(57)【要約】【課題】原料炭と木質系廃棄物を用いてコークスを製造する方法において、大量の木質系廃棄物が処理でき、かつ生成するコークスの強度低下を起こすことのないコークスの製造方法を提供する。【解決手段】原料炭を加熱乾留してコークスを製造する方法において、予め熱処理された木質系廃棄物を該原料炭と共にコークス炉に装入する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料炭を加熱乾留してコークスを製造する方法において、予め熱処理された木質系廃棄物を該原料炭と共にコークス炉に装入することを特徴とするコークスの製造方法。
【請求項２】
前記熱処理を、空気を遮断し３５０〜４５０℃で加熱することによって行う請求項１に記載のコークスの製造方法。
【請求項３】
前記木質系廃棄物の添加量を、熱処理前の木質系廃棄物量換算で１〜１０質量％の範囲とする請求項１または２に記載のコークスの製造方法。
【請求項４】
熱処理後の前記木質系廃棄物に含まれる揮発分を４５〜６５質量％とする請求項１〜３のいずれかに記載のコークスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コークスの製造方法に関し、詳細には、間伐材、林地残材、建築廃材、工場残廃物等の木質系廃棄物を、コークス原料として有効に活用し得るように工夫された方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
間伐材や林地残材、建築廃材、工場残廃物などとして排出される木質系廃棄物の量は膨大であり、現在、これらの主な処分方法として実施されているのは、焼却と埋め立て（放置）である。しかしながら、近年、各種廃棄物量が急増してくるにつれて、最終処分場の確保自体が困難になっており、木質系廃棄物についても２次資源としての有効利用を目的とする研究も進められている。例えば、上記木質系廃棄物は木質系バイオマス資源ともいわれており、無公害の有機質資源として再利用の研究が積極的に進められている。
【０００３】
このような状況の中、平成１４年５月には、排出される廃棄物量に対する最終処分場の制約や将来的な天然木材資源等の枯渇の可能性、有害化学物質や地球環境問題などの克服を目的とする循環型経済社会推進の一環として建設リサイクル法が施行され、建設廃棄物としての廃木材の再資源化が義務付けられたこともあって、上記木質系廃棄物の処理法や有効利用法の改善が一層強く望まれている。
【０００４】
これまでにも、一般ゴミや産業廃棄物を安価に処理する方法や、２次資源として有効利用する方法は種々提案されている。例えば、有機系廃棄物（木質系廃棄物を含む）を安価かつ大量に処理する方法として、該有機系廃棄物を０．０５〜１質量％の割合で原料炭に配合し、コークス炉で処理する方法がある（特許文献１）。しかし、この方法では、原料炭に対する有機系廃棄物の配合量が最大でも１質量％であり、配合量が１質量％を超えると、得られるコークス強度を低下させる等、製品品質を著しく劣化させることが知られている。
【０００５】
またこの特許文献１では、原料炭と有機系廃棄物が交互に層状となるようにコークス炉へ装入すれば、生成コークスの強度低下を起こすことなく、多量の有機系廃棄物を処理し得ることも紹介されている。しかし、コークス炉への原料装入設備や装入作業性等を考慮すると簡易な処理とは言えない。
【０００６】
このように、原料炭に有機系廃棄物を混合して同時に加熱乾留し、コークスの製造と同時に有機系廃棄物を処理する方法には、一度に処理可能な量に限界があり、この限界を超えると生成するコークスの品質が著しく劣化するので、処理量を増加するにしても自ずと限界があった。
【０００７】
【特許文献１】
2004307683.tif 000002
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような事情に着目してなされたものであって、その目的は、原料炭と木質系廃棄物を用いてコークスを製造する方法において、生成するコークスの品質劣化を起こすことなく、一度に大量の木質系廃棄物を処理し得る様なコークスの製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のコークスの製造方法とは、原料炭を加熱乾留してコークスを製造するに当たり、予め熱処理された木質系廃棄物を該原料炭と共にコークス炉へ装入するところに要旨を有する。
【００１０】
