(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークス炉の上昇管から排出する副生物を大気燃焼、または、そのまま大気放散する操業時に、下記の３条件を満足するように前記副生物に酸素含有ガスを吹き込むことを特徴とするコークス炉排出副生物の処理方法。
（１）前記上昇管の上部または上方に設けた複数のノズルから前記酸素含有ガスを前記副生物に吹き込む。
（２）前記上昇管の上部または上方に設けたノズルの仰角が０〜４５度、法線角が１０〜８０度である。
（３）前記酸素含有ガスの酸素総量が、前記副生物との酸化反応に要する化学量論量の０．１〜０．８倍である。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉用コークスを製造するコークス炉に関するものであり、特にコークス炉から大気中に排出する副生物量を低減できるコークス炉排出副生物の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
我が国で製造されるコークスの大部分は高炉で使用されている。
コークスを製造するための室炉式コークス炉は、石炭を乾留するための炭化室とこの炭化室に熱を供給するための燃焼室とが交互にサンドイッチ状に配列された構造である。
【０００３】
例えば２０〜４０トンの原料石炭が一度に炭化室に装入され、２４時間前後の乾留時間で１０００℃程度にまで焼成されてコークス炉から排出される。
コークス炉から排出された赤熱コークスは、散水による湿式冷却あるいは不活性ガスによる乾式冷却により消火、冷却され、製品コークスになる。
【０００４】
この原料石炭から赤熱コークスへの転換過程において、石炭からは水素を主成分とするガスや、タールあるいはタール軽油等が同時に副生する。
図１は、副生物の回収工程を概念的に示すフロー図である。
【０００５】
同図に示すように、天蓋４が閉じられ皿弁５が開の状態で、水素と炭化水素を主成分とするガスや、タール等の副生物は、炭化室１から上昇管２を通じて排出され、集気本管３を通して下流の精製・回収工程（図示せず）に導入される。
【０００６】
すなわち、コークス炉で発生するガスやタール等の副生物は、分離精製処理されてコークス炉ガス、軽油あるいはタール等種々の製品として回収される。このために、各炭化室で発生したガス等は、先ず集気本管３に集められ、これを通じて下流の精製工程に導入される。
【０００７】
この集気本管３には、例えば５０〜１００門程度の炭化室が接続しており、各炭化室と集気本管との間には、各炭化室との接続を開閉するための皿弁が各炭化室毎に設置されている。
【０００８】
そして、乾留末期になると、皿弁５が閉じられ集気本管３と上昇管２との間が断ち切られ、代わりに上昇管２上部の天蓋４が開放される。
このように通常は、この皿弁を開として炭化室と集気本管とが連結しているが、乾留末期を含むコークスケーキ押出し時には集気本管中への空気の混入を抑止するために皿弁を閉じて炭化室と集気本管との連絡を断ち切る操作を行うのが一般的である。
【０００９】
図２は、上昇管の上部の天蓋が開放された場合の副生物のフロー図である。
同図に示すように、皿弁５が閉じられ天蓋４が開の状態で、炭化室内にガスやタール等の副生物が残留している場合には、これらが上昇管２上部から大気中に放散される可能性を有している。
【００１０】
つまり、炭化室と集気本管との連絡を断ち切る操作を行う場合には、上昇管の上部の天蓋が開放されることになり、この場合には炭化室内に残留するガス等の副生物が大気中に放散されないようにすることが肝要である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
大気中に放散される副生物は、上昇管出口で空気と接触して発火・燃焼し、その大部分は燃焼生成物としてのＣＯ2 やＨ2 Ｏに転化するので、環境上問題無い。
【００１２】
しかし、燃焼条件によっては、放散される副生物の極一部が未燃のまま大気中に拡散する危険性を有している。
大気中に拡散された副生物が蓄積することは地球環境を保護する視点から好ましくなく何らかの対策が必要である。
【００１３】
本発明の目的は、コークス炉から大気中に排出される副生物量を低減できるコークス炉排出副生物の処理方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、コークス炉上昇管から大気中に放散される副生物の低減について種々の試験を行った結果、酸素含有ガスと副生物との酸化反応を効率的に行うには、最適な酸素含有ガスの吹き込み方法があることを見出した。
【００１５】
本発明は、以上の知見に基づいてなされたもので、その要旨は、下記のとおりである。
コークス炉の上昇管から排出する副生物を大気燃焼、または、そのまま大気放散する操業時に、下記の３条件を満足するように前記副生物に酸素含有ガスを吹き込むことを特徴とするコークス炉排出副生物の処理方法。
【００１６】
