JP2013173831A - 改質石炭製造設備 - Google Patents

Abstract

【課題】改質石炭の生産量を低下させずに、効率良くタールを除去できる改質石炭製造設備を提供することにある。
【解決手段】加熱ガス１１を生成する燃焼炉１２４と、燃焼炉へ乾留装置１２１で発生した乾留ガス１４を供給する乾留ガス供給管１０１と、燃焼炉で生成した加熱ガスの一部が供給され、当該加熱ガスを熱交換して廃熱ガス１３を生成する蒸気発生器１２５と、廃熱ガス、および乾留装置１２１にて加熱ガスが乾燥炭を間接加熱してなる低温加熱ガス１２を乾留ガス供給管へ供給する排気管５２、廃熱ガス送給管５４、混合ガス送給管５５、ブロア１２６、混合ガス供給管５６、混合ガス分岐管１０２、流量調整バルブ１０３、混合ガス連絡管１０４とを備えるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、改質石炭製造設備に関し、特に、褐炭や亜瀝青炭等のような多孔質で水分含有量の多い低品位炭（低質炭）を改質する場合に適用すると有用なものである。

褐炭や亜瀝青炭等のような多孔質で水分含有量の多い低品位炭（低質炭）は、単位重量当たりの発熱量が低いため、加熱処理して乾燥させることにより、単位重量当たりの発熱量を高めるようにしている。

このような低品位炭の改質を行う改質石炭製造設備として、例えば、加熱ガスにより低品位炭を間接的に加熱して乾留する間接加熱方式の乾留装置と、前記乾留装置で発生した乾留ガスを乾留ガス供給管を介して供給し、当該乾留ガス等を燃焼して前記加熱ガスを生成する燃焼炉とを備える設備がある。

上述の乾留ガスは低沸点成分からなるが、前記低品位炭を比較的高温で処理するため、高沸点成分のタール（乾留油）を同伴している。前記乾留ガスが冷却されると、当該乾留ガスが流通するダクト等の壁面に前記タールが付着していくことになる。タールの付着量が多くなると前記ダクトを閉塞する等の問題が生じる可能性があるため、前記タールを除去する技術が種々開発されている。

例えば、下記の特許文献１には、空気を水蒸気または不活性気体で希釈して酸素濃度３体積％〜２１体積％に調整すると共に、温度３５０℃〜５００℃に調整したガスにより、管内に付着したコークを燃焼除去するデコーキング方法が開示されている。

下記の特許文献２には、外熱キルンの内筒内へ酸素含有ガスを供給することで、熱分解によって生成された処理物中の有機物の炭化物や可燃性ガスが燃焼させられ、これにより熱分解ガスの温度が上昇して、その液化や固化を防止するようにした外熱キルンによる処理物の熱分解処理方法が開示されている。

特開平５−１８８６５３号公報（例えば、段落［００１３］，［００１７］等参照） 特開２００４−３７３８号公報（例えば、段落［００１１］，［００１４］，［００１５］等参照）

しかしながら、前述した特許文献１に記載のデコーキング方法を前述の改質石炭製造設備に適用しようとすると、乾留装置自体を停止した状態でデコーキングを実施する、もしくは、乾留装置から燃焼炉へ乾留ガスを供給するダクトを２系統とし１系統を停止した状態でデコーキングを実施しなければならず、設備の稼働率低下や大型化等に起因して、改質石炭の生産コストが増加してしまう。つまり、タールを効率良く除去することができなかった。

また、酸素濃度を調整した酸素濃度調整ガスを前記乾留ガス供給管に直接供給することで、運転中に発生したタールを燃焼して当該タールの乾留ガス供給管への付着を抑制することができるが、前記酸素濃度調整ガスを空気や不活性ガス（窒素や水蒸気）から製造しようとすると、そのための装置が必要になり、この装置に起因して、改質石炭の生産コストが増加してしまう。また、前記タールと反応させるために前記酸素濃度調整ガスを事前に昇温しなければならず、追加エネルギが必要となってしまう。つまり、タールを効率良く除去することができなかった。

前述した特許文献２に記載の外熱キルンによる処理物の熱分解方法では、熱分解によって生成された処理物の有機物の炭化物自体を燃焼しているため、この方法を改質石炭製造設備の乾留装置に適用すると、改質石炭の生産量が低下してしまう。

以上のことから、本発明は前述した課題を解決するために為されたものであって、改質石炭の生産量を低下させずに、効率良くタールを除去できる改質石炭製造設備を提供することを目的としている。

