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技術 石炭成型燃料の製造方法および石炭成型燃料

出願人 宇部興産株式会社
発明者 山田記央虫合一浩工藤宏昭本郷孝寺田隆彦
出願日 2017年10月27日 (2年4ヶ月経過) 出願番号 2018-547777
公開日 2019年9月19日 (6ヶ月経過) 公開番号 WO2018-079706
状態 不明
技術分野
  • -
主要キーワード 中間貯蔵装置 角丸多角形 最大指示値 屋外貯蔵 板状成型体 単位時間当たり回転数 接触機器 研磨度合い
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (20)

課題・解決手段

低コストで所望の強度を有する石炭成型燃料の製造方法および石炭成型燃料を提供する。石炭成型燃料の製法方法は、石炭1を破砕する破砕工程10と、破砕工程10で破砕された石炭2を乾燥させる乾燥工程20と、乾燥工程20で乾燥した石炭3を粉砕して石炭粒子4を得る粉砕工程30と、粉砕工程30で得られた石炭粒子4を板状に成型する成型工程40と、成型工程40で得られた板状の中間成型体5を分断する分断工程50と、分断工程50で得られた分断物5aを研磨する研磨工程60と、研磨工程60で得られた中間研磨体9に含まれる粉末を除去する工程70と、を有する。粉砕工程30で得られる石炭粒子4の平均粒子径は10〜60μmである。研磨工程60で得られ、篩工程70で粉末が除去された研磨体100を石炭成型燃料とする。

概要

背景

従来、石炭原料とする燃料を得る技術として、低品位炭を油と混合してスラリーとし、このスラリーを加熱することにより石炭を脱水し、含水量を低下させた後に粉砕及び成型して固体燃料を得る技術が特許文献1に開示されている。特許文献2(WO2015/098935号公報)には、バインダー等を用いずに石炭のみを原料として石炭粒子を成型して得られる石炭成型燃料とその製造方法が開示されている。

概要

低コストで所望の強度を有する石炭成型燃料の製造方法および石炭成型燃料を提供する。石炭成型燃料の製法方法は、石炭1を破砕する破砕工程10と、破砕工程10で破砕された石炭2を乾燥させる乾燥工程20と、乾燥工程20で乾燥した石炭3を粉砕して石炭粒子4を得る粉砕工程30と、粉砕工程30で得られた石炭粒子4を板状に成型する成型工程40と、成型工程40で得られた板状の中間成型体5を分断する分断工程50と、分断工程50で得られた分断物5aを研磨する研磨工程60と、研磨工程60で得られた中間研磨体9に含まれる粉末を除去する工程70と、を有する。粉砕工程30で得られる石炭粒子4の平均粒子径は10〜60μmである。研磨工程60で得られ、篩工程70で粉末が除去された研磨体100を石炭成型燃料とする。

目的

本発明は、低コストで所望の強度を有する石炭成型燃料の製造方法および石炭成型燃料を提供する

効果

実績

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- 件

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請求項1

石炭破砕する破砕工程と、前記破砕工程で破砕された石炭を乾燥させる乾燥工程と、前記乾燥工程で乾燥した石炭を粉砕して石炭粒子を得る粉砕工程と、前記粉砕工程で得られた前記石炭粒子を板状に成型して板状の中間成型体を得る成型工程と、前記成型工程で得られた前記中間成型体を分断して板状の分断物を得る分断工程と、前記分断工程で得られた前記板状の分断物を研磨して、研磨体を含む中間研磨体を得る研磨工程と、前記研磨工程で得られた前記中間研磨体に含まれる粉末を除去する工程と、を有し、前記粉砕工程で得られる前記石炭粒子の平均粒子径は10〜60μmであって、前記研磨工程で得られ、前記篩工程で前記粉末が除去された前記研磨体を石炭成型燃料とすることを特徴とする石炭成型燃料の製造方法。

請求項2

請求項1に記載の石炭成型燃料の製造方法において、前記分断工程ではロールクラッシャを用いて前記中間成型体を分断することを特徴とする石炭成型燃料の製造方法。

請求項3

請求項1または2に記載の石炭成型燃料の製造方法において、前記研磨工程では、外筒と、前記外筒の内側に前記外筒に対して偏心して配置され、前記外筒に対して相対回転するロータとの間で前記板状の分断物を研磨することを特徴とする石炭成型燃料の製造方法。

請求項4

請求項1から3のいずれか一項に記載の石炭成型燃料の製造方法において、前記板状の中間成型体のかさ密度をDA、前記研磨体のかさ密度をDBとしたとき、DB/DA=1.1〜1.2であることを特徴とする石炭成型燃料の製造方法。

請求項5

石炭粒子の成型体から得られた石炭成型燃料であって、前記石炭粒子の平均粒子径が10〜60μmであり、水分が5〜20wt%、見掛密度が1.2〜1.4g/cm3、かさ密度が0.6〜0.9であり、かつ、平滑な成型面転写された平滑面、および破断面、の2種類の表面を有する第1破断片と、凹凸を有する成型面が転写された凹凸面、および破断面、の2種類の表面を有する第2破断片と、前記平滑面、前記凹凸面、および破断面、の3種類の表面を有する第3破断片と、表面は破断面のみである第4破断片と、のうちいずれか1種以上の混合物であることを特徴とする石炭成型燃料。

請求項6

請求項5に記載の石炭成型燃料において、前記第3破断片は、前記平滑面と前記凹凸面とが互いに対向する第3A破断片と、前記平滑面と前記凹凸面とが同一面内で隣接し、かつ、その対向面は破断面である第3B破断片と、を有し、前記第3A破断片における前記平滑面と前記凹凸面との厚みは4.0〜13.0mmであることを特徴とする石炭成型燃料。

請求項7

請求項5に記載の石炭成型燃料において、前記第1破断片は、前記平滑面同士が互いに対向する第1A破断片と、前記平滑面の対向面が前記破断面である第1B破断片と、を有し、前記第1A破断片における前記平滑面同士の厚みは2〜10mmであることを特徴とする石炭成型燃料。

技術分野

0001

本発明は、石炭粉砕後成型した石炭成型燃料の製造方法および石炭成型燃料に関する。

背景技術

0002

従来、石炭を原料とする燃料を得る技術として、低品位炭を油と混合してスラリーとし、このスラリーを加熱することにより石炭を脱水し、含水量を低下させた後に粉砕及び成型して固体燃料を得る技術が特許文献1に開示されている。特許文献2(WO2015/098935号公報)には、バインダー等を用いずに石炭のみを原料として石炭粒子を成型して得られる石炭成型燃料とその製造方法が開示されている。

先行技術

0003

特開2011−111529号公報
WO2015/098935号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、特許文献1に記載の技術では、石炭を油と混合してスラリーを作製することから、石炭以外の材料が必要となり、このことがコストアップを招いていた。また、成型後の固体燃料をハンドリングする際に固体燃料が崩れない程度の一定の強度が固体燃料に求められるが、特許文献1には固体燃料の強度について記載されていない。

0005

本発明は、低コストで所望の強度を有する石炭成型燃料の製造方法および石炭成型燃料を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0006

本発明の石炭成型燃料の製造方法は、石炭を破砕する破砕工程と、
前記破砕工程で破砕された石炭を乾燥させる乾燥工程と、
前記乾燥工程で乾燥した石炭を粉砕して石炭粒子を得る粉砕工程と、
前記粉砕工程で得られた前記石炭粒子を板状に成型して板状の中間成型体を得る成型工程と、
前記成型工程で得られた前記中間成型体を分断して板状の分断物を得る分断工程と、
前記分断工程で得られた前記板状の分断物を研磨して、研磨体を含む中間研磨体を得る研磨工程と、
前記研磨工程で得られた前記中間研磨体に含まれる粉末を除去する工程と、
を有し、
前記粉砕工程で得られる前記石炭粒子の平均粒子径は10〜60μmであって、
前記研磨工程で得られ、前記篩工程で前記粉末が除去された前記研磨体を石炭成型燃料とすること
を特徴とする。

0007

また、本発明の石炭成型燃料は、石炭粒子の成型体から得られた石炭成型燃料であって、
前記石炭粒子の平均粒子径が10〜60μmであり、
水分が5〜20wt%、見掛密度が1.2〜1.4g/cm3、かさ密度が0.6〜0.9であり、かつ、
平滑な成型面転写された平滑面、および破断面、の2種類の表面を有する第1破断片と、
凹凸を有する成型面が転写された凹凸面、および破断面、の2種類の表面を有する第2破断片と、
前記平滑面、前記凹凸面、および破断面、の3種類の表面を有する第3破断片と、
表面は破断面のみである第4破断片と、
のうちいずれか1種以上の混合物であること
を特徴とする。

発明の効果

0008

本発明の1態様によれば、低コストで所望の強度を有する石炭成型燃料を提供することができる。

図面の簡単な説明

0009

本発明の実施形態1による石炭成型燃料の製造工程を示す図である。
成型工程で好適に用いることのできるブリケットマシンの模式図である。
ブリケットマシンのロール表面に形成される溝の配列パターンの他の例を示す図である。
図1−1に示す分断工程で好適に用いることのできるロールクラッシャの模式図である。
図1−1に示す研磨工程で好適に用いることのできる研磨機の模式図である。
第1破断片の断面を模式的に示す図である。
第2破断片の断面を模式的に示す図である。
第3破断片の断面を模式的に示す図である。
第4破断片の断面を模式的に示す図である。
本発明の実施形態2による石炭成型燃料の製造工程を示す図である。
実施例で製造した研磨体(石炭成型燃料)を示す写真画像である。
実施例で製造した研磨体(石炭成型燃料;写真右)と、研磨工程後、篩工程前の中間研磨体(写真左)を示す写真画像である。
実施例1−1〜実施例1−4および比較例1の成型工程で用いたブリケットマシンのロール表面に形成されたロールポケット(形状A)の断面形状を示す図である。
図1−8Aに示すロールポケット(形状A)の平面形状を示す図である。
実施例1−1〜実施例1−4および比較例1において、成型工程で用いたブリケットマシンのロール表面に形成されたロールポケット(形状B)の断面形状を示す図である。
図1−8Cに示すロールポケット(形状B)の平面形状を示す図である。
実施例1−1〜実施例1−4および比較例1において、石炭の自然発熱指数を求めるのに使用した試験装置の構成を示す図である。
実施例1−1〜実施例1−4および比較例1における、研磨工程での処理時間と自然発熱指数との関係を示すグラフである。
実施例1−1〜実施例1−4および比較例1において、篩工程での収率と自然発熱指数との関係を示すグラフである。
実施形態B1における改質炭製品100)の製造工程を示す図である。
実施形態B2における改質炭(製品200)の製造工程を示す図である。
成型工程で好適に用いることのできるブリケットマシンの模式図である。
実施例の成型工程で用いたブリケットマシンのロール表面に形成されたロールポケット(形状A)の断面形状を示す図(a)と平面形状を示す図(b)である。
実施例の成型工程で用いたブリケットマシンのロール表面に形成されたロールポケット(形状B)の断面形状を示す図(a)と平面形状を示す図(b)である。
実施例における、養生日数水中浸漬7日目の水分との関係を示す図である。
実施例における、養生日数と水中浸漬前の成型体の厚みとの関係を示す図である。
実施例における、養生日数と水中に7日間浸漬した後の成型体の膨張率との関係を示す図である。
パートCの発明の一形態に係る改質炭の製造方法を示す図である。
ブリケットマシンの構成を模式的に示す図である。
ロール表面に形成される凹部(ポケット)の形状と、成型された成型体の形状を模式的に示す図である。
実施形態D1における石炭成型燃料の製造工程を示す図である。
実施形態D2における石炭成型燃料の製造工程を示す図である。
成型工程で好適に用いることのできるコンパクタの模式図である。
成型工程で好適に用いることのできるブリケットマシンの模式図である。
実施例および参考例において、石炭の自然発熱指数を求めるのに使用した試験装置の構成を示す図である。
実施例D1の第2破砕物と、参考例D1の第2破砕物の積算篩通過率を示す図である。
パートEの発明の一実施形態による石炭成型体の製造工程を示す図である。
成型工程で好適に用いることのできるブリケットマシンの模式図である。
ブリケットマシンのロール表面に形成されるロールポケットの一例の平面図である。
図5−3Aに示すロールポケットの断面形状を示す図である。
ブリケットマシンのロール表面に形成される溝の配列パターンの一例を示す図である。
パートFの発明の実施形態F1による石炭成型燃料の製造工程を示す図である。
図6−1に示す成型工程で用いることのできる回転式成型機の一例の模式図である。
回転式成型機のロール表面に形成されるロールポケットの一例の平面図である。
図6−2Aに示すロールポケットの断面形状を示す図である。
回転式成型機のロール表面に形成される溝の配列パターンの一例を示す図である。
図6−1に示す成型工程で用いることのできる回転式成型機の他の例の模式図である。
図6−1に示す成型工程で用いることのできるピストン式圧縮成型機の一例の模式図である。
パートFの発明の実施形態F2による石炭成型燃料の製造工程を示す図である。
実施例F2および3における引張強度測定方法を説明する図である。
実施例F2および3における、成型工程入口温度と引張強度との関係を示すグラフである。
実施例F2および3における、成型工程入口温度と見掛密度との関係を示すグラフである。
実施例F5における、全水分と浸漬水分との関係を示すグラフである。
実施形態Gにおけるプロセスフローである。
第1成型工程および第2成型工程におけるポケット形状の一例である。
第3成型工程におけるポケット形状の一例である。
自然発熱性を評価する装置の一例である。
かさ密度測定方法を示す図である。
改質炭混合体における大粒改質炭の質量比率カロリー密度との関係である。
改質炭混合体における大粒改質炭の質量比率と自然発熱性との関係である。

0010

上記に係る発明を以下のパートAで説明し、その他の発明をパートB〜パートGで説明する。説明は、パートごとに独立しているが、そのパートの発明の趣旨に矛盾しない限り、他のパートの開示事項を参照してもよく、また各パートの発明を組み合わせることもできる。符合については、パートごとに異なる部材や要素を示している場合がある。パートAにおいて、「本発明」はパートAの発明を意味する。

0011

<<パートA>>
前述のとおり、パートAに係る発明の石炭成型燃料の製造方法は、石炭を破砕する破砕工程と、
前記破砕工程で破砕された石炭を乾燥させる乾燥工程と、
前記乾燥工程で乾燥した石炭を粉砕して石炭粒子を得る粉砕工程と、
前記粉砕工程で得られた前記石炭粒子を板状に成型して板状の中間成型体を得る成型工程と、
前記成型工程で得られた前記中間成型体を分断して板状の分断物を得る分断工程と、
前記分断工程で得られた前記板状の分断物を研磨して、研磨体を含む中間研磨体を得る研磨工程と、
前記研磨工程で得られた前記中間研磨体に含まれる粉末を除去する篩工程と、
を有し、
前記粉砕工程で得られる前記石炭粒子の平均粒子径は10〜60μmであって、
前記研磨工程で得られ、前記篩工程で前記粉末が除去された前記研磨体を石炭成型燃料とすること
を特徴とする。

