JPS5896696A - 固形燃料の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発盟は着火・火回り特性、燃焼特性などに優れた固形
燃料に関するもので、炭素質物質を主成分とする固形物
の表面に金属塩を担持することにより、着火性の優れた
固形燃料を提供するものである。

近年１石油危機を契機としたエネルギー資源の変化を背
景に５石炭を中心とした炭素質燃料の見直しが活発化し
、重要なエネルギー資源の有効な利用が望まれている。

石炭等の固形燃料の有効な利用拡大を図るには大きな技
術的問題も多い。現在−例として石炭利用拡大の大きな
技術的開発課題は、（イ）石炭を高度利用して未利用資
源の有効利用を図る（たとえば、微粉炭、褐炭の有効利
用）、（ロ）排煙処理技術を確立し、環境保全、効率の
向上を図る（たとえば、公害防止技術）、（ハ）石炭を
液化し、輸送、貯蔵等の不便さを解消する（たとえば、
００Ｍ燃料）、に）石油、天然ガスの代替として利用す
る（たとえば、高カロリーガス化）、（ホ）石炭１石炭
灰の再資源化、新規需要分野を開発する（たとえば、家
庭用燃料）、などがあり、取り組みが検討されている。

本発明は上記技術的開発課題の中で、特に（イ）。

（ホ）に関連するもので、従来の固形燃料すなわち練炭
、豆炭さらに練炭、豆炭とは異なる新しいタイプの家庭
用固形燃料を提供するものである。

従来、固形燃料は工業用と家庭用に大別できるが１石炭
を中心とする固形燃料の大部分は、工業用に使用されて
いる。一方、家庭用として使用されている石炭利用の固
形燃料は、練炭、豆炭が主流で、木炭利用の消費は年々
減少傾向にあり、これらの家庭用固形燃料は補助熱源と
して利用されているにすぎない。しかしながら、その中
で木炭は高級調理用熱源として、ホテル、レストランな
どの調理用として重要視されている。

石炭、木炭等の有効利用あるいは新規分野を考慮すると
、家庭用固形燃料を補助熱源として利用するのではなく
、付加価値の高い新しいタイプの固形燃料の開発は急務
であり、さらに排ガス特性（特に−酸化炭素）の優れた
ものでなければならない。しかし、現在市販の家庭用固
形燃料は一般的に練炭、豆炭および木炭を示す。一部携
帯用。

非常用固形燃料としてアルコール燃料を含有したパラフ
ィンワックスなどもあるが、需要も少ない。

このような一般的な練炭、豆炭の技術開発はかなり進歩
し、着火・火回り特性、立消え、煙の発生、悪臭防止、
排ガス特性等の改良がなされ、最近では点火剤付練炭・
豆炭も市販されているが、このような練炭、豆炭等の固
形燃料には欠点も多く、その欠点を列記すると次のよう
になる。

（１）練炭、豆炭の熱容量（比熱）が太きく、Ｎ人件が
悪い。

（２）安定燃焼までに時間を要しく平均１〜２時間）、
着火性が悪い。

（３）着火後、立消えすることもある。

（４）点火時、煙や悪臭が発生する。

（５）燃焼初期や燃焼末期に有害ガス（特に−酸化炭素
、二酸化イオウなど）の発生量が多い。

（６）固形燃料１個当りの重量が大きいことは、熱容量
（比熱）も太きくなジ、燃焼温度が必然的に高い。従っ
て燃焼灰がコンロに融着し、コンロの形状を変化させ、
あるいは排ガス特性をさらに悪化させる。これは石炭中
のアルカリ金属。

アルカリ土類金属とコンロ成分中のシリカ、アルミナ等
が高温反応し、スピネル構造物となることによる。

上記欠点から明らかなように、固形燃料単体が主原因と
なっているものが多い。本発明は上記欠点を改善し１着
火・火回り特性、燃焼特性の優れた新しい固形燃料を提
供するものである〇ここで、固形物の主成分である炭素
質物質としては１石炭、コークス、木炭、素灰、黒鉛な
どを用いることができ、必要に応じて、燃焼促進剤。

脱硫剤、成形助剤、粘結剤を添加して固形物を構成する
ことができる。この固形物の表面に金属塩、たとえば硝
酸鉄の溶液を含浸し、その後乾燥して、前記硝酸鉄また
は酸化鉄を担持させるのである。

