JP2007016186A - コークスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】粘結材を石炭に配合するに際して、よりコークス強度を向上させることができるコークスの製造方法を提供すること。
【解決手段】石炭に粘結材を配合してコークスを製造する方法であって、粘結材の平均粒子径を調整する。粘結材は単独で粉砕、又は、石炭と共に粉砕することが好ましい。石炭を粉砕した時の平均粒子径が４．６ｍｍ以下であることが好ましい。粘結材の石炭への配合量が５％以下であることが好ましい。粘結材は、例えば、アスファルトを熱分解して得られるピッチである。
【選択図】図１

Description

本発明は、コークス強度を高くすることができるコークスの製造方法に関するものである。

コークスを製造するに際して、適切な量の粘結材を石炭に配合することで、コークスの強度（ドラム指数）が向上することが知られている（例えば、下記非特許文献１〜４）。また、適切な量の粘結材を石炭に配合することで、コークスが高炉内で晒される状態を加味したコークスの品質評価の一つである二酸化炭素によるガス化反応後のコークス強度（ＣＳＲ）が向上することが知られている（例えば、下記非特許文献２，５）

非特許文献１には、アスファルトを熱分解して得られる特殊粘結材であるアスファルト熱分解ピッチを配合すると、コークス強度が改善されることが記載されている。アスファルト熱分解ピッチを２０〜３０％配合することで、高炉にそのまま供給しうる程度のコークス強度が得られることが記載されている。

非特許文献２には、石炭液化の際に副生する重質成分であるＳＲＣ(solvent refined coal)を石炭に添加した際の品質向上効果（コークスの冷間、熱間強度の向上）が示されている。その理由として、低軟化点材料の添加により装入炭の粒子間摩擦が減り、炭化室内で装入密度が向上すること、ＳＲＣが石炭と相溶することにより軟化溶融過程での膨張性が増大すること、生成コークスの光学異方性組織の発達により高石炭化度炭に相当するコークス組織が増加すること、等が記載されている。

非特許文献３には、粘結材として、コールタールピッチが用いられ、特に石油系重質油、アスファルトの利用について記載されている。通常の装入炭に対して特殊ピッチ２〜４％の添加により、コークス強度が向上することが記載されている。

非特許文献４には、アスファルト熱分解ピッチなどのピッチ類によりコークス強度が向上することが記載されている。そのメカニズムとして、石炭とピッチ類が相互に溶融しあい、強固なコークス組織となる反応が促進されることが記載されている。

非特許文献５には、粘結材としてアスファルト熱分解ピッチを添加することで、熱間反応強度（ＣＳＲ）が向上することが記載されている。

「燃料協会誌」第５９巻第６４２号、１９８０年発行、発行所：燃料協会、特殊粘結剤（ＡＳＰ）を用いてのコークス製造ｐ８４１〜８４８ 「石炭・コークス」２００２年発行、発行所：日本鉄鋼協会、４．４配合、乾留、事後処理によるコークス品質制御技術ｐ１１９〜１２０ 「石炭化学と工業」、昭和５２年発行、発行所：三共出版株式会社、７．９．４粘結材添加法ｐ３１５〜３１８ 「燃料協会誌」第５８巻第６３０号、１９７９年発行、発行所：燃料協会、ピッチ類の石炭改質機構ｐ８６０〜８６６ 「ＣＡＭＰ−ＩＳＩＪ」Ｖｏｌ．１、１９８８年発行、低流動性配合によるコークス炉実操業試験結果ｐ６５

以上のように、粘結材を石炭に配合することによりコークス強度が向上することは、種々の文献により知られている。本願発明者らは、粘結材を配合するに際し、粘結材の粒度がコークス強度に対して与える影響について鋭意研究し、粒度を細かくする方がコークス強度をより向上させることを見出した。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、粘結材を石炭に配合するに際して、よりコークス強度を向上させることができるコークスの製造方法を提供することである。

上記課題を解決するための本発明に係るコークスの製造方法は、石炭に粘結材を配合してコークスを製造する方法であって、該粘結材の平均粒子径を調整することを特徴とするものである。

この構成によるコークスの製造方法の作用・効果を説明する。石炭に配合される粘結材に関し、粘結材の平均粒子径を調整するようにしている。本願発明者らは、後述するように、配合する粘結材の平均粒子径を調整することで、コークス強度が向上することを見出した。これにより、コークス強度を向上させるコークスの製造方法を提供することができる。

本発明において、前記粘結材は単独で粉砕、又は、石炭と共に粉砕することが好ましい。

粘結材の平均粒子径を調整する方法として、粘結材を粉砕する方法が好適であり、単独もしくは石炭と共に粉砕することができる。石炭と共に粉砕する場合は、既存の設備を用いて粘結材を粉砕することができ、粒度を適切に調整することができる。従って、新たな設備投資をしなくても、コークス強度を向上させることができる。

