JP2003003172A

JP2003003172A - コークスの改質方法

Info

Publication number: JP2003003172A
Application number: JP2001185589A
Authority: JP
Inventors: Shozo Itagaki; 省三板垣; Izumi Shimoyama; 泉下山; Kiyoshi Fukada; 喜代志深田; Mochimasa Yamaguchi; 以昌山口; Yasuo Nagashima; 康雄長島; Kazutoshi Matsumoto; 和俊松本
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2001-06-19
Filing date: 2001-06-19
Publication date: 2003-01-08

Abstract

(57)【要約】【課題】コークス炉内で最高到達温度の違いによるコ
ークス品質のばらつきの改善、又は乾留温度を低下さ
せ、乾留時間を短縮したために低下したコークスの品質
を、コークス乾式消火設備で効率的に赤熱コークスの再
加熱を行うことによって改善し、従来の高温乾留コーク
スの品質並に回復させるコークスの改質方法を提供す
る。【解決手段】ＣＤＱのプレチャンバ部に空気を導入
し、赤熱コークスからの発生ガス及びコークスを燃焼さ
せ、コークスを加熱するコークスの改質方法において、
物質流れシミュレーションモデル及びコークス改質シミ
ュレーションモデルから構成される三次元総合シミュレ
ーションモデルを用いて、プレチャンバ下端断面内各部
におけるコークス強度分布を出力し、この出力結果をも
とにコークス窯出し温度に合わせた最適な空気吹込み量
を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コークス炉から排
出された赤熱コークスを冷却するＣＤＱ（コークス消火
設備）を利用して、コークスの品質を改質するコークス
の改質方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高炉用のコークスとしては、高炉内での
通気性を確保できるように強度が高く、かつ、コークス
の高温での反応劣化による粉化を抑制するために、高温
（１０００〜１２００℃）で炭酸ガス（ＣＯ₂）との反
応性が低いものが要求される。しかも、製造コストが極
力低いことも必要である。

【０００３】製造コストを低減するためには、安価な低
品位の原料炭を使用したり、乾留温度の低下、乾留時間
の短縮等により乾留熱量を低減することが有効である。
しかし、これらの方法は、いずれもコークスの強度を低
下させ、かつ高温におけるＣＯ₂との反応性を高めてコ
ークスの粉化を促進するという欠点がある。

【０００４】このため、装入炭の配合や事前処理、窯内
嵩密度の向上または均一化、さらには燃焼方法等に関し
各種の技術改善が実施され、コークス品質の向上が図ら
れている。これらの方法は、いずれも乾留前あるいは乾
留中における改善方法である。しかしながら、コークス
炉の窯毎には、装入密度や炉壁温度の差違による乾留温
度の不均一化に起因するコークス品質のばらつきが依然
認められる。

【０００５】一方、コークス乾式消火設備が多くのコー
クス製造所で採用されている。この乾式消火設備は、コ
ークス炉から排出された赤熱コークスを冷却すると同時
に、その顕熱を回収する少エネルギー設備である。乾式
消火設備の冷却塔内での均熱・徐冷効果、荷下がり時に
おけるコークスの脆弱部の粉化脱落によるスタビライズ
効果によって、見掛け上、品質が向上する。したがっ
て、コークスの乾式消火は、一種の乾留後の品質改善法
であるといえる。この乾式消火設備を利用して、乾留温
度の低下や乾留時間の短縮により低下したコークスの品
質を、積極的に改質する方法もいくつか提案されてい
る。すなわち、コークス炉から排出された赤熱コークス
を乾式消火設備の冷却塔に投入し、プレチャンバ部で再
加熱する方法である。

【０００６】例えば、コークス乾式消火設備の冷却塔の
プレチャンバ部に炭化水素類（例えばタール）を吹き込
んで品質を改善する方法（特開昭６３−８４８０号公報
等参照）もその一つである。この方法においては、ター
ル等の炭化水素類が赤熱コークス上で気相分解するの
で、生成した熱分解カーボンが赤熱コークスの表面に付
着し、さらには気孔や亀裂の内部に進入してその部分が
熱分解カーボンで充填された状態になる。このため、摩
耗強慶や圧潰強度が向上する。さらに、コークス表面を
コーティングする熱分解カーボンは、易黒鉛化性の光学
的に高次の異方性カーボンであり、ＣＯ₂や水（Ｈ₂Ｏ）
との反応速度が極めて小さく、高炉内でのこれらＣＯ₂
やＨ₂Ｏとの反応によるコークスの粉化を抑制すること
ができる。

