JP4088054B2 - Coke production method - Google Patents

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JP4088054B2 JP2001227524A JP2001227524A JP4088054B2 JP 4088054 B2 JP4088054 B2 JP 4088054B2 JP 2001227524 A JP2001227524 A JP 2001227524A JP 2001227524 A JP2001227524 A JP 2001227524A JP 4088054 B2 JP4088054 B2 JP 4088054B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃プラスチックをコークス炉装入原料に配合してコークスを製造する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
プラスチック産業廃棄物、プラスチック一般廃棄物として大量に排出される廃プラスチックの処理に関しては、従来は大部分が埋め立てで、一部が燃焼処理されている。廃プラスチックは、一般に埋め立てただけでは土中の細菌やバクテリアによって分解されない。また、廃プラスチックを焼却する場合は発熱量が大きく焼却炉に悪影響を及ぼすとともに、塩素を含む廃プラスチックの場合は排ガス中の塩素の処理が問題となっている。埋め立て処分場が将来不足することが予想されることや環境問題の高まりから、このような廃プラスチックのリサイクルの促進が望まれている。リサイクルの方法としては、プラスチックの再利用のほか、燃焼時の熱の利用や熱分解で得られるガスや油を燃料や化学原料として利用する方法が考えられる。
【0003】
廃プラスチックをコークス炉に添加して処理する方法として、例えば特開昭48−34901号公報、特開平8―157834号公報ではコークス製造用装入炭に廃プラスチックを配合してコークスを製造する方法が開示されている。これらの方法は、コークス乾留時の高温によって廃プラスチックの大部分を熱分解し、水素、メタン、エタン、プロパン等の高カロリー還元分解ガスとして、コークス炉ガスとして回収する方式のものである。
【0004】
【課題が解決しようとする課題】
ところで、上記従来技術課題のうちの特開昭48−34901号公報記載のように多量のプラスチックを石炭中に均一混合して使用する方法では、コークス強度の低下を引き起こすので、実際には特開平8―157834号公報のように廃プラスチックの添加量を1質量%以下とする必要があるとされている。また上記コークス強度の低下防止を図るためには粘結性の高い粘結炭の配合割合を増加させることが必要であった。しかし、粘結炭は非微粘結炭に比べて資源賦存量が少なく、かつ高価である。そこで、資源賦存量が多く価格の安い非微粘結炭を有効に利用するために、粘結炭の配合割合を増加させることなしにより多くの廃プラスチックを使用する方法の開発が望まれていた。
【0005】
本発明は、高炉用コークス原料炭に添加する廃プラスチックの粒度を所定以下に制御して乾留することにより、廃プラスチックを添加しても、強度の高い高炉用コークスを製造する方法を提案するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は以下の構成を有するものである。
[1]コークス炉装入原料として石炭および廃プラスチックを用いるコークスの製造方法であって、前記廃プラスチックは、酸素を含まない脂肪族系であり、ドラム強度84以上のコークスを製造するために、前記廃プラスチックの添加率を0.3〜3質量%とし、a=0.013〜0.026、b=1〜2とし、該廃プラスチックの種類、廃プラスチックの添加率、石炭の全膨張率、および石炭装入嵩密度に基づき(1)式により該廃プラスチックの粒度上限値を求め、該粒度上限値以下の粒度に前記廃プラスチックを粉砕し、該廃プラスチックを前記石炭に均一に添加してコークスを製造することを特徴とする高炉用コークスの製造方法。
【0007】
粒度上限値(mm)=(a・TD+b)・BD ・・・(1)
TD(%):JIS M8801に規定されたジラトメーター法による膨張性試験において測定される全膨張率指数、
BD(t/m3):石炭の装入嵩密度(乾燥石炭ベース)、
a,b:廃プラスチックの種類および添加率に応じて定まる定数。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について具体的に説明する。
【0009】
本発明は、上記の課題を解決するために、いくつかの製造条件に応じて粒度の上限値を求め、所定上限値以下の粒度の廃プラスチックをコークス炉装入原料として用いることにより、強度の高い高炉用コークスを製造する方法を提案するものである。廃プラスチックの使用態様としては、コークス炉に装入する石炭の全部、あるいは一部に廃プラスチックを均一混合して、コークス炉に装入することが望ましい。
【0010】
本発明において用いる廃プラスチックは、所定の粒度を有していればよく、具体的には、塊状の廃プラスチックを粉砕等して所定粒度に調整したものを用いることができる他、一般に熱可塑性を有するフィルム、発泡体、粉状体の廃プラスチックを、80℃〜190℃の温度域に加熱し、加熱した状態で圧縮を加え、再度冷却して減容固化させた後に、必要に応じて粉砕処理等することで塊状化して所定の粒度に調整したものを用いることができる。減容固化の方法としては、樹脂混練機、粉砕機、ドラム型の加熱器等、従来から使用されているものを用いることができる。このようにすることで、上記フィルム、発泡体、粉状体の廃プラスチックをそのまま粉砕した場合の不具合、例えば嵩比重が小さいとか、装入が難しいなどの難点を解消することができる。また、必要に応じてふるい分けして粒度調整してもよい。
【0011】
本明細書において、「粒状」とは主として大きさを特定する意味である。粒状物の形状としては、球状のもの、楕円球状のもの、円柱状のものなどが含まれる。また、1つの粒状物について「粒度」とは、その粒状物が有する最大幅を意味し、例えば、球形であれば直径、球形でなければ縦横または厚みなどのうちの最大幅をいう。本発明において用いられる廃プラスチックの粒度は以下に説明するような所定の要件により定められる。
【0012】
