(57)【要約】【課題】室炉式コークス炉の押し詰まり防止装置及び押し詰まり防止方法並びにコークス廃熱回収方法を提供する。【解決手段】室炉式コークス炉炭化室からのコークス押し出し時に、押し出しラム３と反対側の炭化室窯口から下向きコの字型コークス崩れ防止装置２を挿入し、下向きコの字型コークス崩れ防止装置２は炭化室内の炉壁とコークス４との間に進入する。その後、押し出しラム３の炭化室挿入に対応して下向きコの字型コークス崩れ防止装置２を引き抜いてコークス押し出しを行う。下向きコの字型コークス崩れ防止装置２を挿入した側の炭化室窯口にコークス格納容器５を配置し、引き抜いた下向きコの字型コークス崩れ防止装置２にコークス４を内包したままコークス格納装置５に格納する。コークス格納容器５に廃熱回収用ガスを流すことによってコークス顕熱を回収すると同時にコークスを冷却する。【選択図】　図１
2004143283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
押し出しラムと、下向きコの字型コークス崩れ防止装置とを有し、該下向きコの字型コークス崩れ防止装置は押し出しラムと反対側の炭化室窯口から炭化室内に挿入して炉壁とコークスとの間に進入可能であり、押し出しラムの炭化室挿入に対応して下向きコの字型コークス崩れ防止装置を引き抜くことによってコークス押し出し可能であることを特徴とする室炉式コークス炉の押し詰まり防止装置。
【請求項２】
室炉式コークス炉炭化室からのコークス押し出し時に、押し出しラムと反対側の炭化室窯口から下向きコの字型コークス崩れ防止装置を挿入し、該下向きコの字型コークス崩れ防止装置は炭化室内の炉壁とコークスとの間に進入することを特徴とする室炉式コークス炉の押し詰まり防止方法。
【請求項３】
下向きコの字型コークス崩れ防止装置を炭化室に挿入後、押し出しラムの炭化室挿入に対応して下向きコの字型コークス崩れ防止装置を引き抜いてコークス押し出しを行うことを特徴とする請求項２に記載の室炉式コークス炉の押し詰まり防止方法。
【請求項４】
下向きコの字型コークス崩れ防止装置を挿入した側の炭化室窯口にコークス格納容器を配置し、引き抜いた下向きコの字型コークス崩れ防止装置にコークスを内包したまま該コークス格納装置に格納することを特徴とする請求項３に記載の室炉式コークス炉の押し詰まり防止方法。
【請求項５】
請求項４に記載の室炉式コークス炉の押し詰まり方法でコークスを回収し、前記コークス格納容器には廃熱回収用ガスを通過させるための給気穴・排気穴が配置されており、この給気穴・排気穴を通して廃熱回収用ガスを流すことによってコークス顕熱を回収すると同時にコークスを冷却することを特徴とするコークス廃熱回収方法。
【請求項６】
廃熱回収用ガスとしてメタンガスを用い、コークスとメタンガスとの接触で生じる水素ガスを回収することを特徴とする請求項５に記載のコークス廃熱回収方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、室炉式コークス炉によって製造されるコークスの押し詰まり防止装置及び押し詰まり防止方法並びにコークス廃熱回収方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
室炉式コークス炉でコークスを製造する際、炭化室中で乾留を完了したコークスは、炭化室の一方の窯口から押し出しラムを挿入することにより、反対側の窯口から押し出される。コークス押し出しに際し、壁とコークスとの間の摩擦が増加した場合には、コークスの押し出しが困難になる、いわゆる押し詰まりが発生する。押し詰まりが発生すると人力によって高温のコークスを掻き出さなければならず、操業上大きな支障をきたす。
【０００３】
押し出されたコークスは約１０００〜１２００℃と高温であり、大きな熱量をもっている。この高温のコークスは、現在ＣＤＱ（乾式消火設備）またはＣＷＱ（湿式消火設備）のどちらかによって消火している。ＣＤＱを用いた乾式消火設備については、例えば非特許文献１の１９５ページに記載されている。ＣＷＱを使用した場合には、高温のコークスが有する膨大な熱はほとんど回収されない。ＣＤＱを使用した場合には熱回収が行われるが、炭化室からＣＤＱにコークスを移載する過程で多量の空気が混入するため、揮発分の燃焼反応（下記反応（１）（２））が生起し、同時に多量の水蒸気が発生するなどの問題が生じるため、熱回収の効率は低い。
