JPH038400B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、コークス炉々壁への過度のカーボ
ン付着を防止しながら石炭の乾留を行う方法に係
わり、さらに詳しくは、コークス炉で石炭を乾留
するに際し炉壁に付着して成長する所謂デイポジ
ツトカーボンを、石炭の配合を適正に行うことに
よつて抑止し、もつてコークス炉の操業を正常に
行いうるようにした方法に係わるものである。 一般にコークスは、煉瓦を精級に積み上げて構
築されたコークス炉の炭化室に原料石炭を装入
し、該原料石炭を煉瓦製の炉壁を介して加熱する
ことにより得られる。 上述のような石炭の乾留にあつては、上記炭化
室内に常温で装入された原料石炭は、炉壁からの
熱を得て急激に加熱され、石炭中の主に複雑な芳
香族化合物からなる有機物は熱分解して所謂コー
クス炉ガスやコールタールとなつて回収される
が、通常炭化室内炉壁は乾留過程においては800
℃前後の高温状態に加熱されていることから、炭
化室内で発生した炭化水素化合物からなる分解生
成物は、室内を移動中に上記高温の炉壁に接触し
て更に熱分解を起こし、微細な炭素が遊離する。
このような融離炭素のほとんどは、コークス炉ガ
スと同伴して系外に導出されるが、一部は所謂カ
ーボンポジツトカーボンとして炉壁に付着し成長
する。 ところで、炉壁に付着したカーボンがあまり多
くない場合には、コークス炉の操業にさしたる支
障は生じないが、それが成長しある程度以上多く
なると、炉壁で挟まれた炭化室の巾、所謂炉巾が
実質的に小さくなつて炭化室の内容積が少なくな
ることから、炭化室への原料石炭装入量が減少
し、生産性が低下することの他、乾留終了後のコ
ークスを炭化室から室外に押し出して排出するに
際し、付着カーボンが抵抗となつて過大な動力を
要したり、最悪の場合にはコークスを室外に押し
出し得ない所謂押し詰まりが発生する。 このような不都合を解消するために、従来よ
り、炉壁へのカーボン付着がある程度成長したと
ころで、炭化室には石炭を装入しない状態で、し
かも室内に空気の流通があるようにして加熱する
所謂カーボン焼き落しと言う操作が行われてい
た。このカーボン焼き落し操作は、カーボンの付
着状況によつても異なるが、従来一つの炭化室当
り１回／２ケ月ぐらいであつた。しかし近年原料
事情の悪化に伴い、従来コークス製造用としては
あまり適さないとされていた劣質炭に、粘結剤と
してピツチやアスフアルト更には劣質炭を改質し
た人造粘結炭等を添加混合して原料となし、これ
をコークス炉に装入して乾留したり、また、上記
粘結剤の添加混合された原料を加圧成型して成型
炭とし、この成型炭を配合粉炭に混入して後乾留
する等のコークス製造の新技術が採用されるに至
つたが、このような粘結剤には石炭よりも多くの
芳香族性有機化合物が含まれていることから、こ
れらが混入された原料石炭を乾留すれば、従来よ
りも炉壁へのカーボン付着は多くなり、結果とし
て上記カーボン焼き落し操作の頻度を多くしなけ
ればコークス炉の操業が正常に行い得ないと言う
問題が新たに提起されてきた。 ところで、上述のような炉壁へのカーボン付着
については、従来より原料石炭中の揮発分との関
係が研究されており、上記揮発分が多くなるとそ
れに従つて炉壁へのカーボン付着も増加するとさ
れているが、石炭の揮発分として表示される値
は、それの乾留により得られる水素、メタン、エ
タン、プロパン、それら以外の炭化水素、一酸化
炭素、二酸化炭素、タール、軽油、水等の合計量
であつて、それらのうちどの成分が炉壁へのカー
ボン付着に寄与しているかについては充分に解明
