JP2019512454A

JP2019512454A - バインダを含まない石炭系成形活性炭の製造方法

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Publication number: JP2019512454A
Application number: JP2019502127A
Authority: JP
Inventors: 陳建強; 許新田; 趙龍; 王洪強; 韓暁林; 陸曉東; 漆涛; 庄巍; 李晋; 呉亮亮; 李建瑞; 王成
Original assignee: チャイナエナジーインベストメントコーポレーションリミテッド; 神華新疆能源有限責任公司
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2017-01-26
Publication date: 2019-05-16
Anticipated expiration: 2037-01-26
Also published as: KR20180129857A; US10773962B2; KR102156133B1; JP6676821B2; EP3438048A1; EP3438048A4; US20190119119A1; WO2017166920A1; CN105800610A; CN105800610B

Abstract

石炭系成形活性炭の製造方法であって、成形工程を経て原炭から成形炭を得るステップと、成形炭を破砕、造粒した後、炭化処理および賦活処理を行い、活性炭を得るステップとを含む製造方法を提供する。成形工程は、原炭を粉砕することにより、平均粒径２０μｍ以上の粉炭であって、粒径８０μｍ以下の粉炭の含有量が９０ｗｔ％以上、粒径４０μｍ〜８０μｍの粉炭の含有量が１０ｗｔ％以上である粉炭を得るスッテプａと、粉炭を成形装置の供給ホッパ内に供給し、前記供給ホッパ内の材料に対して脱泡処理を行うステップｂと、供給ホッパ内の材料の温度を５０℃〜１００℃、含水量を２ｗｔ％〜８ｗｔ％に調節するステップｃと、供給ホッパ内の材料を前記成形装置に供給して成形を行い、成形炭を得るステップｄと、を含む。本製造方法の原炭成形工程は、石炭の適用範囲が広く、成形が最も困難な非粘結炭を原炭として用いる場合でも、バインダを何ら必要とせずに、８９％を超える強度の成形炭製品を得ることができ、活性炭の強度等の品質の向上に好適である。

Description

発明の詳細な説明

〔技術分野〕
本発明は、石炭系活性炭を製造する分野に属し、特に、本発明は、バインダを含まない石炭系成形活性炭の製造方法に関する。

〔背景技術〕
活性炭は、高度に発達した細孔構造と大きな比表面積を有するため、その応用範囲が食品や医薬品の脱色および脱臭、防毒マスクから、溶媒の精製や回収、高度な水処理、煙やガスの浄化、血液の浄化等まで、幅広く拡大している。これに伴い、活性炭の吸着性および強度等の特性に関して、新規かつより高度な要求が寄せられている。

また、活性炭の生産において、原材料として石炭を用いて石炭系活性炭を製造する方法が広く応用されている。使用時に高い強度を有する活性炭を得るために、通常、炭化、賦活を行う前に石炭の成形処理（briquetting treatment）を行う必要がある。したがって、石炭の高強度成形は、高強度の活性炭を製造するための基盤となる。

原炭の深穴加工（deep processing）において粉炭成形技術が広く使用されているが、多くの粉炭成形技術には、瀝青炭等の様々なバインダを添加する必要がある。これにより、コストが増加するだけでなく、製造した成形炭を天日干しまたは加熱および焼き固める必要があるため、生産効率が低下する。さらに、加熱された後、常用の瀝青炭、コールタール等のバインダが溶融、揮発することにより、最終製品の強度が低下することがある。また、活性炭の生産において、瀝青炭等の残留物が活性炭の細孔を塞ぐことがあり、また、一部の残留物には有害物質が含まれているため、活性炭の品質を向上させ難くなる。したがって、石炭系活性炭の製造では非粘結炭の応用が限られている。

