JP2008201900A - 成形炭の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】微粉炭を含む混練物を塊成化するに際し、混練物の粒子間に存在する気体を効率よく脱気し、その嵩密度を高くして強度を高め、高品質の成形炭を得ることが可能な成形炭の製造方法を提供する。
【解決手段】加熱した微粉炭をバインダーと共に混練機で撹拌して、６０℃以上１７０℃以下の混練物とし、混練物をホッパー１０を介してホッパー１０の直下に配置された成形用ロール１１、１２へ送り成形炭を製造する方法において、ホッパー１０への投入直後の嵩密度が０．６トン／ｍ^３以上０．９トン／ｍ^３以下の混練物を、ホッパー１０内で４分以上滞留させて脱気した後、成形用ロール１１、１２に供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、微粉炭を塊成化した成形炭の製造方法に関する。

従来、微粉炭とバインダーを混練した混練物を、塊成機（例えば、ロールコンパクター）により加圧し塊成化して成形炭を製造している。
この塊成機は、互いに逆回転する一対のロール（加圧成型用ロール）を有しており、このロールの直上部には、内部に押し込みスクリューが配置されたホッパーが設けられている。これにより、ホッパー内の混練物は、押し込みスクリューによって対向するロール間の隙間へ押し込まれて、このロールで加圧成形される。

しかし、微粉炭を含む混練物中には気体が含まれており、この気体の多くが混練物中に残存した状態で、混練物が塊成機へ供給される。このため、塊成機で塊成化された成形炭の嵩密度があまり大きくならないばかりか、成形物を構成する粒子間距離が縮まらず、成形炭の強度を目的とする強度まで高めることができない問題がある。また、多くの気体が残存した状態の混練物を塊成機で加圧し成形するため、加圧が過剰となると混練物中の気体が押圧され、成形炭がいわゆる加圧割れを発生する。
そこで、例えば、特許文献１には、ホッパーの下部に開孔部を設け、この開孔部を介して混練物中の気体を除去し、高品質の成形炭を製造する方法が開示されている。

特開平５−６９１９８号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術は、ホッパーの下部に開孔部を設ける必要があり、ホッパーの装置構成が複雑となる。
また、ホッパーの下部に開孔部を設けても、混練物中の気体を十分に除去できないので、成形炭の嵩密度を高めることができない。このため、成形炭の強度を更に高めることができず、高品質の成形炭を製造できない恐れがある。
一方、微粉炭へのバインダー添加割合を増加させ、混練物の嵩密度を上昇させることも可能であるが、混練物が通過する各設備への混練物の付着が進行するため、過剰な増加はできないという問題もある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、混練物の粒子間に存在する気体を効率よく脱気して、微粉炭を含む混練物を塊成化するに際し、その嵩密度を高くして強度を高め、高品質の成形炭を得ることが可能な成形炭の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するためのものであり、その手段（１）は、加熱した微粉炭をバインダーと共に混練機で撹拌して、６０℃以上１７０℃以下の混練物とし、該混練物をホッパーを介して該ホッパーの直下に配置された成形用ロールへ送り成形炭を製造する方法において、
前記ホッパーへの投入直後の嵩密度が０．６トン／ｍ^３以上０．９トン／ｍ^３以下の前記混練物を、前記ホッパー内で４分以上滞留させて脱気した後、前記成形用ロールに供給する。

手段（２）は、手段（１）において、前記バインダーはコークスから副生されるタール系のものであり、該バインダーの添加量を、前記微粉炭の５質量％以上１０質量％以下とする。

本発明に係る成形炭の製造方法は、混練物をホッパー内で４分以上滞留させるので、混練物中に残存する気体を十分に脱気できる時間を確保できる。これにより、混練物の粒子間に存在する気体を効率よく脱気して、微粉炭を含む混練物を塊成化するに際し、その嵩密度を高くして強度を高め、高品質の成形炭を得ることができる。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係る成形炭の製造方法に使用するロールコンパクターと混練物の嵩密度との関係を示す説明図、図２は混練物の脱気率と混練物のホッパー内での滞留時間との関係を示す説明図である。

図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る成形炭の製造方法は、加熱した微粉炭をバインダーと共に混練機（図示しない）で撹拌して混練物とし、この混練物をホッパー１０を介してホッパー１０の直下に配置された一対の成形用ロール（以下、単にロールともいう）１１、１２へ送り成形炭を製造する方法であり、この混練物をホッパー１０内で所定時間滞留させた後、成形用ロール１１、１２へ供給する方法である。なお、ホッパー１０と成形用ロール１１、１２で、成形機（塊成機、即ちロールコンパクター）を構成している。
この方法について、以下、詳しく説明する。

