(57)【要約】【課題】  コークス炉の炭化室内における付着カーボン量を低減させる。【解決手段】  コークスを炉外に排出が終了して炉蓋を装着してから炭化室内に石炭を装入するまでの間に、炭化室内に窒素ガス等の不活性ガスを導入する。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークス炉への石炭装入前後に、炭化室内へ不活性ガスを導入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】
炭化室への不活性ガスの導入をコークス排出終了から石炭装入までの期間とする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。
【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炉壁および炉頂空間に、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、炭化室内の炉壁面や炉頂空間、上昇管内壁面に石炭装入時およびコークス炉操業中に発生もしくは生成したカーボンが付着する。これらの部位にカーボンが付着、堆積すると、コークスの押し出し抵抗の増大や炉内容積の減少、上昇管基部閉塞、等の問題が発生する。特に、炉頂空間の付着カーボンが増大すると、乾留終了時にコークスを押し出する際の抵抗を増加させ、また、上昇管が閉塞すると乾留生成ガスが炉外へ排出できなくなるという操業上極めて大きな問題が生じる。
【０００３】
付着カーボンの成長速度は温度、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いる。すなわち、温度が高いほど、揮発分が高いほど、水分が低いほど、炭化室内で発生する付着カーボンの量が増加する。したがって、カーボン付着抑制のためには、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）装入炭の揮発分を低下させること、３）装入炭の水分を高くすること、によってカーボン付着を抑制することが可能であることが知られている。
【０００４】
上記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を低下させることが有効であり、具体的には特許文献１でコークス押出し後に炭化室炉壁や上昇管基部の付着カーボンを酸素を含むガスを導入して燃焼ガス化後、水、水蒸気または不活性ガスを導入して上昇管基部の温度を低下させることが提案されている。しかし、操業温度はコークスの生産量と密接に関連しており、生産量が多くなるほど操業温度を上げるために、付着カーボン量はさらに増加することとなる。
【０００５】
上記２）の装入炭の揮発分を低下させることは、付着カーボンの源となる炭化水素ガスの発生量を低下させることから、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コークス炉の発生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、重要な生成物として位置づけられている。従って、装入炭の揮発分の低下は実質的に実施することには難がある。
【０００６】
装入炭の水分を高くすることは、上述の炭化水素ガスを希釈する作用があるために、カーボン付着抑制に効果のあることが知られている。しかし、装入炭の水分を増加させることは、装入密度の低下や乾留の不均一化を誘発し、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。
【０００７】
上述したカーボン付着を抑制する方法は何れも原理的に有効な手段であるといえるが、コークスの生産性や品質を確保する観点から、実際の操業で実施するにしても多くの制限が伴うのが実状である。したがって、これらの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なる。
【０００８】
【特許文献１】特開平９−２６３７６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、コークス炉炭化室の炉壁、炉頂空間、上昇管基部および上昇管内壁面に、石炭装入時およびコークス炉操業中に発生、生成するカーボンの付着を抑制する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記の問題点を解決するために種々検討した結果、炭化室に石炭を装入する少し前に炭化室内を不活性ガス雰囲気とし、その状態で石炭を装入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。
【００１１】
