JP2021085789A - オンラインガス分析装置、電気集塵器の運転方法および脱硫塔の運転方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】オンラインかつ連続的に未精製のコークス炉ガス中の所定成分の濃度を分析できるオンラインガス分析装置を提案する。【解決手段】オンラインガス分析装置１は、サンプルガス採取管路２０と、ガス分析部３０と、抜出管路４１、４２とを備える。ガス分析部３０は、中央部にサンプルガス採取管路３０の他端２０ｂが接続され、一端３０ａ近傍に抜出管路４１が接続され、他端３０ｂ近傍に抜出管路４２が接続された測定管路３１と、レーザー光を照射する発光部３２と、レーザー光を受光する受光部３３と、サンプルガスＳ中の所定成分の濃度を解析する解析部３４と、不活性ガスを測定管路３１内に流入させるガス導入部３７、３８とを有し、連結管路３５、３６の端部３５ａ、３６ａが測定管路３１よりも小さい径を有して測定管路３１内に挿入されている。【選択図】図２
Description
本発明は、オンラインガス分析装置、電気集塵器の運転方法および脱硫塔の運転方法に関する。
石炭を乾留してコークスを製造する際に発生する未精製のコークス炉ガスは、黄褐色のガスと水蒸気との混合物である。この未精製のコークス炉ガスには、水素、メタンやエタン等の炭化水素、一酸化炭素といった可燃性ガスが含まれる。
同時に、未精製のコークス炉ガスには、二酸化炭素、窒素、アンモニア、硫化水素、ベンゼン、ナフタリンダスト、並びにタールミストといった成分も含まれる。そのため、コークス炉ガスを燃料ガスとして使用する場合、使用先における窒素酸化物や硫黄酸化物、黒煙発生等の環境影響低減や、管路閉塞を防止するため、コークス炉ガスの精製を行う必要がある。そこで、一般的に、コークス炉ガス精製設備を設置して、未精製のコークス炉ガス中のアンモニア、硫化水素、ベンゼン、ナフタリン、タールを除去して精製コークス炉ガスとしている。
図１は、コークス炉ガス精製設備の一例を示している。コークス炉から発生する粗コークス炉ガスは、プライマリークーラー（ＰＣ）、ナフタリンスクラバー（ＮＳ）、電気集塵器（ＥＰ）、脱硫塔、硫安晶析装置（脱安装置）、ファイナルクーラー（ＦＣ）、ベンゾールスクラバー（ＢＳ）等といった設備における各精製工程を順次経由して精製され、精製コークス炉ガスとして利用される。これらの設備の内の多くのものでは、コークス炉ガスから除去する成分に応じて循環液をコークス炉ガスと接触させて所定の成分を吸収して除去するとともに、吸収した成分を除去する工程を設けて循環液を再生し、改めてコークス炉ガスと接触させるといった循環を繰り返している。
ところで、これらの設備を運転するに当り、コークス炉ガス中の種々の成分の変動に対して、設備を循環させる循環液の循環量の変更、設備に添加する触媒等の薬物量の調整等の操作が必要となる。そのため、精製工程にあるコークス炉ガスの成分分析を適宜行う必要がある。
しかしながら、未精製のコークス炉ガスは、タール、水等の凝縮性ミストや昇華性を有するナフタリン、コークス粉等のダストが多く含まれるため、コークス炉ガスを連続的にサンプリングし、オンラインでガス分析を行うことは、フィルターの交換頻度が頻発することから困難であった。
このため、これまでコークス炉ガスのオンライン連続成分分析は、これら凝縮性ミストや昇華性のナフタリン等の少ない精製コークス炉ガスでしか測定することができなかった。この場合、精製コークス炉ガスの連続測定では、各精製設備を通過した後のガス成分を検知することになり、各精製設備で実際に処理をしているコークス炉ガスの所定の成分の濃度変動を検知するのが遅れるという問題がある。
また、従来、ガスのオンライン連続成分分析では、ガスクロマトグラフィーによる成分分析を行うことが多いが、測定原理上バッチ処理となり、主にリテンションタイムが存在することによる時間遅れが発生するという欠点があった。
そこで、各精製設備で処理をしているコークス炉ガスの成分変動をできるだけ設備に近いところで検知するためには、未精製コークス炉ガスに関しては検知管や可搬式の測定機器を使用した人力による非連続測定を行うしか方法がなかった。この場合、専門の要員を配置することは経済的に無理があることから、測定は、４時間あるいは８時間に１回といった頻度で行わざるを得ず、コークス炉ガスの成分変動が生じた際に、その変動をリアルタイムに検知することはできない。
従って、このような非連続測定でのガス成分分析では、各精製工程におけるガス成分の除去率や濃度変動をリアルタイムに測定できないため、操業アクションが遅れてしまう問題や、アクション遅れを取り戻すために、過剰な能力での操業を行い、無駄が発生する問題があった。
これらの事情から、未精製のコークス炉ガスのような不純物の多いガスをオンライン、かつリアルタイムに測定することが望まれていた。
