(57)【要約】      （修正有）【課題】コークス炉の操業条件や石炭の性状（揮発分、水分）を調整することなく、炉頂空間、上昇管基部および上昇管内壁面に石炭装入直後、および、石炭乾留中に生成する付着カーボンの量を抑制する方法を提供する。【解決手段】コークス炉の炭化室内に、内部に炉長方向に貫通する空洞４からなるガス流通路を有し、且つ、底面に開口部５からなるガス流入口を有する整流ボックス１を載置して、石炭乾留中に生成する付着カーボンを捕捉することを特徴とするコークス炉炭化室のカーボン付着抑制方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークス炉の炭化室内に装入された石炭充填層の表面に、石炭乾留中に炭化する材質からなり、内部に炉長方向に貫通する空洞からなるガス流通路を有し、且つ、底面に開口部からなるガス流入口を有する整流ボックスを載置して、石炭乾留中に石炭から生成する付着カーボンを該整流ボックス内で捕捉することを特徴とするコークス炉炭化室のカーボン付着抑制方法。
【請求項２】
前記整流ボックスの空洞内には、該空洞を区画し、天井板と底面板の変形を防止するために炉長方向に沿った仕切り壁が設けられたことを特徴とする請求項１に記載のコークス炉炭化室のカーボン付着抑制方法。
【請求項３】
前記整流ボックス内の天井板表面には、前記空洞上部にガスの循環流を生成するために炉幅方向に沿って分画板が複数設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載のコークス炉炭化室のカーボン付着抑制方法。
【請求項４】
前記整流ボックスは、コークス炉炭化室へ石炭を装入した直後に、炭化室上部に設けられた装入口、もしくは、炉蓋上部に設けられた均し蓋から挿入することを特徴とする請求項１〜３に記載のいずれかに記載のコークス炉炭化室のカーボン付着抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コークス炉炭化室の上部空間（以下、炉頂空間）に発生するカーボンの付着を抑制する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コークス炉で石炭を乾留する際には、炭化室内の炉壁面、炉頂空間や上昇管の内壁面に、石炭の発塵による微粉炭や、石炭から発生した炭化水素系のガス（以下、石炭ガス）の熱分解に由来する析出カーボン（以下、付着カーボン）が生成する。このような付着カーボン量が過大なるときは、コークスを押し出す際の抵抗が増大するほか、炭化室内容積の減少、上昇管基部の閉塞、等の問題が発生する。具体的には、炉頂空間の付着カーボン量が増大すると、乾留終了時にコークスを押し出す際の抵抗が増加し、最悪の場合にはコークスの押出し作業が途中で停止してしまうという大きなトラブルにつながる可能性が高くなる。また、石炭ガスは炉頂空間から上昇管を経て後処理工程へと送られるが、炉頂空間の通過断面積が小さくなると、通気抵抗が増大するため、装入口や炉蓋から石炭ガスが大気中に漏洩するので好ましくない。さらには、上昇管が閉塞すると乾留生成ガスが後処理工程へ送ることができなくなり、操業上極めて重要な問題が生じる、等である。
【０００３】
付着カーボンの生成速度は、主に温度、装入石炭の揮発分と水分に対する依存性が高いことが広く知られており、温度が高いほど、揮発分が高いほど、水分が低いほど、炭化室内で生成する付着カーボンの量が増加する。したがって、付着カーボンの生成量を抑制するためには、１）炉頂空間や上昇管基部、及び、上昇管内壁面の温度を低く維持すること、２）装入石炭の揮発分を低くすること、３）装入石炭の水分を高くすること、等が有効な対策といえる。
【０００４】
このうち、前記２）の装入石炭の揮発分を低くすることは、付着カーボンの源となる石炭ガスの発生量を減少させるので、付着カーボン抑制には有効な手段といえる。しかし、エネルギーコストの高い日本においては、石炭ガスは製鉄所の重要なエネルギー源であるばかりでなく、タールを始めとする化成品の原料となるものであり、コークスに次ぐ重要な副生産物として位置づけられている。したがって、付着カーボンの抑制対策として装入石炭の揮発分を低くする方法を実施するには難がある。
【０００５】
