JP5976616B2 - 改質石炭の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、改質石炭の製造方法及び改質石炭に関する。

褐炭や亜瀝青炭等の低品位炭（低炭化度炭）は、水分を多く含むため単位質量当たりの発熱量が小さく輸送効率が低い。しかし、低品位炭は、埋蔵量が多いため、資源の有効利用の観点から、脱水後、一定の大きさに圧縮成形し、単位質量当たりの発熱量とハンドリング性とを高めて燃料使用に供することが行われている。

ところで、上記低品位炭は、表面の活性が高く酸素と反応し易いという性質を有するため、輸送時や保管時に空気に晒されると自然発火するおそれがある。この自然発火を防止するため、圧縮成形後、石炭に一定量の空気（酸素）を供給し、石炭を緩慢に酸化させて安定化するエイジングが一般に行われる。このエイジングの方法として、例えば水和処理及び酸化処理を施すことで石炭の反応性を低下させる方法が提案されている（特開２０１１−３７９３８号公報参照）。

上述のような方法でエイジングをした石炭は貯炭時の粒径調整のために粉砕される。粉砕した石炭は搬送等の際に発塵が発生し易い。この発塵を防止するには散水により石炭に水を添加することが有効である。

しかし、本発明者らは、エイジング後の石炭に水を添加すると、石炭表面の活性の回復により自然発火性が高まってしまうことを見出した。つまり、エイジング後の石炭に散水を行うと石炭の反応速度（酸素消費速度）が上昇し、エイジングの効果が薄れて自然発火性が高まるため、従来の方法では発塵防止性及び自然発火防止性を同時に実現することが困難となる。

特開２０１１−３７９３８号公報

本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、低品位炭を原料とし、発塵及び自然発火を抑制できる改質石炭の製造方法の提供を目的とする。

上記課題を解決するために鋭意検討した結果、本発明者らは、脱水した石炭を塊成する前に発塵防止用の水を添加することで、発塵性及び自然発火性が低減された改質石炭が得られることを見出した。

すなわち、上記課題を解決するためになされた発明は、
低品位の石炭を原料とする改質石炭の製造方法であって、
上記石炭を脱水する工程、
上記脱水石炭に発塵防止用の水を添加する工程、
上記水添加石炭を塊成する工程、
上記塊成石炭を緩慢に酸化させる工程、及び
上記酸化石炭を粉砕する工程
を有し、
上記水添加工程において、上記水添加石炭の含水率が６質量％以上１６質量％以下となるように水の添加量を調整することを特徴とする。

当該改質石炭の製造方法は、脱水工程後、塊成工程前の脱水石炭に発塵防止用の水を含水率が上記範囲内となるよう添加し、その後石炭を緩慢に酸化させるエイジングを行うことで、発塵性及び自然発火性の低い改質石炭を容易かつ確実に得ることができる。つまり石炭の塊成及びエイジング前に水を一定量添加しておくことで、この水が石炭の発塵を抑制するため粉砕後に多量の水を石炭に添加する必要がなくなる。その結果、当該改質石炭の製造方法は、石炭のエイジング後に活性の回復が生じる要因を低減し、得られる改質石炭の発塵性及び自然発火性を共に低減することができる。

上記粉砕工程後、上記粉砕石炭に水を実質的に添加しないとよい。このように粉砕後の石炭に水を実質的に添加しないことで、より確実に石炭の活性回復を防止して自然発火性を低減させることができる。

上記粉砕工程後に粉砕石炭に水を実質的に添加しない場合、水添加工程において、粉砕工程後の粉砕石炭の含水率が１０質量％以上１６質量％以下となるように水の添加量を調整することが好ましい。このように粉砕後の石炭の含水率が上記範囲内となるように上記水添加工程において水を添加することで、粉砕後の石炭の反応速度を一定値以下にしつつ石炭の発熱量の低減を防ぐことができるため、より高品質かつ自然発火性の低い改質石炭を得ることができる。

当該改質石炭の製造方法は、上記粉砕工程後、上記粉砕石炭に発塵防止用の水を二次添加する工程をさらに有してもよい。このように粉砕石炭に水を二次添加する方法を用いることで、塊成工程に適した水分で塊成石炭を製造することができるため、得られる改質石炭の品質をさらに向上させることができる。

