JP2010077368A - コ−クス製造用石炭の嵩密度向上方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コークス炉に装入される石炭の輸送ラインにおいて、輸送中の石炭に嵩密度向上剤を添加して石炭の嵩密度を向上させる方法において、嵩密度向上剤による嵩密度向上効果を有効に発揮させて効率的な処理を行う。
【解決手段】粒径３ｍｍ以下の粒分が７５％以上となるように粉砕された石炭に対して嵩密度向上剤を添加する。粉砕前と粉砕後では石炭の表面積が大きく異なり、粉砕により石炭新生面が発生した表面積の大きい石炭に嵩密度向上剤を添加した方が、効率的に石炭表面へ嵩密度向上剤を混合して作用させることが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、コ−クス製造用石炭の嵩密度向上方法に係り、特に、コークス炉に装入される石炭の輸送ラインにおいて、輸送中の石炭に嵩密度向上剤を添加して石炭の嵩密度を向上させる方法において、嵩密度向上剤による嵩密度向上効果を有効に発揮させて効率的な処理を行う方法に関する。

鉄鋼業界の好況に伴う粗鋼生産量の増大につれ、高炉原料の一つであるコ−クスの需要も増加の一途を辿っており、石炭を乾留して製造するコ−クスの生産性向上が求められている。

コークスの生産性向上の手段としては、コークス炉へ装入する石炭の嵩密度を向上させて、コークス炉への原料炭の装入量を増大させる方法が挙げられる。

従来、コークス製造用石炭の嵩密度向上方法としては、以下のような方法が開発されているが、いずれも十分に満足し得る効果は得られていない。

（１） 成型炭配合法：石炭を加圧成型したものを配合することにより、成型部分の嵩密度を向上させる方法。
この方法は、降雨時に石炭含水率が大きく上昇することによる嵩密度低下の問題がある。

（２） 石炭調湿法又はＤＡＰＳ法（微粉塊成炭配合法）：石炭を乾燥させて、石炭の水分含有量を低下させることにより嵩密度を上げる方法。
これらの方法では、乾燥による水分量の低減にも限界があり、しかも、いずれの方法においても、降雨時には石炭含水率は上昇し、嵩密度は低下するという問題がある。

（３） 重油等の鉱物油や廃油等のオイルを石炭に添加する方法。
この方法は、重油等の鉱物油や廃油等のオイルを石炭に添加し、石炭粒子間の滑りを促進することでコ−クス炉に装入する際の石炭の充填性(嵩密度)を向上させる方法であるが、高水分含有率の石炭に対しては十分な嵩密度向上効果が得られないという欠点がある。

（４） 石炭に嵩密度向上剤として界面活性剤を添加する方法（例えば特許文献１）。
この方法であれば、高水分含有率の石炭に対しても嵩密度向上効果を得ることができるが、従来法では、添加した嵩密度向上剤量に見合う嵩密度向上効果が得られているとは言いがたい。

なお、従来において、界面活性剤等の嵩密度向上剤は、粉砕機の上流側の輸送ラインにおいて、石炭に添加されている。
即ち、コ−クス製造用石炭をコークス炉に装入するための石炭の輸送ラインは、図１に示す如く、配合槽１からの配合石炭原料をベルトコンベアで粉砕機２に輸送し、この粉砕機２で粉砕した後、ベルトコンベアでコークス炉３に輸送されて装入される。また、図２に示す如く、粉砕機２からコークス炉３への輸送ラインに調湿炭設備４が設けられている場合もあるが、いずれの場合も、嵩密度向上剤は、図１，２のＡ点で示される粉砕機２の上流側のベルトコンベア上の石炭に対して添加されている。

これは、粉砕機２において石炭が粉砕される際に、その上流側のベルトコンベア上の石炭に添加された嵩密度向上剤が、粉砕機２内で石炭に対して十分に均一に混合されるという混合効果をねらったものであり、特許文献１にも粉砕処理が行われる前の原料炭に対して添加する旨の記載がある。
なお、図１，２において、Ｔはベルトコンベアの乗継部を示し、白矢印は輸送方向を示す。
特開２００７-６３４２０号公報

上述の如く、石炭に嵩密度向上剤を添加することにより、高含水率の石炭に対しても嵩密度向上効果を得ることができるが、従来法では嵩密度向上剤による嵩密度向上効果が十分に発揮されているとは言えず、同じ嵩密度向上剤を用いた場合であっても、その嵩密度向上効果をより一層有効に発揮させて、より少ない嵩密度向上剤添加量でより高い嵩密度向上効果を得る方法が望まれる。

