JP2001240868A - 高炉用コークスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鉄鋼業の製銑工程で、多額の設備投資をする
こと無く、コークス製造用装入炭に廃プラスチックを配
合して高炉用コークスを製造する方法を提供する。 【解決手段】 樹脂または有機化合物、あるいはそれら
を含む廃プラスチックを原料炭に配合して、コークス炉
で原料炭と共に乾留し高炉用コークスを製造する方法に
おいて、廃プラスチックの表面に粘結補填剤（石炭系粘
結剤、および／または石油系粘結剤）をコーティング
し、石炭に配合して、コークス炉で乾留する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、廃プラスチックを
石炭に配合してコークス炉で乾留する高炉用コークスの
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロ
ピレンは３Ｐと呼ばれるもので、プラスチック産業廃棄
物、プラスチック一般廃棄物（廃プラスチック）として
大量に排出されており、従来は大部分が埋め立てや一部
焼却処理されている。廃プラスチックは、埋め立てにお
いては土中の細菌やバクテリアで分解されず、焼却する
場合は排ガス処理の必要があり、また発熱量が大きく焼
却炉に悪影響を及ぼす等の点から問題となっている。埋
め立て処分場が将来不足することが予想されること、お
よび環境問題に対する関心が高まっていることから廃プ
ラスチックのリサイクルの促進が望まれている。リサイ
クルの方法としては、プラスチックとしての再利用のほ
か、燃焼時の熱の利用や、熱分解で得られるガスや油の
燃料や化学原料としての利用が考えられる。

【０００３】廃プラスチックをコークス炉に添加して処
理する方法として、例えば特開昭４８−３４９０１号公
報では、コークス製造用装入炭に廃プラスチックを配合
してコークスを製造する方法が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】コークス炉は石炭を１
０００〜１２００℃の高温で乾留して高炉用コークスを
製造する設備であるが、廃プラスチックを石炭に配合し
てコークス炉において乾留すると、コークス炉ガス量は
増加するが、コークス強度や反応性等の品質は特に向上
せず、かえって低下するため、実用化されていなかっ
た。そこで、コークス強度や反応性等の品質を損なわず
に廃プラスチックを石炭に混合してコークス炉で乾留
し、高炉用コークスを製造できる方法を検討する必要が
あった。

【０００５】本発明は、鉄鋼業の製銑工程で多額の設備
投資をすること無く、コークス製造用装入炭に廃プラス
チックを配合して高炉用コークスを製造する方法を提供
することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は以下の（１）〜
（６）の通りである。

【０００７】（１）廃プラスチックの表面に粘結補填剤
をコーティングし、石炭に配合して、コークス炉で乾留
することを特徴とする高炉用コークスの製造方法。

【０００８】（２）廃プラスチックが、減容固化した塊
状物であることを特徴とする、前記（１）の高炉用コー
クスの製造方法。

【０００９】（３）粘結補填剤が、石炭系粘結剤、およ
び／または石油系粘結剤であることを特徴とする、前記
（１）または（２）の高炉用コークスの製造方法。

【００１０】（４）廃プラスチックと粘結補填剤を混合
することにより、廃プラスチックの表面に粘結補填剤を
コーティングすることを特徴とする、前記（１），
（２），または（３）の高炉用コークスの製造方法。

【００１１】（５）廃プラスチックに粘結補填剤を噴霧
することにより、廃プラスチックの表面に粘結補填剤を
コーティングすることを特徴とする、前記（１），
（２），または（３）の高炉用コークスの製造方法。

【００１２】（６）廃プラスチックの表面に粘結補填剤
をコーティングした後、冷却することを特徴とする、前
記（１），（２），（３），（４），または（５）の高
炉用コークスの製造方法。

【００１３】なお、本明細書においては、樹脂または有
機化合物、あるいはそれらを含む廃プラスチックを「廃
プラスチック」と総称する。

【００１４】本発明者らは、廃プラスチック配合により
コークス強度が低下するメカニズムについて検討した結
果、石炭は廃プラスチックから発生する熱分解ガスの一
部と接触することにより劣化し、装入時に廃プラスチッ
クとの界面にある石炭の劣化度が他と比べて大きいこと
を見出した。また、廃プラスチックは石炭よりも低温で
熱分解してガスとなり空隙が残り、廃プラスチック熱分
解残渣の界面にある石炭が自由膨張してしまうため、緻
密なコークスが形成されなくなることを見出した。

