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公開番号2024111820
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-19
出願番号2024014180
出願日2024-02-01
発明の名称原燃料炭材の製造方法
出願人日本製鉄株式会社
代理人弁理士法人樹之下知的財産事務所
主分類C10L 5/00 20060101AFI20240809BHJP(石油,ガスまたはコークス工業;一酸化炭素を含有する工業ガス;燃料;潤滑剤;でい炭)
要約【課題】メタン熱分解で水素を製造する際に副生される高発熱量かつ超微粉の炭材を、原燃料炭材の用途に応じて改質する、原燃料炭材の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明は、製鉄用または石炭火力発電用の原燃料炭材の製造方法であって、褐炭、亜瀝青炭、およびバイオ炭の1種または2種以上からなる低発熱量炭材と、メタン熱分解により生成される高発熱量炭材とを、容器内転動混合させる、原燃料炭材の製造方法である。容器内転動混合としては、例えばボールミルまたはロッドミルが用いられる。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
製鉄用または石炭火力発電用の原燃料炭材の製造方法であって、
褐炭、亜瀝青炭、およびバイオ炭の１種または２種以上からなる低発熱量炭材と、メタン熱分解により生成される高発熱量炭材とを、容器内転動混合させる、原燃料炭材の製造方法。
続きを表示（約 530 文字）【請求項２】
前記低発熱量炭材の単位発熱量が１３～３０ＭＪ／ｋｇであり、前記高発熱量炭材の単位発熱量が略３４ＭＪ／ｋｇであり、前記原燃料炭材の単位発熱量が２４～３３ＭＪ／ｋｇである、請求項１に記載の原燃料炭材の製造方法。
【請求項３】
前記容器内転動混合として、ボールミルまたはロッドミルが用いられる、請求項１または請求項２に記載の原燃料炭材の製造方法。
【請求項４】
前記低発熱量炭材は、前記容器内転動混合の前に、乾燥、加湿、混合、または、粉砕のうちのいずれか１または２以上の処理がなされる、請求項１または請求項２に記載の原燃料炭材の製造方法。
【請求項５】
前記製鉄用の原燃料炭材は、高炉吹込み用微粉炭、焼結用燃料炭または製鋼用加炭材である、請求項１または請求項２に記載の原燃料炭材の製造方法。
【請求項６】
前記容器内転動混合の原材料の構成および配合量から推定される前記原燃料炭材の灰分含有量が所定値となるように、木質バイオマス由来の低灰分バイオ炭の灰分希釈用配合またはケイ酸バイオマス由来の高灰分バイオ炭の灰分増量用配合を調整する、請求項１または請求項２に記載の原燃料炭材の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタン熱分解で水素を製造する際に副生される高発熱量かつ超微粉の炭材を、原燃料炭材の用途に応じて改質する、原燃料炭材の製造方法に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化の要因として、化石燃料に由来する二酸化炭素の排出が問題となっており、二酸化炭素排出量の削減が求められている。これに対し、水素は、炭素分を含まず、二酸化炭素を排出しない優れた環境特性を有することから、代替エネルギーとして有望視されている。また、水素は、エネルギーキャリアとして再生可能エネルギー等を貯め、運び、利用することができる特性（貯蔵性、可搬性、柔軟性）を有することからも注目されている。
【０００３】
しかし、これまでの化石燃料を全て水素で代替するには、大量の水素を必要とするという問題がある。このような水素の供給問題に対し、海外での褐炭の乾留による水素抽出、海外の広大な土地での太陽光発電の電力を使った水の電気分解による水素調達、および、天然ガスの主成分であるメタンの熱分解による水素製造等、様々な検討が進められている。
【０００４】
ここで、メタンの熱分解による水素の製造について検討する。原料のメタンの調達および水素の製造場所の問題については、メタンの形態で輸送および貯留して、使用時に熱分解して水素を取り出して活用するのが好ましい。従来からの天然ガスの流通手段（輸送船、配管、貯留タンク等）をそのまま使える点で有利だからである。
【０００５】
また、メタンの熱分解では、（１）式で示すとおり、水素の他に微粉状の固体炭素（以下、超微粉炭またはメタン熱分解炭材ともいう。）が生成される。このような微粉状のメタン熱分解炭材は、粉塵爆発リスクをはらみ、輸送および貯留等には相応の制約が伴うということからも、メタン熱分解処理の場所は、メタン熱分解炭材の使用場所に近接していることが望ましいといえる。
ＣＨ
４
→２Ｈ
２
＋Ｃ・・・（１）
【０００６】
メタン熱分解炭材の使用場所として、例えば、製鉄所や石炭火力発電所等がある。特に、高炉－転炉プロセスによる製鉄所では、鉄鉱石の還元材や熱源として炭材は必須の原料である。塊状のコークスは、高炉の熱源および鉄鉱石の還元材となり、さらには高炉挿入物支持および通風性確保のスペーサーとなる製鉄用炭材としてよく知られているが、その他にも、粉状の炭材が多く用いられている。例えば、焼結用燃料炭は、粉鉱石を塊状化することで高炉の通風性を確保可能にする「粉鉱石の焼結」のための燃料炭として知られている。また、高価なコークスの代替となる高炉吹込み用微粉炭、および、製鋼工程での溶銑または溶鋼の温度補償用の加炭材等、粉炭または微粉炭が用いられる各種炭材も重要な製鉄用炭材といえる。
【０００７】
特許文献１では、メタンを（１）式の通り水素および固体炭素に熱分解し、この水素と、高炉ガスから分離した二酸化炭素とから、金属触媒を用いて（２）式の通り固体炭素および水を生成する、固体炭素生成装置および固体炭素生成方法が開示されている。
ＣＯ
２
＋２Ｈ
２
→Ｃ＋２Ｈ
２
Ｏ・・・（２）
さらに、特許文献１では、ここで得られた固体炭素を微粉のままで、または、ペレットに成形して、高炉炉頂から鉄鉱石およびコークスとともに高炉に供給する固体炭素の利用方法が開示されている。また、ここで得られた固体炭素を微粉のままで、高炉羽口の微粉炭供給口から高炉吹込みする固体炭素の利用方法も開示されている。なお一般に、このような高炉への微粉炭吹込み技術はＰＣＩ（Pulverized Coal Injection）技術と、また、高炉へ吹き込まれる微粉炭はＰＣ（Pulverized Coal）と、略称される場合がある。
【０００８】
以上のとおり、特許文献１に記載の発明によれば、簡素な設備により二酸化炭素から固体炭素を生成するとともに、既存の設備を利用して、ここでの固体炭素を還元材として高炉へ供給することが可能になるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特開２０２１－１６５２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載の発明では、（１）式のメタン熱分解反応で製造される水素は、高炉から排出される二酸化炭素を削減するために、（２）式の反応の原料とされるものであり、化石燃料の代替エネルギーとして社会に供給されるものではない。また、（１）式のメタン熱分解反応で副生されるメタン熱分解炭材については、高炉用の炭材とすることは記載されているものの、超微粉炭で、かつ高反応性であるために、相当の制約を伴うはずの輸送および貯留等については何ら記載されていない。
（【００１１】以降は省略されています）

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