(57)【要約】　　　（修正有）【課題】コークス炉ガス中のＨ２Ｓをアンモニア系吸収液で吸収・脱硫すると共に、Ｈ２Ｓを吸収・濃化した吸収液を蒸気で再生するに際し、簡易且つ安価に実施可能なコークス炉ガス脱硫装置の運転方法を提供する。【解決手段】冷却したコークス炉ガスを、アンモニア系吸収液に接触させて該ガス中のＨ２Ｓ分を吸収し、脱硫する吸収塔Ａと、該吸収塔から抜き出された該Ｈ２Ｓ分を吸収・濃化したアンモニア系吸収液に蒸気を添加して加熱し、該吸収液からＨ２Ｓを分離して該吸収液を再生する蒸留塔Ｂと、再生した吸収液を前記吸収塔に循環供給する循環経路３とを備えたコークス炉ガス脱硫装置を運転するに際して、石炭中の硫黄含有量を測定し、その測定値を予め求めてある石炭中の硫黄含有量と前記蒸留塔での蒸気比（蒸気量／前記Ｈ２Ｓ分を吸収したアンモニア系吸収液量）との関係に照らして、コークス炉ガスの脱硫に最適な蒸気量を定め、その蒸気量を蒸留塔に供給する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークス炉から発生後に冷却したコークス炉ガスを、アンモニア系吸収液に接触させて該ガス中のＨ２Ｓ分を吸収し、脱硫する吸収塔と、該吸収塔から抜き出された該Ｈ２Ｓ分を吸収・濃化したアンモニア系吸収液に蒸気を添加して加熱し、該吸収液からＨ２Ｓを分離して該吸収液を再生する蒸留塔と、再生した吸収液を前記吸収塔に循環供給する循環経路とを備えたコークス炉ガス脱硫装置を運転するに際して、
前記コークス炉に装入する石炭中の硫黄含有量を測定し、その測定値を予め求めてある石炭中の硫黄含有量と前記蒸留塔での蒸気比（蒸気量／前記Ｈ２Ｓ分を吸収したアンモニア系吸収液量）との関係に照らして、前記コークス炉に装入する石炭から発生するコークス炉ガスの脱硫に適正な蒸気量を定め、その蒸気量を蒸留塔に供給することを特徴とするコークス炉ガス脱硫装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コークス炉ガス脱硫装置の運転方法に係わり、特に、コークス炉ガス中のＨ２Ｓを吸収するアンモニア系吸収液を循環利用する方式の脱硫装置において、このアンモニア系吸収液の再生に必要な蒸気の使用量を適正に調整し、省エネルギーを達成する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石炭を乾留してコークスを製造する際に副生するコークス炉ガス（以下、「Ｃガス」と呼ぶ）には、通常、コークス炉へ装入される原料炭中の硫黄分に起因してＨ２Ｓが含まれている。このＣガスは、主に製鉄所内で各種装置の燃料として使用されるが、Ｈ２Ｓを含有するＣガスをそのまま燃焼させると、排気ガス中に硫黄酸化物が含まれるようになるので、大気汚染の原因となる。また、Ｈ２Ｓは、腐食性が強く、配管やガスホルダー等を腐食し、Ｃガスを利用する装置を劣化させる原因となる。そこで、従来より、コークス炉の発生ガス処理系統の途中に、Ｃガス中のＨ２Ｓを除去する脱硫装置を設け、ＣガスからＨ２Ｓを分離・除去することが行われている。
【０００３】
その脱硫装置は、吸収塔及び蒸留塔と称する２つの反応塔を利用すると共に、ＣガスをＨ２Ｓリーンアンモニア系吸収液（以下、記号ＬＳで表す）と称するＮＨ３を吸収剤とする液に接触させて、次のように脱硫が行われる。
【０００４】
まず、コークス炉にて発生したＣガスは、図１に示すように、図示していないプライマリー・クーラー及び脱ナフタリン工程を経た後、導管１より吸収塔Ａに導入される。この吸収塔Ａに導入されたＣガスは、導管３より別途導入された前記ＬＳと接触し、Ｃガス中のＨ２Ｓ濃度が管理値（例えば、３６０ｐｐｍ）以下になるまでＨ２Ｓを該ＬＳに吸収させる。この脱硫で清浄になったＣガスは、該吸収塔上方に設けた導管２より系外へ抜け、ガスホルダに貯めた後、再利用先へ送られる。
【０００５】
