本發(fā)明涉及通過(guò)從風(fēng)口吹入純氧和粉煤而從爐頂產(chǎn)生不含氮?dú)獾母郀t煤氣的向氧氣高爐吹入粉煤的方法。

背景技術(shù)：

氧氣高爐一般已知作為通過(guò)從風(fēng)口吹入純氧和作為還原材料的粉煤而從爐頂產(chǎn)生不含氮?dú)獾母郀t煤氣(以下，也僅稱(chēng)為“無(wú)氮高爐煤氣”)并回收的高爐。該無(wú)氮高爐煤氣能夠作為合成化學(xué)工業(yè)用的原料利用。該氧氣高爐操作中，需要在使風(fēng)口前的燃燒區(qū)域的溫度(風(fēng)口前溫度)為2000℃～2600℃這樣的高溫下進(jìn)行操作。作為用于該操作的現(xiàn)有技術(shù)，例如，在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中提出了通過(guò)從風(fēng)口吹入含有CO₂的高溫的爐頂氣體而將風(fēng)口前的溫度控制為預(yù)定的溫度范圍的方法。

另外，作為氧氣高爐的現(xiàn)有操作例，還有從風(fēng)口吹入純氧、粉煤和重油的方法(參考專(zhuān)利文獻(xiàn)2)。此外，作為氧氣高爐的其他現(xiàn)有操作例，提出了在從風(fēng)口吹入純氧和粉煤時(shí)使用改善了燃燒性的粉煤的方案(參考專(zhuān)利文獻(xiàn)3)。此外，在專(zhuān)利文獻(xiàn)4中，提出了通過(guò)事先對(duì)純氧進(jìn)行預(yù)熱而增加該粉煤的吹入量的操作方法(參考專(zhuān)利文獻(xiàn)4)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)1：日本特開(kāi)昭60-159104號(hào)公報(bào)

專(zhuān)利文獻(xiàn)2：日本特開(kāi)昭63-171807號(hào)公報(bào)

專(zhuān)利文獻(xiàn)3：日本特開(kāi)昭63-166914號(hào)公報(bào)

專(zhuān)利文獻(xiàn)4：日本特開(kāi)昭63-169310號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的問(wèn)題

上述的專(zhuān)利文獻(xiàn)1～3中記載的現(xiàn)有技術(shù)中，吹入純氧和粉煤分別使用常溫的純氧和粉煤。但是，這些現(xiàn)有技術(shù)中，為了使風(fēng)口前燃燒區(qū)域的溫度(風(fēng)口前溫度)為2000℃～2600℃的高溫，通過(guò)加快吹入的粉煤的著火來(lái)提高燃燒性。但是，為了實(shí)現(xiàn)粉煤的早期著火，需要將該粉煤升溫至一定以上的溫度。對(duì)此，作為滿(mǎn)足其要求的方法，例如在專(zhuān)利文獻(xiàn)4中提出了利用純氧進(jìn)行預(yù)熱的方法。

但是，為了利用純氧進(jìn)行預(yù)熱，需要另外的純氧的預(yù)熱設(shè)備。另外，關(guān)于專(zhuān)利文獻(xiàn)4所公開(kāi)的技術(shù)，利用廢熱作為預(yù)熱設(shè)備的熱源，但在實(shí)際的高爐中，難以在這種吹入設(shè)備附近供應(yīng)這樣的廢熱。

本發(fā)明的目的在于提出通過(guò)使用理想性狀的粉煤作為向氧氣高爐吹入的粉煤而高效地產(chǎn)生作為合成化學(xué)工業(yè)用氣體有用的無(wú)氮高爐煤氣的有效方法。

用于解決問(wèn)題的方法

發(fā)明人為了能夠克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的前述問(wèn)題并且實(shí)現(xiàn)上述目的而進(jìn)行了深入研究。結(jié)果，發(fā)明人開(kāi)發(fā)了下述的主旨構(gòu)成的本發(fā)明。即，本發(fā)明為一種向氧氣高爐吹入粉煤的方法，其特征在于，在進(jìn)行通過(guò)從風(fēng)口與純氧一起吹入粉煤而產(chǎn)生不含氮?dú)獾母郀t煤氣并從爐頂回收的向氧氣高爐吹入粉煤的操作時(shí)，將上述粉煤的揮發(fā)成分設(shè)定為25質(zhì)量％以上。

