JP4317495B2

JP4317495B2 - 含油スケールの脱油方法及び脱油装置

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Publication number: JP4317495B2
Application number: JP2004199245A
Authority: JP
Inventors: 守政一田; 佐藤　　裕; 仲道山崎
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2004-07-06
Filing date: 2004-07-06
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2024-07-06
Also published as: JP2006022346A

Description

本発明は、製鉄所等で発生する含油スケールから、油を、熱分解させることなく効率よく充分に脱油する方法と装置に関する。

製鉄所等では、熱延工程、冷延工程、線材工程等において、多量の含油スケールが発生する。この含油スケールは、酸化鉄、特に、ＦｅＯやＦｅ₂Ｏ₃を主成分としているので、製鉄原料として有効に再利用できるものであるが、そのためには、油分をできるだけ除去する必要がある。

含油量が０．５％以下程度（以下、「Ａスケール」という。）であれば、油分が熱分解して生成するガス等の熱分解生成物の量も少ないので、含油スケールを、脱油処理をせずそのまま製鉄原料として再利用できるが、含油量が０．５％以上程度であると（以下、「Ｂスケール」という。）、熱分解生成物が大量に発生するので、事前に脱油処理が必要となる。

しかし、例えば、Ｂスケールを高温に加熱して油分を熱分解すれば脱油できるが、大量に発生する熱分解生成物は大気汚染等の原因物質ともなるので、Ｂスケールの脱油には、脱油処理設備の他に、別途、熱分解生成物を無害化処理する大規模な設備が必要となる。

そのため、これまで、環境問題を起こすことなく、含油スケールを効率よく脱油する各種の脱油処理技術が提案されている。

例えば、特許文献１には、アルカリで油分を洗浄できることに着目し、アルカリ塩とポリオキシアルキレン誘導体を溶解した水溶液にスケールを投入し脱油する技術が開示されている。上記技術は脱油性に優れているが、洗浄液を含む洗浄設備の建設に費用がかかる点や、投入後の脱油処理に時間がかかる点が難点である。

含油スケールに係る技術ではないが、特許文献２には、金属又は非鉄金属の素材や被加工物の表面に、１５０〜６００℃の低圧及び高圧高温過熱蒸気を噴射し、上記表面に付着する油分を脱油する技術が開示されている。

この技術も脱油性に優れているが、油が熱分解する温度範囲の蒸気を被加工物の表面に噴射するので、表面付着油は熱分解し、別途、熱分解で生成する物質を含む水、ガス等を処理する技術が必要となる。結局、上記技術は、処理費用が嵩むという問題や、環境保護上の問題を抱えるものである。

特開２００３−２７１４７号公報特開平９−１４３７７５号公報

本発明は、アルカリ洗浄（特許文献１、参照）や、過熱蒸気噴射（特許文献２、参照）による脱油技術が抱える諸問題に鑑み、含油スケールの表面に付着する油分を、環境問題を起こすことなく安全に、かつ、効率よく脱油する方法と装置を提供することを課題とする。

本発明者は、含油スケールの表面に付着する油分を効率よく脱油する方法について鋭意検討した。そして、本発明者は、蒸気の脱油能力に着目し、油の熱分解を回避するため、油が熱分解する温度以下の温度に過熱した水の乾燥蒸気を用い、含油量０．５％以上のスケール（Ｂスケール）から油分を脱油する脱油試験を行った。

その結果、本発明者は、
（ｉ）油が熱分解する温度以下の温度に過熱した水の乾燥蒸気で、Ｂスケールから油分を充分に脱油できること、及び、
（ii）水の乾燥蒸気の脱油能力と蒸気飽和度との間には、脱油能力を最大化する最適蒸気飽和度範囲が存在すること、
を見出した。

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。

（１）油が熱分解する温度以下の温度に過熱した水の乾燥蒸気を含油スケールに接触させることを特徴とする含油スケールの脱油方法。

（２）前記油が熱分解する温度以下の温度が２２０℃以下の温度であることを特徴とする前記（１）に記載の含油スケールの脱油方法。

（３）前記油が熱分解する温度以下の温度が１００℃以上の温度であることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の含油スケールの脱油方法。

（４）前記乾燥蒸気の蒸気飽和度が２０〜８０％であることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の含油スケールの脱油方法。

（５）前記含油スケールが含油量０．５％以上のスケールであることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の含油スケールの脱油方法。

（６）前記乾燥蒸気の気流を含油スケールに接触させることを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載の含油スケールの脱油方法。

