JP2001164257A - コークス炉排出副生物の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コークス炉からの副生物が大気中に放散され
るのを低減するコークス炉排出副生物の処理方法を提供
する。 【解決手段】 （１）コークス炉の上昇管の上部から乾
留副生物を大気燃焼、または、そのまま大気放散する操
業時に、前記上昇管の内部に酸素含有ガスを添加する。
（２）前記酸素含有ガスを旋回流が生じるように添加す
る。（３）前記上昇管の出口上部で、上昇管の中心線に
向かって酸素含有ガスを添加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高炉用コークスを
製造するコークス炉に関するものであり、特にコークス
炉からの副生物が大気中に放散されるのを低減するコー
クス炉排出副生物の処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】我が国で製造されるコークスの大部分は
高炉で使用されている。コークスを製造するための室炉
式コークス炉は、石炭を乾留するための炭化室とこの炭
化室に熱を供給するための燃焼室とが交互にサンドイッ
チ状に配列された構造である。

【０００３】例えば２０〜４０トンの原料石炭が一度に
炭化室に装入され、２４時間前後の乾留時間で１０００
℃程度にまで焼成されてコークス炉から排出される。コ
ークス炉から排出された赤熱コークスは、散水による湿
式冷却あるいは不活性ガスによる乾式冷却により消火、
冷却され、製品コークスになる。

【０００４】この原料石炭から赤熱コークスへの転換過
程において、石炭からは水素を主成分とするガスや、タ
ールあるいはタール軽油等が同時に副生する。図１は、
副生物の回収工程を概念的に示すフロー図である。

【０００５】図示するように、天蓋４が閉じられ皿弁５
が開の状態で、水素と炭化水素を主成分とするガスや、
タール等の副生物は、炭化室１から上昇管２を通じて排
出され、集気本管３を通して下流の精製・回収工程（図
示せず）に導入される。

【０００６】すなわち、コークス炉で発生するガスやタ
ール等の副生物は、分離精製処理されてコークス炉ガ
ス、軽油あるいはタール等種々の製品として回収され
る。このために、各炭化室で発生したガス等は、先ず集
気本管３に集められ、これを通じて下流の精製工程に導
入される。

【０００７】この集気本管３には、例えば５０〜１００
門程度の炭化室が接続しており、各炭化室と集気本管と
の間には、各炭化室との接続を開閉するための皿弁が各
炭化室毎に設置されている。

【０００８】但し、乾留末期になると、皿弁５が閉じら
れ集気本管３と上昇管２との間が断ち切られ、代わりに
上昇管２上部の天蓋４が開放される。このように通常
は、この皿弁を開として炭化室と集気本管とが連結して
いるが、乾留末期を含むコークスケーキ押出し時には集
気本管中への空気の混入を抑止するために皿弁を閉じて
炭化室と集気本管との連絡を断ち切る操作を行うのが一
般的である。

【０００９】図２は、上昇管の上部の天蓋が開放された
場合の副生物のフロー図である。図示するように、皿弁
５が閉じられ天蓋４が開の状態で、炭化室内にガスやタ
ール等の副生物が残留している場合には、これらが上昇
管２上部から大気中に放散される可能性を有している。

【００１０】つまり、炭化室と集気本管との連絡を断ち
切る操作を行う場合には、上昇管の上部の天蓋が開放さ
れることになり、この場合には炭化室内に残留するガス
等の副生物が大気中に放散されないようにすることが肝
要である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】大気中に放散される副
生物は、上昇管出口で空気と接触して発火・燃焼し、そ
の大部分は燃焼生成物としてのＣＯ₂ やＨ₂ Ｏに転化す
るので、環境上問題無い。

【００１２】しかし、燃焼条件によっては、放散される
副生物の極一部が未燃のまま大気中に拡散する危険性を
有している。大気中に拡散された副生物が蓄積すること
は地球環境を保護する視点から好ましくなく何らかの対
策が必要である。