ＣＨ４＋２Ｏ２＝ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ　　　　　（１）
Ｈ２＋１／２Ｏ２＝Ｈ２Ｏ　　　　　　　　（２）
【０００４】
一般的なコークス炉における１つの炭化室のサイズは、炉幅０．４ｍ、長さ１４〜１６ｍ、高さ５〜６ｍである。コークスは、乾留が完了すると収縮するため、炉壁とコークスとの間には１〜３ｍｍ程度の空隙ができる。通常、コークスの強度が強く、壁とコークスとの間に十分な空隙が保たれている場合には、コークスをトラブルなく押し出すことができる。
【０００５】
しかし、操業の経過と共にコークス炉の炉壁にはカーボンの析出層が成長する。カーボン析出層がある程度厚くなると、押し出し時の抵抗が大きくなり、最終的には押し出しラムで押し出そうとしてもコークスが動かなくなる。この状況で、押し出しラムによって押しすぎるとコークスの破壊が起き、押し詰まりという現象になる。このような状況では、いくら押してもコークスを取り出すことはできず、さらに押しすぎると炉の破壊をも招いてしまう。そのため、押し詰まった場合には人力で掻き出さなければならず、高温下での作業でもあるため操業上にも大きな支障をきたす。
【０００６】
したがって、この析出カーボン層を除去するために、例えば特許文献１に記載されているように、定期的に空気を吹き付けてカーボンを燃焼除去している。しかし、カーボン層を燃焼させすぎると壁の気密性を損ない、乾留中に多くの煤が排ガス中に混入することになり、環境対策上も問題である。
【０００７】
上述のように、押し出し時にコークスが持っている顕熱は膨大な量になるが、ＣＤＱにおいてもその利用率は低い。さらに、コークス炉から押し出してＣＤＱに挿入するまでの間に高温のコークスを空気にさらすことは、揮発分（エミッションガス）の燃焼のみならず、コークスと空気の反応をもたらし、強度低下を招くものと考えられる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平６−１６６８７４号公報（第２ページ）
【非特許文献１】
日本鉄鋼協会編「第３版鉄鋼便覧　ＩＩ製銑・製鋼」丸善株式会社、昭和５５年、第１８５ページ
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
コークス押し詰まりの原因は、コークスの強度そのものが弱い場合もあるが、ほとんどの場合、壁と摩擦が増加した場合に生じる。この壁との摩擦は、析出カーボンが左右両方の壁に成長して析出カーボン層を形成するからに他ならない。従って、コークス強度が弱くても、また壁との摩擦が増加しても安全にコークスを排出して押し詰まりを防止することはコークス炉操業上最重要課題といえる。
【００１０】
コークスが有する顕熱について、従来のＣＤＱの回収レベルを超えて高いレベルで顕熱を回収することは、省エネルギー、省資源、環境対策上においても重要である。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決し、室炉式コークス炉の押し詰まり防止装置及び押し詰まり防止方法並びにコークス廃熱回収方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決するために検討を重ねた結果、コークスが押し詰まる最大の原因は、壁とコークスの間の摩擦であることを見いだした。ところで、炭化室に装入された石炭は、乾留が進行してコークス化が進むと共に収縮する。従って、押し出しラムによってコークスを押し出す直前では、壁とコークスとの間には１〜３ｍｍ程度の間隙が生じている。本発明は、この間隙を利用することに着目した。この間隙に厚さ３〜１０ｍｍ程度の金属製の板を差し込むと、コークスをある程度削りつつ板が間隙に挿入される。炭化室の全長にわたって側壁とコークスの間に金属製の板を挿入し、次いで押し出しラムを用いてコークスを押し出し、押し出しラムの動きに合わせて金属製の板を引き抜くことによって、押し出し時のコークスと壁との間の摩擦をゼロにすることができる。従って、比較的強度が弱く崩れやすいコークスでも安全にコークスを炭化室から取り出すことができる。また、金属製の板を間隙に挿入する際に、壁に成長しつつある析出カーボンを削り取るため、カーボン層の成長を抑制することができる。
