CN1576379B - 碳质资源的有效利用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供将煤等碳质资源气化制备还原性气体、使用该还原性气体有效地兼产还原铁、氢、电力的方法。本发明提供碳质资源的有效利用方法，其特征在于含有硫分的碳质原料15(煤等)通过氧16进行部分燃烧，制备还原性气体11，还原性气体11与铁矿石2在固体还原炉4中接触，还原铁矿石，制备含有硫分的固体的还原铁3，同时制备脱硫的还原性气体11。通过将还原性气体11含有的硫分在固体还原炉4内移动到还原铁3，得脱硫的还原性气体11。将含有硫分的固体的还原铁3投入高炉。脱硫的还原性气体11用于氢气制备和/或复合发电。
Description
技术领域
本发明涉及将煤等碳质资源进行气化制备还原性气体，使用该还原性气体有效地兼产还原铁、氢、电力的方法。
背景技术
已知在固体还原炉内使用以CO气体及H2气体为主成分的还原性气体制备还原铁的方法。固体还原炉使用竖炉及流动层。图2所示为使用竖炉的还原方法的一例。在还原性气体发生装置1中天然气通过水蒸气改质，制备以H2气体和CO气体为主成分的700～900℃的还原性气体，在固体还原炉4内，铁矿石2与还原性气体直接接触，CO、H2变换为CO2和H2O，除去铁矿石中的氧进行还原。还原铁矿石的气体，由于温度仍高，含有铁粉粉尘，还含有CO、H2，因此用热回收装置5进行热回收，用集尘装置6除尘，用气体冷却装置7冷却，用脱二氧化碳装置9脱二氧化碳后，用气体加热炉10再加热，作为还原性气体再利用。
作为制备还原性气体的原料，使用煤代替天然气是合适的。因为煤埋藏量丰富、供给稳定、价格低廉，可以长期稳定地使用。图3所示为用煤作为原料制备还原铁的方法的一例。制备还原性气体使用煤气化炉12中。将煤15粉碎成的粉煤从气化燃烧炉与氧气16(根据需要添加蒸气17)一起通入气化炉12，进行气化。为了熔融分离煤中的灰分，气化温度一般为1400～1700℃的高温。气化的气体通过气化炉上部进入冷却炉13。煤中的灰分大部分熔融，从气化炉下部落下，变成固化炉渣。冷却炉13中，内部配置辐射锅炉，通过辐射传热冷却气体，或将从冷却炉排出的气体热回收、除尘、冷却后通入冷却炉中冷却气体。
专利文献1中记载了将通过煤气化制备还原性气体和利用该气体进行铁矿石还原有效组合的发明。使用由天然气制备的还原性气体时，将还原使用的气体热回收、除尘、冷却、脱二氧化碳后，再加热，作为还原性气体再利用。而使用通过煤气化的还原性气体时，还原使用的气体如图3所示，从还原炉4排出的还原性气体的一部分用热回收装置5热回收，用集尘装置6除尘，用气体冷却装置7冷却，用脱二氧化碳装置9脱二氧化碳后，不用再加热，通入冷却炉中。用气化炉气化的高温气体和再循环的低温还原性气体在冷却炉中混合，可以调节成适合铁矿石还原的700～900℃的温度。
专利文献1记载的发明中，还原使用的气体脱二氧化碳后，将其一部分排出到***外。煤气化制备还原性气体时，煤中的硫含有转化的硫化氢气体。因此，关于排出到***外的气体的处理，优选根据需要设置除去气体中的硫的脱硫装置等。
专利文献2中，如图4所示，记载了煤气化生成含有还原性气体的合成气体，利用上述还原性气体还原铁矿石来制备还原铁的煤气化直接还原炼铁法。考虑煤气化炉气体中含有的H2S等硫化物对还原铁质量的影响，希望将煤气化炉气体进行脱硫，希望煤气化炉气体进行热间脱硫。因此，还原炉的前面设置脱硫装置20。另外，还原铁矿石的400～500℃的气体用于气化原料煤的干燥。
非专利文献1记载了用煤气化炉气体制备的气体作为燃料的煤气化复合发电。一例如图5所示。煤气化还原性气体用旋风除尘器粗集尘后，用热回收装置5热回收，用集尘装置6除尘，用气体冷却装置7冷却，再用脱硫装置21脱硫净化后，供给燃气轮机、汽轮机的复合发电装置22。
【专利文献1】
特开2000-212620号公报
【专利文献2】
特开2002-146420号公报
【专利文献3】
特开平8-253801公报
【非专利文献1】
“气化复合循环发电”火力原子力发电Vol.52，No.10(2001)，pp 1244-1252