従来、管路を通過する測定対象ガスの成分濃度を分析する装置として、測定対象ガスが流通する管路に接続した連結管路を介してレーザー光を測定対象ガスに照射し、測定対象ガスによるレーザー光の吸光量に基づいて所定の成分の濃度を分析する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
至近では、半導体技術の向上により、様々な波長のレーザー光を照射することが可能となり、様々な成分を分析することが可能なレーザーガス分析計が提供されている。そのため、フィルターが不要であり、かつ時間遅れの少ない利点を有する半導体レーザーによるガス組成分析の導入が増えてきた。
しかし、未精製のコークス炉ガスを分析する場合、ガス中に含まれる凝縮性ミストやナフタリン等が管路内壁や連結管内に凝縮して、レーザー光の光路を塞ぐ現象が生じ、正しく測定ができない場合があった。
このような未精製のコークス炉ガスを分析装置へ導入する例として、加熱等によって凝結防止がなされたサンプルガス採取管路と加熱された電気フィルターと加熱されたコットンフィルターとで凝縮性ミスト、ナフタリンダストを除去した後、冷却器で冷却後にガス分析する分析計が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
しかし、特許文献２に記載されたような分析計では、コークス炉ガスを電気フィルターに通すため、サンプルガス採取管路の穴あき等による酸素濃度の上昇によって、爆発が発生する虞がある。また、コットンフィルターの閉塞リスクや、サンプルガス採取管路および機器が大きいため、サンプリング箇所から分析装置へガスを流す間の通過時間が長くなってしまい、分析結果が出るまでに遅延が発生するという問題があった。
本発明は、上述した課題を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、オンラインかつ連続的に未精製のコークス炉ガス中の所定の成分の濃度を分析することができるオンラインガス分析装置、および該オンラインガス分析装置を用いた電気集塵器の運転方法および脱硫塔の運転方法を提案することにある。
上記課題を解決する本発明は、以下の通りである。
［１］未精製のコークス炉ガス中の所定の成分の濃度をオンラインかつ連続的に分析するオンラインガス分析装置であって、
コークス炉ガス管路に一端が接続され、前記コークス炉ガス管路から前記コークス炉ガスの一部をサンプルガスとして採取するサンプルガス採取管路と、
前記サンプルガス採取管路から採取された前記サンプルガス中の所定の成分を分析するガス分析部と、
前記ガス分析部から前記サンプルガスを抜き出す第１の抜出管路および第２の抜出管路と、
を備え、
前記ガス分析部は、
測定管路であって、該測定管路の中央部に前記サンプルガス採取管路の他端が接続され、かつ前記測定管路の一端近傍に前記第１の抜出管路が接続されているとともに前記測定管路の他端近傍に前記第２の抜出管路が接続されている、測定管路と、
前記測定管路の前記一端に第１の連結管路を介して接続され、前記測定管路の他端に向かってレーザー光を照射する発光部と、
前記測定管路の前記他端に第２の連結管路を介して接続され、前記発光部から照射されたレーザー光を受光する受光部と、
前記発光部から発光したレーザー光の情報および前記受光部で受光されたレーザー光の情報から、前記サンプルガス中の所定の成分の濃度を解析する解析部と、
前記第１の連結管路および前記第２の連結管路に設けられ、不活性ガスを前記測定管路内に流入させるガス導入部と、
を有し、
前記第１の連結管路および前記第２の連結管路の前記測定管路側の端部が前記測定管路よりも小さい径を有して前記測定管路内に挿入されていることを特徴とするガス分析装置。
［１］未精製のコークス炉ガス中の所定の成分の濃度をオンラインかつ連続的に分析するオンラインガス分析装置であって、
コークス炉ガス管路に一端が接続され、前記コークス炉ガス管路から前記コークス炉ガスの一部をサンプルガスとして採取するサンプルガス採取管路と、
前記サンプルガス採取管路から採取された前記サンプルガス中の所定の成分を分析するガス分析部と、
前記ガス分析部から前記サンプルガスを抜き出す第１の抜出管路および第２の抜出管路と、
を備え、
前記ガス分析部は、
測定管路であって、該測定管路の中央部に前記サンプルガス採取管路の他端が接続され、かつ前記測定管路の一端近傍に前記第１の抜出管路が接続されているとともに前記測定管路の他端近傍に前記第２の抜出管路が接続されている、測定管路と、
前記測定管路の前記一端に第１の連結管路を介して接続され、前記測定管路の他端に向かってレーザー光を照射する発光部と、
前記測定管路の前記他端に第２の連結管路を介して接続され、前記発光部から照射されたレーザー光を受光する受光部と、
前記発光部から発光したレーザー光の情報および前記受光部で受光されたレーザー光の情報から、前記サンプルガス中の所定の成分の濃度を解析する解析部と、
