コークス工場
近代的なコークス工場：デュイスブルク– シュヴェルゲルンのカルボナリア工場は、2003 年からティッセンクルップによって運営されています。
ボトロップにあるアルセロール・ミッタル社のプロスパーコークス工場とその煙突および低圧ガスタンク（ティッセン建設）。

コークス工場またはコーキングプラントは、乾留法を用いて石炭からコークスと製造ガスを合成する場所です。900〜1,400 °C（1,650〜2,550 °F）の温度に加熱することにより熱分解された石炭の揮発性成分が放出され、通常は取り出されて回収されます。放出された成分を燃焼させるコークス工場もあります。これは熱回収プロセスとして知られています。得られたコークスの表面には灰の層が形成されます。[ 1 ]石炭からガスを抜くことで、コークスは非常に求められる多孔性を得ます。ガスは分別凝縮によって炭化水素タール、硫酸、アンモニア、ナフタレン、ベンゾール、コークスガスに分解され、これらの製品はその後、さらに化学反応器で精製されます。ドイツでは、国内産業の需要を満たすために、現在も（2010年現在）5つのコークス工場が稼働しています。[ 2 ]

コークスは主に高炉で鋳鉄を製造するために使用され、現在もこれが主な用途となっています。脱ガス処理により硫黄含有量が大幅に減少するため、鉄鋼業界では排出量を抑えながら高品質の鋳鉄を生産することが可能になります。この点を除けば、コークス灰の組成は一般的な石炭とほぼ同じです。[ 3 ]

歴史と原則

コークス炉の内部（1976年、ウェールズ）。

In the early days of the ferrous metallurgy, charcoal was used exclusively in the production of ores.[4] Raw fossil coals (lignite and black coal) or uncharred wood are unsuitable for iron metallurgy, as their impurity content prevents them from reaching a temperature high enough to produce good cast iron. The demand for charcoal, drawn from coke ovens operating in much the same way as modern coking plants, led to massive clearings that permanently disfigured entire regions (e.g. the Ashdown Forest in England). It wasn't until the 18th century that the idea of purifying natural coal in coking plants was conceived. The new fuel soon displaced charcoal entirely, making mass production of cast iron possible, and hence the railroads.[5][6]

Heating coal in the absence of air produces coke, a particularly carbon-rich fuel that is purer and of higher quality than natural coal. By controlling the process, specific performance levels can be achieved with the following properties:[7]

Coke is most often used in blast furnaces and foundries. One of the most important properties of blast furnace coke is its hardness, which it retains even at high temperatures: thus, while serving as a fuel, it ensures the stability of the stack of iron ores and flux, whereas ordinary hard coal would bake and hinder the oxygenation of the mixture.[8]

Description

Coke ovens

Gas emission.
Coke oven interior: detail (1942, USA).

コークス炉はコークス製造工場の中核を成す設備です。最も一般的に使用されている横型炉は、様々な抽出段階の監視に適しているため、幅約 50 cm（20 インチ）の狭い区画で構成されていますが、高さと奥行きは数メートルあります。最新の区画の容積は最大 100 m 3（3,500 ft 3）（例：0.5 m × 6 m × 32 m（1.6 ft × 19.7 ft × 105.0 ft））です。通常、これらの炉はバッテリー状に配置され、1,200 ～ 1,400 °C（2,190 ～ 2,550 °F）で燃焼するガスのインジェクターで区切られており、これにより炉内温度が維持されます。これらのガスは排煙装置から排出され、排煙装置によって熱回収も行われます。高炉ガスは下層階の暖房にも利用され、石炭焙焼炉からのガスと混合されます。等方的な石炭焙焼を確保するため、30分ごとに炉体側面と上面が交互に加熱されます。[ 9 ]

コークス炉の加熱システムは、試運転開始後約3ヶ月の初期段階を経て、連続的に稼働します。加熱が急激すぎたり、急激に停止したりすると、熱応力が発生し、炉に修復不可能な損傷を与える可能性があります。[ 9 ]

高炉と同様に、炉の内部はシャモットまたはケイ酸塩の耐火層で覆われています。各炉には3つの開口部があります。炉体とほぼ同じ幅の前後の扉と、上部の充填・排出ハッチです。油圧式のレーキによって、炉内の石炭層が水平方向に調整されます。[ 10 ] [ 11 ]