上述した課題を解決する第１の発明に係る改質石炭製造設備は、石炭を乾燥させる乾燥手段と、乾燥された前記石炭を加熱ガスにより間接加熱して乾留する間接加熱式乾留手段と、乾留された前記石炭を冷却する冷却手段とを具備する改質石炭製造設備であって、前記加熱ガスを生成する加熱ガス生成手段と、前記加熱ガス生成手段へ前記間接加熱式乾留手段で発生した乾留ガスを供給する乾留ガス供給手段と、前記加熱ガス生成手段で生成した前記加熱ガスの一部が供給され、当該加熱ガスを熱交換して廃熱ガスを生成する廃熱ガス生成手段と、前記廃熱ガス、および前記間接加熱式乾留手段にて前記加熱ガスが前記石炭を間接加熱してなる低温加熱ガスを前記乾留ガス供給手段へ供給する混合ガス供給手段とを備えることを特徴とする。

上述した課題を解決する第２の発明に係る改質石炭製造設備は、前述した第１の発明に係る改質石炭製造設備であって、前記乾留ガス供給手段に設けられ、ガス温度を計測するガス温度計測手段をさらに備え、前記混合ガス供給手段が、前記乾留ガス供給手段へ供給する前記廃熱ガスおよび前記低温加熱ガスの流量を調整するガス流量調整手段と、前記ガス流量調整手段を、前記ガス温度計測手段で計測された前記ガス温度に基づき制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明に係る改質石炭製造設備によれば、低温加熱ガスおよび廃熱ガスを乾留ガス供給手段へ供給することができる。これにより、乾留ガス供給手段内で乾留ガスが冷却されてタール（乾留油）の液化または固化が生じようとしても、前記低温加熱ガスおよび前記廃熱ガスにより、酸素濃度が約１〜２％程度になり前記タールを酸化分解する。その結果、タールが軽質化し、乾留ガス供給手段を構成するダクト等の壁面へのタールの付着が防止される。また、タールが軽質化したときに生じる軽質ガスが燃焼するため、乾留ガスの温度が上昇することになり、乾留ガス供給手段を構成するダクト等の壁面へのタールの付着が防止される。装置を停止せずにタールを酸化分解することができ、装置を停止してタールを酸化分解する設備と比べて、設備の稼働率を向上させることができる。つまり、効率良くタールを除去することができる。乾留ガスと、低温加熱ガスおよび廃熱ガスの温度がほぼ同じであり、低温加熱ガスおよび廃熱ガスの予熱が不要であり、省エネルギである。

本発明に係る改質石炭製造設備置の主な実施形態の全体概略構成図である。

本発明に係る改質石炭製造設備の実施形態を図面に基づいて説明する。

［主な実施形態］
本発明に係る改質石炭製造設備の主な実施形態を図１に基づいて説明する。

図１に示すように、まず、褐炭や瀝青炭等の低品位炭１が図示しないホッパ等により、当該低品位炭１を乾燥させる乾燥手段である乾燥装置１１１に供給される。乾燥装置１１１の送出口は、乾燥炭２を乾留する乾留装置１２１の受入口１２２ａに連絡している。乾留装置１２１の送出口１２２ｂは、乾留炭３を冷却する冷却手段である冷却装置１３１の受入口に連絡している。

乾留装置１２１は、内筒１２２と、内筒１２２を覆う外筒１２３とを有する。外筒１２３には、後述の加熱ガス１１が供給される。これにより、内筒１２２内に供給された乾燥炭２を間接的に加熱して乾留し乾留炭３を生成している。つまり、乾留装置１２１は、熱源となる高温ガス（加熱ガス）と低品位炭１とが直接接触しない間接加熱方式の装置、例えば外熱式キルン等であり、間接加熱式乾留手段をなしている。

乾留装置１２１の内筒１２２のガス排出口は、乾留ガス供給管１０１を介して燃焼炉１２４のガス受入口に連絡している。これにより、乾留によって生成するガス状のタール（乾留油）を含む乾留ガス１４は燃焼炉１２４のガス受入口に供給される。燃焼炉１２４のガス受入口には天然ガス等の燃料（図示せず）も供給される。燃焼炉１２４は、乾留ガス１４および天然ガス等の燃料が燃焼して加熱ガス１１を生成する。つまり、燃焼炉１２４は、加熱ガス生成手段をなしている。燃焼炉１２４のガス排出口は、加熱ガス送給管５１を介して、乾留装置１２１の外筒１２３のガス受入口に連絡している。

加熱ガス送給管５１は、加熱ガス分岐管５３を介して蒸気発生器１２５のガス受入口に連絡している。蒸気発生器１２５は、加熱ガス１１が水と熱交換して蒸気を発生して廃熱ガス１３を生成する廃熱ガス生成手段をなしている。蒸気発生器１２５のガス排出口は、廃熱ガス送給管５４を介して後述の排気管５２に連絡している。