まず、燃焼促進剤、脱硫剤、成形助剤および粘結剤につ
いて説明する。燃焼促進剤としては、アルカリ金属硝酸
塩、過塩素酸塩、塩素酸塩、過マンガン酸塩などを言い
、硝酸カルシウム、過塩素酸カリウム、塩素酸ナトリウ
ム、過マンガン酸カリウムなどがある。脱硫剤としては
、アルカリ金属、アルカリ土類金属の炭酸塩、水酸化物
、酸化物などを言い、炭酸カルシウム、水酸化カルシウ
ム、酸化マグネシウムなどがある。次に成形助剤として
は、ベントナイト、粘土、タルクなど、粘結剤としては
、ピッチ、タール、フノリ、糖密。

パルプ排液、カルボキシメチルセルロース、メチルセル
ロース、セメントなどがある。上述した燃焼促進剤、脱
硫剤、成形助剤および粘結剤は、一般的に使用されてい
るものである。

第１図は炭素質物質としての石炭（無煙炭）を１００メ
ツシユ以下に粉砕し、塩化第二鉄（Ｆ６（＃）のエタノ
ール溶液とよく混合し、１００°Ｃで乾燥後、試料とし
た固形燃料の鉄塩担持量と着火温度との関係を示す。な
お、着火温度は、示差熱重量分析により、第２図のよう
なＴＧ凸曲線重量開始前のＴＧ凸曲線延長線と１重量減
少開始後の定常状態となったＴＱ、曲線の延長線との交
点ムに対応する温度ム゛で表し泥。

第１図から明らかなように、ｙｅｃ１３の添加量が鉄に
換算し０．２重量％以上になると着火温度は著しく低下
し、その温度差は約１６０°Ｃで１着火源度は無添加４
２６℃と比較し２６６℃とその効果は太である。添加量
は０．２重量％以上になると。

少し着火温度は低下するだけである。

次に本発明に用いる金属塩について説明する０金属塩と
しては、鉄、ニッケル、マンガン、鉛。

リチウム、ナトリウムおよびカリウムより選択された少
なくとも１種の金属の塩であるが、必要に応じ、コバル
ト、クロム、モリブデン、バナジウム、アンチモン、ビ
スマス、スズ、亜鉛、ストロ・ンチウム、バリウム、セ
シウム、銅、銀、金、ルテニウム、ロジウム、パラジウ
ム、白金などの塩を含有してもよい。さらに前記金属塩
は、無機塩として、塩化物、硝酸塩、炭酸塩、有機塩と
して。

酢酸、シュウ酸塩を用いる。具体例として、鉄塩の場合
、塩化鉄、硝酸鉄、炭酸鉄、酢酸鉄、シュウ酸鉄等であ
る。

上記金属塩は一般的に水に可溶性であるが、たとえば、
緩酸塩の中で水に難溶性の塩は、炭酸水を溶媒として用
いることができる。特に製造法から考えると、水可溶性
塩を用いることが好ましい。

また前記金属塩を固形物に均一に含浸させるために、必
要に応じ界面活性剤を微量、溶媒に添加することも可能
である。

上記金属塩の中で、着火性を著しく向上さゼるものは、
鉄、カリウムの塩である。

本発明は、゛前述の如く、固形物の表面に、前記金属塩
を含浸させ、乾燥、必要に応じて熱処理して担持させる
ものである。一方、固形物を製造する場合、固形物組成
中に、あらかじめ添加することも可能でアリ、この混合
方式によれば、固形物の配合時に金属塩を混合するため
、固形物全体に均一に分散され、製造法も簡゛便である
が、金属塩の添加量は、含浸方式と比較して多くなる。

これに対して１本発明の含浸方式は、固形物を成形後、
表面に含浸させるため、製造法はやや複雑となるが、必
要最小限度の量を表面に担持するだけで。

同様の効果、すなわち、着火性の優れた固形燃料を提供
することができる。さらに現在市販されている各種固形
燃料を着火性の優れた固形燃料に改質することができる
。

次に金属塩の担持量は、金属に換算し０．０１〜２重量
％の範囲が好ましい。０．０１重量−以下の場合、金属
塩の担持効果、すなわち着火性は、未担持のものとほと
んど変わらない。一方、２重量係以上になると、固形燃
料の細孔部が金属塩であたかも被覆されたようになり、
固形燃料への酸素の供給が悪化し、立消えすることがあ
る。以上のことから好ましい金属塩の担持量は、金属に
換算し、０．０１〜２重量％の範ｉである。古参≠半配
担李ＨＬの ここで、以下の実施例に示す各種固形燃料の評価法につ
いて説明する。通常固形燃料を着火する方法は、次の３
種が考えられる。

