JPH11116965A

JPH11116965A - コークス炉の操業方法

Info

Publication number: JPH11116965A
Application number: JP28666897A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Kunimasa; 秀行國政; Tsukasa Chikada; 司近田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-10-20
Filing date: 1997-10-20
Publication date: 1999-04-27

Abstract

(57)【要約】【課題】上昇管へ簡便な設備を付加するだけで効果的に
カーボンの付着を抑制できるダブルメーンを有する室炉
式コークス炉の操業方法を提供する。【解決手段】乾留中に、片側の上昇管１の集気本管への
導通を遮断（縁切りバルブ３を使用）して上昇管内に酸
素含有ガスを導入し、他の側の上昇管からコークス炉内
で発生するガスを吸引する。上昇管内に熱媒体流通管を
設置し、管内に熱媒体を流通させて熱交換器で熱回収を
行えば、付着カーボンの燃焼に伴う熱も回収することが
可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ダブルメーンを有
する室炉式コークス炉の操業方法であって、炭化室上部
および上昇管内に析出、付着するカーボンを除去するこ
とができるコークス炉の操業方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】室炉式コークス炉でコークスを製造する
際、石炭から発生するコークス炉ガス中の炭化水素ガス
およびタールが炭化室の上部空間で熱分解し、熱分解カ
ーボン（以下、単に「カーボン」と記す）として析出
し、炭化室上部の煉瓦や上昇管の内壁に付着する。これ
は、上昇管が一つのシングルメーンのコークス炉でも、
上昇管が二つのダブルメーンのコークス炉でも同じであ
る。

【０００３】このカーボンの付着は、炭化室の装入口や
上部空間、さらには上昇管の閉塞をまねき、炭化室への
石炭の装入やコークスの排出等、コークス炉操業に支障
をきたしたり、あるいはコークス炉内圧を高め、装入口
や炉蓋の隙間からのガス洩れの原因となる。

【０００４】一般に、カーボンの析出量は、石炭に含ま
れる揮発分の増加、あるいは炭化室温度の上昇とともに
増加し、石炭中の水分量の増加とともに減少する。しか
し、低揮発分炭を常時装入炭として使用することは、配
合上の制約があり、しかもコークス炉ガスを燃料ガスと
して回収、利用している現状では十分なガス量が得られ
ないため、容易なことではない。

【０００５】装入炭中の水分の増加はカーボンの析出量
を減少させる上で好ましいが、現状は、乾留に要する熱
量を低減し、コークス炉内の嵩密度を増加させてコーク
スの品質を向上させるために、装入炭中の水分を極力減
少させる操業が行われる方向にある。

【０００６】また、炭化室の温度の上昇を抑えることも
カーボンの析出量を減少させるために有効であるが、燃
焼室温度を低下させることはコークス生産量の低下に直
結するため、カーボンの付着抑制のための手段としては
採用できない。

【０００７】さらに、近年、コークス炉発生ガスの顕熱
を回収するために、例えば上昇管の内壁に沿わせて伝熱
管を設置し、その中を通過する熱媒体を介して顕熱を回
収する方法も提案されているが、上昇管内にカーボンが
析出すれば、上昇管内が狭くなり、伝熱面積が減少して
顕熱の回収効率が低下する大きな要因となる。

【０００８】したがって、カーボンの析出による操業ト
ラブルや顕熱回収の効率低下を回避する対策として、コ
ークスケーキの排出中あるいは排出後に空気を吹き込ん
で析出、付着したカーボンを燃焼させる方法や、カッタ
ー等を用いて機械的にカーボンを除去する方法などが採
用されている。

【０００９】しかし、空気を吹き込む場合、コークスケ
ーキの排出中であれば、押し出しラムに設置するのが一
般的であるが、この場合、排出中の短い時間にしか空気
を吹き込むことができず、付着カーボンを必ずしも除去
できるわけでなない。また、コークスケーキを押出し、
排出した後に空気吹き込み作業を行う場合、コークス炉
の稼働率の低下が避けられない。また、カッター等を用
いてカーボンを取り除く方法を用いる場合、押し出し機
のラムにカッターを取り付けてコークスケーキの押出し
と同時にカーボンを除去すれば、稼働率の低下は避けら
れるが、カーボンと一緒に炉壁煉瓦も削り取るおそれが
あり、炉壁煉瓦の損傷につながる。

