JP3935332B2

JP3935332B2 - 成型炭の製造方法

Info

Publication number: JP3935332B2
Application number: JP2001261612A
Authority: JP
Inventors: 勝乗嶋崎; 哲也出口; 哲杉田; 英一郎牧野
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2001-08-30
Filing date: 2001-08-30
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2021-08-30
Also published as: US6626966B2; US20030046864A1; JP2003064377A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉状石炭の成型技術に関するものであり、特に常温で加圧成型を行う成型炭の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
炭鉱での石炭の生産工程やその後の運搬工程において多量の粉状石炭が発生する。特にインドネシア等に多く埋蔵され採掘されている低炭化度炭（褐炭、亜瀝青炭等）は、生産工程および運搬工程で粒度２．３５ｍｍ以下の粉状石炭が３０質量％以上発生し大きな問題となっている。つまり、このような粉状石炭はそのままではハンドリングが困難で粉塵発生の原因となるため発電所等に受け入れられず生産時のロスとして廃棄されている。したがって、このような粉状石炭を造粒することにより貯蔵時や輸送時のハンドリングに耐える強度と屋外での降水に対する耐候性とを兼ね備えた成型品（成型炭）としたものが安価に製造できれば石炭の生産性が向上するとともに天然資源の有効活用が図られ、メリットが大きい。
【０００３】
一方、石炭の成型技術としては、コークス原料用の成型炭に関して多数の報告がなされているものの、経済性の面で低廉な一般炭や低炭化度炭には適用されていないのが現状である。
【０００４】
例えば、特開平１０−２５９３８２号には、３ｍｍ以下８５％以上の粒度に調整した石炭を分級して、６ｍｍ超の粒径の石炭を除去し、１０³℃／分以上の加熱速度で３００〜４２０℃まで加熱した後、成型する成型方法が開示されている。また、特開平９−３４５８号には、石炭を含水率が０〜２．７％まで乾燥後、分級、回収した０．３ｍｍ以下の微粉炭にタールおよび／またはタール滓を３〜５ｗｔ％添加した後、ロール成型機で成型する成型方法が開示されている。しかし、上記両者とも石炭の加熱を必要とし、エネルギーコストが高いことが問題となる。特に、含水率の高い低炭化度炭については、脱水、加熱が必要なため、経済的に実現し得ない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような事情に着目してなされたもので、その目的は、上記従来技術の欠点を伴わない成型炭の製造方法、すなわち粉状石炭を成型するために従来必要とされている石炭の加熱工程や乾燥工程を省略したエネルギーコストが低く、かつ、安価に高強度・高耐候性の成型炭を製造しうる、成型炭の製造方法を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は以下の通りである。
【００１２】
請求項１に記載の発明は、含水率が２５質量％以上で粒度が５ｍｍ以下５０質量％以上の石炭に、澱粉を熱水で溶解してゲル化させた後に乾燥して粉末状としたゲル化澱粉１〜１０質量部を添加し混合して１００質量部の混合物とし、この混合物を加圧成型すると同時に、または加圧成型した後、この成型物表面に重質油分０．１〜５質量部を被覆させることを特徴とする成型炭の製造方法である。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、前記加圧成型を、ロール表面に凹部を設けたダブルロール成型機で行うことを特徴とする請求項１に記載の成型炭の製造方法である。