（１）前記上昇管の上部または上方に設けた複数のノズルから前記酸素含有ガスを前記副生物に吹き込む。
（２）前記上昇管の上部または上方に設けたノズルの仰角が０〜４５度、法線角が１０〜８０度である。
【００１７】
（３）前記酸素含有ガスの酸素総量が、前記副生物との酸化反応に要する化学量論量の0.1〜0.8倍である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
石炭をコークス炉炭化室に装入すると、煉瓦を介した炭化室両側の燃焼室からの熱で石炭の温度が上昇する。石炭の温度が４００℃程度にまで上昇すると、固体の石炭は軟化・溶融状態を呈する。同時に、ガスやタール等の揮発成分の発生が顕著となり、これらは炭化室上部の空間から上昇管を通じて集気本管に集められ、下流の分離精製工程に送られる。
【００１９】
炭化室の幅は４５０mm前後であり、この幅の石炭が主として両横の燃焼室からの伝導伝熱で昇温されることになる。このような形で加熱されるため、その昇温速度は小さく、結局、その中心部が１０００℃程度にまで焼き上がるのに約一昼夜を要する。即ち、ガスやタール等の揮発成分の発生が顕著となる温度である温度４００℃の領域が約１０mm/hの速度で壁側から中心部に向かって移動し、炭化室の壁側から中心部に向かって常に温度分布が存在する。従って、乾留処理時間全般を通じてガスやタール等の副生物が常に発生する。
【００２０】
更に、コークス炉炭化室の大きさは、長さが１５m程度で高さが６m前後にも達するため、この広大な面を均一に加熱するのは元々容易ではなく、更に炭化室は一般には炉長方向に７０mm程度のテーパーを有していること、あるいは炉蓋が設置された炉長方向両端部では放熱量が不可避的に多い等の事実があるため、炭化室に装入した石炭は程度の差こそあれ不均一に乾留されている。従って、乾留終了時点のコークス排出時においても、局部的に乾留の進行が遅れ副生物の発生が起きている部分が残存している可能性が高い。
【００２１】
このように副生物の発生が起きている乾留末期に、皿弁を閉にして上昇管と集気本管とを縁切りすると、上昇管の天蓋からこれらの副生物が排出される恐れがある。これらの副生物は、上昇管を出たところで空気と接触するため、ガスの温度が高い場合には自然着火する。着火しない場合には、イグナイタ等の種火により着火させる場合もある。従って、可燃成分の大部分は燃焼して消滅するが、燃焼状況が適切ではなくて可燃成分の一部が未燃のまま残存すると、それらがそのまま大気中に放散してしまうことになる。
【００２２】
そこで、本発明では、コークス炉の上昇管の上部から排出する副生物を大気燃焼、または、そのまま大気放散する操業時に、酸素含有ガスを複数のノズルから副生物に吹き込む。例えば、１８０度対向位置の２ヶ所、または同１２０度位置の3ヶ所もしくは９０度位置の4ヶ所等の複数箇所から吹き込むのがよい。勿論これよりさらに多くの箇所から吹き込むことも可能であるが、この場合設備が煩雑化する割には得られる効果は小さい。
【００２３】
また、これらのノズルは、仰角および法線角が適正範囲になる位置に配置させる必要がある。以下に法線角および仰角の定義とその適正範囲について述べる。
図３（ａ）、（ｂ）は、上昇管上部における酸素含有ガス添加ノズルの位置を示す概念図であり、図３（ａ）は平面図を、図３（ｂ）は側面図をそれぞれ示す。
【００２４】
同図（ａ）に示すように、法線角はノズルの吹き出し方向を上昇管の管軸に垂直な面に投影した方向と、上昇管の外周面に対する法線とがなす角度であり、同図（ｂ）に示すように、仰角は上昇管の管軸に垂直な面を基準とするノズルの吹き出し方向の角度である。
【００２５】
各ノズルの仰角および法線角の適正範囲は、仰角が０〜４５度であり、法線角が１０〜８０度である。その理由は、仰角が０度未満や４５度超となると、上昇管出口における副生物の流れが乱れ、副生物と酸素含有ガスとの反応効率が低下するからであり、法線角が１０度未満または８０度超となると、上昇管出口における副生物の流れが同様に乱れ、副生物と酸素含有ガスとの反応効率が同様に低下するからである。すなわち、各ノズルの仰角および法線角の適正範囲は、副生物の流れを乱さない臨界的な範囲であり、この範囲で副生物と酸素含有ガスとの反応効率を向上できる。
【００２６】
酸素含有ガスの酸素総量は、前記副生物との酸化反応に要する化学量論量の０．１〜０．８倍である必要がある。その理由は、酸素総量が０．１倍未満では反応効率が極めて小さくなるからであり、０．８倍より多くしても反応効率がほとんど変わらないからである。また、０．８倍より多くすると、酸素含有ガスの吹き込みに伴いノズル先端部から発生する騒音が急激に増大するため、騒音面からも０．８倍以内がよい。
【００２７】
使用する酸素含有ガスとして空気、酸素富化空気あるいは工業用純酸素等を用いることが出来る。
【００２８】
【実施例】
図４は、炭化室および上昇管を模擬した実験装置の概念図である。
（実施例1）
