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公開番号2025175825
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-12-03
出願番号2024082107
出願日2024-05-20
発明の名称ガス均質化装置、ガス均質化方法、水素ガスの製造方法、水素ガス製造設備及びその運転方法、ガス化溶融炉設備及びその運転方法、製鉄方法、熱処理方法、並びに鉄鉱石の製造方法
出願人日鉄エンジニアリング株式会社,日本製鉄株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類B01F 23/10 20220101AFI20251126BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】動力の増加を抑制しつつ、ガスの経時的な組成変動の影響を十分に低減することが可能なガス均質化装置を提供すること。
【解決手段】組成が経時的に変動する第1ガスが順次に導入される複数のタンクと、複数のタンクの少なくとも一つから導出され、第1ガスよりも経時的な組成の変動幅が低減された第2ガスが流通する流路と、流路に接続され、第2ガスと、第1ガス及び第2ガスとは異なる組成を有する第3ガスとを混合して第4ガスを導出する混合器と、を備える、ガス均質化装置を提供する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
組成が経時的に変動する第１ガスが順次に導入される複数のタンクと、
前記複数のタンクの少なくとも一つから導出され、前記第１ガスよりも経時的な組成の変動幅が低減された第２ガスが流通する流路と、
前記第２ガスと、前記第１ガス及び前記第２ガスとは異なる組成を有する第３ガスとを混合して第４ガスを導出する混合器と、を備える、ガス均質化装置。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記第１ガスの組成は周期的に変動する、請求項１に記載のガス均質化装置。
【請求項３】
前記第１ガスは、圧力スイング吸着装置から導出されるオフガスの少なくとも一部を含む、請求項１又は２に記載のガス均質化装置。
【請求項４】
前記圧力スイング吸着装置の吸着塔から導出される前記オフガスの流路は複数に分岐しており、
前記オフガスが水素の平均濃度が互いに異なる複数のオフガスに分別され、分別されたオフガスが前記第１ガスとして前記複数のタンクに順次に導入される、請求項３に記載のガス均質化装置。
【請求項５】
前記第１ガスが前記複数のタンクに順次に導入されるように前記第１ガスが導入されるタンクを切り替える切替部を備え、
前記切替部は前記第１ガスの組成変動の周期ごとに前記タンクを切り替える、請求項１又は２に記載のガス均質化装置。
【請求項６】
前記第１ガスが前記複数のタンクに順次に導入されるように前記第１ガスが導入されるタンクを切り替える切替部を備え、
前記切替部は前記第１ガスの組成変動の周期よりも短い周期で前記タンクを切り替える、請求項１又は２に記載のガス均質化装置。
【請求項７】
前記複数のタンクの総数は、前記第１ガスの組成変動の一周期当たりに前記第１ガスが導入されるタンクの基数よりも多い、請求項１又は２に記載のガス均質化装置。
【請求項８】
請求項１又は２に記載のガス均質化装置と、水素ガスを精製する圧力スイング吸着装置と、を備える水素ガス製造設備であって、
前記圧力スイング吸着装置から導出される水素ガスを含むオフガスの少なくとも一部が前記第１ガスとして前記ガス均質化装置に導入され、
水素ガスと窒素ガスとを含む前記第３ガスが前記混合器に導入され、
前記第４ガスを含むガスが前記圧力スイング吸着装置に導入される、水素ガス製造設備。
【請求項９】
前記第１ガスとして前記ガス均質化装置に導入される前記オフガスにおける水素ガスの平均濃度が４０体積％以上である、請求項８に記載の水素ガス製造設備。
【請求項１０】
請求項１又は２に記載のガス均質化装置と、溶融炉と、前記溶融炉の上方に設けられる装入装置と、前記装入装置で用いられる窒素ガスを精製する第１圧力スイング吸着装置と、を備えるガス化溶融炉設備であって、
前記第１圧力スイング吸着装置から導出される酸素ガスを含むオフガスの少なくとも一部が前記第１ガスとして前記ガス均質化装置に導入され、
前記第３ガスとして酸素を含む第１酸素含有ガスが前記混合器に導入され、
前記第４ガスを含む第２酸素含有ガスが前記溶融炉に導入される、ガス化溶融炉設備。
（【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】
