JP2013221062A

JP2013221062A - コークス炉ガスの精製方法および装置

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Publication number: JP2013221062A
Application number: JP2012092864A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Uragami; 大輔浦上; Takamasa Mukai; 孝征迎
Original assignee: JFE Chemical Corp
Current assignee: JFE Chemical Corp
Priority date: 2012-04-16
Filing date: 2012-04-16
Publication date: 2013-10-28

Abstract

【課題】省エネルギーを達成できるコークス炉ガスの精製方法および装置を提供する。
【解決手段】コークス炉１１から排出されるコークス炉ガスＧ_０を冷却し、次いで該冷却されたコークス炉ガスＧ_０からナフタレンを回収し、該ナフタレンが回収されたコークス炉ガスＧ_１から軽油を回収した後、硫化水素およびアンモニアを順次回収して、前記コークス炉ガスＧ_０を燃料ガスＧ_４へと精製することを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明はコークス炉ガスの精製方法および装置に関し、特に、省エネルギーを達成できるコークス炉ガスの精製方法および装置に関するものである。

従来、石炭を乾留するコークス炉から発生するコークス炉ガス（以下、「Ｃガス」と称する）は、水素やメタン、一酸化炭素等の燃料成分を多く含み、２００００ｋＪ／ｍ^３を超える高い熱量を有しているため、高炉や、コークス炉、加熱炉、ボイラー用の燃料ガスとして再利用されている。その際、コークス炉から排出された状態のＣガスには、タールや硫黄酸化物、窒素酸化物等の成分が含まれているため、これらを除去する精製を経て燃料ガスとして利用されるのが通例である（例えば、特許文献１参照）。

図１は、従来のＣガスの精製フローの一例を示す図である。Ｃガスの燃料ガスへの精製は以下のように行われる。すなわち、まず、コークス炉１１から排出されるＣガスＧ_０を、ガス冷却部１２により冷却し（ガス冷却工程）、次いで、ナフタレン回収部１３により、冷却されたガスＧ_０から設備閉塞の原因となるナフタレンを回収した後（ナフタレン回収工程）、ブロワー１４により、ナフタレンが回収されたＣガスＧ_１を脱硫部１５に導入して硫化水素を除去し（脱硫工程）、続いて脱アンモニア部１６により、硫化水素が除去されたＣガスＧ_２から窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）の原因となるアンモニア分を除去し（脱アンモニア工程）、ガス冷却部１７により、アンモニアが除去されたＣガスＧ_３を冷却した後、軽油回収部１８により、冷却されたＣガスＧ_３中の軽油分を回収することにより（粗軽油回収工程）、ＣガスＧ_０を燃料ガスＧ_４に精製することができる。

上記脱硫工程における脱硫方法としては、アルカリ性水溶液等の吸収液をＣガスと接触させて、Ｃガスに含まれる硫化水素を吸収液に吸収させるタカハックス法やフマックス法等の湿式の脱硫方法が知られている。また、これら湿式脱硫方法として、充填層を有する脱硫塔内に吸収液を噴霧し、この脱硫塔内にＣガスを通過させて噴霧されたアルカリ水溶液にＣガス中の硫化水素を吸収させることにより脱硫する方法が知られている。

図２は、こうした湿式脱硫法に基づく脱硫部１５の一例を示す図である。この図に示した脱硫部１５は、脱硫塔２１と、吸収液再生塔２２と、吸収液クーラー２３とを有し、脱硫塔２１の上部から吸収液Ｌ_１を噴霧し、脱硫塔２１内に導入されたＣガスＧ_１に含まれる硫化水素を噴霧された吸収液Ｌ_１に吸収させ、脱硫塔２１の下部に滞留する吸収液Ｌ_１中に落下させる。

