JP5459027B2 - コークス炉に投入する石炭の事前処理設備及び石炭の事前処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、コークスの製造に用いられる原料炭を、コークス炉に投入する前に改質する石炭の事前処理設備及び石炭の事前処理設備に関する。

コークスは、原料炭をコークス炉に投入して乾留することによって製造される。原料炭をコークス炉に投入する前には、原料炭を所定の粒度とし、予熱する事前処理を行っている。

具体的には、原料炭を流動床乾燥分級機で乾燥・加熱し、粗粒炭と微粒炭に分級し、少なくとも粗粒炭は、さらに気流加熱塔で所定の温度まで加熱して改質し、加熱された微粉炭は塊成機で所定の大きさに成形し、加熱された粗粒炭とともにコークス炉に搬送、投入する（例えば、特許文献１参照）。

原料炭の事前処理では、通常、流動床乾燥分級機からの排ガス、及び気流加熱塔からの排ガスをそれぞれ循環して再利用する。

気流加熱塔では、石炭を２００℃から４００℃程度まで加熱する。そのため、加熱された石炭を捕集するためにバグフィルター集塵機を用いることはできず、サイクロン集塵機が用いられる。

しかしながら、気流加熱塔では、石炭を１０００℃／ｍｉｎ以上で急速加熱し、さらに、２０ｍ／ｓ以上のガス流速で石炭が運ばれるため、流動床乾燥分級機で０．５ｍｍ以上に分級した粗粒炭であっても、２０μｍ以下の微粉炭が発生する。

その結果、気流加熱塔の循環ガスライン中には、石炭を高温加熱する際に発生するタールを含むガスと、サイクロン集塵機では捕集することができない２０μｍ以下の微粉炭が、２０〜２００ｇ／ｍ^３の高濃度に濃縮されたものとが、共に存在する。

さらに、微粉炭をバインダとともに混練する混練機、混練された微粉炭を塊成する塊成機、及び石炭搬送機で発生する排ガスにもタール分が含有される。

したがって、このまま流動床循環ガスラインに排ガスを導入すると、流動床循環ガスラインで排ガスが冷却されることによって、タール分が析出し、配管が閉塞する。さらに、１ｇ／ｍ^３を大きく上回る高濃度な微粉炭がガス中に含まれるため、流動床の分散板の目詰まりが発生する。

特許文献２には、排ガス中のタール分を除去するために、タール除去炉でガスと空気を混合し、６００〜１２００℃の温度雰囲気下で燃焼させる方法が開示されている。図１は、特許文献２で開示された、コークス炉に投入する石炭の事前処理装置の概略を示す図である。

この方法によれば、ダクト、機器等へのタールの付着トラブルが回避でき、排気ガス中のタール分をタール除去炉で無害化することができる。

しかし、特許文献２で開示された発明は、タール除去炉を別途設置する必要があるため、石炭の事前処理装置の設備コスト及び運転コストが高くなるという問題があった。

また、タール除去炉では、排ガス中に含まれる微粉炭も燃焼することになるので、排熱は回収できるものの、改質した石炭の歩留りが低下するという問題があった。

特開２００５−８２７９０号公報 特開２００８−１３８０２１号公報

本発明は、前記の問題を踏まえてなされたものであって、タール除去炉を用いずに、排ガス中のタール分によるダクトや機器へのタール付着トラブルを防止し、さらに、排ガス中に含まれる微粉を回収することのできる石炭の事前処理設備及び事前処理方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、石炭の事前処理設備の構成を鋭意検討した。前述のとおり、流動床循環ガスラインに、タール除去炉を通さずに排ガスを導入すると、配管の閉塞や、流動床の分散板の目詰まりという問題が生ずる。例えば、図１や図３に示す、タール除去炉８０を有する従来の石炭の事前処理設備から、単にタール除去炉８０を取り除くと、この問題が生ずる。流動床循環ガスライン途中には流動床熱風発生炉３０が存在するが、この炉は３００℃程度の熱風を発生するための炉であり、排ガス中のタール分や微粉炭は大部分が燃焼されずに残ってしまうためである。

