特許ウォッチ

公開番号2025037672
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-18
出願番号2023144750
出願日2023-09-06
発明の名称還元鉄の製造方法
出願人株式会社伊原工業
代理人個人
主分類C21B 13/00 20060101AFI20250311BHJP(鉄冶金)
要約【課題】実質的にコークスを使わず、反応系からのCO₂排出を可能な限り抑制した還元鉄の製造方法を提供する。
【解決手段】下記(1)式および(2)式に示す反応を実質的に無水環境下で逐次進行させて一酸化炭素および水素を製造するステップと、下記(2)式に示す反応で得られた一酸化炭素を下記(3)式に示すFe₂O₃を含む酸化鉄原料の還元反応に使用するステップと、還元反応で生成した二酸化炭素のモル量に応じて下記(1)式に供すべきCH₄のモル量を調整するステップと、下記(3)式に示す還元反応で生成した二酸化炭素を下記(2)式に示す反応に使用するステップとを含む、還元鉄の製造方法である。
CH₄→C+2H₂・・・・(1)
C+CO₂→2CO・・・・(2)
Fe₂O₃+3CO→2Fe+3CO₂・・・・(3)
【選択図】図7
特許請求の範囲【請求項１】
下記（１）式および（２）式に示す反応を実質的に無水環境下で逐次進行させて一酸化炭素および水素を製造するステップと、下記（２）式に示す反応で得られた一酸化炭素を下記（３）式に示すＦｅ
２
Ｏ
３
を含む酸化鉄原料の還元反応に使用するステップと、還元反応で生成した二酸化炭素のモル量に応じて下記（１）式に供すべきＣＨ
４
のモル量を調整するステップと、下記（３）式に示す還元反応で生成した二酸化炭素を下記（２）式に示す反応に使用するステップとを含む、還元鉄の製造方法。
ＣＨ
４
→Ｃ＋２Ｈ
２
・・・・（１）
Ｃ＋ＣＯ
２
→２ＣＯ・・・・（２）
Ｆｅ
２
Ｏ
３
＋３ＣＯ→２Ｆｅ＋３ＣＯ
２
・・・・（３）
続きを表示（約 95 文字）【請求項２】
前記（１）式に示す反応で得られた水素を燃焼して得られた燃焼熱を前記（１）式または（２）式に示す反応に使用するステップとを含む請求項１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ものである。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
鉄鋼生産に際して排出される二酸化炭素の量は日本のGHG総排出量の14.6%に相当する（非特許文献１）。なかでも高炉では鉄鉱石を石炭の高温乾留によって製造されたコークスで還元するため、大量の二酸化炭素が発生する。この排出削減のため、高炉に投入するコークスの使用量削減を目的として、コークス製造で生成した水素を還元剤として代替使用する方法（特許文献１）、コークス製造で生成したメタンから合成ガスを製造し還元剤として代替利用する方法（ＣＯＵＲＳＥ５０、特許文献２）、ＣＯ
２
を分離回収し、メタネーションして還元剤として再利用する方法（特許文献３）等に取り組まれているほか、地中に埋める方法（ＣＣＳ、非特許文献１）も検討されている。
【０００３】
高炉における取り組みとは別に、酸化鉄原料に対し、還元ガスとして、天然ガスを改質した合成ガスを用い、直接還元鉄（ＤＲＩ）を得るプロセスが複数種実用化されている（例えば、特許文献４）。ＤＲＩ製造プロセスは、コークスを一切使わないことからＣＯ
２
排出量が少ない特徴があるうえ、ＤＲＩを高炉原料として転用することにより、高炉用コークスの使用量削減が可能だからである（非特許文献１）。
【０００４】
高炉またはＤＲＩ製造プロセスのいずれの方法によるにしても、水素系還元ガス種で還元する限り、吸熱反応であり、炉内温度が低下し、鉄が溶解しなくなるのを免れない（非特許文献２）。また高炉のカーボンニュートラル化を実現するには、大量の水素が必要となっているが、クリーン水素の供給が足らないという大きな問題がある。また、炭素系還元ガス種で還元する限り、最終的にはＣＯ