現在、バインダを含まない石炭系活性炭の製造に関する研究がますます注目されている。CN 101402454 Aには、炭化、賦活処理前に粉炭をプレス成形する成形活性炭の製造方法が開示されている。しかし、この方法は、バインダを余分に添加しないことを目的としているため、原材料である粉炭に大量の弱粘結炭および強粘結炭（strong caking rich coal）を入れなければならなかった。また、大量の粘結炭を入れると、炭化工程中における粒子の発泡やコークス化を避けるためには、炭化工程中に徐々に温度を上げなければならない。さらに、得られる活性炭に十分な大きさの表面積を持たせるためには、長い賦活時間が必要であった。

また、CN 1033262 Aには、非粘結粉炭を１０μｍ以下に粉砕した後にプレス成形を行うステップを含む活性炭の製造方法が開示されている。該特許文献によれば、原炭の粉砕後の粒径が小さければ小さいほど、微粒子同士間の単位重量当たりの接触点の数が増加し、粒子中の準微粒子同士間の粘着力が向上すると記されている。しかし、粉炭は、粉砕後の粒径が小さければ小さいほど、凝集する可能性が高くなるため、後続のプレス成形に必要な水分の制御が困難になり、粉砕も困難になる。それゆえ、装置の性能に対する要求が高く、幅広い利用は難しくなる。同時に、本発明者の研究によると、粉炭の粒径が小さすぎると、成形後の内部細孔が過度に小さくなるため、活性炭の製造時には、後続の炭化揮発分の放出や、内部細孔への賦活用気体の拡散、さらに最終製品の収率および吸着性に悪影響を及ぼす。

したがって、バインダを含まない石炭系成形活性炭の新たな製造方法を提案する必要がある。

〔発明の内容〕
本発明の目的は、バインダを使用しない場合の石炭系成形活性炭の製造では適切な成形炭を製造し難く、活性炭の品質が低いという従来技術の課題を解決する、石炭系成形活性炭の製造方法を提供することである。

前記目的を実現するために、本発明は以下の技術案を用いる。

石炭系成形活性炭の製造方法であって、
成形工程を経て原炭から成形炭（coal briquettes）を得るステップＩと、
ステップＩで得られた前記成形炭を破砕、造粒した後、炭化処理および賦活処理を行い、活性炭を得るステップＩＩとを含み、
前記成形工程は、
前記原炭を粉砕することにより、平均粒径２０μｍ以上の粉炭であって粒径８０μｍ以下の粉炭の含有量が９０ｗｔ％以上、粒径４０μｍ〜８０μｍの粉炭の含有量が１０ｗｔ％以上である粉炭を得るステップａと、
ステップａで得られた粉炭を成形装置（briquetting apparatus）の供給ホッパ内に供給し、前記供給ホッパ内の材料に対して脱泡処理を行うステップｂと、
前記供給ホッパ内の材料の温度を５０℃〜１００℃、含水量を２ｗｔ％〜８ｗｔ％に調節するステップｃと、
前記供給ホッパ内の材料を前記成形装置に供給して成形を行い、成形炭を得るステップｄと、を含む製造方法。

本発明の製造方法において、前記原炭は適用範囲が広く、非粘結炭、弱粘結炭、弱中粘結炭、強中粘結炭および強粘結炭のうち１種類、または複数種類からなる混合物であってもよい。なお、前記非粘結炭、弱粘結炭、弱中粘結炭、強中粘結炭または強粘結炭は、本分野において熟知されている。つまり、これらを粘結指数Ｇで分類すると、０〜５では非粘結炭、５〜２０では弱粘結炭、２０〜５０では弱中粘結炭、５０〜６５では強中粘結炭、６５を超える場合は強粘結炭となる。

当業者が理解できるように、原炭の粘結指数が高ければ高いほど、高強度の成形炭を成形、製造し易くなり、逆に、原炭の粘結指数が低ければ低いほど、高強度の成形炭の成形、製造が困難になる。本発明の成形工程は、原炭に対して様々な調整を行うため、粘結指数の高い原炭を用いても、粘結指数の低い原炭を用いても、高強度の成形炭の製造が達成できる。したがって、特に非粘結炭、または、非粘結炭を主成分とする原炭の成形に適している。一例として、前記原炭は、その全部が非粘結炭であってもよく、あるいは、前記原炭のうち、非粘結炭の含有量が５０ｗｔ％を超え（例えば６０ｗｔ％、７０ｗｔ％、８０ｗｔ％または９０ｗｔ％）、残部が弱粘結炭等であってもよい。本発明において、前記原炭が非粘結炭であることが好ましく、前記非粘結炭の粘結指数が≦２、例えば０、１または２であることがさらに好ましい。

