(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファイネックス工場で発生する二酸化炭素を炭化室に供給する二酸化炭素供給装置（１）と、
前記二酸化炭素が供給された炭化室に加工された微粉炭を供給する微粉炭供給装置（２）と、
前記微粉炭を炭化室内で前記二酸化炭素と反応させる微粉炭／二酸化炭素反応装置（３）と、
前記微粉炭を炭化室内の前記二酸化炭素と反応させて、炭素および二酸化炭素をコークス炉ガス化するコークス炉ガス増量装置（４）と、を含み、
前記微粉炭供給装置（２）は、供給される微粉炭を、粒子径が３ｍｍ以下の大きさの微粉炭を選別する選別機（５０）と、選別された微粉炭を乾燥する乾燥機（６０）と、乾燥した微粉炭を破砕する破砕機（７０）と、破砕された微粉炭を貯蔵する微粉炭貯蔵槽（８０）と、を含むことを特徴とするコークス炉ガスの増量システム。
【請求項２】
前記二酸化炭素供給装置（１）は、二酸化炭素を供給する二酸化炭素投入ノズルをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のコークス炉ガスの増量システム。
【請求項３】
前記微粉炭供給装置（２）は、加工された微粉炭を供給する微粉炭投入管をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のコークス炉ガスの増量システム。
【請求項４】
前記微粉炭／二酸化炭素反応装置（３）は、前記二酸化炭素供給装置（１）から供給される二酸化炭素、および前記微粉炭供給装置（２）から供給される微粉炭が前記炭化室に投入されるように、炭化室の上部に設けられた投入配管をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のコークス炉ガスの増量システム。
【請求項５】
コークス炉の炭化室に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給段階（Ｓ１）と、
前記二酸化炭素が供給された炭化室に微粉炭を供給する微粉炭供給段階（Ｓ２）と、
前記微粉炭を炭化室内の二酸化炭素と反応させて、炭素および二酸化炭素をコークス炉ガス化するガス化段階（Ｓ３）と、を含み、
前記微粉炭供給段階（Ｓ２）において、前記微粉炭は、選別、加熱、破砕、および移送する段階を経て、コークス炉の炭化室内に供給されることを特徴とするコークス炉ガスの増量方法。
【請求項６】
前記微粉炭供給段階（Ｓ２）において、前記微粉炭は、前記二酸化炭素が炭化室内に供給された状態で１時間以上経過後に供給されることを特徴とする請求項５に記載のコークス炉ガスの増量方法。
【請求項７】
前記微粉炭供給段階（Ｓ２）で投入される微粉炭は、粒子径が３ｍｍ以下の大きさの微粉炭を選別することを特徴とする請求項５に記載のコークス炉ガスの増量方法。
【請求項８】
前記微粉炭供給段階（Ｓ２）で投入される微粉炭は、残留水分を除去するために乾燥させた後、大きさを一定に破砕させる段階を経て、常温で貯蔵した状態で移送させる過程を経ることを特徴とする請求項５に記載のコークス炉ガスの増量方法。
【請求項９】
前記二酸化炭素供給段階（Ｓ１）および微粉炭供給段階（Ｓ２）において、二酸化炭素投入ノズルと微粉炭投入管とを互いに連結して１つの投入配管に、コークス炉上部の装入ホールを通して二酸化炭素と微粉炭を投入することを特徴とする請求項５に記載のコークス炉ガスの増量方法。
【請求項１０】
前記微粉炭供給段階（Ｓ２）において、前記微粉炭は、２５℃の常温、１気圧の条件下、５００℃の二酸化炭素（ＦＴＧ）とコークス炉の上層部から投入されることを特徴とする請求項９に記載のコークス炉ガスの増量方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はコークス炉ガスの増量システムおよびその増量方法に係り、より詳しくは、二酸化炭素と微粉炭をコークス炉の炭化室に共に投入するコークス炉ガスの増量システムおよびその増量方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、コークス炉は、高温の炭化室に石炭を装入し、燃料ガスから発生する熱を利用して石炭を乾留させるが、この時、副産物としてコークス炉ガスが生成される。
この生成されたコークス炉ガスのほとんどは、精製過程を通して製鉄所内で燃料として使用されているが、最近、コークス炉ガスの使用量が増加するにつれ、コークス炉ガスを増量させる方策が研究されている。特に、二酸化炭素問題の浮上によって水素の大量生産が重要な課題として浮上しており、このうち、水素を大量に生産可能な潜在的原料としてコークス炉ガスが注目されている。
