JP4337354B2

JP4337354B2 - How to use by-product gas at steelworks

Info

Publication number: JP4337354B2
Application number: JP2003015125A
Authority: JP
Inventors: 良基藤井
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-01-23
Filing date: 2003-01-23
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2023-01-23
Also published as: JP2004225117A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製鉄所副生ガス、特にコークス炉で発生するガスと、例えば使用済みプラスチックなどの可燃性廃棄物を高温還元雰囲気により熱分解・ガス化溶融するガス化溶融炉で発生するガスを有効に利用する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、製鉄所副生ガス、例えばコークス炉ガス（ＣＯＧ）を、水素ＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption ）プラントに導入して、コークス炉ガスから燃料電池用に水素を分離する技術は知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
このようなものにおいて、水素ＰＳＡプラントにて水素を分離した残りであるオフガスは、一般に水素ＰＳＡプラントよりも上流側に戻されてＣＯＧに混入されることで、利用される。
【０００４】
また従来より、例えば使用済みプラスチックなどの可燃性廃棄物を高温還元雰囲気により熱分解・ガス化溶融するガス化溶融炉も知られている（例えば特許文献２参照）。
【０００５】
このガス化溶融炉は、周知のように高温の炉内において、使用済みプラスチック、建設廃材（紙くず、木くず、繊維くず）、シュレッダーダスト（廃棄家電、廃車）、汚泥、燃えがら、動植物性残さ等の可燃性廃棄物を送風酸素と反応させ、炉上部温度を８００〜１０００℃とし、高温・還元雰囲気により熱分解・ガス化させ、可燃性のガス化溶融炉ガスとして回収するものである。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−９９３４号公報
【特許文献２】
特開平９−６０８３０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のように水素ＰＳＡプラントにて水素を分離した残りであるオフガスを、ＣＯＧに混入することで、再利用するようにしたものにあっては、以下のような問題が存在する。
すなわち、ＣＯＧとオフガスとの混合ガス中の水素濃度がＣＯＧの燃焼性に変化が出ない程度までしかオフガスを混入させることができず、オフガス混入量制約で水素製造能力が決定されてしまう。つまり、ＣＯＧの燃焼性に変化が出ない程度までしかＣＯＧから水素を分離することができない。
【０００８】
なお、水素を分離することができるガスはＣＯＧに限定されるわけでなく、ガス化溶融炉ガスや製鉄所で使用される他の水素含有燃料ガスの中から選択することもできる。しかしながら、ＣＯＧ中の水素濃度は４５〜６０％、他の水素含有燃料ガス、例えばガス化溶融炉ガス中の水素濃度は２０〜４５％であり、水素製造原料ガスとしてはＣＯＧの方が有利である。このようなＣＯＧの有利性は、ガス化溶融炉ガス以外の、製鉄所で使用される他の水素含有燃料ガスとの比較においても同様である。また、ガス性状の変動もＣＯＧは変化が緩やかであるが、例えばガス化溶融炉ガスは廃棄物性状に左右され、瞬時に組成が変動するので、水素プラントの運転管理が難しい。
【０００９】
一方、オフガスをそのまま製鉄所の副生ガスとして使用する場合は、以下のような問題が存在する。
すなわち、水素分離後のオフガスは発熱量が大きくなるので、現状の製鉄所副生ガスとは発熱量が異なる。このため、専用の配管網が必要となり、加熱炉など炉設備でバーナ改造が必要となる
【００１０】
また、製鉄所の副生ガスで高カロリーガスはＣＯＧのみで、ＣＯＧの加熱炉など鉄鋼プロセス使用量が増大すると、発電所で重油、都市ガスまたはＬＰＧなど、外部から高カロリー燃料を購入し、ＣＯＧ不足分を補填する必要があった。このため、燃料電池用に水素を多量かつ安価に製造できる水素製造プロセスが望まれていた。
【００１１】
本発明の技術的課題は、製鉄所で使用される各種の水素含有燃料ガスの中から選択した１つの燃料ガス中に含まれる水素ガスを全て分離することが可能で、かつオフガスの発生量と使用量の変動を吸収できて、燃料性状を安定化させることができて、オフガスを製鉄所内燃料ガスの１つとして利用できるようにすることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る製鉄所副生ガスの利用方法は、製鉄所で使用される各種の水素含有燃料ガスの中から選択した１つの燃料ガス中に含まれる水素ガスを全てまたは一部分離して水素ガスを製造するとともに、その燃料ガスから水素ガスを全てまたは一部分離した残りであるオフガスを、可燃性廃棄物を高温還元雰囲気により熱分解・ガス化溶融するガス化溶融炉で発生するガスとの混合によって、除去した水素分をガス化溶融炉ガスにて補填し、水素を分離する前のガス相当の模擬ガスとした後、この模擬ガスを、水素を分離する前のガスの配管へ接続することで、製鉄所内燃料として利用することを特徴としている。
