固形燃料成型方法
【課題】特にバインダーを添加せずとも、得られる固体燃料の圧壊強度を向上させることができる固形燃料の成型方法を提供する。
【解決手段】本発明の固形燃料成型方法は、低品位炭を粗粉砕する前処理工程、前記前処理工程で得られた粗粉砕炭から水分を除去する水分量低減工程、及び、水分を除去した粗粉砕炭をブリケット化する加圧成型工程を有する固形燃料成型方法であって、前記加圧成型工程では、水分を除去した粗粉砕炭と、粒子径０．１０ｍｍ以下の微粒子を含む低品位炭とを、前記粗粉砕炭と前記微粉砕炭との合計１００質量％中、前記微粒子の含有量が５質量％〜３５質量％となるように混ぜて成型原料を調製し、得られた成型原料をブリケット化することを特徴とする。
【解決手段】本発明の固形燃料成型方法は、低品位炭を粗粉砕する前処理工程、前記前処理工程で得られた粗粉砕炭から水分を除去する水分量低減工程、及び、水分を除去した粗粉砕炭をブリケット化する加圧成型工程を有する固形燃料成型方法であって、前記加圧成型工程では、水分を除去した粗粉砕炭と、粒子径０．１０ｍｍ以下の微粒子を含む低品位炭とを、前記粗粉砕炭と前記微粉砕炭との合計１００質量％中、前記微粒子の含有量が５質量％〜３５質量％となるように混ぜて成型原料を調製し、得られた成型原料をブリケット化することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低品位炭を原料とする固形燃料の成型方法に関するものであり、特に圧壊強度が高い固形燃料の成型方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
低品位炭は、水分を３０質量％〜７０質量％と多量に含有するため、単位質量当たりの燃焼時の発熱量が少なく、そのままでは燃料として使用できない。また、このような含水率の高い低品位炭をそのまま輸送すると、多量の水分を運ぶことになり輸送コストも割高となる。一方、低品位炭は灰分や硫黄分の含有量が少ないという、燃料として好ましい性質も有している。従って、効率的に水分を除去できれば、低品位炭を有用な固形燃料として使用できる。
【０００３】
低品位炭の水分を除去する技術が種々提案されており、例えば、特許文献１には、水分を含有する低品位炭の粉砕物を、重質油と溶媒油とを含む混合油中で加熱して脱水処理した後、固液分離して固形燃料とする技術が開示されている（特許文献１（請求項４）参照）。ここで、特許文献１の技術では、固液分離後の混合油を繰り返し使用しているが、粒子径が約５０μｍ以下の微粉炭は固液分離されにくく、混合油中に残存することとなる。その結果、固形燃料の製造を連続して行うにつれて、混合油中に微粉成分が蓄積して、粉砕物と混合油を含むスラリーの流動性が低下するという問題が生じる。そこで、特許文献２では、褐炭の粉砕物から平均粒子径０．５ｍｍ以下から０．０５ｍｍ以下の微粉部分を取り除きスラリーを調製することで、スラリーの流動性の低下を防ぎ、安定したプロセス運転が可能となる技術が開示されている（特許文献２（請求項５）参照）。この技術では、原料炭から除去された微粉部分を加熱脱水後の固形燃料に加えることで、原料を有効利用すると同時に脱水時に加熱された固形燃料を安定な温度まで冷却できることが記載されている（特許文献２（段落［００２７］）参照）。
【０００４】
ところで、脱水処理した低品位炭を、貯蔵や輸送に適するようにするためには、ブリケット化することが好ましい。そのため、脱水処理した低品位炭は、公知の一軸加圧成型やダブルロールプレス成型によりブリケット化して使用されている。しかし、加圧により成型されたブリケットの強度は、必ずしも貯蔵、輸送などに際して十分でない場合が多い。そこで、特許文献３には、脱水した低品位炭に水分を含有する低品位炭を混合し、残留水分を適正化することで、バインダーを特に用いることなくブリケットの強度を高める技術が提案されている（例えば、特許文献３（請求項１）参照）。また、特許文献４には、微粉炭の加圧成型に際して、ブリケット強度を向上させる目的で、澱粉等のバインダーを添加する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２７７６２７８号公報
【特許文献２】特許第４０４５２３２号公報
【特許文献３】特許第４６０３６２０号公報
【特許文献４】特許第３９３５３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献３では、添加される水分を含有する低品位炭の粒子径は十分に検討されておらず、含水率のみを調整した場合でも、ブリケットの強度は必ずしも十分でない。また、特許文献４の方法では、少なくとも１ｗｔ％以上のバインダー成分を添加しなくては効果が十分に発揮されず、コストの点から実用化には困難がある。また、特許文献２では、固液分離により得られた固形燃料に微粉部分を混合したものを、成型して成型固形燃料とすることも記載されている（特許文献２（段落［００４０］））。しかしながら、微粉砕炭を固形燃料に加えることにより、加圧成型されるブリケット強度に与える影響については触れられておらず、ブリケット強度向上に適した粒子径や添加量については検討されていない。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、特にバインダーを添加せずとも、得られる固体燃料の圧壊強度を向上させることができる固形燃料の成型方法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】
【０００８】
上記課題を解決することができた本発明の固形燃料成型方法は、低品位炭を粗粉砕する前処理工程、前記前処理工程で得られた粗粉砕炭から水分を除去する水分量低減工程、及び、水分を除去した粗粉砕炭をブリケット化する加圧成型工程を有する固形燃料成型方法であって、前記加圧成型工程では、水分を除去した粗粉砕炭と、粒子径０．１０ｍｍ以下の微粒子を含む微粉砕炭とを、前記粗粉砕炭と前記微粉砕炭との合計１００質量％中、前記微粒子の含有量が５質量％〜３５質量％となるように混ぜて成型原料を調製し、得られた成型原料をブリケット化することを特徴とする。
【０００９】
前記水分量低減工程は、前記粗粉砕炭を、重質油及び溶媒油中で加熱して脱水し、固液分離する油中脱水工程を含むことが好ましい。前記前処理工程では、低品位炭の粉砕後、粒子径０．１０ｍｍ以下の微粉成分の含有量が５０質量％以下となるように、前記粗粉砕炭から微粉成分を取り除くことが好ましい。前記加圧成型工程において、前記粗粉砕炭から取り除いた前記微粉成分を前記微粒子として、前記微粉砕炭と混ぜて使用することが好ましい。前記加圧成型工程において、粗粉砕炭のブリケット化後、ブリケットに付着した微小片及び未成型粉を分離回収し、該微小片及び未成型粉の粒子径を０．５ｍｍ以下に調整した後、この調整品を成型原料と混ぜて再びブリケット化することが好ましい。また、前記加圧成型工程において、粗粉砕炭のブリケット化後、ブリケットに付着した微小片及び未成型粉を分離回収し、該微小片及び未成型粉を粒子径０．０５ｍｍ〜０．７ｍｍまでの範囲で設定されるしきい値で分級し、粒子径が前記しきい値を超える成分は、前記粗粉砕炭と共に前記水分量低減工程に戻し、粒子径が前記しきい値以下の成分は、粒子径を０．５ｍｍ以下に調整した後、この調整品を前記成型原料に再使用することも好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、低品位炭を粉砕後、脱水及びブリケット化して固形燃料を成型する場合でも、ブリケット化前に脱水粗粉砕炭と、粒子径０．１０ｍｍ以下の微粒子を含む低品位炭の微粉砕炭とを混ぜているため、特にバインダーを添加せずとも、固形燃料の圧壊強度を高くできる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の固形燃料成型方法の一例を示すフロー図である。
【図２】本発明の固形燃料成型方法の他の例を示すフロー図である。
【図３】本発明の固形燃料成型方法の他の例を示すフロー図である。
