CN105073958B - 萃余煤的制造方法 - Google Patents

Abstract

在本发明的萃余煤的制造方法中，通过在溶剂分离器(10)中从重力沉降槽(7)中所分离的固体成分浓缩液中蒸发分离溶剂，从而得到在萃余煤中残存溶剂的萃余煤混合物。接着，在干燥器(11)中从萃余煤混合物蒸发分离残存的溶剂，得到萃余煤。此时，在干燥器(11)内利用萃余煤混合物自身具有的热从萃余煤混合物蒸发分离所残存的溶剂。由此简化使萃余煤混合物干燥的装置，从而降低与干燥有关的成本。

Description

萃余煤的制造方法

技术领域

本发明涉及在从煤除去灰分后得到无灰煤时作为副产物所生成的萃余煤的制造方法。

背景技术

专利文献1中公开了无灰煤的制造方法。在该制造方法中，将在普通煤中混合有粘结性煤的煤原料与溶剂混合，制备浆料，对所得的浆料进行加热，萃取能溶解于溶剂的煤成分，利用重力沉降法从萃取了煤成分的浆料中分离包含能溶解于溶剂的煤成分的溶液和包含不溶解于溶剂的煤成分的固体成分浓缩液，从所分离的溶液中分离溶剂，得到无灰煤。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-227718号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，在无灰煤的制造工艺中，除了作为最终制品的无灰煤以外，还制造出作为副产物的萃余煤。

萃余煤通过从固体成分浓缩液中蒸发分离溶剂而得到。作为该工艺，首先，通过从固体成分浓缩液中蒸发分离溶剂，从而得到在萃余煤中残存溶剂而成的萃余煤混合物。然后，通过从该萃余煤混合物中蒸发分离所残存的溶剂，从而得到萃余煤。

但是，在使大量的萃余煤混合物干燥而得到萃余煤时，存在没有能够使萃余煤混合物的温度为溶剂的沸点(240℃左右)以上的干燥装置的问题。虽然存在作为干燥装置之一的蒸汽管干燥器，但是蒸汽温度最高只有220℃，因此需要延长滞留时间，招致成本的增加。

本发明的目的在于提供能够简化使萃余煤混合物干燥的装置而降低与萃余煤混合物的干燥有关的成本的萃余煤的制造方法。

用于解决课题的手段

本发明的萃余煤的制造方法，其特征在于，包括：萃取工序，对将煤和溶剂混合而得的浆料进行加热，萃取能溶解于溶剂的煤成分；分离工序，将上述萃取工序中得到的浆料分离成溶解有能溶解于溶剂的煤成分的溶液和不溶解于溶剂的煤成分浓缩而成的固体成分浓缩液；以及萃余煤取得工序，从上述分离工序中分离得到的固体成分浓缩液中蒸发分离溶剂，得到萃余煤，其中，上述萃余煤取得工序包括：萃余煤混合物取得工序，通过从上述分离工序中分离得到的固体成分浓缩液中蒸发分离溶剂，从而得到在萃余煤中残存溶剂而成的萃余煤混合物；以及萃余煤干燥工序，从上述萃余煤混合物中蒸发分离所残存的溶剂，得到萃余煤，在上述萃余煤干燥工序中，利用上述萃余煤混合物自身具有的热，从上述萃余煤混合物中蒸发分离所残存的溶剂。

发明效果

根据本发明的萃余煤的制造方法，能够简化使萃余煤混合物干燥的装置而降低与萃余煤混合物的于燥有关的成本。

附图说明

图1是无灰煤制造设备的示意图。

图2是表示干燥时间的评价结果的图表。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。

(无灰煤的制造方法)

本实施方式的萃余煤的制造方法在用于无灰煤的制造方法的无灰煤制造设备100中实施。如图1所示，无灰煤制造设备100自无灰煤(HPC)制造工序的上游侧起依次具有煤料斗1·溶剂罐2、浆料制备槽3、移送泵4、预热器5、萃取槽6、重力沉降槽7、过滤器组件8、溶剂分离器9·10以及干燥器11。