一方、該脱硫塔２１の下部に滞留する不活性な吸収液Ｌ_１の一部を吸収液再生塔２２に導いて、再生用空気Ｇ_Ａを導入して吸収液Ｌ_１に吸収された硫化水素を分離し、吸収液Ｌ_１を再生するとともに分離された硫化水素を廃空気Ｇ_Ｂとして排出し、再生されて活性な吸収液Ｌ_１を脱硫塔２１の上部に導いて、吸収液Ｌ_１を脱硫塔２１と吸収液再生塔２２との間で循環させることにより、ＣガスＧ_１を連続的に脱硫し、硫化水素が除去されたＣガスＧ_２を脱硫塔２１から排出する。ここで、吸収液Ｌ_１の温度は低いほど脱硫効率が向上するため、吸収液再生塔２２の下流に吸収液クーラー２３を設置し、ＣガスＧ_１に噴霧されて温度上昇した吸収液Ｌ_１を冷却水で冷却するのが通例である。

また、上記脱アンモニア工程におけるアンモニア除去方法としては、Ｃガスと希硫酸とを反応させて硫酸アンモニウム（以下、「硫安」と称する）として回収する方法が知られている。図３は、脱アンモニア部の一例を示す図である。この図に示した脱アンモニア部１６は、アンモニア飽和器３１と、母液循環槽３２と、ポンプ３３と、循環母液ヒーター３４とを有する。

この脱アンモニア部１６において、脱硫工程を経て硫化水素が除去されたＣガスＧ_２をアンモニア飽和器３１に導入し、該アンモニア飽和器３１の下部に滞留する酸性の硫安母液Ｌ_２中を通過させて硫安母液Ｌ_２とＣガスＧ_２とを接触させて反応させ、硫安結晶Ｃを析出させて回収する。

一方、アンモニア飽和器３１中の硫安母液Ｌ_２は、母液循環槽３２にて希硫酸Ｓを添加して、ポンプ３３によりアンモニア飽和器３１と母液循環槽３２との間を循環させ、アンモニアが除去されたＣガスＧ_３をアンモニア飽和器３１から排出することにより、ＣガスＧ_２中のアンモニア分を除去する。ここで、結晶析出による装置の閉塞を防ぐために、硫安母液Ｌ_２は、循環母液ヒーター３４によって加熱されて循環されるのが一般的である。

さらに、上記粗軽油回収工程における軽油回収方法としては、Ｃガスと軽油を吸収する吸収油とを気液接触させる方法が一般的である。図４は、軽油回収部１８の一例を示す図である。この軽油回収部１８は、軽油回収器４１と、吸収油蒸留塔４２とを有する。この軽油回収部１８において、脱アンモニア工程を経てアンモニアが除去されたＣガスＧ_３を軽油回収部１８に導入し、軽油回収器４１の上部から吸収油Ｌ_３を噴霧し、軽油回収器４１に導入されたＣガスＧ_３に含まれる軽油分を吸収させて軽油回収器４１の下部に滞留する吸収油Ｌ_３に落下させる。一方、この軽油回収器４１の下部に滞留する吸収液Ｌ_３の一部を吸収油蒸留塔４２に導いて蒸留して、吸収油Ｌ_３から軽油分を分離して吸収油Ｌ_３を再生するとともに粗軽油Ｌ_４を得て、この粗軽油Ｌ_４の一部を吸収油Ｌ_３として軽油回収器４１の上部に戻し、吸収油Ｌ_３を軽油回収器４１と吸収油蒸留塔４２との間で循環させることにより、ＣガスＧ_３に含まれる軽油分を回収するとともに、コークス炉１１から排出されたＣガスＧ_０から燃料成分が抽出された燃料ガスＧ_４を軽油回収器４１から排出する。ここで、軽油回収器４１に導入されるＣガスＧ_３の温度が低いほど、ＣガスＧ_３中の軽油の回収率が高くなるため、軽油回収器４１に導入する前に、ガス冷却部１７に導入してＣガスＧ_３を冷却するのが通例である。

特開２００１−８１４７９号公報

ところで、近年、エネルギーを大量に消費する製鋼業に対して省エネルギーへの要請がますます高まっており、上記Ｃガスの精製プロセスについても、省エネルギーを達成できるＣガスの精製方法および装置の提案が課題となっていた。
そこで、本発明の目的は、省エネルギーを達成できるＣガスの精製方法および装置を提供することにある。

