JPS58129086A - コ−クス炉ガスの顕熱回収方法 - Google Patents

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】 本発明は、コークス炉ガスの顕熱回収方法の改良に関す
るものである。

一般に石炭をコークス炉に装入してコークスを作る際に
副生ずるコークス炉ガスはコークス炉頂部にある上昇管
を通り、上昇管出口曲管部で多量の安水をスプレーする
ことによって急冷され、集気管であるドライメーンに集
められ、さら（ニオフテークメーン、サクションメーン
によってプライマリクーラーに導ひかれ冷却され、コー
クス炉系外に送出され、ガス中の有用成分を回収したの
み、製鉄所内のガス燃料として消費されている。

しかしながら、約７５０Ｃの高温度で排出されてくるコ
ークス炉ガスの保有顕熱については、その熱量が膨大で
あるにもかかわらず、従来、実用的な回収がなされてい
なかった。従来の安水循環によるコークス炉ガス冷却シ
ステムでは、安水循環系統の温度レベルが８０Ｃ程度で
あり、この熱を例えば発電に利用することは、発電プラ
ントのサイクル効率が低すぎて採算性が悪く困難であっ
た。

一方、コークス炉の温度レベルは７５０Ｃと非常に高（
、コークス炉ガスの冷却に高沸点の媒体を用い、これを
例えば発電プラントに利用すればサイクル効率が高く、
採算性の良いプラントを計画することができる。しかし
高沸点媒体を循環すれば、ドライメーンから後流設備へ
導かれるコークス炉ガス温度が上昇し回収熱量が低下す
る欠点がある。

一方、コークス炉ガスが保有している顕熱を回収するこ
とを目的として、上昇管部において高沸点油、具体的に
はコークス炉ガス中に含まれるタールをスプレーして、
高温のコークス炉ガスを冷却すると共に、コークス炉ガ
スの保有している顕熱をタールに移行せしめ、さらに、
このタールと水あるいは発電プラントの有機熱媒体と熱
交換して、水蒸気あるいは電力としてコークス炉ガスの
保有する顕熱を回収するようにした技術が、例えば特開
昭５２−１４８５０４号、特開昭５２−１４８５０５号
、特開昭５２−１４８５０６号公報に開示されている。

これらの技術は、タールを高温コークス炉ガスとの間の
熱交換媒体とすることによって、気液両流体の平衡温度
を１６０Ｃ以上に保持し得ることを利用して、工業的に
コークス炉ガスが保有する顕熱を回収し得るシステムと
したものであるけれども、タールを循環せしめるこれら
の技術にあっては、タールが固着するという問題があり
実際的でなかった。

本出願人は重質タールを熱交換媒体とするときのタール
固着の問題を生ぜしめない温度領域で、重質タールを熱
交換媒体として機能せしめ得るシステムとすることによ
って、工業的に実用できる技術を完成させ、先に提案し
た。

その要旨は、コークス炉のガス上昇管出口曲管部よりド
ライメーン、オフテークメーン、サクションメーンに至
るコークス炉ガス流路ζ二おいて、上昇管出口曲管部お
よびドライメーンに重質タールを噴射するスプレーノズ
ルを設けて第１冷却ゾーンを構成するとともに、オフテ
イクメーン或はサクションメーンに安水を噴射するスプ
レーノズルを設けて第２冷却ゾーンを構成し、前記第１
冷却ゾーンにおいて、例えば１１０〜１３０Ｃの重質タ
ールをスプレーしてコークス炉ガスと重質タール間で熱
交換して、コークス炉ガスを２２０Ｃ以下、好ましくは
１６０〜１８０Ｃの温度に冷却するとともに、重質ター
ルを１４０〜１６０Ｃに加熱昇温せしめ、次いで第２冷
却ゾーンにおいて、例えば５６Ｃの安水をスプレーして
安水とコークス炉ガス間で熱交換し、コークス炉ガスを
さらに降温せしめると共に、安水を例えば６６ｒに加熱
昇温せしめ、この昇温した安水とフロンなど低沸点の発
電用作動流体間で熱交換して、作動流体を予熱昇温せし
めるとともに安水を降温せしめて、第２冷却ゾーンに循
環せしめ、次いで、予熱された発電用作動流体と第１冷
却ゾーンにおける熱交換によって昇温した重質タールと
の間で熱交換して、作動流体をさらに昇温せしめて蒸気
として、これを発電用タービンに導いてタービンを駆動
すると共に、発電用作動流体との間で熱交換した後の重
質タールを第１冷却ゾーンに循環せしめることを特徴と
するコークス炉ガスの顕熱回収発電方法にある。

