JPS60101185A - コ−クス炉の燃料制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 従来よりコークス炉の燃料制御は、操業条件等に基づき
設定された炉温を維持すべく燃料の供給量を制御しなか
ら龜・理されてきており、基本的には、炉温を制御する
こととなっている。

従って、プログラム加熱時の加熱管理に於いても当然の
事ながら操業第件、装入炭性状等に基づいて炉温の基準
パターンが設定さＪ弓　このパターンに従って燃料の供
給量をコントロールすれば、良いわけでおるが、この場
合、通常加熱に比較して、炉温の変化幅も大きいために
、よシ精度の高い制御法が望まれる。また炉温制御の場
合は１通常、炉長方向の中心位置のフリュ一温度で代表
させているために、炉内全域の乾留進行状態を直接的に
示すものとはなってｂないといつだ欠点も有してｂる。

そこで、我々はこの点（でついて種々検討を重ねた結果
１石炭乾留時に炭化室より発生するコークス炉ガス中の
エチレン曖度の経時変化パターンと乾留進行状況とのＩ
ｄＪに密接な関係があることを見出し、た。

即ち、一般的に石炭の乾留過程に於いて、まず石炭は、
比較的初期に石炭中の含酸素官能基が分解され、水分、
炭酸ガスなどを放出する。

この混ｒ４＜け、２θＯＣ程度でおるが、さらに温度が
高くなると、初めて石炭本質の熱分解が起こり多量のメ
タン及び炭化水素ガス、タール等が放出される。この温
度１ｄ、　３ｓθ〜！θθ℃の温度ゾーンである。この
ゾーンで１石炭の筒次措造は熱分解を受け低分子化し、
モビリティ−を増し分子の再配列が行なわれる。ＳＯＯ
℃付近で再固化し、１０θ〜７θＯ℃になると熱分Ｗ〔
はさらに進み、主としてメタン、水素及び−酸化炭素を
放出して次第に芳香り構造が大きくなる一方、タールは
、はとんど増加しなくなる。

２θＯ℃以上になると１発生ガス組成は、水パに富むよ
うになシ、コークスの結晶化がさらに拡大さｈる。

以上のような乾留過程を経て、コークスとなるわけだが
、これが、コークス炉に於いては、両側の炭化壁を過じ
て加熱が行なわれ１石炭は熱伝導率がきわめて低いので
、熱は炭化室の両側壁から中心に向かって徐々に伝熱し
上記のような熱分解が逐次起こる。従って、装入炭の水
分が少なくかつ燃焼室のフリュ一温度が高い１１ど乾留
の進行はよ如早くなる。第１図に乾留過程の模式図を示
す。この図は、左側から加熱壁レンガ、コークスの収縮
によって生じたレンガとコークスとの間隙、コークス場
、セミコークス層、プラスティックゾーン及び未乾留状
態の石炭層をそれぞれ示しており、石炭は、３ｊ′θ℃
付近より軟化溶融状態を呈した後１石炭粒子は、相互に
融着し合う一方１分解ガスを発生ずる。このような熱分
解の状態が、炭化室の両側から中心に向かって進行する
除に、主に３ｊθ〜！θＯ℃の温度ゾーン（プラスチッ
ク・ゾーンと略す。）で発生した炭化水素類及びタール
蒸気を主成分とするガスは、その♂Ｏ−タθチが炉壁側
の赤熱コークスの気孔及び収縮によって生じた亀裂等を
通って、この赤熱コークスのゾーンで一次分解を受けコ
ークス中にデポジットカーボンを残して、よシ軽質なガ
スとなって炉外に放出される。

