JP2006205007A

JP2006205007A - 配管と廃安水との接触面の洗浄方法

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Publication number: JP2006205007A
Application number: JP2005018260A
Authority: JP
Inventors: Shuji Miyamoto; 修司宮本
Original assignee: JFE Chemical Corp
Current assignee: JFE Chemical Corp
Priority date: 2005-01-26
Filing date: 2005-01-26
Publication date: 2006-08-10

Abstract

【課題】配管の洗浄を行なうにあたって、通常の操業と洗浄作業とを切り替える際の負荷の軽減でき、しかも蒸気の使用量を削減できる洗浄方法を提供する。
【解決手段】コークス炉ガスの精製工程にて廃安水の熱回収に使用するプレート式熱交換器の内部に配設される配管と、プレート式熱交換器の内部を流通する廃安水とが接触する接触面の洗浄方法において、吸収油のベンゾールを除去する蒸留塔の底部から排出される60〜70℃の脱ベンゾール系吸収油の一部を、プレート式熱交換器の内部を流通する廃安水の流路に供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、コークス炉ガスの精製工程にて廃安水の熱回収に使用するプレート式熱交換器に配設される配管と、プレート式熱交換器の内部を流通する廃安水とが接触する接触面の清浄方法に関するものであり、特に接触面に付着した堆積物を溶解して除去する安価な方法に関するものである。

コークス炉の炭化室に石炭を装入して乾留する際に発生するガス（以下、コークス炉ガスという）は、石炭の乾留によって発生するＣＯを多量に含むので、炭化室から上昇管を介して回収され、燃料等の種々の用途に再利用される。コークス炉ガスにはＣＯの他に、石炭の乾留によって発生するＮＨ₃やＳＯ₂、および石炭中に存在していた軽油やタール等が不可避的に混入する。コークス炉ガスを燃料として再利用する場合には、コークス炉ガスを安定して燃焼させるとともに環境汚染を防止するために、回収したコークス炉ガスを冷却した後、精製工程に送給してＮＨ₃，ＳＯ₂，軽油，タール等を除去する必要がある。

コークス炉ガスの精製工程は複雑であり、種々の有害物質を除去する処理が錯綜している。ここでは、ＮＨ₃と軽油の除去について以下に説明する。
炭化室から排出されるコークス炉ガスは高温であるから、上昇管内で冷却水を噴霧してコークス炉ガスを冷却する。そのとき、噴霧される冷却水に、コークス炉ガス中のＮＨ₃が溶解する。このようにしてＮＨ₃が溶解してアンモニア水溶液となった冷却水（以下、安水という）は繰り返し使用されるので、安水の温度が徐々に高くなるばかりでなく、ＮＨ₃濃度も増加していく。

温度が過剰に高くなった安水を、上昇管内でコークス炉ガスに噴霧しても冷却効果は得られない。また、安水中のＮＨ₃濃度が増加すれば、噴霧装置が腐食してコークス炉の操業に支障をきたす。そのため高温の安水を定期的に冷却し、かつＮＨ₃を分離除去した後、安水を水処理設備に送給する。このようにして廃棄される安水は、通常、廃安水と呼ばれており、ＮＨ₃を分離除去する前の廃安水（以下、含ＮＨ₃系廃安水という）と、ＮＨ₃を分離除去した後の廃安水（以下、脱ＮＨ₃系廃安水という）に大別される。廃安水中のＮＨ₃を分離除去する手段は、蒸留塔を使用するのが一般的である。分離したＮＨ₃は、回収して種々の用途に使用される。

またコークス炉ガスの精製工程には、安水中に溶解せずコークス炉ガス中に残留するＮＨ₃を分離除去して回収する設備が設置されているが、ここでは説明を省略する。
一方、コークス炉ガス中の軽油を分離除去する手段は、吸収塔を使用するのが一般的である。軽油を分離除去する吸収塔では、吸収油（たとえば石炭系のクレオソート，石油系のストロ油等）を塔頂部から噴霧してコークス炉ガス中の軽油を吸収させ、軽油を含有する吸収油を吸収塔の底部から排出する。吸収塔から排出した吸収油は、水蒸気蒸留によって軽油やベンゾールを分離除去した後、吸収塔へ循環して再使用する。