詳しくは、コークス炉炭化室より上昇管を通ってドライ
フロンに集合されたガスは、まず上昇管出口曲管部およ
びドライフロンに設けられたスプレーノズルより噴霧さ
れる重質タールにより、２２０Ｃ以下、好ましくは１６
０〜１８０Ｃに一次冷却されると共に、１１０〜１３０
Ｃの重質タールは１４０〜１６０Ｃに加熱される。

この場合、噴霧される重質タールの粘度が重要である。

粘度が高すぎると噴霧することが不可能となるか、ある
いは噴霧ノズルおよび配管での固着や圧力損失が著しく
増大する結果、高圧を要することになり重質タールの噴
霧のために多大の電力を消費することになる。したがっ
て噴霧される重質タールの粘度は１００　ｃｐ以下がの
ぞましい。

重質タールの粘度はコークス炉ガスの１次冷却温度に依
存する。すなわち１次冷却瀧度が高くなるにしたがい粘
度は増大する。第１図にコークス炉ガス１次冷却温度と
重質タール粘度の関係を示す。図中Ａは噴霧不能領域、
Ｂは噴霧可能領域を示す。

重質タールの粘度を１００　ｃｐ以下にするためには、
コークス炉ガス１次冷却温度を２２０Ｃ以下にする必要
があり、広い温度領域で１００ｃｐ以下の粘度を示すコ
ークス炉ガス１次冷却温度１６０〜１８０Ｃが好ましい
。

つぎに２２０Ｃ以下、好ましくは１６０Ｃ〜１８０Ｃに
１次冷却されたコークス炉ガスは、オフテークフロンも
しくはサクションフロンに設けられたスプレーノズルよ
り噴霧される安水により、更に２次冷却されるとともに
安水は６０〜７０Ｃに加熱される。

前記加熱された安水は、発電用作動流体と熱交換し、発
電用作動流体を予熱し、予熱された発電用作動流体は、
前記加熱された重質タールと熱交換して蒸気となり、タ
ービン発電機に導びかれ発電に用いられる。その後凝縮
器で冷却され再使用されるものである。

この方法では、第１冷却ゾーンのタールでの回収熱が８
５％で第２冷却ゾーンの安水での回収熱が１５％であり
、タールでの熱回収が主体である。

そして上記第１冷却ゾーンでの熱媒体である循環タール
は、コークス炉ガスとの直接接触による熱交換であるが
故に、ｂ次ガス冷却温度が高すぎると、直接熱交換後の
循環タールの温度が高くなりすぎ、タール中の軽質留分
が減少し、その粘度が著しく上昇してノズルから噴霧す
ることが不可能になったり、循環配管での固着現象や圧
力損失が著しく増加し、多大の電力を消費することにな
る。

従ってコークス炉ガスとの直接熱交換後の循環タールの
温度上昇は、実質的に１６０Ｃ（第１冷却ゾーンで冷却
されたコークス炉ガス温度は１８０ｔｒ）となり、まだ
温度ポテンシャル、いいかえるとタール温度のドライビ
ングホースや伝熱係数が低く、タール／被加熱流体熱交
換器でフロン、水等の被加熱流体と熱交換する際に、上
記熱交換器の伝熱面積を増大させる必要が生じ、設備コ
ストが上昇し、採算性を悪くしたり、被加熱物の加熱温
度が実質的に１５０ｃ以下に制約され、例えばフロンを
蒸１発しタービンを駆動させる場合、まだサイクル効率
が悪く電力回収量も少ない。

またタールと被加熱物との間接熱交換後、スプレーノズ
ルで噴霧するタール温度が低すぎることも、タールの粘
度上昇を招き、圧力損失増大による電力消費増大の欠点
が生じるので、循環タールの温度下限は実質的に１１０
Ｃとなる。

このようにコークス炉ガスの（７５０Ｃ〜１８０Ｕ）分
の顕熱を（１６０ｔ：’〜１１０Ｃ）分のタール顕熱と
して回収するものであるから、循環タールの上下限温度
の制約は循環タール量の増大を招き、循環設備コスト、
電力消費を増大する。

本発明は被加熱流体と熱交換する循環タールの温度ポテ
ンシャルを高めて被加熱物との熱交換落差を大きくし、
また循環タールの粘度を低下せしめてタール循環設備コ
スト並びに被加熱物と熱交換する熱交換設備コストを低
減すると共に、例えばコークス炉ガスの顕熱を電力とし
て回収する場合、その回収電力をｌＯ％以上向玉せしめ
ることができるコークス炉ガスの顕熱回収方法を提供す
るものである。

