JP3142637B2 - 石炭膨張圧の推定方法 - Google Patents
石炭膨張圧の推定方法Info
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- JP3142637B2 JP3142637B2 JP04150423A JP15042392A JP3142637B2 JP 3142637 B2 JP3142637 B2 JP 3142637B2 JP 04150423 A JP04150423 A JP 04150423A JP 15042392 A JP15042392 A JP 15042392A JP 3142637 B2 JP3142637 B2 JP 3142637B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、石炭の乾留過程におけ
る石炭の膨張圧を予測する方法に関するものである。
る石炭の膨張圧を予測する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】石炭からコークスを製造する過程で、加
熱された石炭は膨張し、コークス炉に圧力を及ぼす。こ
の圧力は通常膨張圧と呼ばれているが、膨張圧が高いと
コークス炉が損傷する危険があるので、コークス炉操業
において膨張圧をコークス炉の炉体強度以下に制御する
ことは、重要な課題である。
熱された石炭は膨張し、コークス炉に圧力を及ぼす。こ
の圧力は通常膨張圧と呼ばれているが、膨張圧が高いと
コークス炉が損傷する危険があるので、コークス炉操業
において膨張圧をコークス炉の炉体強度以下に制御する
ことは、重要な課題である。
【０００３】従来より、揮発分、炭素含有率、平均反射
率等で表される石炭化度が高い石炭に膨張圧が高いもの
が多いことが知られている。そのため、これまでは、コ
ークス炉に使用する石炭の石炭化度に上限を設定するこ
とにより、膨張圧をコークス炉の炉体強度以下に制御し
ようとしてきた。
率等で表される石炭化度が高い石炭に膨張圧が高いもの
が多いことが知られている。そのため、これまでは、コ
ークス炉に使用する石炭の石炭化度に上限を設定するこ
とにより、膨張圧をコークス炉の炉体強度以下に制御し
ようとしてきた。
【０００４】しかし、石炭化度が高い石炭にも膨張圧の
比較的低いものもあり、また逆に石炭化度が比較的低い
石炭にも膨張圧が高いものもあって、石炭化度だけで膨
張圧は決まらない場合がある。そのため、全膨張率や最
高流動度など、石炭化度以外のパラメーターで膨張圧を
整理しようと試みられた例はあるが、これらの粘結性パ
ラメーターで膨張圧を整理することはできなかった。か
といって、石炭化度だけで膨張圧を管理しようとする
と、実際の膨張圧がコークス炉の炉体強度以上になり、
コークス炉が損傷する場合がある。
比較的低いものもあり、また逆に石炭化度が比較的低い
石炭にも膨張圧が高いものもあって、石炭化度だけで膨
張圧は決まらない場合がある。そのため、全膨張率や最
高流動度など、石炭化度以外のパラメーターで膨張圧を
整理しようと試みられた例はあるが、これらの粘結性パ
ラメーターで膨張圧を整理することはできなかった。か
といって、石炭化度だけで膨張圧を管理しようとする
と、実際の膨張圧がコークス炉の炉体強度以上になり、
コークス炉が損傷する場合がある。
【０００５】このように、膨張圧を石炭性状から推定す
ることができないので、コークス炉の損傷を避けるた
め、コークス炉で使用する前に試験炉で石炭を実際に乾
留して膨張圧を測定する必要がある。膨張圧測定には、
通常KoppersとJenkner (H.Koppers and A.Jenkner,Fue
l,10(1931),232、 H.Koppers and A.Jenkner,Fuel,10(1
931),273）によって開発された可動壁炉（片側の壁が可
動式の特殊な試験乾留炉）が用いられており、この可動
壁炉で測定された膨張圧で１０〜１５ｋＰａがコークス
炉の炉体強度許容限界値とされている。しかしこの試験
乾留炉はたいへん高価であり、しかも必要とされる石炭
試料量が多く（約４００ｋｇ）、簡便な測定方法ではな
