JP2016164224A - 無灰炭の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】無灰炭の抽出率が高い無灰炭の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の無灰炭の製造方法は、石炭及び溶剤の混合によりスラリーを調製する工程と、上記スラリーの加熱により溶剤に可溶な石炭成分を石炭から溶出させる工程と、上記溶出後のスラリーから石炭成分が溶解した溶液を分離する工程と、上記分離工程で分離した溶液から溶剤の蒸発分離により無灰炭を得る工程とを備える無灰炭の製造方法であって、上記分離工程を溶出工程と同時に行うことを特徴とする。上記分離工程を溶出工程の昇温過程で行うとよい。上記分離工程を連続処理で行うとよい。上記分離工程で、フィルター状円筒体と、このフィルター状円筒体の内側面に沿って配設される螺旋状流路とを備える固液分離器を用いるとよい。上記フィルター状円筒体が、金属線を用いたメッシュ状のものであるとよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、無灰炭の製造方法に関する。

石炭は、火力発電やボイラーの燃料又は化学品の原料として幅広く利用されており、環境対策の一つとして石炭中の灰分を効率的に除去する技術の開発が強く望まれている。例えば、ガスタービン燃焼による高効率複合発電システムでは、ＬＮＧ等の液体燃料に代わる燃料として、灰分が除去された無灰炭（ＨＰＣ）を使用する試みがなされている。また高炉用コークス等の製鉄用コークスの原料炭として、無灰炭を使用する試みがなされている。

無灰炭の製造方法として、重力沈降法を用いてスラリーから溶剤に可溶な石炭成分（以下、溶剤可溶成分とも言う）を含む溶液を分離する方法が提案されている（例えば特開２００９−２２７７１８号公報）。この方法は、石炭と溶剤とを混合してスラリーを調製するスラリー調製工程と、スラリー調製工程で得られたスラリーを加熱して溶剤可溶成分を抽出する抽出工程とを備える。さらにこの方法は、抽出工程で溶剤可溶成分が抽出されたスラリーから溶剤可溶成分が溶解した溶液を分離する溶液分離工程と、溶液分離工程で分離された溶液から溶剤を分離して無灰炭を得る無灰炭取得工程とを備える。

従来の無灰炭製造方法の上記抽出工程では、スラリー調製工程で得られたスラリーが所定温度まで加熱されて抽出槽へ供給される。そして抽出槽へ供給されたスラリーは、撹拌機で撹拌されながら所定温度で保持され溶剤可溶成分の抽出が行われる。上記抽出工程では、上記溶剤可溶成分を十分に溶剤に溶解させるために、１０〜６０分間程度スラリーを抽出槽に滞留させている。

上記従来の無灰炭の製造方法では、抽出工程における上記溶剤可溶成分が温度上昇により重合し残渣となり、溶液分離工程で溶剤可溶成分として抽出されない場合がある。このため、無灰炭の抽出率が低下するおそれがある。なお、「抽出率」とは、原料となる石炭の質量に対する製造された無灰炭の質量の比率を意味する。

特開２００９−２２７７１８号公報

本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、無灰炭の抽出率が高い無灰炭の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた発明は、石炭及び溶剤の混合によりスラリーを調製する工程と、上記スラリーの加熱により溶剤に可溶な石炭成分を石炭から溶出させる工程と、上記溶出後のスラリーから石炭成分が溶解した溶液を分離する工程と、上記分離工程で分離した溶液から溶剤の蒸発分離により無灰炭を得る工程とを備える無灰炭の製造方法であって、上記分離工程を溶出工程と同時に行うことを特徴とする。

当該無灰炭の製造方法は、上記分離工程を溶出工程と同時に行うので、分離工程で溶剤可溶成分の温度上昇による重合が生じ難く、溶出工程での溶剤可溶成分の溶出量を上昇できる。従って、当該無灰炭の製造方法は、無灰炭の抽出率を高められる。

上記分離工程を溶出工程の昇温過程で行うとよい。このように上記分離工程を溶出工程の昇温過程で行うことで、溶剤可溶成分の温度上昇による重合をさらに抑止でき、無灰炭の抽出率がさらに高まる。

上記分離工程を連続処理で行うとよい。このように上記分離工程を連続処理で行うことで、溶剤可溶成分を貯留槽等に滞留させることなく、溶剤可溶成分の温度上昇による重合をさらに抑止できるため、無灰炭の抽出率がさらに高まる。

