(57)【要約】【課題】石炭及び鉄鉱石からフェロコークスを製造する方法において、発生ガスから高効率に水素を回収することができるフェロコークスの製造方法を提供する。【解決手段】原料としての石炭及び鉄鉱石をシャフト炉で乾留し、前記シャフト炉から発生する乾留ガスを回収する。シャフト炉の高温羽口９にフェロコークス製造時に発生する乾留ガスと共に重質タール分を吹き込むことによって、水素を増回収すると共に、吹き込みタール中の炭素分をフェロコークスと共に回収する。また、シャフト炉の高温羽口９にフェロコークス製造時に発生する乾留ガスと共に合成樹脂を吹き込むことによって、水素を増回収すると共に、吹き込み合成樹脂中の炭素分をコークスとともに回収する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料としての石炭及び鉄鉱石をシャフト炉で乾留し、前記シャフト炉から発生する乾留ガスを回収するフェロコークスの製造方法において、
シャフト炉の高温羽口にフェロコークス製造時に発生する乾留ガスと共に重質タール分を吹き込むことによって、水素を増回収すると共に、吹き込みタール中の炭素分をフェロコークスと共に回収す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】
原料としての石炭及び鉄鉱石をシャフト炉で乾留し、前記シャフト炉から発生する乾留ガスを回収するフェロコークスの製造方法において、
シャフト炉の高温羽口にフェロコークス製造時に発生する乾留ガスと共に合成樹脂を吹き込むことによって、水素を増回収すると共に、吹き込み合成樹脂中の炭素分をコークスとともに回収することを特徴とするフェロコークスの製造方法。
【請求項３】
前記石炭及び前記鉄鉱石以外に、バイオマス及び廃プラスチックの少なくとも一方を原料として用い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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石炭及び鉄鉱石を成型し、シャフト炉により鉄鉱石を還元し、得られた成型フェロコークスを高炉等の原料とするフェロコークスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、室炉式コークス製造法に替わるコークス製造方法として、連続式成型コークス製造法が開発されている。連続式成型コークス製造法では、石炭を所定の大きさに成型後、シャフト炉に装入し、循環熱媒ガスを用いて加熱することにより成型炭を乾留し、成型コークスを製造する。
【０００３】
連続式成型コークス製造法を使用したフェロコークスの製造技術として、以下の技術が知られている。
【０００４】
特許文献１には、成型炭と鉄鉱石をシャフト炉に装入し、成型フェロコークスを製造するフェロコークスの製造方法が開示されている。この特許文献１では、成型炭の乾留過程で発生した副生ガスを、炉外で脱タール、除塵及び脱水した後に燃焼炉で部分燃焼し、この部分燃焼させたガスを再びシャフト炉内に吹き込む（特許文献１、１頁参照）。
【０００５】
特許文献２には、成型フェロコークスの製造方法において、シャフト炉から発生する副生ガスを再加熱し、シャフト炉（フェロコークス製造炉）に熱源として吹き込む方法が開示されている（特許文献２、１頁参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６４−８３６０７号公報
【特許文献２】特開昭５９−６６４８６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術の、石炭及び鉄鉱石からフェロコークスを製造する方法には、発生ガスより高効率で水素を回収する場合に以下の問題点がある。
【０００８】
特許文献１においては、副生ガスを空気あるいは酸素にて部分酸化し、炉に導入することから水素濃度を著しく低下させ、水素の効率的な回収が困難になる。また、部分酸化で発生する還元性ガスにより鉄鉱石の還元は促進されるものの、一部生成するＣＯ２，Ｈ２Ｏにより成型炭中の炭素分が消費される可能性があり、このため成型フェロコークスの圧壊強度等を低下させる可能性がある。
