[go: up one dir, main page]

JP2008143770A - Waste heat recovery system and waste heat recovery device - Google Patents

Waste heat recovery system and waste heat recovery device Download PDF

Info

Publication number
JP2008143770A
JP2008143770A JP2007235084A JP2007235084A JP2008143770A JP 2008143770 A JP2008143770 A JP 2008143770A JP 2007235084 A JP2007235084 A JP 2007235084A JP 2007235084 A JP2007235084 A JP 2007235084A JP 2008143770 A JP2008143770 A JP 2008143770A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
waste heat
gas
energy
dimethyl ether
reforming reaction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2007235084A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Haraoka
たかし 原岡
Futahiko Nakagawa
二彦 中川
Tsutomu Shikada
勉 鹿田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
JFE Engineering Corp
Original Assignee
JFE Steel Corp
JFE Engineering Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JFE Steel Corp, JFE Engineering Corp filed Critical JFE Steel Corp
Priority to JP2007235084A priority Critical patent/JP2008143770A/en
Publication of JP2008143770A publication Critical patent/JP2008143770A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10Process efficiency
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10Process efficiency
    • Y02P20/129Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines

Landscapes

  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

【課題】高効率エネルギー回収システムおよび廃熱回収装置を提供する。
【解決手段】ジメチルエーテルに炭酸ガスまたは水蒸気を加え、廃熱によって改質反応を行い、合成ガスまたは水素ガスを得、得られた前記合成ガスまたは前記水素ガスの圧力エネルギーを機械的エネルギーまたは電気的エネルギーに転換する。例えば、図1において、改質反応によって生成し、体積膨張したガスは改質反応器1より膨張タービン2に導入され、膨張タービン2では、導入されたガスの圧力エネルギーによりタービンを回転させることによって、発電に利用するための機械的エネルギーに転換する。一方で、膨張タービン2を経た合成ガスまたは水素ガスは、従来通り、高炉やコースク工場の副生ガスラインに導入され、燃料エネルギーとしてガスホルダー5にて貯留され、発電所や工場で燃料エネルギーとして利用される。
【選択図】図1
A high-efficiency energy recovery system and a waste heat recovery apparatus are provided.
Carbon dioxide gas or water vapor is added to dimethyl ether, a reforming reaction is performed by waste heat to obtain synthesis gas or hydrogen gas, and pressure energy of the obtained synthesis gas or hydrogen gas is converted into mechanical energy or electrical energy. Convert to energy. For example, in FIG. 1, a gas generated by a reforming reaction and volume-expanded is introduced into an expansion turbine 2 from a reforming reactor 1, and the expansion turbine 2 rotates the turbine by the pressure energy of the introduced gas. , Convert to mechanical energy for power generation. On the other hand, the synthesis gas or hydrogen gas that has passed through the expansion turbine 2 is introduced into a by-product gas line of a blast furnace or a caulk factory as usual, and stored in the gas holder 5 as fuel energy, and as fuel energy in a power plant or factory. Used.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、ジメチルエーテルの改質反応を用いて廃熱からエネルギーを回収する廃熱回収システムおよび廃熱回収装置に関するものである。   The present invention relates to a waste heat recovery system and a waste heat recovery apparatus that recovers energy from waste heat using a reforming reaction of dimethyl ether.

例えば、製鉄所等における排熱には、焼結クーラー排熱回収設備、コークス乾式消火設備等の技術によって回収されているものもあるが、なお、多量の排熱が回収されておらず廃熱となっている。この理由としては、水砕スラグ製造や圧延工程の急冷工程等から得られる排熱は数十度程度の温水の熱であって用途がないこと、あるいは、排熱の一部を低圧蒸気で回収することは製鉄所内でもすでに行われているが、低圧蒸気の需要自体が排熱量に見合うほどには大きくないこと、等があげられる。このため、低圧蒸気で回収するような温度の排熱である、焼結設備やコークス製造設備などの設備からの排熱の大部分と、コークス炉ガスや高炉ガスなどの顕熱については回収されていないのが現状である。
そこで、これらの廃熱のうち、200℃あるいは300℃程度の廃熱を有効利用する技術として、ジメチルエーテルを炭酸ガスあるいは水蒸気と反応させて水素と一酸化炭素からなるガスを得る方法(以下、改質反応と称す)が提案されていることは公知である。
For example, some exhaust heat at steelworks, etc., is recovered by technologies such as a sintered cooler exhaust heat recovery facility and a coke dry fire extinguishing facility, but a large amount of exhaust heat is not recovered and waste heat is recovered. It has become. The reason for this is that the exhaust heat obtained from granulated slag production or the rapid cooling process of the rolling process is hot water of several tens of degrees and has no use, or a part of the exhaust heat is recovered with low-pressure steam. This has already been done in the steelworks, but the demand for low-pressure steam is not so large as to meet the amount of exhaust heat. For this reason, most of the exhaust heat from the equipment such as sintering equipment and coke production equipment, and the sensible heat such as coke oven gas and blast furnace gas, which is exhaust heat at a temperature that is recovered with low-pressure steam, is recovered. The current situation is not.
Therefore, among these waste heats, as a technique for effectively utilizing waste heat of about 200 ° C. or 300 ° C., a method of obtaining a gas composed of hydrogen and carbon monoxide by reacting dimethyl ether with carbon dioxide gas or water vapor (hereinafter referred to as modified). It is well known that a so-called quality reaction has been proposed.

例えば、特許文献1には、ジメチルエーテルに水蒸気または炭酸ガスを加えて触媒反応させることによりジメチルエーテルを改質して合成ガスまたは水素ガスを得、このガスを原動機用燃料として使用する方法が開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses a method in which dimethyl ether is reformed by adding steam or carbon dioxide gas to dimethyl ether to cause a catalytic reaction to obtain synthesis gas or hydrogen gas, and this gas is used as a fuel for a prime mover. Yes.

また、特許文献2には、まず、200℃級の排熱により水を蒸発させ、次いで、得られた水蒸気とジメチルエーテルとの混合ガスを、触媒を利用し、300℃級の排熱によって水素リッチガスに転換する方法が開示されている。
そして、特許文献1および2の改質反応により得られたガスは水素あるいは一酸化炭素などの燃料として利用可能な成分が含まれるため、既存の副生ガス(高炉ガス、コークス炉ガスなど)のラインに混合され、いったんガスホルダーに貯留されたのちに発電所あるいは各工場に送られる。なお、前記ガスホルダーに貯留されるガスの圧力はゲージ圧で500mmAq(0.005MPa)前後であるため、改質反応で得られたガスは減圧されて副生ガスのラインに導入される。以上の概要を従来の廃熱回収システムの構成を示す系統図として図3に示す。
図3によれば、ポンプ4を介してジメチルエーテルが二酸化炭素あるいは水(水蒸気)と混合されて、改質反応触媒が充填された改質反応器1に供給される。改質反応器1では、工場からの廃熱と触媒の働きにより改質反応が進行する。改質反応によって生成した合成ガスまたは水素ガスは減圧弁7にてガスホルダー5に貯留可能な程度まで減圧され、次いで、副生ガスライン8に導入される。副生ガスライン8に導入された合成ガスまたは水素ガスは、ガスホルダー5に貯留させ、発電所、工場等で燃料として利用される。ここで、生成したガスをガスホルダーに貯留する理由は、ガスを利用する側(例えば、発電所)に負荷変動があり、これに対応するためである。すなわち、ガスや電気の使用量は季節や一日を通した夜間と昼間では変動があるにも拘わらず、発生側である高炉やコークス炉の操業を需要側の変動に合わせて変えることができないことによるものである。
特開平11−106770号公報 特開2004−144018号公報
In Patent Document 2, water is first evaporated by exhaust heat of 200 ° C. class, and then the resulting mixed gas of water vapor and dimethyl ether is converted to hydrogen rich gas by exhaust heat of 300 ° C. class using a catalyst. A method of converting to is disclosed.
And since the gas obtained by the reforming reaction of patent documents 1 and 2 contains a component which can be used as fuels, such as hydrogen or carbon monoxide, existing by-product gas (blast furnace gas, coke oven gas, etc.) After being mixed in the line and once stored in the gas holder, it is sent to the power plant or each factory. Since the pressure of the gas stored in the gas holder is around 500 mmAq (0.005 MPa) in terms of gauge pressure, the gas obtained by the reforming reaction is decompressed and introduced into the byproduct gas line. The above outline is shown in FIG. 3 as a system diagram showing the configuration of a conventional waste heat recovery system.
According to FIG. 3, dimethyl ether is mixed with carbon dioxide or water (steam) via a pump 4 and supplied to the reforming reactor 1 filled with the reforming reaction catalyst. In the reforming reactor 1, the reforming reaction proceeds by the waste heat from the factory and the action of the catalyst. The synthesis gas or hydrogen gas generated by the reforming reaction is depressurized to the extent that it can be stored in the gas holder 5 by the pressure reducing valve 7, and then introduced into the byproduct gas line 8. The synthesis gas or hydrogen gas introduced into the byproduct gas line 8 is stored in the gas holder 5 and used as fuel in a power plant, factory, or the like. Here, the reason why the generated gas is stored in the gas holder is to cope with the load fluctuation on the side (for example, power plant) that uses the gas. In other words, the usage of blast furnace and coke oven on the generation side cannot be changed according to the fluctuation on the demand side, even though the usage amount of gas and electricity fluctuates during the night and daytime throughout the day and throughout the day. It is because.
JP-A-11-106770 JP 2004-144018 A