乾留装置１２１の外筒１２３のガス排出口は、排気管５２を介して、前記加熱ガス１１が内筒１２２を加熱して生じる低温加熱ガス１２、および廃熱ガス１３を浄化する排ガス浄化手段である排ガス処理器１２７のガス受入口に連絡している。なお、低温加熱ガス１２および廃熱ガス１３は排ガス処理器１２７で浄化処理されて系外に排出される。

排気管５２は、混合ガス送給管５５を介してブロア１２６のガス受入口に連絡している。ブロア１２６のガス排出口は、混合ガス供給管５６を介して燃焼炉１２４のガス受入口に連絡している。混合ガス供給管５６は、混合ガス分岐管１０２に連絡している。混合ガス分岐管１０２は、流量調整バルブ１０３を介して混合ガス連絡管１０４に連絡している。混合ガス連絡管１０４は、乾留ガス供給管１０１に連絡している。

乾留ガス供給管１０１には、管内のガス温度を計測するガス温度計測手段であるガス温度計測器１０５が設けられる。ガス温度計測器１０５は、計測したガス温度を、流量調整バルブ１０３のバルブ開度を制御する制御手段である制御装置１０６に送信可能に当該制御装置１０６と接続している。

排気管５２、廃熱ガス送給管５４、混合ガス送給管５５、ブロア１２６、混合ガス供給管５６、混合ガス分岐管１０２、流量調整バルブ１０３、混合ガス連絡管１０４等が混合ガス供給手段をなしている。

このようにして構成された本実施形態に係る改質石炭製造設備においては、低品位炭１が前記ホッパ内に投入されると、当該ホッパが常温の低品位炭１を乾燥装置１１１に定量ずつ供給する。乾燥装置１１１に供給された低品位炭１は、図示しない乾燥用燃焼器からの乾燥用の燃焼ガス（約１５０〜３００℃）で約２００℃まで加熱されて水分が除去されることにより、乾燥炭２となって乾留装置１２１の内筒１２２内に移送される。乾留装置１２１に移送された乾燥炭２は、燃焼炉１２４からの加熱ガス１１（ガス温度：約１０５０℃、酸素濃度：約２〜３％）で間接的に加熱されて乾留されることにより、ガス状のタールを含む乾留ガス１４等の成分が取り除かれて乾留炭３となって冷却装置１３１に送給される。冷却装置１３１に送給された乾留炭３は、約５０℃まで冷却されることにより、改質石炭４となる。

他方、燃焼炉１２４で生成した加熱ガス１１（ガス温度：約１０５０℃、酸素濃度：約２〜３％）は、加熱ガス送給管５１を介して乾留装置１２１の外筒１２３に送給される。外筒１２３内で内筒１２２の加熱に使用された加熱ガス１１は低温加熱ガス１２（ガス温度：約３５０℃、酸素濃度：約２〜３％）となる。低温加熱ガス１２は排気管５２に送給される。また、加熱ガス１１は、加熱ガス送給管５１、加熱ガス分岐管５３を介して蒸気発生器１２５に送給される。蒸気発生器１２５で水蒸気の発生に使用された加熱ガス１１は廃熱ガス１３（ガス温度：約３５０℃、酸素濃度：約２〜３％）となる。廃熱ガス１３は廃熱ガス送給管５４を介して排気管５２に送給される。

低温加熱ガス１２および廃熱ガス１３の一部が排ガス処理器１２７に供給される。低温加熱ガス１２および廃熱ガス１３は、排ガス処理器１２７により浄化処理されて系外に排出される。また、低温加熱ガス１２および廃熱ガス１３の残部（ガス温度：約３５０℃、酸素濃度：約２〜３％）は、混合ガス送給管５５を介してブロア１２６に送給される。

ブロア１２６に送給された低温加熱ガス１２および廃熱ガス１３の一部が混合ガス供給管５６を介して燃焼炉１２４に供給される。また、ブロア１２６に送給された低温加熱ガス１２および廃熱ガス１３の残部（ガス温度：約３５０℃、酸素濃度：約２〜３％）が、混合ガス分岐管１０２、流量調整バルブ１０３、混合ガス連絡管１０４を介して乾留ガス供給管１０１に供給される。

