JPS60262891A - 成型燃料の製造方法 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、石油コークス、木質廃材および石炭の各粉状
物の特定な組成比からなる混合物について、その中に含
まれる木質分とともに、石油コークスのタール質成分も
同時に結合剤として作用せしめて成型燃料を製造する新
規な方法に関するものである。

従来の技術 第２次石油危機以来、石油代替は電力・紙パルプ・セメ
ン１−工業などにおいて石炭を中心にして進んで来たが
、最近になって石油コークスも重要な代替エネルギーと
して注目されるようになって来た。それらは大型産業用
に限らず、民生用エネルギーとしてもその利用が進んで
いる。現在、燃料として使用されている石油コークスは
、石炭に代表される固体燃料と比して、きわめて灰分が
少ない上に、発熱量が高いと言◇特性を持っている。

また、石油コークスは北米を中心とする諸外国から輸入
されているが、今後も長期にわたって、低コストで、か
つ安定的な供給を受け得るとされている。このようなこ
とが、石油コークスが石油代替エネルギーとして大きく
期待されている理由である。しかしながら、反面、石油
コークス単味による燃焼では、燃料としての大きな欠点
も有する。

すなわち、その中には硫黄、バナジウムなどの成分を多
く含んでいるため、燃焼時における硫黄酸化物（ＳＯｘ
）などの大気汚染物質の発生、燃焼装置の腐食及びボイ
ラー熱交換器などにおいてスケールを発生し易い。この
ため石油コークスを燃料とする場合、これらの点略こつ
いて十分な対策を講じなければならない。現在、微粉石
油コークスを使用する大型ボイラーの場合、その対策と
して、脱硫装置の付設、及び予め燃料への腐食、スケー
ル防止剤の添加などの方法が実施あるいは検討されてい
る。しかし、民生用あるいは小型ボイラー用などの燃料
とする場合、上記のような対策を講じることは燃焼装置
上及び経済性などで、多くの制約を受け、きわめて難か
しい。従って、発熱量の比較的小さい燃焼装置に石油コ
ークスを使用する場合Ｇこは、上述のような燃料として
持つ欠点を改善するとともに、貯蔵・ハンドリング時の
粉塵の発生防止なと、清潔性を４虜した石油コークスの
燃料化が必要である。その期待される方法として、粉状
石油コークスを使用した成型燃料化がある。すなわち、
結合剤の添加など、何らかの方法によって成型し得ると
すれば、その際に脱硫剤及び腐食・スケール防止剤を添
加できるからである。

これまでの石炭・木材系成型燃料としては、樹皮、製材
屑などの木質廃材を押し出し成型するオガライトや、ウ
デツクスに代表されるペレ・ント燃料ｔｌどの木質成分
の一部を粉状石炭で置換した燃料が公知である。

しかしながら、これらの燃料では、配合可能な石炭量に
限度があり、オガライトでは３０重量％、ペレット燃料
では５０重量％止りである。すなわち、これらの成型燃
料では、木材粉の加圧下における可塑化する性質を利用
して成型するため、粉炭配合量が上述の量を超えると、
可塑化成分である木材粉の減少により押出し成型法の採
用がＦＪＪＨとなる。

このため他の成型法、例えばロール型プレス式あるいは
ピストン成型法によることとなる。しかし、この場合Ｇ
こおいては、良質な成型燃料を表名するためには、バイ
ンダーとして作用する物質、例えばデンプン、ＣＭＣ，
ベントナイトあるいは石炭、石油系ピッチなどを配合す
るか、あるいは何らかの方法喀こよって使用する原料自
身にバインダー活性を付与しておく必要がある。

この原料自身にバインダー活性を付与する方法として、
特公昭５８−４４７１８が挙げられる。

−Ｆ記方法は粉状石炭と木材粉の混合物を加圧成型によ
り成型燃料化するに当って、この混合物を８０〜１００
℃の温度範囲において水蒸気共存下で一定時間保持する
ことによって、混合物中の木材成分にバインダー活性を
付与するものである。

しかしながら、この技術を石油コークス粉の成型に適用
すると以下のような問題点がゐる。即ち１、処理温度が
８０〜１００℃の温度であるので水蒸気共存下と言えど
も木材粉中の水分のコントロールが難かしく、正確にコ
ントロールするための装置が必要である。２．成型体ハ
ンドリング時のＷｉｘ性が特に民生用燃料とした場合、
重要であるが、この点昏こついて明らかでない点が挙げ
られる。

