(57)【要約】【課題】コークス炉用原料炭の予熱時に排出されるオフガスを簡便かつ安価に処理することが可能な原料炭予熱オフガスの処理方法を提供する。【解決手段】予熱設備１で原料炭を予熱する際に発生するオフガスを、コークス乾式消火設備２０の冷却チャンバー２３内、プレチャンバー２２内および円環煙道２６のうちの一つ以上に吹き込み、オフガスに含まれる石炭微粒子やタール成分を処理する。二つ以上に吹き込む場合は、コークス乾式消火設備の操業状況の変動に応じた吹き込み量のバランス調整が可能である。吹き込みに際し、オフガスに何らの処理を加える必要もないので、簡便かつ安価に処理できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料炭を予熱する際に発生するオフガスを、コークス乾式消火設備の冷却チャンバー内、プレチャンバー内および円環煙道のうちの何れか一つ以上に吹き込むことを特徴とする原料炭予熱オフガスの処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、コークス炉用原料炭の乾燥または予熱処理の際に余剰ガスとして排出される、石炭の微細粒子やタールなどが含まれるガス（以下、「オフガス」という）の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
室炉式コークス炉による冶金用コークスの製造プロセスにおいて、コークスの品質および生産性の向上を図るため、コークス炉に装入する前の原料炭に、事前処理として乾燥または予熱処理（乾燥よりも予熱の方が加熱温度が高いが、操作としては同じなので、以下、特に断らない限り、両者を含めて「予熱」という）が施されている。
【０００３】
予熱の方法としては、流動床や気流塔などによるガス接触加熱方式を用い、加熱源としてコークス炉ガスなどの燃料ガスの燃焼熱を用いるのが一般的である。
【０００４】
流動床や気流塔などは多量のガスを必要とするので、ガスを循環使用してガス量を確保するが、原料炭（石炭）の予熱に要する熱量を補償するために、熱風発生器で燃料ガスを燃焼させ、生成する高温のガスを循環ガスに混入する一方で、そのガス量に見合う循環ガスの一部をオフガスとして循環系外へ排出する。
【０００５】
循環系外へ排出されるオフガスには、石炭付着水から発生する水蒸気などのほかに、石炭の微細粒子が含まれ、特に石炭を高温で加熱する“予熱処理”の場合には、石炭の熱分解によって生じる炭化水素成分（以下、「タール成分」という）なども含まれており、オフガスを系外に排出する際には、環境保全のため石炭の微粒子やタール成分を除く必要がある。そのため、従来、微細な石炭粒子を除去するためのバグフィルター等の除塵装置が使用され、さらに、タール成分を含む場合は、コークス炉ガスなどの燃料ガスで助燃してガスの温度をタール成分の分解温度まで上昇させ、タール成分を分解、燃焼するタール燃焼装置が用いられている。
【０００６】
図２は、通常使用されているコークス炉用原料炭の予熱設備とそのオフガス処理設備の構成例を示す図である。図２において、予熱設備１は、気流塔２と、石炭捕集器３と、循環ブロワ４と、熱風発生器５とを備えており、気流塔２の下方部に設けられた石炭供給口６から気流塔２内に供給された石炭は、気流塔２の下部から供給される循環ガスと接触して予熱され、石炭捕集器３で石炭と循環ガスとが分離され、石炭は石炭捕集器３の下方部から排出される。前記気流塔２の代わりに、流動床方式の乾燥設備が用いられる場合もある。
【０００７】
分離後の循環ガスは、石炭の加熱のために熱を奪われ、温度が低下する。そこで、循環ガスを循環ブロワ４で昇圧した後、これに熱風発生器５でコークス炉ガス等の燃料ガス７を燃焼用空気８により燃焼させて得られる高温の燃焼ガスを混合し、もとの温度まで昇温する。
【０００８】
循環ガスは、その量を一定に保つ必要があるので、前記混合した高温の燃焼ガス量と石炭中の水分の蒸発で発生した水蒸気量に相当する量を抜き出し、管路１０を経由させて循環系外に抜き出す。
