(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非微粘結炭を４０〜６０ｗｔ％含む原料炭に、タールを２００〜３５０℃で蒸留してタール中のヘキサン可溶分を２０ｗｔ％以下、ヘキサンに不溶でトルエンに可溶な成分を４０〜８０ｗｔ％、トルエンに不溶な成分を残りの０〜４０ｗｔ％に調整したタール中の重質留分を添加して混合後、乾留することにより高強度の高炉用コークスを製造することを特徴とする粘結剤添加による高炉用コークス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉用コークス製造プロセスにおいて高強度のコークスを得るためのコークス製造方法を提示する。
【０００２】
【従来の技術】
室炉式コークス製造方法において、従来は、原料炭の構成は粘結性の高い粘結炭を約８０ｗｔ％以上と残りの前記原料炭中の約２０ｗｔ％以下を粘結性の低い非微粘結炭を配合した原料炭をコークス炉に装入して乾留することにより高炉用コークス原料炭を製造している。非微粘結炭は粘結炭に比べて埋蔵量が多く、価格が安価であるため、前記非微粘結炭の配合割合を増加させることにより原料炭の価格を低減させることが可能となる。そこで、従来より原料炭に粘結剤を添加して原料炭の粘結性を向上させることにより原料炭中の非微粘結炭の使用割合を増加させる方法の開発が実施されており、以下のような方法が提案されている。例えば、アスファルト等の石油系重質留分を原料炭に添加し石炭の粘結性を向上させることにより、粘結炭の配合割合を削減して非微粘結炭の配合割合を増加させ、良質なコークスを製造する方法が「石炭化学と工業」（三共出版（株）、昭和５２年版、ｐ．３１５）等に公表されている。しかし、アスファルトの単純添加では原料炭の流動性は向上するが、原料炭の膨張性が増加しないため、高強度の高炉用コークスが製造できないという問題点がある。
【０００３】
また、粘結性の劣る原料炭を用いて高強度のコークスを製造するために、例えば、石炭化学と工業（三共出版編、昭和５２年版、ｐ．２５３）に記載されているように、石炭を高温高圧下で液化反応させて得られる溶剤精製炭（またはＳＲＣという）をバインダーとして原料炭に添加する方法が提案されている。しかし、このＳＲＣ製造法は石炭液化反応プロセスの設備コストおよびランニングコストが非常に高いため、パイロットプラント規模の研究開発は終了しているものの、未だ実機化されていないのが現状である。
【０００４】
即ち、高炉用コークス製造原料炭のコストを低減させる方法として、安価で多量の粘結剤を安定的に製造する方法を確立し、良質な粘結剤を原料炭に添加することにより原料炭の粘結性を向上させ、原料炭中の非微粘結炭の使用割合を増加させる方法の開発が必要とされていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上の様に、原料炭に粘結剤を添加することにより、原料炭の粘結性を向上させ、原料炭中の非微粘結炭の使用割合を増加させ、高強度の高炉用コークスを製造する方法の開発が望まれていた。
【０００６】
本発明は高強度の高炉用コークスを製造するための粘結剤の改質方法、および粘結剤添加方法を提示することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、高炉用コークス製造方法に関する。より詳しく述べると、本発明は、非微粘結炭を４０〜６０ｗｔ％含む原料炭に、タールを２００〜３５０℃で蒸留してタール中のヘキサン可溶分を２０ｗｔ％以下、ヘキサンに不溶でトルエンに可溶な成分を４０〜８０ｗｔ％、トルエンに不溶な成分を残りの０〜４０ｗｔ％に調整したタール中の重質留分を添加して混合後、乾留することにより高強度の高炉用コークスを製造することを特徴とする粘結剤添加による高炉用コークス製造方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、その具体的内容について説明する。
【０００９】
