JP4061351B1 - 無灰炭の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】無灰炭を高効率、かつ安価に製造するとともに、製鉄用コークスに用いられる原料炭として、優れた品質を備える無灰炭の製造方法を提供する。
【解決手段】製鉄用コークスの原料炭に用いる無灰炭の製造方法であって、溶剤と石炭とを混合してスラリーを調製するスラリー調製工程（Ｓ１）と、スラリー調製工程（Ｓ１）で得られたスラリーを、４００〜４２０℃の温度で２０分以下抽出した後、３７０℃以下に冷却する抽出工程（Ｓ２）と、抽出工程（Ｓ２）で得られたスラリーを、液部と非液部とに分離する分離工程（Ｓ３）と、分離工程（Ｓ３）で分離された液部から溶剤を分離して改質炭である無灰炭を得る改質炭取得工程（Ｓ４）と、を含むことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、石炭から製鉄用コークスの原料炭に用いる無灰炭を製造する無灰炭の製造方法に関する。

従来、高炉用コークス等の製鉄用コークスの原料炭として、高品位の粘結炭を中心に弱粘結炭や非微粘結炭を配合したものが使用されているが、近年においては、石炭から溶剤に可溶な成分を抽出して、原料石炭よりも高品質な抽出炭を得る試みがなされている。

例えば、瀝青炭、亜瀝青炭、褐炭、亜褐炭等を原料石炭として、溶剤である液化油と混合してスラリーとし、このスラリーを高温・高圧下で触媒を用いて水添、液化し、最終的に生成されるＳＲＣ（溶剤精製炭）を分離抽出して、これをコークス用原料炭に利用する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、粘結炭は、資源量が逼迫しつつあり、高価であることから、特に、非微粘結炭や、低品位な褐炭や亜瀝青炭のような石炭、言うなれば劣質炭に着目し、これらの劣質炭を原料石炭として、粘結炭と同様の特性を持つ抽出炭を製造し、コークス用原料炭として利用する開発や提案もなされている。

例えば、褐炭や亜瀝青炭のような低品位炭を圧力１〜２０ＭＰａ、温度４００℃以下の溶媒（媒体液）中で熱処理した後、溶媒と熱処理炭を分別して熱処理炭を得、これをコークス用原料炭の一部として利用する方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

さらに、石炭中の灰分を効率的に除去した無灰炭の製造方法として、原料石炭を、Ｎ−メチル−２−ピロリジノン（ＮＭＰ）溶剤単独、あるいは二硫化炭素およびＮ−メチル−２−ピロリジノンの混合溶剤に、塩素またはフッ素化合物の存在下で接触させて、原料石炭から無灰炭を抽出する方法が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
特開平８−２６９４５９号公報（段落００１０〜００３２） 特開２００３−５５６６８号公報（段落００１７〜００３０） 特開２００１−２６７９１号公報（段落０００９〜００２２）

しかしながら、前記した抽出炭を製造する方法では、以下に示す問題があった。
特許文献１に記載の製造方法では、得られるＳＲＣ中に、灰分や使用済みの触媒が濃縮されており、製鉄用コークスの原料炭に用いるには、品質が十分であるとはいえなかった。また、コークス原料用のバインダー（粘結性補填材）として重要な品質である軟化溶融性（軟化流動性）は備えているものの、揮発性が高すぎるため、４００〜５００℃での固化特性が不十分であり、ＳＲＣをバインダーとして用いても十分に強度が高いコークスを製造することは困難であった。さらに、このＳＲＣは、その製法の面においても、高価な水素や触媒を必要とし、且つ高温・高圧の条件で行わなければならないため、製造、設備コストが膨大となり、経済的ではないという問題があった。

特許文献２に記載の製造方法は、前記の液化による方法に比べてコストが低いものの、得られた熱処理炭は溶媒による抽出物と非抽出物の混合物であるため、軟化溶融性等のコークス用原料炭として重要となる品質が十分であるとはいえなかった。

特許文献３に記載の製造方法は、水素を添加せずに、ＮＭＰのような強力な極性溶剤を用いて石炭から溶剤可溶成分を抽出するものであるが、溶剤として極性溶剤を使用すると、溶剤が石炭と強固な結合を形成するため、溶剤の回収が容易ではなく、結果として、無灰炭の製造コストが高くなるという問題があった。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、無灰炭を高効率、かつ安価に製造するとともに、製鉄用コークスに用いられる原料炭として、優れた品質を備える無灰炭の製造方法を提供することにある。