本発明の製造方法におけるステップａでは、原炭を粉砕することにより、特定の粒度分布を有する粉炭を得る。本発明者の研究によると、前記粉炭が前記粒度分布を有する場合、成形工程中に、粒径が異なる粉炭の合理的配合を実現でき、成形強度が向上することを見出した。ステップａで得られる粉炭のうち、粒径８０μｍ以下の粉炭の含有量が９５ｗｔ％以上、粒径４０μｍ以下の粉炭の含有量が７０ｗｔ％以上であることが好ましい。前記粉炭の平均粒径は２０μｍ〜４０μｍ、例えば３０μｍであることがさらに好ましい。前記粉炭の粒径は２００μｍ以下、例えば１５０μｍ以下、または１００μｍ以下であることがより好ましい。当業者が理解できるように、対応する標準篩を選択して粉砕後の原炭を篩い分けすることにより、前記粒度分布を有する粉炭を得ることができる。もちろん、当業者が理解できるように、本発明の原炭は、使用前に、廃石の除去処理および／または灰分の低減処理等を行い、例えば、灰分の含有量を６ｗｔ％以下（例えば２ｗｔ％〜５ｗｔ％、または３ｗｔ％）にすることが望ましい。

本発明の製造方法におけるステップｂでは、前記粉炭を成形装置の供給ホッパ内に供給すると共に前記供給ホッパ内の材料を脱泡することにより、粉炭の粒子同士間および粒子表面に付着している空気を減らし、成形強度を高めることができる。当業者が理解できるように、前記供給ホッパに対して気体の抽出（または真空化）を行うことにより、脱泡を実現してもよい。一例として、前記供給ホッパの頂部および／または側壁に濾過シートを設置する（気体の排出、および粉炭の不排出を確保する）と共に、前記濾過シートの背面に真空抽出装置を連結することにより、粉炭に付着している気体を、濾過シートおよび真空システムを介して排出してもよい。ステップｂでは、前記供給ホッパ内の圧力は、０ｋＰａ〜３ｋＰａの負圧（当業者が理解できるように、負圧であるために端点値０は含まれない）、例えば０．６ｋＰａの負圧、１ｋＰａの負圧または２ｋＰａの負圧であることが好ましい。前記供給ホッパの負圧を２．５ｋＰａ〜３ｋＰａに調節することがより好ましい。

本発明の製造方法におけるステップｃでは、前記供給ホッパ内の材料の温度が５０℃〜１００℃、含水量が２ｗｔ％〜８ｗｔ％となるように前記粉炭の温度および水分を調整する。前記供給ホッパ内の材料の温度を７０℃〜８５℃に、含水量を２ｗｔ％〜６ｗｔ％、例えば３ｗｔ％または４ｗｔ％にすることが好ましい。合理的な含水量とすれば、後続のプレス成形工程において材料のバインダとしての機能が発揮され、粉炭の粒子表面の気体付着量の低減に好適である。但し、水分が多すぎると、粉炭の粒子同士間の結合に影響を及ぼし、脱泡装置による後続の処理が困難となる。また、前記温度範囲とすれば、粉炭の粒子が軟化し易く、成形に好適である。但し、温度が高すぎると、粉炭中の水分が析出し易くなる。したがって、前記脱泡処理、温度調節および水分調節のこの三者は、互いに密接に関連していると共に、それぞれが粉炭の成形に重要な役割を果たす。本発明者の大量の研究によると、前記供給ホッパ内の材料の温度および含水量が前記範囲内である場合、粉炭の粘結、成形に好適であることを見出した。当業者が理解できるように、温度および水分の調節工程は、前記供給ホッパの中で行われてもよく、その他の処理工程および／または粉炭の運搬工程中に行われてもよい。例えば、前記供給ホッパ内の材料の含水量が要求を満たすように原炭の粉砕時に含水量を調節し、前記供給ホッパ内の材料の温度が要求を満たすように粉炭の運搬工程中に粉炭を加熱してもよい。これは本分野において熟知されているため、ここではその説明を省略する。

