JP5929491B2

JP5929491B2 - アブラ椰子核殻の有効活用方法

Info

Publication number: JP5929491B2
Application number: JP2012109457A
Authority: JP
Inventors: 尊三川口; 浩紫冨田; 公平砂原; 応樹原; 剛正保; 橋本　昌樹; 昌樹橋本
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2012-05-11
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2032-05-11
Also published as: JP2013237717A

Description

本発明は、アブラ椰子核殻を回転キルンによって炭化・乾留処理することにより、低揮発性であってしかも燃焼性の良好な固体炭化物として高炉や焼結機など製鉄用の炭材に利用し、さらには、乾留ガスとして発電用や鋼材加熱用の燃料に利用するアブラ椰子核殻の有効活用方法に関する。

地球温暖化ガスとしての炭酸ガスの発生を抑制するために、バイオマスやバイオマスを炭化・乾留した炭化物であるバイオマス炭の使用が注目されている。バイオマスはエネルギー源としての生物体であり、特に、植物バイオマスは、燃焼させるなどしてエネルギー源として消費すると分解して炭酸ガスに戻るが、太陽光によって炭酸ガスと水を光合成して成長し、短期間の循環サイクルを形成する。そのため、植物バイオマスは、地下資源エネルギーである石炭や石油などとは異なり、「カーボンニュートラル」材と称され、エネルギー源としての消費により炭酸ガスに戻っても炭酸ガス発生量には関与しないと考えられている。

バイオマスの一種であるアブラ椰子は、油の採取を目的として、主に赤道直下でプランテーション栽培がなされている。アブラ椰子の実は、油分の多い果実であるが、中心には核とよばれる硬い種子が存在する。この核の外側は堅く緻密な殻で覆われている。採油に際しては、アブラ椰子の実を粉砕して、油分、油カス、核殻に分離する。油分は食糧や燃料エネルギーとして利用されるが、アブラ椰子核殻（ＰａｌｍＫｅｒｎｅｌＳｈｅｌｌ：以下、「ＰＫＳ」ともいう）は副産物で、メジアン粒径が８ｍｍ程度の粒状破片である。

表１にＰＫＳの主要成分および発熱量を例示する。

ＰＫＳは主に暖房用などの燃料として使用されるが、最近は、直接燃焼させ、またはガス化して燃焼させることにより発電するバイオマス発電の原料としても使用されている。

さらに、アブラ椰子核殻（ＰＫＳ）を炭化・乾留して得られる炭化物（アブラ椰子核殻炭：この炭化物を、以下「ＰＫＳ炭」ともいう）は、活性炭として化学吸着材などに使用されているが、一方で、冶金用コークス等の代替としての利用技術の開発も進められている。製鉄所の焼結機や高炉では、炭材として多量の石炭やコークスを使用するため多量の炭酸ガスを排出しており、この炭酸ガス排出量の削減が要請されているが、カーボンニュートラル材であるアブラ椰子核殻（ＰＫＳ）の炭化物（ＰＫＳ炭）を焼結機や高炉で炭材として利用することができれば、炭酸ガス排出量の削減に寄与できるからである。

例えば、特許文献１には、焼結工程において、炭材として使用するコークスの一部を硫黄分や窒素分の少ないバイオマス炭化物により代替し、コークス燃焼時に発生するＮＯ_X、ＳＯ_Xを低減する技術が開示されている。しかしながら、バイオマス炭化物を多量に配合すると焼結性が悪化するという問題も提起されている。特許文献１では、使用したバイオマス炭化物の化学組成および水分が開示されているのみであるが、良好な焼結性を確保するためには、バイオマス炭化物の性状が重要であり、原料となるバイオマスを含めて、バイオマス炭化物の種類を適切に選択する必要があると考えられる。

特許文献２には、回転キルンにより粉砕性指数（ＨＧＩ）が４５以上の性状を有するバイオマス炭を製造し、微粉炭の代替として高炉吹き込み用原料に使用し、炭酸ガス排出量を低減する技術が開示されている。しかし、ヤシの殻のような硬質なものから製造した炭化物は、ＨＧＩが３５と低く粉砕性が悪く、さらに、高炉吹き込み用原料として使用するには燃焼性の改善が必要と考えられる。

また、特許文献３には、ヤシガラ（ＰＫＳ）を内燃式の回転キルンにより炭化処理し、ＰＫＳ炭を製造する方法および装置が開示されている。しかし、特許文献３に記載される方法では回転キルン内におけるＰＫＳの流れと乾留ガスの流れが逆方向の向流タイプの回転キルンを用いており、後述するように、炭化処理中における固定炭素の焼損防止、さらには揮発分の除去が十分ではない。