本発明において、石炭を粉砕した時の平均粒子径が４．６ｍｍ以下であることが好ましい。後述するように、４．６ｍｍ以下に粉砕することで、コークス強度が向上することを実験的に見出した。

本発明において、前記粘結材の石炭への配合量が５％以下であることが好ましい。後述するように、配合量を５％以下に設定することで、前記粘結材の石炭への配合により生じるコークス炉ガス中の硫黄分の処理負荷を大幅に増加させず、コークス強度の向上を図ることができる。

本発明に係る粘結材は、アスファルトを熱分解して得られるピッチを好適に使用することができる。

本発明に係るコークスの製造方法の好適な実施形態を図面を用いて説明する。その具体例として、冶金用コークスの製造工程を図１により簡単に説明する。

＜コークスの製造工程＞
岸壁に接岸した石炭運搬船１から石炭が陸上げされ、貯炭場２において、石炭の性状（銘柄）ごとに貯蔵される。貯炭場２に貯蔵されている石炭は、銘柄ごとに必要な分量がリクレーマーで払い出され、ベルトコンベアにより配合槽３へと送り出される。配合槽３は複数槽を有しており、１つの配合槽に１つの銘柄の石炭が貯蔵される。石炭は、その性状によりコストの高低があり、品質のよいコークスを安価なコストで製造するために、複数の配合槽から性状の異なる石炭を最適な配合比率で切り出し、コークス製造用の原料炭としての配合が完了する。
すなわち、コークス製造には、種々の種類（銘柄）の石炭を海外から輸入し、銘柄ごとに貯炭場２に貯蔵する。これは、各炭鉱で採掘される石炭は、炭鉱ごとに性状が異なり、性状が異なれば製造されるコークスの性状も異なるため、複数の石炭を配合することで、最も安価なコストでユーザーから要求されるコークス性状（品質）を満足することが必要となるためである。

粉砕設備４には、公知の粉砕機が設けられており、配合された石炭の粉砕処理を行う。粉砕設備４において粉砕された石炭は、ベルトコンベア等によりコークス炉６へと移送される。移送された石炭は、コールビン（石炭塔）６ａに一旦貯蔵された後、装入車６ｂによりコークス炉６に装入され、乾留（蒸し焼き）される。乾留された石炭はコークスとなり、押出機６ｃによりコークス炉外に押し出される。得られた製品コークスは、最終的に高炉へと送り込まれる。

＜実験結果＞
本発明において、石炭を粉砕する粉砕設備によりアスファルト熱分解ピッチを粉砕することができる。石炭にアスファルト熱分解ピッチを配合することでコークス強度を向上させることは知られている。

すなわち、アスファルト熱分解ピッチを石炭に配合すると、ピッチと石炭が相互に溶融し合い、光学異方性組織が発達する。光学異方性組織は、光学等方性組織と比較すると、二酸化炭素との反応性（ＣＲＩ）が低いことが知られている。また、コークスと二酸化炭素との反応性（ＣＲＩ）と二酸化炭素によるガス化反応後の強度（ＣＳＲ）とは逆相関を示すことが知られている。従って、アスファルト熱分解ピッチを配合した石炭から製造したコークスは、二酸化炭素との反応性（ＣＲＩ）が低く、二酸化炭素によるガス化反応後の強度（ＣＳＲ）が高くなる（前述の非特許文献１，５）。

そこで、本願発明者らは、石炭へのアスファルト熱分解ピッチの配合量は同じでも、ピッチ（粘結材）をより細かく粉砕して石炭中に配合することで、より均一にピッチを石炭に分散させ、石炭とピッチの相互作用を大きくすることにより、結果としてコークス強度の向上幅を大きくできないかと考え、これを実験的に確認した。

この表１に示すように、粒度の異なるアスファルト熱分解ピッチを調整した（３種類）。すなわち、アスファルト熱分解ピッチを入手して、これを粒度分布が変わるように粉砕し、３種類のアスファルト熱分解ピッチ試料（ピッチ_4.6、ピッチ_2.4、ピッチ_0.8）を得た。各試料の平均粒子径と３ｍｍ以下の粒度割合を表１に示す。平均粒子径は、ＪＩＳ Ｚ８８０１−１に準拠した篩により篩い分けを行い、フラクション毎の中間値と、その粒度割合から加重平均値として算出した。試料名として右下に平均粒子径を添字で示している。

表２には、アスファルト熱分解ピッチを配合していない配合炭（比較例）と、その配合炭に上記表１で示すアスファルト熱分解ピッチ試料をそれぞれ２．０％配合した試料（実施例１，２，３）及び５．０％配合した試料（実施例４，５，６）を準備した。