【００１３】
また、請求項２に係る製鉄所副生ガスの利用方法は、オフガスを、ガスホルダを介在させた配管網を通してガス化溶融炉ガスと混合することを特徴としている。
【００１４】
また、請求項３に係る製鉄所副生ガスの利用方法は、オフガスを、ガス化溶融炉ガスと混合する前に昇圧することを特徴としている。
【００１６】
また、請求項４に係る製鉄所副生ガスの利用方法は、ガス化溶融炉ガスと混合しきれなかった残りのオフガスを、高炉ガス、コークス炉ガス、転炉ガス、都市ガス、プロパンガス、及び窒素、の中から選択されるガスと混合することを特徴としている。
【００１７】
また、請求項５に係る製鉄所副生ガスの利用方法は、ガス化溶融炉ガスと混合しきれなかった残りのオフガスを、製鉄所で使用される各種燃料ガスの中から選択した低カロリーガス、または高カロリーガスと混合し、この混合ガスを製鉄所内燃料として利用することを特徴としている。
【００１８】
また、請求項６に係る製鉄所副生ガスの利用方法は、ガス化溶融炉ガスと混合しきれなかった残りのオフガスを、都市ガス、プロパンガス、及びコークス炉ガス、の中から選択される単一または複数種のガスと、あるいは高炉ガスまたは窒素のいずれか一方もしくは両方と、混合することを特徴としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図示実施形態に基づき本発明の製鉄所副生ガスの利用方法を説明する。図１は本発明を適用した製銑・製鋼一貫製鉄所における燃料の流れを示す図である。
【００２０】
図において、１は操業時に高炉ガス（ＢＦＧ）１ａを副生する高炉、２は操業時にコークス炉ガス（ＣＯＧ）２ａを副生するコークス炉、３は操業時に転炉ガス（ＬＤＧ）３ａを副生する転炉である。高炉ガス（ＢＦＧ）１ａは、鉄鉱石を還元する際に発生するＣＯ，ＣＯ₂，Ｈ₂，Ｎ₂から成る約3,350kJ/ｍ³の可燃性ガスであり、ほぼ連続的に発生する。コークス炉ガス（ＣＯＧ）２ａは、石炭を乾留する際に発生するＨ₂，ＣＨ₄，ＣＯから成る約20,100kJ/ｍ³の可燃性ガスであり、ほぼ連続的に発生する。ＣＯＧ中には水素が４５〜６０％含まれている。転炉ガス（ＬＤＧ）３ａは、銑鉄を鋼に改質する際に発生するＣＯ，ＣＯ₂ から成る約8,400kJ/ｍ³ の可燃性ガスであり、間欠的に発生する。つまり転炉の吹練によりガスの発生がつねに変動する。
【００２１】
４ａは外部購入燃料である都市ガスまたはプロパンガス（ＬＰＧ）、５ａは窒素（Ｎ₂）、６は外部購入燃料である重油６ａの供給源である重油タンクである。都市ガスまたはＬＰＧは、主に高炉の休風等により高炉ガスや転炉ガスが発生しない場合に使用され、Ｎ₂ は高カロリーの都市ガスまたはＬＰＧの希釈に用いられる。重油は発電所の燃料として供給される。
【００２２】
７はガス化溶融炉であって、高温の炉内において、使用済みプラスチック、建設廃材（紙くず、木くず、繊維くず）、シュレッダーダスト（廃棄家電、廃車）、汚泥、燃えがら、動植物性残さ等の可燃性廃棄物を送風酸素と反応させ、炉上部温度を８００〜１０００℃とし、高温・還元雰囲気により熱分解・ガス化させ、可燃性のガス化溶融炉ガス７ａとして回収するもので、発生ガスの性状は約8,000〜11,000kJ/ｍ³であり、炉下部においては、コークス及び炭素の燃焼により、灰分を溶融し、出滓口より排出するものである。
【００２３】
１１，１２，１３，１４は各炉で発生する可燃ガス（燃料ガス）を無害化・燃焼放散するための燃焼放散塔すなわちフレアスタックであり、通常は使用しないが、各炉の起動・停止時のガス成分不安定時や、各炉に対応して設けられた後述のホルダの備蓄レベルが上限をオーバーした時などに使用される。
【００２４】
２１は高炉ガス（ＢＦＧ）を一時貯蔵しバッファとして機能するＢＦＧホルダ、２２はコークス炉ガス（ＣＯＧ）を一時貯蔵しバッファとして機能するＣＯＧホルダ、２３は転炉ガス（ＬＤＧ）を一時貯蔵しバッファとして機能するＬＤＧホルダ、２４はガス化溶融炉ガスを一時貯蔵しバッファとして機能するガス化溶融炉ガスホルダである。これら各ホルダ２１〜２４は内部ガス圧力が６５kPa と低圧に保持されている。
【００２５】
８はＣＯＧ配管における後述の模擬ＣＯＧ配管接続部よりも上流側に分岐管を介して接続されたＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption ）からなる水素製造プラントであり、水素を含むガス（ＣＯＧ）を通すと、水素以外の重い分子のもの（余分な成分）が吸着され、軽い水素だけがすり抜けていく、いわゆる吸着分離方式により高純度水素ガス８ａを精製する装置である。水素製造プラント８では、水素を分離するために、昇圧（８気圧）の必要があるため、入り口にコンプレッサ５１を配置し、コンプレッサ５１によってＣＯＧを０．８ＭＰａに昇圧している。一方、ＣＯＧから水素ガスを全てまたは一部分離した残りであるオフガス８ｂの圧力は、水素製造プラント８内での圧力損失を除く０．７ＭＰａである。またＣＯＧから水素ガスを全てまたは一部分離した残りであるオフガス８ｂは、油シールの低圧乾式ホルダからなる７ｋＰａのガス圧に保持されたオフガスホルダ２５に一時貯蔵されるようになっている。このため、水素製造プラント８でＣＯＧから水素ガス８ａを分離した残りのオフガス８ｂの圧力を減圧するための膨張タービン５２が、水素製造プラント８の出口、つまり水素製造プラント８とオフガスホルダ２５をつなぐオフガス配管系内に設置されている。また膨張タービン５２は、圧力エネルギを無駄にしないために、動力回収する機能も有している。つまり、膨張タービン５２は、図には示していないが圧縮しているコンプレッサ５１と連結され、コンプレッサ５１の圧縮動作に必要な動力を低減している。なお、発電機で電力回収するなど他の動力回収の手法の採用も可能である。
