(57)【要約】【課題】簡易な設備により生産性の向上を図る。【解決手段】コークスの製造方法は、石炭を含むと共に所定の形状に成型された成型炭１の乾留時における膨張を制限する拘束具２（収容空間Ｖ）内に、成型炭１を配置する工程と、拘束具２内に配置された状態の成型炭１を乾留する工程とを含む。成型炭１を乾留してコークスを得る工程において、成型炭１の膨張によって拘束具２から受ける反力が成型炭に作用することで、成型炭１に対し加圧がなされる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭を含むと共に所定の形状に成型された成型炭の乾留時における膨張を制限する拘束具内に、前記成型炭を配置する工程と、
前記拘束具内に配置された状態の前記成型炭を乾留してコークスを得る工程とを含み、
前記成型炭を乾留してコークスを得る前記工程において、前記成型炭の膨張によって前記拘束具から受ける反力が前記成型炭に作用することで、前記成型炭に対し加圧がなされる、コークスの製造方法。
【請求項２】
乾留前の前記成型炭の体積に対して膨張後の前記成型炭の体積が１００％〜１０５％となるように、前記成型炭の乾留を行う、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記拘束具は、前記成型炭を閉じ込める収容空間を有しており、
前記収容空間の容積に対する乾留前の前記成型炭の体積が９５．３％〜１００％である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記拘束具は、前記収容空間と前記拘束具の外部とを連通する流路を有する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記拘束具は、少なくとも一方の端部が開放された筒状体である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項６】
前記成型炭を乾留してコークスを得る前記工程において、
前記成型炭が再固化温度に達するまでは前記成型炭が前記拘束具内に配置されたままの状態で加熱することと、
その後、前記拘束具から前記成型炭を取り出し、前記成型炭の再固化温度よりも高い温度域で加熱することとを行う、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記成型炭を乾留してコークスを得る前記工程において、
前記成型炭が４５０℃に達するまでは前記成型炭が前記拘束具内に配置されたままの状態で加熱することと、
その後、前記拘束具から前記成型炭を取り出し、前記成型炭の４５０℃よりも高い温度域で加熱することとを行う、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、コークスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、石炭からコークスを製造するための乾留装置を開示している。当該乾留装置は、上方が開放された容器と、加圧板を上下方向に移動可能な加圧シリンダと、容器の上方及び下方にそれぞれ配置されたヒータとを備える。当該乾留装置を用いてコークスを製造するには、まず、容器に石炭を収容し、続いて、加圧シリンダにより加圧板を介して容器内の石炭に荷重を付加しつつ容器内の石炭をヒータにより加熱する。このように、石炭の乾留の際に石炭に対して所定の荷重を付加することで、石炭の自由膨張が抑制される。従って、製造されたコークスの品質のばらつきを抑制しつつその強度を高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−１７９０８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の乾留装置によれば、加圧シリンダ等の加圧手段が必要となるので、設備が複雑化する。