JPS608274B2 - コ−クス炉ガスから高発熱量ガスを製造する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は「 コークス炉ガスを天然ガスと同等の高発
熱量を有するガスに変成する方法に係わるものである。

コークス炉ガスは、石炭を乾留してコークスを製造する
際に、副産物として多量に富』生するガスであり、その
多くは都市ガス用として供給されており、長期的に安定
して供給可能な極めて重要な都市ガス源である。他方近
年〜 コークス炉ガスより発熱量の高い天然ガスが、そ
の賦存量が膨大であること、ガス供給上発熱量が高い程
有利であることを及び清浄なガスであること等から、都
市ガスとして注目され・るに至り、現在すでにこの天然
ガスが都市ガスとして供給されている地区は多く、また
今後それへの転換が予定されている地区もある。

０ ところで、都市ガス源のすべてを天然ガスに依存す
ることは、都市ガスとしてのエネルギーの永続的な安定
供Ｖ給の面からは望ましくなく、コークス炉ガスをも都
市ガス源として確保しておくことがエネルギー政策上必
要不可欠である。夕 しかしながら、通常コークス炉ガ
スの発熱量は５０００Ｋｃａｌ／Ｎｍ３程度であるのに
対して、天然ガスのそれはほぼ１１０００Ｋｃａｌ／Ｎ
ｍ３前後の高発熱量を有するものであることから、同一
導管を共用してそれらを供給するには互換性がなく、結
果として０都市ガスが従来のコークス炉ガスから天然ガ
スに変換された地域においては、あたら多量に副生する
コークス炉ガスの都市ガスとしての供給を停止し、別途
新たにその用途を模索しなければならない等の不都合が
あった。

タ このような不都合を回避し、天然ガスとの互換性を
確保するためには、コークス炉ガスに発熱量の高い増熱
剤例えばプロパンやブタン等の炭化水素を添加混合する
ことやそれら又はナフサを炭素源としてコークス炉ガス
を改賀することが考えられるが、これらとて炭素源や増
熱剤として高価な炭化水素類を多量に必要とするもので
あり、あまり得策であることは言い難く、このような炭
素源や増熱剤の多量の追加なくしてコークス炉ガスを高
発熱量のガスに変換する技術の確立については長らく当
業界の嘱望するところであった。

また、コークス炉を出る赤熱コークスを利用し、この赤
熱コークスへ炭素ガスまたは（および）酸素を導いて分
解反応または（および）部分酸化反応を行わせることに
より一酸化炭素を生ぜしめ、生じた一酸化炭素をコーク
ス炉ガスに混合してメタン化に供することにより、コー
クス炉ガスを高発熱量ガスに変換する方法も提案されて
いるが（袴関昭５５一７５４９び号公報参照）、この方
法は、コークス炉を出る赤熱コークスに炭素ガスや酸素
を吹き付けて反応させ、またその際炭素ガスや酸素と共
に触媒を赤熱コークスへ供給するものであるため、コー
クスがこれらのガスにより侵される上、触媒も付着し、
その結果、コークスの強度（熱間強度、袷間強度）が低
下し、灰分が増加し、反応性が低下することを免かれな
い。すなわち、この方法によっては、コークス炉から出
た赤熱コークス全量を高炉用コークスとしては使用不適
な低品位のものにしてしまい、高炉用コークスの提供を
第一の目的とする日本のコークス製造工業にあっては、
この方法は到底採用しがたい。本発明は、従来の上述の
ような不都合を解消せんがためになされたものであって
、通常得られるコ−クス炉ガスにわずかな操作を施する
ことによって、該コークス炉ガスを天然ガスと同等の高
発熱量を有するガス（以下代替天然ガスという）に変換
する方法を提供することを目的とし、その要旨は、石炭
を乾留して得られるコークス炉ガスと発生炉において炭
素材をガス化して得られる水素、一酸化炭素及び二酸化
炭素を主成分とする発生炉ガスとを混合して原料ガスと
なすと共に、該原料ガス中の水素と一酸化炭素及び／又
は二酸化炭素とを炭素数１〜４の炭化水素を生成させる
触媒の存在下で反応させることによりメタンと共に炭素
数の大きい炭化水素を生成せしめることを特徴とするコ
ークス炉ガスから高発熱量ガスを製造する方法、に存す
る。