屋根

エッセンの世界遺産リストの一部であるツォルフェラインコークス工場のフィーダー側（背景に見える）の炉の眺め。

屋根は炉群の閉鎖板であるだけでなく、石炭バケツを載せた天井クレーンが各炉に石炭を積み込む場所でもあります。この作業を担当する作業員にとって、リスクへの露出は最大限に高まります。粉塵、熱、炎は作業を極めて危険なものにします。[ 11 ]

石炭箱

炉の種類に応じて、石炭貯蔵庫は炉体の上部または端に設置されます。各貯蔵庫には、炉1基を満たすのに必要な量の石炭が入っています。これらの貯蔵庫には、製造するコークスの品質に合わせて特別に選別された石炭が、あらかじめふるいにかけられたり粉砕されたりして入っています。[ 11 ]

バースクリーン

バースクリーンは、炉群の片側に沿って設置されたレール上の移動式台車です。炉からコークスブリケットを取り出し、処理場へ搬送するために設計されています。バースクリーンには、多くの場合2つの関節からなる関節式アームが装備されており、炉群の全長にわたって掃引することができます。油圧ユニットはこの関節式アームの基部に設置されています。炉の前のレールに沿った通路はマスター通路と呼ばれ、扉を閉める作業員と職長が同時に通行できるようにする必要があります。[ 11 ]

  • Schwelgern コークス スクリーン、Forges de Gelsenkirchen-Schalke。
    Schwelgern コークス スクリーン、Forges de Gelsenkirchen-Schalke。
  • プロスパーコークス工場の移動式ナセル。
    プロスパーコークス工場の移動式ナセル。
  • コークスクリーンの前に...
    コークスクリーンの前に...
  • ...そしてオーブンに入れた後。
    ...そしてオーブンに入れた後。
  • ゲルゼンキルヒェン・シャルケ鍛冶場にある焼き菓子店シュヴェルゲルンの創設者。
    ゲルゼンキルヒェン・シャルケ鍛冶場にある焼き菓子店シュヴェルゲルンの創設者。

操作の順序

Forges de Völklingen の電池炉。
  • 石炭は炉に投入され、混合され、粉砕され、圧縮されます。
  • 天井クレーンが炉の上部にある投入口を開きます。
  • 単一の炉への石炭の排出。
  • 炉の種類や石炭の品質に応じて、石炭のスパイクが発生します。
  • 炉を気密に閉じること。
  • 加熱;
  • 続いてガス抜きを行い、十分な多孔性が得られるまで待ちます。
  • 炉端扉の開閉。
  • コークス回収;
  • 同時に消火し、次のサイクルに向けて炉に燃料を投入する。[ 5 ]

窯が満杯になると、窯フィーダーは石炭ホッパーに戻り、次の窯に石炭を投入します。サイクルは2分ごとに新しい窯が起動するようにタイミングが調整されています。窯の壁は継続的に加熱されます。コークス煉瓦の特性と窯の大きさに応じて、焼成には15時間から30時間かかります。[ 5 ]

  • シュヴェルガーン コークス工場、ゲルゼンキルヒェン シャルケ フォージの充填機。
    シュヴェルガーン コークス工場、ゲルゼンキルヒェン シャルケ フォージの充填機。
  • シュヴェルガーンコークス工場のクーラー
    シュヴェルガーンコークス工場のクーラー
  • プロスパーコークス工場のクーラーフード
    プロスパーコークス工場のクーラーフード
  • ワゴン（またはコーラ車）に荷物を積む
    ワゴン（またはコーラ車）に荷物を積む
  • 冷却器への流れ
    冷却器への流れ
  • 上部給餌用のEnfourneuse。
    上部給餌用のEnfourneuse。

消火コークス

コークスは周囲の空気に触れると非常に高い温度になり、すぐに燃え始めるため、特に急速に冷却する必要がある。[ 12 ]

コークスを冷却する方法は 2 つあります。

湿式冷却

  • このプロセスでは、コークス1トンあたり約2m 3 (71ft 3 )の水が必要です。
  • 熱が失われます。
  • 水の約3分の1が蒸気として消散します。
  • 硫酸、粉塵、水性ガスで汚染されたこの蒸気の浄化は依然として問題となっている。

1986年には、コークス1トンあたり0.2～2kg（0.44～4.41ポンド）の固形不純物が冷却中に検出されました。現代のコークス安定化消火プロセスのおかげで、この量は10～15g/t（0.36～0.54オンス/ロングトン）にまで低減されました。[ 12 ]

