても生産性を維持することができるので、より経済的に竪型炉の操業を行うことができる。 In addition, by using the method of the present invention, productivity can be maintained even if a reducing agent (coke) having a lower grade (low strength) than conventional is used, so that the vertical furnace is more economical. Can perform operations.
竪型炉として高炉を用いた場合について、以下に本発明を説明する。本発明においては高炉羽口より、送風ガスを吹込む際に、通常よりも送風圧力を高くして炉頂ガスの圧力が０．４ＭＰａ（abs）を超えるように炉内の圧力を高めた高圧下で高炉の操業を行うものであり、これにより炉上部より排出される炉頂ガス（高炉ガス）中のＣＯ2分圧を上昇させて、炉頂ガス中のＣＯ2を液体ＣＯ2として分離回収する。なお、（abs）とは、圧力が絶対圧基準であることを示している。高圧下で高炉の操業は、炉上部より排出される炉頂ガス（高炉ガス）中のＣＯ2分圧が０．３ＭＰａ（abs）以上となるように行うことが好ましい。この際に炉頂ガス中のＣＯ2分圧が０．５２ＭＰａ（abs）未満である場合は、炉頂ガスを昇圧して、炉頂ガス中のＣＯ2分圧を０．５２ＭＰａ（abs）以上に高めた後に、炉頂ガス中のＣＯ2を液体ＣＯ2として分離回収する。従来の高炉操業に比較して、炉内圧、炉頂圧を、より高圧化した状態で操業を実施することにより、以下の（ａ）〜（ｅ）の効果がある。 The present invention will be described below in the case where a blast furnace is used as the vertical furnace. In the present invention, when blowing the blowing gas from the blast furnace tuyere, the high pressure in the furnace is increased so that the blowing pressure is higher than usual and the pressure of the furnace top gas exceeds 0.4 MPa (abs). The blast furnace is operated at the bottom, and by this, the CO 2 partial pressure in the top gas (blast furnace gas) discharged from the top of the furnace is increased, and the CO 2 in the top gas is separated as liquid CO 2. to recover. Note that (abs) indicates that the pressure is based on an absolute pressure. The operation of the blast furnace under high pressure is preferably performed so that the CO 2 partial pressure in the top gas (blast furnace gas) discharged from the upper part of the furnace is 0.3 MPa (abs) or more. At this time, if the CO 2 partial pressure in the furnace top gas is less than 0.52 MPa (abs), the furnace top gas is increased to increase the CO 2 partial pressure in the furnace top gas to 0.52 MPa (abs) or more. After being increased, the CO 2 in the furnace top gas is separated and recovered as liquid CO 2 . Compared with the conventional blast furnace operation, the following effects (a) to (e) are obtained by performing the operation with the furnace pressure and the furnace top pressure being further increased.
（ａ）高圧化により、鉄鉱石の還元速度が増大するため、生産性が上がり、従来よりも被還元性の低い鉄鉱石が使用可能となる。 (A) Since the reduction rate of iron ore increases due to the increase in pressure, productivity increases and iron ore having lower reducibility than before can be used.
（ｂ）炉頂圧を高圧化することで、すなわち、高炉内圧力を高圧化することで、炉内のガス流速が減少し、装入面での装入原料の流動化が緩和され、高出銑比で高炉操業を行うことができる。 (B) By increasing the furnace top pressure, that is, by increasing the blast furnace pressure, the gas flow rate in the furnace decreases, fluidization of the charged raw material on the charging surface is relaxed, and high Blast furnace operation can be carried out at the output ratio.
（ｃ）高出銑比操業を前提とすれば、高炉容積をコンパクト化することが可能となり、これにより強度の低いコークスが使用可能となる。 (C) Assuming high power ratio operation, the blast furnace volume can be made compact, and thereby low strength coke can be used.
（ｄ）高圧下で高炉操業を実施することで、炉頂から排出される炉頂ガスも高圧で回収され、その圧力を利用して、すなわちＣＯ2の相変態を利用してＣＯ2の回収をすることができ、ＣＯ2の回収が容易である。さらに相変態を利用する場合はＣＯ2を液化ＣＯ2として回収することができるために、輸送時の液化が不要となる。 (D) By performing blast furnace operation under high pressure, the top gas discharged from the top of the furnace is also recovered at high pressure, and CO 2 is recovered using the pressure, that is, utilizing the CO 2 phase transformation. CO 2 can be easily recovered. For the case further to utilize the phase transformation can be recovered CO 2 as liquefied CO 2, liquefaction during transport is not required.
