JP6869115B2 - 廃棄物溶融炉用の成型炭の製造方法、及び成型炭の使用方法 - Google Patents

Description

本発明は、成型炭の製造方法、及び成型炭の使用方法に関する。

廃棄物溶融炉では、一般廃棄物及び産業廃棄物を、乾燥、焼却及び粉砕処理した後、溶融処理することによって、スラグ及びメタルとして再資源化することが行われている。このような廃棄物溶融炉の燃料として、粉コークス等の炭材とバインダとを含む混合物を成型して得られる成型炭を有効利用することが検討されている。

例えばシャフト炉式の廃棄物溶融炉の場合、羽口からの空気の通気性が損なわれると目詰まりが発生しやすくなる。目詰まりが生じると、炉内を流通する空気が偏流して、炉内の温度分布が不均一になることが懸念される。このため、廃棄物溶融炉の燃料に用いられる成型炭は、高温環境にある炉内で容易に粉化しないことが求められる。

そこで、特許文献１，２では、所定の炭材とともに、数平均分子量が１１００以上のリグニンスルホン酸塩を含むバインダを用いて、成型炭の圧壊強度を向上する技術が提案されている。このようなバインダは、ハンドリング性向上のため、バインダ水溶液として炭材と配合することが開示されている。

一方で、固形物である粉体の流動性を、タッピングによる圧密度の測定により評価する手法（川北式タッピング試験）が知られている（非特許文献１）。

特許第５６８４４２０号公報 特許第５７６２６５３号公報

川北公夫 著、「粉粒体のトラブル対策」、日刊工業新聞社、１９８０年７月、ｐ.６５−６７

粉コークスとバインダとを混合して成型原料を調製する際、作業効率の観点から、バインダを水溶液にして配合することが試みられている。ところが、本発明者の検討によれば、バインダ水溶液中の水分が成型原料の成型性に影響しており、これが成型炭の歩留まり変動の要因になっていることが分かった。このような知見からすると、成型原料の水分を調整することが歩留まりの向上に有効であると考えられる。

一方で、成型原料における水分を低くするために、バインダ水溶液の割合を減らすと成型性及び成型炭の強度が低下する。また、バインダ水溶液における水分を低減してバインダ成分を濃くするとバインダ水溶液の粘性が高くなり、ハンドリングが困難になることが懸念される。

そこで、本発明は、一つの側面において、バインダのハンドリング性を損なうことなく、成型原料の成型性を良好にして高い歩留まりで成型炭を製造することが可能な成型炭の製造方法を提供することを目的とする。本発明は、別の側面において、このような成型炭の製造方法によって得られる成型炭の使用方法を提供することを目的とする。

本発明は、一つの側面において、粉コークスとリグニンスルホン酸塩を含む固形バインダとを混合して混合物を調製する混合工程と、混合物を含む成型原料を成型して成型炭を得る成型工程と、を有し、成型原料における水の含有量が３〜８質量％である成型炭の製造方法を提供する。

上記製造方法では、成型工程における成型原料の水の含有量を３〜８質量％にしている。このため、均一性の高い混合物を含む成型原料の流動性が良好になって成型炭を製造する際の成型性が向上し、成型炭の歩留まりを十分に高くすることができる。

なお、成型原料の水の含有量を上述の範囲にするためには、バインダ濃度の高いバインダ水溶液を用いることが考えらえるものの、このようなバインダ水溶液は粘性が高いためハンドリングが困難である。そこで、上記製造方法では、混合工程において粉コークスとリグニンスルホン酸塩を含む固形バインダとを混合している。このように固形バインダを混合することによって、ハンドリング性を損なうことなく、水の含有量が少ない混合物を調製することができる。このため、成型工程で用いられる成型原料における水の含有量の低減することができる。また、固形分同士を混合することから、均一性の高い混合物を調製することができる。

下記式（１）によって求められる成型原料の流動性指数は６０％以上であることが好ましい。式（１）中、ａは限界嵩減り度を示す。
流動性指数＝１００×（１−１．３５×ａ） （１）

上述の成型炭の製造方法における成型工程では、成型原料が流動して所定の形状に成型されると考えられる。上記流動性指数が６０％以上である成型原料は、流動性に優れることから十分に良好な成型性を有すると考えられる。

上記混合物は、粉コークス１００質量部に対してリグニンスルホン酸塩を１１質量部以上含有することが好ましい。これによって、十分に高い圧壊強度を有する成型炭を製造することができる。このような成型炭は、廃棄物溶融炉の燃料として一層好適に使用することができる。

上記成型工程では、成型原料を、ダブルロール成型機を用いて５ＭＰａを超えるロール圧力で成型することが好ましい。これによって、成型炭の製造時の歩留まりを一層高くすることができる。

上記製造方法は、混合工程の前に粉コークスを乾燥する乾燥工程を有し、当該乾燥工程において、粉コークスの水分を９質量％以下にすることが好ましい。粉コークスの水分含有量が９質量％を超えている場合であっても、このような乾燥工程を用いることによって、成型原料の水分量を所定の範囲に容易に調整することができる。

