(57)【要約】【課題】高い圧壊強度を有する成型炭を、簡便な工程で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。【解決手段】粉コークスとバインダとを含む混合物を成型する工程を有する廃棄物溶融炉用の成型炭の製造方法であって、粉コークスの揮発分は５重量％以下であり、バインダは、数平均分子量が１０００以上の親水性ポリマーを含んでおり、親水性ポリマーは、分子構造中にスルホ基、ヒドロキシル基及びカルボキシル基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基と、ベンゼン環と、を有する成型炭の製造方法である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉コークスとバインダとを含む混合物を成型する工程を有する廃棄物溶融炉用の成型炭の製造方法であって、
前記粉コークスの揮発分は５重量％以下であり、
前記バインダは、数平均分子量が１０００以上の親水性ポリマーを含んでおり、
前記親水性ポリマーは、分子構造中にスルホ基、ヒドロキシル基及びカルボキシル基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基と、ベンゼン環と、を有する成型炭の製造方法。
【請求項２】
前記混合物における前記粉コークスに対する前記親水性ポリマーの比率が６〜１５重量％である、請求項１に記載の成型炭の製造方法。
【請求項３】
前記バインダ及び水を含むバインダ水溶液と前記粉コークスとを混合する工程をさらに有し、
前記バインダ水溶液における前記親水性ポリマーに対する前記水の重量比が０．５〜１．６である、請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記混合物を１〜８ｔｏｎ／ｃｍの線圧、又は０．４〜３．２ｔｏｎ／ｃｍ２の面圧で成型する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の成型炭の製造方法。
【請求項５】
前記粉コークスのみかけ密度が１ｇ／ｍｌ以上である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の成型炭の製造方法。
【請求項６】
前記混合物を成型して得られる成型炭の圧壊強度が１５００Ｎ以上である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項７】
粉コークスとバインダとを含む、廃棄物溶融炉用の成型炭であって、
前記粉コークスの揮発分は５重量％以下であり、
前記バインダは、数平均分子量が１０００以上の親水性ポリマーを含んでおり、
前記親水性ポリマーは、分子構造中にスルホ基、ヒドロキシル基及びカルボキシル基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基と、ベンゼン環と、を有する成型炭。
【請求項８】
前記粉コークスに対する前記親水性ポリマーの比率が６〜１５重量％である、請求項７に記載の成型炭。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成型炭及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物などを溶融処理する廃棄物溶融炉では、一般廃棄物、産業廃棄物又は廃棄物を乾燥、焼却、粉砕処理した処理物などを溶融処理することによって、廃棄物を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。
【０００３】
このような廃棄物溶融炉の燃料として、コークス炉で製造された塊コークスが使用されている。特に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として、炉内で容易に粉化せず、且つ大粒径である塊コークスが使用されている。
【０００４】
一方、コークス炉から発生する粉コークスは、通気性を確保することが困難なため、用途が制限されている。例えば、粒径が大きい粉コークスは、焼結用燃料や炭素材等に使用されている。一方、発塵しやすい粒径が小さい粉コークスの利用価値は殆どないのが現状である。そこで、粒径が数ｍｍ以下の粉コークスの用途を広げるため、粉コークスにタール及びピッチ系バインダなどの粘結剤を配合して成型し、高温で焼成して成型コークスを製造すること（特許文献１参照）、並びに、粉コークスにバインダとしてベントナイト及びセメントを配合して成型する成型方法が提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５２−１０９５０３号公報
【特許文献２】特開昭６３−１９６６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の成型方法で用いられているピッチ及びタール等の親油性のバインダでは、十分な強度を有する成型炭を作製することが困難であり、場合によっては、成型することが困難な場合もある。この要因を種々検討したところ、粉コークスとバインダとのぬれ性が悪いことが一因となっていることを見出した。
【０００７】