従って、本発明は、コークス炉に装入される石炭の輸送ラインにおいて、輸送中の石炭に嵩密度向上剤を添加して石炭の嵩密度を向上させる方法において、嵩密度向上剤による嵩密度向上効果を有効に発揮させて効率的な処理を行う方法を提供することを目的とする。

本発明（請求項１）のコ−クス製造用石炭の嵩密度向上方法は、コークス炉に装入される石炭の輸送ラインにおいて、輸送中の石炭に嵩密度向上剤を添加して石炭の嵩密度を向上させる方法において、粒径３ｍｍ以下の粒分が７５％以上となるように粉砕された石炭に対して該嵩密度向上剤を添加することを特徴とする。

請求項２のコ−クス製造用石炭の嵩密度向上方法は、請求項１において、該嵩密度向上剤を、粉砕された石炭の輸送ラインの２ヶ所に添加することを特徴とする。

請求項３のコ−クス製造用石炭の嵩密度向上方法は、請求項１又は２において、該嵩密度向上剤は、有効成分濃度５〜１５重量％の水溶液であることを特徴とする。

請求項４のコ−クス製造用石炭の嵩密度向上方法は、請求項１ないし３のいずれか１項において、石炭を、配合槽および粉砕機を経てコークス炉に輸送する輸送ラインのうち、粉砕機の後段の輸送ラインにおいて、該嵩密度向上剤を添加することを特徴とする。

本発明によれば、粒径３ｍｍ以下の粒分（以下、この粒分を「−３ｍｍ粒分」と称す場合がある。）が７５％以上となるように粉砕された石炭に対して嵩密度向上剤を添加することにより、嵩密度向上剤による嵩密度向上効果を有効に発揮させることができる。このため、粉砕前の石炭に嵩密度向上剤を添加する従来法に比べて、同じ嵩密度向上剤添加量において石炭の嵩密度を大幅に向上させることができ、結果として嵩密度向上剤使用量の低減で処理コストの低減と生産性の向上を図ることができる。

本発明において、粉砕後の石炭に嵩密度向上剤を添加することにより、粉砕前の石炭に嵩密度向上剤を添加する場合に比べて優れた嵩密度向上効果が得られる理由は、次のように考えられる。

即ち、粉砕前と粉砕後では石炭の表面積が大きく異なり、粉砕により石炭新生面が発生した表面積の大きい石炭に嵩密度向上剤を添加した方が、効率的に石炭表面へ嵩密度向上剤を混合して作用させることが可能となる。

特に、粉砕後の石炭に対して２ヶ所で嵩密度向上剤を分割添加することにより、より一層優れた効果が得られるが、これは次の理由による。

即ち、１ヶ所で嵩密度向上剤を添加する場合は、石炭面に対して一方向からの薬剤添加となり、石炭の一面に薬剤を作用させることになるが、２ヶ所に分割して添加した場合には、石炭表面に対して薬剤が直接散布される面積が増え、石炭全体に嵩密度向上効果を発揮させ易い。また、石炭表面の親水部分に付着している水が、１ヶ所めで嵩密度向上剤が添加されることにより親水部分および疎水部分に広がり、水を媒体として嵩密度向上剤が石炭に広がり易い状態となり、２ヶ所目の嵩密度向上剤添加で、更に広がった水を媒体として石炭全体へ嵩密度向上剤が拡散するため、高い嵩密度向上効果を発揮させることができると考えられる。

以下に本発明のコ−クス製造用石炭の嵩密度向上方法の実施の形態を詳細に説明する。

本発明のコ−クス製造用石炭の嵩密度向上方法は、−３ｍｍ粒分が７５％以上となるように粉砕された石炭に対して嵩密度向上剤を添加するものであり、例えば、図１，２に示す実機石炭輸送ラインにおいて、例えば粉砕機２の下流側の輸送ラインのＢ点、或いはＢ点とＣ点又はＤ点とに嵩密度向上剤を添加することにより実施することができる。

即ち、本発明では、粉砕機２で粉砕された石炭が、コークス炉３に装入される前に嵩密度向上剤を添加するが、嵩密度向上剤添加後にベルトコンベアの乗継部や、調湿炭設備４のように、添加された嵩密度向上剤と石炭とに混合作用が働く部分の上流側に嵩密度向上剤を添加することが好ましい。

従って、粉砕機２の下流側の１ヶ所で嵩密度向上剤を添加する場合には、乗継部Ｔや調湿炭設備４の上流側で添加することが好ましく、図１，２に示すように、粉砕機２の出口部分のＢ点や調湿炭設備４の入口部分のＣ点のベルトコンベア上の石炭に嵩密度向上剤を添加することが好ましい。