【図４】圧壊試験における石炭成型体の設置状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、水分を多量に含有する天然物由来の低品位炭を原料とし、この原料炭から固形燃料を製造する方法に関する。以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明の固形燃料成型方法の一例を示すフロー図である。図１に示すように、本発明の固形燃料成型方法は、原料炭（低品位炭）を粗粉砕する前処理工程、前記前処理工程で得られた粗粉砕炭から水分を除去する水分量低減工程（好ましくは、原料炭を混合油と共にスラリーにして、高温に加熱する油中脱水処理をする工程）、及び、水分を除去した粗粉砕炭をブリケット化する加圧成型工程を有している。これらの工程を得ることで、低品位炭から水分を除去して固形燃料を製造することができる。
【００１４】
より詳細に説明すると、前記前処理工程では、原料炭を粗く砕く粗粉砕と、粗粉砕後に微粉成分を除去して粗粉砕炭と分離するための分級が行われる。粉砕することにより、水分量低減工程における脱水効率を高めることができる。また、粉砕後に微粉成分を除去しておけば、油中脱水を採用した場合に、固液分離後の混合油を繰り返し使用する際に、混合油中に残存する微粉成分を低減でき、原料スラリーの粘度の上昇を抑制できる。
【００１５】
前記水分量低減工程では、粗粉砕炭に含まれる水分を油中脱水処理法によって除去する。これにより、固形燃料の燃焼時の発熱量が向上する。この油中脱水処理法では、粗粉砕炭を適当な手順で重質油及び溶媒油と混合して原料スラリーを調製し（図１では、重質油と溶媒油とを混合し混合油を調製した後、この混合油と粗粉砕炭とを混ぜることで原料スラリーを調製）、この原料スラリーを加熱することで粗粉砕炭を脱水する。油中脱水に使用する油に重質油を含ませることにより、含水率の高い低品位炭を溶媒油中に容易に安定分散させることができる。
【００１６】
上記のようにして油中で加熱脱水した粗粉砕炭を含むスラリー（脱水スラリー）を、液体成分と固体成分とに固液分離することで、水分が除去された粗粉砕炭を得る。なお、固液分離後の粗粉砕炭には溶媒油が付着しているため、この溶媒油を除去回収することが好ましい。また、図１に示すように、固液分離後の液体成分（混合油）、固液分離後の粗粉砕炭から回収された溶媒油は、いずれもスラリー調製時の油として再利用することが好ましい。
【００１７】
そして、本発明では、上記のようにして水分を除去した粗粉砕炭に、低品位炭の微粉砕炭を混ぜて成型原料を調製し、得られた成型原料を加圧成型して固形燃料を成型する。なお、粗粉砕炭と混ぜる微粉砕炭は、粒子径０．１０ｍｍ以下の微粒子を含む。図１の例では、微粉砕炭として、原料炭を微粉砕したものや、粗粉砕炭から分離された微粉成分を微粉砕したものを使用している。
【００１８】
以上の成型方法により得られた固形燃料は、粗粉砕炭に微粉砕炭が配合されているため、粗粉砕炭の粗粒子同士が形成する空間が、微粉砕炭に含まれる粒子径０．１ｍｍ以下の微粒子により埋められ、圧壊強度が優れたものとなる。また、粗粉砕炭から水分を除去する方法として油中脱水処理を採用した場合、溶媒油を除去した粗粉砕炭は高温状態にあるため発火や爆発を起こす危険性がある。しかし、微粉砕炭として水分を含むものを使用すれば、この水分の作用により発火等の危険が低減される。さらに、微粉砕炭が水分を含む場合には、得られる固形燃料の含水率が向上するため、固形燃料の圧壊強度が一層向上する。よって、本発明によれば、特にバインダーを添加しなくても、得られる固形燃料の圧壊強度を向上させることができる。
【００１９】
なお、加圧成型後の固形燃料には、加圧成型時のバリに起因する微小片や、未成型炭が付着している。これらの微小片等は、固形燃料を貯蔵、輸送する際に、粉塵の原因となるため、分離除去することが好ましい。また、分離した微小片等は再度、原料炭等として使用することが好ましい。
【００２０】
また、加圧成型後に分離除去した微小片等は、再使用する工程を適宜変更できる。図２及び図３は、このような微小片等を再使用する工程を変更した例を示すフロー図である。なお、図２及び図３中、図１と同じ部分は図１と同一内容であることを示す。より詳細には、図２及び図３は、水分を除去した粗粉砕炭の調製方法、微粉砕炭の調製方法は共通しており、微小片等を再使用する方法が異なっている。
【００２１】
図２では、微小片等を微粉砕工程の前に戻し、微粉砕炭の原料に再使用している。そして、原料炭、粗粉砕炭から分離された微粉成分とともに微粉砕して、成型原料調製工程に供する。なお、図２において、微小片等の粒子径が前記微粉砕炭と同等（例えば、粒子径０．５ｍｍ以下）又は、それよりも小さい場合、或いはこのような大きさに粒度調整（粉砕）した場合、この微小片等は、必ずしも微粉砕工程の前に戻す必要はなく、例えば、微粉砕工程の後に戻してもよく、微粉砕炭と共に成型原料調製工程に供してもよい。
【００２２】
図３では、微小片等を、粒子径０．０５ｍｍ〜０．７ｍｍの範囲で設定されるしきい値で分級している。そして、粒子径が前記しきい値を超える成分は、粗粉砕炭とともに水分量低減工程に供する。粒子径が前記しきい値以下の成分は、図２の例と同様に微粉砕工程の前に戻し、微粉砕炭の原料に再使用している。なお、この図３の例では、図２の例と同様に、微小片等の粒子径が前記微粉砕炭と同等（例えば、粒子径０．５ｍｍ以下）又は、それよりも小さい場合、或いはこのような大きさに粒度調整（粉砕）した場合、この微小片等は、必ずしも微粉砕工程の前に戻す必要はなく、例えば、微粉砕工程の後に戻してもよく、微粉砕炭と共に成型原料調製工程に供してもよい。このように、微小片を所定のしきい値で予め分級すれば、しきい値以下の成分は粗粒子が除去されており、残りの小さな粒子は粒子径０．１ｍｍ以下に容易に粉砕できるため、粉砕時間を短縮できる。
【００２３】
本発明は、上記図示例の範囲内又は範囲外で、適宜変更を加えて実施することができる。例えば、前記低品位炭としては、天然に存在し２０質量％以上の水分を含有するものが使用できる。このような低品位炭としては、例えば、ビクトリア炭、ノースダコタ炭、ベルガ炭等の褐炭；西バンコ炭、ビヌンガン炭、サラマンガウ炭等の亜瀝青炭；瀝青炭等が挙げられる。
【００２４】
前記前処理工程での粗粉砕では、公知の粉砕手段が適宜使用でき例えば、ハンマークラッシャー、ディスクミル、ボールミル、ビーズミル等が使用できる。粗粉砕後の粗粉砕炭は、含まれる粒子の粒子径が５ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは４ｍｍ以下、さらに好ましくは３ｍｍ以下である。粗粉砕炭の粒子径が小さい程、得られる固形燃料の圧壊強度が高くなる。なお、本発明において、含まれる粒子の粒子径がＸｍｍ以下の粗粉砕炭とは、粗粉砕後の粗粉砕炭を目開きＸｍｍ以下の篩（金属製網ふるい、規格番号ＪＩＳ Ｚ ８８０１−１（２００６））でふるった際の篩い下の粉末であることを意味する。
【００２５】
前処理工程での分級では、乾式分級、湿式分級のいずれも採用できる。前記乾式分級としては、篩を用いた篩い分けや、重力分級機、遠心分級機（サイクロン式分級機）、慣性分級機等を用いた分級が挙げられる。前記湿式分級としては、沈降分級機、水力分級機等を用いた分級が挙げられる。
【００２６】
この前処理工程での分級では、粗粉砕炭中の粒子径が０．１０ｍｍ以下の微粉成分含有量を５０質量％以下とすることが好ましく、より好ましくは４０質量％以下、さらに好ましくは３５質量％以下、特に好ましくは３０質量％以下である。微粉成分を低減しておけば、後述する脱水スラリーの固液分離において分離液に残存する微粉炭量を低減することができ、原料スラリーの高粘度化を抑制できる。粒子径が０．１０ｍｍ以下の微粉成分の含有量の測定方法は後述する。
【００２７】