しかし、未精製コークス炉ガスにはタール、Ｈ２Ｓなどの物質が存在していて、高温コークス炉ガスの顕熱を熱交換装置を通してエネルギーとして回収するための問題がある。このような問題を解決するために、最近、日本では、高温未精製コークス炉ガスに含まれているタールを触媒を用いて分解したり、酸素を投入して高温で部分酸化させて可燃性ガスとして利用する研究が行われているが、触媒の再生と高い酸素消耗による技術的、経済的問題を抱えている（例えば、特許文献１参照）。
そして、炭素と二酸化炭素または水との反応により一酸化炭素および水素を得る研究が石炭ガス化の主な反応として注目されてきたが、ガス化のために高温の熱エネルギーが必要であるとの問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２１２６０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであってその目的とするところは、微粉炭を用い、反応炭素量を上昇させて二酸化炭素のコークス炉ガスへの変換率を高め、製鉄所のエネルギー源であるコークス炉ガスを増量させるコークス炉ガスの増量システムおよびその増量方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するためになされた本発明のコークス炉ガスの増量システムは、ファイネックス工場で発生する二酸化炭素を炭化室に供給する二酸化炭素供給装置と、二酸化炭素が供給された炭化室に加工された微粉炭を供給する微粉炭供給装置と、微粉炭を炭化室内で二酸化炭素と反応させる微粉炭／二酸化炭素反応装置と、微粉炭を炭化室内の二酸化炭素と反応させて、炭素及び二酸化炭素をコークス炉ガス化するコークス炉ガス増量装置と、を含むことを特徴とする。
【０００６】
二酸化炭素供給装置は、二酸化炭素を供給する二酸化炭素投入ノズルをさらに含むことが好ましい。
微粉炭供給装置は、加工された微粉炭を供給する微粉炭投入管をさらに含むことがよい。
【０００７】
微粉炭供給装置は、供給される微粉炭を、粒子径が３ｍｍ以下の大きさの微粉炭を選別する選別機と、選別された微粉炭を乾燥する乾燥機と、乾燥した微粉炭を破砕する破砕機と、破砕された微粉炭を貯蔵する微粉炭貯蔵槽と、を含むことができる。
微粉炭／二酸化炭素反応装置は、二酸化炭素供給装置から供給される二酸化炭素、および微粉炭供給装置から供給される微粉炭が炭化室に投入されるように、炭化室の上部に設けられた投入配管をさらに含むことが好ましい。
【０００８】
本発明のコークス炉ガスの増量方法は、コークス炉の炭化室に二酸化炭素を供給する段階と、二酸化炭素が供給された炭化室に微粉炭を供給する段階と、微粉炭を炭化室内の二酸化炭素と反応させて、炭素及び二酸化炭素をコークス炉ガス化する段階と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
微粉炭供給段階において、微粉炭は、二酸化炭素が炭化室内に供給された状態で１時間以上経過後に供給されることがよい。
微粉炭供給段階において、微粉炭は、選別、加熱、破砕、および移送する段階を経て、コークス炉の炭化室内に供給されることが好ましい。
微粉炭供給段階で投入される微粉炭は、粒子径が３ｍｍ以下の大きさの微粉炭を選別することができる。
【００１０】
微粉炭供給段階で投入される微粉炭は、残留水分を除去するために乾燥させた後、大きさを一定に破砕させる段階を経て、常温で貯蔵した状態で移送させる過程を経ることがよい。
二酸化炭素供給段階および微粉炭供給段階において、二酸化炭素投入ノズルと微粉炭投入管とを互いに連結して１つの投入配管に、コークス炉上部の装入ホールを通して二酸化炭素と微粉炭を投入することができる。
微粉炭供給段階において、微粉炭は、２５℃の常温、１気圧の条件下、５００℃の二酸化炭素（ＦＴＧ）とコークス炉の上層部から投入されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、コークス炉ガスを生産する工程で微粉炭を追加投入することによって、二酸化炭素のコークス炉ガスへの変換率を高め、これにより、コークス炉ガスの増量が可能になって二酸化炭素の資源化を促進することができ、これは、二酸化炭素の排出減少で地球温暖化の低減効果だけでなく、製鉄産業の二酸化炭素資源化技術として産業競争力を確保することができる。
また、二酸化炭素のコークス炉ガス変換率を高めることで経済的な利益を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態に係るコークス炉ガスの増量システムの工程手順を示したフローチャートである。
【図２】本実施形態に係るコークス炉ガスの増量システムの工程を概略的に示した図である。
【図３】本実施形態に係るコークス炉ガスの増量システムに対する工程図を示した図である。