本発明の方法により、コークス炉ガスは天然ガスと同等
の高発熱量を有する代替天然ガスに容易に変換される。

また、上述のように発生炉ガスを利用するものであるた
め、コークス炉から取出されるコークスは、上記従釆法
（特開昭５５−７５４９０号公報の方法）におけるよう
な損傷を受けない。なお、このコークスを炭素材として
発生炉に供給するときは、その供給分だけはコークスは
消費されるが、それは全量発生炉ガスの生成に役立つの
で、有効利用されることになり、特に炭素材として高炉
用の高品位のコークス以外の粉コークスを用いれば、高
品位コークスの消費はなくなる。さらに、発生炉ガスは
、一酸化炭素のほかに水素および二酸化炭素を主成分と
して含むため一酸化炭素の濃度は必ずしも高くはないが
、それにもかかわらず本発明においては、炭素数１〜４
の炭化水素を生成させる触媒の存在下で反応させること
によりメタンと共に炭素数の大きい炭化水素を生成させ
るようにしているので、この発生炉ガスを代替天然ガス
製造用に用いることができる。

本発明の方法により上記のようなすぐれた効果が奏され
るので、本発明は工業上の価値が高い。以下本発明を図
面をもとに詳細に説明する。第１図は本発明方法を示す
概略流れ図であｊが、１はコークス炉団であって、該コ
ークス炉団竃を構成する複数の炉室の各々には原料石炭
（白抜き矢印）が順次供給され、乾留に供される。該石
炭の乾留中に発生するガス（コークス炉ガス）は各炉室
に設けられた図示せざる上昇管を介して集気管に集めら
れ、ガス処理設備群２に送られる。而してガス処理設備
群２は通常冷集設備、脱タール設備、脱硫設備、脱アン
モニア設備、脱ナフタリン設備、脱ベンゾール設備、乾
式脱硫設備等から構成されているので、該ガス処理設備
群２に導入されたコークス炉ガスはそれらの設備によっ
て脱タール、脱硫、脱アンモニア、脱ナフタリン、脱ベ
ンゾール等の処理が施され、清浄なコークス炉ガスとな
って次工程に導出される。この場合において、コークス
炉ガスの一部は、ガス処理設備群２の途中から半精製ガ
スとして抜き出され、石炭乾留用の熱源としてコークス
炉団１に供給される。なお、コークス炉団１の各炉室で
乾留されたコークスは、図示せざる押出機によって炉外
に排出され、製品コークス（斜線入り矢印）としてその
用途に供されるが、その一部は後述する発生炉ガスを製
造するための原料とされる。

ところで、前記ガス処理設備群２を出たコークス炉ガス
は、その約半量（５６％前後）が水素であり、該水素と
反応せしめて炭化水素となすための炭素源となる一酸化
炭素と二酸化炭素は合計してもほぼ１０％前後しか含ま
れておらず、残りはメタンが約２７％、窒素及び不飽和
炭化水素が各々数％という組成であることから、上記一
酸化炭素と二酸化炭素の全量を炭化水素に変換したとし
ても、変換後のコークス炉ガスの発熱量は高々７５００
Ｋｃａｌ／Ｎｍ３にしかならず、天然ガスの１１０００
Ｋｃａｌ／Ｎｍ３には及ばない。

そこで、本発明においては、コークス炉ガス中に不足し
ている炭素源を補うために、炭素材を原料として炭素酸
化物を多量に含むガス（後述するように、炭素材に水蒸
気及び酸素を供給し、部分酸化反応及び水性ガス反応を
起こさせて得られるガスであって、一酸化炭素、二酸化
炭素及び水素を主成分とする。以下発生炉ガスという。
）を発生せしめ、該発生炉ガスを上記コークス炉ガスに
添加混入して原料ガスとなし、該原料ガスを代替天然ガ
スに変換するものである。而して、３は上記発生炉ガス
を製造するための公知の発生炉であり、該発生炉３には
原料としての炭素材（黒抜き矢印）が供給されると共に
別途水蒸気及び酸素又は空気が供給されるので、高温雰
囲気で主として部分酸化反応及び水性ガス反応が起こり
炭素酸化物に富んだ発生炉ガスが得られる。

この場合において、水蒸気の他は酸素のみを発生炉３に
供給するようにするためには、空気から酸素を濃縮分離
する酸素濃縮装置を発生炉３の前に設け、該酸素濃縮装
置から得られる酸素を供給するようにすればよい。酸素
濃縮装置としては分子筋を用いるものや深冷分離装置等
が挙げられる。又、上記の炭素材としては通常コークス
炉団１から得られるコークスが用いられるが、特にそれ
に限定されるものではなく、例えば石油系のオイルコー
クスや石炭等その他の炭素材でも良いが、コークス炉団
１から排出された赤熱コークスに散水してそれを冷却す
る際に該冷却水に同伴したり、コークスの移送中や整粒
過程で発生する粉コークスを用いるのが好ましい。次に
、発生炉３から得られた当初の発生炉ガス中には粉塵や
炭素材中に含まれた硫黄分による硫黄化合物が若干含ま
れていることから、これらを除去すべ〈発生炉ガスは通
常の除塵装置４、脱硫装置５に通される。