乾式冷却

これは通常、不活性ガスとして選択された液体窒素を使用して実行されます。

  • この技術はエネルギーを節約します。
  • 自然環境からの水の借用を避けます。
  • ほこりの放出が少なくなります。
  • 最終的な水分含有量が低いほど、高品質のコークスが得られます。
  • 一方、このプロセスは投資と維持管理の面でコストがかかるという点については、一部の専門家や請負業者から異論が出ています。特に、年間の操業コストを削減するエネルギー回収において、この傾向は顕著です。世界第2位の鉄鋼メーカーである中国において、新日本製鐵は乾式冷却への投資により20%から33%のコスト削減が見込まれると見積もっています。[ 12 ] [ 13 ]

気相

19世紀半ばになると、産業界は化学産業における排ガスの価値に気づき始めました。ガスを洗浄し成分を分離するために用いられる蒸留器は、多くの場合、炉の基部に取り付けられ、水密パイプで接続されていました。ガスはファンによって排出されますが、外気が炉内に侵入して爆発する危険を避けるため、ファンは2～5 ミリバール（200～500  Pa）の加圧を維持する必要がありました。ファンが詰まると、定期的にフレアリングが発生します。[ 14 ]

石炭ガスはスクラバーで冷却・洗浄され、凝縮生成物は分離されて様々なプラントに送られます。[ 15 ]

副産物

21世紀のコークス工場

プロスパーコークス工場の湿式急冷塔から蒸気の煙が出ている。

2002年から2004年にかけて、鉄鋼需要の高まりにより、中国で生産されるコークスの価格は80ドルから350ドル近くにまで急騰し、価格は4倍以上に上昇し、同時に上昇した鉄鋼価格の3倍に達した。[ 16 ]

同時に、中国はルール地方ドルトムントの近代的なカイザーシュトゥールコークス工場を解体し、中国に再建した。[ 17 ]ドイツ最後の乾式冷却工場は、ティッセンクルップグループがドルトムントとデュースブルクの鉄鋼工場を統合したため、その不足を補うことができなかった。[ 16 ]

ルール地方で稼働している最後の3つのコークス工場（ボトロップのアルセロール・ミッタル・プロスパー・コークス工場、デュースブルク＝シュヴェルゲルンのカルボナリア／ティッセンクルップ・コークス工場、デュースブルク＝ヒュッキンゲン火力発電所のコークス工場）は、2010年以降、生産能力の限界に達している。2005年6月3日、デュッセルドルフ地区当局は、HKM（ヒュッテンヴェルケ・クルップ・マンネスマン）のデュースブルク＝ヒュッキンゲン・コークス工場の拡張を公共の利益のために承認し、これは2006年1月13日に確認された。コークス工場は2014年3月29日に開設された。[ 18 ]

2005年12月、ザールラント州ディリンゲンにある中央コークス工場（Zentralkokerei Saar GmbH）の改修が承認されました。この改修には、全く新しい第3炉群の建設が含まれます。これにより、第1炉群の稼働は停止され、再建されます。第2炉群は段階的に廃止されます。[ 19 ]

フランスでは、2000年11月時点で6つのコークス工場が稼働していた。セレマンジュ、ダンケルク、フォス＝シュル＝メールにあるユジノール鉄鋼グループの3工場、ドロクールとカーリングにあるシャルボナージュ・ド・フランスの2工場、そして稼働停止中のポンタ・ムッソン工場[ 20 ] [ 21 ]である。2020年5月、セレマンジュのコークス工場が閉鎖されたことで、ダンケルクとフォス＝シュル＝メールの2工場のみが残ることになる[ 22 ] 。

カーリングのコークス工場はポリクロロビフェニル汚染のため2009年10月に閉鎖され、2014年までに完全に解体されました。[ 23 ]

コークス工場 Schwelgern GmbH。

産業政策

コークス価格の持続的な上昇を踏まえ、業界支持者の中には、ドイツ当局に対し、特定の炭鉱の再開は利益につながると主張している者もいる。例えば、ハム北部に完全に民間資金で炭鉱を開設するプロジェクトがあるが、投資額の規模から実現は不可能である。[ 24 ]懐疑論者は、現在の景気循環の中でこの分野への投資が、供給不足が発生した場合に国家財政に影響を及ぼす可能性があると懸念している。[ 25 ]

