JPH03157493A - 植物繊維質利用による低品位炭の成形法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、植物繊維質利用による低品位炭の成形法に関
するもので、特に、採炭・洗炭時または輸送中に生ずる
粉末炭等を利用して圧壊強度の極めて強力な成形炭を得
るに適した植物繊維質利用による低品位炭の成形法に関
するものである。

「従来の技術Ｊ 従来、成形炭の製造に使用される結合材には、有機質材
と無機質材とがあり、有機質材で代表的なものはピッチ
・タール・糖蜜・澱粉・各種樹脂などがあり、無機質材
としてはセメントなどが知られており、これらが単独で
、あるいは組み合わされて使用され、燃焼性に優れ、か
つ圧壊強度の大きい成形炭を得る試みが種々行われてい
る。

「発明が解決使用とする問題点１ しかし、従来性われた無機質材を結合材として使用する
方法は、無機質材は発熱量は０であり燃焼付を悪くする
ことが知られている。

また、有機質材としてのタール、ピッチ、各種石油系合
成樹脂等を使用した場合は、これら有機質材は発熱量は
あり、燃焼阻害要因にならないが燃焼時に有害ガスを発
生したり、対熱強度が弱く燃焼過程の進行に伴ない高温
域に移行する段階で結合剤（各種石油系合成樹脂・糖蜜
等）自体が溶融して成形炭が砕けたり溶解し、火格子の
隙間をふさいだり、未燃焼のまま火格子の下に落ちてし
まう欠点があることが知られている。

また、有機質材のみを使用するものとして、廃材やチッ
プなどを乾燥粉砕した木粉のみを使用して加熱高圧成形
する方法も提案されているが、この方法は加熱によるエ
ネルギーロスと、林業が盛んな地域でないかぎり本粉の
生産に限度があり原料の入手が困難な場合がある。

さらに、有機質材のみを使用するものとしては、粉砕し
ない植物繊維を骨材として使用し、加熱高圧成形する方
法も提案されているが、この方法は上記と同様に加熱に
よるエネルギーロスをともない、さらには、植物繊維の
混入量が多いため着火性はよいが、短時間で燃え尽きて
しまうという欠点を有している。

また、有機質材と無機質材とを併用するものとして従来
から行なわれてきた、廃材・チップ等を乾燥粉砕した木
粉または粉末植物繊維と、セメントを結合材として使用
する方法は、成形後に養生・乾燥などの工程が必要とさ
れ、製造時間が長く必要となり、さらに養生・乾燥のた
めに大きなエネルギーを必要とする欠点を有していた。

特に、上記有機質材と無機質材とを併用する方法のうち
粉末植物繊維の量を増しく重量比６０％程度とし）セメ
ントの使用量をできるだけ低減（重量比で１０％程度）
する方法が近時注目されているが、この方法は乾燥時間
がさらに長（必要となり乾燥エネルギーロスが大きく、
短時間で燃え尽きてしまう所謂「火持ち」の悪い燃料と
なる欠点を有していた。

すなわち、−数的に低品位炭と称される亜炭・褐炭は石
炭化が低く、フミン酸及び硫黄分を多く含み、アルカリ
水溶液可溶分が多い。第１表に示すごとく、日本に輸入
されたトルコ国産亜炭Ａ（発熱量４１９０Ｋｃａｌ／Ｋ
ｇ）、Ｂ　（発熱量５１２０Ｋｃａｌ／Ｋｇ）、Ｃ（発
熱量４４３０Ｋｃａｌ／Ｋｇ）の三種を夫々１ｍｍ以下
の大きさに粉砕し、重量ｔ、ｆ、２．５倍の水に混合・
撹拌し、３０分後にＰＨを測定したところ常温で、Ａ＝
２．８．Ｂ＝４．９．Ｃ＝６．１という結果を得た。Ａ
の亜炭は強酸性であり、いかなる種類の結合材も有効で
なく、Ａ種単独ではセメントを結合材として成形試験を
行ったが酸性が強いためセメントの反応が阻害されハン
ドリングに適する強度が得られなかった。

