(57)【要約】【課題】本発明は、コークスの製造コストを低減しつつ、コークスの強度を向上できるコークス製造用原料炭の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明のコークス製造用原料炭の製造方法は、第１石炭及び溶剤を混合する工程と、上記混合工程で得られたスラリー中の第１石炭から溶剤に可溶な石炭成分を溶出させる工程と、上記溶出工程で得られた石炭成分が溶剤に溶解した溶液を上記スラリーから分離する工程と、上記分離工程で分離した上記溶液から溶剤を蒸発させる工程と、上記溶剤蒸発工程で得られた液状の無灰炭を第２石炭と配合する工程とを備える。上記配合工程の液状の無灰炭の温度としては、２００℃以上３００℃以下が好ましい。上記第２石炭の全膨張率としては、０％以上１０％以下が好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１石炭及び溶剤を混合する工程と、
上記混合工程で得られたスラリー中の第１石炭から溶剤に可溶な石炭成分を溶出させる工程と、
上記溶出工程で得られた石炭成分が溶剤に溶解した溶液を上記スラリーから分離する工程と、
上記分離工程で分離した上記溶液から溶剤を蒸発させる工程と、
上記溶剤蒸発工程で得られた液状の無灰炭を第２石炭と配合する工程と
を備えるコークス製造用原料炭の製造方法。
【請求項２】
上記配合工程の液状の無灰炭の温度が２００℃以上３００℃以下である請求項１に記載のコークス製造用原料炭の製造方法。
【請求項３】
上記第２石炭の全膨張率が０％以上１０％以下である請求項１又は請求項２に記載のコークス製造用原料炭の製造方法。
【請求項４】
第１石炭及び溶剤を混合する混合部と、
上記混合部で得られたスラリー中の第１石炭から溶剤に可溶な石炭成分を溶出させる溶出部と、
上記溶出部で得られた石炭成分が溶剤に溶解した溶液を上記スラリーから分離する分離部と、
上記分離部で分離した上記溶液から溶剤を蒸発させる溶剤蒸発部と、
上記溶剤蒸発部で得られた液状の無灰炭を第２石炭と配合する配合部と
を備えるコークス製造用原料炭の製造装置。
【請求項５】
請求項１、請求項２又は請求項３に記載のコークス製造用原料炭の製造方法により製造されたコークス製造用原料炭を乾留する工程を備える高炉用コークスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コークス製造用原料炭の製造方法、コークス製造用原料炭の製造装置、及び高炉用コークスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉での製鉄で使用されるコークスには、鉄鉱石（酸化鉄）の還元材としての機能、熱源（燃料）としての機能、及びコークス自体と鉄鉱石との荷重に耐えて炉内の通気性を確保するための充填材としての機能の大きくは３つの機能が期待される。これらの機能を果たすため、上記コークスには一定の強度と反応性（還元性及び燃焼性）とが求められる。
【０００３】
一般に、コークスは石炭を成型した後、１０００℃ないしそれ以上の高温で蒸し焼きにする（以下、「乾留する」ということがある。）ことにより製造される。強度の高いコークスを得る場合、粘結性の高い石炭である原料炭が使用されるが、このような原料炭は比較的高価である。そのため、コークスの製造コストの低減を目的として、粘結性の低い安価な劣質炭を用いることが望まれる。しかし、劣質炭を用いるとその低い粘結性によりコークスの強度が低下するため、劣質炭を配合できる量は限られる。
【０００４】
これに対し、コークスの製造コストを低減しつつ、コークスの強度を高める方策の一つとして、石炭の溶剤抽出処理により得られる無灰炭を粘結性補填材として利用する方法が知られている（特開２００９−２１５４５４号公報参照）。この方法では、無灰炭を劣質炭と混合し、無灰炭の融点以上まで加熱することで石炭表面に無灰炭を固定する。この従来のコークスの製造方法では、劣質炭を用いることで製造コストを低減しつつ、無灰炭を０．５ｍｍ以下の粒径とすることで、無灰炭との混合状態を向上させ、コークスの強度を高めている。しかし、無灰炭と劣質炭との混合が固体同士であるため、無灰炭と劣質炭との不十分な接触や、粘結剤となる無灰炭の偏在に起因してコークスの強度が十分に高まらないおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２１５４５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、本発明の目的は、コークスの製造コストを低減しつつ、コークスの強度を向上できるコークス製造用原料炭の製造方法、コークス製造用原料炭の製造装置、及び高炉用コークスの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するためになされた発明は、第１石炭及び溶剤を混合する工程と、上記混合工程で得られたスラリー中の第１石炭から溶剤に可溶な石炭成分を溶出させる工程と、上記溶出工程で得られた石炭成分が溶剤に溶解した溶液を上記スラリーから分離する工程と、上記分離工程で分離した上記溶液から溶剤を蒸発させる工程と、上記溶剤蒸発工程で得られた液状の無灰炭を第２石炭と配合する工程とを備えるコークス製造用原料炭の製造方法である。