特開２００３−３２８０４４号公報特開２０１１−１１７０７５号公報特許４５６７１００号公報

上述したように、製鉄所の焼結機や高炉では炭材として多量の石炭やコークスを使用するため炭酸ガスの排出量がきわめて大きい。具体的に説明すると、一貫製鉄所では、鉄鉱石原料を塊成化処理する焼結機、その塊成化原料を還元・溶融させる高炉、溶融銑鉄を鋼に精錬し鋼塊にする製鋼工場、鋼塊を加工する工場、これら工場に電気を供給する発電所がある。さらに、石炭を乾留処理してコークスを製造するコークス炉が存在する場合もある。焼結機のエネルギー源は無煙炭とコークスである。高炉のエネルギー源も石炭とコークスで、石炭は高炉下部にある羽口から微粉砕されて吹き込まれ、コークスは炉頂から装入される。

高炉炉頂からガスが生成する。コークス炉は石炭を原料として、コークスとガスを製造する。発電所や加工工場には加熱用のエネルギーが必要であり、コークス炉から発生するガス、高炉から発生するガス、重油、ＬＮＧ，ＬＰＧなどさまざまなエネルギーが供給され、使用されている。しかし、一貫製鉄所内のエネルギー消費の大部分は溶融した鉄を製造する焼結機、高炉での消費によるものであり、焼結機、高炉のエネルギー源である石炭が一貫製鉄所全体の主要なエネルギー源となっている。このため、多量の炭酸ガスが発生し、一貫製鉄所の炭酸ガス発生量は、国内集計の約１３％を占める。

ところで、この炭酸ガス発生量が多いのは、一貫製鉄所がエネルギーを多量に使用するばかりでなく、エネルギー源の大部分が石炭に由来することにも起因している。石炭はＣ成分を８０質量％程度含むため、単位エネルギー（ＧＪ）あたりの炭酸ガス発生量が平均９０ｋｇ−ＣＯ₂で、他の燃料に比べて極めて高い。一般にエネルギー源としては、重油、ＬＮＧ、ＬＰＧなどがあるが、これらの燃料も、石炭に比べて炭酸ガス発生量が少ないものの、多量の炭酸ガスを発生させる。

この炭酸ガス排出量を削減するためには、「カーボンニュートラル」材と称されるバイオマスを炭化したバイオマス炭の使用が有効であり、石炭やコークスの代替として利用する技術開発が行われてきた。しかし、前掲の特許文献１〜３に記載される技術においては、焼結機の炭材としての多量配合時における焼結性の悪化（特許文献１）、ＰＫＳ炭の高炉吹き込み用原料としての使用時における低粉砕性および燃焼性の改善（特許文献２）、ＰＫＳ炭の回転キルンによる製造条件の改善（特許文献３）等、種々の課題がある。

さらに、ＰＫＳ炭のようなバイオマス炭を製鉄所の焼結機や高炉で炭材として使用する場合、一般に、バイオマス炭は補完的な炭材として使用されることとなるが、焼結機と高炉のそれぞれにおいて適切な炭材を選択することとすれば、焼結機では揮発分の低い炭材が必要とされ、高炉では燃焼性の良好な炭材が特に望まれる。そのため、製鉄所全体ではそれら炭材の調達や製造が煩雑になる。一方、この問題を回避するために一種類のバイオマス炭を使用することとすれば、焼結機で使用するという前提から揮発分の低い炭材が必要とされるので、揮発分が低くかつ燃焼性がよい炭材の選択が難しくなるという問題が生じる。揮発分が高い炭材は着火しやすいので一般的に燃焼性がよいが、揮発分の低い炭材はその逆の傾向を示すからである。

本発明はこのような実状に鑑みてなされたもので、バイオマスとしてのアブラ椰子核殻（ＰＫＳ）に注目し、この椰子核殻を回転キルンによって炭化・乾留処理し、低揮発性であってしかも燃焼性の良好な固体炭化物として、一貫製鉄所のエネルギー源の一部、特に、高炉や焼結機などで製鉄用の炭材に利用し、さらには、乾留ガスとして発電用や鋼材加熱用の燃料に利用するとともに、温暖化ガスとしての炭酸ガスの発生を抑制することができるアブラ椰子核殻の有効活用方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明者らは、高炉および焼結機で一種類のバイオマス炭を使用することを前提として、低揮発性であって、しかも燃焼性が良好なバイオマス炭を得ることができるバイオマス原料について調査した。

バイオマス炭を焼結機で炭材として使用する場合、発熱源である炭材の燃焼性が良好であれば、より速く焼結させることができ、焼結機の生産性が向上する。しかし、焼結プロセスでは昇温が急速であるため、炭材の揮発分が１０質量％を超えると、燃焼前に揮発成分が未燃焼のままで排ガスに含有されることとなり、操業に支障を来す。従って、焼結用炭材としては揮発分が１０質量％以下で燃焼性が良好なものが望まれる。