【００２６】
３１，３２，３３はＢＦＧ配管、ＣＯＧ配管、及びＬＤＧ配管にそれぞれ配置された昇圧機すなわちブロワで、これらブロワ３１〜３３は、それぞれのガスの圧力を約６５kPa から約１２０kPa に昇圧して、後述するガスミキサーに供給する機能を有する。３４はガス化溶融炉ガス配管網内においてガス化溶融炉ガスホルダ２４と直列に配置された昇圧機すなわちブロワである。ブロワ３４をガス化溶融炉ガスホルダ２４に対して直列に接続したのは、既述したようにガス化溶融炉７では種々の可燃性廃棄物からガス化溶融炉ガス７ａを回収するので、ガス発生量が一定でなく圧力変動を生じるため、ガス混合器前に昇圧機を配置して、後述するガスミキサーや模擬ＣＯＧミキサーに供給するガス化溶融炉ガス圧力を安定化させる必要があるからである。３５はオフガス配管網内においてオフガスホルダ２５と直列に配置された昇圧機すなわちブロワであり、オフガスの圧力を約６５kPa から約１２０kPa に昇圧して、後述するガスミキサーや模擬ＣＯＧミキサーに供給する機能を有する。
【００２７】
すなわち、ガス化溶融炉ガス配管とオフガス配管は、それぞれブロワ３４，３５の下流側で二股に分かれ、それぞれに二股部のガス流路を切り替えるための流量調整可能な切替弁６１，６２と６３，６４が設けられており、それぞれの二股の一方の流路が模擬ＣＯＧミキサー６０に接続され、それぞれの二股の他方の流路がガスミキサー９に接続されている。そして、通常は切替弁６１，６２と６３，６４によって模擬ＣＯＧミキサー６０側に繋がるガス化溶融炉ガス配管網とオフガス配管網が形成されるようになっている。
【００２８】
水素製造プラント８にてＣＯＧ２ａから水素分８ａを取り出すとオフガス８ｂの燃焼性、特に燃焼速度が低下する。模擬ＣＯＧミキサー６０は、オフガス８ｂに、除去した水素分をガス化溶融炉ガス７ａで補填することで、ＣＯＧ相当のガスにするために設けられたものであり、混合後のガスカロリーをＣＯＧ相当の４０００〜５０００kcal／Nm3 で調整し、または水素濃度で調整し、もしくは燃焼速度で調整する機能を有する。そして、このようにＣＯＧ相当のガスに調整された混合ガスである模擬ＣＯＧ６０ａは、ＣＯＧ配管におけるＣＯＧホルダ２２よりも上流側に戻されて、製鉄所内燃料として、あるいは後述のＭＸＧ製造原料ガスとして利用されるようになっている。そして、通常は模擬ＣＯＧ製造を最大にし、混合しきれないオフガス８ｂまたはガス化溶融炉ガス７ａは、単独でガスミキサー９に送り、これもＭＸＧ製造原料ガスとして有効活用するようにしている。これにより、既存のＣＯＧ関連インフラを大幅改造することなく使用できるようにしている。
【００２９】
ガスミキサー９には、各ブロワ３１〜３５により昇圧されたガス（ＢＦＧ、ＣＯＧ、ＬＤＧ、余剰ガス化溶融炉ガス、余剰オフガス）と、都市ガス（又はＬＰＧ）と、窒素（Ｎ₂）とが送り込まれ、発熱量変動を吸収するために、オフガス８ｂに、前記ガスの中から選択した低カロリーガス、あるいは高カロリーガスを混合することで燃料性状（▲１▼発熱量、▲２▼ウオッペインデックスＷ.Ｉ.、▲３▼Ａ０／√γ）を安定させたミックスガス（ＭＸＧ）９ａとして製鉄所内の各工場、つまり製銑工場４１、製鋼工場４２、鋼板工場４３、鋼管や条鋼の工場４４や発電所４５へ供給されるようになっている。つまり、ガスミキサー９は、▲１▼発熱量が一定となるように、オフガスに、低カロリーガス、あるいは高カロリーガスを混合する、又は▲２▼ウオッペインデックスＷ.Ｉ.すなわち（発熱量／√ガス密度）が一定となるように、オフガス８ｂに、低カロリーガス、あるいは高カロリーガスを混合する、又は▲３▼Ａ０／√γつまり（理論空気量／√ガス密度）が一定となるように、オフガス８ｂに、低カロリーガス、あるいは高カロリーガスを混合することで、燃料性状を安定させる機能を有する。なお、ここでガスミキサー９に送り込まれるＣＯＧとは、コークス炉２で発生したＣＯＧ２ａ単独はもちろんのこと、模擬ＣＯＧ６０ａ単独、あるいはＣＯＧ２ａと模擬ＣＯＧ６０ａの混合ガスを含むものである。
【００３０】
ここで、製鉄所で一般に使用される各種燃料ガスすなわちＢＦＧ、ＣＯＧ、ＬＤＧ、都市ガス（又はＬＰＧ）、および窒素（Ｎ₂）の中から選択される低カロリーガスとは、高炉ガス（ＢＦＧ）または窒素（Ｎ₂）を指し、高カロリーガスとは、都市ガス（又はＬＰＧ）またはコークス炉ガス（ＣＯＧ）を指す。したがって、燃料性状を安定させる具体的手法は、オフガスのカロリーに応じて、高炉ガス（ＢＦＧ）または窒素（Ｎ₂）のいずれか一方もしくは両方と、あるいは都市ガス（又はＬＰＧ）またはコークス炉ガス（ＣＯＧ）のいずれか一方もしくは両方と、混合する形態となる。