前記分級で粗粉砕炭から分離される微粉成分は、含まれる粒子の粒子径が、例えば０．３ｍｍ以下、好ましくは０．１５ｍｍ以下、さらに好ましくは０．１ｍｍ以下である。加圧成型工程で混合する微粉砕炭に対して、この微粉成分の粒子径が等しい、あるいは小さい場合、この微粉成分を加圧成型工程で直接微粒子として使用できる。逆に、加圧成型工程で混合する微粉砕炭の粒子径に対して、前記微粉成分の粒子径が大きい場合、微粉成分は図１〜３の例のように、微粉砕する。この微粉砕では、前処理工程の粗粉砕で例示した方法を採用できる。
【００２８】
前記水分量低減工程で使用する油（重質油、溶媒油）のうち、重質油としては、沸点が３００℃以上の油が挙げられる。重質油の具体例としては、例えば、アスファルト、タール等が挙げられる。前記溶媒油としては、粗粉砕炭を容易に分散させることができるものであれば特に限定されないが、沸点が３００℃以下のものが好ましい。なお、水分蒸発温度における安定性の観点から、溶媒油の沸点は１００℃（より好ましくは１１０℃、さらに好ましくは１２０℃）以上が好ましい。溶媒油の具体例としては、例えば、灯油、軽油、ケロシン等が挙げられる。なお、前記重質油及び溶媒油は、いずれも、石油を精製することにより得られる油が好ましい。
【００２９】
上述したように、重質油と溶媒油は、あらかじめ混合して混合油として使用してもよい。前記混合油中の重質油成分の含有量は、０．１質量％以上が好ましく、より好ましくは０．３質量％以上、さらに好ましくは０．４質量％以上であり、３質量％以下が好ましく、より好ましくは２質量％以下、さらに好ましくは１質量％以下である。
【００３０】
粗粉砕炭と混合油で構成される原料スラリーにおいて、粗粉砕炭と混合油との質量比（粗粉砕炭／混合油）は、０．５以上が好ましく、より好ましくは１．０以上、さらに好ましくは１．５以上であり、３以下が好ましく、より好ましくは２．５以下、さらに好ましくは２以下である。
【００３１】
前記原料スラリーを加熱する温度は、１００℃以上が好ましく、より好ましくは１２０℃以上、さらに好ましくは１４０℃以上であり、２００℃以下が好ましく、より好ましくは１８０℃以下、さらに好ましくは１６０℃以下である。
【００３２】
加熱脱水後の原料スラリー（脱水スラリー）について、固液分離する方法は特に限定されず、例えば、沈降法、遠心分離法、ろ過法、圧搾法等を採用できる。なお、固液分離後の粗粉砕炭に付着した溶媒油の回収方法も特に限定されないが、乾燥機等を用いてこの溶媒油を揮発させて、冷却濃縮して回収することが好ましい。
【００３３】
上記水分量低減工程で得られた水分を除去した粗粉砕炭は、水よりも沸点の高い溶剤を用いて乾燥させているため、実質的に水分を含まない（含水率が０．５質量％以下の）乾燥炭である。
【００３４】
成型原料調製工程で、上記水分を除去した粗粉砕炭と混合する微粉砕炭は、粒子径０．１０ｍｍ以下の微粒子の含有量が、４０質量％以上が好ましく、より好ましくは５０質量％以上、さらに好ましくは６０質量％以上、特に好ましくは８０質量％以上、最も好ましくは１００質量％である。微粉砕炭中の粒子径０．１０ｍｍ以下の微粒子含有量の測定方法は後述する。
【００３５】
また、微粉砕炭は、粒子径０．１ｍｍ超の粒子を含有していてもよいが、微粉砕炭に含まれる粒子は、粒子径１．０ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．５ｍｍ以下、さらに好ましくは０．３ｍｍ以下である。
【００３６】
前記微粉砕炭は水分を含んでいることが好ましい。微粉砕炭が水分を含む場合、得られる固形燃料の圧壊強度が一層向上する。微粉砕炭の含水率は３０質量％〜７０質量％が好ましい。微粉砕炭の含水量は、加湿や乾燥を行って調整することができる。なお、微粉砕炭の原料に、含水率が３０質量％〜７０質量％の低品位炭を使用すれば、特段の水分調整を行うことなく、含水率３０質量％〜７０質量％の微粉砕炭が得られる。
【００３７】
粗粉砕炭と微粉砕炭とは公知の混合機を用いて混合でき、例えば、ミキサー、ボールミル、ニーダー、Ｖ型混合機等を用いることができる。前記微粉砕炭の添加量は、粗粉砕炭と微粉砕炭との合計１００質量％中、微粉砕炭中の粒子径０．１ｍｍ以下の微粒子の含有量が５質量％以上とすることが好ましく、より好ましくは８質量％以上、さらに好ましくは１０質量％以上であり、３５質量％以下とすることが好ましく、より好ましくは３０質量％以下、さらに好ましくは２５質量％以下、特に好ましくは２３質量％以下である。微粉砕炭の含有量が上記範囲内であれば、得られる固形燃料の圧壊強度がさらに向上する。
【００３８】
成型原料を加圧成型するには公知の装置が使用でき、例えば、一軸プレス成型やダブルロールプレス等の加圧成型装置を用いることができる。加圧圧力は、一軸プレス成型の場合、９８Ｎ／ｍｍ2（１０００ｋｇｆ／ｃｍ2）以上が好ましく、より好ましくは１４７Ｎ／ｍｍ2（１５００ｋｇｆ／ｃｍ2）以上、さらに好ましくは１９６Ｎ／ｍｍ2（２０００ｋｇｆ／ｃｍ2）以上である。加圧圧力を上げると成型体の密度が上がり強度も向上するが、加圧圧力を過剰に高めてもその効果は飽和する。よって、加圧圧力の上限は、４９０Ｎ／ｍｍ2（５０００ｋｇｆ／ｃｍ2）程度とすることが好ましい。
【００３９】
加圧成型後の固形燃料の含水率は、原料炭の種類により変わるが一般には、３質量％以上が好ましく、より好ましくは５質量％以上であり、１５質量％以下が好ましく、より好ましくは１０質量％以下である。含水率が上記範囲内であれば、圧壊強度がより向上する。なお、固形燃料の含水率は、上記微粉砕炭の配合量を調整することで、制御できる。
【００４０】
加圧成型後には、固形燃料に付着した微小片や、未成型炭を分離除去することが好ましく、この微小片等は粒度調整（特に粉砕）することが好ましい。微小片等の粉砕では、前記前処理工程の粗粉砕方法で例示した粉砕手段を採用できる。
【００４１】
微小片等をしきい値で分級する場合（図３）、そのしきい値は、０．０５ｍｍ以上、好ましくは０．１０ｍｍ以上、より好ましくは０．３ｍｍ以上であり、０．７ｍｍ以下、好ましくは０．６ｍｍ以下、より好ましくは０．５ｍｍ以下の範囲で設定できる。しきい値を上記範囲内とすれば、しきい値を超える成分を水分量低減工程に供する際に、粗粉砕炭に混入する微粉成分を低減することができる。また、しきい値以下の成分を、粒子径０．１０ｍｍ以下に容易に粉砕できる。
【００４２】
なお、上述のように、微小片等を成型原料に配合する場合、微小片等は、粒子径０．１ｍｍ超の粒子を含有していてもよいが、微小片等に含まれる粒子は、粒子径１．０ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．５ｍｍ以下、さらに好ましくは０．３ｍｍ以下である。
【００４３】
また、微小片等は、粒子径０．１０ｍｍ以下の微粒子の含有量が、４０質量％以上が好ましく、より好ましくは５０質量％以上、さらに好ましくは６０質量％以上、特に好ましくは８０質量％以上、最も好ましくは１００質量％である。微小片等に含まれる粒子径０．１０ｍｍ以下の粒子含有量は、微粉砕炭中の粒子径０．１０ｍｍ以下の微粒子含有量の測定方法と同様にして、測定することができる。
【００４４】
そして、微小片等を成型原料に配合する場合、前記微粉砕炭及び微小片等の添加量は、粗粉砕炭、微粉砕炭及び微小片等の合計１００質量％中、微粉砕炭又は微小片等に含まれる粒子径０．１ｍｍ以下の微粒子の含有量が５質量％以上とすることが好ましく、より好ましくは８質量％以上、さらに好ましくは１０質量％以上であり、３５質量％以下とすることが好ましく、より好ましくは３０質量％以下、さらに好ましくは２５質量％以下、特に好ましくは２３質量％以下である。
【００４５】
また、微小片等と微粉砕炭との合計１００質量％において、含水率は、３質量％以上が好ましく、より好ましくは５質量％以上、さらに好ましくは７質量％以上であり、１５質量％以下が好ましく、より好ましくは１０質量％以下である。
【実施例】
【００４６】
以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は、下記実施例によって限定されるものではなく、前・後記の趣旨に適合しうる範囲で適宜変更して実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００４７】