一般に、石炭は粘結性の高い粘結炭と粘結性の低い非微粘結炭に分類され、コークス製造プロセスでは所定のコークス品質が得られるように粘結炭と非微粘結炭を所定の割合で配合して使用している。
【0013】
非微粘結炭とは、JIS M 8801に規定されたギーセラープラストメーター法による流動性試験において最高流動度が10ddpm以下であるか、あるいはビトリニットの平均反射率が0.8以下である石炭を示す。
【0014】
従来は、廃プラスチックの添加率が多すぎると高炉用コークスの強度が低下するため、廃プラスチック添加率の上限は1質量%と通常考えられていた。
【0015】
これに対し、本発明者が廃プラスチック添加時のコークスの強度低下メカニズムについて鋭意検討した結果、原料炭に廃プラスチックを均一混合して乾留した場合、廃プラスチックの添加率だけでなく、廃プラスチックの粒度もコークス強度に影響を及ぼし、同一添加率でも廃プラスチック粒度が異なるコークス強度は異なることを見いだした。本知見をもとに、発明者は、廃プラスチック粒度を調整することにより、強度の高い高炉用コークスを製造する方法を発明した。
【0016】
以下この知見について具体的に説明する。各種粒度のポリエチレンおよびポリスチレンを対石炭あたり2質量%添加してコークス化した時の廃プラスチックの粒度の違いによるコークス強度の変化を調べた結果を図1に示す。ここで石炭は、粘結炭50質量%、非微粘結炭50質量%の配合炭を用いた。炉幅425mm、炉高400mm、炉長600mmの試験コークス炉を用い、プラスチックを添加し、装入密度0.83dry−t/m3の装入密度で装入し、炉温1250℃、乾留時間18.5時間の条件で乾留した。焼成後のコークスについては、窒素で冷却した後、コークスのドラム強度(DI150 15)を測定した。本明細書で、コークスのドラム強度(DI150 15)とはJIS K 2151 に記載されているように、コークス10kgをドラム試験機(直径、長さとも1,500mm、羽根4枚)に装入し、150回転させた後、15mmの篩で篩分けし、篩上に留まった質量を百分率で表した値である。
【0017】
この図1に示すように、コークス強度が極小値を示すプラスチック粒度が存在することがわかる。この理由は以下の通りであると考えられる。
【0018】
石炭にプラスチック(今回の例ではポリエチレンとポリスチレン)を添加して乾留すると、プラスチックの熱分解温度は石炭の軟化溶融温度範囲かそれより低温であるので、プラスチックは石炭が軟化溶融する前に熱分解してしまい、残渣として残るのは高々20−30質量%であるので、プラスチック粒度が大きい場合は、熱分解後に大きな空隙が残る。このため、プラスチックに接触していた石炭が軟化溶融すると、この空隙にむかって自由膨張し、発泡した脆弱なコークス組織が形成される。さらに、石炭の粘結性を阻害するようなプラスチック(例えばポリスチレン)の場合、熱分解ガスの化学的な作用によりプラスチックと接触する石炭の粘結性が阻害され、より弱い脆弱なコークス組織が形成される。
【0019】
しかし、添加する廃プラスチックの大きさが大きくなるにつれて、単位廃プラスチック添加質量あたりの石炭とプラスチックの接する面積が減少し脆弱なコークス組織となる箇所が減るため、添加する廃プラスチックの粒度がある所定の大きさを越えると、コークス強度は上昇する。
【0020】
一方、プラスチックの粒度が小さい場合は、軟化溶融層内に内包されてしまうため、軟化溶融石炭の膨張性が阻害される。 ここで膨張性とはJIS M8801に規定されたジラトメーター法による膨張性試験において測定される全膨張率指数のことである。膨張性が阻害される理由は、プラスチック熱分解後の空隙生成により石炭の実際の装入嵩密度が低下するという物理的な影響、および、石炭の粘結性を阻害するようなプラスチック(例えばポリスチレンやポリエチレンテレフタレート)の熱分解ガスにより石炭そのものが変質するという化学的な影響のためと考えられる。膨張性が阻害されると、石炭同士の融着結合が阻害され、コークス強度は低下する。
【0021】
しかし、発明者らは、添加する廃プラスチックの粒度がある所定の大きさよりも小さくなると、膨張性の阻害が抑制されることを見いだした。これは、プラスチック粒度が小さくなると、溶融した石炭粒子間にプラスチック熱分解ガスがトラップされ、逆に石炭の膨張を促進する効果が生じるためと考えられる。このためプラスチック粒度が小さいほど、コークス強度に及ぼす悪影響は小さくなる。
【0022】
コークス強度が極小値を示すプラスチック粒度が存在するのは、上記のような理由によると考えられる。
【0023】
以上の知見に基づき、プラスチック添加によるコークス強度低下を抑制するには、コークス強度を所定の強度よりも下げてしまう原因となり得るプラスチックの粒度を避けて、その粒度よりも粒度を小さくするか、大きくすればよいことがわかる。
【0024】
プラスチック粒度が所定の大きさ以上に大きい場合については、発明者らは、既に具体的に、(1)石炭に添加する廃プラスチックの粒度を石炭の平均粒径の10倍以上とすることを特徴とするコークスの製造方法、(2)前記石炭の平均粒径が0.6〜2.0mmであることを特徴とする(1)に記載のコークスの製造方法、(3)廃プラスチックを減容固化した上でコークス炉装入原料として用いることを特徴とするコークスの製造方法を発明している(特開2001−49263号公報)。
【0025】
一方、プラスチック粒度が所定の大きさよりも小さい場合については、どのような粒度までプラスチックを粉砕すればよいかについてはこれまで不明であった。
【0026】
本発明者はさらに研究を重ね、廃プラスチックの粒度をある所定の大きさより細かくすると、コークス強度低下が抑制されるばかりでなく、コークス強度が向上する場合があることを見出した。そして本発明者が廃プラスチック粒度の上限値について検討したところ、上限値は、石炭の膨張性、石炭の装入嵩密度、プラスチック種類およびプラスチックの添加率により変化することを見いだした。
【0027】
発明者の検討によると、強度の高いコークスを製造するためには、軟化溶融した石炭同士が接着することが必要であり、そのためには、石炭の装入嵩密度および石炭の膨張性をある所定値以上にすることが必要である。すなわち、装入嵩密度が低くても石炭の膨張性が十分に大きい場合、あるいは石炭の膨張性が小さくても装入嵩密度が十分高い場合には、強度の高いコークスを製造することが可能である。
【0028】