そこで、本発明者らは、タール分や微粉炭を含む排ガスを流動床乾燥分級機のフリーボード部又はフリーボード部出側のガスラインへ直接導入することを発想した。本発明者らは、これにより、排ガス中のタール分と微粉炭は、流動床乾燥分級機で分離された微粉炭とともに、後段の微粉捕集機へと向かい、タール分は微粉炭に付着して微粉炭とともに微粉捕集機で捕集されることを見出し、本発明を成すに至った。その要旨は以下のとおりである。

（１）流動部とその上方のフリーボード部とを有し、原料炭を、粗粒炭と微粉炭に分級するとともに、流動床熱風発生炉からの熱風で乾燥する流動床乾燥分級機と、
前記粗粒炭を、気流塔熱風発生炉からの熱風で加熱する気流加熱塔と、
前記加熱後に、熱風に同伴される粗粒炭から粗粒炭を分離して捕集する気流加熱塔サイクロンと、
前記分級後に、熱風に同伴される微粉炭から微粉炭を分離して捕集する微粉捕集機と、
前記捕集後の微粉炭を混練する混練機と、
前記混練後の微粉炭を塊成して塊成炭とする塊成機と、
前記加熱後の粗粒炭と前記塊成炭とをコークス炉へ搬送する石炭搬送機と、
前記流動床乾燥分級機、前記微粉捕集機、及び、前記流動床熱風発生炉を結び、熱風をこの順序で循環させる流動床循環ガスラインと、
前記気流加熱塔、前記気流加熱塔サイクロン、及び、前記気流塔熱風発生炉を結び、熱風をこの順序で循環させる気流加熱塔循環ガスラインと、
を備えたコークス炉に投入する石炭の事前処理設備であって、
前記気流加熱塔循環ガスラインから分岐したタール分及び微粉を含む排ガス、並びに、前記混練機、前記塊成機、及び、前記石炭搬送機からのタール分及び微粉を含む排ガスを、前記流動床乾燥分級機のフリーボード部に導入する、又は、前記流動床循環ガスラインにおける前記流動床乾燥分級機と前記微粉捕集機とを結ぶラインに導入するダクトを備えたことを特徴とするコークス炉に投入する石炭の事前処理設備。

（２）前記気流加熱塔循環ガスラインにおける前記気流加熱塔サイクロンと、前記気流塔熱風発生炉とを結ぶラインの途中に、気流塔循環ブロワーを備え、
前記気流塔循環ブロワーの吸込側の前記気流加熱塔循環ガスラインに、前記混練機、前記塊成機、及び、前記石炭搬送機からのタール分及び微粉を含む排ガスを導入するダクトを接続し、
さらに、前記気流塔循環ブロワーの排気側の前記気流加熱塔循環ガスラインに、前記流動床乾燥分級機のフリーボード部に導入する、又は、前記流動床循環ガスラインにおける前記流動床乾燥分級機と前記微粉捕集機とを結ぶラインに導入するダクトを接続していることを特徴とする前記（１）のコークス炉に投入する石炭の事前処理設備。

（３）前記流動床乾燥分級機が複数の流動部及びフリーボード部を有し、前記微粉捕集機が複数備えられ、かつ、前記流動床循環ガスラインにおける前記流動床乾燥分級機と前記微粉捕集機とを結ぶラインが複数の系統を有し、
前記タール分及び微粉を含む排ガスを導入するダクトは、最も低温となるフリーボード部、又は、前記複数の系統を有するラインのうち、最も低温となる前記流動床乾燥分級機と前記微粉捕集機とを結ぶラインに接続されていることを特徴とする前記（１）又は（２）のコークス炉に投入する石炭の事前処理設備。