上記分離工程で、フィルター状円筒体と、このフィルター状円筒体の内側面に沿って配設される螺旋状流路とを備える固液分離器を用いるとよい。このように上記分離工程で上記固液分離器を用いることで、分離工程に用いる装置を簡素化でき、無灰炭の製造装置のコストを削減できる。また、フィルター状円筒体を通した濾過により石炭成分が溶解した溶液が分離されるため、得られる無灰炭の灰分濃度を下げることができる。

上記フィルター状円筒体が、金属線を用いたメッシュ状のものであるとよい。このように上記フィルター状円筒体に金属線を用いたメッシュ状のものを用いることで、フィルターの目が詰まり難く、補強ワイヤー等の支持材を必要としないため、容易かつ確実に石炭成分が溶解した溶液を分離できる。

上記固液分離器が、上記フィルター状円筒体を内包し、上記溶液を回収する回収管をさらに備え、上記回収管が、上記螺旋状流路の上流側の側面に上記溶液を排出する回収孔を有するとよい。上記溶液は下流側の方が温度が高い。このように回収孔を上記螺旋状流路の上流側の側面に配設することで、温度の高い下流側の溶液が、螺旋状流路の上流側に移動しながら回収される。そのため、この溶液と螺旋状流路を通過するスラリーとの熱交換が行われ、螺旋状流路内を流れるスラリーの加熱効率を向上できる。

直列に接続される複数の上記固液分離器を用い、これらの複数の固液分離器の加熱温度を固液分離器毎に設定するとよい。このように固液分離器の加熱温度を固液分離器毎に設定することで、それぞれの固液分離器で溶出される成分を変え、分子量分布の異なる成分、軟化点や溶融性の異なる成分等を容易に分離して得ることができる。

上記複数の固液分離器の加熱温度を下流側ほど高くするとよい。このように上記複数の固液分離器の加熱温度を下流側ほど高くすることで、加熱温度毎に溶剤に可溶な石炭成分を順次分離することができる。その結果、溶剤可溶成分の重合をさらに抑止でき、無灰炭の抽出率がさらに高まる。

ここで、無灰炭（ハイパーコール、ＨＰＣ）とは、石炭を改質した改質炭の一種であり、溶剤を用いて石炭から灰分と非溶解性成分とを可能な限り除去した改質炭である。しかしながら、無灰炭の流動性や膨張性を著しく損ねない範囲で、無灰炭は灰分を含んでもよい。一般に石炭は７質量％以上２０質量％以下の灰分を含むが、無灰炭においては２質量％程度、場合によっては５％質量程度の灰分を含んでもよい。なお、「灰分」とは、ＪＩＳ−Ｍ８８１２：２００４に準拠して測定される値を意味する。

以上説明したように、本発明の無灰炭の製造方法は、分離工程を溶出工程と同時に行うことにより、無灰炭の抽出率を高められる。

本発明の第一実施形態の無灰炭の製造方法に用いる無灰炭製造装置を示す概略図である。 図１の無灰炭製造装置の固液分離器を示す概略図である。 図１とは異なる実施形態の無灰炭製造装置を示す概略図である。

以下、本発明に係る無灰炭の製造方法の実施形態について詳説する。

［第一実施形態］
図１の無灰炭製造装置１は、溶剤供給部１０と、石炭供給部２０と、調製部３０と、固液分離部４０と、第１溶剤分離部５０と、第２溶剤分離部６０とを主に備える。

＜溶剤供給部＞
上記溶剤供給部１０は、溶剤を調製部３０へ供給する。溶剤供給部１０は、図１に示すように溶剤タンク１１及びポンプ１２を主に備える。

（溶剤タンク）
溶剤タンク１１は、石炭供給部２０から供給される石炭と混合する溶剤を貯蔵する。石炭と混合する溶剤は、石炭を溶解するものであれば特に限定されないが、例えば石炭由来の２環芳香族化合物が好適に用いられる。この２環芳香族化合物は、基本的な構造が石炭の構造分子と類似していることから石炭との親和性が高く、比較的高い抽出率を得ることができる。石炭由来の２環芳香族化合物としては、例えば石炭を乾留してコークスを製造する際の副生油の蒸留油であるメチルナフタレン油、ナフタレン油等を挙げることができる。