上記混合工程では、粉コークスと固形バインダを含む混合物に水を加えて混合し、当該混合物と水とを含む成型原料を調製してもよい。これによって、成型原料における水の含有量を所定の範囲に容易に調整することができる。

本発明は、別の側面において、上述の製造方法で得られた成型炭を廃棄物溶融炉に装入し、成型炭を前記廃棄物溶融炉の熱源として使用する工程を有する、成型炭の使用方法を提供する。このような成型炭は、製造時の歩留まりが高くて製造コストが低いことから、廃棄物溶融炉の熱源として好適に用いることができる。

本発明は、一つの側面において、バインダのハンドリング性を損なうことなく、成型原料の成型性を良好にして高い歩留まりで成型炭を製造することが可能な成型炭の製造方法を提供することができる。本発明は、別の側面において、このような成型炭の製造方法によって得られる成型炭の使用方法を提供することができる。

成型炭の製造方法の一例を示すフローチャートである。 ダブルロール成型機の一例を示す図である。 図２のダブルロール成型機のロールと圧力調節部を示す図である。 成型工程における成型原料の流動を模式的に示す図である。 川北式タッピング試験で用いられるタッピング容器を模式的に示す図である。 川北式タッピング試験で求められる、タップ回数−（タップ回数／嵩減り率）の関係の一例を示す図である。 成型炭の圧壊強度の測定に用いられる測定装置の模式図である。 成型炭が用いられる廃棄物溶融炉の一例を模式的に示す図である。 実施例及び比較例における成型炭の歩留まりの結果を示すグラフである。 成型原料の水の含有量と流動性指数との関係を示すグラフである。 成型原料の流動性指数と成型炭の歩留まりとの関係を示すグラフである。

成型炭の製造方法は、一実施形態において、粉コークスとリグニンスルホン酸塩を含む固形バインダとを混合して混合物を調製する混合工程と、混合物を含む成型原料を成型して成型炭を得る成型工程と、を有する。

粉コークスは、通常のコークス炉を用いて石炭から塊コークスを製造する際に生成されるものを用いることができる。粉コークスの粒径は、同一体積の真球に換算して、例えば０．０１〜５ｍｍである。

粉コークスの揮発分（ＶＭ）は好ましくは５重量％以下である。成型炭の圧壊強度のばらつきを低減する観点から、粉コークスの揮発分は、より好ましくは０．０１〜５重量％である。粉コークスの灰分（Ａｓｈ）は以下の式（２）を満たすことが好ましい。
Ａｓｈ≧０．８×ＶＭ−４ （但し、５≦ＶＭ≦１４である。） （２）
ただし、上式（２）中、ＶＭは揮発分（重量％）を示し、Ａｓｈは灰分（重量％）を示す。

粉コークスの揮発分及び灰分は、ＪＩＳ Ｍ ８８１２：２００６の「角形電気炉法」に準拠して測定される無水ベースの値である。揮発分が低減された粉コークスを用いて製造された成型炭は、廃棄物溶融炉などの高温環境下において、成型炭の内部から放出される揮発分を低減することができる。これによって、揮発分の揮発に伴うクラックの発生が抑制されて、高温環境下における成型炭の圧壊強度を高くすることができる。

固形バインダはリグニンスルホン酸塩を含む。リグニンスルホン酸塩は、ハンドリング性向上の観点から、粉末状であることが好ましい。固形バインダを用いることによって、成型原料の水の含有量を十分に低くすることができる。本実施形態では、粉コークスとリグニンスルホン酸塩を含む成型原料における水の含有量が３〜８質量％である。これによって、成型原料の成型性が良好となり、成型炭を高い歩留まりで製造することができる。

リグニンスルホン酸塩は、通常水溶性であるが、リグニンスルホン酸塩を水溶液にする場合、水分が５０質量％を下回ると粘度が高くなり良好なハンドリング性が損なわれる傾向にある。そこで、本実施形態では、固形バインダとすることによってハンドリング性を良好に維持している。

リグニンスルホン酸塩は、市販品を用いることができる。リグニンスルホン酸塩の数平均分子量は、成型炭の圧壊強度向上の観点から、例えば１０００以上であってもよく、１４００以上であってもよい。リグニンスルホン酸塩の数平均分子量は、入手の容易性の観点から、例えば１００００以下であってもよく、８０００以下であってもよい。本開示における数平均分子量は、ゲルパーミィテーションクロマトグラフィーを用いて、ポリスチレン標品検量線より求められる。リグニンスルホン酸塩としては、例えば、リグニンスルホン酸マグネシウム、リグニンスルホン酸カルシウム、及びリグニンスルホン酸ナトリウムが挙げられる。

成型炭は、廃棄物溶融炉用として好適に用いることができる。成型炭の形状は特に限定されず、例えば円柱状であってもよいし、マセック形状であってもよい。成型炭の体積は、例えば、５〜１００ｃｍ^３である。本実施形態の製造方法によれば、このような体積を有する成型炭を６０質量％以上もの高い歩留まりで製造することができる。