（１）紙や木片あるいは木炭にまず着火し、固形燃料の
上部または下部に着火させる方法（以下、補助着火法と
呼ぶ） （２）着火剤を上部に挿着し、着火させる方法（以下、
着火剤法と呼ぶ） （３）　　（１）に類似した方法であるが、ガス炎を用
いて着火させる方法（以下、ガス炎法と呼ぶ）′第３図
は補助着火法によシ着火・大同シ特性。

燃規符５紫側疋する茨直τボ〕０こ〇Ｖヒ用いｆ（ぬ焼
器は、市販コンロを一部改良したものである。

燃焼器本体１は、その側面下部に燃焼用空気２゜側面上
部に二次燃焼用空気口３を有する。４は５メツシユの金
網からなる燃料受皿、６は受皿上に均等に充填した固形
燃料、６は径５１Ｎのペレット状補助着火剤である。

７は本体１の上部を覆うフードで、側面には補助二次燃
焼用空気口８、上面には排気口９を有し。

排気口９の１つには排ガス測定用のパイプ１０を挿入し
である。

受皿４上に３ｏｏｇの固形燃料を充填した後。

その上にガス炎法により１分加熱して着火した補助着火
剤を充填し、この着火剤充填時から排ガス中の一酸化炭
素及び二酸化炭素の濃度を測定した。

第６図にその一例を示す。そして、排ガス中の二酸化炭
素のピーク値、すなわち補助着火剤を投入後からピーク
値までの時間をここでは着火・大同１３・０ご用“た補
助着火斉次は岩手産木炭１００重量部とカルボキシメチ
ルセルロース２重量部である。

第４図は、補助着火剤の着火方法を示す。図中１１はガ
ステープル本体を示し、バーナー１２より、２０闘離れ
た所に直径１０（Ｍｌｆｆ、長さ３０１１＋１１１の円
筒状受皿１３を支持台１４で保持し、受皿１３に充填し
た補助着火剤６をガス炎で１分間加熱する。

次に金属塩担持により着火性が向上する理由については
、不明な点も多いが、以下のように推定される。

（２Ｌ）　　担持したイオン性の金属塩中の金属イオン
が炭素質物質中に含まれているフミン酸塩と反応し、塩
基交換を行うことにより、金属のフミン酸塩が生成し、
これが炭素質物質の表面に一様に生成することによって
、固形燃料の担持部の着火性を向上させるものと考えら
れる。−例として、石炭、木炭、コークスのそれぞれの
着火温度は４００〜６００’Ｃ，３２０〜４００’Ｃお
よび６００〜６００℃の範囲であるが、鉄塩を担持した
場合、フミン酸鉄が生成するものとすれば、フミン酸鉄
単体の着火温度は２７８°Ｃであり、前記石炭、木炭、
コークス単体よりも非常に低い。このフミン酸塩が固形
物の金属塩担持部に広く存在することにより、固形燃料
の表面着火温度は低下し、着火性の優れた固形燃料とな
るものと考えられる。

（ｂ）　　担持した金属塩が、固形燃料の燃焼時に加熱
され、その一部分が分解して金属酸化物となり。

生成した金属酸化物が良好な酸化触媒作用、すなわち空
気中の酸素を選択的に吸着あるいは金属酸化物が一部分
解し、酸素を放出することにより、固形燃料の表面の酸
素濃度を増大させ、着火性を向上させる。さらに固形燃
料からのガス状分解生成物の酸化反応や、ガス状分解生
成物の一部が炭素質物質中に含まれる脂肪族炭化水素の
炭素−炭素結合の分解１促進さぐるものと考える。また
上記金属酸化物は極く微細な粒子となり、金属酸化物の
比表面積は非常に大きい。このため金属酸化物の触媒作
用によシ、酸化反応の活性化エネルギーが低下した炭化
水素は低い濃度で燃焼可能となり、固形燃料の着火温度
は低下し１着火性の優れた固形燃料となるものと考えら
れる。