流量調整バルブ１０３のバルブ開度は、ガス温度計測器１０５により計測されたガス温度に基づき制御装置１０６により制御される。制御装置１０６は、例えば、ガス温度計測器１０５により計測されたガス温度が４００℃以上になると流量調整バルブ１０３を開きその開度が大きくなるように調整し、前記ガス温度が５５０℃より大きくなると流量調整バルブ１０３を絞るように調整する。これにより、低温加熱ガス１２および廃熱ガス１３（酸素濃度：約２〜３％）と乾留ガス１４（ガス温度：約４００℃、酸素濃度：０％）とが混合した混合ガスとなり、当該混合ガス中の酸素濃度が約１〜２％程度に調整されることになる。その結果、ガス状のタール（乾留油）を酸化分解（デコーキング）して、当該タールを軽質化することになり、乾留ガス供給管１０１への前記タールの付着を防止することができる。また、前記タールが軽質化して軽質ガスとなり当該軽質ガスが燃焼するため、ガス温度の低下が防止される。これにより、乾留ガス供給管１０１への前記タールの付着を防止することができる。すなわち、乾留ガス供給管１０１内のガス温度に基づき、乾留ガス供給管１０１への低温加熱ガス１２および廃熱ガス１３の供給量を調整することで、乾留ガス供給管１０１内の壁面にタールが付着しようとするタイミングでデコーキングを行うことになり、効率良くタールを除去することができる。

したがって、本実施形態に係る改質石炭製造設備によれば、低温加熱ガス１２および廃熱ガス１３を乾留ガス供給管１０１内に供給することで、乾留ガス供給管１０１内でのガス１２，１３，１４中の酸素濃度を約１〜２％程度に調整し、乾留ガス１４に含まれるタール（乾留油）を酸化分解（デコーキング）して当該タールを軽質化することで乾留ガス供給管１０１への前記タールの付着を防止することができる。

また、前記タールが軽質化したときに生じる軽質ガスが燃焼するため、乾留ガス１４の温度が上昇することになり、乾留ガス供給管１０１等の壁面への前記乾留油の付着が防止される。乾留ガス１４と、低温加熱ガス１２および廃熱ガス１３の温度がほぼ同じであり、低温加熱ガス１２および廃熱ガス１３の予熱が不要であり、省エネルギである。さらに、装置を停止せずにタールをデコーキングすることができ、装置を停止してタールをデコーキングする設備と比べて、設備の稼働率を向上させることができる。つまり、タールを効率良く除去することができる。

本発明に係る改質石炭製造設備は、改質石炭の生産量を低下させずに、効率良くタールを除去できるので、各種産業において、極めて有益に利用することができる。

１ 低品位炭
２ 乾燥炭
３ 乾留炭
４ 改質石炭
１１ 加熱ガス
１２ 低温加熱ガス
１３ 廃熱ガス
１４ 乾留ガス
５１ 加熱ガス送給管
５２ 排気管
５３ 加熱ガス分岐管
５４ 廃熱ガス送給管
５５ 混合ガス送給管
５６ 混合ガス供給管
１０１ 乾留ガス供給管
１０２ 混合ガス分岐管
１０３ 流量調整バルブ
１０４ 混合ガス連絡管
１０５ ガス温度計測器
１０６ 制御装置
１１１ 乾燥装置
１２１ 乾留装置
１２２ 内筒
１２３ 外筒
１２４ 燃焼炉
１２５ 蒸気発生器
１２６ ブロア
１２７ 排ガス処理器
１３１ 冷却装置

Claims (2)

1. 石炭を乾燥させる乾燥手段と、
   乾燥された前記石炭を加熱ガスにより間接加熱して乾留する間接加熱式乾留手段と、
   乾留された前記石炭を冷却する冷却手段とを具備する改質石炭製造設備であって、
   前記加熱ガスを生成する加熱ガス生成手段と、
   前記加熱ガス生成手段へ前記間接加熱式乾留手段で発生した乾留ガスを供給する乾留ガス供給手段と、
   前記加熱ガス生成手段で生成した前記加熱ガスの一部が供給され、当該加熱ガスを熱交換して廃熱ガスを生成する廃熱ガス生成手段と、
   前記廃熱ガス、および前記間接加熱式乾留手段にて前記加熱ガスが前記石炭を間接加熱してなる低温加熱ガスを前記乾留ガス供給手段へ供給する混合ガス供給手段とを備える
   ことを特徴とする改質石炭製造設備。
2. 請求項１に記載された改質石炭製造設備であって、
   前記乾留ガス供給手段に設けられ、ガス温度を計測するガス温度計測手段をさらに備え、
   前記混合ガス供給手段は、前記乾留ガス供給手段へ供給する前記廃熱ガスおよび前記低温加熱ガスの流量を調整するガス流量調整手段と、前記ガス流量調整手段を、前記ガス温度計測手段で計測された前記ガス温度に基づき制御する制御手段とを備える
   ことを特徴とする改質石炭製造設備。

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