図１は、本実施形態の成型炭の製造方法の一例を示すフローチャートである。本実施形態の成型炭の製造方法は、粉コークスを乾燥する乾燥工程Ｓ１と、粉コークスと固形バインダとを混合して混合物を得る混合工程Ｓ２と、混合物を含む成型原料を成型して成型炭を得る成型工程Ｓ３と、成型炭を乾燥する乾燥工程Ｓ４と、を有する。

乾燥工程Ｓ１では、粉コークスを乾燥させて粉コークスに含まれる水分を低減する。例えば、粉コークスの水分が９質量％を超えていると、成型原料における水の含有量を８質量％以下に調製することが難しくなる場合がある。したがって、乾燥工程Ｓ１を行うことによって、成型原料の水の含有量の調節を容易にすることができる。乾燥工程Ｓ１では、例えば、水分が１０質量％以上である粉コークスを乾燥して、水分を９質量％以下にしてもよく、４〜９質量％にしてもよい。所定量の水分が残存するように乾燥することによって、製造コストを低減することができる。また、後述する混合工程Ｓ２で調製する混合物に水を加える操作を行うことなく３〜８質量％の水を含有する成型原料を調製することができる。

乾燥工程Ｓ１における乾燥条件は、水分が低減され且つ粉コークスが燃焼しない温度であれば特に制限されない。例えば、粉コークスを、１００〜１５０℃の温度で、空気中、１〜６時間加熱して乾燥させてもよい。このような乾燥は、通常の恒温槽の中で行ってもよい。

混合工程Ｓ２は、粉コークスとリグニンスルホン酸塩を含む固形バインダとを混合して混合物を調製する。バインダが固形であることから、粘性の高いバインダ水溶液に比べてハンドリング性に優れる。例えば、粉体供給フィーダ等を利用することが可能になるため、工業規模にスケールアップした場合に、成型炭を効率よく製造することができる。

混合物は、粉コークス１００質量部に対してリグニンスルホン酸塩を１１質量部以上含有することが好ましく、１１質量部〜２０質量部含有することがより好ましい。これによって、成型炭の圧壊強度を高くすることができる。なお、粉コークスが水分を含む場合、この質量割合は、粉コークスの質量を乾燥状態（水分＝０）に換算して求められる。

粉コークスと固形バインダとを混合して得られる混合物の水の含有量が３〜８質量％である場合、当該混合物をそのまま成型原料としてもよい。粉コークスの水分を調製することによって、混合物の水の含有量を上述の範囲に調節することができる。このように混合物に水を添加することなく成型原料とすることによって、成型炭の製造設備を簡素化することができる。

粉コークスと固形バインダとを混合して得られる混合物に対して、水を配合して混合し、水の含有量が３〜８質量％である成型原料を調製してもよい。このように混合物に水を配合する水配合工程を有することによって、成型原料の水の含有量を高い精度で調節することができる。したがって、成型炭の歩留まりのばらつきを十分に低減することができる。

粉コークスと固形バインダとを混合して得られる混合物の水の含有量が３〜８質量％であった場合も、この混合物に水を配合する水配合工程を行って成型原料の水の含有量を３〜８質量％の範囲内で調節してもよい。混合物及び成型原料の水の含有量は、例えば、原料として用いる粉コークス及び固形バインダの水分と配合する水の質量に基づいて計算で求めてもよいし、加熱乾燥式水分分析計を用いて混合物及び成型原料の水の含有量を求めてもよい。この場合、ハロゲンランプを用いて混合物又は成型原料のサンプルを１３０℃まで加熱し、水分を蒸発させて乾燥させる。このときの質量変化からサンプルの水の含有量を算出する。

混合物又は成型原料は、優れた成型性を損なわない範囲で、粉コークス、固形バインダ及び水以外の微量の添加材を含んでいてもよい。そのような添加材としては、有機高分子材（上記固形バインダを除く）が挙げられる。有機高分子材としては、ＳＯＰ、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、澱粉、デキストリン、廃油、廃糖蜜などが挙げられる。このような有機高分子材を用いることによって、成型炭の圧壊強度を一層高くすることができる。一方、成型炭に含まれる熱源としての有効成分を高くする観点から、ベントナイト及びセメント等の無機物を含有しないことが好ましい。

成型工程Ｓ３では、成型原料の成型を行って成型炭を得る。成型設備としては通常のダブルロール成型機等を用いることができる。成型炭の密度は、例えば１．０〜２．０ｇ／ｍｌであってもよい。成型炭の粒径Ａ_１［ｍｍ］は、例えば３０ｍｍ以上である。成型炭の粒径Ａ_１［ｍｍ］は、成型炭の体積Ｖ_１［ｍｌ］を同一体積の真球に換算して下記式（３）によって算出される。
Ａ_１＝２×（（Ｖ_１×３／４／π）^１／３）×１０ （３）