【０００９】
抜き出したガス（オフガス）を清浄化するオフガス処理装置１１は、タール成分を含むオフガスを処理する場合は、タール燃焼器１２と、ガス冷却器１３と、バグフィルター除塵器１４を備えており、タール燃焼器１２でコークス炉ガス等の燃料ガス１５を燃焼させ、オフガスを約８００℃以上の高温にして石炭微粒子に含まれる揮発成分とタール成分を分解、燃焼させる。次いで、オフガス温度を冷却器１３で百数十℃まで低下させ、バグフィルター除塵器１４で粉塵を除去した後、オフガスを放散筒１６から大気中に放出させる。タール成分が含まれないオフガスを処理する場合は、タール燃焼器１２は必要なく、冷却器１３でオフガス温度を低下させ、バグフィルター除塵器１４で除塵した後、オフガスを大気中に放出させる。
【００１０】
前記のオフガス処理方法を実施するには、除塵装置やタール燃焼装置などが必要で、多額の設備投資を要するとともに、その運転に多くの燃料ガスや電力等を要し、省エネルギーの面からも不利である。
【００１１】
オフガス処理方法の一例として、特許文献１に、原料炭に調湿処理を施す際に排出されるガス（系外に排出されるガス）の大気放散前の処理として、このガスを除塵器に通し、ガスに含まれる微粉炭（石炭微粒子）を捕捉回収した後、その微粉炭を気流輸送して、希釈空気とともにコークス乾式消火設備の煙道内へ吹き込み燃焼させる方法が提案されている。
【００１２】
しかし、この方法では、ガス中の石炭微粒子を分離して捕捉回収するための除塵装置が必要であるとともに、回収した微粉炭を気流輸送するための、貯留ホッパー、輸送ホッパー、切り替え弁等を備え、窒素などの不活性ガスをキャリアーとする気流輸送装置が必要である。また、この方法では、ガス中にタール成分などのガス状物が含まれる場合、それを除去できない。
【００１３】
前記特許文献１に記載される方法で回収した石炭微粒子を燃焼させるためのコークス乾式消火設備は、コークス炉から押し出された赤熱コークスを循環する不活性ガスにより急冷する設備で、後述する本発明の原料炭予熱処理の際に排出されるオフガスの処理でもこの設備を利用するのであるが、例えば、特許文献２および特許文献３には、このコークス乾式消火設備の所定の部位に、酸素含有燃焼排ガスや、水分を吹き込む方法が開示されている。
【００１４】
すなわち、特許文献２には、コークス乾式消火設備のプレチャンバーの上方空間部またはプレチャンバーのコークス層の下部に空気または酸素含有燃焼排ガスを吹き込むことによってコークスの一部をガス化させ、可燃性ガスを回収する方法が、また、特許文献３には、コークス乾式消火設備の冷却チャンバーの下部から水分をチャンバー内に供給してコークスとの間に水性ガス反応を起こさせ、回収熱量を増量する方法が記載されている。
【００１５】
しかし、これら特許文献２および特許文献３に記載された方法は、コークス炉ガスなどの可燃性ガスを燃焼炉で燃焼させたときに発生する燃焼排ガスや、空気、あるいは水分をコークス乾式消火設備に吹き込み、赤熱コークスの一部をガス化させてエネルギーを回収する方法で、オフガスを処理する方法ではない。
【００１６】
【特許文献１】
特開平６−１００８６３号公報
【特許文献２】
特開平７−２４２８７９号公報
【特許文献３】
特開平６−２９９１５４号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述したコークス炉用原料炭の予熱処理の際に排出される、石炭の微細粒子やタールなどが含まれるオフガスを、簡便かつ安価に処理することが可能な原料炭予熱オフガスの処理方法を提供することを目的としている。
【００１８】
【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、下記（１）〜（４）に示す知見を得た。
（１）  コークス炉用原料炭の予熱処理の際に排出されるオフガスをコークス乾式消火設備の冷却チャンバー内に吹き込むと、冷却チャンバー内で赤熱コークスとオフガスとが向流接触的に効率よく熱交換してオフガスの温度は約８００℃に達し、石炭微粒子の揮発成分はガス化し、タール成分は分解してメタンや水素等の可燃性ガスになる。