（７）油が熱分解する温度以下の温度に過熱した水の乾燥蒸気を含油スケールに接触させて脱油を行う脱油装置であって、少なくとも、（ａ）水の乾燥蒸気を、油が熱分解する温度以下の温度に過熱する蒸気過熱装置、及び、（ｂ）上記蒸気過熱装置から水の過熱乾燥蒸気を導入して含油スケールに接触させ、脱油を行う脱油処理装置、を備えることを特徴とする含油スケールの脱油装置。

（８）前記（７）に記載の含油スケールの脱油装置において、更に、
（ｃ）脱油処理装置から導出する含油蒸気から油分を分離回収する油分離回収装置、
を備えることを特徴とする含油スケールの脱油装置。

（９）前記（７）又は（８）に記載の含油スケールの脱油装置において、前記脱油処理装置に、含油スケールを連続的に送給、排出するとともに、前記蒸気過熱装置から水の過熱乾燥蒸気を連続的に導入、導出することを特徴とする含油スケールの脱油装置。

本発明によれば、製鉄所等で発生する含油スケールから、油分を、熱分解させることなく、効率よく脱油することができる。

まず、本発明の脱油方法について説明する。

本発明者は、バッチ式脱油処理装置、及び、流通式脱油処理装置を用い、油分が熱分解しない２２０℃以下の温度に過熱した水の乾燥蒸気を用い、その蒸気飽和度を種々変えて、表１に成分及び含油量を示す含油スケールの脱油試験を行い、蒸気飽和度が脱油率に及ぼす影響を調査した。

ここで、蒸気飽和度は、
蒸気飽和度＝（脱油処理装置内の蒸気圧／飽和蒸気圧）×１００（％）
で定義され、脱油処理装置内の湿度を示すものである。即ち、蒸気飽和度が低ければ、脱油処理装置内はより乾燥していて、蒸気の密度が低い状態にある。

バッチ式脱油処理装置を用い、含油量１．４０％の含油スケール（表１中、スケールＢ２）を、蒸気飽和度を種々変えた１３０℃及び１７０℃の水の乾燥蒸気中に１時間保持して行った脱油試験の結果を図１に示す。

図１に示すように、脱油率（図では、減量率（％）＝（スケールの初期重量−脱油処理後のスケールの重量）／スケールの初期重量×１００で示す）は、蒸気飽和度２０〜８０％で上昇していて、しかも、蒸気飽和度４０〜６０％で顕著に上昇している。

即ち、（ｉ）油が熱分解しない温度に過熱した水の乾燥蒸気で、Ｂスケールから油分を充分に脱油できるし、また、（ii）水の乾燥蒸気の脱油能力と蒸気飽和度との間には、脱油能力を最大化する最適蒸気飽和度範囲が存在する。

この点が、前述したように、本発明者が見出し、本発明の基礎とした知見である。そして、本発明においては、上記試験結果を踏まえ、蒸気飽和度２０〜８０％を好ましい範囲とし、同４０〜６０％をより好ましい範囲とする。

図１に示すように、過熱蒸気温度が１３０℃の場合の減量率は、水の過熱蒸気温度が１７０℃の場合の減量率より小さいので、本発明者は、脱油現象が発現する臨界過熱温度を確認する意図で、更に、水の乾燥蒸気の過熱温度と含油スケールの減量率の関係を調査した。

図２に、飽和蒸気度４０％の水の乾燥蒸気を用い、水の過熱蒸気温度を６０〜２００℃の範囲内で変えて、含油量１．４０％の含油スケール（表１中、スケールＢ２）の油分を脱油した結果を示す。

図２から、過熱蒸気温度６０℃においても脱油現象が発現するが、１００℃から脱油率が顕著に上昇することが解かる。それ故、本発明では、過熱蒸気温度の下限を、好ましくは１００℃とする。

また、図２から、過熱蒸気温度は高いほど好ましいことが解かるが、油分の熱分解を極力抑制するため、本発明においては、加熱蒸気温度の上限を、油分が熱分解しない温度とする。

この温度は、通常、油成分で変動するが、２２０℃であれば、油分の熱分解を確実に抑制することができるので、過熱蒸気温度の上限は２２０℃が好ましい。

ここで、油が熱分解しない温度に過熱した水の乾燥蒸気を用いて、含油スケールから油分を充分に脱油できる理由、及び、水の乾燥蒸気の蒸気飽和度に最適範囲が存在する理由について説明する。