ここで炭化水素類の／成分としてエチレンに注目し、エ
チレンのコークス層での熱分解を考えた場合、エチレン
濃度の経時変化は、コークス化速度（プラスチック・ゾ
ーンの進行速度又はコークス層による熱分子？ｆゾーン
の拡大速度として捉えられる）を反映しているもρと推
察されたので、釉々検討を重ねた結果、次のことが確認
された。即ち第２図は試験炉（４ｔｏｏ”　ｘｇθθ　
Ｘ６０θ　朋）で炉壁温度＝／／６０℃、装入炭址：約
７２０に９．装入炭水分：タチ、装入炭嵩密度０．７　
／　ｋｇ／　ｔ　（ドンイベース）の条件下で乾Ｗ試験
を実施した際の発生ガス中のエチレン濃度の経時変化と
１００℃以上のセミコークス層を含むコークス層の炉ｌ
】方向厚みの経時変化とを示したもので、１００℃以上
のコークス層の進行に伴なってエチレン濃度は、徐々に
低下している様子がわかる。更に、この結果を用いて。

！θθ℃以上のコークス層厚み（Ｄ〉、。。℃（ｔ））
とエチレン濃度（００，Ｈ４（ｔ））との関係を第３図
に示した。その結果１両者にはＤ＞□ａ℃（ｔ）＝コグ
θ、コ１００、Ｈ４（ｔ、）−ｊＪ−，２，２なる関係
があり、相胸係舷もθ、り／３と非常に高す事が示され
た。即ち、エチレン濃度の経時変化が炭化案内での３次
元的な乾留の進行状態を直接的に表わしている事が明確
にされた。

次に１以上の試験炉の結果に基づき１本炉の炉温とエチ
レン濃度の経時変化を副定したところ、第ダ図及び第１
図に示したようにそれぞれ火落時間の異なる何れの場合
に於いても炉温経時変化とエチレン濃度経時変化とが、
よく対応してしることが確認された。即ち、炉温のレベ
ルが晶くなる程、エチレン濃度の低下率は、大きくなる
傾向にあシ、従って火落時間は、短がくなる。逆に炉温
のレベルが低くなる程、エチレン濃度の低下率は、鈍化
傾向を示し火落時間は長くなるとｂった現象が明らかに
された。

以上の検討結果に基づき具体的なコークス炉の燃料制御
方法について駅間すると次の通りと力る。

まず焼成ザイクル、初期炉温、炉体条件等の操業条件、
装入炭性状とし、て水分、揮発分１粒度及び装入灰量に
基づいてエチレン濃度変化の基準パターンを設定し、そ
の後は炭化室から発生する現実のガス中のエチレン濃度
を分析して。

この実際の測定値が基準パターンに、のるように燃料ガ
ス供Ｉ＠Ｍ等を調整して、加熱管理を入行するものであ
る。このエチレン向度の測定はカスクロマトグラフィー
、質知分析等各神の常法を採用することができる。

尚、ここでエチレン濃度の基準パターンの作成に関して
は、数多くの実績データカ）ら、統計的に８’を析した
結果に基ついて決定される。統計的な解栢は、実績デー
タを分類し２．いくつかの群刀１らなる標準的条件に近
似させることによって行なうことができる。あるいけま
た電ｎ機を用いてシミュレーションによシ決定すること
もできる。その場合には、装入炭の熱物性値（比熱、熱
伝専率）及び密度変化、装入炭温度、水分、揮発分１粒
度、更に乾留条件とし、て時間の開数として変換した炉
温パターン、また炉体条件として炉寸法（り月ｌＪｔ炉
高、炉長）及び伝熱壁レンガの厚みと熱物性値、他方石
炭の乾留反応速度論的パンメータとして各反応式に対応
する速度定数、頻度因子、活性化エネルギー等の要因が
必要でおる。