以上で説明したようなコークス炉ガスの精製工程では、プレート式熱交換器を用いて廃安水の熱回収も行なう。プレート式熱交換器の内部は、廃安水とその熱を回収する熱媒体（たとえば水等の流体）とが流通する構造になっており、廃安水と熱媒体が混合しないように、分離して流通させる配管が配設される。つまりプレート式熱交換器の内部は、廃安水が配管内を流通し、熱媒体が配管の外側を流通する構造、あるいは熱媒体が配管内を流通し、廃安水が配管の外側を流通する構造になっている。したがってプレート式熱交換器内の廃安水の流路は、配管の外側と内側いずれの場合もあり得る。

廃安水はプレート式熱交換器の内部で冷却されるが、配管を介して熱媒体と接触する面における冷却効果が最も大きい。そのため、配管が廃安水と接触する接触面（以下、配管接触面という）には、廃安水に混入している軽油やタール等の油脂分が凝集して付着する。配管接触面に付着した油脂分は、徐々に増加するとともに廃安水中の浮遊物を捕捉して一層増大していき、配管接触面に強固に付着した堆積物となる。

配管接触面に付着した堆積物が過剰に肥大化すると、廃安水の流通に支障をきたすばかりでなく、熱回収の効率に悪影響を及ぼす。したがって、必要に応じて配管接触面を洗浄して、付着した堆積物を除去する必要がある。
図２は、プレート式熱交換器と従来の洗浄装置の例を模式的に示すフロー図である。プレート式熱交換器23内の配管接触面を洗浄する際には、含ＮＨ₃系廃安水ライン16に取付けられるバルブ１，２を閉じかつバルブ３を開いて、含ＮＨ₃系廃安水36をＮＨ₃分離除去装置33へ送給する。そしてＮＨ₃が除去された脱ＮＨ₃系廃安水37が、ＮＨ₃分離除去装置33から排出される。配管接触面を洗浄する際には、脱ＮＨ₃系廃安水ライン17に取付けられるバルブ４，５を閉じかつバルブ６を開いて、脱ＮＨ₃系廃安水37を貯留タンク（図示せず）へ送給する。

このようにして、含ＮＨ₃系廃安水36および脱ＮＨ₃系廃安水37が、プレート式熱交換器23内を流通するのを閉鎖して、プレート式熱交換器23を停止する。
次に、洗浄油38を収容したタンク22（以下、清浄油タンクという）をプレート式熱交換器23の近辺に設置し、耐圧ホース18，19をそれぞれプレート式熱交換器23の入側と出側の含ＮＨ₃系廃安水ライン16に連結する。また洗浄油タンク22内の洗浄油38は、流動性を付与するために蒸気ヒーター21で加熱され、60℃程度に維持される。

耐圧ホース19には洗浄油循環ポンプ20が取付けられているので、バルブ７，８を開き、洗浄油循環ポンプ20を稼動させることによって、洗浄油38が清浄油タンク22とプレート式熱交換器23を循環する。このようにして洗浄油38を循環（速度：約20ｍ³／hr，所要時間：約24時間）させれば、プレート式熱交換器23内の配管が含ＮＨ₃系廃安水36と接触する接触面（すなわち含ＮＨ₃系廃安水の配管接触面）に付着した堆積物を除去できる。これが従来から行なわれている含ＮＨ₃系廃安水36の配管接触面の洗浄方法である。

また脱ＮＨ₃系廃安水37が配管と接触する接触面（すなわち脱ＮＨ₃系廃安水の配管接触面）に付着した堆積物を除去する場合は、耐圧ホース18，19をそれぞれプレート式熱交換器23の入側と出側の脱ＮＨ₃系廃安水ライン17に連結して、上記と同様に洗浄油38を清浄油タンク22からプレート式熱交換器23へ循環させる。このようにすれば脱ＮＨ₃系廃安水37の配管接触面の洗浄を行なうことができる。