この場合において脱硫装遭５がガスと脱硫液とを向流接
触せしめてガス中の硫黄化合物を脱硫液に移行させる所
謂湿式脱硫方式であるならば、上誌向流接触の際にガス
中の粉塵も除去されるので、特に別途除塵装置４を設け
なくても良い。このようにして得られた清浄な発生炉ガ
スの組成は、例えば酸化剤に酸素を用いた場合、一酸化
炭素４５％、二酸化炭素１５％、水素約４０％であり、
この豊富な一酸化炭素及び天然ガスを製造する際の炭素
源となされる。

即ち、上記発生炉ガスは、前記ガス処理設備群２から導
出されたコークス炉ガスに添加混入され、代替天然ガス
の原料となって代替天然ガス製造設備６に供給される。
而して代替天然ガス製造設備６は第２図に示すとおり昇
庄装置７、脱硫塔等の最終的なガス清浄化装置８及び原
料ガス中の一酸化炭素及び二酸化炭素と水素とを反応さ
せて炭化水素にする反応塔９から構成されているので、
該代替天然ガス製造設備６に供給された原料ガスは昇圧
装置７により５気圧以上に昇圧され、その後ガス清浄化
装置８で最終的なガスの清浄化が行われて後反応塔９で
触媒の存在下原料ガスは代替天然ガスに変えられる。反
応塔９は、内部に触媒が充填された円筒状の反応器であ
って、原料ガスが該触媒層を通過する際に触媒の作用に
よって該原料ガス中の一酸化炭素及び／又は二酸化炭素
と水素とが反応して炭素数１〜４の炭化水素が生成し、
残余のガスと共に代替天然ガスとなるようになされてい
る。

この時用いられる触媒としては、シリカ又はアルミナよ
りなる担体にニッケル、コバルト、マンガン又はモリブ
デン等の単体又は酸化物を担持させた粒状触媒でよいが
、特に炭素数の多い例えばェタン、プロパン、ブタン、
等が多く合成されるようにするためには、シリカ又はア
ルミナよりなる担体に触媒基質としての鉄族金属例えば
コバルト又は鉄、酸化マンガン、白金族金属を組合せて
担特さ１一せた触媒を用いるとよい。

なお、この場合代替天然ガスの発熱量を天然ガスと同等
の１１００皿ｃａｌ／Ｎｍ３程度にするためには、メタ
ンの他ヱタン、プロパン、ブタンが適当量生成すること
が必要であり、化学量論理に水素と一酸化炭素のモル比
又は水素と一酸化炭素、二酸化炭素の合計のモル比をほ
ぼ３にしなければならないから、コークス炉ガス及び発
生炉ガスの組成を勘案しながらそれらの混合比が決めら
れる。

又、上誌モル比を所定の比率にしても代替天然ガス中に
不純物として窒素等が多く含まれている場合には、それ
らが原因となって所望の発熱量を確保できないこともあ
るので、そのようなときには、別途代替天然ガス製造設
備から得られたガスから上記不純気体を分離除去するか
、或いはプロパンやブタン等の増熱剤を若干追加混入す
ればよい。第３図は、本発明方法の他の実施態様を示す
流れ図であるが、発生炉３から得られた発生炉ガスの清
浄化を既設のガス処理設備群２を利用して行うものであ
る。

即ち、通常コークス製造工場においては膨大な量のコー
クス炉ガスを処理するための前述ガス処理設備群２が設
けられているが、この中には脱硫設備も設けられている
ことから、上記発生炉ガスを該脱硫設備の前で禾脱硫の
コークス炉ガスと合流せしめ、この時点で代替天然ガス
の原料ガスとなし、該原料ガスを上記脱硫設備その他の
既設ガス処理設備で清浄化して代替天然ガス製造設備６
に供総合するものである。このようにすることによって
新たに発生炉ガス用のガス処理設備を建設する必要がな
いので極めて経済的である。通常、発生炉ガスのコーク
ス炉ガスに対する混合割合は、高々１０〜２畔容量％程
度であることかり、一般的に余裕を持って設計された既
設のガス処理設備群２の処理能力を上昇させることなく
上記原料ガスの清浄化処理は可能であるが、もし発生炉
ガスを混入することによって、ガス処理設備群２のガス
処理負荷が過大となり過ぎるときにはコークス炉団１へ
の石炭の供孫合量を減少させ、コークス炉ガスの発生量
をすくなくするとか、発生炉ガスの浸入前に所定量のコ
ークス炉ガスを抜き出し、工場内の燃焼設備の熱源にす
る等の方策が考えられる。本発明は以上のようになされ
ているので、従来のように高価なプロパンやブタン更に
はナフサ等を多量に炭素源及び増熱剤として用いること
なくコークス炉ガスを代替天然ガスに変換することがで
きるので工業上極めて有用な発明である。

