JP3001367B2 - シャフト炉炉頂部のタール凝縮防止方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、成形炭をガス竪型シャ
フト乾留炉を使用して直接加熱により乾留して成形コー
クスを製造する際に、シャフト炉炉頂部におけるタール
の凝縮を防止する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】石炭より冶金用コークスを製造する方法
としては、石炭炭化室と燃料ガス燃焼室を別個に保有す
る室炉式コークス炉による製造方法が一般に広く採用さ
れている。

【０００３】しかし、上記方法では得られた高温（約９
００〜１，０００℃）のコークスを外部に放出するこ
と、および珪石煉瓦製の壁を介して伝熱する熱によって
石炭を間接的に加熱し乾留するために熱効率が低いとい
う問題があった。このため、通常、石炭の乾留には石炭
１トン当たり５２０〜６３０Ｍｃａｌの多量のエネルギ
ーを必要としていた。また、石炭乾留時に発生する副産
物の外部漏洩および石炭装入時の粉塵の発生などによる
環境汚染が懸念されること、および、バッチ式の操業形
態であることにより生産性が低いことや多量の粘結炭を
必要とすることが欠点とされている。

【０００４】しかし、近年これらの問題点を解決する冶
金用成形コークスの製造方法が開発され、非微粘結炭を
多量に含有する成形炭を、竪型シャフト炉内で加熱ガス
により直接的に加熱して冶金用成形コークスを竪型シャ
フト炉内で熱媒ガスで直接的に加熱して乾留する冶金用
成形コークス製造法が実施されるようになった（例とし
て、特公昭６０−３８４３７号公報）。

【０００５】この方法では、完全密閉化が可能であり、
かつ、連続式の生産方法であること、および石炭を事前
に加圧成形して成形炭を製造することにより、非微粘結
炭を多量に使用可能であり、例えば図３に示すような構
成を有する装置を用いて成形コークスを製造する。

【０００６】あらかじめ微粉砕した石炭を塊成化し成形
炭とした後に、シャフト炉上部の成形炭装入装置２０か
らシャフト炉内に装入する。装入時の成形炭は常温（１
０〜３０℃）である。低温ガス加熱器２９および高温ガ
ス加熱器３０で熱媒ガスをそれぞれ６００〜８００℃、
９００〜１，１００℃に加熱した後、低温ガス吹き込み
羽口２４および高温ガス吹き込み羽口２５より各々吹き
込んで成形炭を加熱することにより、成形炭を乾留し、
コークス化させる。乾留後の成形コークスは冷却ガスに
より約１００〜１５０℃まで冷却した後、成形コークス
排出口２３から系外に排出する。この際に、炉頂部の循
環ガス抜き出しダクト２８より３００〜５００℃の炉頂
ガスを抜き出し循環使用することにより、熱経済性を高
めることを特徴としている。

【０００７】シャフト炉炉体表面からの放散熱量を低減
するために、シャフト炉炉壁に断熱キャスタブル３１を
取り付けて保温している。

【０００８】この方法では、シャフト炉炉頂部より抜き
出す熱媒ガス温度を３００℃〜５００℃に設定して、装
入直後に成形炭の外表面を急速に固化させることによ
り、乾留初期の耐圧強度の高い成形コークスを製造する
方法を提唱している。図中３はシャフト炉炉頂部出口循
環ガスライン、７はガスクーラーを示す。

【０００９】この成形コークス製造方法は前記竪型シャ
フト炉内で熱媒ガスにより直接的に加熱し、冶金用成形
コークスを製造するプロセスであるため、前記室炉式コ
ークス製造方法に比べて熱効率が極めて高く、燃料消費
量を大きく低減できるものと予測されていた。しかし、
該竪型シャフト炉で成形コークスを製造した際の燃料消
費量は、室炉式コークス製造プロセスに比較してわずか
な減少（４２０〜５９０Ｍｃａｌ／ｔ・成形炭）にとど
まっていた。

