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公開番号2024164270
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-26
出願番号2024150912,2023554636
出願日2024-09-02,2022-10-14
発明の名称還元鉄の製造方法
出願人日本製鉄株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類C21B 13/02 20060101AFI20241119BHJP(鉄冶金)
要約【課題】水素ガスを含む還元ガスをシャフト炉の還元ガスとして使用した場合であっても、還元鉄を加炭することが可能な、新規かつ改良された還元鉄の製造方法を提供する。
【解決手段】シャフト炉を用いた還元鉄の製造方法であって、酸化鉄である原料を、水素ガスを含む還元ガスで還元して還元鉄を生成する還元工程と、前記還元工程の排ガスから水を除去することで、前記排ガスから水素ガスを分離する脱水工程と、前記還元鉄を、炭素を元素として含む冷却ガスで炭化しつつ冷却する冷却工程と、前記冷却工程の排ガスからCOガスとCO₂とを分離する分離工程と、を有し、前記冷却ガスがCOガスを含み、前記還元ガスが、前記脱水工程で分離された前記水素ガスを含み、前記冷却ガスが、前記分離工程で分離された前記COガスを更に含む、還元鉄の製造方法。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
シャフト炉を用いた還元鉄の製造方法であって、
酸化鉄である原料を、水素ガスを含む還元ガスで還元して還元鉄を生成する還元工程と、前記還元工程の排ガスから水を除去することで、前記排ガスから水素ガスを分離する脱水工程と、前記還元鉄を、炭素を元素として含む冷却ガスで炭化しつつ冷却する冷却工程と、前記冷却工程の排ガスからＣＯガスとＣＯ
２
とを分離する分離工程と、を
有し、
前記冷却ガスがＣＯガスを含み、
前記還元ガスが、前記脱水工程で分離された前記水素ガスを含み、
前記冷却ガスが、前記分離工程で分離された前記ＣＯガスを更に含む、還元鉄の製造方法。
続きを表示（約 840 文字）【請求項２】
請求項１に記載の還元鉄の製造方法において、
ＣＯ
２
ガスでチャー又はコークスをガス化してＣＯガスを製造する炭素ガス化工程を更に有し、
前記炭素ガス化工程で供されるＣＯ
２
ガスが前記分離工程で分離された前記ＣＯ
２
ガスを含み、
前記冷却ガスが、前記炭素ガス化工程で製造された前記ＣＯガスである、還元鉄の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の還元鉄の製造方法において、
前記冷却工程の排ガスから水を分離し、前記分離工程に排ガスを導入する第２の脱水工程と、石炭を乾留して石炭乾留ガスを製造する石炭乾留工程と、を更に有し、
前記分離工程が、ＣＯガスとＣＯ
２
ガスに加え、第２の脱水工程と前記石炭乾留工程から生じたメタンガスと、水素ガスと、を更に有する混合ガスから、
水素ガスと、ＣＯガス及びメタンガスの混合ガスと、ＣＯ
２
ガスと、を分離し、
前記冷却ガスが、前記混合ガスであり、
前記石炭乾留工程において、前記分離工程で分離された前記ＣＯ
２
ガスを用いて前記石炭乾留ガスを製造する、還元鉄の製造方法。
【請求項４】
底部から順に、前記底部に前記炭化しつつ冷却された還元鉄を排出する還元鉄排出部、冷却ガス吹込口、冷却ガス排出口、還元ガス吹込口、還元ガス排出口および、頂部に前記酸化鉄である原料を装入する原料装入部を有するシャフト炉を用い、
前記還元工程において、前記還元ガス吹込口と還元ガス排出口との間の還元帯で前記原料を、前記還元ガスで還元して前記還元鉄を生成し、
前記冷却工程において、前記冷却ガス吹込口と前記冷却ガス排出口との間の冷却帯で前記還元鉄を、前記冷却ガスで炭化しつつ冷却する、請求項１～３のいずれか１項に記載の還元鉄の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、還元鉄の製造方法に関する。