シミュレーションモデルについての具体的な肢明をする
と次のようになる。まず１反応のモデルはＫｒｅｖｅ１
８Ｈのモデルを基にして、これに。

炭化案内でのコークス層に於けるタールの熱分解反応を
加えたもので下記に示す。

１ Ｃｏａｌ−ＰＬａｓｔｉｃ　１ａｙｅｒ　（１７Ｐｌａ
ｓｔｉｃ　１ａｙｅｒｌ Ｓｅｍ１ｃｏｋｅ　十〇ａｐ−／　＋Ｔａｒ　（２）Ｓ
ｅｍｉｃｏｋｅ−！！−！−４０ｏｋｅ　＋１）ａｓ−
Ｊ（３） （Ｔａｒ）ｈｏｔ　と Ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ　Ｓｅｍ１ｃｏｋｅ＋Ｇａｓ　−／
　（４）Ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ、Ｓｅｍ１ｃｏｋｅ　−４
Ｌ→Ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ　Ｃｏｋｅ＋Ｇａ５−ｚ　（５
）（Ｔａｒ）ｃｏｌｄ、ｌ　（Ｔａｒ）ｈｏｔ（６） モデルは、炉幅方向７次元とする。モデル図を第７図に
示す。

石Ｍの基本的な熱分解反応は、（１）〜（３）で示され
、水分は、度忘１１！ｌより、抜けていくものとして、
にス融帝よル炉ハを側をホット・サイドとし７゜炭芯ｉ
１１！ｌをコールド・サイドと定義する。ホット・サイ
ドに逃したガス及びタール幻、コークスノーの空隙を抜
りて炉外へ出る。この際、タールは（４）、　（５）式
により一部熱分解を受けて、コークス層にデポジットス
ル。

コールド・サイドに達したタールｔま凝縮し。

その位置が溶融する温度レベルとなった時点で（６）式
によってＪｔＳ発しホット・サイドに移行するタールに
加算される。

基本方程式は熱伝渚方程式（７）と前記し、た反応を考
慮したマスバランス式（８）よりなる。

１＝１ Ｍｌ：分子量 ｑ、１：Ｊ反応の反応熱 Ｆｌ：１成分の移動速度 １＝／；水分 ２　：　Ｃｏａｌ ３　：　Ｐｌａｓｔｉｃ　１ａｙｅｒ ４を二Ｓｅｍ１ｃｏｋｅ ！二Ｏｏｋθ ｌｒ二ＤｏｐｏｓｉｔｅｄＳｅｍｉｃｏｋｅ７　：　Ｄ
ｏｐｏｏｉｔｅｄ　Ｃ１ｏｋｅ？　：　（Ｇａｓ−／）
ｈｏｔ　５ｉｄｅ９　二　（Ｇａｓ−／）ｃｏｌｄ　１
ｉｉｄｅ／θ：　Ｇａ５−コ ／／　：　（Ｔａｒ）　ｈｏｔ　５ｉｄｅ／２　：　（
Ｔａｒ）　ｃｏｌｄ　５ｉｄｅＦＴ−（Ｏ２０，Ｏ２０
，θ、θ＋Ｏ＋’ｌ　＋Ｏ＋ＦＩＨ’３＋の９”　−（
ＣＩＩＣ２１Ｃ＋１１Ｃ４１Ｃ５１・・・・・・ＩＣｌ
２）Ｋ１は反応速度定数で　Ｋｉ　＝　ＫｉｏＢｘｐと
表わされる。

境界条件は、フリュー側の壁の条件と 炭芯に於ける条件が与えられる。

ｘ＝０　：　Ｔｎ（Ｏ，ｔ）＝ｆ　（ｔ）与えられる。

ｘ＝Ｗ、：二＝Ｑ θＸ 初期条件は１次のように与えられる。

以上の条件下で（７１，（８）式を前進差分法にて各時
間ステップに対して解く。これらの手続きによって？１
らノＬるタール発生速度の経時変化曲線を基に、これを
変換してエチレン儂度変化の基準パターンを作成する。