また、前記３）の装入石炭の水分を高くすることは、石炭ガスを希釈する作用があるため、付着カーボンの抑制に効果のあることが知られている。しかし、装入石炭の水分を高くすることは、装入密度の低下や不均一な乾留が発生する原因となるため、コークスの生産性や品質が低下するばかりでなく、乾留消費エネルギーの増加といった不利益をもたらすために好ましくない。  
【０００６】
したがって、炉頂空間における付着カーボン量を抑制するためには、前記１）の温度を制御する方法について最も多くの検討がなされている。
【０００７】
前記１）の炉頂空間や上昇管基部、及び、上昇管内壁面の温度を低く維持するためには、コークス炉の操業温度（以下、炉温）を低下させることが有効である。しかし、炉温を低下させると乾留時間が長くなってしまい、コークスの生産量を減少させることにつながる。したがって、付着カーボン量を低減する方法としては効果が期待できるが、高生産操業の条件下では実施することが難しい手段と判断せざるを得ない。
【０００８】
そこで、高生産操業下でも炉頂空間や上昇管基部、及び、上昇管内壁面の温度を、炉温とは独立に制御できる方法が提案されている。この方法は、冷却用の媒体を直接、炉頂空間部に導入する方法と、天井煉瓦内部に配管を敷設して冷媒を流し、間接的に温度を下げる方法に大別される。
【０００９】
前者の方法の例としては、特許第３２８４０３２号で提案されているように、石炭乾留中に炉頂空間に水を噴霧する方法や、特開平０３−２１０３８９で提案されているように、炭化室の装入口に隣接して設けたガス吹込み管から石炭ガス吹き込む方法、或いは、特開平０３−２１２４８６で提案されているように、燃焼排ガスの一部を吹き込んで、排ガス中のＣＯ２及びＨ２Ｏと付着カーボンとの反応でCOを生じる吸熱反応で雰囲気温度を低下させる、等である。
【００１０】
一方、後者の方法の例としては、特許第０９７５６８７号、及び、特開平１０−１６７６で提案されているように、炭化室の天井煉瓦に通気孔を設け、冷却用ガス導入管より流体を流通させて炭化室の天井煉瓦を冷却することで、炉頂空間を冷却する方法、等である。
【００１１】
上述した付着カーボンの生成量を抑制する方法は、何れも原理的に有効な方法であるが、その目的を達成するためには、冷却用の流体を供給するための配管を当該炭化室に設置する必要がある。特に、天井煉瓦に通気孔を設けて冷却する方法は、配管敷設工事以外にも煉瓦のハツリや、切断といった工事費用が発生するために、少数の炭化室に対して適用する場合を除いて、投資額が過大になるという問題点がある。
【００１２】
そこで、このような配管を必要とする手段によらないで付着カーボンの生成を抑制する方法が必要とされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は上記の問題点に鑑み、コークス炉の操業条件や石炭の性状（揮発分、水分）を調整することなく、炉頂空間、上昇管基部および上昇管内壁面に石炭装入直後、および、石炭乾留中に生成する付着カーボンの量を抑制する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、上記の問題点を解決するために種々検討を重ねた結果、炭化室に石炭を装入した直後に装入物の表層面に、中空構造を有する構造体を載置することで付着カーボンの生成を抑制できることを見出し、この知見に基づき本発明を完成するに至ったものである。
【００１５】
すなわち、本発明の要旨とするところは、以下の通りである。
（１）コークス炉の炭化室内に装入された石炭充填層の表面に、石炭乾留中に炭化する材質からなり、内部に炉長方向に貫通する空洞からなるガス流通路を有し、且つ、底面に開口部からなるガス流入口を有する整流ボックスを載置して、石炭乾留中に石炭から生成する付着カーボンを該整流ボックス内で捕捉することを特徴とするコークス炉炭化室のカーボン付着抑制方法。
（２）前記整流ボックスの空洞内には、該空洞を区画し、天井板と底面板の変形を防止するために炉長方向に沿った仕切り壁が設けられたことを特徴とする上記（１）に記載のコークス炉炭化室のカーボン付着抑制方法。
（３）前記整流ボックス内の天井板表面には、前記空洞上部にガスの循環流を生成するために炉幅方向に沿って分画板が複数設けられたことを特徴とする上記（１）または（２）に記載のコークス炉炭化室のカーボン付着抑制方法。
