JPS5844722B2 - サンカテツガンユウザイリヨウオカンゲンスルホウホウ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、鉄の融点以下の温度で粉砕された固体炭素質
材料と混合した酸化鉄を含有する粉末材料を完全または
部分的に還元する方法に関する。

固体炭素質材料とは、例えば無煙炭、石炭または油のよ
うな炭素を含む燃料兼還元剤から得られるコークスをい
う。

酸化鉄を含有する粉末材料とは、鉄鉱石精鉱、か焼され
た硫化鉄鉱または酸化鉄を含有するその他の材料で１ｍ
ｍまでの粒子サイズを有するものをいう。

粉末化した固体炭素質材料と混合した酸化鉄含有粉末材
料をたとえば回転炉または普通の型式の流動床中で還元
することはすでに提案されている。

本発明は普通の型式の流動床を使用せずその代りにいわ
ゆる循環流動床を使用する。

循環用流体の存在条件に関しては、ケミカル・エンジニ
アリング・プログレス（ＣＨＥＭ、ＥＮＧＩＮＥＥＲＩ
ＮＧＰＲＯＧＲＥＳＳ ） （、１９７１年２月）第６
７巻第２号第５８〜６３頁を参照されたい。

酸化鉄を含有する材料を還元するために流動床技術を利
用しようとするこれまでになされた試みの多くは普通の
流動床技術を使用するものであったが、流動床中にほん
のわずかの間だけガスを保っておくことに基因する困難
な問題があった。

反応温度を増すことによってそのようなプロセスにおけ
る効果を増大しようと努力した結果粘着の問題が生じ、
すなわち流動床中の材料の小粒子が塊になって一層大き
な粒子となり、それが集まって遂には流動を不可能にし
てしまうのである。

循環流動床を使用することによって接触時間を増大する
ことができ、その際材料の活発な内部循環のために粘着
の傾向はずっと小さくなる。

粘着は温度、金属化の程度および流動床材料の細度が増
大するにつれて増大し、そして乱流脈石の含量、全圧力
および微粉化した希釈材（例えばコークス）の添加量が
噌犬するにつれて減少する。

粉末にした固体炭素質材料と混合した酸化鉄を含有する
粉末状材料を、流動床に流動化ガスとして導入された分
子状酸素を含有するガスで炭素質材料が部分的に燃焼さ
れる循環流動床において還元する実験を行なった。

固体微粉末状炭素質材料を添加することにより粘着の危
険は減り、そして温度を増大することが可能となり、従
って反応速度が増大する。

しかし、分子状酸素を含有するガスが流動化のために分
配器を通して反応器の底部に吹込まれると、この場合で
も多分局部的過熱のために分配器において集塊する傾向
がある。

本発明は、微粉化炭素質材料と混合した酸化鉄を含有す
る微粉状材料を粒子どうしの粘着を完全に回避しつつ循
環流動床で還元する方法およびこの方法を実施するため
の装置に関するものである。

本発明によれば、微粉化炭素質材料と混合した酸化鉄を
含有する微粉化材料の循環流動床が垂直方向に長い反応
帯域に維持されている。

この循環流動床は、それに酸化鉄を含有する微粉化材料
、微粉化固体炭素質材料そして場合によっては液体炭素
質材料の適当な流れを分子状の酸素含有ガスと共に供給
することによって維持される。

ガスと固体材料との混合物は反応帯域を出て分離され、
その後その固体材料は反応帯域に戻される。

流動床に供給される酸化鉄含有微粉化材料は１間以下、
好ましくは０．５ ｍｍ以下の粒子サイズを有する。

供給される微粉化固体炭素質材料は粉コークス、無煙炭
ダストまたは石炭ダストであってもよいが、３ｍｍ以下
好ましくは１ｕ以下の粒子サイズを有するものでなけれ
ばならない。