本発明の製造方法におけるステップｄでは、前記供給ホッパ内の材料を成形装置に供給して成形する。本発明の好ましい一実施形態によれば、前記供給ホッパ内の材料は、スクリュー式強制フィーダ（screw forced feeder）により前記成形装置内に供給される。これにより、粉炭は、成形装置内に供給されたとき、強制供給スクリューによる圧縮力を受けて体積が縮小するため、付着している気体が押し出され、さらに脱泡され易くなる。本発明において、材料の成形方式としては、例えば押出成形、圧縮成形または圧延成形等、様々な方式がある。また、それに対応する成形装置も様々である。これは本分野において熟知されている。成形効果を高めるために、前記成形装置は対向ローラ式成形装置（double roller briquetting apparatus）であることが好ましく、さらに好ましくは、成形時、前記対向ローラ式成形装置の対向ローラ同士間のライン圧力が７ｔ／ｃｍ〜１５ｔ／ｃｍであり、１０ｔ／ｃｍ〜１５ｔ／ｃｍであることがより好ましい。

本発明の製造方法によれば、前記成形工程は、一部の成形炭を粒径３ｍｍ以下、好ましくは０．５〜２．５ｍｍ（例えば１ｍｍまたは２ｍｍ）の石炭粒子となるように破砕し、前記供給ホッパ内の粉炭の質量の１０ｗｔ％〜４０ｗｔ％、好ましくは２５ｗｔ％〜３０ｗｔ％を占める量の前記石炭粒子を前記供給ホッパに供給するステップｅをさらに含むことが好ましい。本発明者の研究によると、粉炭と混合された前記石炭粒子を成形するとき、この石炭粒子がプレス工程中に成形炭のコア骨格となるため、成形炭の強度が効果的に向上することを図らずも見出した。

本発明の製造方法によれば、前記成形工程は、原炭を粉砕するステップａの前に、前記原炭の粉砕性指数が５５％以上、好ましくは６０％〜８０％（例えば６５％または７５％）となるように石炭を調合するステップａ１をさらに含むことが好ましい。なお、粉砕性指数は、原炭の硬度と脆性とを表す。本発明者の研究によると、石炭の調合を行って原炭の粉砕性指数を前記範囲内に調節すれば、後続の成形効果が向上し易いことを見出した。

本発明の製造方法によれば、前記成形工程は、前記粉炭をステップｂの供給ホッパに供給する前に、前記粉炭を撹拌ホッパに供給して撹拌およびプレ脱泡処理を行うことでプレ脱泡後の前記粉炭の密度を０．６ｋｇ／Ｌ〜０．８ｋｇ／Ｌとする、ステップｂ１をさらに含むことが好ましい。例えば、後続のプレス成形のために、密封式撹拌ホッパを用いて粉炭を撹拌しながら、気体を抽出しておく。本発明の好ましい一実施形態によれば、二軸スクリュー式フィーダまたはスターバルブ（star valve）を用いて、前記撹拌ホッパ内の前記粉炭を前記供給ホッパに供給する。前記二軸スクリュー式フィーダおよびスターバルブという２種類の装置は、粉炭の運搬工程中に粉炭を圧縮する作用があるため、運搬工程中に粉炭への気体の再付着、再混入を減らし、安定した粉炭運搬を実現することができる。