另外認(rèn)為，上述構(gòu)成的本發(fā)明進(jìn)一步采用如下構(gòu)成，能夠提供更優(yōu)選的解決方法：

(1)從風(fēng)口吹入的上述純氧和上述粉煤使用常溫的純氧和粉煤；

(2)上述粉煤的揮發(fā)成分為30質(zhì)量％以下；

(3)上述粉煤的吹入量(PCR)以每1噸鐵水計(jì)為200kg以上。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明的向氧氣高爐吹入粉煤的方法，通過(guò)使用揮發(fā)成分為25質(zhì)量％以上的高揮發(fā)成分粉煤作為粉煤，能夠在不設(shè)置預(yù)熱裝置、其熱源的情況下增加粉煤吹入量。而且，根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)使用理想性狀的粉煤作為從風(fēng)口吹入的粉煤，能夠使氧氣高爐的風(fēng)口前燃燒區(qū)域的溫度容易且迅速地達(dá)到高溫，因此，能夠從爐頂高效地產(chǎn)生無(wú)氮高爐煤氣并回收，進(jìn)而穩(wěn)定地供給合成化學(xué)工業(yè)用氣體。

附圖說(shuō)明

圖1是表示應(yīng)用本發(fā)明的粉煤吹入方法的氧氣高爐的一例的簡(jiǎn)圖。

圖2是表示用于測(cè)量在向氧氣高爐吹入純氧和粉煤的條件下的、粉煤的燃燒率的粉煤燃燒試驗(yàn)爐的一例的簡(jiǎn)圖。

圖3是表示實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一例的圖。

圖4是表示實(shí)驗(yàn)結(jié)果的另一例的圖。

具體實(shí)施方式

圖1是表示本發(fā)明的粉煤吹入方法中使用的氧氣高爐和其周邊設(shè)備的一例的圖。該圖所示的構(gòu)成中，1為氧氣高爐，2為用于將焦?fàn)t煤氣(C氣體)與高爐煤氣(B氣體)混合而得到混合氣體(M氣體)的混合器，3為用于對(duì)上述M氣體進(jìn)行預(yù)熱并吹入到爐內(nèi)的燃燒器，4為使用高爐爐頂廢氣進(jìn)行發(fā)電的發(fā)電機(jī)，5為制造純氧的制氧設(shè)備，6為用于向氧氣高爐1內(nèi)吹入氧氣等的風(fēng)口。

在圖1所示的構(gòu)成中，與現(xiàn)有高爐相同地，在氧氣高爐1中，從爐頂部投入燒結(jié)礦、焦炭。另外，從下部的風(fēng)口6向爐內(nèi)吹入常溫的純氧。純氧是利用制氧設(shè)備5使用深冷分離等分離技術(shù)由空氣制造的，此時(shí)消耗電力。因此使用如下方法：使用作為含有大量CO的燃燒氣體的C氣體、B氣體或?qū)⑺鼈兓旌隙傻腗氣體，利用發(fā)電機(jī)4進(jìn)行發(fā)電，利用該電力來(lái)制造純氧。另外，從高爐下部的風(fēng)口6，與純氧一起，還吹入粉煤、天然氣、焦?fàn)t煤氣等風(fēng)口吹入氣體。

本發(fā)明的向氧氣高爐吹入粉煤的方法的特征之一在于，將從風(fēng)口與純氧一起吹入的粉煤的揮發(fā)成分設(shè)定為25質(zhì)量％以上。其理由如下所述。

在現(xiàn)有型高爐的情況下，使用粉煤作為吹入還原材料，但其揮發(fā)成分為約20質(zhì)量％左右。該水平的揮發(fā)成分的粉煤被分類(lèi)為所謂的低揮發(fā)成分煤(例如，參考日本特開(kāi)2003-286511號(hào)公報(bào))。可是，在這樣的低揮發(fā)成分的粉煤中，煤占重量的大部分，因此認(rèn)為，即使是相同的吹入量，也能夠比25質(zhì)量％以上的高揮發(fā)成分煤削減更多的焦炭。

一般而言，氧氣高爐沒(méi)有對(duì)氧氣進(jìn)行預(yù)熱的設(shè)備、熱源是普遍的。因此，吹入氧氣和粉煤使用常溫的氧氣和粉煤。因此，在該爐的情況下，從在使焦炭回旋的同時(shí)燃燒的回旋區(qū)(風(fēng)口前燃燒區(qū)，溫度被維持于2000℃以上的高溫，其直徑為約1m)通過(guò)的粉煤以200m/s的速度被吹入時(shí)，從該回旋區(qū)通過(guò)的時(shí)間為數(shù)毫秒。因此，優(yōu)選使吹入粉煤在進(jìn)入回旋區(qū)之前的盡量早的時(shí)期著火。