一方、吸収塔内に導入されたＬＳは、Ｃガス中のＨ２Ｓを吸収し、Ｈ２Ｓ濃度が高まるが、最終的にＨ２Ｓリッチアンモニア系吸収液（以下、記号ＲＳで表す）となり、吸収塔Ａの底部より導管４を経由して抜き出される。このＲＳの約９０％は、熱交換器Ｉ１で加熱された後、導管６を経て蒸留塔Ｂ（脱酸塔あるいはストリツパーとも呼ばれる）の中段へ導入される。なお、この熱交換器の熱媒体には、後に詳述するが、該蒸留塔Ｂの底部より排出される高温の、Ｈ２Ｓ濃度が低下したアンモニア系吸収液が導管５を経て供給される。また、残り約１０％のＲＳは、導管７を通って該蒸留塔Ｂの上段（頂部）から蒸留塔内へ導入される。
【０００６】
蒸留塔Ｂに導入されたＲＳは、別途蒸留塔に供給されるリボイラー蒸気Ｃ及び直蒸Ｄ（直接吹込まれる蒸気のこと）で加熱され、そのＨ２Ｓ及びＣＯ２成分が分離され、大部分を上部の導管８より系外へ排出する。一方、上記のＨ２Ｓ及びＣＯ２成分が低下した液は、蒸留塔Ｂの底部より導管５及び導管３を順次経由して前記吸収塔Ａへ送られ、再生吸収液（ＬＳ）として循環利用される。なお、この循環されるＬＳは、途中でクーラーＩ２により冷却され、所定の温度にされる。また、そのＨ２Ｓ濃度は、吸収塔での脱硫効率の低下を防止するため、所定の上限値（例えば０．５ｇ／リットル）以下に管理されている。
【０００７】
ところで、以上のような脱硫を行うに際しては、コークス炉へ装入する原料炭の性状（主に、トータル硫黄分（記号Ｔ・Ｓ））変化に起因し、コークス炉からのＣガスの発生量やＨ２Ｓ濃度に変動が起きる。そのため、コークス炉の操業では、脱硫後のＣガス中のＨ２Ｓ濃度を前記所定の管理値にするために、蒸留塔へ供給される蒸気量と導入されるＲＳ量との比で定義される蒸気比を、安定操業をすべく常に過剰に大きな一定値（例えば、３１ｋｇ／ｍ３）に設定されており、コークス炉へ装入する原料炭の性状（主に、トータル硫黄分（記号Ｔ・Ｓ））変化に対して最適な設定になっているとは限らない。つまり、前記した脱硫装置の運転コストのうち約６０％は蒸気が占めており、省エネルギーに逆行するものとなっている恐れがあった。
【０００８】
このような問題を解決するため、コークス炉ガスの脱硫における最適化制御方法が提案された。それは、コークス炉ガスを冷却した後に吸収部にてアンモニア水等の吸収液に接触させ更に脱酸部にて硫化水素ガス等を分離排気させるようにした脱硫方法において、（ａ）コークス炉ガス発生量やコークス炉ガス中の成分に見合う吸収液量を算出する部分と、（ｂ）前記吸収部へ供給される吸収液温を調整するための熱交換器の出口温度を算出する部分と、（ｃ）前記熱交換器へ冷水を送る冷水塔の能力を算出する部分とを少なくとも含んでいるプログラムを用いた演算処理を行い、この演算処理における前記（ａ），（ｂ），（ｃ）の各部分においての算出値が適正値に集束するようにしたものである（特許文献１参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１−９８６９４号公報（２頁、右欄の１５行〜左欄の２９行）
しかしながら、該特許文献１記載の脱硫方法は、Ｃガスの発生量とプロセス・ガスクロ分析計により採取したＣガスの成分組成とをコンピュータに入力し、自動計算を行って、脱硫後のＨ２Ｓ濃度が所定値になるように、吸収塔Ａへの吸収液の供給量、温度及び蒸留塔Ｂでの蒸気使用量を推定するので、プロセス・ガスクロ分析計や複雑な演算機器が必要である。したがって、その実施には大きな投資を要し、且つ運転制御も複雑になるという問題があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情に鑑み、Ｃガス中のＨ２Ｓをアンモニア系吸収液で吸収・脱硫すると共に、Ｈ２Ｓを吸収・濃化した吸収液を蒸気で再生するに際して、従来より簡易且つ安価に実施可能なコークス炉ガス脱硫装置の運転方法を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究を重ね、その成果を本発明に具現化した。
【００１２】