【００１０】また、操業中にカーボンの析出、付着を抑
制する方法として、コークス炉炭化室の天井煉瓦に通気
孔を設け、この通気孔に冷却用ガスを強制的に流通させ
て天井煉瓦を冷却し、炭化室内の上部の温度を低下させ
て石炭の乾留中に発生するコークス炉ガス中の炭化水素
ガスの熱分解を抑制し、カーボンの析出を防止する方法
が提案されている（特開昭５２−２１００１号公報）。
しかし、天井煉瓦に通気孔を設けるための設備投資が莫
大なものとなるので、実用的ではない。

【００１１】そこで、乾留中に、炭化室の上部空間にＣ
Ｏ₂ およびＨ₂ Ｏの少なくとも一つを含むガスを吹き込
んで炭化室上部空間の雰囲気温度を下げることにより炭
化室内壁へのカーボンの付着を防止する方法（特開平３
−２１２４８６号公報）、乾留中の炉頂空間（炭化室の
上部空間）に水を噴霧して炭化室内の煉瓦表面の温度を
低下させるとともに、付着カーボンのガス化反応を行わ
せる方法（特開平９−１０４８６９号公報）が提案され
た。

【００１２】これらの方法は、コークス炉ガス中の炭化
水素ガスの熱分解を抑制し、付着したカーボンをガス化
することにより、操業面あるいは顕熱回収面でのトラブ
ルを防止する有効な方法である。しかし、乾留中におけ
るＣＯ₂ 、Ｈ₂ Ｏを含むガスの吹き込みや、水の噴霧
は、そのための設備が必要でコストの面での不利をまぬ
がれず、普及するには至っていないのが現状である。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような状
況に鑑みなされたもので、ダブルメーンを有する室炉式
コークス炉の炭化室の上部空間や上昇管の内壁へのカー
ボンの付着を抑制するに際し、天井煉瓦に通気孔を設け
るための莫大な設備投資や、ＣＯ₂ 、Ｈ₂ Ｏの導入設備
等を必要とせず、しかも効果的にカーボンの付着を抑制
できるコークス炉の操業方法を提供することを目的とし
ている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決するために検討を重ねた結果、ダブルメーンを
有するコークス炉において、乾留中に、片側の上昇管内
に酸素含有ガスを導入し、もう一方の側の上昇管からコ
ークス炉内のガスを吸引する操業を行うことにより、上
昇管内のカーボンを除去し、炭化室上部空間内壁へのカ
ーボンの付着を抑制できることを見いだした。また、上
昇管内に熱回収設備を設置した場合、コークス炉発生ガ
スの顕熱に加え、導入する酸素含有ガスと上昇管内のカ
ーボンとの反応で発生する熱も回収できるので、好適で
ある。

【００１５】本発明は上記の知見に基づいてなされたも
ので、その要旨は、下記（１）および（２）のコークス
炉の操業方法にある。

【００１６】（１）ダブルメーンを有する室炉式コーク
ス炉の操業方法であって、乾留中に、片側の上昇管の集
気本管への導通を遮断して上昇管内に酸素含有ガスを導
入し、他の側の上昇管からコークス炉内のガスを吸引す
ることを特徴とするコークス炉の操業方法。

【００１７】（２）上昇管内に熱媒体流通管を設置し、
管内に熱媒体を流通させて熱交換器で熱回収を行うこと
を特徴とする上記（１）に記載のコークス炉の操業方
法。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明のコークス炉の操業
方法（上記（１）および（２）の発明の方法）を図面に
基づいて説明する。