評価方法
＜粒子径０．１０ｍｍ以下の粒子の含有量＞
受器の上に目開き０．１ｍｍの篩（金属製網ふるい、規格番号ＪＩＳ Ｚ ８８０１−１（２００６））を重ね、この篩上に試料１００．０ｇを入れて蓋をした。これらの受器、篩、蓋を重ねたものを、水平旋回ふるい（アズワン社製、型式「ＳＫＨ−０１」）に設置し、１０分間ふるいを行った。
ふるい終了後、篩を通過して受器に落下した微粒子を収集して、その質量Ｗをはかり、下記式にて、粒子径０．１０ｍｍ以下の粒子含有量を求めた。
粒子径０．１０ｍｍ以下の粒子含有量（質量％）＝１００×（Ｗ／１００）
【００４８】
＜含水率＞
ブリケット化後の固形燃料の質量（初期質量）を測定した。この固形燃料を、窒素雰囲気下、１０７℃で２時間加熱し、冷却後、質量（乾燥質量）を測定した。初期質量と乾燥質量との差から加熱による質量減少を求め、これを水分量とみなし、下記式より含水率を算出した。
含水率（％）＝１００×（初期質量−乾燥質量）／初期質量
【００４９】
＜圧壊強度＞
割裂引張試験により初期強度を求めた。具体的には、図４に示すように、固形燃料１を倒して２枚の圧縮板２の間に挟み、万能材料試験機（インストロン社製、「４５０５型」）を用いて、１ｍｍ／ｍｉｎの速度で矢印の方向に圧縮していき、初期破壊の起こった荷重をもって最大荷重とした。最大荷重と固形燃料のサイズから、式１によって引張強度（初期強度）を算出した。
【００５０】
【数１】
［σｔ：引張強度（Ｎ／ｍｍ2）、Ｐ：最大荷重（Ｎ）、ｄ：固形燃料の直径（ｍｍ）、ｌ：固形燃料の長さ（ｍｍ）］
【００５１】
微粉砕炭の調製
原料の低品位炭として、インドネシアのＳａｔｕｉ炭を用い、これをハンマークラッシャーにより粉砕した。粉砕後の低品位炭を、目開き０．５ｍｍ、０．３ｍｍ、０．１ｍｍの金属製網ふるい（規格番号ＪＩＳ Ｚ ８８０１−１（２００６））を用いて分級し、下記表１に示す微粉砕炭を調製した。
分級は、受器の上に篩を積み重ね（微粉砕炭２、４では、目開きの小さい篩から順に積み重ねる）、篩（微粉砕炭２、４では、一番上の篩）の上に粉砕後の低品位炭を入れ、蓋をした。これらの受器、篩、蓋を積み重ねたものを、水平旋回ふるい（アズワン社製、型式「ＳＫＨ−０１」）に設置し、１０分間ふるいを行った。
なお、調製後の微粉砕炭の含水率は３５質量％であった。
【００５２】
【表１】
【００５３】
製造例１
１．前処理工程（粗粉砕炭の調製）
原料の低品位炭として、インドネシアのＳａｔｕｉ炭を用い、これをハンマークラッシャーにより粒子径：３ｍｍ以下に粗粉砕した。粗粉砕された低品位炭についてサイクロンによる微粉末の分離処理（分級）を行い、粗粉砕炭を得た。この分級後の粗粉砕炭は微粉末が分離され除去されており、粒子径が０．１０ｍｍ以下の微粉成分の含有量が２７質量％であった。この分離除去された微粉末の量は、上記粉砕された低品位炭の約１０質量％の量であった。
【００５４】
２．水分量低減工程
上記粗粉砕炭を、灯油とアスファルトとを混合した混合油と、混合槽において混合して原料スラリーを得た。ここで、灯油は溶媒油分であり、アスファルトは重質油分である。混合油中のアスファルト含有量は、０．５質量％とした。混合油と粗粉砕炭との質量比（粗粉砕炭／混合油）は、乾燥・無水炭基準で、１．７となるようにした。即ち、混合される低品位炭は水分を含有しているが、低品位炭の量としては、この低品位炭を乾燥し無水炭の状態としたときの石炭（乾燥・無水炭）の量を用い、混合油の量とこの乾燥・無水炭の量との質量比で１．７となるようにした。
【００５５】
このようにして得られた原料スラリーを蒸発機で１４０℃に加熱して粗粉砕炭の脱水を行い、脱水スラリーを得た。なお、このとき、粗粉砕炭（低品位炭）の細孔内への混合油（灯油にアスファルトを混合したもの）の含有もなされる。上記脱水スラリーをデカンタ型遠心分離機で２０００Ｇの遠心力で固液分離をした。この固液分離により、ケーキ（油を含んだ泥状のもの）と分離液を得た。なお、分離液は原料スラリーを得る工程へ戻し、混合油として再度利用される。そして、ケーキを、スチームチューブドライヤーを用いて、２１０℃で３０分間加熱して残存する灯油を除去して、水分を除去した粗粉砕炭（含水率は実質的に０質量％）を得た。
【００５６】
３．加圧成型工程
前記粗粉砕炭、８０質量部と、微粉砕炭Ｎｏ．１、２０質量部とを混合し、成型原料を調製し、これを圧縮成型しブリケット化して固形燃料を得た。圧縮成型は、内径２０ｍｍのシリンダー状金型と、該シリンダー状金型と略同一径の内筒金型を使用し、成型原料量は約６ｇ、加圧圧力は１９６ＭＰａ（２０００ｋｇｆ／ｃｍ2）とした。得られた固形燃料の含水率は７．８質量％であり、圧壊強度は１．３９Ｎ／ｍｍ2であった。
【００５７】
製造例２〜６
加圧成型工程において、粗粉砕炭と混合する微粉砕炭を、微粉砕炭Ｎｏ．２〜５に変更した、或いは、微粉砕炭の添加量を変更したこと以外は製造例１と同様にして固形燃料を製造した。得られた固形燃料の含水率、圧壊強度を表２に示した。
【００５８】
製造例７
加圧成型工程において、粗粉砕炭を水蒸気雰囲気中にて水分量７質量％になるように加湿し、微粉砕炭を混合しなかったこと以外は製造例１と同様にして固形燃料を製造した。得られた固形燃料の含水率、圧壊強度を表２に示した。
【００５９】
【表２】
【００６０】
表２に示したように、固形燃料の含水率をほぼ一定に制御した場合、粒子径０．１ｍｍ以下の微粒子を含む微粉砕炭を併用した製造例１、３、５、６は、微粉末炭を用いていない製造例７に比べて、圧壊強度が著しく向上していることが分かる。特に、粒子径０．１ｍｍ以下の粒子のみを添加した製造例１では、圧壊強度の向上がより顕著であった。
一方、粒子径０．３ｍｍ以下又は粒子径０．５ｍｍ以下、且つ、粒子径０．１ｍｍ超に調製した微粉砕炭を用いた製造例２及び製造例４では、固形燃料の圧壊強度は製造例７と同等であった。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の固形燃料成型方法は、圧壊強度の高い固形燃料を製造できる。
【符号の説明】
【００６２】
１：石炭成型体、２：圧縮板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低品位炭を原料とする固形燃料の成型方法に関するものであり、特に圧壊強度が高い固形燃料の成型方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
低品位炭は、水分を３０質量％〜７０質量％と多量に含有するため、単位質量当たりの燃焼時の発熱量が少なく、そのままでは燃料として使用できない。また、このような含水率の高い低品位炭をそのまま輸送すると、多量の水分を運ぶことになり輸送コストも割高となる。一方、低品位炭は灰分や硫黄分の含有量が少ないという、燃料として好ましい性質も有している。従って、効率的に水分を除去できれば、低品位炭を有用な固形燃料として使用できる。
【０００３】
低品位炭の水分を除去する技術が種々提案されており、例えば、特許文献１には、水分を含有する低品位炭の粉砕物を、重質油と溶媒油とを含む混合油中で加熱して脱水処理した後、固液分離して固形燃料とする技術が開示されている（特許文献１（請求項４）参照）。ここで、特許文献１の技術では、固液分離後の混合油を繰り返し使用しているが、粒子径が約５０μｍ以下の微粉炭は固液分離されにくく、混合油中に残存することとなる。その結果、固形燃料の製造を連続して行うにつれて、混合油中に微粉成分が蓄積して、粉砕物と混合油を含むスラリーの流動性が低下するという問題が生じる。そこで、特許文献２では、褐炭の粉砕物から平均粒子径０．５ｍｍ以下から０．０５ｍｍ以下の微粉部分を取り除きスラリーを調製することで、スラリーの流動性の低下を防ぎ、安定したプロセス運転が可能となる技術が開示されている（特許文献２（請求項５）参照）。この技術では、原料炭から除去された微粉部分を加熱脱水後の固形燃料に加えることで、原料を有効利用すると同時に脱水時に加熱された固形燃料を安定な温度まで冷却できることが記載されている（特許文献２（段落［００２７］）参照）。
