JP2005179494A

JP2005179494A - コークス製造用原料炭の補助炭

Info

Publication number: JP2005179494A
Application number: JP2003422291A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Sato; 芳樹佐藤; Akira Kushiyama; 暁櫛山; Yasuhiko Kondo; 康彦近藤; Katsuhisa Maruyama; 勝久丸山; Noriko Yoshizawa; 徳子吉澤
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2005-07-07

Abstract

【課題】流動性・粘結性に優れ、コークス製造用原料炭の補助炭として有用な改質炭およびこれを含有する廉価で量産性に優れたコークス用原料炭を提供する。
【解決手段】低品位炭を４００〜４５０℃の温度で石油系水素化処理触媒または石油系分解触媒の存在下で、液相熱分解して得られる改質炭を含有してなるコークス製造用原料炭の補助炭。低品位炭が、亜瀝青炭、褐炭、亜炭、泥炭および木質炭から選ばれた少なくとも一種である上記コークス用原料炭の補助炭。
【選択図】なし

Description

本発明は、コークス製造用原料炭に関し、更に詳しくは、亜瀝青炭、褐炭、亜炭、泥炭、木質系炭などの低品位炭を有効利用した、粘結性・流動性が高く、しかも廉価で大量生産性に優れたコークス製造用原料炭の補助炭に関する。

一般に、地球上における亜瀝青炭、褐炭、亜炭、泥炭、木質系炭などの低品位炭の賦存埋蔵量は無炭瀝青炭等の高品位炭のそれと同程度あるいはそれ以上と言われているが、高品位炭に比較してその利用地域が限定され、生産地に比較的近い場所でわずかに使用されているに過ぎず、その有効利用があまり進んでいない。これは、低品位炭が２０〜３０％場合によっては５０％以上の水分・揮発分を含むためエネルギー効率に直接関係する発熱量が低く、エネルギーの利用効率が低いのが主な原因であるが、引火温度が低く、しかも細孔により比表面積が大きいため風化や輸送・貯蔵中の形態変化により自然発火を起こしやすいため、長距離輸送に不向きであり、また貯蔵安定性に問題があること等にも起因している。

一方、国内で使用された石炭は１９９０年で約１億トン、１９９５年には１億２千万トン、２０００年には１億５千万トンに達しているが、この内、コークス用原料炭はその産出量の低下、価格の上昇等が相俟って、１９９０年には、６０００万トンであったが、２０００年には４０００万トン、と落ち込んでいる。

このため、前記した新たな有効利用が渇望されている低品位炭を活用し、これをコークス用原料炭の補助炭として利用する方法が模索されている。
しかし、一般に低品位炭は前記したように、自然発火を起こしやすいため。長距離輸送が困難で、貯蔵安定性に問題がある上、粘結性・流動性に劣るため、コークス用原料炭の補助炭としてこれまでに有効なものが得られていなかった。

本発明者らは、これらの問題を解決するため、先に、低品位炭を４００〜４５０℃で液相熱分解することにより得られる様々な改質炭を瀝青炭に添加し、その最高流動度の変化を測定し、コークス用原料炭の補助炭としての有効性の有無を検討した（非特許文献１）。

この結果、たとえばバックスキン炭等の亜瀝青炭を上記条件下で改質したものは、溶剤の種類に関係なく、最高流動度を維持するが、ヤルーン炭などの褐炭からの改質炭では添加量の増大に伴って最高流動度が急激に低下し、補助炭として機能しないことが判明した。したがって、バックスキン炭等などの亜瀝青炭だけでなく、ヤルーンン炭などの褐炭あるいは木質炭などの低品位炭を原炭としても、流動性・粘結性に優れ、コークス製造用原炭の補助炭として有効な改質炭の開発が強く要請されていた。

「第３９回石炭化学会議講演要旨集」８２．１８１〜１８２頁平成１４年１０月発行

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであって、流動性・粘結性に優れ、コークス製造用原料炭の補助炭として有用な改質炭およびこれを含有する廉価で量産性に優れたコークス用原料炭を提供することを目的とする。

