JP2015155511A - コークス炉及びコークス炉操業方法 - Google Patents

Abstract

【課題】固形状のタールの堆積物が生成することを防止し得るコークス炉、及び、該コークス炉を用いて、前記堆積物の生成を防止するコークス炉操業方法を提供する。
【解決手段】コークス炉１は、炭化室２を有している。コークス炉１は、前記炭化室２に連通しているガス導管と、該ガス導管の質量を測定するロードセル１０（質量測定装置）と、を有する。このコークス炉１の炭化室２内において石炭の乾留を行って、前記乾留によって生じた、タール成分を含む気体が前記ガス導管を通過する際に、前記ガス導管にタールが堆積する。ロードセル１０で測定された質量データを指標にして、堆積したタールを除去するようにコークス炉１を操業する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、炭化室における石炭の乾留によって生じる気体を排気する際に、該気体が通過するガス導管の質量を測定することが可能なコークス炉、及び、測定した質量データを指標にして、前記ガス導管に堆積するタールを除去するコークス炉操業方法に関する。

製鉄所のコークス炉では、石炭を乾留する際に発生するコークス炉ガスを回収して、当該ガスの精製設備に供給して、所内にある発電所のボイラ、加熱炉や他のプロセスで燃料として使用している。コークス炉では、炭化室の天井部に形成された上昇管と、精製設備に繋がるドライメン配管と、を接続するベンド配管にスプレーノズルが設けられている。

コークス炉ガスは約８００℃と高温なので、該コークス炉ガスが通過するドライメン配管などのガス導管に、スプレーノズルから安水を供給して、コークス炉ガスを冷却している。このコークス炉ガスにはタールの成分が含まれており、このタールは、ガス導管で冷却されて、液状（軟粘性）となって、安水とともにタール分離工程やコークス炉ガス精製工程に送られる。

コークス炉から回収されるガスやタール中には固形分や重質分が含まれているので、コークス炉を長期間操業していると、スラッジや固化したタールが、配管（ガス導管）内に堆積することになる。このようなスラッジを除去する方法として特許文献１に示す方法が知られている。

実開昭６２−６４７４９号公報

特許文献１には、ドライメン配管に液面計を複数設置し、該液面計で検出される液面レベルが高い部分に堆積するスラッジを除去するスラッジ処理装置が開示されているが、このスラッジ処理装置では、タール、スラッジ、安水が混合された状態の液面レベルを測定しているので、固形物の堆積量を必ずしも正確に把握できないという問題があった。また、粘性の高いタールやスラッジが液面計に付着するなどして、そのスラッジ処理装置を長期間使用する場合には特に、液面を正常に計測することができなくなる可能性があるという問題もあった。

そこで、コークス炉の操業者は、コークス炉ガスの流れが悪化していることを経験的に察知し、堆積した軟粘性のタールを安水で押し流すことによって、軟粘性のタールをガス導管から除去している。

しかしながら、コークス炉の操業者が察知せずに、この除去が行なわれないと、堆積した軟粘性のタールは、固形状になってしまい、ガス導管内に固形状のタールの堆積物が生じてしまう場合がある。なお、軟粘性のタールが固形状になる現象は、タールに、重合反応などの化学反応が生じ、軟粘性であった粘性が更に強くなったり、タール中の軽質分が揮発ないし流出して重質化したりすることに基づいていると考えられる。

固形状のタール堆積物が生じ、成長してしまうと、導管を通過するコークス炉ガスの流れが悪化してしまう上に、安水で押し流すことにより除去することが困難となる。固形状のタールの堆積物を完全に除去するためには、人力による長時間の清掃作業を行なう必要があるので、ガス導管における固形状のタールの堆積物は、通常のコークス炉操業を阻害する要因となっていた。また、こうしたタール堆積物はガス導管に均一に形成するではなく、ガス導管の特定部位に集中的に堆積することがある。従って、そのような特定部位を検出して除去操作を行うことも必要である。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、固形状のタールの堆積物が生成することを防止し得るコークス炉、及び、該コークス炉を用いて、前記堆積物の生成を防止するコークス炉操業方法を提供することにある。

本発明者は、ガス導管内におけるコークス炉ガスの流れの悪化を経験的に察知することによってではなく、タール堆積状況を把握し、ガス導管内に液体状のタールの堆積物が固形状になる状況をより正確に検出する構成及び方法を鋭意検討し、本発明の完成に至った。