上記粉砕石炭に発塵防止用の水を二次添加する場合、上記水添加工程において、水添加石炭の含水率が６質量％以上１２質量％以下となるように水の添加量を調整し、上記二次添加工程において、粉砕石炭の含水率が１０質量％以上１６質量％以下となるように水の添加量を調整するとよい。このように粉砕後の石炭の含水率が上記範囲内となるように上記水添加工程及び二次添加工程において水を添加することで、塊成石炭の品質を高めることができ、かつ粉砕後の石炭の反応速度を一定値以下にしつつ石炭の発熱量の低減を防ぐことができるため、より高品質かつ自然発火性の低い改質石炭を得ることができる。

上記水添加工程において、水を含有する原料石炭を上記脱水石炭に添加することにより発塵防止用の水の一部又は全てを脱水石炭に添加するとよい。このように発塵防止用の水の添加の一部又は全てを水を含有する原料石炭の添加に代替することで、改質石炭の製造量を増加することができ、コストダウンを図ることができる。

従って、当該改質石炭の製造方法で得られる改質石炭は、発塵防止性及び自然発火防止性に優れ、燃料として好適に用いることができる。

なお、「含水率」とは、石炭に含まれる水の質量をＷ１、石炭の乾燥質量をＷ２としたときに、Ｗ１／（Ｗ１＋Ｗ２）×１００で求められる値である。

以上説明したように、本発明の改質石炭の製造方法は、低品位炭を原料とし、発塵及び自然発火を抑制できる改質石炭を得ることができる。つまり、低品位炭を安全で輸送コスト及びハンドリング性に優れた燃料に改質することができる。

粉砕前の石炭の含水率と、粉砕後における石炭の散水前反応速度に対する散水後反応速度の比との関係を示すグラフ 実施例１〜４において、エイジングを経て粉砕した石炭の含水率及び反応速度の関係と、この石炭に散水した後の含水率及び反応速度の関係とを示すグラフ 比較例１〜４において、エイジングを経て粉砕した石炭の含水率及び反応速度の関係と、この石炭に散水した後の含水率及び反応速度の関係とを示すグラフ

以下、本発明の改質石炭の製造方法の実施形態を詳説する。

［第一実施形態］
第一実施形態に係る改質石炭の製造方法は、
低品位の石炭を脱水する工程（脱水工程）、
上記脱水石炭に発塵防止用の水を添加する工程（水添加工程）、
上記水添加石炭を塊成する工程（塊成工程）、
上記塊成石炭を緩慢に酸化させる工程（エイジング工程）、及び
上記酸化石炭を粉砕する工程（粉砕工程）
を有する。

また、第一実施形態に係る改質石炭の製造方法は、上記粉砕工程後、上記粉砕石炭に水を実質的に添加しない。

本発明で用いる原料の低品位の石炭は、天然に存在し２０質量％以上の水分を含有するものをいう。この低品位炭としては、例えば、ビクトリア炭、ノースダコタ炭、ベルガ炭等の褐炭；西バンコ炭、ビヌンガン炭、サラマンガウ炭等の亜瀝青炭などが挙げられる。

上記低品位炭の最大粒子径の上限としては、３ｍｍが好ましく、２ｍｍがより好ましく、１ｍｍがより好ましい。また低品位炭の粒子径が０．５ｍｍ以下の粒子の割合の下限としては、５０質量％が好ましく、７０質量％がより好ましく、８０質量％がさらに好ましい。低品位炭の最大粒子径を上記上限以下、又は粒子径が０．５ｍｍ以下の粒子の割合を上記下限以上とすることで、塊成後の石炭の強度を向上させることができる。なお、低品位炭の最大粒子径は、ふるいによって計測できる。粒子径が０．５ｍｍ以下の粒子割合は、目開き０．５ｍｍのふるいによる分級を行い、ふるいにかけた低品位炭の全質量とふるい下の質量とから求めることができる。

＜脱水工程＞
脱水工程において、上記低品位炭から水分を除去する。この脱水方法としては、油中で加熱処理する油中脱水法、不活性雰囲気中で加熱処理する方法等が挙げられ、水分除去率が高いという観点から油中脱水法を用いることが好ましい。

上記油中脱水法は、例えば低品位炭を沸点１５０℃〜３００℃の石油系軽質油と混合し、この混合物を１００℃以上に加熱することにより低品位炭中の水を蒸発させて除去する。その後、石油系軽質油中から低品位炭を取り出した後、熱風乾燥にかけて、低品位炭中に残存する石油系軽質油を除去する。この時、低品位炭中の石油系軽質油の含有量の上限としては、１０質量％が好ましく、３質量％がより好ましく、２質量％以下がさらに好ましい。