すなわち、本発明は、コークス炉から発生後に冷却したコークス炉ガスを、アンモニア系吸収液に接触させて該ガス中のＨ２Ｓ分を吸収し、脱硫する吸収塔と、該吸収塔から抜き出された該Ｈ２Ｓ分を吸収・濃化したアンモニア系吸収液に蒸気を添加して加熱し、該吸収液からＨ２Ｓを分離して該吸収液を再生する蒸留塔と、再生した吸収液を前記吸収塔に循環供給する循環経路とを備えたコークス炉ガス脱硫装置を運転するに際して、前記コークス炉に装入する石炭中の硫黄含有量を測定し、その測定値を予め求めてある石炭中の硫黄含有量と前記蒸留塔での蒸気比（蒸気量／前記Ｈ２Ｓ分を吸収したアンモニア系吸収液量）との関係に照らして、前記コークス炉に装入する石炭から発生するコークス炉ガスの脱硫に適正な蒸気量を定め、その蒸気量を蒸留塔に供給することを特徴とするコークス炉ガス脱硫装置の運転方法である。
【００１３】
本発明によれば、Ｃガス中のＨ２Ｓをアンモニア系吸収液で吸収・除去すると共に、Ｈ２Ｓを吸収・濃化した吸収液を蒸気にて再生するに際して、多量に使用する蒸気量が大幅に低減され、省エネルギーが達成されると共に、従来より簡易且つ安価にコークス炉ガスの脱硫装置が運転できるようになる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、発明をなすに至った経緯をまじえ、本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
発明者は、プロセス・シミュレータ（ＳｉｍＳｃｉ社製）を用いて、現在のコークス炉ガス脱硫装置の操業をモデル化し、コークス炉に装入される原料炭中の硫黄含有量（記号Ｔ・Ｓ）に対してコストミニマムとなる蒸留塔の操業条件を見出すことにした。
【００１６】
まず、発明者は、過去の操業を解析することによってコークス炉への装入原料炭のＴ・Ｓに対して、脱硫装置入り側導管１におけるＣガス中のＨ２Ｓ濃度との関係を調べたところ、Ｃガス中のＨ２Ｓ濃度を前記Ｔ・Ｓで推定できることを見出した。次いで、脱硫装置入り側導管１におけるＣガス中のＨ２Ｓが吸収塔及び蒸留塔を経て、どのように導管２を通じ系外に排出されるＣガスや導管８から系外に排出されるガス中に移行するかをシミュレーション計算した。
【００１７】
図１に示したＣガスの脱硫装置においては、導管１から吸収塔Ａに導入されたＣガス中のＨ２Ｓが最終的の蒸留塔Ｂから系外に放出される間に、吸収塔Ａ内での気相（すなわち、Ｃガス）と液相（すなわち、ＬＳ及びＲＳであり、溶媒はＨ２Ｏ）との間、及び蒸留塔Ｂ内での気相（蒸気）と液相（すなわち、ＲＳ及びＬＳであり、溶媒はＨ２Ｏ）との間での反応が関与している。
【００１８】
そこで、シミュレーション計算では、これら吸収塔内及び蒸留塔内での化学反応をモデル化して計算することにした。なお、反応に関与するガス中の成分は、実際にはＨ２ＳだけでなくＣＯ２及びＮＨ３が存在するので、モデル化においてもこれらの成分を取り込んだ。
【００１９】
吸収塔Ａの上端では、導管２より系外に出るＣガスと導管３より吸収塔Ａに入るＬＳとの間で上記成分の気液間平衡が成立しているとする。また、蒸留塔Ｂの上端では、導管８より系外に出る水蒸気と導管７より蒸留塔Ｂに入るＲＳとの間で上記成分の気液間平衡が成立しているする。そして、蒸留塔Ｂ内の温度は、蒸留塔Ｂ内に供給される蒸気Ｄの量によって決定されるとする。
【００２０】
これらの前提の下で、前記プロセス・シミュレータにより、図７の手順によってシミュレーション計算を行った。
【００２１】
その算出結果の一例を図２及び図３に示す。吸収塔においてＣガス中のＨ２Ｓを効率的にＬＳ中に吸収するには、導管３から吸収塔Ａに供給する際のＬＳ中のＨ２Ｓ濃度を所定の管理値（０．５ｇ／リットル）以下に保持することが必要であるが、図３の関係を用いれば、ＲＳ中のＨ２Ｓ濃度が与えられると、ＬＳ中のＨ２Ｓ濃度を上記管理値以下に保持できる蒸気比が分かる。つまり、図２及び図３の関係を整理し直すと、原料炭中のＴ・Ｓと蒸気比との関係として、図４を得た。
【００２２】
この図４は、原料炭中のＴ・Ｓが高くなれば、蒸気比を高くしなければ、ＬＳ中のＨ２Ｓ濃度の管理値を満足できないが、蒸気比は、現状のＴ・Ｓの変動範囲でも２７〜３１ｋｇ／ｍ３で調整できることを示している。
【００２３】