上記溶剤の沸点は、特に限定されないが、例えば上記溶剤の沸点の下限としては、１８０℃が好ましく、２３０℃がより好ましい。一方、上記溶剤の沸点の上限としては、３００℃が好ましく、２８０℃がより好ましい。上記溶剤の沸点が上記下限未満である場合、溶剤を蒸発させて無灰炭を得る無灰炭取得工程で溶剤を回収する場合に揮発による損失が大きくなり、溶剤の回収率が低下するおそれがある。逆に、上記溶剤の沸点が上記上限を超える場合、溶剤可溶成分と溶剤との分離が困難となり、この場合も溶剤の回収率が低下するおそれがある。

（ポンプ）
上記ポンプ１２は、調製部３０へ接続する配管に配設されている。ポンプ１２は、溶剤タンク１１に貯蔵されている溶剤を供給管７０を介して調製部３０へ圧送する。

上記ポンプ１２の種類は、上記溶剤を供給管７０を介して調製部３０へ圧送できるものであれば特に限定されないが、例えば容積型ポンプ又は非容積型ポンプを用いることができる。より具体的には、容積型ポンプとしてダイヤフラムポンプやチューブフラムポンプを用いることができ、非容積型ポンプとして渦巻ポンプ等を用いることができる。

＜石炭供給部＞
上記石炭供給部２０は、石炭を調製部３０へ供給する。石炭供給部２０は、常圧状態で使用される常圧ホッパ２１、常圧状態及び加圧状態で使用される加圧ホッパ２２、常圧ホッパ２１と加圧ホッパ２２とを接続する配管に配設される第１弁２３、及び加圧ホッパ２２と供給管７０とを接続する配管に配設される第２弁２４を有している。加圧ホッパ２２には、窒素ガス等のガスを供給する加圧ライン２５と、このガスを排気する排気ライン２６とが接続されている。

常圧ホッパ２１に貯蔵された石炭は、第２弁２４が閉の状態で第１弁２３を開とすることにより、まず加圧ホッパ２２に移送される。このとき加圧ホッパ２２は常圧状態である。次に、第１弁２３を閉とし、加圧ライン２５を介して窒素ガス等のガスを加圧ホッパ２２に供給する。その結果、加圧ホッパ２２を含む第１弁２３から第２弁２４までの配管が加圧され、加圧ホッパ２２内が加圧状態となる。この際、加圧ホッパ２２内の圧力が供給管７０内の圧力と同等又はそれ以上となるよう加圧することが好ましい。そして、第２弁２４を開とすることにより、加圧ホッパ２２内の石炭が供給管７０へ供給される。このように加圧ホッパ２２内を加圧状態とすることで、加圧ホッパ２２内の石炭が供給管７０へスムーズに供給される。なお、図１の石炭供給部２０では、加圧ライン２５及び排気ライン２６は加圧ホッパ２２に接続されているが、第１弁２３と第２弁２４との間であれば、加圧ホッパ２２以外の配管等に接続されてもよい。

ここで、第１弁２３及び第２弁２４の種類は、特に限定されるものではないが、第１弁２３及び第２弁２４として、例えばゲートバルブ、ボールバルブ、フラップバルブ、ロータリーバルブ等を使用することができる。

石炭供給部２０から供給する石炭としては、様々な品質の石炭を用いることができる。例えば抽出率の高い瀝青炭や、より安価な劣質炭（亜瀝青炭や褐炭）が好適に用いられる。また、石炭を粒度で分類すると、細かく粉砕された石炭が好適に用いられる。ここで「細かく粉砕された石炭」とは、例えば石炭全体の質量に対する粒度１ｍｍ未満の石炭の質量割合が８０％以上である石炭を意味する。また、石炭供給部２０から供給する石炭として塊炭を用いることもできる。ここで「塊炭」とは、例えば石炭全体の質量に対する粒度５ｍｍ以上の石炭の質量割合が５０％以上である石炭を意味する。塊炭は、細かく粉砕された石炭に比べて石炭の粒度が大きいため、分離工程での分離を効率化することができる。ここで、「粒度（粒径）」とは、ＪＩＳ−Ｚ８８１５（１９９４）のふるい分け試験通則に準拠して測定した値をいう。なお、石炭の粒度による仕分けには、例えばＪＩＳ−Ｚ８８０１−１（２００６）に規定する金属製網ふるいを用いることができる。