また、特許文献２の成型法の場合、ベントナイト単独では圧壊強度が低いことから、圧壊強度を高くするためにセメントを添加することが必要になる。ところが、セメントを用いると長期間の養生期間が必要となる。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、一つの側面において、高い圧壊強度を有する成型炭を、簡便な工程で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。また、本発明は、別の側面において、高い圧壊強度を有し、簡便な工程で製造することが可能な成型炭を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、粉コークスとバインダとを含む混合物を成型する工程を有する廃棄物溶融炉用の成型炭の製造方法であって、粉コークスの揮発分は５重量％以下であり、バインダは、数平均分子量が１０００以上の親水性ポリマーを含んでおり、親水性ポリマーは、分子構造中にスルホ基、ヒドロキシル基及びカルボキシル基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基と、ベンゼン環と、を有する成型炭の製造方法を提供する。
【００１０】
本発明では、バインダ（粘結材）が、数平均分子量が１０００以上の親水性ポリマーを含んでいる。そして、親水性ポリマーは、分子構造中に、スルホ基、ヒドロキシル基及びカルボキシル基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基と、少なくとも一つのベンゼン環と、を有する。このような親水性ポリマーは、上記官能基を有することから、揮発分が少ない粉コークスとのぬれ性が良好である。バインダが親水性ポリマーを含んでいることから、粉コークスとバインダとの密着性が良好となり、高い圧壊強度を有する成型炭を形成することができる。
【００１１】
また、親水性ポリマーは、１０００以上の数平均分子量を有するとともに、分子構造中に少なくとも一つのベンゼン環を有していることから、耐熱性にも優れている。このため、このような親水性ポリマーを含むバインダを混合して得られる成型炭は、優れた火格子機能を有することが求められる廃棄物溶融炉用の成型炭として好適に用いることができる。このような成型炭を、廃棄物溶融炉用の熱源として用いることによって、廃棄物溶融炉において付加価値の高い高炉用コークスの使用量を低減することができる。
【００１２】
さらに、本発明では、揮発分が５重量％以下の粉コークスを用いている。このような粉コークスは、親水性ポリマーとのぬれ性が良好であるとともに、高温環境下における揮発分の蒸発量を抑制することができる。このため、廃棄物溶融炉などの高温環境下においても高い圧壊強度を維持し、優れた火格子機能を発揮することができる。
【００１３】
本発明の成型炭の製造方法では、バインダが上述の親水性ポリマーを含んでいることから、乾留を行うことなく、簡便な工程で十分な圧壊強度を有する成型炭を製造することができる。ただし、乾留を行った成型炭を排除するものではなく、成型して得られた成型炭の乾留を行って圧壊強度をさらに向上させてもよい。
【００１４】
上記混合物における前記粉コークスに対する親水性ポリマーの比率は６〜１５重量％であってもよい。このような比率で混合して、成型炭の圧壊強度をさらに高くしてもよい。
【００１５】
本発明の成型炭の製造方法は、バインダ及び水を含むバインダ水溶液と粉コークスとを混合する工程をさらに有し、バインダ水溶液における親水性ポリマーに対する水の重量比が０．５〜１．６であってもよい。これによって、粉コークスとバインダとの混合が容易となり、混合に所要する時間を短縮することができる。
【００１６】
混合物は、例えば１〜８ｔｏｎ／ｃｍの線圧、又は０．４〜３．２ｔｏｎ／ｃｍ２の面圧で成型してもよい。これによって、通常の成型機を用い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。粉コークスのみかけ密度は１ｇ／ｍｌ以上であってもよい。また、上記混合物を成型して得られる成型炭の高温下での圧壊強度は、例えば１５００Ｎ以上であることが好ましい。これによって、廃棄物溶融炉の熱源としての有用性を一層高くすることができる。
【００１７】
本発明は、粉コークスとバインダとを含む、廃棄物溶融炉用の成型炭であって、粉コークスの揮発分は５重量％以下であり、バインダは、数平均分子量が１０００以上の親水性ポリマーを含んでおり、親水性ポリマーは、分子構造中にスルホ基、ヒドロキシル基及びカルボキシル基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基と、ベンゼン環と、を有する成型炭を提供する。
【００１８】
上記親水性ポリマーは、分子構造中にスルホ基、ヒドロキシル基及びカルボキシル基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基と、少なくとも一つのベンゼン環と、を有する。このような親水性ポリマーは、上記官能基を有することから、揮発分の少ない粉コークスとのぬれ性が良好である。バインダがこのような親水性ポリマーを含有していることから、粉コークスとバインダとの密着性が良好である。このため、成型炭は高い圧壊強度を有する。
【００１９】
また、上記親水性ポリマーは、大きい数平均分子量を有するとともに、少なくとも一つのベンゼン環を有していることから、耐熱性にも優れている。バインダとしてこのような親水性ポリマーを含有する成型炭は、優れた火格子機能を有することが求められる廃棄物溶融炉用の成型炭として好適に用いることができる。
【００２０】