【００１４】
なお本願明細書において、「成型物」とは加圧成型されただけのものであっていまだ被覆処理がなされていないものをいい、「成型炭」とは「成型物」に被覆処理を行ったものをいう。
【００１５】
〔作用〕
粉状石炭に澱粉を添加・混合することによって石炭粒子間の空隙に澱粉が均一に分散される。次いでこの混合物を加圧成型することによって、石炭粒子の表面に石炭の含有水分の一部が浸み出し、この水分と澱粉とが加圧成型の際の摩擦熱によって６０℃程度以上に加熱されて糊状に変化し、冷却後ゲル化することにより石炭粒子同士を強固に固着する。すなわち、澱粉はバインダーとして機能することになる。そして、さらに成型物の表面に重質油分をコーティング剤として被覆させた成型炭とすることにより、常温で固体または液状の疎水性物質である重質油分が成型物表面の気孔を閉塞し、成型炭が屋外で雨水等に曝されても成型炭内部に水が浸み込むことが防止されてゲル化した澱粉が過剰の水分で軟化してしまうことがなく、石炭粒子同士の固着が維持され、長期間にわたる屋外での保管・輸送によっても成型炭の強度が低下しない。すなわち耐候性に優れた成型炭が得られる。
【００１６】
含水率が２５質量％以上の粉状石炭を用いることにより加圧成型の際に石炭粒子表面に十分な量の水分が浸み出すので澱粉のゲル化が十分に行われ、石炭粒子同士の固着強度がさらに上昇する。また、粉状石炭の粒度を５ｍｍ以下が５０質量％以上、より好ましくは６０質量％以上、さらに好ましくは７０質量％以上、特に好ましくは８０質量％以上とすることにより石炭粒子同士およびバインダーである澱粉との接点数が増加するので、さらに成型炭の強度が上昇する。
【００１７】
澱粉の添加量は、１質量％未満の添加ではゲル化した澱粉の量が十分でなく成型炭の強度が低下する一方、１０質量％を超える添加は成型炭の強度の上昇効果が小さく無駄であるので、１〜１０質量％とすることが必要であり、３〜５質量％とすることが特に好ましい。
【００１８】
粉状石炭に添加する澱粉としては、澱粉を事前に熱水で溶解してゲル化させた後に乾燥して粉末状としたものを用いることによって上記の効果がより確実に得られる。
【００１９】
成型物表面への重質油分の被覆量は、成型物の質量に対して０．１質量％未満では被覆が完全ではなく、外部から成型物内部に水が浸み込みやすく成型物の強度が低下するおそれがあり、一方５質量％を超える被覆は効果がなく無駄であるので、０．１〜５質量％とすることが必要であり、０．５〜３質量％とすることが特に好ましい。
【００２０】
加圧成型は例えば、ロール表面に凹部を設けたダブルロール成型機で行うことにより、成型物内部まで十分な加圧力が加わるので成型物全体で粉状石炭から十分な量の水分が浸み出すとともに摩擦力による温度上昇も均一となり澱粉のゲル化が促進される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明に用いることができる粉状石炭の含水率は、加圧成型の際に十分な量の水分が石炭粒子表面に浸み出すものが好ましく、含水率が２５質量％以上のものを用いるのがよい。このように含水率の高い石炭は通常炭化度が低いためその表面は親水性であり、親水性のゲル化澱粉との粘着性が良く成型物の強度向上に寄与する。なお、含水率が２５質量％未満の粉状石炭を用いる場合には、所定量の水を添加して上記含水率相当としたものを用いてもよいし、含水率が高い別の粉状石炭を所定量混合して平均含水率が上記含水率相当としてもよい。
【００２２】