されておらず、従つて、同一揮発分値であつても
カーボン付着状況が異なることから、該揮発分値
を指標にしてなるだけ付着量を抑えるような石炭
配合を行つても、予想どおりの結果はえられず、
結果としてこのような揮発分値のみでは、現場操
業に耐え得るコントロールが行い得ないという不
都合があつた。 そこで、本発明らは鋭意研究を行い、揮発分中
のカーボン生成要因を明確にし、どのような要因
を指標にすれば炉壁へのカーボン付着が的確に予
見できるかを解明した結果、本発明に到達したも
のであつて、その要旨は、石炭の乾留をコークス
炉々壁へのカーボン付着を抑止しながら行う方法
であつて、事前に各単味石炭の揮発分値及び該揮
発分中の全炭素量から乾留時に一酸化炭素及び二
酸化炭素となる分の炭素含量を差し引いた揮発分
中有効炭素量を求めておき、これら各単味石炭の
揮発分値及び有効炭素量に基いて配合石炭の揮発
分値と有効炭素量との積が所定の値以下となるよ
うに原料石炭の配合割合を決定し、この配合割合
にて配合石炭を調製してコークス炉内に装入し、
乾留を行うことを特徴とする石炭の乾留方法に存
する。 以下本発明を更に詳細に説明する。 本発明者らは、石炭を乾留したときに生成する
遊離カーボンがどのような要因に左右されて炉壁
に付着するかを調べるために、まず以下のような
試験を行つた。 第１図はそのときに用いた試験装置の概略流れ
図であるが、１は試験炉であり、内径略150mm、
高さ略1500mmの金属製内筒２、該内筒２の上部半
分を常に一定の温度を保持するように加熱するた
めの電気的発熱体が内装された内筒上部加熱用外
筒３及び上記内筒２の下部半分を経時的に昇温加
熱するための電気的発熱体が内装された内筒下部
加熱用外筒４から構成されている。また、上記内
筒２の内部は金属製簀子５によつて上下２室に仕
切られており、下室には試験用の石炭試料６が
300ｇ装填され、又内筒２の上室には直径15mmの
アルミナボール７が複数個合計重量が略3.3Kgと
なるように装填される。なお、石炭試料６の乾留
時に発生するガスは、後述する吸引ブロワー１４
の吸引力によつて内筒２の上部より導出され、ま
ず冷却器８で冷却させて後順次タール安水トラツ
プ９でタール及び水が、濾紙の装着された濾過器
１０でガス中のミスト類が、硫酸の満たされたア
ンモニアトラツプ１１でアンモニアが、最後に零
度以下の循環冷媒が満たされた軽油トラツプ１２
で軽油分がそれぞれ回収され、バルブ１３、吸引
ブロワー１４を介してガスホルダー１５に貯臓さ
れる。 このような試験炉１に種々の銘柄の石炭試料及
びアルミナボール７を上述のように装填し、アル
ミナボール７は上部加熱用外筒３によつて750℃
を保持するように加熱すると共に石炭試料６は下
部加熱用外筒によつて加熱速度５℃／分で900℃
まで加熱して後、この温度を45分間保持するよう
にして、その後アルミナボールを取り出しその時
アルミナボール７に付着したカーボンの量を秤量
してその試料石炭からのカーボン付量を調べた。 上記のように恒温のアルミナボール７を石炭試
料６の上方に置いたのは、乾留中に発生する揮発
分が炉壁と接触してその中の炭素分がデイポジツ
トするのを再現するためであり、アルミナボール
７に付したカーボン量を量ることによつてその時
の石炭試料のデイポジツトの度合を知ことができ
る。なお、念のためアルミナボール７上に付着し
たカーボンを偏光顕微鏡で観察したところ、炉壁
に付着したカーボンと同質であることが確認され
た。 試験に供した試料石炭（一部アスフアルト及び
ピツチを含む）の性状及び試験結果は表−１のと
おりである。

【表】 なお、上表において％は試料石炭に対する重量
