JP2727001B2 - 脱硫用炭材の製造方法 - Google Patents

脱硫用炭材の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は各種燃焼排ガス等の硫黄酸化物含有ガスから
硫黄酸化物を除去するのに適した脱硫用炭材の製造方法
に関する。
〔従来の技術〕
燃焼排ガス中の硫黄酸化物は、酸性雨など環境汚染の
原因となっており、近年環境規制が厳しくなるにつれて
高度な硫黄酸化物の除去(脱硫)が要求されるようにな
ってきている。硫黄酸化物含有ガスの脱硫方法としては
湿式法が広く用いられているが、設備費や運転コストが
高く、また排水処理等の後処理用に更に設備が必要であ
るなど問題点が多いため、これらの問題のない乾式脱硫
方法が注目されている。この乾式脱硫方法においては通
常、粒状あるいは成形された活性炭や活性コークスなど
の炭素材が吸着材として使用されている。これらの炭素
材の中でも活性炭に比較して比表面積は小さいが強度が
高く、脱硫能力にも優れた成形活性コークスが主流とな
ってきており、種々の製造方法が提案されている(特願
昭57−100910号など)。活性コークスは、通常石炭乾留
物、粘結剤としての粘結性石炭類及びピッチ等のバイン
ダーを用いて成形、乾留し、場合によっては更に賦活処
理を施すことによって製造される。
〔発明が解決しようとする課題〕
乾式脱硫プロセスで使用される活性コークス等の炭素
材には、脱硫性能に加えて、脱硫塔内での流動、移動に
耐え得る十分な摩耗強度が要求される。従来の活性コー
クスは亜瀝青炭、瀝青炭等の石炭類を主原料とし、これ
らの乾留物に粘結炭及びバインダー類を添加して製造す
るため比較的高価であり、更に安価な活性コークスの製
造方法が望まれていた。その一つの試みとして比較的安
価でしかも安定した供給が期待できる亜炭、褐炭、非粘
結炭等の低品位炭を利用して脱硫用炭素を製造する方法
が検討されている。しかしながらこれらの低品位炭を用
いた場合には、石炭自身の粘結性が低いので従来の方法
では十分な強度を有する炭素材を製造することはでき
ず、この欠点を補うため高価な粘結性石炭やバインダー
類を多量に添加する必要があり、また、これらの添加比
率を増すと脱硫性能も低下してくるという問題があっ
た。
本発明の目的は、前記の問題点を解決し、安価で入手
が容易な原料を使用し、耐摩耗強度が高く且つ優れた脱
硫性能を有する脱硫用炭素材の製造方法を提供すること
にある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者らは、前記従来法の問題点を解決し、亜炭、
褐炭等の低品位炭を原料として、良好な性能を有する脱
硫用炭材を製造する方法について鋭意検討の結果、これ
らの石炭を乾留して得られるタール若しくはそれを改質
したピッチを粘結剤として使用し、予備乾留、キュアリ
ング及び乾留賦活の工程を組合せて適切な条件下で処理
することにより、高価な粘結炭やバインダー類を使用す
ることなく、亜炭、褐炭等の低品位炭のみを原料とし、
優れた性能の脱硫用炭材が得られることを見出し本発明
を完成した。すなわち、本発明は、亜炭、褐炭等の非粘
結炭を原料とし、次の(イ)ないし(ホ)の工程に従っ
て処理することを特徴とする脱硫用炭材の製造方法であ
る。
(イ)原料炭を600〜800℃で予備乾留し、揮発分含有量
が3〜15wt%である予備乾留炭を得る工程。
(ロ)前記予備乾留炭を粉砕する工程。
(ハ)粉砕した予備乾留炭にバインダーとして、原料の
非粘結炭を乾留して得られるタール又は該タールを改質
して得られる改質ピッチを添加して成型する工程。
(ニ)前記成型炭を0.5〜21vol%の酸素を含むガス中
で、180〜250℃の温度範囲でキュアリング処理する工
程。
(ホ)前記キュアリング処理した成型炭を、3〜20℃/m
inの昇温速度で加熱昇温し、15〜30vol%の水蒸気を含
むガス雰囲気下で乾留賦活する工程。
本発明で使用する原料石炭は、亜炭、褐炭及び炭素含
有率が大略80%以下の低品位炭で、製鉄あるいは冶金用
コークスの原料としては不適で、専ら燃焼用、ガス化用
として用いられており、安価で供給量も将来的に十分な
石炭である。これらの石炭を適度に粒度調整したのち、
窒素あるいは燃焼排ガス等の非酸化性ガス雰囲気中、60
0〜800℃の温度範囲で0〜2時間、好ましくは30分〜1.