また、溶出時間の短縮という観点から、石炭供給部２０から供給する石炭として劣質炭を多く含むものを用いることが好ましい。供給する石炭の全体量に対する劣質炭の割合の下限としては、８０質量％が好ましく、９０質量％がより好ましい。供給する石炭に含まれる劣質炭の割合が上記下限未満である場合、溶剤可溶成分を溶出する時間が長くなるおそれがある。

上記劣質炭の炭素含有率の下限としては、７０質量％が好ましい。また、上記劣質炭の炭素含有率の上限としては、８５質量％が好ましく、８２質量％がより好ましい。上記劣質炭の炭素含有率が上記下限未満である場合、溶剤可溶成分の溶出率が低下するおそれがある。逆に、上記劣質炭の炭素含有率が上記上限を超える場合、供給する石炭のコストが高くなるおそれがある。

なお、石炭供給部２０から調製部３０へ供給する石炭として、少量の溶剤を混合してスラリー化した石炭を用いてもよい。石炭供給部２０からスラリー化した石炭を調製部３０へ供給することにより、調製部３０において石炭が溶剤と混合し易くなり、石炭をより早く溶解させることができる。ただし、スラリー化する際に混合する溶剤の量が多いと、固液分離部４０でスラリーを溶出温度まで昇温するための熱量が不必要に大きくなるため、製造コストが増大するおそれがある。

＜調製部＞
上記調製部３０は、溶剤供給部１０から供給される溶剤と石炭供給部２０から供給される石炭との混合によりスラリーを得る。調製部３０は、調製槽３１を有している。

（調製槽）
上記調製槽３１には、供給管７０を介して上記溶剤及び石炭が供給される。調製槽３１は、供給された溶剤及び石炭を混合してスラリーとし、このスラリーを貯留する。また、上記調製槽３１は、撹拌機３１ａを有している。調製槽３１は、混合したスラリーを撹拌機３１ａで撹拌しながら保持することによりスラリーの混合状態を維持する。

調製槽３１におけるスラリー中の無水炭基準での石炭濃度の下限としては、１０質量％が好ましく、１３質量％がより好ましい。一方、上記石炭濃度の上限としては、２５質量％が好ましく、２０質量％がより好ましい。上記石炭濃度が上記下限未満である場合、上記溶剤可溶成分の溶出量がスラリー処理量に対して少なくなるため、無灰炭の製造効率が低下するおそれがある。逆に、上記石炭濃度が上記上限を超える場合、溶剤中で上記溶剤可溶成分が飽和するため、上記溶剤可溶成分の溶出率が低下するおそれがある。従って、石炭供給部２０から供給される石炭と溶剤供給部１０から供給される溶剤との合計量に対する石炭の量の割合が、上記石炭濃度の範囲内となる量の溶剤を溶剤供給部１０から供給することが好ましい。

＜固液分離部＞
固液分離部４０は、上記スラリーの加熱により溶剤可溶成分を石炭から溶出させ、上記溶出後のスラリーから石炭成分が溶解した溶液を分離する。固液分離部４０は、加熱器４１と、固液分離器４２とを主に有する。

（加熱器）
加熱器４１は、固液分離器４２内を通過するスラリーを加熱する。従って、加熱器４１は、固液分離器４２の外側に固液分離器４２に沿って配設される。固液分離器４２に流入するスラリーの温度を所望の温度に高めておくため、固液分離器４２の上流側の配管の一部を加熱器４１で加熱してもよい。この加熱により溶剤可溶成分を石炭から溶出する。

加熱器４１は、固液分離器４２内を通過するスラリーを加熱できるものであれば特に限定されないが、例えば抵抗加熱式ヒーターや誘導加熱コイルが挙げられる。また、熱媒を用いて加熱を行ってもよい。例えば固液分離器４２の周囲に加熱管を配し、この加熱管に蒸気、油等の熱媒を供給することで固液分離器４２内を通過するスラリーを加熱することができる。