（ｅ）ＣＯ2回収を温度、圧力のみの操作で制御して行うことが可能であり、ＣＯ2回収量が多い場合も、化学吸収法を用いる場合のように多量の吸収剤を用いる必要が無く、化学吸収法に比較して、エネルギー的にも有利である。 (E) CO 2 recovery can be controlled and controlled only by temperature and pressure. Even when the amount of CO 2 recovery is large, it is necessary to use a large amount of absorbent as in the case of using the chemical absorption method. It is also advantageous in terms of energy compared to the chemical absorption method.
本発明の一実施形態を図１を用いて説明する。図１は高炉１およびその周辺設備の概略図である。図１においては、炉上部より排出される炉頂ガス（高炉ガス）４の一部を昇圧機５で昇圧し、ＣＯ2分離機７に導入してＣＯ2を液化ＣＯ2１０として回収後、ＣＯ2が除去された炉頂ガスを高炉に吹込み可能な圧力まで昇圧機１１で昇圧し、高炉羽口３に吹込む方法を用いている。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic view of a
高炉１は羽口３から熱風、補助還元材、酸素２を吹込み、高炉１上部からは鉄鉱石およびコークスが装入される。本実施形態においては、たとえば操業の圧力は炉頂圧が１ＭＰａになるように、炉内での圧力損失を考慮し、羽口部３から加圧された熱風を送風している。このためには熱風炉で発生した熱風を昇圧機等を用いて加圧して送風すればよい。溶銑温度は約１５００℃である。炉頂部より炉頂ガス4の一部は分岐され、昇圧機５に供給される。昇圧機５で炉頂ガスは加圧され、ＣＯ2分離機7に導入される。ＣＯ2分離機７は冷熱8により冷却され、炉頂ガスからＣＯ2が液体ＣＯ2として分離される。ＣＯ2の分離方法については以下で詳述する。ＣＯ2が除去された炉頂ガスは昇圧機１１により、高炉羽口に還元材として吹込まれる。
The
本発明ではＣＯ2を化学吸収法を用いることなく高炉ガス（炉頂ガス）から分離するために、高炉ガスの圧力を高める操業を行う。高炉ガスの圧力を高めることで、高炉ガス中のＣＯ2ガスの分圧も高まり、ＣＯ2を液体として分離することが容易となる。ＣＯ2分離を経済的に実施するための高炉操業の圧力はＣＯ2が液化する条件であればよい。図２を用いてこの原理を説明する。図２はＣＯ2の温度−圧力曲線であり、三重点が黒丸、臨界点が白丸で示されている。ＣＯ2は、０．５２ＭＰａ（abs）、−５６．６℃以上の温度と圧力条件下で液化する。これ以下の条件では気体あるいは固体として存在する。すなわち、高炉ガス中のＣＯ2分圧が０．５２ＭＰａ（abs）以上となるような炉頂圧力（炉頂での高炉ガス圧力）の高炉操業条件であればよく、炉頂圧力は高いほど好ましいことになる。図３に高炉ガス中のＣＯ2分圧が０．５２ＭＰａ（abs）となるのに必要な炉頂圧力と、高炉ガス中のＣＯ2濃度との関係を示す。例えば、高炉ガス中のＣＯ2濃度が２２体積％の場合は２．４ＭＰａ（abs）の炉頂圧力が必要であり、ＣＯ2濃度が４０体積％であれば、炉頂圧力は１．３ＭＰａ（abs）以上あればよい。これ以下の炉頂圧力の条件ではＣＯ2は気体あるいは固体として存在し、固体として存在あるいは回収する場合には配管内等で析出し、閉塞等のトラブルの原因となる。 In the present invention, in order to separate CO 2 from blast furnace gas (furnace top gas) without using a chemical absorption method, an operation for increasing the pressure of the blast furnace gas is performed. By increasing the pressure of the blast furnace gas, the partial pressure of the CO 2 gas in the blast furnace gas is also increased, and it becomes easy to separate CO 2 as a liquid. The pressure of the blast furnace operation for economically performing CO 2 separation may be a condition that CO 2 is liquefied. This principle will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a temperature-pressure curve of CO 2. The triple point is indicated by a black circle and the critical point is indicated by a white circle. CO 2 is liquefied under a temperature and pressure condition of 0.52 MPa (abs), −56.6 ° C. or higher. Under these conditions, it exists as a gas or a solid. That is, the blast furnace operating conditions may be such that the CO 2 partial pressure in the blast furnace gas is 0.52 MPa (abs) or more, and the furnace top pressure (blast furnace gas pressure at the furnace top) is preferable. It will be. FIG. 3 shows the relationship between the furnace top pressure necessary for the CO 2 partial pressure in the blast furnace gas to be 0.52 MPa (abs) and the CO 2 concentration in the blast furnace gas. For example, when the CO 2 concentration in the blast furnace gas is 22% by volume, a furnace top pressure of 2.4 MPa (abs) is required, and when the CO 2 concentration is 40% by volume, the furnace top pressure is 1.3 MPa ( abs) More than that. Under the condition of the furnace top pressure below this, CO 2 exists as a gas or a solid, and when it is present or recovered as a solid, it precipitates in the piping and causes troubles such as blockage.