【００１３】本発明の目的は、コークス炉からの副生物
が大気中に放散されるのを低減するコークス炉排出副生
物の処理方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、コークス
炉の上昇管から大気中に放散される副生物の低減につい
て種々検討を行い以下の知見を得た。

【００１５】（Ａ）未燃のまま大気中に放散している副
生物の燃焼性について種々検討を行った結果、上昇管の
内部に予め酸素含有ガスを添加し、放散ガスとの混合ガ
スを形成することにより、未燃の副生物を低減できるこ
とを見出した。

【００１６】（Ｂ）また、上昇管の内部に旋回流を起こ
すように酸素含有ガスを添加すると、未燃の副生物が更
に低減できることを見出した。 （Ｃ）さらに、上昇管の出口上部で上昇管の中心線に向
かって酸素含有ガスを添加すると、未燃の副生物を低減
できることを見出した。

【００１７】上記（Ａ）〜（Ｃ）の方法で燃焼性が改善
されるのは、副生物と酸素含有ガスとの混合均一性が良
好となるためと推定できる。本発明は、以上の知見に基
づいてなされたもので、その要旨は、下記のとおりであ
る。

【００１８】（１）コークス炉の上昇管の上部から乾留
副生物を大気燃焼、または、そのまま大気放散する操業
時に、前記上昇管の内部に酸素含有ガスを添加すること
を特徴とするコークス炉排出副生物の処理方法。

【００１９】（２）前記酸素含有ガスを旋回流が生じる
ように添加することを特徴とする上記（１）に記載のコ
ークス炉排出副生物の処理方法。 （３）前記上昇管の出口上部で、上昇管の中心線に向か
って酸素含有ガスを添加することを特徴とする上記
（１）または（２）に記載のコークス炉排出副生物の処
理方法。

【００２０】

【発明の実施の形態】石炭をコークス炉炭化室に装入す
ると、煉瓦を介した炭化室両側の燃焼室からの熱で石炭
の温度が上昇する。石炭の温度が４００℃程度まで上昇
すると、固体の石炭は軟化・溶融状態を呈するようにな
る。

【００２１】同時に、ガスやタール等の揮発成分の発生
が顕著となり、これらは炭化室上部の空間から上昇管を
通じて集気本管に集められ、下流の分離精製工程に送ら
れることになる。

【００２２】炭化室の幅は４５０mm前後であり、この幅
の石炭が主として両横の燃焼室からの伝導伝熱で昇温さ
れることになる。このような形で加熱されるため、その
昇温速度は小さく、結局その中心部（炭中部）が１００
０℃程度にまで焼き上がるのに約一昼夜を要することに
なる。

【００２３】すなわち、ガスやタール等の揮発成分の発
生が顕著となる温度である温度４００℃の領域が約１０
mm／ｈの速度で壁側から炭中部に向かって移動し、炭化
室の壁側から炭中部に向かって常に温度分布が存在す
る。

【００２４】従って、乾留処理時間を通してガスやター
ル等の副生物が常に発生していることになる。更に、コ
ークス炉炭化室の大きさは、長さが１５ｍ程度で高さが
６ｍ前後にも達するため、この広大な面を均一に加熱す
るのはもともと容易ではなく、さらに炭化室は一般的に
は炉長方向に７０mm程度のテーパーを有していること、
あるいは炉蓋が設置された炉長方向両端部では放熱量が
不可避的に多い等の事実があるため、炭化室に装入した
石炭は程度の差こそあれ不均一に乾留されている。

【００２５】従って、乾留終了時点のコークス排出時に
おいても、局部的に乾留の進行が遅れ副生物の発生が起
きている部分が残存している可能性が高い。このように
副生物の発生が起きている乾留末期の時に、乾留末期の
皿弁を閉にして上昇管と集気本管とを縁切りすると、上
昇管の天蓋からこれらの副生物が排出されるおそれがあ
る。