（４）前記（１）〜（３）のいずれかのコークス炉に投入する石炭の事前処理設備を用いたコークス炉に投入する石炭の事前処理方法であって、
前記タール分及び微粉を含む排ガスを、前記流動床乾燥分級機のフリーボード部に導入し、又は、前記流動床循環ガスラインにおける前記流動床乾燥分級機と前記微粉捕集機とを結ぶラインに導入し、該導入された排ガス中のタール分を微粉炭とともに、前記微粉捕集機で捕集することを特徴とするコークス炉に投入する石炭の事前処理方法。

本発明によれば、石炭の事前処理設備において、タール除去炉を用いずに、排ガス中のタール分によるダクトや機器へのタール付着トラブルを防止し、さらに排ガス中に含まれる微粉炭を回収することができる。その結果、タール除去炉、及びそれに付随する燃料配管、燃焼空気供給設備が不要となるので、設備コストを削減することができる。

さらに、流動床循環ガスラインに導入される排ガス温度を低下させることができるので、安価な材料の配管を用いることができ、配管の口径を縮小することもできる。

また、事前処理した石炭の微粉炭を燃焼させずに回収することができるので、歩留りが向上する。

従来技術による石炭の事前処理設備を概略的に示した図である。 本発明による石炭の事前処理設備を概略的に示した図である。 従来技術による石炭の事前処理設備の他の例を概略的に示した図である。 本発明による石炭の事前処理設備の他の例を概略的に示した図である。

以下、図２を参照しながら、本発明の実施の形態の一例を説明する。

約９％の水分を含む原料炭は、湿炭ホッパー１０より流動床乾燥分級機２０に投入される。投入された原料炭は、流動床乾燥分級機２０の前半（原料炭投入口側）で水分がほぼ０になるまで乾燥され、後半で所定の温度（約１００〜３００℃）まで加熱されて、粗粒炭と微粉炭に分級される。

原料炭の乾燥及び加熱は、流動床熱風発生炉３０によって生成された約２５０〜３５０℃の熱風を、流動床乾燥分級機２０にダクトＤ１を介して送風して行われる。

分級では、例えば、粒径０．３ｍｍ以上のもので平均粒径が０．５ｍｍ程度が粗粒炭として分級される。分級された粗粒炭は、粗粒炭排出口Ｃ１から気流加熱塔５０へ搬送し、３００〜４００℃に加熱して改質し、気流加熱塔サイクロン５１によって固体と気体に分離される。分離された固体（粗粒炭）は石炭搬送機７０によってコークス炉７１へ投入される。

分級された微粒炭（例えば、平均粒径０．１ｍｍ）は、排気ガスとともにダクトＤ２により、数ミクロンオーダーの固体を分離可能なバグフィルターを備えた微粉捕集機３１に送給され、微粉炭と気体に分離される。

微粉捕集機３１で分離された微粉炭は、そのままコークス炉７１に投入すると飛散してしまうので、混練機４１でバインダとともに混練した後、塊成機４２で塊成して塊成炭とし、塊成炭は石炭搬送機７０を用いてコークス炉７１へ投入する。コークス炉７１に投入された粗粒炭及び塊成炭は、コークス炉７１内で乾留されてコークスとされる。

次に、流動床循環ガスラインについて説明する。

流動床乾燥分級機２０で発生した約１５０℃の低温排ガスは、ダクトＤ２を通り、バグフィルターを備えた微粉捕集機３１に送られ、気体（排ガス）と固体に分離される。分離された排ガスは流動床循環ガスブロワー３６の吸込側に接続されたダクトＤ３に導入され、流動床循環ガスブロワー３６の排気側に接続されたダクトＤ４を経て、流動床熱風発生炉３０に循環ガスとして導入される。導入された循環ガスは、熱風発生炉３０の熱源として利用される。

微粉捕集機３１によって分離された排ガスの一部（余剰排ガス）は、ダクトＤ３から分岐し、放散塔誘引ブロワー３７を介して、放散塔３８へ送られる。このように、流動床循環ガスラインはダクトＤ１〜Ｄ４によって構成されている。