无灰煤的制造方法具有浆料制备工序、萃取工序、分离工序、无灰煤取得工序以及萃余煤取得工序。本实施方式的萃余煤的制造方法具有上述工序中的浆料制备工序、萃取工序、分离工序以及萃余煤取得工序。以下，对各工序进行说明。予以说明，对于本制造方法中作为原料的煤没有特别限制，可以使用萃取率高的烟煤，也可以使用更廉价的劣质煤(亚烟煤、褐煤)。另外，无灰煤是指灰分为5重量％以下、优选为3重量％以下的煤。

(浆料制备工序)

浆料制备工序是将煤和溶剂混合来制备浆料的工序。在图1中，该浆料制备工序在浆料制备槽3中实施。将作为原料的煤从煤料斗1投入到浆料制备槽3中，同时将溶剂从溶剂罐2投入到浆料制备槽3中。投入到浆料制备槽3中的煤和溶剂被搅拌机3a混合而成为包含煤和溶剂的浆料。

煤相对于溶剂的混合比率例如以干燥煤基准计为10～50重量％、更优选为20～35重量％。

(萃取工序)

萃取工序是对浆料制备工序中得到的浆料进行加热而萃取能溶解于溶剂的煤成分(溶解于溶剂)的工序。在图1中，该萃取工序在预热器5及萃取槽6中实施。将在浆料制备槽3中所制备的浆料利用移送泵4供给到预热器5而加热至规定温度后，供给至萃取槽6，边利用搅拌机6a进行搅拌边保持在规定温度，进行萃取。

在对将煤和溶剂混合而得的浆料进行加热而萃取能溶解于溶剂的煤成分时，将对煤具有较大溶解力的溶剂、大多情况下为芳香族溶剂(供氢性或非供氢性的溶剂)与煤混合，对其加热，萃取煤中的有机成分。

非供氢性溶剂是主要从煤的干馏产物中精制出的、作为以2环芳香族为主的溶剂的煤衍生物。该非供氢性溶剂是：即使在加热状态下也较为稳定，与煤的亲和性优异，因此被萃取至溶剂中的可溶成分(此处为煤成分)的比例(以下也称作萃取率)高，并且能够利用蒸馏等方法容易地进行回收的溶剂。作为非供氢性溶剂的主成分，可列举作为2环芳香族的萘、甲基萘、二甲基萘、三甲基萘等，作为其他非供氢性溶剂的成分，包括：具有脂肪族侧链的萘类、蒽类、芴类、以及联苯、具有长链脂肪族侧链的烷基苯。

予以说明，在上述的说明中，对使用非供氢性化合物作为溶剂的情况进行了叙述，但是当然也可以使用以四氢化萘为代表的供氢性化合物(包括煤液化油)作为溶剂。在使用供氢性溶剂时，无灰煤的收率提高。

另外，溶剂的沸点并无特别限制。从萃取工序及分离工序中的压力降低、萃取工序中的萃取率、无灰煤取得工序等的溶剂回收率等观点出发，优选使用例如180～300℃、尤其240～280℃的沸点的溶剂。在本实施方式中，溶剂的沸点为240℃左右。

萃取工序中的浆料的加热温度只要可以溶解能溶解于溶剂的成分，则并无特别限制，从能溶解于溶剂的成分的充分溶解和萃取率的提高的观点出发，例如为300～420℃，更优选为360～400℃。在本实施方式中，通过由预热器5对浆料进行加热，从而如后述那样调整供给到溶剂分离器10的固体成分浓缩液的温度，以便使供给到干燥器11的萃余煤混合物具有能够从萃余煤混合物中蒸发分离所残存的溶剂的热量。

另外，加热时间(萃取时间)也没有特别限制，但是，从充分溶解和萃取率的提高的观点出发，例如为10～60分钟。在图1中，加热时间为在预热器5及萃取槽6中的加热时间的总和。

予以说明，萃取工序在氮气等不活泼气体的存在下进行。萃取槽6内的压力取决于萃取时的温度、所使用的溶剂的蒸气压，但优选为1.0～2.0MPa。在萃取槽6内的压力低于溶剂的蒸气压时，溶剂挥发而无法限制为液相，不能萃取。为了将溶剂限制为液相，需要高于溶剂蒸气压的压力。另一方面，若压力过高，则机器的成本、运转成本变高，不经济。

