(57)【要約】【課題】バイオマスを有効利用できるフェロコークスの製造方法を提供する。【解決手段】本発明のフェロコークスの製造方法は、原料としての石炭、バイオマス及び鉄鉱石を粒状の成型物に成型する成型工程と、成型物を竪型シャフト炉で乾留する乾留工程と、を備える。竪型シャフト炉での乾留時に、成形物に含まれるバイオマスが、鉄鉱石の触媒効果によって高収率でガス化する。発生したガスを回収すれば、バイオマスのような低環境負荷物質を有効に利用できる。【選択図】      図１
2005015700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料としての石炭、バイオマス及び鉄鉱石を粒状の成型物に成型する成型工程と、
成型物を竪型シャフト炉で乾留する乾留工程と、を備えることを特徴とするフェロコークスの製造方法。
【請求項２】
前記成型工程では、
鉄鉱石にバイオマスを混合し、これをあらかじめ還元雰囲気で予備乾留した後に、前記石炭を混合することを特徴とする請求項１に記載のフェロコークスの製造方法。
【請求項３】
前記成型工程では、
熱間成型により前記成型物を成型することを特徴とする請求項１又は２に記載のフェロコークスの製造方法。
【請求項４】
前記成型工程では、
前記予備乾留の工程で発生した乾留ガスを燃焼し、前記予備乾留の工程の加熱燃料として用いた後、燃焼後の排ガスを熱交換し、熱間成型により前記成型物を成型する工程の熱源の一部として用いることを特徴とする請求項３に記載のフェロコークスの製造方法。
【請求項５】
原料としての石炭、バイオマス、廃プラスチック及び鉄鉱石を粒状の成型物に成型する成型工程と、
成型物を竪型シャフト炉で乾留する乾留工程と、を備えることを特徴とするフェロコークスの製造方法。
【請求項６】
前記成型工程では、
鉄鉱石にバイオマスを混合し、これをあらかじめ還元雰囲気で予備乾留した後に、前記石炭を混合し、さらに廃プラスチックを添加した後に、熱間成型により前記成型物を成型することを特徴とする請求項５に記載のフェロ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、石炭及び鉄鉱石からフェロコークスを製造するフェロコークスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炉の操業が能率よく行われるように、原料となる石炭を乾留して高炉用のコークスが製造される。図３は、従来の一般的なコークス及び銑鉄の製造プロセスを示す。従来の製造プロセスでは、石炭及び鉄鉱石を別々に処理した後、高炉に投入して銑鉄を製造していた。すなわち、石炭をコークス炉で乾留してコークスを製造し、該コークスを高炉に投入する。高炉内でのコークスの役割には、高炉内の通気をよくするためのスペーサの役割、還元剤としての役割、熱源としての役割等がある。一方、鉄鉱石を焼結プロセスにより塊成化し、高炉に投入する。高炉内では、焼結鉱がコークスにより還元され、銑鉄が製造される。石炭の乾留過程で発生するＣＯを含んだガスは、Ｃガスとして回収される。
【０００３】
図４は、従来の部分還元プロセスを示す。部分還元プロセスでは、石炭の処理が上記一般的な製造プロセスと同一であるが、一部の鉄鉱石を焼結プロセスで還元し、還元した一部の鉄鉱石を高炉に投入する点にその特徴がある。
【０００４】
この他にも、近年新しい冶金用コークス製造法として、原料となる石炭中に１５〜４０％の粉砕鉄鉱石を添加し、竪型シャフト炉内で熱媒ガスにて加熱し、コークス化する技術も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−６５５７９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、廃木材等のバイオマスの処理が環境上問題になっている。バイオマスをコークスの原料として用いると、製造コストの低廉化が図れると共に、バイオマスの新たなリサイクルと成り得る。