次に、気流加熱塔循環ガスラインについて説明する。

流動床乾燥分級機２０から排出された粗粒炭は、気流加熱塔５０に投入されて加熱され、気流加熱塔サイクロン５１で気体（排ガス）と粗粒炭に分離される。分離されたタール分を含む排ガスの一部は、気流塔循環ブロワー６１を介して、ダクトＤ５及びＤ６を通して気流塔熱風発生炉６０に導入される。

気流加熱塔５０で発生した排ガス中にはタール分が含まれているが、この排ガスは、気流塔熱風発生炉６０で熱風にされる。気流塔熱風発生炉６０で発生した約２００〜３５０℃の熱風はダクトＤ７を通して気流加熱塔５０に導入され、粗粒炭の加熱に用いられる。このように、気流加熱塔循環ガスラインは、ダクトＤ５〜Ｄ７によって構成されている。

気流加熱塔で５０では、気流塔熱風発生炉６０からの熱風で、粗粒炭を約２００〜３５０℃に加熱する。石炭の種類にもよるが、通常、３５０℃以上となると石炭中のタール分が滲出し、排ガス中にタール分が含有されることとなる。また、サイクロンで捕集することができない２０μｍ以下の微粉炭も、排ガス中に含有される。

気流加熱塔循環ラインは２００〜３５０℃に保たれ、これは搬送される石炭の温度以上であるため、気流加熱塔循環ライン内でタール分が凝縮し、析出することはない。しかし、気流加熱塔サイクロン５１で分離された排ガスの余剰排ガスの処理が問題となる。

タール分を含む排気ガスを未処理で系の外へ排出することは、環境汚染の原因となり好ましくない。そのため、排ガスは流動床循環ガスラインに導入するのが一般的である。しかし、排ガスをそのまま流動床循環ガスラインに導入すると、流動床循環ガスライン中で排ガスが冷却され、タール分が析出し、配管が閉塞する。そのため、従来はタール除去炉によりタール分を燃焼、熱分解したガスを流動床循環ガスラインに導入していた（図１参照）。

本発明の特徴は、予気流加熱塔サイクロン５１で分離された排ガスの余剰排ガスを、流動床乾燥分級機のフリーボード部、又は、流動床乾燥分級機の排気ダクト中に導入することにある。

気流加熱塔サイクロン５１で分離された排ガスの余剰排ガスを、ダクトＤ６から分岐したダクトＤ８を通り、流動床乾燥分級機２０のフリーボード部２１へと導入する。フリーボード部２１へ導入される排ガスは、微粉炭及びタールを含む２００〜３００℃の排ガスである。

フリーボード部２１の湿炭の投入口の近傍では、ガス温度が、石炭中の水分の蒸発により、露点温度である７０〜８０℃程度となる。そのため、排ガス中に含まれるタール分は、フリーボードでのガスによって冷却され、凝縮する。

しかし、凝縮したタール分は排ガス中に含まれる微粉炭に付着するため、微粉捕集機３１のバクフィルターで、微粉炭とともに回収することが可能である。

図２では、ダクトＤ８はフリーボード部２１へ導入されているが、流動床乾燥分級機２０の排気ダクトＤ２に導入しても、同様の効果が得られる。

また、既存のプロセスにおいては、フリーボード部２１や微粉捕集機３１までのダクトに、石炭から蒸発した凝縮水分によって石炭が付着するのを防ぐため、流動床熱風発生炉３０から流動床乾燥分級機２０に送風する熱風の一部をバイパスさせ、フリーボード部２１に熱風を送風し、ガス温度を上昇させている。

本発明においては、ダクトＤ８から導入される排ガスの温度が２００〜３００℃であるから、石炭の付着も防ぐことができる。なお、必要に応じて、さらに流動床熱風発生炉３０から流動床乾燥分級機２０に送風する熱風の一部をバイパスさせてもかまわない。