一方、バイオマス炭を高炉吹き込み用の炭材として使用する場合、バイオマス炭を微粉とし、羽口から空気と微粉炭材とを吹き込み、高温燃焼させて還元に必要なガスを生成させる。この時、羽口から吹き込まれる炭材の燃焼性が良好であれば、還元ガス生成効率が良好となり、高炉の生産性が向上する。

高炉および焼結機の生産性向上のためには、上述したように炭材の燃焼性が良好であることが重要である。炭材の燃焼性を決定する因子として、炭材の着火温度、揮発分およびミクロな比表面積（表面の微細な亀裂や細孔を考慮した比表面積）などが考えられる。揮発分が高い炭材は着火しやすいので一般的に燃焼性がよいが、焼結用炭材では設備上の制約から揮発分を低くする必要がある。そのため、着火温度を低下させるか、または比表面積を大きくしなければ、燃焼性は良好とはならない。

本発明者らは、このような条件（揮発分が低く、燃焼性が良好）を満たす炭材の原料となるバイオマスのサイズとしては、粒径１０ｍｍ程度の粒状のものが適切であると考えた。大き過ぎると揮発成分の除去に時間を要して炭材製造の生産性が悪くなり、また、微粉サイズまで粉砕処理をすると、直接ガス加熱により高温炭化処理をした場合に、燃焼ガスにより吹き飛ばされるという現象が起こり、炭化・乾留処理が困難となるからである。さらに、高温炭化処理をして得られる固体炭化物の性状としては、揮発成分が１０質量％以下で、比表面積が大きく、着火温度の低いこと（すなわち、燃焼性が良好であること）が望ましい。

検討の結果、これらの条件を満たすものとして、アブラ椰子核殻（ＰＫＳ）が最適であるとの結論に達し、本発明においては、バイオマス原料としてＰＫＳを用いることとした。前述のように、ＰＫＳは、アブラ椰子の実を粉砕して油を採取する過程で粒径（メジアン粒径）が８ｍｍ程度の粒状破片となり、さらに、高温炭化処理をすることにより、低揮発性であって、しかも燃焼性の良好なバイオマス炭を得ることができるからである。

一般にバイオマスの炭化・乾留処理方法としては、生産性が良好であるという観点から連続式回転キルンが活用されている。回転キルンは、メジアン粒径が８ｍｍ程度の粒状破片となった前記アブラ椰子核殻（ＰＫＳ）の加熱処理にも適している。

回転キルンの加熱方式としては、被処理固体と加熱用ガスを分離した外熱式と、キルン内に可燃ガスおよび空気を送通して燃焼させる内燃式に分かれる。ＰＫＳには、他のバイオマスと異なり、０．５質量％程度の油分が存在しており、外熱式の回転キルンでＰＫＳを炭化・乾留処理した場合には、この油分が低温で揮発しトラブルを引き起こしやすい。また、外熱式の場合には、処理温度が低く、揮発分が十分に除去されないという問題がある。

一方、内燃式の回転キルンで炭化・乾留処理した場合には、ＰＫＳに含まれる油分が着火を助け、燃焼を良好に行えるという利点がある。高温での加熱が行えるので、ＰＫＳ中の揮発成分のよりすみやかな除去が可能となる。また、空気による賦活作用や急速に加熱されることにより、ＰＫＳ炭表面に亀裂をはじめ多くの微細孔が発生して、ＰＫＳ炭のミクロな比表面積も大きくなるという利点がある。

そこで、本発明においては、バイオマス（ここでは、ＰＫＳ）の炭化・乾留処理方法として、内燃式の回転キルンを用いることとした。

本発明者らは、このような前提の下でアブラ椰子核殻（ＰＫＳ）を炭化・乾留処理し、低揮発性であってしかも燃焼性の良好な固体炭化物（ＰＫＳ炭）として、製鉄所のエネルギー源の一部、特に、高炉や焼結機などで製鉄用の炭材に利用するとともに、炭酸ガスの発生を抑制することができるアブラ椰子核殻の有効活用方法を確立することができた。なお、以下において、アブラ椰子核殻（ＰＫＳ）および固体炭化物（ＰＫＳ炭）に含まれる各成分の含有量をあらわす「％」は「質量％」を意味する。

本発明は、下記のアブラ椰子核殻の有効活用方法を要旨とする。
すなわち、高炉および焼結機を保有する製鉄所におけるアブラ椰子核殻の有効活用方法であって、アブラ椰子核殻と空気を質量比（空気／アブラ椰子核殻）で０．５〜１．６の割合で回転キルンの同一端部から投入し、該投入端部の点火バーナーによりアブラ椰子核殻に着火させ、部分燃焼させることによって炭化・乾留処理を行い、得られた固体炭化物を、高炉および焼結機の炭材原料の一部として使用することを特徴とするアブラ椰子核殻の有効活用方法である。

