(57)【要約】【課題】  コークス炉炭化室に装入される石炭の粒子間の隙間に液体状の粘結材と共に微粉炭を注入することができるコークスの製造方法を提供する。【解決手段】  コークス炉炭化室に石炭を装入するのと同時に、又はコークス炉炭化室に石炭を装入した後に、液体状のタール及び／又はピッチに微粉炭を添加したスラリー状の物質を前記石炭に注入し、その後、前記石炭をコークス化する。石炭の粒子間の隙間に液体状のタール及び／又はピッチとともに微粉炭を注入することができるので、粒子間の反応をより円滑に行わせることができ、この結果、コークスの強度を向上させることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークス炉炭化室に石炭を装入した後に、又はコークス炉炭化室に石炭を装入するのと同時に、液体状のタール及び／又はピッチに微粉炭を添加したスラリー状の物質を前記石炭に注入し、その後、前記石炭を乾留してコークス化することを特徴とするコークスの製造方法。
【請求項２】
前記スラリー状の物質は、50〜400℃に加熱されることを特徴とする請求項１に記載のコークスの製造方法。
【請求項３】
前記スラリー状の物質は、コークス炉から発生するコークス炉ガスとの熱交換により加熱されることを特徴とする請求項２に記載のコークスの製造方法。
【請求項４】
コークス炉から発生するコークス炉ガスを前記スラリー状の物質に接触させて、前記コークス炉ガス中のタールを前記スラリー状の物質に溶解させることを特徴とする請求項３に記載のコークスの製造方法。
【請求項５】
前記スラリー状の物質を注入する位置が、炭化室巾方向の中心部であることを特徴とする請求項１ないし４いずれかに記載のコークスの製造方法。
【請求項６】
前記スラリー状の物質を注入するタイミングが、添加位置の温度が400℃以下である時期であることを特徴とする請求項１ないし５いずれかに記載のコークスの製造方法。
【請求項７】
前記スラリー状の物質をコークス炉炭化室内に注入するにあたり、昇降可能なランスを用い、そのランスをコークス炉の炉頂から炭化室内に挿入することによって、そのランスを通じて前記スラリー状の物質の注入を行なうことを特徴とする請求項１ないし６いずれかに記載のコークスの製造方法。
【請求項８】
液体状のタール及び／又はピッチに微粉炭を添加したスラリー状の物質を貯蔵するタンクと、
炭化室に対して昇降可能に設けられ、前記スラリー状の物質を炭化室内に注入するランスと、
前記タンクに貯蔵された前記スラリー状の物質を前記ランスに圧送するポンプと、を備え、
コークス炉炭化室に石炭を装入した後に、又はコークス炉炭化室に石炭を装入するのと同時に、前記ランスをコークス炉の炉頂から炭化室内に挿入することによって、前記ランスを通じて前記スラリー状の物質の注入を行なうことを特徴とするコークスの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コークス炉において石炭を乾留してコークスを製造する方法、特に、コークス炉の炭化室に液体状のタール及び／又はピッチを注入することによってコークスの品質を改善する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭を乾留してコークスにするコークス炉は、燃焼室と炭化室とが交互に配置され、燃焼室と炭化室とは耐火煉瓦の隔壁（炉壁煉瓦）で仕切られている。炭化室には上方から装入車のホッパに積んだ石炭が装入される。石炭は炭化室の両側に配置された燃焼室の熱で乾留され、コークスとされる。乾留されたコークスは、押出し機の押出しラムによって側方から押され、炭化室から排出される。
【０００３】
石炭を乾留すると、石炭粒子同士が相互に粘結して塊状多孔質のコークスが得られる。高炉の安定操業にとって好ましい高強度コークスを得るために、乾留時において、石炭の装入密度を上げる技術が知られている。装入密度がコークス強度改善に効果があるのは、石炭の粒子の隙間が近くなり、粒子間の反応が円滑に行われるためと考えられている。
【０００４】
石炭の装入密度を上げる技術として、特許文献１には、装入筒を介して石炭を炭化室に装入するに際して、装入筒に設けた噴霧ノズルから炭化室幅方向中心部に装入される石炭に界面活性剤又はオイルを噴霧し、石炭嵩密度の増加を通じてコークス強度を増加するコークスの製造方法が記載されている（特許文献１、特許請求の範囲）。
【０００５】
また、特許文献２には、噴霧ノズルから炭化室幅方向中心部に装入される石炭にタール、又は界面活性剤の水溶液を噴霧し、石炭嵩密度の増加を通じてコークス強度を増加するコークスの製造方法が記載されている（特許文献２、段落［００１４］，［００１５］）。
【特許文献１】特開平１０−２４５５６４号公報
【特許文献２】特開２００４−７５８２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、コークス炉炭化室に装入される石炭の粒子間に、液体状のタール等を注入して装入密度を上げれば、石炭の粒子間の隙間が少なくなり、粒子間の反応が円滑に行われると考えられている。
