炼焦炉气体显热回收装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种炼焦炉气体显热回收装置，其能够从炼焦炉气体高效率地进行热回收，该炼焦炉气体显热回收装置的特征在于，具备：热交换塔（2），其使炼焦炉中产生的炼焦炉气体与载热体直接接触，且使焦油在该载热体的表面凝结；载热体回收槽（5），其使附着有焦油的所述载热体集合，且通过比重分离而使焦油从所述载热体分离，来对所述载热体进行回收。
【专利说明】炼焦炉气体显热回收装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及高效率回收在炼焦炉中产生的炼焦炉气体(COG)的显热的炼焦炉气体显热回收装置。
【背景技术】
[0002]在将煤装入炼焦炉的炭化室并在高温还原气氛下进行干馏的炼焦制造工艺中，作为副产物，产生约800°C的C0G。该COG在设置于炼焦炉顶部的上升管内通过的过程中，受到氨水冲洗而被急剧冷却至约80°C以下，并进一步由气体冷却器冷却之后，通过焦油沉降式离心机将凝结了的液体成分分离成焦油和氨水来进行回收。
[0003]以前，作为要在不进行氨水冲洗的情况下有效回收COG的显热的方法，提出有使用了直接接触法的COG显热回收方法(例如，参照专利文献I)。
[0004]上述COG显热回收方法是指向COG中直接雾状喷射约150°C的高沸点焦油馏分，来将COG —次冷却到320-330°C，然后使其与约70°C的中沸点焦油馏分直接接触而二次冷却到约120。。。
[0005]在上述COG显热回收方法中，使用焦油作为载热体，存在不需要将载热体和焦油分离这样的优点，但热回收后的焦油的温度成为有效能量低的低温焦油，存在已经不适合于低压蒸汽制造这样的大的缺点。需要说明的是，在以提高该回收后的焦油温度的方式进行设计时，出现在200°C以上进行挥发的焦油而使热回收变得不成立。
[0006]若能够从温度自800°C到250°C变化的COG有效进行热回收，则能够期待0.95MJ/Nm3-COG的能量的回收。
[0007]然而，在国内的炼焦工厂中，无法进行到250°C的热回收为实情。其原因在于，COG中含有的焦油成分在800°C时处于挥发状态，但当低于450°C时，焦油成分凝结，因此在间接热交换式的情况下，焦油较厚地凝结到传热管表面而使热交换性能降低，另一方面，在直接接触式的情况下，焦油附着在载热体的表面而使热回收后的工艺不成立。
[0008]虽然提出很多COG显热回收方法，但这些方法大部分无法实施都是基于上述理由。
[0009]因此，最近，处理焦油困难，从而技术开发的关注点朝向将高温的COG中的挥发焦油改性而进行干气化的方法(例如，参照非专利文献I)。
[0010]【在先技术文献】
[0011]【专利文献】
[0012]【专利文献I】日本特开昭56-163193号公报
[0013]【非专利文献】[0014]【非专利文献I】铃木公仁等著，高温COG中焦油的催化剂干气化(改性.利用技术)，煤科学会议发表论文集(45)，36-37，2008-10-09
[0015]【发明的概要】
[0016]【发明要解决的课题】[0017]然而，通过现有的基于干气化的方法能够进行干气化的焦油成分为焦油的70%左右(干气化91%)，虽然的确将焦油气化而使COG的总发热量增加，但对于剩余30%的焦油成分而言，无法回收改性后COG的显热(在改性前后不变)。
【发明内容】