【図４】本実施形態に係るコークス炉ガスの増量システムに対する固定概念を示した図である。
【図５】本実施形態に係るコークス炉ガスの増量システムに対する細部工程構成図を示した図である。
【図６】本実施形態に係るコークス炉ガスの増量方法の過程を示したフローチャートである。
【図７】本実施形態に係る二酸化炭素と微粉炭の投入時点を示した図である。
【図８】本実施形態に係る二酸化炭素と微粉炭を共に投入した場合を電算模写した図である。
【図９】本実施形態に係る二酸化炭素と微粉炭を共に投入した場合と、二酸化炭素のみ投入した場合とを比較した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付した図面を基に、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本実施形態に係るコークス炉ガスの増量システムの工程手順を示したフローチャートである。
図２は、本実施形態に係るコークス炉ガスの増量システムの工程を概略的に示した図である。
図３は、本実施形態に係るコークス炉ガスの増量システムに対する工程図を示した図である。
図４は、本実施形態に係るコークス炉ガスの増量システムに対する固定概念を示した図である。
図５は、本実施形態に係るコークス炉ガスの増量システムに対する細部工程構成図を示した図である。
図１〜図５に示したとおり、本発明は、コークス炉の炭化室１０に二酸化炭素を投入して炭化室１０内の高温炭素と反応させて、コークス炉ガス（Ｃｏｋｅ  Ｏｖｅｎ  Ｇａｓ：ＣＯＧ）を生産させる工程で微粉炭を炭素触媒剤として追加投入して、発生コークス炉ガスを増量させるシステムである。
【００１４】
本実施形態において、コークス炉ガスの増量システムは、ファイネックス工場で発生する二酸化炭素を炭化室１０に供給する二酸化炭素供給装置１と、二酸化炭素が供給された炭化室１０に加工された微粉炭を供給する微粉炭供給装置２と、微粉炭を炭化室１０内で二酸化炭素と反応させる微粉炭／二酸化炭素反応装置３と、微粉炭を炭化室１０内の炭素と反応させて、炭素をコークス炉ガス化するコークス炉ガス増量装置４とを含む。
そして、二酸化炭素供給装置１は、二酸化炭素を供給する二酸化炭素投入ノズル２０をさらに含むことができる。
また、微粉炭供給装置２は、加工された微粉炭を供給する微粉炭投入管３０をさらに含み、微粉炭供給装置２は、供給される微粉炭から、粒子径が３ｍｍ以下の大きさの微粉炭を選別する選別機５０と、選別された微粉炭を乾燥する乾燥機６０と、乾燥した微粉炭をさらに破砕する破砕機７０と、破砕された微粉炭を貯蔵する微粉炭貯蔵槽８０とを含むことができる。
【００１５】
ここで、微粉炭／二酸化炭素反応装置３は、二酸化炭素供給装置１から供給される二酸化炭素、および微粉炭供給装置２から供給される微粉炭が炭化室１０に投入されるように、炭化室１０の上部に設けられた投入配管４０をさらに含むことができる。
つまり、二酸化炭素の吹込みは、コークス炉上層部の装入ホールに二酸化炭素投入ノズル２０を通して行われている。この二酸化炭素投入ノズル２０を微粉炭投入管３０と連結させて、装入ホールに微粉炭と二酸化炭素をコークス炉の上部から投入することができる。
そのため、微粉炭を選別し、通常６〜８ｗｔ％含まれている水分を加熱（Ｈｅａｔｉｎｇ）により乾燥させた後、破砕、移送を経て、微粉炭を微粉炭貯蔵槽８０に保管し、これを微粉炭投入管３０を通して供給することができる。供給された微粉炭は、投入配管４０を通して常温でコークス炉上層部の装入ホールに沿って投入される。
【００１６】
二酸化炭素は、二酸化炭素投入ノズル２０を通して供給された後、投入配管４０を通してコークス炉上層部の装入ホールに沿って投入される。
図６は、本実施形態に係るコークス炉ガスの増量方法の過程を示したフローチャートである。
図７は、本実施形態に係る二酸化炭素と微粉炭の投入時点を示した図である。
図８は、本実施形態に係る二酸化炭素と微粉炭を共に投入した場合を電算模写した図である。
図９は、本実施形態に係る二酸化炭素と微粉炭を共に投入した場合と、二酸化炭素のみ投入した場合とを比較した図である。
図６に示したとおり、コークス炉ガスの増量方法は、コークス炉の炭化室１０に二酸化炭素を供給する段階Ｓ１と、二酸化炭素が供給された炭化室１０に微粉炭を供給する段階Ｓ２と、微粉炭を炭化室１０内の二酸化炭素と反応させて、炭素及び二酸化炭素をコークス炉ガス化する段階Ｓ３とを含むことができる。
【００１７】
微粉炭供給段階Ｓ２において、微粉炭は、二酸化炭素が炭化室１０内に供給された状態で１時間以上経過した後に供給される。
上記のように微粉炭を追加投入することによって、二酸化炭素からコークス炉ガスに変換される二酸化炭素の変換率を向上させることができる。
