JPH07126660A - 石炭タール捕集装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、石炭を急速に熱分解させた後にタ
ールを捕集する際に、熱分解ガスを冷却、凝集させて捕
集するタール捕集装置及び方法を提供する。 【構成】 熱分解ガスを液体窒素を用いて間接的に冷却
することでタール分を捕集することができる。このとき
中子を設置することで捕集効率が上がり、また流路を長
くし、流れを乱すための伝熱フィンの付いた中子を設け
ることで更に捕集効率が上がる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、石炭の効率的な利用を
目的とする石炭急速熱分解プロセスにおいて石炭タール
を捕集する装置及び方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】石炭急速熱分解は１９７０年代に始まっ
た技術であり、比較的歴史が浅い。

【０００３】この技術は石炭の効率的利用を主眼とした
利用技術であり、目的生成物によって反応条件、装置構
成が大きく異なることに特徴を持つ。

【０００４】生成物は、気体（ガス）、液体（タール、
ＢＴＸ）、固体（チャー）に分類されるが、燃料用ガス
製造を主目的としたプロセスが大部分を占め、一部ＢＴ
Ｘ収率上昇をねらったプロセスがある程度である。

【０００５】タールは大きく石油系と石炭系に分類され
るが、原料の構造的な特性により石油系は脂肪族製品、
石炭系は芳香族製品の原料に向いている。

【０００６】日本におけるタール産業は石油系を中心と
しており、繊維、プラスティック産業等の原料用として
成熟してきた。

【０００７】一方、石炭系タールは石炭に多い芳香族環
に注目し、たとえばナフタレンや黒鉛電極等を主力製品
として生産されてきた。

【０００８】石炭系タールは、主に製鉄プロセス中コー
クス製造時の副産物として生産され、採取等のハンドリ
ングは生産技術としてすでに成立している。

【０００９】一般的には、コークスガスの気液相を循環
安水でフラッシング（安水フラッシング）してタールを
落としている。このときミスト状のタールを完全には捕
集できないため、通常高電圧をかけた電極間に通す（Ｅ
Ｐ）手法により捕集効率向上を図っている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の手法は以下の点
で課題を抱えている。

【００１１】コークス製造に用いられる石炭に関して
は、原料組成が石炭毎に異なるため、必然的に生成ガ
ス、タール成分にも違いが生じてくる。

【００１２】即ち、捕集タールの流動性状、水溶性、油
溶性等が多種多様なため、タール捕集条件（温度、圧
力、電圧等）が炭種ごとに異なる。

【００１３】従って、限定された石炭に対応するタール
捕集方法は存在するが、あらゆる炭種に適用可能でしか
も効率の良いタール捕集方法はまだ存在しない。

【００１４】個別的にみると、たとえば安水フラッシン
グの場合は、ミスト状のタールを十分に捕集できないこ
と、炭種によるタール成分差が存在するため安水不溶分
の付着トラブル、排出トラブル等が生じる。

【００１５】また、ＥＰの場合は、高電圧によりタール
の性質が変化し、設備的に高価であること、誤って酸素
含有ガスが混入すると爆発の危険性があること等が問題
となる。

【００１６】本発明は、タールの捕集を安全にトラブル
なく行い、なおかつ広い範囲の石炭から生成するタール
を比較的安価な設備仕様で捕集可能な石炭タール捕集装
置及びその方法を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上の課題を
解決するための石炭タール捕集装置及び方法である。

【００１８】即ち、本発明の要旨とするところは、石炭
を急速に昇温して熱分解し、生成した石炭熱分解ガスの
気流中からタールを回収する石炭タール捕集装置であっ
て、該熱分解ガス気流の流入口及び流出口を有し、これ
ら流入口及び流出口を通して熱分解ガスを取込み、排出
する閉空間でもって該熱分解ガスの冷却空間を形成して
いて、該空間内には、単数または複数の平面ないし曲面
からなり、表面に前記熱分解ガス気流中に含まれたター
ルを析出させる中子を有するとともに、空間外側には、
該空間壁面を通して空間内を流通する前記熱分解ガスと
熱交換することにより、この熱分解ガスを冷却するため
の冷却剤を供給して、これを空間壁面外側に接触せしめ
るようにしたことを特徴とする石炭タール捕集装置であ
り、特に冷却剤として液体窒素を用いた場合、冷却に充
分な沸点（−１９５．８℃）を持ち、なおかつ液体ヘリ
ウム、液体水素、液体酸素より安価で入手しやすいた
め、好ましい。

【００１９】ここで言うところの急速な昇温とは、１０
０℃／秒以上、望ましくは１０００℃／秒以上での昇温
である。また急速熱分解の際のガス雰囲気は、炭素分が
多く、さらに吸熱の反応であるため、酸素濃度が５％以
下、望ましくは０．５％以下が良い。

【００２０】

【作用】以下、本発明について作用とともに詳細に説明
する。

【００２１】本発明の基本構成を図１に示す。

【００２２】石炭熱分解ガスは冷却部入口（流入口）１
より冷却部２に入る。冷却部２は液体窒素（冷却剤）保
持部３で囲まれているが、直接のガス出入りは無い。

【００２３】液体窒素保持部３には液体窒素供給部４か
ら液体窒素供給配管５を通して液体窒素が供給される。

【００２４】液体窒素は冷却部２の壁面を冷却し、間接
的に石炭熱分解ガスを冷却する。冷却された石炭熱分解
ガスからは沸点の低いガス状、ミスト状タールが凝縮
し、冷却部２の壁面及び中子６に捕集される。