しかし図２に示すような従来の洗浄方法では、清浄油タンク22の運搬に伴い、蒸気ヒーター21や蒸気配管（図示せず）、および耐圧ホース18，19や洗浄油循環ポンプ20の運搬と取付けに多大な労力と時間を要する。しかも、使用する洗浄油38の補充，蒸気ヒーター21に供給する蒸気，洗浄油循環ポンプ20に供給する電力等の費用が増大する。さらに、配管接触面の洗浄を行なう期間は、廃安水の熱回収を停止せざるを得ない。

特許文献１には、洗浄油38としてベンゾールの吸収油を使用する技術が開示されている。このベンゾールの吸収油は、コークス炉ガスの精製工程にてベンゾールを回収する設備で得られるものである。したがって特許文献１に開示された技術では、使用する洗浄油38のコストは削減できる。しかし、洗浄油（すなわちベンゾールの吸収油）を清浄油タンク22に収容して運搬するので、
(a) 清浄油タンク22，蒸気ヒーター21，洗浄油循環ポンプ20等の運搬や取付けに多大な負荷（すなわち労力，時間）を要する、
(b) 蒸気ヒーター21に供給する蒸気，洗浄油循環ポンプ20に供給する電力等の費用が増大する、
(c) 配管接触面の洗浄を行なう期間は、廃安水の熱回収が停止する
という問題点は，依然として残されている。
特開平5-223495号公報

本発明は、洗浄油タンクと蒸気ヒーターを使用せずに清浄油を供給して配管接触面の洗浄を行なうことによって、
(A) 洗浄油タンクや蒸気ヒーターの運搬と取付けに要する負荷の削減
(B) 蒸気ヒーターに供給する蒸気の費用の削減
を達成できる配管接触面の洗浄方法を提供することを目的とする。

本発明は、コークス炉ガスの精製工程にて廃安水の熱回収に使用するプレート式熱交換器の内部に配設される配管と、プレート式熱交換器の内部を流通する廃安水とが接触する接触面の洗浄方法において、吸収油のベンゾールを分離除去する蒸留塔の底部から排出される60〜70℃の脱ベンゾール系吸収油の一部を、プレート式熱交換器の内部を流通する廃安水の流路に供給して、接触面に付着した堆積物を溶解除去する配管と廃安水との接触面の洗浄方法である。

本発明の洗浄方法においては、廃安水が、含ＮＨ₃系廃安水および／または脱ＮＨ₃系廃安水であることが好ましい。また、脱ベンゾール系吸収油が、前記蒸留塔と前記プレート式熱交換器とを循環することが好ましい。

本発明によれば、洗浄油タンクと蒸気ヒーターを使用せずに洗浄油を供給して配管接触面の洗浄を行なうので、通常の操業と洗浄作業とを切り替える際の負荷を軽減でき、しかも蒸気の使用量を削減できる。

図１は、本発明を適用する装置の例を模式的に示すフロー図である。本発明を適用する装置においては、図１に示すように、吸収油中のベンゾールを除去する蒸留塔35と廃安水の熱回収を行なうプレート式熱交換器23とを循環する循環ライン39が配設される。なおコークス炉ガス中の軽油を除去する吸収塔34と、吸収油中のベンゾールを除去する蒸留塔35とを接続する配管は従来から設置されており、循環ライン39のみを新たに配設すれば本発明を適用できる。したがって既存の設備に小規模な改造を施すことによって本発明を適用できる。

図１において、コークス炉ガス27は、吸収塔34内で軽油を除去されて頂部から排出され、次工程へ送給される。一方、吸収塔34内で軽油を吸収した吸収油は、底部から排出されて蒸留塔35へ送給される。
蒸留塔35内には蒸気30が供給されており、吸収油中のベンゾールが蒸留されて頂部から排出されて次工程へ送給される。一方、蒸留塔35内でベンゾールを除去された吸収油40（以下、脱ベンゾール系吸収油という）は、底部から排出される。通常の操業では、脱ベンゾール系吸収油ライン32のバルブ13を開いて、脱ベンゾール系吸収油40を吸収塔34に循環させる。なお、蒸留塔35の底部から排出された脱ベンゾール系吸収油40は高温であるから、脱ベンゾール系吸収油ライン32に取付けられた吸収油熱交換器24で熱回収を行なう。