図４の実験装置を使用し、模擬コークス炉ガスとして調整した混合ガス（Ｈ2：５５容量％、ＣＨ4：２５容量％、Ｃ2Ｈ4：５容量％、Ｎ2：１５容量％）と、タール成分の模擬物質として加熱器６で加熱したベンゼンとを、混合器１０で混合してベンゼン気体量を約０．１mol％とした。
【００２９】
表１に混合後のガスの組成を示す。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
混合後のガスは、予熱器７で３００℃に予熱した後上昇管を模擬した上昇管２に導入すると共に、この上昇管２の上部近傍で燃焼させた。このとき、上昇管２上部近傍に設置した複数のノズルから、燃焼性改善のための空気を吹き込んだ。
【００３２】
本発明例は、ノズル本数を２本とし、それぞれのノズルは仰角が３０度であり、法線角が２０度であり、それぞれのノズルを１８０度に対向させた。
また、酸素含有ガスとして空気を使用し、酸素比０．４(即ち化学量論量の０．４倍)とした。
【００３３】
この燃焼試験の間、上昇管出口で燃焼後のサンプルガスを適宜採取し、ガス中の可燃ガス濃度を測定した。一方、比較例1は法線角を０度とした以外は本発明例と同様の試験を、比較例2は空気を添加しなかった場合の試験をそれぞれ行った。
【００３４】
表2に試験方法とその結果を示す。
【００３５】
【表２】
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【００３６】
表2に示すように、比較例1では、可燃性ガスの各濃度が空気を吹き込まない比較例2に較べれば半減したが、本発明例では、可燃ガスの各濃度が大幅に低減した。
（実施例2）
酸素比を種々変更した以外は、実施例1と同様に試験を行った。
【００３７】
表３に試験方法とその結果を示す。
【００３８】
【表３】
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【００３９】
表３に示すように、酸素比が０．１以上では、可燃ガスの各濃度が大幅に低減した。
一方、酸素比が０．０５の比較例２では可燃性ガスの各濃度の低減量が空気無添加の比較例１に比較して小さかった。さらに、酸素比を１．０と大きくした比較例３では、可燃ガスの各濃度の低減効果は本発明例１〜３と比較して小さかった。なお、酸素比１．０ではノズルからの空気の吹き出しに伴う騒音が１００ｄＢを超え、騒音面から問題であった。
（実施例3）
空気の吹き込みノズル本数を種々変更した以外は、実施例1と同様に試験を行った。
【００４０】
表４に試験方法とその結果を示す。
【００４１】
【表４】
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【００４２】
表４に示すように、ノズルが2本（本発明例１）または4本（本発明例２）と複数の場合には可燃性ガスの濃度が良好に低減しているのに対し、ノズルが1本（比較例１）の場合には可燃性ガスの濃度が高いままであった。
（実施例4）
空気吹き込みノズルの仰角を種々変更した以外は、実施例1と同様に試験を行った。
【００４３】
表５に試験方法とその結果を示す。
【００４４】
【表５】
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【００４５】
表５に示すように、仰角が０度（本発明例１）または４０度（本発明例２）の場合には、可燃性ガスの濃度が良好に低減しているのに対し、仰角が−１０度（比較例１）または５０度（比較例２）の場合には可燃性ガスの濃度が高いままであった。
（実施例5）
空気吹き込みノズルの法線角を種々変更した以外は、実施例1と同様に試験を行った。
【００４６】
表６に試験方法とその結果を示す。
【００４７】
【表６】
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【００４８】
表６に示すように、法線角が１５度〜８０度（本発明例１〜３）の場合には、可燃性ガスの濃度が良好に低減しているのに対し、法線角が５度以下（比較例１〜２）または１００度（比較例３）の場合には可燃性ガスの濃度が高いままであった。
【００４９】
【発明の効果】
本発明により、コークス炉から放散される可燃ガスが大気中に放散されるのを抑制することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】副生物の回収工程を概念的に示すフロー図である。
【図２】上昇管の上部の天蓋が開放された場合の副生物のフロー図である。
【図３】上昇管上部における酸素含有ガス添加ノズルの位置を示す概念図であり、図３（ａ）は平面図を、図３（ｂ）は側面図をそれぞれ示す。
【図４】炭化室および上昇管を模擬した実験装置の概念図である。
【符号の説明】
１：炭化室、
２：上昇管、
３：集気本管、
４：天蓋、
５：皿弁、
６：加熱器、
７：予熱器、
８：イグナイタ、
９：ノズル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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