い。また、測定結果の再現性が乏しく、原料石炭の配合
の変更やコークス炉の操業条件の変更を行う時に、迅速
な対応ができない。
ることができないので、コークス炉の損傷を避けるた
め、コークス炉で使用する前に試験炉で石炭を実際に乾
留して膨張圧を測定する必要がある。膨張圧測定には、
通常KoppersとJenkner (H.Koppers and A.Jenkner,Fue
l,10(1931),232、 H.Koppers and A.Jenkner,Fuel,10(1
931),273）によって開発された可動壁炉（片側の壁が可
動式の特殊な試験乾留炉）が用いられており、この可動
壁炉で測定された膨張圧で１０〜１５ｋＰａがコークス
炉の炉体強度許容限界値とされている。しかしこの試験
乾留炉はたいへん高価であり、しかも必要とされる石炭
試料量が多く（約４００ｋｇ）、簡便な測定方法ではな
い。また、測定結果の再現性が乏しく、原料石炭の配合
の変更やコークス炉の操業条件の変更を行う時に、迅速
な対応ができない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、試験乾留炉
で石炭の膨張圧を実測することなく、極めて簡便な方法
で膨張圧を推定する方法を提供することを目的とする。
で石炭の膨張圧を実測することなく、極めて簡便な方法
で膨張圧を推定する方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴とするとこ
ろは、軟化溶融状態にある石炭層のガス透過係数を石炭
性状（石炭組織中の不活性性分量と最高流動度）から、
あるいは乾留条件から推定するための関係線図を予め求
めておき、この線図からガス透過係数を推算し、該ガス
透過係数、軟化溶融状態にある石炭層の炉幅方向厚み、
および該石炭層からの単位体積当り熱分解ガス発生速度
から、石炭乾留過程における膨張圧の経時変化を推定す
ることを特徴とする、石炭膨張圧の推定方法にある。
ろは、軟化溶融状態にある石炭層のガス透過係数を石炭
性状（石炭組織中の不活性性分量と最高流動度）から、
あるいは乾留条件から推定するための関係線図を予め求
めておき、この線図からガス透過係数を推算し、該ガス
透過係数、軟化溶融状態にある石炭層の炉幅方向厚み、
および該石炭層からの単位体積当り熱分解ガス発生速度
から、石炭乾留過程における膨張圧の経時変化を推定す
ることを特徴とする、石炭膨張圧の推定方法にある。
【０００８】
【０００９】以下、本発明を詳細に説明する。膨張圧は
軟化溶融状態にある石炭層（以下、軟化溶融石炭層と略
す）内のガス圧が発生原因であるとされている。本発明
者らは、この軟化溶融石炭層内のガス圧について研究
し、軟化溶融石炭層内のガス圧に基づく圧力勾配により
層内を熱分解ガスが壁側（コークス層側）に向かって流
れることを見いだした。そして発明者らは一次元のガス
流れ方程式とマスバランス式から軟化溶融石炭層内
の炉幅方向圧力分布を示す式を導き、式により軟化
溶融石炭層内のガス圧力が記述されることを見い出し
た。
軟化溶融状態にある石炭層（以下、軟化溶融石炭層と略
す）内のガス圧が発生原因であるとされている。本発明
者らは、この軟化溶融石炭層内のガス圧について研究
し、軟化溶融石炭層内のガス圧に基づく圧力勾配により
層内を熱分解ガスが壁側（コークス層側）に向かって流
れることを見いだした。そして発明者らは一次元のガス
流れ方程式とマスバランス式から軟化溶融石炭層内
の炉幅方向圧力分布を示す式を導き、式により軟化
溶融石炭層内のガス圧力が記述されることを見い出し
た。
【００１０】 ｕ＝（Ｋ／μ）・（ｄＰ／ｄＸ） … Ｖ＝ρ・（ｄｕ／ｄＸ） … Ｐ＝（μ・Ｖ）・（Ｌ２ −Ｘ２ ）／（２・Ｋ・ρ） … ｕ：流速［ｍ／ｓ］ Ｋ：ガス透過係数［ｍ２ ］ μ：ガス粘度［Ｐａ・ｓ］ Ｐ：軟化溶融石炭層内ガス圧［Ｐａ］ Ｘ：位置［ｍ］ ρ：ガス密度［ｋｇ／ｍ３ ］ Ｖ：単位体積当りガス発生速度［ｋｇ／ｍ３ ／ｓ］ Ｌ：層厚［ｍ］ すなわち、ガス粘度、単位体積当りガス発生速度、（軟
化溶融石炭層の）層厚、ガス透過係数およびガス密度か
ら式によりガス圧が推算できることがわかる。
化溶融石炭層の）層厚、ガス透過係数およびガス密度か