使用する微粉炭は、例えば、粒径が０．５ｍｍ以下の粉状石炭であり、バインダーは、例えば、特開２００４−１４９６４７号公報に開示されたコークスから副生されるタール系のものが好ましい。
ここで、バインダーの添加量は、微粉炭の５質量％以上１０質量％以下とすることが好ましい。これは、バインダーの添加量が少な過ぎれば、バインダーによる微粉炭の結合効果を得ることができず、一方、多過ぎれば、混練物の搬送過程にある各種装置へのバインダーの付着が発生するからである。
このため、バインダーの添加量の下限を５質量％としたが、７質量％とすることが好ましく、上限を１０質量％としたが、８質量％とすることが好ましい。
なお、バインダーは、タール系のものに限定されるものではなく、例えば、澱粉（例えば、コーンスターチ）または廃プラスチックを使用することもできる。

上記した微粉炭とバインダーを、混練機へ供給して撹拌し、混練物を製造する。
この混練機は、例えば、従来公知のネスコニーダ、パドルミキサー、ピンミキサー、または筒状となった搬送路内に１本または２本のスクリュー（回転軸の周囲に螺旋状に羽根が設けられたもの）が回転可能に設けられたものを使用できる。
これにより、微粉炭とバインダーを混練して製造された混練物は、多数の微粉炭がバインダーによって結合された擬似造粒物の形態となっている。

この混練物を６０℃以上１７０℃以下の温度範囲に設定することで、成形機の下流側に配置されるコークス炉における混練物の加熱時間を短縮でき、コークスの生産効率を向上できる。
このため、混練物の温度の下限値を７０℃、更には８０℃とすることが好ましく、上限値を１６０℃、更には１５０℃とすることが好ましい。
なお、混練物の温度を、上記した温度範囲に設定するためには、バインダーと微粉炭の両方を加熱した後に混合することが好ましい。
この混練物の嵩密度、即ちホッパー１０への投入直後の嵩密度は、０．６トン／ｍ^３以上０．９トン／ｍ^３以下である。この嵩密度は、前記した構成の微粉炭とバインダーとを混練した際の嵩密度である。

この混練物を、ホッパー１０の上端部に設けられた混練物供給口１３へ供給し、ホッパー１０内で４分以上滞留させて脱気した後、ホッパー１０の下端部に設けられた混練物押出口１４を介して、所定量ずつ連続的にロール１１、１２へ供給する。
使用するロール１１、１２は、互いに逆回転する一対のロール（加圧成型用ロール）である。このロール１１、１２の直上には、内幅が下方へ向かって縮幅し、しかもその高さ方向の長さが従来のものより２ｍ以上３ｍ以下程度長いホッパー１０が設けられている。なお、従来のホッパーの高さ方向の長さは、例えば、２ｍ程度である。また、ホッパー内の混練物の維持レベルも、これに伴って、図１の滞留時間２分で示す高さ位置から、滞留時間４分、更には１０分で示す高さ位置へ上昇させた。

このホッパー１０の内部で、しかもロール１１、１２間の隙間の上方には、ホッパー１０内の混練物をロール１１、１２間の隙間へ押し込む押し込みスクリュー１５が配置されている。この押し込みスクリュー１５の回転駆動軸１６は、ホッパー１０に設けられた駆動手段１７（駆動モータと減速機を有する）により回転可能（例えば、大きさによって異なるが、１０〜１００ｒｐｍ程度）になっている。
これにより、ホッパー１０内の混練物は、押し込みスクリュー１５によって対向するロール１１、１２間の隙間へ押し込まれ、このロール１１、１２で加圧成形される。

ここで、混練物の滞留時間を４分以上とした根拠について、図１を参照しながら説明する。この図１の左側には、ロール１１、１２とその直上に配置されたホッパー１０を示しており、右側には、このホッパー１０内を移動（下降）する混練物の嵩密度を、ホッパー１０内の混練物の高さ位置に対応させて示している。なお、図１の嵩密度を示す点線は、混練物の滞留時間を２分とした場合の結果であり、細い実線は、混練物の滞留時間を４分とした場合の結果であり、太い実線は、混練物の滞留時間を１０分とした場合の結果である。この滞留時間の相違は、前記したように、ホッパー内における混練物の堆積高さを変えることで設定されており、ロール１１、１２への混練物の供給量は同じ（３４トン／時間）である。なお、ホッパー１０へ供給した混練物の温度は、６０℃以上１７０℃以下の範囲である。

図１から明らかなように、従来のホッパーを使用し、混練物の滞留時間を２分とした場合、ホッパーの混練物押出口で、混練物の嵩密度を十分に高めることができなかった。一方、本願発明のように、ホッパー１０内の堆積高さを従来より高くし、混練物の滞留時間を４分、更に１０分とした場合、ホッパー１０の混練物押出口１４で、混練物の嵩密度を十分に高めることができた。
その結果、ロール１１、１２で塊成化された成形炭の嵩密度は、滞留時間２分の場合１．０３トン／ｍ^３程度と低かったが、滞留時間４分と１０分の場合、それぞれ目標範囲（例えば、１．１トン／ｍ^３以上１．３トン／ｍ^３以下）を満足できる１．１１トン／ｍ^３と１．１５トン／ｍ^３であった。
以上のことから、ホッパー１０内における混練物の滞留時間を４分以上とした。