本発明の製造方法におけるステップＩＩでは、ステップＩで得られた成形炭を破砕、造粒した後、炭化処理および賦活処理を行い、活性炭を得る。なお、成形炭の破砕と造粒、および、造粒で得られた粒状材料の炭化処理や賦活処理は、活性炭の製造工程における周知の処理ステップであり、当業者に熟知されている。

本発明の製造方法によれば、当業者に熟知されている方法を、材料の破砕、造粒に適用することができる。例えば、破砕機を用いて破砕、造粒してもよく、好ましくは造粒によって材料の粒径を１ｍｍ〜１０ｍｍ、より好ましくは６．７ｍｍ〜８ｍｍにする。

本発明において、前記炭化処理の条件としては、温度が３００℃〜５００℃、炭化雰囲気酸素含有量が５ｖｏｌ％以下、炭化処理時間が１．５時間〜４時間であってもよい。炭化後の材料は、強度が高くなり、その炭化水素化合物中に亀裂付きの炭素構造体が複数形成されているため、一定の吸着能力を有する。これらの亀裂は、賦活工程中にさらに発達した微細孔構造を形成する。前記賦活処理の条件としては、賦活の媒介として水蒸気を用い、８５０℃〜９５０℃で賦活反応を行い、反応時間を３時間〜８時間とする。

本発明の好ましい一実施形態によれば、ステップＩＩでは、造粒した後の材料を炭化処理前に酸化剤によって部分的に酸化させる酸化処理を行う。本発明の酸化処理の条件として、窒素と空気との混合気体であって酸素含有量８ｖｏｌ％〜１５ｖｏｌ％の該混合気体を酸化剤に用い、材料を２００℃〜２５０℃で１．５時間〜４時間酸化処理することにより、材料の酸化を軽い程度に制御する。この処理は、本発明の高強度の粒状材料のプレ酸化処理に好適であり、後続の炭化工程における黒鉛化反応が抑制されるため、細孔の増加に好適である。

従来技術に比べ、本発明の製造方法は以下の利点を有する。

１．本発明の原炭成形工程は、石炭の適用範囲が広く、成形が最も困難な非粘結炭を原炭として用いる場合でも、バインダを何ら必要とせずに、８９％を超える強度の成形炭製品を得ることができ、活性炭の強度等の品質の向上に好適である。

２．成形工程ではバインダを添加しないため、コストが低減するとともに、後続の天日干しおよび加熱（stoved）工程を省くことができ、生産率が向上する。

３．本発明の原炭成形工程では、原炭を非常に小さい粒径に粉砕する必要がなく、活性炭製造時の内部細孔の形成に好適である。

４．本発明は、非粘結炭、または非粘結炭を主成分とする混合炭を原炭として用いる活性炭の製造に、特に適している。原炭の全体的な粘結指数が低いため、活性炭の品質のさらなる向上に好適である。

〔発明を実施するための形態〕
〔具体的な実施形態〕
以下、実施例に基づき、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれに限定されない。

以下の実施例／比較例における関連パラメータの測定方法は以下の通りである。

平均粒度：ＧＢ／Ｔ１９０７７．１−２００８に基づく粒度分析；レーザー回折法
粉砕性指数：ＧＢ／Ｔ２５６５−２０１４に基づく石炭粉砕性指数の測定方法（すなわちハードグローブ法）
ドラム強度：ＧＢ／Ｔ７７０２．３−２００８に基づき測定した。

活性炭に関するパラメータの測定方法は以下の通りである。

ヨウ素吸着値：ＧＢ／Ｔ７７０２．３−２００８に基づき測定した。

メチレンブルー付着値：ＧＢ／Ｔ７７０２．６−２００８に基づき測定した。

比表面積：ＢＥＴ法により算出した。

強度：ＧＢ／Ｔ７０７２．３−２００８に基づき測定した。

その他のパラメータはいずれも中国国家標準または本分野の通常規格に基づいて測定する。

以下の実施例／比較例では、前記原炭は、以下の石炭から選ばれる１つまたは複数である。

中国新疆の保利炭鉱から入手の新疆ハミ石炭。その指標としては、水分が５．１７ｗｔ％、気乾ベース灰分が１．３１ｗｔ％、無水無灰ベース揮発分が３５．５４ｗｔ％、粘結指数が２の非粘結炭に属し、燃え殻特性が３、粉砕性指数が５５％である。

