(57)【要約】【課題】コークス炉の炉体状態を、炉体を調査することなく診断できるコークス炉の炉体状態診断方法を提供する。【解決手段】コークス炉の１つまたは複数の炭化室で石炭を乾留することにより発生するコークス炉ガスに含まれるシアン化水素の濃度を測定するシアン化水素濃度測定工程と、前記シアン化水素濃度測定工程により得られたシアン化水素の濃度を、前記コークス炉の炉体状態を判断するためのシアン化水素の基準濃度と比較するシアン化水素濃度比較工程と、前記シアン化水素濃度比較工程の結果に基づいて、前記炭化室の気密性を判断する判断工程とを含む、コークス炉の炉体状態診断方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークス炉の１つまたは複数の炭化室で石炭を乾留することにより発生するコークス炉ガスに含まれるシアン化水素の濃度を測定するシアン化水素濃度測定工程と、
前記シアン化水素濃度測定工程により得られたシアン化水素の濃度を、前記コークス炉の炉体状態を判断するためのシアン化水素の基準濃度と比較するシアン化水素濃度比較工程と、
前記シアン化水素濃度比較工程の結果に基づいて、前記炭化室の気密性を判断する判断工程と
を含む、コークス炉の炉体状態診断方法。
【請求項２】
前記判断工程は、前記シアン化水素濃度比較工程において、前記シアン化水素の濃度が、前記基準濃度と比較して所定の割合以上高い場合に、前記炭化室の気密性が低下したと判断する工程を含む、請求項１に記載のコークス炉の炉体状態診断方法。
【請求項３】
前記コークス炉ガスに含まれるアンモニアの濃度を測定するアンモニア濃度測定工程と、
前記アンモニア濃度測定工程により得られたアンモニアの濃度を、前記コークス炉の炉体状態を判断するためのアンモニアの基準濃度と比較するアンモニア濃度比較工程と、をさらに含み、
前記判断工程は、前記アンモニア濃度比較工程の結果に基づいて、前記炭化室の気密性を判断する工程を含む、請求項１または請求項２に記載のコークス炉の炉体状態診断方法。
【請求項４】
前記判断工程は、前記アンモニア濃度比較工程において、前記アンモニアの濃度が、前記基準濃度と比較して低い場合に、前記炭化室の気密性が低下したと判断する工程を含む、請求項３に記載のコークス炉の炉体状態診断方法。
【請求項５】
前記基準濃度は、予め設定された濃度である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のコークス炉の炉体状態診断方法。
【請求項６】
前記シアン化水素の基準濃度は、前記シアン化水素濃度測定工程においてシアン化水素の濃度を測定した前記炭化室とは異なる１つまたは複数の炭化室で発生した、コークス炉ガスに含まれるシアン化水素の濃度である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のコークス炉の炉体状態診断方法。
【請求項７】
前記アンモニアの基準濃度は、前記アンモニア濃度測定工程においてアンモニアの濃度を測定した前記炭化室とは異なる１つまたは複数の炭化室で発生した、コークス炉ガスに含まれるアンモニアの濃度である、請求項３または４に記載のコークス炉の炉体状態診断方法。
【請求項８】
前記コークス炉は、１つまたは複数の前記炭化室からコークス炉ガスが排出される排出管を備え、
前記シアン化水素濃度測定工程では、前記排出管を流れるコークス炉ガスに含まれるシアン化水素の濃度を測定する工程を含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載のコークス炉の炉体状態診断方法。
【請求項９】
前記コークス炉は、複数の前記炭化室を備え、
前記排出管は、複数の前記炭化室から排出されるコークス炉ガスが集合する１つの集合管ならびに複数の当該炭化室と当該集合管を接続する複数の接続管を含み、
前記シアン化水素濃度測定工程では、少なくとも前記集合管または前記接続管のうち、いずれか一方を流れるコークス炉ガスに含まれるシアン化水素の濃度を測定する工程を含む、請求項８に記載のコークス炉の炉体状態診断方法。
【請求項１０】
前記集合管は、各コークス炉の集合管を流れるコークス炉ガスがさらに集合する集合本管と接続し、
前記シアン化水素濃度測定工程では、前記集合管、前記接続管、および前記集合本管のうち、少なくともいずれかを流れるコークス炉ガスに含まれるシアン化水素の濃度を測定する工程を含む、請求項９に記載のコークス炉の炉体状態診断方法。
【請求項１１】
前記シアン化水素濃度測定工程は、前記集合管を流れるコークス炉ガスに含まれるシアン化水素の濃度を測定する工程であり、
前記基準濃度は、前記シアン化水素濃度測定工程においてシアン化水素の濃度を測定した前記集合管とは異なる、１つまたは複数の集合管を流れるコークス炉ガスに含まれるシアン化水素の濃度である、請求項１０に記載のコークス炉の炉体状態診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コークス炉の炉体状態を、炉体を調査することなく診断できる炉体状態診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コークス炉は、炭化室と燃焼室とを備え、炭化室に装入された石炭を燃焼室からの伝熱により乾留し、コークスを製造する。コークスは、押出し機により炭化室から押し出され、コークス炉外へ排出される。
【０００３】
石炭を乾留する条件として、炭化室の室内が無酸素状態であることが好ましく、炭化室が気密構造であることが条件となる。コークス炉は耐火物構造であり、炭化室と燃焼室とは耐火レンガ等の耐火物で区切られている。炭化室は、多数の耐火物がモルタル等により接着されて気密性が保たれている。また、炉蓋についても、シールプレート等により、外気とは遮断されている。