（４）前記整流ボックスは、コークス炉炭化室へ石炭を装入した直後に、炭化室上部に設けられた装入口、もしくは、炉蓋上部に設けられた均し蓋から挿入することを特徴とする上記（１）〜（３）に記載のいずれかに記載のコークス炉炭化室のカーボン付着抑制方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、コークス炉において石炭を乾留する際にコークス炉炭化室内の石炭充填層の表層に内部に炉長方向に貫通する空洞を有し、且つ、底面に開口部を有する整流ボックスを載置して、その内部に熱分解由来、あるいは微粉炭由来の付着カーボンを優先的に捕捉することにより、炭化室内の炉頂空間に生成する付着カーボン量を大幅に低減することができる。これにより、コークスの押出し負荷が低減して、製骸量の増加や炉体損傷の防止といった効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に本発明の実施の形態について添付図面を参照しながら詳しく説明する。
本願発明の特徴は、図１に示すように、炉長方向に貫通するガス流通路をなす空洞４を有し、且つ、底面板３にガス流入口をなす開口部５を設けた整流ボックス１を、コークス炉の炭化室内に装入された石炭充填層の表面に載置することである。石炭の乾留中に発生した石炭ガス６は、該ボックスの底面板３に設けられた開口部５から空洞４の中へ入り、炉長方向に横向きの流れとなって開放端７から排出される。整流ボックス１は、炭化室内の８５０℃以上の高温空間に置かれ、石炭乾留中に石炭から発生する付着カーボン、すなわち微粉炭由来、もしくは石炭ガスから生成する熱分解由来の付着カーボンは、整流ボックスの内部で捕捉される結果、炭化室の炉壁面に生成する付着カーボンの量は低減される。
【００１８】
なお、底面板３に設けられる開口部５は炉長さ方向に複数個設けられることが好ましく、開口部５の形状は、図１においては、底面板の開口部５の形状は円としたが、石炭ガスが通過できる形状であれば特に円に限定するものではなく、四角でも三角でも良いことは言うまでもない。
【００１９】
また、整流ボックスの材質は、商業生産を行っているコークス炉で使用することを考慮すると、以下の機能を全て満足することが必要となる。
（１）７００℃以上の高温で溶融したり消滅することなく、少なくとも乾留１サイクルの間は当初の形状が維持されること。
（２）コークスを押し出す時に容易に破壊し炉壁に損傷を与えないこと。
（３）軽量であり、人力で扱えること、あるいは、石炭表層に載置した時に充填層内部に潜り込まないこと。
（４）コークス炉からコークスが排出された後、搬送される過程で、他の生産設備に損傷を与えないこと。
【００２０】
以上の機能を具備する整流ボックスの材質としては、例えば紙、木材等のように石炭乾留中に炭化する材質が最適である。
【００２１】
紙、木材等のように石炭乾留中に炭化する材質からなる整流ボックスをコークス炉の炭化室に装入した場合には、無酸素かつ高温度の雰囲気下でも溶融することなく、石炭乾留中に炭化し、整流ボックスはほぼ原形を維持し、付着カーボンを溶接する機能を維持することが可能である。
【００２２】
また、石炭乾留終了までに整流ボックスが炭化すると、乾留後のコークス押出し時に炭化した整流ボックスが炉壁と接触しても比較的容易に崩壊するので、炉壁に損傷を与えることがない。上記したように、炭化室内の温度は８５０℃以上に設定されるが、整流ボックスには炭化室内よりも低い温度である７００℃以上で炭化する材質を選定すれば、充分に本発明の効果が得られることを、本発明者らは実際に試験を行って確認している。
【００２３】
また、紙、木材等の石炭乾留中に炭化する材質は密度が比較的小さく、軽量のため、整流ボックスをコークス炉炭化室内に挿入する場合に人力での取り扱いが簡単でなる他、石炭充填層表面に載置した後、石炭充填層内に潜り込むこともない。
【００２４】
さらに、炭化室から排出されたコークスは、ガイド格子を経てワーフ、もしくは、乾式消火用のバケットに排出されるが、この際、炭化した整流ボックスは、その時の落下衝撃で容易に砕片されて小片化するので、消火プロセスを経て高炉まで搬送される間に、他の生産設備に損傷を与える心配がない。また、コークス炉の炭化室内は通常は無酸素雰囲気であるので、燃焼によって焼損することもない。
【００２５】