【０００７】
本発明は、バイオマスをコークスの原料として有効利用できるフェロコークスの製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のフェロコークスの製造方法は、原料としての石炭、バイオマス及び鉄鉱石を粒状の成型物に成型する成型工程と、成型物を竪型シャフト炉で乾留する乾留工程と、を備える。
【０００９】
この発明によれば、竪型シャフト炉での乾留時に、成形物に含まれるバイオマスが、鉄鉱石の触媒効果によって高収率でガス化する。発生したガスを回収すれば、バイオマスのような低環境負荷物質を有効に利用できる。
【００１０】
前記成型工程では、鉄鉱石にバイオマスを混合し、これをあらかじめ還元雰囲気で予備乾留した後に、前記石炭を混合することが望ましい。
【００１１】
バイオマスを石炭に添加して、そのまま竪型シャフト炉で乾留すると、バイオマスは炭化歩留りが低いので、フェロコークスの強度低下を引き起こす。また、鉄鉱石、バイオマスは酸素分を多量に含むため、Ｈ２、ＣＯ等のガスが燃焼反応に使用され、Ｈ２回収率及びフェロコークスの鉱石還元率が低下し、さらに乾留熱量が必要以上に増加するおそれがある。本発明のように、鉄鉱石及びバイオマスをあらかじめ還元雰囲気で予備乾留しておくと、揮発成分が取り除かれ、フェロコークスの強度低下を防ぐことができる。また、酸素成分を取り除くことにより、Ｈ２回収率の低下を防ぐことができる。さらに、鉄鉱石がバイオマスの炭化時に発生するガスにより予備還元されているので、フェロコークスの還元率を向上させることができると共に、フェロコークス中の鉄鉱石の比率を向上させることができる。
【００１２】
前記成型工程では、熱間成型により前記成型物を成型することが望ましい。
【００１３】
熱間成型物を高温の状態にて竪型シャフト炉に装入することで、シャフト炉での加熱過程において成型物に発生する熱応力が低減し、粉化を抑制することができる。また、予備乾留によって鉄鉱石及びバイオマスが予熱されているので、これを有効利用することにより、熱間成型時の加熱燃料を低減できる。
【００１４】
前記成型工程では、前記予備乾留の工程で発生した乾留ガスを燃焼し、前記予備乾留の工程の加熱燃料として用いた後、燃焼後の排ガスを熱交換し、熱間成型により前記成型物を成型する工程の熱源の一部として用いることが望ましい。
【００１５】
この発明によれば、予備乾留の工程で発生した乾留ガスを有効利用することができる。
【００１６】
また本発明は、原料としての石炭、バイオマス、廃プラスチック及び鉄鉱石を粒状の成型物に成型する成型工程と、成型物を竪型シャフト炉で乾留する乾留工程と、を備えることを特徴とするフェロコークスの製造方法により、上述した課題を解決する。
【００１７】
この発明によれば、竪型シャフト炉での乾留時に、成形物に含まれるバイオマス及び廃プラスチックが、鉄鉱石の触媒効果によって高収率でガス化する。廃プラスチック中に多量に含まれる水素分を回収することにより、水素製造量の増加が見込める。
【００１８】
前記成型工程では、鉄鉱石にバイオマスを混合し、これをあらかじめ還元雰囲気で予備乾留した後に、前記石炭を混合し、さらに廃プラスチックを添加した後に、熱間成型により前記成型物を成型するのが望ましい。
【００１９】
熱間成型前に廃プラスチックを添加することにより、廃プラスチックが溶融してバインダー効果を示すため成型物の強度が向上する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施形態におけるフェロコークス製造方法について説明する。図１はフェロコークス製造方法が実施されるシステムの全体構成図を示す。原料としては鉄鉱石、石炭、バイオマスを使用する。石炭の種類は特に限定されないが、冶金用ではなく、一般炭である非微粘結炭を使用する。またバイオマスと併用して廃プラスチックを使用してもよい。