0012

また、パートAの発明の石炭成型燃料は、石炭粒子の成型体から得られた石炭成型燃料であって、
前記石炭粒子の平均粒子径が10〜60μmであり、
水分が5〜20wt%、見掛密度が1.2〜1.4g/cm3、かさ密度が0.6〜0.9であり、かつ、
平滑な成型面が転写された平滑面、および破断面、の2種類の表面を有する第1破断片と、
凹凸を有する成型面が転写された凹凸面、および破断面、の2種類の表面を有する第2破断片と、
前記平滑面、前記凹凸面、および破断面、の3種類の表面を有する第3破断片と、
表面は破断面のみである第4破断片と、
のうちいずれか1種以上の混合物であること
を特徴とする。

0013

パートAの発明によれば、低コストで所望の強度を有する石炭成型燃料を提供することができる。

0014

[実施形態1]
図1−1を参照すると、本発明の実施形態1による石炭成型燃料の製造工程が示されている。実施形態1では、石炭成型燃料の製造工程は、破砕工程10、乾燥工程20、粉砕工程30、成型工程40、分断工程50、研磨工程60および篩工程70を経て得られた研磨体100を石炭成型燃料とする。

0015

原料となる石炭1としては、水分が25wt%以上の褐炭または亜瀝青炭を用いることができる。好ましくは水分30wt%以上の褐炭を用いることができる。石炭成型燃料の一連の製造工程において、原料として用いられるものは石炭のみであり、バインダー等の添加物は使用されない。バインダー等の添加物の使用はコストアップの要因となる。しかし、本形態ではバインダーを添加せず石炭のみを用いるため、低コストで石炭成型燃料を得ることができる。

0016

破砕工程10では、ジョークラッシャまたはハンマークラッシャ等の適宜の破砕手段を用いて、この石炭1を破砕して、破砕済みの石炭2を得る。得られた破砕済みの石炭2は、乾燥工程20に供給される。破砕工程10では、後の粉砕工程30で用いるボールミル等に投入できる大きさまで石炭1が粉砕されればよく、特に限定されないが、破砕済みの石炭2の大きさは、最大粒子径が、好ましくは70mm以下、より好ましくは50mm以下、さらに好ましくは20mm以下であり、特に好ましくは平均粒子径が1mm〜20mmである。ここで、破砕工程10により破砕された石炭の平均粒子径は、JIS M 8801−4の「5.粒度試験方法」に基づいて測定し、各篩目開きの通過篩質量百分率を求め、通過篩質量百分率が50%となる粒子径を平均粒子径とする。

0017

乾燥工程20では、破砕済みの石炭2を、間接乾燥機等の適宜の乾燥機を用いて乾燥させ、乾燥済みの石炭3を得る。得られた乾燥済みの石炭3は、粉砕工程30に供給される。間接乾燥機としては、例えばスチームチューブドライヤを用いることができる。固体燃料の製造では、大量処理が要求されるため、伝熱面積が大きく大量の乾燥処理が可能なスチームチューブドライヤは、乾燥工程20で用いる乾燥機として好適である。

0018

粉砕工程30では、適宜の粉砕機により乾燥済みの石炭3を粉砕して石炭粒子4を得る。得られた石炭粒子4は、成型工程40に供給される。粉砕機としては、乾式粉砕または乾燥粉砕方式の粉砕機を好ましく用いることができ、その中でも特に、微粉砕が可能であり、かつ、大量処理に適したボールミルやロールミルを好ましく用いることができる。固体燃料の製造では、乾燥工程20と同様、粉砕工程30においても大量処理が要求されるからである。

0019

粉砕工程30で得られる石炭粒子4の平均粒子径は、10〜60μmであり、好ましくは10〜50μm、より好ましくは10〜30μmである。石炭粒子4の平均粒子径は、レーザー回折散乱法によって得られる粒度分布メディアン径で与えられる。なお、本明細書において、「石炭粒子」とは、粉砕工程30により粉砕された石炭粒子4を意味する。

0020

粉砕工程30において得られる石炭粒子4の平均粒子径を上記の範囲とすることにより、第1成型工程40において微細な石炭粒子4を成型する際に型(例えばロールポケット)への充填率が増大し、得られる中間成型体5の密度を向上させて所望の強度を得ることができる。

0021

なお、ボールミルおよびローラミルは、粉砕と同時に乾燥をも行えるため、粉砕工程30においてボールミルあるいはローラミルによる乾燥を行うこともできる。ただし、ボールミルおよびローラミルでの乾燥能力では破砕された石炭2を十分に乾燥させることは困難であるため、本形態では粉砕工程30の前に乾燥工程20を設けて、十分に乾燥した石炭粒子4を得ている。

0022

成型工程40では、成型機により石炭粒子4を板状に成型することを含む。成型機は、原料を加圧成型する成型手段と、成型手段へ原料を供給する供給手段とを有する。このような成型機としては、例えば、ブリケットマシンを用いることができる。図1−2に、成型工程40において好適に用いることのできるブリケットマシンの模式図を示す。図1−2に示すブリケットマシンは、垂直供給方式のブリケットマシンであり、成型手段である一対のロール41と、一対のロール41の上方に配置されて、一対のロール41の間に原料である石炭粒子4を供給する供給手段42と、を有する。供給手段42は、石炭粒子4が供給されるホッパおよびホッパ内の石炭粒子4を下方へ送るスクリュフィーダ等を有している。一対のロール41は、それぞれ適宜の駆動手段で駆動される回転軸を有している。回転軸は、水平方向に延び、かつ、水平方向に間隔をあけて互いに平行に配置されている。また、一対のロール41は隙間をあけて配置されている。ロール41の上方からこの隙間に供給された石炭粒子4を、ロール41の回転駆動によって加圧しながら下方へ送ることで、石炭粒子4の加圧により形成された板状の成型体および加圧されずにロール41間から漏れた石炭粒子4などを含む中間成型体5が得られる。

0023

一対のロール41間の隙間(クリアランス)は、広すぎると、ロール41間からの石炭粒子4の漏れや圧力分散が発生しやすくなり、得られる成型体の密度および強度の低下、並びに収率低下につながる。よって、ロール41間の隙間は3mm以下であることが好ましい。ロール41間の隙間を3mm以下とすることで、十分な強度が確保された板状の中間成型体5を得ることができる。

0024

また、一対のロール41のうち少なくとも一方のロール41の表面には、凹凸が形成されていることが好ましい。これにより、ロール41間に供給された石炭粒子4がロール41の表面から滑り落ちるのが抑制され、石炭粒子4をロール41間に良好に保持することができる。また、凹凸を形成することにより、凹部内にも石炭粒子4が充填されるため、単位時間当たりの処理量を多くすることができる。なお、ロール41の表面に凹凸を有する場合、得られる成型体の表面形状は、ロール41の表面の凹凸が転写される。

0025

ロール41の表面に形成される凹凸の形態は特に限定されず、例えば、ロールポケット(凹部)、溝およびこれらの組み合わせであってよい。

0026

凹凸がロールポケットで形成される場合、ロールポケットの形状は任意とすることができる。

0027

また、凹凸が溝で形成される場合、溝の幅、深さ、配列等は任意とすることができる。溝はロール41の軸方向に対し平行、直交であってもよいし、傾斜していてもよい。図1−3には、ロール41の軸方向Aに平行な複数の溝を配列した例を示す。

0028

分断工程50では、成型工程40で得られた中間成型体5を分断して板状の成型体分断物5aを得る。分断工程50は、成型工程40で得られた板状の中間成型体5を石炭成型燃料として使用するのに適当なサイズに分断することを主たる目的とする。したがって、分断工程50では過度な粉砕および粉化が抑制されるように分断を行う。

0029

分断工程50においても、上述した破砕工程と同様、適宜の破砕機を用いることができる。その中でも特に、本形態ではロールクラッシャを好ましく用いることができる。ロールクラッシャは、例えば図1−4Aに示すように、互いに間隔をあけて対向配置された一対のロール51を有しており、各ロール51の表面には多数の突起が形成されている。適宜の駆動手段で一対のロール51を回転させながら、板状の中間成型体5をロール51の間に供給することで、中間成型体5はロール51の突起によるせん断力を受け、これによって中間成型体5が分断される。ロールクラッシャは、一対のロール51が適度な間隔をあけて配置されているため、過度な粉砕および粉化が抑制され、板状の中間成型体5を効率的に分断することができる。

0030

分断工程50で得られた成型体分断物5aは研磨工程60で研磨され、中間研磨体9を得る。中間研磨体9は、研磨工程60で研磨された研磨体100および石炭の粉末を含んでいる。中間研磨体9に含まれる石炭の粉末は篩工程70で除去され、これにより得られた研磨体100を石炭成型燃料とする。中間研磨体9に含まれる粉末は、成型工程40において成型されずに成型機を通過した石炭粒子4、分断工程50によって生じた石炭の微細な欠片および研磨工程60で生じた研磨粉などを含む。

0031

研磨工程60は、分断工程50で分断された成型体分断物5aを研磨する工程であるが、ここでいう研磨とは、板状の成型体分断物5aに含まれる低強度(低密度)の成型体の部分を削り落とす処理を意味し、一般的な、表面を平滑にする処理とは異なる。

0032

研磨工程60で好ましく用いることのできる研磨機は、上記のように成型体分断物5aに含まれる低強度(低密度)の成型体の部分を削り落とすことができるものであれば特に限定されず、例えば、図1−4Bに示すような、外筒61とロータ62とを有し、これら外筒61とロータ62との間で磨砕を行う磨砕機を研磨機として用いることができる。

0033

ロータ62は、外筒61の内側に外筒61に対して偏心して配置される。外筒61およびロータ62は、少なくとも一方が回転され、これにより外筒61とロータ62とが相対回転する。効率的な処理のためには外筒61とロータ62との相対回転速度が大きいほうが好ましく、大きな相対回転速度を得るためには、外筒61とロータ62とは、図1−4Bに矢印で示すように互いに反対方向に回転されることが好ましい。また、外筒61の内面およびロータ62の外面には、それぞれ多数の突起が形成されている。

0034

上記の研磨機によれば、外筒61とロータ62とが偏心して配置されているため、外筒61とロータ62とが相対回転することによって両者間で成型体分断物5aが圧縮され、また、成型体分断物5a同士のすりもみ作用が促進される。その結果、成型体分断物5aに含まれる低強度(低密度)の成型体の部分を比較的選択的に削り落とすことができる。また、外筒61とロータ62とが互いに反対方向に回転されるようにすることで、研磨処理の時間を短縮することができる。

0035

研磨工程60によって得られた中間研磨体9は篩工程70を経て粉末が除去され、残った研磨体100を石炭成型燃料として得る。篩工程70では、振動篩機を用いることができる。振動篩機としては、円形篩機トロンメル篩機などを使用で、それらの中でも特に、連続・大量処理できるものが好ましい。

0036

得られた研磨体100の見掛密度1.2〜1.4g/cm3であり、かさ密度は0.6〜0.9である。研磨体100の水分は、5〜20wt%、好ましくは8〜18wt%、より好ましくは10〜17wt%である。この水分は、石炭粒子4の水分に由来するものである。ここで、見掛密度は、JIS Z 8807の「8.液中ひょう量法による密度及び比重の測定方法」に基づいて測定した値である。

0037

かさ密度は、容積既知である2〜5L程度の容器試料をすり切り充填し、充填した試料の質量および容器の容積から、下記式1にて算出した。なお、粗充填と密充填では容器に投入する方法が異なる。粗充填は、容器に投入する際、極力試料を圧密させないように充填し、密充填は、容器をタッピングしながら充填した。タッピングの回数は10回とした。
かさ密度=充填した試料の質量÷容器の容積 (式1)

0038

水分は、JIS M 8820−0の「石炭類の全水分測定方法」に基づいて測定した値である。

0039

石炭粒子4由来の水分は成型工程40において結合材役割を果たすため、研磨体100の水分を上記の範囲に調整することにより、別途結合材やバインダー等を添加することなく効率的な成型が可能となる。特に、成型工程40に用いる石炭粒子4の水分含有量が、5〜20wt%であることが好ましく、8〜18wt%であることがより好ましく、10〜17wt%であることがさらに好ましい。

0040

本形態では、石炭粒子4の平均粒子径が10〜60μmと微細であるため、成型時にブリケットマシンのロールポケットや溝への石炭粒子4の充填率が増加する。これにより中間成型体5の密度が向上し、中間成型体5の強度アップに寄与する。このことは、中間成型体5を開始点として最終的に得られる研磨体100にも反映され、結果的に、石炭成型燃料として用いられる研磨体100の強度アップに寄与する。

0041

また、石炭1に含まれる水分を結合材として使用し、好適な水分範囲である5〜20wt%にするとともに、研磨体100の密度を規定することにより、さらに好ましくは研磨体100のサイズおよび重量も規定し、研磨体100の圧壊強度極大となる領域に調整することが可能となる、よって、石炭成型燃料として研磨体100を用いる際に、運搬時の粉化を低減してハンドリング性を向上させることができる。また、粉砕した後に成型することで比表面積も低下し、石炭成型燃料の貯蔵時の発火を低減することができる。さらに、この研磨体100を得る製造プロセスでは全て公知の機械・装置を用いており、また、熱水等も必要としないため、コスト低減を図ることができる。

0042

上述のとおり本形態ではバインダーを用いずに研磨体100を得る。石炭粒子4の粒子径と水分、および研磨体100の密度を上記の範囲に規定することにより、別途バインダーを添加することなく、低コストで研磨体100の強度を所望の値とすることができる。

0043

密度、特にかさ密度に関し、板状の中間成型体5のかさ密度をDA、研磨体100のかさ密度をDBとしたとき、
DB/DA=1.0〜2.3
となるように、成型工程40および研磨工程60での処理条件が調整されることが好ましい。中間成型体5と研磨体100とのかさ密度比をこの範囲とすることで、粉化性、自然発火性が抑制された研磨体100(石炭成型燃料)のハンドリング性・輸送コスト削減と歩留まり両立を図ることができる。

0044

ここで、成型工程40において用いる成型機がスクリュ式の供給手段を有する場合など、成型手段へ原料(本形態では石炭粒子4)を供給する際に、場所によって原料の供給圧力分布にばらつきが生じる。この供給圧力分布のばらつきは中間成型体5の機械的強度に影響を及ぼし、中間成型体5は、その後の分断工程50によって強度の弱い部分で分断され、さらに次の研磨工程60によって強度の弱い部分が削り落とされる。したがって、最終的に石炭形成燃料として得られる研磨体100は、高い機械的強度を有する。

0045

また、成型工程40で得られた中間成型体5は、その後の分断工程50および研磨工程60を経ることによってランダムな形状とされる。しかし、石炭成型燃料は火力発電所にて再度微粉砕されるため、ブリケットのようにすべてが一様な形状である必要はなく、ハンドリング可能な程度の形状を保っていればランダムな形状が混在していてもよい。

