JP2000219883A - コークス炉における付着カーボンの固着抑制方法及び付着カーボン除去方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コークス炉炉壁に付着するカーボンの固着を
抑制し、簡単に除去することを可能にするコークス炉炉
頂空間部に付着するカーボンの固着抑制方法及び付着カ
ーボンの除去方法を提供する。 【解決手段】 コークス炉における石炭乾留中に一時的
にコークス炉炉頂空間部２の炉内発生ガス流９のガス温
度、ガス圧力、ガス流速の一又は二以上を変化させ、石
炭乾留ガスから生成してコークス炉炉壁に付着する熱分
解カーボンに不連続面１３を発生させることを特徴とす
るコークス炉炉頂空間部における付着カーボンの固着抑
制方法。該付着カーボン層１２に空気を吹付け、及び／
又は付着カーボンに機械的衝撃を加えて付着カーボンを
除去することを特徴とするコークス炉における付着カー
ボン除去方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、室炉式コークス炉
で石炭を乾溜して冶金用コークスを製造する際のコーク
ス炉炉頂空間部に付着するカーボンの固着抑制方法及び
付着カーボンの除去方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】室炉式コークス炉で石炭を乾溜して冶金
用コークスを製造する際、乾留中に石炭から発生した炭
化水素系の熱分解ガスはコークス炉内を移動する途中で
更に加熱され、熱分解ガスの一部は分解してカーボンを
析出し、同伴されている微小粒子とともに壁面に付着す
る。特に８００℃以上の温度となる炉頂空間では、これ
らカーボンの生成が著しく、カーボンが上昇管の基部や
炭化室内の炉壁煉瓦、天井煉瓦に付着する。この付着カ
ーボンは上昇管の閉塞やコークスの押し詰まりなどコー
クス炉の操業を阻害する原因となるため、付着カーボン
生成量の低減、あるいは生成した付着カーボンの除去は
コークス炉の安定操業に不可欠である。ここで炉頂空間
とは炭化室内に装入された石炭層の最上部と炭化室天井
部との間に形成されるガスが通過する空間および上昇管
基部をいう。

【０００３】付着カーボンは、コークスの乾留が完了す
るたびに除去する必要がある。最も一般的に行われてい
る付着カーボン除去方法は、炭化室内の高温の付着カー
ボンに空気を吹付けて燃焼除去する方法である。付着カ
ーボンに空気を吹き付けると、カーボンが燃焼によって
除去されることに加え、吹き付けた空気の衝撃でカーボ
ン層が剥離することによっても除去が促進される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】付着カーボンの燃焼に
よる除去方法のみでは、カーボンの付着量が過大となっ
た場合、また付着カーボンが硬質化している場合には十
分に除去するには長時間を要し、コークス炉の生産性を
阻害することとなる。そのため、このような場合には人
力によって付着カーボンを機械的に除去する手段を補助
的に用いざるをえない。また、燃焼除去方法は、大気環
境の向上、安全性の向上の観点からは、できるかぎりそ
の適用比率を下げる方が好ましい。

【０００５】本発明は、コークス炉炉壁に付着するカー
ボンの固着を抑制し、簡単に除去することを可能にする
コークス炉炉頂空間部に付着するカーボンの固着抑制方
法及び付着カーボンの除去方法を提供することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明の要旨とす
るところは、 （１）コークス炉における石炭乾留中一時的にコークス
炉炉頂空間部２のガス温度、ガス圧力、ガス流速の一又
は二以上を変化させ、石炭乾留ガスから生成してコーク
ス炉炉壁に付着する熱分解カーボンに不連続面を発生さ
せることを特徴とするコークス炉炉頂空間部における付
着カーボンの固着抑制方法。 （２）前記コークス炉炉頂空間部２におけるガス温度、
ガス圧力、ガス流速の一又は二以上を変化させるタイミ
ングを、乾留開始から５〜９時間の間とすることを特徴
とする上記（１）に記載のコークス炉炉頂空間部におけ
る付着カーボンの固着抑制方法。 （３）前記コークス炉炉頂空間部２に不活性ガス、炭化
水素ガス、二酸化炭素、水蒸気の１種又は２種以上を導
入することによってコークス炉炉頂空間部のガス温度、
ガス圧力、ガス流速の一又は二以上を変化させることを
特徴とする上記（１）又は（２）に記載のコークス炉炉
頂空間部における付着カーボンの固着抑制方法。 （４）上記（１）乃至（３）に記載の付着カーボンの固
着抑制方法により石炭乾留を行った後、該付着カーボン
に空気を吹付け、及び／又は付着カーボンに機械的衝撃
を加えて付着カーボンを除去することを特徴とするコー
クス炉における付着カーボン除去方法。 である。