【００１０】前記の竪型シャフト炉で成形炭を熱媒ガス
によって直接的に加熱し、冶金用成形コークスを製造す
るプロセスにおける消費熱量に関する報告は、１９８６
年にアメリカ合衆国鉱工業連盟（ＡＩＭＥ）Ｉｒｏｎ−
Ｍａｋｉｎｇ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅにおける講演「Ｄ
ｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｆｏｒｍｅｄ Ｃｏｋｅ
Ｐｒｏｃｅｓｓ」においてなされた。

【００１１】すなわち、この方法ではシャフト炉炉頂部
より抜き出される循環熱媒ガスによる持ち出し熱量が多
いため熱経済性が悪いという問題がある。

【００１２】この問題に対して、特願平４−２２０２７
６号では成形コークス製造方法の熱経済性を高めるため
に、シャフト炉炉頂部より抜き出す熱媒ガスの温度を１
４０℃〜２００℃として乾留する方法が提唱されてい
る。

【００１３】しかし、前記の方法では熱経済性は大幅に
向上するが、本発明者らが炉頂部から抜き出す循環ガス
の温度２７０℃以下として該竪型シャフト炉を運転した
場合には、炉頂部内壁の断熱キャスタブル材にタールが
凝縮し、該タールと粉コークスおよび粉炭の混合物がシ
ャフト炉炉頂部の内壁に多量に付着することにより、図
１０に１例を示すように、シャフト炉炉頂部とシャフト
炉炉頂部出口循環ガスライン３間の圧損が大幅に増加す
るため、安定的な連続的運転の継続が不可能であった。
また、炉頂ガス温度２７０℃以下で前記竪型シャフト炉
を運転した際には、シャフト炉炉頂部で凝縮したタール
が成形コークスに滴下し、該成形コークスの表面に付着
するため、乾留時にクラスターの生成量が増加し、成形
コークスの融着が促進され、該成形コークスの品質が低
下していた。

【００１４】そこで、シャフト炉炉頂部と循環ガスライ
ン間の圧損が上昇した際には、一旦、プラントの操業を
停止して、前記シャフト炉炉頂部の付着物を取り除いた
後にプラントの運転を再開していたため、連続的に安定
したプラントの運転が継続できず、操業停止〜立ち上げ
時にかかるコストおよび運転時間が増加し、プラントの
運転上、大きな負荷となっていた。

【００１５】このため、従来の技術ではシャフト炉炉頂
部ガス温度を２７０℃以下に低下させて、熱経済性を向
上させることはできなかった。そこで、シャフト炉の炉
頂部のタール凝縮を防止する方法について、充分な検討
がなされておらず、炉頂温度を２７０℃以下に低下させ
てシャフト炉を安定的に運転するための新しい技術の開
発が望まれていた。

【００１６】特開平５−９４７６号では、シャフト炉出
口の炉頂ガスダクトの閉塞を防止する方法として、ター
ルまたはタール・熱安水混合物を炉頂ガスダクト内部に
スプレー状に散布し、濡れ壁を形成させることにより、
循環ガス中に含まれるタール中の高揮発分成分、および
粉炭および粉コークスの付着を防止する方法を提案して
いる。

【００１７】しかし、この方法をシャフト炉炉頂部の内
壁に付着するタール、粉炭および粉コークス混合物の付
着防止対策として適用すると、スプレー散布したター
ル、またはタール・熱安水の混合物が炉頂部の成形コー
クス表面に付着し、乾留中にクラスターを形成するため
成形コークスの融着が発生し、成形コークス品質が著し
く劣化するという問題点があった。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】シャフト炉炉頂部にお
けるタールの凝縮を防止し、前記炉頂部〜ガスダクトの
閉塞を防止し、冶金用成形コークス製造プロセスを長期
的に安定的な連続運転を可能と循環ガスライン間の圧損
を防止する運転方法の開発が望まれていた。

【００１９】本発明は、冶金用成形コークスの製造時に
おいて、シャフト炉炉頂部における、タール、粉コーク
スおよび粉炭の付着を防止するための方法を提供するこ
とを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは以上のよう
な問題点を解決すべく、成形コークス乾留時のシャフト
炉上部における熱的条件をシミュレートできる小型乾留
炉を用いて、炉頂部内壁の温度とタール凝縮量の関係に
ついて詳細な検討を重ねた結果、図１０および図１１に
示すように炉頂部内壁の温度を一定の範囲に調整するこ
とによりタール凝縮量を低減させ、シャフト炉炉頂部内
壁におけるタール、粉コークスおよび粉炭の混合物の付
着を防止し、前記竪型シャフト炉の炉頂部〜循環ガスラ
インの圧損上昇を防止できる本発明を完成するに到っ
た。

