(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
芳香族環を持つプラスチック、および、芳香族環を持ち、酸素を含むプラスチックを含有するプラスチック産業廃棄物およびプラスチック一般廃棄物であり、減容固化した塊状物である廃プラスチックの表面に、加熱し溶融した固化温度が３０℃以下の軟ピッチからなる粘結補填剤をコーティングし、石炭に配合して、コークス炉で乾留することを特徴とする高炉用コークスの製造方法。
【請求項２】
前記粘結補填剤が、石炭系粘結剤、および／または石油系粘結剤であることを特徴とする、請求項１に記載の高炉用コークスの製造方法。
【請求項３】
前記廃プラスチックと前記粘結補填剤を混合することにより、前記廃プラスチックの表面に前記粘結補填剤をコーティングすることを特徴とする、請求項１または２に記載の高炉用コークスの製造方法。
【請求項４】
前記廃プラスチックに前記粘結補填剤を噴霧することにより、前記廃プラスチックの表面に前記粘結補填剤をコーティングすることを特徴とする、請求項１または２に記載の高炉用コークスの製造方法。
【請求項５】
前記廃プラスチックの表面に前記粘結補填剤をコーティングした後、冷却することを特徴とする、請求項１，２，３または４に記載の高炉用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、廃プラスチックを石炭に配合してコークス炉で乾留する高炉用コークスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレンは３Ｐと呼ばれるもので、プラスチック産業廃棄物、プラスチック一般廃棄物（廃プラスチック）として大量に排出されており、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、焼却する場合は排ガス処理の必要があり、また発熱量が大きく焼却炉に悪影響を及ぼす等の点から問題となっている。埋め立て処分場が将来不足することが予想されること、および環境問題に対する関心が高まっていること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の燃料や化学原料としての利用が考えられる。
【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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
コークス炉は石炭を１０００〜１２００℃の高温で乾留して高炉用コークスを製造する設備であるが、廃プラスチックを石炭に配合してコークス炉において乾留すると、コークス炉ガス量は増加するが、コークス強度や反応性等の品質は特に向上せず、かえって低下するため、実用化されていなかった。そこで、コークス強度や反応性等の品質を損なわずに廃プラスチックを石炭に混合してコークス炉で乾留し、高炉用コークスを製造できる方法を検討する必要があった。
【０００５】
本発明は、鉄鋼業の製銑工程で多額の設備投資をすること無く、コークス製造用装入炭に廃プラスチックを配合して高炉用コークスを製造する方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は以下の（１）〜（６）の通りである。
【０００８】
（１）芳香族環を持つプラスチック、および、芳香族環を持ち、酸素を含むプラスチックを含有するプラスチック産業廃棄物およびプラスチック一般廃棄物であり、減容固化した塊状物である廃プラスチックの表面に、加熱し溶融した固化温度が３０℃以下の軟ピッチからなる粘結補填剤をコーティングし、石炭に配合して、コークス炉で乾留することを特徴とする高炉用コークスの製造方法。
【０００９】
（２）前記粘結補填剤が、石炭系粘結剤、および／または石油系粘結剤であることを特徴とする、前記（１）の高炉用コークスの製造方法。
【００１０】
（３）前記廃プラスチックと前記粘結補填剤を混合することにより、前記廃プラスチックの表面に前記粘結補填剤をコーティングすることを特徴とする、前記（１）または（２）の高炉用コークスの製造方法。
【００１１】
（４）前記廃プラスチックに前記粘結補填剤を噴霧することにより、前記廃プラスチックの表面に前記粘結補填剤をコーティングすることを特徴とする、前記（１）または（２）の高炉用コークスの製造方法。
【００１２】
（５）前記廃プラスチックの表面に前記粘結補填剤をコーティングした後、冷却することを特徴とする、前記（１），（２），（３）または（４）の高炉用コークスの製造方法。
【００１３】
なお、本明細書においては、樹脂または有機化合物、あるいはそれらを含む廃プラスチックを「廃プラスチック」と総称する。
【００１４】
本発明者らは、廃プラスチック配合によりコークス強度が低下するメカニズムについて検討した結果、石炭は廃プラスチックから発生する熱分解ガスの一部と接触することにより劣化し、装入時に廃プラスチックとの界面にある石炭の劣化度が他と比べて大きいことを見出した。また、廃プラスチックは石炭よりも低温で熱分解してガスとなり空隙が残り、廃プラスチック熱分解残渣の界面にある石炭が自由膨張してしまうため、緻密なコークスが形成されなくなることを見出した。