なお、プラスチック等の高分子材料は構造体を軽量化できる点で前記（３）の条件を満足するが、耐熱性が十分ではないので炭化室に入れた直後に７００℃未満の高温で溶融するか、ガス化してしまい、前記(１)の条件を満足しない。また、金属では前記（１）の条件は満足するが、押出し時に炉壁を損傷する可能性が高く、前記(２)と（３）の条件を満足しない。
【００２６】
また、本願発明のもう一つの特徴は、同じく図１に示すように、整流ボックスの空洞４内に、炉長方向に沿った仕切り壁８を設置することである。この仕切り壁は、ボックスの天井板２から底面板３まで到達しており、該ボックスの天井板２および底面板３の変形を防止し、該ボックスの原形を維持する役目を果たすとともに、整流ボックスの空洞を区画し、内部表面積を増加させて、付着カーボンをより効率的に捕捉する役目を果たしている。
【００２７】
また、本願発明のさらなる特徴は、図２に示すように、整流ボックス１の天井板２表面に、炉幅方向に沿って分画板９を複数設置することである。この分画板の役割は、整流ボックス１の側面および仕切り壁８に垂直な方向の変形を防止するとともに、空洞上部の分画板で区画された空間１０内に石炭ガスの循環流１１を作り出し、ボックス内部における石炭ガスの滞留時間を長くし、整流ボックス１内での付着カーボンの生成効率を高め、これにより捕捉効率を向上させることである。
【００２８】
分画板９は天井板２に吊り下げた状態で取り付けてあるが、これは、ボックス内部に入った石炭ガスは天井面に沿って流れるので、隙間があると循環流１１が形成され難くなるためである。逆に、分画板９と底面板３の間は隙間を空けておく必要があることは言うまでもない。
【００２９】
次に、本願発明で使用する整流ボックスを炭化室内部に設置する際の形態について説明する。前述したように、石炭ガスは整流ボックス下部の開口部５から空洞４に侵入するので、コークス炉の炭化室の表層面に設置するのが最も適している。その他にも、充填層の内部に埋め込むことも考えられるが、その場合は、設置した高さよりも上部の石炭から発生した石炭ガスは整流ボックス内部には侵入できないので、本願発明による効果が低減してしまう。
【００３０】
次に、整流ボックスを充填層の表層に載置する方法について、図３を用いて説明する。前述したように、整流ボックスの効果は石炭ガスが整流ボックス内部を通過することによって発揮されることを考えると、コークス炉の炭化室へ石炭を装入し、表層面を平滑にする作業(均し作業)が終了してから直ちに載置することが望ましい。石炭１８が装入されてから時間が経ってから載置しても整流ボックスによる付着カーボンの低減効果は得られるが、載置するまでの時間が長くなるほど、その間に発生した石炭ガスからの付着カーボンが炉頂空間１７で生成してしまうので、その分、整流ボックスの効果が低減してしまう。
【００３１】
また、石炭装入後に整流ボックスを炭化室内に入れるのは、炭化室上部に設置されている装入口１３から、あるいは、通常は押出し機側の炉蓋上部に設置されている均し蓋１６からとする。なお、その他に整流ボックスを炉内に挿入するための専用開口部を設けても良い。  
【実施例】
【００３２】
本発明を、商業生産を実施している室式コークス炉に適用し、付着カーボン抑制効果を確認する試験を行った。試験を実施した炭化室の大きさは、炉幅（平均）：０．４ｍ、炭化室高さ：５ｍ、有効炉長：１４ｍ、装入口数：５、である。
【００３３】
先ず、表１に示すように、炉内に載置する整流ボックスの個数を変えた試験を行った。使用した整流ボックスは、５層構造の段ボール（厚み８ｍｍ）を加工して製作し、一個の大きさは、幅：３００ｍｍ、高さ：１００ｍｍ、長さ：１５００ｍｍとした。
【表１】
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【００３４】
整流ボックスの形状は、図２に示した如くである。すなわち、ボックス内部の仕切り壁８の数は２個とした。また、開口部５は６０ｍｍφの円形とした。分画板９の高さ（天井面からの長さ）は４０ｍｍとし、下部にほぼ同程度の空間ができるようにした。また、炉長方向に設けた分画板の数は１５個とした。
【００３５】
なお、整流ボックスの炭化室内への挿入は、炭化室への石炭装入が終了して装入車が待避してから、図３に示す所定位置の装入蓋１３（ａ〜ｅ）を取り外し、人力で整流ボックス１５（ａ〜ｅ）を挿入して、石炭１８の表層面に載置した。