【００２１】即ち、本発明が要旨とするところは、成形
炭をガス直接加熱により乾留するシャフト炉の炉頂部に
発生するタール凝縮を防止する方法において、シャフト
炉炉頂部内壁をステンレス製とし、炉頂部ガス温度が１
４０〜２００℃の範囲ではシャフト炉炉頂部内壁温度を
２００℃以上に保温し、かつ、炉頂部ガス温度に対して
３０〜１００℃高い温度に保温し、また炉頂部ガス温度
が２００〜３００℃の範囲では、シャフト炉炉頂部内壁
温度を炉頂部ガス温度に対して３０〜５０℃高い温度に
保温することを特徴とするシャフト炉炉頂部のタール凝
縮防止方法である。

【００２２】

【作用】以下、その具体的内容について説明する。

【００２３】既に知られているように、石炭の乾留時に
発生するタールは、図４に１例を示すように幅広い温度
の沸点範囲を有する混合物である。このため、本発明者
らはシャフト炉炉頂部のタール凝縮量を低減させる方法
について鋭意研究を重ねた結果、前記シャフト炉の炉頂
部を特定の温度以上に保温することにより、該シャフト
炉炉頂部におけるタールの凝縮量を低減させ、タール、
粉コークスおよび粉炭混合物の付着を防止することがで
きる本発明を開発した。

【００２４】本発明者らはタールの凝縮がタール分子と
シャフト炉炉頂部内壁間の凝着の難易度によって決定さ
れることに着目し、各材質毎の付着量の差について検討
を実施した。この結果、図５に示すように、表面粗さが
１００μｍ以上の珪石レンガを使用した場合に比べて、
表面粗さが１０μｍ以下のステンレス鋼板を使用した場
合は、タールの凝縮量が約１／２以下であり、特に２０
０℃以上に保温した際にタールの凝縮量が大幅に減少す
ることがわかった。

【００２５】ステンレス鋼板の材質としては表面粗さが
１０μｍ以下で、耐磨耗性および耐腐食性が高く、か
つ、溶接時の加工性が良いものが適しており、具体的に
は、ＳＵＳ３０４、あるいはＳＵＳ３１６などが好まし
い。

【００２６】さらに、本発明者らは前記タールを蒸留し
て得られる重質留分のピッチの粘度と温度の関係を調査
した。この結果、図６に示すように、炉頂ガス温度の上
昇にともなって、ピッチの粘度が低下し、特に２００℃
以上で大幅に低下することがわかった。ここで、ピッチ
の軟化点はＪＩＳ Ｋ ２５３１に示されているよう
に、環球法により試料を加熱し、試料が軟化し始め、規
定距離（２５．４ｍｍ）に垂れ下がった時の温度であ
る。

【００２７】次に、本発明者らが、温度とタール凝縮量
の関係について調査した結果、温度の上昇にともなっ
て、タール凝縮量が減少し、特に、２００℃以上の温度
域で大幅に減少することがわかった。

【００２８】また、本発明者らは、成形コークス製造設
備を炉頂ガス温度１４０〜３５０℃で運転するとタール
の一部は液状、またはミスト状で循環ガス中に存在する
ことに着目して、炉頂ガス温度と炉頂部の循環ガス中に
含まれる前記タールの相対濃度の関係について調査した
結果、図７に示すように、温度の上昇とともに、相対ガ
ス濃度が減少することがわかった。ここで、相対ガス濃
度とは、循環ガス中に含まれるタール分の濃度を所定の
温度を基準として、相対的に表したものである。

