JP2004250590A

JP2004250590A - 木質系コークス

Info

Publication number: JP2004250590A
Application number: JP2003042737A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Izawa; 裕伊澤; Shunji Nakasugi; 俊司中杉; Hitoshi Mishina; 仁三品; Masaharu Itatsu; 雅春板津; Hiroyuki Itatsu; 博之板津; Koji Itatsu; 孝治板津; Tetsuhiro Haratake; 哲弘原武
Original assignee: CYC KK; SHIN NIPPON ENGINEERING KK
Current assignee: CYC KK; SHIN NIPPON ENGINEERING KK
Priority date: 2003-02-20
Filing date: 2003-02-20
Publication date: 2004-09-09

Abstract

【課題】炭素質材料としてオガライトなどの木質系産業廃棄物を炭化することで、非鉄・製鉄時の熱源並びに炭素材（加炭材）としても使用可能な高品質の木質系コークスとその製造方法を提供すること。
【解決手段】（ａ）乾燥済み微粉末化炭素質材料を圧縮成型して成型体を得る工程と、（ｂ）前記成型体を、空気進入を遮断して４００〜８００℃の範囲内で炭化する工程を有するところに特徴があり、得られた木質系コークスは、固定炭素量が９０重量％以上（好ましくは９２重量％以上、さらに好適には９５重量％以上）であり、嵩比重が０．４ｇ／ｃｍ^３以上であるところに特徴がある。
【選択図】図１