【０００８】
当該コークス製造用原料炭の製造方法は、溶剤蒸発工程で得られた液状の無灰炭を第２石炭と配合する工程とを備える。つまり、製造された無灰炭を冷却することなく、液体の状態で第２石炭に配合するので、無灰炭が第２石炭の表面に付着し、一部は石炭細孔内に含侵する。このため、無灰炭を固体で混合する場合よりも無灰炭と第２石炭との間に強固な結合と無灰炭の均一な分散が得られ、コークスの強度を向上できるコークス製造用原料炭が得られる。また、上記無灰炭は液状であるため、第２石炭と接触し易く、かつ高温である。このため、無灰炭と第２石炭との熱交換効率が高く、コークス製造用原料炭を乾燥させるために必要な熱量の一部を補える。従って、当該コークス製造用原料炭の製造方法を用いることで、コークスの製造コストが低減できる。
【０００９】
上記配合工程の液状の無灰炭の温度としては、２００℃以上３００℃以下が好ましい。このように液状の無灰炭の温度を上記範囲内とすることで、第２石炭の融解を抑止しつつ、液状の無灰炭を混合できるので無灰炭と第２石炭との間の結合がさらに高まる。
【００１０】
上記第２石炭の全膨張率としては、０％以上１０％以下が好ましい。当該コークス製造用原料炭の製造方法では、液状の無灰炭を配合することで無灰炭と第２石炭との間に強固な結合と無灰炭の均一な分散が得られるので、上記第２石炭として全膨張率の低い劣質炭を用いることができる。従って、コークスの製造コストが低減できる。
【００１１】
上記課題を解決するためになされた別の発明は、第１石炭及び溶剤を混合する混合部と、上記混合部で得られたスラリー中の第１石炭から溶剤に可溶な石炭成分を溶出させる溶出部と、上記溶出部で得られた石炭成分が溶剤に溶解した溶液を上記スラリーから分離する分離部と、上記分離部で分離した上記溶液から溶剤を蒸発させる溶剤蒸発部と、上記溶剤蒸発部で得られた液状の無灰炭を第２石炭と配合する配合部とを備えるコークス製造用原料炭の製造装置である。
【００１２】
当該コークス製造用原料炭の製造装置は、溶剤蒸発部で得られた液状の無灰炭を配合部で第２石炭と配合する。つまり、製造された無灰炭を冷却することなく、液体の状態で第２石炭に配合するので、無灰炭が第２石炭の表面に付着し、一部は石炭細孔内に含侵する。このため、無灰炭を固体で混合する場合よりも無灰炭と石炭との間に強固な結合とコークス槽内での無灰炭の均一な分散が得られ、コークスの強度を向上できるコークス製造用原料炭が得られる。また、上記無灰炭は液状であるため、第２石炭と接触し易く、かつ高温である。このため、無灰炭と第２石炭との熱交換効率が高く、コークス製造用原料炭を乾燥させるために必要な熱量の一部を補える。従って、当該コークス製造用原料炭の製造装置を用いることで、コークスの製造コストが低減できる。
【００１３】
上記課題を解決するためになされたさらに別の発明は、当該コークス製造用原料炭の製造方法により製造されたコークス製造用原料炭を乾留する工程を備える高炉用コークスの製造方法である。
【００１４】
当該高炉用コークスの製造方法は、当該コークス製造用原料炭の製造方法により製造されたコークス製造用原料炭を用いる。上記コークス製造用原料炭は無灰炭が石炭表面に付着しているので、乾留時に無灰炭と石炭との間の強固な結合が得られると共に、コークス槽内での無灰炭の偏在が防止できる。さらに、石炭表面に付着して固化する際に第２石炭が予熱されるので、コークス製造時の石炭乾燥に必要な熱量の一部が補われ、高炉用コークスの製造コストが低減される。
【００１５】
ここで、無灰炭（ハイパーコール、ＨＰＣ）とは、石炭を改質した改質炭の一種であり、溶剤を用いて石炭から灰分と非溶解性成分とを可能な限り除去した改質炭である。しかしながら、無灰炭の流動性や膨張性を著しく損ねない範囲で、無灰炭は灰分を含んでもよい。一般に石炭は７質量％以上２０質量％以下の灰分を含むが、無灰炭においては２質量％程度、場合によっては５％質量程度の灰分を含んでもよい。なお、「灰分」とは、ＪＩＳ−Ｍ８８１２：２００６に準拠して測定される値を意味する。
【００１６】