[0018]本发明考虑以上那样的现有的COG显热回收方法中的课题而作出，提供一种能够从炼焦炉气体高效率地进行热回收的炼焦炉气体显热回收装置。
[0019]【用于解决课题的手段】
[0020]在回收炼焦炉气体的显热时，无法解决在回收装置使用传热管的间接热交换法中附着焦油，从而传热管的总传热系数降低这样的问题，因此在本发明中采用直接热交换法。
[0021]在直接热交换法中，虽然焦油凝结附着于直接接触的载热体的表面，但通过利用已存的焦油沉降式离心机(氨水、焦油、焦油渣的比重分离槽)和载热体回收槽来对焦油进行比重分离，由此能够避免向利用载热体的热的后续的工艺带入焦油。
[0022]作为上述载热体，优选使用比重显著大于焦油(比重1.1)的低熔点金属、例如锡(熔点2321:，比重7.0)。只要与焦油相比具有充分的比重差即可，例如，还可以使用比重为2左右的熔融盐、镓等。
[0023]上述直接热交换中包括COG与载热体(冷却介质)面对接触而流动的对流式热交换、COG和载热体向相同的方 向接触而流动的并流式热交换。
[0024]在通过对流式热交换对COG的显热进行回收时，根据数值计算来预测直接接触产生的热交换，并进行显热回收装置的基本设计。当取某炼焦工厂的尺寸规模为例来进行设计时，直接接触式热交换塔的大小成为Φ3.6πιΧΗ10πι (热交换有效高度)，作为载热体的锡的循环流量为 422kg/s (3.63m3/min)o
[0025]预想使锡循环的两台送液泵的合计动力为120kW，且对与在热交换塔内落下的锡液滴相反而在塔内上升的COG进行吸引的送风机的动力为30kW，且可预计热回收为27.5MW。
[0026]热回收后的锡的温度为500°C，当将该热用作低压工艺蒸汽制造时，能够制造315kt/年的蒸汽。由此，能够削减目前为了制造工艺蒸汽而购入的外部燃料，且即使新增加泵动力和鼓风机动力的电费，也能够实现大幅的成本降低。
[0027]以高效率进行热回收的本发明的炼焦炉气体显热回收装置的主旨在于，具备:热交换塔，其使炼焦炉中产生的炼焦炉气体与载热体直接接触，并使焦油在该载热体的表面凝结；
[0028]载热体回收槽，其使附着有焦油的所述载热体集合，且通过比重分离而使焦油从所述载热体分离，来对所述载热体进行回收。
[0029]在本发明中，作为所述载热体，能够使用比重比所述焦油重的载热体。
[0030]在本发明中，该炼焦炉气体显热回收装置还可以具有氨水散水装置，该氨水散水装置对通过所述热交换塔内的热交换而冷却后的炼焦炉气体进行引导并对氨水进行散布，使未凝结的焦油成分凝结且对其进行积存。
[0031]在本发明中，该炼焦炉气体显热回收装置还可以具有焦油沉降式离心机，该焦油沉降式离心机对来自所述氨水散水装置的氨水和凝结液进行引导而使它们比重分离。[0032]在本发明中，该炼焦炉气体显热回收装置还可以具有抓取装置，该抓取装置将在所述焦油沉降式离心机的最下层沉淀的载热体和焦油渣的混合物向所述载热体回收槽供
5口 O
[0033]在本发明中，该炼焦炉气体显热回收装置还可以具有散液喷嘴，该散液喷嘴将所述载热体从所述热交换塔的上部散布。
[0034]对流式炼焦炉气体显热回收装置具有气体给排路，该气体给排路将所述炼焦炉气体从所述热交换塔的塔下部供给，并从所述热交换塔的塔顶部抽出。
[0035]在对流式炼焦炉气体显热回收装置中还可以具有通路部，该通路部将附着有焦油的所述载热体的一部分向所述热交换塔的外部取出，且在该通路部的出口部具备所述载热体回收槽。