【００１３】
押し出し時に炭化室窯口にコークス格納容器を配置し、金属製の板に囲まれて押し出されたコークスをそのコークス格納容器に格納すれば、空気に全く接触せずにコークスを格納することができる。このような状態でコークスに冷却用のガスを流せば、空気接触ロスを生じずにコークスの顕熱を回収することが可能になる。
【００１４】
本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、その要旨は以下の通りである。
（１）押し出しラム３と、下向きコの字型コークス崩れ防止装置２とを有し、下向きコの字型コークス崩れ防止装置２は押し出しラム４と反対側の炭化室窯口から炭化室内に挿入して炉壁とコークス４との間に進入可能であり、押し出しラム３の炭化室挿入に対応して下向きコの字型コークス崩れ防止装置２を引き抜くことによってコークス押し出し可能であることを特徴とする室炉式コークス炉の押し詰まり防止装置。
（２）室炉式コークス炉炭化室からのコークス押し出し時に、押し出しラム３と反対側の炭化室窯口から下向きコの字型コークス崩れ防止装置２を挿入し、下向きコの字型コークス崩れ防止装置２は炭化室内の炉壁とコークス４との間に進入することを特徴とする室炉式コークス炉の押し詰まり防止方法。
（３）下向きコの字型コークス崩れ防止装置２を炭化室１に挿入後、押し出しラム３の炭化室挿入に対応して下向きコの字型コークス崩れ防止装置２を引き抜いてコークス押し出しを行うことを特徴とする上記（２）に記載の室炉式コークス炉の押し詰まり防止方法。
（４）下向きコの字型コークス崩れ防止装置２を挿入した側の炭化室窯口にコークス格納容器５を配置し、引き抜いた下向きコの字型コークス崩れ防止装置２にコークス４を内包したままコークス格納装置５に格納することを特徴とする上記（３）に記載の室炉式コークス炉の押し詰まり防止方法。
（５）上記（４）に記載の室炉式コークス炉の押し詰まり方法でコークス４を回収し、コークス格納容器５には廃熱回収用ガスを通過させるための給気穴１１・排気穴１２が配置されており、この給気穴１１・排気穴１２を通して廃熱回収用ガスを流すことによってコークス顕熱を回収すると同時にコークスを冷却することを特徴とするコークス廃熱回収方法。
（６）廃熱回収用ガスとしてメタンガスを用い、コークスとメタンガスとの接触で生じる水素ガスを回収することを特徴とする上記（５）に記載のコークス廃熱回収方法。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１、図２は、本発明の押し詰まり防止装置及び押し詰まり防止方法の一例を示す図である。
【００１６】
図１（ａ）に示すように、コークス炉の内部寸法にあわせた、下向きコの字型コークス崩れ防止装置２（以下「コの字板２」という。）を準備する。コの字板２は、金属製の板を用いてなり、好ましくは鉄板を用いる。コの字板２は、図１（ｂ）に示すように押し出しラム３と反対側の炭化室窯口から炭化室内に挿入して、図１（ｃ）に示すように炉壁とコークス４との間に進入可能である。コの字の相対する２辺が炭化室１の側壁において炉壁とコークス４の間に進入する。コの字の２辺をつなぐ辺は、炭化室１の天井付近に挿入される。
【００１７】
本発明の上記（１）の押し詰まり防止装置及び（２）の押し詰まり防止方法においては、室炉式コークス炉炭化室１からのコークス押し出し時に、図１（ｂ）に示すように押し出しラム３と反対側の炭化室窯口からコの字板２を挿入すると、コの字板２は炭化室内の炉壁とコークス４との間に進入する。この操作は、石炭がコークス化するときに収縮し、壁とコークス４との間に隙間ができるために可能となる。コの字板２を挿入する際、壁に成長した、または成長しつつあるカーボン層を削り取る作用がある。析出後長時間が経過した析出カーボン層は硬くなるが、成長しつつあるカーボン層はまだ柔らかく、ソフトカーボンと呼ばれる。押し出しのたびに継続してコの字板を炭化室に挿入する場合には、析出カーボン層が硬くなる前のソフトカーボンの状態で削り取ることが可能であり、長期にわたって析出カーボン層の影響を排除することが可能となる。