【０００４】
ところで、脱水処理した低品位炭を、貯蔵や輸送に適するようにするためには、ブリケット化することが好ましい。そのため、脱水処理した低品位炭は、公知の一軸加圧成型やダブルロールプレス成型によりブリケット化して使用されている。しかし、加圧により成型されたブリケットの強度は、必ずしも貯蔵、輸送などに際して十分でない場合が多い。そこで、特許文献３には、脱水した低品位炭に水分を含有する低品位炭を混合し、残留水分を適正化することで、バインダーを特に用いることなくブリケットの強度を高める技術が提案されている（例えば、特許文献３（請求項１）参照）。また、特許文献４には、微粉炭の加圧成型に際して、ブリケット強度を向上させる目的で、澱粉等のバインダーを添加する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２７７６２７８号公報
【特許文献２】特許第４０４５２３２号公報
【特許文献３】特許第４６０３６２０号公報
【特許文献４】特許第３９３５３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献３では、添加される水分を含有する低品位炭の粒子径は十分に検討されておらず、含水率のみを調整した場合でも、ブリケットの強度は必ずしも十分でない。また、特許文献４の方法では、少なくとも１ｗｔ％以上のバインダー成分を添加しなくては効果が十分に発揮されず、コストの点から実用化には困難がある。また、特許文献２では、固液分離により得られた固形燃料に微粉部分を混合したものを、成型して成型固形燃料とすることも記載されている（特許文献２（段落［００４０］））。しかしながら、微粉砕炭を固形燃料に加えることにより、加圧成型されるブリケット強度に与える影響については触れられておらず、ブリケット強度向上に適した粒子径や添加量については検討されていない。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、特にバインダーを添加せずとも、得られる固体燃料の圧壊強度を向上させることができる固形燃料の成型方法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】
【０００８】
上記課題を解決することができた本発明の固形燃料成型方法は、低品位炭を粗粉砕する前処理工程、前記前処理工程で得られた粗粉砕炭から水分を除去する水分量低減工程、及び、水分を除去した粗粉砕炭をブリケット化する加圧成型工程を有する固形燃料成型方法であって、前記加圧成型工程では、水分を除去した粗粉砕炭と、粒子径０．１０ｍｍ以下の微粒子を含む微粉砕炭とを、前記粗粉砕炭と前記微粉砕炭との合計１００質量％中、前記微粒子の含有量が５質量％〜３５質量％となるように混ぜて成型原料を調製し、得られた成型原料をブリケット化することを特徴とする。
【０００９】
前記水分量低減工程は、前記粗粉砕炭を、重質油及び溶媒油中で加熱して脱水し、固液分離する油中脱水工程を含むことが好ましい。前記前処理工程では、低品位炭の粉砕後、粒子径０．１０ｍｍ以下の微粉成分の含有量が５０質量％以下となるように、前記粗粉砕炭から微粉成分を取り除くことが好ましい。前記加圧成型工程において、前記粗粉砕炭から取り除いた前記微粉成分を前記微粒子として、前記微粉砕炭と混ぜて使用することが好ましい。前記加圧成型工程において、粗粉砕炭のブリケット化後、ブリケットに付着した微小片及び未成型粉を分離回収し、該微小片及び未成型粉の粒子径を０．５ｍｍ以下に調整した後、この調整品を成型原料と混ぜて再びブリケット化することが好ましい。また、前記加圧成型工程において、粗粉砕炭のブリケット化後、ブリケットに付着した微小片及び未成型粉を分離回収し、該微小片及び未成型粉を粒子径０．０５ｍｍ〜０．７ｍｍまでの範囲で設定されるしきい値で分級し、粒子径が前記しきい値を超える成分は、前記粗粉砕炭と共に前記水分量低減工程に戻し、粒子径が前記しきい値以下の成分は、粒子径を０．５ｍｍ以下に調整した後、この調整品を前記成型原料に再使用することも好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、低品位炭を粉砕後、脱水及びブリケット化して固形燃料を成型する場合でも、ブリケット化前に脱水粗粉砕炭と、粒子径０．１０ｍｍ以下の微粒子を含む低品位炭の微粉砕炭とを混ぜているため、特にバインダーを添加せずとも、固形燃料の圧壊強度を高くできる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の固形燃料成型方法の一例を示すフロー図である。
【図２】本発明の固形燃料成型方法の他の例を示すフロー図である。
【図３】本発明の固形燃料成型方法の他の例を示すフロー図である。
【図４】圧壊試験における石炭成型体の設置状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、水分を多量に含有する天然物由来の低品位炭を原料とし、この原料炭から固形燃料を製造する方法に関する。以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明の固形燃料成型方法の一例を示すフロー図である。図１に示すように、本発明の固形燃料成型方法は、原料炭（低品位炭）を粗粉砕する前処理工程、前記前処理工程で得られた粗粉砕炭から水分を除去する水分量低減工程（好ましくは、原料炭を混合油と共にスラリーにして、高温に加熱する油中脱水処理をする工程）、及び、水分を除去した粗粉砕炭をブリケット化する加圧成型工程を有している。これらの工程を得ることで、低品位炭から水分を除去して固形燃料を製造することができる。
【００１４】
より詳細に説明すると、前記前処理工程では、原料炭を粗く砕く粗粉砕と、粗粉砕後に微粉成分を除去して粗粉砕炭と分離するための分級が行われる。粉砕することにより、水分量低減工程における脱水効率を高めることができる。また、粉砕後に微粉成分を除去しておけば、油中脱水を採用した場合に、固液分離後の混合油を繰り返し使用する際に、混合油中に残存する微粉成分を低減でき、原料スラリーの粘度の上昇を抑制できる。
【００１５】
前記水分量低減工程では、粗粉砕炭に含まれる水分を油中脱水処理法によって除去する。これにより、固形燃料の燃焼時の発熱量が向上する。この油中脱水処理法では、粗粉砕炭を適当な手順で重質油及び溶媒油と混合して原料スラリーを調製し（図１では、重質油と溶媒油とを混合し混合油を調製した後、この混合油と粗粉砕炭とを混ぜることで原料スラリーを調製）、この原料スラリーを加熱することで粗粉砕炭を脱水する。油中脱水に使用する油に重質油を含ませることにより、含水率の高い低品位炭を溶媒油中に容易に安定分散させることができる。
【００１６】
上記のようにして油中で加熱脱水した粗粉砕炭を含むスラリー（脱水スラリー）を、液体成分と固体成分とに固液分離することで、水分が除去された粗粉砕炭を得る。なお、固液分離後の粗粉砕炭には溶媒油が付着しているため、この溶媒油を除去回収することが好ましい。また、図１に示すように、固液分離後の液体成分（混合油）、固液分離後の粗粉砕炭から回収された溶媒油は、いずれもスラリー調製時の油として再利用することが好ましい。
【００１７】
そして、本発明では、上記のようにして水分を除去した粗粉砕炭に、低品位炭の微粉砕炭を混ぜて成型原料を調製し、得られた成型原料を加圧成型して固形燃料を成型する。なお、粗粉砕炭と混ぜる微粉砕炭は、粒子径０．１０ｍｍ以下の微粒子を含む。図１の例では、微粉砕炭として、原料炭を微粉砕したものや、粗粉砕炭から分離された微粉成分を微粉砕したものを使用している。
【００１８】