図２は、成型工程Ｓ３で用いられるダブルロール成型機の一例を示す図である。図２のダブルロール成型機１００は、外周面同士が対向するように配置される一対のロール１０Ａ，１０Ｂと、ロール１０Ａ及びロール１０Ｂの間に成型原料３５を供給するホッパー１４と、ロール１０Ａ，１０Ｂによって成型された成型炭３０の落下位置に配置され、成型炭３０を搬送するコンベア２０Ａ，２０Ｂと、を備える。

ホッパー１４内には、ロール１０Ａ及びロール１０Ｂに間に成型原料３５を供給する押込みスクリュー１６が配置されている。成型原料３５は、押込みスクリュー１６によってホッパー１４の下部に設けられた開口部から、ロール１０Ａ及びロール１０Ｂの間に供給される。

ロール１０Ａ，１０Ｂの外周面には、それぞれ成型原料３５が充填されるカップ１２（凹部）が、円周方向に沿って所定の間隔で複数並んで形成されている。ロール１０Ａ，１０Ｂは、図２の矢印方向に回転することによって、ロール１０Ａとロール１０Ｂの外周にそれぞれ設けられたカップ１２同士が周期的に対向配置されることとなる。ホッパー１４からカップ１２に充填された成型原料３５は、ロール１０Ａ，１０Ｂの回転に伴って、ロール１０Ａ，１０Ｂの間に挟まれて加圧される。対向配置される一対のカップ１２に充填された成型原料３５は、このようにして加圧成型されて成型炭３０となる。したがって、カップ１２の形状及びサイズを変えることによって成型炭３０の形状及びサイズを調整することができる。

ロール１０Ａ，１０Ｂによって成型された成型炭３０は、ロール１０Ａ，１０Ｂの下方に配置されたコンベア２０Ａ上に落下する。成型炭３０は、コンベア２０Ａ、及びコンベア２０Ａの下流側に配置されたコンベア２０Ｂによって篩２２に搬送される。篩２２において篩分けがなされ、篩２２の所定のサイズを有する成型炭３０と、成型炭３０よりも小さいサイズを有する屑３３（篩下）とに分けられる。

屑３３は、容器２４に回収され、再び成型原料３５として用いてもよい。このようにして、所定のサイズを有する成型炭３０を得ることができる。篩２２の目開きは、例えば１０ｍｍ以上であってもよく、２０〜５０ｍｍであってもよい。このように篩分けを行うことによって、廃棄物溶融炉の熱源として好適なサイズを有する成型炭３０を得ることができる。なお、成型炭３０の歩留まり向上の観点から、容器２４に回収される屑３３は少ない方が好ましい。

成型原料３５の水の含有量が８質量％を超えると、屑３３の割合が多くなる。これは、水の含有量が高くなり過ぎると成型原料３５の流動性が損なわれて成型炭３０の強度が低下し、落下等の衝撃によって崩壊し易くなるためである。また、成型原料３５の水の含有量が１０質量％以上になると、成型原料３５のべたつきが顕著になる。これに伴って、成型炭３０としてカップ１２から落下すべきところ、成型炭３０の一部がカップ１２内に残存し、成型炭３０の他部のみが落下してしまう。このような現象も屑３３の割合が多くなる要因となる。

成型原料３５の過剰なべたつきに起因してカップ１２内に残存する残存原料３４は、ロール１０Ａ，１０Ｂの回転に伴う遠心力及び重力によって、ロール１０Ａ，１０Ｂから成型炭３０が落下する位置よりも、ロール１０Ａ，１０Ｂの回転方向の下流側においてカップ１２から脱離する。脱離した残存原料３４は、容器２６に回収される。このように、成型原料３５のべたつきが過剰になると、容器２６に回収される残存原料３４の割合が高くなり、成型炭３０の歩留まりが低下する。容器２６に回収された残存原料３４は、ホッパー１４内に戻して成型原料３５として再び用いてもよい。

一方、成型原料３５の水の含有量が３質量％を下回ると、屑３３の割合が多くなる。これは、水の含有量が低くなり過ぎると成型原料３５の流動性が損なわれて成型原料３５の成型性が低下するためと推察される。

成型原料３５の水の含有量が３〜８質量％であると成型原料３５の流動性が良好になり、成型原料３５の成型性が向上するとともに成型炭３０の圧壊強度を高くすることができる。これによって、ロール１０Ａ，１０Ｂ間に供給する成型原料３５に対する屑３３及び残存原料３４の割合を低減して、成型炭３０の歩留まりを高くすることができる。成型炭３０の歩留まりは、ロール１０Ａ，１０Ｂ間に供給する成型原料３５に対する篩２２上の成型炭３０の質量比率として算出できる。このようにして算出される成型炭３０の歩留まりは、６０質量％以上であることが好ましく、６５質量％以上であることがより好ましい。