本発明者らは、製鉄用コークスの原料炭に用いる無灰炭の製造方法に関し鋭意研究を重ねた結果、無灰炭の製造を効率的に行うとともに、配合炭としたときの軟化溶融性（軟化流動性）を阻害しない品質となる抽出工程での温度と時間の関係を見出すことで、製鉄用コークスの原料炭に使用できる無灰炭を、高効率、かつ安価に製造することができる無灰炭の製造方法を発明するに至った。

すなわち、本発明に係る無灰炭の製造方法は、製鉄用コークスの原料炭に用いる無灰炭の製造方法であって、溶剤と石炭とを混合してスラリーを調製するスラリー調製工程と、前記スラリー調製工程で得られたスラリーを、４００〜４２０℃の温度で２０分以下抽出した後、３７０℃以下に冷却する抽出工程と、前記抽出工程で得られたスラリーを、液部と非液部とに分離する分離工程と、前記分離工程で分離された液部から前記溶剤を分離して改質炭である無灰炭を得る改質炭取得工程と、を含むことを特徴とする。

このような製造方法によれば、スラリー調製工程において、溶剤と、無灰炭の原料である石炭とが混合され、スラリーが調製される。また、抽出工程において、スラリー調製工程で得られたスラリーを所定の温度、時間の条件で処理することで、溶剤に抽出される石炭成分の割合が高まり、この石炭成分が溶剤中に高効率で抽出されるとともに、得られる無灰炭の再固化温度が高まる。さらに、分離工程において、抽出工程で得られたスラリーが、溶剤に抽出された石炭成分を含む溶液である液部と、溶剤に不溶な石炭成分を含むスラリーである非液部とに分離される。そして、改質炭取得工程において、分離工程で分離された液部から溶剤が分離され、無灰炭が製造される。

本発明に係る無灰炭の製造方法は、前記改質炭取得工程において、無灰炭を得ることに加え、前記分離工程で分離された非液部から前記溶剤を分離して改質炭である副生炭を得ることを特徴とする。

このような製造方法によれば、改質炭取得工程において、無灰炭が製造されることに加え、分離工程で分離された非液部から溶剤が分離され、副生炭が製造される。

本発明に係る無灰炭の製造方法は、前記抽出工程において、前記スラリー調製工程で得られたスラリーを、４００〜４２０℃の温度に昇温して抽出した後、直ちに３７０℃以下に冷却することを特徴とする。

このような製造方法によれば、抽出工程において、スラリー調製工程で得られたスラリーを所定の温度に昇温して抽出した後、温度保持を行わず、直ちに３７０℃以下に冷却することで、溶剤に抽出される石炭成分の割合がさらに高まり、この石炭成分が溶剤中にさらに高効率で抽出される。

本発明に係る無灰炭の製造方法は、前記石炭が劣質炭であることを特徴とする。
このような製造方法によれば、無灰炭の原料である石炭として、安価な劣質炭を使用することで、無灰炭をさらに安価に製造することができる。

本発明に係る無灰炭の製造方法によれば、製鉄用コークスの原料炭に用いる無灰炭を高効率、かつ安価に製造することができる。また、この無灰炭を原料炭に配合したときに、この配合炭の軟化溶融性を増加させることができ、高価な粘結炭の配合量を抑えることができるため、製鉄用コークスの原料炭コストの低減を図るとともに、配合炭の粘着性向上により、製鉄用コークスの強度の向上も図ることができる。さらに、無灰炭に加え、副生炭も高効率、かつ安価に製造することができる。

次に、図面を参照して本発明に係る無灰炭の製造方法ついて詳細に説明する。なお、参照する図面において、図１は、無灰炭の製造方法の工程を説明するフローチャート、図２は、重力沈降法を行うための固液分離装置を示す模式図である。

≪無灰炭の製造方法≫
図１に示すように、無灰炭の製造方法は、スラリー調製工程（Ｓ１）と、抽出工程（Ｓ２）と、分離工程（Ｓ３）と、改質炭取得工程（Ｓ４）と、を含むものである。
以下、各工程について説明する。

＜スラリー調製工程（Ｓ１）＞
スラリー調製工程（Ｓ１）は、溶剤と石炭とを混合してスラリーを調製する工程である。
石炭を溶解する溶剤としては、一般的には、ベンゼン、トルエン、キシレン等の１環芳香族化合物や、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）やピリジン等の極性溶剤等が用いられるが、本発明においては、２環芳香族を主とする非水素供与性溶剤を用いる。