0046

しかも、成型工程40では原料を板状に成型しており、これによって、ブリケットなど一様な形状とする場合に比べて成型圧を低減することができる。成型圧を低減できるということは、より少ないエネルギーで成型することができるということであり、結果的に低コストの石炭成型燃料を得ることができる。一方、ハンドリング中に割れることなく一様な形状を維持しうる強度を有する成型体を得ることも可能である。しかし、そのためには高い成型圧で成型したり原料にバインダーを添加したりすることが必要になり、結果的に石炭成型燃料のコストアップを招く。

0047

上より、上述した一連の工程を経て石炭成型燃料として得られた研磨体100は、石炭粒子4の成型体から得られた、以下の第1〜第4破断片のうちいずれか1種以上の混合物であるということができる。第1〜第4破断片を図1−5A〜図1−5Dに示す。それらの混合物である研磨体100の外観は、後述する研磨体200と同様である(図1−7A参照)。平滑面、凹凸面、破断面については後述する。

0048

第1破断片:図1−5Aに示すように、平滑な成型面が転写された平滑面101および破断面103の2種類の表面を有する。
第2破断片:図1−5Bに示すように、凹凸を有する成型面が転写された凹凸面102および破断面103の2種類の表面を有する。
第3破断片:図1−5Cに示すように、上記平滑面101、上記凹凸面102および破断面103の3種類の表面を有する。
第4破断片:図1−5Dに示すように、表面は破断面103のみである。

0049

また、第3破断片は、
平滑面101と凹凸面102とが互いに対向する第3A破断片と、
平滑面101と凹凸面102とが同一平面内で隣接し、かつ、その対向面が破断面である第3B破断片と、
を有していてもよい。この場合、第3A破断片は、平滑面と凹凸面との厚みが4.0〜13.0mmであることが好ましい。

0050

第3A破断片の厚みは、研磨体100の最大厚みを反映している。厚みがこの範囲を超えると、石炭成型燃料としての機械的強度が確保できなくなるおそれがあり、また、厚みがこの範囲よりも薄いと、成型効率が低下する。この範囲内であれば、バインダーを添加することなく、かつ、成型工程40における成型圧を過度に高めることなくハンドリング可能な研磨体100を得ることができる。

0051

また、第1破断片は、
平滑面101同士が互いに対向する第1A破断片と、
平滑面101の対向面が破断面103である第1B破断片と、
を有していてもよい。この場合、第1A破断片は、平滑面101同士の厚みが2〜10mmであることが好ましい。

0052

第1A破断片の厚みは、研磨体100のうち凹凸が形成されていない成型手段で挟まれた部分の厚み、例えば、成型手段が、表面が平滑な一対のロールを有している場合はそのロールのクリアランスに対応する。厚みがこの範囲を超えると、石炭成型燃料としての機械的強度が確保できなくなるおそれがあり、また、厚みがこの範囲よりも薄いと、成型効率が低下する。この範囲内であれば、バインダーを添加することなく、かつ、成型工程40における成型圧を過度に高めることなくハンドリング可能な研磨体100を得ることができる。

0053

上記のことは、成型工程40を経た後の板状の中間成型体5についてもいうことができる。板状の中間成型体5は、その後のハンドリング等によって割れることがあり、しかも、板状の中間成型体5はその後の工程(分断工程50)で分断されるため、成型後の形状を維持している必要はないからである。

0054

すなわち、中間成型体5も、上記の第1破断片〜第4破断片のうちいずれか1種以上の混合物であるということができる。また、第3破断片が第3A破断片と第3B破断片とを有していてもよいことや、第1破断片が第1A破断片と第1B破断片とを有していてもよいことも、研磨体100と同様である。さらに、上記の破断片が、対向する2つの平滑面を有する場合、これら平滑面同士の厚みは2〜10mmであることが好ましい。

0055

さらに、中間成型体5の水分および見掛密度も研磨体100と同様であり、中間成型体5の水分は5〜20wt%、見掛密度は1.2〜1.4g/cm3である。ただし、中間成型体5は、その後の研磨工程60を経ていないため、研磨体100と比較してかさ密度は小さく、中間成型体5のかさ密度は0.4〜0.6g/cm3である。

0056

ここで、「平滑面」とは、成型工程40における成型の際に、成型手段の表面、例えばロールの表面のうち凹凸が形成されていない部位が加圧されることによって成型された面を意味する。「凹凸面」とは、成型工程40における成型の際に、成型手段の表面、例えばロールの表面のうち凹凸が形成された部分が加圧されることによって成型された面を意味する。「破断面」とは、「平滑面」とも「凹凸面」とも異なる面であって、成型工程40における成型の際に成型手段の表面と接触しておらず、研磨体100の割れによって露出した面、あるいはロール端部であって成型圧が掛かっていない面(ロールを通過する石炭粒子4の集合体における、ロールの軸方向両端側の面)、あるいは一旦成型されたロールポケット由来の凸面のうち強度不十分で脱落した面(剥がれた面)を意味する。

0057

[実施形態2]
図1−6を参照すると、本発明の実施形態2による石炭成型燃料の製造工程が示されている。基本的な製造手順は実施形態1と同じであるが、実施形態2は、実施形態1における成型工程40の後段に第2破砕工程10aを設け、さらにその後段に第2成型工程40aをも設ける点で実施形態1と異なる。言い換えると、実施形態2では、成型工程は、第1成型工程40および第2成型工程40aを含んでおり、第1成型工程40と第2成型工程40aとの間に、第2破砕工程10aをさらに有している。

0058

したがって、実施形態2では、実施形態1と共通の破砕工程および成型工程を、それぞれ第1破砕工程10および第1成型工程40として、上記第2破砕工程10aおよび第2成型工程40aと区別する。また、第1成型工程40で得られたものを第1中間成型体5とする。

0059

このように成型工程が第1成型工程40と第2成型工程40aとを有している場合、粉砕工程30で得られた石炭粒子4は、第1成型工程40において板状に成型され、これによって第1中間成型体5が得られる。第1成型工程40で得られた第1中間成型体5は、第2破砕工程10aにおいて、次工程である第2成型工程40aで成型可能な平均粒子径となるように破砕されて第1成型体破砕物6とされ、さらに第1成型体破砕物6は第2成型工程40aで板状に成型され、第2中間成型体7を得る。得られた第2中間成型体7は、分断工程50で分断されて板状の成型体分断物5aとされる。以降は実施形態1と同様である。

0060

実施形態2における第1中間成型体5の密度は、実施形態1における研磨体100の密度と比べて低いことが好ましく、見掛密度が1.00g/cm3〜1.25g/cm3であることが好ましい。圧壊強度は10〜800Nであることが好ましい。また、第1成型工程40に用いる石炭粒子4の水分含有量が、5〜20wt%であることが好ましく、8〜16wt%であることがより好ましく、10〜17wt%であることがさらに好ましい。

0061

実施形態2の第1成型工程40では、原料を水平方向に供給する水平供給方式のコンパクタを好ましく用いることができる。コンパクタもブリケットマシンと同様、原料を成型する成型手段と、成型手段に原料を供給する供給手段とを有する。成型手段は、例えば一対のロールを有することができ、このロール間に原料を供給することで、原料はロールの回転に伴ってロール間で加圧成型される。ただし、水平供給方式のコンパクタでは、2つのロールが上下に配置される。第1成型工程40において水平供給方式のコンパクタを用いることで、得られる第1中間成型体5の収率、すなわち成型効率が向上する。

0062

第2破砕工程10aでは、破砕機により第1中間成型体5を破砕し、第1成型体破砕物6を得る。破砕機は、第1破砕工程10で用いたものと同様であってよい。なお、第1成型体破砕物6は、粒子径が好ましくは0.1〜1.0mm、より好ましくは0.15〜0.9mm、さらに好ましくは0.2〜0.8mmである。また、第1成型体破砕物6の最大粒子径は、後述の研磨体200の粒子径の縦横2辺のうち短いほうの長さ以下であることが好ましい。第1成型体破砕物6が上記平均粒子径の範囲および最大粒子径の範囲になるように第2破砕工程10aを調整することで、第2成型工程40aにおける成型時に、ブリケットマシンにおけるロールポケットへの第1成型体破砕物6の充填率を向上させることができる。この結果として得られる、第2中間成型体7は、実施形態1の最終製品(石炭成型燃料)である研磨体100と比べて優れた品質(圧壊強度および見掛密度)を示す。なお、実施形態2において、第1成型工程40と第2成型工程40aで使用するロールポケットのサイズ(粒子径)は同一でなくてもよい。

0063

第2成型工程40aでは、成型機により第1成型体破砕物6を成型して第2中間成型体7を得る。得られた第2中間成型体7は、実施形態1と同様、分断工程50および研磨工程60を経て中間研磨体9とされ、この中間研磨体9から粉末を除去することにより得られた研磨体200を、石炭成型燃料とする。

0064

第2成型工程40aで用いられる成型機としては、実施形態1で説明したような垂直供給方式のブリケットマシンを用いることができる。あるいは、第1成型工程40と同様、水平供給方式のコンパクタを第2成型工程40aで用いることもできる。

0065

研磨体200の粒子径は5〜40mmであることが好ましい。また、研磨体200の見掛密度は1.2〜1.4g/cm3であり、かさ密度は0.6〜0.9g/cm3である。研磨体200の重量は0.2〜20gであることが好ましい。研磨体200の水分含有量は5〜20wt%、好ましくは8〜18wt%、さらに好ましくは10〜17wt%である。

0066

以上のように、実施形態2では、一度成型した第1中間成型体5を第2破砕工程10aで再度破砕し、第2成型工程40aにおいて改めて成型する。第1中間成型体5は第1成型工程40によって既にある程度密度が高められた状態であり、第1成型体破砕物6も同程度の密度を有する。したがって、第1成型体破砕物6を再度成型することで、第1中間成型体5よりもさらに密度を向上させた成型体を含む第2中間成型体7を得ることが可能となる。そのような第2中間成型体7を分断および研磨し、粉末を除去することで、結果的に得られる研磨体200も密度を向上させたものとなる。実施形態2における成型体分断物5a、中間研磨体9、および研磨体200いずれも、実施形態1の研磨体100と同様に第1〜第4破断片のうちいずれか1種以上の混合物である。

0067

また、破砕された石炭粒子4の平均粒子径は10〜60μmであり、そのままではブリケットマシン内での流動性が悪く、成型しづらい場合もある。一方、一度成型した第1中間成型体5の破砕物であれば、第1成型工程40によりある程度密度が高められているため、ブリケットマシン内での流動性が向上し、第2成型工程40aにおける成型がスムーズに行われる。これにより、第1中間成型体5よりもさらに密度の高い成型体が得られることとなり、この成型体を分断および研磨して最終的に得られた研磨体200を石炭成型燃料とすることによって、貯蔵・運搬時の粉化がさらに低減され、ハンドリング性を向上させた石炭成型燃料を得ることができる。

0068

なお、実施形態1において最終的に得られる研磨体100および実施形態2において最終的に得られる研磨体200の水分含有量を調整する水分調整工程を設けてもよい。水分調整工程は、篩工程の後に設けることが好ましい。水分調整工程により、製品の発塵および自然発熱を防止することができる。

0069

水分調整工程においては、ベルトコンベアを配しかつベルトコンベア上部に給水ポンプおよびスプレーノズルを含む散水設備を配し、ベルトコンベアによって搬送される、篩工程を経た研磨体100、200に対し、研磨体100、200の水分が好適範囲になるような方法がある。また、篩工程を経た研磨体100、200を山立て(山状に堆積させてパイルを形成)後、給水ポンプおよびスプリンクラを含む散水設備によって、山立てした研磨体100、200の水分を好適範囲に調整する方法であってもよい。

0070

研磨体100、200の水分調整工程の後の水分は、好ましくは10〜30wt%であり、より好ましくは10wt%以上25wt%未満である。なお、実施形態2においても、実施形態1と同様にバインダーを添加することなく、低コストで研磨体200の強度を所望の値とすることが可能となっている。

0071

<パートAの開示事項のまとめ>
以上説明したように、本発明の形態によれば、以下の(1)〜(4)に記載する石炭成型燃料の製造方法および(5)〜(8)に記載する石炭成型燃料が提供される。

0072

(1)石炭を破砕する破砕工程10と、
前記破砕工程10で破砕された石炭2を乾燥させる乾燥工程20と、
前記乾燥工程20で乾燥した石炭3を粉砕して石炭粒子4を得る粉砕工程30と、
前記粉砕工程30で得られた前記石炭粒子4を板状に成型して板状の中間成型体5を得る成型工程40と、
前記成型工程40で得られた前記中間成型体5を分断して板状の分断物5aを得る分断工程50と、
前記分断工程50で得られた前記板状の分断物5aを研磨して、研磨体100を含む中間研磨体9を得る研磨工程60と、
前記研磨工程60で得られた前記中間研磨体9に含まれる粉末を除去する篩工程70と、
を有し、
前記粉砕工程30で得られる前記石炭粒子4の平均粒子径は10〜60μmであって、
前記研磨工程60で得られ、前記篩工程70で前記粉末が除去された前記研磨体100を石炭成型燃料とすること
を特徴とする石炭成型燃料の製造方法。

0073

この製造方法によれば、成型圧を低減することができので、低コストに石炭成型燃料を製造することができる。またハンドリングに適した所望の強度を有する石炭成型燃料を提供することができる。

0074

(2) 上記(1)に記載の石炭成型燃料の製造方法において、
前記分断工程50ではロールクラッシャを用いて前記中間成型体5を分断すること
を特徴とする石炭成型燃料の製造方法。

0075

ロールクラッシャを用いると、過度な粉砕および粉化を抑制しながら、より簡便に適当なサイズに分断することができる。

0076

(3) 上記(1)または(2)に記載の石炭成型燃料の製造方法において、
前記研磨工程60では、外筒61と、前記外筒61の内側に前記外筒61に対して偏心して配置され、前記外筒61に対して相対回転するロータ62との間で前記板状の分断物5aを研磨すること
を特徴とする石炭成型燃料の製造方法。

0077

上記の構造を有する装置を用いると、より効率的に、短時間で研磨処理することができる。

0078

(4) 上記(1)から(3)のいずれかに記載の石炭成型燃料の製造方法において、
前記板状の中間成型体5のかさ密度をDA、前記研磨体9のかさ密度をDBとしたとき、DB/DA=1.1〜1.2であること
を特徴とする石炭成型燃料の製造方法。