以上の成型方法により得られた固形燃料は、粗粉砕炭に微粉砕炭が配合されているため、粗粉砕炭の粗粒子同士が形成する空間が、微粉砕炭に含まれる粒子径０．１ｍｍ以下の微粒子により埋められ、圧壊強度が優れたものとなる。また、粗粉砕炭から水分を除去する方法として油中脱水処理を採用した場合、溶媒油を除去した粗粉砕炭は高温状態にあるため発火や爆発を起こす危険性がある。しかし、微粉砕炭として水分を含むものを使用すれば、この水分の作用により発火等の危険が低減される。さらに、微粉砕炭が水分を含む場合には、得られる固形燃料の含水率が向上するため、固形燃料の圧壊強度が一層向上する。よって、本発明によれば、特にバインダーを添加しなくても、得られる固形燃料の圧壊強度を向上させることができる。
【００１９】
なお、加圧成型後の固形燃料には、加圧成型時のバリに起因する微小片や、未成型炭が付着している。これらの微小片等は、固形燃料を貯蔵、輸送する際に、粉塵の原因となるため、分離除去することが好ましい。また、分離した微小片等は再度、原料炭等として使用することが好ましい。
【００２０】
また、加圧成型後に分離除去した微小片等は、再使用する工程を適宜変更できる。図２及び図３は、このような微小片等を再使用する工程を変更した例を示すフロー図である。なお、図２及び図３中、図１と同じ部分は図１と同一内容であることを示す。より詳細には、図２及び図３は、水分を除去した粗粉砕炭の調製方法、微粉砕炭の調製方法は共通しており、微小片等を再使用する方法が異なっている。
【００２１】
図２では、微小片等を微粉砕工程の前に戻し、微粉砕炭の原料に再使用している。そして、原料炭、粗粉砕炭から分離された微粉成分とともに微粉砕して、成型原料調製工程に供する。なお、図２において、微小片等の粒子径が前記微粉砕炭と同等（例えば、粒子径０．５ｍｍ以下）又は、それよりも小さい場合、或いはこのような大きさに粒度調整（粉砕）した場合、この微小片等は、必ずしも微粉砕工程の前に戻す必要はなく、例えば、微粉砕工程の後に戻してもよく、微粉砕炭と共に成型原料調製工程に供してもよい。
【００２２】
図３では、微小片等を、粒子径０．０５ｍｍ〜０．７ｍｍの範囲で設定されるしきい値で分級している。そして、粒子径が前記しきい値を超える成分は、粗粉砕炭とともに水分量低減工程に供する。粒子径が前記しきい値以下の成分は、図２の例と同様に微粉砕工程の前に戻し、微粉砕炭の原料に再使用している。なお、この図３の例では、図２の例と同様に、微小片等の粒子径が前記微粉砕炭と同等（例えば、粒子径０．５ｍｍ以下）又は、それよりも小さい場合、或いはこのような大きさに粒度調整（粉砕）した場合、この微小片等は、必ずしも微粉砕工程の前に戻す必要はなく、例えば、微粉砕工程の後に戻してもよく、微粉砕炭と共に成型原料調製工程に供してもよい。このように、微小片を所定のしきい値で予め分級すれば、しきい値以下の成分は粗粒子が除去されており、残りの小さな粒子は粒子径０．１ｍｍ以下に容易に粉砕できるため、粉砕時間を短縮できる。
【００２３】
本発明は、上記図示例の範囲内又は範囲外で、適宜変更を加えて実施することができる。例えば、前記低品位炭としては、天然に存在し２０質量％以上の水分を含有するものが使用できる。このような低品位炭としては、例えば、ビクトリア炭、ノースダコタ炭、ベルガ炭等の褐炭；西バンコ炭、ビヌンガン炭、サラマンガウ炭等の亜瀝青炭；瀝青炭等が挙げられる。
【００２４】
前記前処理工程での粗粉砕では、公知の粉砕手段が適宜使用でき例えば、ハンマークラッシャー、ディスクミル、ボールミル、ビーズミル等が使用できる。粗粉砕後の粗粉砕炭は、含まれる粒子の粒子径が５ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは４ｍｍ以下、さらに好ましくは３ｍｍ以下である。粗粉砕炭の粒子径が小さい程、得られる固形燃料の圧壊強度が高くなる。なお、本発明において、含まれる粒子の粒子径がＸｍｍ以下の粗粉砕炭とは、粗粉砕後の粗粉砕炭を目開きＸｍｍ以下の篩（金属製網ふるい、規格番号ＪＩＳ Ｚ ８８０１−１（２００６））でふるった際の篩い下の粉末であることを意味する。
【００２５】
前処理工程での分級では、乾式分級、湿式分級のいずれも採用できる。前記乾式分級としては、篩を用いた篩い分けや、重力分級機、遠心分級機（サイクロン式分級機）、慣性分級機等を用いた分級が挙げられる。前記湿式分級としては、沈降分級機、水力分級機等を用いた分級が挙げられる。
【００２６】
この前処理工程での分級では、粗粉砕炭中の粒子径が０．１０ｍｍ以下の微粉成分含有量を５０質量％以下とすることが好ましく、より好ましくは４０質量％以下、さらに好ましくは３５質量％以下、特に好ましくは３０質量％以下である。微粉成分を低減しておけば、後述する脱水スラリーの固液分離において分離液に残存する微粉炭量を低減することができ、原料スラリーの高粘度化を抑制できる。粒子径が０．１０ｍｍ以下の微粉成分の含有量の測定方法は後述する。
【００２７】
前記分級で粗粉砕炭から分離される微粉成分は、含まれる粒子の粒子径が、例えば０．３ｍｍ以下、好ましくは０．１５ｍｍ以下、さらに好ましくは０．１ｍｍ以下である。加圧成型工程で混合する微粉砕炭に対して、この微粉成分の粒子径が等しい、あるいは小さい場合、この微粉成分を加圧成型工程で直接微粒子として使用できる。逆に、加圧成型工程で混合する微粉砕炭の粒子径に対して、前記微粉成分の粒子径が大きい場合、微粉成分は図１〜３の例のように、微粉砕する。この微粉砕では、前処理工程の粗粉砕で例示した方法を採用できる。
【００２８】
前記水分量低減工程で使用する油（重質油、溶媒油）のうち、重質油としては、沸点が３００℃以上の油が挙げられる。重質油の具体例としては、例えば、アスファルト、タール等が挙げられる。前記溶媒油としては、粗粉砕炭を容易に分散させることができるものであれば特に限定されないが、沸点が３００℃以下のものが好ましい。なお、水分蒸発温度における安定性の観点から、溶媒油の沸点は１００℃（より好ましくは１１０℃、さらに好ましくは１２０℃）以上が好ましい。溶媒油の具体例としては、例えば、灯油、軽油、ケロシン等が挙げられる。なお、前記重質油及び溶媒油は、いずれも、石油を精製することにより得られる油が好ましい。
【００２９】
上述したように、重質油と溶媒油は、あらかじめ混合して混合油として使用してもよい。前記混合油中の重質油成分の含有量は、０．１質量％以上が好ましく、より好ましくは０．３質量％以上、さらに好ましくは０．４質量％以上であり、３質量％以下が好ましく、より好ましくは２質量％以下、さらに好ましくは１質量％以下である。
【００３０】
粗粉砕炭と混合油で構成される原料スラリーにおいて、粗粉砕炭と混合油との質量比（粗粉砕炭／混合油）は、０．５以上が好ましく、より好ましくは１．０以上、さらに好ましくは１．５以上であり、３以下が好ましく、より好ましくは２．５以下、さらに好ましくは２以下である。
【００３１】
前記原料スラリーを加熱する温度は、１００℃以上が好ましく、より好ましくは１２０℃以上、さらに好ましくは１４０℃以上であり、２００℃以下が好ましく、より好ましくは１８０℃以下、さらに好ましくは１６０℃以下である。
【００３２】
加熱脱水後の原料スラリー（脱水スラリー）について、固液分離する方法は特に限定されず、例えば、沈降法、遠心分離法、ろ過法、圧搾法等を採用できる。なお、固液分離後の粗粉砕炭に付着した溶媒油の回収方法も特に限定されないが、乾燥機等を用いてこの溶媒油を揮発させて、冷却濃縮して回収することが好ましい。
【００３３】
上記水分量低減工程で得られた水分を除去した粗粉砕炭は、水よりも沸点の高い溶剤を用いて乾燥させているため、実質的に水分を含まない（含水率が０．５質量％以下の）乾燥炭である。
【００３４】
成型原料調製工程で、上記水分を除去した粗粉砕炭と混合する微粉砕炭は、粒子径０．１０ｍｍ以下の微粒子の含有量が、４０質量％以上が好ましく、より好ましくは５０質量％以上、さらに好ましくは６０質量％以上、特に好ましくは８０質量％以上、最も好ましくは１００質量％である。微粉砕炭中の粒子径０．１０ｍｍ以下の微粒子含有量の測定方法は後述する。
【００３５】