また、Ｂの亜炭はよくやくセメントを結合材として成形
は出来たが別紙第１表に示すが如（原炭灰分１８．５１
％、発熱量５１２０Ｋｃａｌ／Ｋｇに対し、成形炭は灰
分２８．９３％、発熱量４２８０　Ｋ　ｃ　ａ　ｌ　／
　Ｋ　ｇであり、燃焼試験の結果もボイラ効率は原炭７
８％に対し成形炭は６９゜３％という低いものであった
。Ｃの亜炭は灰分１４．８２％、発熱量４．４３０Ｋｃ
ａｌ／Ｋｇという亜炭としては品質は中程度のものであ
ったが吸温性が極めて強く、セメントを結合材とし、水
と混練すると水を吸収して膨潤し水和反応を阻害し、養
生・乾燥時には逆に収縮を起こし多数の大きい亀裂を生
じてもろくなり成形炭の圧壊強度もＢの亜炭４５Ｋｇｆ
に対しわずかに３゜ＯＫｇｆというハンドリングに適さ
ないものであった。

なお、別紙第１表のＣの成形炭とは、本発明法により、
とうもろこしの茎１６．２％９石炭扮７３゜３％（Ｃの
原炭）、糖蜜５％、消石灰３％、添加水２．５％で加圧
（３ｔｏｎ／ｃＩＴＩｆ）で成形されたものである。

「目的ｊ そこで、本発明は上記欠点に鑑みなされたもので、結合
材として従来公知な植物繊維質と、従来使用されなかっ
た糖蜜と消石灰との反応物とを使用し、圧壊強度が強く
、着火・燃焼性がよく、有害ガスの発生がなく、さらに
は燃焼時に未燃焼のまま溶けたり砕けたりしない成形炭
を得ることのできる植物繊維質利用による低品位炭の成
形法を提供することを目的としたものである。

「問題点を解決するための手段」 上記の目的に沿い、先述特許請求の範囲を要旨とする本
発明の構成は前述問題点を解決するために、第一工程と
して、 発熱量５５００　Ｋ　ｃ　ａ　ｌ　／　Ｋ　ｇ以下の低
品位炭を３ｍｍ以下の大きさに粉砕した粉砕炭と、重量
比で１０〜３０％の穀物類、野菜類または雑草類等の植
物繊維を乾燥して３ｍｍ以下の大きさに粉砕した植物繊
維質と、 重量比で３〜５％の消石灰と、 重量比で３〜８％で、上記消石灰に対しての重量比が６
０％以上の糖蜜とを用意し、 第二工程として、 第一工程で用意した粉砕炭と、植物繊維質と、消石灰と
を混合し、さらに、第一工程で用意した糖蜜を混入撹拌
して該消石灰と糖蜜とを反応促進させて混合原料粉とな
し、 第三工程として、 上記混合原料を１〜４ｔｏｎ／ｃｒｎ”の圧力で加圧成
形することを特徴とする技術的手段を講じたもので有る
。

「作用」 それ数本発明植物繊維質利用による低品位炭の成形法は
、以下の通りの作用を呈する。

先ず、混入した植物繊維質は従来と同様に、加圧・圧壊
されることで石炭粉末間に密売され、全体組織構造を緻
密質に変質し、結合作用（バインダ作用）を呈する。こ
の植物繊維質によるバインダ作用は極めて強く、さらに
は、燃焼時に有害ガスを発生せず、着火性・燃焼性を向
上する作用をも有することが知られている。

しかし、植物繊維質のみの使用は、前述した如（、その
混入量を多くすると着火性はよいが、短時間で燃え尽き
てしまうという欠点を有していること、また、植物繊維
質を充分な量用意できない地域も多いため、むやみにそ
の混入率を高めることも現実的ではない。

そこで、本発明は植物繊維質と共に糖蜜と消石灰との反
応物が混入される。すなわち、第一工程で用意した粉砕
炭と、植物繊維質と、消石灰とを混合し、さらに、第一
工程で用意した糖蜜を混入撹拌して該消石灰と糖蜜とを
反応させると、カルシュラム・トリ・サヵライド （Ｃ＋□Ｈ＊ｗＯ□）　ｓ　　’　Ｃａ　Ｏが生成され
、このカルシュラム・トリ・サヵライドは、強粘性（固
化前）で、水に対して抵抗性があり難水溶性で、耐熱強
度が高い性質を有する。