発明者らは、膨張性が高い石炭を用いると、コークス強度極小値を与えるプラスチック粒度は大粒度側にシフトすることを見出した。これは、プラスチック粒度が大きいほどコークス強度が小さくなるようなプラスチック粒度範囲では、大きい粒度のプラスチックほど石炭の膨張性が阻害されるが、もとの石炭の膨張性が高いために、ある程度粘結性が阻害されても、プラスチック添加後の膨張性が強度の高いコークスを製造するのに十分となるためである。
【0029】
また、石炭の装入嵩密度を向上させた場合も、コークス強度極小値を与えるプラスチック粒度が大粒度側にシフトすることを見出した。これは、プラスチック粒度が大きいほどコークス強度が小さくなるようなプラスチック粒度範囲では、大きい粒度のプラスチックほど石炭の膨張性が阻害されるが、装入嵩密度が高いために、ある程度粘結性が阻害されても、強度の高いコークスを製造するのに十分であるためである。
【0030】
また、プラスチックの種類によってもコークス強度極小値を与えるプラスチック粒度が変化することを見出した。例えば図1に示すように、芳香族系のポリスチレンの方がポリエチレンよりもコークス強度極小値を与えるプラスチック粒度が小粒度側である。これは、ポリスチレンには石炭の粘結性を阻害する作用があり、石炭の膨張を抑制するためである。
【0031】
本発明者の検討によると、プラスチックにはコークスの粘結性を阻害しにくいものと阻害しやすいものがある。コークスの粘結性を阻害しにくいプラスチックの代表的な例としては、ポリエチレン、塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニリデンなどの酸素を含まない脂肪族系のプラスチックなどが挙げられる。これに対し、コークスの粘結性を阻害しやすいプラスチックの代表的な例としては、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレートなどの芳香族系化合物や、ポリエステル、ポリ酢酸ビニルなどの構造式中に酸素原子を含むプラスチックなどが挙げられる。
【0032】
酸素を含まない脂肪族系のプラスチックが石炭粘結性に対して阻害作用がないのは、プラスチック熱分解により発生するガスが水素を多く含む脂肪族系のガスであり、石炭との化学的相互作用が小さいためである。
【0033】
上記知見を元に、発明者らは、所望の高強度のコークスを得るために、石炭の全膨張率、石炭装入嵩密度、廃プラスチックの種類、廃プラスチックの添加率といった製造条件に応じて、廃プラスチックの粒度を、(1)式により求められる粒度上限値以下に調整(例えば粉砕)し、この廃プラスチックをコークス製造用原料炭に添加してコークスを製造する方法を発明した。
【0034】
粒度上限値(mm)=(a・TD+b)・BD ・・・(1)
(1)式中、
TD(%):JIS M8801に規定されたジラトメーター法による膨張性試験において測定される全膨張率指数、
BD(t/m3):石炭の装入嵩密度(乾燥石炭ベース)、
a,b:廃プラスチックの種類および添加率により変わる定数、
である。
【0035】
ここで定数のa、bは目標とするコークス強度により異なるが、具体的には下記のような方法により求めればよい。
【0036】
まず、一定の装入嵩密度BDにおいて、プラスチックを添加せずに、さまざまな配合炭を乾留し、TDとドラム強度の関係を求め、図2に示すように所定のドラム強度を維持するのに最低必要なTDminを求める。例えば図2の例では、装入嵩密度BD=0.83(t/m3),ドラム強度84以上とした場合、TDmin=45%である。
【0037】
次に、上記の配合炭に対して粒度の異なるプラスチックを所定割合添加してTDを測定し、図3に示すようにTDがTDmin以上となるような粒度上限値Dmaxをそれぞれの配合炭に対して求める。例えば図3の例では、プラスチック添加率2質量%の場合、TDmin=45%に対し、配合炭TD=50%の場合、粒度上限値Dmax=2.1mmである。
【0038】
このようにしてそれぞれの配合炭TDに対してDmaxを求め、さらにBDを変更してTDとDmaxの関係を求めたところ、発明者らは、DmaxはBDに比例し、かつTDの一次関数で表すことができることを見出した。したがって、粒度上限値Dmaxは、上記(1)式のようにBDとTDの一次式の積の形で表すことができ、図3のようなグラフより、(1)式の定数a、bを求めておけば、装入嵩密度BDや配合全膨張指数TDが変化しても、(1)式により定まる上限粒度以下にプラスチック粒度を調整すれば、強度の高いコークスを得ることができる。
【0039】
廃プラスチックの種類、添加率が変わった場合についても、上記と同様の方法で(1)式の定数a、bを求めればよい。
【0040】
例えば本発明者の検討例によると、石炭に対して酸素を含まない脂肪族系の廃プラスチックを2質量%添加する場合、a=0.0193、b=1.547とすれば、ドラム強度84以上のコークスを製造することが可能であった。
【0041】
さらに、発明者らの検討例によると、酸素を含まない脂肪族系の廃プラスチック添加率0.3〜3質量%でドラム強度84以上のコークスを製造する場合、a=0.013〜0.026、b=1〜2であった。
【0044】
また、廃プラスチック粒度の下限値については理論的にはなく、粉砕および輸送などの実プロセスを考慮して決定すればよい。
【0045】
廃プラスチック添加率の上限値については特に定めるものでなく、目的とする強度のコークスが製造できる範囲であればよいが、発明者らの検討によると、添加率が5質量%を越えると、高炉で使用可能な強度を持つコークスを製造することが困難になるので、添加率は5質量%以下であることが望ましい。さらに、廃プラスチックを処理することによりコークスの生産量は低下するので、コークスの生産量と処理したい廃プラスチックスチックの量のバランスを考慮する必要がある。
【0046】
また、目標とするコークス強度が同一レベルであれば、酸素を含まない脂肪族系の廃プラスチックの場合に多量の廃プラスチックを処理することが可能である。これは、酸素を含まない脂肪族系のプラスチックは石炭粘結性の阻害作用がなく、ポリスチレンやポリエチレンテレフタレートのような芳香族系のプラスチックやポリエステルのような酸素を含むプラスチックは粘結性阻害作用があるためである。
【0047】