本願は、２０２１年１０月１４日に、日本に出願された特願２０２１－１６８７２１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
酸化鉄を含有する原料から鉄を得る（酸化鉄を還元する）製鉄方法の一つとして、直接還元製鉄法が知られている。直接還元製鉄法は、これを行うためのプラントの建設コストが安価であること、運転が容易であること、小規模プラントで操業可能であること、などを背景として、発展を続けてきた。特に、シャフト炉方式の直接還元製鉄法においては、炉内の還元ガスを有効に活用するための種々の改善が加えられている。
【０００３】
さらに、還元鉄の輸送時の再酸化を防止する目的で、還元鉄を炭化させる工程を追加して炭化鉄を製造する方法も知られている。炭化鉄には電気炉で溶解する際の消費エネルギーが低減するメリットも有する。
【０００４】
例えば、特許文献１、２には、流動層方式の直接還元製鉄法における鉄鉱石の還元および浸炭方法が記載されており、還元ガスの組成や温度、圧力が規定されている。特許文献３には、シャフト炉方式の直接還元製鉄法における鉄鉱石の還元および浸炭方法が記載されており、還元ガスの組成や温度、圧力が規定されている。
【０００５】
一般的に、ＣＨ
４
（メタンガス）の分解反応は吸熱反応であり、高温高圧であるほど進展しやすい。例えば、常圧系のＭＩＤＲＥＸ法では、還元ガスを加熱する際にＯ
２
を富化することで、還元ガスの温度を上昇させ、還元鉄のＣ濃度の向上を志向する。また、高圧系のＨＹＬ（ＥＮＥＲＧＩＲＯＮ）法では、還元鉄のＣ濃度がＭＩＤＲＥＸ法に比べて高いことが知られている。（ＭＩＤＲＥＸ法：還元鉄のＣ濃度０．５～２．５％、ＥＮＥＲＧＩＲＯＮ法：２．０～４．５％）
【０００６】
また、最近はＭＩＤＲＥＸ法における還元鉄のＣ濃度の向上を目的にＡＣＴ（登録商標）（ＡｄｊｕｓｔａｂｌｅＣａｒｂｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）が開発されている（非特許文献１）。このプロセスではリフォーマーで改質した天然ガスの一部を冷却／圧縮／膜分離することで、天然ガスをＣＯリッチガスとＨ
２
リッチガスに分ける。そして、Ｈ
２
リッチガスをプロセスガスに戻し（すなわち、還元帯に吹き込み）、ＣＯリッチガスを遷移帯（ＴｒａｎｓｉｔｉｏｎＺｏｎｅ）に天然ガスで混合して吹込むことで、還元鉄のＣ濃度を向上・制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
日本国特開平１１－３４３５１２号公報
日本国特開平５－２２２４２３号公報
日本国特開平８－１２０３１４号公報
【非特許文献】
【０００８】
http://www.midrex.com/wp-content/uploads/MIDREX-ACT-fpo-Brochure.pdf、２０１７年９月発行
水谷ら：ＣＡＭＰ－ＩＳＩＪ，３３（２０２０），４８３．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一方、最近は鉄鋼業からの二酸化炭素排出量の削減を目的として、還元ガスとして水素ガスを利用した直接還元製鉄法の開発が進んでいる。代表的な例として、水の電気分解などにより得られた水素ガスをシャフト炉方式の直接還元製鉄法に利用するＨＹＢＲＩＴやＭＩＤＲＥＸ＋Ｈ
２
などが知られている。しかし、これらのプロセスは還元ガスとして水素ガスを用いるため、還元鉄を加炭することができず、電気炉での溶解処理の多量なエネルギーが必要となる。
【００１０】
そこで、本発明の目的とするところは、水素ガスを含む還元ガスをシャフト炉の還元ガスとして使用した場合であっても、還元鉄を加炭することが可能な、新規かつ改良された還元鉄の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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