JP2018178118A

JP2018178118A - コークス炉ガスの処理方法

Info

Publication number: JP2018178118A
Application number: JP2018078670A
Authority: JP
Inventors: 翔之介前川; Shonosuke Maekawa
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2017-04-17
Filing date: 2018-04-16
Publication date: 2018-11-15

Abstract

【課題】コークス炉設備における排ガスや排熱の有効活用を実現するための方法の提供。【解決手段】コークス炉ガス２に、コークス炉乾式消火設備４にて発生する水蒸気を用いて、水蒸気改質装置３で水素リッチガス５とする改質処理を施し、水素リッチガスから圧力スイング吸着装置６にて水素を分離して水素ガス７を精製する一方、水素リッチガスから水素を除いた残りのオフガス８から圧力スイング吸着装置９にてＣＯを分離してＣＯガス１０を精製する。【選択図】図１

Description

本発明は、コークス炉で発生する副生ガスである、コークス炉ガスから水素ガスおよびＣＯガスを高濃度かつ高効率で回収する、コークス炉ガスの処理方法に関する。

製鉄所では、製銑工程および製鋼工程などの各工程において、様々なガスが排出され、排ガスとともに熱も排出されている。そのために、排出ガスや排熱の有効活用が模索されている。
例えば、特許文献１には、コークス炉ガスから圧力スイング吸着装置を利用して水素ガスを分離する際に、コークス炉ガスを含む原料ガスに水蒸気および酸素含有ガスを加えて水素リッチのガスに改質し、水素リッチガスから圧力スイング吸着装置を用いて水素を分離することが提案されている。

特開2002−212575

上記した特許文献１に記載の手法により、コークス炉ガスを原料としてＰＳＡ法により水素を製造することができる。さらに、コークス炉ガスから水素を除去された残りのガス（以下、オフガスともいう）を、転炉へ吹き込み用ガスとして導入することによって、オフガスの有効利用がはかられている。
しかしながら、コークス炉およびその付帯装置からなるコークス炉設備において、排ガスや排熱の有効利用は必ずしも十分になされているとはいえず、さらなる利用の促進が希求されていた。

本発明の目的は、コークス炉設備における排ガスや排熱の有効活用を実現するための方途を与えることにある。

本発明の要旨構成は次のとおりである。
コークス炉ガスに、コークス炉乾式消化設備にて発生する水蒸気を用いて、前記コークス炉ガスの水素分を濃化して水素リッチガスとする改質処理を施し、前記水素リッチガスから圧力スイング吸着法にて水素を分離して水素ガスを精製する一方、前記水素リッチガスから水素を除いた残部ガスから圧力スイング吸着法にてＣＯを分離してＣＯガスを精製する、コークス炉ガスの処理方法。

本発明によれば、コークス炉ガスから高純度の水素ガス並びにＣＯガスを、排熱を高効率で利用して製造することができる。従って、高純度の水素ガス並びにＣＯガスを低コストで製造することができる。

コークス炉ガスの処理手順を示す図である。コークス炉ガスの別の処理手順を示す図である。

本発明のコークス炉ガスの処理方法について、図１を参照して具体的に説明する。
図１にコークス炉ガスの処理手順を示す。すなわち、コークス炉１から排出されるコークス炉ガス２は水蒸気改質装置３に導入される。この水蒸気改質装置３には、コークス炉１に付帯するコークス炉乾式消化設備（以下、ＣＤＱと示す）４にて発生する水蒸気が導入される。

ここで、ＣＤＱ４は、コークス炉１で乾留された赤熱コークスを不活性ガス等の冷却ガスで消火する設備であり、高温のコークスを徐冷することによってコークス品質を向上させ、結果として高炉の操業安定化を実現している。このＣＤＱ４において、その系内で冷却ガスを循環させることによって、赤熱コークスの顕熱は冷却ガスを介してボイラー等の熱回収装置で回収される。この熱回収装置であるボイラーで発生した水蒸気の一部または全部を、上記した水蒸気改質装置３に供給する。

一般に、コークス炉ガスとは、ガス精製過程にてコールタール、ベンゼン、ガス軽油、硫安、アンモニア、硫黄などが除去されたガスである。従って、水蒸気改質装置３に導入されるコークス炉ガス２は、水素およびメタンを主成分とするものであり、その内訳は、水素：50〜55vol％およびメタン：28〜33vol％の比率である。ちなみに、水素およびメタン以外は、一酸化炭素８vol％および窒素６vol％で残部が炭化水素である。