石炭をコークス炉で乾留する場合、その温度は最高で約1,350℃になる。一方、ポリ塩化ビニルやポリ塩化ビニリデンは250℃程度から熱分解を起こし始め、約400℃でガス化し、1,350℃ではほぼ完全に分解する。従って、コークス炉で石炭とともに塩素含有廃プラスチックを熱分解する限り、熱分解または乾留温度、乾留パターンは従来の石炭乾留と同じでよい。
【0048】
廃プラスチックが加熱された際に発生する廃プラスチック由来の塩素系ガスは、石炭の乾留中に発生する過剰のアンモニアと反応する。したがってコークス炉から系外に取り出される安水には、塩化アンモニウムが多量に蓄積されるが、これに強塩基、例えば、水酸化ナトリウム(苛性ソーダ)を添加することにより、塩化アンモニウムを無害の塩化ナトリウムに転換することが可能である。水酸化ナトリウムの添加量は塩化アンモニウムと同等量、またはそれより多く添加することが望ましい。
【0049】
安水は、系外の脱安設備において、蒸気ストリッピングによってフリーアンモニアを気化除去した後に活性汚泥処理を行い、放流する。脱安設備に入る前に水酸化ナトリウムによって安水中の塩化アンモニウムを塩化ナトリウムとアンモニアにしておけば、安水中に含まれていた窒素成分はすべてアンモニアとして除去でき、脱安設備を出た安水中には無害な塩化ナトリウムしか残存せず、このまま放流しても海水中の窒素分を増大する心配はない。
【0050】
本発明のコークスの製造方法は、一般的に用いられているコークス製造設備により製造することができるが、図4に本発明の製造方法を実施し得るコークス設備の一例の概略を示す。
【0051】
【実施例】
炉幅400mm、炉高1000mm、炉長10600mmの試験コークス炉を用い、表1に示すような条件で廃プラスチックを均一に添加し、装入嵩密度BD=0.83dry−t/m3の装入密度で装入し、炉温1200℃、乾留時間18時間の条件で乾留した。焼成後のコークスについては、窒素で冷却した後、JIS K2151に準じたコークスのドラム強度指数(150回転後+15mm指数)を測定した。表1には、ドラム強度を示す。
【0052】
ベース条件は、粘結炭60質量%、非微粘結炭40質量%の配合炭のみでプラスチックを添加せずに乾留した場合である。
【0053】
実施例1は、ポリエチレン50質量%、ポリプロピレン25質量%、塩化ビニル25質量%からなる2.0mm以下100%の廃プラスチックを、粘結炭60質量%、非微粘結炭40質量%からなる配合炭(TD=50%)に対して2質量%添加して乾留した場合である。廃プラスチックの種類、および添加率から、上記「発明の実施の形態」の欄で説明した手法によりa,bを求め、石炭の全膨張率、および石炭装入嵩密度から(1)式により該廃プラスチックの粒度上限値を求めると、2.1mmであり、実施例1において用いている廃プラスチック粒度は上限値以下である。
【0054】
参考例は、ポリエチレン50質量%、ポリスチレン50質量%からなる1.0mm以下100%の廃プラスチックを、粘結炭60質量%、非微粘結炭40質量%からなる配合炭(TD=50%)に対して2質量%添加して乾留した場合である。廃プラスチックの種類、および添加率から上記手法によりa,bを求め、石炭の全膨張率、および石炭装入嵩密度から(1)式により該廃プラスチックの粒度上限値を求めると、1.3mmであり、参考例において用いている廃プラスチック粒度は上限値以下である。
【0055】
比較例1は、ポリエチレン50質量%、ポリスチレン50質量%からなる1.5mm以下100%の廃プラスチックを、粘結炭60質量%、非微粘結炭40質量%からなる配合炭(TD=50%)に対して2質量%添加して乾留した場合である。廃プラスチックの種類、石炭の全膨張率、および石炭装入嵩密度から(1)式により該廃プラスチックの粒度上限値を求めると、1.3mmであり、比較例1において用いている廃プラスチック粒度上限値は本発明の範囲外である。表1中「廃プラスチック粒度」の比較例1の欄に「1.5mm以下100%」とあるのは、1.5mmが最大粒度となるように調整したということであり、比較例1の場合、1.3mmを越える粒度の廃プラスチックが含まれていた。
【0056】
上記表1からわかるように、実施例1におけるドラム強度は、廃プラスチックを添加せずに乾留したベース条件におけるドラム強度より大きく、廃プラスチックを添加することによりコークス強度は向上している。一方、比較例1におけるドラム強度は廃プラスチックを添加せずに乾留したベース条件におけるドラム強度より小さい。これは、比較例1で用いている廃プラスチック粒度上限値が本発明の範囲外であるためである。
【0057】
以上より、廃プラスチックを石炭に配合してコークス炉で乾留して高炉用コークスを製造する方法において、廃プラスチック添加により、強度の高い高炉用コークスを製造することができた。
【0058】
【表1】

Figure 0004088054
【0059】
【発明の効果】
本発明により、石炭をコークス炉で乾留する際に、廃プラスチックを用いる高炉用コークスを製造する方法において、添加する廃プラスチックの粒度を所定値以下に制御して乾留することにより、廃プラスチックの種類などの製造条件に応じて強度の高い高炉用コークスを製造することが可能となった。
【0060】
また、コークス製造に際して石炭に添加して所定のコークス強度を満足できるように用いることができる廃プラスチックの添加率を高くすることができるので、廃プラスチックのリサイクルをより有効化できるという利点が得られる。
【0061】
これらのことにより、本発明によって、廃プラスチックが多量にリサイクル処理可能となり、その経済的効果は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】プラスチック粒度とドラム強度の関係を示す図である。
【図2】全膨張率TDとドラム強度の関係を示す図である。
【図3】プラスチック粒度とプラスチックを添加した石炭のTDの関係を示す図である。
【図4】本発明の製造方法で用い得るコークス炉の設備の概略を示す図である。
【符号の説明】
1・・・コークス炉
2・・・装入原料ホッパー
3・・・上昇管
4・・・ベント管
5・・・ドライメーン
6・・・ガス冷却器
7・・・安水タンク
8・・・苛性ソーダ添加設備
9・・・脱安設備
10・・・廃プラスチックを混合した石炭[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing coke by blending waste plastic with a raw material charged in a coke oven.