前記第１の連結管路および前記第２の連結管路に設けられ、不活性ガスを前記測定管路内に流入させるガス導入部と、
を有し、
前記第１の連結管路および前記第２の連結管路の前記測定管路側の端部が前記測定管路よりも小さい径を有して前記測定管路内に挿入されていることを特徴とするガス分析装置。
［２］前記測定管路は、前記サンプルガス採取管路よりも大きな横断面積を有する、請求項１に記載のオンラインガス分析装置。
［３］前記第１の抜出管路は前記第１の連結管路の前記測定管路側の端部の鉛直方向下方にて前記測定管路に接続されており、前記第２の抜出管路は前記第２の連結管路の前記測定管路側の端部の鉛直方向下方にて前記測定管路に接続されている、前記［１］または［２］に記載のオンラインガス分析装置。
［４］前記第１の連結管路および前記第２の連結管路の前記測定管路側の端部の外表面に、前記サンプルガスに含まれる成分の凝縮物が前記第１の連結管路および前記第２の連結管路が閉塞するのを抑制する抑制部が設けられている、前記［１］〜［３］のいずれか一項に記載のオンラインガス分析装置。
［５］前記サンプルガス採取管路内を流通する前記サンプルガスを加熱する加熱器をさらに備える、前記［１］〜［４］のいずれか一項に記載のオンラインガス分析装置。
［６］前記［１］〜［５］のいずれか一項に記載のオンラインガス分析装置における前記サンプルガス採取管路の前記一端をコークス炉ガス精製設備における電気集塵器の入口側または出口側に接続し、前記サンプルガス採取管路により前記コークス炉ガス管路からコークス炉ガスの一部をサンプルガスとして採取し、採取した前記サンプルガスを前記測定管路内を流通させつつ、前記発光部からレーザー光を照射して前記受光部により前記レーザー光を受光し、前記解析部により前記サンプルガス中の酸素の濃度を解析し、解析結果に基づいて、前記電気集塵器の運転を管理することを特徴とする電気集塵器の運転方法。
［７］前記［１］〜［５］のいずれか一項に記載のオンラインガス分析装置における前記サンプルガス採取管路の前記一端をコークス炉ガス精製設備における脱硫塔の入口側または出口側に接続し、前記サンプルガス採取管路により前記コークス炉ガス管路からコークス炉ガスの一部をサンプルガスとして採取し、採取した前記サンプルガスを前記測定管路内を流通させつつ、前記発光部からレーザー光を照射して前記受光部により前記レーザー光を受光し、前記解析部により前記サンプルガス中の硫化水素の濃度を解析し、解析結果に基づいて、前記脱硫塔に添加する触媒の量、脱硫液の循環量、再生空気量、循環液のスプレー位置の少なくとも１つを調整することを特徴とする脱硫塔の運転方法。
本発明によれば、オンラインかつ連続的に未精製のコークス炉ガス中の所定の成分の濃度を分析することができる。
（オンラインガス分析装置）
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２は、本発明によるオンラインガス分析装置の好適な一例を示している。図２に示したオンラインガス分析装置１は、未精製のコークス炉ガス中の所定の成分（例えば、酸素、硫化水素）の濃度を連続的に分析するオンラインガス分析装置である。ここで、「オンライン」とは、コークス炉ガスが流通するコークス炉ガス管路に装置が常時接続され、コークス炉ガス中の所定の成分の濃度を連続的に分析できることを意味している。
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２は、本発明によるオンラインガス分析装置の好適な一例を示している。図２に示したオンラインガス分析装置１は、未精製のコークス炉ガス中の所定の成分（例えば、酸素、硫化水素）の濃度を連続的に分析するオンラインガス分析装置である。ここで、「オンライン」とは、コークス炉ガスが流通するコークス炉ガス管路に装置が常時接続され、コークス炉ガス中の所定の成分の濃度を連続的に分析できることを意味している。
図２に示したオンラインガス分析装置１は、サンプルガス採取管路２０と、ガス分析部３０と、２本の抜出管路（第１の抜出管路４１および第２の抜出管路４２）と、排出管路５０と、排気装置６０とを備える。
サンプルガス採取管路２０は、その一端２０ａがコークス炉ガス管路１０に接続されている一方、他端２０ｂがガス分析部３０（測定管路３１）に接続されており、コークス炉ガス管路１０内を流通する未精製の（すなわち、精製過程にある）コークス炉ガスの一部をサンプルガスＳとして採取し、ガス分析部３０（測定管路３１）に導入する。
未精製のコークス炉ガスは、その温度が低下すると、上述のような凝縮性ミストやナフタリン等が凝縮して管路の閉塞等の問題が生じる可能性がある。こうした管路の閉塞等は、管路内を流通するガスの流速を高めることによって抑制することもできるが、サンプルガス採取管路２０の途中に加熱器２１を設置し、内部を流通するサンプルガスＳを昇温することが好ましい。こうした加熱器２１としては、蒸気ヒーターや電気ヒーター等を使用することができ、サンプルガス採取管路２０の周囲に設置して用いることができる。