割合である。また、揮発分中有効炭素量は、試料
石炭の揮発分に含まれる酸素のうち、乾留過程に
おいて一酸化炭素及び二酸化炭素となつて発生ガ
スと共に導出されてしまう量を上記揮発分値から
差し引いた値であり、この値に注目したのは乾留
過程でガス状で導出される揮発分のうち、一酸化
炭素及び二酸化炭素となつたもはカーボン付着に
全く寄与しないからである。而して、該揮発分中
有効炭素の値は、試料石炭中の炭素含量からコー
クス歩留値を差し引き（差し引いた結果得られる
値が揮発分である）、それに灰分値を加えてまず
揮発分中の炭素含量を算出し（灰分値を加える
は、得られたコークス中にも石炭中と絶対値が同
量の灰分が含まれており、ただ単にコークス歩留
値を差し引くだけではその量まで試料石炭中の炭
素含量から引き去つてしまうことになるのでそれ
を補正する意味で灰分値を加えるのである）、そ
の値から揮発分中の酸素が一酸化炭素及び二酸化
炭素となる量を差し引くことによつて得ることが
できる。なお、揮発分中の酸素が一酸化炭素及び
二酸化炭素となる量の導出については頻雑にわた
るので説明を省略するが、当業者にとつては周知
の方法で導けばよい。 このようにして得られた揮発分中有効炭素量
は、主にメタン、エタンやその他の炭化水素とな
つて石炭の乾留過剰に気体状で導出されるのであ
るから、これらが炉壁でのカーボン付着に大いに
寄与していると考えるのは極めてリーズナブルで
ある。 それを立証するのが第２図である。第２図は縦
軸に揮発分値に対するカーボン付着量の割合即ち
カーボン付着率（カーボン付着量／揮発分値）を
取り、横軸に揮発分中有効炭素の値を取つたグラ
フであり、このグラフに表−１のデータ及び該デ
ータから算出したカーボン付着率をプロツトした
ものであるが、このグラフからも揮発分中有効炭
素量が、カーボン付着に影響していることが判
る。 ここで、カーボン付着量をCD（％）、揮発分値
をVM（％）、カーボン付着率をＲと置くと、 Ｒ＝CD／VM …… となる。 また、揮発分中有効炭素量をCU（％）と置く
と、第２図からも判るとおり、ＲとCUとの間に
は以下の関係がある。 Ｒ＝α・CU＋β ……… 而してこの式は、第２図にプロツトしたデータ
を統計的な手法で解析することにより求めること
ができる。第２図においては、αは0.175、βは
−0.024で、相関係数ｒは0.891である。 式及び式より、 CD＝VM・（α・CU＋β） …… が得られ、石炭の揮発分値及び揮発分中有効炭素
量が予め判れば、式を基にカーボン付着量が予
見できるのである。 ところで、上記式の右辺に注目すると、そこ
にはカーボン付着量を予測する要因があるVMと
CU積が認められる。そこで、新たに（VM・
CU）をカーボン付着量（従属変数）の要因（独
立変数）と考え、グラフに表したのが第３図であ
つて、縦軸はカーボン付量CDそのものであり、
横軸は揮発分値と揮発分中有効炭素量の積、即ち
（VM・CU）である。CDと（VM・CU）との関
係を式で示せば、 CD＝γ・（VM・CU）＋δ …… となり、γ、δがそれぞれ回帰係数、回帰定数で
あつて、それらがデータの統計的処理によつて得
られるのは式の場合と同様である。第３図にお
いては、γは0.015、δは−0.413で、相関係数ｒ
は0.982である。 そこで、第２図と第３図の散布図とを比較する
に、明らかに第３図で示したグラフにおける方が
回帰からのバラツキが少なくしてカーボン付量を
精度よく予測でき得ることが判る。 即ちこのことが、本発明において、石炭の揮発
分値と該揮発分中の全炭素量から乾留時に一酸化
炭素及び二酸化炭素となる分の炭素量を差し引い