[0002]
[Prior art]
Regarding the disposal of waste plastics that are discharged in large quantities as plastic industrial waste and general plastic waste, most of them have been landfilled and partly combusted. In general, waste plastics are not decomposed by bacteria and bacteria in the soil just by landfilling. Further, when waste plastic is incinerated, the calorific value is large and adversely affects the incinerator. In the case of waste plastic containing chlorine, the treatment of chlorine in the exhaust gas is a problem. In view of the anticipated shortage of landfill sites in the future and growing environmental problems, it is desirable to promote the recycling of such waste plastics. As a recycling method, in addition to the reuse of plastics, a method of using gas or oil obtained by the use of heat during combustion or pyrolysis as a fuel or chemical raw material can be considered.
[0003]
As a method of processing waste plastic by adding it to a coke oven, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 48-34901 and Japanese Patent Laid-Open No. 8-157634, a method of producing coke by adding waste plastic to coking coal charging coal. Is disclosed. In these methods, most of the plastic waste is pyrolyzed at a high temperature during coke dry distillation, and recovered as a coke oven gas as a high calorie reducing cracking gas such as hydrogen, methane, ethane, and propane.
[0004]
[Problem to be solved]
By the way, as described in JP-A-48-34901, among the above-mentioned prior art problems, a method in which a large amount of plastic is uniformly mixed and used in coal causes a reduction in coke strength. It is said that the amount of waste plastic added needs to be 1% by mass or less as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-157834. In order to prevent the coke strength from being lowered, it is necessary to increase the blending ratio of caking coal having high caking properties. However, caking coal is less expensive and more expensive than non-minor caking coal. Thus, in order to effectively use non-slightly caking coal that has a large amount of resources and is cheap, it has been desired to develop a method that uses more waste plastic without increasing the blending ratio of caking coal. .
[0005]
The present invention proposes a method for producing high-strength blast furnace coke even if waste plastic is added, by controlling the particle size of waste plastic added to the blast furnace coke raw coal to a predetermined level or less and performing dry distillation. It is.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has the following configuration.
[1] A method for producing coke using coal and waste plastic as a raw material charged in a coke oven, wherein the waste plastic is an aliphatic system that does not contain oxygen, and for producing coke having a drum strength of 84 or more. the addition rate of the waste plastic and 0.3 to 3 wt%, a = 0.013-0.026, and b = 1 to 2, the type of the waste plastics, the addition rate of the waste plastics, the total expansion rate of coal , and based on the coal charging Nyukasa density (1) determined the particle size upper limit of the waste plastics by type, the waste plastic is crushed to the particle size upper limit value or less of the particle size, evenly added waste plastics into the coal A method for producing coke for a blast furnace, characterized in that coke is produced.
[0007]
Upper limit of particle size (mm) = (a · TD + b) · BD (1)
TD (%): a total expansion index measured in the dilatometer method in accordance with the dilatometer method specified in JIS M8801,
BD (t / m 3 ): coal bulk density (based on dry coal),
a, b: Constants determined according to the type and addition rate of waste plastic.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be specifically described.
[0009]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention obtains an upper limit value of the particle size according to several production conditions, and uses waste plastic having a particle size of a predetermined upper limit value or less as a coke oven charging raw material. A method for producing high blast furnace coke is proposed. As a usage mode of the waste plastic, it is desirable that the waste plastic is uniformly mixed with all or a part of the coal charged into the coke oven and then charged into the coke oven.
[0010]
The waste plastic used in the present invention is only required to have a predetermined particle size, and specifically, a lump of waste plastic adjusted to a predetermined particle size by pulverization or the like can be used. Heat the film, foam, and powdery waste plastic in the temperature range of 80 ° C to 190 ° C, apply compression in the heated state, cool again and solidify by volume reduction, then pulverize as necessary What was agglomerated by processing etc. and adjusted to a predetermined particle size can be used. As the volume reduction and solidification method, those conventionally used such as a resin kneader, a pulverizer, and a drum-type heater can be used. By doing in this way, the troubles, such as a small bulk specific gravity and the difficulty of charging when the waste plastics of the film, foam and powder are crushed as they are, can be solved. Further, the particle size may be adjusted by sieving as necessary.
[0011]
In this specification, “granular” mainly means to specify the size. The shape of the granular material includes a spherical shape, an elliptical shape, a cylindrical shape, and the like. In addition, the “particle size” of one granular material means the maximum width of the granular material, for example, the diameter of a spherical shape, and the maximum width of vertical and horizontal or thickness if the shape is not spherical. The particle size of the waste plastic used in the present invention is determined by predetermined requirements as described below.
[0012]
Generally, coal is classified into caking coal with high caking properties and non-minor caking coal with low caking properties. In the coke production process, caking coal and non-caking caking coal are used so that a predetermined coke quality can be obtained. It is blended and used at a predetermined ratio.
[0013]
Non-coking coal is a coal whose maximum fluidity is 10 ddpm or less in the fluidity test by the Gisela plastometer method specified in JIS M 8801, or whose average reflectivity of vitrinite is 0.8 or less. Show.
[0014]
Conventionally, since the strength of blast furnace coke is reduced when the amount of waste plastic added is too large, the upper limit of the amount of waste plastic added is usually considered to be 1% by mass.
[0015]
In contrast, the inventors of the present inventors have intensively studied strength reduction mechanism coke upon addition waste plastics, when homogeneously mixed and dry distillation of waste plastic raw material coal, as well as the addition rate of the waste plastic, waste plastic click particle size also affect coke strength, coke strength waste plastics granularity at the same addition rate differs found different. Based on this knowledge, the inventor has invented a method for producing high-strength blast furnace coke by adjusting the waste plastic particle size.