【００２１】
ここでバイオマスとは、すべての生物、すなわちエネルギ資源として再生可能な全有機体をいい、例えば木材、パルプ廃液、紙、油が挙げられる。また廃プラスチックとは、あらゆる産業分野、日常生活分野で利用されているプラスチックが使用後に廃棄物として排出されたものをいう。廃プラスチックは、主に家庭から排出される一般廃棄物、及び事業所から排出される産業廃棄物の双方に含まれて排出される。廃プラスチック以外にも、汚泥、タイヤ等の有機系廃棄物を原料として使用してもよい。
【００２２】
原料としての鉄鉱石、バイオマス、石炭、及び廃プラスチックは、熱間成型機３で粒状の成型物に熱間成型される。成型物は、シャフト炉１７で熱風を用いた直接加熱法にて乾留される。図中４は成型物装入装置、５はシャフト炉上部乾留室、６はシャフト炉中部乾留室、７はシャフト炉下部冷却室、８はフェロコークス排出口、９は低温加熱ガス吹込み羽口、１０は高温加熱ガス吹込み羽口、１１は冷却ガス吹込み羽口、１２は昇温ガス吹き出しダクト、１３は炉頂部ガス吹き出しダクト、１４は熱風炉をそれぞれ示す。シャフト炉１７の上部には低温ガスが吹込まれ、中部には高温ガスが吹き込まれ、また熱効率を高めるために中部から上部にガスが循環される。シャフト炉１７の下部には冷却ガスが吹き込まれ、室温ベースの成型フェロコークスが取り出される。
【００２３】
シャフト炉内で塊成型物は例えば９００℃程度の温度になるので、石炭と接触している鉄鉱石が還元される。鉄鉱石の還元率としては例えば８０％以上も可能である。成型されたフェロコークスは高炉で粉化しないように圧潰強度が例えば２００ｋｇ以上あるのが望ましい。
【００２４】
シャフト炉から発生する乾留ガスは、一部熱風炉１４を介して循環されるが、残部は水素系クリーンガスとして回収される。乾留過程における鉄鉱石の触媒効果により、石炭、バイオマス及び廃プラスチックから水素を含むガスが多量に発生する。鉄鉱石の中でも多孔質（すなわち高結晶水）の鉄鉱石を使用すると、分解触媒効果を向上させることができ、水素の収率を上げることができる。また回収した乾留ガスを水蒸気改質又は部分酸化により改質し、ＣＯ２を除去して、ガスの水素濃度を向上させることが望ましい。これにより水素濃度が７０％以上の水素リッチなガスを得ることができる。なお近年水素ガスは、燃料電池用の需要も見込まれている。
【００２５】
一部還元された粉状鉄源を内包したフェロコークスは、高炉１６に投入される。鉄鉱石はＣＯ２反応の触媒作用効果を有しているので、原料に高反応性の鉄鉱石を添加することにより、フェロコークスの反応性を高めることができる。高炉１６で低燃料費を図ろうとする方法には、二通りの方法がある。一つは高炉での還元平衡温度を制御し、熱保存帯の温度を下げる方法であり、コークスとしては高反応性コークスに指向する。もう一つは、事前に鉄鉱石を部分還元して高炉に投入するという方法である。フェロコークスの製造方法は、二通りの方法を組み合わせている。すなわちコークスの中に鉄鉱石を入れ、鉄鉱石を還元すると同時に鉄鉱石の触媒効果で反応性を高めている。
【００２６】
図２は、原料としての鉄鉱石、バイオマス、石炭、及び廃プラスチックからフェロコークスを製造する工程をより詳細に示した工程図である。
【００２７】
この図に示すように、まず鉄鉱石にバイオマスを混合し、これをあらかじめ例えば内熱型キルン１を用いて還元雰囲気で予備乾留する。
【００２８】
バイオマスを石炭に添加して、そのまま竪型シャフト炉で乾留すると、バイオマスは炭化歩留りが低いので、フェロコークスの強度低下を引き起こす。また、鉄鉱石、バイオマスは酸素分を多量に含むため、Ｈ２、ＣＯ等のガスが燃焼反応に使用され、Ｈ２回収率及びフェロコークスの鉱石還元率が低下し、さらに乾留熱量が必要以上に増加するおそれがある。