また本発明に用いることができる粉状石炭の粒度は、細かいものほど成型物の強度が上昇するので好ましく、５ｍｍ以下が５０質量％以上、より好ましくは６０質量％以上、さらに好ましくは７０質量％以上、特に好ましくは８０質量％以上とすることにより石炭粒子同士およびバインダーである澱粉との接点数が増加するので、さらに成型炭の強度が上昇する。なお、粒度５ｍｍ以下が５０質量％未満の石炭を用いる場合には、粉砕して上記粒度範囲としてもよいし、粒度の細かい別の粉状石炭と混合して混合後の粒度が上記粒度範囲となるようにしてもよい。
【００２３】
本発明に用いることができる澱粉の種類は特に限定されず、タピオカ、ジャガイモ、トウモロコシなどの原料植物から製造された澱粉が適宜使用できる。澱粉は、例えば原料植物を冷水と粉砕し、固形物を除去した溶液から静置沈降させて得ることができる。そして、この澱粉を一度熱水で溶解してゲル化させた後、乾燥させた澱粉（以下、ゲル化澱粉）を用いることで、さらに成型物の強度を高めることができる。澱粉の形状は粉状石炭と均一に混合できる点から粉末状とするのがよい。
【００２４】
粉状石炭と澱粉との混合方法としては、水などの媒体を用いずに混合する乾式混合と、澱粉を水に懸濁させた状態で混合する湿式混合とがあるが、実施例１で後述するように成型物の圧潰強度がより高くなる乾式混合が好適である。
【００２５】
そして、所要の成型物強度を得るため、上記粉状石炭に上記澱粉を成型物の質量に対して１〜１０質量％、より好ましくは３〜５質量％添加し、ドラムミキサー、Ｖ型ミキサーなど公知の混合機を用い、均一な混合物を得るため混合機の回転速度、混合時間等を適宜調整して混合物を調製すればよい。
【００２６】
この混合物を加圧成型して成型物を製造する方法は特に限定されないが、前述したように成型物内部まで均一に加圧できるロール表面に凹部を設けたダブルロール成型機の使用が推奨される。
【００２７】
成型物表面へ被覆する重質油分としては、重油、石油精製残渣油、石炭液化油、タールなど常温で固体または液状の疎水性物質を適宜選択して用いることができる。また、これらの液状の疎水性物質の２種以上を混合して使用してもよい。成型物表面への重質油分の被覆方法としては、特に限定されるものではなく、混合物を加圧成型すると同時に成形物表面に重質油分を被覆する方法、例えばダブルロール成型機のロール表面に重質油分を添加しつつ混合物を加圧成型する方法、あるいは混合物を加圧成型した後に成形物表面に重質油分を被覆する方法、例えば重質油分を充填した容器中に成型物を浸漬する方法や成型物に重質油分をスプレーで吹き付ける方法など公知の方法を適宜用いることができる。なお、常温では低流動性の重質油分を用いる場合には、より均一に被覆するため加熱して流動性を高めてから用いてもよい。
【００２８】
成型物表面に成型物の質量に対して０．１〜５質量％、特に好ましくは０．５〜３質量％の重質油分を被覆することにより本発明の成型炭が得られる。
【００２９】
【実施例】
本発明の作用効果を確認するため、以下の実験室実験を実施した。表１に実験に用いた石炭Ａの成分を示す。石炭Ａは表１に示すように含水率２５．２質量％の低炭化度炭であり、その粒度は５ｍｍ以下９０質量％である。また、バインダー用の澱粉としては粉末状のタピオカ（澱粉Ｂ）を用い、コーティング剤用の重質油分としてはインドネシア製のＬＳＷＲ（ＬｏｗＳｕｌｆｕｒＷａｘｙＲｅｓｉｄｕｅ、比重０．９０８）の重質油Ｃを用いた。
【００３０】
【表１】

【００３１】
（実施例１）
先ず、成型物の圧潰強度に及ぼすバインダーの種類の影響を調査するため、以下の実験を実施した。
【００３２】