0079

かさ密度比をこの範囲とすることで、粉化性、自然発火性といった研磨体(石炭成型燃料)のハンドリング性・輸送コスト削減と、歩留まりとの両立を図ることができる。

0080

(5)石炭粒子4の成型体から得られた石炭成型燃料であって、
前記石炭粒子4の平均粒子径が10〜60μmであり、
水分が5〜20wt%、見掛密度が1.2〜1.4g/cm3、かさ密度が0.6〜0.9であり、かつ、
平滑な成型面が転写された平滑面、および破断面、の2種類の表面を有する第1破断片と、
凹凸を有する成型面が転写された凹凸面、および破断面、の2種類の表面を有する第2破断片と、
前記平滑面、前記凹凸面、および破断面、の3種類の表面を有する第3破断片と、
表面は破断面のみである第4破断片と、
のうちいずれか1種以上の混合物であること
を特徴とする石炭成型燃料。

0081

低コストに、所望の強度を有する石炭成型燃料を提供することができる。

0082

(6) 上記(5)に記載の石炭成型燃料において、
前記第3破断片は、
前記平滑面と前記凹凸面とが互いに対向する第3A破断片と、
前記平滑面と前記凹凸面とが同一面内で隣接し、かつ、その対向面は破断面である第3B破断片と、
を有し、
前記第3A破断片における前記平滑面と前記凹凸面との厚みは4.0〜13.0mmであること
を特徴とする石炭成型燃料。

0083

この特徴を有する石炭成型燃料は、バインダー無しでも、成型圧を過度に高めることなく成型可能で、ハンドリングに有利な強度を有する成型体である。

0084

(7) 上記(5)に記載の石炭成型燃料において、
前記第1破断片は、
前記平滑面同士が互いに対向する第1A破断片と、
前記平滑面の対向面が前記破断面である第1B破断片と、
を有し、前記第1A破断片における前記平滑面同士の厚みは2〜10mmであること
を特徴とする石炭成型燃料。

0085

この特徴を有する石炭成型燃料は、バインダー無しでも、成型圧を過度に高めることなく成型可能で、ハンドリングに有利な強度を有する成型体である。

0086

(8) 上記(5)から(7)のいずれかに記載の石炭成型燃料において、
GIが40以上であること
を特徴とする石炭成型燃料。

0087

パートAの記載にかかわる主要な要素の符合の説明は次のとおりである。

0088

10破砕工程(第1破砕工程)
20 乾燥工程
30粉砕工程
40成型工程(第1成型工程)
41ロール
42 供給手段
10a 第2破砕工程
40a 第2成型工程
50分断工程
51 ロール
60研磨工程
61外筒
62ロータ
70篩工程
100、200 研磨体

0089

次にパートB〜Gに異なる発明を開示する。

0090

<<パートB>>
パートBで開示される発明は、改質炭の養生方法に関する。

0091

特許文献1(特開2011−111529号公報)には、低品位炭を油と混合してスラリーとし、このスラリーを加熱することにより石炭を脱水し、含水量を低下させた後に粉砕・成型して固体燃料を得る技術が開示されている。特許文献2(WO2015/098935号公報)には、バインダー等を用いずに石炭のみを原料として石炭粒子を成型して得られる石炭成型燃料とその製造方法が開示されている。

0092

しかしながら上記特許文献1(特開2011−111529号公報)にあっては、油と混合してスラリーを作成する必要があり、コストアップを招いていた。また成型後の固体燃料をハンドリングする際に一定以上の強度が求められるが、特許文献1では強度について記載されていない。特許文献2(WO2015/098935号公報)の石炭成型燃料は、バインダー等を用いる場合に比べてコスト削減はできたものの、製品価値である発熱量は屋外貯蔵時の製品水分に依存することから、貯蔵時の降雨等による吸水量が低下するよう、さらなる改善が求められていた。

0093

パートBの発明は、浸漬水分が低い改質炭を簡便に製造する方法を提供することを目的とする。

0094

パートBの主要な開示事項は、次のとおりである。

0095

(1)改質炭を所定の養生条件で保持する改質炭の養生方法であって、
前記所定の養生条件は、温度−5〜40℃、相対湿度5〜95%で、200日以上であること
を特徴とする改質炭の養生方法。

0096

この方法によれば、浸漬水分が低い改質炭を簡便な方法により提供することができる。

0097

(2) 上記(1)に記載の改質炭の養生方法において、
養生前の改質炭の水中浸漬水分をWA、養生後の改質炭の水中浸漬水分をWBとすると、WB/WA=0.70〜0.90であること
を特徴とする改質炭の養生方法。

0098

この方法によれば、浸漬水分が低い改質炭を簡便な方法により提供することができる。

0099

(3) 上記(1)または上記(2)に記載の改質炭の養生方法において、
前記改質炭は、石炭粒子を圧縮成型して得られた成型体であって、養生前の改質炭の圧縮方向厚みをTA、養生後の改質炭の圧縮方向厚みをTBとすると、TB/TA=1.0〜1.2であること
を特徴とする改質炭の養生方法。

0100

この方法によれば、養生効果による水中浸漬膨張率の低下が十分であるため好ましい。

0101

(4) 上記(1)ないし上記(3)のいずれか1項に記載の改質炭の養生方法において、
前記改質炭は、石炭粒子を成型して得られ、
前記石炭粒子は、平均粒子径10〜60μm、水分5〜20%であって、
養生前の前記改質炭の見掛密度は1.2〜1.4g/cm3であること
を特徴とする改質炭の養生方法。

0102

上記(1)ないし上記(3)の発明は、上記の特性を有する改質炭に適用することができる。

0103

パートBの発明によると、浸漬水分が低い改質炭を簡便な方法により提供することができる。以下、パートBの発明を説明する。

0104

[養生工程]
パートBの発明は、改質炭を所定の養生条件で保持する改質炭の養生方法に関する。養生条件は、温度−5〜40℃、相対湿度5〜95%で、200日以上であることが好ましく、温度0〜40℃、雰囲気相対湿度25〜95%、200日以上であることがより好ましい。この条件下で改質炭を養生する工程(以下、「養生工程85」とも記載する。図2−1及び図2−2参照。)を含むことにより、改質炭の吸水が抑制されて水中浸漬水分(単に、「浸漬水分」とも記載する)が養生前に比べて低下し、改質炭の品質が改善する。

0105

養生方法は特に限定されず、上記養生条件を満たす環境下に改質炭を置けばよいが、密閉養生気乾養生、封緘養生湿空養生蒸気養生、およびオートクレーブ養生等が挙げられ、密閉養生が好ましい。これらのうち、2種以上の養生方法を組み合わせてもよい。養生を行っている間、改質炭は静置していることが好ましいが、改質炭が粉化しない程度に振動攪拌等の外力が加わってもよい。養生を行っている間、改質炭同士が接触していても接触していなくてもよい。

0106

パートBの発明の養生方法において、養生前の改質炭の水中浸漬水分をWA、養生後の改質炭の水中浸漬水分をWBとすると、WB/WA=0.70〜0.90であることが好ましい。WB/WAがこの範囲内にあれば養生による効果が十分であると考えられる。

0107

浸漬水分は、以下の方法により測定することができる。改質炭を水中に浸漬し、浸漬開始から7日間経過した時点で改質炭を回収し、表面に付着した水分をウエス等の布で除去した後、JIS M 8820−2000(石炭類及びコークス類−ロットの全水分測定方法)に記載の石炭類の全水分測定方法にて計測して得た全水分を浸漬水分とする。浸漬水分が低いほど貯蔵時の降雨等による吸水量が低下するため、製品価値である発熱量が高くなるので品質の高い改質炭といえる。

0108

パートBの発明では石炭粒子を成型して改質炭を得ており、したがってパートBの発明においては成型直後(複数の成型工程を有する場合は最終の成型工程の直後)から1日以内であって、上記養生工程85に至る前の改質炭(後述の実施形態B1の成型体5、または実施形態B2の第2成型体7)を「養生前」と定義する。

0109

改質炭(実施形態B1の成型体5、または実施形態B2の第2成型体7)に対して上記養生条件下で養生を行うことにより、養生後の水中浸漬膨張率が養生前の水中浸漬膨張率より低下し、貯蔵中の水分上昇緩和し、より発熱量の高い改質炭を得ることができる。パートBの発明の一態様として、養生前の改質炭の水中浸漬膨張率をEA、養生後の水中浸漬膨張率をEBとすると、EB/EA=0.60〜0.80であるのが好ましい。ここで、水中浸漬膨張率は、下記式(1):

0110

により算出することができる。

0111

パートBの発明の一態様として、改質炭(実施形態B1の成型体5、または実施形態B2の第2成型体7)は、石炭粒子を圧縮成型して得られた成型炭であって、養生前の圧縮方向厚みをTA、養生後の圧縮方向厚みをTBとすると、TB/TA=1.0〜1.2であることが好ましい。本明細書において、「圧縮方向厚み」とは、石炭粒子を圧縮成型する際に圧縮力が加わる方向の厚みのことをいう。養生前後の厚みの比(TB/TA)が該範囲内にあると、養生効果による水中浸漬膨張率の低下が十分であるため好ましい。

0112

パートBの発明の一態様として、改質炭(実施形態B1の成型体5、または実施形態B2の第2成型体7)は、石炭粒子を成型して得られ、石炭粒子は、平均粒子径10〜60μm、水分5〜20%であって、養生前の改質炭(実施形態B1の成型体5、または実施形態B2の第2成型体7)の見掛密度は1.2〜1.4g/cm3であることが好ましく、1.25〜1.4g/cm3であることがより好ましい。石炭粒子がこのような物性を有することにより、水分を結合材として成型炭とすることができ、養生前の改質炭(実施形態B1の成型体5、または実施形態B2の第2成型体7)の見掛密度が該範囲内にあると改質炭のハンドリングがしやすい。

0113

[実施形態B1]
図2−1に、実施形態B1として改質炭の製造工程の一例を示す。実施形態B1における製造工程は、破砕工程10、乾燥工程20、粉砕工程30、成型工程40を有し、原料となる石炭1を破砕した後乾燥させ、乾燥させた石炭を粉砕して石炭粒子4を得る。この石炭粒子4を成型することにより得られた成型体5を改質炭とし、この成型体5を、上述の養生工程85にて養生する。

0114

原料となる石炭1は、好ましくは褐炭および/または亜瀝青炭であり、より好ましくは水分25wt%以上の褐炭または亜瀝青炭であり、さらに好ましくは水分30wt%以上の褐炭である。原料として用いられるものは石炭1のみであり、バインダーや添加物等は使用されない。バインダー等の添加物の使用はコストアップ要因となるが、本実施形態の成型炭はバインダーを添加せず石炭のみを用いるため、低コストで成型炭を得ることができる。

0115

<破砕工程>
破砕工程10ではこの石炭1をジョークラッシャまたはハンマークラッシャで破砕して破砕済みの石炭2を得、乾燥工程20に移行する。破砕工程10では、後の粉砕工程30で用いるボールミル等に投入できる大きさまでに石炭1が破砕されればよく、特に限定はされないが、破砕済みの石炭2の最大粒子径が、好ましくは70mm以下、より好ましくは50mm以下、さらに好ましくは20mm以下であり、平均粒子径が1mm〜20mm程度であることが好ましい。なお、石炭の水分量は、JIS M 8820−2000 (石炭類及びコークス類−ロットの全水分測定方法)に記載の石炭類の全水分測定方法にて計測できる。また、第1破砕工程10により破砕された石炭2の平均粒子径は、JISM8801−2004「5.粒度試験方法」に基づき測定し、各篩目開きの通過篩質量百分率を求め、通過篩質量百分率が50%となる粒子径とする。

0116

<乾燥工程>
乾燥工程20では破砕済みの石炭2を間接乾燥機により乾燥させ、乾燥済みの石炭3を得て粉砕工程30に移行する。間接乾燥機としては例えばスチームチューブドライヤを用いてもよい。固体燃料の製造では大量処理が要求されるため、伝熱面積が大きく大量に乾燥処理可能なスチームチューブドライヤを用いることが好適である。

0117

<粉砕工程>
粉砕工程30では粉砕機により乾燥済みの石炭3の粉砕が行われ、石炭粒子4を得て成型工程40に移行する。粉砕機は乾式粉砕または乾燥粉砕方式であり、例えば微粉砕が可能で大量処理に適したボールミル、ローラミルが用いられる。乾燥機同様に固体燃料の製造では大量処理が要求されるため、大量処理に適した粉砕機が好適である。この粉砕工程30において、石炭粒子4の平均粒子径を好ましくは10〜60μm、より好ましくは10〜50μm、さらに好ましくは10〜30μmとする。平均径10μm未満に粉砕するには大きな粉砕動力が必要であり、工業プロセスでの製造が困難であることからボールミル粉砕後の平均径は10μm以上が好ましい。本明細書において、粉砕工程30により粉砕された石炭粒子4の平均粒子径は、レーザー回折・散乱法によって得られる粒度分布のメディアン径とする。なお、本明細書において、「石炭粒子」と記載したときは、粉砕工程30により粉砕された石炭粒子4を意味するものとする。

0118

この粉砕工程30において石炭粒子4の平均粒子径を上記の範囲とすることにより、成型工程40において微細な石炭粒子4を成型する際に成型の金型(ロールポケット)への充填率が増大し、後述の成型体5の密度を向上させて所望の強度を得ることができる。

0119

なお、ボールミル、ローラミルは粉砕と同時に乾燥をも行えるため、粉砕工程30においてもボールミル、ローラミルによる乾燥を行ってもよいが、ボールミル、ローラミルでの乾燥能力では不十分であるため、粉砕工程30の前に乾燥工程20を設けて必要な乾燥能力を確保するのが好ましい。

0120

<成型工程>
成型工程40では成型機により石炭粒子4を成型し、得られた成型体5を改質炭とする。成型機は、原料を加圧成型する成型手段と、成型手段へ原料を供給する供給手段とを有する。成型機としては、例えば、ブリケットマシンを用いることができる。

0121

図2−3に、成型工程40において好適に用いることのできるブリケットマシンの模式図を示す。図2−3に示すブリケットマシンは、垂直供給方式のブリケットマシンであり、成型手段である一対のロール41と、一対のロール41の上方に配置されて、一対のロール41の間に原料である石炭粒子4を供給する供給手段42と、を有する。供給手段42は、石炭粒子4が供給されるホッパおよびホッパ内の石炭粒子4を下方へ送るスクリュフィーダ等を有している。一対のロール41は、それぞれ適宜の駆動手段で駆動される回転軸を有している。回転軸は、水平方向に延び、かつ、水平方向に間隔をあけて互いに平行に配置されている。また、一対のロール41は隙間をあけて配置されている。ロール41の上方からこの隙間に供給された石炭粒子4を、ロール41の回転駆動によって加圧しながら下方へ送ることで、石炭粒子4の加圧により形成された板状の成型体5が得られる。

0122

一対のロール41間の隙間(クリアランス)は、広すぎると、ロール41間からの石炭粒子4の漏れや圧力分散が発生しやすくなり、得られる成型体5の密度および強度の低下、並びに収率低下につながる。よって、ロール41間の隙間は3mm以下であることが好ましい。ロール41間の隙間を3mm以下とすることで、十分な強度が確保された板状の成型体を得ることができる。