さらに、本発明では、揮発分が５重量％以下の粉コークスを含有している。このような成型炭は、親水性ポリマーとのぬれ性が良好であるとともに、高温環境下における揮発分の蒸発量を抑制することができる。このため、廃棄物溶融炉などの高温環境下においても、高い圧壊強度を維持することができる。
【００２１】
上記成型炭において、粉コークスに対する親水性ポリマーの含有比率は６〜１５重量％であってもよい。このような含有比率とすることによって、成型炭の圧壊強度をさらに高くすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、高い圧壊強度を有する成型炭を、従来よりも簡便な工程で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。また、本発明は、高い圧壊強度を有し、簡便な工程で製造することが可能な成型炭を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明の成型炭の製造方法の好適な実施形態を示すフローチャートである。
【図２】図２は、本発明の一実施形態における粉コークスの形態を模式的に示す断面図である。
【図３】図３（Ａ）は、本発明の一実施形態における成型炭の構成を模式的に示す図である。図３（Ｂ）は、本発明の一実施形態における成型炭を構成する各成分の体積比率を模式的に示す図である。
【図４】図４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。
【図５】図５は、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。
【図６】図６は、横軸を親水性ポリマーに対する水の配合比、縦軸を加熱後の圧壊強度とし、各実施例のデータをプロットしたグラフである。
【図７】図７は、成型圧と成型炭の圧壊強度の関係を示すグラフである。
【図８】図８は、実施例９〜１１における粉コークスのみかけ密度と成型炭の圧壊強度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を適宜参照しながら本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。図１は、本実施形態の成型炭の製造方法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、粉コークスとバインダとを混合して混合物を得る混合工程Ｓ１と、粉コークスとバインダとを含む混合物を成型して成型炭を得る成型工程Ｓ２と、成型炭を乾燥する乾燥工程Ｓ３と、を有する。
【００２５】
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。粉コークスの大きさは、同一体積の真球に換算したときの粒径が、例えば０．０１〜５ｍｍである。
【００２６】
粉コークスの揮発分（ＶＭ）は５重量％以下である。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、好ましくは０．０１〜５重量％である。本明細書における粉コークスの揮発分は、ＪＩＳ  Ｍ  ８８１２：２００６の「角形電気炉法」に準拠して測定される値である。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。
【００２７】
図２は、粉コークス１０の形態を模式的に示す断面図である。粉コークス１０は、好ましくは１．０ｇ／ｍｌ以上、より好ましくは１．２ｇ／ｍｌ以上のみかけ密度を有することが好ましい。粉コークス１０のみかけ密度Ｄ１［ｇ／ｍｌ］は、次のとおりにして求めることができる。粉コークス１０の真密度をＤ０［ｇ／ｍｌ］、粉コークス１０のみかけ体積Ｖ１［ｍｌ］、粉コークス１０の実体積をＶ２［ｍｌ］、粉コークス１０の重量をＭ［ｇ］、及び、粉コークス１０に含まれる全ての細孔Ｐの１ｇ当たりの合計体積をＶｐ［ｍｌ／ｇ］とする。図２に示すとおり、粉コークス１０のみかけ体積Ｖ１［ｍｌ］は、粉コークスの実体積（Ｖ２）に加えて、細孔Ｐの合計体積Ｖｐ［ｍｌ／ｇ］も含む体積である（Ｖ１＝Ｖ２＋Ｖｐ×Ｍ）。したがって、下記式（１）が成立する。
【００２８】
Ｄ１＝Ｍ／Ｖ１                  （１）
真密度Ｄ０は、理論上、式（２）で算出できる。
Ｄ０＝Ｍ／Ｖ２                    （２）
一方、粉コークス１０のみかけ体積Ｖ１［ｍｌ］は、理論上、式（３）で算出できる。
Ｖ１＝Ｖ２＋（Ｖｐ×Ｍ）          （３）
式（２）より、式（４）が導出できる。
Ｖ２＝Ｍ／Ｄ０                  （４）
ここで、式（４）を式（３）に代入すると、式（５）が導出される。
Ｖ１＝Ｍ／Ｄ０＋（Ｖｐ×Ｍ）      （５）
式（５）を式（１）に代入すると、以下のとおり式（６）が導出される。
Ｄ１＝Ｍ／（Ｍ／Ｄ０＋（Ｖｐ×Ｍ））
＝Ｄ０／（１＋Ｖｐ×Ｄ０）      （６）
【００２９】
粉コークス１０の真密度Ｄ０［ｇ／ｍｌ］は、例えば気相（ヘリウムガス）置換法によって測定することができる。細孔Ｐの合計体積Ｖｐ［ｍｌ／ｇ］は、例えばガス吸着法（ＢＥＴ法）によって測定することができる。したがって、式（６）によって、粉コークス１０のみかけ密度Ｄ１［ｇ／ｍｌ］を求めることができる。粉コークス１０のみかけ密度は、例えば１．４〜２．０ｇ／ｍｌであってもよい。
【００３０】