【００２９】
この実施形態のように、鉄鉱石及びバイオマスをあらかじめ還元雰囲気で予備乾留しておくと、揮発成分が取り除かれ、フェロコークスの強度低下を防ぐことができる。また、酸素成分を取り除くことにより、Ｈ２回収率の低下を防ぐことができる。さらに、鉄鉱石がバイオマスの炭化時に発生するガスにより予備還元されているので、フェロコークスの還元率を向上させることができると共に、フェロコークス中の鉄鉱石の比率を向上させることができる。
【００３０】
この予備乾留の工程では、発生した乾留ガスを燃焼して、予備乾留の加熱燃料として用いる。燃焼後の排ガスは、熱交換され、熱間成型により前記成型物を成型する工程の熱源の一部として用いられる。これにより、予備乾留の工程で発生した乾留ガスを有効利用することができる。また、予備乾留によって鉄鉱石及びバイオマスが予熱されているので、これを有効利用することにより、熱間成型時の加熱燃料を低減できる。
【００３１】
鉄鉱石及びバイオマスを予備乾留して還元鉱石を製造した後に、一般炭が混合され、さらに廃プラスチック、必要に応じてバインダーが添加される。その後、熱間成型により粒状の成型物（図中ブリケットと示す）を成型する。
【００３２】
熱間成型前に廃プラスチックを添加することにより、廃プラスチックが溶融してバインダー効果を示すため成型物の強度が向上する。また、廃プラスチック中に多量に含まれる水素分を回収することにより、水素製造量の増加が見込める。さらに、共炭化現象による、廃プラスチック中炭素の回収（いわゆるマテリアルリサイクル）が可能になる。
【００３３】
【実施例】
実施例１では、鉄鉱石に廃木材を混合し、予備乾留した後、石炭及びバインダーを混合した。その後、熱間成型により粒状の成型物を製造し、この成型物を竪型シャフト炉で乾留した。
【００３４】
実施例２では、鉄鉱石に廃木材を混合し、予備乾留した後、石炭、廃プラスチック及びバインダーを混合した。その後、熱間成型により粒状の成型物を製造し、この成型物を竪型シャフト炉で乾留した。
【００３５】
比較例１では、予備乾留することなく、鉄鉱石に廃木材、石炭及びバインダーを混合した。その後、熱間成型により粒状の成型物を製造し、この成型物を竪型シャフト炉で乾留した。
【００３６】
表１は、比較例１、実施例１及び実施例２のそれぞれの成分組成を示す。
【００３７】
【表１】
2005015700.tif 000003
【００３８】
表２は、得られた製品フェロコークスの性状、及び回収されたガス組成を示す。
【００３９】
【表２】
2005015700.tif 000004
【００４０】
実施例１，２では、製品フェロコークスの圧潰強度、鉱石還元率が高くなり、またＨ２回収率も向上することがわかる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、竪型シャフト炉での乾留時に、成形物に含まれるバイオマスが、鉄鉱石の触媒効果によって高収率でガス化する。発生したガスを回収すれば、バイオマスのような低環境負荷物質を有効に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】フェロコークス製造方法が実施されるシステムの全体構成図。
【図２】フェロコークスの製造方法の詳細な工程図。
【図３】従来のコークス及び銑鉄の製造プロセスを示す構成図。
【図４】従来の部分還元プロセスを示す構成図。
【符号の説明】
１…内熱型キルン
３…熱間成型機
１７…竪型シャフト炉
【図１】
2005015700.tif 000005
【図２】
2005015700.tif 000006
【図３】
2005015700.tif 000007
【図４】
2005015700.tif 000008