図３は、図２のダブルロール成型機のロール１０Ａ，１０Ｂと圧力調節部を示す図である。ロール１０Ａ，１０Ｂは、それぞれ軸１８，１９に取り付けられている。ロール１０Ａ，１０Ｂは、それぞれ軸１８，１９回りに回転可能に軸１８，１９に支持されている。ロール１０Ａ及びロール１０Ｂは、所定の大きさのクリアランスＣＬ（ロールギャップ）を介して配置されている。

ロール１０Ａの軸１８には、圧力調節部１５が取り付けられている。圧力調節部１５は例えば油圧式シリンダで構成される。軸１８及びロール１０Ａは、所定の長さのクリアランスＣＬを起点として、軸１９及びロール１０Ｂに対向する方向とは反対方向（図３の右方向）に移動可能に構成される。これに対して、軸１９及びロール１０Ｂは、ロール１０Ａ，１０Ｂの対向方向に沿う移動が規制されている。すなわち、軸１８及びロール１０Ａが軸１９及びロール１０Ｂから離れる方向に移動することによって、クリアランスＣＬが変化する。

圧力調節部１５は、クリアランスＣＬが所定の長さを超えた場合に、軸１８を介してロール１０Ａをロール１０Ｂに向かって所定の圧力（ロール圧力）で付勢するように構成される。このため、ロール圧力を変えることによって成型炭の成型圧を調節することができる。

ロール１０Ａ，１０Ｂ間に供給される成型原料３５は、圧力調節部１５が付勢する上記ロール圧力と同等の圧力によって成型される。成型原料３５の成型の際、一対のカップ１２に充填された成型原料３５同士の合わせ面における付着力向上の観点から、ロール圧力は、好ましくは５ＭＰａを超え、より好ましくは８ＭＰａ以上である。

ロール圧力を調節する機構は図３のものに限定されず、例えば、ロール１０Ｂの軸１９にも、軸１８と同様に圧力調節部が取り付けられていてもよい。また、圧力調節部１５も上述の例に限定されない。

ロール１０Ａ，１０Ｂ間のクリアランスＣＬを変えることによって、一対のカップ１２に充填された成型原料３５同士の合わせ面の長さを調節してもよい。これによって、成型炭３０が離型する際に合わせ面に生じる曲げ応力を調節することができる。このような曲げ応力低減の観点から、クリアランスＣＬは、好ましくは１０ｍｍ以下であり、より好ましくは５ｍｍ以下である。

図４は、成型工程における成型原料３５の流動を模式的に示す図である。押込みスクリュー１６によってホッパー１４の開口からロール１０Ａ，１０Ｂの間に供給される成型原料３５は、ロール１０Ａ，１０Ｂの回転によって下方に流動しながらカップ１２内に流入する。このとき、成型原料３５は、図４の矢印に示すとおり、カップ１２の内壁面に沿って流動しながらカップ１２内に充填される。したがって、成型原料３５が良好な流動性を有していれば成型性が向上すると考えられる。このように成型原料３５が流動していることは、得られる成型炭３０の表面に形成される、ロール１０Ａ、１０Ｂの回転方向に沿ったスジ（縞）によって確認することができる。

成型原料３５の流動性の評価方法を説明する。成型原料３５の流動性は川北式タッピング試験の結果を用いて算出される流動性指数として評価できる（非特許文献１参照）。本開示における川北式タッピング試験は、以下の手順で行う。

図５は、川北式タッピング試験で用いられるタッピング容器を模式的に示す図である。まず、成型原料３５を、円柱状のアクリル容器７０に摺り切りで一杯になるように充填する。このとき、アクリル容器７０に充填される成型原料３５の体積はＶ_０である。充填は、成型原料３５を、アクリル容器７０の上面と同じ高さから自然落下させて行う。これによって落下高さの影響及び落下速度の変化による影響を低減することができる。

成型原料３５を充填したアクリル容器７０を、１０ｍｍの高さから自然落下させる。このことをタップという。タップを合計１８０回繰り返して行う。タップ回数が５回、１０回、２０回、４０回、８０回、１２０回及び１８０回に到達した後に、図５に示す嵩減り高さｈを測定する。タップした際に、アクリル容器７０内の成型原料３５が水平にならない場合は、成型原料３５の上面の中心部分の高さを測定して嵩減り高さｈとする。アクリル容器７０の断面積と嵩減り高さｈとから、各タップ回数（Ｎ）における嵩減り率Ｃｔを式（４）によって求める。式（４）中、Ｖ_０は自然落下させる前の成型原料３５の体積を示し、Ｖは所定回数のタップ後の成型原料３５の体積を示す。

Ｃｔ＝（Ｖ_０−Ｖ）／Ｖ_０ （４）

図６は、川北式タッピング試験で求められる、タップ回数（Ｎ）とタップ回数／嵩減り率（Ｎ／Ｃｔ）の関係の一例を示す図である。図６に示すようなプロットに基づき最小二乗法によって一次相関式を求める。一次相関式の傾きは、限界嵩減り度（ａ）の逆数に等しいことから、図６のような一次相関式の傾きから限界嵩減り度（ａ）を求めることができる。

