(57)【要約】【課題】廃プラスチックの混合によってコークス用石炭の乾留過程における石炭膨張圧の低減を図ることが可能なコークス炉の操業方法を提供する。【解決手段】コークス炉１０の各炭化室１１内に装入したコークス用石炭１２に、熱可塑性樹脂を主成分とする廃プラスチック１３を２．０質量％以下混合して、コークス用石炭１２を乾留してコークス１４を製造する方法において、廃プラスチック１３は、石炭乾留過程で形成される軟化溶融部１５の層厚Ｔの１．１倍以上２．５倍以下の長さのものを、コークス用石炭１２の０．５質量％以上１．５質量％以下含有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークス炉の各炭化室内に装入したコークス用石炭に、熱可塑性樹脂を主成分とする廃プラスチックを２．０質量％以下混合して、前記コークス用石炭を乾留してコークスを製造する方法において、
前記廃プラスチックは、石炭乾留過程で形成される軟化溶融部の層厚の１．１倍以上２．５倍以下の長さのものを、前記コークス用石炭の０．５質量％以上１．５質量％以下含有することを特徴とするコークス炉の操業方法。
【請求項２】
請求項１記載のコークス炉の操業方法において、前記コークス用石炭に混合した前記廃プラスチック量は、前記各炭化室内のいずれの領域においても、前記コークス用石炭の０．５質量％以上１．５質量％以下の範囲内であることを特徴とするコークス炉の操業方法。
【請求項３】
請求項１及び２のいずれか１項に記載のコークス炉の操業方法において、前記コークス用石炭は、微粉炭を固めて製造した成形炭を１０質量％以上４０質量％以下含み、しかも該成形炭に前記廃プラスチックが混合されていることを特徴とするコークス炉の操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冶金用コークスを製造する際に、原料であるコークス用石炭に廃プラスチックを添加して、コークス用石炭の乾留過程における石炭膨張圧の低減を図るコークス炉の操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冶金用コークス（以下、単にコークスともいう）は、図４に示すように、コークス炉の各炭化室９１内に装入したコークス用石炭（以下、単に石炭ともいう）を、各炭化室９１に隣り合う燃焼室９２からの熱により乾留して製造している。
このコークスの製造過程において、加熱された石炭は膨張し、炭化室９１の炉壁に押圧を及ぼす。この押圧は通常、膨張圧と呼ばれており、特に、石炭乾留中における最大押圧を最大膨張圧と呼んでいる。この最大膨張圧が高くなるほど炭化室９１の炉壁を損傷する恐れがあるので、コークス炉の操業において、最大膨張圧を炭化室９１の炉壁強度以下に制御することが重要な課題になっている。特に、コークス炉を新設するには膨大な費用が必要であるため、最近では既設の老朽炉の寿命をいかに延命するかが更に重要な課題となっている。
【０００３】
一方、例えば、一般家庭又は工場から発生する廃プラスチックの大部分は、埋立処理又は焼却処理されており、環境（大気又は土壌）への悪影響が避けられなかった。このため、近年、その有効利用の方法の開発が盛んに行われており、その一つとして、廃プラスチックを石炭に混合してコークスを製造する方法が提案されている。
しかし、廃プラスチックは石炭の乾留過程において、石炭より低い温度で先にガス化し、このガス化した部分に空隙を発生させるため、廃プラスチックの添加によりコークス品質（強度）が低下する問題があるので、その添加量を通常は２．０質量％以下としている。