【００１５】これにより、本発明者らは、廃プラスチッ
クと接触する石炭の粘結性を改善することにより、コー
クス品質を悪化させることなく、廃プラスチックを石炭
に配合してコークス炉で乾留して高炉用コークスが製造
できるとの考えに至り、廃プラスチックと接触する石炭
の粘結性を改善するために廃プラスチックの表面を粘結
補填剤でコーティングする本発明を完成した。

【００１６】

【発明の実施の形態】一般に石炭の粘結性とは、石炭を
乾留したとき、軟化溶融状態において観測される性質の
総称である。代表的な粘結性指数としては、ＪＩＳ Ｍ
８８０１に規定されたギーセラープラストメーター法に
よる流動性試験において測定される最高流動度指数（Ｍ
Ｆ）と、ジラトメーター法による膨脹性試験において測
定される全膨張率指数（ＴＤ）とがあり、コークス強度
を維持するにはある一定値以上の粘結性が必要であると
されている。一方、強粘結炭とよばれる粘結性指数の高
い石炭は価格が高いため、コークス製造業者は非微粘結
炭とよばれる粘結性指数が低いが価格が安い石炭を可能
な限り多く使用することを目指している。その結果とし
て、コークス炉装入用配合炭の粘結性は、所定強度のコ
ークスを製造するにおいて必要最低限となっており、粘
結性の低下は即コークス強度の低下を引き起こすことと
なる。したがって、廃プラスチック添加により配合炭の
粘結性が下がることは、コークス品質の低下を招くので
避けねばならない。

【００１７】本発明者らは、様々な種類のプラスチック
を石炭に添加した場合の粘結性について調査した結果、
ある種類のプラスチック添加により石炭の粘結性が阻害
されることを見出した。具体的には、ポリスチレンのよ
うな芳香族環を持つプラスチック、およびＰＥＴ（ポリ
エチレンテレフタレート）のような、芳香族環を持ち、
酸素を多く含むプラスチック等である。

【００１８】ポリスチレン等により石炭の粘結性が阻害
される理由は、以下のように考えられる。

【００１９】ポリスチレンを加熱すると、ランダム分解
で多くのラジカルが生成し、モノマーとオリゴマー（二
量体、三量体）が優先的に生成することが知られてい
る。ポリスチレンを石炭と混合して加熱すると、石炭の
マクロ分子凝集構造が緩和される温度領域（３５０〜４
００℃）において、ポリスチレンから生じたラジカルが
石炭中の移行性水素を引き抜いて安定化し、多くは小さ
な分子（フリーカーボン）として残留すると考えられ
る。この残留カーボンは比較的安定なため、石炭軟化溶
融温度域（４００〜５００℃）において揮発することな
く、そのままアモルファス化すると考えられる。石炭中
の移行性水素の量が多いほど石炭の粘結性が大きいこと
が知られており、生成ラジカルによる移行性水素の消費
が粘結性阻害原因であると考えられる。

【００２０】また、石炭は空気中においておくと、酸化
して徐々に粘結性を失うことが知られている。ＰＥＴの
ように酸素を多く含むプラスチックを石炭と混合して加
熱すると、熱分解過程で発生する酸素ラジカルにより石
炭が酸化されるため、粘結性が失われると考えられる。

【００２１】以上のようなプラスチック熱分解ガスによ
る石炭劣化を防止するためには、あらかじめ廃プラスチ
ック表面をラジカル捕捉剤でコーティングすれば良く、
粘結補填剤（コールタール、ピッチ等の石炭系粘結剤や
石油ピッチ等の石油系粘結剤）がラジカル捕捉剤として
極めて有効に作用する。すなわち、これらの粘結補填剤
中には多くの水素が存在し、これらの水素がプラスチッ
ク熱分解ガス中のラジカルを捕捉するため、石炭自体に
はプラスチック熱分解ガス中のラジカルの影響が及ばな
い。したがって、廃プラスチック表面を粘結補填剤でコ
ーティングすることにより、プラスチック熱分解ガスに
よる石炭粘結性阻害を抑制することができる。