本発明のアブラ椰子核殻の有効活用方法において、さらに、前記回転キルンの点火バーナー側とは反対側の端部から排出される乾留ガスを、発電用および／または鋼材加熱用の燃料として使用することとする実施の形態（実施形態１）を採ることが望ましい。

本発明のアブラ椰子核殻の有効活用方法（実施形態１を含む）において、前記固体炭化物を、窒素気流により高炉および／または焼結機に流送することとする実施の形態（実施形態２）を採ることが望ましい。

本発明のアブラ椰子核殻の有効活用方法によれば、この椰子核殻（ＰＫＳ）を回転キルンによって炭化・乾留処理し、低揮発性であってしかも燃焼性の良好な固体炭化物（ＰＫＳ炭）として、一貫製鉄所のエネルギー源の一部（高炉や焼結機などで製鉄用の炭材）に利用し、さらには、乾留ガスとして発電用や鋼材加熱用の燃料に利用することができる。ＰＫＳはカーボンニュートラル材であることから、炭酸ガス排出量の削減にも寄与できる。

本発明のアブラ椰子核殻の有効活用方法の説明図である。本発明の方法で使用する回転キルンにより得られた固体炭化物を高炉で使用する場合の原料フローを例示する図である。本発明の方法で使用する回転キルンにより得られた固体炭化物を焼結機で使用する場合の原料フローを例示する図である。ＰＫＳの炭化・乾留実験で用いた装置の概略構成を示す図で、（ａ）は並流型の回転キルンを備える場合、（ｂ）は向流型の回転キルンを備える場合である。焼結鍋試験装置の概略構成を示す図である。ＰＫＳ炭の輸送試験装置の概略構成を示す図である。

本発明のアブラ椰子核殻の有効活用方法は、高炉および焼結機を保有する製鉄所における椰子核殻（ＰＫＳ）の有効活用方法である。前述したように、製鉄所の、特に焼結機や高炉では、炭材として多量の石炭やコークスを使用するため炭酸ガスの排出量がきわめて大きいことから、製鉄所においてカーボンニュートラル材と称されるバイオマスとしてのＰＫＳを有効活用することを前提とした方法である。

本発明のＰＫＳの有効活用方法は、ＰＫＳを炭化・乾留処理するために回転キルンを使用する。回転キルンは、ロータリーキルンとも称される周知の化学装置で、本体は中空円筒状であり、水平に対してわずかに傾斜して配置される。上方となる一端に処理される固体の投入口があり、投入された固体は、回転する傾斜円筒の中を上方から下方へ移動する。処理される固体の性状（粒度分布、表面形状、密度等）や操業条件（温度、滞留時間等）を考慮して、設備設計（サイズや傾斜角度）や操業設計（回転数等）が行われる。

本発明で使用する回転キルンは、前述のように、燃焼を良好に行うことができ、高温での加熱が可能で、得られる固体炭化物（ＰＫＳ炭）のミクロな比表面積も大きくなるという利点を有する内燃式回転キルンである。

図１は、本発明のＰＫＳの有効活用方法の説明図である。同図には、回転キルンを用いて炭化・乾留処理を行い、得られた固体炭化物（ＰＫＳ炭）を高炉および焼結機の炭材原料の一部として使用する方法（同図において、一点鎖線で囲んだ部分）、ならびに、前記ＰＫＳ炭の炭材原料としての使用に加え、回転キルンから排出される乾留ガスを発電用および／または鋼材加熱用の燃料として使用する方法（同図において、破線で囲んだ部分）を例示している。なお、この例では、回転キルンから排出された乾留ガスを清浄化するための装置も図示している。

図１に示すように、本発明のＰＫＳの有効活用方法（ここでは、一点鎖線で囲んだ部分を指す）は、アブラ椰子核殻（ＰＫＳ）１と空気２を質量比（空気／アブラ椰子核殻）で０．５〜１．６の割合で回転キルン３の同一端部から投入し、この投入端部の点火バーナー４によりＰＫＳ１に着火させ、部分燃焼させることによって炭化・乾留処理を行い、得られた炭化物（ＰＫＳ炭）５を高炉６および焼結機７の炭材原料の一部として使用する方法である。

ここで、回転キルンに投入するＰＫＳと空気の質量比（空気／アブラ椰子核殻）を０．５〜１．６の割合とするのは、前記質量比が０．５未満であると、燃焼発熱量が少なすぎてキルン内の最高温度が７００℃に達しないため、成品である炭化物（ＰＫＳ炭）に残留する揮発分が多く、質量比が１．６を超えるとＰＫＳ炭そのものが燃焼してしまい、ＰＫＳ炭の灰分が高くなり過ぎるからである。望ましい供給空気量は、ＰＫＳの供給量と等質量程度（前記質量比０．８〜１．２）である。