＜水添加工程＞
水添加工程において、脱水した上記脱水石炭に発塵防止用の水を添加する。この水の添加方法としては特に限定されないが、例えばスプレー等による噴霧、貯水槽への浸漬等の方法を用いることができる。特に、脱水工程から塊成工程へコンベアで移送される脱水石炭にスプレーで水を噴霧することで、設備及び工程を簡略化することができる。なお、ベルトコンベアの乗継部で落下する脱水石炭に水を噴霧することで、より確実かつ均質に脱水石炭に水を添加することができる。

上記発塵防止用水には、界面活性剤を添加してもよい。このように界面活性剤を添加することで、上記脱水石炭の水に対する濡れ性が向上し、より確実に発塵を抑えることができる。

また、上記発塵防止用の水として、原料石炭の含有水を用いることもできる。つまり、水を含有する原料石炭を上記脱水石炭に添加することにより発塵防止用の水の一部又は全てを脱水石炭に添加してもよい。このように発塵防止用の水の添加の一部又は全てを水を含有する原料石炭の添加に代替することで、改質石炭の製造量を増加することができ、コストダウンを図ることができる。

当該改質石炭の製造方法は、上記水添加工程において、石炭の含水率が一定量内となるように発塵防止用水の添加量を調整し水添加石炭を得る。この水添加石炭の含水率の下限としては、６質量％であり、８質量％がより好ましい。一方、水添加石炭の含水率の上限としては、１６質量％であり、１５質量％がより好ましい。水添加石炭の含水率を上記範囲内とすることで、製造後の石炭の反応速度を一定値以下にしつつ石炭の発熱量の低減を防ぐことができる。

また上記水添加工程において、後述する粉砕工程後の粉砕石炭の含水率が一定範囲内となるように発塵防止用水の添加量を調整することがより好ましい。この粉砕石炭の含水率の下限としては１０質量％が好ましく、１１質量％がより好ましい。上記粉砕石炭の含水率が上記下限未満の場合、当該改質石炭の製造方法で得られる改質石炭の発塵防止が不十分となるおそれがある。一方、上記粉砕石炭の含水率の上限としては、１６質量％が好ましく、１５質量％がより好ましい。上記粉砕石炭の含水率が上記上限を超える場合、当該改質石炭の製造方法で得られる改質石炭の単位質量当たりの発熱量が低下し、燃料としての価値が低下する。

＜塊成工程＞
塊成工程において、後述するエイジングを容易にするため、発塵防止用の水を添加した上記水添加石炭を塊成する。この塊成した塊成石炭の形状及びその塊成に用いる装置としては、特に限定されず、例えばダブルロール成形機等を用いた圧縮成型によるブリケット、パン型造粒機等を用いた転動造粒によるペレット、押出成型機を用いた押出成型によるスティック等を採用することができる。特に、取扱い性の観点から豆炭状のブリケットに塊成することが好ましい。

塊成石炭１個の平均質量は特に限定されず、例えば１０ｇ以上１００ｇ以下とすることができる。また、塊成石炭１個の平均体積は特に限定されず、例えば２ｃｍ^３以上２００ｃｍ^３以下とすることができる。

＜エイジング工程＞
エイジング工程において、上記塊成石炭を緩慢に酸素と反応させて酸化することでエイジングを行う。このエイジングの方法としては特に限定されず、周知の方法を用いることができる。具体的には、例えば塊成石炭を密封容器（嫌気箱）内に投入し、この密封容器の内部に下方から上方へ空気を一定量流通させる方法を用いることができる。

上記エイジング後の酸化石炭の反応速度（酸素消費速度）の上限としては、２ｍｇ／ｇ／ｄａｙが好ましく、１．５ｍｇ／ｇ／ｄａｙがより好ましい。エイジング後の酸化石炭の酸素消費速度が上記上限を超える場合、酸化石炭又はこの酸化石炭を粉砕した粉砕石炭が自然発火するおそれがある。エイジング後の酸化石炭の酸素消費速度を上記上限以下とすることで、エイジング工程後においても空気雰囲気中で石炭のエイジングを安定して進行させることができ、当該改質石炭の製造方法で得られる改質石炭の安定性を高めることができる。なお、酸素消費速度とは、３０℃、酸素濃度２１％の雰囲気中に石炭を配置したときの石炭の単位質量当たりの１日の酸素反応量を意味する。