Description

【０００１】
本発明は、木質系炭素質原材から、非鉄・製鉄時の熱源並びに炭素材（加炭材）として使用可能な高品質の木質系コークスを製造する方法と、該方法により製造された木質系コークスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
一般に、高炉製銑法（高炉法）では、装入物である焼結鉱、コークスを交互に装入する。炉内で装入物は層状に堆積し、高温下、コークスは酸化性ガスによりガス化、焼結鉱は還元ガスとの反応により金属鉄を生成し漸次降下させるものである。高炉を有する製鉄設備は焼結機とコークス炉を備えており、焼結機及びコークス炉でそれぞれ製造された焼結鉱とコークスを高炉に供給し、溶銑の製造が行われる。
【０００３】
従来より冶金用コークスに要求される最も重要な性状は、冷間強度、熱間強度である。これら強度の高いコークスを得るため、適度に石炭化度が高く、４００〜５００℃の温度領域で流動性を示す原料炭が選択されるものの、これらの原料炭は一旦液相状態を経ることからラメラの配列が促進されるため、固化後のコークスのＪＩＳ反応性（ＪＩＳＫ−２１５１により測定される冶金用コークスのＣＯ２によるガス化反応性の指標）で表わすと２５以下であるという欠点がある。
【０００４】
このコークス反応性を制御する方策は、反応性を支配する要因のうち、▲１▼炭素質構造、及び▲２▼比表面積は原料炭の性状でほぼ決定されるため、反応性制御手段としては、▲３▼触媒の添加によるのが望ましいとされていた。
【０００５】
コークスの反応性を向上させる触媒としては、カリウム、カルシウム、鉄等があり、これを原料炭、またはコークスへ添加する方法が知られている。これらの元素は、カリウムの場合、高価なカリウム塩試薬を添加したり、二次的な処理（乾燥）を必要とする海水の散布を行なったりしており、また、カルシウムの場合は生石灰、消石灰、カルシウム塩試薬等を添加している。しかし、高反応性のコークスを実高炉に使用する際には、大量生産を行なう必要があるとともに、添加物としてその生産コストを引き上げる大きな原因となる。
【０００６】
また石炭の配合を調整して高反応性コークスを得る方法としては、非粘結炭や微粘結炭を多量に配合し、バインダー等を加えて混練、加圧成型し、乾留するコークス製造法が考えられるが、バインダー添加に対する混練機、加圧成型機、あるいは特殊な乾留炉が必要となる。
【０００７】
一方、最近になって高炉への微粉炭吹込み法が開発され、実用化が進み、今後ますます高炉への微粉炭吹込みが増加するものと予想されている。製鉄所におけるコークス製造部門の役割は、高炉への塊コークス（粒度２０ｍｍ以上）の供給のみに止まらず、高炉への装入鉱石の約７割を占める焼結鉱の製造において、４〜５％使用される熱源としての粉コークス（粒度２０ｍｍ以下）、その他副原料の製造にも使用される。この高炉への微粉炭吹込み量の増加は、高炉の還元材としてのコークス使用量を低減させるが、高炉内での通気性確保のためのコークス耐荷重性能は、従来にも増して要求されるため、コークス品質の向上が望まれている。
【０００８】
すなわち、粗鋼生産量一定下において高炉への微粉炭吹込み量の増加は、コークス使用量を低減するため、コークス生産量の低減が可能である。しかしながら、コークス生産量の低減は、コークス炉ガス量、乾式消火設備での蒸気回収量の減少等、製鉄所内エネルギーバランスを崩すこととなる。しかも、コークス炉からの窯出し、湿式消火または乾式消火、整粒や高炉までの搬送過程で機械的衝撃を受ける際に発生する粉コークスの不足が顕在化する。
【０００９】
上記粉コークスの不足を解消する方法としては、非・微粘結炭等の劣質炭を装入炭に過剰に配合することによってコークス品質が悪化し、コークス炉からの窯出し、湿式消火または乾式消火、整粒工程や高炉までの搬送過程での発生粉が増加し、粉コークスの生産量の増加は可能であるが、高炉用塊コークスの品質が悪化し、高炉操業のトラブルの原因となる。また、通常配合炭を炭化室内へコークス押出し方向の中央については他の箇所に比べて少なくなるように装入し、次いで非・微粘結炭を主として炭化室内の上記中央部の通常配合炭の上に装入し、しかるのちレベル調整をしてから乾留する方法（特許文献１）、粉炭を乾留して所望の粒度分布をもつ、粒度２５ｍｍ未満の小塊コークスないしは粒度６ｍｍ未満の粉コークスを製造するに際し、該粉炭の最高流動度ＭＦ（ＬｏｇＤＤＰＭ）を０．４５以下に保ち、かつ該粉炭の粒度分布を前記所望するところのコークスの粒度分布に調整して乾留する方法（特許文献２）等の提案が行われている。
【００１０】
しかし、上記特許文献１に開示の方法は、炭化室内の中央部上部に装入した非・微粘結炭が団塊化せずに粉状のままでコークス化するため、乾留後期の通常配合炭から生成する良質コークスの収縮により炭化室壁との間に生じる肌離部（約１０ｍｍ程度）に粉コークスが落下充填され、押出し時に押出し不能等のトラブルを引起こす恐れがある。また、上記特許文献２に開示の方法は、粉コークス製造のために炭化室を使用するため、その分良質コークスの生産量が低下し、良質コークスに対する乾留熱量等のランニングコストの悪化が生じる。
【００１１】
本発明は従来の係る実情に鑑みなされたものであり、その目的は、炭素質材料としてオガライトなどの木質系産業廃棄物を炭化することで、非鉄・製鉄時の熱源並びに炭素材（加炭材）としても使用可能な高品質の木質系コークスを提供せんとするものである。
【００１２】
【特許文献１】
特開昭６０−２３４７９号公報、（特許請求の範囲）
【特許文献２】
特開平１−２３６２９５号公報、（特許請求の範囲）
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明が採用した手段の要旨は、叙上の特許請求の範囲の欄に記載の通りである。
【００１４】
すなわち、請求項１の発明は、炭素質材料より、嵩比重が０．４ｇ／ｃｍ^３以上でありかつ灰分量が１０重量％以下の木質系コークスを製造する製造方法であって、下記（ａ）および（ｂ）の工程を含む。
（ａ）乾燥済み微粉末化炭素質材料を圧縮成型して成型体を得る工程。
（ｂ）前記成型体を、空気進入を遮断して４００〜８００℃の範囲内で炭化する工程。
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１記載の製造方法において、前記成型体が、スクリュウ式または高圧プレス式成型機で圧縮成型されているものを、その要旨とする。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の製造方法において、前記成型体が、たどん又は中空円柱状であるものを、その要旨とする。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法において、前記炭素質材料は、間伐材、建築廃材、鋸屑、プレナー屑、紙くず等の廃材、植物の種子若しくは絞り粕、刈草、ピート、ナッツの殻、及び、これらに類するものを含む群から選ばれたいずれか１種又は２種以上であるものを、その要旨とする。
【００１８】
つぎに、請求項５の発明は、平均粒径１ｍｍ以下に７０％以上が粉砕された炭素質材料の圧縮成形品を、空気進入を遮断して４００〜８００℃の範囲内で炭化してなり、その嵩比重が０．４ｇ／ｃｍ^３以上であり、かつ、固定炭素量が９０重量％（好ましくは９２重量％、さらに好適には９５重量％）以上であるところに特徴を有する木質系コークスを、その要旨とする。
【００１９】
請求項６の発明は、請求項５に記載の木質系コークスにおいて、前記木質系コークスの平均粒度が２０ｍｍ以上であるものを、その要旨とする。
【００２０】
請求項７の発明は、請求項５に記載の木質系コークスにおいて、前記木質系コークスの全体形状が中空筒状であるものを、その要旨とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施例に基づいてより詳しく説明するが、これらはその代表例にすぎず、本発明を限定するものではない。
【００２２】
図１は本発明となる木質系コークスの製造方法を説明するためのブロック図であり、本発明の木質系コークスはこの製造方法にて製造される。
【００２３】
本発明に係わる炭素質材料としては、例えば、間伐材、建築廃材、鋸屑、プレナー屑、紙くず等の廃材、植物の種子若しくは絞り粕、刈草、ピート、ナッツの殻、及び、これらに類するもののいずれか１種又は２種以上の混合物が例示できる。なお、炭素質材料として植物種子部分などが含まれていると、当該木質系コークス中のリン、カリウムなどの含有量が高くなる傾向があり、原材が建築廃材であると、プラスチック系の夾雑物が混在するためか、灰分や揮発成分（ボラ）が高値となる傾向がある。
【００２４】
つぎに、粉砕乾燥済み炭素質材料は、原料ホッパー内に貯蔵され例えばスクリュータイプの乾式加圧成型機に導かれ、棒状必要ならば中空筒状に成型される。この時、加圧時に発生する摩擦熱によって加熱され、原材中の樹液成分（例えばセルロース、リグニンなど）がバインダ（結合剤）の役割を果たすことと、互いに隣接する原材の遊離繊維質部分が複雑に絡みあうことが互いに相まって、高密度の圧縮成型体に成型できる。棒状、中空筒状の成型体は必要に応じてたどん状にカットされることがある。ただし、粉砕乾燥済み炭素質材料を高圧プレス式の乾式成型機にて成形しても構わない。
【００２５】
また、原材となる炭素質材料は、好ましくは平均粒径１ｍｍ以下に粉砕される。粉砕後の平均粒径が１ｍｍ以上であると、乾燥に長時間要したり、乾燥度が不十分となる傾向があり、圧縮成型体を高密度化させ難い傾向がある。粉砕済み炭素質材料は、熱風式乾燥機などに代表される公知乾燥機を使用してすべての水含有量が成型体の重量に対してほとんど５重量％以下（好適には３重量％以下）となるまで乾燥される。
【００２６】
粉砕済み炭素質材料から成型体を成形する方法としては、微粉末化した炭素質材料に、水や糖蜜などに代表される公知のバインダー等を加えて混練し、湿式成型機を使用してたどん状、棒状、あるいは、中空筒状に湿式成型した後、この成型体を乾燥することもできる。
【００２７】
湿式成型法にて成型体を成形する場合は、均一混合時に適宜湿らせ、かつ、乾燥及び炭化の後に硬い母体を形成することができるすべての結合剤が使用できる。この目的のために使用される結合剤の例としては、糖蜜、特にテンサイ及び／若しくはさとうきび糖蜜、又はカルボキシメチルセルロースナトリウムの水溶液、澱粉、ポリ酢酸ビニル又はポリビニルアルコールの水溶液等を挙げることができる。通常の結合剤とは対照的に、糖蜜は人類又は生体環境に有毒な成分を有しないし、さらにかなり有益で、扱いが簡単であり、そして費用がかからない点で好適である。
【００２８】
しかし、成型体を所望する所定形状に自在および、または比較的簡単に成型できるものの、乾燥に長時間要したり、乾燥度が不十分となる傾向がある。また、バインダー添加に対する混練機（例えばシグマ又はＺ混練機）、湿式加圧成型機、あるいは、例えば本発明者らが提案した特殊な乾留炉（特開平１０−１３５６号公報参照）などが必要となる。なお、炭化処理を施す前に、すべての水含有量が成型体の重量に対して少なくとも５重量％以下となるまで乾燥されていないと、原材の遊離繊維質部分が絡み難いためか、圧縮成型体を高密度化し難く、最終製品の物理強度が脆弱になる傾向が認められた。
【００２９】
つぎに、乾燥済み成型体は、密封容器内に収容され、外部からの空気進入を遮断して４００〜８００℃程度（高温であるほど好ましい）にて炭化（乾留処理）される。なお、使用する炭化装置（炭化炉）を特に限定するものではないが、本発明者らが先に提案した炭化装置（例えば特開２００１−２７９２５３号公報参照）などを挙げることができる。
【００３０】
炭化温度が４００以下であると、コークス化が不十分で、炭素含量を９０％以上の木質系コークスを製造し難い。なお、炭化温度を８００℃以下に限定するものではなく、炭化原材の種類あるいは成型体の組成等によっては８００℃以上の温度で炭化ある場合もあり得るので、最終製品たる木質系コークス中の固定炭素が９０重量％以上（好ましくは９２重量％以上、さらに好適には９５重量％以上）であり、その嵩密度が０．４ｇ／ｃｍ^３以上のものとして製造できれば、いずれも均等であるものとする。
【００３１】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいてより詳細に説明するが、以下の実施例により本発明が限定されるものでないことは上述のとおりである。
【００３２】
一般間伐材チップを微粉末化し乾燥（絶乾）したオガ粉を、スクリュータイプの圧縮成形機にて中空筒状の成型体（オガライト）を成型した。
【００３３】
ついで、この成型体（オガライト）を乾留ボックス内に収容し、空気進入を遮断して、６５０〜６８０℃にて１２時間炭化処理（乾留処理）すると、最終製品たる木質系コークスを製造した。
【００３４】
以下、表１に、炭化前後の嵩比重と、収炭率の結果を示す。