ＰＫＳと空気を回転キルンの同一端部から投入する（すなわち、回転キルン内のＰＫＳと空気の流れが同一方向である並流型の処理を採用する）のは、キルン内のＰＫＳと空気の流れが逆方向となる向流型の処理の場合、回転キルンから排出される乾留ガスがキルン内に投入されるＰＫＳを投入側に押し戻すように作用するため、処理される固体が回転キルン内で滞留する傾向があり、局所的に被処理固体による断面占有率が上昇する等の現象が発生するからである。

この現象は、ＰＫＳのようなバイオマス原料においては、被処理固体が軽量であると同時に、多量の乾留ガスを発生させ空塔ガス流速が高くなるので、より顕著にあらわれる。その結果、内燃式回転キルンで向流型の処理をすると、残留揮発分や燃焼性が均一とならずに斑ができ易く、並流型の処理に比べてＰＫＳ炭の性状が劣る傾向がある。すなわち、本発明の方法で採用する並流型の処理の方が、後述する実施例に示すように、向流型の処理を行った場合に比べて、ＰＫＳにおける揮発分の除去が良好で、微細孔が発生し易くなり、ＰＫＳ炭の比表面積が大きくなって燃焼性が良好となる。

また、特に規定してはいないが、回転キルンに投入する原料としてのＰＫＳの水分は５．０％以下とするのが望ましい。内燃式回転キルン内では、ＰＫＳの分解により発生したガスと燃焼用空気が存在し、非常に高いガス空塔流速となっている。そのため、並流型回転キルンを使用することでＰＫＳ炭の性状に斑（不均一）が生じないとしても、被処理固体が下流に吹き飛ばされ流される傾向があるので、乾留ガス量を低く抑える必要があるからである。さらに、原料ＰＫＳが高い水分を有すると着火性が悪くなってＰＫＳ炭の生産効率が悪化するのでそれを回避するためでもある。

回転キルン３で炭化・乾留処理されたＰＫＳ１は、回転キルンの点火バーナー側とは反対側の端部から炭化物（ＰＫＳ炭）５として排出され、冷却される。冷却されたＰＫＳ炭５は高炉６や焼結機７に移送される。ＰＫＳ炭５は揮発分が低く、燃焼性の高い炭材なので、高炉６および焼結機７において、その生産性を向上させることができる。

図２は、本発明の方法で使用する回転キルンにより得られたＰＫＳ炭を高炉で使用する場合の原料フローを例示する図である。図２に示すように、高炉では、炉頂部から塊状の焼結鉱等の鉄鉱石類１４と塊コークス１５を装入するとともに、炉下部羽口から空気１６と微粉炭材としての石炭１７ｂを吹き込み、高温燃焼させて還元に必要なガスを生成させる。本発明の方法で用いる回転キルンにより得られたＰＫＳ炭は、炭材（ＰＫＳ炭１７ａ）として使用される。

図３は、本発明の方法で使用する回転キルンにより得られたＰＫＳ炭を焼結機で使用する場合の原料フローを例示する図である。図３に示すように、焼結機では、粉状鉄鉱石１８に溶材１９（石灰石粉）、返鉱２０および炭材としての粉コークス２１ａ、無煙炭２１ｂを添加して混合・造粒２２した後、当該造粒物によって約６０ｃｍ厚さの充填層である焼結ベッド２３を形成させる。次いで、焼結ベッド２３表面に点火し、空気を下方へ吸引することにより焼結化反応を行わせて塊状焼結鉱２４とし、粉状鉄鉱石１８等の粉状原料を塊成化するのであるが、本発明の方法により得られたＰＫＳ炭は炭材（ＰＫＳ炭２１ｃ）として使用される。

本発明のＰＫＳの有効活用方法で使用する回転キルンにより得られる炭化物（ＰＫＳ炭）は、低揮発性であって、しかも燃焼性が良好なので、上記のように、製鉄所の焼結機や高炉においてコークスや石炭の代替として使用することが可能であり、炭酸ガス排出量の削減に寄与することができる。

図１に示す本発明のＰＫＳの有効活用方法（ここでは、破線で囲んだ実施形態１に該当する部分を指す）は、回転キルン３の点火バーナー４側とは反対側の端部から排出される乾留ガス８を、発電所１２および/または加工工場１３で、発電用および鋼材加熱用の燃料として、またはそれらの何れか一方に用いる燃料として使用する方法である。この例では、回転キルンから排出された乾留ガスを清浄化するためのガス清浄冷却装置（ガス清浄装置９および冷却脱湿装置１０）も図示している。なお、乾留ガスは、ガス清浄冷却装置を経た後、発電所１２および／または加工工場１３での使用に先立ち、一旦乾留ガスホルダー１１に送られる。

