JP2019038942A - 石炭成型燃料の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】貯蔵時の水分上昇が抑制される石炭成型燃料の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の石炭成型燃料２００の製造方法は、石炭粒子４を、温度５０〜１５０℃で成型することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、粉砕した石炭を成型することによって得られる石炭成型燃料の製造方法に関する。

従来、石炭成型燃料を得る技術として、特許文献１に、粉砕した石炭を成型して第１成型体を得た後、この第１成型体を破砕し、再度成型して第２成型体とし、これによって所望の強度を有する石炭燃料を得る方法が記載されている。

国際公開第２０１５／０９８９３５号

特許文献１に記載の技術によれば、低コストで所望の強度を有する石炭成型燃料が得られる。しかし、特許文献１には、成型時の温度および加熱による石炭燃料の品質向上については記載されていない。

本発明は、石炭粒子を常温より高い温度で成型することによって高品質な石炭燃料が得られる石炭成型燃料の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の石炭成型燃料の製造方法は、石炭粒子を、温度５０〜１５０℃で成型すること
を特徴とする石炭成型燃料の製造方法である。

本発明によれば、石炭粒子を常温より高い温度で成型することによって、強度の向上、見掛密度の向上、および／または屋外貯蔵時の水分上昇の抑制といった、高品質な石炭成型燃料を得ることができる。

本発明の実施形態１による石炭成型燃料の製造工程を示す図である。 図１に示す成型工程で用いることのできる回転式成型機の一例の模式図である。 回転式成型機のロール表面に形成されるロールポケットの一例の平面図である。 図２Ａに示すロールポケットの断面形状を示す図である。 回転式成型機のロール表面に形成される溝の配列パターンの一例を示す図である。 図１に示す成型工程で用いることのできる回転式成型機の他の例の模式図である。 図１に示す成型工程で用いることのできるピストン式圧縮成型機の一例の模式図である。 本発明の実施形態２による石炭成型燃料の製造工程を示す図である。 実施例２および３における引張強度の測定方法を説明する図である。 実施例２および３における、成型工程入口温度と引張強度との関係を示すグラフである。 実施例２および３における、成型工程入口温度と見掛密度との関係を示すグラフである。 実施例５における、全水分と浸漬水分との関係を示すグラフである。

［実施形態１］
図１を参照すると、本発明の実施形態１による石炭成型燃料の製造工程が示されている。実施形態１では、石炭成型燃料の製造工程は、破砕工程１０、粉砕工程２０、乾燥工程３０、成型工程４０および篩工程５０を有し、原料となる石炭１を破砕した後、粉砕および乾燥して石炭粒子４を得る。この石炭粒子４を成型機で成型加工し、成型体５を得る。成型体５は、未成型の石炭粒子４などである石炭粉を含んでおり、この成型体５から石炭粉を除去することにより、石炭成型燃料２００を得る。

原料となる石炭１としては、水分が２５ｗｔ％以上の褐炭または亜瀝青炭を用いることができる。好ましくは水分３０ｗｔ％以上の褐炭を用いることができる。水分は、ＪＩＳ Ｍ ８８２０−２０００の「石炭類およびコークス類−ロットの全水分測定方法」に記載の「石炭類の全水分測定方法」に基づいて測定した値である。石炭成型燃料の一連の製造工程において、原料として用いられるものは石炭のみであり、バインダー等の添加物は使用されない。バインダー等の添加物の使用は、コストアップの要因となる。しかし、本形態では、バインダーを添加せず石炭のみを用いるため、低コストで石炭成型体を得ることができる。

破砕工程１０では、ジョークラッシャーまたはハンマークラッシャー等の適宜の破砕手段を用いて、この石炭１を破砕して、破砕済みの石炭である破砕石炭２を得る。破砕工程１０では、後の粉砕工程２０で用いるボールミル等の粉砕手段に投入できる大きさまで石炭が破砕されればよく、破砕物２の大きさは、特に限定されないが、最大粒子径が、好ましくは７０ｍｍ以下、より好ましくは５０ｍｍ以下、さらに好ましくは２０ｍｍ以下である。また、破砕石炭２の平均粒子径は、好ましくは１ｍｍ〜２０ｍｍ以下である。ここで、破砕工程１０により得られた破砕石炭２の平均粒子径は、ＪＩＳ Ｍ ８８０１−４の「５． 粒度試験方法」に基づいて測定し、各篩目開きの通過篩質量百分率を求め、通過篩質量百分率が５０％となる粒子径を平均粒子径とする。

得られた破砕石炭２は、粉砕工程２０に供給される。粉砕工程２０では、適宜の粉砕機により破砕石炭２を粉砕して粉砕石炭３を得る。粉砕機としては、乾式粉砕または乾式粉砕方式の粉砕機を用いることができ、その中でも特に、微粉砕が可能であり、かつ、大量処理に適したボールミルやローラーミルを好ましく用いることができる。固体燃料の製造では乾燥工程３０と同様、粉砕工程４０においても大量処理が要求されるからである。また、粉砕機としては、ペレットミルを用いることもできる。粉砕工程２０で得られる粉砕石炭３の平均粒子径は、１０〜６０μｍであり、好ましくは１０〜５０μｍ、より好ましくは１０〜３０μｍである。

得られた粉砕石炭３は、乾燥工程３０に供給される。乾燥工程３０では、粉砕石炭３を、間接乾燥機等の適宜の乾燥機を用いて乾燥させることによって、乾燥した石炭粒子４を得る。間接乾燥機としては、例えばスチームチューブドライヤを用いることができる。石炭成型燃料２００が好適に用いられる固体燃料の製造では、大量処理が要求されるため、伝熱面積が大きく大量の乾燥処理が可能なスチームチューブドライヤは、乾燥工程３０で用いる乾燥機として好適である。また、乾燥機としては送風乾燥機を用いることもできる。

