JPH03294788A

JPH03294788A - 炭化水素含有ガスを加熱する蓄熱式熱交換器の生成炭素除去方法

Info

Publication number: JPH03294788A
Application number: JP2094998A
Authority: JP
Inventors: Takero Sato; 佐藤　健朗; Hiroyuki Suzuki; 啓之鈴木; Hiroyuki Kotsuru; 広行小水流; Takafumi Kawamura; 隆文河村; Michiaki Sakakibara; 榊原　路晤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-04-12
Filing date: 1990-04-12
Publication date: 1991-12-25

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、石炭を熱分解して、石炭ガス、タル、チャー
（コークス）を得るプロセスの中で、特に、熱源として
自己発生ガスを、無酸化状態で蓄熱式熱交換器で加熱し
、循環して、直接石炭に接触伝熱させる処理において、
前記蓄熱式熱交換器に生成付着する炭素を除去する方法
に関するものである。

（従来の技術）石炭を熱分解して、石炭ガス、タール、チャー（コーク
ス）を得るプロセスは、古くからコークス炉が知られて
いる。また、最近では塊コークスを必要とせず、タール
や石炭ガスを必要とする場合の新しい手法が開発されて
いる。例えばＣ０ＥＤプロセス（「これからの石炭化学
工業」吉田尚著、２８２頁参照）やＯＲＣプロセス（Ｆ
ｉｎａｌｒｅｐｏｒｔ　ｏｎ　ＤＯＥ　ｃｏｎｔａｃｔ
　Ｎｏ、ＥＸ−７８−Ｃ−Ｏｆ−２２４４１９７９）か
あり、前者は石炭を多段（４段）流動床で順次昇温させ
て熱分解する方法であって、熱源として高温チャーを酸
素で部分燃焼して提供する方式であり、後者は、微粉炭
を噴流床で熱分解するにあたり、高温チャー（石炭量の
１０倍必要とされている。）を反応器ヘリサイクルして
熱源としている。これらの石炭分解プロセスでは、設備
も大型であり運転も複雑となり、熱の供給法に問題があ
る。これを改良するため特開平１−１１３４９１号公報
には、石炭より生成するガス（炭化水素や水素を主成分
）を循環加熱して熱分解の熱源とする方式を提示してい
る。

一方、炭化水素を主成分とするガスを、蓄熱式熱交換器
で加熱することは、よく知られている。

例えば、カラパー炉を用いて水素を製造するにあたりコ
ークス炉ガスと水蒸気を高温分解させ（ＣＨ４を例にと
れば、ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ−Ｃ０＋３Ｈ９）る方法（「耐火
物工学」技報堂発行６７８頁参照）や、炭化水素を水蒸
気またはＣ０２を含有するガスと共に蓄熱式熱交換器で
高温に加熱して分解し、ＣＯとＨ２を主体とするガスに
改質して還元剤として高炉シャフト部に吹込む方法（特
開昭４８−１６８９０号公報参照）、さらには、成型炭
を乾留してコークスを製造するにあたり、自己発生ガス
（石炭ガス）を循環し、蓄熱式熱交換器で加熱した高温
ガスを直接炭化室へ吹込む方法（特開昭５７−３８８３
号公報参照）などが開示されている。

このように炭化水素含有ガスの加熱に蓄熱式熱交換器を
用いる多くの提案かあるが、炭化水素含有ガスを加熱す
る場合には、例えばメタンを例にとれば、ＣＨ４→Ｃ＋
２Ｈ２の分解反応はほぼ８００に以上の温度で発生し、
分解生成した炭素（すす）は、熱交換器の炉内壁に付着
する。熱交換器の長時間運転によってすすの付着量は次
第に増加するので、そのまま放置すればガス送風通路を
閉塞するおそれがある。

このようなすすの発生に対処するため特開昭５８−１９
４９７９号公報には、成型コークスの製造プロセスにつ
いてではあるが、蓄熱式ガス加熱炉の切替えサイクルに
おける燃焼期の後に、酸素を含有したガスを該加熱炉と
コークス乾留炉を結ぶガス流路に通すことによって付着
したすすを燃焼除去する方法を提示している。