このように、廃熱の回収方法として、ジメチルエーテルの改質反応に廃熱を利用し水素ガスあるいは合成ガス等の燃料ガスを得、これを燃料エネルギーとして利用する方法は従来より提案されていた。しかしながら、廃熱のエネルギー回収として燃料エネルギー以外のエネルギー利用は全く考えられておらず、廃熱回収方法としては燃料エネルギーとしての回収のみに頼らざるを得ないため、廃熱のエネルギー回収効率は決して高くはなかった。   As described above, as a method for recovering waste heat, a method has been conventionally proposed in which fuel gas such as hydrogen gas or synthesis gas is obtained by using waste heat in a reforming reaction of dimethyl ether and used as fuel energy. However, the use of energy other than fuel energy is not considered at all for the recovery of waste heat energy, and the waste heat recovery method must rely only on recovery as fuel energy. It was not expensive.

本発明は、かかる事情に鑑みなされたもので、改質反応の特徴を充分に利用した、高効率エネルギー回収システムおよび廃熱回収装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a high-efficiency energy recovery system and a waste heat recovery apparatus that fully utilize the characteristics of the reforming reaction.

本発明者らは、先に開発した、改質方法に着目し上記課題を解決すべく鋭意検討した。その結果、以下の知見を得た。
改質反応により生成される合成ガスまたは水素ガスは改質反応の特徴から体積膨張したガスとして生成される。しかし、従来は、この体積膨張したガスを、例えば、副生ガスラインに導入する時などは減圧して用いる等、この体積膨張による圧力エネルギーは全く有効利用されていなかった。そして、この圧力エネルギーを有効利用することは従来全く考えられていなかった。そこで、本発明では、改質反応により得られ、体積膨張した合成ガスまたは水素ガスの圧力に着目し、この圧力エネルギーを利用するシステムを案出した。その結果、従来の燃料エネルギーと本発明の圧力エネルギーの両者を組み合わせることで回収エネルギーを増大させ、廃熱回収の効率を一層向上させることが可能となった。
The inventors of the present invention have made extensive studies in order to solve the above problems by paying attention to the reforming method developed previously. As a result, the following knowledge was obtained.
The synthesis gas or hydrogen gas generated by the reforming reaction is generated as a volume-expanded gas due to the characteristics of the reforming reaction. However, conventionally, the pressure energy generated by the volume expansion has not been effectively used, for example, when the volume expanded gas is used under reduced pressure when introduced into a by-product gas line. And it has not been considered at all to effectively use this pressure energy. Therefore, in the present invention, paying attention to the pressure of the synthesis gas or hydrogen gas obtained by the reforming reaction and volume-expanded, a system using this pressure energy has been devised. As a result, the recovery energy can be increased by combining both the conventional fuel energy and the pressure energy of the present invention, and the efficiency of waste heat recovery can be further improved.

本発明は、以上の知見に基づきなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
[1]ジメチルエーテルの改質反応によって廃熱からエネルギーを回収する廃熱回収システムであって、前記ジメチルエーテルに炭酸ガスまたは水蒸気を加え、前記廃熱によって前記改質反応を行い、合成ガスまたは水素ガスを得、得られた前記合成ガスまたは前記水素ガスの圧力エネルギーを機械的エネルギーまたは電気的エネルギーに転換することを特徴とする廃熱回収システム。
[2]前記[1]において、前記改質反応に用いる前記ジメチルエーテル、前記炭酸ガス、前記水蒸気のいずれか一つ以上を、前記改質反応前に、廃熱によって加熱することを特徴とする廃熱回収システム。
[3]前記[1]または[2]において、前記廃熱が600℃未満であり、前記改質反応を触媒を用いて行うことを特徴とする廃熱回収システム。
[4] 前記[1]または[2]において、前記廃熱が600℃以上であり、前記改質反応を触媒を用いず行うことを特徴とする廃熱回収システム。
[5]前記[1]〜[4]のいずれかにおいて、前記廃熱が製鉄所の排熱であることを特徴とする廃熱回収システム。
[6]前記[1]〜[5]のいずれかにおいて、前記改質反応により得られた前記合成ガスまたは前記水素ガスの圧力を動力に転換し、該動力を発電に利用することを特徴とする廃熱回収システム。
[7]ジメチルエーテルと、炭酸ガスまたは水蒸気とを廃熱により反応させて合成ガスまたは水素ガスを生成させる改質反応器と、該改質反応器で生成した前記合成ガスまたは前記水素ガスの圧力エネルギーによって回転する膨張タービンと、該膨張タービンの回転により機械的エネルギーまたは電気的エネルギーに変換する変換器を有する廃熱回収装置。
[8]前記[7]において、さらに、前記改質反応器に導入する前に、前記ジメチルエーテル、前記炭酸ガス、前記水蒸気のいずれか一つ以上を、廃熱によって加熱する熱交換器を有する廃熱回収装置。
[9]前記[7]または[8]において、前記改質反応器としてコークス乾式消火設備のボイラーを利用することを特徴とする廃熱回収装置。
The present invention has been made based on the above findings, and the gist thereof is as follows.
[1] A waste heat recovery system that recovers energy from waste heat by a reforming reaction of dimethyl ether, adding carbon dioxide or steam to the dimethyl ether, performing the reforming reaction by the waste heat, and syngas or hydrogen gas And converting the pressure energy of the obtained synthesis gas or the hydrogen gas into mechanical energy or electrical energy.
[2] The waste according to [1], wherein any one or more of the dimethyl ether, the carbon dioxide gas, and the water vapor used in the reforming reaction is heated by waste heat before the reforming reaction. Heat recovery system.
[3] The waste heat recovery system according to [1] or [2], wherein the waste heat is less than 600 ° C., and the reforming reaction is performed using a catalyst.
[4] The waste heat recovery system according to [1] or [2], wherein the waste heat is 600 ° C. or higher, and the reforming reaction is performed without using a catalyst.
[5] The waste heat recovery system according to any one of [1] to [4], wherein the waste heat is waste heat of a steelworks.
[6] In any one of the above [1] to [5], the pressure of the synthesis gas or the hydrogen gas obtained by the reforming reaction is converted into power, and the power is used for power generation. Waste heat recovery system.
[7] A reforming reactor for generating synthesis gas or hydrogen gas by reacting dimethyl ether with carbon dioxide gas or water vapor by waste heat, and pressure energy of the synthesis gas or hydrogen gas generated in the reforming reactor The waste heat recovery apparatus having an expansion turbine that is rotated by the rotation turbine and a converter that converts mechanical energy or electrical energy by rotation of the expansion turbine.
[8] In the above [7], the waste further having a heat exchanger that heats any one or more of the dimethyl ether, the carbon dioxide gas, and the water vapor by waste heat before being introduced into the reforming reactor. Heat recovery device.
[9] The waste heat recovery apparatus according to [7] or [8], wherein a boiler of a coke dry fire extinguishing facility is used as the reforming reactor.