(分离工序)

分离工序是利用重力沉降法将萃取工序中所得的浆料分离成溶解有能溶解于溶剂的煤成分的溶液和不溶解于溶剂的煤成分(溶剂不溶成分、例如灰分)浓缩得到的固体成分浓缩液(溶剂不溶成分浓缩液)的工序。在图1中，该分离工序在重力沉降槽7中实施。萃取工序中所得的浆料在重力沉降槽7内因重力被分离成作为溶液的上清液和固体成分浓缩液。重力沉降槽7的上部的上清液根据需要经过过滤器组件8而被排出至溶剂分离器9，同时沉降于重力沉降槽7的下部的固体成分浓缩液被排出至溶剂分离器10。

重力沉降法是通过将浆料保持于槽内而利用重力使不溶解于溶剂的成分沉降·分离的方法。比重大于溶解有能溶解于溶剂的煤成分的溶液よ的不溶解于溶剂的成分(例如灰分)在重力的作用下沉降于重力沉降槽7的下部。边将浆料连续供给到槽内，边将上清液从上部连续排出、并将固体成分浓缩液从下部连续排出，由此能够进行连续的分离处理。

为了防止从煤溶出的能溶解于溶剂的成分的再析出，优选对重力沉降槽7内预先进行保温(或加热)或加压。保温(加热)温度例如为300～380℃，槽内压力例如为1.0～3.0MPa。

予以说明，作为从萃取工序中所得的浆料分离包含溶解于溶剂的煤成分的溶液的方法，除重力沉降法以外，还包括过滤法、离心分离法等。

(无灰煤取得工序)

无灰煤取得工序是从分离工序中所分离的溶液(上清液)蒸发分离溶剂而得到无灰煤(HPC)的工序。在图1中，该无灰煤取得工序在溶剂分离器9中实施。重力沉降槽7中所分离的溶液被过滤器组件8过滤后，供给到溶剂分离器9，在溶剂分离器9内从上清液中蒸发分离溶剂。在此，溶剂从溶液中的蒸发分离优选在氮气等不活泼气体的存在下进行。在本实施方式中，在导入到溶剂分离器9内的氮气中从溶液蒸发分离溶剂。

从溶液(上清液)分离溶剂的方法可以使用通常的蒸馏法、蒸发法等。被溶剂分离器9分离的溶剂回到溶剂罐2中进行循环而被反复使用。予以说明，虽然优选将溶剂循环使用，但并非必须将溶剂循环使用(在后述的萃余煤取得工序中也同样)。通过从上清液中分离溶剂，可以得到实质上不含有灰分的无灰煤(HPC)。

无灰煤几乎不含有灰分，也完全没有水分，显示出比原料煤更高的放热量。进而，可以大幅地改善作为制铁用焦炭的原料而特别重要的品质即软化熔融性(流动性)，即使原料煤不具有软化熔融性，所得的无灰煤(HPC)也具有良好的软化熔融性。因此，无灰煤可以作为例如焦炭原料的配合炭来使用。另外，几乎不含有灰分的无灰煤的燃烧效率高且能够降低煤灰的产生，因此作为由燃气轮机燃烧产生的高效率复合发电系统的燃气轮机直喷燃料的用途也备受注目。

(萃余煤取得工序)

萃余煤取得工序是从分离工序中所分离的固体成分浓缩液中蒸发分离溶剂而得到萃余煤的工序。该萃余煤取得工序包括萃余煤混合物取得工序和萃余煤干燥工序。

<萃余煤混合物取得工序>

萃余煤混合物取得工序是通过从分离工序中所分离的固体成分浓缩液中蒸发分离溶剂而得到在萃余煤中残存溶剂的萃余煤混合物的工序。在图1中，该萃余煤混合物取得工序在溶剂分离器10中实施。重力沉降槽7中所分离的固体成分浓缩液供给至溶剂分离器10，并在溶剂分离器10内从固体成分浓缩液中蒸发分离溶剂。在此，溶剂从固体成分浓缩液的蒸发分离优选在氮气等不活泼气体的存在下进行。在本实施方式中，溶剂分离器10是用于闪蒸法的闪蒸槽。闪蒸法是对处于氮气气氛的槽内喷雾固体成分浓缩液而使溶剂蒸发分离的方法。