まず、図３に、水の乾燥蒸気の存在下における脱油機構を模式的に示す。この脱油機構においては、水粒子３が、スケール表面１に付着している油粒子２を包み込んでスケール表面１から分離して脱油が進行する。

このように、油が熱分解しない温度に過熱した水の乾燥蒸気を用いれば、スケール表面に付着した油粒子を、油粒子のままの状態で包み込み、熱分解生成物を生成せずに分離することができるので、スケール表面の脱油を行うことができる。この点が、本発明の基礎をなす技術思想である。

そして、スケール表面において、脱油が効率よく充分に進行するか否かは、水粒子（脱油媒体として機能する）の親油性と存在量に大きく依存する。

水は、誘電率が低下すると有機物質に溶解し易くなる性質を有している。したがって、水粒子の誘電率が低いと、水粒子の親油性は良好であるが、この誘電率は、蒸気飽和度に比例する。即ち、水の乾燥蒸気の蒸気飽和度が低いと、水粒子の親油性は良好である。

しかし、水の乾燥蒸気の脱油能力は、脱油処理装置内の蒸気の密度状態（水粒子の存在量）、即ち、蒸気飽和度にも大きく依存する。

脱油処理装置内において水の乾燥蒸気の蒸気飽和度が低ければ、水粒子（脱油媒体）の誘電率は低く、親油性は良好であるから、図４に示すように、水粒子３（脱油媒体）は油粒子２に直ちに付着するが、水粒子３（脱油媒体）の量が少ないので、油粒子２を包み込んで、スケール表面１から分離する脱油が充分に進行しない。結局、水の乾燥蒸気の蒸気飽和度が低ければ、脱油量は少ない。

一方、脱油処理装置内において水の乾燥蒸気の蒸気飽和度が高ければ、図５に示すように、水粒子３（脱油媒体）は充分な量存在することになるが、水粒子３の誘電率が高くなり親油性が低下しているので、水粒子３は、脱油媒体として充分に機能せず、むしろ、水粒子３同士が凝集してしまい、脱油が進行しない。結局、水の乾燥蒸気の蒸気飽和度が高ければ、脱油は進行しない。

したがって、水の乾燥蒸気を用いる含油スケールの脱油においては、相反する二つの要因、即ち、スケール表面から油分を分離する機能を担う水粒子（脱油媒体）の量と親油性（誘電率）との兼ね合いで、水の乾燥蒸気の脱油能力を最大化する蒸気飽和度の最適範囲が存在することになる。

本発明は、上記上記飽和度の最適範囲を見出した点にも特徴があるものである。

次に、本発明の脱油装置について説明する。図７に、本発明の脱油装置の一態様を示す。図７において、蒸気発生装置４で発生した蒸気を、蒸気過熱装置５へ送給し、油が熱分解する温度以下の温度（好ましくは１００℃以上２２０℃以下）に過熱する。この時、過熱した水の乾燥蒸気の蒸気飽和度を、適宜、例えば、好ましくは２０〜８０％に、より好ましくは、４０〜６０％に調整する。

蒸気飽和度を適宜調整した水の過熱乾燥蒸気を、含油スケール（例えば、含油量０．５％以上のスケール）を収容した脱油処理装置６に導入し脱油を行う。

脱油処理装置６は、バッチ式及び流通式のいずれの脱油処理装置でもよいが、流通式の方が、図６に示すような脱油機構、即ち、スケール表面１に付着している油粒子３を水粒子３（脱油媒体）で迅速に包み込み、スケール表面１から、迅速に分離し運び去る脱油機構により、脱油を、より効率よく充分に行うことができる。

図８に、流通式脱硫処理装置の一態様を示す。含油スケールは、その所定量が、スケール装入口１３から連続的に装入され、スクリュー９の回転に伴い、脱油処理装置内を、攪拌されつつスケール排出口１４に向かって移動する。

この間、含油スケールは、蒸気送給スクリュー軸１２から送給され、蒸気導入口１１から脱油処理装置内に連続的に導入される水の乾燥蒸気に曝されて脱油が進行する。

脱油機能を果たした含油蒸気は、含油蒸気導出口１５から、微粒のスケールと分離するために設けたフィルター１０を経て、脱油処理装置の外に導出される。

脱油処理装置から導出された含油蒸気は、図７に示すように、蒸気冷却装置７を経て油分離回収装置８に送給され、そこで、油が分離回収される。なお、この油は、燃料等としてリサイクルされる。