なお、消石灰と糖蜜とを反応させると、カルシュラム・
ヂ・サカライド （Ｃ＋ｘＨｚｇＯ＋＋）　＊　・Ｃａ　Ｏが生成される
反応も考えられ、このカルシュラム・ヂ・サカライドも
強粘性で、水に対してやや抵抗性があり、耐熱強度が高
い性質を有するが、このカルシュラム・ヂ・サヵライド
が生成されるのは水分量が多い場合であり、水分量が少
ない糖蜜では主にカルシュラム・トリ・サヵライド（本
願では、カルシュラム・トリ・サヵライドとカルシュラ
ム・ヂ・サカライドを含めて、Ｃａ・糖質結合体という
）が生成される反応が認められた。

したがって、この糖蜜と消石灰との反応物であるＣａ・
糖質結合体がバインダ作用を呈することになる。

具体的には、植物繊維質が弱い場合（例えば・砂糖大根
のしぼりカス＝Ｂｅｅｔ　ｐｕｌｐ　）或は植物質の入
手が困難な地域で植物繊維質の混入を１０％以下と少な
くせざるを得ない場合は補強剤として糖蜜（発熱量は水
分１２％の場合２８００Ｋｃａｌ／Ｋｇ）に消石灰を反
応させて耐熱強度が強く且つ難水溶性のＣａ・糖質結合
体として混合し圧壊強度を植物繊維質単独のものより４
倍乃至１０倍近くに増幅させることが可能である。

従来の成形炭の圧壊強度は横にした状態で通常５０〜６
０ＫｇｆであったがＣａ・糖質結合体を混合することに
より３ｔ／ｃｒｎ”の加圧成形の場合厚みが２０ｍｍで
１６．６ｃｒｎ”の水平面面積を有する４０ｇｒの成形
炭（成形炭の形状は直径４６ｍｍ・厚み２０ｍｍの円柱
形）で４０００にｇｆ以上となるのである。

上記Ｃａ−糖質結合体のもう一つの作用は、燃焼時スト
ーブ等の小型燃焼器では石炭中の硫黄分なＣａＳＯ４と
して残留灰分中に固定し大気中に放出することを極力抑
えることである。（但しボイラー等の１２００度以上の
高温燃焼器では抑制作用は４０％程度に減少する・第１
表参照）石炭には産炭地により通常０．５〜１．５％の
硫黄分が含まれており、特に低品位炭では２〜４％と含
有量が多い場合がある。（中には６％以上のものもある
）。これ等硫黄分は燃焼によってＳＯｌとなり人体及び
環境に対し有害ガスとなる。従って従来の成形炭メーカ
は脱硫剤として消石灰を添加していたものである。本発
明で補強結合剤として用いるＣａ−糖質結合体はＣａＯ
を含んでいるので燃焼時ＳＯ禦と反応してＣａ　Ｓ　Ｏ
４として硫黄分を同じく固定する。（第１表のＣ成形炭
の燃焼性硫黄を原炭Ｃと比較） すなわち、本発明のＣａ・糖質結合体は強力なバインダ
作用と、脱硫作用とを兼ねているのである。

粉炭の硫黄分が低い場合は他のバインダの使用なしに安
価な農業廃棄物や雑草等の植物繊維質のみを多量に使っ
て成形するため経済的であり成形炭の硫黄分も、植物繊
維質の混合量によって相対的に低下するためボイラ等の
大型燃焼装置のように１２００度Ｃ以上の高温域燃焼で
も硫黄分の大気中放出は少な（なる。

粉炭の８分が高い場合は植物繊維質の他にむしろ補強剤
を兼ねてＣａ−糖質結合体を混合する方が有利である。

即ち本製造方法は原料炭の硫黄分含有量の高低、発熱量
の高低等にも２種の結合剤の相対的増減により適時対応
が可能である利点を有するものである。但し、消石灰は
必ず重量％で糖蜜量の６０％以上が必要であり４０％以
下では耐熱強度が弱く、糖蜜な単独で結合剤として使用
した成形炭の如く燃焼時に未反応の遊離した糖蜜が溶融
して成形炭の型くずれが起き、火格子の下に燃えたまま
落下するので注意が必要である。

「実施例１ 次に、本発明の詳細な説明すれば以下の通りである。

先ず、本発明は、第一工程として。

■　発熱量５５００　Ｋ　ｃ　ａ　ｌ　／　Ｋ　ｇ以下
の低品位炭を３ｍｍ以下の大きさに粉砕した粉砕炭と、
■　重量比で１０〜３０％の穀物類、野菜類または雑草
類等の植物繊維を乾燥して３ｍｍ以下の大きさに粉砕し
た植物繊維質と、 ■　重量比で３〜８％で、上記消石灰に対しての重量比
が６０％以上の糖蜜とを用意する。

