(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
室炉式コークス炉で行うコークスの製造方法であって、温度400℃で液体であり、同温度における粘度が0.1Pa・s以下であるとともに常温での安息角が原料石炭の安息角以上である炭化水素含有物質を原料石炭に添加することを特徴とするコークスの製造方法。
【請求項２】
前記原料石炭中の水分含有量が5〜10質量％であることを特徴とする請求項１に記載の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、室炉式コークス炉で行うコークスの製造方法に関し、特にコークス強度を低下させることなく、膨張圧を10kPa以内に抑制できるコークスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コークスを製造する室炉式コークス炉は、石炭を乾留するための炭化室と炭化室に熱を供給するための燃焼室とが交互にサンドイッチ状に配列されており、炭化室の大きさは例えば高さが6〜7m、長さ15〜17m、幅が0.45m程度であり、基本的に全て煉瓦で構築されている。このようなコークス炉において、各炭化室に例えば20〜40トンの原料石炭が一度に装入され、24時間前後の乾留時間で1000℃程度にまで焼成されてコークス炉から排出される。コークス炉から排出された赤熱コークスは、次いで散水による湿式冷却あるいは不活性ガスによる乾式冷却により消火・冷却される。
【０００３】
このようなプロセスにおいて、コークス炉に装入された石炭は温度が次第に上昇し、400℃前後に達すると軟化溶融して流動性を現した後、500℃前後で再び固化してコークスを形成することになる。この400〜500℃程度の軟化溶融の状態下では、石炭は膨張発泡現象を示し、更にガスやタール蒸気を発生するため、石炭が装入された炭化室内部は加圧状態となり、煉瓦で構成された炉壁を押し広げようとする力が働くことになる(以下、この力を膨張圧ともいう)。特に最近のコークス炉操業においては、装入石炭中の水分を低減することが一般的に行われており、この場合には石炭の炉内への装入嵩密度が増大するために、膨張圧上昇の傾向が助長されることになる。更に、高炉への微粉炭吹き込み(PCI)量の増大と共に、要求されるコークス強度は上昇する傾向にあり、このために高強度な粘結炭をより多く使用してコークスを製造するために、ここでも膨張圧が上昇する要因がある。
【０００４】
このような原因で膨張圧が過大になると、壁を損傷したりあるいはコークスの押出し、排出が困難になったりするため、コークス炉の操業に重大な支障を来すことになる。
【０００５】
そこで、この膨張圧を制御するための工夫が種々試みられており、例えば特開平4-306294号公報や特開平6-212168号公報には、石炭配合を工夫することによってこの膨張圧の制御を行う方法が提案されている。
【０００６】
また、特開平7-268350号公報には、石炭配合ではなく、原料石炭中にチャーの様な微細なカーボン粉等の難溶融性物質を添加して膨張圧を低減する方法が提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記特開平4-306294号公報や特開平6-212168号公報に開示された方法によっても膨張圧をある程度制御することは可能であるが、コークス強度を高く維持しつつ膨脹圧を低く制御することは基本的には相反する事柄であるため、この両者を満足する石炭配合を設計することは容易なことではない。
【０００８】
一方、前記特開平7-268350号公報に開示された方法によれば石炭配合上の制約はなくなるが、難溶融性物質を添加するとコークス強度が低下するため、極少量しか使用できず膨張圧を十分に低減できないというおそれがある。
【０００９】
また、コークス炉は、厚さ約100mmの煉瓦で炭化室と燃焼室とが仕切られており、この100mmの煉瓦炉壁を通して燃焼室の熱が炭化室内の石炭に伝熱される。しかし、この煉瓦厚みは、伝熱性と構造体強度の両面から考慮されているため、如何なる膨張圧(壁圧ともいう)にも対応できるほどの強度を有しているわけではなく、炉壁に過大な壁圧が加われば炉壁が損傷もしくは倒壊する危険性を有しており、実操業においては、一般的に膨張圧が約10kPa以内になるようにコークス炉の操業が管理される。