非水素供与性溶剤は、主に石炭の乾留生成物から精製した、２環芳香族を主とする溶剤である石炭誘導体である。この非水素供与性溶剤は、加熱状態でも安定であり、石炭との親和性に優れているため、溶剤に抽出される石炭成分の割合（以下、「抽出率」ともいう）が高く、また、蒸留等の方法で容易に回収可能な溶剤である。そして、この回収した溶剤は、経済性の向上を図るため、循環使用することもできる。
非水素供与性溶剤の主たる成分としては、２環芳香族であるナフタレン、メチルナフタレン、ジメチルナフタレン、トリメチルナフタレン等が挙げられ、その他脂肪族側鎖をもつナフタレン類、また、これにビフェニルや長鎖脂肪族側鎖をもつアルキルベンゼンが含まれる。

非水素供与性溶剤は、沸点が１８０〜３３０℃のものが好ましい。沸点が１８０℃未満であると、抽出工程（Ｓ２）、分離工程（Ｓ３）での必要圧力が高くなり、また、溶剤を回収する工程で揮発による損失が大きくなり、溶剤の回収率が低下する。さらに、抽出工程（Ｓ２）での抽出率が低下する。一方、３３０℃を超えると、後述する液部および非液部からの溶剤の分離が困難となり、溶剤の回収率が低下する。

以上のとおり、非水素供与性溶剤を使用して加熱抽出することにより、石炭の抽出率を高めることができる。また、極性溶剤とは違い、容易に溶剤を回収することができるため、溶剤を循環使用しやすい。さらに、高価な水素や触媒等を用いる必要がないため、安価なコストで石炭を可溶化して無灰炭を得ることができ、経済性の向上を図ることができる。

無灰炭の原料とする石炭（以下、「原料石炭」ともいう）は、軟化溶融性をほとんど持たない非微粘結炭や、一般炭、低品位炭である褐炭、亜瀝青炭等の劣質炭を使用することが好ましい。これらのような安価な石炭を使用することにより、無灰炭をさらに安価に製造することができるため、さらに経済性の向上を図ることができる。しかし、用いる石炭は、これら劣質炭に限るものではなく、必要に応じて、粘結炭を使用しても良い。
なお、ここでの劣質炭とは、非微粘結炭、一般炭、低品位炭（褐炭、亜瀝青炭等）等の石炭をいう。また、低品位炭とは、２０％以上の水分を含有し、脱水することが望まれる石炭のことである。このような低品位炭には、例えば、褐炭、亜炭、亜瀝青炭等がある。例えば、褐炭には、ビクトリア炭、ノースダコタ炭、ベルガ炭等があり、亜瀝青炭には、西バンコ炭、ビヌンガン炭、サマランガウ炭等がある。低品位炭は上記例示のものに限定されず、多量の水分を含有し、脱水することが望まれる石炭は、いずれも本発明のいう低品位炭に含まれる。

溶剤に対する石炭濃度は、原料石炭の種類にもよるが、乾燥炭基準で１０〜５０質量％の範囲が好ましく、２０〜３５質量％の範囲がより好ましい。溶剤に対する石炭濃度が１０質量％未満であると、溶剤の量に対し、溶剤に抽出する石炭成分の割合が少なくなり、経済的ではない。一方、石炭濃度は高いほど好ましいが、５０質量％を超えると、調製したスラリーの粘度が高くなり、スラリーの移動や分離工程（Ｓ３）での液部と非液部との分離が困難となりやすい。

＜抽出工程（Ｓ２）＞
抽出工程（Ｓ２）は、前記スラリー調製工程で得られたスラリーを、４００〜４２０℃の温度で２０分以下抽出（以下、「加熱」ともいう）した後、３７０℃以下に冷却する工程である。

抽出工程（Ｓ２）でのスラリーの加熱温度は、４００〜４２０℃の範囲とする。加熱温度が４００℃未満であると、石炭を構成する分子間の結合を弱めるのに不十分であり、原料石炭として劣質炭を使用した場合、得られる無灰炭の再固化温度を強粘結炭の再固化温度と同等まで高めることができない。一方、４２０℃を超えると、石炭の熱分解反応が非常に活発になり、生成した熱分解ラジカルの再結合が起こるため、抽出率が低下する。