粉砕工程２０と乾燥工程３０は、順番が逆であってもよい。すなわち、破砕工程１０の後に乾燥工程３０を実施して乾燥石炭３’を得た後、得られた乾燥石炭３’を粉砕工程２０にて粉砕することもできる。粉砕工程２０および乾燥工程３０のどちらを先に実施した場合であっても、粉砕工程２０および乾燥工程３０を経ることによって、乾燥した石炭粒子４が得られる。

得られた石炭粒子４の平均粒子径は、粉砕工程２０によって得られたものに相当する。すなわち、石炭粒子４の平均粒子径は、１０〜６０μｍであり、好ましくは１０〜５０μｍ、より好ましくは１０〜３０μｍである。石炭粒子４の平均粒子径は、レーザー回折・散乱法によって得られる粒度分布のメディアン径で与えられる。なお、本明細書において、「石炭粒子」とは、粉砕工程２０および乾燥工程３０を経て得られた石炭粒子４を意味する。

石炭粒子４の平均粒子径を上記の範囲とすることにより、成型工程４０において微細な石炭粒子４を成型する際に型への充填率が増大し、後述する石炭成型燃料２００の密度を向上させて所望の強度を得ることができる。

なお、ボールミルおよびローラーミルは、粉砕と同時に乾燥をも行えるため、粉砕工程２０においてボールミルあるいはローラーミルによる乾燥を行うこともできる。ただし、ボールミルおよびローラーミルでの乾燥能力では、破砕工程で得られた破砕石炭２を十分に乾燥させることは困難である。そこで本形態では、破砕工程１０の後、かつ、粉砕工程２０の前または後に乾燥工程３０を設けて、十分に乾燥した石炭粒子４を得るようにしている。

得られた石炭粒子４は、成型工程４０に供給される。成型工程４０は、成型機により石炭粒子４を成型することを含む。成型工程４０では、石炭粒子４を常温よりも高い温度、具体的には５０〜１５０℃で成型する。成型工程４０での成型温度は、成型機の設定温度ではなく、成型工程中の石炭粒子４自身の温度である。

したがって、成型機に供給される石炭粒子４が上記の温度範囲外である場合は、成型機は、成型中の石炭粒子４の温度が上記の温度範囲内になるように、加熱器または冷却器を含むことができる。あるいは、成型工程４０に供給される石炭粒子４の温度が上記の温度範囲内になるように、成型工程４０の直前の工程（粉砕工程２０または乾燥工程３０）と成型工程４０との間に、石炭粒子４の温度を調整する温度調整機能を付与してもよい。例えば、粉砕工程２０では、粉砕の条件によっては処理中の石炭が摩擦や加圧等によって昇温することがあり、また、乾燥工程３０では加熱を伴うこともある。よって、温度調整機能は、成型工程４０の直前の工程から排出された石炭粒子４の温度に応じて、成型工程４０に供給される石炭粒子４の温度が上記の温度範囲内になるように石炭粒子４を加熱または冷却できる任意の機能であってよい。

成型工程４０における成型機としては、回転式成型機およびピストン式圧縮成型機など任意の成型機を用いることができる。以下、成型工程４０で用いることのできる成型機について図面を参照して説明する。

図２に、成型工程４０で用いることのできる回転式成型機の一例として、ブリケットマシンの模式図を示す。図２に示すブリケットマシンは、原料垂直供給方式のブリケットマシンであり、成型手段である一対のロール４１と、一対のロール４１の上方に配置されて、一対のロール４１の間に原料である石炭粒子４を供給する供給手段４２と、を有する。供給手段４２は、石炭粒子４が供給されるホッパおよびホッパ内の石炭粒子４を下方へ送るスクリューフィーダ等を有している。一対のロール４１は、それぞれ適宜の駆動手段で駆動される回転軸を有している。回転軸は、水平方向に延び、かつ、水平方向に間隔をあけて互いに平行に配置されている。また、一対のロール４１は隙間をあけて配置されている。ロール４１の上方からこの隙間に供給された石炭粒子４を、ロール４１の回転駆動によって加圧しながら下方へ送ることで、石炭粒子４の加圧により形成された板状の成型体１００および加圧されずにロール４１間から漏れた石炭粒子４などを含む成型体５が得られる。

一対のロール４１間の隙間（クリアランス）は、広すぎると、ロール４１間からの石炭粒子４の漏れや圧力分散が発生しやすくなり、最終的に得られる石炭成型燃料２００の密度および強度の低下、並びに収率低下につながる。よって、ロール４１間の隙間は３ｍｍ以下であることが好ましい。ロール４１間の隙間を３ｍｍ以下とすることで、十分な強度が確保された板状の成型体を得ることができる。また、ロール４１間の線圧は、特に限定されないが、５〜１５ｔ／ｃｍであることが好ましい。

一対のロール４１のうち少なくとも一方のロール４１の表面には、凹凸が形成されていることが好ましい。これにより、ローラ４１間に供給された石炭粒子４がローラ４１の表面から滑り落ちるのが抑制され、石炭粒子４をローラ４１間に良好に保持することができる。また、凹凸を形成することにより、凹部内にも石炭粒子４が充填されるため、単位時間当たりの処理量を多くすることができる。なお、ロール４１の表面に凹凸を有する場合、得られる石炭成型燃料２００の表面形状は、ロール４１の表面の凹凸が転写される。