【００３１】
そして、高カロリーガスとしてコークス炉ガス（ＣＯＧ）を、低カロリーガスとして高炉ガス（ＢＦＧ）を、優先的に使用することで、外部購入燃料である都市ガス（又はＬＰＧ）や窒素（Ｎ₂）の量を削減することができる。
【００３２】
発電所４５には、ミックスガス（ＭＸＧ）９ａ以外に、高炉ガス（ＢＦＧ）１ａ、コークス炉ガス（ＣＯＧ）２ａ、及び転炉ガス（ＬＤＧ）３ａが直接供給可能になっている。これは各ガスの発生量の変動を吸収するためのもので、ガスミキサー９への供給後に余剰のガスがあった場合、これを発電燃料として使用している。また、外部購入燃料である重油６ａも供給可能になっている。そして、各燃料種に応じたバーナを有するボイラ及びタービンが設置されている。つまり、発電所４５では、ミックスガス（ＭＸＧ）の他に、高炉ガス（ＢＦＧ）、コークス炉ガス（ＣＯＧ）、及び転炉ガス（ＬＤＧ）を燃料ガスとしているが、通常は不足分として重油を供給して発電している。なお、バーナとして燃料の発熱量変動に耐用性がある管状火炎バーナを採用すれば、使用するバーナの数を減らせることは言うまでもない。
【００３３】
本実施形態のように、水素濃度が高いＣＯＧから水素ガスを分離して取り出し、ＣＯＧから水素を除去したオフガス８ｂは、水素分をガス化溶融炉ガスで補填し、ＣＯＧ相当のＣＯＧ模擬ガスにしてＣＯＧ配管内に戻して、製鉄所内燃料として、あるいは後述のＭＸＧ製造原料ガスとして利用したり、余剰オフガスを単独でガスミキサー９に送り、これもＭＸＧ製造原料ガスとして有効活用するようにしているので、ＣＯＧから水素ガスを全て分離することも可能となり、効率良く水素を製造することができて、燃料電池用の安価な水素供給の実現が可能となる。
【００３４】
また、ＣＯＧから水素ガスを全てまたは一部分離した残りであるオフガス８ｂを、製鉄所の各副生ガスと組合せて使用することにより、無駄なくエネルギが利用でき、エネルギコスト削減が可能となる。
【００３５】
さらに、高炉休風時にオフガス８ｂを利用することで、都市ガスやＬＰＧの使用量を削減することが可能となる。
【００３６】
なお、本実施形態では水素製造プラント８を、水素を豊富に含む（４５〜６０％）ＣＯＧの配管系に接続して、ＣＯＧから効率よく水素ガス８ａを回収し、その水素ガスを分離した残りのオフガス８ｂを製鉄所燃料として利用するようにしたものを例に挙げて説明したが、これに限るものでなく、製鉄所で使用される他の種類の水素を含む燃料ガスから水素ガスを精製し、その水素ガスを分離した残りのオフガスを製鉄所燃料として利用するようにしてもよく、その場合でも所期の目的は達成できる。
【００３７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、製鉄所で使用される各種の水素含有燃料ガスの中から選択した１つの燃料ガス中に含まれる水素ガスを全てまたは一部分離して水素ガスを製造するとともに、その各種燃料ガスから水素ガスを全てまたは一部分離した残りであるオフガスを、可燃性廃棄物を高温還元雰囲気により熱分解・ガス化溶融するガス化溶融炉で発生するガスと混合し、この混合ガスを製鉄所内燃料として利用するようにしたので、燃料電池用の安価な水素供給の実現が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製鉄所副生ガスの利用方法を適用した製銑・製鋼一貫製鉄所における燃料の流れを示す図である。
【符号の説明】
１高炉
１ａ高炉ガス（ＢＦＧ）
２コークス炉
２ａコークス炉ガス（ＣＯＧ）
３転炉
３ａ転炉ガス（ＬＤＧ）
４ａ都市ガス（又はＬＰＧ）
５ａ窒素（Ｎ₂）
８水素製造プラント
８ａ水素ガス
８ｂオフガス
９ガスミキサー
９ａミックスガス（ＭＸＧ）
２５オフガスホルダ（ガスホルダ）
３５ブロワ（昇圧手段）
６０模擬ＣＯＧミキサー
６０ａ模擬ＣＯＧ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ironworks by-product gas, particularly a gas generated in a coke oven, and a gas generated in a gasification melting furnace that thermally decomposes and gasifies and melts combustible waste such as used plastic in a high-temperature reducing atmosphere. It relates to a method for effective use.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a technology for separating hydrogen from a coke oven gas into a hydrogen PSA (Pressure Swing Adsorption) plant for a fuel cell by introducing an ironworks by-product gas such as a coke oven gas (COG) is known ( For example, see Patent Document 1).
