(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークス炉装入原料として平均粒径が０．６ｍｍ〜２．０ｍｍの石炭とともに廃プラスチックを用い、該廃プラスチックを減容固化することにより、該廃プラスチックの平均粒径を前記石炭の平均粒径の１０倍以上とし、該石炭と混合して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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃プラスチックをコークス原料に配合してコークスを製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プラスチック産業廃棄物、プラスチック一般廃棄物として大量に排出される廃プラスチックの処理に関しては、従来は大部分が埋め立てや一部焼却処理されている。廃プラスチックは、埋め立てにおいては土中の細菌やバクテリアで分解されず、焼却する場合は発熱量が大きく焼却炉に悪影響を及ぼすとともに、塩素を含む廃プラスチックの場合は排ガス中の塩素の処理が問題となっている。埋め立て処分場が将来不足することが予想されること、及び環境問題の高まりから廃プラスチックのリサイクルの促進が望まれている。リサイクルの方法としては、プラスチックとしての再利用のほか、燃焼時の熱の利用や熱分解で得られるガスや油を燃料や化学原料として利用する方法が考えられる。
【０００３】
廃プラスチックをコークス炉に添加して処理する方法として、例えば特開昭４８−３４９０１号公報、特開平８−１５７８３４号公報ではコークス製造用装入炭に廃プラスチックを配合してコークスを製造する方法が開示されている。コークス乾留時の高温によって廃プラスチックの大部分は熱分解し、水素、メタン、エタン、プロパン等の高カロリー還元分解ガスとなり、コークス炉ガスに含まれて回収されることによりエネルギー源として再利用される。また、残った炭素分はコークスの一部となって高炉で再利用される。
【０００４】
一般に石炭は、粘結性が高く高炉用コークスの製造に適するが高価である粘結炭と、粘結性は低いが廉価である非微粘結炭に分類でき、実際のコークス炉操業においては、所定のコークス品質が得られるように粘結炭と非微粘結炭を任意の割合で配合し、配合炭として用いている。ここで非微粘結炭とは、一般にＪＩＳＭ８８０１に規定されたギーセラープラストメーター法による流動性試験において最高流動度指数が１０ｄｄｐｍ以下であるか、あるいはビトリニットの平均反射率が０．８以下である石炭のことをいう。
【０００５】
廃プラスチックとコークス原料の石炭と混合して装入する場合は、廃プラスチックの添加量が１重量％以下の場合については、配合炭の構成銘柄は廃プラスチック未添加の通常操業の場合と同様で良い。しかし、添加量が１重量％を超えると、配合する石炭の銘柄が同じままではコークス強度が急激に低下する。この場合、強度の低下を防止するためには、コークス強度の低下に見合う分だけ非微粘結炭の配合割合を減らし、粘結炭の配合量割合を増加させることが必要である。
【０００６】
廃プラスチックをコークス炉に装入する方法としては、廃プラスチックを石炭に均一に混合してコークス炉に装入する方法、特開平８−１５８３４号公報に開示されているようにコークス炉内の装入炭の上の炉頂空間部に装入する方法、特開平９−１３２７８０号公報に開示されているようにコークス炉の炭化室の下部に装入する方法が知られている。
【０００７】
従来、石炭を均一に添加する方法では、上記のようにコークス炉に装入する装入炭への廃プラスチックの添加量が１重量％を超える場合はコークス強度が低下するために、粘結炭の割合を増加させ、非微粘結炭の割合を低下させることが必要であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
粘結炭は非微粘結炭に比較して資源賦存量が少なく、かつ高価である。従って、廃プラスチックを１重量％以上添加する場合に粘結炭の割合を増加させると、コークス製造コストが上昇するという問題点があった。そのため、資源賦存量が多く価格の安い非微粘結炭の使用量を低下させることなく有効利用するために、粘結炭の配合割合を増加させることなしに廃プラスチックをコークス原料に配合してリサイクルする方法の開発が望まれていた。