ら式によりガス圧が推算できることがわかる。
【００１１】また、軟化溶融石炭層のガス透過係数につ
いては、石炭組織中の不活性成分量が多く、最高流動度
が大きいほど、ガス透過係数が大きくなり、これら２つ
のパラメーターにより整理可能であることを見いだし
た。さらに、軟化溶融温度域での昇温温度が大きいほ
ど、また石炭粒度が小さいほどガス透過係数が大きくな
ることを見いだし、これら乾留条件の影響については、
任意の乾留条件とガス透過係数の関係を示す線図をあら
かじめ求めておくことにより、ガス透過係数を推算可能
である。本発明は、これらの知見に基づいて完成され
た。
いては、石炭組織中の不活性成分量が多く、最高流動度
が大きいほど、ガス透過係数が大きくなり、これら２つ
のパラメーターにより整理可能であることを見いだし
た。さらに、軟化溶融温度域での昇温温度が大きいほ
ど、また石炭粒度が小さいほどガス透過係数が大きくな
ることを見いだし、これら乾留条件の影響については、
任意の乾留条件とガス透過係数の関係を示す線図をあら
かじめ求めておくことにより、ガス透過係数を推算可能
である。本発明は、これらの知見に基づいて完成され
た。
【００１２】
【作用】以下、本発明を作用とともにさらに詳細に説明
する。石炭乾留過程において、軟化溶融石炭層は、時間
の経過と共に炉壁側から炭化室中央部に移動していく。
したがって、軟化溶融石炭層内ガス圧の経時変化を推定
するには、乾留の進行に伴うガス粘度、単位体積当りガ
ス発生速度、（軟化溶融石炭層の）層厚、ガス透過係数
およびガス密度の経時変化を知る必要がある。
する。石炭乾留過程において、軟化溶融石炭層は、時間
の経過と共に炉壁側から炭化室中央部に移動していく。
したがって、軟化溶融石炭層内ガス圧の経時変化を推定
するには、乾留の進行に伴うガス粘度、単位体積当りガ
ス発生速度、（軟化溶融石炭層の）層厚、ガス透過係数
およびガス密度の経時変化を知る必要がある。
【００１３】ここで、ガス粘度、およびガス密度につい
ては、軟化溶融石炭層からの熱分解発生ガス組成が、乾
留過程を通じてほとんど同じであることから、一定とお
いてさしつかえない。またこれらの値は、石炭銘柄毎の
熱分解発生ガス組成から推算できる。
ては、軟化溶融石炭層からの熱分解発生ガス組成が、乾
留過程を通じてほとんど同じであることから、一定とお
いてさしつかえない。またこれらの値は、石炭銘柄毎の
熱分解発生ガス組成から推算できる。
【００１４】軟化溶融石炭層のガス透過係数は、野村ら
（材料とプロセス、５（１９９２），９２）の方法や、
三浦ら（コークス・サーキュラー、４０（１９９１），
１０３）の方法により、任意の石炭、任意の乾留条件で
測定可能である。あるいは、石炭組織中の不活性成分量
および最高流動度と、ガス透過係数の関係を示す図、ま
た、乾留条件とガス透過係数の関係を示す図から推定可
能である。
（材料とプロセス、５（１９９２），９２）の方法や、
三浦ら（コークス・サーキュラー、４０（１９９１），
１０３）の方法により、任意の石炭、任意の乾留条件で
測定可能である。あるいは、石炭組織中の不活性成分量
および最高流動度と、ガス透過係数の関係を示す図、ま
た、乾留条件とガス透過係数の関係を示す図から推定可
能である。
【００１５】次に、単位体積当りガス発生速度について
は、任意の石炭、任意の乾留条件において熱天秤で重量
減少率を測定し、軟化溶融温度域での昇温速度および軟
化溶融石炭層内の充填密度と組み合わせることにより求
めることができる。軟化溶融温度域での昇温速度につい
ては、炭化室内炉幅方向での温度分布経時変化を計算す
る１次元熱伝導モデル（たとえば西岡ら、鉄と鋼、７０
（１９８４），３５８など）により推算可能である。
は、任意の石炭、任意の乾留条件において熱天秤で重量
減少率を測定し、軟化溶融温度域での昇温速度および軟
化溶融石炭層内の充填密度と組み合わせることにより求
めることができる。軟化溶融温度域での昇温速度につい
ては、炭化室内炉幅方向での温度分布経時変化を計算す
る１次元熱伝導モデル（たとえば西岡ら、鉄と鋼、７０
（１９８４），３５８など）により推算可能である。
【００１６】また、軟化溶融石炭層の幅についても、石