【００３６】
本発明の効果を確認するために、図３に示すように上昇管１４に最も近い装入口１３ｅから試験片１２（材質：珪石煉瓦、寸法：３０×３０×６０ｍｍ）を懸垂し、乾留一サイクル中の付着カーボン量を測定した。また、試験片と同位置に温度計１９を設置して炉頂空間１７の温度を測定した。
【００３７】
得られた試験結果を図４に示す。この図において、縦軸は一乾留中に試験片に析出したカーボン量であり、この値が小さいほど本願発明の付着カーボン量の低減効果が大きいことを意味する。図４より、整流ボックスを炭化室内に装入された石炭充填層表面に載置することにより、試験片に生成する付着カーボン量は低下し、しかも、その載置数が多いほど、本願発明の効果が大きくなっていることがわかる。
【００３８】
次に、整流ボックスの載置数を表１の水準６と同様に５個とした場合に、整流ボックス内の分画板９の枚数を変えた試験を実施した。試験の結果を図５に示すが、分画板の枚数が多いほど、付着カーボンの抑制効果が大きいことがわかる。  
【００３９】
さらに、整流ボックスの載置数を表１の水準６と同様に５個とし、各整流ボックスにおける分画板の枚数を１５枚とした場合に、整流ボックスを炉頂空間に載置するタイミングを種々に変える試験を実施した。ただし、試験の結果を図６に示すが、整流ボックスは石炭装入直後から乾留が終了する８時間までの乾留の全期間に渡って炉頂空間に載置した場合に最も大きい効果が得られていることがわかる。乾留の途中で載置しても付着カーボンを減らす効果が得られるが、載置するタイミングが遅くなるにつれて、本発明の効果が低減していることがわかる。
【００４０】
なお、個々の実施水準においては、炭化室の上部空間１７の温度は全て異なっている。付着カーボン量は温度に依存することが広く知られているので、試験片１２の付着カーボン量をそのまま比較したのでは、正しい評価にはならない。そこで、個々の実施水準で測定された付着カーボンの重量を、個々の実施水準における上部空間の温度の平均値（図４、図５、図６のグラフ中に記載した温度）を用いて、１）式で補正した。
Ｅｘｐ（−７９５０/ＴO）
ＷM＝ＷO× ----------------------------------                -----  １）
Ｅｘｐ（−７９５０）/Ｔave）  
ただし、  ＷO：実測した付着カーボンの重さ（ｋｇ）
ＷM：温度補正した付着カーボンの重さ（ｋｇ）
Ｔave：空間温度の平均値（Ｋ）
ＴO：個々の測定における実測温度（Ｋ）  
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態を説明するものであり、整流ボックスの構造の概略を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態を説明するものであり、整流ボックス内部の分画板の構図の概略を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態を説明するものであり、実際のコークス炉の炉頂空間における整流ボックスの載置状況を示す図である。
【図４】本発明の実施例の効果を説明するものであり、炭化室の充填層に載置した整流ボックスの個数と付着カーボン量の関係を示した図である。
【図５】本発明の実施例の効果を説明するものであり、整流ボックスの分画板の個数による付着カーボン抑制効果を比較した図である。
【図６】本発明の実施例の効果を説明するものであり、実際のコークス炉の炉頂空間に整流ボックスを載置するタイミングによる付着カーボン量を比較した図である。
【符号の説明】
【００４２】
１・・・整流ボックス
２・・・天井板
３・・・底面板
４・・・空洞
５・・・開口部
６・・・石炭ガス  
７・・・開放端
８・・・仕切り壁
９・・・分画板
１０・・・分画板で区画された空間
１１・・・循環流
１２・・・試験片  
１３ａ〜１３ｅ・・・装入口
１４・・・上昇管
１５a〜２０e・・・整流ボックス
１６・・・均し蓋
１７・・・上部空間
１８・・・石炭
１９・・・温度計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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