0123

また、一対のロール41のうち少なくとも一方のロール41の表面には、凹凸が形成されていることが好ましい。これにより、ロール41間に供給された石炭粒子4がロール41の表面から滑り落ちるのが抑制され、石炭粒子4をロール41間に良好に保持することができる。また、凹凸を形成することにより、凹部内にも石炭粒子4が充填されるため、単位時間当たりの処理量を多くすることができる。なお、ロール41の表面に凹凸を有する場合、得られる成型体5の表面形状は、ロール41の表面の凹凸が転写される。

0124

ロール41の表面に形成される凹凸の形態は特に限定されず、例えば、ロールポケット(凹部)、溝およびこれらの組み合わせであってもよい。

0125

凹凸がロールポケットで形成される場合、ロールポケットの形状は任意とすることができる。

0126

また成型体5の見掛密度は1.2〜1.4g/cm3が好ましく、1.25〜1.4g/cm3であるのがさらに好ましい。また成型体5の重量は0.2〜20gであるのが好ましい。また成型体5の水分は好ましくは5〜20wt%、より好ましくは8〜18wt%、さらに好ましくは10〜17wt%である。この水分は石炭粒子4の水分に由来するものである。なお、見掛密度はJIS Z 8807の「8.液中ひょう量法による密度及び比重の測定方法」に基づき測定できる。

0127

石炭粒子4由来の水分は成型工程40において結合材の役割を果たすため、成型体5の水分を上記の範囲に調整することにより、別途結合材やバインダー等を添加することなく効率的な成型が可能となる。なお、成型工程40に用いる石炭粒子4の水分含有量が、5〜20wt%であることが好ましく、8〜18wt%であることがより好ましく、10〜17wt%であることがさらに好ましい。

0128

実施形態B1では、石炭粒子4の平均粒子径が10〜60μmと微細であるため、成型時にブリケットマシンにおけるロールポケットへの充填率が増加する。これにより成型体5の密度が向上し、成型体5の強度アップに寄与する。また、石炭1に含まれる水分を結合材として活用し、好適な水分範囲である5〜20wt%にするとともに、成型体5の密度を規定することにより、さらに好ましくは成型体5のサイズおよび重量も規定し、成型体5の圧壊強度(JIS Z 8841−1993の「3.1 圧壊強度試験方法」に基づき測定できる)が極大となる領域に調整することが可能となる。よって、成型体5を用いる際に、運搬時の粉化を低減してハンドリング性を向上させることができる。また粉砕した後に成型することで比表面積も低下し、貯蔵時の発火を低減することができる。さらに、この成型体5を得る製造プロセスでは全て公知の機械・装置を用いており、また熱水等も必要としないため、コスト低減を図ることができる。

0129

なお、上述のとおり実施形態B1ではバインダーを用いていない。石炭粒子4の粒子径と水分、及び成型体5の密度を上記の範囲に規定することにより、別途バインダーを添加することなく、低コストで成型体5を得ることができる。

0130

<養生工程>
成型工程40で得られた成型体5につき上述の養生工程85にて養生を行い、実施形態B1における養生後の改質炭(以降、製品100とも記載する)を得る。なお成型工程40と養生工程85との間に研磨工程や篩工程等を設けてもよい。

0131

[実施形態B2]
図2−2に、実施形態B2として改質炭の製造工程の他の例を示す。基本構成は実施形態B1と同様であるが、実施形態B2では実施形態B1における成型工程40の後段に第2破砕工程10aを設け、さらにその後段に第2成型工程40aを設ける点で実施形態B1と異なる。実施形態B2における養生前の改質炭は第2成型体7であって、この第2成型体7を養生工程85にて養生し、養生後の改質炭(以降、製品200とも記載)を得るものである。

0132

以降、実施形態B2においては、破砕工程10、成型工程40をそれぞれ第1破砕工程10、第1成型工程40として区別する。また、第1成型工程40で得られた成型体5は第1成型体5とする。

0133

<第1破砕工程、乾燥工程、粉砕工程>
実施形態B1の破砕工程10、乾燥工程20、粉砕工程30と同様である。

0134

<第1成型工程>
第1成型工程40では粉砕工程30で得られた石炭粒子4を成型し、第1成型体5を得る。実施形態B2における第1成型体5の密度は、実施形態B1における成型体5の密度と比べ低いことが好ましく、見掛密度が1.00g/cm3〜1.25g/cm3であることが好ましい。見掛密度の低い第1成型体5を得る方法としては、例えば、成型機のロール上部の押込スクリュ回転数低下ロール回転数増加、ロール支持圧(ロール間圧力)の低下、ロールポケット容積増加ロールギャップ増加などの方法が挙げられ、これらを複合させてもよい。圧壊強度は10〜800Nであることが好ましい。また、第1成型工程40に用いる石炭粒子4の水分含有量が、5〜20wt%であることが好ましく、8〜18wt%であることがより好ましく、10〜17wt%であることがさらに好ましい。

0135

第1成型工程40においては、水平供給方式の成型機(例えばコンパクタ)を用いてもよいし、垂直供給方式の成型機(例えばブリケットマシン)を用いてもよい。

0136

<第2破砕工程>
第2破砕工程10aでは、破砕機により第1成型体5を破砕し、第1成型体破砕物6を得て第2成型工程40aに移行する。破砕機は第1破砕工程10で用いたものと同様である。なお第1成型体破砕物6の平均径は、好ましくは0.1〜1.0mm、より好ましくは0.15〜0.9mm、さらに好ましくは0.2〜0.8mmである。また、第1成型体破砕物6の最大粒子径は、後述の第2成型体7の粒子径の縦横2辺の短いほうの長さ以下であることが好ましい。第1成型体破砕物6が前記平均径の範囲および最大粒子径の範囲になるように第2破砕工程10aを調整することで、前記の第2成型工程40aの成型時に、ブリケットマシンにおけるロールポケットへの充填率を向上させることができる。この結果として得られる、第2成型体7は実施形態B1における成型体5と比べ優れた品質(圧壊強度および見掛密度)を示す。なお、実施形態B2において、第1成型工程40と第2成型工程40aで使用するロールポケットサイズのポケットサイズは同一であっても異なっていてもよい。第1成型体破砕物6の平均粒子径は、上述の石炭2と同様の方法で測定できる。

0137

<第2成型工程>
第2成型工程40aでは、成型機により第1成型体破砕物6を成型して第2成型体7を得る。第2成型工程40aは、上述の実施態様1で記載した成型工程40と同様に行うことができる。

0138

第2成型工程40aにおいては、垂直供給方式の成型機(例えばブリケットマシン)を用いる。

0139

第2成型体7の粒子径は5〜40mmであるのが好ましい。また第2成型体7の見掛密度は1.2〜1.4g/cm3である。また第2成型体7の重量は0.2〜20gであるのが好ましい。第2成型体7の水分含有量は好ましくは5〜20wt%、より好ましくは8〜18wt%、さらに好ましくは10〜17wt%である。

0140

実施形態B2では、一度成型した第1成型体5を第2破砕工程10aで再度破砕し、改めて第2成型工程40aにおいて成型する。第1成型体5は第1成型工程40によって既にある程度密度が高められた状態であり、第1成型体破砕物6も同程度の密度を有する。したがって、第1成型体破砕物6を再度成型することで、第1成型体5よりもさらに密度を向上させた第2成型体7を得ることができる。

0141

また、粉砕された石炭粒子4の平均粒子径は10〜60μmであり、そのままでは成型機内での流動性が悪く、成型しづらい場合もある。一方、一度成型した第1成型体5の破砕物6であれば、第1成型工程40によりある程度密度が高められているため成型機内での流動性が向上しており、第2成型工程40aにおける成型がスムーズに行われる。これにより、第1成型体5よりもさらに密度の高い第2成型体7が得られることとなり、貯蔵・運搬時の粉化がさらに低減され、第2成型体7及び製品200のハンドリング性を向上させることができる。

0142

<養生工程>
第2成型工程40aで得られた第2成型体7(養生前の改質炭)を上述の養生工程85にて養生を行い、実施形態B2における製品200(養生後の改質炭)を得る。なお第2成型工程40aと養生工程85との間に研磨工程や篩工程を設けてもよい。研磨や篩にかけることにより、第2成型体7のうち相対的に低強度の部分を削り落とし、相対的に高強度な部分を残すことで、強度を向上させるものである。なお篩工程では、例えば篩目はロールポケットの縦寸法と横寸法の平均寸法の半分程度の目開きの篩を用いてもよい。

0143

パートBの発明では、上記のように得られた改質炭にさらに養生工程を施すことにより、浸漬水分が低下して強度が増加し、ハンドリング性がより向上した石炭成型燃料を提供することができる。

0144

<水分調整工程>
なお、実施形態B1および実施形態B2においてそれぞれ得られる、成型体5および第2成型体7の水分含有量を調整する水分調整工程を設けてもよい。水分調整工程は、成型工程40(または第2成型工程40a)と養生工程85の間であってもよいし、養生工程85の後であってもよい。水分調整工程により、製品の発塵および自然発熱を防止することができる。

0145

水分調整工程においては、例えば実施形態B1の成型工程40(または実施形態B2の第2成型工程40a)の後に、ベルトコンベアを配し、かつベルトコンベア上部に給水ポンプおよびスプレーノズルで構成される散水設備を配し、ベルトコンベアによって搬送される成型体5(または第2成型体7)に対し、成型体5(または第2成型体7)の水分が好適範囲になるように散水する方法がある。また、成型体5(または第2成型体7)を山立て(山状に堆積させてパイルを形成)後、給水ポンプおよびスプリンクラによって構成される散水設備によって山立てした成型体の水分を好適範囲になるように調整する方法であってもよい。加えて、成型体5(または第2成型体7)を水中浸漬することで水分を調整してもよい。

0146

パートBの記載にかかわる主要な要素の符合の説明は次のとおりである。
1石炭
2破砕済みの石炭
3乾燥済みの石炭
4石炭粒子
5成型体(第1成型体)
6 第1成型体破砕物
7 第2成型体
10 破砕工程(第1破砕工程)
20 乾燥工程
30粉砕工程
40成型工程(第1成型工程)
10a 第2破砕工程
40a 第2成型工程
85養生工程
100製品
200 製品

0147

<<パートC>>
パートCで開示される発明は、改質炭の養生方法に関する。

0148

従来、石炭を粉砕・成型して固体燃料を得ることが行われており、例えば特許文献2(WO2015/098935)には、ボールミル等で石炭を粉砕して得た石炭粒子4を成型機で成型して固形燃料(石炭成型燃料)を製造する方法が開示されている。

0149

ところで、石炭成型燃料は、屋外にて輸送・貯蔵されることが想定され、降雨や散水等に晒されるため、発熱量は石炭成型燃料の吸水性等に左右される。よって、石炭成型燃料の価値を高めるためには吸水性の定量的な指標である水中浸漬水分が低減されていることが望ましい。特許文献2(WO2015/098935)では、一連の工程で石炭成型燃料を製造したのちに水中浸漬水分の低減を目的とした養生工程を実施することについては何ら言及されていない。

0150

パートCの発明は、水中浸漬水分の低減に寄与する改質炭の養生方法を提供することを目的とする。

0151

パートCの主要な開示事項は、次のとおりである。

0152

(1)改質炭を所定の養生条件で保持する改質炭の養生方法であって、
前記所定の養生条件は、温度60〜120℃、15〜60分であること
を特徴とする改質炭の養生方法。

0153

この方法によれば、水中浸漬水分が低下した石炭成型燃料を提供することができる。

0154

(2) 上記(1)に記載の改質炭の養生方法において、
養生前の水中浸漬水分をWA、養生後の水中浸漬水分をWBとすると、WB/WA=0.60〜0.95であること
を特徴とする改質炭の養生方法。

0155

この方法によれば、水中浸漬水分が低下した石炭成型燃料を提供することができる。

0156

(3) 上記(1)または上記(2)に記載の改質炭の養生方法において、
養生前の水中浸漬膨張率をEA、養生後の水中浸漬膨張率をEBとすると、EB/EA=0.60〜0.99であること
を特徴とする改質炭の養生方法。

0157

この方法によれば、養生効果による水中浸漬膨張率の低下が十分であるため好ましい。

0158

(4) 上記(1)ないし上記(3)のいずれか1項に記載の改質炭の養生方法において、
前記改質炭は、石炭粒子を圧縮成型して得られた成型炭であって、養生前の圧縮方向厚みをTA、養生後の圧縮方向厚みをTBとすると、TB/TA=1.000〜1.025であること
を特徴とする改質炭の養生方法。

0159

この方法によれば、養生効果による水中浸漬膨張率の低下が十分であるため好ましい。

0160

(5) 上記(1)ないし上記(4)のいずれか1項に記載の改質炭の養生方法において、
前記改質炭は、石炭粒子を成型して得られ、
前記石炭粒子は、平均粒子径10〜60μm、水分5〜20%であって、
養生前の前記改質炭の見掛け密度は1.20〜1.40g/cm3であること
を特徴とする改質炭の養生方法。

0161

上記(1)ないし上記(4)の発明は、上記の特性を有する改質炭に適用することができる。

0162

語句の説明)
本明細書において、「a〜b」と表記した場合、その範囲はa以上b以下であることを意図する。

0163

以下、パートCの発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図3−1は、パートCの発明の一形態に係る改質炭の製造方法を示す図である。図3−1に示すように、この例の改質炭の製造方法は、第1破砕工程10、乾燥工程20、粉砕工程30、第1成型工程40、第2破砕工程10a、第2成型工程40a、篩工程70、および加熱養生工程85を有している。

0164

以下、それぞれの工程について、順に説明する。なお、図3−1では、各工程はブロックとして示され、各ブロックに向けて引かれた矢印の付近に「1」、「2」のように符号を付している。これらの符号は、それぞれの時点における所定状態の石炭を示している。以下、石炭をこれらの符号を用いて説明するが、特に必要の無い場合には符号を用いずに説明するものとする。

0165

(第1破砕工程:10)
破砕工程10は、供給された原料としての石炭1を破砕する工程である。破砕には、ジョークラッシャまたはハンマークラッシャを利用可能である。この工程における破砕の程度は、石炭の最大粒子径が好ましくは70mm以下、より好ましくは50mm以下、より好ましくは20mm以下、さらに好ましくは平均粒子径が1mm〜20mm程度となるようなものであってもよい。

0166

原料である石炭は、褐炭および/または亜瀝青炭である。具体的には、全水分25wt%以上の褐炭または亜瀝青炭であってもよいし、全水分30wt%以上の褐炭であってもよい。

0167

石炭の全水分は、JIS M 8820−2000 (石炭類及びコークス類−ロットの全水分測定方法)に記載の石炭類の全水分測定方法にて計測可能である。石炭の平均粒子径は、JISM8801−2004「5.粒度試験方法」に基づき測定し、各篩目開きの通過篩質量百分率を求め、通過篩質量百分率が50%となる粒子径を求めることで決定可能である。

