JP2014019746A - 副生炭成形物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】粉塵の発生を抑制でき、かつ生産性に優れる副生炭成形物の製造方法を提供する。
【解決手段】石炭と溶剤とを混合して前記溶剤に可溶な石炭成分を抽出した後に、前記溶剤に可溶な成分を含む抽出液と、前記溶剤に不溶な成分を含む副生炭濃縮物とに分離し、前記抽出液から前記溶剤を分離して無灰炭を回収するとともに、前記副生炭濃縮物から前記溶剤を分離して副生炭を回収する改質炭製造工程を行い、前記溶剤に不溶な成分から得られる副生炭を含有する副生炭成形物を製造する副生炭成形物の製造方法であって、前記改質炭製造工程の後に、コンパクション用ロールを用いて粉状の前記副生炭の加圧成形を行い、板状の副生炭成形物を得ることを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、石炭を溶剤で抽出処理することで生じる残渣を用いた副生炭成形物の製造方法に関する。

近年、低灰分の炭素材料の原料という観点で、いわゆる、無灰炭（ハイパーコール）の開発が活発に進められている。無灰炭とは、石炭を溶剤で抽出処理し、この溶剤に溶ける成分だけを分離して、その後、溶剤を除去することによって、製造されたものである（例えば、特許文献１参照）。この無灰炭は、構造的には、縮合芳香環が２ないし３環の比較的低分子量の成分から、５、６環程度の高分子量成分まで広い分子量分布を有する。また、無灰炭は、灰分が溶剤には溶けないため、実質的に灰分を含まず、加熱下で高い流動性を示し、熱流動性に優れる。石炭の中には粘結炭のように４００℃前後で熱可塑性を示すものもあるが、無灰炭は、一般的に、原料石炭の品位に関わらず２００〜３００℃で溶融する（軟化溶融性がある）。そこで、この特性を生かしてコークス製造用バインダーとしての応用開発が進められており、また、近年においては、この無灰炭を炭素材料原料として用いることで炭素材料を製造することが試みられている。

この無灰炭の製造においては、石炭を溶剤で抽出処理し、溶剤に可溶な成分を含む溶液（抽出液）を分離することで、溶剤に不溶な成分を含む残渣（副生炭濃縮物）が生じる。そして、この残渣から溶剤を除去し、副生炭（残渣炭）を得ることもできる（例えば、特許文献２参照）。副生炭は、灰分が含まれるものの水分が皆無であり、発熱量も十分に有している。従って、例えば、コークス原料の配合炭の一部として使用することができ、また、コークス原料炭とせずに、各種の燃料用として利用することも可能である。

特開２００１−２６７９１号公報 特許第４０６１３５１号公報

副生炭は、保管や運搬等、取り扱いや利便性の観点から、粉状または粒状の副生炭を塊状に成形した副生炭成形物にして用いられることが考えられる。ここで、石炭の成形には、通常バインダーの添加が必要となるが、副生炭には、製造プロセス上、少量の無灰炭が含まれる。無灰炭はバインダーの働きをするため、副生炭は、バインダーを添加することなく圧縮成形することが可能である。しなしながら、副生炭に含まれる無灰炭を成形時にバインダーとして有効に働かせるためには、成形体内部まで均等に圧力を加えることが必要である。

ここで、副生炭成形物における生産性の高い方法として、双ロールによる成形方法があり、ブリケット用ロールが用いられている。副生炭は、このブリケット用ロールによる成形により、粒子形状がピロー型、アーモンド形、レンズ型、フィンガ型等の一般的なブリケットに成形される。しかし、このようなブリケットの製造では、ブリケット用ロールのポケット内において、成形物への力の伝わりが必ずしも均一とならない。そのため、成形体内部まで均等に圧力が加えられず、副生炭に含まれる無灰炭が成形物内で均一に結合剤として働きにくい。よって、双ロールによる成形方法で得られた副生炭成形物においては、保管時や運搬時、使用時等に、表層が剥離や剥脱し、粉塵が発生しやすいという問題がある。

また、ブリケットの製造において、成形体内部にまで圧力を加えて無灰炭のバインダー機能を十分に引き出すためには、力をゆっくりかける必要がある。そのため、生産速度が低くなり、生産性に劣ることとなる。
よって、副生炭成形物においては、粉塵発生や生産性の観点から改善の余地があり、粉塵の発生を抑制でき、かつ生産性に優れる副生炭成形物の開発が望まれている。

