JPS62209193A - コ−クスの製造と水蒸気による発電とを同時に行う方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、効率良く熱回収を行い環境上許容できるガス
を放出する、コークスの製造と水蒸気による発電とを同
時に行う方法に関する。

環境上許容できかつ経済的な方法で石炭をもっと効率的
に利用する技術を開発し実施することに関心が高まって
いる。発電用の燃料及び冶金用コークスの原料としての
石炭の利用について、現在の利用状況及び提案されてい
る環境保護規則の双方が石炭の利用に太きな影響を及ぼ
している。コークス工業は、環境上許容できるコークス
製造技術の出現を期待している。

［従来の技術］ この種の技術の一つのタイプは、米国特許第３，９１２
，５９７号、第４，０４５，２９９号、第４，１１１゜
７５７号及び第４，１２４，４５０号明細書に記載され
ているように、ペンシルベニア・コーク・テクノロジー
・インコーホレーテッド （Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ　Ｃａｋｅ　Ｔｅｃｈｎｏ
ｌｏｇｙ　Ｉｎｃ、）の開発した非回収型（ｎｏｎ−ｒ
ｅｃｏｖｅｒｙ）　コークス製造法である。上記の４件
の米国特許明細書を本明細書の一部としてここに引用す
る。米国特許第３．９１２，５９７号明細書は、炉の下
方に煙道を持つ非回収型のコークス炉を教示しているの
が、このコークス炉の場合、コークス炉からの燃焼ガス
は煙道を通過した後、大気中に放出される前に、関連の
点火室に送られる。無煙・非回収型コークス炉の改良は
米国特許第４，０４５，２９９号にも記載されており、
燃料バーナーのような独立加熱手段と二次空気源とが設
けられ、点火室を高温度に保持し、温度感知器でバーナ
ー及び空気源を作動させる。更に別の改良例は米国特許
第４，１１１，７５７号に記載されており、炉のコーク
ス側に冷却手段が設けられ、冷却手段の上部に煙フード
が配設され、冷却手段からの煙及び流出物は分離した閉
鎖自在の通路を通過して点火手段を通り、冷却時に発生
した煙及び流出物が清浄な高温の空気に変わる。米国特
許第４，１２４゜４５０号明細書に記載された方法の場
合には、コークス化時にコークス化室に供給される一次
空気量を減らし、二次空気を下降管の加熱だけを目的と
する流体に送入し、点火室の温度を制御し、放出用煙突
によってコークス化室内の通風負圧を水中ゲージ圧で３
．８１０乃至４．３１８ｍｍ（０，１５乃至０．１フイ
ンチ）に保持している。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は、環境的にも受容できる方法で、非回収
型コークス製造と発電とを組合わせることである。

［問題点を解決するための手段］ 上述の目的に鑑み、本発明は、コークス化室及びコーク
ス化室の下方の煙道に通じる下降管を有する非回収型コ
ークス炉内で石炭を加熱し、コークス化室内を負圧に保
フて、コークスと高温燃焼ガスとを生成させ、燃焼ガス
は窒素成分と亜硫酸ガスとを含有している、コークスの
製造と水蒸気による発電とを同時に行う方法であって、
コークス化室内ばかりでなく煙道内部にも還元性雰囲気
を保持する量の空気をコークス化室内及び下降管に導入
し、燃焼可能な物質を含有する高温燃焼ガスを焼却室に
排出させ、高温燃焼ガス中の燃焼可能な物質を高温燃焼
ガス中の窒素成分から生成する窒素酸化物の量が最小に
なる温度で過剰の空気によって燃焼させ、次いで高温燃
焼ガスを脱硫剤と接触させて亜硫酸ガスを除去し、脱硫
された高温燃焼ガスを水蒸気発生器に導入し、水蒸気発
生器内で脱硫された燃焼ガスとの熱交換により水蒸気を
発生させ、発生した水蒸気を用いて発電し、水蒸気発生
器を通過することによって冷却された脱硫燃焼ガスを大
気中に放出することを特徴とする方法を提供するための
ものである。゛一実施例では、脱硫ユニットは点火室ま
たは焼却室と水蒸気発生器の中間に配置された流動床脱
硫ユニットであり、他の実施例では脱硫剤を点火室内に
導入して亜硫酸ガスを除去し、セラミックス製フィルタ
のような耐高温フィルタを使用して水蒸気発生器に入る
前に高温燃焼ガス流から粒状物を除去する。