【００２６】これらの副生物は、上昇管を出たところで
空気と接触するため、ガスの温度が高い場合は自然着火
する。また着火しない場合は、イグナイタ等の種火によ
り着火させる場合もある。

【００２７】従って、可燃成分の大部分は燃焼して消滅
するが、燃焼状況が適切ではなくて、可燃成分の一部が
未燃のまま残存すると、それらがそのまま大気中に放散
してしまうことになる。

【００２８】ここに、請求項１に記載の発明１による
と、上昇管の内部に予め酸素含有ガスを添加し放散ガス
との混合ガスを形成することにより、未燃の副生物が低
減できる。

【００２９】酸素含有ガスの添加場所は、上昇管の低部
が好ましい。その理由は、低部の方が高温に保たれ且つ
副生物との混合が良く燃焼性が向上するからである。

【００３０】酸素含有ガスを添加する箇所は、１ヶ所で
もよいが、２ヶ所以上が更に好ましい。請求項２に記載
の発明２によると、上昇管の内部に旋回流を起こすよう
に酸素含有ガスを添加すると、未燃の副生物を更に低減
できる。

【００３１】上昇管の内部で旋回流を起こすように酸素
含有ガスを添加する方法としては、例えば上昇管の中心
から偏心した方向にガスを添加する方法等がある。請求
項３に記載の発明３によると、上昇管の出口上部で上昇
管の中心線に向かって酸素含有ガスを添加する手段とし
て散気管が使用できる。この散気管としては、酸素含有
ガスが添加される開口部が例えばスリット状になってお
り、リング状のスリットノズル等が使用できる。

【００３２】また、この散気管としてリング状のスリッ
トノズルを使用する場合に、そのノズル内径が上昇管の
内径より大きい管であることが望ましい。その理由は、
そのノズルの内径が上昇管の内径より小さいと副生物が
流失するおそれが高くなるからである。

【００３３】上昇管の中心線に向かって酸素含有ガスを
添加するときの仰角は、水平面を基準に０度〜６０度で
あることが好ましい。その理由は、０度未満では、上昇
管のドラフト力を阻害するおそれがあり、６０度を超え
ると上昇管から排出されるガスが酸素含有ガスと接触す
る前に逸散のおそれがあるからである。

【００３４】酸素含有ガスとして、空気、酸素富化空
気、工業用純酸素等が使用できる。

【００３５】

【実施例】図３は、炭化室および上昇管を模擬した実験
装置の概念図である。図４（ａ）、（ｂ）は、上昇管中
への予混合空気の添加方法を示す概念図であり、図４
（ａ）は予混合空気が衝突し合う添加方法を、図４
（ｂ）は予混合空気が旋回流れを起こす添加方法であ
る。

【００３６】図５は、上昇管中への予混合空気を添加
し、さらに上昇管の出口上部で、上昇管の中心線に向か
って散気管で空気を添加する方法を示す概念図である。
図５におけるリング状の散気管９は、内径が上昇管２の
内径より大きいスリットノズルを備えており、スリット
の内側角度、つまり仰角を変更できるようになってい
る。

【００３７】（実施例１）図３の実験装置を使用し、模
擬コークス炉ガスとして調整した混合ガス（Ｈ₂：５５
容量％、ＣＨ₄：２５容量％、Ｃ₂Ｈ₄：５容量％、Ｎ₂：
１５容量％）と、タール成分の模擬物質として加熱器６
で加熱したベンゼンとを、混合器１０で混合してベンゼ
ン気体量を約０．１容量％とした。

【００３８】表１に混合後のガスの組成を示す。

【００３９】

【表１】 上記混合後のガスを予熱器７で４５０℃に予熱して上昇
管２に供給するとともに、予熱後のガスと等容量の予混
合空気を模擬の上昇管２の入口付近にて添加し、上昇管
の出口に設置されたイグナイタ８による燃焼性を試験し
た。