また、微粉砕炭は、粒子径０．１ｍｍ超の粒子を含有していてもよいが、微粉砕炭に含まれる粒子は、粒子径１．０ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．５ｍｍ以下、さらに好ましくは０．３ｍｍ以下である。
【００３６】
前記微粉砕炭は水分を含んでいることが好ましい。微粉砕炭が水分を含む場合、得られる固形燃料の圧壊強度が一層向上する。微粉砕炭の含水率は３０質量％〜７０質量％が好ましい。微粉砕炭の含水量は、加湿や乾燥を行って調整することができる。なお、微粉砕炭の原料に、含水率が３０質量％〜７０質量％の低品位炭を使用すれば、特段の水分調整を行うことなく、含水率３０質量％〜７０質量％の微粉砕炭が得られる。
【００３７】
粗粉砕炭と微粉砕炭とは公知の混合機を用いて混合でき、例えば、ミキサー、ボールミル、ニーダー、Ｖ型混合機等を用いることができる。前記微粉砕炭の添加量は、粗粉砕炭と微粉砕炭との合計１００質量％中、微粉砕炭中の粒子径０．１ｍｍ以下の微粒子の含有量が５質量％以上とすることが好ましく、より好ましくは８質量％以上、さらに好ましくは１０質量％以上であり、３５質量％以下とすることが好ましく、より好ましくは３０質量％以下、さらに好ましくは２５質量％以下、特に好ましくは２３質量％以下である。微粉砕炭の含有量が上記範囲内であれば、得られる固形燃料の圧壊強度がさらに向上する。
【００３８】
成型原料を加圧成型するには公知の装置が使用でき、例えば、一軸プレス成型やダブルロールプレス等の加圧成型装置を用いることができる。加圧圧力は、一軸プレス成型の場合、９８Ｎ／ｍｍ2（１０００ｋｇｆ／ｃｍ2）以上が好ましく、より好ましくは１４７Ｎ／ｍｍ2（１５００ｋｇｆ／ｃｍ2）以上、さらに好ましくは１９６Ｎ／ｍｍ2（２０００ｋｇｆ／ｃｍ2）以上である。加圧圧力を上げると成型体の密度が上がり強度も向上するが、加圧圧力を過剰に高めてもその効果は飽和する。よって、加圧圧力の上限は、４９０Ｎ／ｍｍ2（５０００ｋｇｆ／ｃｍ2）程度とすることが好ましい。
【００３９】
加圧成型後の固形燃料の含水率は、原料炭の種類により変わるが一般には、３質量％以上が好ましく、より好ましくは５質量％以上であり、１５質量％以下が好ましく、より好ましくは１０質量％以下である。含水率が上記範囲内であれば、圧壊強度がより向上する。なお、固形燃料の含水率は、上記微粉砕炭の配合量を調整することで、制御できる。
【００４０】
加圧成型後には、固形燃料に付着した微小片や、未成型炭を分離除去することが好ましく、この微小片等は粒度調整（特に粉砕）することが好ましい。微小片等の粉砕では、前記前処理工程の粗粉砕方法で例示した粉砕手段を採用できる。
【００４１】
微小片等をしきい値で分級する場合（図３）、そのしきい値は、０．０５ｍｍ以上、好ましくは０．１０ｍｍ以上、より好ましくは０．３ｍｍ以上であり、０．７ｍｍ以下、好ましくは０．６ｍｍ以下、より好ましくは０．５ｍｍ以下の範囲で設定できる。しきい値を上記範囲内とすれば、しきい値を超える成分を水分量低減工程に供する際に、粗粉砕炭に混入する微粉成分を低減することができる。また、しきい値以下の成分を、粒子径０．１０ｍｍ以下に容易に粉砕できる。
【００４２】
なお、上述のように、微小片等を成型原料に配合する場合、微小片等は、粒子径０．１ｍｍ超の粒子を含有していてもよいが、微小片等に含まれる粒子は、粒子径１．０ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．５ｍｍ以下、さらに好ましくは０．３ｍｍ以下である。
【００４３】
また、微小片等は、粒子径０．１０ｍｍ以下の微粒子の含有量が、４０質量％以上が好ましく、より好ましくは５０質量％以上、さらに好ましくは６０質量％以上、特に好ましくは８０質量％以上、最も好ましくは１００質量％である。微小片等に含まれる粒子径０．１０ｍｍ以下の粒子含有量は、微粉砕炭中の粒子径０．１０ｍｍ以下の微粒子含有量の測定方法と同様にして、測定することができる。
【００４４】
そして、微小片等を成型原料に配合する場合、前記微粉砕炭及び微小片等の添加量は、粗粉砕炭、微粉砕炭及び微小片等の合計１００質量％中、微粉砕炭又は微小片等に含まれる粒子径０．１ｍｍ以下の微粒子の含有量が５質量％以上とすることが好ましく、より好ましくは８質量％以上、さらに好ましくは１０質量％以上であり、３５質量％以下とすることが好ましく、より好ましくは３０質量％以下、さらに好ましくは２５質量％以下、特に好ましくは２３質量％以下である。
【００４５】
また、微小片等と微粉砕炭との合計１００質量％において、含水率は、３質量％以上が好ましく、より好ましくは５質量％以上、さらに好ましくは７質量％以上であり、１５質量％以下が好ましく、より好ましくは１０質量％以下である。
【実施例】
【００４６】
以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は、下記実施例によって限定されるものではなく、前・後記の趣旨に適合しうる範囲で適宜変更して実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００４７】
評価方法
＜粒子径０．１０ｍｍ以下の粒子の含有量＞
受器の上に目開き０．１ｍｍの篩（金属製網ふるい、規格番号ＪＩＳ Ｚ ８８０１−１（２００６））を重ね、この篩上に試料１００．０ｇを入れて蓋をした。これらの受器、篩、蓋を重ねたものを、水平旋回ふるい（アズワン社製、型式「ＳＫＨ−０１」）に設置し、１０分間ふるいを行った。
ふるい終了後、篩を通過して受器に落下した微粒子を収集して、その質量Ｗをはかり、下記式にて、粒子径０．１０ｍｍ以下の粒子含有量を求めた。
粒子径０．１０ｍｍ以下の粒子含有量（質量％）＝１００×（Ｗ／１００）
【００４８】
＜含水率＞
ブリケット化後の固形燃料の質量（初期質量）を測定した。この固形燃料を、窒素雰囲気下、１０７℃で２時間加熱し、冷却後、質量（乾燥質量）を測定した。初期質量と乾燥質量との差から加熱による質量減少を求め、これを水分量とみなし、下記式より含水率を算出した。
含水率（％）＝１００×（初期質量−乾燥質量）／初期質量
【００４９】
＜圧壊強度＞
割裂引張試験により初期強度を求めた。具体的には、図４に示すように、固形燃料１を倒して２枚の圧縮板２の間に挟み、万能材料試験機（インストロン社製、「４５０５型」）を用いて、１ｍｍ／ｍｉｎの速度で矢印の方向に圧縮していき、初期破壊の起こった荷重をもって最大荷重とした。最大荷重と固形燃料のサイズから、式１によって引張強度（初期強度）を算出した。
【００５０】
【数１】
［σｔ：引張強度（Ｎ／ｍｍ2）、Ｐ：最大荷重（Ｎ）、ｄ：固形燃料の直径（ｍｍ）、ｌ：固形燃料の長さ（ｍｍ）］
【００５１】
微粉砕炭の調製
原料の低品位炭として、インドネシアのＳａｔｕｉ炭を用い、これをハンマークラッシャーにより粉砕した。粉砕後の低品位炭を、目開き０．５ｍｍ、０．３ｍｍ、０．１ｍｍの金属製網ふるい（規格番号ＪＩＳ Ｚ ８８０１−１（２００６））を用いて分級し、下記表１に示す微粉砕炭を調製した。
分級は、受器の上に篩を積み重ね（微粉砕炭２、４では、目開きの小さい篩から順に積み重ねる）、篩（微粉砕炭２、４では、一番上の篩）の上に粉砕後の低品位炭を入れ、蓋をした。これらの受器、篩、蓋を積み重ねたものを、水平旋回ふるい（アズワン社製、型式「ＳＫＨ−０１」）に設置し、１０分間ふるいを行った。
なお、調製後の微粉砕炭の含水率は３５質量％であった。
【００５２】
【表１】
【００５３】
製造例１
１．前処理工程（粗粉砕炭の調製）
原料の低品位炭として、インドネシアのＳａｔｕｉ炭を用い、これをハンマークラッシャーにより粒子径：３ｍｍ以下に粗粉砕した。粗粉砕された低品位炭についてサイクロンによる微粉末の分離処理（分級）を行い、粗粉砕炭を得た。この分級後の粗粉砕炭は微粉末が分離され除去されており、粒子径が０．１０ｍｍ以下の微粉成分の含有量が２７質量％であった。この分離除去された微粉末の量は、上記粉砕された低品位炭の約１０質量％の量であった。
【００５４】
２．水分量低減工程