[0036]另外，在对流式炼焦炉气体显热回收装置中，还可以在所述热交换塔内具有液滴接受部，该液滴接受部接受用于热交换且附着有焦油的所述载热体，且该液滴接受部与所述通路部的入口部连接。
[0037]另外，在对流式炼焦炉气体显热回收装置中，还可以设有第二散液喷嘴，该第二散液喷嘴将在所述载热体回收槽中分离后的所述载热体从所述液滴接受部的下方散布。
[0038]并流式炼焦炉气体显热回收装置具有第二气体给排路，该第二气体给排路将所述炼焦炉气体从所述热交换塔的塔顶部供给，且从所述热交换塔的塔下部抽出。
[0039]在并流式炼焦炉气体显热回收装置中，还可以在所述热交换塔的下部设置所述载热体回收槽。
[0040]【发明效果】
[0041]根据本发明，具有能够以高效率回收高温的炼焦炉气体的显热这样的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0042]图1是本发明的对流式炼焦炉气体显热回收装置的整体结构图。
[0043]图2是表示在图1的热交换塔内设置的流槽的结构的俯视图。
[0044]图3是表示在热交换塔内散布的锡粒子的粒径分布的曲线图。
[0045]图4是表示用于计算锡粒子的速度的、粒子雷诺数与球的阻力系数的关系的曲线图。
[0046]图5是表示热交换塔的性能预测计算结果的曲线图。
[0047]图6是表示热交换塔内部的COG与各粒径的液体金属粒子的温度分布的曲线图。
[0048]图7是表示热交换塔内部的COG与各粒径的液体金属粒子的速度分布的曲线图。
[0049]图8是本发明的并流式炼焦炉气体显热回收装置的整体结构图。
[0050]图9是表示并流式炼焦炉气体显热回收装置中的热交换塔的性能预测计算结果的曲线图。
【具体实施方式】
[0051]以下，基于附图所示的实施方式，对本发明进行详细地说明。
[0052][I]对流式炼焦炉气体显热回收装置
[0053]图1是本发明的对流式炼焦炉气体显热回收装置(以下，简称为对流式显热回收装置)1的整体结构图。
[0054][1.1]热交换塔
[0055]在图1中，从炼焦炉(未图示)产生的800°C的炼焦炉气体(以下，称为C0G)被从热交换塔2的塔下部2a导入到该热交换塔2内，在塔内部朝向上方上升，并被从塔顶部2b送出。
[0056]需要说明的是，COG的主成分为氢、甲烷、一氧化碳，但此外，还含有焦油成分、粗轻质原油成分、氨、硫化氢、氰化氢等成分。
[0057]本实施方式中的热交换塔2的直径为Φ3.6m，高度H为10m。需要说明的是，对于设计的根据，在后面叙述。
[0058]在塔顶部2b内配置有散液喷雾喷嘴(散液喷嘴)3，将作为载热体的锡从该散液喷雾喷嘴3以熔点以上的初始温度250°C、平均液滴粒子直径Imm进行散布。
[0059]锡的液滴在塔内落下，另一方面，COG在塔内朝向上方流动，由此形成对流式的直接接触热交换。该期间，重力向下作用于液滴，但在向上流动的COG的作用下受到流体阻力，因此缓慢地落下。其结果是，与自由落下的情况相比，能够长时间进行热交换。
[0060]在塔内落下的锡粒子通过与高温的COG接触而被加热，与此相对，COG对锡传递热量而被冷却。此时，若COG中含有的焦油成分低于450°C，则在热交换环境中，以最低温的锡液滴的表面为中心而开始凝结。由此，焦油附着于锡液滴的表面。
[0061]落下的附着有焦油的锡液滴由在距锡液面L (Om)高度为5m的位置设置的流槽4承接，并向相邻的载热体回收槽5引导。
[0062]需要说明的是，在流槽4上设有多个开口部，以免将在热交换塔2内上升的COG的流动完全遮挡。