一方、ＣＤＱ４からの水蒸気は、300〜350℃まで加熱されているため、水蒸気改質装置３には水蒸気改質に必要な200〜300℃の水蒸気を導入することができる。すなわち、水蒸気改質装置３では、コークス炉ガス２に200〜300℃の水蒸気を混合して下記の反応を誘発させることによって、コークス炉ガス２中の水素濃度を増加する。なお、下記の反応を誘発させるには、Ｎｉ触媒を用いることが好ましい。
記
ＣＨ₄＋Ｈ₂Ｏ → ＣＯ＋３Ｈ₂

かくしてコークス炉ガス２は、水蒸気改質装置３において、水素を主成分とし残部ＣＯである水素リッチガス５に改質される。

次に、水素リッチガス５を圧力スイング吸着装置（以下、ＰＳＡ装置と示す）６に導入する。ここでは、圧力スイング吸着法に従って水素リッチガス５から水素ガス７を分離する。すなわち、ＰＳＡ装置６では、吸着剤（活性アルミナ、活性炭、モレキュラーシーブスなど）の水素（Ｈ₂）と一酸化炭素（ＣＯ）の平衡吸着量が、加圧下で大きく異なることを利用し、水素リッチガス５中の水素を加圧下で吸着除去し、高純度の水素を分離することができる。なお、吸着した水素は、減圧下で吸着剤から放出されて水素ガス７として回収される。

一方、水素リッチガス５から水素を分離した残りのオフガス８は、ＣＯを主成分とし残部に窒素を含む組成を有する。そこで、オフガス８をさらにＰＳＡ装置９に導入し、ＣＯガス１０を分離する。すなわち、ＰＳＡ装置９では、吸着剤（ゼオラム）の一酸化炭素（ＣＯ）と前記残部成分との平衡吸着量が、加圧下で大きく異なることを利用し、オフガス８中のＣＯを加圧下で吸着除去し、高純度のＣＯを分離することができる。なお、吸着したＣＯは、減圧下で吸着剤から放出されてＣＯガス１０として回収される。
かくして、コークス炉ガスから、高純度の水素ガス並びにＣＯガスを高効率で製造することが実現される。

なお、図１に示したコークス炉ガスの処理手順において、ＣＤＱ４にて発生する水蒸気の量が水蒸気改質装置３での処理量を上回る場合は、図２に示すように、ＣＤＱ４から水蒸気改質装置３へ至る配管を分岐させて、余剰の水蒸気を製鉄所の例えば蒸気タービン発電の工程に供することも可能である。同様に、水蒸気改質装置３にて改質される水素リッチガス５の量がＰＳＡ装置６での処理量を上回る場合は、図２に示すように、水蒸気改質装置３からＰＳＡ装置６へ至る配管を分岐させて、余剰の水素リッチガス５を再びコークス炉の原料ガスに供することも可能である。

図１に示したコークス炉ガスの処理手順に従って、水素ガスを精製したところ、同様の処理手順においてＣＤＱ４にて発生する水蒸気を用いない場合に比較して、水素ガス製造量は３０％増加することができた。かように、図１に示したコークス炉ガスの処理においては、例えば上記した特許文献１に記載の手法のように、酸素含有ガスを加える必要がないため、不純物成分が増加することなく効率的に水素ガスを製造することができた。すなわち、水蒸気改質装置３への水蒸気供給部としてコークス炉１を効率的に操業するために、ＣＤＱ４からの蒸気を利用して排熱を有効活用できた。さらに、設備レイアウト上も簡単に熱の輸送が可能となった。

１コークス炉
２コークス炉ガス
３水蒸気改質装置
４コークス炉乾式消化設備（ＣＤＱ）
５水素リッチガス
６圧力スイング吸着装置（ＰＳＡ装置）
７水素ガス
８オフガス
９圧力スイング吸着装置（ＰＳＡ装置）
１０ＣＯガス

Claims

コークス炉ガスに、コークス炉乾式消化設備にて発生する水蒸気を用いて、前記コークス炉ガスの水素分を濃化して水素リッチガスとする改質処理を施し、前記水素リッチガスから圧力スイング吸着法にて水素を分離して水素ガスを精製する一方、前記水素リッチガスから水素を除いた残部ガスから圧力スイング吸着法にてＣＯを分離してＣＯガスを精製する、コークス炉ガスの処理方法。