本発明においては、空気をコークス化室及び下降管に段
階的に添加してコークス化室内及び下降管内部に還元性
雰囲気を保持し、点火室内の温度を高温燃焼ガス中の窒
素成分から生成する窒素酸化物類の生成量が最小になる
温度に保持する。亜硫酸ガスは高温燃焼ガスから除去さ
れ、大気中に放出された場合に環境上許容できる放出ガ
スになる。高温度のコークス製造温度で水蒸気にあてる
ことによりコークスを冷却し、次いで低温度のコークス
に水を作用させて水素と一酸化炭素を生ぜしめ、水蒸気
冷却時に生じた水素と一酸化炭素を点火室内で用いる熱
源として利用する。

［実施例］ 以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明
する。

第１図に、本発明による同時発生装置１を概略的に図示
する。非回収型コークス炉３は、コークス化室５を有し
、コークス化室５は還元性雰囲気下で僅かに大気圧より
低い圧力即ち負圧下でコークスを製造するために運転さ
れる。ライン７を介して室５に石炭を供給する。空気は
、ライン１１を介し、ドア９を通じてか成るいは炉の長
手方向に沿った他の入口を通してコークス化室５に導入
され、コークス化室５の内部が還元性雰囲気になるよう
空気の導入を制御する。コークス化室の内部で石炭１３
から出る揮発分を部分的に燃焼させてコークスを製造す
る。コークス化室５の内部で生成した高温燃焼ガス類及
び揮発物類は、ライン１５を介して下降管１７に送られ
、次いでライン１９を介してコークス化室５の下方にあ
る１本の煙道２１に放出される。空気をライン２３から
下降管１７に導入し下降管内部に還元性雰囲気が保持さ
れるよう下降管１７への空気量の制御を行う。

空気をコークス化室５及び下降管１７に段階的に導入す
ることにより、内部の７囲気を還元性雰囲気に保持し、
石炭をコークスにする過程で生成する高温燃焼ガス中の
窒素酸化物類の量を最小限に抑える。雰囲気が還元性で
あるから、石炭中の窒素化合物類の酸化によって形成さ
れる窒素化合物類（Ｎ０ｘ）は、窒素（Ｎ２）及び−酸
化炭素と水の如き燃焼生成物に変わる。段階的に空気が
導入され熱がコークス炉中に撒き散らして伝達されるこ
とにより最終的には燃焼温度が更に下がるので、最終段
階での過剰の空気添加により残留酸素が残った場合でも
、以下の式で表される熱に起因するＮＯｘの生成は最小
限に抑えられる。

Ｎ２＋０２　　→　２ＮＯ 唯一の煙道２１中の高温燃焼ガス類がコークス化室５の
内部の石炭を加熱し、次いでライン２５を介して点火室
または焼却室２７に送入される。焼却室２７の内部で、
燃焼可能な物質と、揮発物と、燃焼ガスはライン２９を
介して焼却室に導入された空気で燃焼させられる。ライ
ン２９を介して過剰の空気を焼却室２７に導入して、加
熱によるＮＯｘの生成が最小になるように制御しつつ高
温燃焼ガス中の石炭揮発分を全べて燃焼させてしまう。

石炭の加熱及びコークス化に要する熱エネルギーは、炉
壁を介して下降管１７、煙道２１及び焼却室２７から伝
わる。

焼却室２７からの高温燃焼ガスは、補助バーナー３３を
含むこともあるライン３１を介して亜硫酸ガス除去手段
３５、並びに亜硫酸ガス除去に続いて高温燃焼ガスとの
熱交換によりスチームを生成させる手段に送入される。