【００３５】
また、実施例１及び２で製造した木質系コークスの平均固定炭素量は９３〜９５％、平均灰分量は１．４〜１．８％、総Ｓは、０．１〜０．１５％、総Ｐは０．０１４〜０．０１８％であった。
【００３６】
この実施例における成分値から分かるように、本発明に係る木質系コークスは、現在使用可能なＳ、Ｐ含有量が最低レベルの石炭と同程度であり、高炉などに充分使用できる高品質な高密度炭であることが解った。
【００３７】
【発明の効果】
以上、本発明の木質系コークスに製造方法によると、石炭および、またはコークス、あるいは前処理なしの石油系ボトム油を原料とした炭材等にとは異なりＰ、Ｓをはじめとする不純物元素がほとんど無いため、高炉は無論、転炉や電炉などの熱源および、または還元材あるいは加炭材として使用可能であり、炭材に含有するＳ、Ｐが溶鉄中に移行、濃縮し、溶鉄中Ｓ、Ｐ濃度の上昇を招くことがないく、所定の製品材質を得ることが容易になる。
【００３８】
また、間伐材などを原材として使用するので、産業上利用され大気中に放出された炭酸ガス（炭素）を太陽エネルギを活用して樹木として固定し、これを木質系コークス化して産業利用するという自然循環型リサイクルが可能であるため、炭酸ガス排出に伴う環境負荷が低減できるなど、工業的実効性に優れた作用効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法を概略的に示すブロック図である。
【符号の説明】
１粉砕機
３乾燥機
５ホッパー
７圧縮成型機
９炭化装置