ロール４１の表面に形成される凹凸の形態は特に限定されず、例えば、ロールポケット（凹部）、溝およびこれらの組み合わせであってよい。

凹凸がロールポケットで形成される場合、ロールポケットの形状は任意とすることができる。ロールポケットの一例を図２Ａ、２Ｂに示す。図２Ａ、２Ｂは、角丸四角形の開口部を有するロールポケットを両側のロールに形成した例であり、これにより角丸ピロー形石炭成型燃料２００が得られる。図示したロールポケットの各部の好ましい寸法範囲（設計値）は、
ａ：５〜４０ｍｍ
ｂ：５〜４０ｍｍ
ｃ：１〜１５ｍｍ
ｄ：１ｍｍ
である。

また、凹凸が溝で形成される場合、溝の幅、深さ、配列等は任意とすることができる。溝の配列の一例を図２Ｃに示す。図２Ｃに示す例では、ロール４１の軸方向Ａに平行な複数の溝が配列されている。溝の幅（ロール４１の表面において溝の長さ方向に垂直な方向の長さ）は、好ましくは０．５〜５ｍｍである。溝の深さは、好ましくは０．５〜２ｍｍである。

図３に、成型工程４０で用いることのできる回転式成型機の他の例として、コンパクターの模式図を示す。図３に示すコンパクターは、水平供給方式であり、成型手段である一対のロール４１と、一対のロール４１の間に原料である石炭粒子４を供給する供給手段４５と、を有する。２つのロール４１は上下に配置され、供給手段４５は、原料の供給口（ホッパ等）４６と石炭粒子４を水平方向に送るスクリューフィーダ等を有している。一対のロール４１は、それぞれ適宜の駆動手段で駆動される回転軸を有している。回転軸は、水平方向に延び、かつ、鉛直方向に間隔をあけて互いに平行に配置されている。水平方向からロール４１のロール間の隙間に供給された石炭粒子４をロール４１の回転駆動によって加圧しながら水平方向へ送ることで石炭粒子４の加圧により形成された板状の成型体５が得られる。成型工程４０において水平供給方式の回転式成型機を用いることで、微細な石炭粒子４がこぼれにくく、ロールの隙間に石炭粒子４を効率的に供給することができ、成型効率が向上する。

垂直給排方式の成型機では、上方から供給される粉体をロールで加圧した後下方に排出するため、ロールに噛み込まれた空気が上方に逃げて粉体の供給が不連続となり、成型効率が低下するおそれがある。これに対し水平給排方式の成型機ではロールに噛み込まれた空気はロール上方に逃げるのみであり粉体側に逆流することがない。したがって、水平給排方式のするコンパクターを用いることで、垂直供給方式の成型機に比べて成型効率を高めることができる。

一対のロール４１間の隙間（クリアランス）、線圧、およびロール４１の表面構造（溝等の凹凸）については、上述したブリケットマシンの場合と同様であるので、ここではそれらの説明は省略する。

図４に、成型工程４０で用いることのできるピストン式圧縮成型機の一例の模式図を示す。ピストン式圧縮成型機の一例として、タブレットマシンが挙げられる。図４に示す成型機は、互いに対向配置された一対の加圧板４０１、４０２を有する。加圧板４０１、４０２の少なくとも一方は、不図示の駆動手段によって互いの対向方向（矢印Ａ方向）に往復移動可能に設けられている。一方の加圧板４０１には第１型４０３が固定されており、他方の加圧板４０２には第２型４０４および底板４０５が固定されている。第１型４０３および第２型４０４の形状は、最終的に得られる石炭成型燃料２００の形状に従った任意の形状であってよい。例えば、第２型４０４は円筒形状の部材とし、第１型４０３は、第２型４０４の中空部にスライド自在に嵌合するピストン状の部材とすることができる。この場合、底板４０５は、第２型４０４の中空部内に配置された円盤状の部材とすることができる。これら第１型４０３、第２型４０４および底板４０５によって成型用の型が構成され、これら第１型４０３、第２型４０４および底板４０５によって囲まれる空間が、成型用のキャビティ４０６となる。

また、加圧板４０１、４０２には、必要に応じて電熱ヒータ等の加熱手段を内蔵することができる。この加熱手段によって、成型中の型温度が所定の温度に保たれ、結果的に、成型中の原料（石炭粒子４）の温度を所定の温度に維持できる。成型機は、型温度測定用の測定手段およびキャビティ４０６内の原料温度測定用の測定手段として、それぞれ熱電対４０７および４０８をさらに備えることができる。原料温度測定用の熱電対２０８は、原料温度の測定中は測定部がキャビティ４０６内に位置し（図４参照）、原料の加圧の際にはキャビティ４０６内に突出しないように、キャビティ４０６内に進退移動可能に設けられる（矢印Ｂ方向）。

上記のように構成された成型機では、第２型４０４から第１型４０３が抜き出され、第２型４０４の中空部を開放した状態で、その中空部内に原料が投入される。原料の投入後、第１型４０３が第２型４０４に挿入され、かつ、投入された原料が圧縮されるように加圧板４０１、４０２を接近させる。またこのとき、加圧板４０１、４０２に内蔵された電熱ヒータ等の加熱手段により型の温度が所定の温度に保持されている。所定時間経過すると、キャビティ４０６内の原料が加熱成型される。原料が加熱成型されたら、第１型４０３と第２型４０４とを開いて、加熱成型された成型体をキャビティ４０６内から取り出す。これによりタブレット状の石炭成型燃料２００が得られる。

このようなピストン式圧縮成型機を用いた場合、成型圧力（面圧）が０．５〜２．５ｔｏｎ／ｃｍ^２であることが好ましい。また、加圧時間０．５〜２．５ｍｉｎ、加圧保持時間が１ｓｅｃ〜２ｍｉｎであることが好ましい。このような条件で石炭粒子５を成型することにより、得られた石炭成型燃料２００の浸漬水分が低下する。それにより、屋外貯蔵時の水分上昇を抑制することができ、結果的に、石炭成型燃料１００の屋外貯蔵によるカロリー低下を抑制することができる。ここで、加圧時間とは、加圧開始から所定の成型圧力に到達するまでの時間を意味し、加圧保持時間とは、成型圧力に到達した後、その成型圧力を保持する時間を意味する。