反応帯域は上部分、下部分および中間部分に分けて考え
ることができる。

本発明方法においては、酸化鉄含有微粉化材料、炭素質
材料および分子状酸素含有ガスが中間部分に供給される
。

この区分での炭素質材料の部分燃焼はこのプロセスに必
要な熱を発生する。

炭素質材料のコークス化およびガス発生は反応帯域の上
部分で起り、同様に燃焼中に形成された二酸化炭素の炭
素および水での還元により水素ガスおよび一酸化炭素を
生ずる。

酸化鉄含有材料のある程度の還元もここで起る。

この反応は８５０〜１００００Ｇの温度で安定に生ずる
。

固体炭素質材料の流れを制御してアグロメレーションに
よる流動化の妨害を防ぐに充分な量が常に床中に存在す
るようにする。

土族されたガスは床からの固体材料と混合した状態で上
部分から排出される。

固体材料はガスと分離しそして中間部分に戻される。

粘着を防止する固体炭素質材料の能力は温度および酸化
鉄含有材料の性質に依存することが見出された。

９００℃の温度において通常の鉄鉱石精鉱を用いる場合
、反応帯域中における固体炭素質材料（コークス）およ
び精鉱間の重量比は少くとも０．５：１でなければなら
ないことが判っている。

排出されるガスの一部分は更にダスト分離にかけてその
含有するＣＯ２およびＨ２Ｏの大部分を除去し、そして
反応帯域に戻されその結果反応帯域における固体材料の
量は一定に保たれる。

固体材料の全体的移送は下部分中に導入されるガスに向
流的になされる。

反応帯域の部分から下部分への熱の移動は主として反応
帯域における材料の内部循環により保たれる。

排出される固体材料はコークスおよび完全または部分的
に還元された酸化鉄からなり、そして好ましくは鉄のキ
ューリ一温度以下に冷却されそして実質上コークスを含
まない鉄部分と実質上鉄を含まないコークス部分に分け
られる。

冷却は冷却表面を内蔵した材料自体で形成される普通の
流動床に材料を送ることによりなされるのが適当である
。

分子状酸素を含有するガスは冷却剤として適当に使用さ
れそしてその際予熱される。

分子状酸素を含有するガス例えば多分ＣＯ２および／ま
たはＨ２Ｏと混合した空気の流れを制御して循環床中に
所望の温度を維持するための熱要求を充たすことが望ま
しい。

この熱は炭素質材料の部分燃焼によって発生される。

更に熱の全部または一部を原子炉のような外部熱源から
間接に供給することができる。

この場合熱は反応帯域中に組込まれた加熱作用面に熱ガ
スによって伝達することができる。

反応帯域の単位容積当りの過度の熱の発生（これは局部
的過熱および床材料のある程度のアグロメレーションの
危険性を生ずる）を防ぐためには、分子状酸素含有ガス
の流れは好ましくはいくつかの分流にされ、これらは反
応帯域の中間部分におけるいくつかの水準位において数
個所で導入される。

固体炭素質材料は好ましくはノズルを吹出す還元作用ガ
スおよび／または中性ガスの助けをかりていくつかのジ
ェットとじて反応帯域の中間部分に供給するのが適当で
ある。

しかしながら、例えば無煙炭（アンスラサイト）このよ
うに揮発分含量の低い炭素質材料では、例えば空気のよ
うな分子状酸素含有ガスを用いることガでき、この場合
局部的過熱を防ぐために予熱しないのが好ましい。

この目的のためには、吹出しノズルの形状にもよるが、
炭素質材料の金泥れの１０〜３０％を占めるガス流れ量
が必要であろう。

更にまた、反応帯域とは別のもつと小さい補助反応帯域
を経て炭素質材料を導入することもでき、この補助帯域
では流動床は分子状酸素含有ガスの部分流の助けによっ
て保たれる。

この場合ガスおよび材料は補助反応帯域から共通のパイ
プを経て反応帯域の中間部分へ導かれる。

炭素質材料のある程度の部分燃焼が補助反応帯域中でお
こり、そして分配器開口部周辺のアグロメレーションは
それ故そこに炭素質材料が留まっている時間が短かい（
このことはわずかに数個の粒子が灰分に燃焼し得る時間
であることを意味する）ために回避できる。