＜粉砕工程＞
粉砕工程において、エイジング後の酸化石炭を粉砕することで、改質石炭を得ることができる。粉砕後の粒径分布としては、１０ｍｍのふるいを使用し、このふるいを通過する改質石炭が全体の５０質量％以上となるような粒径分布とすることが好ましい。このような粒径分布とすることで、貯炭や輸送を容易にすることができる。

粉砕された改質石炭は、発塵防止性及び自然発火防止性に優れ、例えば火力発電所等の燃料として好適に用いることができる。

＜利点＞
当該改質石炭の製造方法は、脱水工程後、塊成工程前に石炭に発塵防止用の水を添加し、その後石炭を緩慢に酸化させるエイジングを行うことで、発塵性及び自然発火性の低い改質石炭を容易かつ確実に得ることができる。当該改質石炭の製造方法は、石炭の塊成及びエイジング前に水を添加しておくことで、粉砕後、水を添加せずとも石炭が一定量の水分を含有するため発塵が抑制され、さらにエイジング後に活性の回復が生じる要因を低減し、自然発火性を低減することができる。また、当該改質石炭の製造方法は、粉砕後に水を実質的に添加しないことでより確実に石炭の活性回復を防止して自然発火性を低減させることができる。

［第二実施形態］
第二実施形態に係る改質石炭の製造方法は、
低品位の石炭を脱水する工程（脱水工程）、
上記脱水石炭に発塵防止用の水を添加する工程（水添加工程）、
上記水添加石炭を塊成する工程（塊成工程）、
上記塊成石炭を緩慢に酸化させる工程（エイジング工程）、
上記酸化石炭を粉砕する工程（粉砕工程）、及び
上記粉砕石炭に発塵防止用の水を二次添加する工程（二次添加工程）
を有する。

＜脱水工程＞
上記脱水工程は上記第一実施形態と同様であるため、説明を省略する。

＜水添加工程＞
上記水添加工程は、水の添加量以外は上記第一実施形態と同様とすることができる。

上記水添加工程において、石炭の含水率が一定量内となるように発塵防止用水の添加量を調整し水添加石炭を得る。この水添加石炭の含水率の下限としては、６質量％であり、８質量％がより好ましい。本発明者らは、試験により、図１に示すような水添加工程後（塊成工程前）の含水率と二次添加工程後（散水後）の石炭の反応速度の上昇率（比）との関係を得た。すなわち、本発明者らは、水添加工程後の含水率が小さいほど、二次添加工程後の石炭の反応速度の上昇率が一次関数的に高くなることを見出した。従って、上記水添加石炭の含水率が上記下限未満の場合、二次添加工程後に石炭の反応速度が高くなって自然発火性を十分に低減できないおそれがある。一方、上記水添加石炭の含水率の上限としては、１２質量％であり、１０質量％がさらに好ましい。上記水添加石炭の含水率が上記上限を超える場合、水分過多のため塊成工程で製造される塊成石炭の強度が不十分になるおそれがある。

＜塊成工程＞
上記塊成工程は上記第一実施形態と同様とすることができるため、説明を省略する。

＜エイジング工程＞
上記エイジング工程は、エイジング後の酸化石炭の反応速度以外は上記第一実施形態と同様とすることができる。

上記エイジング後の酸化石炭の反応速度（酸素消費速度）の上限としては、１．５ｍｇ／ｇ／ｄａｙが好ましく、１ｍｇ／ｇ／ｄａｙがより好ましい。エイジング後の酸化石炭の酸素消費速度が上記上限を超える場合、二次添加工程後、石炭が自然発火するおそれがある。エイジング後の酸化石炭の酸素消費速度を上記上限以下とすることで、二次添加工程後においても空気雰囲気中で石炭のエイジングを安定して進行させることができ、当該改質石炭の製造方法で得られる改質石炭の安定性を高めることができる。

＜粉砕工程＞
粉砕工程は上記第一実施形態と同様とすることができるため、説明を省略する。

＜二次添加工程＞
上記二次添加工程において、粉砕石炭に発塵防止用の水を二次添加する。この発塵防止用水の二次添加の方法は特に限定されず、例えばスプレー等による噴霧等の方法を用いることができる。また、上記発塵防止用水には、界面活性剤を添加することができる。さらに、原料石炭の添加によって発塵防止用の水の添加の一部又は全てを代替してもよい。