发明内容
由于煤气化炉及其***设备的建设费高，这成为煤气化直接还原炼铁或煤气化复合发电商业化的障碍。本发明的第一目的是提高设备投资效率，使煤气化直接还原炼铁和煤气化复合发电能够商业化。
煤气化的气体中含有硫分。另一方面，用还原炼铁制造的还原铁一般用作电炉原料，要求作为杂质的硫分要低。因此，在煤气化直接还原炼铁方面，如专利文献2所记载的，需在还原炉的前面设置气体的脱硫装置20。为此，不得不暂时冷却到能够脱硫的400～500℃的温度脱硫后再加热到约900℃，投入还原炉中。在煤气化复合发电方面，如非专利文献1所记载的，在供复合发电前也要通过脱硫装置21进行气体的脱硫。煤气化直接还原炼铁中使用的还原性气体排出到***外再利用时，如专利文献1所记载的，优选设置除去气体中的硫的脱硫装置。这样，使用煤气化气体时，必须设置脱硫装置，这是煤气化炉***设备的建设费高的主要原因。本发明的第二目的是煤气化直接还原炼铁或煤气化复合发电中不需要设置脱硫设备。同时，也把力图简化脱硫设备以外的附带设备作为目的。
对应地球温暖化问题，正在进行新能源的开发·实用化、向低二氧化碳发生能源的变换、原子能比率的提高、原有一次能源的有效合理利用、未利用能源及废弃物能源的利用等。特别是生物质为碳中性，积极利用可以说是应该代替石油、煤等的资源。另外，关于废塑料，积极利用也可以说是应该代替石油、煤等的资源。本发明的第三目的是使用生物质及废塑料代替煤，减少二氧化碳的排出量。
即，本发明的要点如下：
(1)碳质资源的有效利用方法，其特征在于含有硫分的碳质原料15通过氧16进行部分燃烧，制备还原性气体11，该还原性气体11与铁矿石2在固体还原炉4中接触，还原铁矿石，制备含有硫分的固体的还原铁3，同时制备脱硫的还原性气体11。
(2)上述(1)所述的碳质资源的有效利用方法，其特征在于将从固体还原炉4中排出的还原性气体11及与还原性气体11一同排出的铁矿石和还原铁的微粉进行分离。
(3)上述(1)或(2)所述的碳质资源的有效利用方法，其特征在于通过使还原性气体11中含有的硫分移动到还原铁3，得到脱硫的还原性气体11。
(4)上述(1)～(3)之任一项所述的碳质资源的有效利用方法，其特征在于碳质原料15为煤。
(5)上述(1)～(4)之任一项所述的碳质资源的有效利用方法，其特征在于碳质原料15除煤外，含有生物质和废塑料之一或二者。
(6)上述(5)所述的碳质资源的有效利用方法，其特征在于制备还原性气体11的气化炉12连接有冷却炉13，将含有生物质和废塑料之一或二者的碳质原料投入冷却炉13中。
(7)上述(1)～(6)之任一项所述的碳质资源的有效利用方法，其特征在于固体还原炉4为竖炉或流化床炉。
(8)上述(1)～(7)之任一项所述的碳质资源的有效利用方法，其特征在于将上述含有硫分的固体的还原铁3投入高炉中。
(9)上述(1)～(8)之任一项所述的碳质资源的有效利用方法，其特征在于将上述脱硫的还原性气体11用于氢气制备和/或复合发电。
(10)上述(9)所述的碳质资源的有效利用方法，其特征在于通过在上述脱硫的还原性气体11中添加水和/或水蒸气，将该还原性气体的显热用作热源，将还原性气体中的CO气体改质为H2气体和CO2气体，吸收分离该CO2气体而制备氢气。
本发明中，关于使用含有硫分的碳质原料，特别是煤制备的还原性气体中的硫，其特征在于在还原炉4中从还原性气体移动到还原铁，制备含有硫分的固体的还原铁，结果，从还原炉4排出的还原性气体脱硫。因此，将从还原炉4排出的还原性气体用作氢气制备原料及复合发电燃料时，也不需要设置从还原性气体除去硫分的脱硫设备。而且，由于还原性气体中的硫分移动到还原铁中，因此也不需要设置从投入还原炉前的还原性气体除去硫分的脱硫设备。
本发明中，优选将制备的固体的还原铁作为高炉装入原料投入高炉中。由于高炉自身具有脱硫功能，所以装入的还原铁中即使含有硫，用高炉制备的生铁的硫分的上升也非常少。因此，即使是根据本发明制备的含有硫分的还原铁，也可以没有任何问题地用作炼铁原料。
高炉内还原铁矿石的还原剂为焦炭，制备焦炭用的煤几乎不能使用廉价的普通煤。而煤气化直接还原炼铁中可以使用廉价的普通煤。因此，通过将本发明的煤气化还原炼铁制备的还原铁装入高炉中，总体上可以降低炼铁使用的煤的成本。
