JP2000273473A

JP2000273473A - コークス炉発生物処理方法

Info

Publication number: JP2000273473A
Application number: JP11077512A
Authority: JP
Inventors: Yoshimasa Ikeda; 善正池田; Seiji Kataoka; 征治片岡
Original assignee: Nittetsu Plant Designing Corp; Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; Nippon Steel Plant Designing Corp
Priority date: 1999-03-23
Filing date: 1999-03-23
Publication date: 2000-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】コークス炉の発生物の処理を簡単な設備で行
うことと、熱回収を行うことでエネルギー回収量を増加
させるとともに、作業環境の改善と有害物の排出量の少
ないコークス炉発生物の処理方法を得る。【解決手段】コークス炉発生物を冷却しないで、ガ
ス、タール、軽油の混合物を酸素と水蒸気で分解して、
熱回収を行い、集塵、冷却、脱硫処理を行う。コークス
炉に石炭装入時は、スチームエジェクターで発塵を防止
し、乾留末期のガス発生がない状態では、水封装置でガ
スの遮断を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コークス炉から発
生するガス、タール、軽油等の処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】コークス炉から発生する副産物には、ガ
スの他にタール、軽油が含まれる。タールは、ガスを燃
料として使用する常温では、液化しガス配管が閉塞する
ことから、ガスを冷却して分離して回収している。軽油
は、主としてベンゼン、トルエン、キシレンで、分離し
なくてもガス状態で存在するが、ガス中に残ったタール
中のナフタリンが燃焼機器で閉塞するので、軽油捕集設
備でナフタリンと同時に分離している。さらに、ガス中
には、可燃ガスの他に、アンモニア、シアン化水素、硫
化水素等の有害物質が含まれることから、コークス炉か
ら発生するガスは、タール、軽油を分離する設備の他
に、ガス中の有害物を分離するガス精製設備でこれらを
分離して燃料ガスに使用している。

【０００３】図１にコークス炉ガス処理設備の一例を示
す。コークス炉１から発生したガス、夕一ル、軽油は、
上昇管２を通ってドライメイン３に入る。ドライメイン
３に入る接続管には、水を噴霧して高温のガスを冷却し
てタールを液化させる。ガスと接触した水は、ガス中の
アンモニアを吸収してアンモニアを含んだ水になること
から安水と呼ばれている。ドライメイン３は、安水、タ
ール、ガスの気液混合状態で輸送され、途中でガスと液
を分離して、液はタールデカンター４に入り、タールと
安水を分離して、タールはタンクに貯蔵して化学原料に
使用し、安水はドライメイン３に循環してコークス炉で
発生するガスの冷却に循環使用する。ガスは、プライマ
リークーラー５で冷却して、ガス中の水分と気体で存在
するタールの一部を凝縮させて分離する。プライマリー
クーラー５で凝縮した安水とタールは、タールデカンタ
ーに送られてタールと水分を分離している。

【０００４】石炭中に含まれる水分とコークス化反応で
生成する水分は、余剰になるのでタールデカンター４か
ら抜き出して余剰安水として処理するが、安水中にはガ
ス中のアンモニアを吸収し、さらにタール中のタール酸
成分が溶解するので、そのまま排出すると多量のアンモ
ニアとＣＯＤを含むことから、処理をして放流してい
る。処理方法は、安水蒸留設備でアンモニアを除去し、
さらに活性汚泥で安水中の有機物を分解している。ガス
は、ブロワー１２で昇圧後、電気集塵機６でタールミス
トを除去してから脱硫設備７で、ガス中の硫化水素、シ
アン化水素を除去する。脱硫したガスは、硫安設備８で
硫酸と反応させてアンモニアを吸収し、軽油捕集設備９
でガス中の軽油とガス中に残留しているナフタリンを除
去して、燃料ガスとして使用される。

【０００５】次に、コークス炉発生物の処理に用いる装
置を説明する。タールデカンター４は、滞留時間数時間
の容量をもったタンクで構成しタールと安水を分離する
他に、スクレバーでタールスラッジを掻き出すようにな
っている。プライマリークーラー５は、間接冷却式の熱
交換器で、海水でガスを冷却している。コークス炉から
発生するガスは、５００〜８００℃の高温のガスである
が、ドライメイン３の手前で安水をスプレーして水の蒸
発熱で冷却して、蒸発した水分をプライマリークーラー
５で凝縮して冷却していることになり、有効な熱回収が
行われていない。