また、「石炭の全膨張率」とは、ＪＩＳ−Ｍ８８０１：２００８のジラトメータ法に準拠して測定される値である。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、当該コークス製造用原料炭の製造方法、当該コークス製造用原料炭の製造装置、及び当該高炉用コークスの製造方法を用いることで、コークスの製造コストを低減しつつ、コークスの強度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第一実施形態のコークス製造用原料炭の製造装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係るコークス製造用原料炭の製造装置、コークス製造用原料炭の製造方法、及び高炉用コークスの製造方法の実施形態について詳説する。
【００２０】
〔コークス製造用原料炭の製造装置〕
図１のコークス製造用原料炭の製造装置は、第１石炭供給部１と、溶剤供給部２と、混合部３と、ポンプ４と、加熱部５と、溶出部６と、分離部７と、第１溶剤蒸発部８と、第２溶剤蒸発部９と、第２石炭供給部１０と、配合部１１とを主に備える。
【００２１】
＜第１石炭供給部＞
第１石炭供給部１は、第１石炭を混合部３へ供給する。第１石炭供給部１としては、常圧状態で使用される常圧ホッパー、常圧状態及び加圧状態で使用される加圧ホッパー等の公知の石炭ホッパーを用いることができる。
【００２２】
第１石炭供給部１から供給する第１石炭は、無灰炭の原料となる石炭である。第１石炭としては、様々な品質の石炭を用いることができる。例えば無灰炭の抽出率の高い瀝青炭や、より安価な劣質炭（亜瀝青炭や褐炭）が好適に用いられる。また、石炭を粒度で分類すると、細かく粉砕された石炭が好適に用いられる。ここで「細かく粉砕された石炭」とは、例えば石炭全体の質量に対する粒度１ｍｍ未満の石炭の質量割合が８０％以上である石炭を意味する。また、第１石炭供給部１から供給する石炭として塊炭を用いることもできる。ここで「塊炭」とは、例えば石炭全体の質量に対する粒度５ｍｍ以上の石炭の質量割合が５０％以上である石炭を意味する。塊炭は、細かく粉砕された石炭に比べて石炭の粒度が大きいため、後述する分離部７での分離を効率化することができる。ここで、「粒度（粒径）」とは、ＪＩＳ−Ｚ８８１５：１９９４のふるい分け試験通則に準拠して測定した値をいう。なお、石炭の粒度による仕分けには、例えばＪＩＳ−Ｚ８８０１−１：２００６に規定する金属製網ふるいを用いることができる。
【００２３】
上記劣質炭の炭素含有率の下限としては、７０質量％が好ましい。一方、上記劣質炭の炭素含有率の上限としては、８５質量％が好ましく、８２質量％がより好ましい。上記劣質炭の炭素含有率が上記下限未満であると、溶剤可溶成分の溶出率が低下するおそれがある。逆に、上記劣質炭の炭素含有率が上記上限を超えると、供給する石炭のコストが高くなるおそれがある。
【００２４】
なお、第１石炭供給部１から混合部３へ供給する第１石炭として、少量の溶剤を混合してスラリー化した石炭を用いてもよい。第１石炭供給部１からスラリー化した第１石炭を混合部３へ供給することにより、混合部３において第１石炭が溶剤と混合し易くなり、第１石炭をより早く溶解させることができる。ただし、スラリー化する際に混合する溶剤の量が多いと、加熱部５でスラリーを溶出温度まで昇温するための熱量が不必要に大きくなるため、製造コストが増大するおそれがある。
【００２５】
＜溶剤供給部＞
溶剤供給部２は、溶剤を混合部３へ供給する。上記溶剤供給部２は、溶剤を貯留する溶剤タンクを有し、この溶剤タンクから溶剤を混合部３へ供給する。
【００２６】
第１石炭と混合する溶剤は、第１石炭を溶解するものであれば特に限定されないが、例えば石炭由来の２環芳香族化合物が好適に用いられる。この２環芳香族化合物は、基本的な構造が石炭の構造分子と類似していることから石炭との親和性が高く、比較的高い抽出率を得ることができる。石炭由来の２環芳香族化合物としては、例えば石炭を乾留してコークスを製造する際の副生油の蒸留油であるメチルナフタレン油、ナフタレン油等を挙げることができる。
【００２７】
上記溶剤の沸点は、特に限定されないが、例えば上記溶剤の沸点の下限としては、１８０℃が好ましく、２３０℃がより好ましい。一方、上記溶剤の沸点の上限としては、３００℃が好ましく、２８０℃がより好ましい。上記溶剤の沸点が上記下限未満であると、溶剤が揮発し易くなるため、スラリー中の第１石炭と溶剤との混合比の調製及び維持が困難となるおそれがある。逆に、上記溶剤の沸点が上記上限を超えると、溶剤可溶成分と溶剤との分離が困難となるため、溶剤の回収率が低下するおそれがある。
【００２８】
＜混合部＞
混合部３は、第１石炭供給部１より供給される第１石炭及び溶剤供給部２から供給される溶剤を混合する。
【００２９】
上記混合部３は、調製槽３１を有する。この調製槽３１には、供給管を介して上記溶剤及び第１石炭が供給される。調製槽３１は、供給された溶剤及び第１石炭が混合されたスラリーを貯留する。また、上記調製槽３１は、攪拌機３１ａを有している。調製槽３１は、混合したスラリーを攪拌機３１ａで撹拌しながら保持することによりスラリーの混合状態を維持する。