本発明の好まし実施例では、高温燃焼ガスから亜硫酸ガ
スを除去する手段は、流動床型ガス脱硫装置３９から成
る。流動床型脱硫ユニットを使用した場合には、水蒸気
生成手段３７には過熱器４１を組合わせて配設する。

この点でのガスは、粒度（粒子直径）約４乃至１００メ
ツシュ（米国標準篩）の万灰石またはドロマイトの如き
アルカリ土類金属吸収粒子床による硫黄の捕捉に適した
高温度（７９０乃至１１２０℃）である。この種の脱硫
の場合、生成する副産物には、粗い粒子状の硫黄カルシ
ウム即ち石膏があり、このような粒子状石膏は建築材料
またはセメント製造の原料として使用できる。固体状の
硫黄吸収材は、ライン４３を介して流動床脱硫ユニット
３９に供給され、使用済の物質はライン４５を介してユ
ニット３９から放出される。コークス炉及び流動床脱硫
ユニットの双方で生成した固体粒状物は、ライン４７を
介して脱硫ユニットから除去され、たとえばサイクロン
４９の如き一次分離器により高温燃焼ガスから取り除か
れる。分離された粒状物はライン５０を介して脱硫ユニ
ットへ戻され、粒状物を含有しない高温燃焼ガスはライ
ン５１を介して水蒸気発生器３７に供給される。

好ましい水蒸気発生器３７は、図示したように、高圧水
蒸気流をライン５７に生じる高圧蒸発器５５を有する廃
熱ボイラー５３である。廃熱ボイラー５３には、低圧水
蒸気流を発生させてライン６１に送る低圧蒸発器５９が
設けられている。ボイラー給水は、直接給水加熱器６５
を持つライン６３を介して低圧蒸発器５９に供給され、
加熱器６５はライン６７を介して低圧水蒸気流の一部を
受け、給水は次いでライン６１を介して高圧蒸発器５５
、更にポンプ６９に送られ、ボイラーの高圧エコノマイ
ザ・コイル７１に通される。廃熱ボイラーから出た排出
ガスは、ライン７３を介して放出される。ライン５７中
を流れる高圧水蒸気流は、焼却室２７と流動床脱硫ユニ
ット３９の間に置かれた加熱器４１を通過し、高温燃焼
ガスによりコイル７５中で加熱された加熱蒸気はライン
７７を介して、発電を行う蒸気タービンのような発電手
段７９に送られる。蒸気発生器３７を出たライン７３中
の燃焼ガスの相当量の熱をコークス炉に供給される石炭
の予熱及び乾燥に利用することができる。ライン７３か
らの高温ガスは石炭乾燥器８１に向い、石炭はライン８
３を介して石炭乾燥器に装入されライン７を介しコーク
ス化室５に導入される。好ましくは、揮発分を放出する
石炭粒子を過度に加熱することなく、効果的な熱交換と
温度制御を行う流動床乾燥器を用いる。環境上許容でき
る排出ガスは、ライン８５を介して大気中に放出される
。

高温度のコークスはライン８７を介して取り出されるが
、許容できる温度に冷却しなければならない。本発明に
よれば水蒸気による冷却及び水による急冷を利用したコ
ークス冷却手段を用いる。ライン８７を介して取り出さ
れた高温度のコークスは、コークス冷却器９１に送られ
、そこでライン９３からの水蒸気を先ず最初に高温のコ
ークスに接触させて、相当量の熱の交換及び下の式で示
される水蒸気とコークスとの反応による熱の吸収により
、コークスを最高温度（１３１５℃）から約８００℃の
温度に冷却する。

Ｈ２Ｏ＋　　（：　−８２＋　Ｇ。

高温のコークスの水蒸気による冷却時に生じた一酸化炭
素（ＣＯ）と水素（Ｈ２）は、ライン９５を介して、焼
却室２７に向い、高温燃焼ガスにエネルギーを追加する
。

高温度のコークスが約８００℃にまで冷却されて、水蒸
気とコークスとの反応か非常に緩慢になった後に、ライ
ン９７を介して水を導入し、相当量の熱の交換伝熱と発
生する水蒸気の潜熱とによりコークスを更に冷却する。