次に本発明の製造法について説明する。

まず、固形物の製造工程を説明すると、固形物組成（炭
素質物質に必要に応じ粘結剤、成形助剤。

脱硫剤および燃焼促進剤を混合したもの）を乾式混合し
、成形に必要な水を添加し、湿式混合する。

次に成形機により、任意の形状に成形し、熱処理後、固
形物を製造する。この方法は一般的な固形物の製造法で
ある。次に上記の固形物に金属塩を担持するには、固形
物に、金属塩溶液を浸漬、塗布等の種々の方法で、含浸
させ、その後乾燥する。

固形物の配合割合は、使用目的、用途により異なるが、
次のものが一般的である。

炭素質物質　　　　７０〜９６重量％ 燃焼促進剤　　　　　０〜１６　〃 脱硫剤　　　　　　　１〜２５　〃 成形助剤　　　　　　０〜１０／／ 粘結剤　　　　　　Ｏ，Ｓ〜５重量予 以下１本発明の詳細な説明する。

実施例１ 無煙炭９６重量部、脱硫剤の炭酸カルシウム３重量部及
び粘結剤のカルボキシメチルセル８２重量部を、ミキサ
ーで充分乾式混合後、混合物をニーダ−に投入し、成形
に必要な水を添加し、充分混練した。その後、混線物を
押出し成形機により、径１０ｆｆｆｆのベレット形状に
成形後、１２０’Ｃで２時間熱処理し、長さ１６〜２６
酊に整粒した。

次にこの固形物を塩化第二鉄の３重量％水溶液に浸漬し
、固形物の表面に塩化第二鉄を含浸させ。

風乾後、１１０°Ｃで２時間、熱風乾燥機で熱処理して
、塩化第二鉄を表面に担持した固形燃料とした。

以上のようにして得た固形燃料の金属塩担持量（以下金
属量に換算した値で示す）と着火・火回り特性、燃焼特
性を第１表に示す。また着火・火回り時間を第６図に、
−酸化炭素のピーク値を第７図に示した。

第　　　１　　　表 これらの結果から明らかなように、塩化第二鉄の担持量
は鉄に換算し０．０１〜２．０重量％の範囲が好ましい
。０．０１１重量％以下は、着火・火回り特性は金属塩
未担持のものとほぼ同様であり、また−酸化炭素の発生
量も多い。一方２．０重量％以上になると、着火性が悪
く、燃焼初期で立消えを生じた。

実施例２ 実施例１の固形物に、塩化第二鉄を各種の割合で添加し
た炒子の泥状の補助固形燃料を表面に薄く被覆し、風乾
後、１１０’Ｃで２時間熱処理した。

被覆層は、平均２００μｌ１１（６０〜ｓｏｏ１１ｍ）
とし。

被覆層中の塩化第二鉄の含量は鉄に換算して０．１〜７
．０重量％である。また固形物と補助固形燃料に対し、
被覆層中の塩化第二鉄は鉄に換算しＯ，Ｓ〜１．０重量
％の範囲である。第２表は、被覆層中の鉄塩含量と、着
火・火回り特性、燃焼特性を示す。

（以下余　白） 第　　　２　　　表 第２表から明らかなように、被覆層中の塩化第二鉄の量
が鉄に換算し、０．２重量％以下のものは着火・大同シ
特性および燃焼特性も悪い〇一方６．０重量％以上にな
ると１着火・大同９特性が悪悪く、燃焼初期で立消えを
生じた。

この例は表面の含浸量を定量化するこ之は困難であるた
め、被覆法により、含浸法を推定するためのものである
。

実施例３ 実施例１の固形物に塩化第二鉄と硝酸銅の混合液を含浸
させたものについての特性を第３表に示す。

第　　３　　　表 第３表から明らかなように、鉄塩と他の金属塩（銅塩）
を併用することにより、さらに着火・火回り特性は改善
させることができる。

実施例４ 実施例１の固形物に炭酸カリウムの水溶液を含浸させた
ものにしいての特性を第４表に示す。

第　　　４　　　表 第４表に示すように、着火・火回り特性、燃焼特性は著
しく改善できた。リチウム塩、ナトリウム塩についても
同様の特性を示した。

実施例６ 実施例１の固形物に、硝酸鉄、硝酸マンガン。

硝酸ニッケルの混合液を含浸させたものの特性を第６表
に示す。

（以下余　白） 第　　　６　　　表 実施例６ 実施例１の固形物に、硝酸鉄を含浸し、乾燥時の熱処理
条件を変化させたものについての特性を第６表に示す。

第　　　６　　　表 第６表に示すように、熱処理条件により、若干着火・火
回り特性、燃焼特性も改善できる。このことは、硝酸鉄
の微細な粒子よりも酸化鉄の微細な粒子が前述した酸化
触媒作用により、改善されたものと考えられる。