本发明中，关于碳质原料气化制备的还原性气体，首先在固体还原炉中用于还原铁矿石，然后用于氢气制备及复合发电。因此，可以共用还原性气体的热回收装置、集尘装置等。所以，与分别进行还原炼铁和复合发电的设备相比，可以有效使用附带设备。
附图说明
图1是表示本发明的碳质资源的有效利用方法的图。
图2是表示现有的还原铁制备方法的图。
图3是表示现有的还原铁制备方法的图。
图4是表示现有的还原铁制备方法的图。
图5是表示现有的煤气化复合发电方法的图。
符号的说明
1还原性气体发生装置 2铁矿石
3还原铁 4固体还原炉(竖炉)
5热回收装置 6集尘装置
7气体冷却装置 8压缩机
9脱二氧化碳装置 10气体加热炉
11还原性气体 12煤气化炉
13冷却炉 14旋风除尘器
15碳质原料(煤) 16氧
17水蒸气 18煤调湿装置
19气体洗涤冷却装置 20、21脱硫装置
22发电装置 23电力
24变换反应器 25氢气
26碳质物质 27***外排出气体
具体实施方式
根据图1对本发明进行说明。
首先，关于含有硫分的碳质原料通过氧进行部分燃烧制备还原性气体的气化炉进行说明。特别对碳质原料为煤的场合进行说明，所以有时称作煤气化炉12。
将煤15粉碎成的粉煤从气化燃烧炉与氧气16中根据需要添加蒸气17的气体一起通入气化炉12中。为了熔融分离煤中的灰分，气化温度设为1400～1700℃。由此，在气化炉内制备以CO、H2为主成分的还原性气体。生成的还原性气体11中含有500～5000ppm从煤带入的硫产生的H2S(部分为COS)。气化的气体通过气化炉上部进入冷却炉13。煤中的灰分大部分熔融，从气化炉下部落下，在水槽中变成固化炉渣。
冷却炉13中，内部配置辐射锅炉，通过辐射传热冷却气体，或将冷却炉中生成的气体及从还原炉排出的还原性气体的一部分热回收、集尘、气体冷却的气体的一部分通入冷却炉中冷却气体。关于冷却炉中通入含有生物质及废塑料的碳质原料的本发明，在后面详细说明。
由于气体中残存一些固体成分，根据需要用旋风除尘器14除去固体成分。固体成分用作气化原料。还原炉4的形式如果为流动层，则不需要旋风除尘器。
其次，关于气化炉12中生成的还原性气体11与铁矿石2接触、还原铁矿石的固体还原炉4进行说明。固体还原炉4可以使用竖炉和流化床炉。这里以竖炉为例进行说明。
竖炉4的内部填充颗粒状的铁矿石或铁矿石块，在竖炉4内下降过程中通过还原性气体11依次被还原，从竖炉下端作为还原铁3被排出。从竖炉4的上端投入铁矿石2，补充竖炉内的铁矿石。另一方面，从竖炉4的下端送入约900℃的还原性气体11，在竖炉内上升过程中铁矿石与还原性气体直接接触，还原性气体中的CO、H2变换为CO2、H2O，除去铁矿石中的氧进行还原。还原性气体在进行还原反应的同时在竖炉内上升，从竖炉上端排出。
从竖炉下端送入的还原性气体的温度设为700～900℃，竖炉下端中的固体(还原铁、铁矿石)的温度也保持比该气体温度略低的温度。为了使竖炉内的还原反应有效进行，选定上述温度。关于竖炉内上下方向的温度分布，越向上方，还原性气体、固体(还原铁、铁矿石)的温度均越低。竖炉上端中的气体和固体的温度，可以通过调节固体的流量(kg/h)和固体的比热(kcal/kg/deg)的积Ws与气体的流量(kg/h)和气体的比热(kcal/kg/deg)的积Wg的比(Ws/Wg)以及从竖炉下端送入的还原性气体的温度进行调节。
以往，用煤气化直接还原炼铁制备的还原铁主要用作电炉炼钢原料。由于用电炉制造的钢要求低的硫含量，所以作为原料的还原铁当然也要求低的硫含量。
因此，以往在进入还原炉前需要设置脱硫设备，除去还原性气体中的硫分。
另一方面，关于还原炉前不设置脱硫设备的场合的炉内的硫分的反应进行说明。还原炉内还原性气体中的H2S与铁矿石反应生成FeS的反应在400～600℃的温度范围内进行。以往，为了极力阻止该反应的进行，采用尽量避免竖炉内达到400～600℃的温度范围的温度分布。具体地说，竖炉上端的还原性气体温度设为550～700℃的温度范围。由此，送入竖炉中的还原性气体中的硫分有50％左右移动到还原铁中，剩余的50％残留在还原性气体中从还原炉原样排出。