【００２２】また、廃プラスチック表面に粘結補填剤を
コーティングすることにより、廃プラスチック熱分解残
渣の界面で緻密なコークスが形成される。これは、粘結
補填剤の熱分解により発生したガスがコークス表面に沈
着し、コークスの気孔率を低下させるためである。ここ
で廃プラスチックの表面にコーテイングされた粘結補填
剤は、いわば自由膨張して気孔率の高くなったコークス
の気孔を充填する修復材として機能するのである。

【００２３】粘結補填剤の添加量としては、プラスチッ
ク質量に対し１質量％以上とすることが望ましい。これ
は、廃プラスチック質量に対する粘結補填剤添加量が少
いと、粘結補填剤コーティングによる効果が十分に発揮
されないためである。

【００２４】また、廃プラスチックの形状としてはさま
ざまなものがあるが、減容固化した塊状物であることが
望ましい。これは、なるべく減容して廃プラスチックの
嵩密度を大きくすることにより、廃プラスチックの比表
面積（廃プラスチック単位質量あたりの表面積）が低下
し、廃プラスチックと石炭の界面が減り、熱分解ガスに
よる石炭粘結性阻害が抑制されるためである。また、比
表面積が低下することにより、コーティングに必要な粘
結補填剤の量も減らすことができる。

【００２５】粘結補填剤としては、コールタール、ピッ
チ等の石炭系粘結剤や石油ピッチ等の石油系粘結剤があ
るが、これらは単独で用いてもいいし、混合して用いて
もいい。

【００２６】粘結補填剤をコーティングする方法を一例
として図１に示す。廃プラスチックを定量切り出し機の
ついたホッパー１より切り出して混練機２に投入し、粘
結補填剤を定量添加装置３により添加し混合する。ここ
で、粘結補填剤と廃プラスチックを混合するには、混練
機２の他、ドラムミキサー、パドルミキサー、スクリュ
ーミキサーなど、一般的に固体と液体の混合に用いられ
る装置ならば何れを用いてもよい。また、廃プラスチッ
クの量が少い場合は、廃プラスチック、石炭、粘結補填
剤を共に混練機２に投入する方法も選択できる。

【００２７】廃プラスチックの強度が低く、混練機で崩
れてしまう場合には、図２に示すように、噴霧装置５内
で粘結補填剤を噴霧器６から噴霧することにより、廃プ
ラスチックの表面に粘結補填剤をコーティングするのが
有効である。

【００２８】廃プラスチックと粘結補填剤との混合物
は、混練機４により石炭と混合した後、コークス炉へと
搬送される。コーテイングされた粘結補填剤は粘着性が
あるので、そのままでは粘結補填剤が廃プラスチックか
ら流れ落ちたり、ベルトコンベアーに付着したりするな
どのハンドリング上の問題が生じることがあるが、混合
物を直ちに石炭と混合することでコーティングされた粘
結補填剤の表面に石炭粉が付着するので、このようなハ
ンドリング上の問題を解消することができる。

【００２９】石炭との混合には、混練機４を用いずと
も、コンベアーベルト上の石炭に上乗せするだけでも良
い。これにより、コーティングされた粘結補填剤の表面
に石炭粉を付着させればハンドリング上の問題は解決で
きる。

【００３０】また、例えば軟ピッチ（以下ＳＯＰと称す
る）のように、常温では固体だが、加熱すると溶融状態
になる粘結補填剤の場合には、例えば７０〜８０℃に加
熱して溶かしてから廃プラスチック表面にコーテイング
した後、冷却装置７により粘結補填剤が固化する温度
（例えばＳＯＰの場合には３０℃以下）まで冷却すれ
ば、コーティングされた粘結補填剤は固まるので、付着
などによるハンドリング上の課題を回避することができ
る。冷却装置としては、例えば空気ファンや、水スプレ
ーなどが挙げられる。

