JP4473568B2 - Ｃｏ含有還元ガス製造装置 - Google Patents

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本発明は、炭素（Ｃ）とＣＯ２の反応により一酸化炭素ガス（ＣＯ）を含有する還元ガスを製造するＣＯ含有還元ガス製造装置に関する。
鉱石や溶湯に含まれる酸化物の還元にＣＯ含有還元ガスが利用され、また、ＣＯを利用して各種の化学製品が製造されている。ＣＯ含有還元ガスの製造技術は、例えば、特許文献１、２に開示されている。
特許文献１には、図２（ａ）に示すように、炭化水素と水蒸気の混合物をガス改質装置１１で改質して得られた還元性ガスを予熱器１２で予熱した後、部分燃焼装置１３で還元性ガスの一部と酸素との反応により生ずる燃焼熱により加熱昇温させて高温の還元性ガスを製造することが開示されている。
また、特許文献２には、図２（ｂ）に示すように、コークスなどの炭素系原料を電気誘導路炉１４に設けた誘導加熱コイル１５により溶解させた１６００℃の溶融鉄１６にＯ２、ＣＯ２またはこれらの混合物である酸化性ガスを吹き込んで、ＣＯを製造することが開示されている。
特開平４−３４１５０９号公報 特開２０００−２８１３２６号公報
特許文献１では、ガス改質装置、予熱器、部分燃焼装置を必要とするため、また、特許文献２に記載されているＣＯの製造では、溶融鉄を約１６００℃の高温の溶融状態に保持する溶融炉が必要であるため、また、いずれも設備が大がかりとなる問題がある。
そこで、本発明は、ＣＯ含有還元ガスを、大がかりな設備を必要とすることなく効率よく製造することができるＣＯ含有還元ガス製造装置を提供するものである。
本発明のＣＯ含有還元ガス製造装置は、燃焼室に隣接して燃焼ガスが通過する複数の通気口が形成された仕切り格子を介して還元室が設けられ、燃焼室は還元室に収容された固体炭素を１０００℃以上に加熱するＣＯ２を含有する燃焼ガスを発生させる、燃料ガスと助燃ガスとにより完全燃焼させる燃焼バーナを備え、還元室は固体炭素を装入する装入口を備えるとともに、仕切り格子の通気口を通過した燃焼室の燃焼ガスのＣＯ２と１０００℃以上に加熱される固体炭素との反応により生成されたＣＯを含有する還元ガスを排気する排気口を備えたことを特徴とする。
燃焼室に供給されるＮ２量およびＯ２量を調整してＣＯとＮ２の比率を制御するＮ２供給量調整装置を設けることができる。
本発明では、燃料ガスの完全燃焼によって発生する燃焼熱を固体炭素に与えることにより、ＣＯ２を含有する燃焼ガスを１０００℃以上に加熱された固体炭素を通過させてＣＯに還元することにより、外部から新たな熱源を加えることなく燃焼室の燃焼だけで連続してＣＯ含有還元ガスを連続的に生成することができる効果がある。
また、本発明は、固体炭素を１０００℃以上に維持する程度の温度であり、溶融鉄を溶融状態に維持しなくてはならないほどの高温を必要とせず、また、装置本体は燃焼室と還元室を仕切り格子を介して配置しただけの簡単な構造で、予熱室や部分燃焼装置などを設けることなく、高温のＣＯ含有還元ガスが得られるので、大がかりな設備を必要としない利点がある。
炭素（Ｃ）とＣＯ２の反応（Ｃ＋ＣＯ２→２ＣＯ ｃａｒｂｏｎ ｓｏｌｕｔｉｏｎ反応）において、温度が１０００℃以上では１００％ＣＯとなることがＢｏｕｎｄｏｕａｒｄ曲線で知られているが、ｃａｒｂｏｎ ｓｏｌｕｔｉｏｎ反応は吸熱反応であるために外部から熱を加えないと反応が進まない。
ところが、本発明では、燃料ガスを完全燃焼させることによって発生する燃焼熱を固体炭素に与えることにより、固体炭素の温度が１０００℃以上に到達すると、ＣＯ２を含む燃焼ガスを１０００℃以上に加熱された固体炭素層を通過させてＣＯに還元することにより、外部から新たな熱源を加えることなく連続して燃焼ガスの還元を行うことにより、１０００℃以上の高温のＣＯ含有還元ガスを連続的に生成ことができる。
燃焼室で燃焼させる燃料ガスとしては、助燃ガスにより燃焼にしてＣＯ２を発生する、ＬＮＧ、ＬＰＧあるいはＣＯＧなどを利用することができる。また、還元室に供給する還元剤となる固体炭素としては、コークス、黒鉛、活性炭などを利用することができるが、炭素量が多く且つ容易に入手しやすいことからコークスが適している。