本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、粉塵の発生を抑制でき、かつ生産性に優れる副生炭成形物の製造方法を提供することにある。

前記課題を解決するため、本発明に係る副生炭成形物の製造方法は、石炭と溶剤とを混合して前記溶剤に可溶な石炭成分を抽出した後に、前記溶剤に可溶な成分を含む抽出液と、前記溶剤に不溶な成分を含む副生炭濃縮物とに分離し、前記抽出液から前記溶剤を分離して無灰炭を回収するとともに、前記副生炭濃縮物から前記溶剤を分離して副生炭を回収する改質炭製造工程を行い、前記溶剤に不溶な成分から得られる副生炭を含有する副生炭成形物を製造する副生炭成形物の製造方法であって、前記改質炭製造工程の後に、コンパクション用ロールを用いて粉状の前記副生炭の加圧成形を行い、板状の副生炭成形物を得ることを特徴とする。

このような手順によれば、副生炭成形物の製造方法は、改質炭製造工程において、石炭成分を溶剤抽出した後の残渣である副生炭濃縮物（以下、残渣ともいう）から、灰分および非溶解性の石炭成分を含む副生炭が回収（すなわち製造）される。次に、副生炭成形物の製造方法は、コンパクション用ロールを用いて、粉状の前記副生炭の加圧成形を行う。これにより、副生炭に含まれる無灰炭がバインダーとして有効に働く。

本発明に係る副生炭成形物の製造方法は、前記副生炭を成形する工程おいて、前記副生炭が水と混合され、水分濃度を０．１〜１３質量％に調整した副生炭と水との混合状態で加圧成形することが好ましい。

このような手順によれば、副生炭成形物の製造方法は、副生炭に液体状態の水を加え、副生炭と水との混合物の水分濃度を０．１質量％以上とすることで、副生炭に含まれる無灰炭のバインダーとしての性能をより十分に発揮させやすくなる。また、水分濃度を１３質量％以下とすることで、水を介した粉同士のブリッジングが起こらず、脱気が起きやすくなり、成形がしやすくなる。

前記成形時における前記副生炭の温度は、３０〜１２０℃であることが好ましい。
このような手順によれば、副生炭成形物の製造方法は、副生炭の温度を３０℃以上とすることで、成形体の強度が向上し、成形が容易となる。また、副生炭の温度を１２０℃以下とすることで、水分調整がしやすくなり、取り扱いが容易となる。

本発明に係る副生炭成形物の製造方法によれば、粉塵の発生を抑制できる副生炭成形物を得ることができ、かつ生産性にも優れ、製造効率が向上する。また、残渣を有効利用することができるため、経済性が向上する。また、無灰炭を回収することで、経済性がさらに向上する。

本発明で使用する副生炭を製造するための改質炭製造装置を模式的に示す構成図である。

次に、本発明に係る副生炭成形物の製造方法ついて詳細に説明する。
本発明の副生炭成形物は、溶剤に不溶な成分から得られる副生炭を板状に成形して得られるものであるが、この副生炭は、無灰炭を製造する過程で生じる残渣（すなわち、副生炭濃縮物）から製造されるものである。よって、本発明では、無灰炭を製造することを前提とする。なお、無灰炭および副生炭は、石炭を改質することで得られた改質炭である。
ここで、副生炭成形物の製造方法の各工程について具体的に説明する前に、図１に示す構成図を参照して、本発明に用いることができる改質炭製造装置の一例について簡単に説明する。

図１に示すように、かかる改質炭製造装置１は、溶剤を供給する溶剤供給槽２と、石炭を供給する石炭供給槽３と、溶剤供給槽２と石炭供給槽３とからの供給物を受けてスラリーを調製した後、当該スラリーから溶剤に可溶な成分（溶剤可溶成分）を抽出する抽出槽４と、溶剤可溶成分を含む溶剤（抽出液）と溶剤に不溶な成分を含む副生炭濃縮物（残渣）とを分離する分離槽５と、分離槽５で分離した抽出液から溶剤を除去して無灰炭を回収する無灰炭回収槽６と、分離槽５で分離した副生炭濃縮物から溶剤を除去して副生炭を回収する副生炭回収槽７と、を備えている。