さらに、流動床乾燥分級機で、石炭を乾燥するだけでなく、２５０〜３００℃程度の高温まで石炭を加熱する場合であっても、湿炭投入口近傍のフリーボード部の温度は、７０〜８０℃程度であるので、低温部と高温部に微粉捕集機を複数機設け、ダクトＤ８から導入される排ガスを低温部に流入する流動床ガスに混合することで、タール分を微粉炭に付着させ、石炭ともに回収することができる（図４参照）。

混練機４１、塊成機４２、及び石炭搬送機７０で発生する排ガスにもタール分が含まれる。これらの排気ラインは、保温し、又は加熱ヒータ等で加熱し、タール分が凝縮して排気ラインが閉塞しないようにし、フリーボード部２１へ導入する。

これらの排気ラインは、気流加熱塔循環ラインのダクトＤ５へ導入しても同様の効果が得られる。図２で示す例は、これらの排気ラインをダクトＤ５へ導入した系である。

これにより、混練機４１、塊成機４２、及び石炭搬送機７０で発生する微粉炭、及びタール分も、微粉捕集機３１のバクフィルターで回収することが可能となる。

以下、本発明の実施例について説明する。

図１に示す従来技術による石炭の事前処理設備（比較例）と、図２に示す本発明の石炭の事前処理設備（発明例）を用いて、１００ｔ-ｄｒｙ／ｈの石炭の処理を行った。具体的な運転条件を表１に示す。

本発明の石炭の事前処理設備はタール除去炉を有していないが、従来技術と同量の石炭処理量で運転させた場合であっても、配管の閉塞や、流動床の分散板の目詰まり等の問題は発生せず、従来技術と同等の石炭の事前処理を行えることが確認できた。

また、この際、気流加熱塔から流動床循環ガスラインへ混入する微粉炭量は、ガス流量７０００Ｎｍ^３／ｈ、及び、微粉炭流量１００ｇ／Ｎｍ^３であることから、０．７ｔ／ｈであった。したがって、タール除去炉が存在する場合は、石炭処理量１００ｔ／ｈに対し、０．７ｔ／ｈの損失になる。ゆえに、本発明は、従来のタール除去炉を備えた場合と比較して、歩留まりが０．７％向上した。

図３に示す従来技術による石炭の事前処理設備（比較例）と、図４に示す本発明の石炭の事前処理設備（発明例）を用いて、石炭の処理を行った。具体的な運転条件を表２に示す。実施例２で用いた石炭の事前処理設備は、実施例１で用いた石炭の事前処理設備と比較して、より高い温度で石炭を加熱し改質する系となっている。

本発明の石炭の事前処理設備はタール除去炉を有していないが、従来技術と同量の石炭処理量で運転させた場合であっても、配管の閉塞や、流動床の分散板の目詰まり等の問題は発生せず、従来技術と同等の石炭の事前処理を行えることが確認できた。

本発明によれば、石炭の事前処理設備において、タール除去炉を用いずに、排ガスを回収し、排ガス中に含まれる微粉及びタール分を回収することができる。その結果、タール除去炉、及びそれに付随する燃料配管、燃焼空気供給設備が不要となるので、設備コストを削減することができ、さらに、事前処理した石炭の微粉炭を燃焼させずに回収することができるので、石炭の歩留りが向上する。したがって、例えば製鉄業等の、コークスを製造する産業における利用可能性は大きい。

１０ 湿炭ホッパー
２０ 流動床乾燥分級機
２１ フリーボード部
２２ 流動部
３０ 流動床熱風発生炉
３１ 微粉捕集機
３２ 乾燥ゾーン微粉捕集機
３３ 分級ゾーン微粉捕集機
３６ 流動床循環ガスブロワー
３７ 放散塔誘引ブロワー
３８ 放散塔
４０ 微粉炭ホッパー
４１ 混練機
４２ 塊成機
５０ 気流加熱塔
５１ 気流加熱塔サイクロン
５２ 落下炭ピット
６０ 気流塔熱風発生炉
６１ 気流塔循環ブロワー
７０ 石炭搬送機
７１ コークス炉
８０ タール除去炉
Ｃ１ 粗粒炭排出口（Ｃ２に繋がる）
Ｃ２ 粗粒炭投入口
Ｄ１〜Ｄ８ ダクト
ＡＩＲ 空気
ＣＯＧ コークスガス
ＭＧ 燃料ガス