再び図１を参照すると、成型工程４０によって得られた成型体５は篩工程５０に供給される。篩工程５０では、成型工程４０で成型されずに残った石炭粉が成型体５から除去され、石炭粉が除去された成型体５を石炭成型燃料２００として得る。篩工程５０では振動篩機を用いることができる。振動篩機としては、円形篩機、トロンメル篩機などを使用でき、それらの中でも特に、連続かつ大量処理できる篩機が好ましい。なお、篩工程５０は必要に応じて実施すればよく、本発明においては必須の工程ではない。

以上、一連の工程を経て得られた石炭成型燃料２００は、見掛密度が１．０〜１．４であることが好ましい。見掛密度は、ＪＩＳ Ｚ ８８０７の「８． 液中ひょう量法による密度及び比重の測定方法」に基づいて測定した値である。

また、成型工程４０において回転式成型機を用いて成型した場合、得られた石炭成型燃料は単位質量あたりの圧壊強度が１００Ｎ／ｇ以上であることが好ましい。圧壊強度がこのような値であるとにより、輸送時の耐久性が高いといえる。ここで、単位質量当たりの圧壊強度は、ＪＩＳ Ｚ ８８４１−１９９３「造粒物−強度試験方法」の「３．１ 圧壊強度試験方法」に規定された試験方法で測定された圧壊強度を石炭成型燃料２００の質量で除した値である。

一方、成型工程４０においてピストン式圧縮成型機を用いて成型した場合、得られた石炭成型燃料２００は、成型直後に水中浸漬した際に崩壊しないことが好ましい。成型工程４０においてピストン式圧縮成型機を用いる場合、石炭粒子４を温度５０〜１５０℃で成型することで、成型直後に水中浸漬した際に崩壊しない石炭成型燃料２００を得ることができる。また、得られた石炭成型燃料２００は、成型後２４時間常温で保持した後、７２時間以上水中浸漬した際の全水分が３０ｗｔ％以下であることが好ましい。石炭粒子４を温度９５〜１５０℃で成型することで、成型後２４時間常温で保持した後、７２時間以上水中浸漬した際の水分が３０ｗｔ％以下である石炭成型燃料２００を得ることができる。

［実施形態２］
図５を参照すると、本発明の実施形態２におる石炭成型燃料の製造工程が示されている。本形態は、以下（ａ）〜（ｃ）の点で実施形態１の製造工程と異なっている。

（ａ）実施形態１における成型工程４０が、第１成型工程４０Ａ、第２破砕工程４０Ｂおよび第２成型工程４０Ｃで構成される。

第１成型工程４０Ａおよび第２成型工程４０Ｃでは、実施形態１と同様、回転式成型機（例えば、垂直供給型のブリケットマシンおよび水平供給型のコンパクター）およびピストン式圧縮成型機（例えば、タブレットマシン）のいずれを用いてもよい。

第２成型工程４０Ｃに供給される石炭５’の温度を５０〜１００℃、好ましくは８０〜９０℃に調整するための温度調整機能を、粉砕工程２０から第２成型工程４０Ｃまでの間のいずれかに付与してもよい。

（ｂ）成型工程（本形態では第２成型工程４０Ｃ）で得られた成型体７に含まれる品質の悪い成型体を除去することを目的として、成型工程の後に、第３破砕工程４５Ａおよび研磨工程４５Ｂを有する。この場合、篩工程５０によって、第３破砕工程４５Ａおよび研磨工程４５Ｂで生じた微粉も除去される。

（ｃ）石炭成型燃料の自然発火対策として、篩工程５０の後に、冷却工程６０Ａおよび／または散水工程６０Ｂを有していてもよい。冷却工程６０Ａでは、空冷方式の冷却装置を用いることが望ましく、冷却後の石炭の温度を４０℃以下とすることが望ましい。空冷方式の冷却装置を用いた場合、冷却媒体としては、空気および不活性ガスなどを用いることが望ましい。また、冷却工程６０Ａの後に散水工程６０Ｂを有することで、石炭成型燃料の品質劣化（強度低下、崩壊など）を抑制することができる。

［温度調整］
成型工程に供給される石炭の温度調整には、温度制御された流体等との熱交換を利用する任意の方法を利用することができる。以下に、石炭の温度調整について、石炭実施形態２の第２成型工程４０Ｃに供給される石炭６を例に挙げて説明する。以下に述べる例は、単独で実施してもよいし、組み合わせ可能な場合は２つ以上を適宜組み合わせてもよい。

粉砕工程２０でローラーミルまたはボールミルを用いる場合、ミル作動用ガスの温度および流量を制御して、ミル作動用ガスを粉砕工程２０に供給される石炭３’と直接接触させることで温度調整を行うことができる。用いるガスの種類としては、温度調整された空気、燃焼排ガス、スチーム、冷ガスなどを用いることができる。また、これらのガスに常温のガスを混合して温度を微調整してもよい。また、粉体の発火や粉塵爆発の危険性を低減することを目的として、不活性ガス（Ｎ_２、ＣＯ_２など）を用いることもできる。

工程間の石炭６の輸送方式を空気輸送方式とすれば、輸送用ガスの温度および流量を制御して、輸送用ガスを石炭６と直接接触させることで温度調整を行うことができる。用いるガスの種類としては、ミル作動用ガスと同じガスを用いることができる。