炭の軟化溶融温度範囲を与えることにより、前述の１次
元熱伝導モデルから計算できる。
炭の軟化溶融温度範囲を与えることにより、前述の１次
元熱伝導モデルから計算できる。
【００１７】以上のような方法で、任意の石炭につい
て、任意の時間における、熱分解発生ガスのガス粘度お
よびガス密度、単位体積当りガス発生速度、及び軟化溶
融石炭層の層厚、ガス透過係数を求めることにより、軟
化溶融石炭層内のガス圧を式から推定することがで
き、これが、石炭乾留過程における膨張圧に相当するこ
とから、膨張圧の経時変化を推算することができる。
て、任意の時間における、熱分解発生ガスのガス粘度お
よびガス密度、単位体積当りガス発生速度、及び軟化溶
融石炭層の層厚、ガス透過係数を求めることにより、軟
化溶融石炭層内のガス圧を式から推定することがで
き、これが、石炭乾留過程における膨張圧に相当するこ
とから、膨張圧の経時変化を推算することができる。
【００１８】
実施例１ 図１に、軟化溶融石炭層のガス透過係数の実測値と、石
炭組織中の不活性成分量と最高流動度から推算したガス
透過係数値との関係を示す。推算式としては、式を用
いた。なおこの推算式は、石炭粒度−１ｍｍ １００
％、軟化溶融温度域での昇温速度３℃／ｍｉｎの場合の
式である。また、ＭＦは最高流動度、ＴＩは不活性成分
量（トータルイナート量）を表わす。
炭組織中の不活性成分量と最高流動度から推算したガス
透過係数値との関係を示す。推算式としては、式を用
いた。なおこの推算式は、石炭粒度−１ｍｍ １００
％、軟化溶融温度域での昇温速度３℃／ｍｉｎの場合の
式である。また、ＭＦは最高流動度、ＴＩは不活性成分
量（トータルイナート量）を表わす。
【００１９】 Ｋ［×１０-13 ｍ2 ］＝０．７４・ＭＦ＋０．０３３・ＴＩ−２ … 図より、石炭組織中の不活性成分量と最高流動度から軟
化溶融石炭層のガス透過係数を精度良く推定可能である
ことがわかる。
化溶融石炭層のガス透過係数を精度良く推定可能である
ことがわかる。
【００２０】また図２に、軟化溶融温度域での昇温速度
とガス透過係数との関係を示す。図より、昇温速度とガ
ス透過係数との間には良い相関があり、昇温速度から軟
化溶融石炭層のガス透過係数を精度良く推定可能である
ことがわかる。
とガス透過係数との関係を示す。図より、昇温速度とガ
ス透過係数との間には良い相関があり、昇温速度から軟
化溶融石炭層のガス透過係数を精度良く推定可能である
ことがわかる。
【００２１】実施例２ 次に、表１に示すようなＡ炭について、炉幅４００ｍｍ
の可動壁型乾留試験炉を用いて膨張圧の経時変化を測定
した。この時の石炭の粉砕粒度は３ｍｍ以下８５％、装
入密度は乾炭ベースで０．７５ｔ／ｍ3 、水分は８％で
ある。膨張圧の経時変化を図３に破線で示す。また、任
意の時間における、熱分解発生ガスのガス粘度およびガ
ス密度、単位体積当りガス発生速度、（軟化溶融石炭層
の）層厚、ガス透過係数から推定した石炭乾留過程にお
ける膨張圧の経時変化を図３に実線で示す。
の可動壁型乾留試験炉を用いて膨張圧の経時変化を測定
した。この時の石炭の粉砕粒度は３ｍｍ以下８５％、装
入密度は乾炭ベースで０．７５ｔ／ｍ3 、水分は８％で
ある。膨張圧の経時変化を図３に破線で示す。また、任
意の時間における、熱分解発生ガスのガス粘度およびガ
ス密度、単位体積当りガス発生速度、（軟化溶融石炭層
の）層厚、ガス透過係数から推定した石炭乾留過程にお
ける膨張圧の経時変化を図３に実線で示す。
【００２２】図より、両者はよく一致し、本方法により
膨張圧の経時変化を精度良く推算できることがわかる。
膨張圧の経時変化を精度良く推算できることがわかる。
【００２３】
【表１】
【００２４】
【発明の効果】本発明により、膨張圧の経時変化を精度
良く測定できる。これにより、実炉炭化室内に石炭を装
入する前に膨張圧を推定し、膨張圧による炉壁損傷を回
避することが可能となる。その結果、コークス炉炉壁補
修費用の低減および炉寿命の延長が達成でき、その経済
的な効果は大きい。
良く測定できる。これにより、実炉炭化室内に石炭を装
入する前に膨張圧を推定し、膨張圧による炉壁損傷を回
