JP3566834B2

JP3566834B2 - コークス製造方法

Info

Publication number: JP3566834B2
Application number: JP20156697A
Authority: JP
Inventors: 健次加藤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-07-28
Filing date: 1997-07-28
Publication date: 2004-09-15
Anticipated expiration: 2017-07-28
Also published as: JPH1143675A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コークス製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
製鉄原料として使用するコークスの製造方法では、従来は粘結性の高い粘結炭を約８０ｗｔ％以上とし、残りの約２０ｗｔ％以下を粘結性の低い非微粘結炭を配合した原料炭をコークス炉に装入して乾留し、高炉用コークスを製造している。非微粘結炭は粘結炭に比べて資源賦存量が多く安価であるため、前記原料炭中の非微粘結炭の配合割合を増加させることにより原料炭資源の有効利用が図れるとともに、原料炭の価格を低減することができる。そこで、従来より原料炭中の粘結炭配合割合を低減し、非微粘結炭の配合割合を増加させる方法の開発が実施されてきた。
【０００３】
粘結剤としてタールを原料炭に添加して乾留することにより、コークスの強度を向上させることができることが知られている。しかし、単に原料炭にタールを添加して乾留するのみではコークス強度の向上は十分ではなく、原料炭への非微粘結炭の配合比率を飛躍的に増加させることは不可能であった。また、タールに含まれる沸点の低い軽質留分は粘結剤として作用することなく、コークス炉内で蒸発して潜熱を奪い、消費熱量が増加する原因となる。
【０００４】
従来技術で、タールを全量石炭に添加した場合には石炭をコークス炉内で乾留する際にタール中の軽質留分はコークス炉内で一旦揮発し、上昇管で安水フラッシング時に冷却されて、再度、タール分として回収される。即ち、乾留時の熱効率を悪化させることになる。更に、タールを乾燥炭に添加する場合には、乾燥炭は乾燥工程で高温に熱せられているため、タール中の軽質留分は揮発し、臭気の原因になる。
【０００５】
特開昭５４−８６０１号公報ではコールタール、およびコールタールピッチ等を溶剤処理して得られる不溶物を原料炭中に添加することにより、粘結炭の配合割合を節減して良質の原料炭を調整する方法が提案されている。しかし、この方法では溶剤抽出処理が必要なため、ランニングコストが高いという問題点がある。
【０００６】
そこで、高炉用コークスの製造コストを低減するために安価な方法で高強度のコークスを製造する方法の開発が望まれていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上の様に、原料炭への非微粘結炭の配合比率を高め、安価な方法で高強度のコークスを製造する方法の開発が望まれていた。また、従来技術では、タールを全量石炭に添加した場合には石炭をコークス炉内で乾留する際にタール中の軽質留分はコークス炉内で一旦揮発し、上昇管で安水フラッシング時に冷却されて、再度、タール分として回収される。即ち、乾留時の熱効率を悪化させることになる。更に、タールを乾燥炭に添加する場合には、乾燥炭は乾燥工程で高温に熱せられているため、タール中の軽質留分は揮発し、臭気の原因になる。
本発明は、かかる問題点を解決する高強度コークス製造法を提示することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために、原料炭の軟化開始温度よりも５０℃低い温度以上の沸点を有する成分を８０ｗｔ％以上含むタール重質留分を該原料炭に添加して乾留し、高強度のコークスを製造することを特徴とするコークス製造方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、その具体的内容について説明する。
図１は本発明に関わる石炭の改質方法および高強度コークスの製造方法を示す図である。
１はコークス炉、２は予熱機、３は減圧装置、４はタール分離改質設備、５は原料炭と粘結剤の混合装置を各々示す。コークス炉１で原料炭を乾留すると、コークスが約７０〜８０ｗｔ％、とタールが約３〜５ｗｔ％程度発生する。残りはガスと安水である。コークス炉１で発生するタールは予熱機２で加熱された後、タール分離改質設備４により軽質留分と重質留分に分離した後、重質留分を混合設備５に送液する。タール分離改質設備４内の圧力は、減圧装置３により調整する。
ここで、軽質留分とはＢＴＸ、フェノール類、ナフタリン類等であり、これらの成分は化学原料として付加価値の高いものである。これに対して重質留分とはクレオソート油、アントラセン油、中ピッチ等が主成分である。
原料炭は３ｍｍ以下の粒度が７５〜８０ｗｔ％程度以上となるように予め粒度調整しておく。原料炭の水分を低下させるとコークス炉に装入した際の嵩密度が増加し、コークス強度が向上するため、原料炭の水分は０〜６ｗｔ％、好ましくは３ｗｔ％以下に乾燥することが好ましい。
原料炭と前記タールをタール分離改質設備で分離し得られたタール重質留分を混合装置５で混合した後、コークス炉１に装入して乾留し、コークスを製造する。
【００１０】
本発明者は図１に示すようなコークス製造プロセスをシミュレート可能な乾留試験装置により、表１に示す性状の石炭を用いてコークスを製造する方法について検討した。
本発明者が鋭意検討した結果、タールを蒸留してタール中の低沸点成分を除去し、原料炭の軟化開始温度よりも５０℃低い温度以上の沸点を有するタール重質留分を８０ｗｔ％以上、さらに好ましくは９０ｗｔ％以上含むタール重質留分を該原料炭に添加することにより、原料炭加熱時の膨張性、および流動性が著しく向上し、この結果、コークス強度が大幅に向上することが判明した。
【００１１】
【表１】