【０００４】
炭化室の室内に空気が侵入すると、石炭の燃焼、乾留により発生するコークス炉ガス（ＣＯＧ）の燃焼により石炭の乾留に悪影響が生じる場合や、炭化室の耐火物が損傷する等の悪影響が生じる場合がある。特に、コークス炉の老朽化や劣化等による、炉体の膨張、目地割れおよび耐火物の損傷等により、炭化室の気密性が低下すると、炭化室の室内へ侵入する空気により耐火物の損傷が助長され、空気の侵入量がさらに増加する、という悪循環を繰り返す場合がある。
【０００５】
炭化室への空気の侵入は、耐火物の損傷を助長するのみならず、石炭の乾留の遅れや、コークスの押し出し抵抗が増加する等、コークスの生産性に影響が出る。したがって、適切なタイミングで、炭化室を構成する耐火物の補修や炉蓋シールプレートの補修等により、炭化室の気密性を回復させることとなる。ただし、このような補修をするためには、コークスの生産を停止しなければならない。また、補修には相当の時間を必要とし、その間、コークスの生産をすることができない。
【０００６】
また、炭化室の気密性の低下は、炉体の膨張を測定することで予測可能である。しかし、コークスの生産を停止しなければならないため、炉体の膨張を頻繁に測定することはできない。
【０００７】
そのため、コークスの生産性に影響が出ないように、コークスの生産を停止することなく、炭化室の気密性の低下を極力早く検知する等により、コークス炉の炉体状態を診断する必要がある。
【０００８】
気密性を検知する方法として、炉口の目地に光ファイバーセンサーを埋め込み、炉口周囲の温度分布を測定する方法が挙げられる（例えば、特許文献１）。この方法によれば、空気が侵入している箇所で、コークス炉ガスが燃焼することによる温度の上昇が生じることを利用し、目地の劣化箇所を検知することができる。
【０００９】
また、コークス炉の蓄熱室と燃焼排ガス切替変更弁間で、燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度または酸素濃度あるいは一酸化炭素濃度と酸素濃度を管理することにより、コークス炉の炭化室の炉壁について、損傷の有無を検知する方法が挙げられる（例えば、特許文献２）。この方法は、炭化室のコークス炉ガスが炉壁損傷部を介して燃焼室内に漏洩することで発生する不完全燃焼を、燃焼排ガス成分の一酸化炭素や酸素の濃度変化から検知し、炉壁の損傷を検知することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平６−１５８０５１号公報
【特許文献２】特開１１−５９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１に挙げられた方法は、空気の侵入によりコークス炉ガスが燃焼する現象を利用したものである。そのため、光ファイバーを敷設した箇所については空気の侵入を検出することが出来るものの、炉口以外の他の部位から侵入する空気を検出することはできない。
【００１２】
また、特許文献２に挙げられた方法は、一酸化炭素濃度や酸素濃度の変化は、燃焼室への供給燃料ガスの流量の不均衡や、燃焼用の空気を供給する通路の閉塞、燃焼室の気密性の低下等、炭化室の炉壁の損傷以外の要因でも起こり得る。そのため、炭化室の気密性の低下のみを特定することはできない。
【００１３】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、コークス炉の劣化に伴う炭化室への空気の侵入の有無を、コークス炉ガス中の特定成分を監視して診断することにより、コークス炉の炉体状態の劣化を早期に検知することのできる、コークス炉の炉体状態診断方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、コークス炉の１つまたは複数の炭化室で石炭を乾留することにより発生するコークス炉ガスに含まれるシアン化水素の濃度を測定するシアン化水素濃度測定工程と、前記シアン化水素濃度測定工程により得られたシアン化水素の濃度を、前記コークス炉の炉体状態を判断するためのシアン化水素の基準濃度と比較するシアン化水素濃度比較工程と、前記シアン化水素濃度比較工程の結果に基づいて、前記炭化室の気密性を判断する判断工程とを含む、コークス炉の炉体状態診断方法が提供される。
【００１５】
前記判断工程は、前記シアン化水素濃度比較工程において、前記シアン化水素の濃度が、前記基準濃度と比較して所定の割合以上高い場合に、前記炭化室の気密性が低下したと判断する工程を含むことができる。
【００１６】
前記コークス炉の炉体状態診断方法は、前記コークス炉ガスに含まれるアンモニアの濃度を測定するアンモニア濃度測定工程と、前記アンモニア濃度測定工程により得られたアンモニアの濃度を、前記コークス炉の炉体状態を判断するためのアンモニアの基準濃度と比較するアンモニア濃度比較工程と、をさらに含み、前記判断工程は、前記アンモニア濃度比較工程の結果に基づいて、前記炭化室の気密性を判断する工程を含むことができる。
【００１７】
前記判断工程は、前記アンモニア濃度比較工程において、前記アンモニアの濃度が、前記基準濃度と比較して低い場合に、前記炭化室の気密性が低下したと判断する工程を含むことができる。
【００１８】
前記基準濃度は、予め設定された濃度とすることができる。
【００１９】
前記シアン化水素の基準濃度は、前記シアン化水素濃度測定工程においてシアン化水素の濃度を測定した前記炭化室とは異なる１つまたは複数の炭化室で発生した、コークス炉ガスに含まれるシアン化水素の濃度とすることができる。
【００２０】
前記アンモニアの基準濃度は、前記アンモニア濃度測定工程においてアンモニアの濃度を測定した前記炭化室とは異なる１つまたは複数の炭化室で発生した、コークス炉ガスに含まれるアンモニアの濃度とすることができる。