図１は本発明に関わる高炉用コークス製造方法を示す図である。１はコークス炉、２はタール分離改質設備、３は原料炭と粘結剤の混合装置を各々示す。コークス炉１で乾留すると、コークスが約７０〜８０ｗｔ％、タールが約３〜５ｗｔ％、ガスが約１５〜２７ｗｔ％程度発生する。コークス炉１で発生したタールは蒸留設備２により軽質留分と重質留分に分離し、重質留分を混合設備３に送液する。ここで、軽質留分とは、ＢＴＸ等を主成分とするタール軽質油およびフェノール類、ナフタリン類等を主成分とするタール中質油を示しており、これらの成分は化学原料として付加価値の高いものである。これに対して重質留分とはクレオソート油、アントラセン油、中ピッチ等を主成分とするタール重質油を示す。原料炭は３ｍｍ以下の粒度が７５〜８０ｗｔ％程度以上となるように予め粒度調整しておく。原料炭と前記タール分離改質設備で分離したタール重質留分を混合設備３で混合した後、コークス炉１に装入して乾留し、コークスを製造する。
【００１０】
本発明者らは図１に示すようなコークス製造プロセスをシミュレート可能な乾留試験装置により、表１に示す性状の石炭を用いてコークスを製造する方法について検討した。タール中の成分は図２に示すようにヘキサン、トルエン、キノリンの各溶剤により分子量別に分離される。本明細書では、ヘキサン可溶分をオイル分、ヘキサンに不溶でトルエンに可溶な成分をγ（ガンマ）レジン、トルエンに不溶でキノリンに可溶な成分をβ（ベータ）レジン、キノリンに不溶な成分をα（アルファ）レジンとする。
【００１１】
【表１】
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【００１２】
本発明者らが鋭意検討した結果、タールを蒸留してタール中のオイル分を２０ｗｔ％以下に低下させ、γレジンを４０〜８０ｗｔ％、βレジンとαレジンの合計を残りの０〜４０ｗｔ％に調整したタール重質留分をタール分離改質留設備から回収して原料炭に添加することにより、原料炭の流動性、および膨張性を著しく向上させることが可能となる。この結果、装入炭中の非微粘結炭の使用割合を増加させても高強度の高炉用コークスを製造可能となることが判明した。
【００１３】
本発明者らがタールのみを原料炭に添加した場合と比べて、オイル分を２０ｗｔ％以下で、かつγレジンを４０〜８０ｗｔ％、βレジンとαレジンの合計を残りの０〜４０ｗｔ％に調整したタール重質留分を添加した方がコークス強度が著しく向上することが判明した。
【００１４】
この結果、本発明の方法によりタール分離改質設備より回収されるタール中のオイル分は高付加価値な化学原料として、タール重質留分は原料炭の粘結剤として有効に使用することにより大きなメリットを創出することが可能となる。
【００１５】
コークス炉で原料炭を乾留時に発生するタールからタール重質留分を安定的に分離回収する方法としては蒸留による方法が好ましく、蒸留方法としては、減圧蒸留方法、常圧蒸留方法、および溶剤抽出方法などが有るが、特に蒸留塔内のコーキングを防止する観点から減圧蒸留方法が好ましい。
【００１６】
そこで、減圧蒸留方法により、前述したようにＢＴＸ等を主成分とするオイル分を２０ｗｔ％以下、かつγレジンを４０〜８０ｗｔ％、βレジンとαレジンの合計が残りの０〜４０ｗｔ％含むタール重質留分を減圧蒸留設備から回収する方法が望ましい。
【００１７】
本発明者らは、タール分離改質設備により分離したオイル分が２０ｗｔ％以下、かつγレジンを４０〜８０ｗｔ％、およびβレジンとαレジンの合計を０〜４０ｗｔ％含むタール重質留分を原料炭に添加した場合の原料炭の流動性、および膨張性について調査した。
【００１８】
その結果、図３に一例を示すように、オイル分が２０ｗｔ％以下で、かつγレジンを４０〜８０ｗｔ％、およびβレジンとαレジンの合計を残りの０〜４０ｗｔ％含むタール重質留分を原料炭に添加した場合はオイル分が２０ｗｔ％超でγレジンを４０ｗｔ％未満含むタールを原料炭に添加した場合に比べて、原料炭の流動性の向上効果が著しく、かつ流動開始温度が低下するため、流動範囲が増加することが判明した。これは、即ち、原料炭の粘結性が向上していることを示すものである。
【００１９】
また、図４に一例を示すようにγレジンを４０〜８０ｗｔ％含むタール重質留分を原料炭に添加した場合はγレジンを４０ｗｔ％未満含むタールを原料炭に添加した場合と比べて、原料炭の膨張性は従来の１．５倍以上まで大幅に増加することが判明した。
【００２０】
さらに、本発明者らはタール分離改質設備により分離したタール中のγレジン含有量とコークス強度の関係について鋭意、調査検討した。この結果、図５に示すようにタール中のγレジンが４０ｗｔ％未満の場合に比べて、タール中のγレジンの含有量が４０ｗｔ％以上の場合はコークス強度が著しく向上することが判明した。