濃度が廃退ぎしかも局部過熱の生ずる場合ニハ、アグロ
メレーションおよび集塊化が容易に生ずる。

固体炭素質材料の若干は例えば石油のような液体炭素質
材料で代用できる。

この場合多数のジェットの形態でそれを反応帯域の中間
部分中に噴霧するのが好ましい。

完全燃焼に関連してなされるいわゆる油の霧化（アトマ
イゼーション）は必要でない。

比較的ラフな油分散液で充分であり、これは油を非酸化
性ガスと共にパイプを経て部分流として供給すると得ら
れる。

使用されるガスおよび油に対してｉｏｏ ： ｉの容量
比が適当である。

補助反応帯域が使用される場合はこれに油を供給するの
が好ましく、そしてそれが供給される水準位は分子状酸
素含有ガスのための分配器底部より０．５ｍ上であるべ
きである。

反応帯域からの排気は少くとも一部は、直接接触によっ
て酸化鉄含有供給原料を予熱するのに使用できる。

その後、排気のこの部分は既知のようにしてＣＯ２およ
びＨ２０含有分のほとんどを除去した後に反応帯域の下
部分に再循環せしめられ、そして反応帯域の下部分にお
いて流動兼還元作用ガスとして使用される。

実質上ＣＯ２およびＨ２Ｏを含まない排気の部分流は反
応帯域の下部から排出される材料の冷却および磁気的分
離において流動化ガスとして使用するに適当である。

全プロセスを大気圧以上（例えば１〜１０ａｔｍ）で操
作することによって、装置の大きさはかなりに減小でき
る。

排気の熱含量（物理的および化学的）は電気エネルギー
を発生するために適当に使用され、このエネルギーによ
って例えば還元された鉄含有材料は融解され且つおそら
くは最終的に還元される。

本発明による方法および装置を図示した態様について更
に説明する。

この態様では垂直方向に長い反応器１を包含しており、
その上方部分２は反応帯域の上部分を構威し、反応器の
中央部分３は反応帯域の中間部分を構成しそして反応器
の下方部分４は反応帯域の下部分を構成している。

サイクロン５が□反応器の上方部分２に連結されそして
帰還管路６を備えていてこれは反応器の中央部分３に至
る。

この帯域には更に炭素質材料７のための１個または数個
の導入口がある。

分子状酸素含有ガスは反応器の中央部分３ヘノズル８を
経て多数の分流として供給され、その間ガスの再循環さ
れた部分流は適当な分配器９を経て反応器の下方部分４
へ供給される。

処理された固体材料は反応器の下方部分にある出口１０
を通って排出され、冷却器１１中で冷却されそして磁気
分離器１２に到達し、そこでそれは実質上コークスを含
まない鉄部分１３と実質上鉄を含まないコークス部分１
４とに分けられる。

分子状酸素を含有するガス１５（好ましくは空気）は１
６を経て冷却器１１に吹き出し、そこで予熱され、そし
て更にパイプ１７を経てノズル８に至る。

冷却器１１は好ましくは内蔵冷却用要素を備えた在来の
流動床形式であり、これを通して分子状酸素含有ガスが
予熱のために導かれる。

サイクロン５からの排気管１８を出る排気の若干（例え
ば５０％）はベンチュリ装置１９に導かれ、そこでおそ
らくは磁気分離器から戻されたコークスと混合した酸化
鉄含有粉末材料（例えば精鉱２０）を予熱する。

ガスおよび材料の流れは次いでサイクロン２１へそして
次いで微細清浄サイクロン２２に送られ、そこで固体材
料は分離されそして好ましくは戻り管路６を経て反応器
の中央部分へ戻される。

固体材料から清浄にしたガスは、おそらくは沸騰水によ
り２４で間接的に冷却されつつ管路２３に沿って送られ
、熱交換器２５を経て吸収塔（スクラバー）２７に入れ
、そこでは実質上ＣＯ２およびＨ２Ｏを除去される。