水蒸気による冷却と水による冷却とを行った後、コーク
スはライン９９を介してコークス冷却器９１から取り出
される。

第１図の説明図に示したように、本発明方法は、コーク
スの製造と水蒸気による電気エネルギーの発生とを同時
に行い、しかも脱硫され窒素酸化物類の含有量が低い環
境上許容できる廃棄ガスを放出する。石炭は、還元性雰
囲気下で非回収型コークス炉のコークス化室で加熱され
てコークスが生成され、高温燃焼ガスは下降管を介して
コークス化室の下方の煙道に送られ、煙道内部は負圧に
保持されている。下降管内部及び炉の煙道は、空気の段
階的導入により、還元性雰囲気に保持されている。その
結果、窒素酸化物類ＮＯｘ　、ガス中の汚染物の放出を
最小限に抑えつつ、コークス化工程に必要な充分な熱を
発生させることができる。還元性雰囲気であるので、燃
料中の窒素化合物の酸化によって形成されるＮＯｘは窒
素と燃焼生成物である一酸化炭素及び水とに転換される
。

コークス化工程から排出される窒素成分及び亜硫酸ガス
を含有する高温燃焼ガスは、煙道から焼却室に放出され
、焼却室内では、ガス中の窒素と酸素とから形成される
加熱によるＮＯｘの生成を最小限に抑える温度での燃焼
が行われる。石炭揮発分中の全ての燃焼可能な物質は燃
焼室内で燃焼して、１０００乃至１５００℃の温度で過
剰の空気により完全に燃焼し、加熱によるＮＯｘの生成
を最小限に抑えると共に、炭素含有燃焼物（ＣＯ１炭化
水素類など）をクリーンな燃焼生成物に変える。空気の
段階的導入により、炉内の各区域における熱交換がより
効率良く行われ、温度制御状態も改善できる。

石炭の加熱及びコークス化に必要な熱エネルギーは、煙
道、下降管及び焼却室から炉壁を介して伝えられる。焼
却室から放出されるガス中に残留する熱は、熱回収ボイ
ラー中での水蒸気の発生のためと、石炭乾燥器中での使
用のために用いられる。

焼却室からの高温燃焼ガスは、石灰石またはドロマイト
等の脱硫材と接触して、硫黄分が除去され、水蒸気発生
器で使用され水蒸気を発生させる。流動床脱硫ユニット
は、燃焼ガス中の亜硫酸ガスの９０％またはそれ以上を
捕捉する。流動床脱硫ユニットに組み合わせたサイクロ
ン及び所望に応じて石灰乾燥器と組み合わせた粒子除去
装置によって、粒状物の放出を最小限に抑えることがで
きる。生じた水蒸気は、蒸気タービンのような発電ユニ
ットに送られて、電気エネルギーを発生する。水蒸気発
生器から放出される燃焼ガスは、ガス放出前にコークス
化室に装入される石炭の予熱に用いることができ、燃焼
ガスは脱硫されており窒素酸化物の含有量は最小の水準
であり、環境上許容できる放出物として大気中に放出さ
れる。