【００２５】冷却部２の壁面に捕集されるのは、主に冷
却による熱分解ガスの凝縮析出物で、壁面接触時に熱を
奪われて冷却凝縮して得られる。

【００２６】中子６に捕集されるのは、主に雰囲気温度
の低下とガス流の攪乱効果による捕集物で、中子付近で
は流路を乱されることによりミストタールの空間濃度分
布に片寄りが生じて凝縮が容易になるため捕集が促進さ
れる。

【００２７】タールをこれら壁面に捕集することでガス
道を確保し、凝縮しないガス成分は冷却部出口（流出
口）７から外部に排出される。

【００２８】ここで冷却部２の形状は、液体窒素保持部
３も含めて熱ロスが少ない球状に近いことが望ましい。

【００２９】しかし、タール回収等の作業があるため、
円筒、逆三角錐等特に制限はない。液体窒素の供給量
は、冷却部２内雰囲気温度測定熱電対８で測定された温
度をコントローラー９で判断し、流量調整器１０に出力
して調整する。

【００３０】なお、冷却部２と中子６の関係を見やすく
した透視図を図２に示す。

【００３１】図１、図２に示した石炭タール捕集装置を
用いると冷却により捕集できるタール成分はすべて捕集
できるが、ミスト状になったタールは大部分が冷却部出
口７より出ていってしまう。

【００３２】これらミスト状タールを効率よく捕集する
ための、流路制御及び伝熱用フィンを持つ石炭タール捕
集装置の中子の例を図３、図４に示す。

【００３３】図３のフィン１１は切り欠きタイプ、図４
のフィン１２はホールタイプである。

【００３４】構成は、中子６の側面にフィンを取り付け
たもので、熱分解ガスはＡサイドから入って矢印のよう
な流路をたどり下部空間１３に達する。

【００３５】熱分解ガスは下部空間１３から反対側のＢ
サイドに流れ、Ａサイドと同様な流れで上昇して、Ｂサ
イド上部から排出される。

【００３６】このように、往復させることで流路を長く
とり、タールの壁面への付着機会を増加させる効果と、
流れ方向を変えることでガス流れを乱し、凝縮しやすく
する効果をねらう。

【００３７】フィン数は出入りの熱分解ガス量、熱分解
ガス成分、フィン材質、厚み、総面積等で決まるが、た
とえば１０Ｎｍ³ ／ｈ、コークス炉ガス相当のガス、Ｓ
ＵＳ３１０とした場合、厚さ８ｍｍのフィンを片面６枚
にして３０ｍｍ間隔で取り付けると９５％以上のタール
が捕集できる。

【００３８】

【実施例】本発明による捕集状況について、冷却剤を液
体窒素とし、中子のない場合の時間当たりのタール捕集
量データと比較したものを第１表に、捕集率を第２表に
示した。

【００３９】中子なしの場合（比較例）、−１０℃制御
では１７．７％、−７５℃制御では５１．１％しか捕集
できず、残りが大量に排出されるガス中に含まれたまま
流出していることがわかる。

【００４０】冷却効果だけでもある程度は捕集される
が、タール捕集効率としては悪い。フィンなしの中子
（本発明例１）を設けるだけで６５％から８５％が捕集
できるようになっている。これは平均ガス流れ行程を延
長し、ガス流れの乱れを促進したこと、及び伝熱面積を
増やしたことに起因すると考えられる。

【００４１】更にフィンをつけることにより、捕集効果
が上がり、本発明例３のホールタイプの場合、制御温度
−７５℃で１００％を達成することができた。

【００４２】

【表１】

【００４３】

【表２】

【００４４】

【発明の効果】熱分解ガスを液体窒素等の冷却剤を用い
て間接的に冷却することでタール分を捕集することがで
きる。

【００４５】このとき、中子を配置することで捕集効率
が上がり、また流路を長くし、流れを乱すための伝熱フ
ィンの付いた中子を設けることで更に捕集効率が上が
る。この結果、高いタール捕集能力を持ったタール捕集
装置ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成図。

【図２】冷却部及び中子透視図。

【図３】石炭タール捕集装置の中子の例を示す説明図
で、フィンは切り欠きタイプである。

【図４】石炭タール捕集装置の中子の例を示す説明図
で、フィンはホールタイプである。

【符号の説明】

１ 冷却部入口 ２ 冷却部 ３ 液体窒素保持部 ４ 液体窒素供給部 ５ 液体窒素供給配管 ６ 中子 ７ 冷却部出口 ８ 冷却部内雰囲気温度測定用熱電対 ９ コントローラー １０ 流量調整器 １１ フィン（切り欠きタイプ） １２ フィン（ホールタイプ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小水流 広行 富津市新富20―１ 新日本製鐵株式会社技 術開発本部内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 石炭を急速に昇温して熱分解し、生成し
   た石炭熱分解ガスの気流中からタールを回収する石炭タ
   ール捕集装置であって、該熱分解ガス気流の流入口及び
   流出口を有し、これら流入口及び流出口を通して熱分解
   ガスを取込み、排出する閉空間でもって該熱分解ガスの
   冷却空間を形成していて、該空間内には、単数または複
   数の平面ないし曲面からなり、表面に前記熱分解ガス気
   流中に含まれたタールを析出させる中子を有するととも
   に、空間外側には、該空間壁面を通して空間内を流通す
   る前記熱分解ガスと熱交換することにより、この熱分解
   ガスを冷却するための冷却剤を供給して、これを空間壁
   面外側に接触せしめるようにしたことを特徴とする石炭
   タール捕集装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の石炭タール捕集装置によ
   り行う石炭タール捕集方法であって、冷却剤として液体
   窒素を用いることを特徴とする石炭タール捕集方法。