中国新疆のトクスン黒山炭鉱の黒山鉱区から入手の長炎炭。その指標としては、水分が３．４３ｗｔ％、気乾ベース灰分が３．５２ｗｔ％、無水無灰ベース揮発分が３７．１６ｗｔ％、粘結指数が０の非粘結炭に属し、燃え殻特性が３、粉砕性指数が６８％である。

以下の実施例／比較例では、前記成形装置としては、対向ローラ式成形装置（ＢＥＰＥＸ社製；型番：ＭＳ１５０）を用いた。

＜実施例１＞
（１）新疆ハミ石炭を平均粒径２９μｍの粉炭に粉砕し、篩い分けを行った。粒径８０μｍを超える粉炭の含有量が２．５ｗｔ％、粒径４０μｍを超える粉炭の含有量が２８ｗｔ％であった。

（２）ステップ（１）で得られた粉炭を成形装置の供給ホッパ内に供給すると共に、前記供給ホッパ内の負圧を２．５ｋＰａ〜３ｋＰａに維持しながら前記供給ホッパ内の材料に対して脱泡処理を行った。

（３）前記供給ホッパ内の材料の温度を５０℃〜５５℃に維持し、含水量を７ｗｔ％〜８ｗｔ％に調節した。

（４）スクリュー式強制フィーダを用いて前記供給ホッパ内の材料を成形装置に供給し、成形時の対向ローラ同士間のライン圧力を約１１ｔ／ｃｍ〜１２ｔ／ｃｍとしながら成形を行い、成形材料（成形炭）を得た。

成形炭の強度を測定したところ、そのドラム強度は８９．２％であった。

＜実施例２＞
新疆ハミ石炭と黒山鉱区の長炎炭とを質量比１：１で混合した混合物を原炭とした以外は、実施例１と同様である。

成形炭の強度を測定したところ、そのドラム強度は９１．４％であった。

＜実施例３＞
（１）新疆ハミ石炭と黒山鉱区の長炎炭とを質量比１：１で均一に混合し、平均粒径３５μｍの粉炭に粉砕し、篩い分けを行った。粒径８０μｍを超える粉炭の含有量が８．２ｗｔ％、粒径４０μｍを超える粉炭の含有量が２２ｗｔ％であった。

（２）ステップ（１）で得られた粉炭を、頂部に気体抽出パイプラインが設けられた撹拌ホッパに供給し、撹拌後の粉炭の密度が０．６０ｋｇ／Ｌ〜０．６５ｋｇ／Ｌとなるように撹拌、脱泡を行った。その後、スターバルブを介して前記撹拌ホッパ内の粉炭を成形装置の供給ホッパに供給した。

（３）前記供給ホッパ内の負圧を２．５ｋＰａ〜３ｋＰａに維持しながら、前記供給ホッパ内の材料に対して脱泡処理を行った。

（４）前記供給ホッパ内の材料の温度を８０℃〜８５℃に維持し、含水量を２ｗｔ％〜３ｗｔ％に調節した。

（５）スクリュー式強制フィーダを用いて前記供給ホッパ内の材料を成形装置に供給し、成形時の対向ローラ同士間のライン圧力を約１１ｔ／ｃｍ〜１２ｔ／ｃｍとしながら成形を行い、成形材料を得た。

成形炭の強度を測定したところ、そのドラム強度は９１．８％であった。

＜実施例４＞
（１）新疆ハミ石炭を平均粒径２２μｍの粉炭に粉砕し、篩い分けを行った。粒径８０μｍを超える粉炭の含有量が２ｗｔ％、粒径４０μｍを超える粉炭の含有量が１５ｗｔ％であった。