本発明は、循環タールのコークス炉ガスとの直接熱交に
よるコークス炉ガスの冷却法では、第１図に示す如くガ
ス冷却温度が高くなるにしたがって、いいかえると直接
熱交後のタール温度が高くなれば高くなるほど、タール
の粘度が増大し、循環が困難となるが、循環タールのコ
ークス炉ガスとの間接熱交によるコークス炉ガスの冷却
法では、第１図に示す如くタール温度を高めるに従って
、粘度が低下する傾向を示す点に着目すると共に、第１
図に示す重質タールの粘度は、ガス冷却温度（冷却ゾー
ン出口のコークス炉ガス温度）のみによって決まる、即
ち冷却ゾーン入口のコークス炉ガス温度によって、はと
んど変化せず一定であるという知見にもとづきなされた
ものである。

即ち本発明の要旨は次の通りである。コークス炉のガス
上昇管より曲管部、ドライメーン、オフテイクメーン、
サクションメーンに至るコークス炉ガス流路において、
上昇管や曲管部の空間を利用して、コークス炉ガスと重
質タールとが間接熱交する間接熱交換器を上昇管或は上
昇管と曲管部に設けて第１ガス冷却ゾーンを構成し、上
昇管曲管部及びドライメーンに重質タールを直接噴射す
る重質タールスプレーノズルを設けて第２ガス冷却ゾー
ンを構成し、更にオフテイクメーン或はサクションメー
ンに安水を直接コークス炉ガスに噴射する安水スプレー
ノズルを設けて第３冷却ゾーンを構成する。

この第２ガス冷却ゾーンにおいて、低くとも１１０Ｃの
重質タールをスプレーしてコークス炉ガスと重質タール
間で直接熱交換して、コークス炉ガスを１６０〜１８０
Ｃの温度に降温せしめると共に、重質タールを約１６０
Ｃ迄加熱昇温せしめ、この重質タールを第１ガス冷却ゾ
ーンへ供給し、第１ガス冷却ゾーンでコークス炉ガスと
間接熱交換して、コークス炉ガス中のタール分が、多量
に凝縮しない温度領域の３５０〜５００Ｃ迄、コークス
炉ガスを冷却すると共に、重質タールを加熱昇温する。

第２ガス冷却ゾーンで冷却されたコークス炉ガスは、更
に第３ガス冷却ゾーンに於て、安水を直接噴霧して安水
とコークス炉ガス間で熱交換し、降温されると共（二安
水を加熱昇温せしめる。この昇温した安水と被加熱流体
とを熱交換して、被加熱流体を予熱昇温せしめると共に
、安水を降温せしめて第３ガス冷却ゾーンに循環させる
。

次いで予熱された被加熱流体と、前記第２及び第１ガス
冷却シー／における熱交換によって昇温した重質タール
との間で熱交換して、被加熱流体を加熱すると共に、熱
交換後の重質タールを、第２ガス冷却ゾーンを通って第
１ガス冷却ゾーンに循環せしめることを特徴とするコー
クス炉ガスの顕熱回収方法にある。

次に第２図を参照しつつ本発明の実施例について説明す
る。

コークス炉において、石炭乾留時に発生する７５０Ｃの
コークス炉ガスは、上昇管１、上昇管出口曲管部２を経
てドライメーン３に集められる。上昇管１には間接熱交
換器４が設けられ、上昇管出口曲管部２およびドライメ
ーン３の各所にハ、重質タールスプレーヘッダー５に連
結したスプレーノズル６が設けられると共に、ドライノ
ーン３下面Ｃ二接続した管７、スラッジ除去器８、ポン
プ９および間接熱交換器４の下部に接続した管１０より
なる重質タール供給路１１が設けられ、コークス炉ガス
中に、前記ノズル６より噴霧され、コークス炉ガスを冷
却すると共に加熱された加熱重質タールが、上記間接熱
交換器４へ供給されるようになっている。

本実施例では、前記スプレーノズル６より１１０Ｃの重
質タールが噴霧され、コークス炉ガスは１８０ｔｌ：冷
却されるとともに、重質タールは１６０Ｃに加熱される
。重質−タール供給路１１を通って、間接熱交換器４へ
供給された１６０Ｃの重質タールは、７５０Ｃのコーク
ス炉ガスと間接熱交して、ガスは４５０Ｃ１−冷却され
ると共に、重質タールは２３０ｃに加熱される。このよ
うに１次及び２次冷却されたコークス炉ガスは、オフテ
ークフロン１２に１８０１？で入る。