石炭Ａにバインダーとして、(1)粉末状のタピオカそのまま（澱粉Ｂ）、(2)粉末状のタピオカを熱水でゲル化したのち乾燥・粉砕したゲル粉末Ｂ'、(3)粉末状のタピオカを冷水で溶解した１０質量％水溶液Ｂ''、および(4)重質油Ｃをそれぞれ成型物の質量に対して３質量％添加（ただし、(3)は乾粉量で３質量％添加）し、高速攪拌混合型ミキサー（アイリッヒ社製）で約３ｍｉｎ間混合した後、ロール径５２０ｍｍ、ロール幅１２０ｍｍのダブルロール成型機により１１．８ＭＰａの圧力で３８ｍｍ角×２４ｍｍ厚さの枕形のブリケット（成型物）を作製した。そして、これらのブリケットにはコーティングを行わずに、直ちに圧潰強度試験機により圧潰強度を測定した。その結果をバインダーの種類とブリケットの圧潰強度との関係として図１に示す。図１に示されるように、粉末状のタピオカをそのまま（澱粉Ｂ）用いた場合には約９０Ｎの高い圧潰強度が得られ、ゲル粉末Ｂ'を用いた場合には圧潰強度はさらに上昇して約１００Ｎに達した。一方、タピオカを水溶液として（澱粉Ｂ''）用いた場合には約３０Ｎ、重質油Ｃを用いた場合には約２０Ｎの低い圧潰強度しか得られなかった。澱粉を水溶液として用いた場合に圧潰強度が低かった理由としては、水分が過剰なため加圧成型時の摩擦熱により生じる糊状の澱粉の粘度が低く、石炭粒子同士を十分に固着しなかったためと想定される。また、重質油を用いた場合に圧潰強度が低かった理由は、石炭粒子の表面が親水性であるので疎水性の重質油とは固着力が小さいためと想定される。以上の結果から明らかなように、バインダーとしての澱粉は粉末状で用いることが好ましく、ゲル粉末として用いてもよい。
【００３３】
（実施例２）
次に、成型物の圧潰強度に及ぼす澱粉の添加量の影響を調査するため、以下の実験を実施した。
【００３４】
石炭Ａに粉末状のタピオカ（澱粉Ｂ）を成型物の質量に対して０〜１０質量％の範囲で変化させて添加し実施例１と同様の方法でブリケット（成型物）を製造した。そしてこれらのブリケットにはコーティングを行わずに約１日後に圧潰強度を測定した。その結果をタピオカ（澱粉）添加量と成型物の圧潰強度との関係として図２に示す。図２に示されるように、バインダー無添加（タピオカ添加量＝０wt%）のときに約６０Ｎである圧潰強度がタピオカ（澱粉Ｂ）添加量を増加させていくと成型物の圧潰強度は著しく上昇し、添加量１質量％で圧潰強度は１００Ｎを超え、添加量３質量％で圧潰強度約１５０Ｎ、添加量６質量％で圧潰強度約２００Ｎに達する。しかし、添加量が６質量％を超えると圧潰強度の増加は少なくなり、添加量が約１０質量以上では圧潰強度はもはや増加しないものと認められる。なお、実施例１と実施例２とで、同種のバインダーを同量添加した場合についての圧潰強度が異なっている（具体的には、図１の「粉末」の圧潰強度は約９０Ｎであるのに対し、図２の「タピオカ添加量３ｗｔ％」の圧潰強度は約１５０Ｎである）が、これは以下の理由による。すなわち、実施例１では成型直後に圧潰強度を測定したのに対し、実施例２では成型後約１日後に圧潰強度を測定している。そのため室温下においても時間の経過とともにゲル化した澱粉から徐々に大気中に水分が蒸発・除去されてゲル化した澱粉が硬くなり圧潰強度が上昇したためである。
【００３５】
（実施例３）
次に、耐候性に及ぼすコーティング剤の種類の影響を調査するため、以下の実験を実施した。
【００３６】
石炭Ａにバインダーとして粉末状のタピオカ（澱粉Ｂ）を成型物の質量に対して５質量％添加し、実施例１と同様の方法でブリケット（成型物）を作製した。このブリケットに、コーティング剤として、重質油Ｃ、界面活性剤、流動パラフィンをそれぞれ成型物の質量に対して１質量％塗布したものを作製した。そして、耐候性試験として、これらのコーティング剤を塗布したブリケットとコーティングしていないブリケットとを屋内にて網の上に各５０個ずつ程度載置し、それぞれに１日１回約１０００ｍｌずつ散水してブリケット表面を濡らす操作を繰り返した。網を用いたのは散水により溜まった水にブリケットが浸たった状態としないためである。そして、コーティング剤塗布から１、７、１４、２１日目にそれぞれのブリケットの圧潰強度を測定した。その結果を経過日数とブリケットの圧潰強度との関係として図３に示す。