【００１０】
本発明の目的は、コークス強度を低下させることなく、膨張圧を10kPa以内に抑制できるコークスの製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、コークス炉の操業方法について検討を加えた結果、下記の知見を得た。
【００１２】
（Ａ）膨張圧発生の主原因は、原料石炭の軟化溶融過程において生成するガス、タール蒸気等が、通気抵抗の大きい(換言すれば通気性が悪い)軟化溶融層を容易に抜けられないことに有る。
【００１３】
すなわち、コークス層の通気度は約10-11[m2]であるのに対し、軟化溶融層のそれは約10-13[m2]のオーダーであり、軟化溶融層はコークス層と比較して圧倒的に通気性が悪いことを意味している。
【００１４】
従って、炭化室内の膨張圧に対しては、実質的には軟化溶融層の通気性のみを考慮すれば良いと判断できる。
（Ｂ）軟化溶融層の通気性に対しては、軟化溶融物の粘度や軟化溶融層内の介在物量あるいは軟化溶融層の厚み等がこれに影響していることが想定でき、例えば軟化溶融層が存在する400〜500℃程度の温度範囲において軟化溶融物の粘性を低く保持できる物質を軟化溶融層に添加することが可能となれば、軟化溶融層全体の粘度を低下することができる。
【００１５】
（Ｃ）軟化溶融層が出現する温度の400℃で液体であり、同温度における粘度が0.1Pa・s以下である炭化水素含有物を原料石炭中に添加することにより、軟化溶融層の通気性を改善でき、コークス強度を低下させることなく、膨張圧を10kPa以内に抑制できる。
【００１６】
（Ｄ）膨張圧の最大値は、石炭充填層における左右の軟化帯が炭中部で合体する時期に発現しやすく、炭中部付近に炭化水素含有物をより多く添加することが膨張圧低減のためには好ましい。このために、石炭装入時に炭化水素含有物を中央部により多く装入できるように、炭化水素含有物の安息角を石炭の安息角以上とすることが好ましい。
【００１７】
その理由は、炭化水素含有物の安息角が石炭の安息角より小さいと、炭化水素含有物が炭化室の壁側に偏析しやすく、逆に安息角を石炭の安息角以上にすると、炭化水素含有物が炭中部に集中し易くなることが詳細な実験によって明らかになったからである。
【００１８】
（Ｅ）前記炭化水素含有物の原料石炭中への添加によって、膨張圧低減効果が発揮されるが、原料石炭中の水分含有量が5質量％未満（以下、単に％で質量％を示す）であると、膨張圧を適正範囲に制御することが容易ではなくなる。すなわち、原料石炭中の水分含有量の低下とともに、装入石炭の嵩密度が増大するため、コークス炉単位容積当たりの軟化溶融物やガス、タール等の発生量が増大するおそれがある。この嵩密度の変化の影響は、装入石炭中の水分含有量が5〜10％まではほとんどないが、5％未満となると、顕著になるおそれがある。この結果、装入石炭中の水分含有量が5％未満の場合には、膨張圧が急激に大きくなるおそれがあるからである。また、この膨張圧の増大を抑制するために、前記炭化水素含有物を大量に添加することが必要となり、装入石炭中の水分含有量が5％未満の場合には、コストアップの要因にもなる。
【００１９】
一方、原料石炭は通常10%前後の水分を含有しているが、水分は基本的には熱エネルギー損失を引き起こし、この蒸発のために多大な乾留時間を要するため、コークス製造においては、多くの場合予め水分含有量を極力低減させて、コークス炉内には極力水分を持ち込まないようにすることが好ましく、原料石炭中の水分含有量は10％以下が望ましい。
【００２０】
本発明は、以上の知見に基づいてなされたもので、その要旨は、下記のとおりである。  （１）室炉式コークス炉で行うコークスの製造方法であって、温度400℃で液体であり、同温度における粘度が0.1Pa・s以下であるとともに常温での安息角が原料石炭の安息角以上である炭化水素含有物質を原料石炭に添加することを特徴とするコークスの製造方法。
