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公開番号2025122850
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-22
出願番号2024018555
出願日2024-02-09
発明の名称バイオ水素製鉄方法
出願人個人
代理人
主分類C21B 5/00 20060101AFI20250815BHJP(鉄冶金)
要約【課題】二酸化炭素排出の削減策として、水素製鉄もテストプラント化されている。水素の安価な多量供給源と電気炉での使用電気量の増加などの問題がある。
【解決手段】樹木や竹などバイオマスから大量の水性ガスや水素製造が可能。石炭ガス化複合発電は効率的に水性ガスから水素を製造しており石炭の代わりにバイオマスも使用可能。多段式水素発生装置でも石炭の代わりにバイオマスが使用可能。水性ガスや水素の安価な供給源は心配ない。バイオマスからの水性ガスや水素を直接高炉下部で燃焼させ、製鉄還元に必要な熱量を供給すればよい。高炉での水素製鉄時のガス抜け悪化現象もコークス並の圧縮強度を有する固形バイオマス(竹や樹木)を使用すれば解決する。水性ガスか水素のみの燃焼なら高炉の中でバイオマスと水性ガス化反応が生じ、発生した水性ガスで製鉄還元が起きる。よって、高炉下部でのバーナー燃焼もあり、転炉は不要になる可能性が高い。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
「鉄鉱石もしくはフェロコークスの混合物」と「固形バイオマス」を製鉄の高炉で層状に充填し、ガスの通りを維持し、水素を含む還元性ガスを高炉下部から大量に吹込みほとんどをバーナーで燃焼させ、鉄鉱石の還元に必要な熱量を供給する製鉄。その水素を含む還元性ガスは、樹木・竹・その他のバイオマスから製造し、二酸化炭素などが含まれていても除去せず、製造したときの高温を維持して高炉に供給する熱効率の良い水素製鉄方法。製鉄還元での使用炭素分が少なければ、鉄中の炭素量が少なく、鉄鋼製品が製造できるので、転炉は不要。製鉄のコストダウンとなる製鉄方法。高炉でのバーナーの安定的な燃焼と高温維持のため、水素発生装置で製造したガスから二酸化炭素を除去した水素純度の高いガスを一部使用することも可能である製鉄方法。また、還元性ガスの高炉への吹込みを容易にするため、還元性ガス製造時の圧力によってはポンプで加圧する。
続きを表示（約 240 文字）【請求項２】
高炉ガスを利用したコンバインドサイクル発電を組み合わせた、大過剰に還元性ガスを供給・燃焼させて生産性を高めた（請求項１）の製鉄方法。
【請求項３】
操業上のためより多くのバイオマスを高炉に充填した時は熔鉱炉の鉄に炭素が多く含まれ過ぎた時、転炉も組み合わせて操業する（請求項１）（請求項２）の製鉄方法。
【請求項４】
還元性ガスによるガスタービンの回転力でポンプを回転させる（請求項１）（請求項２）（請求項３）の製鉄システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、主にバイオマスからの水性ガス及び水素を利用した製鉄に関するものである。
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、二酸化炭素の排出削減が要望され、各国の政府も削減を要求している。そのため、石炭からコークスを製造し、そのコークスで鉄鉱石を還元して鉄を取り出す方式から水素で還元する方式に切り替える技術開発が進んでいる。また、コークス炉ガスや高炉ガスからの水素を利用し、発生した二酸化炭素の分離・地下貯留が検討されている。高炉への水素吹込み技術で二酸化炭素の１０パーセント削減は実証されている。更なる削減には、水素の大量で安価な安定供給が必要とされているが、国産水素の目途は立っていない。〔非特許文献１〕ここにはFeOの還元反応の吸熱反応・発熱反応式も記載されている。
【０００３】
石炭の代わりに、樹木をコークス炉で炭化して炭にし、溶鉱炉で製鉄しても、二酸化炭素の排出削減になる。でも溶鉱炉での製鉄に耐えられる強度の炭が製造できないのか、研究されているという情報は製鉄業界から発信されていない。
【０００４】
バイオマス利用のバイオコークスが開発されている〔非特許文献８〕〔非特許文献９〕〔非特許文献１０〕が、製鉄への使用には至っていない。
【０００５】
通常のコークスの一部をフェロコークス（一般炭と低品位鉄鉱石の混合成型・乾留により生成されるコークス代替還元材）に置き換えて使用することにより、大幅に二酸化炭素の排出を削減が期待出来る〔非特許文献２〕。でも、カーボンフリーにはほど遠い。
【０００６】
本発明者が特許出願した〔特許文献18〕JPB 007251858バイオ多段式水素発生システムなら、多種多様なバイオマスから水素を製造することができる。
【０００７】
現在、稼働している石炭ガス化複合発電の水素発生装置は石炭と空気とスチームで発生させたガスから二酸化炭素を除去している〔特許文献17〕。それらの装置を利用して、石炭の代わりにバイオマスを挿入してガス化しても水素は得られる。二酸化炭素を除去しなくても、一酸化炭素と水素も含む可燃性ガスなので、ガスタービン発電機〔非特許文献1２〕やメタノール合成などに利用できる。
【０００８】
今までの製鉄関係での二酸化炭素排出削減対策及び技術開発の経過について記載する。
製鉄所の高炉羽口から吹き込む還元性ガスの炭素/水素のモル比率をコントロールする事によって、高炉内の温度を維持し、鉄鉱石の還元比率を向上させた。よって、使用コークスを減らして二酸化炭素の排出削減につなげる〔特許文献1〕。同じく、高炉羽口から吹き込む還元性ガスの吹込み条件を最適化して、二酸化炭素の排出削減につなげる〔特許文献2〕。
【０００９】
高炉からの排出ガスすなわち高炉ガス中の二酸化炭素を還元して高炉にリサイクルする事によって、二酸化炭素の排出削減につなげる〔特許文献３〕。
【００１０】
廃プラスチックの熱分解により発生させたガスからメタンガスを合成し、高炉羽口より供給し、CO2の発生を抑える。ただし、羽口温度は１２００度C以上必要。〔特許文献４〕
（【００１１】以降は省略されています）

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