JP2013076070A - バイオマスの改質方法、バイオマス及び褐炭の改質方法、コークス及び焼結鉱の製造方法並びに高炉の操業方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】バイオマスと非水素供与性溶剤を混合し、この混合物を加圧加熱して、前記バイオマスの不溶解成分と、前記バイオマスの可溶成分とが前記非水素供与性溶剤に溶解した第1の液相成分とを生成し、これらの前記不溶解成分と前記第1の液相成分とを分離し、さらに、前記第1の液相成分を冷却することにより、前記バイオマスの可溶成分の一部を前記非水素供与性溶剤から抽出した第1の固相成分と残部の第2の液相成分とを生成して、分離し、該第2の液相成分から前記非水素供与性溶剤を分離することにより第2の固相成分を生成する。
【選択図】図1
Description
図1を参照して、本実施形態に係るバイオマスの改質方法について説明する。図1は、バイオマスの改質工程を示す工程図である。混合工程13では、バイオマス槽11から供給されるバイオマスと、溶剤槽12から供給される溶剤とを混合する。加圧加熱工程14では、混合工程13で得られたバイオマスと溶剤とからなる混合物を加圧加熱して、バイオマスの可溶成分を溶剤に溶解させる。バイオマスの可溶成分が溶解した溶剤を第1の液相成分Xといい、溶剤に不溶解であったバイオマスの不溶解成分を固相成分Rと定義する。第1分離工程15では、これらの第1の液相成分X及び固相成分Rを固液分離する。
バイオマス槽11には、バイオマスが貯留されている。バイオマスは、好ましくは原子量比として、1.42≦H/C≦1.78、0.66≦O/C≦0.95である。後述するように、バイオマスから製鉄プロセス用原料である、コークス製造用原料、焼結鉱製造用固体燃料、および、高炉羽口吹込み用還元材として有用な原料を得ることにより、原料コストの低減及び環境保全を図ることができる。
溶剤槽12には、バイオマス槽11に貯留されたバイオマスの可溶成分を溶解するための溶剤が貯留されている。溶剤には、2環芳香族を主とする非水素供与性溶剤を用いることができる。非水素供与性溶剤は、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る。この非水素供与性溶剤は、加熱状態でも安定であり、バイオマスとの親和性に優れているため、溶剤に抽出される固相成分の割合(以下、「抽出率」ともいう)が高く、また、バイオマスから各種固相成分を抽出した後、溶剤を蒸留等の方法で容易に回収可能な溶剤である。さらに、回収した溶剤を再利用することもできる。
混合工程13では、溶剤槽12から供給される溶剤と、バイオマス槽11から供給されるバイオマスとを混合する。バイオマス及び溶剤の混合物は、バイオマスの粒子が溶剤中に分散したスラリー状態で存在する。以下、この混合物をスラリーというものとする。
加圧加熱工程14では、所定の抽出温度までバイオマスと溶剤のスラリーを加熱する。この加熱処理は、スラリー中の溶剤が沸点に達しないように、加圧状態で行う。具体的には、ゲージ圧力値を0.8〜2.5MPaに設定することにより、溶剤の沸騰を防止し、固相成分の抽出率を高めることができる。この圧力条件でスラリーの温度(より具体的にはスラリーの液温)が固相成分の可溶成分が十分に抽出される温度(以下、該温度を抽出温度と称す)に達すると、バイオマスの固相成分が溶剤に溶解する。
図3を参照して、本実施形態に係るバイオマス及び低品位炭の改質方法について説明する。図3は、バイオマス及び低品位炭の改質工程を示した工程図である。混合工程13では、バイオマス槽11Aから供給されるバイオマスと、石炭層11Bから供給される低品位炭と、溶剤槽12から供給される溶剤とを混合する。ここで、低品位炭は、JIS M8801の膨張性試験において評価される全膨張率が0%の石炭であり、例えば、褐炭、亜瀝青炭、一般炭が該当する。
実施例1では、表1の発明例、参考例及び比較例についてコークス強度向上効果を評価した。
実施例2では、表1に示す抽出固相成分D、抽出固相成分DBの燃焼性について評価を行った。抽出固相成分D、抽出固相成分DBは実施例1と同様の方法でバイオマスB1、バイオマスB2、バイオマスB3、褐炭MおよびバイオマスB1の混合物、褐炭MおよびバイオマスB2の混合物から抽出した。また、抽出固相成分D、抽出固相成分DBをそれぞれ炭化した炭化抽出固相成分Dc、炭化抽出固相成分DBcについても燃焼性の評価を行った。炭化は、キルンを用いて750℃で処理を行った。比較例として、褐炭Mから抽出された抽出石炭D、抽出石炭Dを炭化した炭化抽出石炭Dcを使用した。
まず、熱天秤に、所定の粒度(0.15−0.25mm)に調整した上記各試料を、所定の質量(10−20mg)入れ、空気雰囲気中で昇温して、質量減少を測定した。そして、質量減少率が安定して0.002(1/min)を超える温度を反応開始温度と定義して評価した。
直径30cm、層高60cmの焼結試験装置を用いて、所定の配合原料で焼結鉱を製造する試験を実施した。上記各試料は、原料鉄鉱石に対してそれぞれ4質量%となるように配合して配合原料とした。この配合原料を焼結試験装置内に60cm高さまで装入したのち、原料層の表層の固体燃料にプロパンガスバーナーで90秒間点火する操作を行った。その後、15kPaの一定負圧で下方へ空気を吸引しながら焼結反応を行った。一連の焼結処理が完了した焼結体を、十分に冷却した後、2m高さから4回落下させて破砕し、5mm以上の粒度を有するものを焼結鉱として回収した。このマテリアルバランスから焼結鉱の生産率および歩留まりを測定した。ここで生産率は、焼結体の質量を試験装置面積と焼成時間で除して求め、単位時間単位面積あたりの焼結体量としてt/d/m2で表す。また、歩留まりは、装入質量に対する回収焼結鉱(+5mm)の割合により定義した。