熱交換を間接方式で行う場合は、成型工程に供給される温度調整すべき石炭が接触する機器である温度調整石炭接触機器（例えば、成型工程の前工程で使用される装置、工程間での石炭の搬送装置、中間貯蔵装置など）の内部または外周にチューブを配置し、そのチューブを温度調整媒体で温度調整し、温度調整されたチューブに石炭を接触させることで、温度調整を行うことができる。温度調整媒体としては、ガス（スチーム、燃焼排ガス、冷ガスなど）、液体（水、オイルなど）などを用いることができる。

また、上記温度調整石炭接触機器の外周にヒーター（または冷却器）、保温材を設置してもよい。粉体の発火や粉塵爆発の危険性を低減することを目的として、上記機器および中間貯蔵装置の内部に不活性ガス（Ｎ_２、ＣＯ_２など）をパージしてもよい。

温度調整にあたっては、温度調整石炭接触機器に温度計を設置し、温度計によって測定される温度が所望の温度になるように、温度調整媒体の温度を制御してもよい（温度調整媒体がガスの場合は流量の制御でもよい）。また、温度調整機能のある搬送装置の滞留時間を制御して石炭の温度を調整してもよい。

また、処理中の石炭は、温度調整石炭接触機器との接触による摩擦熱、圧縮熱および石炭の自然発熱により温度が上昇する。石炭の温度上昇の影響で、処理中の石炭が通過する機器や中間貯蔵装置等の温度が変動する可能性がある。これらの機器や装置等の温度の変動の度合は、環境条件（気温、湿度）、連続運転時間および石炭の物性値等に左右される。そこで、環境条件を測定し、その測定結果に基づいて、温度調整石炭接触機器の温度を制御してもよい。

温度調整により石炭６の全水分が低下して成型時の好ましい水分範囲から外れることが懸念される場合は、全水分の低下を見越して、乾燥工程３０から排出される石炭３’の水分が高めになるように乾燥工程３０を実施してもよい。逆に、温度調整の際に、例えば粉砕工程２０で用いる作動用ガス中の水分の影響などにより石炭６の水分が上昇する可能性がある場合は、乾燥工程３０から排出される石炭３’の水分が低めになるように乾燥工程を実施してもよいし、粉砕工程２０で用いる作動用ガスの湿度を低めに調整してもよい。

さらに、上述した温度調整により、各工程で用いる装置、装置間搬送機器および中間貯蔵装置等が変形（膨張、収縮）し、安定運転に支障をきたすおそれのある場合は、温度調整機能を付与する各工程での石炭３’、４、５’、６の温度に応じて、各工程で用いる装置等に変形が生じないように、構成する材料等を選定してもよい。

以下、本発明の実施例について説明する。表１に、以下で説明する実施例で用いた石炭の性状を示す。

［実施例１］
（実施例１）
原料となる石炭として、インドネシア産の褐炭であるＢＡ炭を用い、図１に示す工程に従って石炭成型燃料２００を製造した（粉砕工程２０→乾燥工程３０の順番）。

破砕工程１０では、ハンマークラッシャーを用い、最大粒子径が１ｍｍ、平均粒子径が０．３ｍｍの破砕石炭２を得た。次いで、粉砕工程２０では、ペレットミルを用いた。破砕石炭２は、ペレットミル内部のローラとリングダイとの間で粉砕され、さらにリングダイの孔から連続的に排出され、適宜長さで切断されることでペレット化された。これにより、平均粒子径１０μｍの粉砕石炭３で構成された含水ペレット（直径８ｍｍ×高さ１０〜２０ｍｍの円柱形）を得た。

乾燥工程３０では、乾燥効率を向上させるため、乾燥前にパドル式混合機を用いて、含水ペレットを最大粒径が３ｍｍ以下になるように破砕した。含水ペレットの破砕後、スチームチューブドライヤを用い、全水分が１５％になるように乾燥させ、乾燥した石炭粒子４を得た。得られた石炭粒子４の温度は９０℃であった。

乾燥工程３０から成型工程４０までの間、石炭粒子４の温度が９０℃に維持されるように、乾燥工程３０の出口から成型工程４０の入口までの搬送機器に保温材を設置した。成型工程４０の入口に設置された温度計にて石炭粒子４の温度を測定したところ、９０℃であることが確認された。

成型工程４０では、図２に示したような、垂直供給方式のブリケットマシンを用いた。用いたブリケットマシンは、直径が５２０ｍｍ、幅（軸方向の長さ）が１２４ｍｍの一対のロール４１を有していた。一対のロール４１の周面には、図２Ａ、２Ｂに示す形状を有する複数のロールポケットが規則的に分散配置されていた。ロールポケットの各部の寸法は、
ａ＝３４．７ｍｍ
ｂ＝３６．６ｍｍ
ｃ＝９．１ｍｍ
であった。また、一対のロール４１間の隙間ｄは、設計下限値である１ｍｍとした。ブリケットマシンは、ロール４１による線圧が６ｔ／ｃｍになるように動作が制御され、これによって成型体５を得た。

得られた成型体５は篩工程５０に供給され、篩工程５０で石炭粉を除去した。篩工程５０では、篩目３．３５ｍｍの振動篩機を用い、篩上に残った石炭を石炭成型燃料２００とした。

（比較例１）
比較例１として、成型工程４０に供給される石炭粒子４の温度を変更した以外は実施例１と同様にして石炭成型燃料２００を製造した。具体的には、成型工程４０に供給される石炭粒子４の温度が２５℃となるように、乾燥工程３０の出口から成型工程４０の入口までの搬送機器で、石炭粒子４の冷却を行った。搬送機器としては、水冷式のジャケット付きのスクリュ式搬送装置を用い、搬送用パドルの回転数で滞留時間を制御して石炭粒子４の温度調整を行った。成型工程４０の入口に設置した温度計によって石炭粒子４の温度を測定した結果、２５℃であることが確認された。