しかも、９００℃を超える高温で石炭が加熱されることもあるので、そのような高温の雰囲気でも加圧手段が動作するよう加圧手段を耐熱化する必要がある。そのため、乾留装置のコストが増大してしまう。さらに、上記の乾留装置では、加圧手段による加圧方向（上下方向）とは異なる方向（側方）から石炭を加熱することができない。石炭を側方から加熱する場合、容器の側面側から中心側に向けて徐々に石炭がコークスとなっていくので、このときに上方から加圧手段で加圧すると、加熱の初期に得られた、容器の側面側に位置するコークスに亀裂が生じてしまい、かえってコークスの強度が低下してしまうためである。従って、石炭に対する加熱方向が制限されてしまうので、生産性が低下しうる。
【０００５】
そこで、本開示は、簡易な手法により生産性の向上を図ることが可能なコークスの製造方法を説明する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一つの観点に係るコークスの製造方法は、石炭を含むと共に所定の形状に成型された成型炭の乾留時における膨張を制限する拘束具内に、成型炭を配置する工程と、拘束具内に配置された状態の成型炭を乾留する工程とを含み、成型炭を乾留してコークスを得る工程において、成型炭の膨張によって拘束具から受ける反力が成型炭に作用することで、成型炭に対し加圧がなされる。
【０００７】
本開示の一つの観点に係るコークスの製造方法では、拘束具内に成型炭が配置された状態で、成型炭を乾留している。そのため、成型炭を乾留してコークスを得る工程において、成型炭の膨張によって拘束具から受ける反力が成型炭に作用する。従って、成型炭自身の膨張力を利用して成型炭に対し加圧がなされる。その結果、成型炭の膨張を制限する拘束具の他には、成型炭を外部から加圧するための他の加圧手段を必要としない。また、他の加圧手段を用いないので、加熱の方向が加圧手段による加圧方向と同方向に制限されることもない。従って、様々な方法にて乾留することができると共に、効果的に加熱を行えるので乾留時間の短縮化を図ることができる。以上より、簡易な手法により生産性の向上を図ることが可能となる。
【０００８】
乾留前の成型炭の体積に対して膨張後の成型炭の体積が１００％〜１０５％となるように、成型炭の乾留を行ってもよい。この場合、製造されたコークスの強度が高くなる傾向にある。
【０００９】
拘束具は、成型炭を閉じ込める収容空間を有しており、収容空間の容積に対する乾留前の成型炭の体積が９５．３％〜１００％であってもよい。この場合、乾留前の成型炭の体積に対する膨張後の成型炭の体積が１００％〜１０５％の範囲内となるので、製造されたコークスの強度が高くなる傾向にある。
【００１０】
拘束具は、収容空間と拘束具の外部とを連通する流路を有してもよい。この場合、成型炭の乾留時に成型炭から生ずるガスが、流路を通じて収容空間から拘束具の外に排出される。そのため、揮発成分を多く含む成型炭に対しても、本開示の方法を適用してコークスを製造することが可能となる。
【００１１】
拘束具は、少なくとも一方の端部が開放された筒状体であってもよい。この場合、成型炭の乾留時に成型炭から生ずるガスが、筒状体の開放端を通じて拘束具の外に排出される。そのため、揮発成分を多く含む成型炭に対しても、本開示の方法を適用してコークスを製造することが可能となる。
【００１２】
成型炭を乾留してコークスを得る工程において、成型炭が再固化温度に達するまでは成型炭が拘束具内に配置されたままの状態で加熱することと、その後、拘束具から成型炭を取り出し、成型炭の再固化温度よりも高い温度域で加熱することとを行ってもよい。成型炭の再固化温度まで成型炭を加熱すれば、成型炭が十分に固化して、強度の高いコークスが得られる。そのため、再固化温度よりも高い温度域においては、拘束具から成型炭を取り出すことで、目的に応じた種々の乾留手法を採用することができる。また、拘束具が高温に曝されないので、拘束具の損傷を抑制することができる。
【００１３】
