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公開番号2024175931
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-19
出願番号2023094036
出願日2023-06-07
発明の名称低炭素高炉製鉄のためのクリーンな還元ガスの製造方法
出願人国立大学法人東京大学
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類C01B 32/40 20170101AFI20241212BHJP(無機化学)
要約【解決課題】
高炉製鉄プロセスで活用される新たな脱炭素技術を開発すること。
【解決手段】
高炉での製鉄に用いられる還元性ガスを製造する方法であって、
(1)還元鉄及び二酸化炭素を、酸化剤反応器に供給する工程、及び
(2)前記酸化剤反応器中で、高温で、前記還元鉄を二酸化炭素で酸化して、一酸化炭素富化な還元性ガスを生成する工程、
を含む、当該製造方法。
特許請求の範囲【請求項１】
高炉での製鉄に用いられる還元性ガスを製造する方法であって、
（１）還元鉄及び二酸化炭素を、酸化剤反応器に供給する工程、及び
（２）前記酸化剤反応器中で、高温で、前記還元鉄を二酸化炭素で酸化して、一酸化炭素富化な還元性ガスを生成する工程、
を含む、当該製造方法。
続きを表示（約 880 文字）【請求項２】
（３）前記酸化剤反応器で生成した部分酸化された還元鉄を空気反応器に送る工程、及び
（４）前記空気反応器中で、前記部分酸化された還元鉄を、空気によって完全に酸化する工程、
を更に含む、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
完全に酸化された還元鉄を回収する工程を含む、請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記二酸化炭素が、濃縮二酸化炭素である、請求項１に記載の製造方法。
【請求項５】
前記二酸化炭素は、製鉄工場の任意のプロセスから分離回収された二酸化炭素、または、生物起源の二酸化炭素である、請求項４に記載の製造方法。
【請求項６】
前記還元鉄は、直接還元鉄（ＤＲＩ）及び／又はホットブリケット鉄（ＨＢＩ）である、請求項１に記載の製造方法。
【請求項７】
前記完全に酸化された還元鉄が、高炉に充填される酸化鉄として、又は、高炉に充填される前に焼結される酸化鉄として、再利用される、請求項２に記載の製造方法。
【請求項８】
請求項１～７のいずれか１項に記載の製造方法により得られる還元性ガスを、高炉内に吹き込むことを特徴とする、高炉での銑鉄の製造方法。
【請求項９】
高炉で銑鉄を製造する方法であって、
（ａ）還元鉄及び二酸化炭素を、酸化剤反応器に供給する工程、
（ｂ）前記反応器中で、高温で、前記還元鉄を二酸化炭素で酸化して、一酸化炭素富化な還元性ガスを生成する工程、
（ｃ）（ｂ）の工程で得られた前記還元性ガスを、高炉内に供給する工程
を含む、当該製造方法。
【請求項１０】
（ｄ）（ｂ）の工程において酸化剤反応器で生成した部分酸化された還元鉄を空気反応器に送る工程、及び
（ｅ）前記空気反応器中で、前記部分酸化された還元鉄を、空気によって完全に酸化する工程、
を更に含む、請求項９に記載の製造方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉での製鉄に用いられる還元性ガスを製造する方法に関わる。また、本発明は、当該製造方法で得られる還元性ガスを用いた高炉で銑鉄を製造する方法に関わる。
続きを表示（約 3,100 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境問題や化石燃料枯渇問題を背景として、様々な分野において省エネルギー化並びに二酸化炭素（ＣＯ
２
）の排出量低減が強く求められている。特に、日本の全産業排出量の約４０％は鉄鋼業に由来する。
一方で、鉄鋼生産の需要は世界中で増加を続けており、高炉製鉄プロセスは、依然として溶銑を生産する最も効果的かつ効率的な手法である。
【０００３】
したがって、２０３０年までに温室効果ガスの排出量を２０１３年度比で３０％以上削減し、２０５０年までにカーボンニュートラルを達成するためには、製鉄業のＣＯ
２
排出量の７０％以上を占める高炉製鉄プロセスの脱炭素化技術の提案・開発が急務である。
【０００４】
これまで、高炉での炭素消費（コークスや微粉炭）を低減するために、様々な脱炭素技術が提案・開発されてきた。例えば、（１）直接還元鉄（ＤＲＩ）／ホットブリケット鉄（ＨＢＩ）を高炉に直接投入する（非特許文献１及び２）；（２）高炉へ水素リッチガス（ＣＯＧ）を注入する技術（特許文献１及び非特許文献３）；及び（３）トップガスリサイクル（ＴＧＲ）高炉技術は（特許文献２及び非特許文献４）、現在開発中の３つの主要な脱炭素技術である。しかしながら、上記の技術にはそれぞれ運転上の制約があり、高炉製鉄プロセスの運転条件を複雑かつ困難なものとする。特に、上記の技術に頼るだけでは、ＣＯ
２
排出削減の可能性は非常に限られている（約２０－２５％）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
ＥＰ２７１９７７７Ａ１