【０００７】しかしながら、この方法では、コークスの
品質は確かに向上するものの、添加したタールの全量が
反応せず、未反応タールが熱交換用循環ガス中に混入し
てボイラー部に導入され、ここで冷却されて凝縮し、配
管等に付着する。そのため、種々の操業トラブルが誘発
される。

【０００８】また、コークス乾式消火設備の冷却塔のプ
レチャンバ部に空気を吹き込んでコークスの品質を改善
する方法も提案されている（特公平７−３３５１１号公
報等参照）。これは空気中の酸素により赤熱コークスか
ら発生するガスを燃焼させ、その反応熱で赤熱コークス
の温度を上昇させて摩耗強度や圧潰強度を改善する方法
である。

【０００９】しかしながら、空気吹込み方法では、空気
と赤熱コークスから発生するガスとの接触が必ずしも充
分ではないという問題がある。すなわち、コークス乾式
消火設備においては、ガスは最終的に煙道に導かれるの
で、プレチャンバ部内では空気も赤熱コークスからの発
生ガスも基本的には下向きに流れる。このような流れの
中では、吹き込まれた空気は、最初に上層表面の赤熱コ
ークスと接触し、空気中の酸素がコークス中の炭素と反
応して空気が吹き込まれた領域のコークスのみが局部的
に燃焼し、局部加熱が起こるからである。さらに、空気
吹込みの燃焼により生成したＣＯ₂ガスやＨ₂Ｏガスがコ
ークスと反応し、脆弱化させるという問題がある。

【００１０】さらに、コークス乾式消火設備の冷却塔の
プレチャンバ部に乾式消火設備の循環ガスの燃焼によっ
て生じた熱風を吹き込んで赤熱コークスの温度を上昇さ
せ、摩耗強度や圧潰強度等コークスの品質を改善する方
法が知られている（特開平７−１２６６４２号公報等参
照）。この方法では、熱風を吹き込み、その熱により赤
熱コークスを加熱するので、より広範囲の赤熱コークス
をより均一に加熱でき、しかも熱風は反応性が低いので
製品コークスの燃焼による消失が防止できて好ましい。

【００１１】しかし、熱風吹込み法でも、熱風が上層表
面の赤熱コークスと接触し、再加熱されることによる改
善と、コークス層内ではＣＯ₂ガスやＨ₂Ｏガスとの反応
による脆弱化によるコークス強度の低下が同時に起こる
ため、コークス改質効果にばらつきや偏析が生じる。さ
らに、熱風発生装置が設備的に大規模なものとなるため
多大な設備コストを要し、また、熱風を発生装置から吹
込み口まで送風する間における熱ロスが大きく経済的に
不利である。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、コー
クス炉内では、高さ方向や炉長方向での炉壁温度のばら
つきや、石炭の装入密度の偏析に起因する最高到達温度
の差異が生じ、コークス品質にばらつきが生じており、
このために調湿炭や予熱炭などの事前処理設備の導入に
より低減が図られているが、問題は解消していない。さ
らに、高炉用コークスなどの冶金用コークスの製造コス
トを低減するため、乾留熱量を低減させ（すなわち、乾
留温度を低下させたり、乾留時間を短縮させ）、そのた
めに低下したコークスの品質を、コークス乾式消火設備
での再加熱処理によって改善する方法が種々試みられて
いるが、いずれも問題点を有している。

【００１３】本発明は、上記従来技術における問題点を
解決するためになされたもので、コークス炉内で最高到
達温度の違いによるコークス品質のばらつきの改善、又
は乾留温度を低下させ、乾留時間を短縮したために低下
したコークスの品質を、コークス乾式消火設備で効率的
に赤熱コークスの再加熱を行うことによって改善し、従
来の高温乾留コークスの品質並に回復させるコークスの
改質方法を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、乾留温度を
低下させて製造した中低温乾留コークスの品質をコーク
ス乾式消火設備で再加熱することにより向上させる方法
における上述の問題点について種々検討した。その結
果、コークス乾式消火設備内における現象を調査解析
し、三次元総合シミュレーションモデルを構築して改質
効果を定量的に評価可能になった。本モデルは、ＣＤＱ
内の物質流れシミュレーションモデルとコークス改質シ
ミュレーションモデルから構成されており、赤熱コーク
スから発生するガスとコークスなどの燃焼反応やソリュ
ーションロス反応などによるコークスの劣化と加熱によ
る強度向上効果が考慮されている。本発明者は、本モデ
ルによって空気又は熱風吹込み時の改質効果が定量的に
評価されることを見出し、本発明をなすに至った。