0168

なお、石炭1に関し、原料として用いられるものは石炭のみであり、バインダーや添加物等は使用されないことが一形態において好ましい。

0169

(乾燥工程:20)
乾燥工程20は、上記工程を経た石炭2を乾燥させる工程である。乾燥は、間接乾燥機を用いて実施されるものであってもよい。間接乾燥機としては例えばスチームチューブドライヤを利用可能である。送風乾燥機を用いてもよい。

0170

(粉砕工程:30)
粉砕工程30は、上記工程を経た石炭3を粉砕機で粉砕する工程である。粉砕機としては、乾式粉砕または乾燥粉砕方式のいずれもあってもよい。ボールミルやローラミルを利用するものであってもよい。粉砕の程度は、平均粒子径を好ましくは10〜60μm、より好ましくは10〜50μm、さらに好ましくは10〜30μmとするようなものであってもよい。平均粒子径が10μm未満となるような粉砕を実施してもよいが、この場合、粉砕に大きな粉砕動力が必要であり工業プロセスでの製造が困難となる傾向がある。よって、ボールミル等を用いた平均粒子径10μm以上の粉砕がプロセスの容易性効率性等の観点から好ましい。

0171

なお、粉砕された石炭の平均粒子径については、JIS M 8801−2004「5.粒度試験方法」に基づき測定し、各篩目開きの通過篩質量百分率を求め、通過篩質量百分率が50%となる粒子径を平均粒子径とする。粉砕工程30により粉砕された石炭粒子4の平均粒子径はレーザー回折・散乱法によって得られる粒度分布のメディアン径である。本明細書において、「石炭粒子4」と記載したときは、粉砕工程30により粉砕された石炭4の粒子を意味するものとする。

0172

石炭粒子4は、次いで金型で成型されることとなる(詳細後述)。石炭粒子4の平均粒子径が上述したような範囲となっていることは、金型のロールポケットへの充填率を高めることができる点で有利である。これにより、成型される成型体の密度が向上し、強度の増加を図りやすいものとなる。

0173

ボールミルやローラミルの利点について付言すれば、これらは、粉砕と同時に乾燥も実施できるという点で有利である。もっとも、本実施形態では、これらによる乾燥能力を補うために、粉砕工程30の前に、別途、乾燥工程20を設けている。

0174

(第1成型工程:40)
本実施形態の製造方法は2つの成型工程を含んでいる。1つ目である第1成型工程40は、上記工程を経た石炭4を成型機で成型する工程である。

0175

成型機は、原料を加圧成型する成型手段および成型手段へ原料を供給する供給手段を備えるものであり、具体的には、図3−2のようなブリケットマシンを利用してもよい。このブリケットマシンは垂直供給方式のものであり、原料供給部40Bと、その下方の成型部40Aとを備えている。

0176

原料供給部40Bは、一例で、ホッパ42とその内部に配置されたスクリュフィーダ等(不図示)を有している。ホッパ42に石炭粒子4が供給され、スクリュフィーダを回転駆動させることで、ホッパ42内の石炭粒子4が下方へと送られて、ホッパ42の下端部から排出されその下方の成型部40Aに供給されるようになっている。

0177

成型部40Aは、一例で、一対のロール41と、その駆動手段等を有している。限定されるものではないが、各ロール41は、水平方向に延びた回転軸を中心として回転するように構成されていてもよい。回転軸は、水平方向に間隔をあけ、互いに略平行に配置されている。ロール41は、円筒を横向きにしたような形状である。直径が250mm、軸方向長さが50mm程度のものを用いてもよい。二本のロール41は、石炭粒子4が圧縮されながら通過する程度の隙間をあけて互いに平行に配置されている。ロール41どうしの間にホッパ42からの石炭粒子4を供給し、回転させることで、石炭粒子4が成型されて成型体5が得られる。

0178

成型体5の形状は、ロール41の表面に形成する凹部等(詳細下記)の形状に依存するものであるが、一例で板状であってもよい。

0179

ロール41間の隙間は、広すぎるとロール間からの石炭粒子4の漏れや圧力分散が発生しやすくなる。これらは、成型体の密度低下および強度低下、および収率低下につながりうる。よって、本実施形態では、ロール間の隙間は3mm以下であることが一例として好ましい。これによれば、十分な強度が確保された板状の成型体を得ることができる。

0180

一対のロール41のうち少なくとも一方の表面には、凹凸が形成されていることも好ましい。これにより、ロール間に供給された石炭粒子4がロールの表面から滑り落ちるのが防止される。その結果、石炭粒子4をロール間に良好に保持することが可能となる。凹凸が形成されている場合、凹部内にも石炭粒子4が充填されるため、単位時間当たりの処理量を多くすることができる。

0181

なお、成型体の形状は、当然ながら、ロール表面の凹部形状が転写される。ロールの表面の凹部形状は特に限定されず、例えば、ロールポケット(凹部)、溝およびこれらの組み合わせであってよい。凹部だけでなく凹凸状としてもよい。

0182

成型体5の具体的な形状の一例としては、図3−3(b)のような略楕円体であってもよい。成型のために、ロール41の表面に、上記成型体5を半割したような形状の凹部が設けられていてもよい(図3−3(a)参照)。凹部はロール表面に複数並んで形成されていてもよい。

0183

2つのロール間の隙間は1.0mm程度であってもよい。ロール線圧は、0.5〜5t/cmに維持してもよい。後述する成型体5の物性が好適範囲となるようにロールおよびスクリュフィーダの回転数が調整されるものであってもよい。

0184

(成型体5の物性の一例)
成型体5は見掛密度が1.00g/cm3〜1.25g/cm3であることが好ましく、圧壊強度は10〜800Nであることが好ましい。また、成型体5の全水分は5〜20wt%であることが好ましく、8〜18wt%であることがより好ましく、10〜17wt%であることがさらに好ましい。この全水分は石炭粒子4の全水分に由来するものである。見掛密度はJIS Z 8807の「8.液中ひょう量法による密度及び比重の測定方法」に基づき測定できる。

0185

石炭粒子4由来の全水分は成型工程において結合材の役割を果たす。よって、成型体の全水分を上記の範囲に調整することにより、別途結合材やバインダー等を添加することなく効率的な成型が可能となる。

0186

(石炭粒子4の物性の一例)
石炭粒子4(石炭4)の全水分は、5〜20wt%であることが好ましく、8〜18wt%であることがより好ましく、10〜17wt%であることがさらに好ましい。上記実施形態では、一例で石炭粒子4の粒子径が10〜60μmと微細である。よって、成型時にブリケットマシンにおけるロールポケットへの充填率が増加する。

0187

石炭1に含まれる水分を結合材として活用し、好適な全水分の範囲である5〜20wt%にするとともに、成型体5の密度を規定することにより、成型体7の圧壊強度が極大となる領域に調整することが可能となる。圧壊強度は、例えばJIS Z 8841−1993の「3.1 圧壊強度試験方法」に基づき測定できる。

0188

(第2破砕工程:10a)
第2破砕工程10aは、上記工程で得た成型体5を再び粉砕する工程である。破砕機としては、第1破砕工程10で用いたものと同様のものを利用してもよい。

0189

ここでの粉砕の程度は、一例で、平均粒子径が好ましくは0.1〜1.0mm、より好ましくは0.15〜0.9mm、さらに好ましくは0.2〜0.8mmとなる程度であってもよい。

0190

(第2成型工程:40a)
第2の成型工程40aでは、一例で、第1成型工程40と同様の成型機を用いて成型を実施するものであってもよい。この第2成型工程40aにより得られる成型体7の物性の一例を以下に示す。

0191

(成型体7の物性の一例)
成型体7の見掛密度は、一例で、1.20〜1.4g/cm3が好ましく、1.25〜1.4g/cm3がさらに好ましい。見掛密度は、上記成型体5と同様にJIS Z 8807の「8.液中ひょう量法による密度及び比重の測定方法」に基づき測定できる。

0192

成型体7の1つ当りの重量は、0.2〜20gが好ましい。成型体7の全水分は、好ましくは5〜20wt%、より好ましくは8〜18wt%、さらに好ましくは10〜17wt%である。

0193

(篩工程:70)
篩工程70は、上記工程を経た石炭の成型体7を篩にかける工程である。篩作業は、例えば、目開き2.0〜5.0mm程度の篩を用いるものであってもよい。

0194

(加熱養生工程:85)
加熱養生工程85は、上記工程で篩の上に残った石炭8(成型体)を所定条件下で養生する工程である。

0195

養生条件としては、石炭を、例えば60〜120℃、好ましくは80〜120℃の温度範囲で加熱する。加熱時間は、例えば15〜60分、好ましくは15〜55分であることが好ましい。石炭は、密封状態で処理されてもよいし、開放状態で処理されてもよい。

0196

パートCの記載にかかわる主要な要素の符合の説明は次のとおりである。

0197

40A成型部
40B原料供給部
41ロール
42 ホッパ

0198

<<パートD>>
パートDで開示される発明は、石炭を粉砕後成型する石炭成型燃料の製造方法に関する。

0199

特許文献1(特開2011−111529号公報)には、低品位炭を油と混合してスラリーとし、このスラリーを加熱することにより石炭を脱水し、含水量を低下させた後に粉砕・成型して固体燃料を得る技術が開示されている。特許文献2(WO2015/098935号公報)には、バインダー等を用いずに石炭のみを原料として石炭粒子を成型して得られる石炭成型燃料とその製造方法が開示されている。

0200

しかしながら上記特許文献1にあっては、油と混合してスラリーを作成する必要があり、コストアップを招いていた。また成型後の固体燃料をハンドリングする際に一定以上の強度が求められるが、特許文献1では強度について記載されていない。特許文献2の石炭成型燃料については、コスト削減および製造効率の向上の観点からさらなる改善が求められていた。

0201

パートDの発明は上記問題を解決するためになされたものであり、低コストで所望の強度を有する石炭成型燃料を提供することを目的とする。

0202

パートDの主要な開示事項は、次のとおりである。

0203

(1)石炭を破砕する第1破砕工程と、
前記第1破砕工程で破砕された石炭を乾燥する乾燥工程と、
前記乾燥工程で乾燥された石炭を粉砕し、平均粒子径10〜60μmの石炭粒子を得る粉砕工程と、
水分含有量が5〜20wt%の前記石炭粒子を成型し、第1成型体を得る第1成型工程と、
前記第1成型体を破砕して第2破砕物を生成する第2破砕工程と、
前記第2破砕物を再度成型して、見掛密度1.2〜1.4g/cm3の第2成型体を生成する第2成型工程と、
を有する石炭成型燃料の製造方法であって、
前記第1成型工程では、水平供給型の成型機が用いられること
を特徴とする石炭成型燃料の製造方法。

0204

この方法は、成型効率がよく、低コストで所望の強度を有する石炭成型燃料を提供できる。

0205

(2) 上記(1)に記載の石炭成型燃料の製造方法であって、
前記粉砕工程で得られた前記石炭粒子の一部を、前記第1成型工程を経由せずに前記第2破砕工程へ供給し、
前記第2破砕工程では、前記第1成型体と、前記石炭粒子の一部を混合して破砕すること
を特徴とする、石炭成型燃料の製造方法。

0206

この方法によれば、製造工程におけるエネルギーおよびコストをさらに低減することができる。

0207

パートDの発明によると、低コストで所望の強度を有する石炭成型燃料を提供できる。以下、パートDの発明を説明する。

0208

[実施形態D1]
図4−1に、パートDの発明の実施形態D1として、石炭成型燃料の製造工程の一例を示す。実施形態D1における製造工程は、第1破砕工程10、乾燥工程20、粉砕工程30、第1成型工程40、第2破砕工程10a、および第2成型工程40aを有し、第1成型工程40において水平供給型の成型機(一例としてコンパクタ400)を用いる。図4−1に示すように、第2成型工程40aの後にさらに篩工程70を有してもよい。なお、以下の説明では、コンパクタ400を用いる場合を記載するが、第1成型工程で用いられる水平供給型の成型機はこれに限定されない。

0209

実施形態D1の石炭成型燃料の製造方法は、以下のとおりである。原料となる石炭1を第1破砕工程10により破砕して第1破砕物2を得た後、乾燥工程20により乾燥させ、乾燥させた石炭3を粉砕工程30により粉砕して石炭粒子4を得る。続いて、この石炭粒子4を第1成型工程40においてコンパクタ400により成型することにより第1成型体5を得る。さらに、第1成型体5を第2破砕工程10aにより破砕して第2破砕物6を得、これを第2成型工程40aにより成型して第2成型体7を得る。さらに篩工程70を経て、粒径の小さい微粉炭を除いた成型体100を得てもよい。第2成型体7または成型体100を石炭成型燃料とすることができる。

0210

原料となる石炭1は、好ましくは褐炭および/または亜瀝青炭であり、より好ましくは水分25wt%以上の褐炭または亜瀝青炭であり、さらに好ましくは水分30wt%以上の褐炭である。原料として用いられるものは石炭1のみであり、バインダーや添加物等は使用されない。バインダー等の添加物の使用はコストアップ要因となるが、パートDの発明の石炭成型燃料はバインダーを添加せず石炭のみを用いるため、低コストで所望の強度を得ることができる。破砕工程10ではこの石炭1をジョークラッシャまたはハンマークラッシャで破砕して第1破砕物2を得、乾燥工程20に移行する。第1破砕工程10では、後の粉砕工程30で用いるボールミル等に投入できる大きさまでに石炭1が破砕されればよく、特に限定はされないが、破砕済みの石炭2の最大粒子径が、好ましくは70mm以下、より好ましくは50mm以下、さらに好ましくは20mm以下であり、平均粒子径が1mm〜20mm程度であることが好ましい。なお、石炭の水分量は、JIS M 8820−2000(石炭類及びコークス類−ロットの全水分測定方法)に記載の石炭類の全水分測定方法にて計測できる。また、破砕された石炭(第1破砕物2)の平均粒子径は、JIS M 8801−2004「5.粒度試験方法」に基づき測定し、各篩目開きの通過篩質量百分率を求め、通過篩質量百分率が50%となる粒子径とする。

0211

乾燥工程20では第1破砕物2を好ましくは間接乾燥機により乾燥させ、乾燥済みの石炭3を得て粉砕工程30に移行する。間接乾燥機としては例えばスチームチューブドライヤを用いてもよい。固体燃料の製造では大量処理が要求されるため、伝熱面積が大きく大量に乾燥処理可能なスチームチューブドライヤを用いることが好適である。