【０００７】本発明は、石炭乾留中にコークス炉の炉頂
空間部２のガス流れ（ガス流速、ガス温度）を変化させ
ると、変化させた時点を境として生成する付着カーボン
層１２に不連続面１３が発生することを見出し、この現
象を利用して容易に付着カーボンを除去することを可能
にしたところにその特徴がある。

【０００８】炉頂空間部のガス流れを変化させる手段と
しては、炉頂空間部に不活性ガス、炭化水素ガス、二酸
化炭素、水蒸気等のガス流体を導入して炉頂空間部のガ
ス流速やガス温度を変化させる方法、あるいはコークス
炉の炭化室内圧力を変化させて炉頂空間部のガス流速や
ガス温度を変化させる方法を用いることができる。ま
た、２個の上昇管を炭化室のそれぞれの端部に有するダ
ブルメーン方式のコークス炉においては、乾留初期には
両方の上昇管からガスを吸引し、乾留開始後、例えば７
時間経過後に片方の上昇管のみからガスを吸引するシン
グルメーン方式に変更することにより、炉頂空間部のガ
ス流れを変化させることができる。

【０００９】石炭乾留中にはコークス炉炉壁煉瓦１１に
連続的にカーボンの堆積が進行している。上記のように
石炭乾留中に炉頂空間部のガス流れを変化させると、変
化させた時点を境として、熱分解カーボンの生成速度に
大きな変化が起こると考えられ、図２（ｂ）に示すよう
に堆積する付着カーボン層１２に不連続面１３が発生す
る。不連続面１３は機械的強度が弱く、かつ不連続面の
前後では付着カーボンの熱物性（膨張率）が異なるた
め、付着カーボン層に熱的衝撃（温度変化）や機械的衝
撃を与えることで容易に不連続面から表層側を剥離させ
ることができる。

【００１０】付着カーボン層１２に熱的衝撃を与える手
段としては、該付着カーボンに空気を吹き付けることが
有効である。高圧の空気を吹き付けることにより、付着
カーボンの表層部が急速に冷却されて熱衝撃が与えられ
るため、不連続面を境界として表層側が剥離する。剥離
後に残存したカーボン層は吹き付ける空気によって燃焼
除去することが可能である。

【００１１】本発明の不連続面１３を有するカーボン層
は、機械的衝撃によっても容易に表層部を除去すること
が可能である。機械的衝撃を与える方法としては、人力
による方法、特開昭６０−２２１４８６号公報にあるよ
うにコークス粉など硬質な粉粒体を圧縮空気によって高
速に衝突させる方法等を用いることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】冶金用コークスを製造する室炉式
コークス炉においては、１回のコークス製造のための乾
留時間は通常１５時間〜２０時間である。この間に、炉
頂空間部２の炉壁には例えば１ｍｍ〜３ｍｍのカーボン
が付着する。付着カーボン層１２に不連続面１３を形成
するためのガス流れ（ガス流速、ガス温度）の変化は、
乾留中に１回あるいは複数回行うことができる。ガス流
れの変化を乾留中に１回行う場合には、乾留の途中、即
ち乾留開始から５〜９時間の間に行うことが効果的であ
る。乾留開始から５時間未満に行う場合は、カーボン付
着開始面から不連続面１３までの付着カーボンの厚みに
対して不連続面１３からのカーボンの厚みが勝るため
に、付着カーボン層１２に熱的衝撃（温度変化）や機械
的衝撃を与えて該付着カーボンを剥離除去する際の効率
が著しく低下する。また、９時間を超える場合は、不連
続面１３からのカーボンの厚みが薄くなるために、剥離
除去されるカーボン量が少なくなり、剥離後に残存した
カーボン層の除去作業に対する負荷が大きくなる。複数
回行う場合には乾留所要時間をほぼ均等に分割して各節
目時刻にガス流れの変化を与える。