本発明の廃熱回収システムによれば、廃熱エネルギーを効率よく回収することができる。そして、製鉄所等の600℃未満の中低温廃熱および600℃以上の廃熱を有効に回収利用でき、熱利用効率をより高めることが可能となる。
一例として、本発明の廃熱回収システムを用いて廃熱エネルギーを使用して発電を行った場合、従来の方法で得られる発電量に比べ約12%の電力量増が期待できる。この電力増を石炭量で換算すると、例えば、年間粗鋼生産量1000万トンクラスの製鉄所に適用した場合には、年間約20万トンの石炭量の節約に相当し、炭酸ガス排出量では年間約45万トンの削減が期待できる。
According to the waste heat recovery system of the present invention, waste heat energy can be recovered efficiently. And it is possible to effectively recover and utilize the medium and low temperature waste heat of less than 600 ° C. and the waste heat of 600 ° C. or more, such as steelworks, and it is possible to further improve the heat utilization efficiency.
As an example, when power generation is performed using waste heat energy using the waste heat recovery system of the present invention, an increase in power amount of about 12% can be expected compared to the power generation amount obtained by the conventional method. When this increase in electricity is converted into coal, for example, when applied to a steel mill with annual crude steel production of 10 million tons, it is equivalent to saving 200,000 tons of coal annually, and carbon dioxide emissions are annual. A reduction of about 450,000 tons can be expected.

以下に、本発明の廃熱回収システムの詳細について説明する。
例えば、製鉄所の廃熱回収にジメチルエーテルの改質反応を利用してエネルギーを回収しようとする場合、そのエネルギーは合成ガスや水素ガスといった燃料エネルギーの他に体積膨張による圧力エネルギーが発生する。本発明はこの今まで回収されていなかった圧力エネルギーを回収することにより、高効率なエネルギー回収システムを構築することを特徴とする。すなわち、本発明は、ジメチルエーテルの改質反応を用いて廃熱からエネルギーを回収する廃熱回収システムであり、前記ジメチルエーテルに炭酸ガスまたは水蒸気を加え、廃熱によって改質反応を行うことにより合成ガスまたは水素ガスを得、得られた前記合成ガスまたは前記水素ガスを燃料エネルギーとして利用するのに加え、得られた前記合成ガスまたは前記水素ガスの圧力エネルギーを機械的エネルギーまたは電気的エネルギーに転換する。
このように従来全く利用されていなかった圧力エネルギーを機械的エネルギーまたは電気的エネルギーに転換することにより、従来に比べ、エネルギー回収率が向上し、高効率な廃熱回収が可能となる。
Below, the detail of the waste-heat recovery system of this invention is demonstrated.
For example, when energy is to be recovered by using a reforming reaction of dimethyl ether to recover waste heat from a steel mill, pressure energy due to volume expansion is generated in addition to fuel energy such as synthesis gas and hydrogen gas. The present invention is characterized in that a highly efficient energy recovery system is constructed by recovering the pressure energy that has not been recovered so far. That is, the present invention is a waste heat recovery system that recovers energy from waste heat using a reforming reaction of dimethyl ether, and a synthesis gas is obtained by adding carbon dioxide gas or steam to the dimethyl ether and performing the reforming reaction by waste heat. Alternatively, hydrogen gas is obtained and, in addition to using the obtained synthesis gas or the hydrogen gas as fuel energy, the pressure energy of the obtained synthesis gas or the hydrogen gas is converted into mechanical energy or electrical energy. .
Thus, by converting the pressure energy that has not been used at all to mechanical energy or electrical energy, the energy recovery rate is improved compared to the conventional case, and highly efficient waste heat recovery is possible.

図1は、本発明の一実施形態であり、廃熱回収システムの概要を示す系統図である。図1に示すように、本発明の廃熱回収システムは、改質反応器1と膨張タービン2と発電機3から主に構成されている。
改質反応器1では、ジメチルエーテルに炭酸ガスまたは水蒸気を加え、例えば工場等の廃熱を与えることによって改質反応を行う。ジメチルエーテルは、ポンプ4を介して、炭酸ガスまたは水蒸気を混合しながら改質反応器1内に供給される。改質反応器1は触媒が充填されており、改質反応器1内では、廃熱によって触媒反応が進行し、ジメチルエーテルと炭酸ガスまたは水蒸気から合成ガスまたは水素ガスが生成される。
改質反応によって生成し、体積膨張したガスは改質反応器1より膨張タービン2に導入され、膨張タービン2では、ガスの圧力エネルギー(圧力)によりタービンを回転させることによって、発電に利用するための機械的エネルギー(動力)に転換する。
発電機3では、膨張タービン2の機械的エネルギー(動力)を受けて発電を行う。
さらに、図1では、膨張タービン2を経た合成ガスまたは水素ガスは、従来通り、高炉やコースク工場の副生ガスラインに導入され、燃料エネルギーとしてガスホルダー5にて蓄積され、発電所や工場で燃料エネルギーとして利用される。
このように、本発明では、改質反応によって得られたガスの体積膨張による圧力差を利用する。例えば、膨張タービンを用いて発電する方法はその一つである。改質反応によって廃熱を回収し、改質反応によって生成したガスの圧力エネルギーを利用してタービンを回転させ、電力等のエネルギーを得ることになる。
FIG. 1 is a system diagram showing an outline of a waste heat recovery system according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the waste heat recovery system of the present invention mainly includes a reforming reactor 1, an expansion turbine 2, and a generator 3.
In the reforming reactor 1, carbon dioxide gas or water vapor is added to dimethyl ether, and the reforming reaction is performed, for example, by giving waste heat from a factory or the like. Dimethyl ether is supplied into the reforming reactor 1 through the pump 4 while mixing carbon dioxide or steam. The reforming reactor 1 is filled with a catalyst. In the reforming reactor 1, a catalytic reaction proceeds by waste heat, and synthesis gas or hydrogen gas is generated from dimethyl ether and carbon dioxide gas or steam.
The gas generated by the reforming reaction and expanded in volume is introduced into the expansion turbine 2 from the reforming reactor 1, and the expansion turbine 2 is used for power generation by rotating the turbine by the pressure energy (pressure) of the gas. To mechanical energy (power).
The generator 3 generates power by receiving mechanical energy (power) of the expansion turbine 2.
Furthermore, in FIG. 1, the synthesis gas or hydrogen gas that has passed through the expansion turbine 2 is introduced into a by-product gas line of a blast furnace or a caulk factory as usual, and is accumulated in the gas holder 5 as fuel energy. Used as fuel energy.
Thus, in the present invention, the pressure difference due to the volume expansion of the gas obtained by the reforming reaction is used. For example, one method is to generate electricity using an expansion turbine. Waste heat is recovered by the reforming reaction, and the turbine is rotated using the pressure energy of the gas generated by the reforming reaction to obtain energy such as electric power.