（評価１）
実施例１および比較例１によって得られた石炭成型燃料２００について、品質評価を行った。石炭粒子４の代表的な物性、成型工程４０の代表的な代表的な成型条件、成型能力、および得られた石炭成型燃料２００の品質評価結果を表２に示す。

表２において、石炭成型燃料２００の圧壊強度は、ＪＩＳ Ｚ ８８４１−１９９３の「３．１ 圧壊強度試験方法」に基づいて測定した。また、見掛密度は、ＪＩＳ Ｚ ８８０７の「８． 液中ひょう量法による密度及び比重の測定方法」に基づいて測定した。

表２より、実施例１は、石炭粒子４の全水分および粒度分布が比較例１と同等であるものの、成型工程４０の入口での石炭粒子４の温度を９０℃としたことによって、成型工程４０の入口での石炭粒子４の温度を２５℃とした比較例１と比較し、圧壊強度がほぼ２倍となったことが分かる。このことから、成型工程４０の入口での石炭粒子４の温度を９０℃とすること、言い換えれば、石炭粒子４を９０℃で成型することによって、高い圧壊強度を有し、ハンドリング性に優れた石炭成型燃料２００を製造できるということがいえる。

［実施例２および３］
（実施例２−１）
原料となる石炭として、インドネシア産の褐炭であるＢＭ１炭を用い、篩工程５０を実施しないこと以外は図１に示す工程に従って石炭成型燃料２００を製造した（ただし、乾燥工程３０→粉砕工程２０の順）。

破砕工程１０は、実施例１と同様に実施した。次いで、乾燥工程３０では、スチームチューブドライヤを用い、全水分が１０〜１５％になるように、破砕石炭２を乾燥させ、乾燥石炭３’を得た。次に、粉砕工程２０では、ボールミルを用いて乾燥石炭３’を平均粒子径が２０〜３０μｍになるように粉砕し、石炭粒子４を得た。

次に、得られた石炭粒子４を成型工程４０に供給し、成型体５を得た。成型工程４０では、図４に示したような、一対の加圧板４０１、４０２、一対の型４０３、４０４および加圧板４０１、４０２に内蔵されたヒータを有する、温度調整可能なタブレットマシンを用いた。各型４０３、４０４はそれぞれコア型およびキャビティ型を構成し、キャビティ型（４０４）は、内径が１４ｍｍの円筒形のキャビティを有していた。なお、使用したタブレットマシンは、上側の加圧板４０１が固定圧縮盤、下側の加圧板４０２が可動圧縮盤であり、下側の加圧板４０２の上昇によりキャビティ４０６内の粉体の圧縮成型が成される構造となっている。

まず、型４０３、４０４を開いた状態で、型温度測定用の熱電対４０７によって型４０３、４０４の温度を測定し、温度が６０℃に達した時点で石炭粒子４をキャビティ４０６に投入した。石炭粒子４の投入後、型４０３、４０４を閉じ、原料温度測定用の熱電対４０８をキャビティ４０６内に前進させて石炭粒子４の温度を測定した。

原料温度測定用の熱電対４０８で測定された温度、すなわち石炭粒子４の温度が６０℃に達した時点で熱電対４０８を後退させ、その後、加圧板４０２を上昇させ、キャビティ４０６内の石炭粒子４を圧縮成型した。圧縮成型条件は、成型圧力が１．９ｔ／ｃｍ^２、加圧時間が１分、加圧下の保持時間が１分であった。ここで、「加圧時間」は、加圧開始から成型圧力に達するまでの時間をいい、「加圧下の保持時間」は、成型圧力に達した後、その成型圧力を保持している時間をいう。

圧縮成型後、型４０３、４０４を開いてタブレット状（円柱状）の成型体５を取り出し、これを石炭成型燃料２００とした。

（実施例２−２）
圧縮成型時の石炭粒子４の温度を８０℃とした以外は実施例２−１と同様にして石炭成型燃料２００を得た。

（比較例２）
圧縮成型時の石炭粒子４の温度を２０℃とした以外は実施例２−１と同様にして石炭成型燃料２００を得た。

（実施例３−１）
原料である石炭１として、インドネシア産の褐炭であるＲＭ炭を用いた以外は実施例２−１と同様にして石炭成型燃料を得た。

（実施例３−２）
原料である石炭１として、インドネシア産の褐炭であるＲＭ炭を用いた以外は実施例２−２と同様にして石炭成型燃料２００を得た。

（比較例３−１）
原料である石炭１として、インドネシア産の褐炭であるＲＭ炭を用いた以外は比較例２と同様にして石炭成型燃料２００を得た。

（比較例３−２）
圧縮成型時の石炭粒子４の温度を４０℃とした以外は比較例３−１と同様にして石炭成型燃料２００を得た。

（評価）
以上の各実施例および比較離で得られたタブレット状の石炭成型燃料２００を、大気中で３分間放置した後、ジッパー付きサンプル袋に保管した。石炭成型燃料２００は、成型直後（型から取り出した直後）のサンプル、およびサンプル袋に保管して１日経過後のサンプルについて品質評価を行った。石炭粒子４の代表的な物性、成型工程４０の代表的な代表的な成型条件、および得られた石炭成型燃料２００の品質評価結果を表３に示す。

表３において、石炭成型燃料２００の引張強度は、ＪＩＳ Ｚ ８８４１−１９９３の「３．１ 圧壊強度試験方法」で用いる、図６に示すような、固定圧縮盤５０１および可動圧縮盤５０２を有する試験機を用いた。試験に先だって、サンプルである石炭成型燃料２００の直径ｄ（ｍｍ）および高さＬ（ｍｍ）をノギス等で測定した。次いで、石炭成型燃料２００を、図６に示す姿勢で固定圧縮盤５０１の固定圧縮面５０１ａの中央部に設置した。この状態で可動圧縮盤５０２を１０ｍｍ／ｍｉｎで下降させ、石炭成型燃料２００に荷重をかけた。石炭成型燃料２００が完全に破壊するまでの荷重の最大指示値を記録し、これを石炭成型燃料２００の圧壊強度Ｐ（Ｎ）とした。得られた圧壊強度を用い、以下の式により引張強度を算出した。

