JPS5825392B2 - コ−クス「か」焼法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ディレードコークス化法により得られるグリ
ーンコークスの燻焼法に関し、特に黒鉛電極の製造に適
するような高品位コークスを高い熱効率で製造する方法
に関する。

接触分解残油、熱分解残油、直留残渣油、熱分解タール
等の石油系重質油、コールタールピッチ、あるいはこれ
らの混合物を原料油として、ディレードコークス化法に
よりグリーンコークスを製造することが知られている。

このようにして生成したグリーンコークスは、依然とし
てかなりの水分ならびに揮発分を含有する。

したがって、グリーンコークスから水分ならびに揮発分
を除去し、かつ高密度化して製鋼用、またはアルミ製錬
用その他の電極材料、あるいはその他の成形用炭素材料
として適する熱膨張係数の低い高密度の炭素材料とする
ために、このグリーンコークスを燻焼する方法が知られ
ている。

このようなグリーンコークスの燻焼は、従来、ロータリ
ーキルン、ロータリーバース、シャフトキルンなどの加
熱炉を用いて一段で、あるいは、これに予熱炉を設けて
二段で行われて来た。

しかし、本発明者らは既に、コークス燥焼における単位
過程を研究した結果、高品位コークスを効率的に製造す
るためには、一段ないしは二段の加熱炉では不充分であ
って、三段以上の加熱炉が必要であることを見出し、一
つのコークス燻焼法を開発しているＣ特開昭５４−１０
３０１号公報）。

すなわち、このコークス燻焼法はディレードコークス化
法により得られるグリーンコークスを燥焼する方法にお
いて、独立して温度制御ならびに雰囲気調節が可能な直
列に結合された少くとも３段の加熱炉を用い、各炉にお
いて以下の工程の−を順次行うことを特徴とするもので
ある： ａ）グリーンコークス中の水分を蒸発し、コークスを乾
燥・予熱する工程、 ｂ）乾燥コークスから揮発成分を留出・燃焼させる工程
、および Ｃ）工程ｂ）からのコークスを加熱・燻焼する工程。

しかし、本発明者らによれば、この方法により得られる
燥焼コークスは、特に高品位であることを要求される人
造黒鉛電極用コークスとしては必ずしも完全に満足な性
質を有するものではない。

すなわち、人造黒鉛電極用コークスに要求される最も重
要な性質である高密度、低熱膨張性において未だ改善の
余地がある。

一方、本発明者らの属する研究グループは、コークス燃
焼の中間過程における冷却が、燃焼コークスの熱膨張係
数を低下し、また密度、特に真密度を上昇する上で非常
に有効なことを知見し、一つの高品位コークスの製造方
法を既に開発している。

すなわちこのコークス燃焼法は、ディレードコークス化
法により得られるグリーンコークスを、先ず通常の燃焼
温度より低い温度範囲で燃焼し、一旦冷却した後、再び
通常の燃焼温度範囲で燃焼を行うことを特徴とするもの
である（特公昭５３−３５８０１号公報）。

中間冷却ｌこより燃焼コークスの熱膨張係数が低下する
理由は必ずしも明らかではないが、６００〜１０００℃
まで加熱したのち、中間冷却し、また再加熱する過程で
コークス中に微小なりラックが発生し、このクラックが
加熱による膨張を吸収して、コークス全体としての熱膨
張係数を低く抑えるものと考えられる。

また真密度の上昇は、上記温度範囲で中間冷却すること
により、揮発分の急激な発生ならびにその結果としての
多孔質構造の形成が抑制されるためと考えられる。

したがって、この考え方を上述の特開昭５４−１０３０
１号公報の方法（以下、旧三段法という）に適用する、
すなわち上述の旧三段法において工程ｂ）からの予備燃
焼コークスを一旦冷却して、再度工程Ｃ）で燃焼する、
ことにより更に高品位の燃焼コークスが得られΦように
も思われる。