発明が解決しようとする問題点 本発明は、揮発分の非常に少ない石油コークスを主原料
とした混合物に、特にバインダーを添ｎ［］することな
く、強固な結合を付与しハンドリング時の清潔性を保持
すると共昏こ、燃焼時の優れた形状保持性を音する成型
燃料を得ることを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 本発明者ら（Ｊ１石油コークス、木質廃材（及び石炭）
の各粉状物からなるＭ合物の成型について種々検討した
結果、ロール型プレスにより、比較的低温加熱下であっ
ても、特定の線圧以上のプレス条件では、石油コークス
中のタール質成分は木質成分と共に結合剤として作用ｆ
ることを見い出し本発明を完成Ｔるに至った。

上記発見は、揮発分が非常に少ない微粉石油コークスを
原料として成型燃料化する場合、２つの特性を付与する
意味において極めて重要なことである。その一つは、ハ
ンドリンクドのＷ３Ｓｉ竹：から見た特性である。即ち
、本発明における成型黙刺の場合、結合剤としての役割
は主として木質成分であるが、その成分に加えてタール
質成分も結合剤として作用することによって、強度を向
上させることは勿論のこと、石油コークスを主体とした
微粒子の強固に接着された表層を有する成型燃料を与え
る。また、他の一つは燃焼時における形状保持特性であ
る。即ち、結合剤としての役割も持つタール質成分は燃
焼時において固化しながらも結合剤として作用し、形状
保持特性に大きく寄与する。この性質は、特に燃焼器に
おける燃料の火格子からの落下、及び煙道への飛散によ
る未燃損失を大きく低減する上で重要である。

以下、本発明に係る成型燃料の原料及び制心方法につい
て詳述する。主原料である石油コークスとは、原油から
ガソリン、ガスオイル等の溜出燃料を精製する際に、デ
ィレード・コーキング法（一部、フルード・コーキング
法）のプロセスにより副生ずる固形状残渣である。この
際の最高加熱温度は約４５０℃であることから、最終的
には比較的低沸点のタール質成分も少量ではあるが残存
することとなる。また、石油コークスの粒度分布は、例
えば１７８インチ以下６７％、１／８〜１／４インチ２
０％、１／４〜］／２インチ以上１３％と粒度の非常に
小さいものから構成されている。本発明においては、粒
径３ｍｍ（約１／８インチ）以下、水分量は風乾程度に
した石油コークスを使用する。木質廃材とは、樹皮、背
板、１６が屑、サンダー屑及び建築古材なとであり、そ
れらを粒径５ｍｍ以下、水分量を１０〜２０％、好まし
くは１２〜１８％にｍ整して使用する。また、石炭とは
炭質による区分（ＪＩＳ　Ｍ　１００２　）で、弱粘結
性瀝青炭（Ｃ）〜強粘結性瀝青炭（Ｂ１）を指し、それ
らを粒径３ｍｍ以下、水分を風乾程度にｖＲ１！ｌシて
使用する。

製造方法については、上述の原料を用い、石油コークス
粉１００重量部及び木質廃材量１５〜１００重量部、さ
らには成型燃料の形状保持性が特に要求される場合には
、石油コークス単味に代えてその１０〜５０重量部を弱
粘結乃至強粘結性炭で置換した原料１００ｊ１量品から
なる混合物を調製し、次いでこれら混合物を５０〜８０
℃に加熱した後、スクリューフィーダー等によりロール
型プレスに加熱した混合物を供給し、線圧ａ、ｏｏ。

〜１０．０００　ｋｇ　／ｃｍの範囲内で石油コークス
中のタール質分を木質粒と共に結合剤として作用せしめ
ながら、連続的に成型する。なお、成型燃料の形状９寸
法については、それらの形状９寸法をなしたポケットを
刻み込んだロールを使用することにより、任意に達せら
れる。

燃料組成において、石油コークス又は石油コークスの一
部石炭置換物１００重量部に対し、木質廃材１５〜１０
０重量部の範囲で添加される。１５重量部に満たない場
合、結合剤として作用する木質廃材量が少ないため、通
常のハンドリングに耐え得るだけの強度は得られない。

また、その添加量が１００重量部を超える場合には、発
熱量が大きく低下する上に、一般に言う火力がない、火
持ちが悪いなど、石油コークスの持つ燃料としての特性
が大きく損われる。また、木質廃材は石油コークス、石
炭とは違って、地方分散型エネルギー資源であることか
ら、本燃料の生産規模、価格は、その集荷、供給などの
経済的特性に大きく制約を受ける。従って、本燃料の実
用化に当っては燃料特性及び生産規模１価格などの経済
的な面から言って、木質廃材の添加量は２０〜６０重量
部が好ましく、さらに２５〜４０重量部が最も望ましい
。