【０００６】安水蒸留設備１０は、蒸留塔で蒸気を熱源
に沸点の低いアンモニアを蒸留で分離する。活性汚泥排
水処理装置１１は、空気を使用する好気性微生物処理で
安水中の有機物を酸化分解するが、一部は活性汚泥に転
化し、余剰を抜き出している。脱硫設備７は、吸収塔と
酸化塔からなり、吸収液はガス中のアンモニア、または
苛性ソーダの水溶液を使用する方法が一般的で、苛性ソ
ーダを使用する場合は、硫安設備８の後段に設置する。
吸収塔で吸収された硫化水素は、酸化塔で空気酸化され
てＳまたはＳＯ₂になる。シアン化水素は、Ｓと反応し
てＳＣＮ塩になり、濃縮すると脱硫率が低下するので、
抜き出して高温、高圧下での湿式酸化、又は燃焼して分
解処理している。

【０００７】硫安設備８は、硫酸を含む水溶液にガスを
通過させてアンモニアを吸収し、吸収した液は、循環し
て硫安を結晶にして分離している。軽油捕集設備９は、
吸収効率を上げるためガスを冷却して、吸収塔で吸収油
で軽油とナフタリンを吸収し、吸収油は、加熱して蒸留
塔で吸収した軽油、ナフタリンを分離して循環使用す
る。軽油捕集設備９は、最近では軽油の捕集よりも、ガ
スの使用設備で温度が低下してガス配管または燃焼機器
でナフタリンが析出して閉塞するのを防止する役割が大
きい。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】現状のコークス炉発生
物処理方法の課題は、前項で述べたように設備が多く設
備費が高価になり、運転に要する要員も多数になる点が
ある。さらに、海水、電力、蒸気の使用量が多く、コー
クス炉から発生する高温のガスも熱回収せず、海水に捨
てていることである。環境面では、発生する安水は、ア
ンモニア、有機物の除去は行っているが、完全に除去す
ることは困難で、一部は海水に放出している。さらに、
コークス炉ガス処理設備は、アンモニア、シアン、硫化
水素等の他に、タール中の酸性、塩基性成分が腐食を起
こし、耐食性の材料を使用点も課題であり、例えばコー
クス炉ガスを昇圧するブロワーは、腐食トラブルのため
にチタンを使用することが一般的になっている。ガスお
よび安水中のタール分は極力分離するようにしている
が、混入するタールで設備の閉塞が発生し、整備頻度が
増えるのも課題である。

【０００９】従って、本発明の目的は、簡単な設備でコ
ークス炉発生物を処理し、有害成分を発生させず、かつ
運転費を低下させ、コークス炉ガスの熱回収も可能な方
法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の、本発明の手段は以下の通りである。（１）コークス炉から発生するガスをそのまま熱分解炉
へ導入し、該熱分解炉で前記ガスを酸素または酸素と水
蒸気で部分燃焼して、前記ガス中のタールおよび軽油成
分を主としてＣＯ、Ｈ₂ガスに分解することを特徴とす
るコース炉発生物処理方法。（２）前記熱分解炉の温度を１１００〜１３００℃に保
持し、前記ガスの前記熱分解炉の滞留時間を２秒間以上
とすることを特徴とする（１）記載のコークス炉発生物
処理方法。（３）前記熱分解炉で発生したガスを集塵機で集塵する
とともに、該集塵機で捕集したダストを、前記熱分解炉
に設けたバーナーから酸素とともに、前記熱分解炉内へ
吹き込んでガス化することを特徴とする（１）または
（２）に記載のコークス炉発生物処理方法。（４）前記熱分解炉とコークス炉を接続する配管に、コ
ークス炉からの発生ガスを大気に解放する弁と水封装置
を設けるとともに、コークス炉の乾留末期にコークス炉
と前記熱分解炉を遮断することで、前記熱分解炉に空気
が侵入するのを防止することを特徴とする（１）〜
（３）のいずれか１項に記載のコークス炉発生物処理方
法。

