JP5820328B2 - コークス炉ガス顕熱回収装置 - Google Patents
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Description
上記直接熱交換には、COGと熱媒(冷却媒体)が向かい合わせに接して流れる向流式熱交換と、COGと熱媒が同じ向きに接して流れる並流式熱交換が含まれる。
タールが付着した上記熱媒を集合させ、比重分離によって上記熱媒からタールを分離させ、上記熱媒を回収する熱媒回収槽とを備えていることを要旨とする。
向流式コークス炉ガス顕熱回収装置は、上記コークス炉ガスを上記熱交換塔の塔下部から供給し、上記熱交換塔の塔頂部から引き出すガス給排路を有する。
向流式コークス炉ガス顕熱回収装置では、タールが付着した上記熱媒の一部を上記熱交換塔の外部に取り出す通路部を有し、この通路部の出口部に上記熱媒回収槽を備えることができる。
並流式コークス炉ガス顕熱回収装置は、上記コークス炉ガスを上記熱交換塔の塔頂部から供給し、上記熱交換塔の塔下部から引き出す第二のガス給排路を有する。
並流式コークス炉ガス顕熱回収装置では、上記熱交換塔の下部に上記熱媒回収槽を設けることができる。
図1は、本発明に係る向流式コークス炉ガス顕熱回収装置(以下、向流式顕熱回収装置と略称する)1の全体構成図である。
図1において、コークス炉(図示しない)から発生した800℃のコークス炉ガス(以下、COGと呼ぶ)は、熱交換塔2の塔下部2aからその熱交換塔2内に導入され、塔内部を上方に向けて上昇し、塔頂部2bから送り出されるようになっている。
図2は上記樋4の構成を示す平面図である。
図1において、熱媒回収槽5へ導かれたタール付着錫は、タールの比重が1.1であるのに対し錫の比重が7.0と十分大きいため、タールと錫は重力によって比重分離される。
熱交換塔2から排気される錫についてはタールデカンター10を用いて回収・再利用する。熱交換塔2の後段に設けられた安水散水装置11を通過する際にCOGは冷却されて約80℃まで冷却されタールは凝縮する。
なお、通路部4bの入口部には液滴受け部4aが接続され、通路部4bの出口部には熱媒回収槽5が備えられている。
本実施形態では、2箇所で錫送液用のポンプを使用している。
錫散液用の散液ミストノズル3としては、パッキンのみを400℃に耐えられる高温パッキン(例えば銅などのメタルパッキン)を使用することで、水用ミストノズルを錫散液用として使用することができる。
すなわち、COG供給ライン21および接続管18は、COGを熱交換塔2の塔下部2aから供給し、熱交換塔2の塔頂部2bから引き出すガス給排路として機能する。
また、図中、24は安水散水装置11とタールデカンター10を均圧化させるための均圧管である。
アトマイズ時に粒子へ分裂する臨界条件の評価方法として、流体から受ける抗力と表面張力の力の比を表す臨界ウェーバー数Wecritが用いられる。
なお、
[1.8.1]計算手法
熱交換塔2を鉛直方向の一次元モデルで考える。錫液滴粒子については、中心径を代表径とした各々の粒子群を個別に考える。COGと熱媒(錫)のエネルギー方程式はそれぞれ式(3-1)と式(3-2)により表される。
表2に本計算に用いた物性値と運転条件を示す。特に、COGの粘性係数、熱伝導率、比熱については、表3に示す250℃での物性値と800℃での物性値を取り出し、温度の変化に対して線形近似式を構成して用いている。COGの250℃と800℃での各物性値は、精製後COGの組成(H2:58%、CH4:27%、CO:7%、N2:8%)を持つ混合気体の物性値で代用している。
熱交換塔高さ(有効錫液滴落下距離)が5mと10mの場合について、メタル/ガス質量流量比の影響を熱交換効率η、COG出口温度、液体金属浴温度、回収熱/投入動力比について調べた。ここでは、熱交換効率ηを式(3-9)により評価した。
メタル/ガス質量流量比の増加と共に接触面積が増加して熱交換効率は増加するが、効率95%程度までの増加率は大きい。錫を散液するようにした直接接触の効率が優れていることが分かる。