避することが可能となる。その結果、コークス炉炉壁補
修費用の低減および炉寿命の延長が達成でき、その経済
的な効果は大きい。
【図１】軟化溶融石炭層におけるガス透過係数の、推算
値と実測値の関係を示した図。
値と実測値の関係を示した図。
【図２】軟化溶融温度域における昇温速度と軟化溶融石
炭層のガス透過係数の関係を示した図。
炭層のガス透過係数の関係を示した図。
【図３】膨張圧経時変化の実測値と本発明による推算値
とを示した図。
とを示した図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−188351（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−60707（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−288745（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−340937（ＪＰ，Ａ) 野村、有馬、奥原、“石炭軟化層のガ ス透過計数に及ぼす乾留条件の影響（コ ークス炉の膨張圧の関する研究−３”材 料とプロセス、平成４年３月３日、第５ 巻、第１号、ｐ．92 ＪＩＳ−Ｍ−8801 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 33/22 C10B 57/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (1)
- 【請求項１】 軟化溶融状態にある石炭層のガス透過係
数を石炭性状（石炭組織中の不活性性分量と最高流動
度）から、あるいは乾留条件から推定するための関係線
図を予め求めておき、この線図からガス透過係数を推算
し、該ガス透過係数、軟化溶融状態にある石炭層の炉幅
方向厚み、および該石炭層からの単位体積当り熱分解ガ
ス発生速度から、石炭乾留過程における膨張圧の経時変
化を推定することを特徴とする、石炭膨張圧の推定方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04150423A JP3142637B2 (ja) | 1992-06-10 | 1992-06-10 | 石炭膨張圧の推定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04150423A JP3142637B2 (ja) | 1992-06-10 | 1992-06-10 | 石炭膨張圧の推定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05340937A JPH05340937A (ja) | 1993-12-24 |
| JP3142637B2 true JP3142637B2 (ja) | 2001-03-07 |
Family
ID=15496615
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04150423A Expired - Lifetime JP3142637B2 (ja) | 1992-06-10 | 1992-06-10 | 石炭膨張圧の推定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3142637B2 (ja) |
-
1992
- 1992-06-10 JP JP04150423A patent/JP3142637B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ＪＩＳ−Ｍ−８８０１ |
| 野村、有馬、奥原、"石炭軟化層のガス透過計数に及ぼす乾留条件の影響（コークス炉の膨張圧の関する研究−３"材料とプロセス、平成４年３月３日、第５巻、第１号、ｐ．９２ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05340937A (ja) | 1993-12-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20001114 |