２
の発生、排出を避けられない問題がある。そこで、製鉄所内の高温の顕熱や廃熱を活用し、炉頂ガス中のＣＯ
２
をＣと反応させることで、ＣＯへ変換し、鉄鉱石の還元ガスとして再利用することが提案されている（特許文献５）が、これはコークス利用を前提とした高炉で排出されるＣＯ
２
の一部をＣＯに転換するものにすぎない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２００９－２２１５４９号公報
特開２０１１－２１３５４５号公報
特開２０１１－２２５９６９号公報
米国特許第５４３７７０８号公報
特表２０２３－５０３２９６号公報
【非特許文献】
【０００６】
原晋一、「ゼロカーボン製鉄への途」、化学工学会SCE・Netエネルギー研究会発表資料、2021年1月18日
ＮＥＤＯグリーンイノベーション基金特集記事「水素を使ったCO2排出量実質ゼロの革新的な製鉄プロセスの実現へ」、２０２３年８月、（URL：https://green-innovation.nedo.go.jp/feature/iron-steelmaking/）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上のように、鉄鉱石の還元にコークスを使うにしても合成ガスを使うにしても、やがてＣＯ
２
は系外に排出されることになる。
【０００８】
上記現状に鑑み、本発明は、実質的にコークスを使わず、反応系からのＣＯ
２
排出を可能な限り抑制した還元鉄の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するためになされた本発明の１つの側面は、下記（１）式および（２）式に示す反応を実質的に無水環境下で逐次進行させて一酸化炭素および水素を製造するステップ（シーケンシャル・ドライリフォーミング法、ＳＤＲＭ法）と、下記（２）式に示す反応で得られた一酸化炭素を下記（３）式に示すＦｅ
２
Ｏ
３
を含む酸化鉄原料の還元反応に使用するステップと、還元反応で生成した二酸化炭素のモル量に応じて下記（１）式に供すべきＣＨ
４
のモル量を調整するステップと、下記（３）式に示す還元反応で生成した二酸化炭素を下記（２）式に示す反応に使用するステップとを含む、還元鉄の製造方法である。
ＣＨ
４
→Ｃ＋２Ｈ
２
・・・・（１）
Ｃ＋ＣＯ
２
→２ＣＯ・・・・（２）
Ｆｅ
２
Ｏ
３
＋３ＣＯ→２Ｆｅ＋３ＣＯ
２
・・・・（３）
本方法によれば、（１）と（２）の反応を逐次行うものであることから、反応系から下記逆水性ガスシフト反応
ＣＯ
２
＋Ｈ
２
→ＣＯ＋Ｈ
２
Ｏ・・・・（５）
等による水を副生せずにＨ
２
とＣＯを別々に生成させることができる結果、ＣＯのみを還元剤とした、高炉にも利用可能な還元鉄の製造方法が提供できる。また還元反応で生成した二酸化炭素のモル量に応じて上記（１）式に供すべきＣＨ
４
のモル量を調整することにより（化学量論的には二酸化炭素：ＣＨ
４
のモル比が１：１である場合に、Ｆｅ：ＣＯ：Ｈ
２
が２：３：６で排出されるのみとなるため、そのように調整する）、生成した二酸化炭素の全量を上記（２）式に示す反応に循環利用することができ、反応系からのＣＯ
２
排出を可能な限り抑制できる。
【００１０】
上記還元鉄の製造方法は、上記（１）式に示す反応で得られた水素を燃焼して得られた燃焼熱を上記（１）式または（２）式に示す反応に使用するステップをさらも含んでいてもよい。斯かる構成により、水素の高い燃焼熱で上記（１）式または（２）式に示す吸熱反応を円滑に推し進めることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許