この実施形態１の方法では、回転キルンにより得られるＰＫＳ炭を、製鉄所の焼結機や高炉においてコークスや石炭の代替として使用することに加え、同じく回転キルンにより得られる乾留ガスを、発電所や加工工場における発電用や鋼材加熱用のエネルギーとして使用することになる。したがって、カーボンニュートラル材であるＰＫＳの有効活用の範囲を製鉄所内でより広範囲に拡げ得ることとなり、製鉄所における炭酸ガス排出量の削減に大きく寄与することができる。

前記の実施形態２のＰＫＳの有効活用方法は、上述したＰＫＳ炭を、窒素気流により高炉および焼結機の何れか一方または両方に流送する方法である。

ＰＫＳ炭の流送に窒素気流を使用するのは、後述する実施例に示すように、空気流を使用する場合に比べて流送処理後のＰＫＳ炭の比表面積が大きく、着火温度が低下する（すなわち、燃焼性が良好になる）からである。

ＰＫＳ炭の気流による搬送が可能となれば、ハンドリングに人手を煩わすことなく、短時間に大量のＰＫＳ炭を移送できるので、本発明の方法を製鉄所内で実施する上で多大な効果が期待できる。

以上述べた本発明のアブラ椰子核殻（ＰＫＳ）の有効活用方法によれば、ＰＫＳを炭化・乾留処理して得られる炭化物（ＰＫＳ炭）を高炉や焼結機などで製鉄用の炭材として、さらには、得られる乾留ガスを発電用および／または鋼材加熱用の燃料として有効に利用することができる。ＰＫＳはカーボンニュートラル材であることから、製鉄所における炭酸ガス排出量の削減に大きく寄与することができる。

（実施例１）
表２に示す設備仕様を有する回転キルンを用いてＰＫＳの炭化・乾留実験を実施し、ＰＫＳ炭と乾留ガスを採取して確認評価を行った。基本操業条件を表２に併せて示す。表２において、回転キルンの「傾斜勾配」は、水平に対してわずかに傾斜させて配置した回転キルンの下方側（被処理固体の排出側）端面における軸心位置と上方側（被処理固体の投入側）端面における軸心位置間の垂直距離を当該両位置間の水平距離で除した数値で示している。また、点火バーナーに供給するＬＰＧ量は毎分当たりの供給熱量に換算して表示した。

図４は、ＰＫＳの炭化・乾留実験で使用した装置の概略構成を示す図で、（ａ）はＰＫＳ原料と乾留ガスの流れが同一方向となる並流型の回転キルンを備える場合、（ｂ）はＰＫＳ原料と乾留ガスの流れが逆方向となる向流型の回転キルンを備える場合である。図４において、白抜き矢印は乾留ガスの流れを表す。

図４（ａ）に示した並流型の回転キルンを使用する場合は、ＰＫＳ１を供給ホッパー２５に入れ、スクリューフィーダーにより切り出し、回転キルン３の上方側端部からキルン内に投入する。回転キルン３は上方側から下方側に向けて下り傾斜勾配が付けられており、原料ＰＫＳ１はキルン３の回転にともなって下方側に移動する。また、ＰＫＳ投入側（上方側）端部には、点火用のバーナー４が設置されており、このバーナー４によって投入されたＰＫＳ１は着火する。さらに、同端部には燃焼用空気を送る管が設けられており、下方側に向けて空気が供給される。

回転キルン３内では、着火したＰＫＳはゆるやかな回転運動が与えられ、供給された空気によって部分的に燃焼する。燃焼に伴う発熱によりＰＫＳは炭化・乾留され、熱分解にともなって揮発ガスが生成する。揮発したガスの一部は供給空気により燃焼し発熱する。部分燃焼したガスは下方側に向かって流れ、炭化・乾留処理されたＰＫＳ炭５とともに排出される。排出された乾留ガスは、ガス清浄冷却装置２６によりダストおよびタールが除かれ、流量計２７で流量測定された後、燃焼装置２８で処理される。必要に応じて、組成分析計２９で組成分析を行う。

図４（ｂ）に示した向流型の回転キルンを使用する場合は、供給ホッパー２５から切り出されたＰＫＳ１が、点火バーナー４および空気投入口が設置されている側とは反対側（こちら側がキルンの上方側になる）からキルン内に投入され、下方側に移動する。回転キルン３内で炭化・乾留処理されたＰＫＳ炭５はバーナー４および空気供給管の設置側から排出される。一方、上方側から排出された乾留ガスは、図４（ａ）に示した並流型の回転キルンを用いた場合と同様に、ガス清浄冷却装置２６で処理され、所定の測定および分析が行われ、最終的には燃焼装置２８で処理される。

