JP2018095747A - タール処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高粘度のタールであっても、タールの温度を上昇させることなく低粘度化して、タールから水分を容易に除去できるタール処理方法を提供する。【解決手段】タール処理方法は、コークス炉１０で生成した粗コークス炉ガスに安水を添加して得られた安水とタールの混合液に、粗コークス炉ガスのガス精製工程において粗コークス炉ガスにナフタリン吸収油を接触させて粗コークス炉ガス中のナフタリンをナフタリン吸収油に吸収させることにより生じるナフタリン含有油を添加した後に、混合液とナフタリン含有油との混合物を静置して混合物から水分を分離させて除去する水分除去工程を含む。【選択図】図１

Description

本発明はタール処理方法に関する。

一般的なコークス炉の操業では、各炭化室内に装入する配合炭の量が、常に均一の装入炭高さ（標準装入炭高さ）になるように制御することにより、特性の均一な副産物（例えば、キノリン不溶分（ＱＩ）の含有量が均一なコールタール）を安定して生産することができる。また、特許文献１には、コークス炉の窯ごとの石炭装入量を制御して装入炭高さを制御することにより、所望のＱＩ含有量のコールタールを製造する技術が開示されている。

一方、近年においては、コークス炉の炉壁の損耗などの老朽化に伴い、乾留後のコークスが炉壁の凹凸部にトラップされることによって、炭化室からコークスが円滑に押し出されないという押詰まりの問題が多発している。コークス炉における装炭、乾留、押出などの作業のスケジュールは厳密に管理されているため、一部の炭化室で押詰まりが発生すると、隣接する炭化室の温度が低下し、さらにその温度低下が周囲の炭化室に伝搬していくという悪循環が生じる。その結果、コークス炉全体の稼働率及び生産性に多大な悪影響が及ぶ。このような押し詰まりによるトラブル発生を抑制するために、通常よりも１窯当たりの石炭の装入量を少なくする軽装入でコークス炉を操業することで、押出負荷を減少させている。

しかしながら、軽装入を行うと、コークス炉内での装入炭高さが低くなるため、特許文献１に開示されるように、その程度に応じてＱＩ含有量が次第に増加し、高ＱＩ含有量のタールが発生することになる。高ＱＩ含有量のタールは粘度が高いので、タールからコールタールを生成する化成処理設備内での圧力損失が増加し、タールの安定供給が阻害されるおそれがある。
さらに、タールが高粘度化すると、タールデカンターでの静置分離で水分が除去されにくくなるという問題がある。従来においては、高粘度化したタールを水蒸気加熱することで粘度を下げていたが、水蒸気は高価であり且つ水蒸気を製造するためにエネルギー使用量が増えてしまうという問題があった。

特開２００１−１６４２６２号公報

本発明は、高粘度のタールであっても、タールの温度を上昇させることなく低粘度化して、タールから水分を容易に除去できるタール処理方法を提供することを課題とする。

本発明の一態様に係るタール処理方法は、コークス炉で生成した粗コークス炉ガスに安水を添加して得られた安水とタールの混合液に、粗コークス炉ガスのガス精製工程において粗コークス炉ガスにナフタリン吸収油を接触させて粗コークス炉ガス中のナフタリンをナフタリン吸収油に吸収させることにより生じるナフタリン含有油を添加した後に、混合液とナフタリン含有油との混合物を静置して混合物から水分を分離させて除去する水分除去工程を含むことを要旨とする。

本発明によれば、高粘度のタールであっても、タールの温度を上昇させることなく低粘度化して、タールから水分を容易に除去できる。

本発明に係るタール処理方法の一実施形態を説明するタール処理設備の概念図である。

本発明の一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。
コークス炉１０は、石炭を乾留してコークスを生産する設備であるが、同時に、副産物としてコークス炉ガス（精コークス炉ガス）やタールなどの化成品を生産している。以下に、コークス炉１０から発生した粗コークス炉ガスを処理して、精コークス炉ガスとタールを生産する方法について説明する。

コークス炉１０から発生した粗コークス炉ガスに対して、ドライメーン２０内で安水をフラッシングして冷却すると、粗コークス炉ガス中のタールが凝縮して、ガス成分とタールが分離し、タール及び安水の混合液と、ガス成分とが得られる。
なお、本発明においては、コークス炉１０から発生した後に何ら処理されていない段階のガスを粗コークス炉ガスと定義するとともに、この粗コークス炉ガスに安水をフラッシングすることによりタールを分離して得た上記のガス成分についても、粗コークス炉ガスと定義する。