【０００９】
特許文献２においては、フェロコークス製造過程で発生する副生ガスはＨ２，ＣＯ，ＣＯ２等を含むので、これを再加熱し、シャフト炉に導入した場合には、鉄鉱石の還元は促進されるものの発生ガス中の水素濃度は低下する。
【００１０】
室炉コークス法に替わる方法として連続式成型コークスが検討され、水素濃度６０％の副生ガスが回収されることが報告されている。本方法に石炭および鉄鉱石からなるフェロコークス製造方法を適用した場合、還元により発生するＣＯ，ＣＯ２のため、水素濃度が低下する。
【００１１】
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方法において、発生ガスから高効率に水素を回収することが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。
【００１２】
ところで、近年、産業廃棄物や一般廃棄物としてプラスチック等の合成樹脂類が増加しており、その処理が社会上、環境上、大きな問題となっている。なかでも高分子系の炭化水素化合物であるプラスチックは燃焼時に発生する発熱量が高く、焼却処理した場合の焼却炉の炉壁を傷める等の問題から専用の焼却設備を必要とし、その多くはごみ埋立て地等で投棄処理されているのが現状である。しかし、プラスチック等の投棄は埋立て地の地盤の低下をもたらすと共に、環境対策上好ましくなく、また、昨今では処理費の増加とともに埋め立て地用の用地不足が社会問題となりつつあり、このため投棄によらない合成樹脂類の大量処理方法の開発が切望されている。また、家屋等の建設あるいは解体過程で発生する廃木材なども同様に新規の有効利用法が必須である。
【００１３】
そこで本発明の他の目的は、バイオマス、廃プラスチック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ことにある。
【００１４】
【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、原料としての石炭及び鉄鉱石をシャフト炉で乾留し、前記シャフト炉から発生する乾留ガスを回収するフェロコークスの製造方法において、シャフト炉の高温羽口にフェロコークス製造時に発生する乾留ガスと共に重質タール分を吹き込むことによって、水素を増回収すると共に、吹き込みタール中の炭素分をフェロコークスと共に回収することを特徴とする。
【００１５】
シャフト炉の高温羽口に重質タール分を吹き込むと、乾留過程における鉄鉱石の触媒効果により、還元鉄上で炭素と水素との化合物である重質タール分がガス化し、また軽量化する。このため、タール成分中炭素分がフェロコークス上に析出し（すなわち炭素を有効利用することができ）、シャフト炉から回収するガス中の水素量が増大する。
【００１６】
また本発明のフェロコークスの製造方法は、原料としての石炭及び鉄鉱石をシャフト炉で乾留し、前記シャフト炉から発生する乾留ガスを回収するフェロコークスの製造方法において、シャフト炉の高温羽口にフェロコークス製造時に発生する乾留ガスと共に合成樹脂を吹き込むことによって、水素を増回収すると共に、吹き込み合成樹脂中の炭素分をコークスとともに回収することを特徴とする。
【００１７】
シャフト炉の高温羽口に合成樹脂分を吹き込むと、乾留過程における鉄鉱石の触媒効果により、還元鉄上で炭素と水素との化合物である合成樹脂がガス化し、また軽量化する。このため、合成樹脂成分中炭素分がフェロコークス上に析出し（すなわち炭素を有効利用することができ）、シャフト炉から回収するガス中の水素量が増大する。
【００１８】
また本発明の好ましい一態様は、前記石炭及び前記鉄鉱石以外に、バイオマス及び廃プラスチックの少なくとも一方を原料として用いることを特徴とする。
【００１９】
乾留過程における鉄鉱石の触媒効果を利用して、バイオマス及び廃プラスチックの少なくとも一方から水素を含むガスを多量に回収することができる。