【００１５】本発明の要旨は、以下のコークスの改質方
法にある。

【００１６】請求項１の発明は、ＣＤＱのプレチャンバ
部に空気を導入し、赤熱コークスからの発生ガス及びコ
ークスを燃焼させ、コークスを加熱するコークスの改質
方法において、物質流れシミュレーションモデル及びコ
ークス改質シミュレーションモデルから構成される三次
元総合シミュレーションモデルを用いて、プレチャンバ
下端断面内各部におけるコークス強度分布を出力し、こ
の出力結果をもとにコークス窯出し温度に合わせた最適
な空気吹込み量を決定することを特徴とする。

【００１７】請求項２の発明は、請求項１に記載のコー
クスの改質方法において、前記プレチャンバ部内のコー
クス装入分布（安息角、粒度分布）に合わせて、複数の
空気吹込みノズルからの空気吹込み量を変更することを
特徴とする。

【００１８】請求項３の発明は、請求項２に記載のコー
クスの改質方法において、前記プレチャンバ部内のコー
クス装入分布（安息角、粒度分布）に合わせて、複数の
空気吹込みノズルからの吹込み角度を変更することを特
徴とする。

【００１９】請求項４の発明は、コークスの加熱ガスと
して可燃ガスと酸素含有ガスを、ＣＤＱのプレチャンバ
部に導入し、前記可燃ガスを燃焼させることにより熱風
を生成し、その燃焼熱を用いてコークスを加熱するコー
クスの改質方法において、物質流れシミュレーションモ
デル及びコークス改質シミュレーションモデルから構成
される三次元総合シミュレーションモデルを用いて、プ
レチャンバ下端断面内各部におけるコークス強度分布を
出力し、この出力結果をもとにコークス窯出し温度に合
わせた最適な熱風温度、加熱ガスの組成及び熱風吹込み
量を決定することを特徴とする。

【００２０】請求項５の発明は、請求項４に記載のコー
クスの改質方法において、前記プレチャンバ部内のコー
クス装入分布（安息角、粒度分布）に合わせて、複数の
熱風吹込みノズルからの熱風吹込み量を変更することを
特徴とする。

【００２１】請求項６の発明は、請求項５に記載のコー
クスの改質方法において、前記プレチャンバ部内のコー
クス装入分布（安息角、粒度分布）に合わせて、複数の
熱風吹込みノズルからの吹込み角度を変更することを特
徴とする。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下本発明について詳述する。上
記の発明は、コークス炉から排出された赤熱コークスを
ＣＤＱ（コークス乾式消火設備）の冷却塔のプレチャン
バ部に投入した後、コークス改質シミュレーションモデ
ルを用いて、コークス窯出し温度に合わせた最適な量の
空気又は熱風をプレチャンバ部に吹き込み、前記赤熱コ
ークスを乾留温度よりも高い温度で再加熱する方法であ
る。

【００２３】前記プレチャンバ部に投入する赤熱コーク
スは、室炉式コークスにおいて７００〜１０００℃で乾
留されたコークスである。プレチャンバ部ではコークス
窯毎の乾留温度ばらつきを小さくすることにより、コー
クス品質のばらつきを低減し品質の向上を図る。また、
乾留熱量を低減させ、その結果低下したコークスの品質
をプレチャンバ部内で再加熱することにより向上させ
る。

【００２４】赤熱コークスの再加熱に用いるガスは、空
気又は熱風で、前記赤熱コークスをプレチャンバ部内に
投入した後、同チャンバー内へ導入する。

【００２５】プレチャンバ部に投入した赤熱コークスを
再加熱する方法としては、プレチャンバ部に空気を吹き
込み、空気中の酸素と赤熱コークス（または赤熱コーク
スから発生するガス）との反応熱を用いる方法と、酸素
等が含まれていない反応性が低い熱風を吹き込み、その
顕熱を利用する方法とがある。しかし、上述のように空
気吹込み方法では、コークスが局部的に燃焼し、局部加
熱が起こるという問題がある。熱風吹込み方法では、熱
風中に含まれるＣＯ₂ガスやＨ₂Ｏガスとコークスとが反
応し、コークスが劣化するとともに、これらの反応が吸
熱反応であるためにコークスの再加熱効果が小さくなる
という問題もある。また、両法ともプレチャンバ部内に
コークスバケットから直接的に装入するため、コークス
充填層に凸部の安息角が生じ、空気又は熱風が径方向に
偏流し、均一に改質されないとの問題がある。