關(guān)于這一點(diǎn)，在現(xiàn)有的氧氣高爐的情況下，由于吹入低揮發(fā)成分的粉煤，因此，粉煤在到達(dá)上述回旋區(qū)之前不會(huì)被充分升溫。因此，為了引起早期的著火和燃燒，一定需要專(zhuān)利文獻(xiàn)4中所記載的氧氣的預(yù)熱裝置。另一方面，像本發(fā)明這樣吹入揮發(fā)成分多的高揮發(fā)成分的粉煤時(shí)，與低揮發(fā)成分的粉煤相比，特別容易著火。特別是在不進(jìn)行吹入氧氣的預(yù)熱的本發(fā)明這樣的氧氣高爐中，期望吹入高揮發(fā)成分粉煤、即揮發(fā)成分為25質(zhì)量％以上的粉煤。其揮發(fā)成分的上限沒(méi)有特別限定，優(yōu)選為約30質(zhì)量％以下。

在本發(fā)明中，將揮發(fā)成分限定為25質(zhì)量％以上的理由是因?yàn)椋珊笫龅膶?shí)施例可知，能夠?qū)崿F(xiàn)粉煤的早期的著火、燃燒，能夠得到高的置換率。另外，優(yōu)選將揮發(fā)成分設(shè)定為30質(zhì)量％以下的理由是因?yàn)?，由后述的?shí)施例可知，超過(guò)30質(zhì)量％時(shí)，雖然置換率與現(xiàn)有型高爐的例子相比處于更高的水平，但稍微顯示出變差的傾向。

在本發(fā)明中，上述高揮發(fā)成分粉煤例如使用將北美產(chǎn)的揮發(fā)成分較低的粉煤與澳大利亞產(chǎn)或美國(guó)產(chǎn)等的揮發(fā)成分較高的粉煤以預(yù)定量混合而制備成揮發(fā)成分為25質(zhì)量％以上、優(yōu)選為約30質(zhì)量％以下的粉煤。

[實(shí)施例]

圖2是表示用于測(cè)量在向氧氣高爐吹入純氧和粉煤的條件下的、粉煤的燃燒率的粉煤燃燒試驗(yàn)爐的一例的圖。該粉煤燃燒試驗(yàn)爐11為高度1400mm×長(zhǎng)度1000mm×寬度400mm。另外，在該粉煤燃燒試驗(yàn)爐11的上部，經(jīng)由管路12設(shè)置有旋風(fēng)分離器13，將爐內(nèi)產(chǎn)生的燃燒氣體利用旋風(fēng)分離器13分離成廢氣和粉塵。在該試驗(yàn)爐11的上部具有管路14，在該管路14上連接有焦炭?jī)?chǔ)存槽15，能夠?qū)?chǔ)存在焦炭?jī)?chǔ)存槽15中的焦炭16裝填到試驗(yàn)爐11內(nèi)。另外，試驗(yàn)爐11在其側(cè)面以可插入的方式設(shè)置有用于測(cè)定溫度、壓力、氣體組成等的測(cè)定探針17，在與該測(cè)定探針17大致相對(duì)的爐側(cè)部設(shè)置有風(fēng)口18，進(jìn)而在風(fēng)口18處設(shè)置有送風(fēng)管19。該送風(fēng)管19中設(shè)置有吹入純氧的純氧吹入噴槍20和吹入粉煤的粉煤吹入噴槍21、觀察孔22等。需要說(shuō)明的是，23表示作為風(fēng)口18的前方的燃燒區(qū)的回旋區(qū)。

使用上述粉煤燃燒試驗(yàn)爐11來(lái)測(cè)量模擬了氧氣高爐的吹入條件的粉煤的燃燒率。在再現(xiàn)了氧氣高爐的該燃燒試驗(yàn)裝置中，由于高溫而難以通過(guò)直接采集粉煤來(lái)測(cè)定燃燒率，因此，將(焦炭消耗量/粉煤吹入量)定義為置換率，間接地測(cè)定粉煤的燃燒率。粉煤燃燒率降低時(shí)，殘留氧氣增加而使焦炭消耗量增加，因此置換率降低。