加熱温度が４００〜４２０℃の範囲では、抽出時間が長くなるにつれ、熱分解反応が進行しすぎて、ラジカル重合反応が進み、抽出率は低下する。ただし、２０分以下の抽出時間では、比較的高い抽出率が保持される。また、３７０℃の温度では、抽出時間が３０分以上で抽出率が最大となり、その後、数時間の抽出時間に及んでも、抽出率は大きく変化しないものの、得られる無灰炭の再固化温度は上がらない。したがって、得られる無灰炭の再固化温度を高めるとともに、抽出率を向上させるためには、４００〜４２０℃の温度で２０分以下加熱した後、３７０℃以下に冷却するのが最も好適な条件である。

冷却する際の温度の下限は、３５０℃が好ましい。３５０℃未満であると、溶剤の溶解力が低下して、一旦抽出された石炭成分の再析出が起き、無灰炭の収率が低下する。
なお、抽出工程（Ｓ２）では、後述するように、例えば、抽出槽を４００〜４２０℃に上昇させ、直ちに冷却してもよく、抽出時間の下限は一概に決められないが、抽出槽の操作上の観点からは、抽出時間の下限は１分に設定するのがよい。すなわち、この場合、抽出時間は、１〜２０分の範囲とするのが好ましい。

そして、４００〜４２０℃の温度で２０分以下加熱した後は、３７０℃以下へ直ちに冷却する。３７０℃以下への冷却に時間がかかると、その分、抽出率が低下するためである。
ここで、「直ちに冷却する」とは、できる限り速やかに、冷却処理を施すことによって冷却するということであり、例えば、後述する重力沈降槽へ、スラリーが移動するまでの間に、できる限り速やかに、冷却処理により冷却するということである。

また、抽出率は、４００〜４２０℃の温度での加熱時間（抽出時間）が短いほど高いため、抽出率をさらに向上させるためには、加熱時間（抽出時間）を１５分以下とするのが好ましく、１０分以下とするのがより好ましく、５分以下とするのがさらに好ましい。さらには０分、すなわち、４００〜４２０℃の温度に昇温して抽出した後、直ちに３７０℃以下に冷却するのがより好ましい。
さらに、４００〜４２０℃の温度の範囲においては、４００℃に近い温度が好ましく、４００℃であることが好ましい。４００℃に近いほど、抽出率が高くなるためである。
なお、この抽出工程（Ｓ２）における抽出の際、石炭の熱分解により、主に平均沸点（Ｔｂ５０：５０％留出温度）が２００〜３００℃にある芳香族に豊富な成分が生成し、好適に溶剤の一部として利用することができる。

抽出工程（Ｓ２）は、不活性ガスの存在下で行うことが好ましい。
抽出工程（Ｓ２）で酸素に接触すると、発火する恐れがあるため危険であり、また、水素を用いた場合には、コストが高くなるためである。
抽出工程（Ｓ２）で用いる不活性ガスとしては、安価な窒素を用いることが好ましいが、特に限定されるものではない。また、抽出工程（Ｓ２）での圧力は、抽出の際の温度や用いる溶剤の蒸気圧にもよるが、１．０〜２．０ＭＰａが好ましい。圧力が溶剤の蒸気圧より低い場合には、溶剤が揮発して液相に閉じ込められず、抽出できない。溶剤を液相に閉じ込めるには、溶剤の蒸気圧より高い圧力が必要となる。一方、圧力が高すぎると、機器のコスト、運転コストが高くなり、経済的ではない。

＜分離工程（Ｓ３）＞
分離工程（Ｓ３）は、前記抽出工程（Ｓ２）で得られたスラリーを、液部と非液部とに分離する工程である。
ここで、液部とは、溶剤に抽出された石炭成分を含む溶液をいい、非液部とは、溶剤に不溶な石炭成分（灰分を含む石炭すなわち灰炭）を含むスラリーをいう。

分離工程（Ｓ３）でスラリーを液部と非液部とに分離する方法としては、特に限定されるものではないが、重力沈降法を用いることが好ましい。
スラリーを液部と非液部とに分離する方法としては、各種の濾過方法や遠心分離による方法が一般的に知られている。しかしながら、濾過による方法では濾過助剤の頻繁な交換が必要であり、また、遠心分離による方法では未溶解石炭成分による閉塞が起こりやすく、これらの方法を工業的に実施するのは困難である。従って、流体の連続操作が可能であり、低コストで大量の処理にも適している重力沈降法を用いることが好ましい。これにより、重力沈降槽の上部からは、溶剤に抽出された石炭成分を含む溶液である液部（以下、「上澄み液」ともいう）を、重力沈降槽の下部からは溶剤に不溶な石炭成分を含むスラリーである非液部（以下、「固形分濃縮液」ともいう）を得ることができる。