【００２１】
前記コークス炉は、１つまたは複数の前記炭化室からコークス炉ガスが排出される排出管を備え、前記シアン化水素濃度測定工程では、前記排出管を流れるコークス炉ガスに含まれるシアン化水素の濃度を測定する工程を含むことができる。
【００２２】
前記コークス炉は、複数の前記炭化室を備え、前記排出管は、複数の前記炭化室から排出されるコークス炉ガスが集合する１つの集合管ならびに複数の当該炭化室と当該集合管を接続する複数の接続管を含み、前記シアン化水素濃度測定工程では、少なくとも前記集合管または前記接続管のうち、いずれか一方を流れるコークス炉ガスに含まれるシアン化水素の濃度を測定する工程を含むことができる。
【００２３】
前記集合管は、各コークス炉の集合管を流れるコークス炉ガスがさらに集合する集合本管と接続し、前記シアン化水素濃度測定工程では、前記集合管、前記接続管、および前記集合本管のうち、少なくともいずれかを流れるコークス炉ガスに含まれるシアン化水素の濃度を測定する工程を含むことができる。
【００２４】
前記シアン化水素濃度測定工程は、前記集合管を流れるコークス炉ガスに含まれるシアン化水素の濃度を測定する工程であり、前記基準濃度は、前記シアン化水素濃度測定工程においてシアン化水素の濃度を測定した前記集合管とは異なる、１つまたは複数の集合管を流れるコークス炉ガスに含まれるシアン化水素の濃度とすることができる。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明したように本発明によれば、コークス炉の炉体状態を、炉体を調査することなく診断することができ、コークス炉の炉体状態の劣化を早期に検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】コークス炉で発生したコークス炉ガスが精製されて貯蔵されるコークス炉からガス精製工程を経てコークス炉ガスホルダに至るまでの発生ＣＯＧラインを示す模式図である。
【図２】精製ライン１のうちコークス炉２ａと排出管８ａを拡大した模式図である。
【図３】窯詰り発生頻度とコークス炉ガス中のシアン化水素濃度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２８】
実施形態のコークス炉の炉体状態診断方法は、シアン化水素濃度測定工程と、シアン化水素濃度比較工程と、判断工程とを含む。
【００２９】
まず、シアン化水素濃度測定工程は、コークス炉の１つまたは複数の炭化室で石炭を乾留することにより発生するコークス炉ガスに含まれる、シアン化水素の濃度を測定する工程である。炭化室の気密性に応じて、コークス炉ガス中のシアン化水素の濃度が変化するため、シアン化水素の濃度を測定する。以下、シアン化水素濃度測定工程の詳細を説明する。
【００３０】
ここで、乾留とは、不揮発性の固体有機物を、空気を断った状態で強熱して熱分解し、熱分解による生成物を揮発性有機化合物と不揮発性物質とに分けることをいう。不揮発性の固体有機物に相当する石炭をコークス炉で乾留する場合は、例えば、石炭を炭化室に装入して気密状態とすることで無酸素状態とし、燃焼室からの伝熱により石炭を強熱して熱分解する。熱分解により、石炭は、揮発性有機化合物に相当するコークス炉ガスと、不揮発性物質に相当するコークスに分けられる。
【００３１】
通常、コークス炉ガスは、約５０体積％の水素、約３０体積％のメタン、約２０体積％の不純物で構成されている。不純物の成分としては、硫化水素、アンモニア、シアン化水素、ベンゼン等の軽油、ナフタリン、タールミスト等が含まれている。表１にコークス炉ガスに含まれる不純物の濃度の一例を示す。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
表１に示すとおり、コークス炉ガスに含まれるシアン化水素（ＨＣＮ）の濃度は、１〜２ｇ／Ｎｍ３が通常値である。乾留中の炭化室の気密状態が維持されて、炭化室の無酸素状態が確保されている場合には、シアン化水素の濃度は、石炭の輸入元やロット等の原料の違いにかかわらず、通常値の範囲内である。
【００３４】
しかしながら、炭化室の壁面の耐火レンガの損傷やモルタルの目地割れ等によるコークス炉の老朽化等により、乾留中の炭化室の気密状態が低下すると、炭化室内に空気が侵入する場合がある。この場合、乾留中に、空気中の酸素ならびにコークス炉ガス中のメタンとアンモニアが反応し、下記式（１）に示すアンモ酸化反応によってシアン化水素が生成される。
【００３５】
【数１】
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【００３６】
アンモ酸化反応によってシアン化水素が生成されると、その分だけコークス炉ガス中のシアン化水素の濃度が高くなる。よって、コークス炉ガス中のシアン化水素の濃度は、炭化室の気密状態を知るための目安となる。
【００３７】
コークス炉ガス中のシアン化水素の濃度は、ガス成分を分析する一般的な方法により測定することが出来る。例えば、排ガス中のシアン化水素分析方法（ＪＩＳ  Ｋ  ０１０９）を用いて、ガスクロマトグラフ法等により測定できる。実施形態では、１つまたは複数の炭化室で石炭を乾留することにより発生するコークス炉ガスについて、その一部を分取し、シアン化水素の濃度を測定することができる。
【００３８】
次に、シアン化水素濃度比較工程は、上記シアン化水素濃度測定工程により得られたシアン化水素の濃度を、上記コークス炉の炉体状態を判断するためのシアン化水素の基準濃度と比較する工程である。上記シアン化水素濃度測定工程により、コークス炉ガス中のシアン化水素の濃度の実測値が得られる。この実測値を上記基準濃度と比較する。上記基準濃度は、コークス炉の炉体状態を判断するための濃度であり、炉体状態が正常である場合のシアン化水素の濃度を、基準濃度とすることができる。