【００１９】
オフガスに含まれる水蒸気と高温の赤熱コークスとが接触することにより、水性ガス反応が起こり、水素と一酸化炭素等の可燃性ガスになる。また、水性ガス反応は吸熱反応で、赤熱コークスを冷却する作用もある。
【００２０】
（２）  オフガスをコークス乾式消火設備のプレチャンバー内に吹き込むと、プレチャンバー内で赤熱コークスとオフガスとが並流接触的に熱交換する。オフガス温度は約８００℃になり、前記（１）の冷却チャンバー内に吹き込む場合と同様に、石炭微粒子の揮発成分はガス化し、タール成分は分解してメタンや水素等の可燃性ガスになる。また、オフガス中の水蒸気と高温の赤熱コークスとの接触により、水性ガス反応が起こり、水素と一酸化炭素等の可燃性ガスになる。
【００２１】
（３）  オフガスをコークス乾式消火設備の円環煙道に吹き込むと、約８００℃の循環冷却ガスと接触し、前記（１）の冷却チャンバー内に吹き込む場合と同様に、石炭微粒子の揮発成分はガス化し、タール成分は分解してメタンや水素等が生成する。また、オフガス中の水蒸気は水性ガス反応により水素と一酸化炭素等の可燃性ガスになる。
【００２２】
（４）  オフガスを、コークス乾式消火設備の冷却チャンバー内、プレチャンバー内および円環煙道のうちの何れか二つ以上に同時に吹き込んでもよく、前記同時に吹き込んだそれぞれにおいて前記（１）、（２）または（３）に記載の効果が発現する。
【００２３】
（５）  前記（１）〜（４）に記載のオフガスの吹き込みによって、オフガス中の石炭微粒子やタール成分等を簡便かつ安価に処理することが可能となり、赤熱コークスの冷却を効率よく行うこともできる。
【００２４】
本発明は上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は、下記の原料炭予熱オフガスの処理方法にある。
【００２５】
『原料炭を予熱する際に発生するオフガスを、コークス乾式消火設備の冷却チャンバー内、プレチャンバー内および円環煙道のうちの何れか一つ以上に吹き込む原料炭予熱オフガスの処理方法。』
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の原料炭予熱オフガスの処理方法（以下、「本発明のオフガスの処理方法」、または単に「本発明の方法」ともいう）を図面に基いて詳細に説明する。
【００２７】
図１は、本発明を実施する際に使用するコークス炉用原料炭の予熱設備とコークス乾式消火設備の全体構成例を示す図である。
【００２８】
図１において、予熱設備１自体は、前記図２に示した従来使用されている設備と差異はない。一方、コークス乾式消火設備２０は、赤熱コークスを冷却する冷却塔２１と、前記冷却塔２１から排出される高温の循環冷却ガスの顕熱を回収する熱回収ボイラー２７と、前記熱回収ボイラー２７を通過した循環冷却ガス中の粉塵を除去するサイクロン２８と、循環ブロワ２９と、さらにこの例では、給水予熱器３０を備えている。
【００２９】
冷却塔２１は、上部にコークス装入口２４、下部にコークス排出口２５を有し、冷却塔２１内の上方部がプレチャンバー２２、下方部が冷却チャンバー２３を構成している。さらに、冷却塔２１の外周には循環冷却ガスを冷却塔２１外へ排出する円環煙道２６が設けられている。
【００３０】
前記予熱設備１は、図２に示した従来の設備では、オフガス抜き出し管路１０を介してオフガス処理装置１１と接続されている。これに対し、図１に示した本発明の方法の実施に用いる設備では、循環ブロワ４と熱風発生器５の途中に設けられた３本の導管１７、１８および１９によってコークス乾式消火設備２０の冷却チャンバー２３、プレチャンバー２２および円環煙道２６とそれぞれ接続されている。図示した例では、予熱設備１とコークス乾式消火設備２０とは３本の導管で接続されているが、何れか１本または２本の導管で接続されていてもよい。
