(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭ガス化炉における乾式での１０気圧以上の高圧および１２００〜１６００℃の高温下での燃焼によって微粉炭をガス化させた際に得られる、溶融した微粉炭の灰分を急速に水冷させてなる粒径２〜６ｍｍの溶融スラグを原料として用い、
該溶融スラグを９５０〜１１５０℃の温度下で、２〜４分間焼成し、発泡させて、絶乾比重が０．７４〜２．０の人工軽量骨材を得ることを特徴とする人工軽量骨材の製造方法。
【請求項２】
上記溶融スラグの焼成を、１０００〜１０７５℃の温度下で行なう請求項１に記載の人工軽量骨材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石炭ガス化炉において発生する溶融スラグを原料とした人工軽量骨材の製造方法に関する。本発明によれば、石炭ガス化炉から発生する石炭灰分溶融スラグ（以下、単に溶融スラグと云う）の新規な用途が提供され、石炭ガス化システムの経済性を高めると共に軽量骨材として好適な物性の人工軽量発泡体を低コストで得ることができる。
【０００２】
【従来の技術】
石炭火力発電の発電効率を高める方法の一つとして石炭ガス化発電が知られている。この石炭ガス化炉は石炭を粉砕して空気または酸素と共に炉内に導入し、これを高圧下(20〜30気圧程度)でガス化し、発生したガスをガスタービンに導いて発電を行い、さらにその排ガスから熱を回収し、この熱で蒸気タービンを稼働して複合発電を行う方法である。
【０００３】
このガス化炉の一例では、内部が上側のリダクタ部と下側のコンバスタ部とに区分されており、下側のコンバスタ部に微粉炭と燃焼用空気、およびチャー(乾留残留物)を導入して燃焼させ、ガス化に必要な高温の反応熱(1500℃前後)を発生させると共に、石炭中の灰分を溶融スラグとして排出させ、発生した高温の反応熱を利用して上側のリダクタ部に導入した石炭粉を高圧下(約20〜30気圧)で乾留すると共にチャーをガス化し、生成したガスを発電系に供給する構造を有している。コンバスタ部で燃焼した微粉炭の灰分は高温下で溶融し、スラグとなって炉底のスラグホッパに落下し、水中で急冷された後に破砕されて系外に排出される。従来、溶融スラグは廃棄物として処理されているが、石炭の使用量と共に溶融スラグの量も増加するので、その有効な再利用が求められている。
【０００４】
一方、従来から軽量発泡体がコンクリートの軽量骨材などに利用されている。
これまで知られている人工軽量発泡体の原料は真珠岩、黒曜石やシラスなどを粉砕したものであり、これを加熱焼成して発泡体にしている。また、この他に頁岩を破砕したものや、酸性火山岩、酸性火山岩噴出物を粉砕したものに、粘結材や発泡助材などを添加して造粒したものを焼成して発泡体を製造している。ところが、これらは何れも天然の岩石を粉砕するのでこのコストが嵩み、また、環境保全や資源の涸渇などの問題がある。さらに、造粒発泡体の場合、細骨材粒度の製造コストは粗骨材粒度の２倍近くになるなどの問題があった。
【０００５】
【発明の解決課題】
本発明はこれまで大部分を廃棄物として埋め立て処理していた石炭ガス化炉において生じた溶融スラグを人工軽量骨材の原料として利用することを見出したものであり、新規な人工軽量骨材の製造方法を提供するものである。石炭ガス化炉において生じた溶融スラグは、造粘剤や発泡剤を添加することなく、加熱焼成することによって発泡し、人工軽量骨材を得ることができる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は（１）石炭ガス化炉における乾式での１０気圧以上の高圧および１２００〜１６００℃の高温下での燃焼によって微粉炭をガス化させた際に得られる、溶融した微粉炭の灰分を急速に水冷させてなる粒径２〜６ｍｍの溶融スラグを原料として用い、該溶融スラグを９５０〜１１５０℃の温度下で、２〜４分間焼成し、発泡させて、絶乾比重が０．７４〜２．０の人工軽量骨材を得ることを特徴とする人工軽量骨材の製造方法に関する。この人工軽量骨材の製造方法の実施形態例としては、（２）上記溶融スラグの焼成を、１０００〜１０７５℃の温度下で行なう上記（１）に記載の人工軽量骨材の製造方法、である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明において特に示さない限り％は質量％である。
【０００８】