5時間予備乾留を行い、石炭中の炭素含有率を高めた予
備乾留炭を得る。最終的な炭材で十分な脱硫性能を発揮
させるためには該予備乾留炭中の揮発分が3〜15wt%と
なるようにするのが望ましい。該予備乾留物中の揮発分
が15wt%を越えると最終段階での炭材の強度が低下し、
かさ密度が小さくなり過ぎ、また、揮発分が3wt%未満
では後の乾留工程において比表面積が十分に大きくなり
にくく、十分な脱硫性能が得られないので好ましくな
い。
次に、前記予備乾留炭を粉砕し、バインダーを添加し
てニーダー等の混練機で十分に混練したのち押出し成型
機等を用いて任意の形状に成型する。通常の脱硫材とし
ての用途のためには、径3〜10mm、長さ3〜20mm程度の
円柱状成型物とするのが好ましい。より緻密で強度の高
い炭材を得るためには、予備乾留物の粉砕粒度は細かい
方が望ましいが、あまり細か過ぎると多量のバインダー
が必要となるので好ましくない。また、粒度が粗過ぎる
と成型炭が脆く、強度が低くなるので粉砕品の粒度は好
ましくは200μm以下、更に好ましくは125μm以下程度
とするのがよい。
本発明において成型時に使用するバインダーとして
は、原料として使用する亜炭、褐炭及び炭素含有率が大
略80%以下の低品位炭の乾留時に副生するタールあるい
はこれを改質して得られる改質ピッチを使用する。該タ
ールとしては、本発明の方法における予備乾留工程で得
られるタールが使用できるのはもちろんであるが、ほか
に燃料用塊炭等を製造するための乾留工程等ほかの乾留
工程から得られるタールであってもよい。バインダーの
添加量はバインダーと予備乾留炭の比率が重量で15/85
ないし30/70となるような量が好ましい。バインダーの
添加量が多過ぎると、強度は発現するものの、比表面積
は十分大きくならないので脱硫性能が低下し、逆に少な
すぎると強度が弱くなるので好ましくない。前記乾留タ
ールはそのままでバインダーとして使用できるが、180
〜300℃、好ましくは200〜260℃の温度で0〜50時間空
気を吹き込んで重合させて改質した改質ピッチの形で使
用するとより効果的である。改質の程度は、原料石炭及
び予備乾留炭の性状あるいは目的とする炭材の性能等に
より任意に設定することができるが、一般的には改質ピ
ッチの軟化点が40〜70℃となるようにするのが成型時の
なじみも良く、得られる炭材の強度も高く好ましい。
バインダーを添加して混練成型して得られた成型炭
は、乾留賦活に先立ち0.5〜21vol%、好ましくは2〜7v
ol%の酸素を含むガス中で180〜250℃の温度範囲で0〜
6時間、好ましくは0〜2時間キュアリング処理され
る。キュアリング処理は、成型炭層内での蓄熱を防ぐた
め、ガスの流動下に行うのが好ましい。成型炭のキュア
リングは、酸素により成型炭中のバインダー内の架橋結
合を増加させ、重縮合を進め、乾留炭粒子間の結合をよ
り強固なものとし、成型炭の強度及び乾留後の炭材の強
度を大幅に改善することを目的とするが、キュアリング
を過度に行うと酸化が進み過ぎ、炭素が消費されて強度
が低下するので注意を要する。
キュアリング処理を施した成型炭を、続いて乾留賦活
工程に付し、脱硫用炭材とする。乾留賦活は前記キュア
リング処理を施した成型炭を15〜30vol%の水蒸気を含
む窒素あるいは燃焼排ガス等のガス雰囲気下、200〜600
℃の温度範囲を3〜15℃/min好ましくは5〜10℃/minの
