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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kohledesaktivierungsvorrichtung, in der Kohle mit Sauerstoff enthaltendem Prozessgas desaktiviert wird.
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Technischer Hintergrund
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Thermisch zersetzte beziehungsweise pyrolytisch zersetzte Kohle weist eine aktivierte Oberfläche auf und sie tendiert zu einer Bindung mit Sauerstoff. Demgemäß kann, wenn die Kohle so wie sie ist aufbewahrt wird, Wärme, die durch eine Reaktion mit Sauerstoff in Luft erzeugt wird, bewirken, dass die Kohle spontan verbrennt. Im Hinblick darauf wird beispielsweise in der im Folgenden aufgelisteten Patentliteratur 1 und 2 und dergleichen Kohle, die einer Pyrolyse (300°C bis 500°C) unterzogen wurde, gekühlt und dann einem Kohledesaktivierungsprozess unterzogen, in dem durch Einwirken einer Sauerstoff enthaltenden Prozessgasatmosphäre (100°C bis 200°C) auf die Kohle Sauerstoff an der Kohle adsorbiert wird. Eine spontane Verbrennung von veredelter Kohle bei der Aufbewahrung kann auf diese Weise verhindert werden.
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Verweisliste
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Patentliteratur
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- Patentliteratur 1: veröffentlichte japanische Patentanmeldung Sho 59-074189
- Patentliteratur 2: veröffentlichte japanische Patentanmeldung Sho 60-065097
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Wenn der Desaktivierungsprozess der veredelten Kohle wie in der Patentliteratur 1 und 2 und dergleichen beschrieben durchgeführt wird, wird die veredelte Kohle derart desaktiviert, dass zunächst mehr Sauerstoff an einem Oberflächenabschnitt der Kohle als an einem inneren Abschnitt derselben adsorbiert wird. Daher weist der Desaktivierungsprozess der Patentliteratur 1 und 2 und dergleichen insofern ein Problem auf, als, wenn der Desaktivierungsprozess in einem Stadium beendet wird, in dem eine notwendige und ausreichende Sauerstoffmenge an dem Oberflächenabschnitt der Kohle adsorbiert ist, die Kohle spontan verbrennen kann, wenn die Kohle aufgrund eines Stoßes oder dergleichen bricht und der innere Abschnitt der Kohle außen offenliegt. Indessen wird, wenn der Desaktivierungsprozess derart durchgeführt wird, dass die notwendige und ausreichende Sauerstoffmenge auch an dem inneren Abschnitt der Kohle adsorbiert ist, eine mehr als notwendige Sauerstoffmenge an dem Oberflächenabschnitt der Kohle adsorbiert und der Verbrennungsheizwert pro Gewichtseinheit der Kohle stark verringert.
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Im Hinblick darauf besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Kohledesaktivierungsprozessverfahren bereitzustellen, das eine Verringerung des Verbrennungsheizwerts pro Gewichtseinheit der Kohle unterdrücken kann, während eine spontane Verbrennung der Kohle verhindert wird.
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Lösung des Problems
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Ein Kohledesaktivierungsprozessverfahren eines ersten Aspekts der Erfindung zur Lösung des im Vorhergehenden beschriebenen Problems ist ein Kohledesaktivierungsprozessverfahren, bei dem Kohle mit Sauerstoff enthaltendem Prozessgas desaktiviert wird, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Verfahren das Durchführen eines Desaktivierungsprozesses innerhalb eines Temperaturbereichs von 40°C bis 95°C an der Kohle umfasst.
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Ein Kohledesaktivierungsprozessverfahren eines zweiten Aspekts der Erfindung ist das Kohledesaktivierungsprozessverfahren des ersten Aspekts der Erfindung, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Kohle dem Desaktivierungsprozess unterzogen wird, nachdem die Kohle derart formgepresst wurde, dass die formgepresste Kohle einen oberflächenäquivalenten Kugeldurchmesser R, der durch die Formel (1) ausgedrückt wird, von 5 mm bis 50 mm aufweist, R = 6 × (V/A) (1) wobei V für ein Kohleteilchenvolumen und A für die äußere Oberfläche eines Kohleteilchens steht.