【００２６】そこで、本発明では、コークス乾式消火設
備内における現象を調査解析し、三次元総合シミュレー
ションモデルを構築してコークスの改質効果の定量的な
評価を行った。本モデルは、ＣＤＱ内のコークスの降
下、ガス流れ等の物質流れシミュレーションモデル、及
びコークス改質シミュレーションモデルから構成されて
いる。

【００２７】図１は、本モデルによるシミュレーション
のフローを示す。物質流れシミュレーションモデルは、
ＣＤＱの設備緒元や操業緒元を入力として与え、炉内の
コークス流れ及びガス流れの三次元数値シミュレーショ
ンを行い、炉内のコークス及びガスの流量・温度分布を
結果として出力するモデルである。

【００２８】また、コークス改質シミュレーションモデ
ルは、物質流れシミュレーションモデルで得られたコー
クス及びガスの流量・温度分布を入力し、炉内でのコー
クスとガス、あるいはガス同士の化学反応量を計算し、
さらに反応量に基づいてコークス強度を推定し、結果と
してプレチャンバ下端断面内各部におけるコークス強度
分布を出力するモデルである。

【００２９】図中の各部の詳細内容を以下に示す。

【００３０】１）入力データ。以下の項目について入力
する。

【００３１】（入力データ）ＣＤＱ設備諸元・ＣＤＱ形状・寸法・改質用ガス（空気または熱風）吹き込み位置ＣＤＱ操業諸元・コークス処理量・コークス窯出し温度・冷却用循環ガスの流量、温度、組成・改質用ガスの吹き込み量、温度、組成

【００３２】２）物質流れシミュレーションモデル。物
質流れシミュレーションモデルでは、コークスの降下、
ガス流れ、及びコークス−ガス間の伝熱の方程式を解
き、下記に示す中間結果を出力する。この物質流れシミ
ュレーションモデルは以下のサブモデルからなる。

【００３３】（物質流れシミュレーションモデル）コークス降下モデル→空隙率や平均粒径、降下速度の
炉内分布を推定ガス流れモデル→炉内各部での流量分布（偏流状況）
を推定コークス−ガス間の伝熱モデル→コークスと周囲のガ
スとの間の熱移動量を推定

【００３４】３）中間結果。物質流れシミュレーション
モデルの結果であり、同時に改質シミュレーションモデ
ルの入力となる。項目は以下の通り。

【００３５】（中間結果）・コークスの降下状況、温度分布・ガスの流れ状況、温度・組成分布

【００３６】４）コークス改質シミュレーションモデ
ル。以下のサブモデルからなる。

【００３７】（コークス改質シミュレーションモデル）コークスからの発生ガスモデル→発生ガス量とガス組
成を推定コークスと改質ガス、および発生ガスとコークスの反
応速度モデル→燃焼反応量、ガス化反応量を推定化学反応によるコークス改質モデル→コークス温度と
反応量とから炉内でのコークスの強度変化を推定

【００３８】コークス改質モデルには、赤熱コークスか
ら発生するガスとコークスなどの燃焼反応やソリューシ
ョンロス反応などによるコークスの劣化と再加熱による
強度向上効果が考慮されている。化学反応モデルとして
は、ガス−ガス反応およびコークス−ガス反応について
以下の７つの反応を用意している。１）Ｈ₂＋１／２Ｏ₂＝Ｈ₂Ｏ（水素燃焼反応）２）ＣＯ＋１／２Ｏ₂＝ＣＯ₂（一酸化炭素燃焼反応）３）ＣＨ₄＋１／２Ｏ₂＝２Ｈ₂＋ＣＯ（メタン燃焼反
応）４）Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ＝Ｈ₂＋ＣＯ₂（ガスシフト反応）５）Ｃ＋１／２Ｏ₂＝ＣＯ（コークス燃焼反応）６）Ｃ＋ＣＯ₂＝２ＣＯ（ソリューション反応）７）Ｃ＋Ｈ₂Ｏ＝Ｈ₂＋ＣＯ（水性ガス化反応）