0212

粉砕工程30では粉砕機により乾燥済みの石炭3の粉砕が行われ、石炭粒子4を得て第1成型工程40に移行する。粉砕機は乾式粉砕または乾燥粉砕方式であり、例えば微粉砕が可能で大量処理に適したボールミル、ローラミルが用いられる。乾燥機同様に固体燃料の製造では大量処理が要求されるため、大量処理に適した粉砕機が好適である。この粉砕工程30において、石炭粒子4の平均粒子径を好ましくは10〜60μm、より好ましくは10〜50μm、さらに好ましくは10〜30μmとする。本明細書において、粉砕工程30により粉砕された石炭粒子4の平均粒子径は、レーザー回折・散乱法によって得られる粒度分布のメディアン径とする。平均径10μm未満に粉砕するには大きな粉砕動力が必要であり、工業プロセスでの製造が困難であることからボールミル粉砕後の平均径は10μm以上が好ましい。なお、本明細書において、「石炭粒子」と記載したときは、粉砕工程30により粉砕された石炭粒子4(後述する実施形態D2においては、石炭粒子4−1および4−2)を意味するものとする。

0213

この粉砕工程30において石炭粒子4の平均粒子径を上記の範囲とすることにより、成型工程40において微細な石炭粒子4を成型する際に成型の金型(ロールポケット)への充填率が増大し、後述の第2成型体7または成型体100の密度を向上させて所望の強度を得ることができる。

0214

なお、ボールミル、ローラミルは粉砕と同時に乾燥をも行えるため、粉砕工程30においてもボールミル、ローラミルによる乾燥を行ってもよいが、ボールミル、ローラミルでの乾燥能力では不十分であるため、粉砕工程30の前に乾燥工程20を設けて必要な乾燥能力を確保するのが好ましい。

0215

第1成型工程40では成型機としてコンパクタ400を用いて石炭粒子4を成型し、第1成型体5を得る。コンパクタ400は、原料を成型する成型手段と、成型手段に原料を供給する供給手段とを有する。コンパクタ400としては、原料を水平方向に供給する水平供給方式が好ましく、水平供給方式のローラコンパクタがより好ましい。図4−3に、第1成型工程40において好適に用いることのできるローラコンパクタの模式図の一例を示す。図4−3に示すコンパクタ400は、水平供給方式であり、成型手段である一対のロール41と、一対のロール41の間に原料である石炭粒子4を供給する供給手段42と、を有する。2つのロールは上下に配置され、供給手段42は、原料の供給口(ホッパ等)43と石炭粒子4を水平方向に送るスクリュフィーダ等を有している。一対のロール41は、それぞれ適宜の駆動手段で駆動される回転軸を有している。回転軸は、水平方向に延び、かつ、水平方向に間隔をあけて互いに平行に配置されている。また、一対のロール41は隙間をあけて配置されている。水平方向からロール41のロール間の隙間に供給された石炭粒子4をロール41の回転駆動によって加圧しながら水平方向へ送ることで石炭粒子4の加圧により形成された板状の第1成型体5が得られる。第1成型工程40において水平供給方式のコンパクタ400を用いることで、微細な石炭粒子4がこぼれにくく、ロールの隙間に石炭粒子4を効率的に供給することができ、成型効率が向上する。

0216

垂直給排方式の成型機では、上方から供給される粉体をロールで加圧した後下方に排出するため、ロールに噛み込まれた空気が上方に逃げて粉体の供給が不連続となり、成型効率が低下するおそれがある。これに対し水平給排方式の成型機ではロールに噛み込まれた空気はロール上方に逃げるのみであり粉体側に逆流することがない。したがって第1成型工程40では水平給排方式のするコンパクタを用いることで、垂直供給方式の成型機に比べて成型効率を高めることができる。

0217

一対のロール41間の隙間(クリアランス)は、広すぎると、ロール41間からの石炭粒子4の漏れや圧力分散が発生しやすくなり、得られる第1成型体5の密度および強度の低下、並びに収率低下につながる。よって、ロール41間の隙間は3mm以下であることが好ましい。ロール41間の隙間を3mm以下とすることで、十分な強度が確保された板状の成型体を得ることができる。コンパクタ400のロール41間の線圧は、特に限定されないが、0.5〜3t/cmであるのが好ましい。

0218

また、一対のロール41のうち少なくとも一方のロール41の表面には、凹凸が形成されていることが好ましい。これにより、ロール41間に供給された石炭粒子4がロール41の表面から滑り落ちるのが抑制され、石炭粒子4をロール41間に良好に保持することができる。また、凹凸を形成することにより、凹部内にも石炭粒子4が充填されるため、単位時間当たりの処理量を多くすることができる。なお、ロール41の表面に凹凸を有する場合、得られる第1成型体5の表面形状は、ロール41の表面の凹凸が転写される。

0219

ロール41の表面に形成される凹凸の形態は特に限定されず、例えば、ロールポケット(凹部)、溝およびこれらの組み合わせであってよい。

0220

第1成型体5のサイズは縦横高さの最大長が5〜40mmであるのが好ましい。また第1成型体5の見掛密度は1.00g/cm3〜1.25g/cm3であることが好ましい。見掛密度はJIS Z 8807の「8.液中ひょう量法による密度及び比重の測定方法」に基づき測定できる。また第1成型体5の水分は5〜20wt%、好ましくは8〜18wt%、さらに好ましくは10〜17wt%である。この水分は石炭粒子4の水分に由来するものである。

0221

石炭粒子4由来の水分は第1成型工程40において結合材の役割を果たすため、第1成型体5の水分を上記の範囲に調整することにより、別途結合材やバインダー等を添加することなく効率的な成型が可能となる。なお、第1成型工程40に用いる石炭粒子4の水分含有量が、5〜20wt%であることが好ましく、8〜18wt%であることがより好ましく、10〜17wt%であることがさらに好ましい。また、第1成型体5の圧壊強度(JIS Z 8841−1993の「3.1 圧壊強度試験方法」に基づき測定できる)。

0222

石炭粒子4の粒子径が10〜60μmと微細であるため、第1成型工程におけるコンパクタ400のロールポケットまたは溝への充填率が増加する。これにより第1成型体5の密度が向上し、第1成型体5の強度アップに寄与する。また、石炭1に含まれる水分を結合材として活用し、石炭粒子4の水分含有量を好ましくは5〜20wt%にすると第1成型体5の圧壊強度が極大となる領域に調整することができる。

0223

続いて、第2破砕工程10aでは、破砕機により第1成型体5を破砕し、第2破砕物6を得て第2成型工程40aに移行する。なお、第1成型工程40により、第1成型体5とともに加圧されずにロール間から漏れた石炭粒子4も得られるが、第2破砕工程10aでは、この第1成型体と漏れた石炭粒子4との混合物を破砕してもよい。破砕機は第1破砕工程10で用いたものと同様であってもよい。第2破砕物6は、平均径が好ましくは0.1〜1.0mm、より好ましくは0.15〜0.9mm、さらに好ましくは0.2〜0.8mmである。また、第2破砕物6の最大粒子径は、後述の第2成型体7の粒子径の縦横2辺の短いほうの長さ以下であることが好ましい。第2破砕物6が前記平均径の範囲および最大粒子径の範囲になるように第2破砕工程10aを調整することで、第2成型体7の成型時に、ブリケットマシン等の成型機におけるロールポケットへの充填率を向上させことができる。

0224

第2成型工程40aでは、成型機により第2破砕物6を成型して第2成型体7を得る。成型機は、原料を加圧成型する成型手段と、成型手段へ原料を供給する供給手段とを有する。第2成型工程40aで用いる成型機としては、例えばブリケットマシンまたはコンパクタを用いることが好ましく、ブリケットマシンを用いることがより好ましい。第2成型工程40aにおいて、ブリケットマシンを用いることにより経済性に優れる。また、第2成型工程40aで用いる成型機は垂直供給方式であっても水平供給方式であってもよく、垂直供給方式であるのが好ましい。なお、第1成型工程40で用いる成型機と第2成型工程40aで使用する成型機の、種類およびロールポケット等のサイズは、同一であっても異なっていてもよい。

0225

図4−4に、第2成型工程40aにおいて好適に用いることのできるブリケットマシン600の模式図を示す。図4−4に示すブリケットマシン600は、垂直供給方式であり、成型手段である一対のロール61と、一対のロール61の上方に配置されて、一対のロール61の間に原料である第2破砕物6を供給する供給手段62と、を有する。供給手段62は、第2破砕物6が供給されるホッパおよびホッパ内の第2破砕物6を下方へ送るスクリュフィーダ等を有している。一対のロール61は、それぞれ適宜の駆動手段で駆動される回転軸を有している。回転軸は、水平方向に延び、かつ、水平方向に間隔をあけて互いに平行に配置されている。また、一対のロール61は隙間をあけて配置されている。ロール61の上方からこの隙間に供給された第2破砕物6を、ロール61の回転駆動によって加圧しながら下方へ送ることで、第2破砕物6の加圧により形成された板状の第2成型体7が得られる。

0226

ブリケットマシン600の一対のロール61は、上述の第1成型工程40におけるコンパクタ400中のロール41と同様であってよく、ロールポケットおよび/または溝により凹凸が形成されているのが好ましい。ブリケットマシン600のロール61間の線圧は、特に限定されないが、5〜10t/cmであるのが好ましい。

0227

第2成型体7の粒子径は5〜40mmであるのが好ましい。また第2成型体7の見掛密度は1.2〜1.4g/cm3であるのが好ましい。第2成型体7の水分含有量は好ましくは5〜20wt%、より好ましくは8〜18wt%、さらに好ましくは10〜17wt%である。

0228

上記のとおり、本実施形態では、一度成型した第1成型体5を第2破砕工程10aで再度破砕し、改めて第2成型工程40aにおいて成型する。第1成型体5は第1成型工程40によって既にある程度密度が高められた状態であり、第2破砕物6も同程度の密度を有する。したがって、第1成型体破砕物6を再度成型することで、第1成型体5よりもさらに密度を向上させた第2成型体7を得ることが可能となる。

0229

また、粉砕された石炭粒子4の平均粒子径は10〜60μmであり、そのままでは成型機内での流動性が悪く、成型しづらい場合もある。一方、一度成型した第1成型体5の破砕物6であれば、第1成型工程40によりある程度密度が高められているため成型機内での流動性が向上しており、第2成型工程40aにおける成型がスムーズに行われる。これにより、第1成型体5よりもさらに密度の高い第2成型体7が得られることとなり、この第2成型体7を石炭成型燃料とすることによって、貯蔵・運搬時の粉化が低減され、ハンドリング性を向上させた石炭成型燃料を得ることができる。

0230

なお、上述のとおり本実施形態ではバインダーを用いていない。石炭粒子4の粒子径と水分、及び第2成型体の密度を上記の範囲に規定することにより、別途バインダーを添加することなく、低コストで第2成型体の強度を所望の値とすることができるものである。また、本実施形態の製造方法においては、粉砕した後に成型することで比表面積も低下し、貯蔵時の発火を低減することができる。さらに、第2成型体を得るまでの製造プロセスでは全て公知の機械・装置を用いており、また熱水等も必要としないため、コスト低減を図ることができる。

0231

[実施形態D2]
図4−2に、実施形態D2の石炭成型燃料の製造工程の一例を示す。実施形態D2においては、実施形態D1の製造工程に加え、粉砕工程30で得られた石炭粒子4の一部(石炭粒子4−2)を、第1成型工程40を経由せずに第2破砕工程10aへ供給するバイパス経路(以下、単に「バイパス経路」とも記載する)を有する。

0232

実施形態D2の石炭成型燃料の製造方法は、まず、実施形態D1と同様に、第1破砕工程10、乾燥工程20、粉砕工程30を行う。粉砕工程30で得られた石炭粒子のうち、一部の石炭粒子4−1は第1成型工程40にて成型されて第1成型体5となり、別の一部の石炭粒子4−2は、第1成型工程40を経ずに石炭粒子の形状のまま第2破砕工程10aに供給される。第2破砕工程10aにおいては、第1成型体5と石炭粒子4−2との混合物を破砕して第2破砕物6を得、これを第2成型工程40aにより成型して第2成型体7を得る。さらに篩工程70を経て、粒径の小さい微粉炭を除いた成型体100を得てもよい。第2成型体7または成型体100を石炭成型燃料とすることができる。

0233

実施形態D2の第2破砕工程10aでは、石炭粒子4−1から第1成型工程により成型された第1成型体5と、第1成型工程40を経ない石炭粒子4−2との混合物が破砕される。第1成型体5には、第1成型工程40において、コンパクタ400で加圧されずにロール間から漏れた石炭粒子4−1が含まれていてもよい。第2破砕工程10aにおける、第1成型体5(ロール間から漏れた石炭粒子4−1も含む)と、バイパス経路による石炭粒子4−2との混合比は特に限定されないが、90:10〜60:40(重量比)が好ましく、90:10〜70:30(重量比)がより好ましい。混合比が該範囲内にあると第2破砕物6の平均粒子径が第1の実施形態と同様の好適範囲(平均径が好ましくは0.1〜1.0mm、より好ましくは0.15〜0.9mm、さらに好ましくは0.2〜0.8mm)に調整しやすい。この第2破砕物6を用いることにより、実施形態D2の第2成型工程40aは、実施形態D1の第2成型工程と同等の動力で行うことができ、かつ、十分な品質の第2成型体7を得ることができる。

0234

本願発明者らの詳細な検討により、実施形態D2(バイパス経路を有する形態)とバイパス経路を有さない形態とを比べると、実施形態D2で第2破砕工程10aの装置条件を調整することで(例えば、破砕機の回転数等を小さくする)、バイパス経路を有さない形態と同程度の平均粒径の第2破砕物6が得られることがわかった。よって、バイパス経路を有することにより、第2破砕工程10aにおける破砕機の動力を軽減できる。さらに、バイパス経路を有することにより石炭粒子の一部は第1成型工程40を経由しないことから、第1成型工程40におけるコンパクタ400の動力を軽減したりコンパクタ400のサイズを小さくしたりすることができる。したがって、バイパス経路を有することにより、製造工程におけるエネルギーおよびコストの低減が可能となる。

0235

実施形態D2の第2破砕工程10aは、実施形態D1の第2破砕工程と同様の破砕機を用いて行うことができる。第2破砕物6は、平均径が好ましくは0.1〜1.0mm、より好ましくは0.15〜0.9mm、さらに好ましくは0.2〜0.8mmである。また、第2破砕物6の最大粒子径は、第2成型体7の粒子径の縦横2辺の短いほうの長さ以下であることが好ましい。第2破砕物6が前記平均径の範囲および最大粒子径の範囲になるように第2破砕工程10aを調整することで、第2成型体7の成型時に、ブリケットマシン等の成型機におけるロールポケットへの充填率を向上させることができる。実施形態D2の第2成型工程40aは、実施形態D1の第2成型工程40aと同様に行うことで第2成型体7を得ることができる。

0236

石炭成型燃料の製造方法の一態様として、実施形態D1または実施形態D2の第2成型工程40aの後に、篩工程70を設けて、粒径の小さい石炭粒子を除いてもよい。篩により微粉が除去されるとともに、第2成型体7同士が篩上で接触することにより、強度の弱い部分が研磨されて高強度な部分が残存する。これにより第2成型体7の強度が向上する。