从固体成分浓缩液中分离溶剂的方法并不限于闪蒸法，可以与上述的无灰煤取得工序同样地使用通常的蒸馏法、蒸发法。被溶剂分离器10分离的溶剂回到溶剂罐2中进行循环而被反复使用。通过从固体成分浓缩液分离溶剂，可以得到在萃余煤中以5～10重量％的比例残存溶剂而成的萃余煤混合物。

在此，重力沉降槽7中所分离的固体成分浓缩液处于未蒸发分离溶剂的高温高压状态。通过对内部处于常压的溶剂分离器10内喷射此种固体成分浓缩液，从而释放固体成分浓缩液的压力。由此使溶剂的沸点下降，并从高温的固体成分浓缩液一次性地蒸发分离溶剂。此时，调整被供给到溶剂分离器10的固体成分浓缩液的温度，以便使后续的被供给至干燥器11的萃余煤混合物具有能够从萃余煤混合物蒸发分离所残存的溶剂的热量。该温度调整可以如上述那样利用对在浆料制备槽3中所制备的浆料进行加热的预热器5来进行。予以说明，该温度调整也可以通过对在重力沉降槽7中分离而被供给到溶剂分离器10之前的固体成分浓缩液加热来进行。另外，该温度调整还可以通过对浆料制备槽3中所制备的浆料及重力沉降槽7中所分离的固体成分浓缩液分别加热来进行。

<萃余煤干燥工序>

萃余煤干燥工序是从萃余煤混合物蒸发分离所残存的溶剂而得到萃余煤的工序。在图1中，该萃余煤干燥工序在干燥器11中实施。溶剂分离器10中所得的萃余煤混合物供给到干燥器11，并在干燥器11内从萃余煤混合物蒸发分离所残存的溶剂。溶剂从萃余煤混合物的蒸发分离优选在氮气等不活泼气体的存在下进行。在本实施方式中，干燥器11是边使内部流通作为载气的氮气边使萃余煤混合物滞留·搅拌的旋转干燥器。通过从萃余煤混合物分离所残存的溶剂，从而可以得到包含灰分等的不溶解于溶剂的成分浓缩得到的萃余煤(也称作RC、残渣煤)。

萃余煤虽然包含灰分，但完全没有水分，还具有充分的放热量。萃余煤不显示软化熔融性，但是含氧官能基被脱离，因此在作为配合炭使用时，不会阻碍该配合炭中所含的其他煤的软化熔融性。因此，该萃余煤与通常的非微粘结性煤同样可以作为焦炭原料的配合炭的一部分来使用，并且还能够在不作为焦炭原料炭的情况下作为各种燃料来使用。

在此，在本实施方式中，在干燥器11内，利用包含萃余煤和溶剂的混合物即萃余煤混合物自身具有的热，从萃余煤混合物中蒸发分离所残存的溶剂。即，干燥器11仅使萃余煤混合物滞留并对其进行搅拌而对萃余煤混合物根本不赋予热。予以说明，萃余煤混合物自身具有的热是指从固体成分浓缩液中分离溶剂而得到的萃余煤混合物所带(具有)的热，并非利用化学反应而由萃余煤混合物产生的热。由于萃余煤混合物自身具有热而使萃余煤混合物具有规定的热量。萃余煤混合物具有的热量是能够从萃余煤混合物蒸发分离所残存的溶剂的量。若溶剂的主成分为甲基萘，则使单位量的溶剂蒸发分离所需的热量为330千焦/千克(kJ/kg)(使1kg溶剂蒸发所需的热量)。通过如上所述调整被供给到溶剂分离器10的固体成分浓缩液的温度，从而使被供给到干燥器11的萃余煤混合物具有此种热量。