本発明の人工軽量骨材の製造方法は、石炭ガス化炉における乾式での１０気圧以上の高圧および１２００〜１６００℃の高温下での燃焼によって微粉炭をガス化させた際に得られる、溶融した微粉炭の灰分を急速に水冷させてなる粒径２〜６ｍｍの溶融スラグを原料として用い、該溶融スラグを９５０〜１１５０℃の温度下で、２〜４分間焼成し発泡させて、絶乾比重が０．７４〜２．０の人工軽量骨材を得るものである。先に述べたように、石炭火力発電の一種として石炭ガス化発電が試みられている。この石炭ガス化炉は１０気圧以上(20〜30気圧程度)の高圧および１２００〜１６００℃の高温下で微粉炭をガス化して溶融する。このガス化の際に、溶融した微粉炭の灰分(溶融灰分)が炉底に落下し、急冷されて溶融スラグとなる。このとき炉内は高圧下であるため溶融灰分中にはガス成分が溶解する。この溶融灰分は炉底の冷却ホッパに落下して急速に水冷されるので、内部のガス成分はそのまま溶融スラグ中に保持されている。また溶融スラグには未燃炭素粒子も捕獲されている。そのため、この溶融スラグを大気中で加熱すると、スラグ内部のガスが膨張し、また未燃炭素粒子が燃焼するのでスラグが発泡して軽量化する。そこで、本発明はこの溶融スラグを人工軽量骨材の原料として用いる。
【０００９】
一般に石炭は産地によってケイ酸分や鉄分の含有量が異なり、石炭ガス化炉には種々の産地の石炭粉が用いられるが、そのケイ酸分や鉄分等の含有量によって発泡性や焼成の程度が異なるので、目的の人工軽量骨材の物性に応じて石炭種による溶融スラグを選択し、あるいは複数の石炭種の溶融スラグを混合して調整すると良い。また、石炭ガス化炉では石炭種に応じて酸化カルシウムなどのフラックスを添加してガス化が行われるが、本発明において用いる溶融スラグはこのフラックスを含むものでも良い。一般に、この溶融スラグには５〜３０％程度の酸化カルシウムが含まれている。
【００１０】
石炭ガス化炉の溶融スラグは水冷後、破砕して排出されるが、人工軽量骨材の原料として用いるものは目的の粒度に応じたものを分別し、あるいは適当な粒度に粉砕して用いれば良い。このガス化炉から排出される水冷スラグは概ね１０mm以下であり、多くは５mm以下であるので細骨材の原料に適する。焼成手段は限定されない。ロータリーキルンや流動焼成炉や気流焼成炉など各種の焼成手段を用いることができる。また焼成処理はバッチ処理でも良く、連続処理でも良い。細骨材粒度以下のサイズのものはこれを造粒せずに人工軽量細骨材として利用することができる。
【００１１】
この溶融スラグを焼成炉に入れ、９５０〜１１５０℃の温度下で２〜４分間焼成して発泡させることにより人工軽量骨材を得る。焼成前のスラグの絶乾比重は２.６程度であり、これを焼成することにより絶乾比重２.０以下に軽量化することができる。なお、同一温度条件下で焼成すると、スラグの粒径が大きいほど軽量化する傾向が認められる。
【００１３】
【実施例】
以下、実施例によって本発明を具体的に示す。
表１に示す石炭ガス化スラグＡ〜Ｆ(粒径２〜６mm)を用い、これを９５０℃〜１１５０℃の温度で２〜４分間焼成し、発泡させた。得られた焼成物の絶乾比重を焼成前の絶乾比重と共に表１に示した。また、各々のスラグについて、焼成温度および時間と絶乾比重の関係を図１および図２に示した。
【００１４】
【表１】
0004601138.tif 000002
【００１５】
表１の結果から明らかなように、何れの石炭ガス化スラグも焼成処理によって絶乾比重が約２.０以下に減少し、軽量化された。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によれば、石炭ガス化炉から排出される溶融スラグを原料として人工軽量骨材を得ることができる。この溶融スラグはその大部分が従来は廃棄物として埋め立て処理されていたものであり、本発明によれば、これを有効利用する新規な用途が提供される。また、この結果、石炭ガス化炉の経済性を高めることができる。さらに、従来は真珠岩などの発泡性岩石粉などを原料として人工軽量骨材を製造しているが、本発明によれば廃棄処理されていた溶融スラグを人工軽量骨材の原料として用いることができ、人工軽量骨材の製造コストを低減することができる。因みに、細骨材粒度以下のサイズのものは造粒せずに焼成発泡させることによって人工軽量細骨材として用いることができるので、従来の人工軽量細骨材の製造コストを大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のスラグＡ、Ｂ、Ｃについて、焼成条件の相違による絶乾比重の変化を示すグラフ。
【図２】実施例のスラグＤ、Ｅ、Ｆについて、焼成条件の相違による絶乾比重の変化を示すグラフ。
【図１】
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【図２】
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