【００４０】予混合空気は、図４（ａ）で示す方法で添
加した。燃焼試験の間、上昇管２の出口でサンプルガス
を適宜採取し、ガス中の水素および各炭化水素濃度（以
下、可燃性ガスの濃度ともいう）を測定した。

【００４１】表２に本発明例の試験結果を示す。

【００４２】

【表２】 表２に示すように、燃焼後の排ガス中の可燃性ガスの濃
度は好適に低下した。

【００４３】比較例として、予混合空気を添加しなかっ
た以外は本発明例と同様の試験を行った。表３に比較例
の試験結果を示す。

【００４４】

【表３】 表３に示すように、排ガス中の可燃性ガスの濃度は十分
には低下していないことがわかった。

【００４５】これより、本発明例のように上昇管の内部
に予混合空気を添加することにより、ガスの燃焼性が飛
躍的に向上して、未燃ガスの放散を大幅に減少可能であ
ることがわかった。

【００４６】（実施例２）予混合空気を図４（ｂ）の方
式で添加した以外は実施例１の本発明例と同様の装置お
よび条件で燃焼性を試験した。

【００４７】表４に本発明例の試験結果を示す。

【００４８】

【表４】 表４に示すように、燃焼後の排ガス中の可燃性ガスの濃
度が更に低下し、実施例１の本発明例の場合よりも燃焼
性は向上した。

【００４９】上昇管の内部に旋回流が生じるように空気
を添加すると、燃焼性が向上することを確認できた。 （実施例３）図３で示した上昇管２の出口上部に、散気
管９（仰角：４５度）を設置した図５に示す実験装置を
使用する以外は実施例２の本発明例と同様の条件で燃焼
性を試験した。

【００５０】表５に本発明例の試験結果を示す。

【００５１】

【表５】 表５に示すように、燃焼後の排ガス中の可燃性ガスの濃
度は非常に低く、実施例２の本発明例の場合よりもさら
に燃焼性は向上した。

【００５２】この試験結果から上昇管の内部に旋回流が
生じるように空気を添加し、さらに、上昇管の出口上部
で、上昇管の中心線に向かって酸素含有ガスを添加する
と、燃焼性がさらに向上することを確認できた。

【００５３】

【発明の効果】本発明により、コークス炉から副生する
可燃性ガスが大気中に放散されるのを低減することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】副生物の回収工程を概念的に示すフロー図であ
る。

【図２】上昇管の上部の天蓋が開放された場合の副生物
のフロー図である。

【図３】炭化室および上昇管を模擬した実験装置の概念
図である。

【図４】上昇管中への予混合空気の添加方法を示す概念
図であり、図４（ａ）は予混合空気が衝突し合う添加方
法を、図４（ｂ）は予混合空気が旋回流れを起こす添加
方法である。

【図５】上昇管中への予混合空気を添加し、さらに上昇
管の出口上部で、上昇管の中心線に向かって散気管で空
気を添加する方法を示す概念図である。 １：炭化室 ２：上昇管 ３：集気本管 ４：天蓋 ５：皿弁 ６：加熱器 ７：予熱器 ８：イグナイタ ９：散気管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 英邦 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 南澤 勇 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コークス炉の上昇管の上部から乾留副生
   物を大気燃焼、または、そのまま大気放散する操業時
   に、前記上昇管の内部に酸素含有ガスを添加することを
   特徴とするコークス炉排出副生物の処理方法。
2. 【請求項２】 前記酸素含有ガスを旋回流が生じるよう
   に添加することを特徴とする請求項１に記載のコークス
   炉排出副生物の処理方法。
3. 【請求項３】 前記上昇管の出口上部で、上昇管の中心
   線に向かって酸素含有ガスを添加することを特徴とする
   請求項１または２に記載のコークス炉排出副生物の処理
   方法。