【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。石炭には冶金用ではなく、例えば一般炭である非微粘結炭を使用する。バイオマスの替わりに又は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、油を挙げることができる。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。また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】
原料の鉄鉱石、石炭及びバイオマスは粉砕機１にて所定の粒度以下に粉砕された後、前処理装置３にて加熱され、含有水分が除去される。前処理装置３には例えば流動層炉やキルンが用いられる。
【００２３】
次に、原料を混練機４により混合した後、成型機５により熱間成型する。次に得られた成型炭をシャフト炉に装入・乾留する。シャフト炉内に装入された成型炭はシャフト炉内を降下する。まず、シャフト炉低温乾留室６では、低温加熱ガス吹き込み羽口７よりガスを吹き込み、成型炭を昇温・熱分解する。次に、シャフト炉高温乾留室８において、高温羽口としての高温加熱ガス吹き込み羽口９より加熱した回収ガスを吹き込み、成型炭の熱分解と鉄鉱石の還元反応を進行させる。次にシャフト炉下部冷却室１０にて、回収ガスにより冷却し、成型フェロコークスを回収する。
【００２４】
シャフト炉からは発生ガスが回収されるが、図示しない熱交換機器、タールミストセパレータ、デカンターなどにより降温され、高温ガス加熱炉１２、低温ガス加熱炉１１に供給される。
【００２５】
シャフト炉から発生する乾留ガスは、一部は低温ガス加熱炉１１及び高温ガス加熱炉１２に供給され、残部は水素リッチ発生ガスとして回収される。石炭、バイオマスの乾留によって発生する重質タール分は、タール成分搬送装置１３によって高温加熱ガス吹き込み羽口９に吹き込まれる。また廃プラスチック等の合成樹脂も、重質タール分と共にあるいは重質タール分に替えて合成樹脂搬送装置１３によって高温ガス吹込み羽口９に吹き込まれる。
【００２６】
シャフト炉の高温加熱ガス吹き込み羽口９に重質タール分を吹き込むと、乾留過程における鉄鉱石の触媒効果により、還元鉄上で炭素と水素との化合物である重質タール分がガス化し、軽量化する。このため、タール成分中の炭素分がフェロコークス上に析出し、シャフト炉から回収するガス中の水素量が増大する。また、シャフト炉の高温加熱ガス吹き込み羽口９に合成樹脂を吹き込むと、乾留過程における鉄鉱石の触媒効果により、合成樹脂中の炭素分がフェロコークス上に析出し、シャフト炉から回収するガス中の水素量が増大する。
【００２７】
さらに乾留過程における鉄鉱石の触媒効果によって、原料としてのバイオマス又は廃プラスチックから水素を含むガスを多量に回収することができる。
【００２８】
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。
【００２９】
一部還元された粉状鉄源を内包したフェロコークスは例えば高炉に投入される。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。
【００３０】
【実施例】
〈廃プラスチック吹き込みの実施例１〉
図１に示す本実施形態の装置にて以下の配合、操業条件でフェロコークス製造試験を実施した。表１および表２に示す組成および配合比で石炭および鉱石を配合した。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
【表２】
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【００３３】
粉砕機１にて粉砕後、前処理装置３にて約３５０℃にて含有水分を蒸発し、混練機４により混合した後、熱間成型により成型体とした。さらに得られた成型体をシャフト炉に装入乾留した。まずシャフト炉低温乾留室６では、低温加熱ガス吹き込み羽口７より６５０℃、１１９１Ｎｍ３／ｔ−原料のガスが吹き込まれ、成型体は昇温、熱分解を受ける。さらにシャフト炉高温乾留室８において、高温加熱ガス吹き込み羽口９より１０８０℃、３４４Ｎｍ３／ｔ−原料に加熱した回収ガスを吹き込み、熱分解と鉄鉱石の還元反応を進行する。さらにシャフト炉下部冷却室にて５５℃、７０９Ｎｍ３／ｔ−原料の回収ガスにより冷却し、６１２ｋｇ／ｔ−原料の成型フェロコークスを回収した。シャフト炉からは４１０℃、３９３Ｎｍ３／ｔ−原料の発生ガスが回収されるが、図示しない熱交換機器、タールミストセパレータ、デカンターなどにより降温され、低温ガス加熱炉１１、高温ガス加熱炉１２に供給される。高温加熱ガス吹き込み羽口９に廃プラスチックを５０ｋｇ／ｔ−原料を合成樹脂搬送装置１３にて吹き込んだ。表３に回収ガスの組成を示す。