表３に、図４（ａ）に示した並流型の回転キルンを用いた場合、および図４（ｂ）に示した向流型の回転キルンを用いた場合において、それぞれ供給空気質量がＰＫＳ供給質量と等量（１６０ｇ／ｍｉｎ；表２参照）の条件で炭化・乾留処理をして製造したＰＫＳ炭と乾留ガスについての性状および回収量を対比して示す。

ＰＫＳ炭の回収率｛（ＰＫＳ炭の回収量／原料ＰＫＳ供給量）×１００｝は、並流型キルンを用いた場合および向流型キルンを用いた場合のいずれにおいても２９％程度であった。また、除湿後の乾留ガス回収量（乾留ガス中のＨ₂Ｏ成分は冷却過程で除去される）は、並流型キルンを用いる場合および向流型キルンを用いる場合のいずれにおいても、原料ＰＫＳ供給量（１６０ｇ／ｍｉｎ）に対してほぼ１．５倍であった。

製造されたＰＫＳ炭の真発熱量は３０ＭＪ／ｋｇと２７ＭＪ／ｋｇで、並流型の回転キルン用いた場合の方が、より発熱量の高いＰＫＳ炭を得ることができた。

回収された乾留ガスはＣＨ₄、Ｈ₂、ＣＯの各成分を含み、真発熱量は、並流型キルンを用いた場合および向流型キルンを用いた場合でそれぞれ７４２０ｋＪ／ｄｒｙ−Ｎｍ³、７０８３ｋＪ／ｄｒｙ−Ｎｍ³であり、並流型の回転キルンを用いる方が発熱量の高い乾留ガスを得ることができた。

さらに、ＰＫＳ炭の比表面積についても、並流型キルンを用いた場合および向流型キルンを用いた場合でそれぞれ２２５ｍ²／ｇおよび８３ｍ²／ｇであり、ＰＫＳ炭の固定炭素についても、それぞれ８７％および８１％で、並流型の回転キルンを用いた場合の方が、より良質のＰＫＳ炭を得ることができた。

このＰＫＳ炭化実験により、ＰＫＳ炭の回収率および除湿後の乾留ガス回収量は同程度であるが、ＰＫＳ炭の発熱量および固定炭素については、並流型の回転キルンを用いた場合の方が高く、比表面積についても、並流型の回転キルンを用いた場合の方が向流型の回転キルンを用いた場合に比べてかなり大きく、燃焼性が良好であることが確認できた。

（実施例２）
炭材としてＰＫＳ炭、コークス、または無煙炭を使用して焼結鍋試験を行い、成品歩留、焼結時間および生産率を調査した。ＰＫＳ炭については、図４（ａ）に示した並流型の回転キルンにより得られたＰＫＳ炭、および図４（ｂ）に示した向流型の回転キルンにより得られたＰＫＳ炭を使用した。

図５は、焼結鍋試験装置の概略構成を示す図である。同図に示すように、この装置は、底部側に風箱３０を有し、その上方にグレート３１が取り付けられた容器（鍋）３２と、排風ブロワー３３を備えている。試験では、粉状鉄鉱石、溶材および返鉱に炭材３５を混合造粒した原料３４を容器３２内のグレート３１上に装入して焼結ベッドを形成させ、焼結ベッドの表面に点火し、排風ブロワー３３により空気を下方へ吸引して焼結化反応を行わせた。造粒原料３４については、実機で使用している粉状鉄鉱石、溶材および返鉱を混合したものに炭材を添加して製造し用いた。

表４に試験結果を示す。表４において、「成品歩留」とは、（篩上焼結鉱／炭材を含まない造粒原料）×１００（％）により求められる歩留りである。なお、「篩上焼結鉱」とは、製造された焼結鉱を所定の目開きの篩で篩い分けた篩上の焼結鉱である。

表４に示した結果から、ＰＫＳ炭は、コークスおよび無煙炭と比較して、成品歩留において同程度であった。焼結時間については、コークスおよび無煙炭よりも若干短かく、ＰＫＳ炭は燃焼性が良好であることが確認できた。また、並流型の回転キルンにより得られたＰＫＳ炭、および向流型の回転キルンにより得られたＰＫＳ炭との比較では、成品歩留において両者間で差はなかったが、焼結時間については、前者が後者よりも若干短かく、生産率が高かった。

（実施例３）
ＰＫＳ炭の気流による搬送（流送）の可否、および流送後のＰＫＳ炭の性状を確認するため、微粉砕したＰＫＳ炭を気流により流送する試験を行うとともに、流送処理後のＰＫＳ炭について、真発熱量、ならびに粉砕性指数（ＨＧＩ）、流動性指数等の各種性状を調査した。なお、比較のため、無煙炭についても同様の調査を行った。