【００３０】
調製槽３１におけるスラリー中の無水炭基準での石炭濃度の下限としては、１０質量％が好ましく、１３質量％がより好ましい。一方、上記石炭濃度の上限としては、２５質量％が好ましく、２０質量％がより好ましい。上記石炭濃度が上記下限未満であると、後述する加熱部５で溶出される溶剤可溶成分の溶出量がスラリー処理量に対して少なくなるため、無灰炭の製造効率が低下するおそれがある。逆に、上記石炭濃度が上記上限を超えると、溶剤中で上記溶剤可溶成分が飽和するため、上記溶剤可溶成分の溶出率が低下するおそれがある。
【００３１】
なお、混合部３の調製槽３１で調製されたスラリーは、供給管を介して加熱部５へ送られる。
【００３２】
＜ポンプ＞
ポンプ４は、混合部３から加熱部５へスラリーを供給する供給管に配設されている。このポンプ４は、混合部３の調製槽３１に貯留されているスラリーを、供給管を介して加熱部５へ圧送する。
【００３３】
上記ポンプ４の種類は、供給管を介して上記スラリーを加熱部５へ圧送できるものであれば特に限定されないが、例えば容積型ポンプ又は非容積型ポンプを用いることができる。より具体的には、容積型ポンプとしてダイヤフラムポンプやチューブフラムポンプ等を用いることができ、非容積型ポンプとして渦巻ポンプ等を用いることができる。
【００３４】
＜加熱部＞
加熱部５は、上記混合部３で得られるスラリーを加熱する。
【００３５】
加熱炉５１は、加熱炉５１内を通過するスラリーを加熱できるものであれば特に限定されないが、例えば抵抗加熱式ヒーターや誘導加熱コイルが挙げられる。また、熱媒を用いて加熱を行ってもよい。例えば加熱炉５１を通過するスラリーの流路の周囲に加熱管を配し、この加熱管に蒸気、油等の熱媒を供給することで加熱炉５１内を通過するスラリーを加熱することができる。
【００３６】
加熱炉５１による加熱後のスラリーの温度の下限としては、３００℃が好ましく、３６０℃がより好ましい。一方、上記スラリーの温度の上限としては、溶出可能な温度であれば特に限定されないが、４２０℃が好ましく、４００℃がより好ましい。上記スラリーの温度が上記下限未満であると、第１石炭を構成する分子間の結合を十分に弱められず、溶出率が低下するおそれがある。逆に、上記スラリーの温度が上記上限を超えると、スラリーの温度を維持するための熱量が不必要に大きくなるため、製造コストが増大するおそれがある。
【００３７】
＜溶出部＞
溶出部６は、上記混合部３で得られ、加熱部５で加熱されたスラリー中の第１石炭から溶剤に可溶な石炭成分を溶出させる。
【００３８】
溶出部６は、抽出槽６１を有し、この抽出槽６１に上記加熱後のスラリーが供給される。上記抽出槽６１では、このスラリーの温度を保持しながら溶剤に可溶な石炭成分が第１石炭から溶出される。また、上記抽出槽６１は、攪拌機６１ａを有している。この攪拌機６１ａによりスラリーを攪拌することで上記溶出を促進できる。
【００３９】
なお、溶出部６での溶出時間としては、特に限定されないが、溶剤可溶成分の抽出量と抽出効率との観点から１０分以上７０分以下が好ましい。
【００４０】
＜分離部＞
分離部７は、上記溶出部６で得られる石炭成分が溶剤に溶解した溶液と、溶剤不溶成分を含む固形分濃縮液とをスラリーから分離する。なお、溶剤不溶成分とは、主に抽出用溶剤に不溶な灰分と不溶石炭とで構成されており、抽出用溶剤も含まれている抽出残分をいう。
【００４１】
分離部７における上記分離は、具体的には重力沈降法により行うことができる。ここで重力沈降法とは、沈降槽内で重力を利用して固形分を沈降させて固液分離する分離方法である。
【００４２】
重力沈降法により分離を行う場合、スラリーを分離部７内に連続的に供給しながら、溶剤可溶成分を含む溶液を沈降槽の上部から排出し、溶剤不溶成分を含む固形分濃縮液を沈降槽の下部から排出することができる。これにより連続的な固液分離処理が可能となる。
【００４３】
また、重力沈降法において、溶剤可溶成分を含む溶液は分離部７の上部に溜まる。この溶液は必要に応じてフィルターユニットを用いて濾過した後、第１溶剤蒸発部８に排出される。一方、溶剤不溶成分を含む固形分濃縮液は、分離部７の下部に溜まり、第２溶剤蒸発部９に排出される。
【００４４】
分離部７内でスラリーを維持する時間は、特に限定されないが、例えば３０分以上１２０分以下であり、この時間内で分離部７内の沈降分離が行われる。なお、第１石炭として塊炭を使用する場合には、沈降分離が効率化されるので、分離部７内でスラリーを維持する時間を短縮できる。
【００４５】