[0063][1.2]在热交换塔中设置的流槽
[0064]图2是表示上述流槽4的结构的俯视图。
[0065]流槽4具有窗框状的液滴接受部4a和通路部4b，该液滴接受部4a在热交换塔2内沿水平方向配置，该通路部4b从该液滴接受部4a的一部分呈线状地延伸设置，并前低后高地倾斜，在液滴接受部4a上设有多个矩形形状的开口部4c。
[0066]上述的开口部4c以在热交换塔2的水平截面中占有的封闭面积为50%的方式设置，将落下的锡粒子的50%向载热体回收槽5引导，并使剩余的50%直接落下到热交换塔2内的最下部。
[0067]需要说明的是，图中，4屮为形成通路部4b的侧壁，4c'为在开口部4c的周围形成的侧壁。
[0068]另外，开口部4c只要是能够使封闭面积为50%的形状即可，不局限于上述矩形形状，例如，也可以由具备多个圆形孔的冲孔金属等构成。
[0069][1.3]载热体回收槽
[0070]在图1中，向载热体回收槽5引导的附着有焦油的锡中，焦油的比重为1.1，相对于此，锡的比重为7.0，十分大，因此将焦油和锡通过重力进行比重分离。
[0071]焦油在保持约350°C的显热的状态下被从排出口 5a向载热体回收槽5外排出，冷却后与以前同样地被有效利用.处理。
[0072]沉入到载热体回收槽5的下部的锡通过在载热体回收槽5中设置的第一立式泵6而从载热体回收槽5的下部输送到热交换塔2中的高度为5m的位置、即输送到流槽4的下表面位置，并从第二散液喷雾喷嘴(第二散液喷嘴)7再次向热交换塔2内散布。散布的锡与高温的COG进行直接接触，与通过开口部4c而直接落下的锡一起被加热。
[0073]因此，降落注入到在热交换塔2的塔下部2a设置的液体锡浴中的锡存在经过载热体回收槽5的不含有焦油的锡和通过流槽4的开口部4c (开口率50%)而落下的在表面附着有焦油的锡这两方。
[0074]但是，作为热回收的结果，液体锡浴的锡温度成为500°C以上的高温，因此焦油在到达该位置之前再次挥发，与高温的COG —起在热交换塔2内上升。然后，上升的同时再次冷却而凝结。其结果是，通过再挥发的焦油使热交换塔2内的焦油气体浓度升高少许，使其向稳定状态稳定。
[0075]另外，液体锡浴的锡通过第二立式泵8从热交换塔2汲取而被进行热利用。例如，向用于制造低压工艺 蒸汽的锅炉9输送而被冷却到比熔点温度高的250°C。然后，再次重复从在热交换塔2内的上部设置的散液喷雾喷嘴3进行散布的动作。
[0076]另外，在从塔顶部2b排出的COG中必然混入少许量的锡微粒子。虽然锡的蒸汽压力比较低，但锡蒸汽也与COG —起被从塔顶部2b排出。
[0077]根据后述的设计计算，从散液喷雾喷嘴3散布的锡的2.9wt%不会落下，而被与COG一起向热交换塔2外排出。
[0078][1.4]焦油沉降式离心机
[0079]对于从热交换塔2排出的锡而言，使用焦油沉降式离心机10进行回收.再利用。COG在通过设置于热交换塔2的后段的氨水散水装置11时被冷却至约80°C，且焦油凝结。
[0080]在此，液体锡和锡蒸汽都成为固体，与氨水一起向焦油沉降式离心机10流入。在焦油沉降式离心机10中，以从上至下的顺序将氨水A、焦油B、焦油渣C进行比重分离，并将氨水A的一部分抽出，除了进行水处理的量之外，还通过泵12、循环路13而再次从氨水散水装置11散布。
[0081]焦油B被排出而进行利用?处理，且焦油渣C由作为抓取装置的输送器14抓取而进行处理。