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Ein Kohledesaktivierungsprozessverfahren eines zweiten Aspekts der Erfindung ist das Kohledesaktivierungsprozessverfahren des ersten oder zweiten Aspekts der Erfindung, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Kohle eine thermisch zersetzte Kohle ist.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Bei dem Kohledesaktivierungsprozessverfahren der vorliegenden Erfindung ist die an einem Oberflächenabschnitt der Kohle pro Zeiteinheit adsorbierte Sauerstoffmenge (Adsorptionsrate) kleiner (langsamer) als die bei einer herkömmlichen Technik, und das Eintreten von Sauerstoff in einen inneren Abschnitt der Kohle und dessen Adsorption an diesem erfolgt in einem früheren Stadium als bei der herkömmlichen Technik. Entsprechend ist ein Unterschied im Hinblick auf die Sauerstoffadsorptionsmenge zwischen dem Oberflächenabschnitt und dem inneren Abschnitt der Kohle viel kleiner als der bei der herkömmlichen Technik. Infolgedessen ist es möglich, eine Verringerung eines Verbrennungsheizwerts pro Gewichtseinheit der Kohle zu unterdrücken, während eine spontane Verbrennung der Kohle verhindert wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist ein Ablaufdiagramm einer ersten Ausführungsform eines Kohleveredelungsverfahrens unter Verwendung eines Kohledesaktivierungsprozessverfahrens der vorliegenden Erfindung.
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2 ist ein Diagramm, das Sauerstoffadsorptionsmengen an inneren Positionen von Kohleteilchen, die dem Desaktivierungsprozess unterzogen wurden, zeigt.
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3 ist ein Ablaufdiagramm einer zweiten Ausführungsform eines Kohleveredelungsverfahrens unter Verwendung des Kohledesaktivierungsprozessverfahrens der vorliegenden Erfindung.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Ausführungsformen eines Kohledesaktivierungsprozessverfahrens der vorliegenden Erfindung werden auf der Basis der Zeichnungen beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen auf der Basis der Zeichnungen beschränkt.
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Erste Ausführungsform
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Eine erste Ausführungsform eines Kohleveredelungsverfahrens unter Verwendung eines Kohledesaktivierungsprozessverfahrens der vorliegenden Erfindung wird auf der Basis der 1 und 2 beschrieben.
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Wie in 1 gezeigt ist, wird zunächst minderwertige Kohle 10 mit hohem Wassergehalt, wie Braunkohle und subbituminöse Kohle, in einer Atmosphäre eines Inertgases 1, wie Stickstoffgas, erhitzt (etwa 150°C bis etwa 300°C), um zu bewirken, dass Feuchtigkeit 3 aus der Kohle 10 abdampft, und dadurch getrocknet (Trocknungsschritt S11). Dann wird die Kohle 10 in der Atmosphäre des Inertgases 1 weiter erhitzt (etwa 300°C bis etwa 500°C), um Pyrolysegas 4 einer Komponente eines niedrigen Siedepunkts und Pyrolyseöl 5 einer Komponente eines hohen Siedepunkts durch Destillation aus der Kohle 10 zu entfernen (Pyrolyseschritt S12).
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Nach dem Kühlen (etwa 40°C bis etwa 60°C) (Kühlschritt S13) wird die Pyrolytisch zersetzte Kohle 10 in einer Atmosphäre eines Prozessgases 2 (beispielsweise ein Gas, dessen Sauerstoffkonzentration durch Einmischen von Stickstoff in Luft auf etwa 5% bis etwa 10% eingestellt wurde), das Sauerstoff enthält, einer Wärmebehandlung (40°C bis 95°C) (vorzugsweise 45°C bis 70°C) unterzogen und dadurch in veredelte Kohle 11 umgewandelt (Desaktivierungsprozessschritt S14).
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Hierbei ist, da eine Wärmebehandlungstemperatur in dem Desaktivierungsprozess (40°C bis 95°C (vorzugsweise 45°C bis 70°C)) niedriger als die bei einer herkömmlichen Technik (100°C bis 200°C) ist, die Sauerstoffmenge, die an einem Oberflächenabschnitt der Kohle 10 pro Zeiteinheit adsorbiert wird (Adsorptionsrate) kleiner (langsamer) als die bei der herkömmlichen Technik, und das Eintreten einer großen Sauerstoffmenge in einen inneren Abschnitt der Kohle 10 und die Adsorption daran erfolgt in einem früheren Stadium als bei der herkömmlichen Technik.