【００３１】

【実施例】炉幅４２５ｍｍ、炉高４００ｍｍ、炉長６０
０ｍｍの試験コークス炉を用い、粘結炭７０質量％、非
微粘結炭３０質量％の配合炭に、表１に示すような条件
で廃プラスチックを添加し、装入密度０．８３ｄｒｙ−
ｔ／ｍ³の装入密度で装入し、炉温１２５０℃、乾留時
間１８．５時間の条件で乾留した。焼成後のコークスに
ついては、窒素で冷却した後、JIS K2151に準じたコー
クスのドラム強度指数（150回転後＋15mm指数）を測定
した。表１には、ドラム強度を示す。

【００３２】

【表１】

【００３３】比較例は、廃プラスチック（約２０ｍｍ）
をそのまま石炭に混ぜた例である。

【００３４】発明例１は、減容固化していない廃プラス
チック（約２０ｍｍ）にＳＯＰを廃プラスチック質量に
対し５質量％添加して、混練機により粘結補填剤をプラ
スチック表面にコーティングした例である。

【００３５】発明例２は、減容固化した廃プラスチック
（約２０ｍｍ）にＳＯＰを廃プラスチック質量に対し５
質量％添加して、混練機により粘結補填剤をプラスチッ
ク表面にコーティングした例である。

【００３６】発明例３は、減容固化した廃プラスチック
（約２０ｍｍ）にＳＯＰを廃プラスチック質量に対し５
質量％になるように噴霧して粘結補填剤をプラスチック
表面にコーティングした例である。

【００３７】発明例４は、減容固化した廃プラスチック
（約２０ｍｍ）にＳＯＰを廃プラスチック質量に対し５
質量％添加して、混練機により粘結補填剤をプラスチッ
ク表面にコーティングした後に冷却した例である。

【００３８】ドラム強度は、何れの発明例でも比較例と
比べて上昇している。発明例２のドラム強度が発明例１
のドラム強度よりも大きいのは、発明例２では廃プラス
チックを減容固化したために、廃プラスチックの比表面
積が小さくなり、廃プラスチックによる石炭粘結性阻害
効果がより抑制されたためである。

【００３９】以上より、廃プラスチックの表面を粘結補
填剤でコーティングすることにより、コークス品質を悪
化させることなく、廃プラスチックを石炭に配合してコ
ークス炉で乾留して高炉用コークスを製造することが可
能となった。

【００４０】

【発明の効果】本発明により、コークス品質を悪化させ
ることなく、廃プラスチックを石炭に配合してコークス
炉で乾留して高炉用コークスを製造することが可能とな
る。本発明により、原料炭使用量が削減可能となるばか
りでなく、廃プラスチックが多量にリサイクル処理可能
となるため、その経済的効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法において廃プラスチックの表面に
粘結補填剤をコーティングする例を示す図である。

【図２】本発明の方法において廃プラスチックの表面に
粘結補填剤をコーティングする他の例を示す図である。

【符号の説明】

１ ホッパー ２ 混練機 ３ 定量添加装置 ４ 混練機 ５ 噴霧装置 ６ 噴霧機 ７ 冷却装置

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 廃プラスチックの表面に粘結補填剤をコ
   ーティングし、石炭に配合して、コークス炉で乾留する
   ことを特徴とする高炉用コークスの製造方法。
2. 【請求項２】 廃プラスチックが、減容固化した塊状物
   であることを特徴とする、請求項１記載の高炉用コーク
   スの製造方法。
3. 【請求項３】 粘結補填剤が、石炭系粘結剤、および／
   または石油系粘結剤であることを特徴とする、請求項１
   または２に記載の高炉用コークスの製造方法。
4. 【請求項４】 廃プラスチックと粘結補填剤を混合する
   ことにより、廃プラスチックの表面に粘結補填剤をコー
   ティングすることを特徴とする、請求項１，２，または
   ３に記載の高炉用コークスの製造方法。
5. 【請求項５】 廃プラスチックに粘結補填剤を噴霧する
   ことにより、廃プラスチックの表面に粘結補填剤をコー
   ティングすることを特徴とする、請求項１，２，または
   ３に記載の高炉用コークスの製造方法。
6. 【請求項６】 廃プラスチックの表面に粘結補填剤をコ
   ーティングした後、冷却することを特徴とする、請求項
   １，２，３，４，または５に記載の高炉用コークスの製
   造方法。