そこで、石炭に配合する廃プラスチックの粒度上限を、炭化室で石炭を乾留している最中に発生する軟化溶融状態にある石炭層（以下、軟化溶融層、軟化溶融部、又は軟化溶融帯ともいう）の厚みの７０％以下にすることにより、強度の高いコークスを製造する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３２７１８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１に開示された方法は、製造するコークスの強度低下を抑制するため、廃プラスチックを細かくしてガス化による空隙の発生を抑制しようとするものであることから、石炭の乾留過程において、軟化溶融層の形成時には、その内部から発生するガス（以下、ＣＯＧともいう）が外部へ排出され難くなり、乾留の進行と共に軟化溶融層が炉壁から窯中心に移動していく中で、内部のガス圧が高くなって、前記膨張圧が更に大きくなる。このため、炉壁に強い押圧を加え、老朽化したコークス炉にあっては、炉壁が損傷する懸念があった。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、廃プラスチックの混合によってコークス用石炭の乾留過程における石炭膨張圧の低減を図ることが可能なコークス炉の操業方法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】
【０００７】
本発明は上記課題を解決するためのものであり、その手段（１）は、コークス炉の各炭化室内に装入したコークス用石炭に、熱可塑性樹脂を主成分とする廃プラスチックを２．０質量％以下混合して、前記コークス用石炭を乾留してコークスを製造する方法において、
前記廃プラスチックは、石炭乾留過程で形成される軟化溶融部の層厚の１．１倍以上２．５倍以下の長さのものを、前記コークス用石炭の０．５質量％以上１．５質量％以下含有する。
【０００８】
手段（２）は、手段（１）において、前記コークス用石炭に混合した前記廃プラスチック量は、前記各炭化室内のいずれの領域においても、前記コークス用石炭の０．５質量％以上１．５質量％以下の範囲内である。
手段（３）は、手段（１）及び手段（２）のいずれかにおいて、前記コークス用石炭は、微粉炭を固めて製造した成形炭を１０質量％以上４０質量％以下含み、しかも該成形炭に前記廃プラスチックが混合されている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るコークス炉の操業方法は、石炭乾留過程で形成される軟化溶融部の層厚に応じて長さを規定した廃プラスチックを、コークス用石炭に混合し分散させるので、乾留過程における廃プラスチックのガス化により、軟化溶融部自体に空隙を形成して内部のガスを適度に放出できる。これにより、炭化室の炉壁に対するコークス用石炭の膨張圧を、コークス用石炭のみを乾留している場合と略同等に維持することが可能となり、コークスを良好な品質に維持できると共に、老朽化したコークス炉においても炉壁の損傷を防止できる。
【００１０】
また、廃プラスチックを含有した成形炭を炭化室内に装入すると、廃プラスチックを炭化室内に容易に均一分散できるので好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係るコークス炉の操業方法の説明図、図２はコークス用石炭に混合した廃プラスチックの長さＬと軟化溶融部の層厚Ｔの比（Ｋ値）と、コークス用石炭の最大膨張圧との関係を示す説明図、図３はコークス用石炭に混合した廃プラスチックの添加量とコークス用石炭の最大膨張圧との関係を示す説明図である。
【００１２】
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係るコークス炉の操業方法は、コークス炉１０の各炭化室１１内に装入したコークス用石炭（以下、単に石炭ともいう）１２に、熱可塑性樹脂を主成分とする廃プラスチック１３を２．０質量％以下混合して、石炭１２を乾留してコークスを製造する方法であり、長さを制限した廃プラスチック１３を石炭１２に所定量混合し分散させる方法である。以下、詳しく説明する。
【００１３】
炭化室１１に装入する石炭１２は、粗粒炭及び微粉炭を使用できる。ここで、粗粒炭とは、粒径が例えば、０．３〜１０ｍｍの石炭であり、一方、微粉炭とは、粒径が例えば、０．３ｍｍ未満の石炭である。なお、微粉炭の使用に際しては、予め塊状に成形した後、炭化室１１へ装入することが好ましいが、バインダーを添加して擬似造粒したものでもよい。
