JP2006070183A - 高品質改質炭材製品 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明はコークス原料用のバインダーや各種燃料に適用される優れた品質を備え、且つ安価に製造し得る低品位炭を由来とする高品位改質炭材製品を提供することをその課題とするものである。
【解決手段】
低品位炭を原料としてこれを溶剤抽出法により精製された炭材製品であって、灰分≦０.１％、水分≦０.１％、燃料比≦０.５及びギ―セラー最高流動度が１０００ＤＤＰＭ以上であることを特徴とする高品質改質炭材製品。
【選択図】 図１

Description

本発明は、褐炭や亜瀝青炭などの低品位炭を原料としてこれを溶剤抽出法により精製、改質して得られる新規な高品質炭材製品に関するものである。

周知の通り、高炉用コークスなどの冶金用コークスは高品位の強粘結炭が他の配合炭のバインダーの役割を兼ね備えた原料として使用されるが、この強粘結炭は次第に枯渇しつつあり、原料炭としてそのコストが高騰している現状にあり、コークス及び鉄鋼業界に深刻な問題を投げかけている状況にある。

このような、問題に対する対策として、褐炭や亜瀝青炭のような大量に産出する低品位な石炭が着目され、これを改質することによってコークス用原料炭などとして利用する開発や提案もなされている。

代表的な方法として、褐炭などを水素供与性溶媒に混ぜてスラリーとし、これを高温・高圧下で触媒を用いて水添、液化を行い、最終的に生成されるＳＲＣ（溶剤精製炭）を分離抽出してこれをコークス原料用の炭材に利用する方法（特許文献１及び２など）がある。

しかし、この方法により得られるＳＲＣは灰分や使用済みの触媒が濃縮されており、高品位な炭材とはいえない。また、コークス原料用のバインダーとして重要な品質である軟化流動性は備えているものの、揮発性が高すぎるため４００−５００℃での固化特性が不十分であり、ＳＲＣをバインダーとして用いても十分に強度が高いコークスを製造することは不可能である。しかもこのＳＲＣはその製法の面においても、高価な水素や触媒を必要とし、且つ高温・高圧の条件で行わなければいけないため、製造、設備コストが膨大となる不利があり、実用性に欠ける問題を有している。

また、最近提案されているものとして、褐炭などを圧力１〜２０ＭＰａ、温度４００℃以下の溶媒（媒体液）中で熱処理した後、溶媒と熱処理炭を分別して熱処理炭を得、これをコークス原料用の炭材の一部として利用するものがある。

しかしながら、この方法によって得られる熱処理炭は前記の液化による方法によって得られるＳＲＣ比べてその製造コストが低いものの、溶媒による抽出物と非抽出物の混合物であるため、同様に灰分は低減されず、燃料比の改善も不十分である上、軟化流動性は持ち得ない。

従って、これら従来既知の褐炭を由来とする改質炭材製品は、コークス原料用のバインダーやガスタービン燃料、カロリーブースター、ガス化原料や微粉炭火力燃料などの各種燃料として十分に満足しうるものではなかった。
特開平７−５３９６５号 特開平８−２６９４５９号 特開２００３−５５６６７号 特開２００３−５５６６８号

本発明は上記した従来の問題点や欠点を解消し、コークス原料用のバインダーや各種燃料に適用される優れた品質を備え、且つ安価に製造し得る低品位炭を由来とする高品位改質炭材製品を提供することをその課題とするものである。

本発明はこのような課題達成のために完成されたものであって、その要旨とする構成は、低品位炭を原料としてこれを溶剤抽出法により精製された炭材製品であって、灰分≦０.１％、水分≦０.１％、燃料比≦０.５及びギ―セラー最高流動度が１０００ＤＤＰＭ以上であることを特徴とする高品質改質炭材製品である。

本発明によれば灰分などの不純物が少なく、優れた軟化流動性が付与された改質炭材製品が得られるため、コークス原料用のバインダーとして強粘結炭の代替として用いることができる。また、本発明によればほぼ無灰であり、揮発分が高く、燃料比が低く、低水分で高発熱量を有する改質炭材製品が提供されるため、ガスタービン燃料、カロリーブースターとしての活用や、灰分が少ないほど高効率で操業安定性が向上するとされるガス化原料や微粉炭火力燃料などの各種燃料用として有効に利用することができる。さらに、本発明によるとかかる高品質な炭材製品を比較的容易に低コストで製造できる。