本燃料において、石油コークスの一部を置き換えて石炭
を添加することは、燃焼時における形状保持性を向上さ
せることに在る。原料、その組成比、及び使用する燃焼
装置の機構−〇よっては、燃焼時において石油コークス
中のタール質成分と同様な挙動をとる物質を添加する必
要があり、それに相当する物質が本発明における弱粘結
乃至強粘結炭である。これらの石炭は加熱されると、約
４２０〜４５０　”Ｃあたりから熱分解を受けながら溶
融し始め、次いで固化して５民とは全く異なる組織構造
をなしたコークスとなる。従って後述する実施例で示す
ように、石炭を添加した系の成型燃料において形状保持
性に優れることは、このような粘結性石炭のコークス化
現象によるものである。

なお、この現象は、褐炭、亜瀝青炭、無煙炭などの非粘
結性石炭では、当然のことながら、その添加効果は期待
できない。

このように石炭を添加する場合、その添加量が石油コー
クスに対し１０％（重量）未満では、形状を保持する上
での効果は少ない。また、その添加量が石油コークスに
対し、５０％（Ｎ量）を超える場合には、燃焼時におい
て燃料同志が溶着する現象が起り、また、多量のばい煙
も発生することになる。

結合剤を使用せずに、粉体原料をロール型プレスにより
成型する本発明方法においては、その成型性は原料温度
及び成型圧によって大きく左右される。原料温度は、後
述する成型圧の範囲では、５０℃以上の温度で十分な強
度のある成型燃料を与える。また、原料の加熱温度は高
い程好ましいが、木質物の結合剤としての作用は、その
水分含有量に大きく影響されるため、原料の均一な水分
含有量を管理する上から上限温度を８０℃とした。

成型圧については、ロールプレスの成型機構から見た条
件、すなわち、剪断変形を伴った圧縮力のもとで、各原
動体を塑性変形せしめ、成型燃料がより緻密な構造をと
るような条件から設定する必要がある。特に木質粉及び
石油コークス中のタール質成分が結合剤として作用する
だけの圧密化成型圧が必要である。この成型圧を線圧（
原料混合物の対向する両ロールから［接的に受ける単位
長さ当りの圧力、ｋｇ／ｃｍ　で示す）で示すと下眼成
型圧が３．０００ｋｇ／ｃｍ＋ζ相当する。また成型圧
の設定については、成型燃料の原料、その組成比、形状
９寸法などの条件によってなされるが、−ヒ限成型圧を
線圧１０．０００　ｋｇ　／ｃｍとシテ、それらの成型
圧の範囲において、良好な成型燃料が得られる。

なお、成型〔こついては、２段で行なうことが好ましい
。即ち、第１段目で１〜５ｍｍ程度の板状の成型体とし
、直ちに、３〜５ｍｍ以下に砕いてから第２段目の成型
をすれば、成型燃料の耐圧強度１表面状態、燃焼時の形
状保持性とも、何れも良い結果が得られるし、木質廃材
粉の添加比率範囲内（１５〜１００重量部）の高めの比
率、例えば５０〜８０Ｍｍ部にすることができ、火力を
コントロールＴる幅が拡がる利点がある。以下、さらに
本発明を実施例により説明する。

実施例 次の第１表に示す組成比から成る原料名１５　ｋｇにつ
いて、温度７０℃に達するまで加熱混合した径、加熱混
合物をスクリューフィーダーによりロールプレスに供給
し、第２表に示す条件下で連続的に成型した。

第　１　表 注　１）弱粘結炭 ２）Ｗ！築古材を主体とした木粉 なお、試料５．６はそれぞれ試料２．４の成型時に生じ
たパリを再成型用としたものである。

第　２　表 ロール径：３００ｍｍ ロール幅：　ｊ）５ｍｍ 成型燃料の形状・寸法：アーモンド型、約６ｃｃロール
回転数：６６−７ｒｐ ロールの支持力゛３０ｔ ロール線圧：　４．　ＯＯＯ−６，０００ｋｇ　／ｃｍ
この操作を１試料につき５〜１０回繰返し合計７５〜１
５０　ｋｇ　の原料を成型した。次いで、それらの成型
物について、１０ｍｍ篩各こ上りパリ部分を取り除いた
。何れの場合においても、８５％以上の歩留であった。

また、一部の原料については生じたパリ単味による成型
試験を実施した。（試料５，６）、それらの成型燃料の
性質は、次の第３表に示す如くである。

第３表 注　１）良好とは、触っても微粉末が手に何カ）ない程
度を示す。

２）ストーブで燃焼させたときの形状保持性３）燃焼時
において、成型燃料の表面、中間部の形状保持性は良好 なお、試料５．６はそれぞれ試料２．４の成型時に生じ
たパリを再成型したものである。

