[发明专利]冶金炉产生的废气的改性方法和冷却方法以及它们的装置

说明书

本申请是申请日为2009年5月12日、申请号为200980117666.2(国际申请号为PCT/JP2009/059111)、发明名称为“冶金炉产生的废气的改性方法和冷却方法以及它们的装置”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及由冶金炉产生的废气的改性方法和冷却方法以及它们的装置。特别涉及由转炉或熔融还原炉之类的冶金炉产生的含有二氧化碳的废气的改性方法和冷却方法以及它们的装置。

背景技术

近年来，为了保护地球环境并防止地球温室化，减少二氧化碳排出已成为重大课题。特别是在炼铁厂，减少二氧化碳排出已成为涉及企业存续的最重要问题。一直以来，虽然为此提出了各种提案，但是一直未实现真正的减少二氧化碳的技术。

一般而言，在炼铁厂，由转炉或熔融还原炉等产生含有大量二氧化碳的高温废气。由于这些废气除二氧化碳之外还含有一氧化碳、氢气等，因此，也作为驱动炼铁厂内各种设备的能源利用。另外，从利用这种高温废气的显热的观点来看，通常通过将其供给锅炉使其产生低压蒸汽来进行废热回收。但是，炼铁厂中的低压蒸汽的利用价值低，反而期望能够化学地利用高温废气。

另外，已知甲烷等各种烃或甲醇、二甲醚等含氧化合物与二氧化碳或水蒸气反应而被改性为一氧化碳和氢气。作为利用该反应的废热回收技术，在日本特开2000-212615号公报中公开有如下的实现“增热”的方法：向由转炉等精炼设备产生的含有二氧化碳和/或水蒸气的高温废气中，供给含有烃的气体和/或液体而引发改性反应，使该废气中的一氧化碳和氢气增加，由此，增大废气的潜热。

在该日本特开2000-212615号公报中公开的方法中，向转炉废气中吹入天然气而进行下式(1)的改性反应时，使视为该反应结束的位置的温度降低至约375℃。但是，根据发明人的研究可知，若改性反应的结束温度低于800℃，则碳的生成变得显著，存在导致在废气回收设备内堆积碳和炉尘的问题。并且，若改性反应的结束温度降低，则导致改性反应效率下降，二氧化碳的转化率降低。

CH₄+CO₂→2CO+2H₂(1)

另外，在日本特开平5-117668号公报中公开有如下的方法：向从转炉排出的气体的温度达到600℃以上的位置供给煤，并使废气与煤对置接触，由此，进行下式(2)的改性反应而生成一氧化碳，实现废气的增热。

CO₂+C→2CO(2)

该日本特开平5-117668号公报中公开的方法，虽然在使用廉价的煤来进行改性反应这一方面优良，但是煤中含有的不可燃成分(SiO₂、Al₂O₃等)会堆积于烟道内，或落到转炉内，具有导致炉渣量增大的问题。

另外，在日本特开平2-11715号公报中公开有如下的方法及其装置：向由转炉产生的废气的温度达到1300℃以上的位置添加甲烷以及水蒸气，进行下式(3)的水性气体反应，从而实现废气中的一氧化碳和氢气的增量。

CH₄+H₂O→CO+3H₂(3)

该日本特开平2-11715号公报中公开的方法，在通过添加水蒸气引起的反应中只生成CO和H₂，不引起涉及二氧化碳的改性反应，因此，具有对于减少CO₂没有任何贡献的问题。

如上所述，利用由转炉或熔融还原炉等冶金炉产生的含有二氧化碳的废气的显热而使废气的潜热部分增大(以反应生成物的燃烧热的形式来蓄积式(1)的吸热部分)的所谓的实现增热的现有技术，会导致碳的堆积或二氧化碳反应效率的降低，或导致SiO₂、Al₂O₃等不可燃成分的堆积，或者二氧化碳不参与反应，因此，存在的问题对于废气的增热以及减少二氧化碳排出没有效果。

另外，作为冷却由转炉或熔融还原炉等冶金炉产生的高温废气的方法，一直以来，代表性的是机械方法，其使用配置在废气回收设备的烟道(导管)上的水冷却套(水冷却管)进行废气的冷却，然后使用热交换器进行废热的回收(参见日本特公昭57-10930号公报、日本特开昭62-74018号公报)。