[0016]
This knowledge will be specifically described below. FIG. 1 shows the results of examining the change in coke strength due to the difference in the particle size of waste plastics when coking is performed by adding 2% by mass of polyethylene and polystyrene of various particle sizes to coal. Here, the coal used 50% by mass of caking coal and 50% by mass of non-slightly caking coal. Using a test coke oven with a furnace width of 425 mm, a furnace height of 400 mm, and a furnace length of 600 mm, plastic was added and charged at a charging density of 0.83 dry-t / m 3 , furnace temperature of 1250 ° C., dry distillation time Dry distillation was carried out under conditions of 18.5 hours. For coke after calcination After cooling in nitrogen was measured coke drum strength (DI 150 15). In this specification, the drum strength (DI 150 15 ) of coke is charged with 10 kg of coke into a drum tester (diameter and length: 1,500 mm, 4 blades) as described in JIS K 2151. Then, after rotating 150 times, it is sieved with a 15 mm sieve, and the mass remaining on the sieve is expressed as a percentage.
[0017]
As shown in FIG. 1, it can be seen that there is a plastic particle size at which the coke strength has a minimum value. The reason is considered as follows.
[0018]
When plastic is added to coal (in this example, polyethylene and polystyrene) and the carbon is pyrolyzed, the thermal decomposition temperature of the plastic is lower than or equal to the softening and melting temperature range of the coal. Therefore, since at most 20-30% by mass remains as a residue, if the plastic particle size is large, large voids remain after pyrolysis. For this reason, when the coal that has been in contact with the plastic is softened and melted, the coal expands freely toward the gap, and a foamed brittle coke structure is formed. Furthermore, in the case of plastics that inhibit coal caking, such as polystyrene, the caustic properties of coal in contact with the plastics are hindered by the chemical action of the pyrolysis gas, resulting in the formation of weaker and weaker coke structures. Is done.
[0019]
However, as the size of waste plastic added increases, the area where coal and plastic per unit waste plastic added mass decrease and the number of places that become weak coke structures decreases. If the size of the coke is exceeded, the coke strength increases.
[0020]
On the other hand, when the particle size of the plastic is small, it is included in the softened and melted layer, so that the expansibility of the softened and melted coal is inhibited. Here, the expansibility is a total expansivity index measured in an expansibility test by the dilatometer method defined in JIS M8801. The reason why the expansibility is hindered is that there is a physical effect that the actual charge bulk density of coal is reduced due to void formation after plastic pyrolysis, and plastics that inhibit coal caking (eg polystyrene) This is thought to be due to the chemical effect of the coal itself being altered by the pyrolysis gas of polyethylene terephthalate. When the expansibility is inhibited, the fusion bond between coals is inhibited, and the coke strength is lowered.
[0021]
However, the inventors have found that when the particle size of the waste plastic to be added is smaller than a predetermined size, the inhibition of expansibility is suppressed. This is presumably because when the plastic particle size is reduced, the plastic pyrolysis gas is trapped between the molten coal particles, and conversely, the effect of promoting the expansion of the coal occurs. For this reason, the smaller the plastic particle size, the smaller the adverse effect on coke strength.
[0022]
The reason why there is a plastic particle size at which the coke strength has a minimum value is considered to be as described above.
[0023]
Based on the above knowledge, in order to suppress the reduction of coke strength due to the addition of plastic, avoid the particle size of the plastic that can cause the coke strength to be lower than the predetermined strength, make the particle size smaller or larger than that particle size You can see that
[0024]
In the case where the plastic particle size is larger than a predetermined size, the inventors have already specifically (1) characterized in that the particle size of the waste plastic added to the coal is 10 times or more the average particle size of the coal. (2) The method for producing coke according to (1), wherein the average particle size of the coal is 0.6 to 2.0 mm, (3) Volume reduction of waste plastic A coke production method characterized by being solidified and used as a coke oven charging raw material has been invented (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-49263).
[0025]
On the other hand, in the case where the plastic particle size is smaller than the predetermined size, it has been unknown until what particle size the plastic should be crushed.
[0026]
The present inventor has further researched and found that when the particle size of the waste plastic is made smaller than a predetermined size, not only the reduction of the coke strength is suppressed but also the coke strength may be improved. And when this inventor examined the upper limit of the waste plastic particle size, it discovered that an upper limit changed with the expansibility of coal, the charging bulk density of coal, a plastic kind, and the addition rate of a plastic.
[0027]
According to the inventor's study, in order to produce coke with high strength, it is necessary for the softened and melted coal to be bonded to each other. For this purpose, the coal bulk density and the coal expansibility are predetermined. It is necessary to exceed the value. In other words, even if the charge bulk density is low, if the coal expandability is sufficiently large, or if the charge bulk density is sufficiently high even if the coal expandability is small, it is possible to produce high strength coke. It is.
[0028]
The inventors have found that when coal with high expansibility is used, the plastic particle size giving the minimum coke strength shifts to the large particle size side. This is because, in the plastic particle size range where the coke strength decreases as the plastic particle size increases, the larger the plastic particle size, the more the coal expandability is inhibited. This is because, even if the properties are hindered, the expandability after the plastic addition is sufficient to produce coke with high strength.
[0029]
It was also found that the plastic particle size giving the minimum coke strength shifts to the large particle size side even when the coal bulk density is improved. This is because, in the plastic particle size range where the coke strength decreases as the plastic particle size increases, the larger the plastic particle size, the more the coal expandability is inhibited. This is because it is sufficient to produce coke with high strength.
[0030]
It was also found that the plastic particle size giving the minimum coke strength varies depending on the type of plastic. For example, as shown in FIG. 1, aromatic polystyrene has a smaller plastic particle size that gives a minimum coke strength than polyethylene. This is because polystyrene has an action of inhibiting the caking property of coal and suppresses the expansion of coal.
[0031]
According to the study of the present inventor, there are plastics that are difficult to inhibit coking caking and those that are likely to be inhibited. Typical examples of plastics that do not easily inhibit coking caking properties include aliphatic plastics that do not contain oxygen, such as polyethylene, vinyl chloride, polypropylene, and polyvinylidene chloride. On the other hand, typical examples of plastics that easily inhibit coking caking are aromatic compounds such as polystyrene and polyethylene terephthalate, and plastics that contain oxygen atoms in structural formulas such as polyester and polyvinyl acetate. Etc.