【０００７】
本発明者は、石炭の装入嵩密度を増加させたうえで、石炭の粒子間に、粘結性に寄与する粘結炭等の微粉炭を注入できれば、さらに粒子間の反応が円滑に行われるのではないかと考えた。
【０００８】
そこで本発明は、コークス炉炭化室に装入される石炭の粒子間に、液体状のタール等と共に微粉炭を注入することができるコークスの製造方法及び装置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】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、コークス炉炭化室に石炭を装入するのと同時に、又はコークス炉炭化室に石炭を装入した後に、液体状のタール及び／又はピッチに微粉炭を添加したスラリー状の物質を前記石炭に注入し、その後、前記石炭を乾留してコークス化することを特徴とするコークスの製造方法。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のコークスの製造方法において、前記スラリー状の物質は、50〜400℃に加熱されることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のコークスの製造方法において、前記スラリー状の物質は、コークス炉から発生するコークス炉ガスとの熱交換により加熱されることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のコークスの製造方法において、コークス炉から発生するコークス炉ガスを前記スラリー状の物質に接触させて、前記コークス炉ガス中のタールを前記スラリー状の物質に溶解させることを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４いずれかに記載のコークスの製造方法において、前記スラリー状の物質を注入する位置が、炭化室巾方向の中心部であることを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５いずれかに記載のコークスの製造方法において、前記スラリー状の物質を注入するタイミングが、添加位置の温度が400℃以下である時期であることを特徴とする。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６いずれかに記載のコークスの製造方法において、前記スラリー状の物質をコークス炉炭化室内に注入するにあたり、昇降可能なランスを用い、そのランスをコークス炉の炉頂から炭化室内に挿入することによって、そのランスを通じて前記スラリー状の物質の注入を行うことを特徴とする。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、液体状のタール及び／又はピッチに微粉炭を添加したスラリー状の物質を貯蔵するタンクと、炭化室に対して昇降可能に設けられ、前記スラリー状の物質を炭化室内に注入するランスと、前記タンクに貯蔵された前記スラリー状の物質を前記ランスに圧送するポンプと、を備え、コークス炉炭化室に石炭を装入した後に、又はコークス炉炭化室に石炭を装入するのと同時に、前記ランスをコークス炉の炉頂から炭化室内に挿入することによって、前記ランスを通じて前記スラリー状の物質の注入を行なうことを特徴とするコークスの製造装置である。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に記載の発明によれば、石炭の粒子間の隙間に液体状のタール及び／又はピッチと共に微粉炭を注入することができるので、粒子間の反応をより円滑に行わせることができ、この結果、コークスの強度を向上させることができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、タール及び／又はピッチに微粉炭を添加したスラリー状の物質を50〜400℃に加熱することによって、スラリー状物質の粘度を低下させることができ、石炭層へ浸透し易くなる。ここで、スラリー状物質の上限温度を400℃以下にすることで、重合反応でスラリー状物質の粘性が逆に高くなってしまうのを防止することができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、スラリー状物質の加熱のための熱源としてコークス炉から発生するコークス炉ガスの熱を有効利用できる。
【００２０】
請求項４に記載の記載によれば、コークス炉ガス中のタールをスラリー状の物質中に捕捉することができる。
【００２１】
請求項５に記載の発明によれば、炭化室内巾方向中心部におけるコークス強度の低下を防ぐことができる。
【００２２】
請求項６に記載の発明によれば、乾留工程の前でスラリー状の物質を注入するので、乾留工程においてスラリー状の物質が石炭の粒子同士の反応を促進させる。
【００２３】