【００３９】５）出力結果。最終結果として、ＣＤＱプ
レチャンバ通過後の炉断面内コークス強度分布を出力す
る。

【００４０】本モデルにより、空気またはガス組成の異
なる熱風吹込み時の改質効果が定量的に評価されること
が見出され、コークスの最高到達温度に合わせた最適な
空気または熱風を吹き込むことが可能になった。すなわ
ち、コークス改質シミュレーションモデルを用いて、コ
ークス窯出し温度を固定値として空気吹込み量を変化さ
せたパラメータスタディを行えば、空気吹込み量と改質
後のコークス強度の関係が計算結果として得られる。こ
れを用いれば目標とする強度を達成するために必要かつ
充分な吹き込み量を決定することができる。

【００４１】また、改質シミュレーションモデルを用い
て、コークス窯出し温度を固定値として熱風の吹き込み
量・吹き込み温度・ガス組成をそれぞれ変化させたパラ
メータスタディを行えば、熱風の上記各パラメータと改
質後のコークス強度の関係が計算結果として得られる。
この結果を用いれば目標とする強度を達成するために必
要な各パラメータ値を決定することができる。

【００４２】さらに、本発明では、前記プレチャンバ部
内のコークス装入分布（安息角、粒度分布）に合わせ
て、複数の空気吹込みノズルからの空気吹込み量又は熱
風吹込み量を変更する。具体的には、コークスの装入分
布を考慮した改質シミュレーションを実施すれば、加熱
ガスの偏流に起因する改質効果の偏在の状況を推測する
ことができる。さらに、吹き込み空気量あるいは熱風量
を変えたシミュレーションを行うことにより、炉の全断
面内で目標とする改質効果が得られるために必要かつ十
分な空気または熱風量を推定することもできるので、そ
の結果を基に吹き込み量を変更する。

【００４３】さらに、本発明では、前記プレチャンバ部
内のコークス装入分布（安息角、粒度分布）に合わせ
て、複数の空気吹込みノズルからの吹込み角度又は熱風
吹込みノズルからの吹込み角度を変更する。具体的に
は、コークスの装入分布を考慮した改質シミュレーショ
ンを実施すれば、加熱ガスの偏流に起因する改質効果の
偏在の状況を推測することができる。さらに、吹き込み
角度を変えたシミュレーションを行うことにより、上記
の偏流を抑え、断面内の改質効果を最も均一にする吹き
込み角度も推定できるので、その結果を基に吹き込み角
度を変更する。

【００４４】

【実施例】空気または熱風吹込み装置を備えた図２のよ
うなコークス乾式消火設備により本発明を実施した。コ
ークス乾式消火設備のプレチャンバ部にコークス炉から
窯出しした赤熱コークスを装入口から投入し、装入口の
蓋を装着後、一定量の空気または熱風を上部から吹き込
み再加熱した。赤熱コークスの投入は、コークス炉から
の窯出しに合わせ１０分毎に行い、装入口蓋を開放時に
は空気または熱風吹込みは停止した。プレチャンバ部内
にて空気又は熱風にて再加熱された赤熱コークスは、冷
却塔で循環ガスにて約１３０℃までに冷却され、ＣＤＱ
の系外に排出される。以下の実施例１乃至３において、
空気又は熱風吹込みノズルは、図３に示すように、周方
向に均等間隔を開けて放射状に３本設けられている。

【００４５】[実施例１]コークス炉の稼動率一定条件に
てコークスを製造し、連続的にコークス乾式消火設備の
プレチャンバ部に投入し、空気を導入し再加熱を行い、
コークス品質への影響を調べた。

【００４６】表１は、各種条件とコークス品質の関係を
示す。

【００４７】

【表１】

【００４８】ケース１は空気を吹き込まないときのコー
クス品質である。ケース２は、一定量の空気を全ての窯
の赤熱コークスに吹き込んだときのコークス品質であ
る。ケース３は、コークスの窯出し温度を測定し、三次
元総合シミュレーションモデルを用いて吹込み空気量を
変化させたときのコークス品質である。

【００４９】このように三次元総合シミュレーションモ
デルを用いてコークスの窯出し温度に合わせて空気吹込
み温度を変化させることにより、コークス品質の改質効
果が大きくなり、かつ品質ばらつきが小さくなることが
確認された。

【００５０】[実施例２]コークス炉の乾留温度を一定に
して、コークスの平均温度を８５０℃にて窯出し、連続
的にコークス乾式消火設備のプレチャンバ部に投入し、
空気を導入し、約９５０℃まで再加熱を行い、コークス
品質への影響を調べた。