成型炭を乾留してコークスを得る工程において、成型炭が４５０℃に達するまでは成型炭が拘束具内に配置されたままの状態で加熱することと、その後、拘束具から成型炭を取り出し、成型炭の４５０℃よりも高い温度域で加熱することとを行ってもよい。４５０℃程度まで成型炭を加熱すれば、成型炭が十分に固化して、強度の高いコークスが得られる。そのため、４５０℃よりも高い温度域においては、拘束具から成型炭を取り出すことで、目的に応じた種々の乾留手法を採用することができる。また、拘束具が高温に曝されないので、拘束具の損傷を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本開示に係るコークスの製造方法によれば、簡易な設備により生産性の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、成型炭の一例を示す斜視図である。
【図２】図２は、拘束具の一例を示す斜視図である。
【図３】図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】図４は、コークスの製造工程の一例を示す図である。
【図５】図５は、拘束具の他の例を示す斜視図である。
【図６】図６の（ａ）は、成型炭の４５０℃における体積膨張率を示し、図６の（ｂ）は、製造されたコークスの圧壊強度を示す。
【図７】図７は、製造されたコークスの圧壊強度の測定に用いられる測定装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
コークスの製造方法について図面を参照して説明するが、以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１７】
まず、図１に示されるような成型炭１を作成する。成型炭１は、材料を成型炭用の型枠に入れ、プレス機によって加圧することで得られる。材料は、例えば、３ｍｍ程度以下の大きさに粉砕された石炭や、当該石炭と粘結剤とが混合された混合物であってもよい。粘結剤としては、例えばタール系の粘結剤を挙げることができる。成型炭用の型枠は、例えば、高さ７０ｍｍ、直径４０ｍｍ程度の円筒容器であってもよい。プレス機によって材料に付加される加重は、例えば１００ｋＮ程度であってもよい。こうして、例えば、高さ４０ｍｍ〜４５ｍｍ程度、直径４０ｍｍ程度の円柱形状の成型炭１が得られる。成型炭１は、円柱形状以外の他の形状を呈していてもよい。
【００１８】
続いて、一対の拘束具２を用意する。拘束具２は、図２及び図３に示されるように、平板１０に複数の凹部１２が形成されたものである。平板１０は、例えば、耐火材や鋼材からなっていてもよい。凹部１２は、半円柱に対応する形状を呈しており、半円柱の円柱面に対応する形状を呈する底壁１２ａと、半円柱の一対の端面に対応する形状を呈する一対の側壁１２ｂとによって構成されている。凹部１２は図２において平板１０に６つ形成されているが、凹部１２の数は特に限定されず、少なくとも１つであればよい。
【００１９】
平板１０には、凹溝１４，１６及び貫通孔１８が形成されている。凹溝１４，１６及び貫通孔１８は、凹部１２に対して十分に小さい。凹溝１４は、凹部１２と平板１０の側縁との間を延びている。凹溝１６は、隣り合う２つの凹部１２同士の間を延びている。貫通孔１８は、凹部１２の底壁１２ａと平板１０の外表面との間を延びている。
【００２０】
続いて、一対の拘束具２の凹部１２同士を向かい合わせた状態で、これらの凹部１２の間に成型炭１を置いて、一対の拘束具２を組み合わせる。一対の拘束具２は、両者が一体となるよう、図示しない固定具によって固定される。こうして、図４に示されるように、一対の拘束具２の凹部１２によって形成される収容空間Ｖ内に、成型炭１が配置される。すなわち、拘束具２内に成型炭１が配置される。一対の拘束具２が組み合わされた状態では、対向する一対の凹溝１４は、収容空間Ｖと拘束具２の外部とを連通する流路を構成する。同様に、対向する一対の凹溝１６は、収容空間Ｖと拘束具２の外部とを連通する流路を構成する。貫通孔１８は、収容空間Ｖと拘束具２の外部とを連通する流路を構成する。