【００１２】
本発明者は、タール分離改質設備により分離した重質留分の沸点成分及び該成分の含有割合と、原料炭の膨張性、流動性改善効果及びコークス強度向上効果との関係について調査した。
【００１３】
表２に原料炭に添加したタール留分の沸点と原料炭の膨張性の関係を調査した結果の例を示す。原料炭の軟化開始温度より１５０〜２５０℃低い沸点を有するタール留分を前記原料炭に３ｗｔ％添加した場合（ケースＡ）、および原料炭の軟化開始温度より１５０〜５０℃低い沸点を有するタール留分を前記原料炭に３ｗｔ％添加した場合（ケースＢ）では、両者とも全膨張率の増加は認められない。これに対して、原料炭の軟化開始温度より５０℃低い沸点以上を有するタール留分を前記原料炭に３ｗｔ％添加した場合（ケースＣ）は、全膨張率が２８％から４７％に大幅に増加した。
そこで、原料炭に添加するタール重質留分の沸点は該原料炭より５０℃低い温度以上に規定する。
【００１４】
【表２】

【００１５】
さらに、表３および図２に例を示すように原料炭の軟化開始温度よりも５０℃低い温度以上の沸点を有するタール重質留分を８０ｗｔ％以上含むタール重質留分を該原料炭に添加することにより該原料炭を加熱した場合の膨張性、および流動性の向上効果が著しく、かつ流動範囲が拡大する。特に原料炭の軟化開始温度よりも５０℃低い温度以上の沸点を有するタール重質留分を９０ｗｔ％以上含むタール重質留分を添加することが好ましい。この結果、図３に例を示すようにコークス強度が大幅に向上することが判明した。
そこで、原料炭に添加するタール重質留分の性状は、原料炭の軟化開始温度よりも５０℃低い温度以上の沸点を有するタール重質留分の添加割合を８０ｗｔ％以上、特に好ましくは９０ｗｔ％以上と規定する。
【００１６】
【表３】