ＣＯ2を液体として分離するには必ずしも高炉ガス中のＣＯ2分圧が０．５２ＭＰａ（abs）以上となるような炉頂圧力の高炉操業を行わなくても良い。必要な圧力が不足している場合は、図１に示すようにＣＯ2分離機の前に昇圧機を設置し、昇圧することができる。炉頂圧力が高ければ、その昇圧エネルギーも軽微ですむ。炉頂における高炉ガス中のＣＯ2分圧が０．３ＭＰａ（abs）以上であれば、昇圧のエネルギーを、通常操業の場合に昇圧してＣＯ2を液体として分離する場合の１／２程度にすることができる。 In order to separate CO 2 as a liquid, it is not always necessary to perform a blast furnace operation at a furnace top pressure such that the CO 2 partial pressure in the blast furnace gas is 0.52 MPa (abs) or more. When the necessary pressure is insufficient, a booster can be installed in front of the CO 2 separator to increase the pressure as shown in FIG. If the pressure at the top of the furnace is high, the boosting energy is negligible. If the CO 2 partial pressure in the blast furnace gas at the top of the furnace is 0.3 MPa (abs) or more, the boosting energy is increased to about ½ of that in the case of normal operation to separate CO 2 as a liquid. can do.
高炉ガス中のＣＯ2濃度は高炉下部からの送風ガスの組成および鉄鉱石との還元平衡によって決定される。すなわち、送風ガス中の酸素濃度が高ければ高いほど、炉頂ガス中のＣＯ2濃度（分圧）は高くなる。ＣＯ2分圧が高くなるほどＣＯ2を液体として分離することが容易となるので、送風中の酸素濃度を高めることが好ましい。送風中の酸素濃度を３０体積％以上とすると、この効果が顕著である。 The CO 2 concentration in the blast furnace gas is determined by the composition of the blowing gas from the lower part of the blast furnace and the reduction equilibrium with iron ore. That is, the higher the oxygen concentration in the blown gas, the higher the CO 2 concentration (partial pressure) in the furnace top gas. Since it becomes easier to separate CO 2 as a liquid as the CO 2 partial pressure increases, it is preferable to increase the oxygen concentration during blowing. This effect is remarkable when the oxygen concentration during ventilation is 30% by volume or more.
送風中の酸素濃度は高ければ高いほど好ましいが、送風中の酸素濃度を高めた場合、炉内のガス量が減少し、高炉上部の熱量が不足する。これを防止するためには、高炉シャフト部に予熱したガスを吹き込み操業することが好ましい。高炉シャフト部に予熱したガスを吹き込み操業する一実施形態を図４に示す。図４においては、予熱ガスとして、ＣＯ2が除去された炉頂ガス（高炉ガス）をバーナ等の燃焼炉１２で燃焼し、高温のガスとしてシャフト部に吹き込んでいる。また炉頂ガスを用いる他に、予熱ガス製造は、ＬＮＧ、重油等の別途燃料を燃焼させることで行ってもよい。
The higher the oxygen concentration during blowing, the better. However, when the oxygen concentration during blowing is increased, the amount of gas in the furnace decreases and the amount of heat at the top of the blast furnace becomes insufficient. In order to prevent this, it is preferable to operate by blowing preheated gas into the blast furnace shaft portion. FIG. 4 shows an embodiment in which a preheated gas is blown into the blast furnace shaft portion for operation. In FIG. 4, a furnace top gas (blast furnace gas) from which CO 2 has been removed is burned in a
シャフト部に吹き込む予熱ガスの組成として、酸素を含まないガスを用いることが好ましい。酸素を含むガスを用いると、還元中の鉄酸化物（Ｆｅ2Ｏ3、ＦｅＯ）を再酸化させるためである。尚、酸素を含まないガスとは、Ｏ2としての酸素ガスを含まないガスであることを意味する。従って、燃焼炉１２に供給する酸素１３の量は、高炉ガス組成（ダストも含む）から算出される燃焼に必要な理論酸素量に対して１以下とすることが好ましい。予熱ガス製造のために高炉ガスの燃焼に用いるガスとしては、酸素１３の替わりに空気を用いることもできる。
