(57)【要約】【課題】コークス炉で石炭を乾留する際に発生するガス中に含まれる有機化合物のオンサイトでの分析を可能とすると共に高精度の分析を可能とするための被分析ガスの前処理装置及び前処理方法を提供する。【解決手段】  前記前処理装置は、被分析ガス中の異物を除去するための異物除去手段と、前記異物除去後の被分析ガス中に含まれる有機化合物を吸着させ、その後、吸着させた有機化合物を加熱脱着することで濃縮を行う濃縮手段とを備える。  また、前記前処理方法は、被分析ガス中の異物を除去する異物除去工程と、前記異物除去後の被分析ガス中に含まれる有機化合物を吸着させる吸着工程と、前記吸着させた有機化合物の内の少なくとも分析対象の有機化合物を加熱脱着する脱着工程とを備える。【選択図】図１
2006250738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークス炉で石炭を乾留する際に発生するガス中に含まれる有機化合物のオンサイトでの分析を可能とするための被分析ガスの前処理装置であって、
被分析ガス中の異物を除去するための異物除去手段と、
前記異物除去後の被分析ガス中に含まれる有機化合物を吸着させ、その後、吸着させた有機化合物を加熱脱着することで濃縮を行う濃縮手段と
を備えることを特徴とする被分析ガスの前処理装置。
【請求項２】
コークス炉で石炭を乾留する際に発生するガス中に含まれる有機化合物のオンサイトでの分析を可能とするための被分析ガスの前処理方法であって、
被分析ガス中の異物を除去する異物除去工程と、
前記異物除去後の被分析ガス中に含まれる有機化合物を吸着させる吸着工程と、
前記吸着させた有機化合物の内の少なくとも分析対象の有機化合物を加熱脱着する脱着工程と
を備えることを特徴とする被分析ガスの前処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コークス炉で発生するガス中に含まれる有機化合物のオンサイトでの分析を可能とするための被分析ガスの前処理装置及び前処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉による製鉄プロセスにおいては、コークスは、高炉内におけるガス流れを確保することを目的に投入されるとともに、コークスそのものが鉄鉱石の還元材として働く。
【０００３】
このようなコークスは、１０００℃程度に熱せられたコークス炉内で石炭を乾留することにより、軟化、溶融、再固化の過程を通り、最終的には強固化したコークスとして得られる。そして、このときの、石炭コークス化過程で起こる熱分解反応においてガスが発生する。このガスの発生挙動の把握はコークスの品質を安定させる上で重要であると考えられる。
【０００４】
コークス炉で発生するガスのうち、Ｈ２、ＣＯ，ＣＯ２、低級炭化水素などについては、すでに迅速な分析が可能となっている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。しかし、コークス炉で発生するガスは、Ｈ２、ＣＯ，ＣＯ２、低級炭化水素などの低分子化合物だけではなく、ナフタレン、ベンゼンといった芳香族有機化合物も含まれている。これらのタール成分と呼ばれる有機化合物は、コークス炉ガスを冷却することによりタールとして取り出した後、精製工程を経て得られる。
【特許文献１】特開２００４−２３１６８０号公報
【非特許文献１】西藤将之、他、「石炭／コークス化反応の連続ガスモニタリングシステムの開発」、鉄と鋼、日本鉄鋼協会、２００３年、Ｖｏｌ．８９、ｐ．１１４−１１９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
石炭のコークス化過程で発生するガスのうち、低分子化合物については上記非特許文献１などでも詳細に調査されているが、高分子化合物である有機化合物についてはほとんど調査されていない。これらの有機化合物の発生挙動を詳細に解析し、低分子化合物の発生挙動とあわせることによって、より高度なコークス炉制御を行うことが可能となると考えられる。
【０００６】
先の有機化合物についてはほとんど調査されていない原因として、水分や無機ガス成分を含んだ微量の有機化合物を迅速に且つ精度良く分析することが困難であることが考えられる。タール成分を含むガスのサンプリングは、上記特許文献１に記載されているように、ガスを保温することにより実現できるが、このとき、一部の水分や石炭に含まれている硫黄分や塩素などの無機ガスなどもサンプリングガス中に含まれている。これらのガスを分析装置で分析すると、不純物として分析精度に影響するばかりでなく、分析装置内の配管の腐食や吸着による詰まりといった影響を及ぼす。そのため、コークス炉で発生するガス中に含まれる有機化合物の、コークス炉の側においてするオンサイトでの分析を困難にしている。