通常，为了使粉体干燥，而需要对粉体赋予热的装置。但是，萃余煤混合物取得工序(溶剂分离器10)中所得的萃余煤混合物其自身具有相当多的热。为此，利用萃余煤混合物自身具有的热，从萃余煤混合物蒸发分离所残存的溶剂，从而无需对萃余煤混合物赋予热。由此能够简化使萃余煤混合物干燥的装置而降低与萃余煤混合物的干燥有关的成本。

另外，通过调整被供给到萃余煤混合物取得工序(溶剂分离器10)的固体成分浓缩液的温度，从而使被供给到萃余煤干燥工序(干燥器11)的萃余煤混合物具有能够从萃余煤混合物蒸发分离所残存的溶剂的热量。通常，与对固体赋予热相比，对液体赋予热时的效率更佳。因此，与以某种程度固化的萃余煤混合物相比，作为液体的固体成分浓缩液一方更容易调整温度。为此，调整被供给到萃余煤混合物取得工序(溶剂分离器10)的固体成分浓缩液的温度而并非调整被供给到萃余煤干燥工序(干燥器11)的萃余煤混合物的温度。由此，能够对萃余煤混合物适当地赋予能够从萃余煤混合物蒸发分离所残存的溶剂的热量。

另外，通过对浆料制备槽3中所制备的浆料及重力沉降槽7中分离的固体成分浓缩液中的至少一方进行加热，从而调整被供给到萃余煤混合物取得工序(溶剂分离器10)的固体成分浓缩液的温度。浆料、固体成分浓缩液为液体，因此能够高效地赋予热。因此，通过对浆料、固体成分浓缩液加热，从而可以适当地调整被供给到萃余煤混合物取得工序的固体成分浓缩液的温度。

(干燥时间评价)

接着，对改变干燥温度而干燥萃余煤所需的时间进行评价。评价使用管状的炉。作为评价的步骤，首先，边使炉内流通氮气边升温以使炉内温度达到规定的干燥温度。接着，在带有热电偶的磁制皿中放入由包含28重量％溶剂的萃余煤混合物构成的试样，并将其置于炉内。之后，在试样的温度达到规定的干燥温度时开始测量干燥时间。然后，在经过规定时间后取出试样，对溶剂含有率进行了调查。使干燥温度变为210℃、250℃、270℃不同地进行基于该步骤的评价。将评价结果示于图2中。

关于试样的溶剂含有率降低至2重量％所需的时间，在干燥温度为210℃时，为约30分钟，在干燥温度为250℃时，为约15分钟，在干燥温度270℃时，为约10分钟。关于干燥温度，可知：与相当于蒸汽管干燥器的蒸汽温度的210℃的情况相比，在干燥温度为250℃时，干燥时间可以缩短至约一半。另外，可知：与干燥温度为210℃的情况相比，在干燥温度为270℃时，干燥时间可以缩短至约1/3。

(效果)

如以上所述，根据本实施方式的萃余煤的制造方法，在萃余煤干燥工序(干燥器11)中，利用萃余煤混合物自身具有的热，从萃余煤混合物中蒸发分离所残存的溶剂。通常，为了使粉体干燥，需要对粉体赋予热的装置。但是，萃余煤混合物取得工序(溶剂分离器10)中所得的萃余煤混合物其自身具有相当多的热。为此，通过利用萃余煤混合物自身具有的热，从萃余煤混合物中蒸发分离所残存的溶剂，从而无需对萃余煤混合物赋予热。由此，能够简化使萃余煤混合物干燥的装置而降低与萃余煤混合物的干燥有关的成本。

另外，通过调整被供给到萃余煤混合物取得工序(溶剂分离器10)的固体成分浓缩液的温度，从而使被供给到萃余煤干燥工序(干燥器11)的萃余煤混合物具有能够从萃余煤混合物中蒸发分离所残存的溶剂的热量。通常，与对固体赋予热相比，对液体赋予热时的效率更佳。因此，与以某种程度固化的萃余煤混合物相比，作为液体的固体成分浓缩液一方更容易调整温度。为此，调整被供给到萃余煤混合物取得工序的固体成分浓缩液的温度而并非调整被供给到萃余煤干燥工序的萃余煤混合物的温度。由此，可以对萃余煤混合物适当赋予能够从萃余煤混合物蒸发分离所残存的溶剂的热量。