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Demgemäß ist bei der Kohle 10 die Sauerstoffadsorptionsmenge pro Zeiteinheit (Sauerstoffadsorptionsrate) im Oberflächenabschnitt niedriger als die bei der herkömmlichen Technik, während die Sauerstoffadsorptionsmenge pro Zeiteinheit im inneren Abschnitt höher als die bei der herkömmlichen Technik ist. Daher wird bei der veredelten Kohle 11, die dem Desaktivierungsprozess unterzogen wurde, ein Unterschied im Hinblick auf die Sauerstoffadsorptionsmenge zwischen dem Oberflächenabschnitt und dem inneren Abschnitt viel kleiner als der bei der herkömmlichen Technik (siehe 2).
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Demgemäß kann das Kohledesaktivierungsprozessverfahren der Ausführungsform eine Verringerung eines Verbrennungsheizwerts pro Gewichtseinheit der veredelten Kohle 11 unterdrücken, während eine spontane Verbrennung der veredelten Kohle 11 verhindert wird.
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Darüber hinaus kann, da die Wärmebehandlungstemperatur bei dem Desaktivierungsprozess (40°C bis 95°C (vorzugsweise 45°C bis 70°C)) niedriger als die bei der herkömmlichen Technik (100°C bis 200°C) ist, die Menge der veredelten Kohle 11, die bei dem Kohledesaktivierungsprozess verbrannt wird, im Vergleich zu der bei der herkömmlichen Technik verringert werden. Demgemäß kann die Produktionsmenge der veredelten Kohle 11 im Vergleich zu der bei der herkömmlichen Technik verbessert werden.
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Es ist anzumerken, dass, wenn die Wärmebehandlungstemperatur bei dem Desaktivierungsprozess 95°C übersteigt, es schwierig ist, eine Verringerung des Verbrennungsheizwerts pro Gewichtseinheit der veredelten Kohle 11 zu unterdrücken, während eine spontane Verbrennung der veredelten Kohle 11 verhindert wird. Indessen ist, wenn die Wärmebehandlungstemperatur unter 40°C liegt, die für den Desaktivierungsprozess erforderliche Zeit zu lang und die Produktionseffizienz beeinträchtigt. Demgemäß sind diese Fälle nicht bevorzugt.
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Zweite Ausführungsform
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Eine zweite Ausführungsform eines Kohleveredelungsverfahrens unter Verwendung des Kohledesaktivierungsprozessverfahrens der vorliegenden Erfindung wird auf der Basis von 3 beschrieben. Es ist anzumerken, dass die gleichen Teile wie die der im Vorhergehenden angegebenen Ausführungsform durch die gleichen Bezugsziffern wie die bei der Beschreibung der im Vorhergehenden angegebenen Ausführungsform verwendeten bezeichnet sind und eine Beschreibung, die mit der Beschreibung der im Vorhergehenden angegebenen Ausführungsform überlappt, weggelassen ist.
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Wie in 3 gezeigt ist, wird die Kohle 10 dem Trocknungsschritt S11, dem Pyrolyseschritt S12 und dem Kühlschritt S13 wie in der im Vorhergehenden angegebenen ersten Ausführungsform unterzogen und dann durch eine Pulverisiervorrichtung oder dergleichen derart pulverisiert, dass der Durchmesser von jedem Teilchen der Kohle 10 gleich einem speziellen Durchmesser (beispielsweise 1 mm) oder kleiner als dieser ist (Pulverisierschritt S25). Danach wird die Kohle 10 durch eine Formvorrichtung, beispielsweise eine Brikettiervorrichtung, derart zu einer Brikettform formgepresst, dass die formgepresste Kohle 10a einen oberflächenäquivalenten Kugeldurchmesser R, der durch die im Folgenden angegebene Formel (1) ausgedrückt wird, einer speziellen Größe (5 mm bis 50 mm (vorzugsweise 15 mm bis 30 mm)) aufweist (Formungsschritt S26). R = 6 × (V/A) (1) wobei V für ein Kohleteilchenvolumen steht und A für eine äußere Oberfläche eines Kohleteilchens steht.