この石炭１２に混合する廃プラスチック１３は、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、及びポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）のいずれか１又は２以上のような熱可塑性樹脂を主成分（例えば、使用する全廃プラスチック量の８０質量％以上、好ましくは９０質量％以上、更に好ましくは９５質量％以上）とするものであり、他に熱硬化性樹脂が僅かに含まれてもよい。
【００１４】
この廃プラスチック１３は、例えば、破砕機で裁断したフィルム状の薄いもの（厚さ１ｍｍ以下）が殆どであり、押出し成型機等で熱処理された塊状物とは異なる。なお、破砕機としては、回転刃と固定刃とを有するものを使用でき、これにより、各自治体等から搬入されてきた廃プラスチックを破砕機で裁断しながら、吸引管を介してブロワーで吸引し回収する。なお、排出される廃プラスチックは、スクリーンにより選別され、所定の大きさのものが回収される。
ここで、石炭１２に混合する廃プラスチック１３の大きさについて、図２を参照して説明する。なお、図２における最大膨張圧とは、炭化室１１内のコークス１４を押し出す際に使用する押出機（図示しない）の平均押出負荷（押出ラムの駆動モータの電流値）より推定した値である。また、軟化溶融層厚Ｔは、最も条件が悪い３．５ｍｍの場合である。
【００１５】
図２から明らかなように、軟化溶融部の層厚Ｔと、廃プラスチックの最大長さＬの比（以下、単にＫ値ともいう）が１．１未満になると、石炭の最大膨張圧力が急速に上昇する。これは、軟化溶融部の層厚Ｔに対する廃プラスチックの長さＬが短くなり過ぎ、個々のフィルム状の廃プラスチックのガス化の際に軟化溶融部に形成されるストローのような空隙が、内部のガス（ＣＯＧともいう）を外部へ十分に排出できる程度に形成されなかったためであると考えられる。
一方、Ｋ値が２．５を超えると、石炭の最大膨張圧が上記の場合と同様に急速に上昇する。これは、廃プラスチックの長さが長くなり過ぎ、廃プラスチックの炭化室への装入の際に石炭との混合性が悪化し、廃プラスチックが炭化室内に偏析して分散しなかったため、軟化溶融部において、局部的にＣＯＧが抜けるが、全体としてＣＯＧの抜けが悪くなり、最大膨張圧が上昇したものと推定される。
【００１６】
以上のことから、廃プラスチックの長さＬを、炭化室に形成される軟化溶融部の層厚Ｔの１．１倍以上２．５倍以下（好ましくは、上限を２．０倍、また下限を１．５倍）を満足するものにする。なお、廃プラスチックは、この長さのものだけで構成してもよく、またこれより短いものが含まれていてもよい。
ここで、軟化溶融部の層厚Ｔは、例えば、使用する粗粒炭と成形炭の配合割合、又は石炭の銘柄により若干変化するが、通常３ｍｍ以上７ｍｍ以下程度である。
【００１７】
このような廃プラスチック１３を炭化室１１に装入する。ここで、図３に、廃プラスチックの添加量とコークス用石炭の最大膨張圧との関係を示す。なお、ここでのＫ値は１．１である。
図３から明らかなように、廃プラスチックの添加量が石炭の０．５質量％未満になると、廃プラスチック量が少なくなり過ぎ、軟化溶融部に形成される空隙が少なくなるので、石炭の最大膨張圧の上昇を招く。一方、廃プラスチックの添加量が石炭の１．５質量％を超えると、廃プラスチックが互いに絡まり合って団子状になる傾向が強くなり、分散する廃プラスチック量が少なくなって、炭化室に装入された廃プラスチックは団子状のものが多くなって、まばらに点在することになる。このため、廃プラスチックが団子状になった部分より多量のＣＯＧが抜けるために、炭化室全体の最大膨張圧は若干上昇する程度になるが、その部分におけるコークスの品質（ＲＤＩ）の低下が著しくなる。
【００１８】
以上のことから、軟化溶融部の層厚Ｔの１．１倍以上２．５倍以下の長さの廃プラスチック量を、石炭の０．５質量％以上１．５質量％以下（好ましくは、上限を１．２質量％、また下限を０．８質量％）にする必要がある。