【００２９】そこで、シャフト炉炉頂部内壁を保温する
ことにより、該乾留炉炉頂部の内壁近傍のタール相対濃
度を低下させ、タール凝縮防止効果を得るための運転範
囲について調査した。この結果、図８（ａ），（ｂ）に
示すように、炉頂部ガス温度１４０〜２００℃の範囲で
はシャフト炉炉頂部内壁を２００℃以上に保温し、か
つ、炉頂部ガス温度に対して３０〜１００℃高い２３０
〜３００℃に前記シャフト炉炉頂部内壁を保温し、また
炉頂部ガス温度２００〜３００℃の範囲では、シャフト
炉炉頂部内壁を炉頂部ガス温度に対して３０〜５０℃高
い２３０〜３５０℃に保温することにより、タール凝縮
防止効果が得られることがわかった。

【００３０】ここで、具体的な保温方法としては、該シ
ャフト炉炉頂部の成形コークスのストックラインより上
部の空間を上記の方法で求めた温度以上に安定的に保持
できる構造であれば良く、具体的には図１に示すように
シャフト炉炉頂部内壁をステンレス製とし電気ヒーター
により保温する方法、あるいは、図２に示すように、炉
頂部内壁のステンレス鋼板を外壁と内壁の二重管ジャケ
ット構造とし、熱媒加熱ヒーターで加熱した熱媒油を二
重管ジャケットの内部に通液して保温する方法などが温
度コントロール性が良く有効である。

【００３１】また、本発明者らが検討した結果、炉頂部
ガス温度が３５０℃以上の場合には、上記方法による保
温対策を実施しなくともタールの凝縮問題は発生しなか
った。さらに、保温温度４００℃以上で３時間以上、保
温を実施した場合には、炉頂部内壁に付着したミスト、
粉炭および粉コークス等の混合物が熱履歴を受けたこと
によりコーキングが成長しており、これを防止するため
に、保温温度の上限は３５０℃とし、保温温度が３５０
℃を超える時間は３時間未満とする。

【００３２】以下に実施例により、本発明の効果を説明
する。

【００３３】

【実施例】

実施例１ 図１に示すように、竪型シャフト炉炉頂部内壁をステン
レス製とし、電気ヒーター１により保温した。ステンレ
ス鋼板は、表面を研磨剤により研磨したものを用いた。
また、伝熱ヒーターによるステンレス鋼板の保温効果を
高めるために、ステンレス鋼板の外壁側に断熱材２を設
置した。

【００３４】さらに、前記シャフト炉炉頂部におけるタ
ールの凝縮防止効果を高めるために、炉頂部のステンレ
ス鋼板を４５度傾斜化するとともに、シャフト炉出口循
環ガスライン３の配管を４５度傾斜化し、水平部をなく
すことにより該ガスライン配管への付着防止効果を高
め、タール、粉炭および粉コークスの混合物が付着しに
くい構造とした。

【００３５】図中４は成形炭、５はガスクーラー入口ラ
イン安水ノズル、６はガスクーラー上部安水ノズル、７
はガスクーラーを示す。

【００３６】従来は、図９に示すように炉頂温度２５０
℃で竪型シャフト炉を運転した場合には、乾留炉炉頂部
と乾留炉炉頂部出口循環ガスライン間の圧損が急激に増
加したため、一旦、操業を停止して、前記乾留炉炉頂部
の付着物を除去した後、再度、プラントの運転を再開し
ていた。このため、安定的な連続運転が不可能であり、
また、炉頂ガス温度を低下させることによる熱経済性の
優れた運転が不能であった。

【００３７】これに対して、本発明を適用して炉頂部ガ
ス温度２００〜２５０℃で前記竪型シャフト炉を運転し
た際に、前記炉頂内壁部を電気ヒーターにより、２３０
〜３００℃に保温して運転を実施した結果、図１０に示
すようにシャフト炉炉頂部とシャフト炉炉頂部出口循環
ガスライン間の圧損の上昇が抑制され、連続的な安定運
転が実施可能となった。

【００３８】実施例２ 図２に示すように、炉頂部内壁のステンレス鋼板を外壁
８と内壁９の二重管ジャケット構造とし、ビフェニル系
の沸点３１５℃の熱媒油を熱媒加熱ヒーターで加熱した
後、二重管ジャケットの内部に通液して保温した。