【００５１】表２は、各種条件とコークス品質の関係を
示す。

【００５２】

【表２】

【００５３】ケース４は空気を吹き込まないときのコー
クスの品質である。ケース５は、コークスの窯出し平均
温度を測定し、三次元総合シミュレーションモデルを用
いて吹込み空気量を変化させたときのコークス品質であ
る。

【００５４】このように、三次元総合シミュレーション
モデルを用いてコークスの窯出し温度に合わせて空気吹
込み量を変化させることにより、中低温コークスを改質
可能であり、改質効果は大きくなり、かつ品質ばらつき
が小さくなることが確認された。

【００５５】[実施例３]コークス炉の乾留温度を一定に
して、コークスの平均温度を８５０℃にて窯出し、連続
的にコークス乾式消火設備のプレチャンバ部に投入し、
熱風を導入し、約９５０℃まで再加熱を行い、コークス
品質への影響を調べた。熱風温度は１２５０℃、加熱ガ
スのガス組成はＣＯ₂：４．５％，Ｈ₂Ｏ：１２．１％，
Ｎ₂：７３．６％，Ｏ₂：９．８％である。なお、実施例
では可燃ガス（Ｃガス、組成はＣＯ：６．７％，Ｃ
Ｏ₂：２．８％，Ｈ₂：５２．２％，Ｎ₂：３．１％，Ｃ
Ｈ₄：２７．１％，Ｃ₂Ｈ₄：３．９％，Ｈ₂Ｏ：４．２
％）と酸素含有ガス（空然比２の乾き空気）とをＣＤＱ
内に導入して燃焼させ、その結果生じた燃焼廃ガス（文
中の熱風あるいは加熱ガスに相当する）によってコーク
スを加熱している。

【００５６】表３は、各種条件とコークス品質の関係を
示す。

【００５７】

【表３】

【００５８】ケース６は熱風を吹き込まないときのコー
クス品質である。ケース７は、コークスの窯出し平均温
度を測定し、三次元総合シミュレーションモデルを用い
て吹込み熱風量を変化させたときのコークス品質であ
る。

【００５９】このように、三次元総合シミュレーション
モデルを用いてコークスの窯出し温度に合わせて空気吹
込み量を変化させることにより、中低温コークスを改質
可能であり、改質効果が大きくなり、かつ品質ばらつき
が小さくなることが確認された。

【００６０】[実施例４]コークス炉の稼働率一定条件に
てコークスを製造し、連続的にコークス乾式消火設備の
プレチャンバ部に導入し、空気を導入し再加熱を行い、
コークス品質への影響を調べた。ＣＤＱプレチャンバ部
内のコークス充填層の安息角は３０°、コークス投入平
均温度は９４０℃、空気吹込み量は９０Ｎｍ³／ｔであ
る。この実施例４又は実施例５において、空気又は熱風
吹込みノズルは、図４に示すように周方向に均等間隔を
開けて放射状に２本乃至４本設けられている。

【００６１】表４は、各種条件とコークス品質の関係を
示す。

【００６２】

【表４】

【００６３】ケース１は、２箇所のノズルから均一に空
気を吹き込んだときのコークスの品質である。ケース２
は、３箇所のノズルから均一に空気を吹き込んだときの
コークスの品質である。ケース３は、４箇所のノズルか
ら均一に空気を吹き込んだときのコークスの品質であ
る。ケース４は、コークスの窯出し温度を測定し、三次
元総合シミュレーションモデルを用いてプレチャンバ部
内のコークス装入分布（安息角、粒度分布）に合わせて
４箇所のノズルからの空気吹込み量を変更させたときの
コークス品質である。

【００６４】このように、三次元総合シミュレーション
モデルを用いてプレチャンバ部内のコークス装入分布
（安息角、粒度分布）に合わせて複数の空気吹込みノズ
ルからの空気吹込み量を変更することにより、コークス
品質の改質効果が大きくなり、かつ品質ばらつきが小さ
くなることが確認された。

【００６５】[実施例５]コークス炉の乾留温度を一定に
して、コークスの平均温度を８５０℃にて窯出し、連続
的にコークス乾式消火設備のプレチャンバ部に投入し、
熱風を導入し、９５０℃まで再加熱を行い、コークス品
質への影響を調べた。ＣＤＱプレチャンバ部内のコーク
ス充填層の安息角は３０°、コークス投入平均温度は９
５０℃、空気吹込み量は１００Ｎｍ³／ｔである。な
お、熱風温度は１２６０℃、ガス組成はＣＯ₂：４．５
％，Ｈ₂Ｏ：１２．１％，Ｎ₂：７３．６％，Ｏ₂：９．
８％である。