另外，通过对浆料及固体成分浓缩液中的至少一方进行加热，从而调整被供给到萃余煤混合物取得工序(溶剂分离器10)的固体成分浓缩液的温度。由于浆料、固体成分浓缩液为液体，因而能够高效地赋予热。因此，通过对浆料、固体成分浓缩液加热，从而可以适当调整被供给到萃余煤混合物取得工序的固体成分浓缩液的温度。

另外，在萃余煤混合物取得工序(溶剂分离器10)中，通过将未蒸发分离溶剂的处于高温高压状态的固体成分浓缩液喷射到常压的容器内，从而释放固体成分浓缩液的压力。由此使溶剂的沸点降低，并且从高温的固体成分浓缩液一次性地蒸发分离溶剂，因此可以从固体成分浓缩液中适当地蒸发分离溶剂。

(本实施方式的变形例)

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是不过是具体例的例示，并不用来特别限定本发明，具体的构成等能够适当地进行设计变更。另外，记载于发明的实施方式的作用及效果也不过是由本发明产生的最佳作用及效果的列举，本发明的作用及效果并不受本发明的实施方式的记载所限定。

本申请基于2013年2月13日申请的日本专利申请(特愿2013-025509)而完成，其内容作为参照援引于此。

产业上的可利用性

在本发明的萃余煤的制造方法中，能够简化使萃余煤混合物干燥的装置而降低与干燥有关的成本。

符号说明

1 煤料斗

2 溶剂罐、

3 浆料制备槽、

3a 搅拌机

4 移送泵、

5 预热器、

6 萃取槽、

6a、搅拌机

7 重力沉降槽、

8 过滤器组件、

9·10 溶剂分离器

11 干燥器

100 无灰煤制造设备。

Claims (4)

1.一种萃余煤的制造方法，其特征在于，包括：

萃取工序，对将煤和溶剂混合而得的浆料进行加热，萃取能溶解于溶剂的煤成分；

分离工序，预先进行保温或加压，将所述萃取工序中得到的浆料分离成溶解有能溶解于溶剂的煤成分的溶液和不溶解于溶剂的煤成分浓缩而成的固体成分浓缩液；以及

萃余煤取得工序，从所述分离工序中分离得到的固体成分浓缩液中蒸发分离溶剂，得到萃余煤，

其中，所述萃余煤取得工序包括：

萃余煤混合物取得工序，通过从所述分离工序中分离得到的固体成分浓缩液中蒸发分离溶剂，从而得到在萃余煤中残存溶剂而成的萃余煤混合物；以及

萃余煤干燥工序，从所述萃余煤混合物中蒸发分离所残存的溶剂得到萃余煤，

在所述萃余煤干燥工序中，利用从固体成分浓缩液中分离溶剂而得到的萃余煤混合物所带的热，从所述萃余煤混合物中蒸发分离所残存的溶剂。

2.根据权利要求1所述的萃余煤的制造方法，其特征在于，调整被供给到所述萃余煤混合物取得工序的固体成分浓缩液的温度，以便使被供给到所述萃余煤干燥工序的所述萃余煤混合物具有能够从所述萃余煤混合物中蒸发分离所残存的溶剂的热量。

3.根据权利要求2所述的萃余煤的制造方法，其特征在于，通过对被供给到所述分离工序的浆料及被供给到所述萃余煤混合物取得工序的固体成分浓缩液中的至少一方进行加热，从而调整被供给到所述萃余煤混合物取得工序的固体成分浓缩液的温度。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的萃余煤的制造方法，其特征在于，

所述分离工序在加压状态下进行，

在所述萃余煤混合物取得工序中，通过将未蒸发分离溶剂的处于高温高压状态的固体成分浓缩液喷射到常压的容器内，从而从固体成分浓缩液中蒸发分离溶剂。