図３に示されるように、コーティングしていないブリケットの圧潰強度は日数の経過とともに急激に低下している。この圧潰強度の急激な低下の理由は、散水した水がブリケット内部に浸み込んでゲル化した澱粉が過剰の水分で軟化したことに加え、低炭化度の石炭粒子自身が水分を吸収して膨潤したことによるものである。これに対し、重質油を塗布したブリケットの圧潰強度は日数の経過とともに上昇している。この圧潰強度の上昇の理由は、上記実施例２の最後で説明した理由と同様、ゲル化した澱粉からの水分の蒸発・除去によるものである。一方、流動パラフィンを塗布したブリケットでは、圧潰強度は初期（１日目）に圧潰強度が上昇するものの、その後日数の経過とともに低下している。初期（１日目）の圧潰強度の上昇の理由は上記重質油の塗布の場合と同様であるが、その後の圧潰強度の低下の理由は流動パラフィンは沸点が低いため室温下においても徐々に蒸発してブリケット表面の被覆が不完全となり散水された水がブリケット内部に浸入したためと考えられる。重質油の場合には沸点が比較的高く安定なためこのような問題は生じない。また、界面活性剤を塗布したブリケットの圧潰強度はほぼ日数の経過とともに低下している。界面活性剤が親水性であるため散水された水がブリケット内部へ浸入することを防止する効果が小さいためと考えられる。
【００３７】
（実施例４）
次に、成型炭の圧潰強度に及ぼす重質油分の被覆量の影響を調査するため、以下の実験を実施した。
【００３８】
石炭Ａにバインダーとして粉末状のタピオカ（澱粉Ｂ）を成型物の質量に対して５質量％添加し、実施例１と同様の方法でブリケット（成型物）を作製した。さらに、このブリケットに重質油Ｃを成型物の質量に対して０〜８質量％の範囲で変化させて塗布した。そして、この重質油塗布後のブリケット（成型炭）について上記実施例３と同様の耐候性試験を行った。重質油塗布量と塗布後２１日目のブリケットの圧潰強度との関係を図４に示す。図４に示されるように、塗布後２１日目のブリケットの圧潰強度は、重質油を塗布していない場合（重質油塗布量＝０ｗｔ％）には約３０Ｎであるものが、重質油塗布量０．１質量％で約１８０Ｎに急上昇し、１質量％で約２２０Ｎ、５質量％で２３０Ｎへと塗布量の増加とともに圧潰強度は徐々に上昇しているが、それ以上の塗布量の増加によっては圧潰強度はほとんど上昇しない。
【００３９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係る成型炭の製造方法は、石炭の加熱を必要としないのでエネルギーコストが低く、成型炭を安価に製造できる。また、本発明に係る製造方法で製造された成型炭は、成型後の圧潰強度が高くかつ耐候性に優れている。これにより、屋外における長期の保管や無蓋での長距離輸送によっても圧潰強度が低下せずハンドリングにより割れたり粉化することが防止される。その結果、粉状石炭の有効利用による石炭の生産ロスが減少し、天然資源の有効活用が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】バインダーの種類とブリケットの圧潰強度との関係を示すグラフ図である。
【図２】澱粉添加量とブリケットの圧潰強度との関係を示すグラフ図である。
【図３】耐候性試験における経過日数とブリケットの圧潰強度との関係を示すグラフ図である。
【図４】重質油塗布量とブリケットの圧潰強度との関係を示すグラフ図である。

Claims

含水率が２５質量％以上で粒度が５ｍｍ以下５０質量％以上の石炭に、澱粉を熱水で溶解してゲル化させた後に乾燥して粉末状としたゲル化澱粉１〜１０質量部を添加し混合して１００質量部の混合物とし、この混合物を加圧成型すると同時に、または加圧成型した後、この成型物表面に重質油分０．１〜５質量部を被覆させることを特徴とする成型炭の製造方法。
前記加圧成型を、ロール表面に凹部を設けたダブルロール成型機で行うことを特徴とする請求項１に記載の成型炭の製造方法。