ＰＫＳ炭としては、並流型の回転キルンにより製造したＰＫＳ炭を使用し、流送には、窒素気流または空気流を使用した。なお、ＰＫＳ炭の粉砕処理は、通常の高炉羽口吹き込み炭材の処理に準ずる条件で行った。

図６は、ＰＫＳ炭の輸送試験装置の概略構成を示す図である。同図に示すように、この装置は、内部のガス圧を調整できるように構成された送り側と受け側の二つのＰＫＳ炭収容タンク３６、３７を内径２５ｍｍ、長さ７０ｍの配管３８で連結した構成を有している。送側タンク３６内にはＰＫＳ炭２０００ｋｇが収容され、内部のガス圧が６ａｔｍに調整され、受側タンク３７内のガス圧は３ａｔｍに調整されている。ＰＫＳ炭は、両タンク３６、３７間の差圧により送側タンク３６から配管３８を介して受側タンク３７へ流送され、同じく差圧により受側タンク３７から外部（大気圧）へ排出される。

図６に示した輸送試験装置による流送試験の結果、窒素気流および空気流の何れを使用した場合においても、問題なくＰＫＳ炭の流送が可能であることを確認した。

表５に、真発熱量ならびに粉砕性指数（ＨＧＩ）その他の性状調査の結果を示す。表５に示すように、真発熱量については、ＰＫＳ炭と無煙炭の間で大きな差はなかった。一方、ＰＫＳ炭は無煙炭に比べて、粉砕性指数（ＨＧＩ）が小さく硬いこと、流動性がよいことが判明した。また、ＰＫＳ炭は無煙炭に比べて、揮発成分の含有量は若干少ないが、比表面積がかなり大きいため、着火温度は低かった。

流送に窒素気流を使用したＰＫＳ炭と空気流を使用したＰＫＳ炭との比較では、比表面積が前者のＰＫＳ炭で若干大きく、着火温度が低かった。その他の調査項目では大きな差はなかった。

以上の調査の結果、ＰＫＳ炭の流送処理ならびに当該処理後の性状については何ら問題ないこと、流送には窒素気流を使用する方が着火温度を低下させ得ること、したがって、高炉の羽口から吹き込む炭材または焼結原料の炭材として好適可能であることが確認できた。

本発明のアブラ椰子核殻の有効活用方法によれば、アブラ椰子核殻（ＰＫＳ）を炭化・乾留処理して得られた固体炭化物（ＰＫＳ炭）を高炉や焼結機で製鉄用の炭材として、さらには、同処理により得られた乾留ガスを発電用および／または鋼材加熱用の燃料として利用することができる。ＰＫＳはカーボンニュートラル材であり、温暖化ガスとしての炭酸ガスの発生を抑制することができる。したがって、本発明のＰＫＳの有効活用方法は一貫製鉄所において有効に利用することができる。

１：アブラ椰子核殻（ＰＫＳ）、２：空気、３：回転キルン、
４：点火バーナー、５：炭化物（ＰＫＳ炭）、６：高炉、
７：焼結機、８：乾留ガス、９：ガス清浄装置、１０：冷却脱湿装置、
１１：乾留ガスホルダー、１２：発電所、１３：加工工場、
１４：鉄鉱石類、１５：塊コークス、１６：空気、
１７ａ：ＰＫＳ炭、１７ｂ：石炭、１８：粉状鉄鉱石、１９：溶材、
２０：返鉱、２１ａ：粉コークス、２１ｂ：無煙炭、２１ｃ：ＰＫＳ炭、
２２：混合・造粒、２３：焼結ベッド、２４：塊状焼結鉱、
２５：供給ホッパー、２６：ガス清浄冷却装置、２７：流量計、
２８：燃焼装置、２９：組成分析計、３０：風箱、３１：グレート、
３２：容器（鍋）、３３：排風ブロワー、３４：造粒原料、
３５：炭材、３６：送側タンク、３７：受側タンク、３８：配管

Claims

高炉および焼結機を保有する製鉄所におけるアブラ椰子核殻の有効活用方法であって、
アブラ椰子核殻と空気を質量比（空気／アブラ椰子核殻）で１〜１．６の割合で回転キルンの同一端部から投入し、
該投入端部の点火バーナーによりアブラ椰子核殻に着火させ、部分燃焼させることによって炭化・乾留処理を行い、
得られた固体炭化物を、高炉および焼結機の炭材原料の一部として使用することを特徴とするアブラ椰子核殻の有効活用方法。
前記回転キルンの点火バーナー側とは反対側の端部から排出される乾留ガスを、発電用および／または鋼材加熱用の燃料として使用することを特徴とする請求項１に記載のアブラ椰子核殻の有効活用方法。
前記固体炭化物を、窒素気流により高炉および／または焼結機に流送することを特徴とする請求項１または２に記載のアブラ椰子核殻の有効活用方法。