すなわち、上記課題を解決するための本発明の要旨は以下の通りである。
（１）炭化室を有するコークス炉であって、前記炭化室に連通しているガス導管と、該ガス導管の質量を測定する質量測定装置と、を有することを特徴とするコークス炉。
（２）上記（１）に記載のコークス炉を操業するコークス炉操業方法であって、石炭を前記炭化室に装入し、前記炭化室で石炭を乾留し、乾留によって生じた、タール成分を含む気体が前記ガス導管を通過する際に、前記ガス導管に堆積するタールを、前記質量測定装置で測定された質量データを指標にして、除去することを特徴とするコークス炉操業方法。
（３）予め、前記コークス炉を操業して、軟粘性である前記タールの粘性状態を示す性状と、前記質量測定装置で測定される質量データと、の関係を求め、軟粘性であるタールの流動性が悪化する、前記タールの性状の閾値を定め、該閾値に対応する質量データを、前記関係から求めておき、前記質量測定装置で測定された質量データが、前記閾値に対応する質量データを超える場合に、前記ガス導管に堆積するタールを除去することを特徴とする上記（２）に記載のコークス炉を操業するコークス炉操業方法。

本発明によれば、固形状のタールの堆積物が生成することを効果的に防ぐことができる。これにより、人力による長時間の清掃作業を行なう必要性がなくなり、通常のコークス炉操業を従来よりも長時間にわたって行なうことができる。

コークス炉を示す概略斜視図である。 図１に示すガス導管を示す概略断面図である。 測定質量と採取されたタールの粘度との関係の一例を示すグラフである。

以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１は、コークス炉を示す概略斜視図である。コークス炉１は、複数の炭化室２及び燃焼室３を有する。複数の炭化室２および燃焼室３は交互に配列されている。コークス炉１を支えるべく、燃焼室３の前にバックステイ４が複数並んでいる。

炭化室２の天井部には複数の装炭口５が形成されている。複数の装炭口５は、コークス炉１の上部を走行する装炭車６によって搬送される石炭を炭化室２内に装入するためのものである。炭化室２内に装入された石炭は、隣接する燃焼室３からの熱で乾留されて、コークスとなる。

乾留に伴い炭化室２内で発生するコークス炉ガスは、炭化室２の各々の上部に設けられた上昇管７及び該上昇管７に連通するベンド配管８を介して、複数のベンド配管８に接続する集合管となるドライメン配管９に流入する。ドライメン配管９は、図示しないコークス炉ガスの精製設備に繋がっており、ドライメン配管９に流入するコークス炉ガスは精製設備に搬送される。ドライメン配管９には図示しないブロワーが接続されており、ブロワーによって、炭化室２からドライメン配管９にコークス炉ガスが吸引されている。本発明においては、炭化室２に直接的または間接的に連通している配管をガス導管といい、ガス導管には、上昇管７、ベンド配管８及びドライメン配管９が含まれる。

ガス導管は、複数のバックステイ４に支えられており、バックステイ４とドライメン配管９との間には、ロードセル１０（質量測定装置）が設けられている。このように、コークス炉１は炭化室２を有し、更に、炭化室２に連通しているガス導管と、ロードセル１０と、を有している。後述するように、場合によっては、ドライメン配管９にはタールや安水が堆積しているので、このロードセル１０は、ドライメン配管９の質量を純然に測定するものではなく、ドライメン配管９などに堆積する物質を含むガス導管の質量を測定するものである。

図２は、図１に示すガス導管を示す概略断面図である。図２に示すように、ベンド配管８は、冷却スプレーノズル１１と、濡れ壁スプレーノズル１２とを有している。冷却スプレーノズル１１は、コントロールバルブ１３ｂおよび三方弁１４を介して高圧安水配管１５に接続され、高圧安水配管１５を流通する高圧の安水をベンド配管８内のコークス炉ガスに噴射する。冷却スプレーノズル１１からコークス炉ガスに安水を噴射することによって、コークス炉ガスは４００〜８００℃程度から約９０℃まで冷却される。冷却によって、炭化室２から排出された直後のコークス炉ガスに含まれるガス状のタール成分が液状で軟粘性になり、軟粘性のタール２０と安水２２とが層状または混合された状態でドライメン配管９内を流れていく。