本発明者らは、特定な触媒を用いると、バックスキン炭等などの亜瀝青炭だけでなく、ヤルーン炭などの褐炭あるいは木質炭などの低品位炭を原炭としても、流動性・粘結性に優れ、コークス製造用原炭の補助炭として有効な改質炭が得られることを知見し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明によれば、以下の発明が提供される。
（１）低品位炭を４００〜４５０℃の温度下、石油系水素化処理触媒または石油系分解触媒の存在下で、液相熱分解して得られる改質炭を含有してなるコークス製造用原料炭の補助炭。
（２）低品位炭が、亜瀝青炭、褐炭、亜炭、泥炭および木質炭から選ばれた少なくとも一種であることを特徴とする請求項１に記載のコークス用原料炭。
（３）触媒が、硫化鉄、アルミナ担持ニッケル−モリブデン系触媒、アルミナ担持コバルト−モリブデン系触媒および金属含有ゼオライト系触媒から選ばれた少なくとも一種であることを特徴とする上記（１）または（２）に記載のコークス製造用原料炭の補助炭。
（４）高品位炭に改質低品位炭からなる補助炭を含有させたコークス製造用原料炭であって、該補助炭が、上記（１）乃至（３）何れかに記載の改質炭であることを特徴とするコークス製造用原料炭。
（５）高品位炭が瀝青炭であることを特徴とする上記（４）に記載のコークス製造用原料炭。

本発明のコークス製造用原炭の補助炭は、バックスキン炭等などの亜瀝青炭だけでなく、ヤルーン炭などの褐炭あるいは木質炭などの低品位炭一般を原材料としているのも拘わらず、自然発火が抑制され、長距離輸を可能とし、貯蔵安定性に問題がない上、粘結性・流動性に優れたものである。したがって、従来よりその有効な用途・活用が希求されていた低品位炭の利用を著しく促進し、石炭産業の活性化に多いに貢献するものである。
また、本発明のコークス製造用原料炭は、上記のような安価な低品位炭を補助炭として含有することから、これまでのコークス製造用原料炭に比し価格が低廉であり、量産性に優れたものである。

本発明でいう、低品位炭とは、炭素含有量の比較的少ない石炭のことであって、亜瀝青炭、褐炭、亜炭、泥炭および木質系炭を意味する。
具体的には、太平洋炭（日本）、バックスキン炭（米国）、タニトハルム炭（豪州）等の亜瀝青炭、カンスク・アチンスク炭（ロシア）、ヤルーン炭（豪州）、フォーチュナ炭（ドイツ）等の褐炭および白樺炭等のような木質系バイオマス等のような低品位炭が挙げられる。

この低品位炭を液相熱分解させて改質低品位炭を得るに当たっては、その分解効率を高めるために予め１００ｍｍ以下好ましくは５０ｍｍ以下の粒径の微粉炭としておくことが望ましい。

また水分含有量が多い場合には予備粉砕のために予め乾燥させておくことが望ましい。粉砕され、必要により乾燥されたた低品位炭は溶剤によりスラリー化される。溶剤としては低品位炭をスラリー化できるものであれば何れも使用でき、例えば、パラフィン類（アルカン系、シクロアルカン系を含む）、パラフィン系灯油、軽油、潤滑油留分あるいはエンジン廃油などの使用後の廃油などが挙げられる。これらの溶剤の中でも、パラフィン類特にｔ−デカリンなどの軽質パラフィン類は反応後の固液分離特性或いは触媒活性が極めて良好であり、好ましく使用される。溶剤の使用量は特に制約されないが、通常、低品位炭１重量部に対して〜２重量部好ましくは１〜１．５重量部程度とするのがよい。

スラリー化された低品位炭は次いで石油系水素化処理触媒または石油系分解用触媒の存在下、好ましくは窒素ガス雰囲気下の密封容器中に導入され液相熱分解反応に供される。熱分解温度は含酸素成分の分解性などを考慮して、４００〜４５０℃好ましくは４２０〜４４０℃とする。

石油系水素化処理触媒または石油系分解用触媒としては、例えば硫化鉄、アルミナ担持ニッケル−モリブデン系触媒、アルミナ担持コバルト−モリブデン系触媒、コバルト、ニッケルなどの金属含有ゼオライト系触媒などが挙げられる。

また、熱分解温度が４００℃未満であると熱分解反応があまり起こらず、逆に４５０℃を超えると、熱分解反応が進みすぎ、また溶剤の消費量が増大し、更には溶剤の熱分解によってガス状生成物の生成量が増加するので望ましくない。熱分解圧力に特に制限はないが、通常０．２〜７ＭＰａ好ましくは０．５〜５ＭＰａとするのが良い。

このような特有な温度範囲かつ特定な触媒を用いた、液相熱分解反応により、本発明では、含水量が低減し発熱量が向上すると共に輸送・貯蔵安定性に係わる自然発火性が改善され、これに加えて粘結性・流動性に優れ、コークス製造用原料炭の補助炭としては有効な改質炭を得ることができる。

この場合、前記したように、分解温度が４００℃未満であると分解反応があまり起こらず、逆に４５０℃を超えると、熱分解反応が進みすぎ、また溶剤の消費量が増大し、更には溶剤の熱分解によってガス状生成物の生成量が増加し、本発明のような顕著な作用効果を呈することはできない。
また、これらの上記熱分解温度条件を満たしても、前記した触媒を使用しない場合には、その流動性が小さく、また流動性があったとしてもその使用量が増大すると次第に流動性が低下し、コークス製造用原料炭の補助炭としての機能が十分に発揮されない。