このために、微粉炭供給段階Ｓ２において、微粉炭は、選別、加熱、破砕、および移送する段階を経て、コークス炉の炭化室１０内に供給されることが好ましい。
つまり、微粉炭を選別、加熱、破砕、移送する段階と、二酸化炭素と共に微粉炭を炭化室１０に投入する段階と、増量コークス炉ガスの分離段階を経ることにより、二酸化炭素と微粉炭を共に投入して高温炭素と反応させて、コークス炉ガスを増量させる工程の変換率を上昇させることができる。
【００１８】
一方、二酸化炭素は、コークス炉の稼働から１４時間後に投入されてはじめて、一定水準の滞留時間を確保できるのはもちろん、コークス炉に内蔵された石炭上部温度が８００℃以上に達した時点ではじめて、投入される二酸化炭素とコークス炉の内部に付着したカーボンの吸熱反応が進行する。
このため、稼働１４時間後に二酸化炭素を投入した後、炭化室１０内に二酸化炭素が拡散した状態で１時間（稼働１５時間後）後に微粉炭を投入することが好ましい。投入される微粉炭は、粒子径が３ｍｍ以下の大きさの微粉炭を選別し、残留水分を除去するために乾燥させた後、さらに大きさを一定に破砕させる段階を経て、常温で貯蔵した微粉炭を移送させる過程を経る。
また、二酸化炭素供給段階Ｓ１および微粉炭供給段階Ｓ２において、二酸化炭素投入ノズル２０と微粉炭投入管３０とを互いに連結して１つの投入配管４０とし、コークス炉上部の装入ホールから二酸化炭素と微粉炭を投入することができる。
【００１９】
微粉炭供給段階Ｓ２において、微粉炭は、２５℃の常温、１気圧の条件下、５００℃の二酸化炭素（ＦＴＧ）にコークス炉の上層部から投入される。
図７に示したとおり、コークス炉上層部の炭化室１０に投入される二酸化炭素と微粉炭の投入時期の場合、平均コークス炉の乾留時間は２４時間であり、これを基準として、二酸化炭素は乾留開始から１４時間後に投入する。二酸化炭素が炭化室１０に投入されて内部に拡散して１時間後の乾留開始１５時間後に微粉炭を投入して二酸化炭素と微粉炭との反応率を上昇させ、これにより、二酸化炭素の変換率を上昇させてコークス炉ガスを増量することができる。
図８に示したとおり、二酸化炭素および微粉炭の投入時、二酸化炭素の変換率を予測するために電算模写した図であって、この図は、二酸化炭素の濃度変化を示した。図中のＡ部分が二酸化炭素濃度が高いことを示している。コークス炉上層部の装入ホールを通して二酸化炭素と微粉炭を同時投入した後、二酸化炭素が一酸化炭素に変換されながら、最初の投入口よりガス通路（Ｇａｓ  ｗａｙ）を通して拡散して濃度が次第に低くなることを確認することができる。
【００２０】
図９に示したとおり、二酸化炭素ガスのみ投入した時と、二酸化炭素ガスと微粉炭を投入した時の、４時間後の二酸化炭素の変換率を比較すると、二酸化炭素ガスと微粉炭を共に投入した場合、二酸化炭素の変換率８９．３％、二酸化炭素ガスのみ投入した場合は二酸化炭素の変換率７２．８％を示した。二酸化炭素ガスを微粉炭と共に投入することで、既存の二酸化炭素ガスのみを投入する方法より約１７％程度二酸化炭素の変換率が上昇したことを確認することができる。
したがって、コークス炉ガスを生産する工程で微粉炭を追加投入することによって、二酸化炭素のコークス炉ガス変換率を高め、これにより、コークス炉ガスの増量が可能になって二酸化炭素の資源化を促進することができる。これは、二酸化炭素の排出減少で地球温暖化の低減効果だけでなく、製鉄産業の二酸化炭素資源化技術で産業競争力を確保することができ、また、二酸化炭素のコークス炉ガス変換率を高めて経済的な利益を図ることができる。
【００２１】
以上、本発明に関する好ましい実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されず、本発明の属する技術的範囲を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００２２】
１：二酸化炭素供給装置
２：微粉炭供給装置
３：微粉炭／二酸化炭素反応装置
４：コークス炉ガス増量装置
１０：炭化室
２０：二酸化炭素投入ノズル
３０：微粉炭投入管
４０：投入配管
５０：選別機
６０：乾燥機
７０：破砕機
８０：微粉炭貯蔵槽
【図１】
0006346641.tif 000002
【図２】
0006346641.tif 000003
【図３】
0006346641.tif 000004
【図４】
0006346641.tif 000005
【図５】
0006346641.tif 000006
【図６】
0006346641.tif 000007
【図７】
0006346641.tif 000008
【図８】
0006346641.tif 000009
【図９】
0006346641.tif 000010