JP2013119587A

JP2013119587A - 赤熱コークスの顕熱回収方法

Info

Publication number: JP2013119587A
Application number: JP2011268020A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Saima; 等斉間; Yoshiyuki Kawano; 喜之川野
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2013-06-17

Abstract

【課題】エクセルギー効率に優れた赤熱コークスの顕熱回収方法の提供。
【解決手段】赤熱コークスの顕熱回収方法であって、
不活性ガスを用いて赤熱コークスが有する顕熱を熱交換する熱交換工程と、
前記熱交換工程により加熱された不活性ガスおよび触媒を用いてグリセリンを分解し、一酸化炭素および水素を生成する工程を有する分解工程と、
を有する赤熱コークスの顕熱回収方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、赤熱コークスの顕熱回収方法に関する。

コークス炉から排出される赤熱コークスの冷却には、赤熱コークスの顕熱を回収して省エネルギーを図る目的でコークス乾式消火装置（いわゆるＣＤＱ（ＣｏｋｅｓＤｒｙＱｕｅｎｃｈ））を用いることが知られている。
また、このようなコークス乾式消火装置では、一般的に、加熱（熱交換）された不活性ガス（例えば、窒素等）により水を蒸発させたスチームを利用することが知られている（例えば、特許文献１〜２等参照）。

特開２００６−１８３０５８号公報特開２００９−１７３９３８号公報

しかしながら、コークス乾式消火装置を用いたスチームの利用は、スチームの保存が困難であるだけでなく、有効エネルギー（エクセルギー）の効率（以下、「エクセルギー効率」ともいう。）が低いという問題点がある。
そこで、本発明は、エクセルギー効率に優れた赤熱コークスの顕熱回収方法を提供することを課題とする。

本発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、グリセリンの熱分解（吸熱）反応に着目し、分解ガス（一酸化炭素および水素）の形で回収することにより、貯蔵が可能でスチームよりもエクセルギー効率に優れた顕熱回収方法となることを見出し、本発明を完成させた。即ち、本発明は、下記（１）〜（３）を提供する。

（１）赤熱コークスの顕熱回収方法であって、
不活性ガスを用いて赤熱コークスが有する顕熱を熱交換する熱交換工程と、
上記熱交換工程により加熱された不活性ガスおよび触媒を用いてグリセリンを分解し、一酸化炭素および水素を生成する工程を有する分解工程と、
を有する赤熱コークスの顕熱回収方法。

（２）上記触媒が、VIII族金属が担持された、アルミナおよび／またはジルコニアである上記（１）に記載の赤熱コークスの顕熱回収方法。

（３）上記グリセリンが、バイオマス・ディーゼル燃料を生成した際に副生するグリセリンである上記（１）または（２）に記載の赤熱コークスの顕熱回収方法。

以下に示すように、本発明によれば、エクセルギー効率に優れた赤熱コークスの顕熱回収方法を提供することができる。
また、本発明の赤熱コークスの顕熱回収方法（以下、単に「本発明の顕熱回収方法」と略す。）は、近年注目されているバイオマス・ディーゼル燃料（ＢＤＦ）の製造の際に廃油等のエステル交換反応で副生されるグリセリンの熱分解にも利用することができる。
ここで、上記エステル交換反応で副生されるグリセリンは、アルカリ触媒や遊離酸等の不純物を多く含む水溶液として副生されるものであるが、本発明の顕熱回収方法は、このようなグリセリン水溶液を用いた場合であってもグリセリンを容易に分解することができるため、大変有用な方法である。

本発明の顕熱回収方法の好適な実施態様の一例を示す模式的な断面図である。

本発明の顕熱回収方法は、不活性ガス（冷却ガス）を用いて赤熱コークスが有する顕熱を熱交換する熱交換工程と、上記熱交換工程により加熱された不活性ガス（高温ガス）および触媒を用いてグリセリンを分解し、一酸化炭素および水素を生成する工程を有する分解工程と、を有する方法である。
以下に、本発明の顕熱回収方法について図１を用いて説明する。

図１に示す通り、赤熱コークスを冷却するクーリング・チャンバー（冷却塔）１は、従来公知のコークス乾式消火装置と同様、内部が上下２つの区域に区分され、上部が高温のコークスを受け入れるプレチャンバー２となっており、下部が冷却ガスを吹き込んで高温のコークスを冷却する冷却室３となっている。
また、冷却塔１には、冷却室３の下部に冷却ガスのディストリビューター４が設けられ、冷却室３の下端に冷却されたコークスを排出する切り出し装置５が設けられている。

＜熱交換工程＞
図１に示す実施態様においては、冷却塔１のプレチャンバー２から装入された１０００℃程度の赤熱コークスは、下降して冷却室３に入り、順次下降しながら冷却ガスによって２００℃程度に冷却され、排出される。
これに対し、赤熱コークスの冷却に用いた冷却ガスは、下降してくる赤熱コークスと向流接触（熱交換）し、８００℃程度の高温ガス６となり、熱交換・反応塔（ボイラ）７に排出される。