請求項７に記載の発明によれば、スラリー状の物質をランスを用いて注入することで、コークス強度向上に効果のある物質を炭化室内の所望の位置に添加することが可能になる。
【００２４】
請求項８に記載の発明によれば、石炭の粒子間の隙間に液体状のタール及び／又はピッチと共に微粉炭を注入することができるので、粒子間の反応をより円滑に行わせることができ、この結果、コークスの強度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
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。図１は、本発明に係る方法を実施する装置を示した概念図である。
【００２６】
本実施形態では、まず、タンク１にピッチと微粉炭を入れ、これらを50〜400℃に好ましくは300〜350℃に加熱して、液体状のピッチに微粉炭を分散させたスラリー状の物質を得る。
【００２７】
ピッチには、コークス炉よりガスとともに発生する副生ピッチを用いることが好ましいが、石油系のピッチも利用できる。ピッチは常温では固体であるが加熱により溶融して液体になる。50℃以上に加熱することでピッチの粘度を低下させ、石炭層へより浸透させ易くなる。一方、ピッチの上限温度を400℃以下にするのは、重合反応で固体が析出するなどして粘度が高くなるのを防止するためである。この他にも50℃以上に加熱したピッチを炭化室の石炭層に注入することによって、炭化室２内の石炭を昇温することができ、これにより生産性が上がる。
【００２８】
ピッチの替わりにコークス炉よりガスとともに発生するタールを使用してもよい。また、ピッチそのものにはコークス強度向上効果がなくとも、ピッチ＋微粉炭の混合物としてコークス強度向上効果が発現されればよい。
【００２９】
ピッチに混合される微粉炭の炭種は、コークス強度向上に効果のある粘結炭が望ましい。石炭の粒子間に注入されるピッチが十分な強度向上効果を持つ場合には、より劣質な微粉炭も利用できる。一般に、乾留後の炭化室２内のコークス中心部には巾10-20ｍｍ程度の大きな亀裂ができることが知られているが、乾留歩留まりの高い石炭を混合した場合、コークス収量が増加する。
【００３０】
コークス炉の炭化室に装炭車により石炭を装入した後に、炭化室にスラリー状の物質を注入する。スラリー状の物質の注入位置は、コークス強度低下がおこる炭化室巾方向中心部（すなわち、注入位置から両炉壁までの距離の差が炉幅の1/2以下）がよい。そして、炉頂方向に必要に応じ複数箇所（好ましくは5〜15ヶ所程度）に注入するのがよい。ランス３の長さ方向に複数の孔を開けておくことで、上下方向に満遍なく注入できる。
【００３１】
注入タイミングは石炭の軟化溶融が始まる温度以下（具体的には、スラリー状の物質の添加位置の温度が400℃以下である時期である）がよい。操業上は、装炭車に付属の装置を製作して、装入直後に行なうことが望ましい。この他にも、装炭車によりコークス炉炭化室に石炭を装入しながら同時平行的にスラリー状の物質を注入してもよい。石炭の装入と同時に注入することで、炭化室にスラリー状の物質を注入する際の圧力を低減することができ、石炭にスラリー状の物質を浸透させ易くなる。
【００３２】
ランス３は昇降可能とし、注入以外のタイミングでは炭化室２の外に置く。これにより、石炭装入および、コークス窯出し時に操業の邪魔にならず、また、熱によるランス３の変形も防止できる。ランス３は垂直方向に挿入するのが望ましい。特に、挿入方向が垂直から大きくずれる場合には、ランス３が炉壁と接触して、炉壁に損傷を与える可能性があるので注意が必要である。垂直に挿入するため、炉頂に設置するランス３の昇降装置は高さ方向の複数点でランスを固定し、ずれが発生しないようにする。また、炭化室２内でランス３が曲がってしまうことを避けるため、十分な強度をもったランス３を用いる。好ましくは外径20ｍｍ程度以上の鋼製パイプを用いるのがよい。炭化室２の石炭に対して挿入を行なう際には、粉体抵抗があるが、ランス３の上部から大きな力を与えて挿入してもよいし、ランス３の先端または本体をドリル様の形状としておき、石炭層にねじ込むようにしてもよい。
【００３３】
炭化室２の上部にはランスを挿入するための穴を予め設けておく。この穴は通常は蓋により閉鎖されており、ランス３の挿入の際にのみこの蓋を取り、ランス３を挿入する。この穴は、石炭を装入するための装炭孔蓋に設けてもよいし、炉頂の煉瓦を貫通するように設けてもよい。
【００３４】
スラリー状の物質を加熱する場合の熱源としては、コークス炉から発生するコークス炉ガスが利用可能である。このコークス炉ガスは600〜700℃以上の顕熱を持つからである。従来、コークス炉ガスの顕熱はあまり有効には利用されておらず、本発明により有効利用が可能になる。コークス炉ガスは石炭を乾留しコークスを製造する際に生成するガスであり、その成分はＣＨ４，ＣＯ，Ｈ２を主体とし、タール、軽油、アンモニア等を含む。発生コークス炉ガスによる加熱を行なう方法としては、加熱装置としての熱交換器によりコークス炉ガスと間接的に接触させてもよいが、図１に示されるようにコークス炉ガスをスラリー状の物質に直接流通させて、熱交換することもできる。コークス炉ガスをスラリー状の物質に直接流通させる場合、コークス炉ガス中の水分の凝縮を防止するため、スラリー状物質の温度が100℃以上となるように維持することが好ましい。この発生コークス炉ガスによる加熱の他にも、設備費低減のため、スラリー状の物質を外部熱源により加熱してもよい。