【００１７】
従来技術で、タールを全量石炭に添加した場合には原料炭をコークス炉内で乾留する際にタール中の軽質留分はコークス炉内で一旦揮発し、上昇管で安水フラッシング時に冷却されて、再度、タール分として回収される。即ち、乾留時の熱効率を悪化させることになるが、本発明ではタール中の軽質留分を除去してから原料炭に添加するために、乾留時の熱効率が向上する。
【００１８】
石炭の軟化開始温度は、炭種によって異なるが、コークス炉用原料炭として使用される石炭では非微粘結炭を含めても約４００℃程度が下限である。
この結果、本発明の方法によりタール分離改質設備より回収されるタール中の軽質留分は化学原料として有効に利用するとともに、タール重質留分は原料炭の粘結剤として使用することにより大きなメリットを創出することが可能となる。
【００１９】
コークス炉で原料炭を乾留時に発生するタールからタール重質留分を安定的に分離回収する方法としては、減圧蒸留方法、および常圧蒸留方法、溶剤抽出方法等があるが、運転制御性が容易なことから常圧蒸留方法および減圧蒸留が好ましく、特に蒸留塔内のコーキングを防止する観点から減圧蒸留方法が好ましい。
その中でも、減圧蒸留方法により前述したようにタールから軽質留分を除去し、所定の沸点以上のタール重質留分を回収する方法が特に望ましい。
【００２０】
タール重質留分の添加量は原料炭に対して重量比で１〜６ｗｔ％程度が適当であり、特に３〜５ｗｔ％が好ましい。添加量が１ｗｔ％未満では粘結剤添加によるコークス強度の向上効果が少ない。また、添加量が６ｗｔ％超では原料炭をコークス炉に装入した際の嵩密度が低下するために、コークス強度が低下する原因となる。
【００２１】
そこで、具体的に本技術を適用する方法について検討した。図１に本発明に関するコークス製造設備のフローを示す。コークス炉１で発生したタールをタール分離改質設備４で蒸留してタール中の軽質留分を除去し、原料炭の軟化開始温度よりも５０℃低い温度以上の沸点を有する成分を８０ｗｔ％以上含むタール重質留分を得る。通常、コークス炉からのタールの発生量は対装入炭あたり３〜４ｗｔ％程度である。
【００２２】
本発明者が鋭意検討した結果、タール中の軽質留分を除去することにより６０〜２００℃に予熱した原料炭に添加しても軽質留分の揮発が防止されるため、混合設備における臭気等が低減され、環境対応力が向上する。
【００２３】
【実施例】
〔実施例１〕
本発明の方法に従って、表１に性状を示す非微粘結炭を４０ｗｔ％、粘結炭を６０ｗｔ％含む原料炭（軟化開始温度４１０℃）を水分３％に乾燥した後にミキサーでタール重質留分を原料炭に対して３ｗｔ％添加した後、コークス炉に装入して炉温１１５０℃で１８時間で乾留した。原料炭に添加したタール重質留分はタールを減圧蒸留設備で塔頂温度２３０℃、塔頂圧力３００ｔｏｒｒで蒸留した減圧蒸留塔塔底からの流出液で、沸点３６０℃（常圧）以上の成分の割合が８２％のものである。この結果、石炭の流動性（Ｌｏｇ〔ＭＦ／ＤＤＰＭ〕）は図２に示すように、タール重質留分を添加しない場合の２．０１から２．５１に、全膨張率は表３に示すように、２８％から４７％に大幅に向上した。コークス炉で乾留後、得られたコークスのＤＩ^１５０ _１５は８５．２％、ＣＳＲは６１．７％と高く、高強度のコークスが製造できた。本実施例における乾留中の消費熱量は、軽質留分を除去しないタールを３ｗｔ％添加した場合と比較し、原料炭トン当たり５Ｍｃａｌの減少となり、コークスを製造する所要熱量の約１％の削減が実現した。
【００２４】
〔実施例２〕
本発明の方法に従って、表１に性状を示す非微粘結炭を４０ｗｔ％、粘結炭を６０ｗｔ％含む原料炭（軟化開始温度４１０℃）を水分３％に乾燥した後、ミキサーでタール重質留分を原料炭に対して３ｗｔ％添加した後、コークス炉に装入して炉温１１５０℃で１８時間で乾留した。原料炭に添加したタール重質留分はタールを減圧蒸留設備で塔頂温度３００℃、塔頂圧力２８０ｔｏｒｒで蒸留した減圧蒸留塔塔底からの流出液で、沸点３６０℃（常圧）以上の成分の割合が９１ｗｔ％のものである。この結果、原料炭の流動性（Ｌｏｇ〔ＭＦ／ＤＤＰＭ〕）は図２に示すように、タール重質留分を添加しない場合の２．０１から３．０５に、全膨張率は表３に示すように２８％から５４％に大幅に向上した。コークス炉で乾留後、得られたコークスのＤＩ^１５０ _１５は８５．５％、ＣＳＲは６４．３％と高く、高強度のコークスが製造できた。本実施例における乾留中の消費熱量は、軽質留分を除去しないタールを３ｗｔ％添加した場合と比較し、原料炭トン当たり８Ｍｃａｌの減少となり、コークスを製造する所要熱量の約１．５％の削減が実現した。