分離部７内は、加熱及び加圧することが好ましい。分離部７内の加熱温度の下限としては、３００℃が好ましく、３５０℃がより好ましい。一方、分離部７内の加熱温度の上限としては、４２０℃が好ましく、４００℃がより好ましい。上記加熱温度が上記下限未満であると、溶剤可溶成分が再析出し、分離効率が低下するおそれがある。逆に、上記加熱温度が上記上限を超えると、加熱のための運転コストが高くなるおそれがある。
【００４６】
また、分離部７内の圧力の下限としては、１ＭＰａが好ましく、１．４ＭＰａがより好ましい。一方、上記圧力の上限としては、３ＭＰａが好ましく、２ＭＰａがより好ましい。上記圧力が上記下限未満であると、溶剤可溶成分が再析出し、分離効率が低下するおそれがある。逆に、上記圧力が上記上限を超えると、加圧のための運転コストが高くなるおそれがある。
【００４７】
なお、上記溶液及び固形分濃縮液を分離する方法としては、重力沈降法に限られず、例えば濾過法や遠心分離法を用いてもよい。固液分離方法として濾過法や遠心分離法を用いる場合、分離部７として濾過器や遠心分離器などが使用される。
【００４８】
＜第１溶剤蒸発部＞
第１溶剤蒸発部８は、上記分離部７で分離した上記溶液から溶剤を蒸発させる。この溶剤の蒸発分離により無灰炭Ａが得られる。
【００４９】
このようにして得られる無灰炭Ａは、灰分が５質量％以下又は３質量％以下であり、灰分をほとんど含まず、水分は皆無であり、また例えばコークスの原料石炭よりも高い発熱量を示す。さらに無灰炭は、製鉄用コークスの原料として特に重要な品質である軟化溶融性が大幅に改善され、例えば原料石炭よりも遥かに優れた流動性を示す。従って無灰炭は、コークス原料に配合する石炭として使用することができる。
【００５０】
溶剤を蒸発分離する方法としては、蒸発分離器を用いた一般的な蒸留法や蒸発法（スプレードライ法等）を含む分離方法を用いることができる。上記溶液からの溶剤の分離により、上記溶液から実質的に灰分を含まない無灰炭Ａを得ることができる。
【００５１】
なお、第１溶剤蒸発部８で得られる無灰炭Ａは液状である。上記液状の無灰炭Ａの温度の下限としては、２００℃が好ましく、２５０℃がより好ましい。一方、上記液状の無灰炭Ａの温度の上限としては、３００℃が好ましく、２９０℃がより好ましい。上記液状の無灰炭Ａの温度が上記下限未満であると、無灰炭Ａの流動性が低下し、無灰炭Ａと第２石炭との間の結合力の向上効果が十分に得られないおそれがある。逆に、上記液状の無灰炭Ａの温度が上記上限を超えると、無灰炭Ａを第２石炭に配合した際に第２石炭が融解し、コークス製造用原料炭から得られるコークスの強度が低下するおそれがある。なお、上記無灰炭Ａの温度は、第１溶剤蒸発部８での溶剤の分離温度により制御することができる。
【００５２】
また、第１溶剤蒸発部８で蒸発させた溶剤は、例えば熱交換器により液化して、混合部３に供給し、第１石炭供給部１と混合する溶剤として利用するとよい。このように溶剤を循環利用することで、コークス製造用原料炭の製造コストを低減できる。
【００５３】
＜第２溶剤蒸発部＞
第２溶剤蒸発部９は、分離部７で分離された上記固形分濃縮液から、溶剤を蒸発分離させて副生炭Ｂを得る。
【００５４】
副生炭Ｂは、軟化溶融性は示さないが、含酸素官能基が脱離されている。そのため、副生炭は、第２石炭として用いた場合にこの第２石炭に含まれる他の石炭の軟化溶融性を阻害しない。従ってこの副生炭Ｂは、コークス原料の第２石炭の一部として使用することもできる。なお、副生炭Ｂは回収せずに廃棄してもよい。
【００５５】
固形分濃縮液から溶剤を分離する方法としては、第１溶剤蒸発部８の分離方法と同様に、蒸発分離器を用いた一般的な蒸留法や蒸発法（スプレードライ法等）を用いることができる。溶剤の分離及び回収により、固形分濃縮液から灰分等を含む溶剤不溶成分が濃縮された副生炭Ｂを得ることができる。
【００５６】
また、第２溶剤蒸発部９で蒸発させた溶剤は、例えば熱交換器により液化して、混合部３に供給し、第１石炭供給部１と混合する溶剤として利用するとよい。このように溶剤を循環利用することで、コークス製造用原料炭の製造コストを低減できる。
【００５７】
＜第２石炭供給部＞
第２石炭供給部１０は、第２石炭を配合部１１へ供給する。第２石炭供給部１０としては、常圧状態で使用される常圧ホッパー、常圧状態及び加圧状態で使用される加圧ホッパー等の公知の石炭ホッパーを用いることができる。
【００５８】
第２石炭供給部１０から供給する第２石炭は、コークスの原料となる石炭である。第２石炭は特に限定されず、強粘結炭、準強粘結炭、弱粘結炭、微粘結炭、非粘結炭等を乾留により石炭全体の融着が可能となる適度な割合で組み合わせて用いることができる。
【００５９】
なお、当該コークス製造用原料炭の製造装置を用い、液状の無灰炭Ａを配合することで無灰炭Ａと第２石炭との間に強固な結合と無灰炭Ａの均一な分散が得られるので、上記第２石炭として全膨張率の低い劣質炭を用いることができる。上記第２石炭の全膨張率の上限としては、１０％が好ましく、７％がより好ましい。上記第２石炭の全膨張率が上記上限を超えると、第２石炭において比較的高価な石炭の含有量が多くなるため、コークスの製造コストが上昇するおそれがある。一方、上記第２石炭の全膨張率の下限は、０％である。