ドライメン配管９に接続するブロワー及び冷却スプレーノズル１１からコークス炉ガスに安水を噴射することによるエジェクター効果によって、上昇管７内のコークス炉ガスはドライメン配管９へ吸引される。なお、三方弁１４はコントロールバルブ１３ｃを介して低圧安水配管１６に接続され、コントロールバルブ１３ｃの開度を制御することにより冷却スプレーノズル１１への高圧の安水の供給量を制御可能なように構成されている。

濡れ壁スプレーノズル１２は、コントロールバルブ１３ａを介して低圧安水配管１６に接続され、低圧安水配管１６内を流通する低圧の安水をベンド配管８の内壁面に噴射する。濡れ壁スプレーノズル１２からベンド配管８の内壁面に安水を噴射することによって、ベンド配管８が冷却されると共にベンド配管８の内壁に、タールやカーボンが付着して固まることを抑制できる。なお、コントロールバルブ１３ａ〜１３ｃは、安水を供給／遮断可能な開閉弁であってもよいし、図示しないコントローラが接続され、該コントローラで制御されるように構成されていてもよい。

ベンド配管８は、ドライメン配管９に挿入され、連通している。ベンド配管８とドライメン配管９との隙間には、可撓性のビッチューメンシール１７が設けられて、この隙間から、安水２２やコークス炉ガスが漏れ出ることが防がれている。ベンド配管８及びドライメン配管９は、安水によって冷却されてはいるものの、熱応力によって、ベンド配管８が膨張または収縮する可能性がある。しかしながら、ベンド配管８とドライメン配管９との隙間が変化しても、ビッチューメンシール１７が伸縮するので、その隙間はビッチューメンシール１７に覆われた状態となる。ビッチューメンシール１７を介してドライメン配管９はベンド配管８に接続しているものの、ビッチューメンシール１７が収縮などするので、ドライメン配管９は、ベンド配管８に固定されておらず、バックステイ４によって支持されている。従って、バックステイ４とドライメン配管９の間に設けられたロードセル１０で、ドライメン配管９の質量が測定可能となる。

軟粘性のタール２０と安水２２との混合物は、ベンド配管８からドライメン配管９に流入する。図１及び図２では省略しているが、該ドライメン配管９は分岐しており、分岐した一方の配管で、ドライメン配管９中の気体が精製設備に送られ、分岐したもう一方の配管で、安水２２が、図示しない安水処理設備に搬送される。図２に示すように、安水２２に含まれるタールの比重は水より大きいので、ドライメン配管９において上澄みが水成分となり、下側に軟粘性のタール２０が蓄積する。更には、タールの粘性は水より大きいので、安水２２の移動とともに、軟粘性のタール２０はある程度移動するものの、軟粘性のタール２０の一部はドライメン配管９に留まる傾向にある。

コークス炉１での石炭の乾留が続くと、ドライメン配管９での軟粘性のタール２０の堆積量が増えていく。コークス炉１を操業し続けていくと、軟粘性のタール２０の一部は、固形状のタール２１となってしまう。ドライメン配管９中における固形状のタール２１が増加してしまうと、その固形状のタール２１がドライメン配管９中の容積を占めてしまい、ドライメン配管９内をコークス炉ガスが移動することが妨げられる。コークス炉ガスの移動が妨げられると、炭化室で発生するコーク炉ガスがドライメン配管９ではなく、他の部分に漏れ出てしまう可能性がある。更には、軟粘性のタール２０が、ドライメン配管９に設けられた流量調整弁の動きを阻害する虞もある。

そこで、ロードセル１０で測定された質量データを指標にして、ドライメン配管に接続した流体噴出ノズルにより、水を噴射して、固形状のタール２１になる前に、軟粘性のタール２０をドライメン配管９から下流に押し流して除去する。