ここで、無灰炭回収槽６で抽出液から除去された溶剤は、再び溶剤供給槽２に戻して再利用してもよい。同様に、副生炭回収槽７で副生炭濃縮物から除去された溶剤は、再び溶剤供給槽２に戻して再利用してもよい。無灰炭回収槽６で回収された無灰炭は、灰分が溶剤に溶解されないため実質的に灰分を含んでおらず、水分は概ね０．５質量％以下であり、また原料石炭よりも高い発熱量を示す。この無灰炭は、各種炭素材料の原料や、製鉄コークスおよび成形炭のバインダー等として使用することができる。なお、本発明においては、無灰炭について（実質的に）灰分を含んでいないとしている。灰分の含有量はもちろん０質量％であることが望ましいが、溶剤抽出を経て無灰炭を回収する関係上、不可避的に灰分が含有されてしまう。従って、本発明でいう無灰炭には、不可避的に含有される微量の灰分の含有は許容される。無灰炭に許容される灰分の含有量の上限は３質量％、好ましくは１．５質量％、より好ましくは１質量％である。

一方、副生炭回収槽７で回収された副生炭は、溶剤に溶解しなかった灰分を含む。この副生炭は、灰分が含まれるものの水分が皆無であり、発熱量も十分に有している。従って、例えば、コークス原料の配合炭の一部として使用することができ、また、コークス原料炭とせずに、各種の燃料用として利用することも可能である。

以下、このような構成の改質炭製造装置１を例にして、本発明に係る副生炭成形物の製造方法の一実施形態について説明する。ここで、改質炭製造装置１において、溶剤供給槽２は、溶剤を貯蔵し、この溶剤を抽出槽４へ供給する槽であり、石炭供給槽３は、石炭を貯蔵し、この石炭を抽出槽４へ供給する槽である。抽出槽４は、溶剤と石炭とを混合して溶剤に可溶な石炭成分を抽出する槽であり、分離槽５は、抽出後の混合物を抽出液と副生炭濃縮物に分離する槽である。無灰炭回収槽６は、抽出液から溶剤を分離して無灰炭を回収する槽であり、副生炭回収槽７は、副生炭濃縮物から溶剤を分離して副生炭を回収する槽である。
副生炭成形物の製造方法は、改質炭製造工程を行うものである。そして、改質炭製造工程の後に成形工程を行うものである。
以下、各工程について説明する。

＜改質炭製造工程＞
本発明の改質炭製造工程は、副生炭を回収する工程である。さらに、無灰炭を回収する工程でもある。すなわち改質炭製造工程は、副生炭回収工程と、無灰炭回収工程とからなる。具体的には、まず、石炭供給槽３から供給された石炭と、溶剤供給槽２から供給された溶剤とを混合して前記石炭から前記溶剤に可溶な石炭成分を抽出槽４で抽出する。その後、分離槽５で抽出液と副生炭濃縮物に分離し、副生炭回収槽７で前記副生炭濃縮物から前記溶剤を分離して副生炭を回収する。さらにここでは、無灰炭回収槽６で前記抽出液から前記溶剤を分離して無灰炭を回収する。
ここで、抽出液とは、溶剤に抽出された石炭成分を含む溶液をいい、副生炭濃縮物とは、溶剤に不溶な石炭成分（灰分を含む石炭すなわち灰炭）を含む溶質、すなわち残渣をいう。

改質炭（無灰炭および副生炭）を得る方法は、公知の方法を用いることができ、溶剤種や製造条件は、石炭の性状や、炭素材料等、使用用途の原料としての設計を鑑みて、適宜選択されるものである。典型的な方法は、石炭に対して大きな溶解力を持つ溶媒、多くの場合、芳香族溶剤（水素供与性あるいは非水素供与性の溶剤）と石炭を混合して、それを加熱し、石炭中の有機成分を抽出する、という方法である。しかし、より高効率、かつ安価に改質炭を得るため、例えば、次の方法により改質炭を製造することが好ましい。その方法では、まず、抽出槽４において、石炭供給槽３から供給された石炭と、溶剤供給槽２から供給された非水素供与性溶剤とを混合した混合物（スラリー）を加熱して、非水素供与性溶剤に可溶な石炭成分を抽出する。次に、分離槽５において、抽出後のスラリーを抽出液と副生炭濃縮物に分離する。そして、無灰炭回収槽６において、前記抽出液から、前記非水素供与性溶剤を分離することで無灰炭を回収する。また、副生炭回収槽７において、前記副生炭濃縮物から、前記非水素供与性溶剤を分離することで副生炭を回収する。