ここで、本発明の廃熱回収システムに用いるジメチルエーテルの改質反応について、以下に詳細に説明する。
改質反応器1ではジメチルエーテルと二酸化炭素あるいは水(水蒸気)とが反応して一酸化炭素と水素および二酸化炭素が主に生成する。反応式では、以下のように表される。
CHOCH+ CO→3CO+3H (1)
CHOCH+ HO→2CO+4H (2)
CHOCH+3HO→2CO+6H (3)
上記(1)〜(3)式のいずれの反応でも分子数が増大し体積膨張が発生し、また同時に、廃熱によってガスが加温されるためによる体積膨張がここに加わることが分かる。本発明では、この改質反応の特徴である体積膨張、すなわち、反応の前後の圧力差を上述したように有効利用する。
なお、本発明において、ジメチルエーテル中にはメタノールおよびエタノールが含まれていてもよい。ジメチルエーテル中にメタノールおよびエタノールが含まれている場合、ジメチルエーテル中のメタノールおよびエタノールについては、以下に示す反応式により、ジメチルエーテルと同時に改質反応がそれぞれ進行しガスが生成することになる。そして、ジメチルエーテルの改質反応によって生成したガスと同様に、メタノールおよびエタノールの改質反応によって生成したガスもエネルギーとして利用される。
メタノールの改質反応
CHOH+HO→CO+3H
CHOH→CO+2H
エタノールの改質反応
OH+CO→3CO+3H
OH+HO→2CO+4H
OH+3HO→2CO+6H
なお、本発明の廃熱回収システムに用いる廃熱が600℃未満の場合、上記改質反応を生じさせるためには触媒を用いて行うことが好ましい。
Here, the reforming reaction of dimethyl ether used in the waste heat recovery system of the present invention will be described in detail below.
In the reforming reactor 1, dimethyl ether and carbon dioxide or water (steam) react to mainly produce carbon monoxide, hydrogen and carbon dioxide. In the reaction formula, it is expressed as follows.
CH 3 OCH 3 + CO 2 → 3CO + 3H 2 (1)
CH 3 OCH 3 + H 2 O → 2CO + 4H 2 (2)
CH 3 OCH 3 + 3H 2 O → 2CO 2 + 6H 2 (3)
It can be seen that in any reaction of the above formulas (1) to (3), the number of molecules increases and volume expansion occurs, and at the same time, volume expansion due to heating of the gas by waste heat is added here. In the present invention, the volume expansion characteristic of the reforming reaction, that is, the pressure difference before and after the reaction is effectively used as described above.
In the present invention, dimethyl ether may contain methanol and ethanol. When methanol and ethanol are contained in dimethyl ether, the reforming reaction of methanol and ethanol in dimethyl ether proceeds simultaneously with dimethyl ether according to the following reaction formula to generate gas. And the gas produced | generated by the reforming reaction of methanol and ethanol is utilized as energy similarly to the gas produced | generated by the reforming reaction of dimethyl ether.
Reforming reaction of methanol CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 3H 2
CH 3 OH → CO + 2H 2
Reforming reaction of ethanol C 2 H 5 OH + CO 2 → 3CO + 3H 2
C 2 H 5 OH + H 2 O → 2CO + 4H 2
C 2 H 5 OH + 3H 2 O → 2CO 2 + 6H 2
In addition, when the waste heat used for the waste heat recovery system of this invention is less than 600 degreeC, in order to produce the said reforming reaction, it is preferable to carry out using a catalyst.

改質反応器1に充填される触媒としては改質反応の起きるものであればいずれも使用可能であるが、一般的に使用される銅系触媒、鉄系触媒、コバルト系触媒、パラジウム系触媒などが望ましい。
銅系触媒とは、金属銅あるいは銅の酸化物またはその混合物からなるものであり、銅の酸化物とは酸化第一銅(CuO)あるいは酸化第二銅(CuO)またはその混合物である。
鉄系触媒とは、金属鉄あるいは鉄酸化物またはその混合物からなるものであり、鉄酸化物とは酸化第一鉄(FeO)あるいは酸化第二鉄(Fe)またはその混合物である。
コバルト系触媒とは、コバルトの金属あるいはコバルト酸化物またはその混合物からなるものであり、コバルト酸化物とは酸化第一コバルト(CoO)あるいは酸化第二コバルト(Co)またはその混合物である。
この銅系触媒、鉄系触媒あるいはコバルト系触媒は、アルミナ、シリカゲル、シリカ・アルミナ、ゼオライト等の触媒担体に担持させて使用するのが一般的である。
パラジウム系触媒とは、アルカリ金属酸化物あるいはアルカリ土類金属酸化物あるいは希土類元素の酸化物といった塩基性金属酸化物にパラジウムを担持させたものである。
Any catalyst can be used as the catalyst charged in the reforming reactor 1 as long as it undergoes a reforming reaction, but generally used copper-based catalyst, iron-based catalyst, cobalt-based catalyst, palladium-based catalyst. Etc. are desirable.
The copper-based catalyst is made of metallic copper, copper oxide or a mixture thereof, and the copper oxide is cuprous oxide (Cu 2 O), cupric oxide (CuO) or a mixture thereof. .
The iron-based catalyst is made of metallic iron, iron oxide, or a mixture thereof, and the iron oxide is ferrous oxide (FeO), ferric oxide (Fe 2 O 3 ), or a mixture thereof.
The cobalt-based catalyst is made of cobalt metal, cobalt oxide or a mixture thereof, and the cobalt oxide is cobalt oxide (CoO), cobalt oxide (Co 2 O 3 ) or a mixture thereof. .
The copper-based catalyst, iron-based catalyst or cobalt-based catalyst is generally used by being supported on a catalyst carrier such as alumina, silica gel, silica / alumina, or zeolite.
The palladium-based catalyst is obtained by supporting palladium on a basic metal oxide such as an alkali metal oxide, an alkaline earth metal oxide, or a rare earth element oxide.

これらの触媒を充填した改質反応器2には、ジメチルエーテルとともに二酸化炭素あるいは水(水蒸気)が導入される。導入されるジメチルエーテルと二酸化炭素あるいは水(水蒸気)の組成は、ジメチルエーテル:二酸化炭素あるいは水(水蒸気)で1:1〜1:10(モル比)が望ましい。二酸化炭素あるいは水(水蒸気)のモル比がジメチルエーテルに比べて小さすぎる場合には、改質反応の反応率が低下するとともにメタンの生成する反応が顕著となるために吸熱量が低下して廃熱回収の効率が相対的に低下する。一方、二酸化炭素あるいは水(水蒸気)のモル比がジメチルエーテルに比べて大きい場合、改質反応がより低温で可能となる利点があるが、ある程度以上ではその効果が顕著でなくなり、設備が大きくなって経済的ではない。   Carbon dioxide or water (steam) is introduced into the reforming reactor 2 filled with these catalysts together with dimethyl ether. The composition of the introduced dimethyl ether and carbon dioxide or water (steam) is preferably 1: 1 to 1:10 (molar ratio) of dimethyl ether: carbon dioxide or water (steam). If the molar ratio of carbon dioxide or water (steam) is too small compared to dimethyl ether, the reaction rate of the reforming reaction will decrease and the reaction of methane formation will become significant, so the endotherm will decrease and waste heat will Recovery efficiency is relatively reduced. On the other hand, when the molar ratio of carbon dioxide or water (steam) is larger than that of dimethyl ether, there is an advantage that the reforming reaction can be performed at a lower temperature. Not economical.

