(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冶金用コークスの製造のために石炭をコークス炉に装入するに先立って、その石炭を加熱ガスと接触させて熱交換することにより予熱するにあたり、その予熱を、
(a) 上記接触を加熱ガス流に石炭を同伴させることにより行うこと、
(b) 予熱方法を実施する装置に圧力コントロール手段を設け、上記接触をゲージ圧で２kgf/cm2 から１０kgf/cm2 未満の範囲の加圧条件下に行うこと、
(c) 上記加熱ガス中の酸素濃度を３％未満に制御すること、および、
(d) 上記熱交換により石炭温度を３４０〜４００℃にもたらすこと、
の条件を全て満足するようにして行うことを特徴とする石炭の加圧下高温予熱方法。
【請求項２】
石炭と加熱ガスとの比である固気比を 0.1〜１g/l に設定することを特徴とする請求項１記載の石炭の加圧下高温予熱方法。
【請求項３】
加熱ガスとして、製鉄または製鉄関連工場において発生する可燃成分を含むガスを燃焼させたガスを用いることを特徴とする請求項１または２記載の石炭の加圧下高温予熱方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は冶金用コークスの製造のために石炭をコークス炉に装入するに先立ち、その石炭を加熱ガスと接触させて熱交換することにより予熱する方法の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
冶金用コークスの製造プロセスにおいては、コークス炉に装入する前に原料石炭を事前に２００℃程度に予熱する技術が知られている。予熱工程で原料石炭の昇温速度をできるだけ速くすることにより、コークス炉で効率的に乾留がなされるのみならず、原料石炭のコークス化性を改善することが期待できるからである。
【０００３】
たとえば、「石炭  化学と工業、増補版、三共出版株式会社発行、昭和５９年３月１日第３版（増補版）発行」の３０９頁の１２〜１５行には、流動法によって原料炭および非粘結炭のあるいは一般炭の一部または全量を、２００〜３００℃に予熱してコークス炉へ装入することにより、石炭の使用範囲の拡大、強粘結炭の節減および乾留時間の短縮によるコークス炉の生産性向上が期待されるとしている。同文献の３１０頁の９〜１０行には、装入炭を２００℃前後に予熱後に装入する方法が実際に採用されているとの記載もある。
【０００４】
なおこの文献の図７．４３には、流動層乾燥装置により石炭を乾燥してコークス炉へ装入するときのフローシート、図７．４４には、燃焼室で燃料ガスを空気で燃焼させて４００〜６５０℃の加熱ガスを製造し、その加熱ガスで石炭を流動乾燥予熱器で予熱し、サイクロンおよび予熱炭受槽を経てからコークス炉に装入する予熱炭パイプチャージのフローシートが示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上に述べたように、従来の予熱法にあっては、流動法により石炭温度を２００℃程度に予熱している（予熱のためのガス自体の温度は４００〜６００℃というように高温にしている）。ただし２００℃程度と言っても、流動法によるので石炭温度には分布がある。
【０００６】
石炭温度を２００℃程度にとどめ、それ以上の高温にはしない理由は、
イ．石炭をその軟化溶融温度まで予熱すると、石炭が軟化溶融または発泡して予熱装置を閉塞するおそれがあること、
ロ．石炭をその軟化溶融温度まで予熱すると、石炭中の揮発分が一部脱離して石炭がチャー化し、コークス炉中での溶融性が損なわれてコークスの品質が低下すること、