次に本発明を実施例によシ史に具体的に薄明するが１本
発明は、その要旨をこえな１ｎｌｉ１４り以下の実施例
に、限定されるもので―ない。なお。

実施例に於ける物性値は、以下の方法によって測定した
値である。

（１）　装入炭性状 灰分（Ａｓｈ）　：　ＪよりＭｆｔ’／２揮発分（ＶＭ
）　：　ＪよりＭｆｒ／＋２ギーセラー流動度（Ｆｌ）
：　Ｊ工ＳＭＩＩＩ’＜１’θ／平均反射率（視）　：
　ＪＩＳ　Ｍ、５’Ｊ”＃全硫黄分（ｓｕｌ）　：　Ｊ
１ＥＭ／、！’／１トータルイナート量（ＴＩ）：　Ｊ
工ＳＭ♂？／６（２）熱間反応後強度（Ｏ８Ｒ） 試料粒度二４θ闘士／朋 試料重量二２００９／回 ガス組成二〇〇、（１００％） ガス流量：　ｊ　ＮＪ／分 反応温度：　／１０ＯＣ： 反応時間二／λθ分 濃　度；　１型ドラムでごθ０回転後（，２θｒｐｍＸ
ＪＯ分）の／θ朋篩上のｗｔ％ （３）　冷間ドラム強度（Ｄ工；：） ＪＩＳ　Ｋ、２／ｊ／ 実施例／ 幅ｙｏｏｍｍ、長さ／、２．どｍ、高さｇ、ｔ　ｍの炭
化室に第１表に示す性状の配合炭を装入し、燃料として
コークス炉ガスを用す、コークス炉の操業条件、装入炭
の装入諸元に基づいて設定された第６図に示すエチレン
濃度の基準パターンにしたがって乾留を行なった。第３
図は、横軸が乾留軽鎖さ軸間（ｈｒ　）、縦軸がエチレ
ン濃度及びガス供給−であり、実線がエチレン濃度の基
準曲線で破線がその実計」値を示す。即ち、実線で示し
だ基準曲線にしたがって追値制御した結果が破線で乃く
ず実測イ１１１でおる。

このような方法で乾留を行ない、火落後、約」時間後に
コークスの押出しを行なった。。得らｉＬだコークスの
平均粒径、冷間ドラム強度及び熱間反応稜強厩を測定し
、その結果を第２表に示す。