COG出口温度は熱交換器の低温側の温度250℃に向けて漸近し、その傾向は熱交換効率と上下対称のようになる。もし熱媒にガリウムのようなさらなる低融点金属を用いれば、250℃以下まで十分に熱回収できることになる。
液体金属浴の温度が450℃以下になると、熱交換塔2下部の液体金属浴において時間と共にタールが常に蓄積することになり、錫との比重分離に加えて別途、タールの排出手段が必要になり好ましくない。
一方、回収熱/投入動力比を見ると、メタル/ガス質量流量比の増加と共に錫の送液ポンプ動力と錫粒子に作用する抗力に起因するブロワ動力が増加して回収熱/投入動力比は減少する(L7、L8参照)。しかし、その比は200前後であり、図5のグラフに示す範囲では投入動力が設備設計を制限することにならない。
図8に示す並流式コークス炉ガス顕熱回収装置(以下、並流式顕熱回収装置と略称する)20は、図1に示した熱交換塔2と熱媒回収槽5とを一体化した構成となっている。なお、図8において、図1と同じ構成要素については同一符号を付してその説明を省略する。
上記熱交換塔22の径はφ3.6m、高さHは20mである。
同グラフにおいて、横軸は熱交換塔22に供給する錫とコークス炉ガスの割合を示したメタル/ガス質量流量比であり、左側縦軸は回収熱/投入動力比および液体金属浴温度℃(熱媒回収槽23に貯溜される錫の温度)を示し、右側縦軸は熱交換効率%を示している。
2 熱交換塔(熱交換装置)
2a 塔下部
2b 塔頂部
3 散液ミストノズル(散液ノズル)
4 樋
4a 液滴受け部
4b 通路部
4c 開口部
4d 潜り堰
5 熱媒回収槽
5a 排出口
5b 棚部
6 第一竪型ポンプ
7 第二散液ミストノズル(第二散液ノズル)
8 第二竪型ポンプ
9 ボイラ
10 タールデカンター
11 安水散水装置
12 ポンプ
13 循環路
14 コンベヤ
15 第二コンベヤ
16 第3室
17 ブロワ
18 接続管
19 排出管
20 並流式顕熱回収装置
21 COG供給ライン
22 熱交換塔
23 熱媒回収槽
Claims (11)
- コークス炉で発生するコークス炉ガスと熱媒とを直接接触させ、その熱媒の表面にタールを凝縮させる熱交換塔と、
タールが付着した上記熱媒を集合させ、比重分離によって上記熱媒からタールを分離させ、上記熱媒を回収する熱媒回収槽を備えており、
上記熱媒は、上記タールよりも比重が重いことを特徴とするコークス炉ガス顕熱回収装置。 - 上記熱交換塔内の熱交換によって冷却されたコークス炉ガスを導いて安水を散水し、未凝縮のタール分を凝縮させ貯溜する安水散水装置を有する請求項1に記載のコークス炉ガス顕熱回収装置。
- 上記安水散水装置からの安水と凝縮液とを導いて比重分離させるタールデカンターを有する請求項2に記載のコークス炉ガス顕熱回収装置。
- 上記タールデカンターの最下層に沈殿した熱媒とタール滓との混合物を、上記熱媒回収槽に供給する掻出装置を有する請求項3に記載のコークス炉ガス顕熱回収装置。
- 上記熱媒を上記熱交換塔の上部から散液する散液ノズルを有する請求項1に記載のコークス炉ガス顕熱回収装置。
- 上記コークス炉ガスを上記熱交換塔の塔下部から供給し、上記熱交換塔の塔頂部から引き出すガス給排路を有する請求項1に記載のコークス炉ガス顕熱回収装置。
- タールが付着した上記熱媒の一部を上記熱交換塔の外部に取り出す通路部を有し、この通路部の出口部に上記熱媒回収槽が備えられている請求項6に記載のコークス炉ガス顕熱回収装置。
- 熱交換に供せられタールが付着した上記熱媒を受ける液滴受け部を上記熱交換塔内に有し、この液滴受け部が上記通路部の入口部と接続されている請求項7に記載のコークス炉ガス顕熱回収装置。
- 上記熱媒回収槽において分離された上記熱媒を、上記液滴受け部の下方から散液する第二散液ノズルが設けられている請求項8に記載のコークス炉ガス顕熱回収装置。
- 上記コークス炉ガスを上記熱交換塔の塔頂部から供給し、上記熱交換塔の塔下部から引き出す第二のガス給排路を有する請求項1に記載のコークス炉ガス顕熱回収装置。
- 上記熱交換塔の下部に上記熱媒回収槽が設けられている請求項10に記載のコークス炉ガス顕熱回収装置。
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