[0032]
Aliphatic plastics that do not contain oxygen have no inhibitory effect on coal caking properties because the gas generated by plastic pyrolysis is an aliphatic gas that contains a large amount of hydrogen. This is because the action is small.
[0033]
Based on the above knowledge, in order to obtain the desired high strength coke, the inventors according to the production conditions such as the total expansion rate of coal, the bulk density of coal charge, the type of waste plastic, the addition rate of waste plastic. The present invention invented a method for producing coke by adjusting the particle size of waste plastic to a particle size upper limit value or less (for example, pulverization) determined by the equation (1) and adding this waste plastic to raw coal for coke production.
[0034]
Upper limit of particle size (mm) = (a · TD + b) · BD (1)
(1) where
TD (%): a total expansion index measured in the dilatometer method in accordance with the dilatometer method specified in JIS M8801,
BD (t / m 3 ): coal bulk density (based on dry coal),
a, b: constants that vary depending on the type and addition rate of waste plastics,
It is.
[0035]
Here, the constants a and b vary depending on the target coke strength, but specifically, they may be obtained by the following method.
[0036]
First, at a constant charge bulk density BD, various blended coals are dry-distilled without adding plastic, and the relationship between TD and drum strength is obtained to maintain a predetermined drum strength as shown in FIG. Find the minimum required TDmin. For example, in the example of FIG. 2, when the charging bulk density BD = 0.83 (t / m 3 ) and the drum strength is 84 or more, TDmin = 45%.
[0037]
Next, TD is measured by adding a predetermined ratio of plastics having different particle sizes to the above blended coal, and a particle size upper limit Dmax such that TD is equal to or greater than TDmin as shown in FIG. Ask. For example, in the example of FIG. 3, when the plastic addition rate is 2% by mass, TDmin = 45%, whereas when the blended coal TD = 50%, the particle size upper limit Dmax = 2.1 mm.
[0038]
Thus, Dmax was obtained for each blended coal TD, and the relationship between TD and Dmax was obtained by changing BD. The inventors found that Dmax is proportional to BD and is a linear function of TD. I found that I can represent it. Therefore, the particle size upper limit Dmax can be expressed in the form of the product of the primary expression of BD and TD as in the above expression (1), and the constants a and b in the expression (1) can be expressed from the graph as shown in FIG. If it asks for, even if charging bulk density BD and compounding total expansion index TD change, if the plastic particle size is adjusted below the upper limit particle size defined by the formula (1), coke with high strength can be obtained.
[0039]
The constants a and b in the equation (1) may be obtained by the same method as described above even when the type of waste plastic and the addition rate change.
[0040]
For example, according to the study example of the present inventor, when 2 mass% of aliphatic waste plastic not containing oxygen is added to coal, if a = 0.0193 and b = 1.547, the drum strength is 84. It was possible to produce the above coke.
[0041]
Furthermore, according to the study example of the inventors, when producing coke having a drum strength of 84 or more with an addition rate of 0.3 to 3% by mass of an aliphatic waste plastic not containing oxygen , a = 0.013 to 0 .026, b = 1-2.
[0044]
Further, the lower limit value of the waste plastic particle size is not theoretical, and may be determined in consideration of actual processes such as pulverization and transportation.
[0045]
The upper limit value of the waste plastic addition rate is not particularly defined as long as it is within a range in which coke having the desired strength can be produced. According to the study by the inventors, when the addition rate exceeds 5% by mass, the blast furnace Since it becomes difficult to produce coke having a strength that can be used in the above, the addition rate is desirably 5% by mass or less. Furthermore, since the amount of coke produced decreases due to the treatment of waste plastic, it is necessary to consider the balance between the amount of coke produced and the amount of waste plastic stick to be treated.
[0046]
Further, if the target coke strength is the same level, a large amount of waste plastic can be treated in the case of aliphatic waste plastic not containing oxygen. This is because aliphatic plastics that do not contain oxygen do not inhibit coal caking, while aromatic plastics such as polystyrene and polyethylene terephthalate and plastics containing oxygen such as polyester inhibit caking. Because there is.
[0047]
When coal is carbonized in a coke oven, the maximum temperature is about 1,350 ° C. On the other hand, polyvinyl chloride and polyvinylidene chloride begin to thermally decompose at about 250 ° C., gasify at about 400 ° C., and almost completely decompose at 1,350 ° C. Therefore, as long as the chlorine-containing waste plastic is pyrolyzed together with the coal in the coke oven, the pyrolysis or the carbonization temperature and the carbonization pattern may be the same as those of the conventional coal carbonization.
[0048]
Chlorine gas derived from waste plastic generated when the waste plastic is heated reacts with excess ammonia generated during the carbonization of coal. Therefore, a large amount of ammonium chloride accumulates in the aqueous solution taken out of the coke oven from the system. By adding a strong base such as sodium hydroxide (caustic soda), ammonium chloride is harmless to sodium chloride. It is possible to convert to It is desirable to add sodium hydroxide in an amount equal to or greater than that of ammonium chloride.
[0049]
In the dewatering equipment outside the system, the water is evaporated after free ammonia is removed by steam stripping, and then activated sludge is discharged. If ammonium chloride in the water is converted into sodium chloride and ammonia with sodium hydroxide before entering the safeguard, all nitrogen components contained in the safewater can be removed as ammonia, and the safe water that has exited the safeguard Only harmless sodium chloride remains, and even if it is discharged as it is, there is no fear of increasing the nitrogen content in the seawater.
[0050]
The coke production method of the present invention can be produced by a commonly used coke production facility. FIG. 4 shows an outline of an example of a coke facility that can implement the production method of the present invention.
[0051]
【Example】
Using a test coke oven with a furnace width of 400 mm, a furnace height of 1000 mm, and a furnace length of 10600 mm, waste plastics were uniformly added under the conditions shown in Table 1, and a charge bulk density BD = 0.83 dry-t / m 3 was added. It was charged at a charge density, and carbonized under conditions of a furnace temperature of 1200 ° C. and a carbonization time of 18 hours. About the coke after baking, after cooling with nitrogen, the drum strength index (+15 mm index after 150 rotations) of the coke according to JIS K2151 was measured. Table 1 shows the drum strength.