【００１１】コークス炉から発生するガス、タール、軽
油は、冷却しないで酸素と水蒸気で１１００〜１３００
℃、２秒間以上酸化分解することで、ＣＯとＨ₂を主成
分とするガスに分解出来る。タールは一部が、すす状の
固形物になるが、集塵後再度ガス化することでガスにな
る。コークス炉から発生するガスの顕熱は、酸化分解後
に熱回収することで、有効に回収することが可能にな
る。ガス中の有害物は、アンモニアは、窒素と水素に分
解し、シアン化水素も分解出来るので、硫黄分を除去す
れば清浄なガスになる。硫黄分は主としてＨ₂Ｓ、ＣＯ
Ｓで存在するので、脱硫設備で処理可能で、シアン化水
素がほとんどないので、従来のコークス炉では、脱硫液
に難分解性のＳＣＮが生成し、別途分解設備で処理して
いるのを処理しなくても済む点も有利である。

【００１２】石炭装入時には、ガスが多量に発生してガ
スの吸引能力不足で発塵するが、装炭時に上昇管と集合
管の間に設けたスチームエジェクターを使用すること
で、急激に発生するガスの吸引が可能になる。また、乾
留末期のガス発生がなくなる時は、上昇管の上部の弁を
大気に解放し、上昇管と集合管との接続管を水封構造に
することで、コークス炉からガス発生が少なくあるいは
無くなった段階で、熱分解炉に空気を吸引することが防
止でき、熱分解炉へ導入する配管でのガス爆発を防止で
きる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下添付図によって本発明の実施
の形態を説明する。図２は、本発明のコークス炉ガス処
理設備の構成を示すもので、コークス炉１、上昇管２、
水封装置１４、集合管１３、熱分解炉１５、廃熱回収装
置１６、集塵機１７、ガスクーラー１８、ブロワー１
２、脱硫設備９によって構成される。

【００１４】上昇管２は、従来の装置と同じで、耐火物
で内部をライニングして断熱している。水封装置１４の
構造は、作用と合めて後述する。コークス炉発生物は、
上昇管２、水封装置１４及び集合管１３を通って、複数
の窯から発生したガスを混合して、熱分解炉１５に入
る。熱分解炉１５は、内部をライニングした空塔でガス
の入口に複数の酸素、蒸気ノズル１９とダストを燃焼す
るバーナー２０が配置される。熱分解炉１５で分解した
ガスは、廃熱回収装置１６で熱回収し、集塵機１７でコ
ークス炉から飛散した石炭粉とタール分解残渣を捕集す
る。廃熱回収装置１６は、廃熱ボイラーを使用して高
温、高圧の蒸気を回収して電力に回収することも可能で
ある。

【００１５】集塵機１７は、乾式のバグフィルター、湿
式のベンチュリースクラバーが使用できるが、集塵粉を
分解炉１５でガス化するには、乾式のバグフィルターの
使用が好ましい。集塵したガスは、ガスクーラー１８で
常温まで温度を下げ、ブロワー１２で昇圧して、脱硫設
備９で硫黄分を除去して清浄なガスを得ることが出来
る。ガスクーラー１８は、廃熱回収装置１６で熱回収し
ているので、１５０〜２００℃からの冷却で済み、従来
の７００℃からガスを冷却するのに比較して、機器容
量、冷却水量とも従来のプライマリークーラー５に比較
して少量ですみ、ブロワー１２も腐食成分がないので通
常の材質が使用可能である。脱硫設備９は、タール、ダ
スト、シアン化水素を含まないガスを処理するので、純
度の高い硫黄を回収でき、ＳＣＮ塩を生成しないので廃
液処理が不要になり、タールによる閉塞もなくなる。