（発明が解決しようとする課題）本発明は、前記した特開平１−１１３４９１号公報に記
述しているプロセス、すなわち石炭を熱分解して生成し
たガスを蓄熱式熱交換器により加熱して循環使用する場
合に、該熱交換器のガス送風系に生成付着するカーボン
（すす）を除去する方法であるが、酸素含有ガスを用い
てすす除去を独立して行うことが前記したように特開昭
５８−１９４９７９号公報に開示されている。すなわち
、燃焼期とは別のタイミングで高酸素を含有するガスを
流すのであるが、１送ガス期において、燃焼−パージー
除すす→パージ→送風峠パージ・・・の運転となり、例
えば１送ガス期３０分のサイクルとして、除すすのため
に必要な切替え操作はかなり複雑となる。例えば除すす
空気を送風する場合の炉内の圧力低下や温度降下等に対
する調整が避けられず、従って蓄熱器２基操業ではいそ
がしく、３基以上の必要性も生じかねないという問題が
存在する。

本発明はこのような問題を解消するものであって、燃焼
期において燃焼ガスとして高カロリーガスを使用し、該
ガスの過剰空気量を高めて排ガス中の酸素量を多くし送
風系に付着しているすすを効率よく除去するところの炭
化水素を含有するガスを加熱する蓄熱式熱交換器の生成
炭素除去法を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）本発明は、上記目的を達成するために、以下の構成を要
旨とする。

（１）炭化水素を成分として含有するガスを加熱、送風
する蓄熱式熱交換器装置において、燃焼蓄熱中に、燃焼
ガス中の酸素分圧が６％を超え、かつドーム温度が１０
００〜１５００℃の範囲となる操業を行って送風時に生
成し、蓄熱室から燃焼室に付着するカーボンを除去する
ことを特徴とする炭化水素含有ガスを加熱する蓄熱式熱
交換器の生成炭素除去方法。

（２）炭化水素を成分として含有するガスを加熱、送風
する蓄熱式熱交換器装置において、燃焼室より熱風管に
連続する煙道に分岐ダクトを設置し、燃焼蓄熱中に、燃
焼ガス中の酸素分圧が６％を超え、かつドーム温度が１
０００〜１５００℃の範囲となる操業を行うと共に、前
記燃焼ガスの一部を前記煙道に導入し、分岐ダクトに排
出して送風時に生成し、蓄熱室から燃焼室および煙道に
付着するカーボンを除去することを特徴とする炭化水素
含有ガスを加熱する蓄熱式熱交換器の生成炭素除去方法
。

以下に本発明の詳細な説明する。

本発明に使用される蓄熱式交換器（以下ガス加熱炉とい
う）概要例を第１図（立面図）と第２図（平面図）に示
す。第２図はガス加熱炉２基操業例である。ガス加熱炉
自体は、従来の構造とほぼ同様であり、チエッカ−煉瓦
（図示せず）を積載収納した蓄熱室１と燃焼用ガス供給
口２、および燃焼空気供給口３を有する燃焼室４とから
なり画室の上部に設けたドーム５と６を連通管７で連絡
している。蓄熱室１の下部には煙突８につながる燃焼ガ
ス排出管９と送風ガス供給管１０を連結し、該供給管１
０には混冷部１１（第１図は省略）に延長する混冷ガス
供給管１２を延長連設している。燃焼室４には送風ガス
を目的の炉（熱分解炉或いは乾留炉）へ供給する熱風管
（図示せず）と連通ずる煙道１３が設けられ、該煙道１
３には、熱風弁１４の直前に本発明の特徴の一つである
燃焼ガス排出用バイパス管１５を分岐している。図中１
７（ハツチング部分）は付着したすすを示している。

一般に蓄熱式ガス加熱炉においては、燃焼する際１００
０〜１２００ｋｃａｌ／Ｎｍ３程度の貧ガスを、空気比
１．００〜１．２という過剰空気の少ない状態で燃焼す
るのが普通である。その理由は、燃焼温度が蓄熱室燃焼
室部での両耐火物や径の大きさできまる（ドーム温度）
以内で運転されているからであり（例えば高炉用熱風炉
で珪石煉瓦を使った場合、ドーム温度上限は１４５０℃
といわれている。）、それ以上の温度で運転した場合、
ドームの沈下などのトラブルを生じるからであって、こ
の温度に達するためのガスカロリーと空気比の代表的な
例が上記数値となるからである。