【００３４】
〈廃プラスチック吹き込みの実施例２〉
表２の配合比で試験を実施した。シャフト炉低温乾留室６では低温加熱ガス吹き込み羽口７より６５０℃、１０４４Ｎｍ３／ｔ−原料のガスを、シャフト炉高温乾留室８において高温加熱ガス吹き込み羽口９より１０８０℃、３９４Ｎｍ３／ｔ−原料に加熱した回収ガスを吹き込んだ。さらにシャフト炉下部冷却室にて５５℃、６７９Ｎｍ３／ｔ−原料の回収ガスにより冷却し、５７６ｋｇ／ｔ−原料の成型フェロコークスを回収した。シャフト炉からは４１０℃、３８７Ｎｍ３／ｔ−原料の発生ガスが回収された。表３に回収ガスの組成を示す。
【００３５】
【表３】
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【００３６】
〈比較例〉
実施例１の配合により、廃プラスチックを吹き込まず試験を実施した。シャフト炉低温乾留室６では低温加熱ガス吹き込み羽口７より６５０℃、１２３４Ｎｍ３／ｔ−原料のガスを、シャフト炉高温乾留室８において高温加熱ガス吹き込み羽口９より１０８０℃、２６６Ｎｍ３／ｔ−原料に加熱した回収ガスを吹き込んだ。さらにシャフト炉下部冷却室１０にて５５℃、６７０Ｎｍ３／ｔ−原料の回収ガスにより冷却し、５８５ｋｇ／ｔ−原料の成型フェロコークスを回収した。シャフト炉からは４１０℃、３７３Ｎｍ３／ｔ−原料の発生ガスが回収された。表３に回収ガスの組成を示す。
【００３７】
本発明の実施例では、比較例に比べて、水素濃度の高い発生ガスが得られ、高温羽口部より吹き込んだ廃プラスチックが有効に水素分として回収されたことがわかる。
【００３８】
〈タール吹き込みの実施例〉
表４に示す組成及び配合比で石炭、鉄鉱石及びバイオマスを混合し、熱間成型した。表５に示す操業条件でシャフト炉を操業し、高温加熱ガス吹き込み羽口９にタール分を５０ｋｇ／ｔ−原料を吹き込んだ。
【００３９】
【表４】
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【００４０】
【表５】
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【００４１】
得られた回収ガスの成分を表６に示す。表６には高温ガス吹き込み羽口にタール分を吹き込まない試験結果を比較例として示す。回収ガス中の水素が増大しているのがわかる。
【００４２】
【表６】
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【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、シャフト炉の高温羽口に重質タール分を吹き込むと、乾留過程における鉄鉱石の触媒効果により、タール成分中炭素分がフェロコークス上に析出し、シャフト炉から回収するガス中の水素量が増大する。
【００４４】
またシャフト炉の高温羽口に合成樹脂分を吹き込むと、乾留過程における鉄鉱石の触媒効果により、合成樹脂成分中炭素分がフェロコークス上に析出し、シャフト炉から回収するガス中の水素量が増大する。
【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。
【符号の説明】
１・・・粉砕機
３・・・前処理装置
４・・・混練機
５・・・成型機
６・・・シャフト炉低温乾留室
７・・・低温加熱ガス吹き込み羽口
８・・・シャフト炉高温乾留室
９・・・高温加熱ガス吹き込み羽口（高温羽口）
１０・・・シャフト炉下部冷却室
１１・・・低温ガス加熱炉
１２・・・高温ガス加熱炉
１３・・・タール成分搬送装置、合成樹脂搬送装置
【図１】
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