バインダは、常温で液体又は固体であり、主成分として、分子構造中に、官能基として親水基とベンゼン環とを有する親水性ポリマーを含有する。このような親水性ポリマーは、例えば、親水基とベンゼン環とを有するモノマーを重合させて得ることができる。親水基は、スルホ基、ヒドロキシル基及びカルボキシル基からなる群より選ばれる少なくとも一種である。
【００３１】
親水性ポリマーは、親水性の物質とのぬれ性が良好なポリマーであり、例えば、ＨＬＢ値が７以上であることが好ましい。親水性ポリマーのＨＬＢ値は、例えば１０以上であってもよく、１３以上であってもよい。ＨＬＢ値は、グリフィン法によって求めることができる。複数種類の親水性ポリマーを用いる場合、親水性ポリマー全体のＨＬＢ値は、それぞれの親水性ポリマーのＨＬＢ値の加重平均値として求められる。
【００３２】
親水性ポリマーは、親水基として、スルホ基、ヒドロキシル基及びカルボキシル基からなる群より選ばれる少なくとも一種を有する。このため、親水性ポリマーは、水に可溶である。作業効率の観点から、混合工程Ｓ１では、親水性ポリマーと水とを配合して得られるバインダ水溶液を粉コークスと混合してもよい。このような観点から、親水性ポリマーは、２０℃において、水に任意の割合で溶解することが好ましい。
【００３３】
親水性ポリマーは、分子構造中に１つ以上のベンゼン環（アリール基）を有する。このベンゼン環は、例えばナフタレン構造中に含まれていてもよい。分子構造中に複数のベンゼン環を有することによって、高温下での強度を一層高くすることができる。ベンゼン環を構成する炭素に結合している水素の少なくとも一つは、置換基で置換されていてもよい。この置換基は、例えば、スルホ基、ヒドロキシル基及びカルボキシル基からなる群より選ばれる少なくとも一種であってもよく、これらとは別の置換基であってもよい。
【００３４】
親水性ポリマーの数平均分子量は、１０００以上であり、例えば１５００以上であってもよく、２０００以上であってもよい。親水性ポリマーの数平均分子量の上限は特に限定されない。本明細書の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。
【００３５】
親水性ポリマーは、スルホ基、ヒドロキシル基及びカルボキシル基からなる群より選ばれる少なくとも一つの官能基を有する繰り返し単位を有することが好ましい。繰り返し単位としては、例えば以下の式（Ｉ）及び式（ＩＩ）が挙げられる。また、成型炭の高温下における強度を一層高くする観点から、式（Ｉ）に示すように、繰り返し単位中にベンゼン環を複数有するものが好ましい。これによって、高温環境下での圧壊強度をさらに優れたものとすることができる。このような親水性ポリマーは、例えば上記官能基を有するモノマーを重合させて得ることができる。この場合、親水性ポリマーは、モノマーに由来する繰り返し単位を有する。
【００３６】
【化１】
2015227429.tif 000002
【００３７】
【化２】
2015227429.tif 000003
【００３８】
親水性ポリマーとしては、例えば、ナフタレンスルホン酸ナトリウムホルマリン縮合物、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム、及びパルプ廃液であるリグニンスルホン酸マグネシウムなどのリグニンスルホン酸塩などが挙げられる。バインダ又はバインダ水溶液は、主成分として、このような親水性ポリマーの少なくとも一種を含むことが好ましい。
【００３９】
上述の粉コークスと上述の親水性ポリマーを含むバインダ又はバインダ水溶液を混合して、粉コークスとバインダと場合によって水を含む混合物を得る。混合物の均一性を向上する観点から、親水性ポリマーと水とを含むバインダ水溶液と粉コークスとを混合することが好ましい。バインダ水溶液における、親水性ポリマーに対する水の重量比は、例えば０．５〜１．６である。このような重量比で配合したバインダ水溶液を用いることによって、均一性の高い混合物を短時間で調製することができる。
【００４０】
粉コークスに対する親水性ポリマーの混合比率は、例えば６〜１５重量％であり、８〜１２重量％であってもよい。この混合比率が高くなり過ぎると、成型炭に含まれる熱源としての有効成分が少なくなる傾向にある。一方、混合比率が低くなり過ぎると、優れた成型性が損なわれて、成型炭としたときに十分に高い圧壊強度が得難くなる傾向にある。
【００４１】
混合物は、優れた成型性を損なわない範囲で、粉コークス及び親水性ポリマー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、常温（２０℃）で液体状である有機高分子材（上記親水性ポリマーを除く）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。
【００４２】
添加材は、粉コークスとバインダ又はバインダ水溶液を混合する際に併せて添加してもよいし、粉コークスとバインダ又はバインダ水溶液とを一旦混合した後に添加してもよい。添加材の配合量は、成型炭の強度向上効果を十分に得つつハンドリング性を良好に維持する観点から、粉コークス１００重量部に対して、例えば１０重量部以下である。
【００４３】
成型工程Ｓ２では、混合物の成型を行って、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。成型炭の形状は特に限定されず、例えば、マセック型としてもよい。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Ａ１［ｍｍ］は、例えば６０ｍｍ以上である。成型炭の粒径Ａ１［ｍｍ］は、成型炭の体積Ｖ３［ｍｌ］を同一体積の真球に換算して下記式（７）によって算出される。