なお、ホッパー１０内における混練物の滞留時間の上限値については設定していない。これは、図１からも明らかなように、混練物の滞留時間の長期化に伴って、混練物の嵩密度も向上できることによる。
しかし、図２からも明らかなように、滞留時間の長期化は、混練物の脱気率の顕著な増加が望めず、しかもホッパーの高さ方向の長さを過剰に長くしなければならないという新たな問題が生じる。従って、現実的には、１０分、更には８分とすることが好ましい。
なお、図２において、縦軸の脱気率とは、ホッパーへ供給する混練物中に含まれる気体を１００体積％とし、どれだけの気体が混練物中から除去できたかを示す割合である。また、図２の「◆印」は、混練物の滞留時間を２分とした場合の脱気率の推移であり、「■印」は、混練物の滞留時間を１０分とした場合の脱気率の推移（なお、混練物の滞留時間を４分とした場合の脱気率の推移はこの曲線上に位置する）である。

このように、混練物をホッパー１０内で４分以上滞留させた後、ホッパー１０の混練物押出口１４を介して、混練物を押し込みスクリュー１５によって対向するロール１１、１２間の隙間へ押し込み、このロール１１、１２で加圧成形する。
これにより、平板状の成形炭を製造できる。
なお、前記したように、混練物は加圧成形に際して十分脱気されており、しかも、この混練物を加圧成形することで、成形炭の嵩密度を十分に高めることができる。
従って、強度が高められた高品質の成形炭を製造できる。

次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
加熱した平均粒径０．３ｍｍの微粉炭を、石炭系ピッチを主体とするバインダーと共に混練機で撹拌して混練物とし、この混練物をホッパーを介して成形用ロールへ送り成形炭を製造した結果を、表１に示す。なお、表１から明らかなように、混練物の温度は、加熱した微粉炭とバインダーとを混練することで、６０℃以上１７０℃以下の温度範囲に調整されている。

表１に示す実施例１〜３は、バインダーの添加量を微粉炭の５質量％以上１０質量％以下（７質量％）とし、嵩密度を０．６トン／ｍ^３以上０．９トン／ｍ^３以下（０．６５トン／ｍ^３以上０．８０トン／ｍ^３以下）とした混練物を、ホッパー内で４分以上（７分または８分）滞留させて脱気した後、成形用ロールに供給して成形炭を製造した結果である。
一方、比較例１、２は、混練物の滞留時間が４分未満（２分または３分）の結果であり、また比較例３は、混練物の嵩密度が０．６トン／ｍ^３未満（０．５５トン／ｍ^３）の結果であり、そして、比較例４は、混練物の嵩密度が０．９トン／ｍ^３超（０．９５トン／ｍ^３）の結果である。

表１の操業結果から明らかなように、実施例１〜３のいずれについても、比較例１〜４より成形炭の嵩密度を高くできる（実施例１〜３：１．１５〜１．１８トン／ｍ^３、比較例１〜３：１．０３〜１．０７トン／ｍ^３、比較例４：荷下不能で成形炭を製造できず）ことを確認できた。これは、前記した適正範囲の嵩密度の混練物を、ホッパー内で適切な時間滞留させ、十分に脱気させることができたためであると考えられる。
これにより、成形炭を高い歩留りで製造できることを確認できた。
なお、実施例１〜３では、バインダーの添加量を、前記した好ましい範囲である５質量％以上１０質量％以下とした結果についてのみ示しているが、例えば、微粉炭の粒径、バインダーの組成、または石炭の温度を変えることで、バインダーの添加量が微粉炭の５質量％未満または１０質量％超の場合についても、成形炭の嵩密度を十分に高めることができた。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の成形炭の製造方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
また、前記実施の形態においては、ホッパーの高さ方向の長さを変えることで、混練物のホッパー内での滞留時間を４分以上確保した場合について説明したが、この滞留時間を確保できれば、ホッパーの構成はこれに限定されるものではない。

本発明の一実施の形態に係る成形炭の製造方法に使用するロールコンパクターと混練物の嵩密度との関係を示す説明図である。 混練物の脱気率と混練物のホッパー内での滞留時間との関係を示す説明図である。

符号の説明

１０：ホッパー、１１、１２：ロール、１３：混練物供給口、１４：混練物押出口、１５：押し込みスクリュー、１６：回転駆動軸、１７：駆動手段

Claims (2)

1. 加熱した微粉炭をバインダーと共に混練機で撹拌して、６０℃以上１７０℃以下の混練物とし、該混練物をホッパーを介して該ホッパーの直下に配置された成形用ロールへ送り成形炭を製造する方法において、
   前記ホッパーへの投入直後の嵩密度が０．６トン／ｍ^３以上０．９トン／ｍ^３以下の前記混練物を、前記ホッパー内で４分以上滞留させて脱気した後、前記成形用ロールに供給することを特徴とする成形炭の製造方法。
2. 請求項１記載の成形炭の製造方法において、前記バインダーはコークスから副生されるタール系のものであり、該バインダーの添加量を、前記微粉炭の５質量％以上１０質量％以下としたことを特徴とする成形炭の製造方法。

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