上記加熱器２１を設置する代わりに、サンプルガス採取管路２０から後述する排出管路５０までの管路の少なくとも一部の外表面に保温材（図示せず）を設置し、管路内を流通するサンプルガスＳの温度が低下するのを抑制してもよい。また、上記加熱器２１の設置と保温材の設置の両方を行うことがより好ましい。
未精製のコークス炉ガスの温度は、ガスの採取場所によって異なるが、概ね２０℃〜８５℃程度であるため、上記加熱器２１または／および保温材の設置によって採取場所のガス温度を維持するように構成することが好ましい。
ガス分析部３０は、測定管路３１と、発光部３２と、受光部３３と、解析部３４とを有し、サンプルガス採取管路２０から採取されたサンプルガスＳ中の所定の成分（例えば、酸素、硫化水素）の濃度を分析する。
測定管路３１は、その内部にサンプルガスＳを導入してサンプルガスＳ中の所定の成分の濃度を分析するための主たる管路である。測定管路３１は、その中央部にサンプルガス採取管路２０の他端２０ｂが接続されており、図２に示した例においては、サンプルガス採取管路２０は、その延在方向が測定管路３１の延在方向に対して略９０°となるように接続されている。
また、測定管路３１の一端３１ａ近傍に第１の抜出管路４１が、他端３１ｂ近傍に第２の抜出管路４２がそれぞれ接続されており、これらの抜出管路４１、４２についても、それらの延在方向が測定管路３１の延在方向に対して略９０°となるように接続されている。
このような構成により、サンプルガス採取管路２０から測定管路３１内にサンプルガスＳが導入されると、サンプルガスＳは測定管路３１の中央部から両端３１ａ、３１ｂに向かって分かれて流通するため、サンプルガスＳの流速が低下する。その結果、サンプルガスＳ中に凝縮したミスト状の成分があった場合、その流速も低下する。しかも、サンプルガスＳ中の凝縮したミスト状の成分は、ガス流れの向きが変わるときに、ガスと分離して測定管路３１の内壁に付着し、内壁に沿って流れるため、測定管路３１内を流通するサンプルガスＳ中のミスト状成分の濃度が減少する。
こうして、未精製のコークス炉ガスの成分をレーザー光を用いて分析するに当り、外乱となる、測定管路３１内を流通するサンプルガスＳ中の凝縮したミスト状成分の影響を低減して、測定精度を向上させることができる。
また、図２に示すように、測定管路３１の横断面の面積を、サンプルガス採取管路２０の横断面の面積よりも大きく構成することが好ましい。これにより、サンプルガス採取管路２０によって測定管路３１内に導入されたサンプルガスＳの流速をより低下させて、外乱となる凝縮したミスト状成分の影響をさらに低減することができる。
例えば、測定管路３１の横断面の面積を、サンプルガス採取管路２０の横断面の面積よりも１０倍以上にすることにより、測定管路３１内に導入されたサンプルガスＳの流速を２０分の１以下に低下させることができる。これにより、サンプルガスＳ中に凝縮したミスト状の成分があった場合、その流速も２０分の１以下に低下させて、外乱となる凝縮したミスト状成分の影響をさらに低減することができる。
発光部３２は、第１の連結管路３５を介して、測定管路３１の一端３１ａに接続されており、測定管路３１の他端３１ｂに向かってレーザー光を照射する。発光部３２を構成するレーザー光源としては、半導体レーザー等を用いることができる。また、レーザー光の波長は、サンプルガスＳ中の分析対象の成分に適した波長とすることができ、ガス成分の吸収波長帯の中で吸収強度が大きく、かつ分析対象の成分以外の成分の吸収波長と重ならない吸収線を選択することが望ましい。
受光部３３は、第２の連結管路３６を介して、測定管路３１の他端３１ｂに接続されており、発光部３２により照射されてサンプルガスＳを通過したレーザー光を受光する。受光部３３は、フォトダイオード等で構成することができる。
解析部３４は、発光部３２から照射したレーザー光の情報および受光部３３で受光されたレーザー光の情報から、サンプルガスＳ中の所定の成分（例えば、酸素、硫化水素）の濃度を解析する。具体的には、解析部３４は、発光部３２から照射されたレーザー光のうち、測定管路３１内に存在するガス成分によって吸収されたレーザー光の吸収量から、所定のガス成分の濃度を解析することができる。
本発明においては、第１の連結管路３５および第２の連結管路３６の測定管路３１側の端部３５ａ、３６ａは、図３（ａ）に示すように、測定管路３１よりも小さい径を有して測定管路３１内に挿入されており、連結管路３５、３６の一部が測定管路３１の内部へ突き出して配置されている。これにより、測定管路３１の側面あるいは端面に凝縮したミスト成分やナフタリンダストが成長して連結管路３５、３６の端部３５ａ、３６ａに堆積してレーザーの光路を閉塞するのを抑制することができる。