沸騰水による冷却は熱交換器中の温度が使用材料に対し
て過度に高くなるのを防ぐのに必要である。

Ｈ２Ｏは直接または間接冷却により除去できる。

例えばアルカリ性溶液を使用してＣＯ２は洗い去ること
ができ、この場合ボイラー２４からの水蒸気２８がこれ
ら溶液を再生するのに使用できる。

もし系中の圧力が充分高ければＣＯ２は水で洗い去るこ
とができる。

コンプレッサー２９により駆動されるスクラバーからく
るガスの大部分は２５においてスクラバーに入るガスと
熱交換され、そして反応器の下方部分４中に流動化兼還
元作用ガスとして導入される。

これにより強還元作用帯域ができ、固体材料は排出前に
ここを通過する。

ガス流が小さいために、反応器のこの部分は上方部分よ
りももつと小さい直径であるのが適当である。

ＣＯ２およびＨ２Ｏを除いたガスの部分流３１は、熱交
換することなしに、排出固体材料のための冷却装置１１
中および磁気分離装置１２中で流動化作用ガスとして使
用されそして３２および３３を経て反応器の下方部分中
に送られる。

サイクロン５からの排気の残部は、おそらくは磁気分離
操作からのコークス部分の分流と共に、熱出力発生部分
中で燃料として使用されるのがよく、その際コークス流
の残り部分はおそらくは酸化鉄含有供給原料と混合して
反応器は再循環され、モして／または磁気分離操作から
の鉄部分のための融解還元工程において還元剤として使
用される。

以下に本発明の要旨ならびに態様の代表例を列記する。

１、垂直方向に長い反応帯域中においてそれに各適当量
の酸化鉄含有微粉化材料、微粉化固体状炭素質材料およ
びおそらくは液体状炭素質材料そして分子状酸素含有ガ
スを供給して循環性流動床を維持し、反応帯域から出て
くるガスおよび固体材料を分離し、固体材料を反応帯域
に戻し、酸化鉄含有微粉化材料、炭素質材料および分子
状酸素含有ガスを反応帯域の中間部分に供給し、粘着に
よる流動化の妨害を防ぐに充分な量のコークスが常に床
中にあるように炭素質材料の供給流れを制御し、反応帯
域を出るガスおよび固体材料を上部分から抜き出し、固
体材料をガスから分離しそして反応帯域の中間部分へ戻
し、排気の一部をダストの分離および含有ＣＯ２および
Ｈ２Ｏの大部分を除去した後に流動化作用兼還元作用ガ
スとして反応帯域の下部分に供給し、そして完全または
一部還元された酸化鉄を含有する固体材料を反応帯域の
下部分から取出すことを特徴とする、炭素質材料と混合
された酸化鉄含有微粉化材料を還元する方法。

２、おそらくはＣＯ２および／またはＨ２Ｏと混合され
た分子状酸素含有ガスの流れを制御して反応器中に所望
の温度を維持するための熱要求を充たすことを特徴とす
る、前記第１９項記載の方法。

３、反応帯域の下部分から取出された固体材料を鉄のキ
ューリ一温度以下に冷却し、そして実質上コークスを含
まない鉄部分と実質上鉄を含まないコークス部分とに磁
気的に分離することを特徴とする、前記第１．または２
９項記載の方法。

４、実質上ＣＯ２およびＨ２Ｏを含まない再循環された
ガスの一部が磁気分離にあたって流動化作用ガスとして
使用されることを特徴とする、前記第３０項記載の方法
。

５、固体状炭素質材料が反応帯域とは別の補助反応帯域
中に導入され、そこで分子状酸素含有ガスの部分流の助
けをかりて流動化され且つ一部分は燃焼され、その後ガ
スおよび固体材料が反応帯域の中間部分中に導入される
ことを特徴とする、前記第１．〜４９項のいずれかに記
載の方法。