原料とする石炭（以下、原料石炭ともいう）としては、特に制限はなく、抽出率（無灰炭回収率）の高い瀝青炭でもよいし、より安価な劣質炭（亜瀝青炭、褐炭）でもよい。なお、石炭はできるだけ小さい粒子に粉砕しておくのが好ましく、粒径（最大長さ）１ｍｍ以下とするのが好ましい。なお、本明細書において、粒の径とは粒の最大長さを指す。

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石炭誘導体である。この非水素供与性溶剤は、加熱状態でも安定であり、石炭との親和性に優れているため、溶剤に抽出される可溶成分（ここでは石炭成分）の割合（以下、抽出率ともいう）が高く、また、蒸留等の方法で容易に回収可能な溶剤である。非水素供与性溶剤の主たる成分としては、２環芳香族であるナフタレン、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等が挙げられ、その他、非水素供与性溶剤の成分としては、脂肪族側鎖をもつナフタレン類、アントラセン類、フルオレン類、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。

非水素供与性溶剤を使用して加熱抽出することにより、石炭の抽出率を高めることができる。また、極性溶剤とは違い、容易に溶剤を回収することができるため、溶剤を循環使用しやすい。さらに、高価な水素や触媒等を用いる必要がないため、安価なコストで石炭を可溶化して改質炭を得ることができ、経済性の向上を図ることができる。

溶剤に対する石炭濃度は、原料石炭の種類にもよるが、乾燥炭基準で１０〜５０質量％の範囲が好ましく、２０〜３５質量％の範囲がより好ましい。溶剤に対する石炭濃度が１０質量％以上であれば、溶剤の量に対し、溶剤に抽出する石炭成分の割合が多くなり、経済的である。一方、石炭濃度は高いほど好ましいが、５０質量％以下であれば、調製したスラリーの粘度が高くならず、スラリーの移動や抽出液と副生炭濃縮物との分離が行いやすくなる。

スラリーの加熱温度は、３００〜４５０℃の範囲とするのが好ましい。加熱温度をこの範囲とすることにより、石炭を構成する分子間の結合が緩み、緩和な熱分解が起こり、抽出率が最も高くなる。加熱温度が３００℃以上であれば、石炭を構成する分子間の結合を弱めるのにより十分となりやすく、抽出率が向上しやすい。一方、４５０℃以下であれば、石炭の熱分解反応が非常に活発になることがなく、生成した熱分解ラジカルの再結合が起こらないため、抽出率が向上しやすく、また、石炭の変質が起こりやすくなる。なお、より好ましくは、３００〜４００℃である。

加熱時間（抽出時間）は、溶解平衡に達するまでの時間が規準であるが、それを実現することは経済的に不利である。従って、石炭の粒子径、溶剤の種類等の条件によって異なるので一概には言えないが、通常は１０〜６０分程度である。加熱時間が１０分以上であれば、石炭成分の抽出がより十分となりやすく、一方、６０分を超えても、それ以上抽出が進行しないため、６０分以下であれば経済的である。

非水素供与性溶剤に可溶な石炭成分の抽出は、不活性ガスの存在下で行うことが好ましい。酸素に接触すると、発火する恐れがあるため危険であり、また、水素を用いた場合には、コストが高くなるためである。
用いる不活性ガスとしては、安価な窒素を用いることが好ましいが、特に限定されるものではない。また、圧力は、抽出の際の温度や用いる溶剤の蒸気圧にもよるが、１．０〜２．０ＭＰａが好ましい。圧力が溶剤の蒸気圧より低い場合には、溶剤が揮発して液相に閉じ込められず、抽出できない。溶剤を液相に閉じ込めるには、溶剤の蒸気圧より高い圧力が必要となる。一方、圧力が高すぎると、機器のコスト、運転コストが高くなり、経済的ではない。

このようにして石炭成分を抽出した後のスラリーを抽出液と副生炭濃縮物に分離する。
スラリーを抽出液と副生炭濃縮物とに分離する方法としては、各種の濾過方法や遠心分離による方法が一般的に知られている。しかしながら、濾過による方法ではフィルタの頻繁な交換が必要であり、また、遠心分離による方法では未溶解石炭成分による閉塞が起こりやすく、これらの方法を工業的に実施するのは困難である。従って、流体の連続操作が可能であり、低コストで大量の処理にも適している重力沈降法を用いることが好ましい。これにより、重力沈降槽の上部からは、溶剤に抽出された石炭成分を含む溶液である抽出液（以下、上澄み液ともいう）を、重力沈降槽の下部からは溶剤に不溶な石炭成分を含む溶質である副生炭濃縮物（以下、固形分濃縮液ともいう）を得ることができる。なお、抽出液と副生炭濃縮物は、完全に分離するのが理想的であるが、抽出液の一部に副生炭濃縮物が混入したり、副生炭濃縮物の一部に抽出液が混入したりする場合もある。