オフテークフロン１２には安水スプレーノズル１４を有
する安水スプレーゾーン１３が設けられ、コークス炉ガ
ス中にノズル１４より７０ｃの安水が噴霧され、コーク
ス炉ガスは８ｏｃに冷却されると共に安水は８０Ｃに加
熱される。３次冷却されたコークス炉ガスはサクション
フロン１５に入り、以降プライマリ−クーラー、化成工
場を経てガス燃料に供される。

ｔ’Ｊｔタールは、２３０ｔｌ’で管１６を経てフロン
蒸発器１７に入り、発電用作動流体であるフロン１１を
蒸発させるとともにｌｌ０Ｕに冷却され、管Ｉ８、管１
９をへて再びコークス炉ガス冷却に使用される。またガ
ス冷却により、高温ガス中の重質タール分が凝縮して、
冷却用重質タールが増量するので、管加より一部抜出さ
れる。

安水は８０Ｃで管２１、軽質タール分離器量、ポンプ乙
、管２４をへてフロン予熱器２５（二人り、発電用作動
流体であるフロン′１１を予熱すると共に７０１Ｔに冷
却され、管２６をへて再びコークス炉ガス冷却に使用さ
れる。一方発電用作動流体であるフロン１１は、２５Ｃ
でフロン予熱器５に入り、フロン蒸発器１７をへて、１
２０Ｃの蒸気となり、管２７をへてタービン発電機路へ
導かれ、電力の製造に用いられる。その後、フロン凝縮
器２９で冷却水（−よって冷却され、２５Ｃの液体とな
り、管（資）、ポンプ３１、管３２をへて再びフロン予
熱器５に入る。

なお本実施例では１６０Ｃのタールを上昇管間接熱交で
２３０Ｃに加熱するに際して、伝熱面積の関係から２本
の上昇管の間接熱交換器をシリーズに流通するようにな
している。

第１表は本発明によるコークス炉ガスの顕熱回収方法を
前述のフロンタービン発電プラントに適用した結果を示
したものであり、比較法としてタールの上昇管間熱熱交
を省略したコークス炉ガスの顕熱回収方法（二よる結果
を併記したが、本発明によれば出力増加が実現されてい
る。

第　　１　　表 本発明の特徴は曲管部及びドライメーンでコークス炉ガ
スと直接接触させ、１１０Ｃの重質タールを１６０Ｃま
で温度上昇させたのち、更にこの重質タールを上昇管に
おいてコークス炉ガスと間接熱交換させることにある。

このように間接熱交換を行なうことによって、重質ター
ル中の軽質留分のコークス炉ガス中への蒸発分離がなく
、循環タールの粘度を上昇させることなく、重質タール
の温度を１６０Ｃ以上に上昇させることができる。

この間接熱交換により、第２ガス冷却ゾーン入口のコー
クス炉ガス温度が７５０Ｃ以下に低下しており、１１０
ｔ：’の重質タールと熱交換すべき熱負荷が減少してい
るので重質タールの噴霧流量即ち循環流量を低下するこ
とができる。

ちなみに実施例では、比較例の約１乃に減少しており、
スラッジ分離器、配管、循環ポンプ等の設備費、自己消
費電力が減少する。なお上昇管間接熱交で、１６０ｔ：
’以上に加熱してもタールの粘度が上昇しないのは間接
熱交換部での重質タールの温度上昇によって重質タール
中の軽質留分が発生しようとするが、配管系ノズルの圧
力抵抗にみあう圧力が、はぼ軽質留分の飽和圧力以上に
相当して、軽質留分の蒸発分離がないからである。

本発明では重質タールの循環噴霧可能な粘度で１６０Ｃ
以上に重質タールを温度上昇できるから、この加熱ター
ルで被加熱流体を加熱する場合、被加熱物との温度差が
大きくなり、熱交換器での伝熱量（回収熱量）を一定と
する場合、熱交換器の伝熱面積を少なくでき熱交換器の
費用を減少できる。

例えば実施例の作動熱媒体として、フロンを使用し電力
回収する場合、比較例の回収電力を本発明法で得るとき
タール・フロン熱交換器の投資額は大巾に減少できる。

逆にタール・フロン熱交換器の伝熱面積を一定とした場
合は、サイクル効率が向上でき表で示す如く約１．２倍
の回収電力を得ることができる。

またタール温度が１６０Ｃ以−トになることによって、
循環タールの粘度が低下し、この粘度低下によって、タ
ールの伝熱係数が増加し、例えばタール温度１６０Ｃに
比して、タール温度２３０Ｃでは約２倍となり、タール
・フロン熱交換器における総括伝熱係数が大きくなり、
熱交換器の伝熱面積の減少もしくは回収電力向上効果を
得るという相乗効果もある。