【００２１】
そこで、具体的に本技術を適用する方法について検討した。図１に本発明に関するコークス製造設備のフローを示す。コークス炉１で発生したタールを蒸留設備２で２００〜３５０℃で蒸留してタール中のヘキサン可溶分を２０ｗｔ％以下、ヘキサンに不溶でトルエンに可溶な成分を４０〜８０ｗｔ％、トルエンに不溶な成分を残りの０〜４０ｗｔ％に調整して得られるタール重質留分を得る。混合設備３で前記タール重質留分を原料炭に対して重量比で２〜１０ｗｔ％添加して混合後、コークス炉１で乾留する。原料炭は水分７％以下を含む５０〜１００℃の乾燥炭、あるいは水分７〜１２％を含む常温の湿炭のいずれでも良い。混合設備３で前記タール重質留分と混合した石炭を、コークス炉１で乾留してコークスを製造した。原料炭とタール重質留分の混合設備としては回転式ドラムミキサーおよび攪拌羽根付きミキサー等が好ましい。
【００２２】
この結果、非微粘結炭を４０〜６０ｗｔ％含む原料炭を用いても強度が高いコークスを製造することができる。
【００２３】
非微粘結炭の配合割合を増加させると石炭の粘結性が低下しコークス強度が低下するため、非微粘結炭の使用割合の上限は６０ｗｔ％とすることが好ましい。本発明でタール中の重質留分とは常圧での沸点が３００℃以上の成分を示す。本発明のタールは例えば、タール重質留分を添加した原料炭をコークス炉で乾留した際に発生するタールを原料として蒸留塔で蒸留して分離回収したものである。通常、コークス炉からのタールの発生量は対装入炭あたり、３〜４ｗｔ％程度であり、このうち重質留分は約６０〜７０ｗｔ％程度である。装入炭にタール重質留分を添加してコークス炉で乾留すると、前記タールのうち約４０〜６０ｗｔ％が再度タールとして回収される。即ち、装入炭に添加するタール量によって規定されるため、本発明者らが検討した結果、装入炭に対するタール重質留分の添加量は５ｗｔ％程度が好ましい。
【００２４】
本発明におけるコークス強度とはＪＩＳ  Ｋ  ２１５１  に記載されているドラム強度試験法により測定し、コークス試料を１５０回転後に１５ｍｍ篩上の残存した重量比で表したものを示す。
【００２５】
本発明において非微粘結炭とは粘結力指数（ＣＩ）が８０％以下の石炭を示す。粘結力指数（ＣＩ）とは石炭利用技術用語辞典（社団法人燃料協会編、昭和５８年版）ｐ．２５５に記載されているように０．２５ｍｍ以下の石炭１ｇに０．２５〜０．３０ｍｍの粉コークス９ｇを混ぜ、磁性るつぼで９００℃、７分間乾留した後、０．４２ｍｍでふるい分けし、ふるい上に残存した重量の百分率で表示する方法である。
【００２６】
また、石炭の流動性とはＪＩＳ  Ｍ  ８８０１  に記載されているギーセラープラストメーターにより測定した値である。
【００２７】
さらに、石炭の膨張性とはＪＩＳ  Ｍ  ８８０１  に記載されているディラトメーターにより測定した値である。
【００２８】
【実施例】
実施例−１
本発明の方法に従って表１に性状を示す非微粘結炭を４０ｗｔ％，粘結炭を６０ｗｔ％含む原料炭（Ｂ配合）にドラムミキサーでタール重質留分を１０ｗｔ％添加した後、コークス炉に装入して乾留した。原料炭は乾燥機で１５０℃に予熱し、水分を２．０％に調整したものを用いた。粘結剤を添加した原料炭をコークス炉の炉温１２００℃、１６時間で乾留した。原料炭に添加したタール重質留分は減圧蒸留塔により減圧蒸留塔の塔頂温度２５０℃、塔頂圧力２７０ｔｏｒｒで蒸留して前記減圧蒸留塔留底から流出した流出液で、オイル分の割合が４ｗｔ％でヘキサン不溶でトルエン可溶成分の割合が７９ｗｔ％で、ヘキサン不溶分が１７ｗｔ％のものである。
【００２９】
この結果、図５の（●）に示すように、得られたコークスの強度は８５．０％と高く、高強度のコークスが製造できた。
【００３０】
比較例−１
表１に性状を示す非微粘結炭を４０ｗｔ％，粘結炭を６０ｗｔ％含む原料炭（Ｂ配合）にドラムミキサーでオイル分が５６％でヘキサン不溶でトルエン可溶成分を３９％，およびヘキサン不溶分を５ｗｔ％含むタールを原料炭に対して１０ｗｔ％添加した後、コークス炉に装入して乾留した。原料炭は乾燥機で１５０℃に予熱し、水分を２．０％に調整したものを用いた。粘結剤を添加した原料炭をコークス炉の炉温１２００℃、１６時間で乾留した。この結果、図５の（○）に示すように、得られたコークスの強度は８３．５％と低い。