Ａ１＝２×（（Ｖ３×３／４／π）１／３）×１０      （７）
【００４４】
混合物には、粉コークスと、バインダとして該粉コークスに対してぬれ性が良好な親水性ポリマーが含まれている。このため、成型炭における空隙の量を十分に低減することができる。成型時の線圧は、好ましくは１〜８ｔｏｎ／ｃｍである。成型時の線圧が高くなり過ぎると、メニスカス消失によって成型不良が発生しやすくなったり、水分や揮発分の成型炭の内部からの逃げ道が消失し、乾燥時において逃げ道となるクラック等が生じ易くなったりする傾向にある。
【００４５】
乾燥工程Ｓ３では、成型して得られた成型炭を、例えば１００〜１５０℃の温度に加熱して、成型炭を乾燥させる。このような乾燥工程Ｓ３を行うことによって、成型炭の圧壊強度をさらに向上させることができる。ただし、乾燥工程Ｓ３を行うことは必ずしも必須ではない。乾燥工程Ｓ３を行うことなく調製した成型炭は、例えば５〜１４重量％の水を含む。このような成型炭を廃棄物溶融炉に投入すれば、廃棄物溶融炉内で加熱されて水分が除去される。これによって、廃棄物溶融炉内で、十分に優れた火格子作用を発現することができる。
【００４６】
成型炭は、粉コークスとバインダとして親水性ポリマーとを含有する。これらの他に、少量の水や上記添加材を含有していてもよい。粉コークスに対する親水性ポリマーの含有比率は、例えば６〜１５重量％であり、８〜１２重量％であってもよい。この含有比率が高くなり過ぎると、成型炭に含まれる熱源としての有効成分が少なくなる傾向にある。一方、含有比率が低くなり過ぎると、十分に高い圧壊強度が得難くなる傾向にある。
【００４７】
図３（Ａ）は、本実施形態の成型炭の構成を模式的に示す図である。成型炭２０は、粉コークス１０と、バインダ１２と、水１４とを含有する。成型炭２０に含まれる粉コークス１０のそれぞれの間（間隙）には、バインダ１２と水１４からなるバインダ水溶液１６が充填されている。粉コークス１０間における間隙の合計体積Ｖ４（合計体積Ｖ４は、図２における細孔Ｐの体積も含む）に対する、充填されたバインダ水溶液１６の合計体積Ｖ０の比率（バインダ水溶液の飽和度：Ｖ０／Ｖ４）は、４０％以上であることが好ましく、６０％以上であってもよい。
【００４８】
図３（Ｂ）は、成型炭２０を構成する各成分の体積比率を模式的に示す図である。図３（Ｂ）に示すとおり、間隙の合計体積Ｖ４は、成型炭の体積Ｖ３から粉コークス１０の実体積Ｖ２を引くことで求められる。具体的には、下記式（８）で求めることができる。
Ｖ４＝Ｖ３−Ｖ２          （８）
Ｖ３は、成型炭２０の寸法を測定して算出される。例えば、円柱型の成型炭２０では、半径×半径×π×高さの計算式で算出することができる。Ｖ２［ｍｌ］は、成型炭２０に含まれる粉コークスの重量ＭＣ［ｇ］と粉コークス１０の真密度Ｄ０［ｇ／ｍｌ］から、式（９）で算出することができる。
Ｖ２＝ＭＣ／Ｄ０          （９）
【００４９】
式（９）における重量ＭＣ［ｇ］は、成型炭２０の重量Ｍｔ［ｇ］から、バインダ１２の重量Ｍｂ［ｇ］及び水１４の重量Ｍｗ［ｇ］を減じることで求められる。すなわち、以下の式（１０）によって求められる。重量Ｍｔ［ｇ］は、秤量器で測定することができ、重量Ｍｗ［ｇ］は通常の水分計の測定結果から求めることができる。
ＭＣ＝Ｍｔ−Ｍｂ−Ｍｗ              （１０）
【００５０】
例えば、成型炭２０に水が１０重量％含有されていた場合、以下の式（１１）が成立する。
Ｍｗ＝０．１×Ｍｔ                （１１）
粉コークスに対して、バインダ１２を１０重量％の割合で添加していた場合、以下の式（１２）が成立する。
Ｍｂ＝ＭＣ×０．１                （１２）
ここで式（１０）を式（１２）に代入すると、下記式（１３）の関係式が成り立つ。
Ｍｂ＝（Ｍｔ−Ｍｂ−Ｍｗ）×０．１
Ｍｂ＝（Ｍｔ―Ｍｗ）×０．１／１．１  （１３）
式（１３）によってバインダ１２の重量Ｍｂ［ｇ］を求め、式（１０）によって粉コークス１０の重量ＭＣ［ｇ］を求めることができる。その結果、式（８）及び式（９）によって、粉コークス１０の実体積Ｖ２［ｍｌ］及び間隙の合計体積Ｖ４［ｍｌ］が求められ、バインダ水溶液の飽和度（Ｖ０／Ｖ４）を算出することができる。このバインダ水溶液の飽和度は、粉コークス１０に対するバインダ水溶液１６の混合比率を変えることによって調整することができる。
【００５１】
成型炭２０の圧壊強度は、１５００Ｎ以上であってもよく、２０００Ｎ以上であってもよい。成型炭２０は、このような高い圧壊強度を、高温下においても有することができる。このように高い圧壊強度を有する成型炭は、高い火格子機能を有することが求められる廃棄物溶融炉用の熱源として極めて有用である。本明細書における成型炭の圧壊強度は図４に示す測定装置６０を用いて以下の手順で測定される。
【００５２】
まず、成型炭２０を１０００℃の空気に３０分間暴露する。その後、成型炭を窒素雰囲気中で常温まで冷却する。冷却後、図４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２０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２０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２０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、圧壊強度が求められる。