しかし事はそれ程簡単ではない。

何故ならば、工程ｂ）からの予備燃焼コークスを一旦冷
却し、再度工程ｂ）からの出口温度に上げ、更に最終燃
焼に必要な熱量を与えるためには、■程Ｃ）の加熱炉の
負荷が膨大なものとなり、しかもこの負荷の増大により
得られる排ガスの顕熱は全燃焼系内で消費不可能な程度
になるからである。

このように旧三段法の、上述した特公昭５３〜３５８０
１号公報の中間冷却を伴う二段燃焼法への適用は現実的
でないと考えられていた。

しかし本発明者らが更に研究した結果、上述した旧三段
法の工程ｂ）において、発生する揮発分の燃焼を極力抑
制し、工程ｂ）からの排ガスを従来のごとく工程ａ）で
のコークスの乾燥予熱用ガスとして使用するのではなく
、工程Ｃ）に導入して燃焼させてコークスの最終燃焼の
ための熱源として利用すれば、たとえ工程Ｃ）の熱負荷
が増大しても全体として排ガスの顕熱はそれほど増大す
ることなく、系内で充分利用可能となり、また工程ｂ）
での揮発分の燃焼を抑制することによって二段燃焼法の
最も重要な点である工程緩の燃焼コークス出口温度の調
節が一層容易となることが見出された。

そして、工ｗｂ）での揮発分の燃焼を抑制するためには
、工程ｂ）での予熱燃焼に必要な熱量を与えるための燃
料の燃焼に必要最小限な量の空気のみを導入して系内を
非酸化雰囲気に保てば良い。

本発明は、このような知見ｔこ基づき、中間冷却を伴う
二段塊法の工業的実施を可能にすることを目的とするも
のである。

すなわち、本発明のコークス燃焼法は、ディレードコー
クス化法により得られるグリーンコークスを燃焼する方
法において、独立して温度抑制ならびに雰囲気の調節が
可能な直列に結合された少くとも３段の加熱炉を用い、
各炉においてａ）グリーンコークス中の水分を蒸発させ
、コークスを乾燥し、予熱する工程、 ｂ）実質的に非酸化性の雰囲気において乾燥コークスか
ら揮発成分を留出させつつ予備燃焼する工程、および Ｃ）工程ｂ）からの揮発成分を燃焼させ、コークスを燃
焼する工程 の−を順次に行い、且つ工程ｂ）からのコークスを一旦
冷却後に工程Ｃ）に導入することを特徴とするものであ
る。

以下、本発明を一例について図面を参照しつつ更に詳し
く説明する。

図面は加熱炉としてロータリーキルンを用いる例を示す
ものである。

なお以下に述べる諸数値も典型的な例を示すものであり
、特に温度ならびに滞留時間は一つのめやすとなる範囲
を示すもので、グリーンコークスの性状ならびに目標と
す４燗焼コークスの性状に応じて適宜変更することは勿
論可能である。

第１図に従い、ディレートコ−キング法により得られた
グリーンコークスは粒度調整して、一例として３メツシ
ュ下約２５％、３メツシュ上約７５％、最大粒径７０ｍ
ｍ以下としたのち、原料供給設備１を通じて乾燥・予熱
用キルン２に導入される。

原料供給設備１はホンパーシュートを直接にキルン上端
面から挿入する形式のものでもよいが、気密をより良好
に保つためには、たとえば第２図ａ、ｂに示すように、
シール機構を備えた原料供給設備が好ましくは用いられ
る。

すなわち、コンベアｌａ、ホッパーシュート１ｂを通じ
てキルン上端部２ａに近いキルン本体２ｂの側面にキル
ンより大径に増付けた環状原料だめ１ｃに原料コークス
を導入し、この環状原料だめ１Ｃ内のたとえば４カ所に
キルン本体２ｂ内に通じるトラフ１ｄを設け、これを通
して原料コークスをキルン内に装入する。