昇温速度で緩やかに加熱昇温し、続いて600〜900℃の間
を10〜20℃/minの昇温速度で加熱昇温し、最終的には85
0〜900℃で約1〜2時間保持することによって行う。乾
留賦活処理の温度が低過ぎると得られる炭材の強度発現
が不十分であり、温度が高過ぎると比表面積が小さくな
り、脱硫性能が低下するので好ましくない。加熱方法
は、間接加熱あるいは直接加熱のいずれの方式も採り得
るが、ガス組成のコントロールが容易で、試料の着火、
燃焼の虞がない間接加熱方式が好ましい。
乾留雰囲気中の水蒸気は、炭化中炭材表面を緩やかに
賦活を行う作用があり、脱硫機能で重要な比表面積、及
び反応活性点を増加させる効果を持ち重要である。強度
を損なわずに脱硫性能を高めるには水蒸気15〜30vol%
の雰囲気が好ましい。
以下実施例により本発明を更に具体的に説明する。
〔実施例1〕 原料として東独産の褐炭(分析値を表1に示す)を使
用し、本発明の製造方法に従って脱硫用炭材を製造し
た。先ず、原料褐炭を600℃で45分間乾留し、揮発分13.
6%の予備乾留炭を得た。この間に原料炭の20%に相当
する量のタールが得られた。この予備乾留炭を125μm
の篩を通過するように粉砕したもの80重量部に、別途原
料に使用した褐炭を600〜800℃で乾留して得たタールを
200℃で45時間空気吹込処理を行って軟化点を60℃に調
整したピッチを20重量部添加し、ニーダーで混練後ディ
スクペレッター式成型機を用いて径5mm、長さ5〜15mm
の円柱状成型炭を得た。
該成型炭を酸素5%を含む窒素ガス中220℃で2時間
保持してキュアリングを施した。該キュアリング後成型
炭を外熱式ロータリーキルンを使い、水蒸気20vol%を
含む窒素ガスを流通させつつ、200℃から600℃まで及び
600℃から900℃までをそれぞれ5℃/min及び15℃/minで
昇温し、900℃にて2時間の乾留賦活を行い脱硫用炭材
を得た。得られた炭材の性状を表2に、脱硫性能を表3
に表す。ここで表3の脱硫性能は、流通式反応容器(仕
込炭材300ml)を用い、温度130℃又は200℃、SV400h
r-1、SO2濃度1000又は2000ppm、酸素5%、水蒸気10
%、残り窒素の組成のガスを50時間流通させ、各時間に
於ける脱硫率の50時間平均値を示したものである。
〔実施例2〕 実施例1と同じ東独産褐炭を800℃で45分間乾留し、
揮発分3.6%の予備乾留炭及び18%相当のタールを得
た。この予備乾留炭を125μmの篩を通過するように粉
砕したもの74重量部に対し、実施例1と同じピッチ26重
量部を加え、以下実施例1と同様に操作し脱硫用炭材を
得た。得られた炭材の性状を表2に示す。
〔比較列1〕 実施例1と同じ東独産褐炭を600℃で5分間乾留して
得た揮発分23%の予備乾留炭を0.5mmの篩を通過するよ
うに粉砕したもの56重量部に対し粘結性石炭28重量部、
コールタール軟ピッチ(新日鉄化学社製)16重量部を加
えニーダーにて混練後、ディスクペレッターにて成型
し、径5mm、長さ5〜15mmの成型炭を得た。該成型炭を8
00℃で45分間乾留し脱硫用炭材を得た。得られた炭材の
性状を表2に、脱硫性能を表3に示す。本比較例におい
ては、予備乾留炭の粉砕粒度を粗くしたため、十分な強
度を得るためには多量の粘結炭及びバインダーの配合を
必要とし、その結果実施例1に比べて比表面積の増加が
不十分で脱硫性能も低くなっていることがわかる。