[0052]
Base conditions are the case where it dry-distills without adding a plastic only with the blended coal of caking coal 60 mass% and non-slightly caking coal 40 mass%.
[0053]
Example 1 consists of 60% by weight caking coal, 40% by weight non-caking coal, and 100% waste plastic consisting of 50% by weight polyethylene, 25% by weight polypropylene, and 25% by weight vinyl chloride. coal blend (TD = 50%) to be added 2 wt% for a case where the dry distillation. From the type of waste plastic and the addition rate, a and b are obtained by the method described in the above-mentioned “Embodiment of the Invention”, and the total expansion rate of coal and the bulk density of coal charge are calculated by the equation (1). The upper limit value of the particle size of the waste plastic is 2.1 mm, and the particle size of the waste plastic used in Example 1 is not more than the upper limit value.
[0054]
A reference example is a blended coal (TD = 50%) composed of 100% waste plastic consisting of 50% by mass of polyethylene and 50% by mass of polystyrene and 100% or less of 100% caking coal and 40% by mass of non-coking coal. This is a case where 2% by mass is added to dry distillation. From the type of waste plastic and the addition rate, a and b are obtained by the above method, and the upper limit of the particle size of the waste plastic is obtained from equation (1) from the total expansion rate of coal and the bulk density of coal charge. The particle size of the waste plastic used in the reference example is below the upper limit.
[0055]
Comparative Example 1 is a blended coal (TD = 50) consisting of 100% waste plastic consisting of 50% by mass of polyethylene and 50% by mass of polystyrene and having 100% or less of 100 mm of caking coal and 60% by mass of caking coal and 40% by mass of non-caking caking coal. %), And 2% by mass is added to dry distillation. When the upper limit value of the particle size of the waste plastic is determined from the type of waste plastic, the total expansion rate of coal, and the bulk density of coal charge according to the equation (1), it is 1.3 mm, and the particle size of the waste plastic used in Comparative Example 1 The upper limit is outside the scope of the present invention. In the comparative example 1 column of “waste plastic particle size” in Table 1, “1.5 mm or less 100%” means that 1.5 mm is adjusted to be the maximum particle size. , Waste plastic having a particle size exceeding 1.3 mm was included.
[0056]
As can be seen from Table 1, the drum intensity in Example 1 is greater than the drum strength of the dry distillation and base conditions without the addition of waste plastics, coke strength by the addition of waste plastics is improved. On the other hand, the drum strength in Comparative Example 1 is smaller than the drum strength in the base condition obtained by dry distillation without adding waste plastic. This is because the upper limit value of the waste plastic particle size used in Comparative Example 1 is outside the scope of the present invention.
[0057]
From the above, in the method of producing waste blast furnace coke by blending waste plastic with coal and carbonizing in a coke oven, it was possible to produce high strength blast furnace coke by adding waste plastic.
[0058]
[Table 1]
Figure 0004088054
[0059]
【The invention's effect】
According to the present invention, in the method of producing coke for blast furnace using waste plastic when coal is carbonized in a coke oven, the type of waste plastic is obtained by controlling the particle size of waste plastic to be a predetermined value or less and performing carbonization. It became possible to produce high-strength blast furnace coke depending on the production conditions.
[0060]
Moreover, since the addition rate of the waste plastic which can be used so that predetermined | prescribed coke intensity | strength can be satisfy | filled by adding to coal at the time of coke manufacture can be made high, the advantage that recycling of waste plastic can be made more effective is acquired. .
[0061]
For these reasons, according to the present invention, a large amount of waste plastic can be recycled, and its economic effect is extremely large.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing the relationship between plastic particle size and drum strength.
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a total expansion rate TD and drum strength.
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between plastic particle size and TD of coal to which plastic is added.
FIG. 4 is a diagram showing an outline of equipment of a coke oven that can be used in the production method of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Coke oven 2 ... Charge raw material hopper 3 ... Rising pipe 4 ... Vent pipe 5 ... Dry main 6 ... Gas cooler 7 ... Water tank 8 ... Caustic soda addition equipment 9 ... de-safe equipment 10 ... coal mixed with waste plastic

Claims (1)

コークス炉装入原料として石炭および廃プラスチックを用いるコークスの製造方法であって、前記廃プラスチックは、酸素を含まない脂肪族系であり、ドラム強度84以上のコークスを製造するために、前記廃プラスチックの添加率を0.3〜3質量%とし、a=0.013〜0.026、b=1〜2とし、該廃プラスチックの種類、廃プラスチックの添加率、石炭の全膨張率、および石炭装入嵩密度に基づき(1)式により該廃プラスチックの粒度上限値を求め、該粒度上限値以下の粒度に前記廃プラスチックを粉砕し、該廃プラスチックを前記石炭に均一に添加してコークスを製造することを特徴とする高炉用コークスの製造方法。
粒度上限値(mm)=(a・TD+b)・BD ・・・(1)
TD(%):JIS M8801に規定されたジラトメーター法による膨張性試験において測定される全膨張率指数、
BD(t/m3 ):石炭の装入嵩密度(乾燥石炭ベース)、
a,b:廃プラスチックの種類および添加率に応じて定まる定数。
A method for producing coke using coal and waste plastic as a raw material for charging a coke oven, wherein the waste plastic is an aliphatic system containing no oxygen, and the waste plastic is used to produce coke having a drum strength of 84 or more. the addition rate of the 0.3 to 3 wt%, a = from .013 to .026, and b = 1 to 2, the type of the waste plastics, the addition rate of the waste plastics, the total expansion ratio of the coal, and coal It obtains a particle size upper limit of the waste plastics by based on instrumentation Nyukasa density (1), by crushing the waste plastic into the particle size upper limit value or less of the particle size, the coke was uniformly added to the waste plastics into the coal A method for producing coke for blast furnace, characterized in that the coke is produced.
Upper limit of particle size (mm) = (a · TD + b) · BD (1)
TD (%): a total expansion index measured in the dilatometer test according to JIS M8801
BD (t / m 3): Charging bulk density of coal (based on dry coal),
a, b: Constants determined according to the type and addition rate of waste plastic.
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