以下、重力沈降法の一例について、図１、図２を参照して説明する。
図２に示すように、重力沈降法では、固液分離装置１００において、まず、石炭スラリー調製槽１で、無灰炭の原料である粉体の石炭と溶剤とを混合し、スラリーを調製する（スラリー調製工程（Ｓ１））。次に、ポンプ２によって、石炭スラリー調製槽１からスラリーを予熱器３に所定量供給し、スラリーを４００〜４２０℃まで加温する。そして、加温したスラリーを抽出槽（抽出器）４に供給し、攪拌機１０で攪拌しながら４００〜４２０℃で２０分以下加熱した後、冷却器７により、直ちに３７０℃以下に冷却する（抽出工程（Ｓ２））。なお、直ちに冷却するには、抽出槽４に冷却機構を設けておくことが好ましい。また、ここでの「２０分以下」とは、予熱器３および抽出槽４での加熱時間を合計したものであり、予熱器３で４００〜４２０℃での加温を開始してから、直ちに３７０℃以下に冷却するまでの時間である。そして、この抽出処理を行ったスラリーを、重力沈降槽５へ供給して、スラリーを上澄み液と固形分濃縮液とに分離し（分離工程（Ｓ３））、重力沈降槽５の下部に沈降した固形分濃縮液を固形分濃縮液受器６に排出するとともに、上部の上澄み液をフィルターユニット８へ所定量排出する。

ここで、重力沈降槽５内は、原料の石炭から溶出した溶質の再析出を防止するため、３５０〜３７０℃、すなわち、スラリーを加熱した後に冷却した温度に維持することが好ましく、また、圧力は、１．０〜２．０ＭＰａの圧力範囲とすることが好ましい。
また、重力沈降槽５内において、冷却した温度で維持する時間は、スラリーを上澄み液と固形分濃縮液とに分離するのに必要な時間であり、一般的に６０〜１２０分であるが、特に限定されるものではない。
なお、重力沈降槽５の数を増やすことにより、固形分濃縮液に同伴した溶剤に可溶な成分を回収することができるが、効率的に回収するには、重力沈降槽５を二段に配置するのが適当である。
そして、重力沈降槽５内から排出された上澄み液は、必要に応じて、フィルターユニット８によってろ過され、上澄み液受器９に回収される。

そして、以下に説明するように、この液部および非液部から蒸留法等を用いて溶剤を分離・回収し、液部からは改質炭である灰分のない無灰炭を得る（改質炭取得工程（Ｓ４））。また、必要に応じて、非液部からは、改質炭である灰分の濃縮された副生炭を得ることができる。

＜改質炭取得工程（Ｓ４）＞
改質炭取得工程（Ｓ４）は、前記分離工程（Ｓ３）で分離された液部から溶剤を分離して改質炭である無灰炭を得る工程である（無灰炭取得工程）。

上澄み液（液部）から溶剤を分離する方法は、一般的な蒸留法や蒸発法（スプレードライ法等）等を用いることができ、分離して回収された溶剤は石炭スラリー調製槽１（図２参照）へ循環して繰り返し使用することができる。溶剤の分離・回収により、上澄み液からは、実質的に灰分を含まない無灰炭を得ることができる。
この無灰炭は、灰分をほとんど含まず、水分は皆無であり、また原料石炭よりも高い発熱量を示す。さらに、製鉄用コークスの原料として特に重要な品質である軟化溶融性が大幅に改善され、原料石炭よりも遥かに優れた性能（流動性）を示す。従って、この無灰炭は、コークス原料の配合炭として使用することができる。また、副生炭と混合することによって、配合炭として使用することもできる。

なお、必要に応じて、前記改質炭取得工程（Ｓ４）において、無灰炭を得ることに加え、前記分離工程（Ｓ３）で分離された非液部から溶剤を分離して改質炭である副生炭を製造してもよい（副生炭取得工程）。