Claims

炭素質材料より、嵩比重が０．４ｇ／ｃｍ^３以上でありかつ灰分量が１０重量％以下の木質系コークスを製造する製造方法であって、下記（ａ）および（ｂ）の工程を含む。
（ａ）乾燥済み微粉末化炭素質材料を圧縮成型して成型体を得る工程。
（ｂ）前記成型体を、空気進入を遮断して４００〜８００℃の範囲内で炭化する工程。
前記成型体が乾式成型機で圧縮成型されていることを特徴とする請求項１記載の木質系コークスの製造方法。
前記成型体が、たどん又は中空円柱状であることを特徴とする請求項１または２記載の木質系コークスの製造方法。
前記炭素質材料は、間伐材、建築廃材、鋸屑、プレナー屑、紙くず等の廃材、植物の種子若しくは絞り粕、刈草、ピート、ナッツの殻、及び、これらに類するものを含む群から選ばれたいずれか１種又は２種以上を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の木質系コークスの製造方法。
平均粒径１ｍｍ以下に７０％以上が粉砕された炭素質材料の圧縮成形品を、空気進入を遮断して４００〜８００℃の範囲内で炭化してなり、その嵩比重が０．４ｇ／ｃｍ^３以上であり、かつ、固定炭素量が９０重量％以上であることを特徴とする木質系コークス。
前記木質系コークスの平均粒度が２０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項５に記載の木質系コークス。
前記木質系コークスの全体形状が中空筒状であることを特徴とする請求項５に記載の木質系コークス。