【００１８】
本発明の上記（３）においては、コの字板を炭化室に挿入後直ちに、押し出しラムによってコークスを押し出す。このとき、図１（ｄ）に示すように、押し出しラム３の炭化室挿入に対応して下向きコの字型コークス崩れ防止装置２（コの字板２）を引き抜いてコークス押し出しを行う。押し出しラム３の速度とコの字板２の速度を同じ速度とすると好ましい。そのため、コークス押し出しに際して壁とコークス層との間の摩擦は存在しなくなり、どのような強度のコークスでも押し出し可能となる。
【００１９】
押し出したコークス４は、図２（ｄ）（ｅ）に示すように、従来同様にこのまま窯口下方のコークス・バケットに投入することとしても良い。この場合には、コークス４はその後ＣＤＱに装入され、顕熱を回収される。
【００２０】
本発明の上記（４）においては、図１（ｃ）に示すように、コの字板２を挿入した側の炭化室窯口にコークス格納容器５を配置し、引き抜いたコの字板２にコークス４を内包したまま該コークス格納装置５に格納する。コークス４を内包したコの字板２は、図１（ｄ）に示すようにコークス格納容器５の底板７の上に移動させ、その後に図１（ｅ）に示すようにコの字板２の窯口に近い側に後面蓋８を配置し、コの字板２、前面蓋６、底板７と後面蓋８とによってコークス４を閉じこめることができる。これによって、コークス４から散逸する熱、炭化水素などを最小限にすることができ、さらにコークス４と空気中酸素との反応によるコークスの劣化を防止できる。
【００２１】
コークス格納容器５は、さらに図３に示すように断熱材１０で囲っておくことができる。これにより、コークスの顕熱がコークス格納容器５の周囲から放出されることがなく、より有効にコークス顕熱を回収することが可能になる。
【００２２】
本発明の上記（５）のコークス廃熱回収方法においては、上記（４）の方法でコークスを回収し、前記コークス格納容器５（コークス廃熱回収装置９）には図４に示すように廃熱回収用ガスを通過させるための給気穴１１・排気穴１２が配置されており、この給気穴１１・排気穴１２を通して廃熱回収用ガスを流すことによってコークス顕熱を回収すると同時にコークスを冷却する。
【００２３】
窒素などの不活性ガスを使ってコークスの顕熱を回収する場合、コークス廃熱回収装置９であるコークス格納容器５の下部にある吸気穴１１から窒素ガスを導入し、上部にある排気穴１２から高温の窒素ガスを取り出す。この高温の窒素ガスは、熱交換機１３に導入され、熱を回収後、再度循環ポンプ１４によってコークス廃熱回収装置９の下部にある吸気穴１２に導入される。
【００２４】
次に、冷却ガスとしてメタン（ＣＨ４）を使う場合には、コークスの顕熱をメタンの分解反応に用いることができる。
ＣＨ４＝Ｃ＋２Ｈ２　　　　７５．６ｋＪ／ｍｏｌ　　（３）
通常、この反応は１０００℃以上で起こる反応であるが、各種の炭素表面が触媒となることが報告されている。３００〜５００℃においても分解反応が進行することが確認されている。分解熱は７５．６ｋＪ／ｍｏｌと比較的大きいので、コークス冷却に対する効果は大きい。これにより、コークスを冷却すると同時に水素ガスを生成し、図４の水素分離装置１５で回収することができる。また、コークス中で析出した炭素がコークスの微細な気孔を埋めるため、コークスの強度増加にもつながる。
【００２５】
【実施例】
コークス試験炉（試験１回当たりの石炭装入量は３５０ｋｇ、炉幅は４５０ｍｍ、石炭装入高さは１ｍ、炉長は１ｍである。）を用いて石炭を乾留した。コークス試験炉は押し出し機つきの可動壁炉になっており、炭化室からコークスを押し出す際の、押し出し機にかかる荷重及び炉壁（可動壁）にかかる荷重をロードセルにより測定することができる。
【００２６】