第２表から明らかなように、燃料削減率及びコークスの
品位としても十分なものが得られていることより１本発
明は加熱制御方法として。

非常に優れている。

第１表結果 第１表　装入炭性状

【図面の簡単な説明】

第７図はコークス炉炭化室に於ける乾留過程を示す模式
図、第一図はコークス炉発生ガス中のエチレン濃Ｋ及び
コークス層厚みの変化を示す図、第３図は第２図に於け
るエチレン濃度とコークス層厚みとの関係を示す図、第
９図及び第ｊ図はコークス炉発生ガスの組成と炉温（フ
リュー底部煉瓦温度）の変化を示す図、第６図１は実施
例に於けるエチレン濃度と燃料ガス供給量の変化を示す
図、第２図はシミュレーションに於ける炭化室内のモデ
ルは１である。 出　願　人　三髪化成工莱抹式会社 代　理　人　弁理士　長谷用　二 ほか／名 第７０ ルｎＰ充　プラスチック層　、炭芯 手続ン市正書（７’ｊ式） １　事１′１０表小 昭和り８年特訂願第２０８８７０号 ２　発明の名称 二１−クスカコの燃料制御［１方法 ３　補正をする省 事イクとの関係　Ｑ；ｊＭ出願人 住　所　東京都千代田区丸の内二丁目５番２号氏　名　
（！ｊ９（ｉ）三菱化成工業株式会社代表取締役　鈴　
木　精　二 ４代理人　Ｔ１００ 東京都千代１１区丸の内二丁目５番２号三菱化成工業株
式会社内 ５　補正命令のＬｌ（リ　昭和５９年２月２８日（発送
日）６　？ｒｌｉ正の対象　図　而 ７　補正の内容　別紙の通り １　事件の表示　昭和ｊ？年特　許　願第−〇と！２θ
号２　発　明　の名称　コークス炉の燃料制御方法３　
補正をする者　特許出願人 住　所　東京都千代田区丸の内二丁目５番−号氏名　（
！ｆ９６）三菱化成工業株式会社代表取締役　鈴　木　
精二 ４代理人〒１００ （ほか　１　名） （１）特許請求の範囲を別紙の通り補正する。 （２）明細書箱り頁第１行目の「過して」を「通じて」
と補正する。 （３）明細鮮第ご貞第グ行目のｒ　Ｄ＞ｔｒｓ＋。（ｔ
Ｊ　Ｊを「Ｄ＞よ。。・。（ｔ）」と補正する。 （４）　明細書第ｇ貞第７．２行目の「第７図及び第１
図」を「第７図（火落時間；７３時間２７分）及び第Ｊ
図（火落時間；／乙時間／−２分）」と補正する。 （５）　明細−占第１−２頁第７３行目のｒＫｉ＝Ｋｉ
ｏ　Ｅ　Ｘ　ＰＪを「Ｋ□−に□。ＥＸＰ（−Ｅ／ＲＴ
）　Ｊと補正する。 （６）　明ｉ面訃第１−２頁第７２行目の「Ｔ１３（ｏ
、ｔ）−、Ｖ（ｔ）与えられる」をＩ−ＴＢ（ｏ、ｔ）
　−ｇ　ｆｔノ」と補正する。 （７）　明細書第１３頁第１θ行目と第１／行目の間に
、「次いで、作成されたエチレン像度の基準面線表実測
のエチレン凝度との偏差が小さくなるように燃料供給Ｊ
ｔｔ制脚することによシ、本発明の目的が達成される。 なお、本発明は、いわゆるプログラム加熱法によるコー
クス炉運転方式に組込まれるが、このプログラム加熱法
とは、コークス炉へ供給する燃料ガス供給量を、乾留初
期において大流量とし、場合によシこの大流量を／回以
上中幅に流量変更することを含み、その後、該供給量を
零状態をも含む小流量に変更するという予じめプログラ
ム化された燃料供給量パターンによってコークス炉の操
業を行なう方法である。かかるプログラム加熱法におい
て石炭の乾留初期に燃料の供給を大流量とするのは、炭
化室に充填されている石炭を急速に昇温するためであシ
、均一加熱法に於ける燃料供給量の７．２倍程度以上供
給するのが望ましい。 供給量は多い程好ましいが、耐火煉瓦等コークス炉の構
造物に対して、高温、局部加熱等による悪影響が生じな
い範囲に留める必要がある。具体的には炉の構造や燃焼
方式等によって設定するが、通常均一加熱の場合の／、
−２〜３倍、好ましくは７．３〜＝２．３倍の範囲から
選定すればよい。勿論この流量は一定である必要はなく
、例えば燃料ガスのカロリーが変動した場合等には、流
量を変えることによって対応がとられる。 燃料の供給量が零状態をも含む小流量とは、均一加熱の
場合の供給量の０．３倍程度から供給を完全に停止する
迄の範囲を指すものである。また−燃料の供給量を零状
態をも含む小流量へ最初に切り換える時期は、炭化室に
充填されている石炭の中心部の温度（以下、単に炭芯渦
度と記す）が３！θ〜７００℃、好ましくはグθ０〜乙
５０℃に達した時点に行なうことが望ましく、炭芯温度