改質反応器1に導入されるジメチルエーテルおよび二酸化炭素あるいは水(水蒸気)の圧力はゲージ圧で0.1〜1MPa程度が望ましい。圧力が低すぎると改質反応後のガスの圧力が低すぎる。一方、圧力が高すぎると改質反応の反応率が低下する。
一例としてジメチルエーテルと二酸化炭素との反応における圧力(絶対圧)および二酸化炭素/ジメチルエーテル比と平衡反応率95%となる温度との関係を図4に示す。図4より、反応圧力が高くなるほど平衡反応率95%となる温度は高温になることがわかる。すなわち、反応温度が同じであれば反応圧力が高くなるほど改質反応の反応率は低下する。一方、二酸化炭素/ジメチルエーテル比が高くなるとこの温度は低温側に移行することが分かる。
The pressure of dimethyl ether and carbon dioxide or water (steam) introduced into the reforming reactor 1 is preferably about 0.1 to 1 MPa in terms of gauge pressure. If the pressure is too low, the gas pressure after the reforming reaction is too low. On the other hand, when the pressure is too high, the reaction rate of the reforming reaction decreases.
As an example, FIG. 4 shows the relationship between the pressure (absolute pressure) and the carbon dioxide / dimethyl ether ratio in the reaction between dimethyl ether and carbon dioxide and the temperature at which the equilibrium reaction rate is 95%. FIG. 4 shows that the temperature at which the equilibrium reaction rate becomes 95% increases as the reaction pressure increases. That is, if the reaction temperature is the same, the reaction rate of the reforming reaction decreases as the reaction pressure increases. On the other hand, it can be seen that this temperature shifts to a lower temperature side when the carbon dioxide / dimethyl ether ratio increases.

改質反応器1に導入されるジメチルエーテルおよび二酸化炭素あるいは水(水蒸気)の供給速度は、触媒体積(m)あたりのガス供給速度(Nm/hr)である空間速度において、1000〜5000m/m・hrが望ましい。空間速度がこれより小さい場合には反応器の体積が大きくなり経済的でない。一方、空間速度がこれより大きい場合には改質反応の反応率が低下する。 The feed rate of dimethyl ether is introduced into the reforming reactor 1 and carbon dioxide or water (steam), in space velocity is the gas feed rate per volume of catalyst (m 3) (Nm 3 / hr), 1000~5000m 3 / M 3 · hr is desirable. If the space velocity is smaller than this, the volume of the reactor becomes large, which is not economical. On the other hand, when the space velocity is larger than this, the reaction rate of the reforming reaction decreases.

改質反応器1には熱源として工場廃熱(好ましくは600℃未満)導入することで廃熱の有効利用がなされる。改質反応器内の温度としては250〜500℃が望ましい。温度がこれより低い場合には改質反応の速度が小さくなり、温度がこれより高い場合には触媒の劣化が起きる可能性がある。このような改質反応を生じさせるために導入する廃熱は300℃以上であることが好ましい。   By introducing factory waste heat (preferably less than 600 ° C.) as a heat source into the reforming reactor 1, waste heat can be effectively used. The temperature in the reforming reactor is preferably 250 to 500 ° C. When the temperature is lower than this, the rate of the reforming reaction is reduced, and when the temperature is higher than this, the catalyst may be deteriorated. The waste heat introduced to cause such a reforming reaction is preferably 300 ° C. or higher.

改質反応器1へ導入されるジメチルエーテルおよび二酸化炭素あるいは水(水蒸気)の導入方法は特に問わない。図1に示すようにポンプで加圧される前に水とジメチルエーテルが混合された状態でポンプ4にて加圧されて改質反応器1に供給されても良いし、ジメチルエーテルと水とがそれぞれのポンプにて加圧された後に混合されて改質反応器1に供給されてもよい。あるいは、水蒸気あるいは炭酸ガスを圧縮機で加圧して、ポンプ4で加圧されたジメチルエーテルに混合して改質反応器1に供給してもよい。   The method for introducing dimethyl ether and carbon dioxide or water (steam) introduced into the reforming reactor 1 is not particularly limited. As shown in FIG. 1, the water and dimethyl ether may be mixed with water before being pressurized with the pump and pressurized with the pump 4 and supplied to the reforming reactor 1, or dimethyl ether and water may be respectively supplied. After being pressurized by the pump, the mixture may be mixed and supplied to the reforming reactor 1. Alternatively, steam or carbon dioxide gas may be pressurized with a compressor, mixed with dimethyl ether pressurized with a pump 4, and supplied to the reforming reactor 1.

次に本発明の第二の実施形態について説明する。
図2は本発明の第二の実施形態であり、廃熱回収システムの概要を示す系統図である。図1のシステムに加えて、原料として用いるジメチルエーテル、炭酸ガス、水蒸気のいずれか一つ以上を、改質反応前に廃熱により加熱する場合である。この加熱は、改質反応に必要な温度まで加熱することが好ましい。なお、図2において、図1の構成と同一の部分には同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
通常、改質反応に利用されなかった工場廃熱は改質反応器1から系外に排出される。しかし図2においては、改質反応に利用されなかった廃熱を、熱交換器6によって、原料として用いるジメチルエーテル、炭酸ガス、水蒸気のいずれか一つ以上を加熱するのに利用する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 2 is a system diagram showing an outline of the waste heat recovery system according to the second embodiment of the present invention. In addition to the system shown in FIG. 1, one or more of dimethyl ether, carbon dioxide, and water vapor used as raw materials are heated by waste heat before the reforming reaction. This heating is preferably performed to a temperature necessary for the reforming reaction. In FIG. 2, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
Usually, factory waste heat that has not been used for the reforming reaction is discharged from the reforming reactor 1 to the outside of the system. However, in FIG. 2, the waste heat that has not been used for the reforming reaction is used by the heat exchanger 6 to heat any one or more of dimethyl ether, carbon dioxide gas, and water vapor used as raw materials.