第１表にガス（燃焼ガス）の組成と混冷燃焼特性を示し
たが上記した貧ガス例えばＭｉｘ　Ｇａ５（１１００ｋ
ｃａｌ／Ｎｍ３）を用いて１４００℃の排ガスを得たと
しても、この排ガス中の酸素（０２）は、１．６％に過
ぎず、これでは炭化水素を含有するガスを加熱送風する
ときに発生したすすを燃焼除去することはできない。

本発明は燃焼ガスのドーム温度（理論燃焼温度）がドー
ム耐火煉瓦の許容限界とみられる１５００℃を上限とし
、および蓄熱効率の点から１０００℃を下限となるよう
にガス加熱炉を運転するに際し、種々のガスでドーム５
，６や連通管７および煙道１３に付着するカーボン（す
す）を除去するには、前記温度範囲にあるドーム部燃焼
ガス中に０２ｆｆｉが６％以上含有していなければなら
ないことを実験の結果確めた。

すなわち本発明においては、高カロリーガスを用い、上
記１０００〜１５００℃の理論燃焼温度が得られるよう
にこれに多量の過剰空気を混入して燃焼し、この燃焼ガ
ス中に０２が６％以上になるようにする。

第１表に本発明に使用する代表的な高カロリーガス（Ｌ
ＤＧ、Ｃ３Ｈ８、ＣＨ４、Ｃ０Ｇ）の組成および各特性
を示したが例えばＬＤＧにおいては、理論空気量（Ａ、
）は１．４２量ｍ’　／Ｎｍ３であるが、該ガスを１４
００℃の温度まで燃焼させた場合の排ガス中の０２量は
７．２％となる。前述のごとくＭｉｘ　Ｇａｓにおいて
は、１．６％であり、カーボン除去効果はみられない。

前記４種のガスでは発熱量に関係なく、はぼ同量の０２
％であり、ＣＯＧがわずかに高い。第３図に各ガスの理
論燃焼温度（℃）と排ガス中の０２　ｍ　（％）との関
係を示した。Ｍｉｘ　Ｇａｓでは高い空気比にしても６
％以上にすることは困難であり、あまり空気比を高くす
ると温度が低下し、送風ガスの目的温度までの加熱が不
可能となる。本発明の対象となる高カロリーガスでは、
最高目標の理論燃焼温度で、本発明の目的とする排ガス
中の酸素含有量が６％以上となる、すなわちガスを燃焼
し、蓄熱室に流入させることにより、ドーム温度を維持
しつつ、炭化水素含有ガスの加熱送風時に生成付着した
カーボンを燃焼除去することができる。

１（実　施　例）石炭Ｉｔ／日を熱分解する装置において、石炭を当たり
２０００〜３００ＯＮｍ３の循環ガスを１０００℃まで
予熱する蓄熱式ガス加熱炉を、第２図に示すように２基
配置して運転した。

燃焼ガスは適宜の空気比になるよう空気と混合し、燃焼
室４に供給されて燃焼し、この燃焼ガスはドーム６より
蓄熱室のドーム５を通って下向きにチエッカ−煉瓦を蓄
熱し、排出管９より煙突８に排出される。蓄熱室１でチ
エッカ−煉瓦に十分蓄熱された後、炉内に残留している
ガスをパージし、その後石炭の熱分解によって生成した
炭化水素を含有するガスを送風ガス供給管１０より蓄熱
室１下方より導入し、送風を開始する。すなわち、送風
ガスは蓄熱室１を上昇し、ここで加熱されて１０００℃
の高温ガスとなり、ドーム５→連通管７→ドーム６から
燃焼室４を通過し、煙道１３から目的の反応炉へと循環
送風される。送風後は、炉内をパージし、再び燃焼工程
を繰り返し、これらの燃焼−送風を２基の炉が交互に行
う。

　２この燃焼工程で、Ｎｏ、　１のガス加熱炉においては、
煙道１３の熱風弁１４を開にすると共にバイパス管１５
の弁１６を開にして、燃焼ガスが蓄熱室１に流れると共
にその一部が煙道１３に流入し、バイパス管１５を通っ
て排出管９に排出されるようにし、またＮｏ。