先ず、本発明にかかる高品質炭材製品の製造方法について説明する。本発明において改質対象となる石炭は褐炭、亜瀝青炭などの低品位炭（非粘結炭）である。以下、褐炭を例にとって説明するがプロセスとしては同じである。

先ず、粉砕した褐炭を非水素供与性溶剤と混合してスラリーとする。スラリーの石炭濃度は２０〜３５％とすることが適切である。この非水素供与性溶剤は、石炭との親和性に優れ、また加熱状態でも安定で石炭の抽出率が高く、蒸留等の
方法で容易に回収可能な溶剤として、主に石炭の乾留生成物から精製した、２環芳香族を主とする溶剤であり、その主たる成分としては、ナフタレン、メチルナフタレン、ジメチルナフタレン、トリメチルナフタレンが挙げられ、その他脂肪族側鎖をもつナフタレン類、またこれにビフェニルや長鎖脂肪族側鎖をもつアルキルベンゼンが含まれる、２環芳香族を中心とする石炭誘導体を指す。

同溶剤は沸点が１８０〜３３０℃のものが好適である。沸点が１８０ ℃より低い場合には、溶剤を回収する工程で揮発による損失が大きくなり、溶剤の回収率が低下し、また、抽出工程での抽出率が低下する。一方、溶剤の沸点が３３０ ℃を越える場合には、石炭と溶剤との分離が困難となり、溶剤の回収率が低下する。
また、このような成分は、石炭の抽出温度域における穏和な熱分解によって生成するので、溶剤の一部が常に補填され、外部から補充されることなく、溶剤の循環使用が経済的になされる。

次にこの石炭スラリーを好ましくは３００〜４２０℃に加熱して、溶剤抽出を行う。加熱温度は重要であり、３００℃より低い温度では、石炭を構成する分子間の結合を弱めるには不充分であり、溶剤に可溶な石炭成分の割合が低くなる。

一方、４２０℃より高い温度では、石炭の熱分解反応が活発になり、生成した熱分解ラジカルの再結合が起こるため抽出率は低下する。一方、３００〜４２０℃では、石炭を構成する分子間の結合が緩み、穏和な熱分解が起こり抽出率は最も高くなる。この際、石炭の穏和な熱分解により、主に平均沸点（Ｔｂ５０：５０％留出温度）が２００〜３００℃にある芳香族が豊富な成分が生成し、溶剤の一部として有効に利用することができる。

次いで溶剤抽出を終えた石炭スラリーは沈降槽やろ過機などを用いて抽出成分が溶解した液部と非抽出成分が濃縮された非液部に分離する。

そして、この液部より蒸留法などを用いて溶剤を分離・回収する一方、改質炭として抽出成分から灰分のない抽出炭を、また非液部から灰分の濃縮された非抽出炭の双方を得ることができる。

このようにして低品位炭を原料として得られた改質炭材製品（抽出炭）は次のような性状を有する。

すなわち、灰分≦０.１％、水分≦０.１％、燃料比≦０.５及びギ―セラー最高流動度が１０００ＤＤＰＭ以上である。また、揮発分は６０％以上で、発熱量は８０００ｋｃａｌ／ｋｇ以上を示す。

なお、ここでいうギ―セラー最高流動度（ＭＦＤ）は、ＪＩＳ Ｍ ８８０１に規定されたギーセラープラストメータ法によって測定された値である。

このように本炭材製品は灰分をほとんど含まず、水分も極めて少なく、原料炭である褐炭よりも高い発熱量を示す。さらに、褐炭は軟化流動性を示さないが、本炭材製品は優れた流動性を有し、冶金用コークスの原料として強粘結炭と置換可能な特性が付与されている。