た揮発分中有効炭素量との積、即ち（VM・CU）
を炉壁へのカーボン付着防止のための配合指標と
して採用した所以である。また、改善ピツチ（表
−１の銘柄表示Ｙ）やプロパン脱瀝アスフアルト
（表−１の銘柄表示Ｚ）等の所謂粘結剤をも単味
石炭とみなし（第２図、第３図でそれぞれＹ、Ｚ
で表示）、上述の試験を行つたが、いずれも回帰
線上に乗つていることから、これらも石炭の一銘
柄として取り扱い得ることが判る。 以上の試験及びそれの解析は、上記表−１に記
載された銘柄Ａ〜Ｚの各単味石炭を対象にして行
われたものであるが、それら単味石炭を配合して
得られる配合石炭の場合についても言えるか、即
ち上記試験結果に加成性が成立するかを知るため
に、配合石炭を試料として前記試験炉１がカーボ
ン付着量を実測する一方、配合割合を基に単味石
炭の（VM・CU）の値を加重平均して上記配合
石炭の（VM・CU）の値を出して後それを式
に代入してカーボン付着量を算出し、実測値と計
算値とを比較したが、両者はよく一致しているこ
とが認められたことから、配合石炭にも式が用
いられることが判つた。 次ぎに発明者らは、上記試験研究結果が実際の
コークス炉操業に適用できるかを知るために、実
炉を用いた以下の試験を行つた。 試験に用いた実炉は炉巾450mm、炉高6.5ｍの大
型コークス炉120門である。まず、このコークス
炉に装入される配合石炭の配合割合を週単位で算
出してその週の配合割合とした。次ぎに、この配
合割合を重みとして各単味石炭の（VM・CU）
値の加重平均値を算出し、その週の配合石炭の
（VM・CU）値を求めた。 一方、上記配合割合で実際に配合石炭を調製
し、その週のコークス炉操業を実施すると共に、
乾留が終了してコークスを炉室から室外に排出す
る時の押出不良率Ｅを算出した。この押出不良率
Ｅは、その週におけるコークスの室外への排出に
当たつて押出に要した動力（電力）が所定の値以
上となつたものの、全排出本数に対する割合であ
つて、この数値が大きい程炉壁へのカーボン付着
が多く、コークス炉操業上不都合であることを示
す。 このような試験操業を６ケ月（26週）継続し、
この間の配合石炭の（VM・CU）値と押出不良
率Ｅを経時的にグラフ化したのが第４図である
が、このグラフを見る限り（VM・CU）値と押
出不良率Ｅとの間には特に対応した関係は見られ
ない。これは、恐らく炉壁へのカーボン付着に関
しては、石炭の配合が影響するのは、その石炭が
コークス炉に装入されてからである程度の時間遅
れを伴うからだと考えられる。 そこで、別途統計的な時系列解析を行つた結
果、押出不良率Ｅを（VM・CU）値に対して４
週間遅らせて対応させれば、相関関係が最大にな
ることが判つた。第５図は、押出不良率Ｅを
（VM・CU）値に対して４週間遅らせて対応させ
たグラフであり、第６図はそれの散布図であつ
て、第６図において相関係数ｒは0.897となつて
いる。 これらのグラフから判るとおり、配合石炭の
（VM・CU）値と押出不良率Ｅとの間には明らか
に相関関係が存在する。従つて、このことから、
配合石炭の（VM・CU）値を配合割合によつて
コントロールすることにより、押出不良率即ち炉
壁へのカーボン付着量を制御できることが判る。 本発明は、以上の試験研究結果を基になされた
ものであつて、以下その実施方法につき説明す
る。 本発明を実施するに当たつては、まず配合石炭
の（VM・CU）値の上限値を決定しなければな
らない。この値は、上述の実炉試験の場合にあつ
ては押出不良率が７％以下であれば週間のコーク
ス排出本数約1000本のうち押出不良の本数は平均
的に70本以下となる。この程度の不良本数ではコ