固形分濃縮液（非液部）から溶剤を分離する方法は、前記した無灰炭取得工程と同様に、一般的な蒸留法や蒸発法を用いることができ、分離して回収された溶剤は、石炭スラリー調製槽１（図２参照）へ循環して繰り返し使用することができる。溶剤の分離・回収により、固形分濃縮液からは灰分が濃縮された副生炭を得ることができる。
この副生炭は、灰分が含まれるものの水分が皆無であり、発熱量も十分に有している。軟化溶融性についてはこれを示さないが、含酸素官能基が脱離されているため、配合炭として用いた場合に、この配合炭に含まれる他の石炭の軟化溶融性を阻害するようなものではない。従って、この副生炭は、通常の非微粘結炭と同様に、コークス原料の配合炭の一部として使用することができ、また、コークス原料炭とせずに、各種の燃料用として利用することも可能である。
なお、液部より灰分のない無灰炭のみをコークス原料炭用として製造し、非液部からは溶剤のみ回収し、灰分の濃縮された副生炭は、回収せずに廃棄しても良い。

本発明は、以上説明したとおりであるが、本発明を行うにあたり、前記各工程に悪影響を与えない範囲において、前記各工程の間あるいは前後に、例えば、原料石炭を粉砕する石炭粉砕工程や、ごみ等の不要物を除去する除去工程や、得られた無灰炭を乾燥させる乾燥工程等、他の工程を含めてもよい。

次に、本発明に係る無灰炭の製造方法について、実施例を挙げて具体的に説明する。
［実施例１］
実施例１では、抽出工程での抽出温度を３７０℃とした場合において、原料石炭と、この原料石炭から得られた無灰炭との軟化溶融性（軟化流動性）、再固化温度等の変化について調べた（実験例１）。
表１に示す工業分析値および元素分析値である強粘結炭Ａ、強粘結炭Ｂ、亜瀝青炭Ｃを原料石炭とし、それぞれの原料石炭５ｋｇに対し、４倍量（２０ｋｇ）の溶剤（１−メチルナフタレン（新日鉄化学社製））を混合してスラリーを調製した。このスラリーを１．２ＭＰａの窒素で加圧して、内容積３０Ｌのオートクレーブ中３７０℃、１時間の条件で抽出した。このスラリーを同一温度、圧力を維持した重力沈降槽内で上澄み液と固形分濃縮液とに分離し、上澄み液から蒸留法で溶剤を分離・回収して、強粘結炭Ａからは無灰炭ａ、強粘結炭Ｂからは無灰炭ｂ、亜瀝青炭Ｃからは無灰炭ｃを得た。これらの工業分析値および元素分析値を表１に示す。

次に、強粘結炭ＡおよびＢ、亜瀝青炭Ｃ、無灰炭ａ、ｂ、ｃについて、ＪＩＳ Ｍ ８８０１に規定されたギーセラー軟化流動試験を行った。
この試験結果を表１に示す。また、図３は、ギーセラー軟化流動試験によるギーセラーカーブを示すグラフである。

表１に示すように、無灰炭ａ、ｂ、ｃは、水分を含まず、灰分も原料石炭と比べ、わずかである。また、原料石炭に比べ、高い発熱量を示すことがわかる。亜瀝青炭Ｃ中の酸素濃度は１５％以上と高く、また、無灰炭ｃも１０％程度に減少したとはいえ、相対的に高い酸素濃度を維持している。
ここで、ギーセラー軟化流動試験の結果として、原料石炭の再固化温度に注目すると、強粘結炭Ａ、Ｂはそれぞれ４９６℃、４８３℃であるのに対し、亜瀝青炭Ｃの再固化温度は、４４５℃と低いため、亜瀝青炭Ｃは、コークスの強度を得るのに重要な、原料炭を強固に固着するための軟化溶融性（軟化流動性）状態が阻害されるため、製鉄用コークスの原料炭としては、使用することができない。

また、図３および表１の最高流動度の値から、軟化溶融性については、これらの原料石炭から得られた無灰炭ａ、ｂ、ｃについては、それぞれの原料石炭をはるかに上回る良好な軟化溶融性を示すことがわかる。
ただし、得られた無灰炭の再固化温度に注目すると、強粘結炭Ａ、Ｂから得られた無灰炭ａ、ｂは、５０８℃、４８８℃と、それぞれの原料石炭である強粘結炭Ａ、Ｂよりも高い温度で固化するが、亜瀝青炭Ｃから得られた無灰炭ｃの再固化温度は、原料石炭である亜瀝青炭Ｃよりは高いものの、４６３℃と比較的低い。
ここで、無灰炭ｃを製鉄用コークス原料炭に添加し、配合炭としてコースク化する場合、強粘結炭が流動性を維持している最中である４６３℃で無灰炭ｃが固化するため、配合炭全体の流動性を阻害してしまい、結果として得られるコークスの強度を低下させてしまう結果となる。