２のガス加熱炉は前記バイパス弁１６′、煙道弁９共に
閉として送風を行い、全体として連続運転した。

燃焼に使用したガスは、本発明例としてＣ０Ｇ（コーク
ス炉ガス）であり（これは第１表に示すように発熱量４
４３１ｋｃａｌ／　Ｎｍ３の高カロリーガスである。）
、過剰空気率を１．６５として燃焼して連続運転した。

ドーム部の燃焼ガス温度は平均１３９０℃であった。

一方、比較例として前記炉を用い、Ｎｏ、　］　、　Ｎ
ｏ、　２ともにガスのバイパス１５の流通をなくした状
態でＭｊｘＧａｓ（ガスの発熱ｆｆ１ｌｌｏＯｋｃａｌ
／　Ｎｍ３の低カロリーガス）を過剰空気率を１．０５
で燃焼して連続運転した。燃焼室のドーム部温度は１４
００℃となっていた。

ガス加熱炉には、送風時生成したカーボンが付着してい
るが、その付着状態を送風時におけるＮｏ。

１のガス加熱炉の蓄熱室１ド一ム部５と熱分解炉入口部
とにおける経時圧力損失の変化で測定した。

この結果を第４図に示す。

第４図から明らかのように、本発明例では殆ど圧損はな
く、操業開始時より一定の圧力であったが、従来例の低
カロリーガス使用のものは経時と共に変化し、圧損が上
昇して、操業開始８口重には休止してカーボンの焼落し
作業を行わざるを得なかった。本発明例は、はぼ一定圧
に推移しているのは、付着カーボンの燃焼除去が行われ
たためであり、一方従来例ではカーボンの付着が堆積し
た結果である。

尚、本発明例でのＮｏ、　２のガス加熱炉においても同
様に圧力損失がなく、煙道部分のカーボンが除去される
ために、よい結果を示している。

上記説明において、燃焼期に使用するガスはこれに限定
されるものでなく、−酸化炭素や水素を主体としたガス
でも使用できる。また高カロリーガスの燃焼は一燃焼期
において、または燃焼期サイクルにおいて間けつ的ある
いは部分的に行ってもよい。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、燃焼期に高カロ
リーガスを使用し、燃焼ガスを高温に保ちながら、ドー
ム部や煙道におけるカーボン（すす）の付着、堆積を除
去できるために、運転期間中に特別なすす除去工程を設
ける必要がなくなる。

そのため、スケジュールに乗って安定した蓄熱式熱交換
器の運転操業が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施する蓄熱式熱交換器の立面概要図
、第２図は同じく２基併並の場合における平面概要図、
第３図は各ガスの理論燃焼温度と排ガス中の０２含有量
を示す図、第４図は、時間経過と圧損の関係を示す図で
ある。１：蓄熱室　　　　　　　２：ガス供給口３：燃焼空気
供給口　　　４：燃焼室５．６：ドーム　　　　　７：連通管５煙突送風ガス供給管混冷ガス供給管熱風弁バイパス管開閉弁燃焼ガス排出管混冷部煙道バイパス管すす６復代理人

Claims

【特許請求の範囲】

（１）炭化水素を成分として含有するガスを加熱、送風
する蓄熱式熱交換器装置において、燃焼蓄熱中に、燃焼
ガス中の酸素分圧が６％を超え、かつドーム温度が１０
００〜１５００℃の範囲となる操業を行うことを特徴と
する炭化水素含有ガスを加熱する蓄熱式熱交換器の生成
炭素除去方法。
（２）炭化水素を成分として含有するガスを加熱、送風
する蓄熱式熱交換器装置において、燃焼室より熱風管に
連続する煙道に分岐ダクトを設置し、燃焼蓄熱中に、燃
焼ガス中の酸素分圧が６％を超え、かつドーム温度が１
０００〜１５００℃の範囲となる操業を行うと共に、前
記燃焼ガスの一部を前記煙道に導入し、分岐ダクトに排
出することを特徴とする炭化水素含有ガスを加熱する蓄
熱式熱交換器の生成炭素除去方法。