次に本発明の第三の実施形態について説明する。
図5は本発明の第三の実施形態であり、廃熱回収システムの概要を示す系統図である。図1のシステムに加えて、原料として用いるジメチルエーテルを製鉄所において副生するガス(コークス炉ガス、転炉ガス、高炉ガス等)を原料として製造し、製造されたジメチルエーテルを液化し貯蔵しておき改質反応に必要な時に供給可能とする場合である。なお、図5において、図1の構成と同一の部分には同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
図5において、転炉ガス、高炉ガス、コークス炉ガス等が所定量の混合比率で混合され、ジメチルエーテル製造装置9に導入される。次いで、製造装置9にて製造されたジメチルエーテルは、液化され貯蔵装置10で貯蔵され、必要に応じてポンプ4を介して改質反応器1内に供給される。
また、図5では、転炉ガス、高炉ガス、コークス炉ガス等をそのまま混合してジメチルエーテル製造装置9に導入しているが、これらのガスを別途分離精製する装置、たとえばPSA(圧力スィング吸着)装置などによって二酸化炭素あるいは窒素あるいはメタン等を分離低減させて、ジメチルエーテル製造原料である水素および一酸化炭素の濃度を増大させたガスとしてジメチルエーテル製造装置9に導入してもよい。この分離精製は転炉ガス、高炉ガス、コークス炉ガスをそれぞれ別個に分離精製してもよいし、予め2種以上のガスを混合したうえで分離精製してもよい。
また、改質反応器1で生成した合成ガスまたは水素ガスは、気液分離器11で燃料ガスと未反応の液体成分に分けられ、液体成分は貯蔵装置10に戻される。気液分離器7で分離された燃料ガスは加圧状態のままで膨張タービン2に導入することで、燃料ガスの昇圧に必要なエネルギーの投入量を低減することができる。
なお、上記第三の実施の形態では、液化貯蔵可能な燃料としてジメチルエーテルを用いたが、ジメチルエーテルにその他の成分を含有していてもよく、本発明ではこれに限定されない。製鉄所ではコークス炉、高炉、転炉等の設備より副生ガスと呼ばれるガスが発生し、このガスには水素、一酸化炭素、メタンといった燃料として利用可能な成分のほかに、窒素、二酸化炭素を含有している。副生ガス中の一酸化炭素や水素を原料として、メタノールやジメチルエーテルあるいはエタノールをさらに高分子に転換した液体として貯蔵可能な燃料を合成し貯蔵することも可能である。そして、例えば、ガスが不足した場合における改質反応のバックアップ燃料として利用することも可能である。
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 5 is a system diagram showing an outline of the waste heat recovery system according to the third embodiment of the present invention. In addition to the system shown in Fig. 1, dimethyl ether used as a raw material is produced as a raw material by using gas (coke oven gas, converter gas, blast furnace gas, etc.) produced as a by-product at the steelworks, and the produced dimethyl ether is liquefied and stored. This is a case where supply is possible when necessary for the reforming reaction. In FIG. 5, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
In FIG. 5, converter gas, blast furnace gas, coke oven gas, and the like are mixed at a predetermined mixing ratio and introduced into the dimethyl ether production apparatus 9. Next, the dimethyl ether produced in the production device 9 is liquefied and stored in the storage device 10 and supplied into the reforming reactor 1 via the pump 4 as necessary.
In FIG. 5, converter gas, blast furnace gas, coke oven gas, and the like are mixed as they are and introduced into the dimethyl ether production apparatus 9, but an apparatus for separating and purifying these gases separately, for example, PSA (pressure swing adsorption). Carbon dioxide, nitrogen, methane, or the like may be separated and reduced by an apparatus or the like, and introduced into the dimethyl ether production apparatus 9 as a gas in which the concentrations of hydrogen and carbon monoxide, which are raw materials for producing dimethyl ether, are increased. In this separation and purification, the converter gas, the blast furnace gas, and the coke oven gas may be separately separated and purified, or two or more gases may be mixed and separated and purified in advance.
Further, the synthesis gas or hydrogen gas generated in the reforming reactor 1 is divided into a fuel gas and an unreacted liquid component by the gas-liquid separator 11, and the liquid component is returned to the storage device 10. By introducing the fuel gas separated by the gas-liquid separator 7 into the expansion turbine 2 in a pressurized state, the input amount of energy necessary for boosting the fuel gas can be reduced.
In the third embodiment, dimethyl ether is used as a liquefiable fuel. However, the dimethyl ether may contain other components, and the present invention is not limited to this. At steelworks, coke ovens, blast furnaces, converters, and other equipment generate gas called by-product gas, and in addition to components that can be used as fuels such as hydrogen, carbon monoxide, and methane, nitrogen, carbon dioxide Contains. It is also possible to synthesize and store a fuel that can be stored as a liquid obtained by converting methanol, dimethyl ether, or ethanol into a polymer, using carbon monoxide or hydrogen in the byproduct gas as a raw material. For example, it can be used as a backup fuel for the reforming reaction when the gas is insufficient.

図6は、改質反応の原料として用いるジメチルエーテルを、製鉄所において副生するガス(コークス炉ガス、転炉ガス、高炉ガス等、以下、副生ガスと称する場合がある)により製造し、製造されたジメチルエーテルを液化し貯蔵するシステムの概略を示す図である。図6によれば、転炉ガス、高炉ガス、コークス炉ガスが所定量の混合比率で混合されたのち、交互に使用される二つのフィルター12でダスト、タールミストなどが除去された後、脱硫装置13に導入される。脱硫装置13にて脱硫後のガスは圧縮機14により昇圧されてジメチルエーテル製造装置9に導入される。
ジメチルエーテル製造装置9では副生ガス中の水素あるいは一酸化炭素が反応装置内に導入されてジメチルエーテル(メタノール、エタノールが混合する場合も含む)が製造される。これらの製造方法は従来公知の手法をいずれも適用可能であるが、一例としては触媒反応を利用するものがあり、反応条件として高圧、高温を必要とするが工業的には適用しやすい手法である。
ジメチルエーテル製造装置9から排出されるガスは減圧時のエネルギーを利用できる圧縮機14において減圧されて、凝縮・気液分離器15に導入されてジメチルエーテルとそれ以外のガス成分に分離される。分離されたジメチルエーテルは貯蔵装置10に送られる。一方、それ以外のガス成分は副生ガスラインに戻される。
このように、製鉄所の副生ガスから、ジメチルエーテルを含む液化貯蔵可能な燃料を製造して貯蔵し、必要に応じて供給することが可能となる。
FIG. 6 shows the production of dimethyl ether, which is used as a raw material for the reforming reaction, by a by-product gas (coke oven gas, converter gas, blast furnace gas, etc., hereinafter sometimes referred to as by-product gas). It is a figure which shows the outline of the system which liquefies and stores the obtained dimethyl ether. According to FIG. 6, after the converter gas, the blast furnace gas, and the coke oven gas are mixed at a predetermined mixing ratio, dust, tar mist, and the like are removed by two filters 12 that are used alternately, and then desulfurized. Introduced into device 13. The gas desulfurized by the desulfurization apparatus 13 is pressurized by the compressor 14 and introduced into the dimethyl ether production apparatus 9.
In the dimethyl ether production apparatus 9, hydrogen or carbon monoxide in the by-product gas is introduced into the reaction apparatus to produce dimethyl ether (including the case where methanol and ethanol are mixed). These production methods can be applied to any conventionally known method, but as an example, there is a method utilizing a catalytic reaction, which requires high pressure and high temperature as reaction conditions, but is a method that is industrially easy to apply. is there.
The gas discharged from the dimethyl ether production apparatus 9 is depressurized by the compressor 14 that can use the energy at the time of depressurization, and is introduced into the condenser / gas-liquid separator 15 to be separated into dimethyl ether and other gas components. The separated dimethyl ether is sent to the storage device 10. On the other hand, other gas components are returned to the byproduct gas line.
In this way, it is possible to manufacture and store a liquefiable and storable fuel containing dimethyl ether from the by-product gas of the steelworks and supply it as necessary.

次に本発明の第四の実施形態について説明する。
図7は本発明の第四の実施形態であり、廃熱回収システムの概要を示す系統図である。図5のシステムに加えて、原料として用いるジメチルエーテル、炭酸ガス、水蒸気のいずれか一つ以上を、廃熱により加熱する場合である。この加熱は改質反応に必要な温度まで加熱することが好ましい。なお、図7において、図5の構成と同一の部分には同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
通常、改質反応に利用されなかった工場廃熱は改質反応器から系外に排出される。しかし図7においては、改質反応に利用されなかった廃熱を、熱交換器6によって、原料として用いるジメチルエーテル、炭酸ガス、水蒸気のいずれか一つ以上を加熱するのに利用する。
本発明においては、前述したような改質反応に触媒を使用し600℃未満の廃熱を利用するシステムとしてもよいし、600℃以上の廃熱を利用するシステムとしてもよい。また、この廃熱は製鉄所の排熱であることが好ましい。前述したように、多大なエネルギーを回収することが可能となるからである。さらに、600℃以上の廃熱を利用する場合には高価な触媒を利用することなく熱のみで改質反応は進行するので好ましい。廃熱の熱源としては600℃以上の熱であればよく、いずれも利用できるが、一例としてはコークス乾式消火設備の排熱が利用可能である。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 7 is a system diagram showing an outline of the waste heat recovery system according to the fourth embodiment of the present invention. In addition to the system shown in FIG. 5, any one or more of dimethyl ether, carbon dioxide gas, and water vapor used as a raw material is heated by waste heat. This heating is preferably performed to a temperature required for the reforming reaction. In FIG. 7, the same components as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
Usually, factory waste heat that has not been used for the reforming reaction is discharged out of the system from the reforming reactor. However, in FIG. 7, the waste heat that has not been used for the reforming reaction is used by the heat exchanger 6 to heat any one or more of dimethyl ether, carbon dioxide gas, and water vapor used as a raw material.
In the present invention, a catalyst may be used for the reforming reaction as described above and a waste heat of less than 600 ° C. may be used, or a system using a waste heat of 600 ° C. or more may be used. Moreover, it is preferable that this waste heat is exhaust heat of a steel mill. This is because a large amount of energy can be recovered as described above. Furthermore, when waste heat of 600 ° C. or higher is used, the reforming reaction proceeds with only heat without using an expensive catalyst, which is preferable. Any heat source may be used as long as the heat source is 600 ° C. or higher. For example, exhaust heat from a coke dry fire extinguishing facility can be used.