次に、第二工程として、 第一工程で用意した粉砕炭と、植物繊維質と、消石灰と
を混合し、さらに、第一工程で用意した糖蜜を混入撹拌
して該消石灰と糖蜜とを反応促進で混合原料粉となす。

この第二工程において、糖蜜の混入は、粉砕炭と、植物
＃ｌＨ１質と、消石灰と同時に行ってもよいが、先に消
石灰とを混合して、該消石灰が石炭の表面に薄く付着し
た後に糖蜜を混入すると混合が均一化され反応し易くな
り望ましい。また、必要に応じては、消石灰と糖蜜との
反応のために水を添加する。粉砕炭が含水していたり、
粉砕炭に水が付着していたりする場合（石炭の暴爆、自
然発火を防ぐため加水することが多い）、または糖蜜の
含水量が多い場合はこの水の添加は不要であるが、重量
比２．５％程度の水分量に調整すると前述力ルシュウム
・トリ・サカライドの生成が効率的であり、さらには、
この水の添加は糖蜜の混入前に混合原料粉に注水するよ
り、糖蜜な所望量の水で溶いて混入することがより確実
・安定した反応を得られるものであった。なお、消石灰
と糖蜜との反応が完全に終了すると固化してしまうが、
本願において反応促進とは固化が始まる直前までの反応
を促進させることである。

さらに、本発明は、第三工程として、 上記混合原料を１〜４ｔｏｎ／ｃｒｎ’の圧力で加圧成
形する。この第三工程は従来公知なものである。そして
、この加圧によって成形される形状はビロー形、卵形、
アーモンド形部適宜なものとなせばよいが、本実施例で
は、直径４８ｍｍで厚み２０ｍｍの円柱形に成形した。

なお、具体的実施例は第二表に示した通りであるが、同
表には備考欄に＊印を付した比較実験例が併記されてい
るので、以下にこの比較関係を説明する。

第二表の実施例１乃至３は比較基礎となる、従来法追試
例であり、夫々３ｍｍ以下に粉砕した低品位炭（４４０
０Ｋｃａｌ／Ｋｇ）に、トウモロコシの茎を３ｍｍ以下
に粉砕したものを加え、７分間ミキサーで撹拌（２０Ｏ
ｒ　ｐｍ）　した後、成形機で３ｔｏｎ／ｃｒｎ’の圧
力で１個約４０ｇの成形炭を得た。゛その結果、植物性
繊維質は２５％以上混入することが望ましく、１０％程
度ではハンドリングに適した圧壊強度が得られないこと
が判明した。

そこで、第４実施例として、第２実施例と比較するため
、同上の低品位炭７３，３％にトウモロコシの茎の乾燥
粉末１６．２％、消石灰３％を加え５分間ミキサーで撹
拌し、石炭および植物繊維質の表面を消石灰で被覆した
後、糖蜜５％を２゜５％の水に溶いたものを加え、さら
に１０分間混合（２０分以上混合すると糖蜜と消石灰と
の反応が早く固化してしまい成形が困難となる）して糖
蜜と消石灰を反応促進させた。そして、従来法で圧力条
件を同じにして成形したところ、得られた成形炭は圧壊
強度は垂直方向１４０Ｋｇｆ、水平方向４０００Ｋｇｆ
以上でも変形はしなかった。

すなわち、第３実施例の９倍近くに強度は増幅された。

同様に第５実施例は第３実施例と比較するためのもので
、同上の低品位炭７９．５％にトウモロコシの茎の乾燥
粉末１０％、消石灰３％を加え５分間ミキサーで撹拌し
、石炭および植物繊維質の表面を消石灰で被覆した後、
糖蜜５％を２゜５％の水に溶いたものを加え、さらに１
０分間混合して糖蜜と消石灰を反応促進させた。そして
、従来法で圧力条件を同じにして成形したところ、得ら
れた成形炭は圧壊強度は垂直方向８３Ｋｇｆ、水平方向
４０００Ｋｇｆ以上でも変形はしなかった。すなわち、
第２実施例の４倍近くに強度は増幅された。