具体的には、測定された質量データを以下のように用いて、軟粘性のタール２０をドライメン配管９から除去するタイミングを次のように決めることが可能である。
［１］試験的に、コークス炉１の操業しておく。予め、その試験的な操業の際に測定される質量データと、質量測定位置におけるドライメン内から採取された軟粘性のタール２０の粘性状態を示す性状と、の関係を求めておく。前記性状としては、軟粘性のタール２０の粘度が考えられる。図１及び図２からわかるように、ロードセル１０は、複数のバックステイ４上に存在していることになるが、そのうちの１つを前記質量データの元となる測定装置と決めておけばよい。測定質量と採取されたタールの粘度との関係の一例を示すグラフを図３に示す。
［２］更に、予め、軟粘性のタール２０の流動性が悪化して固形状のタール２１になる、軟粘性のタール２０の性状を調査しておく。軟粘性のタールが固形状になる理由は、タールに、重合反応などの化学反応が生じたり成分が変化したり、また結晶性物質が析出したりして、軟粘性であった粘性が更に高くなるからである。図３のような関係が得られる理由としては、ドライメン内に堆積したタールの量が多いほど、堆積物の内部は安水やコークス炉から発生した軽質のタールと接触する機会が少なくなり、軽質のタールによって堆積物が溶解されにくく、粘度がさらに上がるとともに流動性が悪化して安水に押し流されにくくなるためと考えられる。このように流動性が悪化して固形化したタール性状の閾値としては、例えば、タール２０の粘度が１０００［Ｐａ・ｓｅｃ］に定めることができ、この粘度を超えると、タール２０は、粘り気が強くなり固形状のタール２１となる。また、他には、図３のグラフから、測定質量の変動量に対するタールの粘度の変動量の割合が急激に増大する粘度の値を閾値としてもよい。また、流動性が悪化して安水に押し流されにくくなる粘度を実験的に、または経験的に求めて閾値としてもよい。このように、予め閾値（基準）を定めておく。
［３］上記［１］で求めた質量データと性状との関係に基づき、上記［２］で求めた閾値に対応する質量データを求めておく。
［４］コークス炉１の実際の操業中に、ロードセル１０で測定している質量データが、上記［３］で求めた、閾値に対応する質量データを超える場合に、軟粘性のタール２０をドライメン配管９から除去する。

質量データを自動的に検出し、前記閾値に対応する質量データとなった場合にタールを押し流す洗浄水をガス導管に供給する構成を、コークス炉１に設けておいてもよい。このようにすれば、コークス炉の操業者の操作に関係なく、軟粘性のタール２０が固形状のタール２１になることを防ぎ得る。

また、単に、ガス導管の初期状態で測定される質量データを把握しておき、その初期状態の質量から許容可能な質量増加分を予め定めておき、コークス炉１の操業中に、ロードセル１０で測定している質量データが、初期状態の質量と増加許容可能な質量分との合計を超えた場合には、軟粘性のタール２０をドライメン配管９から除去するようにしてもよい。これにより、バックステイ４の負荷も軽減することが可能となる。なお、ロードセル１０はドライメン配管９に複数設けることができる。複数の位置で質量を測定すれば、ドライメン配管９のいずれの位置にタールの堆積が発生しているかを知ることができ、局部的に固形状のタール２１が生成してしまうことも防止することができる。

以上のようにして、固形状のタールの堆積物が生成することを効果的に防ぐことができる。これにより、人力による長時間の清掃作業を行なう必要性がなくなり、通常のコークス炉操業を従来よりも長時間にわたって行なうことができる。

１ コークス炉
２ 炭化室
３ 燃焼室
４ バックステイ
５ 装炭口
６ 装炭車
７ 上昇管
８ ベンド配管
９ ドライメン配管
１０ ロードセル（質量測定装置）
１１ 冷却スプレーノズル
１２ 濡れ壁スプレーノズル
１３ａ〜１３ｃ コントロールバルブ
１４ 三方弁
１５ 高圧安水配管
１６ 低圧安水配管
１７ ビッチューメンシール
２０ 軟粘性のタール
２１ 固形状のタール
２２ 安水

Claims (3)

1. 炭化室を有するコークス炉であって、
   前記炭化室に連通しているガス導管と、
   該ガス導管の質量を測定する質量測定装置と、を有することを特徴とするコークス炉。
2. 請求項１に記載のコークス炉を操業するコークス炉操業方法であって、
   石炭を前記炭化室に装入し、前記炭化室で石炭を乾留し、
   乾留によって生じた、タール成分を含む気体が前記ガス導管を通過する際に、前記ガス導管に堆積するタールを、前記質量測定装置で測定された質量データを指標にして、除去することを特徴とするコークス炉操業方法。
3. 予め、前記コークス炉を操業して、軟粘性である前記タールの粘性状態を示す性状と、前記質量測定装置で測定される質量データと、の関係を求め、
   軟粘性であるタールの流動性が悪化する、前記タールの性状の閾値を定め、
   該閾値に対応する質量データを、前記関係から求めておき、
   前記質量測定装置で測定された質量データが、前記閾値に対応する質量データを超える場合に、前記ガス導管に堆積するタールを除去することを特徴とする請求項２に記載のコークス炉を操業するコークス炉操業方法。

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