＜分解工程＞
本発明においては、冷却塔１からボイラ７に排出された高温ガス６の熱は、グリセリンの熱分解に利用される。
具体的には、図１に示すように、まず、ボイラ７の低温部分（高温ガスの下流域）において、ボイラ供給水（ＢＦＷ）をＢＦＷ蒸発装置８によって蒸発させたスチームの一部とグリセリン水溶液とが混合され、グリセリン蒸発装置９に投入され、気化される。
次いで、これらの混合ガスが、ボイラ７の高温部分（高温ガスの上流域）において、高温ガス６の熱によって更に加熱された後、触媒が充填された反応領域１０を通過することにより、グリセリンは熱（ガス化）分解を受け、一酸化炭素および水素に分解される。
なお、高温ガス６は、グリセリンとの熱交換により冷却された後、循環ポンプ１１により、再び冷却ガス１２として冷却塔１（冷却室３）へ送られる。

上記冷却ガス（高温ガス）は、不活性ガスであれば特に限定されないが、その具体例としては、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等が挙げられ、中でも、廉価で豊富に存在する理由から、窒素ガスであるのが好ましい。

また、グリセリンのガス化分解に用いられる上記触媒は、一般的な吸熱反応に用いられる触媒であれば特に限定されないが、分解活性が高い理由から、VIII族金属が担持された、アルミナおよび／またはジルコニアであるのが好ましい。
このような触媒としては、メタンやＬＰＧ（液化石油ガス）の水蒸気分解触媒として市販されている触媒を用いることができる。

本発明においては、赤熱コークスの冷却速度は、冷却ガス（不活性ガス）の循環量により調整することができる。
同様に、加熱された高温ガス（不活性ガス）の冷却については、触媒量、ボイラ供給水やグリセリンの供給量等により調整することができる。

以下、実施例を用いて、本発明の顕熱回収方法について詳細に説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。

（実施例１）
図１に示す冷却塔１およびボイラ７を有するコークス乾式消火装置を用い、以下に示す方法で、不活性ガスによる赤熱コークスの熱交換とグリセリンの熱分解を行った。
その結果、グリセリンは、一酸化炭素および水素に分解されることが分かり、これらの分解ガスを回収することにより、エクセルギー効率に優れた顕熱回収方法となることが分かった。
＜グリセリン分解方法および結果＞
グリセリン６５質量％含有水溶液（以下、「グリセリン水溶液」ともいう。）をグリセリン蒸発器にて気化させた後、メタン分解用Ｎｉ担持アルミナ触媒（ＲｅｆｏＭＡＸ３３０、ズートケミー触媒製）を充填した分解反応器に流通させた。
具体的には、まず、グリセリン蒸発器および分解反応器は、赤熱コークス中を通過して９００℃加熱された窒素により、各々のパイプ外壁から加熱させた。
次いで、グリセリン水溶液をグリセリン蒸発器に供給し、５２０℃にまで加熱して気化させた後、そのまま分解反応器に供給した。
分解反応器より排出された８００℃のガスを冷却して分析した結果、下記の組成が得られた。
（組成）
・水素：３９％
・一酸化炭素：４３％
・メタン：１６％
・二酸化炭素：２％

（実施例２）
グリセリン水溶液として、カリウムを２０００ｐｐｍ含み、グリセリン６５質量％含有する水溶液を用いた以外は、実施例１と同様の方法により、赤熱コークスの熱交換とグリセリンの熱分解を行った。
その結果、実施例１と同様、グリセリンは、一酸化炭素および水素の分解ガスに分解されることが分かり、分解ガスを回収することにより、エクセルギー効率に優れた顕熱回収方法となることが分かった。
このように、カリウムの存在下においてもグリセリンを分解することができるため、廃油等のエステル交換反応で副生され、エステル交換反応時に添加されるアルカリ触媒が残存するグリセリン水溶液を用いた場合であっても、グリセリンを容易に分解できることが分かる。

１クーリング・チャンバー（冷却塔）
２プレチャンバー
３冷却室
４ディストリビューター
５切り出し装置
６高温ガス
７熱交換・反応塔（ボイラ）
８ＢＦＷ蒸発装置
９グリセリン蒸発装置
１０反応領域
１１循環ポンプ
１２冷却ガス
１３鏡板（ガス出入口）
１４鏡板
１５障壁

Claims

赤熱コークスの顕熱回収方法であって、
不活性ガスを用いて赤熱コークスが有する顕熱を熱交換する熱交換工程と、
前記熱交換工程により加熱された不活性ガスおよび触媒を用いてグリセリンを分解し、一酸化炭素および水素を生成する工程を有する分解工程と、
を有する赤熱コークスの顕熱回収方法。
前記触媒が、VIII族金属が担持された、アルミナおよび／またはジルコニアである請求項１に記載の赤熱コークスの顕熱回収方法。
前記グリセリンが、バイオマス・ディーゼル燃料を生成した際に副生するグリセリンである請求項１または２に記載の赤熱コークスの顕熱回収方法。