ここで、石炭に混合した廃プラスチックの全量（即ち、各炭化室内に分散させた全廃プラスチック量）を、前記した範囲内にすることが好ましい。なお、石炭に混合した廃プラスチック量は、各炭化室内のいずれの領域（例えば、炭化室の１〜５ｍ3の領域）においても、石炭の０．５質量％以上１．５質量％以下の範囲内で均一にすることが好ましい。
このため、廃プラスチック１３は、微粉炭に混合して固め、塊状に成形して成形炭とした後、炭化室１１内に装入することが好ましい。これは、成形炭とその他の石炭の比重が、殆ど同等になることから、炭化室に装入の際の廃プラスチックの偏析が少なくなるためである。ここで、成形炭に混合する廃プラスチック１３の添加量は、炭化室１１に装入する全石炭１２量から算出する。なお、成形炭に混合することなく各炭化室１１に装入する場合も同様である。
更に、成形炭の量は、炭化室に装入する全石炭量の１０質量％以上４０質量％以下にすることが好ましい。これにより、良好な品質のコークスを経済的に製造できる。
【００１９】
なお、廃プラスチック１３は、炭化室１１に装入する前に、予め石炭１２と混合することなく、炭化室１１内へ単独で直接装入することも可能である。
このように、廃プラスチック１３を炭化室１１に直接装入する場合は、コークス用石炭と廃プラスチックをそれぞれ装入する個別のホッパーを備えた装入車（いずれも図示しない）を使用する。そして、各ホッパーの下部に設けられた切出装置（図示しない）を、例えば管理用コンピュータからの指令によって作動させ、コークス用石炭と廃プラスチックを所定量ずつ同時に切り出しながら、各炭化室内にそれぞれ装入することが好ましい。
【００２０】
以上の方法により、炭化室１１内に石炭１２と廃プラスチック１３を装入することで、廃プラスチック１３を石炭１２に混合し分散させることができる。そして、燃焼室１６からの熱により、炭化室１１内の石炭１２を乾留してコークス１４を製造する。
コークス１４の製造時（石炭乾留過程）において、石炭１２はコークス炉１０の炉壁１７側から順次加熱されていく。このとき、加熱温度が４００℃までは、化学的にも物理的にも大きな変化は見られない。しかし、約４００℃以上では、炭化水素ガス及びタール（液体）が発生し、４００〜４５０℃でタールの発生が最大となる。特に、４００〜５００℃の範囲においては、石炭が軟化溶融状態となって軟化溶融部が形成され、５００℃以上になるとコークスが膨張しきって、今度は加熱された炭化水素が芳香族環を形成し始め収縮していく（図４参照）。
しかし、本実施の形態のように、最大長さＬを規定した廃プラスチック１３を、炭化室１１内に分散させることにより、軟化溶融部１５に空隙を形成し、内部のＣＯＧ（コークス炉ガス）を排出できるので、石炭１２の乾留過程における石炭膨張圧の低減を図ることができ、コークス炉１０の炉壁１７の損傷を従来よりも抑制できる。
【実施例】
【００２１】
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
本実施例で使用したコークス炉の炭化室は、炉幅４５０ｍｍ、炉長１６ｍである。そして、この炭化室に配合石炭と成形炭３０トンを装入して乾留した。このとき、炭化室内の石炭中に形成された軟化溶融部の層厚Ｔは３．５ｍｍであった。
なお、成形炭に混合する廃プラスチックは、家庭用廃プラスチック（厚さ１ｍｍ以下のフィルム状）を破砕機で破砕した長さ８．７ｍｍ以下のものである。
更に、この成形炭は、微粉炭に結合剤を添加しつつ混練し、この混練物をロールコンパクターで成形（塊成）したものである。
【００２２】
本実施例の評価に際し、コークス炉の炉壁の損傷影響については、各炭化室からコークスを押し出す際の押出機に設けられた押出用電動機の負荷電流の平均値を、炉壁の耐力に相当する数値を超えるか否かで判定した。これは、老朽炉が、炉壁の状態（例えば、炉壁表面の凸凹の程度、炉壁表面へのコークス付着の程度）で大きく変化するためである。