[0003]
In such a thing, the off gas which is the remainder which isolate | separated hydrogen in a hydrogen PSA plant is generally utilized by returning to an upstream side rather than a hydrogen PSA plant and mixing in COG.
[0004]
Conventionally, a gasification melting furnace is also known in which combustible waste such as used plastic is thermally decomposed, gasified and melted in a high-temperature reducing atmosphere (see, for example, Patent Document 2).
[0005]
As is well known, this gasification and melting furnace is used in high-temperature furnaces, such as used plastics, construction waste (paper waste, wood waste, textile waste), shredder dust (waste appliances, waste cars), sludge, burners, animal and vegetable residues, etc. The combustible waste is reacted with blown oxygen, the furnace top temperature is set to 800 to 1000 ° C., pyrolyzed and gasified in a high temperature / reducing atmosphere, and recovered as combustible gasification melting furnace gas.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-9934 [Patent Document 2]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-60830
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case where the off gas, which is the remaining hydrogen separated in the hydrogen PSA plant as described above, is reused by being mixed into the COG, there are the following problems.
That is, off gas can be mixed only to such an extent that the hydrogen concentration in the mixed gas of COG and off gas does not change in the combustibility of COG, and the hydrogen production capacity is determined by the restriction of the off gas mixing amount. That is, hydrogen can be separated from COG only to such an extent that the COG flammability does not change.
[0008]
The gas capable of separating hydrogen is not limited to COG, and can be selected from gasification melting furnace gas and other hydrogen-containing fuel gas used in steelworks. However, the hydrogen concentration in COG is 45 to 60%, the hydrogen concentration in other hydrogen-containing fuel gas, for example, gasification melting furnace gas is 20 to 45%, and COG is more advantageous as a hydrogen production source gas. is there. The advantages of COG are the same in comparison with other hydrogen-containing fuel gases used in steelworks other than gasification melting furnace gas. In addition, although COG changes moderately in terms of changes in gas properties, for example, gasification melting furnace gas depends on the waste properties and the composition changes instantaneously, so that it is difficult to manage the operation of the hydrogen plant.
[0009]
On the other hand, when off-gas is used as a by-product gas of a steelworks as it is, the following problems exist.
That is, since the off gas after hydrogen separation has a large calorific value, the calorific value differs from the current steelworks by-product gas. For this reason, a dedicated piping network is required, and burner modification is required in furnace equipment such as a heating furnace.
In addition, COG is the only by-product gas of steelworks, and COG is the only COG, and when the amount of steel processing used in COG heating furnaces increases, high-calorie fuel, such as heavy oil, city gas, or LPG, is purchased from the power plant. It was necessary to compensate for the shortage of COG. For this reason, a hydrogen production process capable of producing a large amount of hydrogen for a fuel cell at low cost has been desired.
[0011]
The technical problem of the present invention is that it is possible to separate all hydrogen gas contained in one fuel gas selected from various hydrogen-containing fuel gases used in steelworks, and the amount of off-gas generated It is intended to absorb fluctuations in the amount used, stabilize the fuel properties, and make it possible to use off-gas as one of the fuel gas in the steelworks.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The method of using a by-product gas of a steelworks according to claim 1 of the present invention is to separate all or part of hydrogen gas contained in one fuel gas selected from various hydrogen-containing fuel gases used in the steelworks. The gas generated in the gasification and melting furnace that produces hydrogen gas and the remaining off-gas from the fuel gas, which is completely or partly separated from the fuel gas, in which combustible waste is pyrolyzed and gasified and melted in a high-temperature reducing atmosphere After mixing the removed hydrogen with gasified melting furnace gas to make a simulated gas equivalent to the gas before separating hydrogen, this simulated gas is supplied to the gas piping before separating hydrogen By connecting, it is used as fuel in steelworks.
[0013]
Moreover, the utilization method of the ironworks byproduct gas which concerns on Claim 2 mixes offgas with gasification melting furnace gas through the piping network which interposed the gas holder.
[0014]
Moreover, the utilization method of the by-product gas of the ironworks according to claim 3 is characterized in that the pressure of the off-gas is increased before mixing with the gasification melting furnace gas.