【００６０】
第２石炭は、微細に粉砕された粒子状とすることが好ましい。第２石炭を粒子状とする場合、第２石炭の８０％粒径としては３ｍｍ以下が好ましい。８０％粒径が上記上限を超えると、得られるコークスの強度が不十分となるおそれがある。なお、「８０％粒径」とは、全粒子をＪＩＳ−Ｚ８８０１−１：２００６に規定される金属製網篩で目の小さな篩から順に篩分けした際に、篩を通過した粒子の累積質量が全粒子の質量の８０％になったときの篩の目の大きさを意味する。
【００６１】
なお、第２石炭は、風乾等により乾燥炭としてもよいが、水分を含んだ状態のものを用いてもよい。第２石炭が水分を含む場合、後述する無灰炭Ａによる第２石炭の予熱効果の観点から、第２石炭の水分含有量は２０質量％以下が好ましい。
【００６２】
＜配合部＞
配合部１１は、第１溶剤蒸発部８で得られた液状の無灰炭Ａを第２石炭と配合する。配合部１１としては、例えば混合槽を設け、混合層に貯留された液状の無灰炭Ａに第２石炭を浸漬することで無灰炭Ａを第２石炭に塗布する構成や、公知の噴霧器を用いて液状の無灰炭Ａを第２石炭に散布する構成などを挙げることができる。
【００６３】
また、配合部１１として、第１溶剤蒸発部８で用いる蒸発分離器を利用することもできる。つまり、配合部１１は、第１溶剤蒸発部８で、分離部７で分離した上記溶液から溶剤を蒸発させつつ、液状の無灰炭Ａを第２石炭と配合する構成とできる。具体的には、第１溶剤蒸発部８では蒸発分離器の上部から上記溶液を高温で噴霧することで、溶剤が上方へ蒸発分離され、霧状の無灰炭Ａが下部へ落下することで溶剤が分離されるので、第２石炭を上記蒸発分離器の下部に配置することで、上方から霧状の無灰炭Ａが注がれ、無灰炭Ａを第２石炭と配合することができる。このように配合部１１として第１溶剤蒸発部８で用いる蒸発分離器を利用することで、当該コークス製造用原料炭の製造装置の設備コストを低減できる。
【００６４】
無灰炭Ａと第２石炭との合計量に対する上記無灰炭Ａの配合量の下限としては、３質量％が好ましく、４質量％がより好ましい。一方、上記無灰炭Ａの配合量の上限としては、４０質量％が好ましく、３５質量％がより好ましい。上記無灰炭Ａの配合量が上記下限未満であると、無灰炭Ａと第２石炭との間の結合強度が不足し、コークスの強度向上効果が不十分となるおそれや、無灰炭Ａと第２石炭との熱交換効率が不足するおそれがある。逆に、上記無灰炭Ａの配合量が上記上限を超えると、相対的に安価な劣質炭の割合が減少し、コークスの製造コストが増大するおそれがある。
【００６５】
配合された液状の無灰炭Ａは、第２石炭の表面に付着し、一部は石炭細孔内に含侵する。また、上記無灰炭Ａは液状であるため、第２石炭と接触し易く、かつ高温である。このため、無灰炭Ａと第２石炭との熱交換効率が高く、無灰炭Ａを配合することで、第２石炭の温度が上昇する。無灰炭Ａの配合後の第２石炭の温度は、無灰炭Ａの温度や配合量により決まるが、４０℃以上１５０℃以下とできる。一方、無灰炭Ａは第２石炭に熱を奪われ、その温度が融点以下となるため、第２石炭及び石炭細孔内に固化され、コークス製造用原料炭Ｃが得られる。なお、製造されるコークス製造用原料炭Ｃの温度は、無灰炭Ａと第２石炭との熱交換の結果、無灰炭Ａの配合後の第２石炭の温度と同程度となる。つまり、予熱されたコークス製造用原料炭Ｃが得られる。
【００６６】
なお、第２石炭の一部に液状の無灰炭Ａを配合することもできる。例えば第２石炭が全膨張率の高い原料炭と、全膨張率の低い劣質炭とを含む場合、全膨張率の低い劣質炭のみに液状の無灰炭Ａを配合してもよい。また、第２石炭が複数種の石炭を含む場合、石炭の種別毎に液状の無灰炭Ａの配合量を変えてもよい。このように石炭の種類に応じて液状の無灰炭Ａの配合量を変えることで、石炭の種類の違いによる結合力の差異を調整し、無灰炭と石炭との間の結合力を均一化できる。
【００６７】
また、液状の無灰炭Ａに加えて、第２石炭に固形の無灰炭を配合してもよい。
【００６８】
〔コークス製造用原料炭の製造方法〕
当該コークス製造用原料炭の製造方法は、混合工程と、加熱工程と、分離工程と、第１溶剤蒸発工程と、第２溶剤蒸発工程と、回収工程と、配合工程とを備える。当該コークス製造用原料炭の製造方法は、図１のコークス製造用原料炭の製造装置を用いて行うことができる。
【００６９】
＜混合工程＞
混合工程では、第１石炭及び溶剤を混合する。具体的には、石炭供給部１から供給される第１石炭及び溶剤供給部２から供給される溶剤を混合部３の調製槽３１により混合してスラリーとする。
【００７０】
＜加熱工程＞