参照

参考文献

  • ホルストのブルックナー (1938)。Handbuch der Gasindustrie (ドイツ語)。ミュンヘンとベルリン: R.オルデンブルグ。
  • ブッシュマン、ウォルター (1998)。Zechen und Kokereien im rheinischen Steinkohlenbergbau。 Aachener Revier und Westliches Ruhrgebiet (ドイツ語)。ベルリン: マン。ISBN 3-7861-1963-5。
  • オセス、ディートマール (2002)。コール、コック、カルチャー。 Die Kokereien der Zeche Zollverein (ドイツ語)。ドルトムント: Stiftung Industriedenkmflege und Geschichtskultur。ISBN 3-935783-09-4。
  • レス、フランツ・マイケル (1957)。Geschichte der Kokereitechnik (ドイツ語)。エッセン: グリュックカウフ。
  • シュライバー、フリッツ (1911)。Entwicklung und gegenwärtiger Stand der Kokereiindustrie Niederschlesiens (ドイツ語)。ベルリン：シュプリンガー。
  • ファレンコップフ、マイケル (2003)。コックス。 Die Geschichte eines Wertstoffes (ドイツ語)。 Vol. 2. ボーフム：アレマーニュ鉱山博物館。

参考文献

  1. ^ Uhde. 「伝統による能力とノウハウ ― コークス製造技術の新たな次元」（PDF） . Thyssen-Krupp .
  2. ^ 「コークス製造」（PDF） .汚染防止・削減ハンドブック. 1998年.
  3. ^ Adhya, Sourav. 「鉄冶金学-1」（PDF） .冶金工学科. 講義2：高炉プラント.
  4. ^シーフェルル、ロルフ・ピーター (1982). Der unterirdische Wald。エネルギー革命と産業革命(ドイツ語)。ミュンヘン: Manuscriptum Verlagsbuchhandlung。
  5. ^ a b c「冶金産業」（PDF）。2012年。
  6. ^マウントジョイ、アイリーン. 「コカコーラの歴史」 .ペンシルベニア州立インディアナ大学.
  7. ^ 「石炭の炭化」（PDF） .
  8. ^ Kardas, Edyta; Pustějovská, Pavlína (2019). 「高炉プロセスで使用されるコークスの品質 - 選択されたパラメータの分析」 . Sciendo . 1 (1): 602– 609. doi : 10.2478/cqpi-2019-0081 .
  9. ^ a b「コークス炉副産物プラント」IspatGuru。
  10. ^ 「高炉」（PDF） .シーメンス.
  11. ^ a b c d「高炉の仕組み」（PDF）
  12. ^ a b c Dipl Ing Dr Hollenhorst, Dieter (1989). 「高温コークスの冷却方法」 .
  13. ^山口光恒 (2005).鉄鋼業における日本と中国の技術移転に関する事例研究(PDF) . 日本：SBSTA22における緩和に関するインセッションワークショップ、帝京大学.
  14. ^ 「コークス炉ガス生産」アルファ・ラバル。
  15. ^支払者、テオ;ボーム、ヴィルヘルム (2016)。Gasreinigung und Nebenproduktgewinnung (PDF) (ドイツ語)。フィッシャー・トロプシュ。
  16. ^ a b「市販コークス価格」。国連気候変動枠組条約。
  17. ^ヴィレケ、ステファン (2004). Herr Mo holt die Fabrik – Die modernste Kokerei der Welt zieht von Dortmund nach China (ドイツ語)。ダイ・ツァイト。
  18. ^ 「コークス工場技術」ティッセンクルップ。
  19. ^ 「新型コークス炉バッテリー」（PDF）ポール・ワース（SMSグループ） .
  20. ^コルビオン、ジャック (2003)。Glossaire du haut fourneau : Le langage... (savoureux, parfois) des hommes du fer et de lazone fonte, du mineur au... cokier d'hier et d'aujourd'hui、5、2003 (PDF) (フランス語)。 Le savoir... fer.
  21. ^アンブロージ、パスカル (1999)。「ムルト・エ・モーゼルのポン・タ・ムッソン、フェルマー・ウン・コケリー」。レゼコー（フランス語）。
  22. ^ペレレイ、フランソワ (2020). 「セレマンジュ・エルザンジュのアルセロール・ミッタルの料理」。フランス・ブルー・ロレーヌ・ノール（フランス語）。
  23. ^バーナード・クラッツ (2013 年 5 月 25 日)。「カーリングの料理の表面」。Le Républicain Lorrain (フランス語)。
  24. ^ “Förderstandort Donar: Pläne für endgültig begraben” . www.wa.de (ドイツ語)。 2013-02-07 。2024 年 5 月 10 日に取得。
  25. ^サフィロヴァ、エレナ. 「ドイツの鉱業」（PDF） . USGS . ドイツ.
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