本发明中，使尽量多的送入竖炉4中的还原性气体中的硫分移动到还原铁中。因此，本发明中，竖炉上端中的还原性气体的温度设为400～600℃，更加优选400～500℃。由此，可以扩大硫分从还原性气体移动到还原铁中的脱硫进行的400～600℃的温度范围。结果，送入竖炉中的还原性气体中的硫分有90％左右移动到还原铁中，残留在还原性气体中从还原炉原样排出的硫分可以控制在10％以下。
从还原炉4排出的还原性气体11中伴有铁矿石和还原铁的微粉。将还原性气体11导入集尘装置6中，还原性气体中的上述微粉通过集尘装置6集尘。可是，从还原炉4的上端至集尘装置6之间，还原性气体11的温度保持在400℃以上的高温，还原性气体中含有的铁矿石和还原铁的微粉温度也保持同样的温度。由于该温度是使还原性气体的脱硫进一步进行的温度范围，还原性气体中残留的H2S在到达集尘装置6期间移动到还原性气体中的铁矿石和还原铁微粉，因为该微粉用集尘装置6集尘，所以通过集尘装置6后的还原性气体的硫分可进一步降低。
如上所述，由于本发明的特征在于通过将还原性气体含有的硫分移动到还原铁得到脱硫的还原性气体，所以不需要从固体还原炉排出的还原性气体脱硫的脱硫设备。
本发明中含有硫分的碳质原料是指含有硫分0.1％以上的碳质原料。含有硫分的碳质原料的代表例为煤。如后面所述，其中可以含有生物质和废塑料之一或二者。也可以使用煤炭。这些碳质资源作成微粉状或粒状使用。只要能生成CO、H2气体，碳质资源的种类没有限制。因此可以利用各种碳质资源。
另外，本发明中含有硫分的固体的还原铁是指含有硫分0.03％以上的固体的还原铁。
进一步，脱硫的还原性气体是指还原性气体中的硫分在70ppm以下的还原性气体。这样可直接用作燃烧炉用的燃料。更加优选硫分在50ppm以下。这样可用作复合发电用燃料。但是，使用含有数％的硫分的高硫煤的场合有时也需要脱硫装置，但其能力可显著降低。
本发明中，作为碳质原料，除煤外，可以含有生物质和废塑料之一或二者。本发明中，生物质中以容易气流输送的木质及农业生物质为对象。关于生物质的定义按照FAO(***粮农组织)的定义。即，木质生物质是指FAO定义中的林业生物质和废弃物生物质的一部分，造纸废弃物、制材废材、除间伐材、薪炭林、庭木、木材等建设废材等适合。农业生物质是指麦秸、稻壳等农业废弃物及菜种、大豆等农业能源作物等适合。之所以使用它们，是因为含水分少(～50质量％)，湿基的发热量高，容易加工成能够气流输送的粒子。另外，废塑料是指含有例如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)等石蜡系高分子化合物及聚氯乙烯(PVC)的物质。但是，为了避免腐蚀设备需极力减少PVC，优选控制在除了煤之外的碳质原料中的10％以下。通过使用生物质和废塑料作为碳质原料，可以代替煤削减二氧化碳的排出量，可以对应地球温暖化。
除煤外，将生物质和废塑料投入气化炉中时，粒径需加工或造粒成5mm以下。
如上所述，煤气化炉12中，在1400～1700℃的温度下煤进行气化，生成还原性气体后，将生成的还原性气体送入冷却炉13，在冷却炉13中将还原性气体冷却至1000℃左右。通常冷却炉13中，如上所述，内部配置辐射锅炉，通过辐射传热冷却气体，或将冷却炉13中生成的气体及从还原炉排出的还原性气体的一部分热回收、集尘、气体冷却的气体的一部分通入冷却炉13中冷却气体。
本发明中，优选冷却炉13中通入含有生物质和废塑料的碳质原料进行冷却。冷却炉内的温度范围也可以使碳质原料进行气化，该反应进行时由于从气体除去热量，所以可以进行冷却。另一方面，冷却炉内的温度由于灰分固化，所以灰分含量多的碳质原料例如煤作为通入冷却炉内的碳质原料是不优选的。而生物质和废塑料灰分含量少，即使通入冷却炉内也不会发生灰分引起的问题，所以作为通入冷却炉内的碳质原料是最优选的。即，通过将含有生物质和废塑料之一或二者的碳质原料投入冷却炉中，可以不发生灰分的问题，在冷却还原性气体的同时增产还原性气体。