【００５３】
本実施形態の製造方法によれば、成型工程の後に乾留を行わなくても、十分に高い圧壊強度を有する成型炭とすることができる。このように乾留の工程を省くことが可能となるため、工程の数が少なくなり、簡便な工程で高い圧壊強度を有する成型炭を製造することができる。ただし、乾留を行うものを排除するものではなく、乾留を行って圧壊強度をさらに向上させてもよい。成型炭を乾留する乾留工程を行う場合、乾留工程は、竪型シャフト炉、コークス炉、トンネルキルン炉などの通常の乾留炉を用いて行うことができる。
【００５４】
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、乾燥工程を行わなくてもよい。
【００５５】
図５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。本実施形態の成型炭は、常温のみならず高温下においても高い圧壊強度を有していることから、図５に示すような廃棄物溶融炉に用いれば優れた火格子機能を発揮することができる。
【００５６】
廃棄物溶融設備１００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。
【００５７】
廃棄物溶融炉用である成型炭、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に導入される。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。
【００５８】
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４１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４１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。
【００５９】
廃棄物溶融炉４０の内部は、成型炭４１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。
【００６０】
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、ボイラーで廃熱回収される。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。
【００６１】
廃棄物溶融設備１００では、廃棄物溶融炉用の成型炭４１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４１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、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。
【００６２】
以上、本発明の好適な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、例えば、押出し成型、及びプレス成型など、各種の方法を用いることができる。この場合、成型時の面圧は、好ましくは０．４〜３．２ｔｏｎ／ｃｍ２である。この範囲の面圧で成型することによって、１〜８ｔｏｎ／ｃｍの線圧で成型された成型炭と同等の性状を有する成型炭を得ることができる。また、本発明の成型炭の用途は、溶融炉に限定されるものではなく、例えば、火格子機能を必要とする炉においても好適に使用することができる。
【実施例】
【００６３】
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。
【００６４】
（実施例１〜７、比較例１〜９）
表１及び表２に示す粉コークス及びバインダを準備した。粉コークスは、コークス炉から得られた粉コークスのうち、粒径が３ｍｍ以下のものを準備した。それぞれの粉コークスの性状は表１に示すとおりであった。これらの値は、ＪＩＳ  Ｍ  ８８１２：２００６に準拠して測定された値である。バインダとして、１１種類の親水性ポリマーと、１種類の疎水性ポリマー（石炭系軟ピッチ）を準備した。これらの分子構造及び数平均分子量は表２に示すとおりであった。なお、親水性ポリマーは、水と所定の比率で配合されたバインダ水溶液として用いた。親水性ポリマーに対する水の重量比は表３に示すとおりである。
【００６５】
【表１】
2015227429.tif 000004
【００６６】
【表２】
2015227429.tif 000005
【００６７】
粉コークスとバインダ又はバインダ水溶液を配合して混練機で混合し、粉コークスとバインダと場合によって水とを含む混合物を得た。混合物における粉コークスに対する親水性ポリマー（疎水性ポリマー）の重量比率は、表３のとおりである。得られた混合物を、ダブルロール成型機を用いて線圧２ｔｏｎ／ｃｍで成型してマセック形状の成型炭（ブリケット）を作製した。この成型炭の体積は、約１２５ｍｍ２であった。
【００６８】
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。廃棄物溶融炉内で用いることを想定して、乾燥後の成型炭を、空気中、温度１０００℃で３０分間加熱した。そして、図４に示す測定装置を用いて、成型炭の圧壊強度を測定した。なお、加熱前の成型炭の圧壊強度も同様に測定した。これらの測定結果を表３に纏めて示す。
【００６９】
【表３】
2015227429.tif 000006
【００７０】