【００３９】
上記基準濃度は、炉体状態が正常であることを示す濃度であれば、特に限定されない。例えば、予め設定された濃度を基準濃度とすることができる。具体的には、シアン化水素の濃度の通常値である１〜２ｇ／Ｎｍ３の範囲から、予め基準濃度を任意に設定することができる。また、コークス炉が正常に操業されている場合の、コークス炉ガス中のシアン化水素の濃度の実測値を予め測定しておき、これらの実測値の上限値や、月間平均値、年間平均値等を基準濃度とする等、過去の実測値を目安として基準濃度を予め設定することが出来る。予め測定しておいた上記実測値は、同一の炭化室における過去の実測値、他の炭化室における過去の実測値、同一の炭化室を含むまたは含まない複数の炭化室における過去の実測値、コークス炉全体としての過去の実測値および他のコークス炉全体における過去の実測値等を、単独または適宜組み合わせたものとすることができる。
【００４０】
上記基準濃度は、上記予め設定された濃度を基準濃度とすることができるほか、上記シアン化水素濃度測定工程においてシアン化水素の濃度を測定した上記炭化室とは異なる１つまたは複数の炭化室（「他の炭化室」とする場合がある）で発生した、コークス炉ガスに含まれるシアン化水素の濃度とすることができる。この場合の基準濃度としては、予め設定された濃度ではなく、他の炭化室におけるシアン化水素の濃度の実測値等が該当し得る。例えば、石炭の輸入元やロット等の違いが無い、同種の石炭を乾留する場合、特定の炭化室におけるシアン化水素の濃度に対して、他の炭化室におけるシアン化水素の濃度を基準濃度として用いることができる。このような基準濃度として、例えば、他の炭化室において同種の石炭を、シアン化水素濃度測定工程における乾留と同時に、当該乾留前または当該乾留後に乾留して得たシアン化水素の濃度の実測値を用いることができる。また、他の炭化室の実測値としては、１つの炭化室における実測値、複数の炭化室における実測値、コークス炉全体としての実測値、および他のコークス炉における実測値等を、単独または適宜組み合わせたものとすることができる。そして、このような実測値を、基準濃度とすることができる。
【００４１】
そして、判断工程は、上記シアン化水素濃度比較工程の結果に基づいて、上記炭化室の気密性を判断する工程である。例えば、上記シアン化水素濃度測定工程により得られたシアン化水素の濃度の実測値と上記基準濃度とを比較して、濃度の差を算出し、得られた濃度の差に基づいて気密性を判断することができる。例えば、上記実測値が、上記基準濃度よりも低い場合や、同程度の場合には、シアン化水素濃度測定工程を実施した炭化室の気密性は、異常ないものと判断することができる。
【００４２】
上記判断工程は、上記シアン化水素濃度比較工程において、上記シアン化水素の濃度が、上記基準濃度と比較して所定の割合以上高い場合に、上記炭化室の気密性が低下したと判断する工程を含むことができる。シアン化水素濃度測定工程により得た実測値が、上記基準濃度と比較して所定の割合以上高い場合、例えば誤差やばらつきの範囲を超えて高い場合には、上記実測値を得た炭化室へ空気が侵入して、上記式（１）の反応によりシアン化水素が生成したことにより、シアン化水素の濃度が高くなったものと考えられる。そのため、炭化室の気密性が低下していると判断することができる。
【００４３】
所定の割合以上高い場合において、炭化室の気密性が低下したと判断する実測値の基準濃度に対する割合としては、例えば基準濃度が予め設定された濃度である場合において、基準濃度の１．３倍以上高い場合が挙げられる。基準濃度から許容され得る誤差やばらつきを考慮すると、基準濃度の１．５倍以上高い場合であれば、炭化室の気密性が確実に低下したものと判断することができる。一例をあげると、シアン化水素の濃度の通常値である２ｇ／Ｎｍ３を基準濃度とした場合において、実測値が基準濃度の１．３倍以上のときに気密性が低下したと判断する場合には、実測値が２．６ｇ／Ｎｍ３以上となった場合に、気密性が低下したと判断することができる。また、実測値が基準濃度の１．５倍以上のときに気密性が低下したと判断する場合には、実測値が３．０ｇ／Ｎｍ３以上となった場合に、気密性が低下したと判断することができる。上記所定の割合の上限については、炭化室への空気の侵入量に応じて、上記式（１）の反応によるシアン化水素の生成量が増えていくため、特に制限はない。ただし、上記所定の割合が基準濃度の２．０倍以上の場合には、炭化室への空気の侵入量が多すぎるため、炉体状態は明らかに劣化したといえる。
【００４４】
また、基準濃度が、予め設定された濃度ではなく、上記シアン化水素濃度測定工程においてシアン化水素の濃度を測定した上記炭化室とは異なる１つまたは複数の炭化室で発生した、コークス炉ガスに含まれるシアン化水素の濃度である場合も、上記基準濃度の場合と同様である。すなわち、所定の割合以上高い場合において、炭化室の気密性が低下したと判断する実測値の基準濃度に対する割合としては、基準濃度の１．３倍以上高い場合が挙げられる。基準濃度から許容され得る誤差やばらつきを考慮すると、基準濃度の１．５倍以上高い場合であれば、炭化室の気密性が確実に低下したものと判断することができる。一例をあげると、他の炭化室において発生したコークス炉ガスに含まれるシアン化水素の濃度（基準濃度）が、２ｇ／Ｎｍ３である場合において、実測値が基準濃度の１．３倍以上のときに気密性が低下したと判断する場合には、実測値が２．６ｇ／Ｎｍ３以上となった場合に、気密性が低下したと判断することができる。また、実測値が基準濃度の１．５倍以上のときに気密性が低下したと判断する場合には、実測値が３．０ｇ／Ｎｍ３以上となった場合に、気密性が低下したと判断することができる。上記所定の割合の上限については、炭化室への空気の侵入量に応じて、上記式（１）の反応によるシアン化水素の生成量が増えていくため、特に制限はない。ただし、上記所定の割合が基準濃度の２．０倍以上の場合には、炭化室への空気の侵入量が多すぎるため、炉体状態は明らかに劣化したといえる。