ホッパーシュート１ｂの内部には、電動の二重ダンパ１
ｂ ａ 、１ ｂ ｂが備えられ、これを交互に開閉
することにより気密を維持しつつ原料コークスを導入す
る。

一方、環状原料だめ１Ｃのキルン上端部２ａ側開口面は
、ホッパーシュート１ｂとともに固定された例えばステ
ンレススチール製のシールプレート１ｅによって閉鎖さ
れ、このシールプレート１ｅは、円周上数カ所（１カ所
のみ図示）に設けられた梃子１ｆおよびカウンターウェ
イト１ｇによって環状原料だめ１ｃの回転を妨げない程
度にこれを押し付けられ気密を維持する。

シールプレーＨｅの追随性を良くするために、円周状の
数カ所（２カ所のみ図示）を、スプリングサポーＮｈで
支持する。

一方、キルン本体の上端部２ａは、固定ケーシング２０
内に挿入され、その回転が可能な状態でシールされる。

キルンからの廃ガスは、このケーシング２０を通り、ダ
クト２１を通してキルン外に抜き出させる。

グリーンコークスの典型的な性状は、水分７〜１０％（
重量％、以下同じ）、揮発分６〜１０％（ＪＩＳＭ８８
１２）、見掛密度０．８０〜０．９５ｇ／ｃ１１ｔ、で
ある。

キルン２内で、後述する最終燥焼用キルン４からダクト
５を通じて導入された熱ガス（温度約９００〜１２００
℃により、グリーンコークスを３００〜４００℃まで加
熱して、水分を蒸発させるとともに、コークスを予熱す
る。

キルン２の傾斜角は１．２〜３．０程度とし、滞留時間
１０〜３０分がとれるように内径、全長ならびに回転数
を選定する。

その一例を挙げれば、グリーンコークスの供給量１０
ｔｏｎ／ｈｒに対して内径２．３ｍ、長さ２０ｍ１回転
数０．５〜１．Ｏｒｐｍである。

キルン２を出た熱ガスは未だ約４００〜６０００Ｃの温
度をもっており、これをダクト６を通じて空気予熱器７
に導入し、ここで空気と熱交換して、自身は約２００〜
３００℃に冷却されてさらに煙突８を通じて系外に放出
されるとともに、空気を２００〜４００℃に予熱する。

この予熱空気は、配管９．９ａ、９ｂを通じて予備燃焼
キルン３の燃焼室１０および最終燃焼キルンの燃焼室１
１に導入される。

なお煙突８の基部には、空気導入口（図示せず）を設け
て、空気導入量を制御することにより、ここでの圧力を
たとえば一２０朋Ｈ２０に調節するか、また系内各部の
圧力バランスから要すれば排ガスの空気予熱器出口〜煙
突間のダクトに吸出し通風機を設置する。

乾燥予熱キルン２により３００〜４００℃に予熱された
コークスは、供給設備１２を通じて、予備燃焼キルン３
に導入されるキルン３では配管９ａからの予熱空気によ
りバーナー１３で燃料を燃焼させ、その熱でコークス７
５う揮発成分を留出させて、コークスを約６００〜１０
００℃まで加熱する。

この温度範囲は、コークス中の揮発分が逸散し、コーク
スの収縮が急激に起る温度範囲で、この範囲に予備燥焼
炉の温度を維持し、且つ制御することが、得られる製品
コークスの品質に重要な影響を与える。

供給設備１２は、原料供給設備１とほぼ同様のものが用
いられ通常はキルン３の入口端をキルン２の出口端の直
下に配置して重力によりキルン２からの予熱コークスを
導管を通じて直接キルン３の原料供給設備１２の二重ダ
ンパ付きホッパーシュート１２ｂ（図示せず、第２図ａ
、ｂの１ｂに相轟）に落下させるが、このような配置が
制約されるときは、キルン間移送のためにスチールベル
トコンベアー、移動式ホッパー等を用いてもよい。