加熱工程では、上記混合工程で得られるスラリーを加熱する。具体的には以下の手順で行う。まず、混合工程で調製されたスラリーを、ポンプ４によって加熱部５の加熱炉５１に供給し、所定温度まで加熱する。
【００７１】
＜溶出工程＞
溶出工程では、上記混合工程で得られたスラリー中の第１石炭から溶剤に可溶な石炭成分を溶出させる。具体的には、上記加熱後のスラリーを抽出槽６１に供給し、攪拌機６１ａで攪拌しながら所定温度で保持して抽出を行う。
【００７２】
＜分離工程＞
分離工程では、上記溶出工程で得られた石炭成分が溶剤に溶解した溶液と、溶剤不溶性分を含む固形分濃縮液とを上記スラリーから分離する。具体的には、抽出槽６１から排出されるスラリーを分離部７へ供給し、分離部７内で供給されたスラリーを例えば重力沈降法により上記溶液及び固形分濃縮液に分離する。
【００７３】
＜第１溶剤蒸発工程＞
第１溶剤蒸発工程では、上記分離工程で分離した上記溶液から溶剤を蒸発させる。具体的には、分離部７で分離された溶液を第１溶剤蒸発部８に供給し、第１溶剤蒸発部８で溶剤を蒸発させる。これにより上記溶液を溶剤と無灰炭Ａとに分離する。なお、この第１溶剤蒸発工程において得られる無灰炭Ａは液状である。
【００７４】
＜第２溶剤蒸発工程＞
第２溶剤蒸発工程では、上記分離工程で分離した上記固形分濃縮液から溶剤を蒸発させる。具体的には、分離部７で分離された固形分濃縮液を第２溶剤蒸発部９に供給し、第２溶剤蒸発部９で溶剤を蒸発させて溶剤と副生炭Ｂとに分離する。
【００７５】
＜配合工程＞
配合工程では、上記第１溶剤蒸発工程で得られた液状の無灰炭Ａと第２石炭と配合する。具体的には、第１溶剤蒸発部８で得られる液状の無灰炭Ａを第２石炭供給部１０から供給される第２石炭に塗布又は散布することで、コークス製造用原料炭Ｃを得る。
【００７６】
〔高炉用コークスの製造方法〕
当該高炉用コークスの製造方法は、当該コークス製造用原料炭の製造方法により製造されたコークス製造用原料炭Ｃを乾留する工程を備える。
【００７７】
＜乾留工程＞
乾留工程において、上記コークス製造用原料炭Ｃをコークス炉に装入し乾留することでコークスを得る。このコークス炉としては例えば１門あたり３０ｔｏｎ程度を装入可能な炉体を有するものを用いることができる。
【００７８】
上記コークス製造用原料炭Ｃのコークス炉への装入は、上記配合工程に連続して、すなわち上記配合工程で得られたコークス製造用原料炭Ｃの温度が高い状態で行う。上記配合工程で予熱されたコークス製造用原料炭Ｃを用いることで、コークス製造時の石炭乾燥に必要な熱量の一部が補われ、高炉用コークスの製造コストが低減できる。
【００７９】
コークス製造用原料炭Ｃのコークス炉への装入時の充填密度の下限としては、７００．０ｋｇ／ｍ３が好ましく、７３０ｋｇ／ｍ３がより好ましい。一方、上記充填密度の上限としては、１０５０ｋｇ／ｍ３が好ましく、１０００ｋｇ／ｍ３がより好ましい。上記充填密度が上記下限未満であると、コークスの強度が不十分となるおそれがある。逆に、上記充填密度が上記上限を超えると、炉体に加わる圧力が高くなり炉体を損傷するおそれや、コークス製造用原料炭Ｃの充填密度を向上させる作業によりコークスの製造コストが上昇するおそれがある。なお、「充填密度」とは、ＪＩＳ−Ｋ２１５１：２００４に準拠して測定されるかさ密度を意味する。
【００８０】
コークス製造用原料炭Ｃの乾留温度の下限としては、９５０℃が好ましく、１０００℃がより好ましい。一方、乾留温度の上限としては、１２００℃が好ましく、１１５０℃がより好ましい。乾留温度が上記下限未満であると、第２石炭の溶融が不十分となりコークスの強度が低下するおそれがある。逆に、乾留温度が上記上限を超えると、炉体の耐熱性や燃料消費の観点から製造コストが上昇するおそれがある。
【００８１】
コークス製造用原料炭Ｃの乾留時間の下限としては、８時間が好ましく、１０時間がより好ましい。一方、乾留時間の上限としては、２４時間が好ましく、２０時間がより好ましい。乾留時間が上記下限未満であると、石炭の溶融が不十分となりコークスの強度が低下するおそれがある。逆に、乾留時間が上記上限を超えると、燃料消費の観点から製造コストが上昇するおそれがある。
【００８２】
〔利点〕
当該コークス製造用原料炭の製造方法は、第１溶剤蒸発工程で得られた液状の無灰炭Ａを第２石炭と配合する工程とを備える。また、当該コークス製造用原料炭の製造装置は、第１溶剤蒸発部８で得られた液状の無灰炭Ａを配合部１１で第２石炭と配合する。つまり、製造された無灰炭Ａを冷却することなく、液体の状態で第２石炭に配合するので、無灰炭Ａが第２石炭の表面に付着し、一部は石炭細孔内に含侵する。このため、無灰炭Ａを固体で混合する場合よりも無灰炭Ａと第２石炭との間に強固な結合と無灰炭Ａの均一な分散が得られ、コークスの強度を向上できるコークス製造用原料炭Ｃが得られる。また、上記無灰炭Ａは液状であるため、第２石炭と接触し易く、かつ高温である。このため、無灰炭Ａと第２石炭との熱交換効率が高く、コークス製造用原料炭Ｃを乾燥させるために必要な熱量の一部を補える。従って、当該コークス製造用原料炭の製造方法及び当該コークス製造用原料炭の製造装置を用いることで、コークスの製造コストが低減できる。