以下に、図１の装置においてプレート式熱交換器23の含ＮＨ₃系廃安水36の配管接触面を洗浄する手順について説明する。
含ＮＨ₃系廃安水36の配管接触面を洗浄する際には、含ＮＨ₃系廃安水ライン16に取付けられるバルブ１，２を閉じかつバルブ３を開いて、含ＮＨ₃系廃安水36をＮＨ₃分離除去装置33へ送給する。そして含ＮＨ₃系廃安水36からＮＨ₃が除去された脱ＮＨ₃系廃安水37が、ＮＨ₃分離除去装置33から排出される。配管接触面を洗浄する際には、脱ＮＨ₃系廃安水ライン17に取付けられるバルブ４，５を閉じかつバルブ６を開いて、脱ＮＨ₃系廃安水37を貯留タンク（図示せず）へ送給する。

このようにして、含ＮＨ₃系廃安水36および脱ＮＨ₃系廃安水37が、プレート式熱交換器23内を流通するのを閉鎖して、プレート式熱交換器23を停止する。
次に脱ベンゾール系吸収油ライン32のバルブ13を閉じ、循環系ライン39のバルブ９，10を開く。このようにして蒸留塔35の底部から排出された脱ベンゾール系吸収油40がプレート式熱交換器23に供給される。既に説明した通り、通常の操業では、脱ベンゾール系吸収油40は蒸留塔35と吸収塔34とを循環する。したがって配管接触面の洗浄のためにプレート式熱交換器23に供給されるのは、脱ベンゾール系吸収油40の一部である。

蒸留塔35の底部から排出された脱ベンゾール系吸収油40は、吸収油熱交換器24で60〜70℃の温度範囲に調整してプレート式熱交換器23に供給される。脱ベンゾール系吸収油40が60℃未満では、洗浄油の付着物への溶解力が弱く、洗浄が十分にできない。一方、70℃を超えると、溶解力が大きくなり、洗浄効果が高まる。したがって、プレート式熱交換器23に供給される脱ベンゾール系吸収油40の温度は、60〜70℃の範囲内を満足する必要がある。

なお脱ベンゾール系吸収油40は、プレート式熱交換器23を通過した後、再び吸収塔34へ送給される。
このようにして脱ベンゾール系吸収油40を循環させれば、プレート式熱交換器23内の配管が含ＮＨ₃系廃安水36と接触する接触面（すなわち含ＮＨ₃系廃安水36の配管接触面）に付着した堆積物を溶解させ、脱ベンゾール系吸収油40とともにプレート式熱交換器23から排出できる。

以上が、本発明を適用して含ＮＨ₃系廃安水36の配管接触面を洗浄する手順である。
また、図１の装置において、プレート式熱交換器23の脱ＮＨ₃系廃安水37の配管接触面を洗浄する場合には、脱ベンゾール系吸収油ライン32のバルブ13を閉じ、循環系ライン39のバルブ11，12を開く。このようにして蒸留塔35の底部から排出された脱ベンゾール系吸収油40をプレート式熱交換器23に供給し、含ＮＨ₃系廃安水36の配管接触面と同様の手順で洗浄を行なう。

本発明の洗浄方法は、上記した通り、洗浄油タンクと蒸気ヒーターを使用せずに洗浄油を供給して配管接触面の洗浄を行なう。したがって蒸気の使用量を削減（すなわち蒸気コストを削減）できる。またバルブの開閉のみで、通常の操業と洗浄作業とを切り替えられるので、作業形態の変更に要する負荷を軽減（すなわち労力，時間を削減）できる。

図１に示す装置を用いて、６ケ月継続して廃安水からＮＨ₃を分離除去しながら、１回／１ケ月の頻度でプレート式熱交換器23の含ＮＨ₃系廃安水36の配管接触面を洗浄した。その際、吸収塔34と蒸留塔35を循環する脱ベンゾール系吸収油40（約 350ｍ³／hr）の内、約20ｍ³／hrをプレート式熱交換器23に供給した。なお、プレート式熱交換器23に供給された脱ベンゾール系吸収油40の温度は平均65℃であった。また、通常の操業から洗浄作業へ切り替えるためにバルブを開閉するのに要した時間は平均15分／回であった。これを発明例とする。