次に本発明の第五の実施形態について説明する。
図8は600℃以上の廃熱を回収する、本発明の第五の実施形態であり、図1のシステムにおいて、改質反応をコークス乾式消化設備の排熱を利用して行う場合の系統図である。図8では、コークスを製造してこれを乾式消火設備(CDQ)にて冷却するときに発生する熱を改質反応に利用する。
図8において、貯蔵装置10に貯蔵されるジメチルエーテルはポンプ4により、改質反応のもう一つの原料である水はポンプ4’によって供給され、途中で混合してCDQボイラー16に導入される。CDQボイラー16では、CDQチャンバー17において赤熱コークスと熱交換して800〜900℃となった窒素を主成分とするガスから熱が供給されることにより、ジメチルエーテルと水との改質反応は触媒がなくても進行する。
改質反応により生成した水素ガスおよび合成ガスは図1と同様に、膨張タービン2に導入され、膨張タービン2では、ガスの圧力エネルギーによりタービンを回転させることによって、発電に利用するための機械的エネルギーに転換する。
膨張タービン2からは、水と改質反応で発生したガスが出るがこれらは気液分離装置11によって分離される。水はリサイクルされ、ガスは燃料ガスとしてガスホルダー5に送られる。
図8に示す第五の実施形態のようにCDQの排熱を廃熱として利用する場合、通常のCDQが有している水蒸気のみを膨張タービンに供給する発電設備より、ジメチルエーテルを含む液化燃料と水との改質反応によってはるかに高い圧力エネルギーを利用することが可能となり、より多くの圧力エネルギーを利用することができるので極めて有効である。また、この場合、触媒を用いることなく、現行設備の部分的改造で実施可能とできるなど、経済的である。
なお、図8において排熱とは、コークス乾式消火設備で原材料あるいは製品などを加熱あるいは冷却することによって放出される熱全般であり、廃熱となるものを含む。また、例えば、図1等で用いられる廃熱とは、排熱のうち特に再利用されることなく大気放散される熱である。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 8 is a fifth embodiment of the present invention for recovering waste heat of 600 ° C. or higher. In the system of FIG. 1, a system diagram in the case where the reforming reaction is performed using the exhaust heat of the coke dry digestion facility. It is. In FIG. 8, heat generated when coke is produced and cooled by a dry fire extinguishing equipment (CDQ) is used for the reforming reaction.
In FIG. 8, dimethyl ether stored in the storage device 10 is supplied by the pump 4, and water, which is another raw material for the reforming reaction, is supplied by the pump 4 ′, mixed in the middle, and introduced into the CDQ boiler 16. In the CDQ boiler 16, heat is supplied from a gas containing nitrogen as a main component which is heated to 800 to 900 ° C. by heat exchange with red hot coke in the CDQ chamber 17, so that the reforming reaction between dimethyl ether and water is performed by a catalyst. It progresses without it.
The hydrogen gas and synthesis gas generated by the reforming reaction are introduced into the expansion turbine 2 as in FIG. 1, and the expansion turbine 2 is mechanically used for power generation by rotating the turbine with the pressure energy of the gas. Convert to energy.
From the expansion turbine 2, water and gas generated by the reforming reaction come out, but these are separated by the gas-liquid separator 11. The water is recycled and the gas is sent to the gas holder 5 as fuel gas.
When the exhaust heat of CDQ is used as waste heat as in the fifth embodiment shown in FIG. 8, a liquefied fuel containing dimethyl ether is generated from a power generation facility that supplies only the water vapor of normal CDQ to the expansion turbine. The reforming reaction with water makes it possible to use much higher pressure energy, which is very effective because more pressure energy can be used. In this case, it is economical because it can be implemented by partial modification of the existing equipment without using a catalyst.
In addition, in FIG. 8, exhaust heat is general heat released by heating or cooling raw materials or products in a coke dry fire extinguishing facility, and includes waste heat. Further, for example, the waste heat used in FIG. 1 and the like is heat that is dissipated to the atmosphere without being reused.

以上のように、本発明では、従来、有効利用されていなかった圧力エネルギーを機械的エネルギーに転換して有効利用することを特徴とする。図1では膨張タービンと膨張タービンにより駆動される発電機の例を示したが、発電に利用したが、発電以外にも圧縮機、ポンプ等の補助動力として利用することも可能である。   As described above, the present invention is characterized in that pressure energy, which has not been effectively used conventionally, is converted into mechanical energy and used effectively. Although FIG. 1 shows an example of an expansion turbine and a generator driven by the expansion turbine, it is used for power generation. However, it can also be used as auxiliary power for a compressor, a pump, etc. in addition to power generation.

本発明の廃熱回収システムは廃熱エネルギーを効率よく回収できるので、製鉄所における廃熱回収システムとして最適である。また、600℃未満の中低温廃熱および600℃以上の廃熱を回収することが可能であり、効率的なエネルギー回収システムとしてその利用が多いに期待できる。   Since the waste heat recovery system of the present invention can efficiently recover waste heat energy, it is optimal as a waste heat recovery system in an ironworks. Moreover, it is possible to recover medium-low temperature waste heat of less than 600 ° C. and waste heat of 600 ° C. or more, and it can be expected to be used as an efficient energy recovery system.

本発明による、廃熱回収システムの概要を示す系統図である。It is a systematic diagram which shows the outline | summary of the waste heat recovery system by this invention. 本発明による、第二の廃熱回収システムの概要を示す系統図である。It is a systematic diagram which shows the outline | summary of the 2nd waste heat recovery system by this invention. 従来の廃熱回収システムの構成を示す系統図である。It is a systematic diagram which shows the structure of the conventional waste heat recovery system. ジメチルエーテルと二酸化炭素との反応における圧力および二酸化炭素/ジメチルエーテル比と平衡反応率95%となる温度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the pressure in the reaction of dimethyl ether and carbon dioxide, the carbon dioxide / dimethyl ether ratio, and the temperature at which the equilibrium reaction rate is 95%. 本発明による、第三の廃熱回収システムの概要を示す系統図である。It is a systematic diagram which shows the outline | summary of the 3rd waste heat recovery system by this invention. 本発明による、ジメチルエーテルを液化し貯蔵するシステムの概略を示す図である。1 is a schematic diagram of a system for liquefying and storing dimethyl ether according to the present invention. 本発明による、第四の廃熱回収システムの概要を示す系統図である。It is a systematic diagram which shows the outline | summary of the 4th waste heat recovery system by this invention. 本発明による、第五の廃熱回収システムの概要を示す系統図である。It is a systematic diagram which shows the outline | summary of the 5th waste heat recovery system by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 改質反応器
2 膨張タービン
3 発電機
4、4’ ポンプ
5 ガスホルダー
6 熱交換器
7 減圧弁
8 副生ガスライン
9 ジメチルエーテル製造装置
10 貯蔵装置
11 気液分離器
12 フィルター
13 脱硫装置
14 圧縮機
15 凝縮・気液分離器
16 CDQボイラー
17 CDQチャンバー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reforming reactor 2 Expansion turbine 3 Generator 4, 4 'pump 5 Gas holder 6 Heat exchanger 7 Pressure reducing valve 8 By-product gas line 9 Dimethyl ether production apparatus 10 Storage apparatus 11 Gas-liquid separator 12 Filter 13 Desulfurization apparatus 14 Compression Machine 15 Condenser / Gas-Liquid Separator 16 CDQ Boiler 17 CDQ Chamber