すなわち、本発明の要旨は、コークス炉への石炭装入前後に、炭化室内へ不活性ガスを導入すること、好ましくはコークス排出終了から石炭装入までの間に炭化室内へ不活性ガスを導入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を抑制する操業方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、コークス炉炭化室への石炭装入段階における微粉に由来した炉壁付着カーボンの生成を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施の形態について詳しく説明する。
【００１４】
先ずコークス炉の炭化室の炉頂空間におけるカーボン付着挙動について、実炉で調査した結果について説明する。実炉での調査方法の概略を図２に示した。すなわち、所定の大きさに加工した煉瓦片１４を装入口６より炉頂空間１３に懸垂し、所定の時間炉内に滞在させてカーボンを付着させる。このとき、カーボンの付着量は炉内に入れる前後の煉瓦片の重量差から算出でき、また、炉内に煉瓦片を懸垂しておくタイミングを変えることでカーボン付着量の時間的推移を知ることができる。
【００１５】
本方法で測定した結果を図３に示す。図３において、横軸は石炭装入からの経過時間であり、縦軸は煉瓦片１４へのカーボン付着量を煉瓦片の見掛け面積（外周面の面積）で除した値である。また、図中のプロットＡは全カーボン付着量を示し、プロットＢは装入石炭中の微粉に由来する付着量を示している。ここで、微粉に由来する付着量は、全カーボン付着量に装入炭の灰分濃度、揮発分、および、付着カーボン中の灰分濃度を用いて次式で求められる微粉寄与率を乗じた値である。
【００１６】
付着カーボン中の灰分（％）×１００
微粉寄与率（％）＝  ───────────────────────────
装入炭の灰分（％）／（１００−装入炭の揮発分（％)）
図３の結果は、ｉ）付着カーボンの成長速度は石炭装入の直後と乾留の末期に速いこと、ii）乾留初期のカーボン付着は、装入炭中の微粉成分に由来すること、iii）全カーボン付着量に対して微粉が約２０％も寄与していること、を意味している。従って、乾留初期の微粉寄与率を小さくできれば、全カーボン量も低減できると考えられる。
【００１７】
装入炭中の微粉がカーボン付着に寄与する理由としては、次の二つが考えられる。第一の理由は、石炭の溶融性によるものである。すなわち、石炭を加熱すると、石炭の種類や加熱条件によって異なるが、概ね３５０℃〜４５０℃で軟化、溶融状態となる。石炭が炭化室に装入されたさいには、微粉が舞い上がるが、軟化、溶融状態で炉壁面と接触すれば、そのまま炉壁面に付着すると考えられる。第二の理由は、乾留生成ガスのバインダー作用によるものである。すなわち、乾留生成ガス中に存在する分子量の大きな成分（重質タール成分）は、高温場でも液体状態を維持していると考えられ、これが石炭微粉の表面を被覆し、この状態で炉壁と接触すれば、重質タールが接着剤の役割を果たして炉壁面に付着すると考えられる。どちらの場合も、石炭粒子の表面に溶融状態にある成分が存在するという点で共通している。
【００１８】
上述した二つの理由のうち、石炭の溶融性に起因する付着は、石炭固有の特徴によるものであり、制御することは容易ではない。しかし、石炭を酸化させることで溶融性を抑制することは可能であるが、コークスを製造することを目的とするプロセスにおいて、この方法はこのましくない。これに対して、乾留生成ガスによる接着効果については、重質タールのバインダー作用自体は変えられないものの、乾留生成ガスの濃度を希釈することによってその作用を抑制できると考えられる。
【００１９】
コークス炉では炭化室からコークスを押し出した後に石炭を装入するが、石炭の装入と同時に発塵が起こり、微粉と乾留生成ガスが発生する。このため、乾留生成ガスの希釈は装入開始と同時に行うことが必要である。また、希釈ガスとしては高温雰囲気に可燃性の物質（石炭、乾留生成ガス）が存在するという状況を考えると、含酸素ガスの使用は好ましくなく、窒素ガス、アルゴンガス、等の不活性ガスの使用が好ましい。
【実施例】
【００２０】
本発明を実際にコークスを生産している平均的なコークス炉の操業に適用した実施例について説明する。
【００２１】
図１に本発明を実施するために使用した装置の一例を示す。不活性ガスは供給管１７からバルブ１９ｂ、１９ａの操作によりガス供給支管１６を通して送風ブロアー１により炭化室内に送気される。図１の装置は、コークスを押し出した後に、炭化室に生成した付着カーボンを燃焼除去する目的で含酸素ガスを導入するためにも使用することができる。その際は、一例を挙げると、ジョイント１８を切り離して大気を吸引すればよい。炭化室への空気の導入が終了した時点で、ジョイント１８を接続し、前述の方法で不活性ガスを導入すればよい。