一方、従来は図２に示すように、洗浄油タンク22やそれに付随する蒸気ヒーター21等を用いてプレート式熱交換器23の含ＮＨ₃系廃安水36の配管接触面を洗浄していた。その頻度は１回／３ケ月であった。６ケ月間の操業データを解析したところ、洗浄油38として使用したベンゾールの吸収油の温度は平均65℃であった。洗浄作業を行なうために洗浄油タンク22や蒸気ヒーター21等を取付けるのに要した時間は平均30分／回であった。また、蒸気ヒーター21で使用する蒸気の供給量は、ＮＨ₃分離除去装置33へ供給される蒸気の約10％に相当する量であった。これを従来例とする。

発明例と従来例を比べると、通常の操業と洗浄作業との切り替えに要する時間は、発明例が15分／月（＝45分／３ケ月），従来例が60分／３ケ月であり、発明例の方が切り替えに要する時間が短縮された。また発明例では、洗浄油タンク22やそれに付随する蒸気ヒーター21等を使用しないので、ＮＨ₃分離除去装置33へ供給される蒸気の約10％に相当する蒸気コストを削減できた。

さらに、洗浄された配管接触面の汚れ係数を、発明例と従来例で調査した。汚れ係数は、数値が小さいほど良好に洗浄されたことを表わす指標であり、下記の式で算出される。
汚れ係数ｒ＝（１／Ｕ）−（１／ｈ）−ｒ_W
Ｕ：総括伝熱係数
ｈ：境膜伝熱係数
ｒ_W：プレート面抵抗
その結果、発明例の汚れ係数は平均 3.0×10^-4 ｍ³Ｋ／Ｗであり、従来例の汚れ係数は平均 5.5×10^-4 ｍ³Ｋ／Ｗであった。したがって、発明例の方が良好に洗浄されたことが確かめられた。

本発明を適用する装置の例を模式的に示すフロー図である。プレート式熱交換器と従来の洗浄装置の例を模式的に示すフロー図である。

符号の説明

１〜13 バルブ
14 蒸気ライン
15 廃蒸気ライン
16 含ＮＨ₃系廃安水ライン
17 脱ＮＨ₃系廃安水ライン
18 耐圧ホース
19 耐圧ホース
20 洗浄油循環ポンプ
21 蒸気ヒーター
22 洗浄油タンク
23 プレート式熱交換器
24 吸収油熱交換器
25 吸収油循環ポンプ
26 吸収油クーラー
27 コークス炉ガス
28 コークス炉ガスライン
29 吸収油ライン
30 蒸気
31 粗軽油ライン
32 脱ベンゾール系吸収油ライン
33 ＮＨ₃分離除去装置
34 吸収塔
35 蒸留塔
36 含ＮＨ₃系廃安水
37 脱ＮＨ₃系廃安水
38 洗浄油
39 循環ライン
40 脱ベンゾール系吸収油

Claims

コークス炉ガスの精製工程にて廃安水の熱回収に使用するプレート式熱交換器の内部に配設される配管と、前記プレート式熱交換器の内部を流通する廃安水とが接触する接触面の洗浄方法において、吸収油のベンゾールを分離除去する蒸留塔の底部から排出される60〜70℃の脱ベンゾール系吸収油の一部を、前記プレート式熱交換器の内部を流通する廃安水の流路に供給して、前記接触面に付着した堆積物を溶解除去することを特徴とする配管と廃安水との接触面の洗浄方法。
前記廃安水が、含ＮＨ₃系廃安水および／または脱ＮＨ₃系廃安水であることを特徴とする請求項１に記載の配管と廃安水との接触面の洗浄方法。
前記脱ベンゾール系吸収油が、前記蒸留塔と前記プレート式熱交換器とを循環することを特徴とする請求項１または２に記載の配管と廃安水との接触面の洗浄方法。