【００６６】表５は、各種条件とコークス品質の関係を
示す。

【００６７】

【表５】

【００６８】ケース１は、３個所のノズルから均一に熱
風を吹き込んだときのコークス品質である。ケース２
は、４個所のノズルから均一に熱風を吹き込んだときの
コークス品質である。ケース３は、コークスの窯出し温
度を測定し、三次元総合シミュレーションモデルを用い
てプレチャンバ部内のコークス装入分布（安息角、粒度
分布）に合わせて４箇所のノズルからの熱風吹込み量を
変更させたときのコークス品質である。

【００６９】このように、三次元総合シミュレーション
モデルを用いてプレチャンバ部内のコークス装入分布
（安息角、粒度分布）に合わせて複数の熱風吹込みノズ
ルからの熱風吹込み量を変更することにより、コークス
品質の改質効果が大きくなり、かつ品質ばらつきが小さ
くなることが確認された。

【００７０】[実施例６]コークス炉の稼働率一定条件に
てコークスを製造し、連続的にコークス乾式消火設備の
プレチャンバ部に投入し、空気を導入し、再加熱を行い
コークス品質への影響を調べた。ＣＤＱプレチャンバ部
内のコークス充填層の安息角は３０°、コークス投入平
均温度は９４０℃、空気吹込み量は９０Ｎｍ³／ｔであ
る。この実施例６又は実施例７において、空気又は熱風
吹込みノズルは、図５に示すように、周方向に均等間隔
を開けて放射状に４本設けられる。また、この空気又は
熱風吹込みノズルの吹込み角度は、水平方向を向く０°
から水平方向を基準として下方に傾く６０°等まで変更
可能となっている。

【００７１】表６は、各種条件とコークス品質の関係を
示す。

【００７２】

【表６】

【００７３】ケース１は、複数のノズルから均一に一定
量の空気を吹き込んだときのコークス品質である。ケー
ス２は、コークス窯出し温度を測定し、三次元総合シミ
ュレーションモデルを用いて吹込み空気量を決定し、プ
レチャンバ部内のコークス装入分布（安息角、粒度分
布）に合わせて複数の空気吹込みノズルからの吹込み角
度一定にて、空気吹込み量を変更したときのコークス品
質である。ケース３は、コークスの窯出し温度を測定
し、三次元総合シミュレーションモデルを用いて吹込み
空気量を決定し、プレチャンバ部内のコークス装入分布
（安息角、粒度分布）に合わせて複数の空気吹込みノズ
ルからの空気吹込み角度、流量を変更したときのコーク
スの品質である。

【００７４】このように、三次元総合シミュレーション
モデルを用いてコークスの窯出し温度に合わせて複数の
空気吹込みノズルからの吹込み角度、流量を変更するこ
とにより、コークス品質の改質効果は大きくなり、かつ
品質ばらつきが小さくなることが確認された。

【００７５】[実施例７]コークス炉の乾留温度を一定に
して、コークスの平均温度を８５０℃にて窯出し、連続
的にコークス乾式消火設備のプレチャンバ部に投入し、
熱風を導入し、約９５０℃まで再加熱を行いコークス品
質への影響を調べた。ＣＤＱプレチャンバ部内のコーク
ス充填層の安息角は３０°、コークス投入平均温度は９
５０℃、熱風吹込み量は１００Ｎｍ³／ｔである。な
お、熱風温度は１２６０℃、ガス組成はＣＯ₂：４．５
％，Ｈ₂Ｏ：１２．１％，Ｎ₂：７３．６％，Ｏ₂：９．
８％である。

【００７６】表７は、各種条件とコークス品質の関係を
示す。

【００７７】

【表７】

【００７８】ケース１は、複数のノズルから均一に一定
量の熱風を吹き込んだときのコークス品質である。ケー
ス２は、コークス窯出し温度を測定し、三次元総合シミ
ュレーションモデルを用いて吹込み熱風量を決定し、プ
レチャンバ部内のコークス装入分布（安息角、粒度分
布）に合わせて複数の熱風吹込みノズルからの吹込み角
度一定にて、流量を変更したときのコークス品質であ
る。ケース３は、コークスの窯出し温度を測定し、三次
元総合シミュレーションモデルを用いて吹込み熱風量を
決定し、プレチャンバ部内のコークス装入分布（安息
角、粒度分布）に合わせて複数の熱風吹込みノズルから
の吹込み角度及び流量を変更したときのコークスの品質
である。