そして、この上澄み液（抽出液）から、非水素供与性溶剤を分離することにより、無灰炭を得る。また、固形分濃縮液（副生炭濃縮物）から、非水素供与性溶剤を分離することにより、副生炭を得る。
上澄み液や固形分濃縮液から溶剤を分離する方法は、一般的な蒸留法や蒸発法（スプレードライ法等）等を用いることができ、上澄み液からは、実質的に灰分を含まない無灰炭を得ることができる。また、固形分濃縮液からは、灰分を含む副生炭を得ることができる。なお、副生炭の回収と無灰炭の回収は、どちらを先に行ってもよく、同時に行ってもよい。そして、このようにして改質炭製造装置１で製造された副生炭は、成形工程に供される。

ここで、固形分濃縮液から回収して得られた副生炭は、粉状であり、粒径（最大長さ）は０．２〜１．０ｍｍ程度である。ただし、副生炭の中には、粒径（一次粒径）が０．２〜１．０ｍｍ程度の粒子が凝集した二次粒子も合わせて存在する。この二次粒子の粒径（二次粒径）は、副生炭の回収条件にもよるが、例えば、０．２〜５０ｍｍ程度である。また、副生炭の灰分濃度は１０〜２０質量％程度であり、副生炭の水分量は、０．２〜３．０質量％である。なお、副生炭にわずかに抽出液が混入し、その結果、副生炭に少量（５質量％以下程度）の無灰炭成分（無灰炭）が残留する。

＜成形工程＞
成形工程は、改質炭製造工程の後に、コンパクション用ロールを用いて粉状の副生炭の加圧成形を行い、板状の副生炭成形物を得る工程である。
ここで、副生炭成形物とは、副生炭を成形することで得られた板状の成形体のことである。また、板状とは、ロールコンパクション法により得られるような薄い形状であり、厚さが極薄いシート状のものも含む。また、後記するように、板状の副生炭成形物を解砕し、フレーク状にしてもよい。なお、粉状とは、前記のとおり、二次粒子である粒状の状態のものも含むものである。

成形工程においては、コンパクション用ロールを用いて加圧成形する。
本発明で用いるコンパクション用ロールは、ロールコンパクション法で用いるロールであり、ロール表面にポケット状の凹部がない、表面が平滑なフラットロールである。
前記背景技術で述べたとおり、副生炭に含まれる無灰炭を成形時にバインダーとして有効に働かせるためには、成形体内部まで均等に圧力を加えることが必要である。コンパクション用ロールを用いれば、成形される際の副生炭の成形体に均等に圧力を加えて成形することができる。

ここで、「成形される際の副生炭の成形体に均等に圧力を加える」とは、副生炭が成形されて板状の副生炭成形物となる過程において、最終的に副生炭成形物になる前段階の成形体に均等に圧力を加えるということである。また、「成形体に均等に圧力を加える」とは、成形体の表面から内部に至るまで均等に圧力を加えるということである。
また、均等とは、全く同一の圧力の他、副生炭に含まれる無灰炭が成形時にバインダーとして有効に働く圧力であれば、誤差程度の違いがあってもよいことを意味する。

このように、コンパクション用ロールを用いれば、成形される際の副生炭の成形体に均等に圧力を加えることができる。また、ロール表面にポケット状の凹部を有するブリケット用ロールを用いる場合と比較して生産速度を高くしても、成形体に均等に圧力を加えることができるため、生産性を向上させることができる。