【００３１】
また、表１に性状を示す非微粘結炭を４０ｗｔ％，粘結炭を６０ｗｔ％含む原料炭（Ｂ配合）にドラムミキサーでオイル分が２３ｗｔ％でヘキサン不溶でトルエン可溶成分を２６ｗｔ％，およびヘキサン不溶分を５１ｗｔ％含むタール重質留分を原料炭に対して１０ｗｔ％添加した後、コークス炉に装入して乾留した。原料炭は乾燥機で１５０℃に予熱し、水分を２．０％に調整したものを用いた。粘結剤を添加した原料炭をコークス炉の炉温１２００℃、１６時間で乾留した。この結果、図５の（△）に示すように、得られたコークスの強度は８１．０％と低く、高炉用コークスとしての強度が不充分である。
【００３２】
実施例−２
本発明の方法に従って表１に性状を示す非微粘結炭を６０ｗｔ％，粘結炭を４０ｗｔ％含む原料炭（Ａ配合）にドラムミキサーでタール重質留分を１０％添加した後、コークス炉に装入して乾留した。原料炭は乾燥機で１５０℃に予熱し、水分を２．０％に調整したものを用いた。粘結剤を添加した原料炭をコークス炉の炉温１２００℃、１６時間で乾留した。原料炭に添加したタール重質留分は減圧蒸留塔により減圧蒸留塔の塔頂温度２５０℃、塔頂圧力２７０ｔｏｒｒで蒸留して前期減圧蒸留塔留底から流出した流出液で、オイル分が４％でヘキサン不溶でトルエン可溶成分の割合が７９％，およびヘキサン不溶分が１７ｗｔ％のものである。この結果、図６の（●）に示すように、得られたコークスの強度は８４．５％と高く、高強度のコークスが製造できた。
【００３３】
比較例−２
表１に性状を示す非微粘結炭を６０ｗｔ％，粘結炭を４０ｗｔ％含む原料炭（Ａ配合）にドラムミキサーでオイル分が５６％でヘキサン不溶でトルエン可溶成分を３９％、およびヘキサン不溶分を５ｗｔ％含むタールを原料炭に対して１０％ｗｔ添加した後、コークス炉に装入して乾留した。原料炭は乾燥機で１５０℃に予熱し、水分を２．０％に調整したものを用いた。粘結剤を添加した原料炭をコークス炉の炉温１２００℃、１６時間で乾留した。この結果、図６の（○）に示すように、得られたコークスの強度は８１．５％と低く、高炉用コークスとしての強度が不充分である。
【００３４】
また、表１に性状を示す非微粘結炭を４０ｗｔ％，粘結炭を６０ｗｔ％含む原料炭（Ａ配合）にドラムミキサーでオイル分が２３％でヘキサン不溶でトルエン可溶成分を２６％，およびヘキサン不溶分を５１ｗｔ％含むタール重質留分を原料炭に対して１０ｗｔ％添加した後、コークス炉に装入して乾留した。原料炭は乾燥機で１５０℃に予熱し、水分を２．０％に調整したものを用いた。粘結剤を添加した原料炭をコークス炉の炉温１２００℃、１６時間で乾留した。この結果、図６の（△）に示すように、得られたコークスの強度は７８．０％と低く、高炉用コークスとしての強度が不充分である。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、本発明により、高炉用コークス製造プロセスにおいて安価な非微粘結炭の使用割合を大幅に増加させ、高強度の高炉用コークスを製造することが可能となった。本発明の技術的、経済的な効果は非常に大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する高炉用コークス製造プロセスを示す図。
【図２】本発明を適用する蒸留設備におけるコールタールの区分を示す図。
【図３】γレジン添加時の原料炭の流動性向上効果を示す図。
【図４】γレジン添加時の原料炭の膨張性向上効果を示す図。
【図５】本発明を実施例１に適用した場合のγレジンの添加量に対するドラム強度の関係を示す図。
【図６】本発明を実施例２に適用した場合のγレジンの添加量に対するドラム強度の関係を示す図。
【符号の説明】
１：コークス炉
２：蒸留設備
３：混合設備
【図１】
0003816979.tif 000003
【図２】
0003816979.tif 000004
【図３】
0003816979.tif 000005
【図４】
0003816979.tif 000006
【図５】
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【図６】
0003816979.tif 000008