上記粗粉砕炭を、灯油とアスファルトとを混合した混合油と、混合槽において混合して原料スラリーを得た。ここで、灯油は溶媒油分であり、アスファルトは重質油分である。混合油中のアスファルト含有量は、０．５質量％とした。混合油と粗粉砕炭との質量比（粗粉砕炭／混合油）は、乾燥・無水炭基準で、１．７となるようにした。即ち、混合される低品位炭は水分を含有しているが、低品位炭の量としては、この低品位炭を乾燥し無水炭の状態としたときの石炭（乾燥・無水炭）の量を用い、混合油の量とこの乾燥・無水炭の量との質量比で１．７となるようにした。
【００５５】
このようにして得られた原料スラリーを蒸発機で１４０℃に加熱して粗粉砕炭の脱水を行い、脱水スラリーを得た。なお、このとき、粗粉砕炭（低品位炭）の細孔内への混合油（灯油にアスファルトを混合したもの）の含有もなされる。上記脱水スラリーをデカンタ型遠心分離機で２０００Ｇの遠心力で固液分離をした。この固液分離により、ケーキ（油を含んだ泥状のもの）と分離液を得た。なお、分離液は原料スラリーを得る工程へ戻し、混合油として再度利用される。そして、ケーキを、スチームチューブドライヤーを用いて、２１０℃で３０分間加熱して残存する灯油を除去して、水分を除去した粗粉砕炭（含水率は実質的に０質量％）を得た。
【００５６】
３．加圧成型工程
前記粗粉砕炭、８０質量部と、微粉砕炭Ｎｏ．１、２０質量部とを混合し、成型原料を調製し、これを圧縮成型しブリケット化して固形燃料を得た。圧縮成型は、内径２０ｍｍのシリンダー状金型と、該シリンダー状金型と略同一径の内筒金型を使用し、成型原料量は約６ｇ、加圧圧力は１９６ＭＰａ（２０００ｋｇｆ／ｃｍ2）とした。得られた固形燃料の含水率は７．８質量％であり、圧壊強度は１．３９Ｎ／ｍｍ2であった。
【００５７】
製造例２〜６
加圧成型工程において、粗粉砕炭と混合する微粉砕炭を、微粉砕炭Ｎｏ．２〜５に変更した、或いは、微粉砕炭の添加量を変更したこと以外は製造例１と同様にして固形燃料を製造した。得られた固形燃料の含水率、圧壊強度を表２に示した。
【００５８】
製造例７
加圧成型工程において、粗粉砕炭を水蒸気雰囲気中にて水分量７質量％になるように加湿し、微粉砕炭を混合しなかったこと以外は製造例１と同様にして固形燃料を製造した。得られた固形燃料の含水率、圧壊強度を表２に示した。
【００５９】
【表２】
【００６０】
表２に示したように、固形燃料の含水率をほぼ一定に制御した場合、粒子径０．１ｍｍ以下の微粒子を含む微粉砕炭を併用した製造例１、３、５、６は、微粉末炭を用いていない製造例７に比べて、圧壊強度が著しく向上していることが分かる。特に、粒子径０．１ｍｍ以下の粒子のみを添加した製造例１では、圧壊強度の向上がより顕著であった。
一方、粒子径０．３ｍｍ以下又は粒子径０．５ｍｍ以下、且つ、粒子径０．１ｍｍ超に調製した微粉砕炭を用いた製造例２及び製造例４では、固形燃料の圧壊強度は製造例７と同等であった。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の固形燃料成型方法は、圧壊強度の高い固形燃料を製造できる。
【符号の説明】
【００６２】
１：石炭成型体、２：圧縮板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低品位炭を粗粉砕する前処理工程、
前記前処理工程で得られた粗粉砕炭から水分を除去する水分量低減工程、及び、
水分を除去した粗粉砕炭をブリケット化する加圧成型工程を有する固形燃料成型方法であって、
前記加圧成型工程では、水分を除去した粗粉砕炭と、粒子径０．１０ｍｍ以下の微粒子を含む微粉砕炭とを、前記粗粉砕炭と前記微粉砕炭との合計１００質量％中、前記微粒子の含有量が５質量％〜３５質量％となるように混ぜて成型原料を調製し、得られた成型原料をブリケット化することを特徴とする固形燃料成型方法。
【請求項２】
前記水分量低減工程は、前記粗粉砕炭を、重質油及び溶媒油を含む油層中で加熱して脱水し、固液分離する油中脱水工程を含む請求項１に記載の固形燃料成型方法。
【請求項３】
前記前処理工程では、低品位炭の粉砕後、粒子径０．１０ｍｍ以下の微粉成分の含有量が５０質量％以下となるように、前記粗粉砕炭から微粉成分を取り除く請求項１又は２記載の固形燃料成型方法。
【請求項４】
前記加圧成型工程において、前記粗粉砕炭から取り除いた前記微粉成分を前記微粒子として、前記微粉砕炭と混ぜて使用する請求項３に記載の固形燃料成型方法。
【請求項５】
前記加圧成型工程において、粗粉砕炭のブリケット化後、ブリケットに付着した微小片及び未成型粉を分離回収し、該微小片及び未成型粉の粒子径を０．５ｍｍ以下に調整した後、この調整品を成型原料と混ぜて再びブリケット化する請求項１〜４のいずれか１項に記載の固形燃料成型方法。
【請求項６】
前記加圧成型工程において、粗粉砕炭のブリケット化後、ブリケットに付着した微小片及び未成型粉を分離回収し、該微小片及び未成型粉を粒子径０．０５ｍｍ〜０．７ｍｍまでの範囲で設定されるしきい値で分級し、
粒子径が前記しきい値を超える成分は、前記粗粉砕炭と共に前記水分量低減工程に戻し、
粒子径が前記しきい値以下の成分は、粒子径を０．５ｍｍ以下に調整した後、この調整品を前記成型原料に再使用する請求項１〜４のいずれか１項に記載の固形燃料成型方法。
【請求項１】
低品位炭を粗粉砕する前処理工程、
前記前処理工程で得られた粗粉砕炭から水分を除去する水分量低減工程、及び、
水分を除去した粗粉砕炭をブリケット化する加圧成型工程を有する固形燃料成型方法であって、
前記加圧成型工程では、水分を除去した粗粉砕炭と、粒子径０．１０ｍｍ以下の微粒子を含む微粉砕炭とを、前記粗粉砕炭と前記微粉砕炭との合計１００質量％中、前記微粒子の含有量が５質量％〜３５質量％となるように混ぜて成型原料を調製し、得られた成型原料をブリケット化することを特徴とする固形燃料成型方法。
【請求項２】
前記水分量低減工程は、前記粗粉砕炭を、重質油及び溶媒油を含む油層中で加熱して脱水し、固液分離する油中脱水工程を含む請求項１に記載の固形燃料成型方法。
【請求項３】
前記前処理工程では、低品位炭の粉砕後、粒子径０．１０ｍｍ以下の微粉成分の含有量が５０質量％以下となるように、前記粗粉砕炭から微粉成分を取り除く請求項１又は２記載の固形燃料成型方法。
【請求項４】
前記加圧成型工程において、前記粗粉砕炭から取り除いた前記微粉成分を前記微粒子として、前記微粉砕炭と混ぜて使用する請求項３に記載の固形燃料成型方法。
【請求項５】
前記加圧成型工程において、粗粉砕炭のブリケット化後、ブリケットに付着した微小片及び未成型粉を分離回収し、該微小片及び未成型粉の粒子径を０．５ｍｍ以下に調整した後、この調整品を成型原料と混ぜて再びブリケット化する請求項１〜４のいずれか１項に記載の固形燃料成型方法。
【請求項６】
前記加圧成型工程において、粗粉砕炭のブリケット化後、ブリケットに付着した微小片及び未成型粉を分離回収し、該微小片及び未成型粉を粒子径０．０５ｍｍ〜０．７ｍｍまでの範囲で設定されるしきい値で分級し、
粒子径が前記しきい値を超える成分は、前記粗粉砕炭と共に前記水分量低減工程に戻し、
粒子径が前記しきい値以下の成分は、粒子径を０．５ｍｍ以下に調整した後、この調整品を前記成型原料に再使用する請求項１〜４のいずれか１項に記載の固形燃料成型方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２１９１４０（Ｐ２０１２−２１９１４０Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８４６３１（Ｐ２０１１−８４６３１）
【出願日】平成２３年４月６日（２０１１．４．６）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月６日（２０１１．４．６）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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