ハ．高温で予熱すると、有機物である石炭は酸化性ガスにより容易に酸化され、その酸化反応は温度上昇と共に急速に進行し、コークス化性を低下させること、
ニ．軟化溶融温度付近まで予熱された石炭をコークス炉へ安定搬送することが困難であること、
ホ．石炭を高温にまで予熱すると、熱衝撃により石炭粒子が熱割れして微粉化し、コークス炉での装入密度が低下してコークス強度が低下すること、
などの問題点があるからである。
【０００７】
このような理由から、流動法による石炭温度は２００℃程度かそれを余り高くは越えない温度に設定されているが、上記のような問題点を生ずることなく予熱温度をさらに高めることができれば、コークス炉において一段と効率的な乾留がなされかつ石炭のコークス化性をさらに改善することができる。
【０００８】
本発明は、このような背景下において、従来の予熱温度よりも相当程度高温に石炭を予熱しているにもかかわらず、石炭の軟化溶融または発泡に基く予熱装置の閉塞が防止され、熱衝撃による微粉化も抑制され、予熱石炭のコークス炉への安定搬送が確保され、酸化による石炭のコークス化性の低下が防止され、コークス炉中での石炭の溶融性も確保することができ、もってコークス強度を低下させることなくコークス炉における熱負荷を改善することのできる石炭の加圧下高温予熱方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の石炭の加圧下高温予熱方法は、冶金用コークスの製造のために石炭をコークス炉に装入するに先立って、その石炭を加熱ガスと接触させて熱交換することにより予熱するにあたり、その予熱を、
(a) 上記接触を加熱ガス流に石炭を同伴させることにより行うこと、
(b) 予熱方法を実施する装置に圧力コントロール手段を設け、上記接触をゲージ圧で２kgf/cm2 から１０kgf/cm2 未満の範囲の加圧条件下に行うこと、
(c) 上記加熱ガス中の酸素濃度を３％未満に制御すること、および、
(d) 上記熱交換により石炭温度を３４０〜４００℃にもたらすこと、
の条件を全て満足するようにして行うことを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明を詳細に説明する。
【００１１】
石炭としては、現在広く採用されているように、粒径が３mm程度またはそれ以下のもの、殊に平均粒径が１mm前後のものが用いられる。粒径分布については、本発明においては流動方式でなく同伴方式を採用しているため、特別の考慮を払う必要がない。石炭種は、粘結炭、微粘結炭、非粘結炭、あるいはこれらの混合物のいずれであってもよい。
【００１２】
加熱ガスとしては、工業的には、製鉄または製鉄関連工場において発生する可燃成分（Ｈ2 やＣＯ）を含むガス、たとえば、コークス炉ガス、高炉ガス、転炉ガス、あるいはこれらの混合ガスなどを限られた割合の空気で燃焼させたガスを用いることが望ましい。
【００１３】
本発明においては、石炭を加熱ガスと接触させて熱交換することにより予熱するにあたり、そのときの接触を加熱ガス流に石炭を同伴させることにより行う。この同伴方式によれば、流動方式とは異なり石炭の逆流が少なくなるので、石炭の粒度や粒径分布の影響をそれほど受けずに供給石炭を所定の温度にまで均一に加熱することが可能となると共に、搬送も円滑に行われる。固気比は、実装置では、 0.1〜１g/l 、殊に 0.2〜１g/l とすることが望ましい。
【００１４】
そして本発明においては、予熱方法を実施する装置に圧力コントロール手段を設けて、上記の接触を加圧条件下に行う。加圧の程度は、ゲージ圧で２kgf/cm2 以上に設定し、好ましくは３kgf/cm2 以上とする。上限については、高圧ガス取扱規則等の制約から１０kgf/cm2 未満とする。なお５kgf/cm2 程度までは圧力の上昇と共にコークス強度が向上するが、それ以上では圧力を上げる割にはコークス強度の向上の程度が小さいので、７kgf/cm2 とか８kgf/cm2 までであっても充分の効果が得られる。