Claims (9)

ジメチルエーテルの改質反応によって廃熱からエネルギーを回収する廃熱回収システムであって、
前記ジメチルエーテルに炭酸ガスまたは水蒸気を加え、前記廃熱によって前記改質反応を行い、合成ガスまたは水素ガスを得、
得られた前記合成ガスまたは前記水素ガスの圧力エネルギーを機械的エネルギーまたは電気的エネルギーに転換することを特徴とする廃熱回収システム。
A waste heat recovery system that recovers energy from waste heat by a reforming reaction of dimethyl ether,
Carbon dioxide gas or water vapor is added to the dimethyl ether, the reforming reaction is performed by the waste heat, and synthesis gas or hydrogen gas is obtained,
A waste heat recovery system that converts pressure energy of the obtained synthesis gas or hydrogen gas into mechanical energy or electrical energy.
前記改質反応に用いる前記ジメチルエーテル、前記炭酸ガス、前記水蒸気のいずれか一つ以上を、前記改質反応前に、廃熱によって加熱することを特徴とする請求項1に記載の廃熱回収システム。   The waste heat recovery system according to claim 1, wherein any one or more of the dimethyl ether, the carbon dioxide gas, and the water vapor used for the reforming reaction is heated by waste heat before the reforming reaction. . 前記廃熱が600℃未満であり、前記改質反応を触媒を用いて行うことを特徴とする請求項1または2に記載の廃熱回収システム。 The waste heat recovery system according to claim 1 or 2, wherein the waste heat is less than 600 ° C, and the reforming reaction is performed using a catalyst. 前記廃熱が600℃以上であり、前記改質反応を触媒を用いず行うことを特徴とする請求項1または2に記載の廃熱回収システム。   The waste heat recovery system according to claim 1 or 2, wherein the waste heat is 600 ° C or higher, and the reforming reaction is performed without using a catalyst. 前記廃熱が製鉄所の排熱であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の廃熱回収システム。   The waste heat recovery system according to any one of claims 1 to 4, wherein the waste heat is waste heat of a steel mill. 前記改質反応により得られた前記合成ガスまたは前記水素ガスの圧力を動力に転換し、該動力を発電に利用することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の廃熱回収システム。   The waste heat according to any one of claims 1 to 5, wherein the pressure of the synthesis gas or the hydrogen gas obtained by the reforming reaction is converted into power, and the power is used for power generation. Collection system. ジメチルエーテルと、炭酸ガスまたは水蒸気とを廃熱により反応させて合成ガスまたは水素ガスを生成させる改質反応器と、
該改質反応器で生成した前記合成ガスまたは前記水素ガスの圧力エネルギーによって回転する膨張タービンと、
該膨張タービンの回転により機械的エネルギーまたは電気的エネルギーに変換する変換器
を有する廃熱回収装置。
A reforming reactor that reacts dimethyl ether with carbon dioxide gas or water vapor by waste heat to generate synthesis gas or hydrogen gas;
An expansion turbine that is rotated by pressure energy of the synthesis gas or the hydrogen gas generated in the reforming reactor;
A waste heat recovery apparatus having a converter for converting into mechanical energy or electrical energy by rotation of the expansion turbine.
さらに、前記改質反応器に導入する前に、前記ジメチルエーテル、前記炭酸ガス、前記水蒸気のいずれか一つ以上を、廃熱によって加熱する熱交換器を有する請求項7に記載の廃熱回収装置。   The waste heat recovery apparatus according to claim 7, further comprising a heat exchanger that heats at least one of the dimethyl ether, the carbon dioxide gas, and the water vapor by waste heat before being introduced into the reforming reactor. . 前記改質反応器としてコークス乾式消火設備のボイラーを利用することを特徴とする請求項7または8に記載の廃熱回収装置。 The waste heat recovery apparatus according to claim 7 or 8, wherein a boiler of a coke dry fire extinguishing equipment is used as the reforming reactor.
JP2007235084A 2006-11-13 2007-09-11 Waste heat recovery system and waste heat recovery device Pending JP2008143770A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007235084A JP2008143770A (en) 2006-11-13 2007-09-11 Waste heat recovery system and waste heat recovery device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006306167 2006-11-13
JP2007235084A JP2008143770A (en) 2006-11-13 2007-09-11 Waste heat recovery system and waste heat recovery device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008143770A true JP2008143770A (en) 2008-06-26

Family

ID=39604349

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007235084A Pending JP2008143770A (en) 2006-11-13 2007-09-11 Waste heat recovery system and waste heat recovery device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008143770A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009120897A (en) * 2007-11-14 2009-06-04 Jfe Steel Corp How to use blast furnace gas
WO2015041474A1 (en) * 2013-09-17 2015-03-26 주식회사 엘지화학 Heat recovery device
JP2016534318A (en) * 2013-09-17 2016-11-04 エルジー・ケム・リミテッド Heat recovery equipment
CN117263294A (en) * 2023-11-10 2023-12-22 青岛德施普工程技术有限公司 Dry quenching waste heat recovery and coking wastewater combined treatment equipment

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009120897A (en) * 2007-11-14 2009-06-04 Jfe Steel Corp How to use blast furnace gas
WO2015041474A1 (en) * 2013-09-17 2015-03-26 주식회사 엘지화학 Heat recovery device
JP2016534318A (en) * 2013-09-17 2016-11-04 エルジー・ケム・リミテッド Heat recovery equipment
US10105670B2 (en) 2013-09-17 2018-10-23 Lg Chem, Ltd. Heat recovery device
CN117263294A (en) * 2023-11-10 2023-12-22 青岛德施普工程技术有限公司 Dry quenching waste heat recovery and coking wastewater combined treatment equipment

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5640803B2 (en) How to operate a blast furnace or steelworks
KR101464056B1 (en) Blast furnace operation method, iron mill operation method, and method for utilizing a gas containing carbon oxides
AU742744B2 (en) Gasification process and plant for direct reduction reactors
JP5069088B2 (en) How to use blast furnace gas
CA2660293C (en) Hydrogen production method and facility
JP5640786B2 (en) How to operate a blast furnace or steelworks
JP2003081605A (en) Hydrogen production method with liquefied CO2 recovery
JP2012509456A (en) Synthetic raw gas production method and apparatus
JP2014005510A (en) Blast furnace operation method
EA021500B1 (en) Co-production of methanol and ammonia
JP4030846B2 (en) Methanol production method and apparatus
KR101632888B1 (en) Energy reduction high efficiency water gas shift reaction system
JP2013010697A (en) Production method of methanol from gas occurring from steel plant and method for operating blast furnace
JP2008143770A (en) Waste heat recovery system and waste heat recovery device
EP1597341B1 (en) Improved process for shift conversion
JPH0798643B2 (en) Method for producing ammonia synthesis gas
CN102746870B (en) FT synthesis technology
JP2009192125A (en) Blast furnace gas reforming method and utilization method
JP2010173985A (en) Method and facility for manufacturing hydrocarbon fuel
JP4515975B2 (en) System and method using reformed gas
KR101384804B1 (en) Apparatus for manufacturing molten irons using the exhausted gas and method thereof
JP5384798B2 (en) Method for producing liquefiable storage fuel from by-product gas of steelworks
JP2000233918A (en) CO production method
JP5154968B2 (en) Method for reforming and separating mixed gas containing carbon dioxide
JP2000178625A (en) Method and apparatus for producing reduced iron