燃焼室１０は、その燃焼ガス排出口がキルン出口端と直
結した構造のものが用いられる。

また、バーナー１３としては、任意の燃料ならびに形式
のものが用いられるが、なかでも短炎の空気予備混）会
式、すなわち燃料と燃焼用空気を均一に混合してからノ
ズル噴射して燃焼させる方式のガスバーナーが、コーク
スならびに揮発分の無駄な燃焼を防止する上で特に好ま
しい。

燃焼室１０に導入する配管９ａからの予熱空気の量は、
燃料の燃焼に必要な最小限からその１０％過剰までの範
囲に抑えてキルン３内を実質的に非酸化性雰囲気とし燃
料の燃焼を最小とする。

また、環状付着物の形成を防止するためにはキルン内面
の耐火断熱材表面に規則的あるいは不規則な突起（リフ
ター）を設け、コークスの攪拌、加熱を極力緊密にして
揮発分によってコークス粒が集合固着するのを防止して
環状付着物の形成を抑制するなどの方法を採る。

キルン３の傾き角は約１，２〜３．０とし、滞留時間は
３０〜９０分間程度が適当である。

燃焼空気とコークスの流動方向は、図示の向流の場合に
限らず、並流とすることもできる。

しかし熱効率を高め、中間領域で効率良く揮発分を留出
させ、しかもコークスの燃焼温度を調節するためには図
示のように向流とすることが好ましい。

次いで予備燃焼用キルン３により約６００〜１０００℃
まで加熱されたコークスはキルン３の抜出設備１４より
抜き出され、中間冷却部１５で放冷ないしは冷却水スプ
レー等による強制冷却を受けて室温〜２００℃、好まし
くは１００℃以下に冷却される。

冷却過程でのコークスの酸化を防止するために、冷却速
度は少くとも１００°Ｃ／ｈｒ以上とするのがよい。

冷却されたコークスは、原料供給設備１６を通して最終
燃焼キルン４に導入される。

一方、キルン４の燃焼室１１には、キルン３からの揮発
分を含む排ガスが配管１７を通じて導入され、配管９ｂ
からの予熱空気により燃焼して、その燃焼ガスによりキ
ルン４に導入されたコークスを燃焼温度の１２００〜１
５００℃まで加熱して燃焼する。

配管１７からの揮発分を含む排ガスを燃焼室１１で完全
燃焼させるために排ガスは配管９ｂにより導入される予
熱空気と燃焼室１１内部で直交させるように、あるいは
燃焼室１１内部で排ガスが渦流となるように吹込む等に
よって空気と充分混合させる。

また燃焼室１１には、通常の燃料燃焼用バーナー１８を
設け、スタートアップ時ならびに温度制御のための補助
的燃料加熱に用いる。

キルン４は、１．２〜３．０°傾斜され、コークスの滞
留時間は３０〜９０分であり、そのうち約１０〜約３０
分は燃焼温度におかれる。

燃焼コークスは燃焼室１１の前の抜出設備１９から製品
として抜き出される。

一方キルン４からの燃焼排ガスは、ダクト５を通って、
乾燥予熱キルン２に導入され、熱源として用いられる。

通常、抜き出したコークスは内部に冷却水のスプレーノ
ズルを設置したロータリーキルン型のクーラーに導入し
、水を直接散布して冷却するが必要に応じてガス冷却と
しても良い。