本発明の別の実施例においては、第２図に示すように、
別個独立の脱硫ユニットを設ける必要なく、高温燃焼が
スの脱硫が焼却室２７の内部で行われて、高温燃焼ガス
から亜硫酸ガスが除去される。本実施例の場合、石灰石
またはドロマイト等の硫黄吸収剤の細粒（米国標準篩で
約１００乃至３００メツシュ）がライン１０１を介して
焼却室２７に導入され、焼却室内でコークス炉ガスと混
合される。吸収剤粒子は、亜硫酸ガスを吸収し、高温燃
焼がスとともに補助バーナー３３を具備することもある
ライン３１を介して過熱器４１に送られる。ライン１０
３を介して過熱器４１から放出された、粒状物を随伴す
る高温燃焼ガスは高温セラミックフィルタ・ユニット１
０５に送られ、フィルタ・ユニットで粒状物が取り除か
れ、濾過された高温燃焼ガスはライン１０７を介して水
蒸気発生器３７に送入される。高温セラミックフィルタ
・ユニット１０５としては、セラミックスバック・フィ
ルタ、多孔質面またはその他の高温度ガスから粒状物を
分離するために使用できる公知の耐熱性セラミックフィ
ルタを使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は水蒸気を利用してコークスの製造及び電気エネ
ルギーの発生を行う一体化した本発明による装置及び方
法を概略的に示す説明図である。 第２図は、本発明の一体化装置及び方法の別の実施例を
示す説明図であり、この実施例では高温燃焼ガスの点火
室内に脱硫剤を導入することにより高温燃焼ガスの脱硫
が行われる。 ３・・・・・・非回収型コークス炉 ５・・・・・・コークス化室 １７・・・・下降管 ２１・・・・煙道 ２７・・・・焼却室 ３７・・・・水蒸気発生器 ３９・・・・流動床脱硫ユニット ４９・・・・サイクロン ５３・・・・廃熱ボイラー ８１・・・・石炭乾燥器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、コークス化室及びコークス化室の下方の煙道に通じ
   る下降管を有する非回収型コークス炉内で石炭を加熱し
   、コークス化室内を負圧に保って、コークスと高温燃焼
   ガスとを生成させ、燃焼ガスは窒素成分と亜硫酸ガスと
   を含有している、コークスの製造と水蒸気による発電と
   を同時に行う方法であって、コークス化室内ばかりでな
   く煙道内部にも還元性雰囲気を保持する量の空気をコー
   クス化室内及び下降管に導入し、燃焼可能な物質を含有
   する高温燃焼ガスを焼却室に排出させ、高温燃焼ガス中
   の燃焼可能な物質を高温燃焼ガス中の窒素成分から生成
   する窒素酸化物の量が最小になる温度で過剰の空気によ
   って燃焼させ、次いで高温燃焼ガスを脱硫剤と接触させ
   て亜硫酸ガスを除去し、脱硫された高温燃焼ガスを水蒸
   気発生器に導入し、水蒸気発生器内で脱硫された燃焼ガ
   スとの熱交換により水蒸気を発生させ、発生した水蒸気
   を用いて発電し、水蒸気発生器を通過することによって
   冷却された脱硫燃焼ガスを大気中に放出することを特徴
   とする方法。 ２、焼却室内の温度を１０００乃至１５０ ０℃の温度に保持することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の方法。 ３、高温燃焼ガスを脱硫剤と接触させることにより、流
   動床脱硫ユニット中で亜硫酸ガスを除去することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項または第２項に記載の方法
   。 ４、脱硫剤が、粒度約４乃至１００メッシュの石灰石と
   ドロマイトとから成る群から選択されたものであること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の方法。 ５、流動床脱硫ユニット内の高温燃焼ガスが７９０乃至
   １１２０℃の温度であることを特徴とする特許請求の範
   囲第３項または第４項に記載の方法。 ６、非回収型コークス炉中で加熱される石炭を、水蒸気
   発生器から排出され大気中へ放出される前の脱硫燃焼ガ
   スによって予熱することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項乃至第５項の何れかに記載の方法。 ７、コークス化室内で形成されたコークスが該室から取
   り出されて後水蒸気によって冷却されて一酸化炭素と水
   素とを発生して約８ ００℃の温度になり、その後水でさらに低い温度に冷却
   されることと、水蒸気冷却によって生じる一酸化炭素及
   び水素が高温燃焼ガス中の燃焼可能な物質とともに焼却
   室に送入されて焼却室内で燃焼させられることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項乃至第６項の何れかに記載の
   方法。 ８、焼却室内の高温燃焼ガス中に脱硫剤を導入すること
   により高温燃焼ガスを脱硫剤と接触させて亜硫酸ガスを
   除去し、高温燃焼ガスを水蒸気発生器に送入する前に高
   温燃焼ガスから粒子を取り除くことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項乃至第７項の何れかに記載の方法。 ９、脱硫剤を点火室に導入する場合には、粒度約１００
   乃至３００メッシュの石灰石とドロマイトとから成る群
   から選択した脱硫剤を使用することを特徴とする特許請
   求の範囲第８項に記載の方法。