JP4153627B2

JP4153627B2 - 成形コークスの製造方法

Info

Publication number: JP4153627B2
Application number: JP26607399A
Authority: JP
Inventors: 健次加藤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-09-20
Filing date: 1999-09-20
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2019-09-20
Also published as: JP2001089767A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉用コークスに用いられる成形コークスの製造方法に関し、特に原料に廃プラスチックを添加することを特徴とする成形コークスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炉用コークスとして用いられる成形コークスの製造方法が知られている。高炉用成形コークスの製造方法は、例えば特公昭６０−３８４３７号公報に示されているように、非微粘結炭を主配合とした原料炭を塊成化して成形炭とし、該成形炭を乾留することにより成形コークスを製造する方法である。その代表的な方法は、非微粘結炭を主配合とした配合炭にタール、ピッチ、石油アスファルトなどのバインダーを添加した後、高圧に加圧して塊成化して成形炭とし、該成形炭を竪型シャフト炉内で加熱ガスを熱媒として直接的に加熱・乾留する方法である。この方法で製造した成形コークスは、高炉用コークスとして高炉内に充填した場合に高炉内の通気抵抗が増加するという問題点を有していた。
【０００３】
成形コークスを使用したときの高炉内の通気抵抗を低減することを目的として、成形炭のサイズを大きくすることや形状を変えることによって成形コークスの粒度及び形状を変更し、高炉内に装入した場合の空隙率を増加させることにより通気抵抗を低減する方法が検討されており、例えば特開平６−５７２５８号公報、特開平６−５７２５９号公報、特開平６−５７２６０号公報等に開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、成形コークスのサイズや形状を変更するのみでは通気抵抗の低減にも限度があり、また形状を変化させた成形コークスの強度が弱い場合には高炉への輸送工程において成形コークスが割れてしまうため、高炉装入原料としての使用が困難になる。
【０００５】
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や一部焼却処理されている。廃プラスチックは、埋め立てにおいては土中の細菌やバクテリアで分解されず、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、及び環境問題の高まりから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、プラスチックとしての再利用のほか、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。
【０００６】
本発明は、気孔率が高く、かつ強度が高く、高炉内の通気抵抗を低減することのできる成形コークスの製造方法を提供すると同時に、廃プラスチックを熱分解ガスとしてリサイクルする方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の要旨とするところは以下のとおりである。
（１）粘結炭及び非微粘結炭を含み、粘結炭配合率が１０〜５０重量％である配合炭に、
平均粒径が成形炭の厚さの１／５以下とした廃プラスチックを添加して混合し、該混合物を加圧成形して成形炭とし、該成形炭をシャフト炉で乾留して成形コークスを製造することを特徴とする成形コークスの製造方法。
（２）配合炭１００重量部に対し、廃プラスチックを１〜５重量部添加して混合することを特徴とする上記（１）に記載の成形コークスの製造方法。
【０００８】
本発明は、成形コークスの製造に際し、非微粘結炭を主配合とする配合炭に廃プラスチックを添加することを特徴とする。廃プラスチックは成形コークス製造時の高温加熱によって熱分解し、その大部分は分解ガスとして揮発する。そのため、成形コークス原料である成形炭中に混合した廃プラスチック部分は成形コークス製造中に気孔となり、成形コークスの通気性を向上することができる。また、廃プラスチックが熱分解して発生した分解ガスは高カロリーのガスであり、コークス炉ガスに含まれて回収され、熱エネルギーとして再利用される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
一般に、石炭は粘結性は高いが高価である粘結炭と粘結性が低く廉価である非微粘結炭に分類される。成形コークス製造においては、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。いわゆる室炉式コークスが粘結炭を主配合として製造するのに対し、成形コークスは粘結炭配合率を下げ非微粘結炭を主配合として製造できる点に特徴がある。
【００１０】
本発明においては、原料とする配合炭は粘結炭及び非微粘結炭を含む。配合炭中の粘結炭の割合が５０重量％を超えると成形炭を乾留する際に過剰に膨れるため、粘結炭の割合の上限を５０重量％に規定する。また、粘結炭の割合が少なすぎると強度の高い成形コークスを製造できないため、粘結炭の配合割合の下限を１０重量％に規定する。
【００１１】
ここで非微粘結炭とは、一般にＪＩＳＭ８８０１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指数が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以下である石炭のことをいう。
【００１２】
配合炭中には、さらにバインダーとしてＳＯＰ、タール、ピッチ、石油アスファルト等を含有する。ＳＯＰとはソフトピッチのことであり、タールを蒸留してタール中の軽質油留分を除去した残留物のことである。
【００１３】