流動性指数は、限界嵩減り度（ａ）を用いて上述の式（１）で求められる。この流動性指数は、Ｃａｒｒにより提唱される流動性指数Ｎ_Ｆと相関があることが知られている。なお、Ｃａｒｒによる流動性指数Ｎ_Ｆは、安息角、圧縮度、スパチュラ角、凝集度又は均一度の４種類の値を測定し、それぞれの測定値に対して最高２５点の点数を配点し、合計の点数で表わすものである。

本開示の流動性指数は上記式（１）によって求められる。成型原料３５の流動性指数は、流動性を良好にする観点から、好ましくは６０％以上であり、より好ましくは６３％以上である。この流動性指数を高くすることによって、成型原料３５の成型性が向上し、成型炭３０の歩留まりを十分に高くすることができる。

乾燥工程Ｓ４では、成型して得られた成型炭３０を、例えば１００〜１５０℃の温度に加熱して、成型炭３０を乾燥させる。このような乾燥工程Ｓ４を行うことによって、成型炭３０に含まれる水分が除去される。ただし、成型工程Ｓ３で得られる成型炭３０の水の含有量は成型原料３５と同等（３〜８質量％）であり、比較的低いことから、乾燥工程Ｓ４を行うことは必ずしも必須ではない。この程度の水分を含む成型炭３０であれば、そのまま廃棄物溶融炉に投入しても炉内の温度に大きく影響しない。成型炭３０は廃棄物溶融炉内で加熱されて水分が除去され、十分に優れた火格子作用を発現することができる。

図７は、成型炭の圧壊強度の測定に用いられる測定装置の模式図である。成型炭３０の圧壊強度は、図７の測定装置６０において、加圧圧力が計測可能な油圧ジャッキ６２上に載置された可動板６４の上に、測定対象である成型炭３０を配置する。そして、油圧ジャッキ６２のシリンダを上方に繰り出すことによって、可動板６４を上方に移動させる。これによって、成型炭３０は、可動板６４と可動板６４の上方に固定された固定板６８との間に挟まれる。成型炭３０には荷重が加えられて最終的に破壊される。破壊した時の荷重から、加熱前の圧壊強度が求められる。

成型炭３０の圧壊強度は、例えば、１５００Ｎ以上である。このような成型炭３０は、廃棄物溶融炉用の熱源として有用である。

図８は、廃棄物を溶融処理する廃棄物溶融炉（ガス化溶融炉）の一例を模式的に示す図である。成型炭３０は、歩留まりが高く製造コストが低いことから、図８に示すような廃棄物溶融炉に好適に使用することができる。

廃棄物溶融設備２００は、廃棄物溶融炉４０と廃棄物溶融炉４０の上部に設けられた装入装置５０とを備えている。廃棄物溶融炉４０は、シャフト部４２と該シャフト部４２の下端に設けられる朝顔部４４と、朝顔部４４の下部に設けられる炉底部４６と、を有する。炉底部４６には、上から順に、熱分解帯用の上段羽口４５と、燃焼溶融帯用の下段羽口４７とが設けられている。上段羽口４５及び下段羽口４７は、それぞれ複数段であってもよい。

廃棄物溶融炉用である成型炭３０、廃棄物及び塩基度調整剤としての石灰石は、装入装置５０によって、廃棄物溶融炉４０に装入される。このようにして、廃棄物溶融炉４０の内部に、成型炭、廃棄物及び石灰石が導入される。ここで用いられる廃棄物としては、一般廃棄物・産業廃棄物、又はこれらに乾燥、焼却、破砕等の処理を施して得られた処理物、これらを一度埋め立て処理した後、再度掘り起こした土砂分を含む埋め立てごみ等が挙げられる。

下段羽口４７からは酸素又は酸素富化空気が供給され、上段羽口４５からは燃焼支持ガスとして空気が供給される。廃棄物溶融炉４０の下部に配置された成型炭３０は、下段羽口４７から供給された酸素又は酸素富化空気によって燃焼されて、熱源として機能する。この成型炭３０は、良好な火格子機能を有する。廃棄物溶融炉４０の上部に配置された廃棄物４８は、成型炭の燃焼によって加熱されて、熱分解残渣４３となる。熱分解残渣４３は、主に上段羽口４５から供給された空気によって燃焼される。

廃棄物溶融炉４０の内部は、成型炭３０等の燃焼によって温度勾配が生じている。具体的には、廃棄物溶融炉４０は、上方から下方に向けて乾燥・予熱帯４０ａ（約３００〜４００℃）、熱分解帯４０ｂ（約６００〜８００℃）、及び燃焼・溶融帯４０ｃ（約１０００〜１８００℃）を有する。廃棄物溶融炉４０の内部に導入された廃棄物４８は、乾燥・予熱帯４０ａ、熱分解帯４０ｂ及び燃焼・溶融帯４０ｃの順に通過する。これによって、廃棄物４８中の可燃分は熱分解ガス化して燃焼室に導入され、灰分は、熱分解残渣４３を経て溶融物となる。スラグ及びメタルを含む溶融物は、炉底部４６に設けられた出滓口４９から排出される。