0237

温度調整
なお、実施形態D1および実施形態D2の第2成型工程40aに供給される石炭6を所定の温度に調整してもよい。所定の温度とは50〜100℃であり、石炭6を常温で第2成型工程へ供給するのに比べ、第2成型体7の品質(見掛密度向上や浸漬水分低下)が改善する。品質改善原理は明らかになっていないが、原料の軟化による充填性の向上や原料の活性化エネルギーの低下などが要因と推察される。

0238

温度調整方法においては、第2成型工程40aに供給される石炭6が前記所定の温度になっていればよく、粉砕工程30から第2破砕工程10aの間の各装置および各装置を結ぶ搬送装置装置外周から直接温度調整してもよい。また、搬送装置を空気輸送方式として作動用ガスの温度および流量を調整して石炭温度を調整してもよい。また、粉砕工程30の作動用ガスの温度及び流量を調整して石炭6の温度を調整してもよい。

0239

空気輸送方式を用いる場合は、粉塵爆発リスク・発火リスク低減を目的として燃焼排ガス等O2濃度が10%以下の作動用ガスを用いてもよい。また、前記温度調整により石炭6の全水分が低下して成形時の好ましい水分範囲から外れることが懸念される場合は、それを見越して乾燥工程20から排出される石炭3の水分を高めにしてもよい。

0240

パートDの記載にかかわる主要な要素の符合の説明は次のとおりである。
1石炭
2 第1破砕物
3乾燥済みの石炭
4,4−1,4−2石炭粒子
5 第1成型体
6 第2破砕物
7 第2成型体
10 第1破砕工程
20 乾燥工程
30粉砕工程
40 第1成型工程
10a 第2破砕工程
40a 第2成型工程
70篩工程
100 成型体

0241

<<パートE>>
パートEで開示される発明は、石炭を粉砕した後成型した石炭成型体の製造方法に関する。

0242

従来、石炭成型体を得る技術として、特許文献2(WO2015/098935号公報)に、粉砕した石炭を成型して第1成型体を得た後、この第1成型体を破砕し、再度成型して第2成型体とし、これによって所望の強度を有する石炭燃料を得る方法が記載されている。特許文献2によれば、第1成型体および第2成型体の成型には、成型体の型となるポケットが表面に形成された一対のロールと、一対のロール間に原料を供給するスクリュとを有する成型機(ブリケットマシン)が好適に用いられる。一対のロールの少なくとも一方の表面には、成型体の型となるポケットが形成されており、スクリュによりロール間に供給された原料は、ポケット内に充填され、ポケット内で加圧され、これによって成型体が得られる。

0243

成型機としては、鉛直上方から原料を供給し、成型された成型体を鉛直下方側に排出する鉛直給排型の成型機が一般的である。鉛直給排型の成型機で粉末状の原料を高圧成型すると、スクリュの攪拌により原料中に空気が同伴して原料が浮遊し、それによってロール間への原料の供給が不十分となり、成型が不安定になることがあった。

0244

パートEの発明は、鉛直給排型の成型機を用いた石炭成型体の製造方法において、安定した品質で成型体を製造する、石炭成型体の製造方法を提供することを目的とする。

0245

パートEの主要な開示事項は、次のとおりである。

0246

(1) 鉛直上方から供給された石炭粒子を成型するとともに、成型された石炭成型体を鉛直下方側に排出する鉛直給排型の成型機によって成型される石炭成型体の製造方法であって、
前記石炭粒子は、単位重量あたり初期容積をVo、N回タッピング時の容積をVN、かさ減り度をC=(Vo−VN)/Voとすると、
式(1):N/C=(1/ab)+(1/a)N
において、
条件(1):a≦0.29
条件(2):20≦1/b≦60
をいずれも満たすことを特徴とする石炭成型体の製造方法。

0247

この製造方法によれば、安定した品質で石炭成型体を製造することができる。

0248

(2) 上記(1)に記載の石炭成型体の製造方法において、
石炭を破砕する第1破砕工程と、
前記第1破砕工程で破砕された石炭を乾燥する乾燥工程と、
前記乾燥工程で乾燥された石炭を粉砕し、微粉炭を得る粉砕工程と、
前記微粉炭を成型し、第1成型体を得る第1成型工程と、
前記第1成型体を破砕し、塊状物を生成する第2破砕工程と、
前記塊状物を再度成型し、第2成型体を生成する第2成型工程と、
を有し、
前記塊状物は、前記微粉炭の集合体であって、前記石炭粒子に相当し、
前記第2成型工程では、前記鉛直給排型の成型機が適用されること、
を特徴とする石炭成型体の製造方法。

0249

上記各工程を有する製造方法において、(1)記載の鉛直給排型の成型機を適用することがより効果的である。

0250

(3) 上記(2)に記載の石炭成型体の製造方法において、
前記微粉炭は、平均粒子径が10〜60μm、全水分が5〜20wt%であって、
前記第2成型体の見掛密度は、1.2〜1.4g/cm3であること、
を特徴とする石炭成型体の製造方法。

0251

この製造方法によれば、上記記載の微粉炭を使用して、上記の見掛密度を有する第2成型体を製造することができる。

0252

パートEの発明によれば、安定した品質で石炭成型体を製造することができる。以下、パートEの発明を説明する。

0253

図5−1を参照すると、パートEの発明の一実施形態による石炭成型体の製造工程が示されている。本形態では、石炭成型体の製造工程は、第1破砕工程10、乾燥工程20、粉砕工程30、第1成型工程40、第2破砕工程10a、第2成型工程40aおよび篩工程70を有している。原料となる石炭1は、第1破砕工程10で破砕されて破砕物2とされた後、乾燥工程20で乾燥されて乾燥物3とされ、さらに乾燥物3が粉砕工程30で粉砕されて微粉炭4が得られる。この微粉炭4は、第1成型工程40で第1成型体5として成型された後、第2破砕工程10aで再度破砕され、これによって石炭粒子に相当する塊状物である第2破砕物6が得られる。得られた塊状物は、微粉炭4の成型によって得られた第1成型体5を破砕したものであるので、微粉炭4の集合体ということができる。その後、第2成型工程40aで、第2破砕物6から第2成型体7が得られ、さらに篩工程70によって第2成型体7から粉末が除去され、これによって石炭成型体100が得られる。得られた石炭成型体100は、石炭成型燃料として好適に用いることができる。

0254

なお、篩工程70は、パートEの発明において必須の工程ではなく、第2成型工程40aで得られた第2成型体7を石炭成型体100とすることもできる。

0255

原料となる石炭1としては、水分が25wt%以上の褐炭または亜瀝青炭を用いることができる。好ましくは水分30wt%以上の褐炭を用いることができる。石炭成型体の一連の製造工程において、原料として用いられるものは石炭のみであり、バインダー等の添加物は使用されない。バインダー等の添加物の使用は、コストアップの要因となる。しかし、本形態では、バインダーを添加せず石炭のみを用いるため、低コストで石炭成型体を得ることができる。

0256

第1破砕工程10では、ジョークラッシャまたはハンマークラッシャ等の適宜の破砕手段を用いて、この石炭1を破砕して、破砕済みの石炭である第1破砕物2を得る。第1破砕工程10では、後の粉砕工程30で用いるボールミル等の粉砕手段に投入できる大きさまで石炭が破砕されればよく、特に限定されないが、第1破砕物2の大きさは、最大粒子径が、好ましくは70mm以下、より好ましくは50mm以下、さらに好ましくは20mm以下であり、特に好ましくは平均粒子径が1mm〜20mmである。ここで、第1破砕工程10により破砕された石炭の平均粒子径は、JIS M 8801−4の「5.粒度試験方法」に基づいて測定し、各篩目開きの通過篩質量百分率を求め、通過篩質量百分率が50%となる粒子径を平均粒子径とする。

0257

得られた第1破砕物2は、乾燥工程20に供給される。乾燥工程20では、第1破砕物2を、間接乾燥機等の適宜の乾燥機を用いて乾燥させ、乾燥物3を得る。間接乾燥機としては、例えばスチームチューブドライヤを用いることができる。石炭成型体100が好適に用いられる固体燃料の製造では、大量処理が要求されるため、伝熱面積が大きく大量の乾燥処理が可能なスチームチューブドライヤは、乾燥工程20で用いる乾燥機として好適である。

0258

得られた乾燥物3は、粉砕工程30に供給される。粉砕工程30では、適宜の粉砕機により乾燥物3を粉砕して微粉炭4を得る。粉砕機としては、乾式粉砕または乾式粉砕方式の粉砕機を用いることができ、その中でも特に、微粉砕が可能であり、かつ、大量処理に適したボールミルやローラミルを好ましく用いることができる。固体燃料の製造では乾燥工程20と同様、粉砕工程30においても大量処理が要求されるからである。

0259

粉砕工程30で得られる微粉炭4の平均粒子径は、10〜60μmであり、好ましくは10〜50μm、より好ましくは10〜30μmである。微粉炭4の平均粒子径は、レーザー回折・散乱法によって得られる粒度分布のメディアン径で与えられる。なお、本明細書において、「微粉炭」とは、粉砕工程30において得られた微粉炭4を意味する。

0260

粉砕工程30で得られる微粉炭4の平均粒子径を上記の範囲とすることにより、第1成型工程40において微細な微粉炭4を成型する際に型(例えばロールポケット)への充填率が増大し、後述する石炭成型体100の密度を向上させて所望の強度を得ることができる。

0261

なお、ボールミルおよびローラミルは、粉砕と同時に乾燥をも行えるため、粉砕工程30においてボールミルあるいはローラミルによる乾燥を行うこともできる。ただし、ボールミルおよびローラミルでの乾燥能力では、第1破砕工程10で得られた破砕物2を十分に乾燥させることは困難であるため、本形態では粉砕工程30の前に乾燥工程20を設けて、十分に乾燥した微粉炭4を得ている。

0262

得られた微粉炭4は、第1成型工程40に供給される。第1成型工程40では、成型機により微粉炭4を板状に成型することを含む。成型機は、原料(本形態では微粉炭4)を加圧成型する成型手段と、成型手段へ原料を供給する供給手段とを有する。このような成型機としては、例えば、ブリケットマシンを用いることができる。

0263

図5−2に、第1成型工程40において好適に用いることのできるブリケットマシンの模式図を示す。図5−2に示すブリケットマシンは、鉛直上方から供給された微粉炭4を成型するとともに、成型された第1成型体5を鉛直下方側へ排出する鉛直給排型のブリケットマシンである。ブリケットマシンは、成型手段である一対のロール41と、一対のロール41の上方に配置されて、一対のロール41の間に原料である微粉炭4を供給する供給手段42と、を有する。供給手段42は、微粉炭4が供給されるホッパ、およびホッパ内の微粉炭4を下方へ送るスクリュフィーダ等を有している。一対のロール41は、それぞれ適宜の駆動手段で駆動される回転軸を有している。回転軸は、水平方向に延び、かつ、一対のロール41が水平方向に隙間をあけて互いに平行に配置されるように配置されている。ロール41の隙間に上方から供給された微粉炭4を、ロール41の回転駆動によって加圧しながら下方へ送ることで、微粉炭4が加圧成型された第1成型体5が得られる。

0264

一対のロール41間の隙間(クリアランス)は、広すぎると、ロール41からの微粉炭4の漏れや圧力分散が発生しやすくなり、得られる第1成型体5の密度および強度の低下、並びに収率低下につながる。よって、ロール41間の隙間は3mm以下であることが好ましい。ロール41間の隙間を3mm以下とすることで、十分な強度が確保された板状の第1成型体5を得ることができる。

0265

また、一対のロール41のうち少なくとも一方のロール41の表面には、凹凸が形成されていることが好ましい。これにより、ロール41間に供給された微粉炭4がロール41の表面から滑り落ちるのが抑制され、微粉炭4をロール41間に良好に保持し、加圧することができる。また、凹凸を形成することにより、凹部内にも微粉炭4が充填されるため、単位時間当たりの処理量を多くすることができる。なお、ロール41の表面に凹凸を有する場合、得られる第1成型体5の表面形状には、ロール41の表面の凹凸が転写される。

0266

ロール41の表面に形成される凹凸の形態は特に制限されず、例えば、ロールポケット(凹部)、溝およびこれらの組み合わせであってよい。

0267

凹凸がロールポケットで形成される場合、ロールポケットの形状は任意とすることができる。ロールポケットの形状の一例を図5−3Aおよび図5−3Bに示す。図示した例は、片側のロールのみに略楕円形のロールポケット形成した例であり、これにより、片側平面アーモンド形状の凸部を有する第1成型体5が得られる。ロールポケットは、両側のロールに形成してもよいし、また、ロールポケットの平面形状は角丸多角形、円形、あるいは長円形などであってもよい。ロールポケットの各部の寸法(縦長さa、横長さb、深さc)、およびロール41間の隙間d(第1成型体5の、凹凸が形成されていない表面の部分で形成された厚さ)の好ましい寸法範囲を表E1に示す。

0268

0269

また、凹凸が溝で形成される場合、溝の幅、深さ、配列等は任意とすることができる。例えば、図5−4に示すように、ロール41の軸方向Aに平行な複数の溝および周方向Bに平行な複数の溝を格子状に配列したものとすることができる。また、この他にも、ロール41の軸方向Aに平行な複数の溝を配列したもの、およびロール41の軸方向Aおよび周方向Bに対して斜めの複数の溝を交差して配列したものなども可能である。溝の幅(ロール41の表面において溝の長さの方向に垂直な方向の長さ)は、好ましくは0.5〜5mmである。溝の深さは、好ましくは0.5〜2mmである。

0270

第1成型工程40で得られる第1成型体5は、見掛密度が1.00g/cm3〜1.25g/cm3であることが好ましく、圧壊強度が10〜800Nであることが好ましい。また、第1成型工程40で用いられる微粉炭4の全水分は、5〜20wt%であることが好ましく、8〜18wt%であることがより好ましく、10〜17wt%であることがさらに好ましい。

0271

第1成型工程40では、原料を水平方向に供給し、成型された第1成型体5を水平方向に排出する水平給排型の成型機、例えばコンパクタを用いることもできる。水平給排型のコンパクタも、鉛直給排型のブリケットマシンと同様、原料を成型する成型手段と、成型手段に原料を供給する供給手段とを有する。成型手段は、例えば、一対のロールを有することができ、一対のロールは、ロール間に原料が供給されることで、原料がロールの回転に伴ってロール間で加圧成型されるように配置される。ただし、水平給排型のコンパクタでは、2つのロールが上下に配置される。第1成型工程40において水平給排型のコンパクタを用いることで、得られる第1成型体5の収率、すなわち成型効率を向上させることができる。

0272

第1成型工程40で得られた第1成型体5は、第2破砕工程10aに供給される。第2破砕工程10aでは、破砕機により第1成型体5を破砕し、塊状物である第2破砕物6を得る。第2破砕物6は、微粉炭の集合体であり、この微粉炭は、粉砕工程30で得られた微粉炭4に相当する。したがって、微粉炭は、平均粒子径が10〜60μmであることが好ましく、また、全水分が5〜20wt%であることが好ましい。

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