【０００９】
本発明は、粘結炭の配合割合を増加させることなしに十分な配合量の廃プラスチックをコークス原料に配合してコークスを製造する方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、その要旨は、コークス炉装入原料として平均粒径が０．６ｍｍ〜２．０ｍｍの石炭とともに廃プラスチックを用い、該廃プラスチックを減容固化することにより、該廃プラスチックの平均粒径を前記石炭の平均粒径の１０倍以上とし、該石炭と混合して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である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
石炭と混合してコークス炉に装入された廃プラスチックは、その大部分が熱分解して分解ガスとなり、コークス炉ガスとともに炉外に排出される。ところが、本発明者らの研究の結果、コークス乾留後に廃プラスチックの残渣が重量比で約２０〜３０％残留し、この残渣は廃プラスチックの周辺の石炭中に拡散し、該拡散した残渣の残留部分においてコークス組織が脆弱化されることが判明した。石炭中に廃プラスチックを１％以上配合したときにコークスの強度が低下する理由は、まさにこの廃プラスチック残渣によるコークス組織の脆弱化が原因であることが判明した。
【００１２】
廃プラスチックの残渣が石炭中に拡散する範囲は、コークス炉への装入時における石炭と廃プラスチックの界面から石炭側に約５ｍｍの範囲である。この拡散距離は、添加する廃プラスチックの粒径の大きさ如何にかかわらず一定である。
【００１３】
廃プラスチックの添加量が同じである場合、添加する廃プラスチックの平均粒径が大きいほど添加する廃プラスチック粒の個数は少なくなる。廃プラスチック粒の個数が少なくなれば、上記残渣が拡散してコークス組織が脆化する領域も減少するため、結果として廃プラスチックの添加量を増大しても強度の低下を抑えることができ、粘結炭の配合割合を廃プラスチック無添加の場合と同等とすることができ、あるいは粘結炭の配合割合の増加量を少なくすることができることがわかった。
【００１４】
本発明者は、上記の知見を基にさらに廃プラスチックの平均粒径とコークス強度の関係について鋭意検討した。その結果、図２、３に示すように石炭に添加する廃プラスチックの平均粒径を石炭の平均粒径の１０倍以上とすることにより、コークス強度の低下を抑制でき、本発明の効果を発揮できることがわかった。
【００１５】
図２、３において、縦軸のΔＤＩ15015、ΔＣＳＲは、それぞれ廃プラスチック無添加の場合のＤＩ15015とＣＳＲの差を表示したものである。ここで、ＤＩ15015はＪＩＳ  Ｋ  ２１５１に記載されているコークスのドラム強度であり、ＣＳＲはコークスの熱間反応後強度を表す指標であり、いずれも値が高いほど良好である。
【００１６】
本発明において、装入石炭の平均粒径が０．６ｍｍ〜２．０ｍｍであることが好ましい。装入石炭の平均粒径が０．６ｍｍ未満の場合には、石炭をコークス炉に装入した際の嵩密度が低下するためにコークス強度が低下する。また、装入石炭の平均粒径が２．０ｍｍ超の場合には、コークス化した際の石炭粒子間の接着状況が悪化するためにコークス強度が低下する。そこで、装入炭の平均粒径の上限値と下限値を０．６ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲に限定する。
【００１７】
本発明における廃プラスチックの平均粒径の適正範囲は、上記のように石炭の平均粒径との比で表現することが最も好ましい。一方、廃プラスチックの平均粒径の適正範囲を平均粒径自体で表現すると、廃プラスチックの平均粒径が６ｍｍ以上において良好な結果を得ることができる。
【００１８】
粘結炭の配合比率を増大せずにコークス強度を維持することのできる廃プラスチックの添加量は、従来の最大１％であったものが、本発明により最大３％まで添加することが可能になった。
【００１９】
また、従来はたとえ粘結炭の配合比率を増大したとしてもコークスの強度を維持することのできる廃プラスチックの添加量は最大２％であったが、本発明を実施しかつ粘結炭の配合比率の増大することにより、コークスの強度を維持することのできる廃プラスチックの添加量は最大３％に向上することができた。