[0016]
Moreover, the utilization method of the by-product gas of the steelworks according to claim 4 is that the remaining off-gas that could not be mixed with the gasification melting furnace gas is blast furnace gas, coke oven gas, converter gas, city gas, propane gas, And a gas selected from nitrogen and nitrogen.
[0017]
Moreover, the utilization method of the by-product gas of the ironworks according to claim 5 is a low-calorie gas in which the remaining off-gas that cannot be mixed with the gasification melting furnace gas is selected from various fuel gases used in the ironworks. Or mixed with high-calorie gas, and this mixed gas is used as fuel in steelworks.
[0018]
Moreover, the utilization method of the ironworks byproduct gas which concerns on Claim 6 is selected from the city gas, the propane gas, and the coke oven gas for the remaining off gas that could not be mixed with the gasification melting furnace gas. It is characterized by mixing with a single or plural kinds of gases, or with one or both of blast furnace gas and nitrogen.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the utilization method of the ironworks byproduct gas of this invention is demonstrated based on illustration embodiment. FIG. 1 is a view showing the flow of fuel in a steelmaking and steelmaking integrated steelworks to which the present invention is applied.
[0020]
In the figure, 1 is a blast furnace that by-produces blast furnace gas (BFG) 1a during operation, 2 is a coke oven that by-produces coke oven gas (COG) 2a during operation, and 3 is a by-product of converter gas (LDG) 3a during operation. It is a converter. The blast furnace gas (BFG) 1a is a combustible gas of about 3,350 kJ / m ³ composed of CO, CO ₂ , H ₂ , and N ₂ that is generated when iron ore is reduced, and is generated almost continuously. The coke oven gas (COG) 2a is a combustible gas of about 20,100 kJ / m ³ composed of H ₂ , CH ₄ , and CO that is generated when coal is carbonized, and is generated almost continuously. The COG contains 45-60% hydrogen. Converter gas (LDG) 3a is a combustible gas of about 8,400 kJ / m ³ composed of CO and CO ₂ generated when pig iron is reformed into steel, and is generated intermittently. In other words, gas generation always fluctuates due to the blowing of the converter.
[0021]
4a is a city gas or propane gas (LPG) which is an externally purchased fuel, 5a is nitrogen (N ₂ ), and 6 is a heavy oil tank which is a supply source of heavy oil 6a which is an externally purchased fuel. The city gas or LPG is mainly used when blast furnace gas or converter gas is not generated due to blast furnace breezes or the like, and N ₂ is used for diluting the high calorie city gas or LPG. Heavy oil is supplied as fuel for the power plant.
[0022]
7 is a gasification and melting furnace. In a high-temperature furnace, combustible materials such as used plastic, construction waste (paper waste, wood waste, textile waste), shredder dust (waste home appliances, waste cars), sludge, burners, and animal and vegetable residues Waste gas is reacted with blown oxygen, the furnace top temperature is set to 800 to 1000 ° C., pyrolyzed and gasified in a high temperature / reducing atmosphere, and recovered as combustible gasification melting furnace gas 7a. The property is about 8,000 to 11,000 kJ / m ³ , and the ash is melted and discharged from the tap at the bottom of the furnace by the combustion of coke and carbon.
[0023]
11, 12, 13, and 14 are flare stacks or flare stacks for detoxifying and burning off the combustible gas (fuel gas) generated in each furnace, and are not normally used, but when starting and stopping each furnace Is used when the gas component is unstable, or when the storage level of a holder described below corresponding to each furnace exceeds the upper limit.
[0024]
21 is a BFG holder that temporarily stores blast furnace gas (BFG) and functions as a buffer, 22 is a COG holder that temporarily stores coke oven gas (COG) and functions as a buffer, and 23 is a buffer that temporarily stores converter gas (LDG). The LDG holder 24 functions as a gasification melting furnace gas holder that temporarily stores gasification melting furnace gas and functions as a buffer. Each of these holders 21 to 24 is kept at a low internal gas pressure of 65 kPa.
[0025]
8 is a hydrogen production plant composed of PSA (Pressure Swing Adsorption) connected via a branch pipe upstream of a later-described simulated COG pipe connection portion in the COG pipe, and when a gas containing hydrogen (COG) is passed, This is an apparatus for purifying high-purity hydrogen gas 8a by a so-called adsorptive separation method in which heavy molecules other than hydrogen (excess components) are adsorbed and only light hydrogen passes through. In the hydrogen production plant 8, since it is necessary to increase the pressure (8 atm) in order to separate hydrogen, the compressor 51 is disposed at the inlet, and the COG is increased to 0.8 MPa by the compressor 51. On the other hand, the pressure of the off gas 8b, which is the remaining part of the hydrogen gas separated from the COG, is 0.7 MPa excluding pressure loss in the hydrogen production plant 8. Further, the off gas 8b, which is the remaining part of the hydrogen gas separated from the COG, is temporarily stored in an off gas holder 25 that is maintained at a gas pressure of 7 kPa, which is a low pressure dry holder with an oil seal. For this reason, the expansion turbine 52 for reducing the pressure of the remaining offgas 8b obtained by separating the hydrogen gas 8a from the COG in the hydrogen production plant 8 connects the outlet of the hydrogen production plant 8, that is, the hydrogen production plant 8 and the offgas holder 25. Installed in the off-gas piping system. The expansion turbine 52 also has a function of recovering power so as not to waste pressure energy. That is, the expansion turbine 52 is connected to a compressor 51 that is compressing although not shown in the drawing, and reduces the power required for the compression operation of the compressor 51. It should be noted that other power recovery methods such as power recovery with a generator can be employed.