以上述べた様に、本発明ではコークス炉ガスの顕熱の主
体を、コークス炉ガス中に噴霧した重質タールとの直接
熱交換によって重質タールに移して、この重質タールの
熱をフロン、水等の被加熱物に移して、この重質タール
を再度コークス炉ガスとの直接熱交換に循環使用する顕
熱回収方法において、上記重質タールを循環、噴霧する
ために、実質的に１６００に制約されていた循環重質タ
ールの上限温度を直接熱交換後の重質タールを、上昇管
部等のコークス炉ガスの高温側で間接熱交することによ
り、１６０Ｃ以上の高温にして、しかもこの高温重質タ
ールを循環噴霧することができ、重質タール循環系、被
加熱物との熱交換器の設備費を減じてコークス炉ガスの
顕熱を有効に回収することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はコークス炉ガス冷却温度と重質タール粘度の関
係図、第２図は本発明の詳細な説明図である。 ｌ・・・上昇管　　　　　　２・・・曲管部３・・・ド
ライメーン　　　４・・・間接熱交換器５・・・重質タ
ールスプレーヘッダー ６・・・スプレーノズル　　７・・・管８・・・スラッ
ジ除去器　　９・・・ポンプ１０・・・管　　　　　　
　　　１１・・・重質タール供給管１２・・・オフテー
メーン　　１３・・・安水スプレーゾーン１４・・・安
水スフレーゾーン　１５・・・サクションメーン１６・
・・管　　　　　　　　１７・・・フロン蒸発器１８・
・・管　　　　　　　　１９・・・管側・・・管　　　
　　　　　２１・・・管２２・・・軽質タール分離器　
　ｎ・パポンプ２４・・・管　　　　　　　　５・・フ
ロン予熱器２Ｇ・・−管　　　　　　　　２７・・・管
路・・タービン発電機　　２９・・・フロン凝縮器：ダ
〕・・管　　　　　　　　３１・・・ポンプ；３２・・
・管 亭１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. コークス炉のガス上昇管より曲管部、ドライメーン、オ
   フテイクメーン、サクションメーンに至るコークス炉ガ
   ス流路において、上昇管或は上昇管と曲管部にコークス
   炉ガスと重質タールとが間接熱交換する間接熱交換器を
   設ζ九で第１ガス冷却ゾーンを構成し、上昇管曲管部及
   びドライメーンに重質タールを直接コークス炉ガスに噴
   射する重質タールプレーノズルを設けて第２ガス冷却ゾ
   ーンを構成し、更にオフティクメーン或はサクションメ
   ーンに安水を直接コークス炉ガスに噴射する安水スプレ
   ーノズルを設けて第３ガス冷却ゾーンを構成し、前記第
   ２ガス冷却ゾーンにおいて、重質タールをスプレーして
   コークス炉ガスと重質タール間で直接熱交換して、コー
   クス炉ガスを２２０ｃ以下好ましくは１６０〜１８０Ｃ
   の温度に降温せしめると　　“共に、重質タールを加熱
   昇温せしめ、更に前記第１ガス冷却ゾーンにおいて、加
   熱重質タールとコークス炉ガスと間接熱交換して、コー
   クス炉ガスをガス中のタール分が多量に凝縮しない温度
   域迄冷却すると共に加熱重質タールを加熱昇温せしめ、
   又、第３ガス冷却ゾーンにおいて安水をスプレーして、
   安水とコークス炉ガス間で熱交換し、コークス炉ガスを
   更に降温せしめると共に安水を加熱昇温せしめ、この昇
   温した安水と被加熱流体とを熱交換して、被加熱流体を
   予熱昇温せしめると共に、安水を降温せしめて第３ガス
   冷却ゾーンに循環せしめ、次いで予熱された被加熱流体
   と前記第２及び第１ガス冷却ゾーンにおいて、加熱昇温
   せしめた重質タールとの間で熱交換して被加熱流体を加
   熱すると共に、被加熱物と熱交換したのちの重質タール
   を、第２ガス冷却ゾーンを通って第１ガス冷却ゾーンに
   循環せしめることを特徴とするコークス炉ガスの顕熱回
   収方法。