【００１３】炉頂空間部にガス流体を導入することによ
ってガス流れを変化させる場合、ガス流体の導入口５
は、図１に示すように、炭化室１内の炉頂空間部２にお
いてガスが排出される上昇管４配置サイドの反対側に配
置することが好ましい。これにより、炉頂空間部２全域
にわたってガス流体の導入による効果を行き渡らせるこ
とができる。ガス流体の導入により、炉頂空間部におけ
るガス流速は増大し、ガス温度は低下する。

【００１４】炉頂空間部に導入するガスは、不活性ガ
ス、炭化水素ガス、二酸化炭素、水蒸気の１種又は２種
以上とすることが好ましい。これらのガスであれば、炭
化室内の非酸化性雰囲気を保ちつつガス流れを変化させ
ることが可能である。不活性ガスとしては、窒素ガスが
最も一般的である。水蒸気の導入は、ガスとして水蒸気
を導入させる方法のほか、水を炉頂空間部に噴霧して炉
頂空間部内で気化させる方法を採用することもできる。
蒸発時に奪う熱により、炉頂空間部のガス温度を効果的
に冷やすことができる。

【００１５】ガスの導入量はガス導入時点で炉頂空間を
流れるガス流速を５％〜３０％増加させるか、または、
ガス導入時点の炉頂空間温度（平均温度）を３０℃〜８
０℃低下させるに相当するガス導入量とすることが好ま
しい。導入ガス量が少なく、ガス流速の増加が５％未満
であったりガス温度低下が３０℃未満である場合は、付
着カーボン層１２にできる不連続面１３の生成が不十分
である。また、逆に導入ガス量が多く、ガス流速の増加
が３０％を超えると、炉頂空間のガス流速の上昇に伴っ
て炭化室内に装入された石炭層あるいはコークス層の最
上部から微粉体が巻き上げられていわゆるキャリーオー
バー粉が多くなるために付着カーボンが増加する原因と
なる。ガス温度低下が８０℃を超える場合は、石炭表層
部近傍の乾留不足や炉壁煉瓦に対するダメージが懸念さ
れる。さらには、多量のガスを炭化室に導入する場合の
動力やコークス炉発生ガス処理設備への負荷が増加する
などの問題が生じるために好ましくない。

【００１６】なお、コークス炉の乾留ガス発生量は時々
刻々変化するため、炉頂空間を通過するガス量もそれに
伴って逐次変化している。したがって、具体的ガス導入
量はコークス炉の形式や操業方法、炉の稼働率、ガスを
導入する時期などによって変わってくることはいうまで
もない。

【００１７】ガスの導入継続時間は、５〜１５分とする
ことが好ましい。導入時間が５分未満の場合は付着カー
ボンの生成が十分でないために不連続面が十分に形成さ
れない。また導入時間が１５分を超えるとガスを炭化室
に導入する動力やコークス炉発生ガス処理設備への負荷
が増加するなどの問題が生じるために好ましくない。

【００１８】石炭乾留中に炭化室内で発生するガスは、
図１に示すように、炭化室１上部に設けられた上昇管４
を経由した排気口の先に設けられた炉外のガスブロアー
７によって吸引される。個々の炭化室において、炉頂空
間部における炭化室内の圧力制御は、通常は安水噴射ノ
ズル１６から吹き込む安水の圧力制御によって行われ
る。

【００１９】石炭装入時においては石炭の発塵および急
激なガス発生に対応するために、一般的に上昇管に設置
されたノズル１６により高圧安水を噴霧し、これによっ
て炭化室内のガス圧力を上昇管の基部において例えば−
３０〜−１００ｍｍ水柱程度の負圧とする。石炭装入時
以外の通常の乾留中においては、炭化室内の圧力は大気
圧に対して例えば＋５〜７ｍｍ水柱程度に調整されてい
る。これは、負圧の程度が大きいと炭化室内に空気を吸
い込む可能性があり、ＣＯＧ（コークス炉ガス）のカロ
リー低下の原因となるだけでなく、酸素ガスが混入する
ことによる爆発の危険性が高くなるなどの理由による。
コークス炉内部のガス圧が高すぎる場合には炭化室内部
の乾留ガスが装入蓋と装入口の隙間などから洩れて大気
に放出される可能性があり、大気環境保全上好ましくな
い。