【００２２】
不活性ガスの導入は、コークスの押し出しが終了して、炉蓋８の装着が完了した後に実施した。ただし、当該窯以外の炭化室から発生する乾留ガスが不活性ガスで希釈されてカロリーが低下するのを防止するために、当該窯においては上昇管５のトップカバー（図示せず）を開放し、且つ、ドライメーン（図示せず）との接続を遮断して実施した。
【００２３】
図４は、本発明を適用した場合において、炉頂空間の付着カーボン量を図３に示したのと同様な方法で測定した結果を示したものである。図４より、付着カーボン量は装入からの時間が経過するにつれて増加するが、図３に示した本発明の適用前に比べると、全体の付着量が減少していることがわかる。特に、装入直後の微粉に由来する付着量が減少しており、本発明の効果が発現していることがわかる。
【００２４】
図５は不活性ガスとして窒素ガスを４０００Nm3／ｈの速度で炭化室内に導入した場合について、窒素ガス導入時間と全付着カーボン量（石炭装入から乾留終了までの付着カーボン量）の関係を示したものである。窒素ガスの導入時間を長くするにつれて全付着カーボン量は減少しており、本発明の効果が発現していることがわかる。しかし、本実施例では、３０秒以上供給しても全付着カーボン量の低減効果は飽和しており、最適な供給時間が存在することがわかる。
【００２５】
図６は不活性ガスとして窒素ガスを使用し、炭化室内へのガス供給速度を変化させた場合である。ただし、供給時間は１５秒とした。図６より、単位時間当たりのガス供給量が多くなるほど、全付着カーボン量は減少しており、本発明の効果が発現していることがわかる。しかし、４０００Nm3／ｈ以上の速度で供給しても全付着カーボン量の低減効果は飽和しており、最適な供給速度が存在することがわかる。
【００２６】
すなわち、炭化室内部へ不活性ガスを供給する条件としては、炭化室の内容積とガス供給速度にもよるが、供給時間が短かすぎると炭化室内が不活性ガスで十分に満たされないので好ましくない。逆に、供給時間が長すぎ場合には、本発明の効果を発現する観点からは特に問題はないが、不活性ガスを必要以上に使用することはコスト面で不利益であること、及び、供給時間が長引けばそれだけ石炭装入が遅れるために、生産性が低下すること、さらには、炉壁の表面温度を低下させて、乾溜進行を遅らせてしまう可能性があること、等の理由により好ましくない。
【００２７】
なお、炭化室内への不活性ガスの導入方法については、上述の実施例に限定されるものではなく、例えば、炉頂煉瓦７や炉蓋８に適当な形状の配管を埋設して供給してもよい。
【００２８】
また、炭化室へ導入するガスとして空気等の含酸素ガスを使用することは、以下の理由により相応しくない。すなわち、含酸素ガスを導入すると、酸素ガスが装入された石炭と燃焼反応を起こしてしまう。その結果、石炭中に固定されていた灰分が微粒子となって炭化室内を浮遊する。このような微粒子は石炭の微粉と同様に振舞い、乾留生成ガスのバインダー効果で炉壁に付着したり、熱分解カーボンが生成するさいの核粒子となるために、カーボンの成長を促進する。したがって、付着カーボンとともに炉壁面に固定されて付着量を増加させてしまう。以上の観点から、炭化室内に導入するガスは窒素、Ａｒ，Ｈｅ等の炭素と反応しないガスが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明において、コークス炉炭化室内に不活性ガスを導入する装置の代表的な一例を示す図面である。
【図２】コークス炉の炉頂空間におけるカーボン付着量を測定する方法の代表的な一例を示す図面である。
【図３】実コークス炉の炉頂空間における付着カーボン量の時間的変化を示す図面である。
【図４】本発明において、実コークス炉の炉頂空間における付着カーボン量の時間的変化を示す図面である。
【図５】本発明において、実コークス炉の炉頂空間における付着カーボン量と窒素ガスを供給した時間の関係を示す図面である。
【図６】本発明において、実コークス炉の炉頂空間における付着カーボン量と窒素ガスの供給速度の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…送風ブロアー
２…接続管
３…分配管
４…装入車
５…上昇管
６…装入口
７…炉頂煉瓦
８ａ，８ｂ…炉蓋
９ａ〜９ｄ…ランス
１０…ガス流れ
１１…ランス開口部
１２…炭化室
１３…炉頂空間
１４…煉瓦片
１５…吊り下げワイヤー
１６…ガス供給支管
１７…不活性ガス供給本管
１８…ジョイント
１９ａ，１９ｂ…バルブ
２０…石炭またはコークス
【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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