【００７９】このように、三次元総合シミュレーション
モデルを用いてコークスの窯出し温度に合わせて熱風吹
込み量を変化させるとともに、プレチャンバ部内のコー
クス装入分布（安息角、粒度分布）に合わせて複数の熱
風吹込みノズルからの吹込み角度及び流量を変更するこ
とにより、コークス品質の改質効果が大きくなり、かつ
品質ばらつきが小さくなることが確認された。

【００８０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
三次元総合シミュレーションモデルを用いて、コークス
窯出し温度に合わせた最適な空気吹込み量又は最適な熱
風温度、加熱ガスの組成及び熱風吹込み量を決定するの
で、コークス炉内で最高到達温度の違いによるコークス
品質のばらつきの改善が図れる。また、乾留温度を低下
させ、乾留時間を短縮したために低下したコークスの品
質を、コークス乾式消火設備で効率的に赤熱コークスの
再加熱を行うことによって改善し、従来の高温乾留コー
クスの品質並に回復させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】三次元総合シミュレーションモデルのフローを
示す図。

【図２】本発明のコークス改質方法が適用されるコーク
ス乾式消火設備（ＣＤＱ）の概要を示す断面図。

【図３】上記ＣＤＱの空気又は熱風吹込みノズルのノズ
ル配置を示す水平面内断面図。

【図４】上記ＣＤＱの空気又は熱風吹込みノズルのノズ
ル配置を示す水平面内断面図（図中（Ａ）はノズル２本
配置を示し、図中（Ｂ）はノズル３本配置を示し、図中
（Ｃ）はノズル３本配置を示す）。

【図５】上記ＣＤＱの空気又は熱風吹込みノズルのノズ
ル配置を示す図（図中（Ａ）は水平面内断面図を示し、
図中（Ｂ）は垂直面内断面図を示す）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者深田喜代志東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者山口以昌東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者長島康雄東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者松本和俊東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内Ｆターム(参考） 4H012 DA02 DA11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＣＤＱのプレチャンバ部に空気を導入
し、赤熱コークスからの発生ガス及びコークスを燃焼さ
せ、コークスを加熱するコークスの改質方法において、物質流れシミュレーションモデル及びコークス改質シミ
ュレーションモデルから構成される三次元総合シミュレ
ーションモデルを用いて、プレチャンバ下端断面内各部
におけるコークス強度分布を出力し、この出力結果をもとにコークス窯出し温度に合わせた最
適な空気吹込み量を決定することを特徴とするコークス
の改質方法。
【請求項２】前記プレチャンバ部内のコークス装入分
布（安息角、粒度分布）に合わせて、複数の空気吹込み
ノズルからの空気吹込み量を変更することを特徴とする
請求項１に記載のコークスの改質方法。
【請求項３】前記プレチャンバ部内のコークス装入分
布（安息角、粒度分布）に合わせて、複数の空気吹込み
ノズルからの空気吹込み角度を変更することを特徴とす
る請求項２に記載のコークスの改質方法。
【請求項４】コークスの加熱ガスとして可燃ガスと酸
素含有ガスを、ＣＤＱのプレチャンバ部に導入し、前記
可燃ガスを燃焼させることにより熱風を生成し、その燃
焼熱を用いてコークスを加熱するコークスの改質方法に
おいて、物質流れシミュレーションモデル及びコークス改質シミ
ュレーションモデルから構成される三次元総合シミュレ
ーションモデルを用いて、プレチャンバ下端断面内各部
におけるコークス強度分布を出力し、この出力結果をもとにコークス窯出し温度に合わせた最
適な熱風温度、加熱ガスの組成及び熱風吹込み量を決定
することを特徴とするコークスの改質方法。
【請求項５】前記プレチャンバ部内のコークス装入分
布（安息角、粒度分布）に合わせて、複数の熱風吹込み
ノズルからの熱風吹込み量を変更することを特徴とする
請求項４に記載のコークスの改質方法。
【請求項６】前記プレチャンバ部内のコークス装入分
布（安息角、粒度分布）に合わせて、複数の熱風吹込み
ノズルからの熱風吹込み角度を変更することを特徴とす
る請求項５に記載のコークスの改質方法。