なお、図３（ｂ）に示すように、第１の連結管路３５および第２の連結管路３６の測定管路３１側の端部３５ａ、３６ａの外表面に、抑制部３９が設けられていることが好ましい。これにより、サンプルガスＳに含まれる成分の凝縮物が連結管路３５、３６の外表面に沿って端部３５ａ、３６ａ側に移動するのを抑制して、連結管路３５、３６の端面を閉塞するのをさらに抑制することができる。
また、連結管路３５、３６の各々には、不活性ガスを測定管路３１内に流通させるガス導入部３７、３８が設けられていることが肝要である。すなわち、測定管路３１内を流通するサンプルガスＳ中の凝縮したミスト状成分は、長時間の連続分析を継続する間に極僅かずつではあるが、レーザー光の光源である発光部３２と、レーザー光の検出装置である受光部３３の表面に凝縮して、ガス分析の外乱となる虞がある。
そこで、本発明では、発光部３２および受光部３３の前に連結管路３５、３６を配置し、かつ連結管路３５、３６に不活性ガスを導入するガス導入部３７、３８を設け、不活性ガスが連結管路３５、３６を経由して測定管路３１へ流入させて、発光部３２および受光部３３表面にミスト状成分が凝縮して付着するのを抑制している。
測定管路３１内に導入する不活性ガスとしては、窒素ガス、アルゴンガス等、サンプルガスＳとの反応性が低いガスを用いることができる。
上記不活性ガスは、サンプルガスＳが連結管路３５、３６内へ流入して発光部３２および受光部３３がミスト成分やナフタリンダストにより汚染すること避けるために、測定管路３１内よりも高い圧力で連結管路３５、３６内へ流入するように、微量の不活性ガスを導入すればよい。不活性ガスの導入量が多過ぎる場合には、測定管路３１内のサンプルガスＳを希釈してしまい、測定対象成分の濃度を低く分析してしまう可能性がある。
原理的には、測定管路３１内に導入する不活性ガスがそのまま抜出管路４１、４２へ流入して、測定管路３１の奥の方まで流入することのないように、測定管路３１から抜出管路４１、４２へ排出するガスと、サンプルガス採取管路２０から測定管路３１へ流入するガスとの差分に相当する量を導入すれば、より高い効果を発揮させることができる。
より簡便には、サンプルガス採取管路２０内のサンプルガスＳ中の測定対象成分の濃度を検知管（図示せず）で検出しながら、測定管路３１内で上記測定対象成分の濃度の分析を行い、検知管の検出濃度と同等の濃度を検出できる程度に不活性ガスを導入するように、不活性ガスの導入量を調整することが好ましい。なお、サンプルガスＳ中の凝縮成分の凝縮するのを防止するために、不活性ガスは予熱して導入することが好ましい。
抜出管路４１、４２は、ガス分析部３０（測定管路３１）からサンプルガスＳを抜き出す管路であり、第１の抜出管路４１は、測定管路３１の一端３１ａ近傍に接続されている一方、第２の抜出管路４２は、測定管路３１の他端３１ｂ近傍に接続されている。図２に示した例においては、抜出管路４１、４２の各々は、それらの延在方向が、測定管路３１の延在方向に対して略９０°となるように接続されている。
上記抜出管路４１、４２は、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、連結管路３５、３６の端部３５ａ、３６ａの位置の鉛直方向下方にて測定管路３１に接続されていることが好ましい。これにより、ガス導入部３７、３８から導入された不活性ガスを速やかに測定管路３１内から排気することができ、しかも測定管路３１の内壁などに凝縮したミスト状成分やナフタリンダスト等を抜出管路４１、４２から排出することができる。
また、抜出管路４１、４２において、凝縮したミスト状成分やナフタリンダスト等を排出するドレン抜き（図示せず）を設置することがより好ましい。
２つの抜出管路４１、４２は、単独あるいは連結して（図２の例では連結して）排出管路５０に接続されており、抜出管路４１、４２から抜き出されたサンプルガスＳは、排出管路５０へ排出される。排出管路５０には排気装置６０が配置されており、抜出管路４１、４２から排出されたサンプルガスＳを、コークス炉ガスが流通するコークス炉ガス管路１０に戻すか、あるいは外部に排出される。
排気装置６０としては、ガス吸引ポンプ等、適切なものを使用できる。特に、図２に示すように、排出管路５０の下流方向に蒸気を吹き込むイジェクターを使用することが好ましい。これにより、サンプルガスＳの温度を低下するのを抑制して、ガス中の凝縮成分が凝縮して固着する等を抑制することができる。
（電気集塵器の運転方法）