[0082]焦油渣C主要由煤微粉末、炼焦微粉末形成的固体粒子构成。且在该焦油渣中还混有比重更大的固体锡。为了对该固体锡进行再利用，在本实施方式中，将含有固体锡的焦油渣C直接向载热体回收槽5投弃。
[0083]由于焦油渣C比焦油比重大，且比锡比重小，因此以夹在焦油与锡之间的方式形成层，且焦油渣C中含有的固体锡在350°C的环境下再次熔解而成为液体，向在载热体回收槽5的底部积存的锡的层合流。
[0084]另一方面，在锡与焦油的边界高度上设有架部5b，对于在350°C下也处于固体的状态的焦油渣C而言，通过作为第二抓取装置的第二输送器15向载热体回收槽5的外部排出。
[0085]为了使焦油的液面达到固定的第二输送器15的位置，使用浮子式液面计(未图示)来控制锡送液用的第一立式泵6，由此实现该情况。
[0086]详细而言，将浮子的比重设定为焦油(比重1.1)与锡(比重7)的中间，从而通过浮子式液面计检测焦油.锡界面的高度，在该界面高度比架部5b高的情况下，增加第一立式泵6的转速，由此增加泵流量而使界面高度下降。与此相反，在界面高度比架部5b低的情况下，如下这样进行控制:通过减少第一立式泵6的转速来使泵流量减少，从而使界面高度上升。
[0087]在焦油渣C与锡的浸润性良好的情况下，假想出成为在排出的焦油渣C中容易混入锡的状况，但在该情况下，只要增厚焦油渣C的堆积层厚度而使比重分离的效果生效即可。需要说明的是，上述焦油沉降式离心机10可以使用已存的离心机。
[0088]另外，在将焦油沉降式离心机10和载热体回收槽5连接的情况下，可能形成向热交换塔2 —流槽4 —载热体回收槽5 —焦油沉降式离心机10 — COG配管相连的短路路径。因此，在流槽4的通路部4b设置潜堰4d，来防止COG在热交换中途排气的情况。
[0089]需要说明的是，在通路部4b的入口部连接液滴接受部4a，在通路部4b的出口部具备载热体回收槽5。
[0090][1.5]送液泵
[0091]在本实施方式中，在两个部位使用锡送液用的泵。
[0092]一个是用于将在热交换塔2下部的液体金属浴中积存的锡再次向热交换塔2上部的散液喷雾喷嘴3提升输送的第二立式泵8，处理的温度范围为500-600°C。
[0093]另一个是将在载热体回收槽5的下部积存的锡向在热交换塔2的中间高度设置的第二散液喷雾喷嘴7提升输送 的第一立式泵6，处理的温度范围为350°C左右。
[0094]作为上述各立式泵6、8，可以使用将电动机部放置在槽外的上部，并使轴铅垂地下降的本田机工(株)制或(株)新井制作所制的立式(立轴)多级泵。此种立式(立轴)多级泵也使用于熔融金属或熔融盐的液态输送。
[0095]需要说明的是，由于COG为可燃性毒性气体，因此在轴所贯通的密封部与外部气体之间设置第三室16，并对该第三室16以比COG侧的压力高的压力供给氮。由此，即使密封存在泄漏，也只会成为氮向COG侧混入或氮向外部气体泄露中的某一种,从而确保安全。另外，作为密封材料，例示出到600°C为止都能够使用的镍铬铁耐热耐蚀合金纤维耐热膨胀石墨压盖填料。
[0096][1.6]散液喷雾喷嘴
[0097]作为锡散液用的散液喷雾喷嘴3，通过仅使填料使用能够耐受400°C的高温填料(例如铜等金属填料)，就能够将水用喷雾喷嘴作为锡散液用使用。
[0098]并且，无论锡，还是水，通过同一喷雾喷嘴制作出的粒子直径大致相同。但是，对于压力而言，根据锡与水的密度比(比重比)而锡成为水的7倍。对于体积流量而言，两者相同。
[0099]需要说明的是，图1中，17是与氨水散水装置11连接的鼓风机，当驱动该鼓风机17时，供给到热交换塔2中的COG与锡散液相反而上升，通过连接管18 —氨水散水装置