【００３１】
コークス乾式消火設備２０では、コークス装入口２４から装入された赤熱コークスは、冷却チャンバー２３の下部に設けられた循環冷却ガス吹込み口３２から供給される循環冷却ガスと熱交換しながら徐々に下降し、冷却されてコークス排出口２５から排出される。一方、循環冷却ガスは、下降してくるコークスと接触しながら上昇し、約８００℃の高温のガスになり、冷却塔２１の外周に設けられた円環煙道２６を経て熱回収ボイラー２７に導かれ、前記ボイラー２７で蒸気を発生させる。これによって、循環冷却ガスの温度は約２００℃まで低下する。続いて、サイクロン２８で粉塵が除去された後、循環冷却ガスは循環ブロワ２９により再び冷却チャンバー２３に送り込まれる。図示した例では、冷却チャンバー２３に送り込まれる前に給水予熱器３０で、熱回収ボイラー２７に供給される水と熱交換してさらに温度が低下する。
【００３２】
本発明のオフガスの処理方法では、予熱設備１から排出されるオフガスを、前記の冷却チャンバー２３内、プレチャンバー２２内および円環煙道２６のうちの何れか一つ以上に吹き込む。なお、前記吹き込みに際して、オフガスに何ら処理を施す必要はない。
【００３３】
オフガスを冷却チャンバー２３内に吹き込む場合は、前記図１に示した冷却チャンバー吹き込み導管１７を使用する。オフガスは給水予熱器３０と冷却チャンバー２３の下部に設けられた循環冷却ガス吹込み口３２とを接続する配管に送り込まれ、循環冷却ガスとともに前記循環冷却ガス吹込み口３２に達し、そこから冷却チャンバー２３内に導入される。
【００３４】
冷却チャンバー２３内で、オフガスは上昇し、下降してくる赤熱コークスと直接接触してコークスからの熱により徐々にその温度が上昇し、約８００℃に到達するが、その過程でオフガス中の石炭微粒子の揮発成分はガス化し、タール成分は分解してメタンや水素等の可燃性ガスになる。
【００３５】
さらに、オフガス中の水蒸気と高温のコークスとが接触すると、下記▲１▼式に示す水性ガス反応が起こり、水素と一酸化炭素等の可燃性ガスが生成する。
Ｃ＋Ｈ２Ｏ＝ＣＯ＋Ｈ２−１１９ｋＪ／ｍｏｌ    ・・▲１▼
したがって、循環冷却ガス中の可燃成分（水素、一酸化炭素等）の濃度が上昇する。なお、前記水蒸気とコークスの反応においては、冶金用コークスとして相対的に価値の低い小粒径の（すなわち、比表面積が大きい）コークスが優先的に反応するので、コークス生産量の面からは殆ど問題にならない。
【００３６】
循環冷却ガスは、前記のように予熱設備から吹き込まれるガスとコークス冷却過程で発生するガス等によりその量が増加する。そのため、前記増加に見合う量のガスが余剰ガスとして循環系外に抜き出されるが、前記のように、循環冷却ガス中の可燃成分（水素、一酸化炭素等）の濃度が上昇しているので、この抜き出しガスを低発熱量の燃料ガスとして回収し、他工程で使用することができる。前記燃料ガスとして回収しない場合は、円環煙道等で空気を吹き込み、可燃性成分を燃焼させて熱回収ボイラーに入る循環冷却ガスの温度を上昇させ、ボイラー蒸気回収量を増加させることが可能である。この循環冷却ガスの抜き出しは余剰ガス抜き出し管路３１により連続的に行われる。
【００３７】
このように、オフガスを冷却チャンバー２３内に吹き込むだけで、オフガスに含まれる石炭微粒子やタール成分を処理し、しかも、オフガス中の水蒸気と赤熱コークスとの水性ガス反応により低発熱量の燃料ガスやボイラー蒸気回収量の増加など、エネルギーとして回収することができる。また、水性ガス反応は前記▲１▼式に示されるように大きい吸熱を伴う反応で、赤熱コークスの冷却促進に寄与する。さらに、オフガスの吹き込み（コークス乾式消火設備への導入）に際し、何らの処理を加える必要もないので、オフガスの処理を簡便かつ安価に行うことができる。
【００３８】