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Nachdem die Kohle 10 wie im Vorhergehenden beschrieben zu der Brikettform geformt wurde, wird der Desaktivierungsprozessschritt S14 an der Kohle 10 wie in der im Vorhergehenden angegebenen ersten Ausführungsform durchgeführt und auf diese Weise die veredelte Kohle 21 erhalten.
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In diesem Fall ist, da die Kohle 10 zu der Brikettform mit dem oberflächenäquivalenten Kugeldurchmesser R der speziellen Größe (5 mm bis 50 mm (vorzugsweise 15 mm bis 30 mm)) geformt wurde, eine Variation im Hinblick auf die Flächen der Teilchen kleiner und kaum eine Variation im Hinblick auf die Sauerstoffadsorptionsmenge pro Zeiteinheit (Sauerstoffadsorptionsrate) in den einzelnen Briketts vorhanden. Darüber hinaus sind die Sauerstoffadsorptionsmengen der jeweiligen Briketts pro Zeiteinheit (Sauerstoffadsorptionsraten) im Wesentlichen die gleichen.
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Daher können die Briketts gleichmäßig dem Desaktivierungsprozess unterzogen werden und ferner kann der Desaktivierungsprozess im Wesentlichen gleichförmig durchgeführt werden, wobei Veränderungen unter den Briketts beseitigt sind.
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Dementsprechend können bei dem Kohledesaktivierungsprozessverfahren der Ausführungsform die den in der im Vorhergehenden angegebenen ersten Ausführungsform ähnlichen Wirkungen in selbstverständlicher Weise erhalten werden und es kann die veredelte Kohle 11, die dem Desaktivierungsprozess gleichmäßiger als der im Vorhergehenden angegebenen ersten Ausführungsform unterzogen wurde, ohne Weiteres erhalten werden.
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Es ist anzumerken, dass, wenn der oberflächenäquivalente Kugeldurchmesser R der Kohle 10, die zu der Brikettform formgepresst wurde, 50 mm übersteigt, die Sauerstoffadsorptionsrate pro Masseneinheit zu langsam ist und die für den Desaktivierungsprozess erforderliche Zeit zu lang ist. Indessen ist, wenn der oberflächenäquivalente Kugeldurchmesser R geringer als 5 mm ist, die Formungseffizienz beeinträchtigt. Daher sind diese Fälle nicht bevorzugt.
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Wenn der oberflächenäquivalente Kugeldurchmesser R innerhalb eines Bereichs von 15 mm bis 30 mm liegt, kann die Wärmebehandlung innerhalb des im Vorhergehenden angegebenen Temperaturbereichs ohne Weiteres auch dann durchgeführt werden, wenn Luft so wie sie ist als das Prozessgas 2 verwendet wird. Daher können Arbeiten und Einrichtungen, die für den Desaktivierungsprozess erforderlich sind, stark vereinfacht werden, und dieser Fall ist daher sehr bevorzugt.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Da das Kohledesaktivierungsprozessverfahren der vorliegenden Erfindung eine Verringerung des Verbrennungsheizwerts pro Gewichtseinheit von Kohle unterdrücken kann, während eine spontane Verbrennung der Kohle verhindert wird, kann das Kohledesaktivierungsprozessverfahren in der Energieindustrie und dergleichen sehr günstig verwendbar sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- INERTGAS
- 2
- PROZESSGAS
- 3
- FEUCHTIGKEIT
- 4
- PYROLYSEGAS
- 5
- PYROLYSEÖL
- 10
- KOHLE
- 11, 21
- VEREDELTE KOHLE
- S11
- TROCKNUNGSSCHRITT
- S12
- PYROLYSESCHRITT
- S13
- KÜHLSCHRITT
- S14
- DESAKTIVIERUNGSPROZESSSCHRITT
- S25
- PULVERISIERSCHRITT
- S26
- FORMUNGSSCHRITT