[0026]
Reference numerals 31, 32, and 33 are boosters or blowers arranged in the BFG pipe, the COG pipe, and the LDG pipe, respectively. These blowers 31 to 33 boost the pressure of each gas from about 65 kPa to about 120 kPa, and will be described later. It has a function to supply to the gas mixer. 34 is a booster or blower arranged in series with the gasification melting furnace gas holder 24 in the gasification melting furnace gas piping network. The reason why the blower 34 is connected in series to the gasification melting furnace gas holder 24 is that the gasification melting furnace 7 recovers the gasification melting furnace gas 7a from various combustible wastes as described above. This is because the amount is not constant and pressure fluctuations occur, so it is necessary to place a booster in front of the gas mixer to stabilize the gasification melting furnace gas pressure supplied to the gas mixer and simulated COG mixer described later. . 35 is a booster or blower arranged in series with the offgas holder 25 in the offgas piping network, and has a function of increasing the pressure of the offgas from about 65 kPa to about 120 kPa and supplying it to a gas mixer or a simulated COG mixer described later. Have.
[0027]
That is, the gasification melting furnace gas pipe and the off-gas pipe are bifurcated on the downstream side of the blowers 34 and 35, respectively, and the flow rate adjustable switching valves 61, 62 and 63, respectively, for switching the gas flow path of the bifurcated portion. 64, one of the two forked channels is connected to the simulated COG mixer 60, and the other forked channel is connected to the gas mixer 9. Normally, a gasification melting furnace gas piping network and an off-gas piping network connected to the simulated COG mixer 60 side are formed by the switching valves 61, 62, 63, 64.
[0028]
When the hydrogen content 8a is taken out from the COG 2a at the hydrogen production plant 8, the combustibility, particularly the combustion speed, of the offgas 8b decreases. The simulated COG mixer 60 is provided to make the gas equivalent to COG by supplementing the off-gas 8b with the removed hydrogen content with the gasification melting furnace gas 7a, and the mixed gas calorie is equivalent to COG. It adjusts by 4000-5000kcal / Nm3, or it adjusts by hydrogen concentration, or has a function adjusted by a combustion rate. The simulated COG 60a, which is a mixed gas adjusted to a gas equivalent to COG in this way, is returned to the upstream side of the COG holder 22 in the COG piping, and is used as fuel in the ironworks or as a later-described MXG production source gas. It has come to be. Normally, the simulated COG production is maximized, and the off-gas 8b or the gasification melting furnace gas 7a that cannot be mixed is sent to the gas mixer 9 alone, which is also effectively used as the MXG production raw material gas. As a result, the existing COG-related infrastructure can be used without major modification.
[0029]
The gas mixer 9 includes gases (BFG, COG, LDG, surplus gasification melting furnace gas, surplus off gas), city gas (or LPG), and nitrogen (N ₂ ) that have been pressurized by the blowers 31 to 35. In order to absorb the fluctuation of the calorific value, the fuel properties ((1) calorific value, (2) woope) are mixed with the off-gas 8b with the low calorie gas or the high calorie gas selected from the above gases. Each factory in the steelworks as a mixed gas (MXG) 9a with a stable index W.I., (3) A0 / √γ), that is, a steelmaking factory 41, a steelmaking factory 42, a steel plate factory 43, a steel pipe and steel bar factory 44 and the power plant 45 are supplied. That is, the gas mixer 9 mixes (1) a low calorie gas or a high calorie gas with off-gas so that the calorific value is constant, or (2) a Woope index WI, that is, (calorific value / (8) A low calorie gas or a high calorie gas is mixed with the off-gas 8b so that (gas density) becomes constant, or (3) A0 / √γ, that is, (theoretical air amount / √gas density) becomes constant. In addition, the fuel property is stabilized by mixing a low calorie gas or a high calorie gas with the off gas 8b. Here, the COG fed into the gas mixer 9 includes not only the COG 2a generated in the coke oven 2 alone but also the simulated COG 60a alone or a mixed gas of the COG 2a and the simulated COG 60a.
[0030]
Here, various fuel gases generally used in steelworks, namely, BFG, COG, LDG, city gas (or LPG), and low calorie gas selected from nitrogen (N ₂ ) are blast furnace gas (BFG). Alternatively, nitrogen (N ₂ ) is referred to, and high calorie gas refers to city gas (or LPG) or coke oven gas (COG). Therefore, a specific method for stabilizing the fuel property is based on blast furnace gas (BFG) or nitrogen (N ₂ ) or both, city gas (or LPG), or coke oven gas ( COG) is mixed with either one or both.
[0031]
By using coke oven gas (COG) as high calorie gas and blast furnace gas (BFG) as low calorie gas, city gas (or LPG) or nitrogen (N ₂ ) as externally purchased fuel is used. The amount of can be reduced.