【００１５】
また本発明においては、石炭と加熱ガスとの接触に際し、加熱ガス中の酸素濃度を３％未満（好ましくは 2.5％以下、殊に２％以下）に制御する。加熱ガス中の酸素濃度が３％以上になると、上記同伴方式や加圧方式によっても予熱中に石炭が酸化されてコークス化性が低下し、コークス品質の劣化を招くからである。
【００１６】
さらに本発明においては、上記の熱交換により石炭温度をすみやかに３４０〜４００℃（好ましくは３５０〜３９０℃）にもたらすようにする。昇温はできるだけ短時間（たとえば１０秒以内、殊に７秒以内、さらには５秒以内）で行うことが望ましい。上記の温度範囲は石炭の軟化溶融温度に相当し、そのような温度になると石炭のミセル構造が熱的に解離し、石炭粒子内に生じた解離ミセルが一種の溶媒的な働きをして、石炭のコークス化性が高められるからである。ただし、上述のように同伴方式を採用しかつ加熱ガス中の酸素濃度を３％未満に制御しないと、酸化が進んでかえってコークス化性が低下してしまう。
【００１７】
石炭の予熱は、上記４条件、すなわち、(a) 接触を加熱ガス流に石炭を同伴させることにより行うこと、(b) 予熱方法を実施する装置に圧力コントロール手段を設け、接触をゲージ圧で２kgf/cm2 から１０kgf/cm2 未満の範囲の加圧条件下に行うこと、(c) 加熱ガス中の酸素濃度を３％未満に制御すること、および、(d) 熱交換により石炭温度を３４０〜４００℃にもたらすこと、の条件を全て満足するようにして行うことが必要であり、(a), (c), (d) の条件の一つが欠けても所期の目的を達成することができず、(b) の条件を欠くときは本発明ほどのすぐれた効果が得られない。
【００１８】
上記の予熱および予熱石炭のコークス炉への装入は、典型的には、熱風発生炉(1) にて可燃成分を含むガスを空気で燃焼させて酸素濃度が３％未満の高温の加熱ガスを発生させると共に石炭予熱機(5) に導き、石炭予熱機(5) に供給された石炭を加熱ガスに同伴しながら移送する間に石炭を３４０〜４００℃にまですみやかに予熱し、ついで石炭予熱機(5) から導出された石炭と加熱ガスとの固気混合物を固気分離機(6) に導いて固気分離を行い、続いて固気分離後の予熱石炭を乾留のためにコークス炉に導くことによって達成される。
【００１９】
図１は、本発明の加圧下高温予熱方法を実施するための装置の一例を示した説明図である。
【００２０】
(1) は熱風発生炉であり、ここに可燃成分を含むガスと空気とを導入して、高温の加熱ガスが発生するようにする。
【００２１】
(2) は酸素濃度計、(3) は燃焼制御装置であり、熱風発生炉(1) で発生した加熱ガス中の酸素濃度は、酸素濃度計(2) により検出され、その検出値も参考にして燃焼制御装置(3) により燃料／空気比および発生ガス量を自動調節して熱風発生炉(1) における燃焼を制御し、発生する加熱ガス中の酸素濃度を３％未満の所定値に制御する。
【００２２】
(4) は石炭供給機、(5) は縦型の石炭予熱機であり、石炭供給機(4) により石炭予熱機(5) の底部付近から導入された石炭は、熱風発生炉(1) からの加熱ガスに同伴して上方に移送される間に該ガスと接触、熱交換され、所定の温度にまですみやかに予熱される。
【００２３】
(6) は固気分離機であり、予熱後の混合物はこの固気分離機(6) に導かれて固気分離が行われる。
【００２４】