表３に示すとおり、実施例１〜７の成型炭は、加熱前及び加熱後において、高い圧壊強度を有していることが確認された。このような成型炭は、優れた火格子機能を有することが求められる廃棄物溶融炉用の熱源として好適に用いることができる。一方、比較例１，５の成型炭は、圧壊強度が低く、加熱すると粉状に崩壊してしまうことが確認された。比較例２，３も、加熱すると粉状に崩壊した。比較例４は、成型性が悪く、成型することが困難であった。粉コークスＢ，Ｃを用いた比較例８，９の成型炭は、成型性が悪く、圧壊強度は１０００Ｎ以下であった。
【００７１】
（実施例８）
表２の番号１０のバインダ（親水性ポリマー）と水とを配合してバインダ水溶液を調製した。このとき、親水性ポリマーと水との配合割合を変えて、親水性ポリマーと水との重量比の異なる複数種類のバインダ水溶液を調製した。粉コークスＡと調製したバインダ水溶液とを混練機で混合して、水の含有率が異なる複数の混合物を得た。各混合物を調製するにあたり、粉コークスに対する親水性ポリマーの重量比率は一定とした。すなわち、粉コークス１００重量部に対して、番号１０のバインダ（親水性ポリマー）を１０重量部配合した。
【００７２】
調製した混合物を、ダブルロール成型機を用いて線圧２ｔｏｎ／ｃｍで成型して成型炭（ブリケット）を作製した。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。廃棄物溶融炉内で用いることを想定して、乾燥後の成型炭を、空気中、温度１０００℃で３０分間加熱した。そして、図４に示す測定装置を用いて、成型炭の圧壊強度を測定した。これらの測定結果を図６にプロットした。
【００７３】
図６は、横軸を親水性ポリマーに対する水の重量比、縦軸を加熱後の成型炭の圧壊強度とし、データをプロットしたものである。図６に示すとおり、親水性ポリマーに対する水の重量比が０．５〜１．６の範囲において、極めて高い圧壊強度（２５００Ｎ以上）が得られた。一方、バインダに対する水の重量比が１．８を超えると、圧壊強度は依然として高いものの、重量比が０．５〜１．６の範囲に比べると、圧壊強度が若干低下することが確認された。これは、水の含有率が高くなると、成型性が低下すること、及び、乾燥の際に水の蒸発量が増えて、成型炭に多量の気孔及びクラックが生じるためであると考えられる。
【００７４】
（実施例９）
成型炭を作製する際の成型圧を変えたこと以外は実施例３と同様にして、成型炭を作製した。すなわち、ダブルロール成型機の線圧を図７に示すように変更した場合の成型炭の圧壊強度（加熱後）の変化を調べた。
【００７５】
図７は、ダブルロール成型機の線圧と、加熱後の成型炭の圧壊強度との関係を示すグラフである。図７に示すとおり、線圧が２〜６ｔｏｎ／ｃｍの範囲で圧壊強度が極めて高くなることが確認された。一方、線圧が高くなり過ぎると、圧壊強度が若干低くなることが確認された。これは、成型圧が過大になると、成型炭に残存するメニスカスの量が減少して、却って成型不良の原因となること、及び、乾燥時に蒸発する水分の逃げ道がなくなってクラック等が生じること等の要因が考えられる。
【００７６】
（実施例１０）
粉コークスのみかけ密度が異なる複数種類の粉コークス（灰分：１３．３重量％、揮発分：０．８重量％、固定炭素：８５．９重量％）を準備した。表２の番号１０のバインダ（親水性ポリマー）と水とを含むバインダ水溶液［水／親水性ポリマー（重量比：１．０）］を準備した。粉コークスと、上述のとおり調製したバインダ水溶液を配合して混練機で混合し、粉コークスと親水性ポリマーと水とを含む混合物を得た。このとき、粉コークスのみかけ密度に応じて、粉コークスに対する親水性ポリマーの混合比率を変えて、成型炭におけるバインダ水溶液の飽和度が９０％となるように混合した。混合物において、粉コークスに対する親水性ポリマーの比率は、１０〜１５重量％であった。
【００７７】
得られた混合物を、ダブルロール成型機を用いて線圧２ｔｏｎ／ｃｍで成型して、複数の成型炭（ブリケット）を作製した。成型炭を、実施例１と同様にして乾燥させた後、空気中、温度１０００℃で３０分間加熱した。そして、図４に示す測定装置を用いて、成型炭の圧壊強度を測定した。
【００７８】
（実施例１１）
成型炭におけるバインダ水溶液の飽和度が７０％となるように粉コークスに対する親水性ポリマーの混合比率を変えたこと以外は、実施例１０と同様にして成型炭を作製して、圧壊強度を測定した。混合物において、粉コークスに対する親水性ポリマーの比率は、８〜１２重量％であった。
【００７９】
（実施例１２）
成型炭におけるバインダ水溶液の飽和度が４０％となるように粉コークスに対する親水性ポリマーの混合比率を変えたこと以外は、実施例１０と同様にして成型炭を作製して、圧壊強度を測定した。混合物において、粉コークスに対する親水性ポリマーの比率は、６〜１０重量％であった。
【００８０】
図８は、実施例１０〜１２における粉コークスのみかけ密度と成型炭の圧壊強度との関係を示すグラフである。図８に示すデータから、みかけ密度の高い粉コークスを用いることによって、圧壊強度が向上することが確認された。また、同一のみかけ密度で比較すると、実施例１０が最も高い圧壊強度を有していた。このことから、粉コークスの粒子間の間隙（間隙の合計体積：Ｖ４）のバインダ水溶液による充填率を高くすることによって、圧壊強度が向上することが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明によれば、高い圧壊強度を有する成型炭を、従来よりも簡便な工程で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。また、本発明によれば、高い圧壊強度を有し、簡便な工程で製造することが可能な成型炭を提供することができる。