【００８３】
また、当該高炉用コークスの製造方法は、当該コークス製造用原料炭の製造方法により製造されたコークス製造用原料炭Ｃを用いる。上記コークス製造用原料炭は無灰炭Ａが石炭表面に付着しているので、乾留時に無灰炭Ａと石炭との間の強固な結合が得られると共に、コークス槽内での無灰炭の偏在が防止できる。さらに、第２石炭表面に無灰炭Ａが付着して固化する際に第２石炭が予熱されるので、コークス製造時の石炭乾燥に必要な熱量の一部が補われ、高炉用コークスの製造コストが低減される。
【００８４】
［その他の実施形態］
なお、本発明のコークス製造用原料炭の製造方法、コークス製造用原料炭の製造装置、及び高炉用コークスの製造方法は、上記実施形態に限定されるものではない。
【００８５】
上記実施形態では、コークス製造用原料炭の製造方法として第２溶剤蒸発工程を備える場合を説明したが、例えば副生炭を利用しない場合、この第２溶剤蒸発工程は省略可能である。第２溶剤蒸発工程を行わない場合、コークス製造用原料炭の製造装置は、第２溶剤蒸発部を備えなくともよい。
【００８６】
また、上記実施形態では、コークス製造用原料炭の製造装置の調製部が調製槽を有する構成について説明したが、この構成に限らず、溶剤と石炭との混合ができれば、調製槽を省略してもよい。例えばラインミキサーにより上記混合が完了するような場合には、調製槽を省略して供給管と分離部との間にラインミキサーを備える構成としてもよい。
【００８７】
また、上記実施形態では、分離工程を連続処理で行う方法を示したが、分離工程を連続処理で行なわず、例えば分離部にスラリーを貯留し分離を行うことを繰り返すバッチ処理としてもよい。
【００８８】
上記実施形態では、高炉用コークスの製造方法において、乾留工程をコークス製造用原料炭の製造方法の配合工程に連続して行う場合を説明したが、上記配合工程に連続して行わず、予めコークス製造用原料炭の製造方法によって製造されたコークス製造用原料炭を用いることもできる。
【実施例】
【００８９】
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００９０】
シミュレーションにより、当該高炉用コークスの製造方法の乾留工程を当該コークス製造用原料炭の製造方法の配合工程に連続して行う場合について、高炉用コークスの製造で必要とされる熱量の低減割合を算出した。
【００９１】
上記熱量の低減割合の算出において、液状の無灰炭の温度を２７０℃、第２石炭の温度を３０℃とした。なお、２７０℃の液状の無灰炭は、３０℃の状態を基準として９１ｋｃａｌ／ｋｇの熱量を有する。また、第２石炭の水分含有量を１０質量％とした。
【００９２】
上記算出条件において、無灰炭を第２石炭に配合して製造されるコークス製造用原料炭の温度をシミュレーションした。その結果、コークス製造用原料炭における無灰炭の配合量を５質量％とした場合、コークス製造用原料炭の温度は４１℃となり、無灰炭の配合量を３０質量％とした場合、コークス製造用原料炭の温度は１００℃となった。
【００９３】
高炉用コークスの製造に必要な熱量は、５５０ｋｃａｌ／ｋｇである（日本エネルギー学会編のコークスノート２０１５年度版参照）。この数値を基準に高炉用コークスの製造において低減される熱量の割合を算出したところ、無灰炭の配合量を５質量％とした場合において０．９％、無灰炭の配合量を３０質量％とした場合において５％となった。
【００９４】
この結果から、当該コークス製造用原料炭の製造方法により製造されたコークス製造用原料炭を用いることで、コークス製造時の石炭乾燥に必要な熱量の一部が補われ、高炉用コークスの製造コストが低減できることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
以上説明したように、当該コークス製造用原料炭の製造方法、当該コークス製造用原料炭の製造装置、及び当該高炉用コークスの製造方法を用いることで、コークスの製造コストを低減しつつ、コークスの強度を向上できる。
【符号の説明】
【００９６】
１  第１石炭供給部
２  溶剤供給部
３  混合部
３１  調製槽
３１ａ  攪拌機
４  ポンプ
５  加熱部
５１  加熱炉
６  溶出部
６１  抽出槽
６１ａ  攪拌機
７  分離部
８  第１溶剤蒸発部
９  第２溶剤蒸発部
１０  第２石炭供給部
１１  配合部
Ａ  無灰炭
Ｂ  副生炭
Ｃ  コークス製造用原料炭
【図１】
2018024738.tif 000003