また、見掛密度はＪＩＳ Ｚ ８８０７の「８． 液中ひょう量法による密度及び比重の測定方法」に基づいて測定した。全水分の測定は、、仕込み乾燥重量が不変であるという前提のもと、各時点経過時の試料の重量を測定し、以下の式（２）によって求めた。
（ｗ_ｔ１−ｗ_ｌｏａｄ×（１−ｍ_０／１００））／ｗ_ｔ１×１００ ・・・式（２）
ここで、ｗ_ｔ１は所定時間経過時の試料の重量、ｗ_ｌｏａｄは仕込み原料湿重量、ｍ_０は成型直前の原料全水分である。

図７に、成型工程入口温度と引張強度との関係を示し、図８に、成型工程入口温度と見掛密度との関係を示す。

以上の結果より、全水分および粒度分布がほぼ一定の条件で製造した石炭成型燃料２００においては、成型工程入口温度が２０〜８０℃の範囲では、温度が高いほど石炭成型燃料２００の引張強度および見掛密度が高くなることが分かった。引張強度および見掛密度が高くなることによって、ハンドリング性に優れた石炭成型燃料２００を得ることができる。この傾向は、原料である石炭１の銘柄が異なっても同様である。

［実施例４］
（実施例４−１）
以下の点を除いて実施例２−１と同様にして石炭成型燃料２００を得た。
（ａ）石炭１としてインドネシア産の褐炭であるＢＭ２炭を用いた。
（ｂ）破砕工程１０ではジョークラッシャー、ダブルロールクラッシャーの順に処理し、平均粒子径が３ｍｍ以下になるように石炭１を破砕した。
（ｃ）乾燥工程３０ではスチームチューブドライヤを用い、全水分２３％になるように破砕石炭２を乾燥させた。
（ｄ）成型工程４０で用いたタブレットマシンは、内径が２０ｍｍの円筒形のキャビティを有していた。
（ｅ）成型工程４０では、圧縮成型時の石炭粒子４の温度を１１５℃とした。
（ｆ）成型工程４０では、成型圧力を１ｔ／ｃｍ^２とした。

（実施例４−２）
圧縮成型時の石炭粒子４の温度を１３０℃とした以外は実施例４−１と同様にして石炭成型燃料２００を得た。

（実施例４−３）
乾燥工程出口における石炭粒子４の全水分が１７．０％であること以外は実施例４−１と同様にして石炭成型燃料２００を得た。

（比較例４）
乾燥工程出口における石炭粒子４の全水分が１６．０％であること、および成型工程４０において型を加熱しなかった（２０℃）こと以外は実施例４−１と同様にして石炭成型燃料２００を得た。

（評価）
以上の各実施例および比較例で得られたタブレット状の石炭成型燃料２００について品質評価を行った。品質評価は、石炭成型燃料２００を型から取り出した直後の時点、および型から取り出して大気中で１０分間放置し、その後、ジッパー付きサンプル袋に保管し、１日経過後の時点で行い、それぞれの時点について評価用のサンプルを用意した。石炭粒子４の代表的な物性、成型工程４０の代表的な代表的な成型条件、および得られた石炭成型燃料２００の品質評価結果を表４に示す。

表４において、全水分および見掛密度は、実施例２および３での評価と同様にして求めた。浸漬水分については、測定用のサンプルを水中に浸漬し、浸漬開始から７日間経過した時点でサンプルを回収し、表面に付着した水分をウエス等の布で除去し、その後、ＪＩＳ Ｍ ８８２０−０（石炭類及びコークス類−ロットの全水分測定方法）に記載の石炭類の全水分測定方法に基づいて測定し、その値を浸漬水分とした。

表４より、各実施例および比較例とも、成型直後から１日後までの間に全水分が低下することが確認された。見掛密度については、比較例は成型直後から１日後までの間に、比較例は低下したが各実施例は増加したことが確認された。このことから、各実施例については、成型直後から１日経過すると、全水分が低下したため、石炭成型燃料２００が収縮することが分かる。また、浸漬水分について、比較例は成型直後の浸漬水分の測定が不可能であったが、各実施例とも成型直後から１日後までの間に浸漬水分が低下することが確認された。浸漬水分が低下することは、耐水性が改善されることを意味する。浸漬水分の値は、実施例４−１と実施例４−２との比較では、１１５℃で成型した場合と１３０℃で成型した場合との間に優位差は確認できなかった。ただし、これら実施例４−１および実施例４−２は比較例４と比較して浸漬水分（１日後）が著しく小さく、このことから、石炭粒子４を加熱成型することで、耐水性に優れた石炭成型燃料２００を製造できるといえる。

［実施例５］
（実施例５−２）
以下の点を除いて実施例２−１と同様にして石炭成型燃料２００を得た。
（ａ）破砕工程１０ではジョークラッシャー、ダブルロールクラッシャーの順に処理し、平均粒子径が３ｍｍ以下になるように石炭１を破砕した。
（ｂ）乾燥工程３０では、箱型乾燥機を用いて、乾燥時間を調整して全水分の異なる４種類の乾燥石炭３’を得た。得られた乾燥石炭３’をそれぞれ粉砕工程で粉砕して、全水分１１．１〜１７．５％の石炭粒子４を、（実施例５−２−１）〜（実施例５−２−４）とした。
（ｃ）成型工程４０では、成型圧力を１．９５ｔ／ｃｍ^２とした。