安水をフラッシングすることによりタールを分離して得た上記のガス成分、すなわち粗コークス炉ガスは、配管等を介してガス精製工程に送られ、種々の処理が施されて精コークス炉ガスとなり、種々の用途に使用される。例えば、精コークス炉ガスは可燃性であるため、コークス炉用燃料、発電用燃料などとして使用される。あるいは、精コークス炉ガスは、化学反応により化学製品を製造するための原料として使用することもできる。

ガス精製工程には種々の処理設備が設置されるが、例えばナフタリン吸収設備５０が設置される。ナフタリン吸収設備５０では、タールの蒸留で得られる留分であるナフタリン吸収油を粗コークス炉ガスに接触させて、粗コークス炉ガス中のナフタリンをナフタリン吸収油に吸収させ、粗コークス炉ガス中のナフタリン量を低減する。このナフタリン吸収設備５０においては、ナフタリン吸収油にナフタリンを吸収させたナフタリン含有油が発生する。なお、ナフタリン吸収油の種類は、粗コークス炉ガスに接触させて粗コークス炉ガス中のナフタリンを吸収できるならば、特に限定されるものではなく、タールの蒸留で得られる留分でなくても差し支えない。

一方、タール及び安水の混合液は、タール及び安水の混合液の静置分離槽であるタールデカンター３０へ配管等を介して導入され、タールデカンター３０内で静置されて、タールと安水とに分離される。分離された安水は、ドライメーン２０へ戻されて、コークス炉１０から発生した粗コークス炉ガスのフラッシングに供されるとともに、余剰分は余剰安水として系外へ取り出される。分離されたタールは、配管等を介してタールタンク４０に導入される。そして、タールタンク４０からタール精製工程に送られ、種々の処理が施されてタールが生産される。

ここで、タールデカンター３０でのタールと安水の静置分離（水分除去工程）について、詳細に説明する。タールはＱＩを含有しているが、高ＱＩ含有量のタールは粘度が高いので、タールのＱＩ含有量が高い場合には、安水とタールが分離しにくく、分離効率が低下するおそれがある。水蒸気で加熱することによりタールの粘度を下げれば分離効率が向上するが、水蒸気は高価であり且つ水蒸気を製造するためにエネルギー使用量が増えてしまうという問題があった。

そこで、本実施形態においては、ナフタリン吸収設備５０で発生したナフタリン含有油を用いて、タールを低粘度化する処理を施す。すなわち、ナフタリン吸収設備５０で発生したナフタリン含有油を、安水とタールの混合液に添加して混合し、得られた混合物をタールデカンター３０に導入して静置分離を行う。タールが高粘度であったとしても、ナフタリン含有油を混合することによって低粘度化するので、上記混合物からの水分の分離効率が向上する。そのため、分離されたタール中の水分量を低減することができるとともに、粗コークス炉ガスから得られるタールの取得量を向上することができる。

水蒸気で加熱するなどしてタールの温度を上昇させる必要がないので、安価で安定的にタールを製造することができる。
また、ナフタリン含有油は水分を２０質量％以上含有する場合があるが、タールと安水の混合液にナフタリン含有油を混合しタールを低粘度化した上で、タールデカンター内で静置分離すれば、ナフタリン含有油に含有されていた水分も安水とともにタールから分離されるので、タール中の水分量は低減される。

なお、ナフタリン含有油の添加量は、タールと安水の混合液中のタールの１０質量％以上２０質量％以下とすることが好ましい。ナフタリン含有油の添加量が混合液中のタールの１０質量％以上であれば、タールの粘度を十分に低下させることができるとともに、タールの水分量を十分に低減することができる。一方、ナフタリン含有油の添加量を混合液中のタールの２０質量％超過とすると、タールの粘度の低下は期待できるものの、多量のナフタリン含有油が必要となるという問題がある。例えば、コークス炉から発生する粗コークス炉ガスの精製により生じるナフタリン含有油の量はタールの２０質量％程度であるので、これ以上の量のナフタリン含有油を添加するためには、ナフタリン含有油を購入するなどして、タールと安水の混合液に添加する油を別途用意する必要性が生じる。よって、ナフタリン含有油の添加量は、タールと安水の混合液中のタールの２０質量％以下とすることが好ましい。

タールと安水の混合液中のタールの質量（比率）は、例えば以下のようにして求めることができる。すなわち、タールタンクの液面高さの変化から、タールタンクへ入るタールの量を求めるとともに、タールタンクへ入るタールの水分量を後述する方法で分析し、前記タールタンクへ入るタールの量から分析で求めた水分量を差し引けば、タールの生産量が算出される。そして、このタールの生産量から、タールと安水の混合液中のタールの質量（比率）を算出することができる。また、その他の適宜の手段によっても、タールと安水の混合液中のタールの質量を求めることができる。