本発明による電気集塵器の運転方法は、上述した本発明によるオンラインガス分析装置１におけるサンプルガス採取管路２０の一端２０ａをコークス炉ガス精製設備における電気集塵器の入口側または出口側に接続し、サンプルガス採取管路２０によりコークス炉ガス管路１０からコークス炉ガスの一部をサンプルガスＳとして採取し、採取したサンプルガスＳを測定管路３１内を流通させつつ、発光部３２からレーザー光を照射して受光部３３によりレーザー光を受光し、解析部３４によりサンプルガスＳ中の酸素の濃度を解析し、解析結果に基づいて、電気集塵器の運転を管理することを特徴とする。
本発明による電気集塵器の運転方法は、上述した本発明によるオンラインガス分析装置１におけるサンプルガス採取管路２０の一端２０ａをコークス炉ガス精製設備における電気集塵器の入口側または出口側に接続し、サンプルガス採取管路２０によりコークス炉ガス管路１０からコークス炉ガスの一部をサンプルガスＳとして採取し、採取したサンプルガスＳを測定管路３１内を流通させつつ、発光部３２からレーザー光を照射して受光部３３によりレーザー光を受光し、解析部３４によりサンプルガスＳ中の酸素の濃度を解析し、解析結果に基づいて、電気集塵器の運転を管理することを特徴とする。
図１に示したコークス炉ガス精製設備におけるガス成分分析の１つの重要な目的として、電気集塵器（ＥＰ）における酸素濃度の検出がある。すなわち、コークス炉ガス精製設備においては、コークス炉の炉体の劣化やドライメーンの劣化、吸気設備の腐食による穴あき、臭気管路からの臭気の流入等によって、コークス炉ガス中の酸素濃度が上昇しうる。こうした酸素濃度の上昇は、電気集塵器において異常燃焼を発生させて爆発を引き起こす虞がある。
この点、従来の方法においては、ガス成分濃度の分析は、図１に示したコークス炉ガス精製設備においてベンゾールスクラバー（ＢＳ）工程の後にしか行うことができず、電気集塵器における酸素濃度の変動を速やかに検出することはできなかった。
これに対して、本発明のオンラインガス分析装置１によれば、サンプルガス採取管路２０を電気集塵器の入口側または出口側に接続し、サンプルガスＳ中の酸素濃度を分析することにより、電気集塵器における酸素濃度の変動を速やかに検出して、酸素濃度が許容値を超えた場合には、電気集塵器の運転を速やかに停止することができる。
（脱硫塔の運転方法）
本発明による脱硫塔の運転方法は、上述した本発明によるオンラインガス分析装置１におけるサンプルガス採取管路２０の一端２０ａをコークス炉ガス精製設備における脱硫塔の入口側または出口側に接続し、サンプルガス採取管路２０によりコークス炉ガス管路１０からサンプルガスＳを採取し、採取したサンプルガスＳを測定管路３１内を流通させつつ、発光部３２からレーザー光を照射して受光部３３によりレーザー光を受光し、解析部３４によりサンプルガスＳ中の硫化水素の濃度を解析し、解析結果に基づいて、脱硫塔に添加する触媒の量、脱硫液の循環量、再生空気量および循環液（循環する脱硫液）のスプレー位置の少なくとも１つを調整することを特徴とする。
本発明による脱硫塔の運転方法は、上述した本発明によるオンラインガス分析装置１におけるサンプルガス採取管路２０の一端２０ａをコークス炉ガス精製設備における脱硫塔の入口側または出口側に接続し、サンプルガス採取管路２０によりコークス炉ガス管路１０からサンプルガスＳを採取し、採取したサンプルガスＳを測定管路３１内を流通させつつ、発光部３２からレーザー光を照射して受光部３３によりレーザー光を受光し、解析部３４によりサンプルガスＳ中の硫化水素の濃度を解析し、解析結果に基づいて、脱硫塔に添加する触媒の量、脱硫液の循環量、再生空気量および循環液（循環する脱硫液）のスプレー位置の少なくとも１つを調整することを特徴とする。
図１に示したコークス炉ガス精製設備におけるガス成分分析の別の重要な目的として、脱硫塔における硫化水素濃度の検出がある。すなわち、図５に例示するコークス炉ガス精製設備の脱硫塔においては、脱硫塔の一部を構成する吸収塔へ未脱硫のコークス炉ガスを導入し、吸収塔の上部に設けられたスプレーから噴霧された、触媒としてアンモニア性ピクリン酸を含有する脱硫液と接触させて硫化水素を脱硫液に吸収させるとともに、吸収後の脱硫液を、脱硫塔の一部を構成する再生塔へ導き、再生塔内で空気と脱硫液と気流接触させて硫化水素を酸化させ、固体硫黄を分離させて触媒を再生する。そして、再生した触媒を含む脱硫液を改めて吸収塔の上部に導いてスプレーから噴霧し、脱硫液を吸収塔と再生塔との間で循環させている。このとき、脱硫液の循環量や再生塔での触媒の再生状況によって、コークス炉ガス中の硫化水素の濃度が上昇しうる。
しかしながら、従来のガス分析方法では、上述のように、脱硫塔における硫化水素の濃度変動を速やかに検出することができなかった。
これに対して、本発明のオンラインガス分析装置１によれば、サンプルガス採取管路２０を脱硫塔の入口側または出口側に接続し、サンプルガスＳ中の硫化水素の濃度を分析することにより、脱硫塔における硫化水素濃度の変動を速やかに検出して、硫化水素の濃度が上昇した場合には、脱硫液に添加する触媒の量を増やす、あるいは脱硫液ポンプにより脱硫液を循環させる量である脱硫液循環量を増加させる、再生塔で触媒を再生するために供給する再生空気量を増加して脱硫液中の触媒の再生を促進する等して、脱硫塔において硫化水素の濃度が許容値を超えないように管理することができる。