(7) は圧力センサ、(8) は圧力設定器、(9) は圧力コントロールバルブ、(10), (11)は減圧バルブである。系内の圧力は圧力センサ(7) で読み取られ、その信号は圧力設定器(8) へ入り、設定圧力との偏差に応じて圧力コントロールバルブ(9) が開閉し、系内は常に所定の圧力に調節される。固気分離後の予熱石炭は、密閉した保温パイプ中を通ってコークス炉に導かれ、乾留に供される。固気分離後の排ガスの一部は、実装置ではガス温度・ガス量の調節と廃ガスの有効利用のために、熱風発生炉(1) に戻すことができる。
【００２５】
〈作用〉
本発明においては、石炭の予熱を、(a) 接触を加熱ガス流に石炭を同伴させることにより行うこと、(b) 予熱方法を実施する装置に圧力コントロール手段を設け、接触をゲージ圧で２kgf/cm2 から１０kgf/cm2 未満の範囲の加圧条件下に行うこと、(c) 加熱ガス中の酸素濃度を３％未満に制御すること、および、(d) 熱交換により石炭温度を３４０〜４００℃にもたらすこと、の４条件を全て満足するようにして行っている。そのため、従来の予熱温度よりも相当程度高温に石炭を予熱しているにもかかわらず、石炭の軟化溶融または発泡による予熱装置の閉塞が防止され、熱衝撃による微粉化も抑制され、予熱石炭のコークス炉へ安定搬送がなされ、酸化による石炭のコークス化性の低下が防止され、コークス炉中での石炭の溶融性も確保される。また石炭の粒度や粒径分布の影響をそれほど受けずに、供給石炭を所定の温度にまで均一に加熱することが可能となる。このように本発明によれば、コークス強度を向上させるか少なくとも低下させることなく、コークス炉における熱負荷を改善することができる。
【００２６】
加えて圧力を大気圧のｎ倍に上げることは、ガス密度がｎ倍となって同一固気比条件ではｎ倍の石炭を流すことと同じであり、予熱装置のキャパシティを１／ｎにすることができることを意味するので、予熱装置のコンパクト化が図られる。また同じ大きさの予熱装置なら、処理量がｎ倍になることを意味する。従って、加圧に伴なう装置の耐圧化や制御の複雑化に伴なうデメリットをはるかに上回るメリットがある。
【００２７】
【実施例】
次に実施例をあげて本発明をさらに説明する。
【００２８】
実施例１〜１０
石炭として、揮発分32.9％、平均反射率0.74、炭素83.5％、粒径 0.8〜1.2mm の性状を有するものを用いた。水分は１％以下に乾燥して予熱処理に供した。
【００２９】
モデルガスとして次の組成および温度の加熱ガスを用い、同伴方式により予熱を行った。
・実施例１  Ｎ2 １００％ガス、温度３６０℃、圧力 2.5kgf/cm2 。
・実施例２  Ｎ2 １００％ガス、温度３６０℃、圧力 5.0kgf/cm2 。
・実施例３  Ｎ2 １００％ガス、温度３６０℃、圧力10.0kgf/cm2 。
・実施例４  Ｎ2 １００％ガス、温度４００℃、圧力 2.5kgf/cm2 。
・実施例５  Ｎ2 １００％ガス、温度４００℃、圧力 5.0kgf/cm2 。
・実施例６  Ｎ2 １００％ガス、温度４００℃、圧力10.0kgf/cm2 。
・実施例７  Ｎ2 ：Ｏ2 ＝９９：１（容量比）の混合ガス、温度３６０℃、圧力 5.0kgf/cm2 。
・実施例８  Ｎ2 ：Ｏ2 ＝９８：２（容量比）の混合ガス、温度３６０℃、圧力 5.0kgf/cm2 。
・実施例９  Ｎ2 ：Ｏ2 ＝９７：３（容量比）の混合ガス、温度３６０℃、圧力 5.0kgf/cm2 。
・実施例１０  Ｎ2 ：ＣＯ2 ：Ｈ2 Ｏ＝７１：９：２０（容量比、コークス炉ガスの空気完全燃焼時のガス組成）の混合ガス、温度３６０℃、圧力 5.0kgf/cm2 。
【００３０】
比較例１〜４
実施例に準じ、同伴方式により予熱を行った。ただし比較例４については流動方式により予熱を行った。比較例１は予熱を行わない場合である。