図１に示すような下向きコの字型コークス崩れ防止装置２（コの字板２）を準備した。コの字板は、幅４４５ｍｍ、高さ１．２ｍ、長さ１ｍのコの字型であり、厚さ２ｍｍの鉄板を用いて形成した。石炭をコークス試験炉の炭化室内で乾留した後、図１（ａ）〜（ｃ）に示すようにコークス排出口側から炭化室内にコの字板２を挿入し、その後、押し出し機３によってコークス４を排出すると同時に、図１（ｄ）に示すように押し出し機３と同じ速度でコの字板２を引き出した。そのときに炉壁にかかる荷重をロードセルで測定したところ、荷重はゼロであった。一方、コの字板を用いないで押し出し試験を行うと、押し出し荷重の１０〜２０％程度の荷重が炉壁にかかっていた。炉壁にかかる荷重は、実操業において炉壁損傷の原因となると共に、押し出し抵抗増大の要因ともなる。つまり、本発明のコの字型コークス崩れ防止装置を用いることにより、コークス炉における押し出し抵抗を低減できることがわかった。
【００２７】
コの字板２と共に排出されたコークス４は、図１（ｅ）に示すようにともにコークス格納容器５としての冷却ボックス中に収納され、メタン（ＣＨ４）ガス雰囲気下で約１５時間かけて冷却した。ここで、メタンガスはコークス顕熱によって分解反応（ＣＨ４＝Ｃ＋２Ｈ２）を起こし、約２０００ｍｏｌの水素を回収することができた。
【００２８】
また、試験炉炉壁に厚み約５ｍｍのソフトカーボンを付着させ、下向きコの字型コークス崩れ防止装置を炭化室内に挿入したところ、わずかな挿入に要する負荷で、当装置と炉壁との間隙約２．５ｍｍを残して、炉壁に付着したソフトカーボンを削り取ることができた。当装置はソフトカーボンの削り取りには有効であることがわかった。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は、コークス押し出し時に下向きコの字型コークス崩れ防止装置を炭化室内に挿入することにより、炉壁に成長した析出カーボン層を削り取ることができる。
【００３０】
本発明はまた、押し出しラムと一緒に下向きコの字型コークス崩れ防止装置を引き抜いてコークス押し出しを行うことにより、コークスと壁との間の摩擦をゼロにすることができ、押し詰まりを発生させず、強度的に弱いコークスでも安全に取り出すことができる。
【００３１】
本発明はまた、引き抜いたコの字型コークス崩れ防止装置にコークスを内包したまま該コークス格納装置に格納することにより、高温のコークスを空気にさらさずに顕熱回収を開始することができる。即ち、本発明が押し出しから冷却まで密閉式であることによる熱効率の良さ、コークスからのエミッションガスの抑制などの面でＣＤＱシステムより優れており、環境対策上においても、コークス品質管理上においても本発明の利点は大きい。
【００３２】
本発明はまた、冷却ガスとしてメタンガスを用いることにより、水素ガスを生産することができ、同時に分解した炭素がコークス内の気孔内壁に析出するので、コークスの強度を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコークス炉の押し詰まり防止装置及び押し詰まり防止方法を示す図であり、（ａ）はコの字板挿入前、（ｂ）はコの字板挿入中、（ｃ）はコの字板挿入完了時、（ｄ）は押し出し中、（ｅ）は押し出し完了時を示す図である。
【図２】本発明のコークス炉の押し詰まり防止装置及び押し詰まり防止方法を示す図であり、（ａ）はコの字板挿入前、（ｂ）はコの字板挿入中、（ｃ）はコの字板挿入完了時、（ｄ）は押し出し中、（ｅ）は押し出し完了時を示す図である。
【図３】コークス格納容器に断熱材を用いた本発明の押し詰まり防止装置を示す図である。
【図４】本発明の廃熱回収方法を示す概略図である。
【符号の説明】
１　炭化室
２　下向きコの字型コークス崩れ防止装置（コの字板）
３　押し出しラム
４　コークス
５　コークス格納容器
６　前面蓋
７　底板
８　後面蓋
９　コークス廃熱回収装置
１０　断熱材
１１　給気穴
１２　排気穴
１３　熱交換機
１４　循環ポンプ
１５　水素分離装置
【図１】
2004143283.tif 000003
【図２】
2004143283.tif 000004
【図３】
2004143283.tif 000005
【図４】
2004143283.tif 000006