【００１６】分解炉１５の反応について説明する。分解
炉１５では、添加した酸素と水蒸気がガス中の炭化水素
ガスとタール、軽油が以下の反応を行って分解する。水
蒸気は、添加した水蒸気の他にコークス炉から発生する
水蒸気も含まれる。Ｃ_mＨ_n＋（ｍ／２）Ｏ₂＝ｍＣＯ＋（ｎ／２）Ｈ₂ Ｃ_mＨ_n＋（ｍ／２）Ｈ₂Ｏ＝（ｍ／２）ＣＯ＋（ｎ／
２＋ｍ／２）Ｈ₂ ガス中の炭化水素、軽油は上記の反応で分解されるが、
タールは、ガス化されずに一部はすすになるが、下記の
反応でバーナー２０で分解できる。バーナー２０は、ダ
ストは、窒素または空気で気流搬送して、ダストノズル
から噴出させ、酸素はダストノズルの周りに複数個設け
た酸素ノズルを吐出させる構造のものである。ｍＣ＋（ｍ／２）Ｏ₂＝ｍＣＯ

【００１７】コークス炉発生物の分解条件について検討
した結果、１１００℃以上の分解温度で２秒間以上の反
応条件で、ガス中のタール成分は分解できることを確認
した。分解温度１３００℃以上では、分解は問題ない
が、すすの発生が増加する点と酸素使用量が増加し、ガ
スの回収量が減少することから温度を高くすることは好
ましくない。

【００１８】ガス中の有害成分の挙動を調べた。アンモ
ニアは、１１００℃以上ではほとんどが窒素と水素に分
解し、アンモニア濃度は数１０ppm であった。シアン化
水素も分解して、１０ppm 以下である。これは、アンモ
ニア、シアン化水素は、高温では分解する平衡条件と一
致している。一方、硫化水素は、下記の反応で高温で
は、硫化水素からＣＯＳに転化してＣＯＳが約１０％含
まれた。Ｈ₂Ｓ＋ＣＯ₂＝ＣＯＳ＋Ｈ₂Ｏ

【００１９】コークス炉は、連続操業ではなく、バッチ
的に約２０時間をかけて装炭、乾留、排出を繰り返して
いる。従って、ガスの発生量、組成も時間毎に変化して
おり、装炭後は急激にガスが発生するが、その後減少し
て乾留末期ではほとんど発生しなくなる。従って、窯単
位ではガス発生量に対応した対策をとらないと、装炭時
はガス発生量が増加して発塵する問題が発生し、一方、
乾留末期ではガス発生がなくなって空気を吸引する問題
が生じる、しかし、コークス炉全体では５０窯以上を有
しているので、ガス発生は均質化されている。

【００２０】以下上記の問題を解決する方法として、上
昇管２と集合管１３との接続部の水封構造と作動方法に
ついて説明する。図３に、上昇管３と集合管１３の接合
部の水封構造を示す。上昇管２の上部には、耐火物をラ
イニングした開閉弁２１を設け、上昇管２から水封装置
１４へ入る配管には、スチームエジェクター２２を設置
する。水封装置１４は、下部に水位を調整する水バルブ
２３を設けて、水封の解除を行いガス流路の開閉を行
う。水バルブ２３は、水封装置１４から十分な距離をと
り、ガスの通過時に温度が上昇しないようにするのが好
ましい。また、水封装置は、ガス通過時は高温になるの
で、耐熱金属で構成する。作動方法は、コークス乾留末
期のガス発生が少なくなった時点で、水封装置１４に水
を導入してガスを遮断すると同時に、上昇管上部の開閉
弁２１を開く。乾留終了後、コークスの排出を行い、石
炭の装入を行う直前に、水封を解除して、開閉弁２１を
閉め石炭の装入を行い、スチームエジェクター２２を作
動させてガスの吸引を行って石炭の発塵を防止する。そ
の後、スチームエジェクター２２は、停止させコークス
の乾留を行う。ガスの遮断は、水封方式でなく、耐熱バ
ルブの開閉で行うことも可能であるが、バルブの変形、
石炭粉の詰まりによるリークを考えると水封方式が好ま
しい。