廃棄物溶融炉４０で生成した熱分解ガスは、シャフト部４２を上昇し、装入装置５０の下部に接続された排ガス管５２から燃焼室へ導入される。燃焼排ガスは可燃ガスとして燃焼された後、ボイラで廃熱回収される。その後、排ガスは、減温塔で温度が調整された後、集塵機及び触媒反応塔を通過して、煙突から排出される。

廃棄物溶融設備２００では、廃棄物溶融炉用の成型炭３０を熱源として用いて廃棄物を処理している。この廃棄物溶融炉用の成型炭３０は、炉底部４６で安定して火格子を形成することができるため、溶融物の温度を１４００℃以上に維持して溶融物の排出を円滑にすることができる。したがって、効率よく廃棄物を熱分解及び溶融して処理することができる。

本実施形態の製造方法によれば、成型原料の成型性を良好にして成型炭３０を製造する際の歩留まりを高くすることができる。このような成型炭３０は、高い圧壊強度を有するとともに、製造コストが低いことから、廃棄物溶融炉用として好適に用いることができる。

成型炭及びその製造方法の好適な実施形態を説明したが、本発明の成型炭の製造方法は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、別の幾つかの実施形態においては、粉コークスの水分、及び、必要とされる成型炭の圧壊強度等に応じて、乾燥工程Ｓ１及び乾燥工程Ｓ４の少なくとも一方を行わなくてもよい。

本実施形態の製造方法で得られる成型炭３０の圧壊強度は、好ましくは１５００Ｎ以上であり、より好ましくは１７００Ｎ以上であり、さらに好ましくは１９００Ｎ以上である。このような成型炭３０を廃棄物溶融炉用の燃料として用いると、溶融物（スラグ）の温度が高く維持され、溶融物の排出を円滑にすることができる。

成型炭３０の使用方法は、一実施形態において、成型炭３０を廃棄物溶融炉４０に装入する工程（装入工程）を有していてもよい。成型炭３０は、常温のみならず高温環境下において、高い圧壊強度を有することから、炉底部４６で安定して火格子を形成することができる。この使用方法では、上述の成型工程Ｓ３又は乾燥工程Ｓ４に引き続いて装入工程を行ってもよい。

以上、本発明の幾つかの実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、成型炭の成型方法はロール成型に限定されるものではなく、押出し成型、及びプレス成型等、各種の方法を用いることができる。

実施例及び比較例を参照して本発明の内容をより詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。

（実施例１〜１５、比較例１〜７）
固形バインダとして、市販のリグニンスルホン酸マグネシウム粉末（日本製紙株式会社製、商品名：サンエキスＰ３２１、数平均分子量：３０００）と市販の粉コークス（水分：２０質量％、粒径：３ｍｍ以下）を準備した。粉コークスを、乾燥器において乾燥させて、絶乾状態（水分＝０％）にした。乾燥させた粉コークスとリグニンスルホン酸マグネシウム粉末とを配合して混合し、混合粉末を調製した。このときの混合割合は、粉コークス１００質量部に対してリグニンスルホン酸マグネシウム粉末を１１．３質量部とした。

調製した混合粉末に水を加えて、所定量の水を含有する各成型原料を調製した。各成型原料の水の含有量は表１に示すとおりである。そして、図２，３に示すようなダブルロール成型機に、各成型原料を供給して各成型炭を製造した。製造の際のロール１０Ａ，１０Ｂ間のクリアランスＣＬは１ｍｍ、及び、ロール圧力は１０ＭＰａとした。

ロール１０Ａ，１０Ｂ間に供給される成型原料３５の質量を基準として、成型炭３０の歩留まり、篩２２（目開き：３０ｍｍ）から落下して容器２４に回収される屑３３の質量割合、及び、容器２６に回収される残存原料３４の質量割合をそれぞれ求めた。結果を表１に示す。

表１に示すとおり、成型原料における水の含有量が３〜８質量％の範囲内であれば、成型炭の歩留まりを６０質量％以上に維持できることが確認された。図９は、表１に示すデータをプロットしたグラフである。図９中、丸のプロットは成型炭３０の歩留まりを示し、三角形のプロットは屑３３の割合を示し、四角形のプロットは残存原料３４の割合を示す。

表１及び図９に示すとおり、成型原料における水の含有量が８質量％を超えると屑３３の割合及び／又は残存原料３４の割合が増加する。具体的には、水の含有量が８〜１１質量％の範囲では屑３３の割合が高くなる。これは成型原料の流動性が低下して、成型性が損なわれることに起因すると推察される。また、水の含有量が１０質量％を超えると残存原料３４の割合が高くなる。これは、成型原料のべたつきが大きくなることに起因すると推察される。