油分が表面から分離、除去されたスケールは、ＦｅＯやＦｅ₂Ｏ₃が主成分で、全Ｆｅ量（表１中、Ｔ−Ｆｅ）が約７０％に達するものである（表１、参照）ので、製鉄原料や、その他の鉄原料、例えば、フェライト製造用原料としても利用できる可能性がある。

次に、本発明の実施例について説明するが、実施例の条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

（実施例１）
含油量１．８０％のスケール（表１中、スケールＢ3）１００ｇをバッチ式脱油処理装置内に収容し、１７０℃に過熱した過熱蒸気（蒸気飽和度４０％）を同装置内に送給し、１時間保持した。

その結果、含油量は０．２％に低減した。脱油後のスケールは、Ａスケールとしてリサイクルが可能なものである。

（実施例２）
図８に示す流通式脱油処理装置を用いて、含油量１．４０％のスケール（表１中、スケールＢ2）の脱油を行った。水の乾燥蒸気としては、過熱温度１３０〜２２０℃、蒸気飽和度４０〜６０％の水の乾燥蒸気を用いた。

送給する水の乾燥蒸気量、及び、スケール滞留時間を適宜調整して、脱油率を調査した。

その結果、含油量が０．３０％のスケールを、スケール排出口から連続的に得ることができた。脱油後のスケールは、Ａスケールとしてリサイクルが可能なものである。

前述したように、本発明によれば、製鉄所等で発生する含油スケールから、油分を、熱分解させることなく、効率よく脱油することができる。

このように、本発明によれば、製鉄所等で発生する含油スケールから、油分を、環境問題を起こすことなく、安全かつ効率よく脱油することができるし、また、含油スケールから油分を回収して、リサイクルすることができる。

したがって、本発明は、産業上かつ環境保護上の利用可能性の大きいものである。

水の乾燥蒸気の蒸気飽和度と含油スケールの減量率の関係を示す図である。水の乾燥蒸気の過熱温度と含油スケールの減量率の関係を示す図である。水の乾燥蒸気の存在下における脱油機構を模式的に示す図である。水の乾燥蒸気の存在下でも、図３に示す脱油機構が機能しない脱油態様を示す図である。水の乾燥蒸気の存在下でも、図３に示す脱油機構が機能しない別の脱油態様を示す図である。水の乾燥蒸気の気流中における脱油機構を模式的に示す図である。本発明の脱油装置の一態様を示す図である。脱油処理装置の一態様を示す図である。

符号の説明

１スケール表面
２油粒子
３水粒子
４蒸気発生装置
５蒸気過熱装置
６脱油処理装置
７蒸気冷却装置
８油分離回収装置
９スクリュー
１０フィルター
１１蒸気導入口
１２蒸気送給スクリュー軸
１３スケール装入口
１４スケール排出口
１５含油蒸気導出口

Claims

油が熱分解する温度以下の温度に過熱した水の乾燥蒸気を含油スケールに接触させることを特徴とする含油スケールの脱油方法。
前記油が熱分解する温度以下の温度が２２０℃以下の温度であることを特徴とする請求項１に記載の含油スケールの脱油方法。
前記油が熱分解する温度以下の温度が１００℃以上の温度であることを特徴とする請求項１又は２に記載の含油スケールの脱油方法。
前記乾燥蒸気の蒸気飽和度が２０〜８０％であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の含油スケールの脱油方法。
前記含油スケールが含油量０．５％以上のスケールであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の含油スケールの脱油方法。
前記乾燥蒸気の気流を含油スケールに接触させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の含油スケールの脱油方法。
油が熱分解する温度以下の温度に過熱した水の乾燥蒸気を含油スケールに接触させて脱油を行う脱油装置であって、少なくとも、
（ａ）水の乾燥蒸気を、油が熱分解する温度以下の温度に過熱する蒸気過熱装置、及び、
（ｂ）上記蒸気過熱装置から水の過熱乾燥蒸気を導入して含油スケールに接触させ、脱油を行う脱油処理装置、
を備えることを特徴とする含油スケールの脱油装置。
請求項７に記載の含油スケールの脱油装置において、更に、
（ｃ）脱油処理装置から導出する含油蒸気から油分を分離回収する油分離回収装置、
を備えることを特徴とする含油スケールの脱油装置。
請求項７又は８に記載の含油スケールの脱油装置において、前記脱油処理装置に、含油スケールを連続的に送給、排出するとともに、前記蒸気過熱装置から水の過熱乾燥蒸気を連続的に導入、導出することを特徴とする含油スケールの脱油装置。