発明者らは、上記課題を解決する方途について鋭意検討した。そのために、上記Ｃガスの精製プロセスの各工程を詳細に調査したところ、各工程において、Ｃガスに対して加熱処理および冷却処理を繰り返し行っている点に注目した。すなわち、上述のように、脱硫工程では、脱硫効率を向上させるために、吸収液クーラー２３によって吸収液Ｌ_１を冷却し、続く脱アンモニア工程では、結晶析出による装置の閉塞を防ぐために、循環母液ヒーター３４によって硫安母液Ｌ_２を加熱し、その後の粗軽油回収工程では、軽油の回収率を高めるために、ガス冷却部１７によってＣガスＧ_３を冷却している。そこで、発明者らは、これらの工程順を見直すことにより、省エネルギーを達成できると考え、そのためには、従来、脱アンモニア部の下流に配置されていた軽油回収部を脱硫部の上流に配置し、脱硫工程の前に粗軽油回収工程を行うことが有効であることを見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）コークス炉から排出されるコークス炉ガスを冷却し、次いで該冷却されたコークス炉ガスからナフタレンを回収し、該ナフタレンが回収されたコークス炉ガスから軽油を回収した後、硫化水素およびアンモニアを順次回収して、前記コークス炉ガスを燃料ガスへと精製することを特徴とするコークス炉ガスの精製方法。

（２）コークス炉から排出されるコークス炉ガスを冷却するガス冷却部と、該冷却されたコークス炉ガスからナフタレンを回収するナフタレン回収部と、該ナフタレンが回収されたコークス炉ガスから軽油を回収する軽油回収部と、該軽油が回収されたコークス炉ガスから硫化水素を回収する脱硫部と、該硫化水素が回収されたコークス炉ガスからアンモニアを回収する脱アンモニア部とを備えることを特徴とするコークス炉ガスの精製装置。

本発明によれば、従来、脱硫工程および脱アンモニア工程の後に行われていた粗軽油回収工程を脱硫工程の前に行うようにしたため、脱硫工程における吸収液の冷却に用いる冷却水の量を低減することができ、Ｃガスの精製において省エネルギーを達成することができる。

従来のＣガスの精製フローの一例を示す図である。脱硫部の一例を示す図である。脱アンモニア部の一例を示す図である。軽油回収部の一例を示す図である。本発明のＣガスの精製フローの一例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図５は、本発明のＣガスの精製フローの一例を示す図である。なお、図１に示された構成と同一の構成には同一の符号が付されている。この図に示されたＣガスの精製フローにおいて、軽油回収部１８による粗軽油回収工程を、脱硫部１５による脱硫工程の前に行うことが肝要である。

上述のように、従来のＣガスの精製は、まず、ガス冷却部１２により、コークス炉１１から排出されるＣガスＧ_０を冷却し、次いでナフタレン回収部１３により、冷却されたガスＧ_０から設備閉塞の原因となるナフタレンを回収した後、ブロワー１４により、ナフタレンが回収されたＣガスＧ_１を脱硫部１５に導入して硫化水素を除去し、脱アンモニア部１６により、硫化水素が除去されたＣガスＧ_２から窒素酸化物の原因となるアンモニア分を除去し、ガス冷却部１７により、アンモニアを除去したＣガスＧ_３を冷却した後、軽油回収部１８によりガス中の軽油分を回収することによって、ＣガスＧ_０をナフタレン、硫化水素、アンモニア等が取り除かれた燃料ガスＧ_４に精製していた。

ここで、上記精製過程におけるＣガスの温度制御に注目すると、コークス炉１１から排出されたコークス炉ガスＧ_０は、ガス冷却部１２により、例えば８０℃から３５℃程度に冷却され、ナフタレン回収部１３によりナフタレンが回収されたＣガスＧ_１は、ブロワー１４により断熱圧縮されて、４５℃程度に温度が上昇した状態で脱硫部１５に導入される。この脱硫部１５においては、図２に示したように、吸収液クーラー２３により吸収液Ｌ_１を冷却するため、脱硫部１５から排出されたＣガスＧ_２は、例えば３５℃程度まで冷却される。続いて、ＣガスＧ_２は、脱アンモニア部１６に導入されて、ＣガスＧ_２に含まれるアンモニアは硫安結晶Ｃとして回収されるが、循環母液ヒーター３４により加熱されるため、脱アンモニア部１６から排出されるＣガスＧ_３の温度は、４５℃程度に上昇する。その後、軽油回収部１８により、ＣガスＧ_３に含まれる軽油が回収され、ＣガスＧ_０は燃料ガスＧ_４へと精製されるが、軽油回収部１８に導入される前に、ＣガスＧ_３はガス冷却部１７により、２５℃程度まで冷却される。