【００１９】図１は、上記（１）のコークス炉の操業方
法を実施するためのコークス炉の要部の一例を示す図
で、炭化室の縦断面図である。図示するように、炭化室
に設けられた２本の上昇管１のそれぞれに、集気本管へ
の導通を遮断して集気本管との縁切りを行える縁切りバ
ルブ３が取り付けられ、その下方に、上昇管内に酸素含
有ガスを導入するための酸素含有ガス導入パイプ２が設
けられている。

【００２０】このような２本の上昇管１を備えた炭化室
を有するコークス炉により（１）の発明の方法を実施す
るには、装入孔４から炭化室内に石炭を装入し、乾留を
開始した後、片側の上昇管１の縁切りバルブ３を閉止
し、酸素含有ガス導入パイプ２から酸素を含むガスを導
入するとともに、他の側の上昇管１から炭化室内で発生
するガス（コークス炉ガス）を吸引する操業を行えばよ
い。

【００２１】これによって、片側の上昇管（閉止上昇
管）の内壁に付着したカーボンは、酸素含有ガス導入パ
イプ２から吹き込んだガス中の酸素との下記（１）式の
反応により燃焼、除去される。さらに、この燃焼反応に
より生成したＣＯ₂ が、炭化室の上部空間で、下記
（２）式によりその内壁に付着するカーボンと反応し、
あるいはカーボンの生成を阻害するので、炭化室上部空
間の内壁へのカーボンの付着が抑制される。

【００２２】Ｃ＋Ｏ₂ → ＣＯ₂ （発熱）・・・（１）Ｃ＋ＣＯ₂ → ２ＣＯ（吸熱）・・・（２）なお、このとき、上昇管（閉止上昇管）で生じる（１）
式の反応は発熱反応であるため、上昇管内に熱回収設備
を設置した場合、コークス炉発生ガスの顕熱に加え、
（１）式で発生する熱も回収することができる。また、
炭化室上部空間で生じる（２）式の反応は吸熱反応で、
炭化室上部では温度の低下が望めるので、コークス炉ガ
スに含まれる炭化水素ガスの熱分解とそれに伴うカーボ
ンの析出の抑制に有利である。

【００２３】通常、上昇管内の温度は炭化室内のコーク
スケーキからの輻射熱を受けるので、付着カーボンと酸
素との反応（上記（１）式の反応）は、酸素含有ガス導
入直後、直ぐに始まるが、反応をより速やかに行わせる
ためには、酸素含有ガス導入管２を上昇管を構成する煉
瓦中に埋設する等して、酸素含有ガスを予め予熱できる
ようにしておけばよい。

【００２４】酸素含有ガスの導入量は、１回の乾留中に
上昇管の内壁に付着したカーボンを燃焼させる程度でよ
い。この場合、酸素含有ガスを導入する上昇管の下でサ
ンプリングしたガスについてガス分析を行い、ＣＯ₂ 濃
度あるいはＯ₂ 濃度により、判断すればよい。すなわ
ち、ガス組成の経時変化をみて、例えば、ＣＯ₂ 濃度が
高く、Ｏ₂ 濃度が０％のときは付着カーボンと酸素との
反応が進行している状態であり、逆にＯ₂ 濃度が高く、
ＣＯ₂ 濃度が０％のときはＯ₂ と反応するカーボン（付
着カーボン）はないと判断することができる。

【００２５】通常の操業下では乾留パターンは一定であ
るので、数回の測定結果に基づいて酸素含有ガスの導入
量を定めておけばよい。なお、酸素含有ガスとしては空
気を用いればよく、純酸素を使用してもよい。

【００２６】また、上昇管カーボンの燃焼により発生す
るＣＯ₂ のみでは炭化室の上部空間におけるカーボン付
着を抑制できない場合は、上昇管内にカーボンが付着し
ていない状態であっても上昇管内に酸素含有ガスを導入
し、導入したガス中に含まれる酸素を炭化室内で発生す
る炭化水素ガスあるいは水素と反応させ、ＣＯ₂ あるい
はＨ₂ Ｏ（水蒸気）を生成させればよい。この水蒸気
も、下記（３）式に示す反応により付着カーボンと反応
するので、炭化室の上部空間における付着カーボンが除
去される。また、吸熱反応であるため、前記の（２）の
反応の場合と同様、炭化室の上部空間温度を低下させ、
炭化水素ガスの熱分解を抑制する効果がある。