グリーンコークス１ ｔｏｎ当りの各部の流量ならびに
温度分布を例示すれば下表の通りである。

このようにして得られる燃焼コークスの性状と中間冷却
を行わないで得られる燃焼コークスの性状の一例を以下
に記す。

燃焼コークスを粉砕し、２００メツシユより大きい粒９
２％、２００メツシユより細かい粉８％を混合し、この
１００部に対してコールタールバインダーピッチ（軟化
点９０．３℃、ベンゼン不浴分１９．８％、キノリンネ
浴分４．４％、揮発分６２．７％、固定炭素５３．２％
）を２５部混合し、加熱ねつ合したのちモールド成形し
、１．ＯＯＯ’Ｃで焼成したもの、および２，６００℃
で黒鉛化したものから作成したテストピース（直径５ｍ
ｍ、長さ約５０ ａｍの丸棒）について３０〜１００℃
の範囲で測定したものである。

上記した例においては、３つの加熱炉にロータリーキル
ンを用いて行う場合を示した。

しかし、これらロータリーキルンの一部または全部をロ
ータリ−キルン、レトルト、シャフトキルンなとで置き
換えることもできる。

ただし予備燃焼炉および最終燃焼炉は、揮発分の燃焼を
抑制する点、コークスの均一な燃焼が可能である点、操
作の容易性などの点でロータリーキルンの使用が好まし
い。

また、３つの加熱炉を用いるのが、各戸の独立制御性を
保持した上での装置経済の観点から最も好ましい。

しかし、必要に応じて各工程を複数の炉に更に分割でき
るのはもちろんである。

上述した所から明らかなように、本発明のコークス燃焼
法によれば次のような利点が得られるものである。

（１）前述した特開昭５４−１０３０１号公報の三段法
の持つ各段の独立性を維持して、グリーンコークスの燃
焼の各工程を単独に制御して、高品質コークスを製造す
るための最適条件が実現でき、製品コークスの無駄な燃
焼が抑制される。

（２）中間冷却の採用により、黒鉛電極として使用する
のに最適な高品質のコークスが得られる。

（３）揮発分の燃焼熱を系内で有効利用するため、中間
冷却をするにも拘らず、全体としての燃料の使用量の増
加は、合理的な範囲に抑えられる。

たとえば、前記特開昭５４−１０３０１号公報の方法に
おいて、第２工程と第３工程の間で中間冷却する場合に
比べて燃料の使用量は約６０％削減することが可能であ
る。

このように、品質面では優れているものの経済的、特に
熱経済的な面での制約により実現が困難であった中間冷
却を伴う二段燃焼法を工業的に無理なく実現させたとこ
ろに本発明の最大の特徴がある。

なお、上記した本発明の方法に使用するための装置は、
中間冷却を伴わないコークス最焼法にも用いられ、品質
面は犠牲になるが、熱効率、運転操作の面での改善は維
持され、また品質面でも従来の一部ないし二部方式のコ
ークス燃焼法に比べれば優れた結果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は加熱炉としてのロータリーキルンを用いる本発
明法の実施の一例を示すフローチャートであり、第２図
ａ、ｂはそれぞれキルン２上端部の一部切欠拡大部分側
面図および正面図である。 第１図中、実線はコークス、一点鎖線は予熱空気、二点
鎖線は揮発分を含む排ガス、破線は燃焼排ガスの、それ
ぞれ流路を表わす。 ２・・・乾燥予熱用キルン、３・・・予備燃焼用キルン
、４・・・最終燃焼用キルン、７・・・空気予熱器、１
０゜１１・・・燃焼室、１５・・・中間冷却部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ディレードコークス化法により得られるグリーンコ
   ークスを燻焼する方法において、独立して温度制御なら
   びに雰囲気の調節が可能な直列に結合された少くとも３
   段の加熱炉を用いて各炉において ａ）グリーンコークス中の水分を蒸発させ、コークスを
   乾燥し、予熱する工程、 ｂ）実質的に非酸化性の雰囲気において乾燥コークスか
   ら揮発成分を留出させつつ予備燻焼する工程、および Ｃ）工程ｂ）からの揮発成分を燃焼させ、コークスを燻
   焼する工程 の−を順次行い、且つ工程ｂ）からのコークスを一旦冷
   却後に工程Ｃ）に導入することを特徴とする、コークス
   最焼法。