（実施例１６〜２１、比較例８〜１１）
実施例１〜１５及び比較例１〜７と同様にして、水の含有量が異なる複数の成型原料を調製した。上述の川北式タッピング試験によって、各成型原料の嵩減り率Ｃｔを式（４）によって求めた。そして、図６に示すようなグラフに基づいて限界嵩減り度（ａ）を求め、式（１）によって流動性指数を算出した。結果を表２に示す。

図１０は、表２に示すデータをプロットしたグラフである。表２及び図１０に示されるとおり、成型原料の水の含有量が５〜６質量％のときに、成型原料は最も優れた流動性を示す。そして、成型原料の水の含有量が低くなって３質量％を下回ると、流動性指数が６０％以下になる。また、成型原料の水の含有量が高くなって８質量％を超えると、流動性指数が６０％以下になる。成型原料の水の含有量を３〜８質量％にすることによって、流動性指数を６０％以上にすることができる。このような成型原料は流動性に優れるため、良好な成型性を有する。

表２に示す実施例及び比較例のうち、実施例１７〜２１、及び、比較例１０，１１の成型原料を用いて、実施例１と同様にして成型炭を製造し、成型炭の歩留まりを求めた。図１１は、その結果を示すグラフである。図１１に示すとおり、成型原料の流動性指数が高くなると、成型炭の歩留まりが向上することが確認された。

次に、実施例１８及び実施例２１の成型炭を、１５０℃に調節された恒温槽内に２時間保管して空気中で乾燥させた。そして、廃棄物溶融炉内で用いることを想定して、この乾燥後の成型炭を、空気雰囲気下、１０００℃に調整された電気炉に成型炭を投入し、１０００℃で３０分間保持した。その後、窒素雰囲気下で室温（約２０℃）まで放冷した後、図７に示す測定装置を用いて、成型炭の圧壊強度を測定した。その結果、実施例１８及び実施例２１の加熱後の成型炭の圧壊強度は、それぞれ１９５０Ｎ及び３１００Ｎであった。このことから、加熱後においても、成型炭は十分に高い圧壊強度を有することが確認された。

バインダのハンドリング性を損なうことなく、成型原料の成型性を良好にして高い歩留まりで成型炭を製造することが可能な成型炭の製造方法が提供される。また、このような製造方法によって製造される成型炭の使用方法が提供される。

１０Ａ，１０Ｂ…ロール、１２…カップ、１４…ホッパー、１５…圧力調節部、１６…押込みスクリュー、１８，１９…軸、２０Ａ，２０Ｂ…コンベア、２２…篩、２４，２６…容器、３０…成型炭、３３…屑、３４…残存原料、３５…成型原料、４０…廃棄物溶融炉、４０ａ…乾燥・予熱帯、４０ｂ…熱分解帯、４０ｃ…燃焼・溶融帯、４２…シャフト部、４３…熱分解残渣、４４…朝顔部、４５…上段羽口、４６…炉底部、４７…下段羽口、４８…廃棄物、４９…出滓口、５０…装入装置、５２…排ガス管、６０…測定装置、６２…油圧ジャッキ、６４…可動板、６８…固定板、７０…アクリル容器、１００…ダブルロール成型機、２００…廃棄物溶融設備。

Claims (6)

1. 粉コークスとリグニンスルホン酸塩を含む固形バインダとを混合して、前記粉コークス１００質量部に対して前記リグニンスルホン酸塩を１１質量部以上含有する混合物を調製する混合工程と、
   前記混合物を含む成型原料を成型して成型炭を得る成型工程と、を有し、
   前記成型原料における水の含有量が３〜８質量％である、廃棄物溶融炉用の成型炭の製造方法。
2. 下記式（１）によって求められる前記成型原料の流動性指数が６０％以上である、請求項１に記載の廃棄物溶融炉用の成型炭の製造方法。
   流動性指数＝１００×（１−１．３５×ａ） （１）
   （式中、ａは限界嵩減り度を示す。）
3. 前記成型工程は、前記成型原料を、ダブルロール成型機を用いて５ＭＰａを超えるロール圧力で成型する、請求項１又は２に記載の廃棄物溶融炉用の成型炭の製造方法。
4. 前記混合工程の前に前記粉コークスを乾燥する乾燥工程を有し、
   前記乾燥工程において、前記粉コークスの水分を９質量％以下にする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の廃棄物溶融炉用の成型炭の製造方法。
5. 前記混合工程では、前記混合物に水を加えて混合し、前記混合物と前記水を含む前記成型原料を調製する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の廃棄物溶融炉用の成型炭の製造方法。
6. 粉コークスとリグニンスルホン酸塩を含む固形バインダとを混合して混合物を調製する混合工程と、前記混合物を含む成型原料を成型して成型炭を得る成型工程と、を有し、前記成型原料における水の含有量が３〜８質量％である、成型炭の製造方法で得られた成型炭を廃棄物溶融炉に装入し、前記成型炭を前記廃棄物溶融炉の熱源として使用する工程を有する、成型炭の使用方法。

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