実施例石炭を乾留して得たコークス炉ガス８２．傘容量
％に発生炉より得た発生炉ガス１７．６容量％を混入し
て原料ガスとした。

この場合におけるコークス炉ガスは通常のコークス炉操
業により得られる精製されたコークス炉ガスであり、又
、発生炉ガスは炉内温度１１００〜１３００ｏｏに制御
された発生炉に、炭素材としてのコークスと水蒸気及び
空気から分離して得られた酸素を供競合することにより
発生したものを精製した発生炉ガスであって、それぞれ
の組成は第１表のとおりであった。なお、発生炉に供Ｖ
給される水蒸気と酸素の量は、コークス単位ｋｇ当り及
びｋｇｍｏｉ当りそれぞれ１．３ｋ９及び０．水母ｍｏ
ｌであった。第１表 注：１．表中数値は容量多を示す。

２．ィ はコークス炉ガス ロ は発生炉ガス ハ は原料ガスをそれぞれ示す。

３．それぞれのガスの発熱量は イ ５，１３４Ｋ側／Ｎで ロ２，５７９ ハ４，６８４ このようにして得られた原料ガスを反応塔に導入し、触
媒の存在下において反応せしめ、代替天然ガスを得た。

この時に用いた触媒は、シリカ又はアルミナよりなる担
体に触媒基質としての鉄族＊金属、酸化マンガン、白金
族金属を組み合わせて担持させたものであった。上記代
替天然ガスの組成及び発熱量は第２表のとおりであった
。

第２表 洋：１．組成は容量※を示す。

２．発熱量はＫ似／Ｎで このことは、発熱量が５１３必ｃａｌ／Ｎｍ３であった
コークス炉ガスが炭素化合物の豊富な発生炉ガスの混入
及びその後の反応塔での反応によって発熱量の大きい（
１０５５１Ｋｃａｌ／Ｎｍ３）代替天然ガスに変換され
たことを示している。

その後、さらに発熱量を上昇せしめ、天然ガスなみにす
るために、上記代替天然ガスにほんの少量のブタン（当
初のコークス炉ガスに対してほぼ１容量％）を発熱調節
用として添加した。

熱量調整後の代替天然ガスの組成及び発熱量は第３表の
とおりであった。

第３表 洋：１．組成は容量％を示す。

２．発熱量はＫ雌／Ｎで このようにして得られた熱量調節後の代替天然ガスの発
熱量は、上表のとおり１１０００Ｋｃａｌ／Ｎｍ３であ
って天然ガスと同等であるうえ、その燃焼速度及びウオ
ツべ・インデックスはそれぞ４１肌／ｓｅｃ及び１３１
４０Ｋｃａｌ／Ｎｍ３であり、都市ガスとしての１３Ａ
ガス規格に適合している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の各工程を示す流れ図であり、第２図は
代替天然ガス製造設備内の各工程を示す流れ図である。 また第３図は本発明方法の他の実施態様を示す流れ図で
ある。１・・・・・・コークス炉団、２・・・・・・ガ
ス処理設備群、３…・・・発生炉、４…・・・除塵装置
、５……脱硫装置、６・・・・・・代替天然ガス製造設
備、７・・・・・・昇圧装置、８・・・…ガス清浄化装
置、９・・・・・・反応塔。 第１図第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 石炭を乾留して得られるコークス炉ガスと発生炉に
   おいて炭素材をガス化して得られる水素、一酸化炭素及
   び二酸化炭素を主成分とする発生炉ガスとを混合して原
   料ガスとなすと共に、該原料ガス中の水素と一酸化炭素
   及び／又は二酸化炭素とを炭素数１〜４の炭化水素を生
   成させる触媒の存在下で反応させることによりメタンと
   共に炭素数の大きい炭化水素を生成せしめることを特徴
   とするコークス炉ガスから高発熱量ガスを製造する方法
   。 ２ 炭素材が石炭を乾留して得られるコークスであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のコークス炉
   ガスから高発熱量ガスを製造する方法。 ３ 炭素材が石炭を乾留して得られるコークスから発生
   する粉コークスであることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のコークス炉ガスから高発熱量ガスを製造す
   る方法。