【００２１】
収容空間Ｖの容積に対する乾留前の成型炭１の体積は、例えば、９５．３％〜１００％であってもよい。従って、収容空間Ｖ内に成型炭１が配置された状態では、収容空間Ｖが成型炭１によって完全に埋められているか、又は、収容空間Ｖと成型炭１との間に若干の間隙が存在する。収容空間Ｖの容積に対する乾留前の成型炭１の体積が９５．３％未満である場合、乾留前の成型炭１の体積に対する膨張後の成型炭１の体積が１００％〜１０５％の範囲内となる。そのため、後述のとおり、製造されたコークスの強度が高くなる傾向にある。
【００２２】
続いて、一対の拘束具２内に配置された状態の成型炭１を乾留する。乾留方法としては、例えば、一対の拘束具２を炉内に入れて、これらによって保持されている成型炭１を加熱してもよいし、拘束具２自体にヒータ等の発熱源を設けて、これらによって保持されている成型炭を加熱してもよい。成型炭１を加熱すると成型炭１は自由膨張するが、成型炭１が一対の拘束具２内に配置された状態であるので、拘束具２によって成型炭１の膨張が制限される。すなわち、拘束具２は、成型炭１の膨張を制限する機能を有する。
【００２３】
乾留前の成型炭１の体積に対して膨張後の成型炭１の体積が１００％〜１０５％となるように、成型炭の乾留を行ってもよい。この場合、製造されたコークスの強度が高くなる傾向にある。
【００２４】
成型炭１の乾留に際しては、（１）成型炭１が再固化温度に達するまでは成型炭１が一対の拘束具２（収容空間Ｖ）内に配置されたままの状態で加熱する工程と、（２）その後、一対の拘束具２から成型炭１を取り出し、成型炭１の再固化温度よりも高い温度域で加熱する工程とを実施してもよい。成型炭１の再固化温度は、成型炭１の成分等によって変化しうるが、例えば４５０℃程度である。なお、成型炭１の温度は、成型炭１の表面温度であってもよいし、成型炭１の中心温度であってもよい。中心温度を基準とすると、成型炭１の中心部が固化したか否かをより確実に把握することができる。
【００２５】
成型炭１が再固化温度に達するまでの成型炭１の加熱手段として、例えば、トンネルキルンを用いてもよい。トンネルキルンは、所定方向に延びるトンネル状の連続式加熱炉である。トンネルキルン内においては、成型炭１を保持する一対の拘束具２を載置可能な移動台車が、入口から出口へと一方向に移動する。トンネルキルンは、入口側に位置する予熱帯と、出口側に位置する焼成帯とを有する。焼成帯は、バーナから燃焼ガスを内部に供給して成型炭１を保持する一対の拘束具２を加熱する。予熱帯は、焼成帯からの熱により焼成帯よりも低い温度で成型炭１を保持する一対の拘束具２を加熱する。予熱帯では、成型炭１や一対の拘束具２の付着水、結晶水、有機物質の遊離除去などが行われる。移動台車によって、成型炭１を保持する一対の拘束具２が入口、予熱帯、焼成帯、出口の順に移動すると、成型炭１が再固化温度まで加熱される。なお、トンネルキルンは、焼成帯よりも出口側に冷却帯を有していてもよい。
【００２６】
一対の拘束具２から取り出された後の成型炭１の加熱手段として、例えば、シャフト炉や、マイクロ波を用いてもよい。これらを用いると、低コストで大量に成型炭１を乾留できる。
【００２７】
続いて、成型炭１を所定温度まで冷却する。こうして、成型コークスが得られる。
【００２８】
以上のような本実施形態では、拘束具２（収容空間Ｖ）内に成型炭１が配置された状態で、成型炭１を乾留している。そのため、成型炭１の乾留時において、成型炭１の膨張によって拘束具２から受ける反力が成型炭１に作用する。従って、成型炭１自身の膨張力を利用して成型炭１に対し加圧がなされる。その結果、成型炭１の膨張を制限する拘束具２の他には、成型炭を外部から加圧するための他の加圧手段を必要としない。また、他の加圧手段を用いないので、加熱の方向が加圧手段による加圧方向と同方向に制限されることもない。従って、様々な方法にて乾留することができると共に、効果的に加熱を行えるので乾留時間の短縮化を図ることができる。以上より、簡易な手法により生産性の向上を図ることが可能となる。