【０００７】
そこで、本発明は、コークス炉で石炭を乾留する際に発生するガス中に含まれる有機化合物のオンサイトでの分析を可能とすると共に高精度の分析を可能とするための被分析ガスの前処理装置及び前処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記課題を解決するための方法について鋭意検討を行った。
上記問題を解決するために、本発明者らはコークス炉で発生するガスに含まれる有機化合物以外の成分除去方法について種々の検討を行った。
【０００９】
その結果、一部の吸着剤に水分、無機ガスを吸着しないものがあり、有機化合物のみを吸着するものがあることを見い出した。さらに、この吸着剤は吸着した後、加熱することで、吸着した有機化合物を脱着し、必要な有機化合物のみを分析装置に送り込むことが可能であるという知見を得た。このとき、タール成分のうち分子量の比較的大きな有機化合物については吸着剤から脱着しないようにすることも可能であるため、分析装置内での析出も抑制可能となる。また、分析終了後に吸着剤を高温、例えば、３５０〜４００℃の温度で焼成することで、吸着剤に残存する分子量の大きな有機化合物も除去することができ、吸着剤を繰り返し使用することが可能であることがわかった。
【００１０】
本発明は、上記の知見に基づきなされたもので、以下のような特徴を有する。
［１］コークス炉で石炭を乾留する際に発生するガス中に含まれる有機化合物のオンサイトでの分析を可能とするための被分析ガスの前処理装置であって、
被分析ガス中の異物を除去するための異物除去手段と、
前記異物除去後の被分析ガス中に含まれる有機化合物を吸着させ、その後、吸着させた有機化合物を加熱脱着することで濃縮を行う濃縮手段とを備えることを特徴とする被分析ガスの前処理装置。
［２］コークス炉で石炭を乾留する際に発生するガス中に含まれる有機化合物のオンサイトでの分析を可能とするための被分析ガスの前処理方法であって、
被分析ガス中の異物を除去する異物除去工程と、
前記異物除去後の被分析ガス中に含まれる有機化合物を吸着させる吸着工程と、
前記吸着させた有機化合物の内の少なくとも分析対象の有機化合物を加熱脱着する脱着工程とを備えることを特徴とする被分析ガスの前処理方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、コークス炉で石炭を乾留する際に発生するガス中に含まれる有機化合物のオンサイトでの分析を可能とすると共に高精度の分析を可能とするための被分析ガスの前処理装置及び前処理方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態の一例を説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係る被分析ガスの前処理装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【００１４】
図１において、コークス炉１で石炭の乾留により発生するガス（コークス炉発生ガス）は、煙道２０を通り、後段側のガス処理工程に向かう。この煙道２０の途中からポンプ５によりサンプリングされたコークス炉発生ガス（被分析ガス）は、導入管２１を通して異物除去手段２に導入され、そこで、前記被分析ガス中の異物である、ダスト類やミスト類等が除去される。
【００１５】
ここで、前記異物除去手段２で用いられる異物除去用のフィルタとしては、通常使用される濾紙状のものを用いることができるが、高温のコークス炉発生ガス（被分析ガス）をある程度高温のまま処理できるようにセラミックス、ガラス繊維、ステンレスウール等の耐熱性の高い材料で構成したフィルタを用いることが好ましい。
【００１６】
また、フィルタに付着した異物によるフィルタ目詰まりの影響を避けるため、複数個のフィルタを備え、フィルタが目詰まりしたら他の新しいフィルタへ順次切り換わるように構成しても良い。
【００１７】
また、フィルタへのタール成分の液化付着や析出を防止するために、被分析ガスを加熱するための加熱手段を備えるようにしても良い。ここで、前記加熱手段としては、ヒーター等の一般の加熱手段を用いることができ、導入管２１に前記加熱手段を取り付けて加熱を行うようにしてもよい。