【００２１】

【実施例】以下、実施例を説明する。石炭を１２５Ｔ／
Ｈコークス炉に装入し、表１に示す組成のガス４０００
０Nm³／Ｈとタール５Ｔ／Ｈ、軽油１．２５Ｔ／Ｈ、水
蒸気１１０００Nm³／Ｈがコークス炉で発生した。これ
らの生成物に酸素１３５００Nm³／Ｈ、蒸気６８００Nm
³／Ｈを用いて、熱分解炉で１２００℃で分解した結
果、表２に示す組成のガス１００４００Nm³／Ｈを得、
廃熱回収ボイラーで蒸気４６Ｔ／Ｈを回収した。熱分解
炉は、タール、軽油、ガス中の炭化水素を分解するのに
必要な酸素と温度を調整するのに必要な水蒸気を供給し
た。水蒸気の一部は、分解にも使用されている。

【００２２】回収量を従来法と比較すると、従来法で
は、ガス、タール、軽油の発熱量の合計は２４０．７Gc
al／Ｈに対し、本発明ではガスの発熱量は、２１３．４
Gcal／Ｈに低下するが、従来法では不可能であった廃熱
回収量３７．４Gcal／Ｈを加えると２５０．７Gcal／Ｈ
になり、従来法より多くのエネルギーを回収することが
可能になる。これは、従来方法では、コークス炉から発
生するガスの顕熱は海水に捨てていたのに対し、本発明
方法ではタールを分解したガスの熱回収が可能になるこ
とによる。

【００２３】ガス中のアンモニア、シアン化水素は、数
１０ppm で従来法の生成ガスの含有量より少なかった。
また、ガスクーラーで凝縮したドレン水中には、有機
物、アンモニア、シアン化水素の含有量は少なく、従来
の活性汚泥処理した排水より少なかった。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、従来方法より簡単な設
備でコークス炉発生物の処理が可能になり、コークス炉
発生物の処理に必要な設備費を大幅に削減することが可
能になる。さらに、熱回収が可能になることで、回収エ
ネルギー量も増加し、排水中に含まれる有害物の排出量
も低減できる。タールを液化させないで分解すること
で、タールを取り扱う作業がなくなり、作業環境の改善
が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のコークス炉発生物処理設備の構成を示す
図面。

【図２】本発明のコークス炉発生物処理設備の構成を示
す図面。

【図３】本発明の水封装置の構成を示す図面。

【符号の説明】

１コークス炉２上昇管３ドライメイン４タールデカンター５プライマリークーラー６電気集塵機７脱硫設備８硫安設備９軽油捕集設備１０安水蒸留設備１１活性汚泥廃水処理装置１２ブロワー１３集合管１４水封装置１５分解炉１６廃熱回収装置１７集塵機１８ガスクーラー１９酸素、蒸気ノズル２０バーナー２１開閉弁２２スチームエジェクター２３水バルブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者片岡征治千葉県富津市新富20−１新日本製鐵株式会社技術開発本部内Ｆターム(参考） 4H060 AA01 BB02 BB07 BB08 BB25 CC03 DD24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コークス炉から発生するガスをそのまま
熱分解炉へ導入し、該熱分解炉で前記ガスを酸素または
酸素と水蒸気で部分燃焼して、前記ガス中のタールおよ
び軽油成分を主としてＣＯ、Ｈ₂ガスに分解することを
特徴とするコース炉発生物処理方法。
【請求項２】前記熱分解炉の温度を１１００〜１３０
０℃に保持し、前記ガスの前記熱分解炉の滞留時間を２
秒間以上とすることを特徴とする請求項１記載のコーク
ス炉発生物処理方法。
【請求項３】前記熱分解炉で発生したガスを集塵機で
集塵するとともに、該集塵機で捕集したダストを、前記
熱分解炉に設けたバーナーから酸素とともに、前記熱分
解炉内へ吹き込んでガス化することを特徴とする請求項
１または請求項２に記載のコークス炉発生物処理方法。
【請求項４】前記熱分解炉とコークス炉を接続する配
管に、コークス炉からの発生ガスを大気に解放する弁と
水封装置を設けるとともに、コークス炉の乾留末期にコ
ークス炉と前記熱分解炉を遮断することで、前記熱分解
炉に空気が侵入するのを防止することを特徴とする請求
項１〜３のいずれか１項に記載のコークス炉発生物処理
方法。