【００２９】
本実施形態では、拘束具２が、収容空間Ｖと拘束具２の外部とを連通する流路（凹溝１４，１６及び貫通孔１８）を有している。そのため、成型炭１の乾留時に成型炭１から生ずるガスが、流路を通じて収容空間Ｖから拘束具２の外に排出される。そのため、揮発成分を多く含む成型炭１に対しても、本開示の方法を適用してコークスを製造することが可能となる。
【００３０】
本実施形態では、成型炭１の乾留に際しては、（１）成型炭１が再固化温度に達するまでは成型炭１が一対の拘束具２（収容空間Ｖ）内に配置されたままの状態で加熱する工程と、（２）その後、一対の拘束具２から成型炭１を取り出し、成型炭１の再固化温度よりも高い温度域で加熱する工程とを実施している。成型炭１の再固化温度まで成型炭１を加熱すれば、成型炭１が十分に固化して、強度の高いコークスが得られる。そのため、再固化温度よりも高い温度域においては、拘束具２から成型炭１を取り出すことで、目的に応じた種々の乾留手法を採用することができる。例えば、再固化温度に達するまでと再固化温度に達した以降とで、加熱方法や加熱炉等の加熱手段を変更したり、石炭炭種、石炭の粒度、コークスの生産量に応じて昇温速度を変化したりすることができる。また、拘束具２が高温に曝されないので、拘束具２の損傷を抑制することができる。
【００３１】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の要旨の範囲内で種々の変形を上記の実施形態に加えてもよい。例えば、成型炭１の膨張を制限することで、乾留時における成型炭１の膨張により自身に反力を付与させることができれば、他の形態の拘束具２を用いてもよい。例えば、図５の（ａ）に示される拘束具２のように、凹部１２の両端がそれぞれ平板１０の縁まで延びていてもよい。この場合、凹部１２の開放端が、拘束具２の外にガスを排出するための流路として機能するので、揮発成分を多く含む成型炭１に対しても、本開示の方法を適用してコークスを製造することが可能となる。凹部１２の少なくとも一方の端部が平板１０の縁まで延びていてもよい。１つの凹部１２内に配置される成型炭１の数は、１つであってもよいし、複数であってもよい。１つの凹部１２内に配置される成型炭１の数が複数である場合には、成型炭１同士が接しないように各成型炭１を凹部１２内に配置してもよいし、隣り合う成型炭１の間にガスが溜まらないよう平板１０に貫通孔１８が設けられていてもよい。
【００３２】
例えば、図５の（ｂ）に示されるように、拘束具２が筒状体であってもよい。この場合、拘束具２の開放端が、拘束具２の外にガスを排出するための流路として機能するので、揮発成分を多く含む成型炭１に対しても、本開示の方法を適用してコークスを製造することが可能となる。拘束具２の一方の端部が開放されていてもよいし、拘束具２の双方の端部が開放されていてもよい。１つの拘束具２内に配置される成型炭１の数は、１つであってもよいし、複数であってもよい。１つの拘束具２内に配置される成型炭１の数が複数である場合には、成型炭１同士が接しないように各成型炭１を凹部１２内に配置してもよいし、隣り合う成型炭１の間にガスが溜まらないよう拘束具２の周壁に貫通孔が設けられていてもよい。筒状体である拘束具２は、円筒、角筒その他の種々の形状を呈していてもよい。
【実施例】
【００３３】
（実施例）
円柱形状の成型炭１と、図５の（ｂ）に示される円筒形状の拘束具２とを用意した。成型炭１として、３ｍｍ程度以下の大きさに粉砕された石炭からなる成型炭（以下、「成型炭１ａ」という。）と、当該石炭とタール系の粘結剤とが混合された混合物からなる成型炭（以下、「成型炭１ｂ」という。）との２種類を用意した。続いて、成型炭１ａ，１ｂをそれぞれ拘束具２内に配置し、実施例に係る試料Ｂ１，Ｂ２を得た。
【００３４】