【００２７】Ｃ＋Ｈ₂ Ｏ→ ＣＯ＋Ｈ₂ （吸熱）・・・（３）酸素含有ガスを導入する時期は、乾留中の全期間とする
のがカーボンの析出、付着の抑制に関しては最も効果的
である。しかし、酸素含有ガスの導入によるコークス炉
ガスの発熱量の低下等も考慮すると、炭化室の上部空間
におけるカーボンの析出、付着の抑制を主とする場合、
炭化水素ガスの発生量の多い乾留前半においてのみ導入
し、上昇管の内壁に付着したカーボンのみを除去したい
場合は、乾留後半に集中して導入する等、目的に応じて
適宜導入時期を変更すればよい。

【００２８】酸素含有ガスの導入は、図１に示したよう
に、上昇管に酸素含有ガス導入パイプ２を設けておき、
ポンプ等を用いて吹き込む方法を採用するのが好まし
い。しかし、上昇管に通常設置されている炉内圧を調整
するための安水噴霧設備から高圧安水を噴霧して炉内圧
を低下させ、上昇管に空気導入用の孔を設けておいて、
その孔を通して空気を自然吸引する方法等を用いてもよ
い。

【００２９】酸素含有ガスを導入する上昇管は、カーボ
ン付着量の多い方とするのが好ましい。そうすることに
よって、上昇管での熱回収を効率よく行い、また、付着
カーボンと酸素との反応（前記（１）式の反応）による
ＣＯ₂ の発生量をとり増大させることができる。ただ、
通常操業においては、乾留終了の都度そのような判断を
行わず、１回の乾留が終了する毎に酸素含有ガスを導入
する上昇管とコークス炉内のガスを吸引する上昇管とを
取り替え、同様の操業を行えばよい。

【００３０】なお、コークス炉をダブルメーンとし、二
つの上昇管を使ってガスを吸引する方が一つの上昇管の
みで吸引するシングルメーンの場合よりも炉内圧を低く
でき、炉蓋等からのガス漏れを抑制できるが、装炭後の
数十分はダブルメーンの炉であってもガス漏れが生じや
すい。したがって、初期炉内圧を低下させるために、乾
留開始後１時間程度は両方の上昇管を用いてガス吸引を
行い、その後、片側の上昇管から酸素含有ガスを導入
し、もう一方の上昇管でガス吸引を行えば、ガス漏れの
問題は起こらない。

【００３１】上記（１）のコークス炉の操業方法によれ
ば、例えば、上昇管に酸素含有ガス導入用のパイプ等の
簡便な設備を付加するだけで、カーボンの付着を抑制し
つつコークス炉の操業を行うことができる。

【００３２】図２は、上記（２）のコークス炉の操業方
法を実施するための熱媒体流通管を備えた上昇管の一例
の縦断面図である。図示するように、上昇管１の内壁に
熱媒体を流通させるための熱媒体流通管５が配設され、
熱交換器７と接続されており、熱媒体を循環ポンプ６で
循環させることにより、コークス炉ガスが有する顕熱を
回収することができる。

【００３３】このような上昇管を有するコークス炉を用
いて上記（１）の方法で操業を行えば、カーボンの付着
を抑制しつつコークス炉の操業を行うとともに、前述し
たように、炭化室で発生するガス（コークス炉ガス）の
顕熱に加え、前記の（１）式で発生する付着カーボンの
燃焼熱も回収することが可能となる。

【００３４】

【実施例】図３に示す、炉高３ｍ、炉幅０．４５ｍ、炉
長１ｍの試験コークス炉に、内壁に熱電対８を埋設した
上昇管１を２本取り付け、そのうちの１本の上昇管１の
管路を閉止するための縁切りバルブ３と空気を導入でき
る酸素含有ガス導入パイプ２を取り付け、乾留試験を実
施した。なお、上昇管１内へ導入する酸素含有ガスとし
ては、空気を使用した。