Claims (4)

1. 流動部とその上方のフリーボード部とを有し、原料炭を、粗粒炭と微粉炭に分級するとともに、流動床熱風発生炉からの熱風で乾燥する流動床乾燥分級機と、
   前記粗粒炭を、気流塔熱風発生炉からの熱風で加熱する気流加熱塔と、
   前記加熱後に、熱風に同伴される粗粒炭から粗粒炭を分離して捕集する気流加熱塔サイクロンと、
   前記分級後に、熱風に同伴される微粉炭から微粉炭を分離して捕集する微粉捕集機と、
   前記捕集後の微粉炭を混練する混練機と、
   前記混練後の微粉炭を塊成して塊成炭とする塊成機と、
   前記加熱後の粗粒炭と前記塊成炭とをコークス炉へ搬送する石炭搬送機と、
   前記流動床乾燥分級機、前記微粉捕集機、及び、前記流動床熱風発生炉を結び、熱風をこの順序で循環させる流動床循環ガスラインと、
   前記気流加熱塔、前記気流加熱塔サイクロン、及び、前記気流塔熱風発生炉を結び、熱風をこの順序で循環させる気流加熱塔循環ガスラインと、
   を備えたコークス炉に投入する石炭の事前処理設備であって、
   前記気流加熱塔循環ガスラインから分岐したタール分及び微粉を含む排ガス、並びに、前記混練機、前記塊成機、及び、前記石炭搬送機からのタール分及び微粉を含む排ガスを、前記流動床乾燥分級機のフリーボード部に導入する、又は、前記流動床循環ガスラインにおける前記流動床乾燥分級機と前記微粉捕集機とを結ぶラインに導入するダクトを備えたことを特徴とするコークス炉に投入する石炭の事前処理設備。
2. 前記気流加熱塔循環ガスラインにおける前記気流加熱塔サイクロンと、前記気流塔熱風発生炉とを結ぶラインの途中に、気流塔循環ブロワーを備え、
   前記気流塔循環ブロワーの吸込側の前記気流加熱塔循環ガスラインに、前記混練機、前記塊成機、及び、前記石炭搬送機からのタール分及び微粉を含む排ガスを導入するダクトを接続し、
   さらに、前記気流塔循環ブロワーの排気側の前記気流加熱塔循環ガスラインに、前記流動床乾燥分級機のフリーボード部に導入する、又は、前記流動床循環ガスラインにおける前記流動床乾燥分級機と前記微粉捕集機とを結ぶラインに導入するダクトを接続していることを特徴とする請求項１に記載のコークス炉に投入する石炭の事前処理設備。
3. 前記流動床乾燥分級機が複数の流動部及びフリーボード部を有し、前記微粉捕集機が複数備えられ、かつ、前記流動床循環ガスラインにおける前記流動床乾燥分級機と前記微粉捕集機とを結ぶラインが複数の系統を有し、
   前記タール分及び微粉を含む排ガスを導入するダクトは、最も低温となるフリーボード部、又は、前記複数の系統を有するラインのうち、最も低温となる前記流動床乾燥分級機と前記微粉捕集機とを結ぶラインに接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のコークス炉に投入する石炭の事前処理設備。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のコークス炉に投入する石炭の事前処理設備を用いたコークス炉に投入する石炭の事前処理方法であって、
   前記タール分及び微粉を含む排ガスを、前記流動床乾燥分級機のフリーボード部に導入し、又は、前記流動床循環ガスラインにおける前記流動床乾燥分級機と前記微粉捕集機とを結ぶラインに導入し、該導入された排ガス中のタール分を微粉炭とともに、前記微粉捕集機で捕集することを特徴とするコークス炉に投入する石炭の事前処理方法。

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