作用 実施例から判るように、本発明による成型燃料は結合剤
を使用していないｔＣも拘らず、何れも耐圧強度が５０
　ｋｇ以上で、通常の貯蔵、ハンドリングに必要な強度
の目安である２　０　ｋｇを大きく超えている。また、
本燃料は非常に微細な石油コークスを原料としているに
も拘らず、手で触っても、その微粉末が手に付かない程
度の光沢のある良好な表面状態を呈する。

燃焼時における形状保持性については、石油コークス・
木質系（試料１１２）の場合、成型燃料の表面部、中間
部分の燃焼では問題がないが、中芯部分においては形状
保持性はあまり良好ではなかった。これは、ロールプレ
ス警こより成型されるとき、中芯部ではタール質成分に
よって固結するほどの圧力を受けなかった事によるもの
である。

それらに対して、他のものは燃焼時全般にわたって良好
な形状保持性を示した。その理由として、先ず弱粘結炭
を含む系（試料３．４）の燃料では燃焼時に石炭質がコ
ークス化過程において他の粉体粒子と固結し、また、試
料２，４の成型時で生じたバリ単味による系（試料５．
６）では、一度高圧で成型されたものを原料としている
ことがら中芯部まで固結していることによるものである
。

以上のようなことは、原料混合物がロールプレスの剪断
液形を伴った高い圧縮力を受けて、石油コークスのター
ル質成分は木質成分と共に結合剤として作用したことに
他ならない。しかしながらタール質成分が結合剤として
の役割を持つと言っても、比較試料（試料７）に足すよ
うに、石油コークス単味では、ハンドリングに耐え得る
だけの強度を有する成型燃料は得られないことは無論の
ことである。従って、本燃料の場合、結合剤としての役
割の主体は木質成分であり、タール質成分は上述のよう
な２つの特性を付与する意味において、結合剤としての
役割を持つことは容易に理解され得る。

発明の効果 これまでに詳述して来たように、本発明では従来から成
型燃料の一般的な結合剤であるデンプンやＣＭＣなどの
水溶性ポリマーあるいは石油・石炭ピッチなどを使用せ
ずに、粉状石油コークスを原料とする成型燃料の製造を
可能とした。本燃料の場合、硫黄、バナジウム成分など
の少ない木質及び石炭原料との複合固型燃料であること
から、当然のことながら、硫黄酸化物発生量の低減、腐
食・スケールも大きく抑制されることが期待される。事
実、実施例で示した成型燃料試料１〜４　（石油コーク
ス・木質系１石油コークス・石炭・木質系）について、
市販石炭ストーブにより燃焼試験を実施した結果、上記
の点についての改善が確認された。また、この燃焼試験
において、その使用原料５組成比によっては、硫黄腐食
・スケール抑制剤として公知のカルシウム、マグネシウ
ム化合物などを適宜に添加することによって、上記のよ
うＩＪ欠点を大幅に改善Ｔることは可能である。

現在、石油情勢は安定的に推移しているものの中長期的
をこ需要の逼迫９価格の上昇が予想されることから、セ
キュリティの確保と価格の安定を図るためには、石油代
替エネルギーの開発は極めて重要である。このような観
点から、石油代替については、大型産業用に限らず、民
生用および各温中小型ボイラー用燃料などにおいても進
められている。本発明に係る成型燃料は、石油コークス
。

石炭あるいは木質燃料車味では、持ち得ない優れた複合
固型燃料である。

本発明は、このような新燃料をロール型プレス法により
量産化を可能とし、経済的に提供するためになされたも
のであり、従って、今後の石油代替化、特に民生用燃料
を中心とした代替化を促進する上で大きく寄与するもの
である。

特許出願人　丸　山　敏　彦 同　日本軽金属株式会社 代理人　弁理士　松水圭司

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １６　石油コークス粉１００重量部、あるいは石油コー
   クス粉と弱粘結乃至強粘結炭粉の組成比が９：１〜５：
   ５からなる原料１００重量部と木質廃材粉１５〜１００
   重量部の配合物について、５０〜８０℃の温度で加熱混
   合した後、ロール型プレスにより線圧３０００−１０，
   ０００　ｋｇ／ｃｍの範囲において連続的に加圧するこ
   とによって、木質成分とともに石油コークス中のタール
   質成分も結合剤として作用せしめることを特徴とする成
   型燃料の製造方法。