以上对固体还原炉使用竖炉的情况进行了说明，但固体还原炉也可以使用流化床炉。准备多个流动层还原器，将原料铁矿石粉末投入初段的流动层还原器中，依次送入下段的流动层还原器中。另一方面，将还原性气体从最终段的流动层还原器的下方送入，在还原器内将铁矿石粉流动层化，进行还原反应，与铁矿石粉的流动相反，依次送入上段的流动层还原器中。
特别优选将本发明制备的含有硫分的固体的还原铁3投入高炉中。如上所述，由于高炉自身具有脱硫功能，即使投入的还原铁中含有硫，高炉中制备的生铁的硫分的上升也非常少。因此，即使是根据本发明制备的含有硫分的还原铁，也可以没有任何问题地用作炼铁原料。另外，由于为高炉装入原料，如专利文献3中所述，还原炉中的金属化率(金属铁量/铁矿石中的总铁量×100(％))不需要在90％以上。本发明中的金属化率优选为40～80％。
另外，高炉内还原铁矿石的还原剂为为焦炭，制备焦炭用的煤使用高价的粘结性煤，廉价的普通煤的使用比例受到限制。而煤气化直接还原炼铁可以只使用廉价的普通煤。因此，通过将用本发明的煤气化还原炼铁制备的还原铁装入高炉中，总体上可以降低炼铁使用的煤的成本。
特别优选将本发明制备的脱硫的还原性气体用于氢气制备和/或复合发电。由于还原性气体中的硫含量低，所以即使不通过脱硫设备也可以原样的状态应用于氢气制备和/或复合发电。另外，冷却过程中大部分水蒸气被除去，通过脱二氧化碳装置除去还原性气体中的CO2，可以成为以CO及H2为主成分的还原性气体。这种成分的还原性气体适合作为氢气制备和/或复合发电使用的气体。
本发明中，优选通过在脱硫的还原性气体中添加水和/或水蒸气，将该还原性气体的显热用作热源，将还原性气体中的CO气体改质为H2气体和CO2气体，吸收分离该CO2气体而制备氢气。
脱硫的还原性气体从还原炉4中排出时为约400℃以上的高温，用集尘装置6集尘后，在变换反应器24中添加水及水蒸气，将还原性气体的显热用作热源，通过催化剂反应使发生变换反应，还原性气体中的CO气体可以改质为H2气体和CO2气体。然后，用热回收装置5冷却还原性气体，再通过脱二氧化碳装置9吸收分离CO2气体，结果可以制备氢气。由于铁矿石还原后的还原性气体中的CO2浓度为20％以上，且变换反应后的CO2浓度为50％以上的高浓度，所以可以通过胺吸收法等高效率分离CO2。吸收液再生所需的热量可以利用生产过程中的热回收生成的低压蒸气，或燃烧都市垃圾等生成的低压蒸气。
这样制备的氢气，可以直接在炼铁厂中用作钢铁制品的热处理用还原性气体或燃料电池用的原料。也可进一步压缩氢气供复合发电。另外，即使不进行变换反应，也可以将气体压缩后供复合发电。
即，作为从还原炉中排出的还原性气体的用途，可以采用将还原性气体进行变换反应-脱二氧化碳后用于氢气制备或复合发电的方法、将还原性气体脱二氧化碳后用于复合发电的方法、将还原性气体直接用于复合发电的方法的任一种。当然，从还原炉4排出的还原性气体的一部分或全部也可以回到冷却炉13中，冷却还原性气体的同时，再度用作还原炉4中的还原性气体。
本发明中，关于将碳质原料气化制备的还原性气体，首先在固体还原炉中用于还原铁矿石，然后用于氢气制备和复合发电。因此，可以共用还原性气体的热回收装置、集尘装置等。所以，与分别进行还原炼铁和复合发电的设备相比，可以有效使用附带设备。特别是关于设备投资额高的煤气化炉，还原性气体制备能力越大，还原性气体平均制备量的设备投资额越小。因此，与为了还原炼铁和复合发电分别建设煤气化炉的情况相比，本发明使用较大规模的一个煤气化炉共同进行还原炼铁和复合发电，可以提高总体的设备投资效率。
如上所述，本发明从以煤为主成分的碳质资源可以有效地兼产还原铁、氢、电力。
实施例
如图1所示，固体还原炉4使用竖炉式还原炉，制备还原铁(DRI)。使用具有气化炉12和冷却炉13的二段气化炉制备还原性气体11。将印度尼西亚产次烟煤粉碎成平均粒径50为μm的粉煤0.67吨/t-DRI和氧560Nm3/t-DRI投入下段的气化炉12中，通过部分燃烧，在1500℃、5ata的条件下气化进行制备。进一步，在上段的冷却炉13中，在达到1500℃高温的还原性气体中投入粉碎成5mm以下的生物质(建筑废材木片)0.3吨/t-DRI，冷却到1000℃的同时进行热分解，以增加还原性气体生成量。还原性气体量的20～30％可以用碳中性的生物质和废塑料等供给。还原性气体中存在35g/Nm3的碳固体成分，通过旋风除尘器14除尘到5g/Nm3以下后，装入还原炉4中。