オフガスをプレチャンバー２２内に吹き込む場合は、前記図１に示したプレチャンバー吹き込み導管１８を使用する。プレチャンバー２２内に吹き込まれたオフガスは、プレチャンバー２２内を下降し、同じく下降する赤熱コークスと直接接触してコークスの熱によりその温度は約８００℃になる。その過程で、前記と同様に、オフガス中の石炭微粒子の揮発成分はガス化し、タール成分は分解してメタンや水素等の可燃性ガスになり、オフガス中の水蒸気は水性ガス反応により水素と一酸化炭素等の可燃性ガスになる。
【００３９】
オフガスを円環煙道２６内に吹き込む場合は、前記図１に示した円環煙道吹き込み導管１９を使用する。円環煙道２６内に吹き込まれたオフガスは、約８００℃の循環冷却ガスと混合して、石炭微粒子の揮発成分はガス化し、タール成分は分解してメタンや水素等が生成する。オフガス中の水蒸気は一部が循環し、熱回収ボイラー２７、サイクロン２８等を経て冷却チャンバー２３内に環流し、高温のコークスと接触して水性ガス反応が起こる。したがって、水性ガス反応による水素と一酸化炭素等の可燃性ガスの生成に関しても、前記とはぼ同様の効果が得られる。
【００４０】
このように、原料炭を予熱する際に発生するオフガスを冷却チャンバー２３内、プレチャンバー２２内および円環煙道２６の何れに吹き込んでも、オフガスに含まれる石炭微粒子やタール成分を処理し、オフガス中の水蒸気を赤熱コークスと反応させてエネルギーとして回収することができる。
【００４１】
したがって、本発明のオフガスの処理方法では、オフガスを冷却チャンバー２３内、プレチャンバー２２内および円環煙道２６の三つのうちの何れか一つに吹き込むことにより、前記効果を得ることができる。
【００４２】
さらに、本発明の方法では、オフガスをこれら三つのうちの何れか二つ、または三つ全部に、同時に吹き込んでもよい。この場合、それぞれの吹き込み箇所におけるオフガス吹き込み量のバランスを、コークス乾式消火設備のプレチャンバー内コークスのストックレベルの増減など、操業状況の変動に応じて調整することができる。例えば、プレチャンバーのコークスレベルが下がったときは、プレチャンバーヘの吹き込み量を減らし、冷却チャンバーへの吹き込み量を増やすなどの対応をとり、コークス乾式消火設備の運転を安定化させる効果が期待できる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の原料炭予熱オフガスの処理方法によれば、コークス炉用原料炭の予熱処理の際に循環系外に排出される石炭微粒子やタール成分を含むオフガスを、除塵処理や燃焼処理を行うことなくコークス乾式消火設備内に導入することによって石炭微粒子やタール成分を処理することができる。前記導入に際し、オフガスに何らの処理を加える必要もないので、簡便かつ安価に処理可能である。
【００４４】
また、オフガス中の水蒸気と赤熱コークスとの水性ガス反応によりコークス乾式消火設備におけるエネルギー回収の向上を図り、赤熱コークスの冷却促進にも寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する際に使用するコークス炉用原料炭の予熱設備とコークス乾式消火設備の全体構成例を示す系統図である。
【図２】通常使用されているコークス炉用原料炭の予熱設備とそのオフガス処理設備の系統図である。
【符号の説明】
１：予熱設備
２：気流塔
３：石炭捕集器
４：循環ブロワ
５：熱風発生器
６：石炭供給口
７：燃料ガス
８：燃焼用空気
１０：オフガス抜き出し管路
１１：オフガス処理装置
１２：タール燃焼器
１３：ガス冷却器
１４：バグフィルター除塵器
１５：燃料ガス
１６：放散筒
１７：冷却チャンバー吹き込み導管
１８：プレチャンバー吹き込み導管
１９：円環煙道吹き込み導管
２０：コークス乾式消火設備
２１：冷却塔
２２：プレチャンバー
２３：冷却チャンバー
２４：コークス装入口
２５：コークス排出口
２６：円環煙道
２７：熱回収ボイラー
２８：サイクロン
２９：循環ブロワ
３０：給水予熱器
３１：余剰ガス抜き出し管路
３２：循環冷却ガス吹込み口
【図１】
2004359723.tif 000003
【図２】
2004359723.tif 000004