以上の結果より、原料石炭として、亜瀝青炭等の劣質炭を用いた場合、前記の条件で無灰炭を得ても、この無灰炭は、製鉄用コークスの原料炭としては特に優れてはいないことがわかる。
なお、原料石炭として、強粘結炭（あるいは粘結炭）を用いた場合、得られる無灰炭は、原料石炭よりも優れた軟化溶融性能を示し、製鉄用コークスの原料炭として使用することはできるが、強粘結炭は高価であるため、原料コストの削減を図ることはできない。

［実施例２］
実施例２では、前記実施例１で使用した亜瀝青炭Ｃを抽出処理した際の抽出温度と、この亜瀝青炭Ｃから得られた無灰炭ｃの再固化温度の関係について調べた（実験例２）。
亜瀝青炭Ｃを原料石炭として、１時間（６０分）の抽出時間で抽出処理したときの抽出温度と得られた無灰炭ｃの再固化温度の関係を図４に示す。
なお、無灰炭を得る方法については、抽出温度以外は、前記実施例１に準じて行った。

図４に示すように、無灰炭ｃの再固化温度は、抽出温度が約３６０℃を超えると、抽出温度の増加とともに高くなり、４００℃の抽出温度では、再固化温度が約４９０℃となり、前記強粘結炭の再固化温度と同等まで上がることがわかった。そして、４００℃を超えると、さらに再固化温度は上昇した。よって、石炭を抽出する温度を４００℃以上に高めることで、得られる無灰炭の再固化温度が高くなることがわかる。
以上の結果より、原料石炭として、亜瀝青炭等の劣質炭を用いた場合、抽出温度を４００℃以上とすることで、得られる無灰炭を製鉄用コークスの原料炭として使用できることがわかる。

［実施例３］
実施例３では、前記実施例１で使用した亜瀝青炭Ｃを抽出処理した際の抽出温度、抽出時間、抽出率の関係について調べた（実験例３）。
亜瀝青炭Ｃを、抽出温度として、それぞれ３７０℃、４００℃、４２０℃まで予熱器で昇温し、抽出器で所定時間保持した後、３６０℃に急冷して抽出処理したときの、抽出時間と抽出率の関係を図５に示す。なお、４２０℃の実験では、予熱器で４００℃から４２０℃まで昇温する時間が８分間であったことから、図５には、４００℃から４２０℃の抽出時間として、予熱器での８分間を加えた時間で表示した。
また、無灰炭を得る方法については、抽出温度、抽出時間以外は、前記実施例１に準じて行った。

また、石炭の抽出率は、分離した固形分副生炭の量から求めた。
具体的には、（原料石炭−副生炭）／原料石炭×１００の式により求めた。なお、原料石炭、副生炭は、無水無灰炭ベースである。
ここで、抽出時間とは、所定の温度に昇温後、その温度を保持して３７０℃以下に冷却するまでの温度保持時間であり、抽出時間０とは、所定の温度に昇温後、温度保持を行わず直ちに冷却処理した場合のことである。

図５に示すように、３７０℃の抽出温度では、抽出時間が３０分で最大の抽出率が得られ、その後数時間の抽出時間に及んでも、石炭の抽出率が大きく変化することはなかった。これに対し、４００℃、４２０℃の温度では、石炭の熱分解が急激に高まる温度域にあり、比較的長い時間温度保持すると石炭の熱分解で生じるラジカルの再重合反応等により、抽出率の低下が著しく、長時間の温度保持は非経済的であることがわかった。
なお、４２０℃を超える温度では、熱分解が激しく、抽出率が低下することが知られているため、ここでは、実験を省略した。

具体的には、４００℃の抽出温度においては、抽出時間０〜２０分ではほとんど変化なく、約６０％以上の抽出率が得られたが、抽出時間が６０分に及ぶと、抽出率が５０％程度まで低下した。また、抽出温度を４２０℃に上げても、２０分以内の抽出時間であれば比較的高い抽出率（約５２％以上）が保持されることがわかった。
なお、一般的に、抽出率が約５２％以上であれば、比較的高い抽出率であるといえる。
以上の結果より、抽出温度が４００〜４２０℃で、３７０℃以下に冷却するまでの時間が２０分以内であれば、高効率で無灰炭が得られる事がわかる。