【００１８】
さらに、オンサイトでの分析を行うためには、連続的にガスのサンプリングを行う必要があり、フィルタに付着したダスト類やミスト類を定期的に除去することが好ましい。そのため、パルス空気などの逆洗手段を備えるようにしても良い。ここで、逆洗を行う場合の空気パルスの圧力は、コンマ数ＭＰａ程度の圧力で十分であり、差圧を管理しながら逆洗間隔を決定すればよい。
【００１９】
前記異物除去手段２でダスト類やミスト類等の異物が除去された被分析ガスは、導入管２２を通じて開閉弁１１を開放することで、濃縮手段３に送られる。
【００２０】
濃縮手段３は、被分析ガス中に含まれる有機化合物を吸着させる吸着剤を備えた吸着剤部３ａと、この吸着剤部３ａの温度を所定の温度に加熱するためのヒーター等の加熱手段３ｂと、前記吸着剤に吸着された有機化合物を脱着させる際にキャリアガス６を導入するキャリアガス導入手段３ｃとを備えている。
【００２１】
そして、この濃縮手段３では、異物除去後の被分析ガス中に含まれる有機化合物のみを吸着剤に吸着させ（吸着工程）、その後、前記吸着させた有機化合物の内の少なくとも分析対象の有機化合物を加熱脱着させる（脱着工程）ことで、前記被分析ガス中に含まれる有機化合物の濃縮を行う。
【００２２】
前記吸着工程では、異物除去後の被分析ガス中に含まれる有機化合物のみを、前記吸着剤部３ａに備える吸着剤に吸着させる。このとき、吸着剤に吸着されない水分や無機ガスなどの極性成分は開放された開放弁１２を通り、ポンプ５を経由して排出管４から煙道２０に排出される。なお、前記排出管４の煙道２０への接続位置は、前記導入管２１の煙道２０への接続位置の下流側とする必要がある。
【００２３】
ここで、前記吸着剤部３ａに備える吸着剤としては、上述したように水分や無機ガスといった極性物質を吸着しない性質を持ったものであれば良く、例えば、ＴＥＮＡＸ（２，６−ジフェニレンオキシド）樹脂やＸＡＤ樹脂、炭素系吸着剤などを使用することができる。
【００２４】
また、前記加熱手段３ｂは、サンプリングの際に吸着剤部３ａの温度管理を行うとともに、濃縮後の加熱脱着時の吸着剤部３ａの加熱を行う。サンプリング時の吸着剤部３ａの温度は水分や無機ガスが凝縮しない温度とすることが好ましく、１００℃程度が望ましい。
【００２５】
前記脱着工程では、前記キャリアガス導入手段３ｃによりキャリアガスを吸着剤部３ａに導入し、前記吸着剤に吸着させた有機化合物の内の少なくとも分析対象の有機化合物を加熱脱着させる。ここで、前記キャリアガス導入手段３ｃは、濃縮手段３にキャリアガスを導入するキャリアガス導入管２３と、前記濃縮手段３に導入するキャリアガスの流量を調整するキャリアガス流量調整弁１３と、前記濃縮手段３から脱着した有機化合物を含む脱着ガスを排出するための脱着ガス排出管２４とにより構成される。また、前記キャリアガスとしては、不活性ガス、例えば、ヘリウム、アルゴン、窒素等を用いることができる。
【００２６】
脱着工程では、まず、キャリアガス流量調整弁１３及び脱着ガス流量調整弁１４を開放すると同時に開放弁１１、１２を閉じてラインを切り替え、サンプリング時とは逆方向からキャリアガス導入管２３を通じて所定量の分析用キャリアガス６を流しながら加熱を行い、吸着剤部３ａに備える吸着剤に吸着した有機化合物を脱着させる。脱着を行う加熱温度については、分析に必要な有機化合物が脱着する温度とすればよく、例えば、２００〜２５０℃程度が望ましい。
【００２７】
脱着ガス排出管２４から排出された脱着した有機化合物を含む脱着ガスは、前記脱着ガス排出管２４の途中に設けた脱着ガス流量調整弁１４により流量が調整され、後段側に設けられた分析装置７に送られ、そこで、定性或いは定量分析が行われる。
【００２８】
なお、前記加熱脱着後の吸着剤は、次回の分析に備えて焼成処理される。この場合の焼成温度は高温ほど良いが吸着剤の機能が損なわれない程度の温度で行うことが好ましい。吸着剤がＴＥＮＡＸ樹脂の場合には、例えば、３５０℃程度で焼成処理することが好ましい。
【００２９】
以上のように、本発明に係る被分析ガスの前処理装置及び前処理方法を用いることで、コークス炉で石炭を乾留する際に発生するガスをその場所においてオンサイトで分析する場合においても、まず、ガス中に含まれるダスト類やミスト類等の異物の除去が行われ、さらに、ガス中に含まれ、分析精度に悪影響を与えるような水分や無機ガス等を分離し、ガス中の分析対象となる有機化合物の濃縮が行われる。そして、この分析対象の有機化合物が濃縮されたガスを分析装置で分析することで、オンサイトで分析する場合であっても、安定した高精度な分析が可能となる。