また、本炭材製品は灰分などの不純物が少ない一方で、揮発分が多く、燃料比が小さく、発熱量が高いことから、ガスタービン燃料、カロリーブースター、微粉炭火力燃料など各種の燃料用としてもすこぶる適している。

なお、上記灰分、水分、燃料比及びギーセラー流動度が本発明に規定する数値条件を満たさないものについてはコークス原料用のバインダーとしておよび各種の燃料用としては十分な性状を備えているとはいえないことから、本発明の範囲外とした。
（実施例）
表１に示した性状の、２種類の低品位炭（亜瀝青炭−Ｂと褐炭−Ｃ）を原料に、内容積３０Ｌのオートクレーブを用い、１−メチルナフタレン中それぞれ４００℃、３８０℃で抽出し、それぞれの抽出スラリーを同一温度で濾過し、濾液から蒸留法で溶剤を回収して、亜瀝青炭−Ｂからは抽出炭−Ｂを、褐炭−Ｃからは抽出炭−Ｃを得た。なお、濾残からも蒸留法を用いてそれぞれの非抽出炭−Ｂ（副生炭−Ｂ）及び非抽出炭−Ｃ（副生炭−Ｃ）を得た。これら抽出炭と非抽出炭（副生炭）の性状も併せて同表１に示す。

表１より、亜瀝青炭を原料とした抽出炭−Ｂは灰分＜０.1％の実質的に無灰炭であり、水分を含まず、揮発分、発熱量共にかなり増加しており、また燃料比も原料石炭の１.０から０.６に低下していることが分る。さらに、褐炭を原料とした抽出炭−Ｃは同様に灰分＜０.1％で、水分もなく、揮発分、発熱量共にやはり増加しており、燃料比も１.１から０.３へと大幅に低下していることがわかる。

従って、これらの抽出炭−Ｂ、Ｃは何れもガスタービン燃料、カロリー−ブースター、ガス化原料、微粉炭火力燃料など各種の燃料用として優れた性状を有していることが明かである。なお、非抽出炭―Ｃは原料炭よりも灰分濃度が高いものの、揮発分が高く、発熱量が高くなっており、一般炭よりも高品位な石炭に改質されていることもわかった。

実施例２
実施例１で得られた前表１に示した抽出炭−Ｂおよび抽出炭−Ｃを用い、ＪＩＳ Ｍ ８８０１に基づいてギーセラープラストメーターによる軟化流動性評価を行った。この結果を図１に示す。

原料石炭−ＢとＣはともに軟化流動性を示さない低品位の非粘結炭である。ところが、図１から明かなように、本発明により改質された抽出炭−Ｂおよび抽出炭−Ｃは何れも優れた軟化流動性が付与されている。

すなわち、亜瀝青炭を由来（原料）とする抽出炭−Ｂは３００〜４３０℃のコークス化温度域を含む広い温度範囲で測定限界を超える高い流動性（最高流動度＞６００００ＤＤＰＭ）を示している。

また、褐炭を由来とする抽出炭−Ｃでは１６０℃以下の低温で軟化し、３００〜４３０℃のコークス化温度域を含む２８７〜４５９℃の広い温度範囲で同じく測定限界を超える高い流動性（最高流動度＞６００００ＤＤＰＭ）を示している。

従って、これらの抽出炭−Ｂ、Ｃは何れも原料炭にはなかった軟化流動性を付与されていることは勿論のこと、その軟化流動性は非常に高く優れた値を示していることが判明する。こうして、低品位な非粘結性の石炭である亜瀝青炭や褐炭から、高い軟化流動性をもつ無灰の高品質炭材を売ることができるのである。

従って、コークス原料用のバインダーとしてこれらの抽出炭を強粘結炭の変わりに使用できることが明白である。

本発明の実施例２における抽出炭−Ｂ及びＣのギーセラープラストメーターによる軟化流動性の測定・評価結果を示すグラフである。

Claims (1)

1. 低品位炭を原料としてこれを溶剤抽出法により精製された炭材製品であって、灰分≦０.１％、水分≦０.１％、燃料比≦０.５及びギーセラー最高流動度が１０００ＤＤＰＭ以上であることを特徴とする高品質改質炭材製品。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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