前記熱処理は、空気を遮断し、３５０〜４５０℃の温度域で加熱するのが好ましく、このような熱処理によって、木質系廃棄物中の揮発分量を４５〜６５質量％の範囲にしておくことが望ましい。
【００１１】
原料炭に対する前記木質系廃棄物の添加量は、熱処理前の木質系廃棄物基準で１〜１０質量％の範囲とすることが推奨される。
【００１２】
【発明の実施形態】
上述した様に、原料炭に木質系廃棄物を混合してコークスを製造する場合、配合可能な木質系廃棄物の量には限界があり、配合量が多すぎると生成するコークスの強度を低下させるといった問題があった。
【００１３】
そこで本発明者らは、生成するコークスの強度を低下させること無く、多量の木質系廃棄物を混合処理し得る方法を確立すべく鋭意検討を進めた。その結果、予め木質系廃棄物を、空気を遮断した環境下において加熱し、半炭化状態にしてから原料炭と混合して加熱乾留すれば、得られるコークスの強度を低下させることなく、また木質系廃棄物の処理量も大幅に増加し得ることを見出し、上記本発明を完成した。以下、本発明に係るコークスの製法について詳細に説明していく。
【００１４】
本発明における最大の特徴点は、木質系廃棄物に予め熱処理を施しておき、得られる熱処理物を原料炭と共にコークス炉で加熱乾留するところにある。木質系廃棄物に限らず木材の主な構成成分は、水素、炭素、酸素などであるため、木質系廃棄物を原料炭と共にコークス炉内で乾留すると、原料炭と同様、木質系廃棄物の乾留物も生成コークスの炭素源として取り込まれ、コークスの歩留まり向上に寄与する。
【００１５】
本発明に係るコークスの製造方法において使用可能な木質系廃棄物としては、間伐材や林地残材、建築廃材、工場残廃物などとして排出される廃木材などが挙げられる。
【００１６】
本発明では、用いる木質系廃棄物に予め熱処理を施し、半炭化させる。この半炭化とは、木質系廃棄物を完全に炭化させるのではなく、熱処理後の木質系廃棄物中の揮発分量をある程度低減させる処理を意味する。ここで、揮発分とは、空気との接触を絶って、所定条件下で加熱したときの重量減少率から水分を差し引いたものであり、木材中に含まれるガス、木タールなどの成分を指すものである。
【００１７】
このように予め木質系廃棄物を半炭化させておくことで、原料炭と共に加熱乾留した場合でも、生成するコークスの強度低下を抑制することができる。半炭化させることでコークスの強度低下が抑制される理由については、理論的に解明されたわけではないが、次の様に考えている。即ち、生の木質系廃棄物の収縮率は、原料として用いられる石炭に比べて大きいため、乾留時に木質系廃棄物と石炭との間に間隙が生じ、この間隙が生成コークスの強度欠陥として現れるのではないかと推測される。ところが、木質系廃棄物を予め熱処理して半炭化させておくと、当該処理法による熱分解によって木質系廃棄物中の易熱分解成分が分解放出されるため、乾留時における半炭化物の収縮率が低減し、前述したような収縮率差に起因する隙間の生成が抑えられるためと考えている。
【００１８】
上記熱処理時の温度は、コークスの製造に用いる原料炭の種類によって異なるため、用いる原料炭に応じて適宜選択すればよいが、通常は３５０〜４５０℃とするのが好ましい。加熱温度が３５０℃未満では、木質系廃棄物を半炭化させるのに不十分であり、４５０℃を超える温度で熱処理（半炭化処理）を行った木質系廃棄物では、炭化が進行し過ぎて、いずれの場合もコークス強度の低下抑制効果が得られ難くなるからである。また、乾留温度が４５０℃を超えると強度低下の抑制効果が小さくなる傾向が見られる上に、乾留に要する燃料費も高くなるため好ましくない。より好ましくは３５０℃以上、４００℃以下である。
【００１９】
上述のような熱処理によって、熱処理後の木質系廃棄物（半炭化物）中の揮発分量を４５質量％以上、６５質量％以下程度に低減させるのが好ましい。半炭化物中の揮発分量が６５質量％を超える場合は、木質系廃棄物の半炭化が不十分であり、一方４５質量％未満では炭化が進行し過ぎて、いずれの場合もコークス強度の低下抑制効果が得られ難くなるからである。より好ましくは５０質量％以上、６０質量％以下である。
【００２０】
上記木質系廃棄物の熱処理（半炭化）に使用される装置は、空気を遮断した状態で加熱（炭化）し得る装置であれば特に限定されず、例えば回分式の電気炉や、連続的に熱処理できるキルン等が挙げられる。
【００２１】
尚、木質系廃棄物に熱処理を施して半炭化する際には、副生物として木酢液、タールおよびガス等が生成する。これらのうち木酢液は燻液（食品用）や消臭剤、植物成長剤、害虫忌避剤として、タールは化学原料として、さらにガスは燃料としてそれぞれ有効利用することができる。