【００４５】
実施形態のコークス炉の炉体状態診断方法は、コークス炉ガスに含まれるシアン化水素の濃度を測定して炉体状態の目安とするところ、さらにコークス炉ガスに含まれるアンモニアの濃度を目安に加えることができる。
【００４６】
上記式（１）に示すように、コークス炉ガスに含まれるアンモニアは、炭化室内に侵入した空気に含まれる酸素と反応することで、シアン化水素を生成する。ここで、シアン化水素が生成するにあたり、同モルのアンモニアが消費される（式（１））。また、コークス炉ガスに含まれるアンモニアの濃度は、６〜１０ｇ／Ｎｍ３が通常値である。乾留中の炭化室の気密状態が維持されて、炭化室の無酸素状態が確保されている場合には、アンモニアの濃度は、石炭の輸入元やロット等の原料の違いにかかわらず、通常値の範囲内である。このように、アンモニアは、シアン化水素が生成するアンモ酸化反応に関係し、濃度に通常値がある。したがって、アンモニアの濃度を目安にする場合においては、シアン化水素の場合と同様の濃度測定工程、濃度比較工程および判断工程を用いることができる。
【００４７】
すなわち、実施形態のコークス炉の炉体状態診断方法は、上記コークス炉ガスに含まれるアンモニアの濃度を測定するアンモニア濃度測定工程と、上記アンモニア濃度測定工程により得られたアンモニアの濃度を、上記コークス炉の炉体状態を判断するためのアンモニアの基準濃度と比較するアンモニア濃度比較工程と、をさらに含むことができる。この場合において、上記判断工程は、上記アンモニア濃度比較工程の結果に基づいて、上記炭化室の気密性を判断する工程を含む。
【００４８】
コークス炉ガス中のアンモニアの濃度は、ガス成分を分析する一般的な方法により測定することが出来る。例えば、排ガス中のアンモニア分析方法（ＪＩＳ  Ｋ  ００９９）を用いて、イオンクロマトグラフ法等により測定できる。実施形態では、１つまたは複数の炭化室で石炭を乾留することにより発生するコークス炉ガスについて、その一部を分取し、アンモニアの濃度を測定することができる。
【００４９】
実施形態のコークス炉の炉体状態診断方法において、アンモニアの上記基準濃度は、予め設定された濃度とすることができる。具体的には、アンモニアの濃度の通常値である６〜１０ｇ／Ｎｍ３を基準濃度として予め設定することができる。また、コークス炉が正常に操業されている場合の、コークス炉ガス中のアンモニアの濃度の実測値を予め測定しておき、これらの実測値の上限値や、月間平均値、年間平均値等を基準濃度とする等、過去の実測値を目安として基準濃度を予め設定することが出来る。予め測定しておいた上記実測値は、同一の炭化室における過去の実測値、他の炭化室における過去の実測値、同一の炭化室を含むまたは含まない複数の炭化室における過去の実測値、コークス炉全体としての過去の実測値および他のコークス炉全体における過去の実測値等を、単独または適宜組み合わせたものとすることができる。
【００５０】
また、アンモニアの場合、その基準濃度は、上記予め設定された濃度とすることができるほか、上記アンモニア濃度測定工程においてアンモニアの濃度を測定した上記炭化室とは異なる１つまたは複数の炭化室（「他の炭化室」とする場合がある）で発生した、コークス炉ガスに含まれるアンモニアの濃度とすることができる。予め設定された濃度ではなく、他の炭化室におけるアンモニアの濃度の実測値等が該当し得る。例えば、石炭の輸入元やロット等の違いが無い、同種の石炭を乾留する場合、特定の炭化室におけるアンモニアの濃度に対して、他の炭化室におけるアンモニアの濃度を基準濃度として用いることができる。このような基準濃度として、例えば、他の炭化室において同種の石炭を、過去に、同時にまたは後に乾留して得たアンモニアの濃度の実測値を用いることができる。また、単一の炭化室における実測値、複数の炭化室における実測値、コークス炉全体としての実測値、および他のコークス炉における実測値等を、単独または適宜組み合わせたものを、基準濃度とすることができる。
【００５１】
実施形態のコークス炉の炉体状態診断方法が、上記アンモニア濃度測定工程と上記アンモニア濃度比較工程を含む場合において、上記判断工程は、上記アンモニア濃度比較工程において、上記アンモニアの濃度が、上記基準濃度と比較して低い場合に、上記炭化室の気密性が低下したと判断する工程を含むことができる。アンモニア濃度測定工程により得た実測値が、上記基準濃度と比較して所定の割合以上高い場合、例えば誤差やばらつきの範囲を超えて高い場合には、上記実測値を得た炭化室へ空気が侵入して、上記式（１）の反応によりアンモニアが消費されたことにより、アンモニアの濃度が低くなったものと考えられる。そのため、炭化室の気密性が低下したと判断することができる。
【００５２】
アンモニアの濃度が基準濃度と比較して低い場合としては、例えば基準濃度が予め設定された濃度である場合において、基準濃度より低い場合が挙げられる。シアン化水素の基準濃度を２ｇ／Ｎｍ３とした場合に、上記シアン化水素濃度測定工程による実測値が３．０ｇ／Ｎｍ３であれば、上記式（１）の反応によりシアン化水素が１ｇ／Ｎｍ３生成したこととなる。シアン化水素が生成するにあたり、同モルのアンモニアが消費されることから（式（１））、上記式（１）の反応によりシアン化水素（分子量２７）が１ｇ（０．０３７モル）／Ｎｍ３生成するにあたり、０．６３ｇ（０．０３７モル）／Ｎｍ３のアンモニア（分子量１７）が消費される。この場合において、アンモニアにおける基準濃度が通常値の６ｇ／Ｎｍ３であれば（表１）、上記式（１）の反応によりシアン化水素の濃度が１ｇ／Ｎｍ３高くなると共に、アンモニアの濃度が６ｇ／Ｎｍ３よりも０．６３ｇ／Ｎｍ３少なくなる。このように、アンモニアの濃度は、シアン化水素が生成するアンモ酸化反応に関係して低下することから、シアン化水素の濃度と共に炭化室の気密性を判断して炉体状態を診断するために用いることができる。