上記混合物から水分を分離した後には、タールとナフタリン含有油の混合液が得られるが、このタールとナフタリン含有油の混合液にはタール精製工程において適宜処理を施して、タールとナフタリン含有油とに分離する。分離する方法は特に限定されるものではないが、例えば蒸留が挙げられる。分離したタールは、引き続き各種処理を施して精製する。一方、分離したナフタリン含有油は、安水とタールの混合液への添加に再利用してもよい。

〔実施例〕
以下に、実施例及び比較例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。図１に示すタール処理設備を使用し、上記の実施形態と同様にしてタールの処理を行った。すなわち、コークス炉から発生した高温（１１００℃程度）のガスに対して、ドライメーンで安水フラッシングを行い、８０〜８５℃に冷却した。冷却によりタールが凝縮し、タールと安水の混合液が得られた。

この混合液にナフタリン含有油を添加し撹拌した後に、タールデカンター内で２４時間静置してタールと水分を分離することによりタールから水分を除去した（実施例）。そして、水分を除去したタールの粘度、ＱＩ含有量、水分量を測定した。このとき、ナフタリン含有油の添加量は、タールと安水の混合液中のタールの質量の１０質量％、１５質量％、又は２０質量％とし、それぞれの場合について上記各測定を行った。また、ナフタリン含有油を添加しない場合（比較例）についても同様に、タールデカンター内で２４時間静置してタールと水分を分離することによりタールから水分を除去し、水分を除去したタールの粘度、ＱＩ含有量、水分量をそれぞれ測定した。結果を表１に示す。

ここで、タールの粘度、ＱＩ含有量、水分量の測定方法について説明する。
＜タールの粘度の測定方法について＞
タールの粘度は、Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ社製のデジタル回転粘度計（モデル：ＤＶ−２＋）を用いて、ＡＳＴＭ Ｄ５０１８に規定の方法に準拠する方法により測定した。まず、サンプル１１ｇを専用チャンバーに入れ、６５℃に保ったサーモコンテナー内で昇温させた。次に、スピンドルをサンプルに浸し、スピンドルの温度が６５℃に到達したら、トルク値が約１００％になるような回転速度で回転させた。そして、そのときの粘度を読み取り、タールの粘度とした。

＜タール中のキノリン不溶分（ＱＩ）含有量の測定方法について＞
タールのＱＩ含有量は、ＪＩＳ Ｋ２４２５：２００６に規定されたクレオソート油、加工タール及びタールピッチ試験方法の「１５．タールピッチのキノリン不溶分定量方法」に準拠する方法により測定した。まず、２５０μｍ（６０メッシュ）篩下のサンプル１ｇを、温度７５℃のキノリン２０ｍＬに混合し、３０分間溶解した。次に、キノリン可溶分を吸引濾過により取り除き、濾取された残分をキノリン及びアセトンで洗浄した後、乾燥、秤量してキノリン不溶分含有量を算出した。

＜タールの水分量の測定方法について＞
サンプルをジャケット付き溶解槽に仕込み、回転速度３００ｒｐｍの攪拌を行いながら、ジャケット内の水温が７０℃になるまで昇温した。ジャケット内の水温が７０℃に達したら、回転速度７００ｒｐｍの攪拌を３０分間行い、攪拌を行いながら、溶解槽の底抜きノズルからサンプルを抜き出し、その水分量を測定した。水分量の測定は、ＪＩＳ Ｋ２４２５に規定された共沸蒸留法により行った。共沸蒸留法に用いる試薬としては、ソルベントナフサを脱水したものを使用した。

表１に示す結果から分かるように、混合液にナフタリン含有油を添加した３つの実施例は、高粘度のタールが低粘度化し、タールデカンター内での静置による水分の分離が促進されたため、ナフタリン含有油を添加しない比較例に比べて、分離したタールの水分量が低かった。

１０ コークス炉
２０ ドライメーン
３０ タールデカンター
４０ タールタンク
５０ ナフタリン吸収設備

Claims (2)

1. コークス炉で生成した粗コークス炉ガスに安水を添加して得られた安水とタールの混合液に、前記粗コークス炉ガスのガス精製工程において前記粗コークス炉ガスにナフタリン吸収油を接触させて前記粗コークス炉ガス中のナフタリンを前記ナフタリン吸収油に吸収させることにより生じるナフタリン含有油を添加した後に、前記混合液と前記ナフタリン含有油との混合物を静置して前記混合物から水分を分離させて除去する水分除去工程を含むタール処理方法。
2. 前記ナフタリン含有油の添加量は前記混合液中のタールの１０質量％以上２０質量％以下である請求項１に記載のタール処理方法。

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