【００２２】
上述の熱処理を経て得られる半炭化物は、必要に応じて粉砕機等を用いて原料炭と均一に混合し得る大きさの細片状（粒径約０．５〜１００ｍｍ程度）にした後、原料炭と混合される。また、熱処理前に予め適当な大きさに粉砕しておいても構わない。用いられる粉砕機の種類は特に限定されず、木質系廃棄物や半炭化物の粒度分布が均一になり、かつ微粉の発生が少ないものであればよく、例えば反発式粉砕機、圧潰式粉砕機、衝撃式粉砕機等が用いられる。
【００２３】
本発明を実施するに当たっては、上述の様にして得られた半炭化物を、原料炭と共にコークス炉へ装入し、加熱乾留することによってコークスを得る。半炭化物の配合量は、原料炭および半炭化物の混合物中、熱処理前の木質系廃棄物基準で１質量％以上、１０質量％以下の範囲で混合することができる。添加量が１質量％未満では配合量が不足するため、木質系廃棄物の大量処理の目的にそぐわなくなる。一方、配合量が１０質量％を超えると、コークス強度の低下が軽視できなくなる。
【００２４】
尚、原料炭と半炭化物の混合物をコークス炉へ装入する方法に格別の制限はなく、通常の原料炭を装入するのと同様に行えばよいが、原料炭と半炭化物とが均一な混合状態となるように装入するのがよい。
【００２５】
本発明では、原料炭と半炭化物とを混合して乾留するところに特徴を有するもので、乾留方法自体には特に制限がなく、通常のコークス製造に採用されている条件を適用することができる。例えば、コークス炉に、半炭化物を配合した原料炭を装入した後、７００℃〜１３５０℃の温度下で、乾留を行えばよい。乾留時間については、炉の大きさ、用いる石炭の性状および操業条件（炉温等）等に応じて適宜決定すればよい。また、コークス炉の構成素材も特に限定されず、耐火材料の他、炭化ケイ素やステンレス鋼等を用いたものでもよい。
【００２６】
上述した本発明の方法によって得られるコークスは、原料炭のみを用いて製造されるコークスと同程度の強度を有しているため、一般的なコークスと同様に、例えば高炉装入用コークスとして用いることができる。また、本発明の方法によれば、一度に大量の木質系廃棄物の処理が可能であることに加えて、木質系廃棄物をコークスの原料の一部として有効利用できるので、これまで採用していた処理法のような最終処分場の問題を生じることもない。
【００２７】
【実施例】
以下、実験例によって本発明をさらに詳述するが、下記実験例は本発明を制限するものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施することはすべて本発明の技術的範囲に含まれる。尚、下記実施例で採用したコークス強度の測定方法は下記の通りである。
【００２８】
コークス強度の測定方法
内径１３２ｍｍ、高さ７００ｍｍの筒状のＩ型ドラム試験機（長谷川製作所製）に、篩により大きさを２０±１ｍｍに調整した試料（乾留後のコークス）２００ｇを入れ、３０回転／分で２０分間回転させた。その後、９．５６ｍｍの篩で篩い分け、篩上に残った試料の量を測定し、投入した試料に対する残存試料割合（％）をコークス強度とした。
【００２９】
木質系廃棄物の熱処理（木質系廃棄物の半炭化）
木質系廃棄物４００ｇを、予め設定温度＋５０℃に予熱しておいた電気炉へ充填し、該木質系廃棄物が設定温度（温度３００℃：試料１）に到達した後、同温度で３０分間保持して半炭化処理を行った。尚、試料１では設定温度を３００℃、試料２では３５０℃、試料３では４００℃、試料４では５００℃、試料５では６００℃とした。このときの熱処理温度と熱処理後の半炭化物中に存在する揮発分量を表１に示す。
【００３０】
【表１】
2004307683.tif 000003
【００３１】
実験例１  （従来例）
コークス試験炉（幅４００ｍｍ、長さ４７０ｍｍ、高さ５３０ｍｍ）に、石炭Ａ（粒度：３ｍｍ、固定炭素量：７９．９％、揮発分：２６．１％）に粒度の異なる２種類の木質系廃棄物（粒度：７ｃｍ以下［実験番号１、２］、粒度：３ｍｍ以下［実験番号３、４］）をそれぞれ３％または１０％ずつ添加した混合物を装入して、炭芯温度（石炭の中心部分）が８５０℃に到達した後、さらに３０分間加熱を続けて、得られたコークスのコークス強度を測定した。また、比較のため石炭Ａのみ（実験番号５）を乾留して得たコークスの強度についても同様に測定した。結果を表２に示す。尚、表２には、コークス強度の値として測定値（Ｉ型ドラム強度）と共に、実験番号５で得たコークス強度の値を１００として計算した値も示した。