【００５３】
また、基準濃度が、予め設定された濃度ではなく、上記アンモニア濃度測定工程においてアンモニアの濃度を測定した上記炭化室とは異なる１つまたは複数の炭化室で発生した、コークス炉ガスに含まれるアンモニアの濃度である場合も、アンモニアの濃度が基準濃度と比較して低い場合については、上記基準濃度の場合と同様である。すなわち、上記式（１）の反応によりシアン化水素が１ｇ／Ｎｍ３生成した場合において、アンモニアの濃度は基準濃度よりも０．６３ｇ／Ｎｍ３少なくなる。
【００５４】
実施形態のコークス炉の炉体状態診断方法において、上記コークス炉は、１つまたは複数の上記炭化室からコークス炉ガスが排出される排出管を備えることができる。この場合において、上記シアン化水素濃度測定工程では、上記排出管を流れるコークス炉ガスに含まれるシアン化水素の濃度を測定する工程を含むことができる。炭化室は石炭を乾留する部屋であり、気密性が高いために、発生したコークス炉ガスをサンプリングすることが困難な場合がある。一方で、コークス炉ガスが炭化室から排出管へ排出された後に、排出管からコークス炉ガスをサンプリングすることは、炭化室においてサンプリングする場合と比べて容易である。そこで、コークス炉が排出管を備える場合には、上記排出管を流れるコークス炉ガスをサンプリングし、当該ガスに含まれるシアン化水素の濃度を測定することができる。そして、このようにして得たシアン化水素の濃度を、例えば予め設定された基準濃度と比較して、炭化室の気密性を判断することができる。
【００５５】
また、上記コークス炉が複数の上記炭化室を備える場合において、上記排出管は、複数の上記炭化室から排出されるコークス炉ガスが集合する１つの集合管ならびに複数の当該炭化室と当該集合管を接続する複数の接続管を含むことができる。この場合において、上記シアン化水素濃度測定工程では、少なくとも上記集合管または上記接続管のうち、いずれか一方を流れるコークス炉ガスに含まれるシアン化水素の濃度を測定する工程を含むことができる。上記集合管としては、例えば数十窯分の炭化室から排出されたコークス炉ガスが集合する集気本管（ドライメイン）、炉団のコークス炉ガスが集合するサクションメインおよびドライメインからサクションメインへの連絡管であるオフテイクメイン等が挙げられる。また、上記接続管としては、比重の軽いコークス炉ガスを炭化室より上昇させて回収する上昇管、および当該上昇管と上記集気本管を接続するベンド管等が挙げられる。
【００５６】
上記の場合には、当該集合管や当該接続管を流れるコークス炉ガスを適宜サンプリングし、当該ガスに含まれるシアン化水素の濃度を測定することができる。そして、このようにして得たシアン化水素の濃度を、例えば予め設定された基準濃度と比較して、炭化室の気密性を判断することができる。また、上記予め設定された基準濃度に変えて、または上記予め設定された基準濃度と併用して、他の炭化室におけるシアン化水素の濃度の実測値等を基準濃度として比較することもできる。
【００５７】
実施形態のコークス炉の炉体状態診断方法において、上記集合管は、各コークス炉の集合管を流れるコークス炉ガスがさらに集合する集合本管と接続することができる。この場合において、上記シアン化水素濃度測定工程では、上記集合管、上記接続管、および上記集合本管のうち、少なくともいずれかを流れるコークス炉ガスに含まれるシアン化水素の濃度を測定する工程を含むことができる。上記集合本管としては、例えば炉団のコークス炉ガスが集合するサクションメインをさらに集約してコークス炉ガスの精製ラインへ導入するＣＯＧ本管等が挙げられる。
【００５８】
上記集合管が上記集合本管と接続する場合において、上記集合管および上記接続管に加えて、上記集合本管を流れるコークス炉ガスを適宜サンプリングし、当該ガスに含まれるシアン化水素の濃度を測定することができる。そして、このようにして得たシアン化水素の濃度を、例えば予め設定された基準濃度や他の炭化室におけるシアン化水素の濃度の実測値等と適宜比較して、炭化室の気密性を判断することができる。
【００５９】
また、上記集合管が上記集合本管と接続する場合において、上記シアン化水素濃度測定工程は、上記集合管を流れるコークス炉ガスに含まれるシアン化水素の濃度を測定する工程とすることができる。この場合において、上記基準濃度は、上記シアン化水素濃度測定工程においてシアン化水素の濃度を測定した上記集合管とは異なる、１つまたは複数の集合管を流れるコークス炉ガスに含まれるシアン化水素の濃度とすることができる。上記集合管を流れるコークス炉ガスは、その集合管を備えるコークス炉全体から排出されたガスである。そのため、ある集合管を流れるコークス炉ガスと、他の集合管を流れるコークス炉ガスとのシアン化水素の濃度を比較することで、コークス炉同士の炉体状態を比較して診断することができる。
【００６０】
実施形態のコークス炉の炉体状態診断方法は、上記にて説明した工程に限定されず、その他の工程を含むことができる。例えば、シアン化水素の濃度の通常値や過去の実測値を目安として、シアン化水素濃度比較工程の前に基準となる濃度を予め設定して基準濃度を決定する工程や、石炭を乾留する際の石炭の仕込み量によって生じるコークス炉ガスの濃度差を補正する工程等が挙げられる。