（実施例５−３）
圧縮成型時の石炭粒子４の温度を８０℃とした以外は実施例５−２と同様にして、全水分の異なる石炭粒子４から４種類の石炭成型燃料２００を得た（（実施例５−３−１）〜（実施例５−３−４））。

（実施例５−４）
圧縮成型時の石炭粒子４の温度を９５℃とした以外は実施例５−２と同様にして、全水分の異なる石炭粒子４から４種類の石炭成型燃料２００を得た（（実施例５−４−１）〜（実施例５−４−４））。

（比較例５−１）
圧縮成型時の石炭粒子４の温度を３０度とし、全水分を１０．５〜１７．５％とした以外は実施例５−２と同様にして、全水分の異なる石炭粒子４から５種類の石炭成型燃料２００を得た（（比較例５−１−１）〜比較例５−１−５））。

（評価）
以上の各実施例および比較例で得られたタブレット状の石炭成型燃料２００について品質評価を行った。品質評価は、石炭成型燃料２００を型から取り出して大気中で５分間放置し、その後、ジッパー付きサンプル袋に保管し、１日経過後の時点で行った。石炭粒子４の代表的な物性、成型工程４０の代表的な代表的な成型条件、および得られた石炭成型燃料２００の品質評価結果を表５〜表８に示す。

表５〜８において、全水分、浸漬水分および見掛密度は、実施例４での評価と同様にして求めた。また、図９に、表５〜８に示した全水分と浸漬水分との関係をグラフで表した。

図９より、成型時の石炭粒子４の温度が高いほど浸漬水分が低下しており、このことから、成型時の石炭粒子４の温度が高いほど、得られる石炭成型燃料２００の耐水性をより向上させることができることが分かる。

以上説明したように、本発明の形態によれば、以下の（１）〜（５）に記載する石炭成型燃料の製造方法が提供される。

（１） 石炭粒子４を、温度５０〜１５０℃で成型すること
を特徴とする石炭成型燃料２００の製造方法。

石炭粒子４を上記の温度で成型することで、強度が向上し、かつ／または全水分の上昇が抑制され、結果的に高品質な石炭成型燃料を得ることができる。

（２） 上記（１）に記載の石炭成型燃料２００の製造方法において、
一対のローラを備えた回転式成型機を用い、線圧５〜１５ｔ／ｃｍで成型すること
を特徴とする炭成型燃料２００の製造方法。

石炭粒子４の成型には回転式成型機を用いることもでき、その場合は、線圧を上記の範囲とすることで、高品質な石炭成型燃料を製造できる。

（３） 上記（２）に記載の石炭成型燃料２００の製造方法において、
成型された石炭成型燃料２００は、ＪＩＳ Ｚ ８８４１に規定された試験方法で測定された圧壊強度を前記石炭成型燃料２００の質量で除した値で表される単位質量あたりの圧壊強度が１００Ｎ／ｇ以上であること
を特徴とする石炭成型燃料２００の製造方法。

また、回転式成型機を用いる場合、線圧を上記の範囲とすることで、高強度の石炭成型燃料２００を製造することができる。

（４） 上記（１）に記載の石炭成型燃料２００の製造方法において、
ピストン式圧縮成型機を用い、面圧０．５〜２．５ｔ／ｃｍ^２で成型すること
を特徴とする石炭成型燃料２００の製造方法。

石炭粒子４の成型にはピストン式圧縮成型機を用いることもでき、その場合は、面圧を上記の範囲とすることで、高品質な石炭成型燃料を製造できる。

（５） 上記（４）に記載の石炭成型燃料２００の製造方法において、
成型後２４時間常温で放置した後、７２時間以上水中浸漬した際の前記石炭成型燃料２００の全水分が３０％以下であること
を特徴とする石炭成型燃料２００の製造方法。

また、ピストン式圧縮成型機を用いる場合、面圧を上記の範囲とすることで、水分が抑制された石炭成型燃料２００を製造することができる。

１０ 破砕工程
１０Ａ 第１破砕工程
２０ 粉砕工程
３０ 乾燥工程
４０ 成型工程
４０Ａ 第１成型工程
４０Ｂ 第２破砕工程
４０Ｃ 第２成型工程
４１ ロール
４２、４５供給手段
４５Ａ 第３破砕工程
４５Ｂ 研磨工程
４６ 供給口
５０ 篩工程
６０Ａ 冷却工程
６０Ｂ 散水工程
４０１、４０２ 加圧板
４０３ 第１型
４０４ 第２型
４０５ 底板
５０６ キャビティ
４０７、４０８ 熱電対

Claims (5)

1. 石炭粒子を、温度５０〜１５０℃で成型すること
   を特徴とする石炭成型燃料の製造方法。
2. 請求項１に記載の石炭成型燃料の製造方法において、
   一対のローラを備えた回転式成型機を用い、線圧５〜１５ｔ／ｃｍで成型すること
   を特徴とする石炭成型燃料の製造方法。
3. 請求項２に記載の石炭成型燃料の製造方法において、
   成型された石炭成型燃料は、ＪＩＳ Ｚ ８８４１に規定された試験方法で測定された圧壊強度を前記石炭成型燃料２００の質量で除した値で表される単位質量あたりの圧壊強度が１００Ｎ／ｇ以上であること
   を特徴とする石炭成型燃料の製造方法。
4. 請求項１に記載の石炭成型燃料の製造方法において、
   ピストン式圧縮成型機を用い、面圧０．５〜２．５ｔ／ｃｍ^２で成型すること
   を特徴とする石炭成型燃料の製造方法。
5. 請求項４に記載の石炭成型燃料の製造方法において、
   成型後２４時間常温で放置した後、７２時間以上水中浸漬した際の前記石炭成型燃料の全水分が３０％以下であること
   を特徴とする石炭成型燃料の製造方法。