本発明の成形炭原料として配合炭に混合する廃プラスチックは、好ましくは配合炭１００重量部に対し、廃プラスチックを１〜５重量部添加して混合する。廃プラスチック添加量が１重量部未満では廃プラスチックリサイクルとして有効ではなく、また廃プラスチック添加量が５重量部以下であれば成形コークスの強度が十分に保たれるからである。
【００１４】
また、配合炭に添加する廃プラスチックの粒径が大きすぎると成形コークス内に亀裂が生じ、成形コークスの強度が低下するため、廃プラスチックの粒径は成形炭の１／３以下が好ましい。より好ましくは廃プラスチックの粒径は成形炭の１／５以下とする。ここで廃プラスチックの粒径は平均粒径を指し、成形炭の大きさは、成形炭の長さ、幅、厚さが異なる場合、そのうちの最も小さい値のものを指す。
【００１５】
粘結炭と非微粘結炭及びバインダーを所定の配合割合で配合した配合炭に廃プラスチックを混合し、加圧成形して成形炭を製造する。加圧成形にはダブルロール型成形機等を使用することができる。成形後の成形炭の形状は、例えば図２に示すような形状とする。成形炭の形状としては、枕型および中央部に凹型のへこみのある形状のものなどが好ましい。成形炭の１個あたりの重量が重過ぎると、成形炭の輸送、および乾留時に割れることがある。この割れを防止するために、成形炭の長さと幅については４０〜８０ｍｍの範囲が好ましい。また、成形炭の厚さは３０〜５０ｍｍ程度が好ましい。
【００１６】
成形炭を乾留して成形コークスとするためのシャフト炉を図１に示す。成形炭は、成形炭装入装置１から装入され、シャフト炉乾留室２内を順次降下する。乾留室２は低温ガス吹き込み羽口５及び高温ガス吹き込み羽口６を有し、各羽口には低温ガス加熱器１０及び高温ガス加熱器１１から成形炭加熱用ガスが供給される。乾留室２を順次降下する成形炭は、各羽口５、６からの熱ガスによって乾留温度に到達し、乾留されて成形コークスとなり、成形コークス排出口３から順次排出される。
【００１７】
各羽口５、６から乾留室に導入された高温ガス及び乾留によって発生した熱分解ガスは、循環ガス抜き出しダクト４から排出される。ガスは循環ガス冷却器９において安水のフラッシングを受けることによって冷却され、軽油およびタールを分離した後、一部のガスは再度各ガス加熱器１０、１１によって加熱され、乾留室２に循環する。残りのガスはコークス炉ガスとしてコークス炉ガス回収設備１６によって回収される。タールはタール回収設備１２によって回収される。安水は、安水回収設備１３で回収された後、苛性ソーダ添加設備１４によって苛性ソーダを添加することにより、安水中の塩化アンモニウムが塩化ナトリウムとアンモニアに転換され、その後アンモニアは脱安設備１５で気化除去される。
【００１８】
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は熱分解し、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なる。この分解ガスは、循環ガス中に含まれて循環ガス抜き出しダクト４から排出された後、コークス炉ガスとして回収される。廃プラスチックの熱分解によって発生した熱分解ガスは、以上のようにコークス炉ガスに含まれて回収されることによりエネルギー源として再利用される。また、残った炭素分はコークスの一部となって高炉で再利用される。
【００１９】
成形炭中において廃プラスチックが占めていた空間は、廃プラスチックが熱分解した結果として空洞となり、多数の空洞を有する成形コークスとなる。この空洞の存在により成形コークスの通気性が高まり、高炉での使用時に通気抵抗を低下することが可能になった。
【００２０】
塩素を含有する廃プラスチックを熱処理する場合、環境上十分に高い温度で熱処理を行なうことが必要である。本発明のように成形炭を竪型のシャフト炉で乾溜する場合、乾留中の温度は最高で１１００℃に到達する。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、１１００℃ではほぼ完全に分解する。従って、塩素含有廃プラスチックをシャフト炉で成形炭に混合して熱分解する限り、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。
【００２１】
塩素含有廃プラスチックを加熱し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して塩化アンモニウムとなる。この塩化アンモニウムは循環ガス冷却器９において循環ガスを冷却する安水中に取り込まれる。塩化アンモニウムが多量に蓄積した安水に、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塩化ナトリウムとアンモニアとに分解する。図１においては、苛性ソーダ添加設備１４において安水に苛性ソーダを添加する。
【００２２】
従来から、コークス炉には系外に取り出される安水を処理するための脱安設備１５が設置されている。脱安設備１５においては、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。安水中の塩化アンモニウムは上記のように脱安設備に入る前に水酸化ナトリウムによって塩化ナトリウムとアンモニアとになっているので、安水中に含まれていた窒素成分はすべてアンモニアの形で含有している。従って、脱安設備１５でアンモニアが気化除去される結果として、安水中の窒素成分は除去される。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しないので、このまま放流しても海水中の窒素分を増大する心配がない。
【００２３】
【実施例】
表１に示す原料炭を配合炭とし、表２に性状を示す廃プラスチックを配合した後、バインダーとしてＳＯＰを３％添加して混練し、線圧２ｔ／ｃｍの圧力で加圧成形して成形炭を製造した。成形炭の形状は図２に示すとおりである。各実施例の廃プラスチック添加率、添加した廃プラスチックの平均粒径、成形炭の長さ、幅、厚さは表３に示すとおりである。この成形炭を図１に示すシャフト炉で１１００℃（Ｎｏ．５のみ１１５０℃）の加熱ガスで乾留し、成形コークスを製造した。表３のＮｏ．１〜２が本発明例であり、Ｎｏ．３〜５が参考例であり、Ｎｏ．６〜１０が比較例である。
【００２４】
【表１】