11—排出管19而向对流式显热回收装置I外排出。
[0100]即，COG供给线21及连接管18作为将COG从热交换塔2的塔下部2a供给，并从热交换塔2的塔顶部2b抽出的气体给排路而发挥功能。
[0101]另外，图中，24是用于使氨水散水装置11和焦油沉降式离心机10均压化的均压管。
[0102][1.7]锡的散液[0103]作为雾化时向粒子分裂的临界条件的评价方法，使用表示从流体受到的阻力与表面张力的力之比的临界韦伯数Wecrit。
[0104][数学式I]
[0105]
【权利要求】
1.一种炼焦炉气体显热回收装置，其特征在于，具备: 热交换塔，其使炼焦炉中产生的炼焦炉气体与载热体直接接触，且使焦油在该载热体的表面凝结； 载热体回收槽，其使附着有焦油的所述载热体集合，且通过比重分离而使焦油从所述载热体分离，来对所述载热体进行回收。
2.根据权利要求1所述的炼焦炉气体显热回收装置，其中， 作为所述载热体，使用比重比所述焦油重的载热体。
3.根据权利要求1或2所述的炼焦炉气体显热回收装置，其中， 所述炼焦炉气体显热回收装置具有氨水散水装置，该氨水散水装置对通过所述热交换塔内的热交换而冷却后的炼焦炉气体进行引导并对氨水进行散布，使未凝结的焦油成分凝结并对其进行积存。
4.根据权利要求3所述的炼焦炉气体显热回收装置，其中， 所述炼焦炉气体显热回收装置具有焦油沉降式离心机，该焦油沉降式离心机对来自所述氨水散水装置的氨水和凝结液进行引导而使它们比重分离。
5.根据权利要求4所述的炼焦炉气体显热回收装置，其中， 所述炼焦炉气体显热回收装置具有抓取装置，该抓取装置将在所述焦油沉降式离心机的最下层沉淀的载热体和焦油渣的混合物向所述载热体回收槽供给。
6.根据权利要求1所述的炼焦炉气`体显热回收装置，其中， 所述炼焦炉气体显热回收装置具有散液喷嘴，该散液喷嘴将所述载热体从所述热交换塔的上部散布。
7.根据权利要求1所述的炼焦炉气体显热回收装置，其中， 所述炼焦炉气体显热回收装置具有气体给排路，该气体给排路将所述炼焦炉气体从所述热交换塔的塔下部供给，并从所述热交换塔的塔顶部抽出。
8.根据权利要求7所述的炼焦炉气体显热回收装置，其中， 所述炼焦炉气体显热回收装置具有通路部，该通路部将附着有焦油的所述载热体的一部分向所述热交换塔的外部取出，且在该通路部的出口部具备所述载热体回收槽。
9.根据权利要求8所述的炼焦炉气体显热回收装置，其中， 在所述热交换塔内具有液滴接受部，该液滴接受部接受用于热交换且附着有焦油的所述载热体，且该液滴接受部与所述通路部的入口部连接。
10.根据权利要求9所述的炼焦炉气体显热回收装置，其中， 所述炼焦炉气体显热回收装置设有第二散液喷嘴，该第二散液喷嘴将在所述载热体回收槽中分离后的所述载热体从所述液滴接受部的下方散布。
11.根据权利要求1所述的炼焦炉气体显热回收装置，其中， 所述炼焦炉气体显热回收装置具有第二气体给排路，该第二气体给排路将所述炼焦炉气体从所述热交换塔的塔顶部供给，且从所述热交换塔的塔下部抽出。
12.根据权利要求11所述的炼焦炉气体显热回收装置，其中， 在所述热交换塔的下部设有所述载热体回收槽。
【文档编号】C10B27/00GK103459556SQ201280014682
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年4月27日 优先权日:2011年5月20日
【发明者】织田刚 申请人:株式会社神户制钢所