【００２５】
〔比較例１〕
表１に性状を示す非微粘結炭を４０ｗｔ％、粘結炭を６０ｗｔ％含む原料炭を水分５％に乾燥した後、コークス炉に装入して１１５０℃、１８時間で乾留した。この結果、得られたコークスのＤＩ^１５０ _１５は８２．１％、ＣＳＲは５１．１％と低く、高炉用コークスとしては強度不足であった。
【００２６】
〔比較例２〕
表１に性状を示す非微粘結炭を４０ｗｔ％、粘結炭を６０ｗｔ％含む原料炭（軟化開始温度４１０℃）を水分５％に乾燥した後、沸点３６０℃以上のタール成分を７０ｗｔ％含むタール重質留分を原料炭に対して２ｗｔ％添加した後、コークス炉に装入して１１５０℃、１８時間で乾留した。この結果、原料炭の流動性（Ｌｏｇ〔ＭＦ／ＤＤＰＭ〕）は図２に示すように、タール重質留分を添加しない場合の２．０１から２．２５に、全膨張率は表３に示すように２８％から３４％に大幅に向上した。しかし、得られたコークスのＤＩ^１５０ _１５は８２．５％、ＣＳＲは５４．２％と低く、高炉用コークスとしては強度不足であった。
【００２７】
本発明において、コークス強度のうち、ドラム強度（ＤＩ^１５０ _１５）はＪＩＳ
Ｋ２１５１に規定されているドラム強度試験法により測定し、コークス試料を１５０回転後に１５ｍｍ篩上に残存した重量比で表したものである。また、ガス反応後強度（ＣＳＲ）とは、コークスノート（社団法人燃料協会コークス部会編、１９８８年版）ｐ．２１８に示されているように、粒度２０±１ｍｍに調整したコークス試料を１１００℃でＣＯ_２と２時間反応させた後のコークスについてＩ型強度試験機で６００回転させた後、１０ｍｍの篩にかけて、その篩上に留まった質量を百分率で表した値である。
また、非微粘結炭とは粘結力指数（ＣＩ）が８０％未満の石炭を示す。粘結力指数（ＣＩ）とは石炭利用技術用語辞典（社団法人燃料協会編、昭和５８年版）ｐ．２５５に記載されているように０．２５ｍｍ以下の石炭１ｇに０．２５〜０．３０ｍｍの粉コークス９ｇを混ぜ、磁性るつぼで９００℃、７分間加熱した後、０．４２ｍｍで篩い分けし、篩上に残存した重量比を百分率で表示する方法である。
さらに、石炭の膨張性とはＪＩＳＭ８８０１に記載されているディラトメーターにより測定した全膨張率の値である。
本発明において石炭の流動性とはＪＩＳＭ８８０１に記載されているギーセラープラストメーターにより測定した最高流動度をＬｏｇ指数で表した値である。
また、本発明において石炭の軟化開始温度とはＪＩＳＭ８８０１に記載されているギーセラープラストメーターにより測定した軟化開始温度である。
【００２８】
【発明の効果】
以上の様に、本発明により、石炭の軟化溶融性を大幅に改善することが可能となり、この結果、コークス強度を大幅に向上させることが可能となった。本発明ではタール中の軽質留分を除去してから原料炭に添加するために、乾留時の熱効率が向上する。タール中の軽質留分を除去することにより６０〜２００℃に予熱した原料炭に添加しても軽質留分の揮発が防止されるため、混合設備における臭気等が低減され、環境対応力が向上する。本発明の技術的、経済的な効果は非常に大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用するコークス製造プロセスのフローを示す図。
【図２】本発明を適用した場合の石炭の改質効果を示す図。
【図３】本発明を実施例１および実施例２に適用した場合のコークス強度向上効果を示す図。
【符号の説明】
１：コークス炉
２：予熱機
３：減圧装置
４：タール分離改質設備
５：混合装置

Claims

原料炭の軟化開始温度よりも５０℃低い温度以上の沸点を有する成分を８０ｗｔ％以上含むタール重質留分を該原料炭に添加して乾留し、高強度のコークスを製造することを特徴とするコークス製造方法。