12 溶剤槽
13 混合工程
14 加圧加熱工程
15 第1分離工程
16 冷却工程
17 第2分離工程
18 第3分離工程
Claims (18)
- バイオマスと非水素供与性溶剤を混合し、この混合物を加圧加熱して、前記バイオマスの不溶解成分と、前記バイオマスの可溶成分が前記非水素供与性溶剤に溶解した第1の液相成分とを生成し、これらの前記不溶解成分と前記第1の液相成分とを分離することを特徴とするバイオマスの改質方法。
- さらに、前記第1の液相成分を冷却することにより、前記バイオマスの可溶成分の一部を前記非水素供与性溶剤から抽出した第1の固相成分と残部の第2の液相成分とを生成して、分離し、該第2の液相成分から前記非水素供与性溶剤を分離することにより第2の固相成分を生成することを特徴とする請求項1に記載のバイオマスの改質方法。
- 前記第1の液相成分を20〜50℃の温度に冷却することを特徴とする請求項2に記載のバイオマスの改質方法。
- 請求項2に記載のバイオマスの改質方法で得られた前記第1の固相成分及び前記第2の固相成分のうち1種又は2種を高炉用コークス製造用原料として用いることを特徴とするコークスの製造方法。
- 請求項2に記載のバイオマスの改質方法で得られた前記第2の固相成分及び前記不溶解成分が混合した混合物を高炉用コークス製造用原料として用いることを特徴とするコークスの製造方法。
- 請求項2に記載のバイオマスの改質方法で得られた前記不溶解成分を前記第1の固相成分と混合した混合物、又は該混合物を炭化した炭化物を焼結鉱製造用固体燃料として使用することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
- 請求項2に記載のバイオマスの改質方法で得られた前記第1の固相成分又は前記第1の固相成分を炭化処理した炭化物を、焼結鉱製造用固体燃料として使用することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
- 請求項2に記載のバイオマスの改質方法で得られた前記不溶解成分を前記第1の固相成分と混合した混合物、又は該混合物を炭化した炭化物を、高炉羽口吹き込み用還元材として使用することを特徴とする高炉の操業方法。
- 請求項2に記載のバイオマスの改質方法で得られた前記第1の固相成分又は前記第1の固相成分を炭化処理した炭化物を、高炉羽口吹き込み用還元材として使用することを特徴とする高炉の操業方法。
- JIS M8801の膨張性試験において評価される全膨張率が0%の低品位炭、バイオマス及び非水素供与性溶剤を混合し、この混合物を加圧加熱して、前記低品位炭及び前記バイオマスの不溶解成分と、前記低品位炭及び前記バイオマスの可溶成分が前記非水素供与性溶剤に溶解した第1の液相成分とを生成し、これらの前記不溶解成分と前記第1の液相成分とを分離することを特徴とする低品位炭及びバイオマスの改質方法。
- さらに、前記第1の液相成分を冷却することにより、前記低品位炭及び前記バイオマスの可溶成分の一部を前記非水素供与性溶剤から抽出した第1の固相成分と残部の第2の液相成分とを生成して、分離し、該第2の液相成分から前記非水素供与性溶剤を分離することにより第2の固相成分を生成することを特徴とする請求項10に記載の低品位炭及びバイオマスの改質方法。
- 前記第1の液相成分を20〜50℃の温度に冷却することを特徴とする請求項11に記載の低品位炭及びバイオマスの改質方法。
- 請求項11に記載の低品位炭及びバイオマスの改質方法で得られた前記第1の固相成分及び前記第2の固相成分のうち1種又は2種を高炉用コークス製造用原料として用いることを特徴とするコークスの製造方法。
- 請求項11に記載の低品位炭及びバイオマスの改質方法で得られた前記第2の固相成分及び前記不溶解成分が混合した混合物を高炉用コークス製造用原料として用いることを特徴とするコークスの製造方法。
- 請求項11に記載の低品位炭及びバイオマスの改質方法で得られた前記不溶解成分を前記第1の固相成分と混合した混合物、又は該混合物を炭化した炭化物を焼結鉱製造用固体燃料として使用することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
- 請求項11に記載の低品位炭及びバイオマスの改質方法で得られた前記第1の固相成分又は前記第1の固相成分を炭化処理した炭化物を、焼結鉱製造用固体燃料として使用することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
- 請求項11に記載の低品位炭及びバイオマスの改質方法で得られた前記不溶解成分を前記第1の固相成分と混合した混合物、又は該混合物を炭化した炭化物を、高炉羽口吹き込み用還元材として使用することを特徴とする高炉の操業方法。
- 請求項11に記載の低品位炭及びバイオマスの改質方法で得られた前記第1の固相成分又は前記第1の固相成分を炭化処理した炭化物を、高炉羽口吹き込み用還元材として使用することを特徴とする高炉の操業方法。
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