【００２０】
廃プラスチックをコークス炉に装入するに際し、塊状のプラスチックは所定粒度に粉砕して装入原料とする。しかし、廃プラスチックはもともとフィルム状、発泡体、粉体状として回収されるため、これらを単に所定粒度に粉砕したのみでは、嵩比重の小さい嵩の大きな装入原料となり、また粉体を過度に含有するため、コークス原料の石炭と混合しづらく、装入が困難となる場合がある。また、嵩比重の小さい嵩の大きなプラスチックは、高温のコークス炉体のそばでは発火の可能性もあり非常に取り扱いづらい。そこで、廃プラスチックを予め８０℃〜１９０℃の温度に加熱し、この温度域においてプラスチック類は熱可塑性を有するため、加熱した状態で圧縮を加え、再度冷却すれば減容固化させることができる。廃プラスチックの加熱温度を８０℃〜１９０℃とする理由は、８０℃未満では十分に軟化減容することができず、１９０℃を超えるとプラスチックが熱分解を起こし、発生ガスの処理等が必要となるためである。減容固化の方法としては、樹脂混錬機や破砕機、ドラム型の加熱器等、従来から使用されているものを採用することができる。
【００２１】
本発明の好ましい実施の形態では石炭の平均粒径が０．６〜２．０ｍｍであるから、石炭の平均粒径の１０倍以上の平均粒径を有する廃プラスチックは、その平均粒径が６〜２０ｍｍ以上となる。本発明においては、添加する廃プラスチックを上記のように減容固化することにより、装入石炭の平均粒径の１０倍以上の平均粒径を有する廃プラスチックを容易に製造することが可能になる。
【００２２】
塩素を含有する廃プラスチックを熱処理する場合、環境上十分に高い温度で熱処理を行なうことが必要である。本発明のように石炭を乾溜するコークス炉で廃プラスチックを処理する場合、乾留中の温度は最高で１３５０℃に到達する。ポリ塩化ビニルやポリ塩化ビニリデンは２５０℃程度から熱分解を起こし始め、約４００℃でガス化し、１３５０℃ではほぼ完全に分解する。従って、塩素含有廃プラスチックをコークス炉で石炭とともに熱分解する限り、熱分解または乾留温度、乾留パターンは従来の石炭乾留と同じでよい。
【００２３】
塩素含有廃プラスチックを加熱した際に発生する廃プラスチック由来の塩素系ガスは、石炭の乾留中に発生する過剰のアンモニアと反応して塩化アンモニウムとなる。この塩化アンモニウムはコークス炉ガスを冷却する安水中に取り込まれる。塩化アンモニウムが多量に蓄積した安水に強塩基、例えば水酸化ナトリウム（苛性ソーダ）を添加することにより、塩化アンモニウムを塩化ナトリウムとアンモニアとに分解する。
【００２４】
従来から、コークス炉には系外に取り出される安水を処理するための脱安設備が設置されている。該脱安設備においては、蒸気ストリッピングによってフリーアンモニアを気化除去した後に活性汚泥処理を行い放流する。安水中の塩化アンモニウムは上記のように脱安設備に入る前に水酸化ナトリウムによって塩化ナトリウムとアンモニアとになっているので、安水中に含まれていた窒素成分はすべてアンモニアの形で含有している。従って、脱安設備でアンモニアが気化除去される結果として、安水中の窒素成分は除去される。脱安設備を出た安水中には無害な塩化ナトリウムしか残存しないので、このまま放流しても海水中の窒素分を増大する心配がない。
【００２５】
【実施例】
表１に示す原料炭ＡまたはＢに対して、表２に性状を示す廃プラスチックを表３に示す添加量で配合した後、図１に示すコークス炉に装入して炉温１２５０℃で乾留時間２０時間の条件で乾留し、コークスを製造した。得られたコークスのドラム強度とＣＳＲを評価した。
【００２６】
原料炭Ａは粘結炭７０ｗｔ％と非微粘結炭３０ｗｔ％の配合炭であり、平均粒径は１．２ｍｍである。原料炭Ｂは粘結炭６０ｗｔ％と非微粘結炭４０ｗｔ％の配合炭であり、平均粒径は０．９ｍｍである。いずれも、廃プラスチック無添加の場合において良好なコークス品質を安価に得ることができる原料炭である。
【００２７】
配合する廃プラスチックは、減容固化処理を行なうことによって表３に示す平均粒径のものとした。廃プラスチックは、原料炭に均一に混合してコークス炉内に装入した。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