【００３５】表１に、試験に使用した石炭の性状を示
す。

【００３６】

【表１】

【００３７】上記の試験コークス炉に、表１に示した性
状の石炭９３０ｋｇを装入し、炉温１３５０℃で乾留し
た。

【００３８】試験結果を表２に示す。同表において、本
発明例１は、試験コークス炉内に付着しているカーボン
を取り除いた後、まず、１回目の乾留では、通常操業と
同様、上昇管１内への空気の導入は行わずに、両上昇管
からコークス炉発生ガスを排出しながら１７．１時間乾
留した後、コークスケーキを排出し、それに続く２回目
の乾留では、縁切りバルブ３により一方の上昇管からそ
れに接続されたコークス炉発生ガスの燃焼塔（図示せ
ず）への管路を閉止し、乾留の全期間にわたって、その
上昇管の上部から２Ｎｌ（リットル）／ｍｉｎで空気を
導入するとともに、他方の上昇管からガスを吸引した場
合である。

【００３９】本発明例２は、本発明例１の場合と同様の
操業を行ったが、上昇管１の上部からの空気の導入量を
５Ｎｌ／ｍｉｎとした場合である。

【００４０】また、比較のために行った従来例では、試
験コークス炉内に付着しているカーボンを取り除いた
後、上昇管からの空気の導入を行わず、両上昇管からコ
ークス炉発生ガスを吸引しながら１７．１時間の乾留を
２回実施した。

【００４１】上記の各方法で乾留試験を実施した後、両
上昇管および炭化室上部の内壁に付着したカーボン量を
目視で観察した。また、空気の導入を実施した２回目の
乾留中における両上昇管の温度を測定した。従来例の場
合は、２回目の乾留中の温度を測定した。

【００４２】表２に示したように、本発明例１では空気
導入側の上昇管内壁へのカーボン付着は全く認められな
かったが、炭化室上部およびガス吸引側の上昇管内壁に
は少量のカーボンの付着が認められた。これに対して、
従来例では、空気導入側およびガス吸引側の両上昇管な
らびに炭化室上部のいずれにも多量のカーボンの付着が
認められた。

【００４３】また、本発明例１では、乾留中の上昇管の
温度（平均温度）は従来例の場合に比較して高かった。
これにより、熱回収を行う場合、従来例より多くの熱の
回収が可能であることがわかる。

【００４４】一方、本発明例２では、空気導入側および
ガス吸引側の両上昇管ならびに炭化室上部のいずれにお
いてもカーボンの付着は認められなかった。また、乾留
中の上昇管の平均温度は本発明例１の場合と同様、従来
例に比較して高かった。

【００４５】

【表２】

【００４６】

【発明の効果】本発明の方法によれば、ダブルメーンを
有するコークス炉で操業を行う際、上昇管に簡便な設備
を付加するだけで、カーボンの付着を抑制しつつコーク
ス炉の操業を行うことができる。また、上昇管での熱回
収を行う場合、付着カーボンの燃焼熱も回収することが
できるので、好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を実施するためのコークス炉の要
部の一例を示す図で、炭化室の長さ方向の縦断面図であ
る。

【図２】熱回収を行う本発明の方法を実施するための上
昇管の一例を模式的に示す図である。

【図３】実施例で使用した試験コークス炉の長さ方向の
縦断面図である。

【符号の説明】

１：上昇管２：酸素含有ガス導入パイプ３：縁切りバルブ４：装入孔５：熱媒体流路６：熱媒体循環ポンプ７：熱交換器８：熱電対

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ダブルメーンを有する室炉式コークス炉の
操業方法であって、乾留中に、片側の上昇管の集気本管
への導通を遮断して上昇管内に酸素含有ガスを導入し、
他の側の上昇管からコークス炉内のガスを吸引すること
を特徴とするコークス炉の操業方法。
【請求項２】上昇管内に熱媒体流通管を設置し、管内に
熱媒体を流通させて熱交換器で熱回収を行うことを特徴
とする請求項１に記載のコークス炉の操業方法。