【００２０】本発明において乾留中に炭化室内の圧力を
変化させる場合においては、石炭装入時や通常の乾留時
と同様の方法でガス圧力を大気圧に対して＋５〜−５０
ｍｍ水柱とする。これにより、炉頂空間部のガス流速は
５％〜３０％程度の増加となり、更にガス温度も炉頂空
間部の平均温度で３０℃〜８０℃程度低下させることが
できる。炭化室内の圧力を変化させる継続時間は、上記
炉頂空間部にガスを導入する場合の導入継続時間と同様
の時間とすることが好ましい。これは圧力制御の継続時
間が短い場合には付着カーボンの生成が十分でないため
に不連続面の形成が不十分となり、また、圧力制御の継
続時間が長くなると炭化室に空気を吸い込む可能性が高
くなり、上述したと同様の理由で好ましくないためであ
る。

【００２１】以上のように石炭乾留中に炉頂空間部２の
ガス流れに変化を与えることにより、炉壁に生成する付
着カーボン層１２には不連続面１３が形成される。乾留
が完了したコークスを炉外に払い出した後、炭化室内に
空気吐出ノズルを挿入し、炉壁煉瓦１１に付着した付着
カーボン層１２に高速の空気を吹き付けることによっ
て、前記不連続面１３より表層側のカーボン層を剥離す
ることができる。不連続面より炉壁側のカーボン層は空
気吹付けによっても剥離せずに炉壁に残存する部分があ
るが、該炉壁に残ったカーボン層は、引き続き空気を吹
き付けることで燃焼除去することができる。空気吹付け
の方法としては、従来から上昇管基部や天井部分に付着
したカーボンの除去に用いられている方法の適用が可能
である。すなわち、上昇管基部に対しては例えば実開昭
５６−１２６４６５号公報に示されているような空気
管、環状管及び多数のノズルからなる圧縮空気噴射気孔
を有する上昇管掃除装置の利用が考えられる。また、炭
化室天井部や炉壁部に対しては例えば特開昭５９−２５
８７９号公報に示されているように、プッシャーの移動
フレームの前部にノズルを配置し、該ノズルから付着カ
ーボンに圧縮空気を吹き付ける方法が考えられる。

【００２２】付着カーボン層の厚みはコークス炉の形式
や稼働率、装入石炭の性状によって異なるが、一例を挙
げると乾留１サイクル当たり、炭化室炉頂空間部の炉壁
面で５０〜５００μｍ程度であり、不連続面は煉瓦表面
から３０〜３５０μｍの位置に形成される。同様に、上
昇管基部で１〜１０ｍｍ程度であり、不連続面は煉瓦表
面から０．７〜７ｍｍ程度であり、従って、圧縮空気吹
付けによる衝撃力によって付着カーボンの概ね３０％を
剥離除去することができ、残りの付着カーボンを空気中
の酸素によって燃焼除去する。付着カーボン層に不連続
面を形成しない従来の方法に比較すると、カーボン除去
に要する時間を７０％に削減することができる。

【００２３】付着カーボン層に機械的衝撃を加えること
によっても該付着カーボンを除去することができる。金
属棒等で付着カーボン層に機械的衝撃を加えた場合、従
来の不連続面を有しないカーボン層の場合、カーボンは
炉壁に固着しているため容易には剥離することができな
いが、本発明の不連続面を有するカーボン層の場合、機
械的衝撃によってカーボン層は容易に剥離することがで
きる。具体的には、特開昭６０−２２１４８６号公報に
あるようにコークス粉など硬質な粉粒体を圧縮空気によ
って高速に衝突させる方法などを用いることができる。

【００２４】

【実施例】室炉式のコークス炉において本発明を適用し
た。コークス炉の稼働率は１１５％、フリュー平均温度
は１２００℃、炭化時間は火落ちまで１８．５時間であ
った。また、装入石炭性状は、揮発分が２６．６％、灰
分が８．２％、粒度は３ｍｍアンダーが８９．５％、石
炭装入量は２２．３トン（ドライ）とした。

【００２５】本発明例１においては、石炭装入後９時間
経過後から１０分間にわたって、図１に示すガス導入管
５から窒素ガスを導入した。ガス導入量は２ｍ³／分
（２５℃、大気圧条件）とした。この結果、ガス導入中
の炉頂空間部のガス流速は１．５〜３ｍ／秒（８５０
℃、大気圧条件）となり、ガス導入前に比較してガス流
速は約２５％増加し、温度は炉頂空間部平均で約５０℃
低下した。