第１２実施例は、植物繊維質を高圧下に於て瞬時に組織
構造を緻密質に変形・変質し成形した第１乃至３実施例
、および、補強結合剤として糖蜜５％に消石灰３％のＣ
ａ−糖質結合体を加え成形した第４乃至１１実施例もの
と比較するため、同じ方法により低品位粉末炭８１．５
％に糖蜜１０％、消石灰６％、水２．５％を加え１５分
間ミキサーで混合した後、１．０ｔｏｎ／ｃｒｎ’で（
圧力が高いと糖蜜が漏出するため、漏出がほとんど認め
られない加圧力として１．０ｔｏｎ／ｃｒｎ’を採用し
た）成形した。成形品の圧壊強度は垂直方向２９．３Ｋ
ｇｆ、水平方向１６５０Ｋｇｆであった。これにより植
物繊維質及びＣａ・糖質結合体を夫々単独で結合剤とし
て使用した場合より植物繊維質とＣａ−糖質結合体の補
強結合剤を同時に使用して加圧成形した方が双方の相乗
効果（バインダとしての）が見られ圧壊強度は大きく増
幅されることがわかった。なお、表記はしていないが、
同じ粉末炭８９．５％に糖蜜５％十添加水２．５％、消
石灰３％を１５分間ミキサーにて混合し、成形したが強
度は弱く成形品を得ることが出来なかった。これにより
低品位炭は植物繊維質をバインダーとして使用しない限
り糖蜜５〜６％以下では石灰を共用しても結合剤として
の効果はなく成形は不可能であることがわかった。

（高灰分のものはセメントでは可能のものもあるが高灰
分に更にセメント・石灰という灰分な添加することにな
り燃焼性は極端に悪くなる。）「発明の効果ｊ 本発明は上記のごときで、−船釣に農業廃棄物といわれ
る麦藁、稲藁、野菜類の木や雑草等の植物繊維質を結合
材として使用し、さらに、補強結合材として糖蜜に消石
灰を反応させて得た耐熱強度の強い結合材を加えて高圧
成形したため、低品位炭を使用しても大きく発熱量を低
下させることがなく、成形と同時に極めて強い圧壊強度
を有した成形炭を製造でき、養生・乾燥等の加熱熱源・
装置を必要とせず、製造時間の時間的ロスも少ないため
製造コストを大幅に低減した植物繊維質利用による低品
位炭の成形法を提供することができるものである。

また、本発明は、植物繊維質を混入させたことにより、
燃焼性、着火性に優れるとともに、燃焼時に発煙を抑止
する効果を有するものである。

さらに本発明の特筆すべき効果は、消石灰を混入したこ
とで、この消石灰が前述した糖蜜との反応で耐熱強度の
強い結合材を生成するばか吸湿性が少なく、またこの石
灰分が燃焼によってＳＯｘ等の人体に有害なガスの発生
を抑えた成形炭を製造出来る植物繊維質利用による低品
位炭の成形法を提供することができるものである。

さらに、低品位石炭しか産出せず、農業廃棄物の処理に
困り収穫後のおの焼却で大気汚染を起こし、その上、日
常の燃料の確保のためにはやむにやまれず原始樹林を伐
採して環境破壊を強いられる地域は結構多く、このよう
な地域にとって本発明は一石二鳥の計り知れない効果を
もたらすものと確信されるものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 第一工程として、 発熱量５５００Ｋｃａｌ／Ｋｇ以下の低品位炭を３ｍｍ
   以下の大きさに粉砕した粉砕炭と、重量比で１０〜３０
   ％の穀物類、野菜類または雑草類等の植物繊維を乾燥し
   て３ｍｍ以下の大きさに粉砕した植物繊維質と、 重量比で３〜５％の消石灰と、 重量比で３〜８％で、上記消石灰に対しての重量比が６
   ０％以上の糖蜜とを用意し、 第二工程として、 第一工程で用意した粉砕炭と、植物繊維質と、消石灰と
   を混合し、さらに、第一工程で用意した糖蜜を混入撹拌
   して該消石灰と糖蜜とを反応促進させて混合原料粉とな
   し、 第三工程として、 上記混合原料を１〜４ｔｏｎ／ｃｍ＾２の圧力で加圧成
   形することを特徴とする植物繊維質利用による低品位炭
   の成形法。