また、コンパクション用ロールでは、薄い板状の副生炭成形物を得ることができるため、成形した板状の副生炭成形物を解砕し、０．５〜５．０ｍｍ（最大長さ）程度の小片（フレーク）をつくることができる。
ここで、ブリケット用ロールを用いて製造された一般的なブリケットは、粒子形状がピロー型、アーモンド形、レンズ型、フィンガ型等である。このようなブリケットは、その形状から転がりやすいため、ハンドリングしにくく、通常の石炭のようにパイルとして積上げた際にも、安息角が大きくとりにくいという問題がある。しかしながら、コンパクション用ロールにより製造した副生炭成形物から得られたフレークであれば、上記のような取り扱い上の問題は発生しない。
さらに、石炭においては、性状や使用目的に応じて、複数の銘柄を混合して使用する混炭も頻繁に行われる。副生炭を混炭する場合、フレークであれば、容易に混炭を行うことができる。副生炭の混炭としては、例えば、副生炭を亜瀝青炭に混合することで、カロリーの向上を図ったり、灰成分を調整して燃焼時の灰融点を上昇させ、灰付着の問題を改善したりすることが考えられる。

ロールコンパクション法を行うための成形機としては、特に限定されるものではなく、従来公知のロールコンパクターを用いればよい。また、コンパクション用ロールも、副生炭の成形体に均等に圧力を加えられるものであれば、どのようなものであってもよい。例えば、コンパクション用ロールは、表面が微小な波型であっても良い。

本発明の要旨のひとつは、副生炭に含まれる無灰炭を主たるバインダーとして用いるところにある。だだし、以下に述べるような公知の他のバインダー化合物を使用することを妨げない。例えば、タール、ピッチ、糖蜜、無灰炭そのもの、樹脂等、公知のものを使用することができる。このうち、無灰炭そのものは、灰分含有率が小さいため最も好ましい。成形体中におけるバインダー化合物の割合は、２０質量％未満が好適である。さらに炭素繊維等の適当な充填材や、改質炭製造工程で副生する軽質分等を添加混合して用いてもよい。なお、副生炭成形物は、副生炭成形物の８０％以上を副生炭が占めるような、副生炭が主成分の成形物である。

ここで、副生炭成形物に含まれる無灰炭の含有量は、１〜５質量％が好ましい。無灰炭濃度が１質量％以上であれば、バインダーとしての性能をより十分に発揮させやすくなる。一方、５質量％以下であれば、無灰炭の収率が向上する。

次に、改質炭製造工程で回収された副生炭を成形するまでの工程の一例について説明する。
まず、回収された副生炭をホッパーに投入する。この副生炭は、蒸留法や蒸発法等により溶剤を除去しているため、例えば、温度が２００℃程度であり、水分量が０．２〜３．０質量％程度の乾燥状態である。次に、ホッパー中の副生炭をミキサーに投入し、スプレーにより副生炭に水をかけて所定温度に冷却するとともに、水分・湿度調整を行う。これにより、副生炭と水との混合物を、最適な水分濃度および成形温度に調整する。なお、このミキサーでの攪拌により、副生炭の粒子が粉砕されるため、粒径調整も行うことができる。次に、この最適な水分濃度および成形温度に調整した混合物を成形機に投入する。そして、コンパクション用ロールにより混合物を加圧成形して板状の成形体とする。このようにして、副生炭を副生炭成形物とする。
なお、その後、副生炭成形物を粉砕機等で解砕し、０．５〜５．０ｍｍ（最大長さ）程度のフレークとすることができる。

成形工程においては、副生炭が水と混合され、水分濃度を０．１〜１３質量％に調整した副生炭と水との混合状態で加圧成形することが好ましい。具体的には、成形機で成形する前に、副生炭と水とを混合し、水分濃度が０．１〜１３質量％に調整された状態で、水とともに副生炭を成形機で成形する。
混合する水としては、特に規定されるものではなく、水道水等の一般的に用いられる水でよい。また、水分濃度とは、副生炭と水との全体の質量に対する水の質量であり、副生炭に、前記したバインダー化合物や充填材、軽質分等を添加する場合には、これらを含めた全体の質量に対する水の質量である。

水分濃度が０．１質量％以上であれば、副生炭に含まれる無灰炭のバインダーとしての性能をより十分に発揮させやすくなる。一方、１３質量％以下であれば、水を介した粉同士のブリッジングが起こらず、脱気が起きやすくなり、成形がしやすくなる。従って、水分濃度は、０．１〜１３質量％とするのが好ましい。なお、成形時に、水分濃度が０．１〜１３質量％になるようにして成形すると、その結果物である副生炭成形物の水分量も、ほぼ同様に水分濃度が０．１〜１３質量％になる。