なお、４００℃、０分の抽出条件で得られた無灰炭の再固化温度は４８３℃であり、１０分の抽出条件においては、４９０℃であった。また、４２０℃、０分の抽出条件で得られた無灰炭の再固化温度は４８７℃であり、２２分の抽出条件においては、４８６℃であった。このことから、亜瀝青炭等の劣質炭を４００〜４２０℃の温度で２０分以下加熱した後、３７０℃以下に冷却して得た無灰炭の再固化温度は、前記した強粘結炭の再固化温度に匹敵し、製鉄用コークスの原料炭に添加して配合炭としても、配合炭中に含まれる強粘結炭の流動性を阻害せず、配合炭全体の流動性を阻害しないといえる。
一方、３７０℃の抽出温度では、４６０℃程度の再固化温度しか得られないことから、抽出率が高くても、前記したように、製鉄用コークスの原料炭としては特に優れてはいない。

以上、実施例１〜３の結果より、安価である非微粘結炭等の劣質炭を原料とした場合、高い再固化温度を有し、かつ高効率で無灰炭が得られる条件は、抽出温度として４００〜４２０℃に昇温して２０分以下加熱した後、３７０℃以下に冷却することであり、また、好ましくは、４００〜４２０℃に保持する時間（抽出時間）が１５分以下、より好ましくは、１０分以下、さらには、抽出時間が短いほど好ましいことがわかった。
そして、このようにして得られた無灰炭は、製鉄用コークスの原料炭に添加して配合炭としても、コークスの強度を劣化させることがないといえる。

なお、前記実施例２、３では、劣質炭を原料とした場合を示したが、粘結炭（強粘結炭）を原料とした場合、得られる無灰炭は、劣質炭を原料とした無灰炭よりも、高品質のものとなる。また、原料石炭である粘結炭よりもさらに高品質のものとなる。よって、より高品質の無灰炭を製造する場合は、粘結炭を原料とすればよいが、コークス原料炭のコスト削減を重視する場合は、安価な劣質炭を原料とすることが好ましい。

以上、本発明に係る無灰炭の製造方法について最良の実施の形態および実施例を示して詳細に説明したが、本発明の趣旨は前記した内容に限定されることなく、その権利範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈しなければならない。なお、本発明の内容は、前記した記載に基づいて広く改変・変更等することができることはいうまでもない。

無灰炭の製造方法の工程を説明するフローチャートである。 重力沈降法を行うための固液分離装置を示す模式図である。 実施例１におけるギーセラー軟化流動試験によるギーセラーカーブを示すグラフである。 実施例２における亜瀝青炭Ｃを原料石炭として、１時間の抽出時間で抽出処理したときの抽出温度と得られた無灰炭ｃの再固化温度の関係を示すグラフである。 実施例３における亜瀝青炭Ｃを、抽出温度として、それぞれ３７０℃、４００℃、４２０℃まで予熱器で昇温し、抽出器で所定時間保持した後、３６０℃に急冷して抽出処理したときの、抽出時間と抽出率の関係を示すグラフである。

符号の説明

Ｓ１ スラリー調製工程
Ｓ２ 抽出工程
Ｓ３ 分離工程
Ｓ４ 改質炭取得工程
１ 石炭スラリー調製槽
２ ポンプ
３ 予熱器
４ 抽出槽
５ 重力沈降槽
６ 固形分濃縮液受器
７ 冷却器
８ フィルターユニット
９ 上澄み液受器
１０ 攪拌機
１００ 固液分離装置

Claims (4)

1. 製鉄用コークスの原料炭に用いる無灰炭の製造方法であって、
   溶剤と石炭とを混合してスラリーを調製するスラリー調製工程と、
   前記スラリー調製工程で得られたスラリーを、４００〜４２０℃の温度で２０分以下抽出した後、３７０℃以下に冷却する抽出工程と、
   前記抽出工程で得られたスラリーを、液部と非液部とに分離する分離工程と、
   前記分離工程で分離された液部から前記溶剤を分離して改質炭である無灰炭を得る改質炭取得工程と、
   を含むことを特徴とする無灰炭の製造方法。
2. 前記改質炭取得工程において、無灰炭を得ることに加え、前記分離工程で分離された非液部から前記溶剤を分離して改質炭である副生炭を得ることを特徴とする請求項１に記載の無灰炭の製造方法。
3. 前記抽出工程において、前記スラリー調製工程で得られたスラリーを、４００〜４２０℃の温度に昇温して抽出した後、直ちに３７０℃以下に冷却することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無灰炭の製造方法。
4. 前記石炭が劣質炭であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の無灰炭の製造方法。

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