【００２１】
（２）前記原料石炭中の水分含有量が5〜10質量％であることを特徴とする上記（１）に記載のコークスの製造方法。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明は、室炉式コークス炉において実施される。
コークス炉に装入される複数銘柄の原料石炭は通常の手法に従って混合され所定の粒径分布に破砕される。ここでの破砕は、一般には粒径3mm以下の割合が70〜80%程度になるように行われる。
【００２３】
また、原料石炭中の水分含有量の極端な低下は、前記の通り、装入石炭の嵩密度が増大し、膨張圧の急激な上昇を引き起こすとともに、原料石炭中の微粉の舞い上がり現象が顕在化し、環境上または操業管理上、重大な問題となるおそれがあるため、原料石炭中の水分含有量を5%以上とすることが望ましい。一方、前記の通り、原料石炭は通常10%前後の水分を含有しているが、水分は基本的には熱エネルギー損失を引き起こし、この蒸発のために多大な乾留時間を要するため、コークス製造においては、多くの場合予め水分含有量を極力低減させて、コークス炉内には極力水分を持ち込まないようにすることが好ましく、原料石炭中の水分含有量は10％以下が望ましい。
【００２４】
このようにして粒径および水分量を所定に調整された石炭に対し、膨張圧を制御するための炭化水素含有物を添加する。
この炭化水素含有物は、石炭の軟化溶融が始まり、軟化溶融層が出現する温度400℃において液体であることが必要であり、軟化溶融層の粘度を小さくすることが可能な低粘度の液体であることも必要である。
【００２５】
なお、炭化水素含有物が液体であるという意味は、実質的に液体であればよく、液体とならない固体と共存してもよい。
また、石炭の軟化溶融層の粘度は一般的には10Pa・s以上であるから、少量の添加、混合で効果的にこの軟化溶融層の粘度を低下するためには、炭化水素含有物の粘度が0.1Pa・s以下であればよい。
【００２６】
さらに、前記の通り、膨張圧の最大値は、左右の軟化帯が炭中部で合体する時期に発現しやすく、炭中部付近に炭化水素含有物をより多く添加することが膨張圧低減のためには好ましい。
【００２７】
このため、炭化水素含有物の常温における安息角を石炭の安息角以上とすることが好ましい。
炭化水素含有物としては、例えば石油・石炭系重質油、ピッチや各種合成樹脂（例えば、廃棄されたプラスチックス、以下単に廃プラスチックスともいう）の単独もしくは混合物を利用できる。
【００２８】
石炭中への炭化水素含有物の添加量は特に限定されないが、0.1〜10%が好ましい範囲である。その理由は、0.1%未満では膨張圧低減の効果が現れないおそれがあり、10%超では製品コークスの歩留り低下が顕著になるおそれがあるからである。
【００２９】
【実施例】
図１は、石炭装入量30kg規模の膨張圧測定試験装置を概念的に示す側面図である。
【００３０】
膨張圧の測定方法は、容器１に所定量の各種石炭と各種添加物を充填し、加熱壁２を通してヒータ３により加熱して、炉温1150℃で２４時間乾留を行い、乾留中の壁圧をロードセル４で検知し、検知された最大値を膨張圧として採用した。
【００３１】
また、乾留後のコークスについては常法により冷間ドラム回転強度(DI：150)を測定し、コークス強度（％）を求めた。
さらに、膨張圧の変化に伴うコークス押出し性の変化を一部の実施例で評価した。
【００３２】
この試験の評価は、石炭装入量300kg規模の試験コークス炉を使用し、コークス押出し時の押出し最大電流値の測定により実施した。
表１に試験に使用した各種石炭の性状を示す。
【００３３】
【表１】
0003812370.tif 000002
【００３４】
なお、以下の試験の目標コークス強度は80％以上、目標膨張圧は10kPa以下とした。
（実施例１）
表２に試験方法と試験結果を示す。
【００３５】
【表２】
0003812370.tif 000003
【００３６】
以下に試験結果の要約を示す。
試験番号１はＡ炭を100％充填した試験であるが、コークス強度は84.2％と目標を達成したものの、膨張圧は24.2kPaと高く両立できなかった。