副生炭と水との混合方法は、特に限定されるものではなく、前記したように、例えば、ミキサーに副生炭を入れ、これに所定の水分濃度となるようにスプレー等により水の噴霧量を調整して水を加えて、攪拌することにより行えばよい。なお、副生炭は、以下に述べるように、所定の粒度分布となるように調整しておくのが好ましい。また、上述したように、ミキサー等により、副生炭への水の混合と、副生炭の粉砕とを同時に行うことで、副生炭の水分調整を均一に行うことができる。

粒度分布に関しては、副生炭成形物を構成する粉は、微粒粉のみであるよりも、一定以上の粒径（最大長さ）の粉を有する方が好ましい。これは、粒径分布を大きく取ることで、粉の嵩密度が高まるためである。粉末の高充填密度は、大きい粒径の粉末の隙間を小さい粒径の粉末で埋めるように混合することで得られる。
ここで、粉には０．５ｍｍ以下の粒子が多く含まれる。代表直径を０．３ｍｍとした際、このサイズの粒子を間隙に埋めるためには、１．９ｍｍ程度のサイズの粒子が適する。このため、２ｍｍ以上の粒子を含むことで嵩密度を向上させることができる。よって、２ｍｍ以上のサイズの粉が存在することが好ましい。

成形機での成形時における副生炭の温度は特に限定されるものではないが、３０〜１２０℃であることが好ましい。副生炭の温度が３０℃以上であれば、成形体の強度が向上し、成形が容易となる。また、１２０℃以下、好ましくは１００℃未満であれば、水分調整がしやすくなり、取り扱いが容易となる。なお、より好ましくは５０〜９０℃である。なお、必要に応じて、成形機に投入する前に、例えばヒーターやスチーム等を用いて保温をしてもよい。

このようにして製造された副生炭成形物は、前記した副生炭の用途と同様に、コークス原料の配合炭の一部として、あるいは、各種の燃料用として利用することができる。

以上説明したように、本発明の副生炭成形物の製造方法は、改質炭製造工程、成形工程を含むものである。しかし、本発明を行うにあたり、前記各工程に悪影響を与えない範囲において、前記各工程の間あるいは前後に、例えば、原料石炭を粉砕する石炭粉砕工程や、ごみ等の不要物を除去する除去工程や、副生炭を乾燥させる副生炭乾燥工程等、他の工程を含めてもよい。

また、改質炭製造工程における改質炭の製造方法は、無灰炭および副生炭を製造（回収）するための一例であり、この方法に限定するものではない。すなわち、本発明に用いることができる副生炭を製造できるものであれば、他の方法であってもよく、前記の改質炭製造工程における各条件は、他の条件であってもよい。

次に、本発明に係る副生炭成形物の製造方法について、実施例、比較例を挙げて具体的に説明する。
［副生炭の製造］
まず、以下の方法により、副生炭を製造した。
オーストラリア産瀝青炭を原料石炭とし、この原料石炭に対し、４倍量の溶剤（１−メチルナフタレン（新日鉄化学社製））を混合してスラリーを調製した。このスラリーを２．０ＭＰａの窒素で加圧して、オートクレーブ中３７０℃、１時間の条件で抽出処理した。このスラリーを同一温度、圧力を維持した重力沈降槽内で上澄み液と固形分濃縮液とに分離し、固形分濃縮液を窒素気流中で２００℃に加熱して、溶剤を分離・回収して、副生炭を得た。なお、分離・回収して得た副生炭の水分量は、１．５質量％であり、副生炭中に残存（残留）する無灰炭濃度は、１．０〜５．０質量％の範囲内であった。

この副生炭を成形工程に供した。粒度分布を表１に示す。
なお、例えば、「２．０ｍｍを超え４．０ｍｍ以下の粒径が２０．９質量％」とは、２ｍｍの篩いにかけたときに目を通らず、かつ４ｍｍの篩いにかけたときに目を通る粒が２０．９質量％という意味である。

［成形工程］
粉砕した副生炭に、表２に示す水分濃度になるように所定量の水を加えて、Ｖミキサーで１０分間混合し、水分調整した。また、所定の温度に調整した。
水分の測定は、石炭ＪＩＳ（ＪＩＳ Ｍ８８１２）に準じて行った。ただし、風乾はしないこととし、付着水（風乾によって蒸発してしまう水を意味する）も含めて測定した。