【００１５】
これにより、本発明者らは、廃プラスチックと接触する石炭の粘結性を改善することにより、コークス品質を悪化させることなく、廃プラスチックを石炭に配合してコークス炉で乾留して高炉用コークスが製造できるとの考えに至り、廃プラスチックと接触する石炭の粘結性を改善するために廃プラスチックの表面を粘結補填剤でコーティングする本発明を完成した。
【００１６】
【発明の実施の形態】
一般に石炭の粘結性とは、石炭を乾留したとき、軟化溶融状態において観測される性質の総称である。代表的な粘結性指数としては、ＪＩＳ  Ｍ８８０１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測定される最高流動度指数（ＭＦ）と、ジラトメーター法による膨脹性試験において測定される全膨張率指数（ＴＤ）とがあり、コークス強度を維持するにはある一定値以上の粘結性が必要であるとされている。一方、強粘結炭とよばれる粘結性指数の高い石炭は価格が高いため、コークス製造業者は非微粘結炭とよばれる粘結性指数が低いが価格が安い石炭を可能な限り多く使用することを目指している。その結果として、コークス炉装入用配合炭の粘結性は、所定強度のコークスを製造するにおいて必要最低限となっており、粘結性の低下は即コークス強度の低下を引き起こすこととなる。したがって、廃プラスチック添加により配合炭の粘結性が下がることは、コークス品質の低下を招くので避けねばならない。
【００１７】
本発明者らは、様々な種類のプラスチックを石炭に添加した場合の粘結性について調査した結果、ある種類のプラスチック添加により石炭の粘結性が阻害されることを見出した。具体的には、ポリスチレンのような芳香族環を持つプラスチック、およびＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）のような、芳香族環を持ち、酸素を多く含むプラスチック等である。
【００１８】
ポリスチレン等により石炭の粘結性が阻害される理由は、以下のように考えられる。
【００１９】
ポリスチレンを加熱すると、ランダム分解で多くのラジカルが生成し、モノマーとオリゴマー（二量体、三量体）が優先的に生成することが知られている。ポリスチレンを石炭と混合して加熱すると、石炭のマクロ分子凝集構造が緩和される温度領域（３５０〜４００℃）において、ポリスチレンから生じたラジカルが石炭中の移行性水素を引き抜いて安定化し、多くは小さな分子（フリーカーボン）として残留すると考えられる。この残留カーボンは比較的安定なため、石炭軟化溶融温度域（４００〜５００℃）において揮発することなく、そのままアモルファス化すると考えられる。石炭中の移行性水素の量が多いほど石炭の粘結性が大きいことが知られており、生成ラジカルによる移行性水素の消費が粘結性阻害原因であると考えられる。
【００２０】
また、石炭は空気中においておくと、酸化して徐々に粘結性を失うことが知られている。ＰＥＴのように酸素を多く含むプラスチックを石炭と混合して加熱すると、熱分解過程で発生する酸素ラジカルにより石炭が酸化されるため、粘結性が失われると考えられる。
【００２１】
以上のようなプラスチック熱分解ガスによる石炭劣化を防止するためには、あらかじめ廃プラスチック表面をラジカル捕捉剤でコーティングすれば良く、粘結補填剤（コールタール、ピッチ等の石炭系粘結剤や石油ピッチ等の石油系粘結剤）がラジカル捕捉剤として極めて有効に作用する。すなわち、これらの粘結補填剤中には多くの水素が存在し、これらの水素がプラスチック熱分解ガス中のラジカルを捕捉するため、石炭自体にはプラスチック熱分解ガス中のラジカルの影響が及ばない。したがって、廃プラスチック表面を粘結補填剤でコーティングすることにより、プラスチック熱分解ガスによる石炭粘結性阻害を抑制することができる。
【００２２】
また、廃プラスチック表面に粘結補填剤をコーティングすることにより、廃プラスチック熱分解残渣の界面で緻密なコークスが形成される。これは、粘結補填剤の熱分解により発生したガスがコークス表面に沈着し、コークスの気孔率を低下させるためである。ここで廃プラスチックの表面にコーテイングされた粘結補填剤は、いわば自由膨張して気孔率の高くなったコークスの気孔を充填する修復材として機能するのである。
【００２３】
粘結補填剤の添加量としては、プラスチック質量に対し１質量％以上とすることが望ましい。これは、廃プラスチック質量に対する粘結補填剤添加量が少いと、粘結補填剤コーティングによる効果が十分に発揮されないためである。
【００２４】
また、廃プラスチックの形状としてはさまざまなものがあるが、減容固化した塊状物であることが望ましい。これは、なるべく減容して廃プラスチックの嵩密度を大きくすることにより、廃プラスチックの比表面積（廃プラスチック単位質量あたりの表面積）が低下し、廃プラスチックと石炭の界面が減り、熱分解ガスによる石炭粘結性阻害が抑制されるためである。また、比表面積が低下することにより、コーティングに必要な粘結補填剤の量も減らすことができる。
【００２５】
粘結補填剤としては、コールタール、ピッチ等の石炭系粘結剤や石油ピッチ等の石油系粘結剤があるが、これらは単独で用いてもいいし、混合して用いてもいい。