ークス炉操業上さしたる障害にはならないとの判
断が行えることから、この不良率見合いの配合石
炭の（VM・CU）値を第６図より続み取つて
（VM・CU）値141.5と決定するのであるが、こ
の値は、個々のコークス炉の各種設備条件、操業
条件（例えば非常に老朽化したコークス炉である
とか、炉温が極めて高い状態で操業されていると
かの各種条件）によつても異なつてくるものであ
り、一律に決めることができるものではないの
で、そのコークス炉団のローカルコンデイシヨン
に応じて都度決定する必要がある。 次ぎに、上記のようにして決定された上限の
（VM・CU）値以下になるように単味石炭を配合
して配合石炭を調製するのであるが、そのために
は予め各単味石炭の（VM・CU）値を各々所定
の分析を行つて既知としておかなければならな
い。配合石炭の（VM・CU）値は配合割合を重
みとして上記既知の単味石炭の（VM・CU）値
を加重平均することにより得られるが、その値が
上限の（VM・CU）値以下となるように配合す
るには、配合割合を種々変えて試算してみる所謂
トライアンドエラーが必要である。 このようにして得られた配合石炭をコークス炉
に装入して乾留すれば、炉壁への過度のカーボン
付着が未然に防止でき、ひいては押し詰まり等の
コークス排出時の致命的なトラブル発生も回避で
きる。 本発明は以上にように、従来定量的には把握で
き得なかつたコークス炉々壁へのカーボン付着
を、配合石炭の揮発分と、該揮発分中の全炭素含
量から乾留時に一酸化炭素及び二酸化炭素となる
分の炭素含量を差し引いた有効炭素含量との積を
指標にすることにより定量化し得たものであり、
これにより予め炉壁へのカーボン付着により起こ
る操業上のトラブルを回避できるようになつたも
のであつて、工業上の価値は極めておおきい。

【図面の簡単な説明】

第１図は石炭乾留時のカーボン発生を試験する
試験装置の概略流れ図である。第２図は縦軸に揮
発分値に対するカーボン付着量の割合即ちカーボ
ン付着率（カーボン付着量／揮発分値）Ｒを取
り、横軸に揮発分中有効炭素量CUを取つた散布
図である。第３図は縦軸にカーボン付着量CDを、
横軸に揮発分値と揮発分中有効炭素量との積
（VM・CU）を取つた散布図である。第４図は上
述（VM・CU）値と押出不良率Ｅを経時的に表
したグラフであり、第５図は第４図の（VM・
CU）値に対し押出不良率Ｅを４週間遅らせて対
応させたグラフである。第６図は第５図の
（VM・CU）値を横軸に、押し出し不良率Ｅを縦
軸に取つて描いた散布図である。 １……試験炉、２……内筒、３……上部加熱用
外筒、４……下部加熱用外筒、５……簀子、６…
…石炭試料、７……アルミナボール、８……冷却
器、９……タール安水トラツプ、１０……濾過
器、１１……アンモニアトラツプ、１２……軽油
トラツプ、１３……バルブ、１４……吸引ブロワ
ー、１５……ガスホルダー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 石炭の乾留をコークス炉々壁へのカーボン付
   着を抑止しながら行う方法であつて、事前に各単
   味石炭の揮発分値及び該揮発分中の全炭素量から
   乾留時に一酸化炭素及び二酸化炭素となる分の炭
   素含量を差し引いた揮発分中有効炭素量を求めて
   おき、これら各単味石炭の揮発分値及び有効炭素
   量に基いて配合石炭の揮発分値と有効炭素量との
   積が所定の値以下となるように原料石炭の配合割
   合を決定し、この配合割合にて配合石炭を調製し
   てコークス炉内に装入し、乾留を行うことを特徴
   とする石炭の乾留方法。