続いて、各試料Ｂ１，Ｂ２をそれぞれ試験用乾留炉内に入れて、成型炭１ａ，１ｂの中心温度が４５０℃に至るまで、１時間あたり１００℃の割合で炉内温度を昇温させた。次に、炉内から各試料Ｂ１，Ｂ２を取り出し、成型炭１ａ，１ｂから拘束具２を取り外した後、常温まで冷却した。こうして、各成型炭１ａ，１ｂの乾留が行われ、成型コークスが得られた。そして、加熱前後の成型炭の体積の変化率、すなわち当初の成型炭から成型コークスへの体積膨張率を、各試料Ｂ１，Ｂ２について求めた。その結果、図６の（ａ）に示されるように、試料Ｂ１における体積膨張率は１０５％であり、試料Ｂ２における体積膨張率は１０１％であった。なお、粘結剤は、材料である石炭の破砕片同士をくっつける作用を発揮し、成型炭の膨張を抑制するので、試料Ｂ２における体積膨張率は試料Ｂ１における体積膨張率よりも小さかった。
【００３５】
また、各試料Ｂ１，Ｂ２をそれぞれ試験用乾留炉内に入れて、成型炭１ａ，１ｂの中心温度が９００℃に至るまで、１時間あたり１００℃の割合で炉内温度を昇温させた。次に、炉内から各試料Ｂ１，Ｂ２を取り出し、成型炭１ａ，１ｂから拘束具２を取り外した後に、常温まで冷却した。これにより、各成型炭１ａ，１ｂについて乾留が行われ、成型コークスが得られた。そして、各成型炭１ａ，１ｂから得られた成型コークスの圧壊強度を、各試料Ｂ１，Ｂ２について求めた。その結果、図６の（ｂ）に示されるように、試料Ｂ１における圧壊強度は５５００Ｎであり、試料Ｂ２における圧壊強度は７０００Ｎであった。
【００３６】
ここで、本明細書では、図７に示される測定装置６０を用いて、以下の手順で成型コークスＣ（図７参照）の圧壊強度を測定した。まず、測定装置６０において、加圧圧力が計測可能な油圧ジャッキ６２上に載置された可動板６４の上に、測定対象である成型コークスＣを配置した。そして、油圧ジャッキ６２のシリンダを上方に繰り出すことによって、可動板６４を上方に移動させた。これにより、可動板６４と、可動板６４の上方において固定された固定板６８との間に成型コークスＣが挟まれ、可動板６４及び固定板６８により成型コークスＣに荷重が加えられた。そして、成型コークスＣに付与する荷重を徐々に大きくしていき、成型コークスＣが最終的に破壊された時の荷重から、圧壊強度を求めた。
【００３７】
（比較例）
比較例では、実施例で用意した成型炭１ａ，１ｂを拘束具２内に配置しなかった。すなわち、成型炭１ａ，１ｂそのものをそれぞれ、比較例に係る試料Ａ１，Ａ２とした。そして、実施例と同様に、各試料Ａ１，Ａ２について体積膨張率及び圧壊強度を求めた。その結果、試料Ａ１における体積膨張率は１４４％であり、試料Ａ２における体積膨張率は１２４％であった。試料Ａにおける圧壊強度は３５００Ｎであり、試料Ａ２における圧壊強度は３６００Ｎであった。
【００３８】
（結果）
以上により、成型炭１ａ，１ｂが拘束具２内に配置された試料Ｂ１，Ｂ２の体積膨張率は、成型炭１ａ，１ｂが拘束具２内に配置されていない試料Ａ１，Ａ２の体積膨張率よりも小さいことが確認された。そのため、試料Ｂ１，Ｂ２において、成型炭１ａ，１ｂの膨張が拘束具２によって制限されていたことが確認された。
【００３９】
成型炭１ａ，１ｂが拘束具２内に配置された試料Ｂ１，Ｂ２の圧壊強度は、成型炭１ａ，１ｂが拘束具２内に配置されていない試料Ａ１，Ａ２の圧壊強度を大幅に上回ることが確認された。そのため、拘束具２内に成型炭１を配置した状態で成型炭１を乾留するという簡易な手法により、強度の高いコークスを製造できることが確認された。
【符号の説明】
【００４０】
１…成型炭、２…拘束具、１２…凹部、１４，１６…凹溝、１８…貫通孔、Ｖ…収容空間。
【図１】
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【図２】
2016030813.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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