（２）ステップ（１）で得られた粉炭を成形装置の供給ホッパ内に供給すると共に、実施例１で製造された成形炭を粒径１ｍｍ〜３ｍｍの石炭粒子に破砕した後、前記供給ホッパ内の粉炭の質量の２５ｗｔ％を占める量の当該石炭粒子を前記供給ホッパに供給した。

（３）前記供給ホッパ内の負圧を２ｋＰａ〜２．５ｋＰａに維持しながら、前記供給ホッパ内の材料に対して脱泡処理を行った。

（４）前記供給ホッパ内の材料の温度を５０℃〜５５℃に維持し、含水量を５ｗｔ％〜６ｗｔ％に調節した。

成形炭の強度を測定したところ、そのドラム強度は９２．６％であった。

＜実施例５＞
（１）実施例４のステップ（１）で得られた粉炭を、頂部に気体抽出パイプラインが設けられた撹拌ホッパに供給し、撹拌後の粉炭密度が０．７５ｋｇ／Ｌ〜０．８０ｋｇ／Ｌとなるように撹拌し、脱泡処理を行った。

（２）二軸スクリュー式フィーダを用いて前記撹拌ホッパ内の粉炭を成形装置の供給ホッパに供給すると共に、実施例３で製造された成形炭を粒径１ｍｍ〜３ｍｍの石炭粒子に破砕した後、前記供給ホッパ内の粉炭の質量の３５ｗｔ％を占める量の当該石炭粒子を前記供給ホッパに供給した。

（４）前記供給ホッパ内の材料の温度を７０℃〜７５℃に維持し、含水量を２ｗｔ％〜３ｗｔ％に調節した。

成形炭の強度を測定したところ、そのドラム強度は９４．３％である。

＜比較例１＞
新疆ハミ石炭に水を噴霧し、含水量を１２ｗｔ％に調節した後、新疆ハミ石炭を平均粒度８．１μｍに粉砕し、粉炭を得た。得られた粉炭を成形装置に供給し、成形時の対向ローラ同士間のライン圧力を約１１ｔ／ｃｍ〜１２ｔ／ｃｍとしながら成形を行い、成形材料を得た。

成形材料の強度を測定したところ、そのドラム強度は９０．４％であった。

＜比較例２＞
新疆ハミ石炭を１０ｍｍ未満の粒子に粉砕した後、１０ｗｔ％の瀝青炭を入れ、粉砕、篩い分けを行い、粒径６４μｍ〜８０μｍの粉炭を製造した。得られた粉炭を成形装置に供給し、成形時の対向ローラ同士間のライン圧力を約１１ｔ／ｃｍ〜１２ｔ／ｃｍとしながら成形を行い、成形材料を得た。

成形材料の強度を測定し、そのドラム強度は８５％であった。

＜比較例３＞
新疆ハミ石炭を粉砕、篩い分けることで粒径６４μｍ〜８０μｍの粉炭を製造し、３０ｗｔ％のコールタールを入れた。撹拌機で均一に撹拌した後、プロッダに入れ、標準寸法の成形炭を製造した。２０℃で４８時間天日干しを行った後、２００℃で２時間加熱した。

＜実施例６〜１０＞
実施例１〜５でそれぞれ製造された成形炭に対して造粒、酸化、炭化および賦活処理を行った。前記成形炭を造粒することにより、粒径６．７ｍｍ〜８ｍｍの粒状材料を得た。

前記粒状材料の酸化の条件としては、外熱式電気加熱転炉の中に、窒素と酸素との混合気体であって酸素含有量を約８ｖｏｌ％に制御した該混合気体を吹き込み、２２０℃で４ｈ反応させた。炭化の条件としては、外熱式電気加熱転炉の中で、窒素気流下、５００℃で４時間焙焼し、前記粒子材料を炭化させた。賦活の条件としては、賦活剤の存在下、すならち、炭化粒子１ｋｇ当たり水蒸気１．５ｋｇ／ｈｒの流速の水蒸気気流下、転炉の中の炭化粒子を９００℃で４時間賦活し、活性炭製品を得た。