幅４３０ｍｍ、高さ９００ｍｍ（有効高さ８００ｍｍ）、長さ１２００ｍｍの炭化室を有する中規模試験炉を用い、上記表２の試料を試料水分が７．５％となるように調整した後、嵩密度７３５ｋｇ／ｍ³で充填し、炉温１０１０℃で約１８時間乾留し、窯出し後、湿式冷却を行ってコークスを得た。

ドラム指数については、次のように測定した。得られたコークスを、高さ２ｍから２回落下させた後に、コークス強度をＪＩＳ Ｋ２１５１に準じて、ドラム指数ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅（１５０回転後における粒径１５ｍｍ以上の割合（質量％））を測定した。各実験例それぞれから８回サンプルを採取、測定した。測定結果からドラム指数平均値及びその標準偏差を算出した。

コークスと二酸化炭素との反応性（ＣＲＩ）及び二酸化炭素によるガス化反応後のコークス強度（ＣＳＲ）については、次のように測定した。得られたコークスの粒度を２０±１ｍｍに調整し、この調整したコークス２００ｇを反応器内温度１１００℃、二酸化炭素ガス流量５Ｎｌ／ｍｉｎの条件下で２時間反応させた。反応終了後にコークスを回収して反応後試料重量を測定し、コークスの重量減少率を算出し、その値をＣＲＩとした。次に、反応後のコークスをＩ型ドラムで６００回転させた後に回収し、反応後試料重量に対するＩ型ドラム処理後の９．５２ｍｍ篩い上の重量から歩留まりを算出し、その値をＣＳＲとした（石炭利用技術用語辞典ｐ７０、燃料協会編、１９８３年参照）。

表３にドラム指数、ドラム指数標準偏差、ＣＲＩ、及びＣＳＲの測定結果を示す。

表３からも分かるように、アスファルト熱分解ピッチの平均粒子径が小さくなるに従い、ドラム指数が高くなること、ＣＲＩが低くなりＣＳＲが高くなることが分かる。すなわち、アスファルト熱分解ピッチを配合することでコークス強度が向上し、かつ、ピッチの平均粒子径が小さくなるほどコークス強度が高くなることが分かる。また、アスファルト熱分解ピッチの配合量５．０％までは、コークス強度は向上することを確認した。

コークス用原料炭中の硫黄分は約０．６％（米国、カナダ、オーストラリア、南アフリカ、ロシア、中国、日本で産出する石炭３３銘柄の平均値、「コークスノート」、２００４年版、日本エネルギー学会編、７−３石炭関係物性・性状値ｐ４０参照）である。これに対し、アスファルト熱分解ピッチはその１０倍以上の約７％程度の硫黄分を含有している（前出、文献４参照）。硫黄分を多く含んだ粘結材の配合は、乾留により回収されるコークス炉ガス中の硫黄分を増加させ、処理負荷を増加させるので好ましくない。コークス強度を向上させ、かつ、コークス炉ガス中の硫黄分の処理負荷を大幅に増加させないためには、アスファルト熱分解ピッチの配合量は５％以下が好ましい。

以上のように、アスファルト熱分解ピッチをより細かく粉砕することで、アスファルト熱分解ピッチ配合によるコークス強度の向上効果を大きくすることができる。また、石炭を粉砕するための粉砕設備４を利用してアスファルト熱分解ピッチを粉砕する場合は、新たな設備投資を行う必要がない。もちろん、本発明として、専用の設備でアスファルト熱分解ピッチを粉砕して石炭に配合するようにしてもよい。

また、アスファルト熱分解ピッチをより細かくして石炭に配合することにより、表３に示すように、ドラム指数標準偏差も小さくすることができる。従って、粘結材添加によるコークス強度の向上を図りながら、粘結材添加によるドラム指数標準偏差の拡大を抑制できるため、ユーザーから要求されるコークス性状（品質）が同水準であれば、より安価な石炭の使用によるコークス製造が可能となる。

＜別実施形態＞
本実施形態において、冶金用コークスの製造工程として説明を行ったが、冶金用以外のコークス製造の場合にも本発明は応用できるものである。また、粘結材としてアスファルト熱分解ピッチを例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。

冶金用コークスの製造工程を示す図

符号の説明

１ 石炭運搬船
２ 貯炭場
３ 配合槽
４ 粉砕設備
６ コークス炉
６ａ コールビン
６ｂ 装入車
６ｃ 押出機

Claims (5)

1. 石炭に粘結材を配合してコークスを製造する方法であって、
   該粘結材の平均粒子径を調整することを特徴とするコークスの製造方法。
2. 前記粘結材は単独で粉砕、又は、石炭と共に粉砕することを特徴とする請求項１に記載のコークスの製造方法。
3. 前記石炭を粉砕した時の平均粒子径が４．６ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載のコークスの製造方法。
4. 前記粘結材の石炭への配合量が５％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のコークスの製造方法。
5. 前記粘結材は、アスファルトを熱分解して得られるピッチであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のコークスの製造方法。
   

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