在此，關(guān)于吹入氣體的溫度，在現(xiàn)有高爐的條件下設(shè)定為與以往相同的1000℃，在本發(fā)明的氧氣高爐條件下設(shè)定為常溫，關(guān)于粉煤的吹入量(PCR)，現(xiàn)有的高爐條件和本發(fā)明的氧氣高爐條件均設(shè)定為相當(dāng)于以每1噸鐵水計(jì)為150kg的量。另外，在現(xiàn)有例的高爐條件下，將粉煤吹入氣體中的氧氣濃度設(shè)定為25％，在本發(fā)明的氧氣高爐條件下，將粉煤吹入氣體設(shè)定為100％氧氣。

圖3中示出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。根據(jù)該圖所示的結(jié)果，在現(xiàn)有型的普通高爐的例子中，揮發(fā)成分為15質(zhì)量％以上時(shí)，揮發(fā)成分越增加，則置換率越降低。這是因?yàn)椋瑩]發(fā)成分增加的部分使粉煤中的碳量相對(duì)減少。粉煤比等重量的焦炭更廉價(jià)，但置換率如此低時(shí)，沒(méi)有成本上的優(yōu)點(diǎn)，而且使焦炭比與粉煤比的合計(jì)即還原材料比升高，最終使CO₂的排放量增加，因此不怎么優(yōu)選。

另一方面可知，在本發(fā)明的氧氣高爐條件下，揮發(fā)成分為15質(zhì)量％以上時(shí)，置換率逐漸升高，在為25質(zhì)量％以上時(shí)，超過(guò)現(xiàn)有型高爐操作例的置換率。另外可知，揮發(fā)成分為25～30質(zhì)量％時(shí)，顯示出大致恒定的良好的置換率，但超過(guò)30質(zhì)量％時(shí)，雖然比現(xiàn)有例的置換率更良好，但置換率稍微降低。認(rèn)為其理由在于，在高爐中，粉煤本來(lái)應(yīng)當(dāng)容易在純氧中燃燒，但低揮發(fā)成分的粉煤為常溫時(shí)，著火延遲而使置換率降低。另一方面，認(rèn)為是因?yàn)?，?duì)于像本發(fā)明這樣揮發(fā)成分高的粉煤而言，即使將其在常溫下使用，揮發(fā)成分也會(huì)成為著火源，因此會(huì)在早期著火，因而置換率升高。

此外，將現(xiàn)有的高爐條件和本發(fā)明的氧氣高爐條件都將粉煤的吹入量(PCR)設(shè)定為相當(dāng)于以每1噸鐵水計(jì)為200kg的量時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果示于圖4中。與圖3所示的相當(dāng)于以每1噸鐵水計(jì)為150kg的實(shí)驗(yàn)相比，可知現(xiàn)有例降低5～3％，與此相對(duì)，本發(fā)明中，最多也就降低約2％。認(rèn)為這是因?yàn)?，在現(xiàn)有方法中，粉煤的燃燒所需的氧氣量相對(duì)降低而使著火性變差，與此相對(duì)，在本發(fā)明中，著火由揮發(fā)成分量決定，因此使置換率的降低得到抑制。

這樣，發(fā)明人進(jìn)行的使用氧氣高爐的試驗(yàn)爐的實(shí)驗(yàn)中，可以確認(rèn)：作為吹入粉煤，優(yōu)選使用揮發(fā)成分更高的粉煤、特別是揮發(fā)成分為25質(zhì)量％以上的粉煤。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

以上所說(shuō)明的本發(fā)明的粉煤吹入方法不僅能夠應(yīng)用于使用揮發(fā)成分為25質(zhì)量％以上的高揮發(fā)成分粉煤作為粉煤的氧氣高爐，還能夠應(yīng)用于需要促進(jìn)作為合成化學(xué)工業(yè)用氣體有用的無(wú)氮高爐煤氣的產(chǎn)生的技術(shù)的各種用途中。

符號(hào)說(shuō)明

1 氧氣高爐

2 混合器

3 燃燒器

4 發(fā)電機(jī)

5 制氧設(shè)備

6 風(fēng)口

11 粉煤燃燒試驗(yàn)爐

12、14 管路

13 旋風(fēng)分離器

15 焦炭?jī)?chǔ)存槽

16 焦炭

17 測(cè)定探針

18 風(fēng)口

19 送風(fēng)管

20 純氧吹入噴槍

21 粉煤吹入噴槍

22 觀察孔

23 回旋區(qū)