【００３７】
試験番号２はＡ炭にＢ炭を15％混合充填した試験であるが、コークス強度は84.5％と目標を達成したものの、膨張圧は18.7kPaと高く両立できなかった。
試験番号３はＡ炭にＣ炭を15％混合充填した試験であるが、膨張圧は4.5kPaと低く目標を達成したものの、コークス強度は77.1％と低く両立できなかった。
【００３８】
試験番号４はＡ炭に石油ピッチを7％混合充填した試験であるが、コークス強度は85.0％と目標を達成し、しかも膨張圧は6.2kPaと低く両立できた。
試験番号５はＡ炭に廃プラスチックスを7％混合充填した試験であるが、コークス強度は83.6％と目標を達成し、しかも膨張圧は6.0kPaと低く両立できた。
【００３９】
試験番号６はＡ炭に粉コークスを7％混合充填した試験であるが、膨張圧は4.3kPaと低く目標を達成したものの、コークス強度は75.4％と低く両立できなかった。
【００４０】
なお、試験番号４および５で使用した石油系ピッチおよび廃プラスチックスは400℃において液体であり、試験番号６で使用した粉コークスは固体のままである。
【００４１】
上記試験から、炭化水素含有物として石油系ピッチおよび廃プラスチックスを石炭に混合するとコークス強度を80％以上とし、しかも膨張圧を10kPa以下とすることができることを確認した。
【００４２】
一方、試験番号１、５および６については、前述の石炭装入量300kg規模の試験コークス炉を使用して押出し性を評価した。なお、試験番号１の条件のときの押出し機の最大電流値を１００％とした相対値で試験番号５および６の押出し性を評価した。
【００４３】
試験番号５の条件のときには最大電流値が７９％と低くなり、押出し性が改善された。一方、試験番号６の条件のときには、最大電流値が試験番号１とほとんど同じであり、押出し性が改善されなかった。
【００４４】
（実施例２）
400℃における粘度が種々異なる石油ピッチを用いて、実施例1と同様の乾留試験を行った。
【００４５】
表３に試験方法と試験結果を示す。
なお、石油ピッチの粘度は、加熱重合条件を変更し調整した。
【００４６】
【表３】
0003812370.tif 000004
【００４７】
同表に示すように、400℃における液体の粘度が0.1Pa・s以下の石油ピッチを用いた場合には膨張圧を低レベルに維持できるのに対し、粘度が0.1Pa・s超となると目標膨張圧の10kPaを超えることがわかった。
【００４８】
（実施例３）
常温での安息角の異なる廃プラスチックスを用いて、実施例1と同様の乾留試験を行った。なお、試験に使用した廃プラスチックスの粘度は、全て400℃において0.01Pa・sであった。
【００４９】
表４に試験方法と試験結果を示す。
【００５０】
【表４】
0003812370.tif 000005
【００５１】
なお、A炭の安息角は31°であった。
同表に示すように、A炭の安息角31°より大きな安息角を有する廃プラスチックスを使用すると、A炭の安息角31°より小さな安息角を有する廃プラスチックスを使用する場合に比べて更に膨張圧を低レベルに維持できることがわかった。
【００５２】
（実施例４）
石油ピッチと廃棄プラスチック混合物とを質量比1:1で均一に混合したものを添加物として使用し、この添加物量と石炭含有水分量とを種々変更して実施例1と同様の乾留試験を行った。
【００５３】
表５に試験方法と試験結果を示す。
【００５４】
【表５】
0003812370.tif 000006
【００５５】
同表に示すように、水分含有量が5〜10％の場合には、添加物量が比較的少なくて膨張圧を低位に制御できることがわかった。
。
【００５６】
【発明の効果】
本発明により、コークス強度を低下させることなく、膨張圧を10kPa以内に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】石炭装入量30kg規模の膨張圧測定試験装置を概念的に示す側面図である。
【符号の説明】
１：容器、
２：加熱壁、
３：ヒータ、
４：ロードセル。
【図１】
0003812370.tif 000007