なお、ここでは、装入する石炭銘柄の配合条件より使用したコークス炉の老朽度を加味して、２６０（Ａ）を上限値とした。つまり、押出機で各炭化室からコークスを押し出す際に、押出機に設けた押出ラムの駆動モータの負荷電流（以下、平均押出電流ともいう）がこの数値を超えることは、炉壁の損傷に及ぶことを意味する。
ここで、廃プラスチックの破砕長さ（即ち、軟化溶融部の層厚Ｔと廃プラスチックの最大長さの比であるＫ値）と成形炭への配合割合を変えてコークスを製造した結果を表１に示す。なお、廃プラスチックを成形炭に配合してコークス炉に装入するに際しては、コークス用石炭中の成形炭の配合割合を３０質量％とした。従って、表１においては、廃プラスチックの成形炭への配合割合（即ち、Ｋ値が１．１〜２．５と全量）に、成形炭の配合割合（３０質量％）を乗じた値が、全装入炭へ混合された廃プラスチックの配合割合（即ち、Ｋ値が１．１〜２．５と全量）となる。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
表１から明らかなように、製造したコークス強度ＤＩは、８４．２〜８５．６の範囲内の強度であった。
本実施例１〜４は、廃プラスチックを成形炭に配合してコークス炉に装入した例であり、本実施例５は、廃プラスチックを成形炭に配合しないで、配合炭及び成形炭をコークス炉に装入する際、同時に単体の廃プラスチックを装入した例である。
本実施例１〜５は、全装入炭へ混合した全廃プラスチックの配合割合と、Ｋ値が所定範囲（１．１〜２．５）の廃プラスチックの配合割合とが、本発明の範囲内（Ｋ値：０．５質量％以上、１．５質量％以下、全量：２．０質量％以下）であるため、押出機の平均押出電流は前記した上限値を超えることなく、炭化室の炉壁に与える影響は小さいものであった。また、製造したコークスの強度ＤＩについても、８５以上の強度を達成でき、品質が良好であることを確認できた。
【００２５】
一方、比較例１は、全装入炭へ混合した全廃プラスチックの配合割合が、本発明の範囲を超えた例である。Ｋ値が所定範囲の廃プラスチックの配合割合については、本発明の範囲内であるため、押出機の平均押出電流が前記上限値を超えることはなかったが、全廃プラスチックの配合割合が多過ぎたため、製造したコークスの強度ＤＩが実施例よりも低く、コークス品質の低下を招いた。
また、比較例２、３は、全装入炭へ混合したＫ値が所定範囲の廃プラスチックの配合割合が、本発明の範囲を外れた例である。全廃プラスチックの配合割合は、本発明の範囲内であるため、製造したコークスの強度ＤＩが比較例１よりも高くなったが、Ｋ値が所定範囲の廃プラスチック量が、本発明の範囲を外れたため、平均押出電流が前記上限値を超え、炭化室の炉壁に与える影響が大きいことを確認できた。
以上のことから、本発明によってコークス用石炭の乾留過程における石炭膨張圧の低減を図ることができることを確認できた。
【００２６】
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明のコークス炉の操業方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施の形態に係るコークス炉の操業方法の説明図である。
【図２】コークス用石炭に混合した廃プラスチックの長さＬと軟化溶融部の層厚Ｔの比（Ｋ値）と、コークス用石炭の最大膨張圧との関係を示す説明図である。
【図３】コークス用石炭に混合した廃プラスチックの添加量とコークス用石炭の最大膨張圧との関係を示す説明図である。
【図４】従来例に係るコークス炉の操業方法の説明図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０：コークス炉、１１：炭化室、１２：コークス用石炭、１３：廃プラスチック、１４：コークス、１５：軟化溶融部、１６：燃焼室、１７：炉壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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