脱硫塔で処理をするコークス炉ガスの発生量は、コークス炉の操業で変化する。例えば、コークス炉の補修による空釜の本数や、炉壁の劣化による軽装入によって増減する。また、硫化水素の濃度に関しては、高硫黄分含有石炭の使用配合で変化する。すなわち、コークス生産量が少なく、かつ硫化水素の濃度が低い操業時には、脱硫塔の負荷が軽減する。
コークス炉ガスや脱硫液は海水または環水で冷却をしており、脱硫液温は季節差が発生する。例えば、脱硫液の温度が低い冬季においては、吸収効率が高くなるため、夏季と比較して脱硫塔の負荷が軽減する。
以上のことから、コークス炉の操業状況や気温の変化によって脱硫塔負荷が変動し、低負荷操業を行うことがある。その際に、吸収塔の脱硫液の循環量を減らしたり、脱硫液を噴霧するスプレーの位置を下げたりすることによって、循環液ポンプの電力削減を図ることが可能になる。
（発明例）
図２に示したオンラインガス分析装置１を用いて、未精製のコークス炉ガス中の酸素の濃度を測定した。具体的には、装置１におけるサンプルガス採取管路（直径：２５Ａ）２０の一端２０ａを、図１に示したコークス炉ガス精製設備の電気集塵器（ＥＰ）と脱硫塔との間に接続した。そして、サンプルガス採取管路２０によりコークス炉ガス管路１０からサンプルガスＳを採取し（圧力：１０ｋＰａ、温度：８５℃）、採取したサンプルガスＳを測定管路（直径：８０Ａ）３１内を流通させつつ、発光部３２からレーザー光（光源：半導体レーザー、波長：７６０ｎｍ）を照射して、受光部３３によりレーザー光を受光し、解析部３４によりサンプルガスＳ中の酸素の濃度を測定した。上記測定は、ガス導入部３７、３８から７０℃に昇温した窒素ガスをそれぞれ流量：２５ＮＬ／ｍｉｎで導入し、また、排出管路５０に蒸気を供給しつつ（３００ｋＰａ）、排気装置６０により排気しながら行った（吸引流量：２００Ｌ／ｍｉｎ）。測定された酸素濃度を図３に示す。
図２に示したオンラインガス分析装置１を用いて、未精製のコークス炉ガス中の酸素の濃度を測定した。具体的には、装置１におけるサンプルガス採取管路（直径：２５Ａ）２０の一端２０ａを、図１に示したコークス炉ガス精製設備の電気集塵器（ＥＰ）と脱硫塔との間に接続した。そして、サンプルガス採取管路２０によりコークス炉ガス管路１０からサンプルガスＳを採取し（圧力：１０ｋＰａ、温度：８５℃）、採取したサンプルガスＳを測定管路（直径：８０Ａ）３１内を流通させつつ、発光部３２からレーザー光（光源：半導体レーザー、波長：７６０ｎｍ）を照射して、受光部３３によりレーザー光を受光し、解析部３４によりサンプルガスＳ中の酸素の濃度を測定した。上記測定は、ガス導入部３７、３８から７０℃に昇温した窒素ガスをそれぞれ流量：２５ＮＬ／ｍｉｎで導入し、また、排出管路５０に蒸気を供給しつつ（３００ｋＰａ）、排気装置６０により排気しながら行った（吸引流量：２００Ｌ／ｍｉｎ）。測定された酸素濃度を図３に示す。
（比較例）
発明例と同様に、サンプルガスＳ中の酸素濃度を測定した。ただし、サンプルガス採取管路２０の一端２０ａを、図１に示したコークス炉ガス精製設備におけるＢＳの出口側に接続した。その他の条件は、発明例と全て同じである。
発明例と同様に、サンプルガスＳ中の酸素濃度を測定した。ただし、サンプルガス採取管路２０の一端２０ａを、図１に示したコークス炉ガス精製設備におけるＢＳの出口側に接続した。その他の条件は、発明例と全て同じである。
図４は、発明例および比較例に対する、サンプルガス（すなわち、未精製のコークス炉ガス）中の酸素濃度の変動を示している。図４から、比較例については、酸素濃度は比較的緩やかに変動しているのに対して、発明例については、酸素濃度は急峻に変動していることが分かる。これは、本発明のオンラインガス分析装置によって、コークス炉ガスの酸素濃度を好感度に分析できることを示している。
また、図４から、発明例と比較例とで、対応する酸素濃度が検出される時間が１１分程度ずれており、発明例では、比較例に比べて電気集塵器での酸素濃度の反応を迅速に検出できていることが分かる。また、発明例と比較例とでは、対応する酸素濃度は、比較例の方が０．８％低いことも分かる。これは、比較例については、発明例よりも酸素濃度変動の検出が遅れるために、脱硫塔における再生反応（ＮＨ4ＳＨ＋１／２Ｏ2→ＮＨ4ＯＨ＋Ｓ）によって酸素がより消費されたためと考えられる。
本発明によれば、オンラインかつ連続的に未精製のコークス炉ガス中の成分を分析できるため、製鉄業において有用である。
１ オンラインガス分析装置
１０ コークス炉ガス管路
２０ サンプルガス採取管路
２０ａ サンプルガス採取管路の一端
２０ｂ サンプルガス採取管路の他端