・比較例１  （予熱を行わない場合）
・比較例２  Ｎ2 ：Ｏ2 ＝９５：５（容量比）の混合ガス、温度３６０℃、圧力は大気圧。
・比較例３  Ｎ2 ：Ｏ2 ＝９９：１（容量比）の混合ガス、温度２００℃、圧力は大気圧。
・比較例４  Ｎ2 ：Ｏ2 ＝９９：１（容量比）の混合ガス、温度３６０℃、圧力は大気圧。ただし流動方式による予熱。
【００３１】
参考例１〜５
実施例に準じ、同伴方式により予熱を行った。この参考例は、高温でかつ酸素濃度を抑制してはいるが、大気圧で予熱を行っている場合である。
・参考例１  Ｎ2 １００％ガス、温度３６０℃、圧力は大気圧。
・参考例２  Ｎ2 ：Ｏ2 ＝９９：１（容量比）の混合ガス、温度３６０℃、圧力は大気圧。
・参考例３  Ｎ2 ：Ｏ2 ＝９８：２（容量比）の混合ガス、温度３６０℃、圧力は大気圧。
・参考例４  Ｎ2 ：Ｏ2 ＝９７：３（容量比）の混合ガス、温度３６０℃、圧力は大気圧。
・参考例５  Ｎ2 ：ＣＯ2 ：Ｈ2 Ｏ＝７１：９：２０（容量比、コークス炉ガスの空気完全燃焼時のガス組成）の混合ガス、温度３６０℃、圧力は大気圧。
【００３２】
上述の石炭およびガスを用いて下記の条件で予熱を行い、予熱後の石炭を小型乾留炉に装入して４時間かけてコークス化を行い、得られたコークスにつき、常法に従いＩ型回転強度（毎分２０回転で計６００回転後の１０mm篩上重量％）を測定した。条件および結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】
0003606989.tif 000002
【００３４】
表１から、実施例１〜１０においては、コークス回転強度が大きく向上し、コークス炉における熱負荷が改善されていることがわかる。表１には記載していないが、実施例１〜１０においては、予熱装置の閉塞や予熱石炭のパイプによる搬送性については何の問題もなく、予熱時の熱衝撃による微粉化も充分に抑制されていた。
【００３５】
【発明の効果】
作用の項でも述べたように、本発明においては、従来の予熱温度よりも相当程度高温に石炭を予熱しているにもかかわらず、石炭の軟化溶融または発泡による予熱装置の閉塞が防止され、熱衝撃による微粉化も抑制され、予熱石炭のコークス炉へ安定搬送がなされ、酸化による石炭のコークス化性の低下が防止され、コークス炉中での石炭の溶融性も確保される。石炭の粒度や粒径分布の影響をそれほど受けずに、供給石炭を所定の温度にまで均一に加熱することが可能となる点も、利点の一つである。そのため本発明によれば、コークス強度を向上させるか少なくとも低下させることなく、コークス炉における熱負荷を改善することができる。
【００３６】
加えて圧力を大気圧のｎ倍に上げることは、ガス密度がｎ倍となって同一固気比条件ではｎ倍の石炭を流すことと同じであり、予熱装置のキャパシティを１／ｎにすることができることを意味するので、予熱装置のコンパクト化が図られる。また同じ大きさの予熱装置なら、処理量がｎ倍になることを意味する。従って、加圧に伴なう装置の耐圧化や制御の複雑化に伴なうデメリットをはるかに上回るメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の加圧下高温予熱方法を実施するための装置の一例を示した説明図である。
【符号の説明】
(1) …熱風発生炉、
(2) …酸素濃度計、
(3) …燃焼制御装置、
(4) …石炭供給機、
(5) …石炭予熱機、
(6) …固気分離機、
(7) …圧力センサ、
(8) …圧力設定器、
(9) …圧力コントロールバルブ、
(10), (11)…減圧バルブ
【図１】
0003606989.tif 000003