次に、この混合物を、双ロールを用いて成形した。成形については、コンパクション用ロールを用いたフレーク製造と、ブリケット用ロールを用いたブリケット製造の２通りの成形を行った。これにより、フレークおよびブリケット（副生炭成形物）を成形した。なお、フレーク製造においては、コンパクション用ロールにより製造した板状の副生炭成形物を粉砕してフレークとした。また、生産速度は表２に示す値で行った。

（フレーク製造）
成形条件は以下のとおりである。
ロール径： １６２ｍｍ
ロール幅： ６０ｍｍ
温度： ５０℃
線圧： １．２〜２．０トン/ｃｍ
フレークのサイズ： ５ｍｍ粒子（最大長さ）

（ブリケット製造）
ロール径： ２５０ｍｍ
ロール幅： ５０ｍｍ
温度： １２０℃
線圧： ４．２〜６．３トン/ｃｍ
ブリケットのサイズ： ２８×２６ｍｍ，厚み１６ｍｍ

このようにして製造した副生炭成形物について、粉塵発生の抑制の指標としてアブレージョン試験を行った。

［アブレージョン試験］
アブレージョン試験は、まず、直径２５０ｍｍの円筒容器に上記ブリケットあるいはフレーク２０個を入れ、３０ＲＰＭで１０分間回転させた。ブリケットの質量は平均して、およそ６０ｇであり、フレークの場合には６０ｇを容器に入れて同様の試験を行った。粉塵問題を引き起こすのは、１００μｍ以下のサイズの粒子であると考えられるが、ここでは、０．５ｍｍ以下の粒子の量で粉化性を評価することとし、回転後、このブリケットあるいはフレークを目開き０．５ｍｍの篩いで篩って、篩い下に落下した粉体を秤量することにより行った。そして、粉体がブリケットあるいはフレーク全体の質量に対して１０質量％未満のものを、粉塵の発生を十分に抑制できるとして合格とした。

また、生産性については、生産速度が６０ｋｇ／ｈ以上のものを生産性に優れるとして合格とした。

これらの試験結果を表２に示す。なお、表２において、本発明の範囲を満たさないもの、および、評価基準を満たさないものについては、数値に下線を引いて示す。

表２に示すように、Ｎｏ．１〜３は、本発明の範囲を満たすため、生産性に優れ、かつ粉体が少なかった。
一方、Ｎｏ．４〜１１は、ブリケット用ロールを用いているため、以下の結果となった。

Ｎｏ．４〜７は、生産速度が高いため、無灰炭のバインダー機能を十分に引き出すことが出来ず、耐粉化性が低くなった。そのため、粉体が過剰であった。
Ｎｏ．８〜１１は、生産速度が低いため、成形体に圧力をゆっくりとかけることができた。これにより、無灰炭のバインダー機能を十分に引き出すことができ、耐粉化性が高くなった。そのため、粉体が少なかった。しかしながら、耐粉化性を高めるためには圧力をゆっくりかける必要があるため、生産性に劣ることとなった。

以上、本発明について、実施の形態および実施例を示して詳細に説明したが、本発明の趣旨は前記した内容に限定されることなく、その権利範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈しなければならない。なお、本発明の内容は、前記した記載に基づいて広く改変・変更等することができることはいうまでもない。

１ 改質炭製造装置
２ 溶剤供給槽
３ 石炭供給槽
４ 抽出槽
５ 分離槽
６ 無灰炭回収槽
７ 副生炭回収槽

Claims (3)

1. 石炭と溶剤とを混合して前記溶剤に可溶な石炭成分を抽出した後に、前記溶剤に可溶な成分を含む抽出液と、前記溶剤に不溶な成分を含む副生炭濃縮物とに分離し、前記抽出液から前記溶剤を分離して無灰炭を回収するとともに、前記副生炭濃縮物から前記溶剤を分離して副生炭を回収する改質炭製造工程を行い、前記溶剤に不溶な成分から得られる副生炭を含有する副生炭成形物を製造する副生炭成形物の製造方法であって、
   前記改質炭製造工程の後に、コンパクション用ロールを用いて粉状の前記副生炭の加圧成形を行い、板状の副生炭成形物を得ることを特徴とする副生炭成形物の製造方法。
2. 前記副生炭を成形する工程おいて、前記副生炭は水と混合され、水分濃度を０．１〜１３質量％に調整した副生炭と水との混合状態で加圧成形することを特徴とする請求項１に記載の副生炭成形物の製造方法。
3. 前記成形時における前記副生炭の温度が、３０〜１２０℃であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の副生炭成形物の製造方法。

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