本開示は、ガス均質化装置、ガス均質化方法、水素ガスの製造方法、水素ガス製造設備及びその運転方法、ガス化溶融炉設備及びその運転方法、製鉄方法、熱処理方法及び鉄鉱石の製造方法に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
各種プラントでは種々のオフガスが発生する。例えば、ＰＳＡ装置の脱圧工程及び再生工程では、水素ガスを含むオフガスが発生する。特許文献１では、ＰＳＡ装置から排出されるオフガスを、第１のタンクと第２のタンクの間で循環させて混合することによって、オフガス中の水素ガス濃度の変動を抑制する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１８－１７７６１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の方法でオフガスを均質化するためには、タンク間で大量のオフガスを循環させる必要がある。オフガスの循環量が増えると、オフガスを循環させるための動力が増加する。本開示は、動力の増加を抑制しつつ、ガスの経時的な組成変動の影響を十分に低減することが可能なガス均質化装置及びガス均質化方法を提供する。本開示は、オフガスを有効に利用して水素ガスを効率よく製造することが可能な水素ガス製造設備及びその運転方法を提供する。本開示は、オフガスを有効に利用して効率よく運転することが可能なガス化溶融炉設備及びその運転方法を提供する。本開示は、オフガスを有効に利用することが可能な水素ガスの製造方法を提供する。本開示は、水素ガス製造設備で得られる精製ガス又はオフガスを有効に利用することが可能な製鉄方法、熱処理方法及び鉄鉱石の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一側面は、組成が経時的に変動する第１ガスが順次に導入される複数のタンクと、上記複数のタンクの少なくとも一つから導出され、上記第１ガスよりも経時的な組成の変動幅が低減された第２ガスが流通する流路と、上記第２ガスと、上記第１ガス及び上記第２ガスとは異なる組成を有する第３ガスとを混合して第４ガスを導出する混合器と、を備える、ガス均質化装置を提供する。
【０００６】
上記ガス均質化装置は、組成が経時的に変動する第１ガスが順次に導入される複数のタンクを備える。このような複数のタンクは、第１ガスの経時的な組成の変動を緩衝し、第１ガスよりも経時的な組成の変動幅が低減された第２ガスを導出することができる。そして、このような第２ガスが流通する流路と、当該第２ガスと第３ガスとを混合し第４ガスを導出する混合器を備える。このようなガス均質化装置によれば、第１ガスの経時的な組成の変動の影響が十分に低減され、十分に均質化された第４ガスを得ることができる。また、複数のタンクの間でガスを循環する必要がないことから、動力の増加を抑制することができる。
【０００７】
本開示の一側面は、上記ガス均質化装置と、水素ガスを精製する圧力スイング吸着装置と、を備える水素ガス製造設備であって、上記圧力スイング吸着装置から導出される水素ガスを含むオフガスの少なくとも一部が上記第１ガスとして上記ガス均質化装置に導入され、水素ガスと窒素ガスとを含む上記第３ガスが上記混合器に導入され、上記第４ガスを含むガスが上記圧力スイング吸着装置に導入される、水素ガス製造設備を提供する。
【０００８】
上記水素ガス製造設備は、圧力スイング吸着装置から導出される水素ガスを含むオフガスの少なくとも一部を、上記ガス均質化装置を用いて圧力スイング吸着装置に導入することができる。このためオフガスに含まれる水素ガスを有効に利用することが可能になり、効率よく水素ガスを製造することができる。
【０００９】
本開示の一側面は、上記ガス均質化装置と、溶融炉と、前記溶融炉の上方に設けられる装入装置と、上記装入装置で用いられる窒素ガスを精製する第１圧力スイング吸着装置と、を備えるガス化溶融炉設備であって、上記第１圧力スイング吸着装置から導出される酸素ガスを含むオフガスの少なくとも一部が上記第１ガスとして上記ガス均質化装置に導入され、上記第３ガスとして酸素を含む第１酸素含有ガスが上記混合器に導入され、上記第４ガスを含む第２酸素含有ガスがガス化溶融炉に導入される、ガス化溶融炉設備を提供する。
【００１０】
上記ガス化溶融炉設備は、第１圧力スイング吸着装置から導出される酸素ガスを含むオフガスの少なくとも一部を、上記ガス均質化装置を用いてガス化溶融炉設備に導入することができる。このためオフガスに含まれる酸素ガスを有効に利用することが可能になり、ガス化溶融炉設備を効率よく運転することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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