【００３２】
【表２】
2004307683.tif 000004
【００３３】
表２より、木質系廃棄物を添加して乾留を行った実験番号１〜４のコークスの強度は、いずれも、石炭Ａのみを乾留して得られたコークス強度に比べて劣っていた。また、木質系廃棄物を粉砕して粒度を小さくしても、コークス強度の低下を抑制することはできなかった（実験番号３，４）。また、いずれの粒度の木質系廃棄物を用いた場合であっても、添加量が増加すると、強度の低下が顕著となった。
【００３４】
実験例２  半炭化物の添加１
上記実験例１と同様の試験炉に、石炭Ａ（粒度：３ｍｍ、固定炭素量：７９．９％、揮発分：２６．１％）に予め熱処理を施して得た前記半炭化物（試料１〜３）（粒度：３ｍｍ以下）をそれぞれ３％ずつ添加した混合物を装入して、炭芯温度が８５０℃に到達した後、さらに３０分間加熱を続けて、得られたコークスの強度を測定した（実験番号６〜８）。また、比較のため石炭Ａのみ（実験番号９）を乾留した時のコークス強度についても同様に測定した。結果を表３に示す。尚、このときの石炭Ａに対する半炭化物の添加量は、熱処理前の木材量に換算すると、５．８％（試料１）、７．０％（試料２）、８．３％（試料３）であった。
【００３５】
【表３】
2004307683.tif 000005
【００３６】
表２および表３より、木質系廃棄物に熱処理を施すことで、得られるコークスの強度低下が抑制できることがわかる。また、木質系廃棄物の熱処理温度が上昇するに従って、コークス強度の低下が抑制される傾向があることが分かる。
【００３７】
実験例３  （従来例）
実験例１と同様の試験炉を用い、石炭Ｂ（粒度：３ｍｍ、固定炭素量：７９．９％、揮発分：２５．９％）に粒度の異なる２種類の木質系廃棄物（粒度：７ｃｍ以下［実験番号１０、１１］、粒度：３ｍｍ以下［実験番号１２，１３］）をそれぞれ３％または１０％ずつ添加した混合物を装入し、実験例１と同様にしてコークスを製造し、得られたコークスの強度を測定した。また、比較のため石炭Ｂのみ（実験番号１４）を乾留して得たコークスの強度についても同様に測定した。結果を表４に示す。
【００３８】
【表４】
2004307683.tif 000006
【００３９】
表４からも明らかな如く、木質系廃棄物を添加して乾留を行った実験番号１０〜１３のコークス強度は、石炭Ｂのみを乾留した場合（実験番号１４）に比べて劣っている。また、木質系廃棄物を粉砕し粒度を小さくしても（実験番号１２，１３）、得られるコークスの強度低下を抑制することはできなかった。また、いずれの粒度の木質系廃棄物を用いた場合も、添加量が１０％の場合は、コークス強度の低下が顕著であった。
【００４０】
実験例４  半炭化物の添加２
上記実験例１と同様の試験炉を用い、石炭Ｂ（粒度：３ｍｍ、固定炭素量：７９．９％、揮発分：２５．９％）に半炭化物（試料１〜５）（粒度：３ｍｍ以下）をそれぞれ熱処理前の木材量換算で１０％添加して、炭芯温度が８５０℃に到達した後、さらに３０分間加熱を続けて、得られたコークスの強度を測定した（実験番号１５〜１９）。また、比較のため石炭Ｂのみ（実験番号２０）を乾留した場合のコークス強度についても同様に測定した。結果を表５に示す。
【００４１】
【表５】
2004307683.tif 000007
【００４２】
表４および表５より、未熱処理木質系廃棄物を使用した実験例３のコークスに比べて、熱処理を施して半炭化させた木質系廃棄物を使用した実験例４（実験番号１５〜１９）では、コークス強度の低下が抑制されていることがわかる。特に、試料２（熱処理温度３５０℃）、試料３（熱処理温度４００℃）を添加した実験番号１６，１７のコークスは、石炭Ｂのみから得られた実験番号２０と同等の強度を有しており、コークス強度の低下はほとんど見られなかった。
【００４３】
以上の結果より、予め熱処理を施して木質系廃棄物を半炭化させておくことで、生成するコークスの強度を低下させることなく、コークス製造時に多量の木質系廃棄物を処理し得ることが分かる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、コークス製造時に木質系廃棄物をコークス原料として用いるので有効に再資源化でき、従来のような廃棄物としての処分場等の問題も解決できる。また、多量の木質系廃棄物を原料炭と混合してもコークス強度を低下させることがない。さらに、木質系廃棄物を半炭化する際に得られる木酢液・タール・ガスなども、それぞれ燻液（食品用）や消臭剤、化学原料、燃料等として有効利用することができる。