[0032]
In addition to the mixed gas (MXG) 9a, a blast furnace gas (BFG) 1a, a coke oven gas (COG) 2a, and a converter gas (LDG) 3a can be directly supplied to the power plant 45. This is for absorbing fluctuations in the amount of each gas generated, and when there is surplus gas after being supplied to the gas mixer 9, it is used as power generation fuel. Further, heavy oil 6a, which is an externally purchased fuel, can be supplied. And the boiler and turbine which have a burner according to each fuel kind are installed. That is, in the power plant 45, in addition to the mixed gas (MXG), blast furnace gas (BFG), coke oven gas (COG), and converter gas (LDG) are used as fuel gas. Supply and generate electricity. Needless to say, the number of burners to be used can be reduced by adopting a tubular flame burner that is resistant to fluctuations in the calorific value of the fuel.
[0033]
As in this embodiment, the off-gas 8b obtained by separating and taking out hydrogen gas from COG having a high hydrogen concentration and removing hydrogen from COG is supplemented with gasification melting furnace gas to form a COG-equivalent COG gas. Then, it is returned to the COG pipe and used as fuel in the ironworks or as MXG production raw material gas, which will be described later, or surplus off gas is sent alone to the gas mixer 9 and is also effectively used as MXG production raw material gas. Therefore, it is possible to separate all the hydrogen gas from the COG, it is possible to efficiently produce hydrogen, and it is possible to realize an inexpensive hydrogen supply for the fuel cell.
[0034]
Further, by using the off gas 8b, which is the remaining part of the hydrogen gas separated from the COG, in combination with each by-product gas of the ironworks, energy can be used without waste, and energy costs can be reduced.
[0035]
Further, by using the off gas 8b when the blast furnace is closed, the amount of city gas and LPG used can be reduced.
[0036]
In the present embodiment, the hydrogen production plant 8 is connected to a piping system of COG containing abundant hydrogen (45 to 60%), and the hydrogen gas 8a is efficiently recovered from the COG, and the hydrogen gas remaining is separated. However, the present invention is not limited to this, and the hydrogen gas is purified from the fuel gas containing other types of hydrogen used in the steelworks. However, the remaining off-gas from which the hydrogen gas is separated may be used as a steelworks fuel, and even in that case, the intended purpose can be achieved.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, hydrogen gas is produced by separating all or part of hydrogen gas contained in one fuel gas selected from various hydrogen-containing fuel gases used in steelworks. At the same time, the off-gas, which is the remaining part of all or part of the hydrogen gas separated from the various fuel gases, is mixed with the gas generated in the gasification and melting furnace in which the combustible waste is pyrolyzed, gasified and melted in a high temperature reducing atmosphere Since the mixed gas is used as fuel in the steelworks, it has become possible to realize an inexpensive hydrogen supply for fuel cells.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing the flow of fuel in a steelmaking and steelmaking integrated steelworks to which a method of using by-product gas of a steelworks of the present invention is applied.
[Explanation of symbols]
1 Blast furnace 1a Blast furnace gas (BFG)
2 Coke oven 2a Coke oven gas (COG)
3 Converter 3a Converter gas (LDG)
4a City gas (or LPG)
5a Nitrogen (N ₂ )
8 Hydrogen production plant 8a Hydrogen gas 8b Off gas 9 Gas mixer 9a Mix gas (MXG)
25 Off-gas holder (gas holder)
35 Blower (Pressure boosting means)
60 Simulated COG mixer 60a Simulated COG

Claims

Hydrogen gas is produced by separating all or part of hydrogen gas contained in one fuel gas selected from various hydrogen-containing fuel gases used in steelworks, and all or part of the hydrogen gas is produced from the fuel gas. The remaining off-gas is supplemented with gasified melting furnace gas by mixing it with the gas generated in the gasification melting furnace that pyrolyzes and gasifies and melts combustible waste in a high-temperature reducing atmosphere. Then, after making the simulated gas equivalent to the gas before separating hydrogen, the simulated gas is used as fuel in the steel plant by connecting to the piping of the gas before separating hydrogen. How to use by-product gas.

The method of using an ironworks by-product gas according to claim 1, wherein the off-gas is mixed with the gasification melting furnace gas through a pipe network having a gas holder interposed therebetween.

3. The method of using an ironworks byproduct gas according to claim 2, wherein the off-gas is pressurized before being mixed with the gasification melting furnace gas.

The remaining off gas that could not be mixed with the gasification melting furnace gas is mixed with a gas selected from blast furnace gas, coke oven gas, converter gas, city gas, propane gas, and nitrogen. The utilization method of the by-product gas of the ironworks of Claim 1.

The remaining off-gas that could not be mixed with the gasification melting furnace gas was mixed with a low-calorie gas or a high-calorie gas selected from various fuel gases used in steelworks, and the mixed gas was used as fuel in the steelworks. The method of using a by-product gas of a steelworks according to claim 1, wherein the gas is used.

The remaining off gas that could not be mixed with the gasification melting furnace gas is either one or a plurality of gases selected from city gas, propane gas, and coke oven gas, or blast furnace gas or nitrogen 6. The method of using an ironworks byproduct gas according to claim 5 , wherein one or both are mixed.