６、おそらくは分流として炭素質材料を非酸化性ガスに
より反応帯域の中間部分に吹込むことを特徴とする、前
記第１．〜４１項記載の方法。

７、分子状酸素含有ガスを多数の小分流に分けた状態で
反応帯域の中間部分中に導入することを特徴とする、前
記各項のいづれか一つに記載の方法。

８、反応帯域の下部分から取出される固体材料が材料自
体により形成された内蔵冷却表面をもち且つ実質上ＣＯ
２およびＨ２Ｏを除いた再循環ガスの分流により流動さ
れた流動床を通過せしめることによって冷却されること
を特徴とする、前記各項のいづれか一つに記載の方法。

９、分子状酸素含有ガスを冷却剤として使用することを
特徴とする、前記第８０項記載の方法。

１０、循環流動床からの排気の一部を材料の予熱のため
に酸化鉄含有原料との直接接触に使用しそしてその後そ
のＣＯ２およびＨ２Ｏの大部分を除去した後に反応帯域
の下部分に再循環することを特徴とする、前記各項のい
づれか一つに記載の方法。

１１、全過程が大気圧以上で実施されることを特徴とす
る、前記各項のいづれか一つに記載の方法。

１２、排気の熱含量（物理的および化学的）が電気的エ
ネルギーの発生のために使用されることを特徴とする、
前記各項のいづれか一つに記載の方法。

１３、磁気分離からのコークス部分の分流がおそらくは
酸化鉄含有材料と混合して反応帯域に再循環されそして
コークスの残余分がその他の目的例えば磁気分離操作か
らの鉄部分のための融解還元段階における還元剤および
／または熱動カプラント中での燃料として使用すること
を特徴とする、前記各項のいづれか一つに記載の方法。

１４、その上部分２にサイクロン５を連結し、その中央
部分３に至る戻り管路６、炭素質材料のための導入ロア
および分子状酸素含有ガスのための導入口８、サイクロ
ン５から反応器の下方部分４ヘガスを再循環するための
管路３０を経てガスからＣＯ２およびＨ２Ｏを除去する
ためのスクラバー２７へ排気を送るための管路２３、お
よび反応器の下方部分に設けられた固体材料のための出
口１０を備えた垂直方向に長い反応器１であることを特
徴とする、前記第１０項記載の方法を実施するための装
置。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明による方法および装置の一態様を図示
したものである。 １・・・・・・反応器、５，２１，２２・・・・・・サ
イクロン、６・・・・・・帰還管路、７・・・・・・炭
素質材料、８・・・・・・ノズル、９・・・・・・分配
器、１０・・・・・・出口、１１・・・・・・冷却器、
１２・・・・・・磁気分離器、１３・・・・・・鉄部分
、１４・・・・・・コークス部分、１５・・・・・・分
子状酸素含有ガス、１７・・・・・・パイプ、１８・・
・・・・排気管、１９・・・・・・ベンチュリ装置、２
０・・・・・・精鉱、２４・・・・・・ボイラー、２５
・・・・・・熱交換器、２７・・・・・・吸収塔（スク
ラバー）、２９・・・・・・コンプレッサー、３０，３
２，３３・・・・・・管路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 垂直方向に長い反応帯域に酸化鉄含有微粉化材料、
   微粉化固体状炭素質材料および分子状酸素含有ガスを供
   給してそれにより該反応帯域において循環性流動床を維
   持し、粘着による流動化の妨害を防ぐに充分な量のコー
   クスが常に床中にあるように炭素質材料の前記供給流れ
   を制御し、反応帯域を出るガスおよび固体材料を上部分
   から抜き出し、固体材料をガスから分離しそして反応帯
   域の中間部分へ戻し、排気の一部をダストの分離および
   含有ＣＯ２およびＨ２Ｏの大部分を除去した後に流動化
   作用兼還元作用ガスとして反応帯域の下部分に供給し、
   そして完全または一部還元された酸化鉄を含有する固体
   材料を反応帯域の下部分から取出すことを特徴とする、
   炭素質材料と混合された酸化鉄含有微粉化材料を還元す
   る方法。