【表２】
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【００３０】
【表３】
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【００３１】
コークス乾留時における廃プラスチックの熱分解によって発生する熱分解ガスは、同時に発生するコークス炉ガスと混合し、上昇管３、ベント管４を経てドライメーン５において安水のフラッシングを受ける。
【００３２】
廃プラスチック中には塩素含有廃プラスチックが含有されており、平均塩素含有量は表２にあるとおり２．１９％である。熱分解時に発生する塩素系ガスは、アンモニアと反応して塩化アンモニウムとなり、安水中に取り込まれる。安水はガス冷却機６、安水タンク７を経て、苛性ソーダ添加設備８によって苛性ソーダが添加され、安水中の塩化アンモニウムは塩化ナトリウムとアンモニアとに変化する。次いで脱安設備９でアンモニアが除去され、安水中には無害な塩化ナトリウムのみが残留することとなる。
【００３３】
コークスのドラム強度（ＤＩ15015）は、ＪＩＳ  Ｋ  ２１５１に記載されているように、コークス１０ｋｇをドラム試験機（直径、長さとも１５００ｍｍ、羽根４枚）に装入し、１５０回転させた後、１５ｍｍの篩で篩分けし、篩上に留まった質量を百分率で表した値である。本実施例においては、ＤＩ15015が８３％以上であれば高炉用コークスとして良好な強度を有していると判断した。
【００３４】
コークスのＣＳＲはコークスの熱間反応後強度を表す指標である。本実施例において、ＣＳＲは、粒度２０±１ｍｍに調整したコークス試料を１１００℃でＣＯ2と２時間反応させた後のコークスについてＩ型試験機で６００回転させた後、１０ｍｍの篩にかけて、その篩上に留まった質量を百分率で表した値である。この方法は、例えばコークスノート（社団法人燃料協会編、１９８８年版）２１８頁に記載されているとおりである。本実施例においては、ＣＳＲが５６％以上であれば高炉用コークスとして良好な品質であると判断した。
【００３５】
表３に各実施例の製造条件及び製造結果を示す。Ｎｏ．１〜１５が本発明例であり、Ｎｏ．１６〜２７が比較例である。
【００３６】
本発明例のＮｏ．１〜１５は、廃プラスチックを１％以上添加し、かつ原料炭の粘結炭配合率を一定に維持したものであるが、いずれもドラム強度、ＣＳＲともに十分な値を有しており、品質のよいコークスを製造することができた。
【００３７】
比較例Ｎｏ．１６、２２は廃プラスチック無添加の比較例である。比較例のＮｏ．１７〜２１、２３〜２７は、廃プラスチックの平均粒径が本発明範囲未満のものを２％以上添加した例であり、いずれもドラム強度、ＣＳＲとも低い値となり、高炉用コークスとしての強度が不十分であった。
【００３８】
【発明の効果】
本発明により、粘結炭の配合比率を増大せずにコークス強度を維持して廃プラスチックの最大添加量を増やすことができ、コークスの製造コストを上昇させずに廃プラスチックのリサイクル量を増大させるとともに、強度の高い良質なコークスを製造することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用するコークス炉を示す概略図である。
【図２】廃プラスチックと石炭の粒径の比とＤＩ15015との関係を示す図であり、ＤＩ15015は廃プラスチック無添加時を基準としたΔＤＩ15015で表現した。
【図３】廃プラスチックと石炭の粒径の比とＣＳＲとの関係を示す図であり、ＣＳＲは廃プラスチック無添加時を基準としたΔＣＳＲで表現した。
【符号の説明】
１  コークス炉
２  廃プラスチックホッパー
３  上昇管
４  ベント管
５  ドライメーン
６  ガス冷却器
７  安水タンク
８  苛性ソーダ添加設備
９  脱安設備
１０  廃プラスチックを混合した石炭
【図１】
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【図２】
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【図３】
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