３０ 分析部
３１ 測定管路
３１ａ 測定管路の一端
３１ｂ 測定管路の他端
３２ 発光部
３３ 受光部
３４ 解析部
３５，３６ 連結管路
３５ａ，３６ａ 連結管路の端部
３７，３８ ガス導入部
３９ 抑制部
４１，４２ 抜出管路
５０ 排出管路
６０ 排気装置
１０ コークス炉ガス管路
２０ サンプルガス採取管路
２０ａ サンプルガス採取管路の一端
２０ｂ サンプルガス採取管路の他端
３０ 分析部
３１ 測定管路
３１ａ 測定管路の一端
３１ｂ 測定管路の他端
３２ 発光部
３３ 受光部
３４ 解析部
３５，３６ 連結管路
３５ａ，３６ａ 連結管路の端部
３７，３８ ガス導入部
３９ 抑制部
４１，４２ 抜出管路
５０ 排出管路
６０ 排気装置
Claims (7)
- 未精製のコークス炉ガス中の所定の成分の濃度をオンラインかつ連続的に分析するオンラインガス分析装置であって、
コークス炉ガス管路に一端が接続され、前記コークス炉ガス管路から前記コークス炉ガスの一部をサンプルガスとして採取するサンプルガス採取管路と、
前記サンプルガス採取管路から採取された前記サンプルガス中の所定の成分を分析するガス分析部と、
前記ガス分析部から前記サンプルガスを抜き出す第１の抜出管路および第２の抜出管路と、
を備え、
前記ガス分析部は、
測定管路であって、該測定管路の中央部に前記サンプルガス採取管路の他端が接続され、かつ前記測定管路の一端近傍に前記第１の抜出管路が接続されているとともに前記測定管路の他端近傍に前記第２の抜出管路が接続されている、測定管路と、
前記測定管路の前記一端に第１の連結管路を介して接続され、前記測定管路の他端に向かってレーザー光を照射する発光部と、
前記測定管路の前記他端に第２の連結管路を介して接続され、前記発光部から照射されたレーザー光を受光する受光部と、
前記発光部から発光したレーザー光の情報および前記受光部で受光されたレーザー光の情報から、前記サンプルガス中の所定の成分の濃度を解析する解析部と、
前記第１の連結管路および前記第２の連結管路に設けられ、不活性ガスを前記測定管路内に流入させるガス導入部と、
を有し、
前記第１の連結管路および前記第２の連結管路の前記測定管路側の端部が前記測定管路よりも小さい径を有して前記測定管路内に挿入されていることを特徴とするガス分析装置。 - 前記測定管路は、前記サンプルガス採取管路よりも大きな横断面積を有する、請求項１に記載のオンラインガス分析装置。
- 前記第１の抜出管路は前記第１の連結管路の前記測定管路側の端部の鉛直方向下方にて前記測定管路に接続されており、前記第２の抜出管路は前記第２の連結管路の前記測定管路側の端部の鉛直方向下方にて前記測定管路に接続されている、請求項１または２に記載のオンラインガス分析装置。
- 前記第１の連結管路および前記第２の連結管路の前記測定管路側の端部の外表面に、前記サンプルガスに含まれる成分の凝縮物が前記第１の連結管路および前記第２の連結管路が閉塞するのを抑制する抑制部が設けられている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のオンラインガス分析装置。
- 前記サンプルガス採取管路内を流通する前記サンプルガスを加熱する加熱器をさらに備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載のオンラインガス分析装置。
- 請求項１〜５のいずれか一項に記載のオンラインガス分析装置における前記サンプルガス採取管路の前記一端をコークス炉ガス精製設備における電気集塵器の入口側または出口側に接続し、前記サンプルガス採取管路により前記コークス炉ガス管路からコークス炉ガスの一部をサンプルガスとして採取し、採取した前記サンプルガスを前記測定管路内を流通させつつ、前記発光部からレーザー光を照射して前記受光部により前記レーザー光を受光し、前記解析部により前記サンプルガス中の酸素の濃度を解析し、解析結果に基づいて、前記電気集塵器の運転を管理することを特徴とする電気集塵器の運転方法。
- 請求項１〜５のいずれか一項に記載のオンラインガス分析装置における前記サンプルガス採取管路の前記一端をコークス炉ガス精製設備における脱硫塔の入口側または出口側に接続し、前記サンプルガス採取管路により前記コークス炉ガス管路からコークス炉ガスの一部をサンプルガスとして採取し、採取した前記サンプルガスを前記測定管路内を流通させつつ、前記発光部からレーザー光を照射して前記受光部により前記レーザー光を受光し、前記解析部により前記サンプルガス中の硫化水素の濃度を解析し、解析結果に基づいて、前記脱硫塔に添加する触媒の量、脱硫液の循環量、再生空気量および循環液のスプレー位置の少なくとも１つを調整することを特徴とする脱硫塔の運転方法。
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