また、本発明では、燃料ガスを燃焼させる助燃ガスを純酸素から空気、さらには窒素添加空気などに変化させてＮ２供給量を調整することにより、得られる還元ガス中のＣＯ／Ｎ２比率を任意に制御することができる。あるいは、成分調整のためにＮ２を燃焼室に別途供給してもよい。
以下本実施例について図面を参照して説明する。なお、実施例では、燃焼室の上部に仕切り格子を介して還元室を配置した縦型の例であるが、燃焼室の後面に仕切り格子を介して還元室を配置して横型にしてもよい。
図１は本発明のＣＯ含有高温還元ガス製造装置の一実施例を示す概略図である。図１において、製造装置本体１、燃焼室２の上部に仕切り格子４を介して還元室３が設けられている。燃焼室２、還元室３は耐火物により形成され、両室２，３を仕切る仕切り格子４は耐火物で形成されるとともに、燃焼室２の燃焼ガスが上昇して通過する複数の通気口４ａが形成されている。
燃焼室２にはＬＰＧなどの燃料ガスを燃焼させる燃焼バーナ５が設けられ、燃料バーナ５には、酸素、空気あるいは酸素富化空気など助燃ガスを供給する助燃ガス供給管５ａが接続されている。助燃ガス供給管５ａで助燃ガスの種類を変更してＣＯ／Ｎ２比率を調整する。また、成分調整用ガスとしてＮ２を単独で添加したり、他の施設から発生するＣＯ２を添加したりするガス供給管６を補助的に設けてもよい。助燃ガスの変更等によるＮ２供給量の調整は、Ｎ２供給量調整装置（図示せず）で行うことができる。
還元室３には、還元剤となる固体炭素Ｃを装入する還元剤装入装置（図示せず）に接続された還元剤装入口７と、生成されたＣＯ含有還元性ガスを排気する排気口８が設けられている。
排気口８はダクト９に接続され、ダクト９にはＣＯ含有還元性ガスを吸引する吸引ファン１０が設けられている。生成されたＣＯを還元室３からダクト９へ排気する場合、吸引ファン１０に代えて、要求される圧力に応じて、燃焼バーナ５の助燃ガスあるいは成分調整用ガスを圧入して行うこともできる。
生成したＣＯ含有還元性ガスは、還元ガスを必要とする設備に高温の状態で直接供給したり、あるいは貯留タンクに貯留してもよい。
前記構成のＣＯ含有還元ガス製造装置において、固体炭素Ｃとしてコークスを還元剤装入口７から装入した後、燃焼バーナ５にＬＰＧと酸素を供給して完全燃焼させ、燃焼室２から仕切り格子４の通気口４ａを通って還元室２に上昇するＣＯ２を含有する燃焼ガスの燃焼熱でコークスを１０００℃以上に加熱する。コークスＣが１０００℃以上になると燃焼ガスのＣＯ２がコークスＣと反応して高温のＣＯ含有還元ガスが連続して生成され、排気口８から排出される。
本発明のＣＯ含有還元ガス製造装置は、ＣＯ含有還元ガスを原料とする化学製品の製造、高温のＣＯ含有還元ガスによる鉱石や溶湯の還元、石炭のガス化、あるいはＣＯ２を発生する焼却炉や発電ボイラーの排ガス中のＣＯ２処理に利用することができる。
本発明のＣＯ含有還元ガス製造装置の一実施例を示す概略図である。 従来の還元ガスの製造装置の例を示す概略図である。
符号の説明
１：製造装置本体
２：燃焼室
３：還元室
４：仕切り格子
４ａ：通気口
５：燃焼バーナ
５ａ：助燃ガス供給管
６：ガス供給管
７：還元剤装入口
８：排気口
９：ダクト
１０：吸引ファン
１１：ガス改質装置
１２：予熱器
１３：部分燃焼装置
１４：炉
１５：誘導加熱コイル
１６：溶融鉄


Claims (2)

  1. 燃焼室に隣接して燃焼ガスが通過する複数の通気口が形成された仕切り格子を介して還元室が設けられ、
    燃焼室は還元室に収容された固体炭素を１０００℃以上に加熱するＣＯ２を含有する燃焼ガスを発生させる、燃料ガスと助燃ガスとにより完全燃焼させる燃焼バーナを備え、
    還元室は固体炭素を装入する装入口を備えるとともに、仕切り格子の通気口を通過した燃焼室の燃焼ガスのＣＯ２と１０００℃以上に加熱される固体炭素との反応により生成されたＣＯを含有する還元ガスを排気する排気口を備えたことを特徴とするＣＯ含有還元ガス製造装置。
  2. 燃焼室に供給されるＮ２量およびＯ２量を調整してＣＯとＮ２の比率を制御するＮ２供給量調整装置を設けたことを特徴とする請求項１記載のＣＯ含有還元ガスの製造装置。





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