このように、上記精製プロセスにおいて、特に脱硫工程、脱アンモニア工程および粗軽油回収工程に注目すると、脱アンモニア工程では、脱硫工程において一旦冷却されたＣガスＧ_２を加熱しているにもかかわらず、続く粗軽油回収工程において、加熱されたＣガスＧ_３を再度冷却している。よって、これらの精製フローを見直すことにより、上記加熱または冷却処理を省略できることが期待される。そこで、発明者らは、上記Ｃガスの精製方法において省エネルギーを達成する方途について鋭意検討した結果、脱アンモニア部１６の下流に配置されていた軽油回収部１８を脱硫部１５の上流に配置し、従来、脱硫工程および脱アンモニア工程の後に行われていた粗軽油回収工程を脱硫工程の前に行うことが有効であることを見出し、本発明を完成させるに至ったのである。以下、本発明のＣガスの精製方法における各工程について説明する。

ガス冷却工程では、ガス冷却部１２により、コークス炉１１から排出されたＣガスＧ_０を冷却する。このＣガスＧ_０は、例えば８０℃程度の高温状態でコークス炉１１から排出されるため、例えば３５℃程度まで冷却された後にナフタレン回収部１３に導入する。このガス冷却部１２としては、例えばプライマリークーラーを用いることができる。

ナフタレン回収工程では、ナフタレン回収部１３により、ガス冷却部１２により冷却されたＣガスＧ_０を導入し、該ＣガスＧ_０に含まれるナフタレンを回収する。ナフタレンの回収方法としては、上述した軽油の除去方法と同様に、吸収油による除去方法が広く知られており、本発明においても使用することができる。

粗軽油回収工程では、軽油回収部１８により、ナフタレン回収部１３によりナフタレンが回収されたＣガスＧ_１を導入し、該ＣガスＧ_１に含まれる軽油分を回収する。上述のように、本発明において、粗軽油回収工程を脱硫工程の前に行うことが肝要である。ただし、ナフタレン回収部１３によりＣガス中に含まれるナフタレンが回収されたＣガスＧ_１は、ブロワー１４により軽油回収部１８に導入されるが、その際、断熱圧縮により、ＣガスＧ_１の温度は４５℃程度に上昇する。また、上述のように、軽油回収部１８に導入されるＣガスＧ_１の温度が低いほどＣガスＧ_１中の軽油の吸収率が高いため、ＣガスＧ_１は、ガス冷却部１７によりガス温度を、例えば２５℃程度まで冷却した後に、軽油回収部１８に導入して粗軽油回収工程を行う。

この軽油回収部１８による軽油分の回収方法としては、吸収油による吸収法により行うのが一般的であり、向流接触させて軽油分を吸収油に物理的に吸収させる。具体的には、軽油回収部１８は、例えば図４に示した構成とすることができる。

すなわち、図４に示したように、軽油回収部１８は、軽油回収器４１と吸収油蒸留塔４２とを有し、軽油回収器４１の下部に滞留する吸収油Ｌ_３を吸収油蒸留塔４２に導き、吸収油Ｌ_３を蒸留して粗軽油Ｌ_４として回収する。一方、一部を吸収油Ｌ_３として軽油回収器４１の上部に導いて噴霧し、ＣガスＧ_１に含まれる軽油を噴霧された吸収油Ｌ_３に向流接触させて物理的に吸収させた後、軽油回収器４１の下部に滞留する吸収油Ｌ_３に落下させ、吸収油Ｌ_３を軽油回収器４１と吸収油蒸留塔４２との間で循環させることにより、ＣガスＧ_３から粗軽油Ｌ_４を回収してＣガスＧ_５を排出する。

脱硫工程では、脱硫部１５により、軽油回収部１８により粗軽油Ｌ_４が回収されたＣガスＧ_５を導入し、硫化水素を除去する。図１に示したように、従来のＣガスの精製方法においては、脱硫部１５に導入されるＣガスＧ_１の温度は４５℃程度であり、脱硫部１５における吸収液クーラー２３により、吸収液Ｌ_１を冷却していた。しかし、図５に示したように、本発明のＣガスの精製方法においては、軽油回収部１８から排出されたＣガスＧ_５の温度は３０℃程度と従来よりも低いため、吸収液Ｌ_１を冷却する冷却水の使用量を低減することができる。

Ｃガスの脱硫方法としては、大きく分けて乾式および湿式とがあり、それらの各々は硫黄回収式および硫黄非回収式とがある。この内、湿式の硫黄回収式のものが広く利用されており、脱硫塔１５として、例えば図２に示した構成とすることができる。

すなわち、図２に示したように、脱硫部１５は脱硫塔２１と吸収油蒸留塔２２とを有し、脱硫塔２１の上部から吸収液Ｌ_１を噴霧し、脱硫塔２１内に導入されたＣガスＧ_５に含まれる硫化水素を噴霧された吸収液Ｌ_１に吸収させ、脱硫塔２１の下部に滞留する吸収液Ｌ_１中に落下させる。一方、該脱硫塔２１の下部に滞留する不活性な吸収液Ｌ_１の一部を吸収液再生塔２２に導いて、再生用空気Ｇ_Ａを導入して吸収液Ｌ_１に吸収された硫化水素を分離し、吸収液Ｌ_１を再生するとともに分離された硫化水素を廃空気Ｇ_Ｂとして排出し、再生されて活性な吸収液Ｌ_１を脱硫塔２１の上部に導いて、吸収液Ｌ_１を脱硫塔２１と吸収液再生塔２２との間で循環させることにより、ＣガスＧ_５を連続的に脱硫し、硫化水素が除去されたＣガスＧ_６を脱硫塔２１から排出する。ここで、吸収液再生塔２２の下流に吸収液クーラー２３を設置して吸収液Ｌ_１を冷却するが、上述のように、吸収液Ｌ_１を冷却する冷却水の使用量を低減することができる。

脱アンモニア工程では、脱アンモニア部１６により、硫黄酸化物が回収されたＣガスＧ_６を導入し、アンモニアを除去する。ＣガスＧ_６からアンモニアを回収する方法としては、硫安回収法や、コッパース法、カールスチル法、フォサム法およびナスコ法などがあり、例えば、図３に示した硫安回収法に基づく構成とすることができる。

すなわち、図３に示したように、脱アンモニア部１６は、アンモニア飽和器３１と、母液循環槽３２と、ポンプ３３と、循環母液ヒーター３４とを有し、硫化水素が除去されたＣガスＧ_６をアンモニア飽和器３１に導入し、該アンモニア飽和器３１の下部に滞留する酸性の硫安母液Ｌ_２中を通過させて硫安母液Ｌ_２とＣガスとを接触させて反応させ、硫安結晶Ｃを析出させて回収する。

一方、アンモニア飽和器３１中の硫安母液Ｌ_２は、母液循環槽３２にて希硫酸Ｓを添加して、ポンプ３３によりアンモニア飽和器３１と母液循環槽３２との間を循環させることにより、アンモニアが除去されて得られた燃料ガスＧ_４をアンモニア飽和器３１から排出する。ここで、結晶析出による装置の閉塞を防ぐために、硫安母液Ｌ_２は、循環母液ヒーター３４によって加熱されて循環される。
こうして、コークス炉１１から排出されたコークス炉ガスＧ_０から、ナフタレン、硫化硫黄、アンモニアおよび粗軽油Ｌ_４を回収し、コークス炉ガスＧ_０を燃料ガスＧ_４へと精製することができる。

なお、ＣガスＧ_０の精製は、脱硫工程の後にアンモニア回収工程を行う。これは、脱硫工程において、脱硫塔２１の吸収液Ｌ_１にＣガスＧ_１中のアンモニアが溶け込むことで硫化水素の吸収を助けており、先にアンモニアを回収してしまうと、脱硫を補助するためのアンモニアが脱硫工程中のＣガスから無くなってしまうからである。

このように、従来、脱硫工程および脱アンモニア工程の後に行われていた粗軽油回収工程を脱硫工程の前に行うようにしたため、脱硫工程における吸収液の冷却に用いる冷却水の量を低減することができ、Ｃガスの精製において省エネルギーを達成することができる。

（発明例）
以下、本発明の実施例について説明する。
図５に示したＣガスの精製フローに従って、コークス炉１１から排出されたＣガスＧ_０の精製を行った。すなわち、まず、ガス冷却部１２により、コークス炉１１から排出されるＣガスＧ_０を冷却し、次いでナフタレン回収部１３により、冷却されたガスＧ_０からナフタレンを回収した後、ブロワー１４により、ナフタレンが回収されたＣガスＧ_１をガス冷却部１７に導入して冷却して軽油回収部１８に導入した。この軽油回収部１８により、ガス中の軽油分を回収し、続いて脱硫部１５により、軽油分が除去されたＣガスＧ_５から硫化水素を除去した後、脱アンモニア部１６により、硫化水素が除去されたＣガスＧ_６からアンモニアを除去することによって、ＣガスＧ_０を燃料ガスＧ_４へと精製した。

（比較例）
図１に示したＣガスの精製フローに従って、コークス炉１１から排出されたＣガスＧ_０の精製を行った。すなわち、まず、ガス冷却部１２により、コークス炉１１から排出されるＣガスＧ_０を冷却し、次いでナフタレン回収部１３により、冷却されたガスＧ_０から設備閉塞の原因となるナフタレンを回収した後、ブロワー１４により、ナフタレンが回収されたＣガスＧ_１を脱硫部１５に導入して硫化水素を除去し、脱アンモニア部１６により、硫化水素が除去されたＣガスＧ_２から窒素酸化物の原因となるアンモニア分を除去し、ガス冷却部１７により、アンモニアを除去したＣガスＧ_３を冷却した後、軽油回収部１８によりガス中の軽油分を回収することによって、ＣガスＧ_０を燃料ガスＧ_４へと精製した。

上記発明例および比較例において、脱硫塔１５に導入されるＣガスの温度を測定したところ、従来例においては４６．８℃であったのに対して、発明例においては３２．３℃であった。また、脱硫塔１５における吸収液クーラー２３に用いる冷却水の量を比較したところ、比較例では４３０Ｌ／時であったのに対して、発明例では２２５Ｌ／時となり、発明例では冷却水の使用量が半減している。これは、Ｃガスの精製プロセスの消費エネルギーを低減して省エネルギーを達成できていることを示している。

１１コークス炉
１２ガス冷却部
１３ナフタレン回収部
１４ブロワー
１５脱硫部
１６脱アンモニア部
１７ガス冷却部
１８軽油回収部
２１脱硫塔
２２吸収液再生塔
２３吸収液クーラー
３１アンモニア飽和器
３２母液循環槽
３３ポンプ
３４循環母液ヒーター
４１軽油回収器
４２吸収油蒸留塔
Ｃ硫安結晶
Ｇ_０、Ｇ_１、Ｇ_２、Ｇ_３、Ｇ_５、Ｇ_６Ｃガス
Ｇ_４燃料ガス
Ｇ_Ａ再生用空気
Ｇ_Ｂ廃空気
Ｌ_１吸収液
Ｌ_２硫安母液
Ｌ_３吸収液
Ｌ_４粗軽油
Ｓ希硫酸

Claims

コークス炉から排出されるコークス炉ガスを冷却し、次いで該冷却されたコークス炉ガスからナフタレンを回収し、該ナフタレンが回収されたコークス炉ガスから軽油を回収した後、硫化水素およびアンモニアを順次回収して、前記コークス炉ガスを燃料ガスへと精製することを特徴とするコークス炉ガスの精製方法。
コークス炉から排出されるコークス炉ガスを冷却するガス冷却部と、該冷却されたコークス炉ガスからナフタレンを回収するナフタレン回収部と、該ナフタレンが回収されたコークス炉ガスから軽油を回収する軽油回収部と、該軽油が回収されたコークス炉ガスから硫化水素を回収する脱硫部と、該硫化水素が回収されたコークス炉ガスからアンモニアを回収する脱アンモニア部とを備えることを特徴とするコークス炉ガスの精製装置。