As the composition of the preheating gas blown into the shaft portion, it is preferable to use a gas not containing oxygen. This is because when a gas containing oxygen is used, the iron oxide (Fe 2 O 3 , FeO) being reduced is reoxidized. Incidentally, the gas not containing oxygen means a gas not containing oxygen gas as O 2 . Therefore, the amount of
シャフト部に吹込む予熱ガスの温度は高炉ガスの燃焼条件にもよるが、吹込む位置の炉内温度よりも高い温度とする。吹込む位置の炉内温度以下である場合は、熱量を増やすのではなく、炉内を逆に冷やしてしまうためである。シャフト部に吹込まれる予熱ガスの圧力は吹込む位置の炉内圧力より高いことが好ましく、高炉操業により炉内圧力は変動するが、吹込む位置の炉内圧に対して、０．０２〜０．１ＭＰａ（abs）ほど昇圧すればよい。 Although the temperature of the preheating gas blown into the shaft portion depends on the combustion conditions of the blast furnace gas, it is set to a temperature higher than the furnace temperature at the blowing position. This is because if the temperature is below the furnace temperature at the blowing position, the amount of heat is not increased, but the inside of the furnace is cooled in reverse. The pressure of the preheating gas blown into the shaft portion is preferably higher than the furnace pressure at the blowing position, and the furnace pressure fluctuates due to blast furnace operation, but is 0.02 to 0 relative to the furnace pressure at the blowing position. The pressure may be increased by about 1 MPa (abs).
シャフトガスの吹き込み位置は高炉シャフト部の上部であり、高炉本体の高さのおよそ上部１／３以内の領域（炉内容積５０００ｍ3クラスの高炉では装入面から、装入面の下方約１０ｍ以内の領域）とすることが好ましい。 The shaft gas blowing position is at the upper part of the blast furnace shaft part, and the area within about one third of the height of the blast furnace body (within the furnace volume 5000 m 3 class blast furnace, about 10 m below the charging surface from the charging surface. It is preferable to be within the range.
通常、高炉の炉頂から排出される高炉ガスの温度は、高炉操業のトラブルを回避するために１００℃以上である。そのため、高炉ガスからＣＯ2を分離するためには、高炉ガスを冷却する必要がある。冷却に必要なエネルギーは電気等を用いることができる。好ましくは、ＬＮＧの気化の際に発生する冷熱を用いれば、高炉ガス冷却のためのエネルギーが節約できる。ＬＮＧは液化天然ガスであり、メタンが主成分で、エタン、プロパンを含んでいる。天然ガスを輸送する際には、メタンの沸点（−１６１．５℃）程度に冷却し、液化する。ＬＮＧは使用先で、ガス化し、ガスとして利用する。その際に冷熱が発生するので、この冷熱で高炉ガスを冷却することができる。 Usually, the temperature of the blast furnace gas discharged from the top of the blast furnace is 100 ° C. or higher in order to avoid troubles in blast furnace operation. Therefore, in order to separate CO 2 from the blast furnace gas, it is necessary to cool the blast furnace gas. Electricity or the like can be used as energy necessary for cooling. Preferably, the energy for cooling the blast furnace gas can be saved by using the cold generated when LNG is vaporized. LNG is liquefied natural gas, methane is the main component, and ethane and propane are included. When transporting natural gas, it is cooled to about the boiling point of methane (−161.5 ° C.) and liquefied. LNG is gasified at the place of use and used as a gas. Since cold heat is generated at that time, the blast furnace gas can be cooled by this cold heat.