【００３０】
なお、前記分析装置７としては、公知の種々の分析装置を用いることができる。例えば、質量分析計のほか、水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）や電子捕獲型検出器（ＥＣＤ）などの検出装置を用いてもよく、ガスクロマトグラフ装置を用いた各種有機化合物の分離手段を設けても良い。分析の迅速性を重視する場合には、超音速ジェット多光子共鳴イオン化法を用いたイオン化を行い、飛行時間型質量分析計（ＴＯＦ-ＭＳ）での検出も可能である。また、非常に高感度なイオン化率増幅用多面鏡を有するイオン化法を用いても良い。
【実施例１】
【００３１】
図１に示した、本発明に係る前処理装置を用いて、コークス炉発生ガスのオンサイトでの分析が可能であるかどうかの検証を行った。
【００３２】
図１に示す装置において、異物除去手段２で用いるフィルタは、セラフィル社製のセラミックスフィルタを用いた。また、前記異物除去手段２には、逆洗を行うためのエアコンプレッサを具備し、０．５ＭＰａの圧力で、フィルタ前後の差圧が１０ｋＰａとなったところで作動するように調整したものを用いた。
【００３３】
コークス炉発生ガスの温度が１５０℃となるように加熱された導入管２１を通じて、コークス炉発生ガスを異物除去手段２に導入して異物除去を行い、異物除去後のガスを濃縮手段３に導入した。
【００３４】
前記濃縮手段３としては、吸着剤としてＴＥＮＡＸ樹脂を用い、吸着剤部３ａにこの吸着剤を２.０ｇ充填したものを用いた。
【００３５】
前記吸着剤部３ａの温度は１２０℃に制御してサンプリングを実施した。サンプリング時間は５分間でガス流量は１Ｌ／分で行った。
【００３６】
サンプリング終了後、吸着剤部３ａを２５０℃に加熱して、キャリアガス（Ｈｅ）を１０ｍｌ／分 流しながら加熱脱着を行った。加熱脱着時間は１分間であった。
【００３７】
加熱脱着後のガスを分析装置に導入した。分析装置は超音速ジェット多光子共鳴イオン化質量分析装置を用いた。
【００３８】
濃縮された有機化合物ガスはイオン化され、飛行時間型質量分析計で各質量ごとに分離され検出、定量した。ここで、分析時間は約１分間であった。なお、加熱脱着後の濃縮手段３は３５０℃で５分間焼成した。
【００３９】
上記のサンプリングから分析までに要した時間は約７分間であり、焼成時間を考慮しても約１０分間で測定が終了した。
【００４０】
また、図２に、本実施例でオンサイト測定を行ったコークス炉発生ガス中のナフタレン（分子量１２８）のイオン強度の経時変化を示す。実験は６００分（１０時間）の連続運転で行った。
【００４１】
この間、前記異物除去手段２でのフィルタの目詰まりは確認されなかった。また、図２に示されるように、コークス炉発生ガス中のナフタレン（分子量１２８）の経時変化も安定して測定できており良好な経過であった。
【００４２】
以上のように、本発明の被分析ガスの前処理装置を用いることで、コークス炉発生ガス中の分析対象の有機化合物のみを分離、濃縮して、後段側の分析装置に被分析ガスを安定して導入することが可能となる。これにより、後段側の分析装置での高精度な測定を、安定して長期間連続して行うことが可能であることが実証され、オンサイトでの分析が可能であることが示された。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る被分析ガスの前処理装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る実施例で、オンサイト測定を行ったコークス炉発生ガス中のナフタレンのイオン強度の経時変化を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  コークス炉
２  異物除去手段
３  濃縮手段
３ａ  吸着剤部
３ｂ  加熱手段
３ｃ  キャリアガス導入手段
４  排出管
５  ポンプ
６  キャリアガス
７  分析装置
１１  開閉弁
１２  開放弁
１３  キャリアガス流量調整弁
１４  脱着ガス流量調整弁
２０  煙道
２１，２２  導入管
２３  キャリアガス導入管
２４  脱着ガス排出管
【図１】
2006250738.tif 000003
【図２】
2006250738.tif 000004