还原炉4中，为使金属化率(金属铁量/铁矿石中的总铁量×100(％))达到80％，设定还原性气体量及还原性气体温度等条件。将还原铁3与烧结矿一起装入高炉中，目的是用作铁水的原料，所以，只要是60～90％的还原率便能充分达到目的。
还原性气体的量、还原炉入口、出口的气体性状和温度如表1所示。
表1
还原炉入口的还原性气体中含有H2S 520ppm(COS 20ppm)，通过还原炉出口的除尘装置后H2S减少到30ppm(COS没有变化)。另一方面，铁矿石2中极微量的S分在还原铁3中上升到0.15质量％，确认还原性气体中的S分移动到还原铁。通常，市场对还原铁中含有S分的要求标准为约0.015质量％，本实施例中，由于将还原铁装入具有脱硫功能的高炉使用，所以可以没有问题地利用。本实施例中，由于还原炉出口的气体温度设定为420℃，所以还原性气体中的H2S与还原铁反应，硫分从还原性气体移动到还原铁。
另外，从还原炉后的集尘装置6得到的粉尘中的S浓度为0.3质量％。由于从还原炉4排出后也保持400℃以上的温度，所以判断还原性气体中的铁粉与残留的H2S继续反应。
从还原炉4排出后的还原性气体11，在还原炉中只消耗了还原炉前持有的潜热的约1/3，仍保持十分高的能量。这里，利用还原性气体11具有的变换反应(CO+H2O→H2+CO2)有效的400℃温度，将还原性气体11用集尘装置6除尘后，不用冷却便导入变换反应器24中，在这里变换成氢和二氧化碳，分离利用氢。结果，可以回收氢1400Nm3/t-DRI、CO2 2.4吨/t-DRI。通过变换反应，CO2浓度变成超过50％的高浓度，通过胺法的吸收效率与CO2浓度10％左右的锅炉排气相比提高了5～10％。随着今后CO2固定化技术开发的进展，认为可能会成为对应地球温暖化的有希望的技术。分离的氢气25用作炼铁厂的热处理用气体。进一步地，确认也可加压供复合发电，以及在本生产过程内循环，可用作铁矿石还原性气体。
下面作为比较例，还原炉出口中的还原性气体温度设定为550℃。其他条件与上述实施例相同。还原炉出口的集尘装置后的还原性气体中的H2S只减少到200ppm(COS没有变化)。另一方面，铁矿石中极微量的S分在还原铁中上升到0.08质量％，确认还原性气体中的S的一部分移动到还原铁。由于从还原炉排出的还原性气体中的硫分没有充分减少，不能直接用于氢气制备或复合发电用。另一方面，由于还原铁中的硫分也高，可以作为高炉装入原料使用，但是难以用作电炉炼铁用的主原料。
发明的效果
本发明由于可以有效地兼产还原铁、氢、电力，提高了设备投资效率，能够使煤气化直接还原炼铁和煤气化复合发电商业化。
另外，本发明在煤气化直接还原炼铁和煤气化复合发电中可以不需要设置脱硫设备。
进一步地，本发明可以使用生物质及废塑料代替煤，减少二氧化碳排出量。
Claims (9)
1.碳质资源的有效利用方法，其特征在于含有硫分的碳质原料通过氧进行部分燃烧，制备还原性气体，将固体还原炉上端中的还原性气体的温度设为400～500℃，该还原性气体与铁矿石在固体还原炉中接触，还原铁矿石，通过使还原性气体中所含的硫分移动到还原铁中，制备含有硫分的固体的还原铁，同时制备脱硫的还原性气体。
2.根据权利要求1所述的碳质资源的有效利用方法，其特征在于将从上述固体还原炉中排出的还原性气体及与该还原性气体一同排出的铁矿石和还原铁的微粉进行分离。
3.根据权利要求1所述的碳质资源的有效利用方法，其特征在于上述碳质原料为煤。
4.根据权利要求1所述的碳质资源的有效利用方法，其特征在于上述碳质原料除煤外，含有生物质和废塑料之一或二者。
5.根据权利要求4所述的碳质资源的有效利用方法，其特征在于制备上述还原性气体的气化炉连接有冷却炉，将含有生物质和废塑料之一或二者的碳质原料投入冷却炉中。
6.根据权利要求1所述的碳质资源的有效利用方法，其特征在于上述固体还原炉为竖炉或流化床炉。