〔比較例2〕 キュアリング処理を施さなかった以外は実施例1と全
く同様に操作し表2に示す性状の炭材を得た。この場
合、強度が発現せず、実用的に使用し得る炭材は得られ
なかった。
なお、前記の実施例、比較例において摩耗強度及びSO
2吸着量は次の方法に従って測定した。
摩耗強度 試料を3mmの篩にて選別し、3mm以上のものを30g用意
する。JISM8801に定められたロガ試験測定装置のドラム
強度試験機に上記試料を充填し、1000回転(50rpm、20m
in)させたのち試料を取り出し、再度3mmの篩でふるっ
て3mm以上の粒子の重量を測定し、仕込試料重量に対す
る割合をもって摩耗強度とした。
SO2吸着量 試料5〜7gを精秤し、100℃の温度で3/minのSO2
有ガス(SO22%、O25%、H2O10%、残りN2)に3時間接
触せしめ、SO2をH2SO4として吸着させる。その後N2気流
下に400℃で30分間加熱再生し、再生時に発生する吸着S
O2量を定量し、単位重量の炭材に吸着されたSO2量をSO2
吸着量とした(単位mg−SO2/g−炭材)。
〔効果〕 本発明の脱硫用炭材は、JISM8801のロガ試験方法に準
じて測定した摩耗強度が90%以上、比表面積250〜400m2
/g、かさ密度0.50〜0.60kg/の物性を有し、SO2吸着量
が90〜150mg−SO2/g−炭材であって、SO2を100〜2000pp
m含有するガスを空塔速度400hr-1、温度130〜200℃の条
件下50時間にわたって処理し、SO2の60〜99%を除去で
きるという、従来の活性コークス等の脱硫材に匹敵する
高い脱硫能力を有している。
また、本発明の製造方法によれば、原料として莫大な
資源量が存在し、且つその有効利用が期待されている亜
炭、褐炭あるいは炭素含有率が大略80%以下の非粘結炭
のような低品位炭のみを使用し、同じ石炭から得られる
タールあるいはその改質ピッチをバインダーとして使用
することによって強度、脱硫性能ともに優れ、且つ低コ
ストの脱硫用炭材を製造することができるのでその工業
的価値は大きい。更に、本発明の製造方法においては、
高品位の石炭から製造されるピッチ等のバインダー類や
粘結石炭を使用しないので、褐炭等の品位炭のみしか得
られない地方でも高性能の脱硫用炭材を製造できるとい
う利点がある。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】亜炭、褐炭等の非粘結炭を原料とし、次の
    (イ)ないし(ホ)の工程に従って処理することを特徴
    とする脱硫用炭材の製造方法。 (イ)原料炭を600〜800℃で予備乾留し、揮発分含有量
    が3〜15wt%である予備乾留炭を得る工程。 (ロ)前記予備乾留炭を粉砕する工程。 (ハ)粉砕した予備乾留炭にバインダーとして、原料の
    非粘結炭を乾留して得られるタール又は該タールを改質
    して得られる改質ピッチを添加して成型する工程。 (ニ)前記成型炭を0.5〜21vol%の酸素を含むガス中
    で、180〜250℃の温度範囲でキュアリング処理する工
    程。 (ホ)前記キュアリング処理した成型炭を、3〜20℃/m
    inの昇温速度で加熱昇温し、15〜30vol%の水蒸気を含
    むガス雰囲気下で乾留賦活する工程。
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