【００３５】
従来、発生コークス炉ガスの熱が有効活用しにくかった原因としては、発生コークス炉ガス中にタール分や粉塵が含まれるため、タールや粉塵を分離せずにコークス炉ガスの温度を冷却すると液体分の粘度が上がりすぎ、配管内で閉塞をひきおこす、という問題があったことが挙げられる。発生コークス炉ガスを液体中に流通させる場合、こうした閉塞の問題が回避可能となり好ましい。また、発生コークス炉ガス中のタール分が液体に溶け込み、粉塵分は懸濁し、コークス炉に再供給される。一般にタール分や発生コークス炉ガスに同伴される石炭微粉は粘結性を持つため、コークス強度向上効果を有する点からも好ましい。
【００３６】
このような熱交換のためのタンク１はコークス炉に複数（およそ5〜20窯に1基程度）設置され、スラリー状の物質の昇温が行なわれる。
【００３７】
スラリー状の物質は、タンク１から注入のための装置（以下、注入車と呼ぶ）にポンプによって圧送される。注入車は、装炭車に付属、または独立で炉頂を移動できるようにするのが効果的である。注入車は圧送されるスラリー状の物質を注入車上のタンクに移す。注入車上のタンクは保温を十分に行なうことが好ましい。注入車上にタンクを設けない場合、注入車が炉頂を移動できるように、タンク１と注入車を断熱保温されたフレキシブルホース４で接続するのが望ましい。
【００３８】
図２は、石炭の粒子間に注入されたスラリー状の物質を示す模式図である。石炭に液体状のピッチ５を注入すると、注入した直後にピッチ５が冷えて固化する。このときピッチ５の熱は石炭の粒子６に伝導する。固化したピッチ５及び微粉炭７は石炭の粒子６間の隙間を埋める。
【００３９】
炭化室の石炭にスラリー状の物質を注入した後、石炭の乾留が開始される。石炭を乾留すると、石炭粒子６同士が相互に粘結してコークス化する。このとき、溶融状態のピッチ５が媒介になり石炭粒子６間の反応を促進させる。ピッチ５を媒介させたうえで、粘結性に寄与する粘結炭等の微粉炭７を石炭の粒子６間に媒介させれば、粒子６間の反応がさらに促進し、この結果、高強度のコークスが得られる。
【実施例】
【００４０】
コークス炉からの発生コークス炉ガスを流通させるタンクに軟化点50〜60℃のコールタール系ピッチを供給し、同時に0.5ｍｍ以下に粉砕した粘結炭を供給した。この時の粘結炭のピッチに対する比率は10質量％となるようにした。熱交換により300℃に昇温したスラリーを注入車に移送し、注入車を炭化室上に移動させ、あらかじめ設置した注入孔からランスを挿入して炭化室内にスラリーを注入した。ランスには高さ方向10cmに1箇所の割合で炉頂方向に向いた穴が開けられており、スラリーの注入量は、炭化室内の石炭量に対して、1質量％となるようにした。ランスの装入および液体注入は石炭装入後3-8分の時間に行ない、注入後、ランスを引き抜いて、スラリーを注入した石炭層を通常通り加熱した。燃焼室温度1200℃で乾留を18時間行ない、通常通りコークスを押出し、乾式消火した。このコークスをサンプリングし、強度を測定したところ、JIS-DI(150/15)指数で84.6であった。同じ石炭を用い、スラリーを添加しないで製造したコークスの強度は84.2であり、スラリー添加により0.4ポイントのコークス強度向上が確認された。
【００４１】
また、同様の操作により製造したコークスを湿式消火し、コークスの炉壁に接した部位と、炭化室中心側の部位の強度を測定したところ、炉壁側の強度が82.8，中心側の強度が82.7となり、両者の強度差は、0.1炉壁側が高い結果となった。同じ石炭によりスラリーを注入しない条件で同じ操作によりコークスを製造した場合のコークスの炉壁に接した部位と、炭化室中心側の部位の強度は、炉壁側の強度が82.8，中心側の強度が81.7となり、強度差は1.1炉壁側が高い結果となり、本発明の方法によって、炭化室中心部のコークス強度が向上できたことが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態におけるコークスの製造方法を実施するための装置の模式図。
【図２】石炭の粒子間に注入されたスラリー状の物質を示す模式図。
【符号の説明】
【００４３】
１…タンク
２…コークス炉炭化室
３…ランス
４…フレキシブルホース
５…ピッチ（粘結材）
６…石炭の粒子
７…微粉炭
【図１】
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【図２】
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