したがって、この図４の関係に基づくき、蒸気比を原料炭中のＴ・Ｓの値に応じて必要最小限の値に調整すれば、従来の蒸気比一定の操業に比較して、蒸気使用量を低減することができ、省エネルギーを達成することができることになる。
【００２４】
そこで、発明者は、この図４の関係を要件にして本発明を完成したのである。この本発明によれば、何らかの理由で、Ｔ・Ｓが通常に比較して著しく高い原料炭を使用せざるを得なくなった場合にも、Ｃガスを十分に脱硫できるばかりでなく、コスト的に最適な蒸気量を供給した脱硫装置の運転が可能となる。
【００２５】
【実施例】
（本発明例）
本発明の実施例を以下に説明する。コークス炉にて、Ｔ・Ｓが０．３〜０．６ｍａｓｓ％の石炭を乾留する際に発生するＣガス中に含まれるＨ２Ｓ分を除去する脱硫設備の操業に関して、図５に示すように、原料炭中のＴ・Ｓが０．３ｍａｓｓ％の時は、図１の導管４を通るＲＳ中のＨ２Ｓ濃度は１．３０ｇ／リットルであるため、蒸留塔の蒸気比は２７ｋｇ／ｍ３で設定し、Ｔ・Ｓが０．５ｍａｓｓ％である時は，導管４を通るＲＳ中のＨ２Ｓ濃度は１．６５ｇ／リットルであるため、２９ｋｇ／ｍ３で設定する。
【００２６】
また、Ｔ・Ｓが０．６ｍａｓｓ％である時は、導管４を通るＲＳ中のＨ２Ｓ濃度は１．９０ｇ／リットルであるため、蒸気比は３１ｋｇ／ｍ３で設定する。このように、コークス炉へ装入される原料炭のＴ・Ｓの値に応じて、蒸留塔の蒸気比を変化させる操業を行った。
【００２７】
その結果、図６に示すように、本発明の実施後も、ＬＳ中のＨ２Ｓ濃度を０．５ｇ／リットル以下で管理することができた。
【００２８】
（比較例）
本発明を実施しない場合、蒸留塔の蒸気比は、図５に示すように原料炭中のＴ・Ｓが０．３〜０．６ｍａｓｓ％で変動しても、安全を期した一定値（３１ｋｇ／ｍ３）である。このため、ＬＳ中のＨ２Ｓ濃度は，上記実施例と同様に、管理値を超えることはないが、Ｔ・Ｓが０．６ｍａｓｓ％以下の場合は，蒸気比が過剰となる。つまり、図５の斜線部分は蒸気比が過剰である量を示しており、その過剰率は１０７％であった。つまり、原料炭中のＴ・Ｓが０．６ｍａｓｓ％以下の場合においては、ＬＳ中のＨ２Ｓ濃度の品質を悪化させることなく、蒸気比を低減することが可能となり省エネが達成される。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、Ｃガス中のＨ２Ｓをアンモニア系吸収液による分離・除去とＨ２Ｓを吸収した吸収液を蒸気にて再生する方式の脱硫方法において、吸収液の再生する蒸留塔の操業を、コークス炉へ導入される原料炭中のＴ・Ｓ値に応じて条件設定を変更するようにした。その結果、ガスクロ分析計等の高価な機器を利用をすることなく、最適な操業が可能となり、従来の操業に対しエネルギー・コストの削減が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｃガスの脱硫装置全体を説明する模式図である。
【図２】シミュレーション計算で得た原料炭中トータル硫黄分（Ｔ・Ｓ）とＲＳ中Ｈ２Ｓ濃度との関係を示す図である。
【図３】シミュレーション計算で得たＲＳ中Ｈ２Ｓ濃度、ＬＳ中Ｈ２Ｓ濃度及び蒸気比との関係を示す図である。である。
【図４】原料炭中トータル硫黄分（Ｔ・Ｓ）と蒸気比との関係を示す図である。
【図５】原料中トータル硫黄分（Ｔ・Ｓ）及び蒸気比の経時変化を示す図である。
【図６】本発明の実施結果であるＬＳ中Ｈ２Ｓ濃度の経時変化を示す図である。
【図７】プロセス・シミュレータでの計算手順を示すフロー・シートである。
【符号の説明】
１〜９　　導管
Ａ　　吸収塔
Ｂ　　蒸留塔
Ｃ　　リボイラー蒸気ライン
Ｄ　　直蒸ライン
Ｉ１　　熱交換器
Ｉ２　　クーラー
【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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【図７】
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