すなわち、本発明の奏する、含水量が低減し発熱量が向上ると共に輸送・貯蔵安定性に係わる自然発火性が改善され、しかも低品位炭の種類に拘わらず流動性・粘結性に優れ、コークス製造用原料炭として有用な補助炭を得ることができる、といった作用効果は、低品位炭の改質方法として、液相熱分解法を採用すると共に該熱分解温度を４００〜４５０℃に選定し、かつ前記特定触媒を使用することによって初めてもたらされるのである。

本発明で得られる改質低品位炭はコークス製造用原炭として必要な優れた流動特性を有することから、従来公知の、瀝青炭等の高品位炭に改質低品位炭からなる補助炭を含有させたコークス製造用原料炭における、補助炭として有効に利用することができる。
本発明に係る補助炭の配合量に特別な制限はないが、通常、５〜５０重量％好ましくは５〜３０重量％である。

このようにして得られる本発明のコークス製造用原料炭は、上記のような安価な低品位炭を補助炭として含有することから、これまでのコークス製造用原料炭に比し価格が低廉であり、量産性に優れたものであるということができる。

以下、本発明を実施例により更に具体的に説明する。

実施例１
褐炭であるドイツ産のフォーチュナ炭を１００メッシュ以下に粉砕・乾燥した原炭２２ｇを表１記載の溶剤５０ｇに分散し、２００ｍｌの電磁攪拌式オートクレ−ブに入れ、窒素初圧２ＭＰａ、反応時間１時間、表１記載の触媒の存在下または非在下、４４０℃で液相熱分解した。得られたスラリー状生成物を３３０℃、３ｔｏｒｒの条件で真空蒸留して改質炭を得た。
［改質炭の粘結性（流動性）の評価］
改質炭の粘結性評価は、瀝青炭であるオーストラリア産のグニエラ炭を基準として、改質炭を除々加えたサンプルについての流動度の変化をギーセラープラストメーターで測定した。
その測定結果を表１および図１に示す。

実施例２
実施例１の原炭をロシア産のカンスク−アチンスク褐炭に代え、反応条件を表２記載のものに代えた以外は実施例１と同様にして改質炭を得た。得られた改質炭の粘結特性を実施例１と同様な方法により測定した。その結果を表２および図２に示す。

実施例３
実施例１の原炭をオーストリア産のヤルーン褐炭に代え、反応条件を表３記載のものに代えた以外は実施例１と同様にして改質炭を得た。得られた改質炭の粘結特性を実施例１と同様な方法により測定した。その結果を表３および図３に示す。

実施例４
実施例１の原炭をバイオマス（木質系炭）に代え、反応条件を表４記載のものに代えた以外は実施例１と同様にして改質炭を得た。得られた改質炭の粘結特性を実施例１と同様な方法により測定した。その結果を表４および図４に示す。

前記表１〜４および図１〜図４の結果から、触媒を用いた改質炭（サンプル１−５〜１−８、２−３、３−３、４−２〜４−４）が粘結特性に優れ、コークス用原料炭と混合しても瀝青炭と同様な性状を有し、十分な流動特性を示すことから、コークス製造用原料炭として有効に利用できることが判る。

実施例１で得られる改質炭の流動度を測定したグラフ実施例２で得られる改質炭の流動度を測定したグラフ実施例３で得られる改質炭の流動度を測定したグラフ実施例４で得られる改質炭の流動度を測定したグラフ

Claims

低品位炭を４００〜４５０℃の温度下、石油系水素化処理触媒または石油系分解触媒の存在下で、液相分解して得られる改質炭を含有してなるコークス製造用原料炭の補助炭。
低品位炭が、亜瀝青炭、褐炭、亜炭、泥炭および木質炭から選ばれた少なくとも一種であることを特徴とする請求項１に記載のコークス用原料炭の補助炭。
触媒が、硫化鉄、アルミナ担持ニッケル−モリブデン系触媒、アルミナ担持コバルト−モリブデン系触媒および金属含有ゼオライト触媒から選ばれた少なくとも一種であることを特徴とする請求項１または２に記載のコークス製造用原料炭の補助炭。
高品位炭に改質低品位炭からなる補助炭を含有させたコークス製造用原料炭であって、該補助炭が、請求項１乃至３何れかに記載の改質炭であることを特徴とするコークス製造用原料炭。
高品位炭が瀝青炭であることを特徴とする請求項４に記載のコークス製造用原料炭。