【００２５】
【表２】

【００２６】
【表３】

【００２７】
成形コークスの強度はドラム強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅）によって評価した。コークスのドラム強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅）は、ＪＩＳＫ２１５１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１５００ｍｍ、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。本実施例においては、ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅が８２％以上であれば高炉用コークスとして良好な強度を有していると判断した。
【００２８】
成形コークスを高炉で使用したときの通気性は、成形コークスの気孔率によって評価した。通気抵抗の測定方法としては、半径６００ｍｍの通気抵抗測定装置に成形コークスを５００ｍｍの高さに充填し、下部からエアーを導入して、充填層の差圧を測定する方法を採用した。本実施例においては、気孔率が４０％以上であれば高炉用成形コークスとして良好な通気性を有していると判断した。
【００２９】
本発明例のＮｏ．１〜２は、廃プラスチックの添加率、粒度ともに好適な範囲にあり、ドラム強度は十分に高い値で高炉用コークスとしての良好な強度有し、気孔率も高い値であって高炉に用いた場合の通気抵抗を低減することができるので、いずれの場合も品質のよい成形コークスを製造することができた。
【００３０】
比較例のＮｏ．６は廃プラスチックを添加しない場合であり、コークス強度は高いものの気孔率が低く、高炉用コークスとして使用したときの高炉内通気抵抗を下げることができない。
【００３１】
比較例のＮｏ．７〜１０は、廃プラスチックを添加しているので成形コークスの通気率は良好であるものの、添加した廃プラスチックの平均粒径が成形炭の厚さの１／３を超えており、その結果得られた成形コークスのドラム強度がいずれも低く、高炉用コークスとしては十分な強度が得られなかった。
【００３２】
【発明の効果】
高炉用に用いる成形コークスの原料炭に廃プラスチックを添加することにより、気孔率が高く強度の高い良質な成形コークスを製造することが可能になった。これにより、成形コークスを高炉に用いた場合の高炉内通気抵抗を下げることができ、かつ廃プラスチックを有効にリサイクルすることが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いる成形コークス製造用シャフト炉を示す図である。
【図２】成形炭の形状を示す図である。
【符号の説明】
１成形炭装入装置
２シャフト炉乾留室
３成形コークス排出口
４循環ガス抜き出しダクト
５低温ガス吹き込み羽口
６高温ガス吹き込み羽口
７昇温ガス抜き出しダクト
８冷却ガス吹き込み羽口
９循環ガス冷却器
１０低温ガス加熱器
１１高温ガス加熱器
１２タール回収設備
１３安水回収設備
１４苛性ソーダ添加設備
１５脱安設備
１６コークス炉ガス回収設備

Claims

粘結炭及び非微粘結炭を含み、粘結炭配合率が１０〜５０重量％である配合炭に、平均粒径が成形炭の厚さの１／５以下とした廃プラスチックを添加して混合し、該混合物を加圧成形して成形炭とし、該成形炭をシャフト炉で乾留して成形コークスを製造することを特徴とする成形コークスの製造方法。
配合炭１００重量部に対し、廃プラスチックを１〜５重量部添加して混合することを特徴とする請求項１に記載の成形コークスの製造方法。