が３”３０℃以下では得られるコークスの熱間反応波強
度が充分ではなく、また７θθ℃以上では乾留所要熱量
の削減率が低くなシブログラム加熱のメリットが失われ
るので好ましくない。 なお、切り換えの時期は、石炭中に熱電対等の温度測定
装置を挿入して、都度温度を測定して決定してもよいが
、予め代表的乾留条件に於ける乾留経過時間と炭芯温度
との関係をめておき、乾留条件の変動に応じてこの関係
を補正し、乾留開始からの経過時間によって切り換えを
行なうことができ、実用的には、かかる方法は簡便で好
ましい。 また、前記エチレン濃度が乾留の中径半期に於いて、θ
、と〜λＶＯＩ、デになった時点、あるいはエチレン濃
度の減少率がほぼ一定値から相対的に／θ係係上上減少
た時点に切り換えを実施する、こともできる。 そして、燃料の供給量ヲ、大流量から零状態をも含む小
流量に一旦切シ換えた後は、次の装入の約θ、夕〜／、
！時間前迄そのままの状Ｂｋ維持する方法、あるいは大
流量と零状態を含む小流量との切シ換えをパルス状に２
回又はそれ以上の回数性なう方法等で実施さｎるが、そ
のままの状態で維持する方法の方がｊＡも 操作が単〃となるので、コークス炉の温度ｆｌｉｌＪ御
が容易となシ好ましい。 このような加熱方法によシ、後記実施例から明らかなよ
うに、石炭の乾留が急速に進行し、火落ちした後、押出
作業が行なわれるが、次の石炭装入に備えて炭化室の炉
壁温度を上昇させるため、再び燃料の供給量を前記した
大流量と同じ流凌に切９換えることが好ましい。切り換
えの時期は次の装入時に所定の温度となる様に、コーク
ス押出しのθ、ｊ〜／、−５′時間１ｉｉＪとすればよ
い。 火落時期のｔｌ」定は炭芯温度を測定することによって
も行ない得るが、従来から行なわ詐ている炭化室からの
発生ガスの色、発生ガスの上昇管内に於ける温度、組成
等によって行なわれる。 以上詳述したように、本発明はプログラム加熱法に於け
る燃料供給量の制御卸を、炭化室よシ発生ずるコークス
炉ガス中のエチレン濃度がエチレン濃度の基準曲線にの
るように行なうという簡単な操作にニジ、プログラム力
ロ熱における燃料供給量の大幅な切シ換え時期を適切に
判定でき、後記実施例から明らかなように石炭の乾留過
程に於ける軟化溶融温度域での昇温速度が大きくなるだ
め、乾留時の石炭の軟化溶融性又は流動性が改善され、
結果として熱間反応波強度の大きいコークスが得られる
と共に、火落時間が短縮される利点極めて有用である。 」を挿入する。 （８）　明細書第１オ頁第２行目の「乾留を行なった。 」の後に「火落時間は７３時間２７分であった。」を挿
入する。 別紙 特許請求の範囲 （１）　コークス炉の石炭乾留過程に於ける各段階で燃
料の供給量１を変更するプログラム加熱法に於いて、コ
ークス炉の操業条件、装入炭の装入諸元に基づいてエチ
レン濃度の基準曲線を設定し、一方決化室よシ発生する
コークス炉ガス中のエチレン濃度をｉＩ＋＋＋定し、°
鎖側定値と＋ｉｉＪ記設定値設定値差が小さくなるーよ
うに燃料の供給量を制御することを特徴とするコークス
炉の燃料ｆｌｊｌＪ御方法。 （２１ゴー１ス炉の操業条件が、焼成サイクル、初期炉
温、炉体条件であることを特徴とする特許請求の範囲第
１項に記載の方法。　１（３）　装入炭の装入諸元が、
水分、揮発分、粒度、装入炭量であることを特徴とする
特許請求の範囲第１項に記載の方法。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　コークス炉の石炭乾餉赤程に於ける各段階で燃
   料の供給を変更するプログラム加熱法に於いて、コーク
   ス炉のｔ！ｉＴ！茶条ｆｉｂｓ入炭の装入晶九に基づい
   てエチレン濃度の基準曲線を設定し、一方炭化冷よ多発
   生するコークス炉ガス中のエチレン濃度をｊｌｉＪ定し
   、該測定値と前記設定値との偏差が小さくなるように燃
   料の供給量を制御することを特徴とするコークス炉の燃
   料１ト１ｊ両方法。
2. （２）　コークス炉の操業条件が、焼成ザイクル。 初期炉温、炉体信性であることを％徴とする。 行＃ＦＨ〆ｊ求の範囲８↓／ＪＡに記載の方法。
3. （３）　装入炭の装入鯖元が、水分、揮発分％粒度、装
   入炭ｆｉｔであることをＱ”！ｊ　ｔ＆とする。特許請
   求の範囲第１　Ｊｆｉに記載の方法。