図５に本発明の他の一実施形態を示す。図５においては、ＣＯ2を分離する前の炉頂ガスを燃焼炉（バーナ）１２に供給し、予熱ガスとして高炉シャフト部に吹き込む方法である。また、昇圧した炉頂ガスをＣＯ2を除去した炉頂ガスとともに高炉羽口３に吹き込み、高炉ガス中のＣＯおよびＨ2を還元剤として使用することも可能である。
FIG. 5 shows another embodiment of the present invention. In FIG. 5, the top gas before separation of CO 2 is supplied to the combustion furnace (burner) 12 and blown into the blast furnace shaft as preheated gas. It is also possible to blow the pressurized top gas together with the top gas from which CO 2 has been removed into the
炉内容積約３２００ｍ3の高炉において、条件１〜６の操業試験を実施した。表１に各操業条件、シャフトガス吹き込み条件、炉頂温度等を示す。
In the blast furnace having a furnace internal volume of about 3200 m 3 , the operation tests of
条件１は炉頂圧力０．３ＭＰａ（abs）、出銑比２．４ｔ／ｍ3／ｄでの通常操業、条件２が炉頂圧を１．１ＭＰａ（abs）での操業、条件３は炉頂圧を１．６ＭＰａ（abs）での操業、条件４は炉頂圧が１．１ＭＰａ（abs）で出銑比５．４ｔ／ｍ3／ｄでの操業、条件５は炉頂圧が１．１ＭＰａ（abs）でＰＣＲ３００ｋｇ／ｔ−ｐｉｇでシャフトへのガス吹込みを行った操業、条件６は炉頂圧が１．１ＭＰａ（abs）で高反応性コークスを使用した場合の操業である。スラグの滴下を阻害しない指標であるスラグのフラッディング指数は全て１００％未満であり、いずれの条件においても操業可能であった。フラッディングとは炉下部からのガスによりスラグの滴下が阻害される現象であり、その指数が１００％の時にスラグが滴下しない条件である。
得られた高炉ガス（炉頂ガス）をそのまま、あるいは一部を抜き出し、圧力が低いものはＣＯ2分離機に必要な圧力まで、昇圧して、ＣＯ2を分離した。昇圧に必要であったエネルギーを表１に併せて示す。 The resulting blast furnace gas (top gas) as it is or extracted part, what the pressure is low until pressure required CO 2 separator boosts were separated CO 2. The energy required for boosting is also shown in Table 1.
以上のように、通常の高炉操業に比較して、高圧化ならびに、酸素濃度が高い条件で送風し、高炉操業を行うことで、効率よくＣＯ2が分離されることが分かる。特に、高反応性コークスを用い、送風の高圧化と酸素富化とを行い、シャフトガス吹き込みを行った条件６では、ＣＯ2の分離に必要な昇圧のエネルギーをミニマムとすることが可能となり、高炉の生産性も向上する。
As described above, it can be understood that CO 2 is efficiently separated by increasing the pressure and blowing air under a condition where the oxygen concentration is high and performing the blast furnace operation as compared with the normal blast furnace operation. In particular, under the
１ 高炉
２ 熱風、補助還元材、酸素
３ 羽口
４ 炉頂ガス
５ 昇圧機
６ 炉頂ガス
７ ＣＯ2分離機
８ 冷熱
９ 排熱
１０ 液化ＣＯ2
１１ 昇圧機
１２ 燃焼炉
１３ 酸素
1
11
Claims (5)
超える操業であって、炉頂ガス中のＣＯ 2 分圧を０．３ＭＰａ（abs）以上とする操業を行い、前記炉頂ガス中のＣＯ2を液体ＣＯ2として分離回収することを特徴とする竪型炉の操業方法。 In a vertical furnace for producing hot metal from iron ore, the pressure of the top gas exceeds 0.4 MPa (abs), and the partial pressure of CO 2 in the top gas is 0.3 MPa (abs) or more. A method for operating a vertical furnace characterized in that the operation is performed and CO 2 in the furnace top gas is separated and recovered as liquid CO 2 .
超える操業を行い、前記炉頂ガス中のＣＯ 2 を液体ＣＯ 2 として分離回収する竪型炉の操業方法であって、
ＣＯ2を分離回収した後の炉頂ガスを、竪型炉の羽口から吹き込むことを特徴とする竪型炉の操業方法。 In a vertical furnace that produces hot metal from iron ore, the pressure of the top gas is 0.4 MPa (abs).
Exceeds perform operations, the CO 2 of the furnace top gas to a operating method of the vertical furnace for separating and recovering a liquid CO 2,
The furnace top gas after separating and recovering CO 2, characterized in that blown from tuyeres of the shaft furnace shaft furnace method operations.
超える操業を行い、前記炉頂ガス中のＣＯ 2 を液体ＣＯ 2 として分離回収する竪型炉の操業方法であって、
竪型炉の羽口から吹き込む送風ガス中の酸素濃度が３０体積％以上、１００体積％未満
であることを特徴とする竪型炉の操業方法。 In a vertical furnace that produces hot metal from iron ore, the pressure of the top gas is 0.4 MPa (abs).
Exceeds perform operations, the CO 2 of the furnace top gas to a operating method of the vertical furnace for separating and recovering a liquid CO 2,
The oxygen concentration of blast gas blown from the tuyere shaft furnace is 30% by volume or more, the shaft furnace process of operation you and less than 100 vol%.
徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の竪型炉の操業方法。 The top gas after the boost, the shaft furnace method operations of any one of claims 1 to 3 in which the CO 2 of the furnace top gas and separating recovered as liquid CO 2.
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