また、粉砕機２の下流側の２ヶ所で嵩密度向上剤を添加する場合には、上記と同様の理由から、図１に示す如く、粉砕機２の出口部分のＢ点のベルトコンベア上の石炭に嵩密度向上剤を添加し（１ヶ所目の嵩密度向上剤添加点：以下「Ｎｏ．１添加点」と記載する場合がある。）、更に、次の乗継部Ｔやいくつかの乗継部Ｔを超えたＣ点又はＤ点で嵩密度向上剤を添加する（２ヶ所目の嵩密度向上剤点：以下「Ｎｏ．２添加点」と記載する場合がある。）ことが好ましい。

また、図２に示す如く、調湿炭設備４を有する輸送ラインにおいて、粉砕機２の出口部分のＢ点のベルトコンベア上の石炭に嵩密度向上剤を添加し（Ｎｏ．１添加点）、更に、調湿炭設備４の入口側のＣ点又は出口側のＤ点で嵩密度向上剤を添加することが好ましい（Ｎｏ．２添加点）。

このように、混合作用の大きい調湿炭設備４の上流側で嵩密度向上剤を添加することにより、調湿炭設備４内で石炭と嵩密度向上剤とを均一に混合して高い嵩密度向上効果を得ることができる。

なお、嵩密度向上剤は、調湿炭設備４の上流側のＣ点と、下流側のＤ点のベルトコンベア上の石炭に添加しても良く、この場合であっても、調湿炭設備４の下流側で添加された嵩密度向上剤は、その後段の乗継部Ｔにおいて、石炭と十分に混合され得る。

なお、本発明においては、粉砕機２の下流側の３ヶ所において嵩密度向上剤を添加しても良いが、過度に薬注点を増やすことは作業上好ましくなく、２ヶ所での薬注で十分な効果が得られることから、嵩密度向上剤は粉砕機２の下流側の１ヶ所又は２ヶ所に添加することが好ましい。

また、粉砕機２の下流側と粉砕機２の上流側とで嵩密度向上剤を添加することも考えられるが、後述の実施例６〜９に示されるように、粉砕機２の上流側での薬注は従来法と同様、嵩密度向上効果が低いため、粉砕機２の下流側のみで嵩密度向上剤を添加することが好ましい。

本発明において、嵩密度向上剤を添加する石炭の粉砕の程度は、−３ｍｍ粒分が７５％以上であれば良い。この−３ｍｍ粒分が７５％未満では、粉砕後の石炭に嵩密度向上剤を添加することによる本発明の効果を十分に得ることができない。ただし、嵩密度向上剤を添加する石炭の−３ｍｍ粒分が過度に高いと、その粉砕石炭自体の嵩密度が小さくなることにより、嵩密度向上剤による嵩密度向上効果が大きくても、十分に嵩密度を上げることができない場合がある。従って、嵩密度向上剤を添加する石炭の−３ｍｍ粒分は特に７５％以上で８５％以下であることが好ましい。なお、この石炭は、−３ｍｍ粒分がこの範囲であれば、その他の粒分の粒径に特に制限はないが、一般にコ−クス製造用石炭として提供される原料炭を−３ｍｍ粒分が７５〜８５％となるように粉砕機で粉砕して得られた石炭は、その他の粒分はほぼ粒径５ｍｍ以下におさまるものである。

なお、この石炭の水分含有率については特に制限はないが、７〜１５重量％程度であることが好ましい。

本発明において、石炭に添加する嵩密度向上剤としては特に制限はないが、界面活性剤が好ましく、例えば、ジアルキルスルホコハク酸（アルキル基の炭素数は８〜１６が好適である。）又はその塩（例えば、ナトリウム塩、アンモニウム塩、カリウム塩、トリエタノールアミン塩）、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩等のアニオン系界面活性剤や、ポリオキシエチレン（ＰＯＥ）付加重合物又はその塩等のノニオン系界面活性剤などを用いることができる。

これらは１種を単独で用いても良く、２種以上を混合して用いても良い。

このような嵩密度向上剤の添加量（２ヶ所で添加する場合はその合計の添加量）は、石炭に対する有効成分量として、０．００３〜０．１重量％、特に０．０２〜０．０５重量％とすることが好ましい。この添加量が少な過ぎると十分な嵩密度向上効果を得ることができず、多過ぎても嵩密度向上効果は頭打ちとなり徒に薬注量が増加して好ましくない。