【００２６】本発明例２においては、石炭装入後８時間
経過時点から１２分間にわたって、ノズル１６から高圧
安水を噴射することによって炭化室内圧力を制御した。
この操作により炭化室内の圧力（上昇管基部）は＋５ｍ
ｍ水柱（対大気圧）から−２５ｍｍ水柱（対大気圧）に
低下した。この結果、圧力変化中の炉頂空間部のガス流
速は１．３〜２．５ｍ／秒（８５０℃、大気圧条件）と
なった。

【００２７】比較例においては、ガス導入も圧力変化も
行わずに通常のコークス炉操業を行った。

【００２８】付着カーボンの除去方法としては、従来か
ら用いられている上昇管清掃装置を用いた。該上昇管清
掃装置は、環状管に多数のノズルからなる圧縮空気噴射
気孔を有し、空気管から環状管に空気を供給して該圧縮
空気噴射気孔から炉壁に空気を吹き付ける。カーボン除
去は、乾留１サイクル毎に上昇管基部に付着したカーボ
ンを除去することで行った。

【００２９】本発明例１、２における付着カーボン層の
断面は図２（ｂ）に示すとおりであり、比較例における
付着カーボン層の断面は図２（ａ）に示すとおりであっ
た。この付着カーボンを上記の方法で除去したところ、
完全に除去するのに要した時間は本発明例１が４分、本
発明例２が５分、比較例が８分という結果となり、本発
明により付着カーボンの除去を促進する効果を発揮する
ことができた。

【００３０】

【発明の効果】石炭乾留中に一時的にコークス炉炉頂空
間部にガスを導入することにより、あるいは炭化室内圧
力を変化させることにより、炉壁に付着するカーボン層
に不連続面を形成し、付着カーボンの固着を抑制するこ
とができた。その結果、該付着カーボンに空気を吹きつ
け、付着カーボンに機械的衝撃を与えることで容易に該
付着カーボンを除去することが可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するコークス炉炭化室の断面図で
ある。

【図２】付着カーボン層を示す断面図であり、（ａ）は
従来例の付着カーボン層を、（ｂ）は本発明による不連
続面を有する付着カーボン層を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 炭化室 ２ 炉頂空間部 ３ 石炭 ４ 上昇管 ５ ガス導入口 ６ ドライメーン ７ ガスブロアー ８ 上昇管内ガス流れ ９ コークス炉内発生ガス流 １０ 導入ガス流 １１ 炉壁煉瓦 １２ 付着カーボン層 １３ 不連続面 １４ 付着カーボン表面 １５ 曲管 １６ 安水噴射用ノズル １７ 圧力調整弁 １８ 安水供給管 １９ 上昇管基部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古牧 育男 富津市新富20−１ 新日本製鐵株式会社技 術開発本部内 (72)発明者 工藤 達也 室蘭市仲町12番地 新日本製鐵株式会社室 蘭製鐵所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コークス炉における石炭乾留中に一時的
   にコークス炉炉頂空間部のガス温度、ガス圧力、ガス流
   速の一又は二以上を変化させ、石炭乾留ガスから生成し
   てコークス炉炉壁に付着する熱分解カーボンに不連続面
   を発生させることを特徴とするコークス炉炉頂空間部に
   おける付着カーボンの固着抑制方法。
2. 【請求項２】 前記コークス炉炉頂空間部におけるガス
   温度、ガス圧力、ガス流速の一又は二以上を変化させる
   タイミングを、乾留開始から５〜９時間の間とすること
   を特徴とする請求項１に記載のコークス炉炉頂空間部に
   おける付着カーボンの固着抑制方法。
3. 【請求項３】 前記コークス炉炉頂空間部に不活性ガ
   ス、炭化水素ガス、二酸化炭素、水蒸気の１種又は２種
   以上を導入することによってコークス炉炉頂空間部のガ
   ス温度、ガス圧力、ガス流速の一又は二以上を変化させ
   ることを特徴とする請求項１又は２に記載のコークス炉
   炉頂空間部における付着カーボンの固着抑制方法。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３に記載の付着カーボンの
   固着抑制方法により石炭乾留を行った後、該付着カーボ
   ンに空気を吹付け、及び／又は付着カーボンに機械的衝
   撃を加えて付着カーボンを除去することを特徴とするコ
   ークス炉炉頂空間部における付着カーボン除去方法。