【００３９】炉頂部ガス温度を１８０〜２５０℃の範囲
で運転した際に、熱媒油の温度を２３０〜３００℃に調
整し、熱媒油をジャケットに通液して、乾留炉炉頂部内
壁を２２０〜２８０℃に保温した。この結果、乾留炉炉
頂部と乾留炉炉頂部出口配管間の圧損の上昇が防止さ
れ、安定的な長期連続運転が可能となった。

【００４０】図中１０は熱媒タンク、１１は熱媒タンク
出口温度計、１２は熱媒加熱炉、１３は熱媒加熱炉出口
温度計、１４は熱媒ポンプ、１５は熱媒流量調節弁、１
６は熱媒ジャケット入口側仕切弁、１７は熱媒ジャケッ
ト入口側温度計、１８は熱媒ジャケット出口側温度計、
１９は熱媒ジャケット出口側仕切弁を示す。

【００４１】

【発明の効果】以上のように、成形コークス製造設備を
本発明の内容に基づいて運転した結果、乾留炉の炉頂部
におけるタールの凝縮を抑制し、タール、粉コークスお
よび粉炭の混合物の付着を防止することにより、連続式
成形コークス製造プロセスの安定的な連続運転が可能と
なった。この結果、成形コークス製造プロセスの炉頂温
度を１４０〜２７０℃で運転することが可能となり、成
形コークス製造プロセスの熱経済性を大幅に向上させる
とともに、本プロセスの長期間の安定的な連続運転が可
能となり、本発明の技術的および経済的な効果は非常に
大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に適用したシャフト炉炉頂部
の構造図。

【図２】本発明の実施例２に適用したシャフト炉炉頂部
の構造図。

【図３】成形コークス製造プロセスの全体フロー図。

【図４】タールの蒸留曲線の１例を示す図。

【図５】シャフト炉炉頂部内壁温度と炉頂部循環ガス中
に含まれるタール分の相対濃度を示す図。

【図６】シャフト炉炉頂部ガス温度とピッチの粘度の関
係を示す図。

【図７】シャフト炉炉頂部ガス温度と相対ガス濃度の関
係を示す図。

【図８】（ａ），（ｂ）シャフト炉炉頂部内壁の保温温
度変更時のタール凝縮量の変化を示す図。

【図９】従来の運転方法におけるシャフト炉炉頂部の圧
損推移を示す図。

【図１０】本発明の実施例１の効果を示す図で、シャフ
ト炉炉頂部の圧損推移を示す図。

【符号の説明】

１：シャフト炉炉頂部保温用電気ヒーター ２：断熱材 ３：シャフト炉炉頂部出口循環ガスライン ４：成形炭 ５：ガスクーラー入口ライン安水ノズル ６：ガスクーラー上部安水ノズル ７：ガスクーラー ８：シャフト炉炉頂部保温用熱媒ジャケット外壁 ９：シャフト炉炉頂部保温用熱媒ジャケット内壁 １０：熱媒タンク １１：熱媒タンク出口温度計 １２：熱媒加熱炉 １３：熱媒加熱炉出口温度計 １４：熱媒ポンプ １５：熱媒流量調節弁 １６：熱媒ジャケット入口側仕切弁 １７：熱媒ジャケット入口側温度計 １８：熱媒ジャケット出口側温度計 １９：熱媒ジャケット出口側仕切弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤川 淳 北九州市戸畑区大字中原46−59 新日本 製鐵株式会社機械・プラント事業部内 (56)参考文献 特開 平４−359088（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−209292（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−95288（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C10B 53/08 C10B 45/00 C10B 49/02 F27D 1/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 成形炭をガス直接加熱により乾留する
   シャフト炉の炉頂部に発生するタール凝縮を防止する方
   法において、シャフト炉炉頂部内壁をステンレス製と
   し、炉頂部ガス温度が１４０〜２００℃の範囲ではシャ
   フト炉炉頂部内壁温度を２００℃以上に保温し、かつ、
   炉頂部ガス温度に対して３０〜１００℃高い温度に保温
   し、また炉頂部ガス温度が２００〜３００℃の範囲で
   は、シャフト炉炉頂部内壁温度を炉頂部ガス温度に対し
   て３０〜５０℃高い温度に保温することを特徴とするシ
   ャフト炉炉頂部のタール凝縮防止方法。