前記各活性炭に関する個々の特性を表１に示す。

Claims

石炭系成形活性炭の製造方法であって、
成形工程を経て原炭から成形炭を得るステップＩと、
ステップＩで得られた前記成形炭を破砕、造粒した後、炭化処理および賦活処理を行い、活性炭を得るステップＩＩとを含み、
前記成形工程は、
原炭を粉砕することにより、平均粒径２０μｍ以上の粉炭であって、粒径８０μｍ以下の粉炭の含有量が９０ｗｔ％以上、粒径４０μｍ〜８０μｍの粉炭の含有量が１０ｗｔ％以上である粉炭を得るステップａと、
ステップａで得られた粉炭を成形装置の供給ホッパ内に供給し、前記供給ホッパ内の材料に対して脱泡処理を行うステップｂと、
前記供給ホッパ内の材料の温度を５０℃〜１００℃、含水量を２ｗｔ％〜８ｗｔ％に調節するステップｃと、
前記供給ホッパ内の材料を前記成形装置に供給して成形を行い、成形炭を得るステップｄと、を含むことを特徴とする製造方法。
前記成形工程は、
一部の成形炭を粒径３ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ〜２．５ｍｍの石炭粒子となるように破砕し、前記供給ホッパ内の前記粉炭の質量の１０ｗｔ％〜４０ｗｔ％を占める量の前記石炭粒子を前記供給ホッパに供給するステップｅを、さらに含むことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
ステップｄにおいて、スクリュー式強制フィーダを用いて前記供給ホッパ内の材料を前記成形装置に供給し、
前記成形装置は、好ましくは対向ローラ式成形装置であることを特徴とする請求項１または２に記載の製造方法。
前記成形工程は、
前記原炭を粉砕する前に、前記原炭の粉砕性指数が５５％以上、好ましくは６０％〜８０％となるように石炭の調合を行うステップａ１を、さらに含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法。
前記成形工程は、
前記粉炭を供給ホッパに供給する前に、前記粉炭を撹拌ホッパに供給して撹拌およびプレ脱泡処理を行うことでプレ脱泡後の前記粉炭の密度を０．６ｋｇ／Ｌ〜０．８ｋｇ／Ｌにするステップｂ１を、さらに含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の製造方法。
二軸スクリュー式フィーダまたはスターバルブを用いて、前記撹拌ホッパ内の前記粉炭を前記供給ホッパに供給することを特徴とする請求項５に記載の製造方法。
ステップａで得られる前記粉炭のうち、粒径８０μｍ以下の前記粉炭の含有量が９５ｗｔ％以上、粒径４０μｍ以下の前記粉炭の含有量が７０ｗｔ％以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の製造方法。
ステップｂにおいて、前記供給ホッパ内の圧力は、０ｋＰａ〜３ｋＰａの負圧、好ましくは２．５ｋＰａ〜３ｋＰａの負圧であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の製造方法。
ステップｃにおいて、前記供給ホッパ内の材料の温度を７０℃〜８５℃に、含水量を２ｗｔ％〜６ｗｔ％にすることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の製造方法。
ステップＩＩにおいて、破砕、造粒した後の材料を炭化処理前に酸化処理し、
前記酸化処理の条件として、窒素と空気との混合気体であって酸素含有量８ｖｏｌ％〜１５ｖｏｌ％の該混合気体を酸化剤に用い、材料を２００℃〜２５０℃で１．５時間〜４時間酸化処理することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の製造方法。
ステップＩＩにおいて、前記炭化処理の条件として、温度が３００℃〜５００℃、炭化雰囲気酸素含有量が５ｖｏｌ％以下、炭化処理時間が１．５時間〜４時間であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の製造方法。
ステップＩＩにおいて、賦活処理の条件として、賦活の媒介として水蒸気を用い、８５０℃〜９５０℃で賦活反応を行い、反応時間を３時間〜８時間とすることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の製造方法。