なお、一般に市販されている酸化鉄試薬を実施例２の被
覆層に含有させたものは、はとんど着火・火回り特性に
は寄与しなかった。そして、若干ではあるが、燃焼特性
については、排ガス中の一酸化炭素の発生が少゛なくな
った程度で、酸化鉄試薬程度の粒子の大きさではほとん
ど効果はなかった。

実施例７ 市販の着火剤付練炭４号（１，４ｋｇ）を塩化第二鉄の
６重量％水溶液に浸漬し、風乾後、１１０°で３時間熱
処理したものの特性を第７表に示す〇（以下余　白） 第　　　７　　　表 ただし、特性測定用燃焼器は市販の軽量練炭コンロを使
用し１着火方法は着火剤法によった。第７表から明らか
なように、塩化第二鉄を担持したものは１着火・火回り
特性、燃焼特性も著しく改善することができた。

実施例８ 市販の備長炭（白炭）を長さ３０ＭＭに切断した最大径
が２０〜３０朋の棒状の固形物を炭酸カリウムの２重量
％水溶液に浸漬し、風乾後、１２０″Ｃで３時間熱処理
した。その特性を第８表に示す。

燃焼器は実施例１と同じとし、固形物は６００９投入し
、補助着火法により着火した。

第　　　８　　　表 第８表から明らかなように、調理用固形燃料の最高級で
ある備長炭は、一般的に着火しにくいものである。しか
し、炭酸カリウムを担持したものは着火・火回り特性、
燃焼特性も改善された。また備長炭は長時間燃焼するも
のであり、炭酸カリウムを担持した固形燃料においても
、燃焼時間が約６％短いだけであった。

実施例には詳述していないが、鉛、リチウム。

ナ）　ＩＪウムの塩も同様に着火・火回り特性、燃焼特
性を改善することができた。さらに鉄、ニッケル、マン
ガン、鉛、リチウム、ナトリウムおよびカリウムを必須
成分として、その他の金属塩、たとえば、コバルト、ク
ロム、モリブデン、バナジウム、アンチモン、ビスマス
、スズ、亜鉛、ストロンチウム、バリウム、セシウム、
銅、　銀、　金。

ルテニウム、ロジウム、パラジウム、白金の塩を併用す
ることにより、さらに効果は大となった。

また石炭以外のコークス、素灰、黒鉛についても同様の
効果があった。

【図面の簡単な説明】

第１図は固形燃料の鉄塩担持量（鉄に換算）と着火温度
の関係を示す図、第２図は示差熱重量分析結果から着火
温度を求める方法を示す図、第３図は固形燃料の特性測
定に用いた装置の縦断面図、第４図は補助着火剤の着火
装置の縦断面図、第６図は固形燃料の排ガス中のＣＯ及
び００２濃度の経時変化の例を示すグラフ、第６図は金
属塩担持量と着火・火回り時間の関係を示すグラフ、−
第７図は金属塩担持量と一酸化炭素発生量の関係を示す
グラフである。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名１１
１１図 鉄４めも８４（鏝に換算）重量％ ２１１ ゝ、

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭素質物質を主成分とする固形物の表面に、鉄、
   ニッケル、マンガン、鉛、リチウム、ナトリウム及びカ
   リウムよりなる群から選んだ少なくとも１種の金属の塩
   であって、かつ塩化物、硝酸塩、炭酸塩、酢酸塩及びシ
   ュウ酸塩よりなる群から選んだ塩の溶液を含浸し、乾燥
   する工程を有する固形燃料の製造法。
2. （２）固形物に対する金属塩の担持量が金属に換算して
   ０．０１〜２重量％である特許請求の範囲第１項記載の
   固形燃料の製造法。