【００２６】
粘結補填剤をコーティングする方法を一例として図１に示す。廃プラスチックを定量切り出し機のついたホッパー１より切り出して混練機２に投入し、粘結補填剤を定量添加装置３により添加し混合する。ここで、粘結補填剤と廃プラスチックを混合するには、混練機２の他、ドラムミキサー、パドルミキサー、スクリューミキサーなど、一般的に固体と液体の混合に用いられる装置ならば何れを用いてもよい。また、廃プラスチックの量が少い場合は、廃プラスチック、石炭、粘結補填剤を共に混練機２に投入する方法も選択できる。
【００２７】
廃プラスチックの強度が低く、混練機で崩れてしまう場合には、図２に示すように、噴霧装置５内で粘結補填剤を噴霧器６から噴霧することにより、廃プラスチックの表面に粘結補填剤をコーティングするのが有効である。
【００２８】
廃プラスチックと粘結補填剤との混合物は、混練機４により石炭と混合した後、コークス炉へと搬送される。コーテイングされた粘結補填剤は粘着性があるので、そのままでは粘結補填剤が廃プラスチックから流れ落ちたり、ベルトコンベアーに付着したりするなどのハンドリング上の問題が生じることがあるが、混合物を直ちに石炭と混合することでコーティングされた粘結補填剤の表面に石炭粉が付着するので、このようなハンドリング上の問題を解消することができる。
【００２９】
石炭との混合には、混練機４を用いずとも、コンベアーベルト上の石炭に上乗せするだけでも良い。これにより、コーティングされた粘結補填剤の表面に石炭粉を付着させればハンドリング上の問題は解決できる。
【００３０】
また、例えば軟ピッチ（以下ＳＯＰと称する）のように、常温では固体だが、加熱すると溶融状態になる粘結補填剤の場合には、例えば７０〜８０℃に加熱して溶かしてから廃プラスチック表面にコーテイングした後、冷却装置７により粘結補填剤が固化する温度（例えばＳＯＰの場合には３０℃以下）まで冷却すれば、コーティングされた粘結補填剤は固まるので、付着などによるハンドリング上の課題を回避することができる。冷却装置としては、例えば空気ファンや、水スプレーなどが挙げられる。
【００３１】
【実施例】
炉幅４２５ｍｍ、炉高４００ｍｍ、炉長６００ｍｍの試験コークス炉を用い、粘結炭７０質量％、非微粘結炭３０質量％の配合炭に、表１に示すような条件で廃プラスチックを添加し、装入密度０．８３ｄｒｙ−ｔ／ｍ3の装入密度で装入し、炉温１２５０℃、乾留時間１８．５時間の条件で乾留した。焼成後のコークスについては、窒素で冷却した後、JIS K2151に準じたコークスのドラム強度指数（150回転後＋15mm指数）を測定した。表１には、ドラム強度を示す。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
比較例は、廃プラスチック（約２０ｍｍ）をそのまま石炭に混ぜた例である。
【００３４】
参考例１は、減容固化していない廃プラスチック（約２０ｍｍ）にＳＯＰを廃プラスチック質量に対し５質量％添加して、混練機により粘結補填剤をプラスチック表面にコーティングした例である。
【００３５】
発明例１は、減容固化した廃プラスチック（約２０ｍｍ）にＳＯＰを廃プラスチック質量に対し５質量％添加して、混練機により粘結補填剤をプラスチック表面にコーティングした例である。
【００３６】
発明例２は、減容固化した廃プラスチック（約２０ｍｍ）にＳＯＰを廃プラスチック質量に対し５質量％になるように噴霧して粘結補填剤をプラスチック表面にコーティングした例である。
【００３７】
発明例３は、減容固化した廃プラスチック（約２０ｍｍ）にＳＯＰを廃プラスチック質量に対し５質量％添加して、混練機により粘結補填剤をプラスチック表面にコーティングした後に冷却した例である。
【００３８】
ドラム強度は、何れの発明例でも比較例と比べて上昇している。発明例１のドラム強度が参考例１のドラム強度よりも大きいのは、発明例１では廃プラスチックを減容固化したために、廃プラスチックの比表面積が小さくなり、廃プラスチックによる石炭粘結性阻害効果がより抑制されたためである。
【００３９】
以上より、廃プラスチックの表面を粘結補填剤でコーティングすることにより、コークス品質を悪化させることなく、廃プラスチックを石炭に配合してコークス炉で乾留して高炉用コークスを製造することが可能となった。
【００４０】
【発明の効果】
本発明により、コークス品質を悪化させることなく、廃プラスチックを石炭に配合してコークス炉で乾留して高炉用コークスを製造することが可能となる。本発明により、原料炭使用量が削減可能となるばかりでなく、廃プラスチックが多量にリサイクル処理可能となるため、その経済的効果は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法において廃プラスチックの表面に粘結補填剤をコーティングする例を示す図である。
【図２】本発明の方法において廃プラスチックの表面に粘結補填剤をコーティングする他の例を示す図である。
【符号の説明】
１  ホッパー
２  混練機
３  定量添加装置
４  混練機
５  噴霧装置
６  噴霧機
７  冷却装置
【図１】
0004327977.tif 000003
【図２】
0004327977.tif 000004