また、嵩密度向上剤を２ヶ所で添加する場合、各々の嵩密度向上剤添加量については特に制限はなく、その後段の調湿炭設備の有無や乗継部の数によっても異なるが、通常の場合、１ヶ所目（Ｎｏ．１添加点）における嵩密度向上剤添加量と２ヶ所目（Ｎｏ．２添加点）における嵩密度向上剤添加量との比が、Ｎｏ．１添加点：Ｎｏ．２添加点＝３：１〜１：３（重量比）となるように添加することが好ましい。

前述の界面活性剤等の嵩密度向上剤は、水に希釈して水溶液として石炭に添加混合するが、石炭との混合性を十分に得る上で好ましく、この場合、有効成分の濃度として５〜１５重量％、特に８〜１２重量％の適度な濃度の水溶液として石炭に添加することが好ましい。この濃度が高過ぎると、希釈による石炭との混合性の向上効果が十分に得られず、低過ぎると水分が多くなることにより、コークス炉での乾留熱量増加や嵩密度向上効果の低下を引き起こす。

以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。

なお、以下において、嵩密度向上試験に用いた石炭及び嵩密度向上剤は以下の通りである。

［供試炭］
粒径分布として、粒径が３ｍｍを超えるものを４０％、粒径が１ｍｍを超え３ｍｍ以下のものを３５％、粒径が１ｍｍ以下のものを２５％含み（−３ｍｍ粒分：６０％）、水分含有率９重量％のコークス製造用石炭。

［嵩密度向上剤］
ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩
この嵩密度向上剤を石炭に添加するに当っては、以下のような濃度の水溶液よりなる薬剤ａ〜ｄを調製して用いた。
薬剤ａ：１０重量％濃度の水溶液
薬剤ｂ：３０重量％濃度の水溶液
薬剤ｃ：１５重量％濃度の水溶液
薬剤ｄ：７．５重量％濃度の水溶液

また、石炭又は嵩密度向上剤添加後の石炭の嵩密度の測定方法は次の通りである。
［嵩密度測定方法］
円筒状の１Ｌメスシリンダー（ガラス製）の上端部から石炭５００ｇを万遍なく均一に落下充填させた後、高さ１ｃｍからメスシリンダーを１回自然落下させ、落下後の体積を測定し、その体積と重量（５００ｇ）から嵩密度を計算した。
嵩密度向上率は下記式により算出した。

また、石炭に嵩密度向上剤を混合するためのミキサーとしては、実機におけるベルトコンベアー乗継部又は粉砕機内での混合を模擬するために、直径３０ｃｍ、奥行き１５ｃｍのドラムミキサー（６０ｒｐｍ）を用いた。

［実施例１〜３、比較例１，２：石炭の−３ｍｍ粒分の嵩密度向上効果に及ぼす影響を示す実施例と比較例］
供試炭を、ジューサーミキサーにより粉砕した石炭をふるい分けし、−３ｍｍ粒分が５０％，７０％，７５％，８０％，８５％となるようにそれぞれ粒度調整した。
各々の−３ｍｍ粒分の石炭上に、薬剤ａを石炭に対して有効成分の添加量として０．０５重量％となるようにスポイトで添加し、ドラムミキサーで３０秒撹拌した。
嵩密度向上剤添加前後の石炭の嵩密度と、嵩密度向上率を表１に示す。

表１より、石炭の粒度が細かくなると石炭そのものの嵩密度が低下するが、−３ｍｍ粒分が７５％以上に粉砕された石炭に嵩密度向上剤を適用すると、効率良く嵩密度が向上することが分かる。

［実施例４〜５：図１のＢ点で嵩密度向上剤を添加する場合を模擬する実施例］
実機にて、粉砕機で粉砕した後の石炭に嵩密度向上剤を添加し、この嵩密度向上剤がベルトコンベアー乗継部で混合される状態を模擬するために、まず、供試炭をジューサーミキサーを用いて、−３ｍｍ粒分が８０％となるように粉砕した。
この−３ｍｍ粒分８０％の供試炭に、薬剤ａを表２に示すＢ点添加量（石炭に対する有効成分添加量）となるようにスポイトで添加した後、ドラムミキサーで３０秒混合した。
嵩密度向上剤添加前後の石炭の嵩密度と、嵩密度向上率を表２に示す。