米国特許第１０１０６８６３
【非特許文献】
【０００６】
宇治澤優, 砂原公平, 松倉良徳, 中野薫, 山本高郁「HBl利用による高炉増産効果の検討」、鉄と鋼、Vol.92(2016)No.10
A. Griesser and Th. Buergler Berg Huettenmaenn Monatsh (2019) Vol. 164 (7): 267-273
Kenichi HIGUCHI, Shinroku MATSUZAKI, Koji SAITO and Seiji NOMURA, Improvement in Reduction Behavior of Sintered Ores in a Blast Furnace through Injection of Reformed Coke Oven Gas. ISIJ International, Vol. 60 (2020), No. 10, pp. 2218-2227
Wei Zhang, Juhua Zhang, Zhengliang Xue, Exergy analyses of the oxygen blast furnace with top gas recycling process. Energy 121, 15, Pages 135-146
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、高炉製鉄プロセスで活用される新たな脱炭素技術を開発することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、高炉の大規模な改修を行わずにＣＯ
２
排出量を最大限削減できないかを鋭意検討したところ、化学ループプロセスの原料として還元鉄を利用することによってクリーンな還元ガス (ＣＯベース) を得ることができることを着想し、高炉製鉄からの銑鉄生産のための革新的な低炭素プロセスを提供できることを見出し、本発明を完成した。
【０００９】
即ち、本発明は、以下の構成を有するものでさる。
［１］高炉での製鉄に用いられる還元性ガスを製造する方法であって、
（１）還元鉄及び二酸化炭素を、酸化剤反応器に供給する工程、及び
（２）前記酸化剤反応器中で、高温で、前記還元鉄を二酸化炭素で酸化して、一酸化炭素富化な還元性ガスを生成する工程、
を含む、当該製造方法。
［２］（３）前記酸化剤反応器で生成した部分酸化された還元鉄を空気反応器に送る工程、及び
（４）前記空気反応器中で、前記部分酸化された還元鉄を、空気によって完全に酸化する工程、
を更に含む、［１］に記載の製造方法。
［３］完全に酸化された還元鉄を回収する工程を含む、［２］に記載の製造方法。
［４］前記二酸化炭素が、濃縮二酸化炭素である、［１］～［３］のいずれか１項に記載の製造方法。
［５］前記二酸化炭素は、製鉄工場の任意のプロセスから分離回収された二酸化炭素、または、生物起源の二酸化炭素である、［１］～［４］のいずれか１項に記載の製造方法。
［６］前記還元鉄は、直接還元鉄（ＤＲＩ）及び／又はホットブリケット鉄（ＨＢＩ）である、［１］～［５］のいずれか１項に記載の製造方法。
［７］前記完全に酸化された還元鉄が、高炉に充填される酸化鉄として、又は、高炉に充填される前に焼結される酸化鉄として、再利用される、［２］～［６］のいずれか１項に記載の製造方法。
［８］［１］～［７］のいずれか１項に記載の製造方法により得られる還元性ガスを、高炉内に吹き込むことを特徴とする、高炉での銑鉄の製造方法。
［９］高炉で銑鉄を製造する方法であって、
（ａ）還元鉄及び二酸化炭素を、酸化剤反応器に供給する工程、
（ｂ）前記反応器中で、高温で、前記還元鉄を二酸化炭素で酸化して、一酸化炭素富化な還元性ガスを生成する工程、
（ｃ）（ｂ）の工程で得られた前記還元性ガスを、高炉内に供給する工程
を含む、当該製造方法。
［１０］（ｄ）（ｂ）の工程において酸化剤反応器で生成した部分酸化された還元鉄を空気反応器に送る工程、及び
（ｅ）前記空気反応器中で、前記部分酸化された還元鉄を、空気によって完全に酸化する工程、
を更に含む、［９］に記載の製造方法。
［１１］完全に酸化された還元鉄を回収する工程を含む、［１０］に記載の製造方法。
［１２］前記二酸化炭素は、製鉄工場の任意のプロセスから回収された二酸化炭素、または、生物起源の二酸化炭素である、［９］～［１１］のいずれか１項に記載の製造方法。
［１３］前記還元鉄は、直接還元鉄（ＤＲＩ）及び／又はホットブリケット鉄（ＨＢＩ）である、［９］～［１２］のいずれか１項に記載の製造方法。
［１４］前記完全に酸化された還元鉄が、高炉に充填される酸化鉄として、又は、高炉に充填される前に焼結される酸化鉄として、再利用される、［１０］～［１３］に記載の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、高炉の大規模な改修を行わずに、炭素の使用量を３５％以上節約することができる。このように、本発明は、従来の高炉製鉄法に比べて、コークス及び微粉炭の消費量を大幅に削減することができるため、ＣＯ
２
排出量を顕著に削減することができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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