7.根据权利要求1所述的碳质资源的有效利用方法，其特征在于将上述含有硫分的固体的还原铁投入高炉中。
8.根据权利要求1所述的碳质资源的有效利用方法，其特征在于将上述脱硫的还原性气体用于氢气制备和/或复合发电。
9.根据权利要求8所述的碳质资源的有效利用方法，其特征在于通过在上述脱硫的还原性气体中添加水和/或水蒸气，将该还原性气体的显热用作热源，将还原性气体中的CO气体改质为H2气体和CO2气体，吸收分离该CO2气体而制备氢气。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| CI01 | Publication of corrected invention patent application |
Correction item: First inventor Correct: Onoda Masami False: ONODA MASAMI Number: 6 Volume: 21 |
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| CI02 | Correction of invention patent application |
Correction item: First inventor Correct: Onoda Masami False: ONODA MASAMI Number: 6 Page: The title page Volume: 21 |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: THE FIRST INVENTOR; FROM: ONODA ZHENGYI TO: ONODA ZHENGJI |
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| ERR | Gazette correction |
Free format text: CORRECT: THE FIRST INVENTOR; FROM: ONODA ZHENGYI TO: ONODA ZHENGJI |
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: NIPPON STEEL + SUMITOMO METAL CORPORATION Free format text: FORMER OWNER: SHIN NIPPON STEEL LTD. Effective date: 20130401 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20130401 Address after: Tokyo, Japan Patentee after: NIPPON STEEL & SUMITOMO METAL Corp. Patentee after: Kobe Steel, Ltd. Address before: Tokyo, Japan Patentee before: NIPPON STEEL Corp. Patentee before: Kobe Steel, Ltd. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: Tokyo, Japan Co-patentee after: Kobe Steel, Ltd. Patentee after: NIPPON STEEL & SUMITOMO METAL Corp. Address before: Tokyo, Japan Co-patentee before: Kobe Steel, Ltd. Patentee before: NIPPON STEEL & SUMITOMO METAL Corp. |
|
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100428 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |