JP2014189599A - コークス炉ガスの冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】間接冷却式のプライマリークーラーの閉塞を防止しつつ、従来よりも少ない冷却水使用量でコークス炉ガスを冷却できるコークス炉ガスの冷却方法を提供する。
【解決手段】コークス炉から排出されたコークス炉ガス６を冷却水１０が流通する冷却管に接触させて冷却するに当たり、冷却に併せて、該冷却に伴って発生するドレン水１２を回収して冷却管の表面に噴霧して洗浄することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、コークス炉ガスを冷却する間接冷却式のプライマリークーラーの閉塞を防止しつつ、従来よりも少ない冷却水使用量でコークス炉ガスを冷却できるコークス炉ガスの冷却方法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、タールや硫黄化合物、窒素化合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。

前述の通り、Ｃガスは石炭を乾留することで発生するが、発生当初のＣガスは１０００℃と非常に高温かつ体積が大きいため、そのまま精製することは困難である。そこで、発生したＣガスはまず、温度を下げるためにＣガス精製設備の冷却工程へと送られる。冷却工程のフローを図１に示す。冷却工程の具体的な流れとしては、まず、コークス炉１から排出された状態のＣガス２を循環安水３による直接冷却によって冷却し、８０℃程度まで温度を下げる。ここで大量のコールタールおよび凝縮水４が発生するが、これらはタールデカンタ５と呼ばれる槽に一旦回収される。回収されたコールタールと凝縮水４は、タールデカンタ５にて比重分離され、コールタールは製品タンク（図示せず）へ送られ、凝縮水は、再びＣガスを冷却するための循環安水３として使用される。その後、直接冷却後のＣガス６はプライマリークーラー（以下、「ＰＣ」と称する）７と呼ばれるＣガス冷却塔に送られて３５℃まで冷却された後、精製用のＣガス８としてＰＣ７から排出され、Ｃガス８中に含まれ、かつ燃料ガスとして不要な固形油分、窒素化合物、硫黄化合物を除去する精製工程へと送られる。

上記ＰＣ７におけるＣガス６の冷却方法としては、Ｃガス６を流通させたＰＣ７内にて冷却水を直接Ｃガス６に噴霧して冷却する直接冷却方式と、Ｃガス６を流通させたＰＣ７内に設置させた冷却管内に冷却水を流し、Ｃガス６を間接的に冷却する間接冷却方式が存在する。さらに、間接冷却式の冷却器塔は、一般的には垂直水管式と水平水管式の２つが存在する。これらの内、冷却効率が良いことから、現在では水平水管式の間接式冷却塔が用いられるのが通例である。

図２は、従来の水平水管式の間接冷却式ＰＣ９の一例を示す図である。この図に示すように、冷却水１０がＰＣの塔底から導入され、塔頂に向けて進んでいく一方、Ｃガスは８０℃で塔頂から導入され、塔底へ向けて進むように構成されている。すなわち、Ｃガス６と冷却水１０の流れを向流とすることにより熱交換率（すなわち、冷却効率）を高めている。

上記、ＰＣ９内におけるＣガス６を冷却に伴い、Ｃガス６中に含まれている固形油分（主にナフタレン）が析出し、ＰＣ９の閉塞の原因となる。そこで、熱安水１１（８０℃）をＣガス６の流路側へ常時噴霧して冷却管を洗浄することにより、Ｃガス６中の固形油分がＰＣ９の底部に堆積してＰＣ９が閉塞するのを防止する処理が一般的に行われる。

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ガスの精製方法の提案が課題となっていた。
そこで、本発明の目的は、コークス炉ガスを冷却する間接冷却式のプライマリークーラーの閉塞を防止しつつ、従来よりも少ない冷却水使用量でコークス炉ガスを冷却することにより、省エネルギーを達成できるＣガスの精製方法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における冷却工程について詳細に調査したところ、間接式冷却塔であるＰＣ９内では、冷却管内を流れる２５℃程度の冷却水１０によってＣガス６を冷却する一方、８０℃程度の高温の熱安水１１を冷却管の外側表面に噴霧していることに気がついた。すなわち、上記熱安水１１の噴霧は、Ｃガス６の冷却に伴って発生する固形油分（主にナフタレン）が冷却管表面に固着するのを防止するために行われているものであるが、熱安水１１の温度が８０℃と高温であるため、ＰＣ９にてＣガス６を所定の温度まで冷却するために必要な冷却水１０の使用量が増加していることが予想される。
そこで、冷却水１０の使用量を低減できる冷却管の洗浄方法について鋭意検討した結果、Ｃガスの冷却に伴ってＰＣ９にて発生している低温のドレン水を回収し、冷却管の表面に噴霧して洗浄することが有効であることを見出し、本発明を完成させるに到った。

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たコークス炉ガスを冷却水が流通する冷却管に接触させて冷却するに当たり、前記冷却に併せて、該冷却に伴って発生するドレン水を回収して前記冷却管の表面に噴霧して洗浄することを特徴とする方法。

（２）回収したドレン水の一部のみを前記冷却管への噴霧に用いる、前記（１）に記載の方法。

本発明によれば、冷却管の洗浄液として、従来使用されていた高温の熱安水に代えて、ＰＣ内におけるＣガスの冷却に伴って発生する低温のドレン水を使用するため、ＰＣの閉塞を防止しつつ、冷却水の使用量を低減して省エネルギーを達成することができる。

Ｃガスの精製フローにおける冷却工程を説明する図である。 間接冷却式プライマリークーラーを用いた従来のＣガスの冷却方法を説明する図である。 間接冷却式プライマリークーラーを用いた本発明のＣガスの冷却方法を説明する図である。

以下、図面を参照して本発明を説明する。本発明のＣガスの冷却方法は、コークス炉から排出されたＣガスを冷却水が流通する冷却管に接触させて冷却する。その際、Ｃガスの冷却に併せて、該冷却に伴って発生するドレン水を回収して冷却管の表面に噴霧して洗浄することを特徴とする。図３は、間接冷却式プライマリークーラーを用いた本発明のＣガスの冷却方法を説明する図である。この図において、図１および２における構成と同一の構成には同一の符号が付されている。以下、間接式ＰＣを使用した各工程を具体的に説明する。

まず、図１に示したＣガスの精製フローに従って、コークス炉１から排出された状態のＣガス２を循環安水３による直接冷却によって冷却し、８０℃程度まで温度を下げた後、冷却後のＣガス６をＰＣ９に頂部から底部に向かって導入する。一方、ＰＣ９の内部には、２５℃程度の冷却水１０をＰＣ９の塔底から塔頂に向けて導入し、ＰＣ９の頂部から下部に向かって進むＣガス６と向流接触させることにより３５℃程度まで冷却し、冷却後のＣガス８を排出する。

上述のように、上記ＰＣ９内におけるＣガス６の冷却の際には、Ｃガス６中に含まれているナフタレンを主成分とする固形油分が析出するため、従来、図２に示したように、８０℃程度の熱安水１１をＣガス流路側へ常時噴霧して冷却水１０の冷却管を洗浄することにより、析出したナフタレンがＰＣ９の底部に堆積してＰＣ９が閉塞するのを防止する処理が行われてきた。しかしながら、Ｃガス６を冷却する冷却水１０の温度が２５℃程度であるのに対して、冷却水１０の冷却管を洗浄する熱安水１１は８０℃程度と高温であるため、冷却水１０を不必要に加熱して温度を上昇させ、その結果、Ｃガス６を３５℃程度に冷却するのに要する冷却水１０の使用量が増加しているものと考えられる。そこで、発明者らは、上記冷却水１０の不必要な温度上昇を抑制しつつ、冷却管表面に析出するナフタレン等の固形油分を洗浄する方途について鋭意検討した結果、従来、ＰＣ内の冷却管の洗浄に使われていた８０℃程度の高温の熱安水に代えて、Ｃガス６の冷却に伴って発生するドレン水の使用に想到したのである。

すなわち、ＰＣ９にてＣガス６を８０℃程度から３５℃程度へと冷却するに伴い、比較的軽質分の多いコールタール（以下、「ライトタール」と称する）を含むドレン水１２が液化し、ＰＣ９の底部に滞留する。このドレン水１２は、ＰＣ９内で冷却されたＣガス６と同様に３５℃程度であるため、従来冷却管の洗浄に使用されていた熱安水１１よりも温度が低く、冷却水１０の使用量を低減できる。加えて、ドレン水１２に含まれるライトタールは親油性であり、ナフタレン等の固形油分を溶解することができる。よって、ドレン水１２を洗浄水として用いることにより、冷却管の表面に付着する、ナフタレンを主成分とする固形油分の固着を抑制してＰＣ９の閉塞を防止しつつ、Ｃガス６の冷却効率を高め、省エネルギーを達成できる。

このドレン水１２は、従来、洗浄に使用された熱安水１１とともにＰＣ９の底部から排出され、タールデカンタ５に回収されていたものであるが、本発明においては、ＰＣ９の底に滞留するドレン水１２を回収して一旦ドレン水貯蔵槽１３に貯蔵した後、ＰＣ９の頂部に導いて冷却管の表面に噴霧して洗浄する。噴霧するドレン水１２の温度は上述のように３５℃程度であり、さらにＰＣ９内で発生するドレン水１２をＰＣ９内の冷却管の洗浄に用いる構成であるため、従来の設備からの改造も容易である。

このように、コークス炉ガスを冷却する間接冷却式のプライマリークーラーの閉塞を防止しつつ、従来よりも少ない冷却水使用量でコークス炉ガスを冷却することにより、省エネルギーを達成することができる。

なお、本発明のＣガスの冷却方法において、上記したＰＣ９内でのＣガス６の冷却に伴って発生するドレン水１２を回収してドレン水貯蔵槽１３に貯蔵し、ドレン水１２をＰＣ９の頂部に導いて噴霧して冷却管の表面の洗浄を行い続けると、ドレン水１２に含まれるライトタールの濃度が増加して析出し、ドレン水貯蔵槽１３等が閉塞するおそれがある。そこで、ドレン水貯蔵槽１３に貯蔵されたドレン水１２の一部をタールデカンタ５に回収することにより、ＰＣ９におけるＣガス６の冷却に伴って新たに生じるドレン水１２により希釈され、上記したライトタールの析出によるドレン水貯蔵槽１３等の閉塞を防止することができる。

（発明例）
以下、本発明の実施例について説明する。
図３に示したフローに従って、図１に示した直接冷却後のＣガス６を間接冷却式ＰＣ９により冷却した。具体的には、水平水管式の間接冷却式ＰＣ９に直接冷却後のＣガス６を流量６８ｋＮｍ^３／ｈで頂部から導入した。一方、ＰＣ９の内部では、冷却管に２４．６℃の冷却水１０を底部側から導入してＣガス６の冷却を行った。その際、導入されたＣガス６の温度は８０．６℃であった。この冷却に伴って発生するドレン水１２を排出して回収し、ドレン水貯蔵槽１３に一旦貯蔵した後、貯蔵したドレン水１２の一部をＰＣ９の頂部に導いて、冷却管の表面に噴霧して洗浄しながら行った。このＣガス６の冷却とともに、ドレン水１２における固形油分の濃度上昇による凝固を防止するために、貯蔵したドレン水１２の一部をタールデカンタ５に送った。その結果、冷却後のＣガス８の温度は３４．５℃であり、Ｃガスの冷却に要した冷却水１０の使用量は６２７Ｎｍ^３／ｈであった。得られた結果を表１に示す。

（比較例）
発明例と同様に、図１に示した直接冷却後のＣガス６を間接冷却式ＰＣ９により冷却した。その際、Ｃガス６の冷却は、図２に示したフローに従って行い、８０℃の熱安水１１をＰＣ９の頂部に導いて噴霧した。また、ＰＣ９に導入されたＣガス６の温度は８０．３℃であり、冷却水１０のＰＣ９への導入時温度は２４．８℃であった。その他の条件はすべて発明例と同じである。その結果、冷却後のＣガス８の温度は３４．６℃であり、Ｃガス６の冷却に要した冷却水１０の使用量は７２２Ｎｍ^３／ｈであった。得られた結果を表１に示す。

表１から明らかなように、ＰＣ９に導入されたＣガス６の温度、およびＰＣ９から排出されたＣガス８の温度は、発明例および比較例の双方についてほぼ同一であるにもかかわらず、Ｃガス６の冷却に使用される冷却水１０の量は７２２ｍ^３／ｈから６２７ｍ^３／ｈに大きく低減していることが分かる。
また、発明例および比較例において、ＰＣ９における閉塞状況をＰＣ９の差圧にてチェックした結果、差圧の上昇は見られなかった。すなわち、ＰＣ９における冷却管洗浄はドレン水１２により十分に行えることも明らかとなった。

１ コークス炉
２ コークス炉ガス
３ 循環安水
４ コールタールおよび凝縮水
５ タールデカンタ
６ 直接冷却後のＣガス
７ プライマリークーラー
８ 精製用のＣガス
９ 間接式プライマリークーラー
１０ 冷却水
１１ 熱安水
１２ ドレン水
１３ ドレン水貯蔵槽

Claims (2)

1. コークス炉から排出されたコークス炉ガスを冷却水が流通する冷却管に接触させて冷却するに当たり、
   前記冷却に併せて、該冷却に伴って発生するドレン水を回収して前記冷却管の表面に噴霧して洗浄することを特徴とする方法。
2. 回収したドレン水の一部のみを前記冷却管への噴霧に用いる、請求項１に記載の方法。
   

Images