【００６１】
以下に、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について、その一例を説明する。
【００６２】
まず、図１について説明する。図１は、コークス炉で発生したコークス炉ガスが精製されて貯蔵されるコークス炉からガス精製工程を経てコークス炉ガスホルダに至るまでの発生ＣＯＧラインを示す模式図である。精製ライン１は、コークス炉２ａおよび２ｂからなる炉団３、ガス冷却装置４、排送ブロワー５、ガス精製工程６およびコークス炉ガスホルダ７を備える。コークス炉２ａおよび２ｂが備える複数の炭化室（図示せず）において、石炭を乾留することによりコークス炉ガスが発生する。発生したコークス炉ガスは、炭化室から排出管８ａおよび８ｂへ排出される。図１では、排出管８ａは、各炭化室から延びる上昇管およびベンド管９ａ（接続管に相当する）、数十窯分の炭化室における各上昇管およびベンド管９ａのコークス炉ガスが集合するドライメイン１０ａ（集合管に相当する）、ドライメイン１０ａからサクションメイン１２ａへの連絡管であるオフテイクメイン１１ａ（集合管に相当する）、および炉団のコークス炉ガスが集合するサクションメイン１２ａ（集合管に相当する）から構成される。排出管８ｂについても同様である。ドライメイン１０ａおよび１０ｂを流れるコークス炉ガスは、ＣＯＧ本管１３へ送られて、さらに集合する。次に、集合したコークス炉ガスは、ガス冷却装置４においてコールタール、ナフタリンおよび水分等が液状化されて回収され、ガスの清浄化が進む。そして、コークス炉ガスは、ガス精製工程６においてコークス炉ガスの脱硫処理、脱アンモニア処理、および脱軽油処理等がなされた後、コークス炉ガスホルダ７へ貯蔵される。排送ブロワー５は、図１の白抜きの矢印にて示すように、炭化室からコークス炉ガスを吸引して、ガス精製工程６を経てコークス炉ガスホルダ７へ送る。
【００６３】
（炉体状態診断方法の一例について）
次に、図１の精製ライン１における、コークス炉２ａおよび２ｂの炉体状態診断方法について、その一例を説明する。まず、ＣＯＧ本管１３であって、排送ブロワー５とガス精製工程６をつなぐ所定の位置Ａにて、コークス炉ガスをサンプリングし、当該ガスに含まれるシアン化水素の濃度を測定して実測値を得る（シアン化水素濃度測定工程）。そして、位置Ａにおけるコークス炉ガス中のシアン化水素の濃度の実測値を予め測定しておき、その月間平均値を基準濃度とし、上記実測値と比較する（シアン化水素濃度比較工程）。上記比較工程の結果に基づいて、炭化室の気密性を判断する（判断工程）。実測値が基準濃度と同程度であれば、炭化室の気密性に問題はなく、コークス炉の炉体状態は正常であると診断することができる。
【００６４】
一方、実測値が基準濃度と比べて１．３倍以上高い場合には、コークス炉２ａおよび２ｂのいずれかにおける炭化室の気密性が低下していると判断し、炉体状態は異常であると診断することができる。この場合、気密性の低下した炭化室を特定するべく、２回目のシアン化水素濃度測定工程を行うことができる。具体的には、サクションメイン１２ａおよび１２ｂにて、コークス炉ガスをサンプリングし、当該ガスに含まれるシアン化水素の濃度を測定して実測値を得ることができる（シアン化水素濃度測定工程）。そして、サクションメイン１２ａおよび１２ｂにおいて測定した実測値を基準濃度と比較し（シアン化水素濃度比較工程）、例えばサクションメイン１２ａにおける実測値が基準濃度と比べて１．３倍以上高く、サクションメイン１２ｂにおける実測値が基準濃度と同程度である場合には、コークス炉２ａの炭化室のうち、いずれかの炭化室の気密性が低下していると判断することができる。
【００６５】
さらに、コークス炉２ａのいずれかの炭化室の気密性が低下していると判断した場合において、気密性の低下した炭化室を特定することについて、説明する。図２は、精製ライン１のうちコークス炉２ａと排出管８ａを拡大した模式図である。
【００６６】
まず、サクションメイン１２ａにおいて、オフテイクメイン１１ａ１と１１ａ２との間の位置Ｂにおいて、コークス炉ガスをサンプリングし、当該ガスに含まれるシアン化水素の濃度を測定して実測値を得る（シアン化水素濃度測定工程）。そして、この実測値を基準濃度と比較する（シアン化水素濃度比較工程）。例えば、サクションメイン１２ａの位置Ｂにおける実測値が、基準濃度と比べて同程度である場合には、オフテイクメイン１１ａ２を流れるコークス炉ガスのシアン化水素濃度に異常は無いことから、コークス炉２ａの炭化室１４ａ〜１４ｆのうち、炭化室１４ｄ〜１４ｆの気密性に問題はないと判断することができる（判断工程）。その一方で、オフテイクメイン１１ａ１を流れるコークス炉ガスのシアン化水素濃度が、基準濃度と比べて高くなっていると判断することができることから、炭化室１４ａ〜１４ｃのうち、いずれかの炭化室の気密性が低下していると判断することができる（判断工程）。なお、オフテイクメイン１１ａ２を流れるコークス炉ガスのシアン化水素濃度に異常が無い場合において、オフテイクメイン１１ａ１を流れるコークス炉ガスのシアン化水素濃度を測定し、基準濃度と比較し、炭化室１４ａ〜１４ｃの気密性を判断することができる（判断工程）。
【００６７】
次に、上昇管およびベンド管９ａ１〜９ａ３の位置Ｃ〜Ｅにおいて、コークス炉ガスをサンプリングし、当該ガスに含まれるシアン化水素の濃度を測定して実測値を得る（シアン化水素濃度測定工程）。そして、これらの実測値を基準濃度と比較する（シアン化水素濃度比較工程）。例えば、位置Ｃにおける実測値が基準濃度と同程度であり、位置Ｄおよび位置Ｅにおける実測値が基準濃度と比べて１．３倍以上高い場合には、炭化室１４ａの気密性に問題はなく、炭化室１４ｂおよび１４ｃの気密性が低下していると判断することができる（判断工程）。このようにして、気密性が低下した炭化室を、炉体そのものを調査することなく特定することができる。