【符号の説明】
【００８２】
１０…粉コークス、１２…バインダ、１４…水、１６…バインダ水溶液、２０，４１…成型炭、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、１００…廃棄物溶融設備。
【図１】
2015227429.tif 000007
【図２】
2015227429.tif 000008
【図３】
2015227429.tif 000009
【図４】
2015227429.tif 000010
【図５】
2015227429.tif 000011
【図６】
2015227429.tif 000012
【図７】
2015227429.tif 000013
【図８】
2015227429.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成26年9月12日(2014.9.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉コークスとバインダとを含む混合物を成型する工程を有する廃棄物溶融炉用の成型炭の製造方法であって、
前記粉コークスの揮発分は５重量％以下であり、
前記バインダは、数平均分子量が１０００以上の親水性ポリマーを含んでおり、
前記親水性ポリマーは、分子構造中にスルホ基、ヒドロキシル基及びカルボキシル基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基と、ベンゼン環と、を有し、
前記混合物を成型して得られる成型炭の圧壊強度が１７００Ｎ以上である、成型炭の製造方法。
【請求項２】
前記混合物における前記粉コークスに対する前記親水性ポリマーの比率が６〜１５重量％である、請求項１に記載の成型炭の製造方法。
【請求項３】
前記バインダ及び水を含むバインダ水溶液と前記粉コークスとを混合する工程をさらに有し、
前記バインダ水溶液における前記親水性ポリマーに対する前記水の重量比が０．５〜１．６である、請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記混合物を１〜８ｔｏｎ／ｃｍの線圧、又は０．４〜３．２ｔｏｎ／ｃｍ２の面圧で成型する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の成型炭の製造方法。
【請求項５】
前記粉コークスのみかけ密度が１ｇ／ｍｌ以上である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の成型炭の製造方法。
【請求項６】
粉コークスとバインダとを含む、廃棄物溶融炉用の成型炭であって、
前記粉コークスの揮発分は５重量％以下であり、
前記バインダは、数平均分子量が１０００以上の親水性ポリマーを含んでおり、
前記親水性ポリマーは、分子構造中にスルホ基、ヒドロキシル基及びカルボキシル基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基と、ベンゼン環と、を有し、
圧壊強度が１７００Ｎ以上である、成型炭。
【請求項７】
前記粉コークスに対する前記親水性ポリマーの比率が６〜１５重量％である、請求項６に記載の成型炭。
【手続補正書】
【提出日】平成26年12月11日(2014.12.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉コークスとバインダとを含む混合物を成型する工程を有する廃棄物溶融炉用の成型炭の製造方法であって、
前記粉コークスの揮発分は５重量％以下であり、
前記バインダは、数平均分子量が１１００以上の親水性ポリマーを含んでおり、
前記親水性ポリマーは、リグニンスルホン酸塩であり、
前記混合物を成型して得られる成型炭の圧壊強度が１７００Ｎ以上である、成型炭の製造方法。
【請求項２】
前記混合物における前記粉コークスに対する前記親水性ポリマーの比率が６〜１５重量％である、請求項１に記載の成型炭の製造方法。
【請求項３】
前記バインダ及び水を含むバインダ水溶液と前記粉コークスとを混合する工程をさらに有し、
前記バインダ水溶液における前記親水性ポリマーに対する前記水の重量比が０．５〜１．６である、請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記混合物を１〜８ｔｏｎ／ｃｍの線圧、又は０．４〜３．２ｔｏｎ／ｃｍ２の面圧で成型する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の成型炭の製造方法。
【請求項５】
前記粉コークスのみかけ密度が１ｇ／ｍｌ以上である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の成型炭の製造方法。
【請求項６】
粉コークスとバインダとを含む、廃棄物溶融炉用の成型炭であって、
前記粉コークスの揮発分は５重量％以下であり、
前記バインダは、数平均分子量が１１００以上の親水性ポリマーを含んでおり、
前記親水性ポリマーは、リグニンスルホン酸塩であり、
圧壊強度が１７００Ｎ以上である、成型炭。
【請求項７】
前記粉コークスに対する前記親水性ポリマーの比率が６〜１５重量％である、請求項６に記載の成型炭。