上記二次添加工程において、粉砕工程後の粉砕石炭の含水率が一定範囲内となるように発塵防止用水の添加量を調整することが好ましい。この粉砕石炭の含水率の下限としては１０質量％が好ましく、１１質量％がより好ましい。上記粉砕石炭の含水率が上記下限未満の場合、当該改質石炭の製造方法で得られる改質石炭の発塵防止が不十分となるおそれがある。一方、上記粉砕石炭の含水率の上限としては、１６質量％が好ましく、１５質量％がより好ましい。上記粉砕石炭の含水率が上記上限を超える場合、当該改質石炭の製造方法で得られる改質石炭の単位質量当たりの発熱量が低下し、燃料としての価値が低下する。

上記二次添加工程後の粉砕石炭の反応速度（酸素消費速度）の上限としては、２ｍｇ／ｇ／ｄａｙが好ましく、１．５ｍｇ／ｇ／ｄａｙがより好ましい。発塵防止用水の二次添加後の粉砕石炭の酸素消費速度が上記上限を超える場合、粉砕石炭が自然発火するおそれがある。発塵防止用水の二次添加後の粉砕石炭の酸素消費速度を上記上限以下とすることで、二次添加工程後においても空気雰囲気中で石炭のエイジングを安定して進行させることができ、当該改質石炭の製造方法で得られる改質石炭の安定性を高めることができる。

＜利点＞
当該改質石炭の製造方法は、上記第一実施形態と同様に、発塵性及び自然発火性の低い改質石炭を容易かつ確実に得ることができる。また、当該改質石炭の製造方法は、粉砕石炭に水を二次添加することで塊成工程に適した水分で塊成石炭を製造することができるため、得られる改質石炭の品質をさらに向上させることができる。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

［実施例１〜４］
脱水後の粉状石炭に対し、含水率が表１に示す値になるようにスプレー噴霧を用いて水を添加した後、豆炭状のブリケットに塊成した。この塊成した石炭を表１に示す反応速度となるまでエイジングした後、粉砕を行った。この粉砕した石炭に対し、表１に示す含水率となるように散水を行い、散水後の反応速度を測定した。この結果を表１及び図２に示す。

［比較例１〜４］
脱水後の粉状石炭に対し、含水率が表１に示す値になるようにスプレー噴霧を用いて水を添加した後、豆炭状のブリケットに塊成した。この塊成した石炭を表１に示す反応速度となるまでエイジングした後、粉砕を行った。この粉砕した石炭に対し、表１に示す含水率となるように散水を行い、散水後の反応速度を測定した。この結果を表１及び図３に示す。

表１に示すように、塊成前に６質量％以上の含水率となるように発塵防止用水を添加した実施例１〜４で得られた改質石炭は、二次添加工程での散水後の反応速度が十分に小さく、自然発火性が低く抑えられている。一方で、塊成前の含水率が６質量％未満であった比較例１〜４で得られた改質石炭は、散水後の反応速度が高く、自然発火性が十分に抑えられていない。

以上説明したように、当該改質石炭の製造方法は、低品位炭を原料とし、発塵及び自然発火性を抑制できる改質石炭を得ることができる。このような改質石炭は、例えば火力発電所等の燃料として好適に用いることができる。

Claims (6)

1. 低品位の石炭を原料とする改質石炭の製造方法であって、
   上記石炭を脱水する工程、
   上記脱水石炭に発塵防止用の水を添加する工程、
   上記水添加石炭を塊成する工程、
   上記塊成石炭を緩慢に酸化させる工程、及び
   上記酸化石炭を粉砕する工程
   を有し、
   上記水添加工程において、上記水添加石炭の含水率が６質量％以上１６質量％以下となるように水の添加量を調整することを特徴とする改質石炭の製造方法。
2. 上記粉砕工程後、上記粉砕石炭に水を実質的に添加しない請求項１に記載の改質石炭の製造方法。
3. 上記水添加工程において、粉砕工程後の上記粉砕石炭の含水率が１０質量％以上１６質量％以下となるように水の添加量を調整する請求項２に記載の改質石炭の製造方法。
4. 上記粉砕工程後、上記粉砕石炭に発塵防止用の水を二次添加する工程をさらに有する請求項１に記載の改質石炭の製造方法。
5. 上記水添加工程において、上記水添加石炭の含水率が６質量％以上１２質量％以下となるように水の添加量を調整し、
   上記二次添加工程において、上記粉砕石炭の含水率が１０質量％以上１６質量％以下となるように水の添加量を調整する請求項４に記載の改質石炭の製造方法。
6. 上記水添加工程において、水を含有する原料石炭を上記脱水石炭に添加することにより発塵防止用の水の一部又は全てを脱水石炭に添加する請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の改質石炭の製造方法。
   

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