【００６８】
なお、上昇管およびベンド管９ａ１〜９ａ３の位置Ｃ〜Ｅにおけるコークス炉ガスをサンプリングする前に、ドライメイン１０ａ１を流れるコークス炉ガスのシアン化水素濃度を測定し、基準濃度と比較することができる。例えば、ドライメイン１０ａ１の位置Ｆにおいて、コークス炉ガスをサンプリングし、当該ガスに含まれるシアン化水素の濃度を測定して実測値を得て（シアン化水素濃度測定工程）、得られた実測値を基準濃度と比較することができる（シアン化水素濃度比較工程）。そして炭化室１４ａの気密性を判断することができる（判断工程）。
【００６９】
本発明の実施形態において、コークス炉ガスのサンプリングは、上記した炉体状態診断方法の一例に限定されることなく、位置Ａ〜Ｉのいずれの位置およびこれら以外の位置においても、個別、複数同時にまたは全て一度に行うことができる。
【００７０】
また、上記した炉体状態診断方法の一例では、過去の実測値の月間平均値を基準濃度として説明したが、これに限定されない。例えば、ドライメイン１０ａとドライメイン１０ｂにおけるシアン化水素濃度を比較すること、上昇管およびベンド管９ａにおける位置Ｃ〜Ｈにおいて測定したシアン化水素濃度を比較すること、およびオフテイクメイン１１ｂと上昇管およびベンド管９ａ１における位置Ｃにおけるシアン化水素濃度を比較すること等、排出管８ａおよび８ｂの各位置におけるシアン化水素濃度の実測値を適宜比較することにより、気密性が低下した炭化室を特定することができる。
【００７１】
［効果の確認］
実際のコークス炉において確認した、本発明の効果について説明する。図３は、窯詰り発生頻度とコークス炉ガス中のシアン化水素濃度との関係を示す図である。コークス炉では、炭化室に投入した石炭を一定時間乾留し、出来上がったコークスを、炭化室の炉蓋を開放し、コークス押出し装置等によって炭化室の外へ押出すという操業が繰り返し行われる。コークス炉はレンガの構造体であり、気密性を保つためにレンガの構造体の管理および補修を行っている。しかしながら、経年によりコークス炉の炉体膨張が進行することで、レンガの構造体の種々の部位に隙間が生じ、コークス炉の外部から空気が侵入する機会が増加する。空気の侵入は、乾留時における炉体の温度のバラツキを増加させる等、乾留にも影響し、結果として、石炭の乾留不良による窯詰り等、生産障害に発展する。そして、窯詰まりは、コークス炉の操業効率を低下させるだけでなく、炉体に対して大きな負荷をかけることになる。すなわち、窯詰まりにより、炭化室の壁を構成する耐火レンガ等の損耗、亀裂、破孔が引き起こされ、炭化室内へ更に空気が侵入して気密性がより低下する。炭化室の気密性が低下すると、炭化室の室内へ侵入する空気により耐火物の損傷が助長され、空気の侵入量がさらに増加する、という悪循環を繰り返す場合があり、炉体の寿命を縮める結果となる。このように、窯詰まりは、炭化室の気密性の低下を示す具体的な現象となり得る。
【００７２】
図３では、１万回コークスを押出した際の窯詰りの発生数を横軸、コークス炉ガス中のシアン化水素の濃度を縦軸としてプロットしている。４００室の炭化室を備える炉団において、各炭化室にて１日１回コークスの製造を行う操業を２５日間実施すると、１万回コークスを押出すこととなる。シアン化水素濃度は、この操業中に集合本管にてコークス炉ガスをサンプリングし、測定した。
【００７３】
図３の結果から、シアン化水素の濃度が濃くなると、窯詰りの発生数が上昇する傾向が認められる。例えば、基準濃度を２．０ｇ／Ｎｍ３とした場合、基準濃度の１．３倍である２．６ｇ／Ｎｍ３以上を示す実測値は、窯詰りの発生数が１５回付近から認められる。この結果から、炭化室の壁面が凹凸となって空気が侵入しており、炉体状態が劣化に向かっていることを診断することができる。
【００７４】
このように、シアン化水素の濃度が基準濃度と比べて濃くなり、窯詰りの発生数が高くなった炭化室について、壁の凹凸を溶射補修やモルタル補修等により平滑化し、気密状態を回復させた。その後、操業を再開し、同様にコークス炉ガスをサンプリングしてシアン化水素の濃度を測定すると共に、窯詰りの発生数を測定した。その結果は、シアン化水素の濃度は基準濃度と同程度であり、窯詰りの発生数も少ないものであった。すなわち、本発明のコークス炉の炉体状態診断方法によって、炭化室の気密性を判断し、炉体状態を診断できることは、明らかである。
【００７５】
以上、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について、その一例を詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００７６】
１    精製ライン
２ａ、２ｂ    コークス炉
３    炉団
４    ガス冷却装置
５    排送ブロワー
６    ガス精製工程
７    コークス炉ガスホルダ
８ａ、８ｂ    排出管
９ａ、９ａ１〜９ａ６、９ｂ    上昇管およびベンド管
１０ａ、１０ａ１、１０ａ２、１０ｂ    ドライメイン
１１ａ、１１ａ１、１１ａ２、１１ｂ    オフテイクメイン
１２ａ、１２ｂ    サクションメイン
１３    ＣＯＧ本管
１４ａ〜１４ｆ    炭化室

【図１】
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【図２】
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【図３】
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