［実施例６〜９：図１のＡ点とＢ点で嵩密度向上剤を添加する場合を模擬する実施例］
実機にて、粉砕機で粉砕する前の石炭に嵩密度向上剤を添加し、その後粉砕機で粉砕する間にこの嵩密度向上剤が混合され、粉砕後に嵩密度向上剤を添加し、この嵩密度向上剤がベルトコンベアー乗継部で混合される状態を模擬するために、まず、供試炭に薬剤ａを表２に示すＡ点添加量（石炭に対する有効成分添加量）となるようにスポイトで添加した後、ジューサーミキサーを用いて、−３ｍｍ粒分が８０％となるように粉砕した。粉砕直後の石炭をドラムミキサーに入れ、薬剤ａを表２に示すＢ点添加量（石炭に対する有効成分添加量）となるようにスポイトで添加した後、ドラムミキサーで３０秒混合した。
嵩密度向上剤添加後の石炭の嵩密度と、嵩密度向上率を表２に示す。

［比較例３：図１のＡ点で嵩密度向上剤を添加する場合を模擬する比較例］
実機にて、粉砕機で粉砕する前の石炭に嵩密度向上剤を添加し、その後粉砕機で粉砕する間に、この嵩密度向上剤が混合される状態を模擬するために、まず、供試炭に薬剤ａを石炭に対して有効成分の添加量として０．０５重量％となるようにスポイトで添加した後、ジューサーミキサーを用いて、−３ｍｍ粒分が８０％となるように粉砕し、粉砕直後の石炭をドラムミキサーで３０秒混合した。
嵩密度向上剤添加前後の石炭の嵩密度と、嵩密度向上率を表２に示す。

なお、表２には実施例２の結果を併記した。

表２より、粉砕後の石炭に嵩密度向上剤を添加した方が、少ない薬注量で高い嵩密度向上効果が得られることが分かる。

［実施例１０，１１：図１のＢ点とＣ点で嵩密度向上剤を添加する場合を模擬する実施例］
実機にて、粉砕機で粉砕した後の石炭に２ヶ所で嵩密度向上剤を添加し、この嵩密度向上剤がそれぞれベルトコンベアー乗継部で混合される状態を模擬するために、まず、供試炭をジューサーミキサーを用いて、−３ｍｍ粒分が８０％となるように粉砕し、その後石炭に薬剤ａを表３に示すＢ点添加量（石炭に対する有効成分添加量）となるようにスポイトで添加した後、ドラムミキサーで１５秒混合し、一旦撹拌を止め、その後再び薬剤ａを表３に示すＣ点添加量（石炭に対する有効成分添加量）となるようにスポイトで添加した後、ドラムミキサーで１５秒混合した。
嵩密度向上剤添加前後の石炭の嵩密度と、嵩密度向上率を表３に示す。

なお、表３には、実施例２，４の結果を併記した。

表３より、粉砕後に２ヶ所で嵩密度向上剤を分割添加することにより、より一層優れた嵩密度向上効果が得られることが分かる。

［実施例１２〜１５：嵩密度向上剤の濃度の嵩密度向上効果に及ぼす影響を示す実施例］
実施例１０において、嵩密度向上剤として表４に示す薬剤を表４に示す添加量で添加したこと以外は同様にして嵩密度向上処理を行い、結果を表４に示した。

表４より、嵩密度向上剤の濃度には好適範囲があり、７．５、１０、１５重量％の際に嵩密度向上率が高く、特に１０重量％で良好な向上率を示していることが分かる。

石炭輸送ラインの構成例を示す模式図である。 石炭輸送ラインの他の構成例を示す模式図である。

符号の説明

１ 配合槽
２ 粉砕機
３ コークス炉
４ 調湿炭設備
Ｔ 乗継部

Claims (4)

1. コークス炉に装入される石炭の輸送ラインにおいて、輸送中の石炭に嵩密度向上剤を添加して石炭の嵩密度を向上させる方法において、粒径３ｍｍ以下の粒分が７５％以上となるように粉砕された石炭に対して該嵩密度向上剤を添加することを特徴とするコ−クス製造用石炭の嵩密度向上方法。
2. 請求項１において、該嵩密度向上剤を、粉砕された石炭の輸送ラインの２ヶ所に添加することを特徴とするコ−クス製造用石炭の嵩密度向上方法。
3. 請求項１又は２において、該嵩密度向上剤は、有効成分濃度５〜１５重量％の水溶液であることを特徴とするコ−クス製造用石炭の嵩密度向上方法。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、石炭を、配合槽および粉砕機を経てコークス炉に輸送する輸送ラインのうち、粉砕機の後段の輸送ラインにおいて、該嵩密度向上剤を添加することを特徴とするコ−クス製造用石炭の嵩密度向上方法。

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