加熱器４１による加熱後のスラリーの温度の下限としては、３００℃が好ましく、３５０℃がより好ましい。一方、上記スラリーの温度の上限としては、溶出可能な温度であれば特に限定されないが、４２０℃が好ましく、４００℃がより好ましい。上記スラリーの温度が上記下限未満である場合、石炭を構成する分子間の結合を十分に弱められず、溶出率が低下するおそれがある。逆に、上記スラリーの温度が上記上限を超える場合、スラリーの温度を維持するための熱量が不必要に大きくなるため、製造コストが増大するおそれがある。

上記加熱器４１は、固液分離器４２内を流れるスラリーが固液分離器４２を通過する間に上記範囲の温度となるよう加熱する。このため、固液分離器４２での加熱時間は特に限定されないが、例えば１０分以上１２０分以下である。また、加熱器４１を通過する前のスラリーの温度は１００℃程度である。従って、加熱器４１は、毎分３℃以上１００℃以下程度の加熱速度で溶剤を加熱できるものが好ましい。

（固液分離器）
固液分離器４２は、調製槽３１で混合したスラリーを流入させ、石炭成分が溶解した溶液を濾過により分離すると共に、溶剤不溶成分を含む固形分濃縮液を排出する。ここで、溶剤不溶成分とは、主に溶剤に不溶な灰分と不溶石炭とで構成されており、溶出に用いた溶剤も含まれている溶出残分をいう。

固液分離器４２は、円筒状であり、その中心軸が鉛直方向と平行となるように立設される。固液分離器４２は、図２に示すようにフィルター状円筒体４３と、このフィルター状円筒体４３の内側面に沿って配設される螺旋状流路４４と、フィルター状円筒体４３を内包する回収管４７とを備える。上記螺旋状流路４４は、フィルター状円筒体４３内に同軸で配設された芯材４５、及びフィルター状円筒体４３の内壁と芯材４５との間に軸方向に螺旋状に配設された螺旋ガイド４６により構成されている。スラリーは、固液分離器４２の上部から流入し、上記螺旋状流路４４を通過する。

フィルター状円筒体４３は、螺旋状流路４４の外壁を構成し、螺旋状流路４４を流れるスラリーから石炭成分が溶解した溶液を濾過により分離する。そして、分離された上記溶液は、フィルター状円筒体４３の外側に流出する。

フィルター状円筒体４３としては、スラリーから石炭成分が溶解した溶液を分離できるものであれば特に限定されないが、金属線、セラミック線等を用いたメッシュ状のものや不織布を用いることができる。これらの中でも金属線を用いたメッシュ状のものが好ましい。このように金属線を用いたメッシュ状のものを用いることで、フィルターの目が詰まり難く、補強ワイヤー等の支持材を必要としないため、容易かつ確実に石炭成分が溶解した溶液を分離できる。さらに防食の観点から上記金属線としては、ステンレス（特にＳＵＳ３１６）を用いたものが好ましい。

フィルター状円筒体４３に金属線を用いたメッシュ状のものを用いる場合のメッシュ公称目開きの下限としては、０．５μｍが好ましく、１μｍがより好ましい。また、上記メッシュの公称目開きの上限としては、３０μｍが好ましく、２０μｍがより好ましい。上記メッシュの公称目開きが上記下限未満である場合、フィルターの目が詰まるおそれがある。一方、上記メッシュの公称目開きが上記上限を超える場合、溶剤可溶成分以外の石炭成分がフィルター状円筒体４３を通過するおそれがある。

芯材４５は、円柱状であり、フィルター状円筒体４３内に同軸で配設される。上記芯材４５は、螺旋状流路４４の内壁を構成する。

芯材４５の材質としては、特に限定されないが、金属、セラミック等を用いることができる。

螺旋ガイド４６は、ワイヤー状である。上記螺旋ガイド４６は、フィルター状円筒体４３の内壁と芯材４５との間に軸方向に螺旋状に芯材４５に巻回して配設され、フィルター状円筒体４３の内壁及び芯材４５に当接している。そして、螺旋ガイド４６と、これと対向する螺旋ガイド４６との間に螺旋状流路４４が形成される。

螺旋ガイド４６の材質としては、特に制限されないが、例えば芯材４５の材質と同じとできる。螺旋ガイド４６の材質を芯材４５の材質と同じとすることで、芯材４５と螺旋ガイド４６とを一体成形することができる。

螺旋ガイド４６の平均直径（ワイヤー径）は、螺旋状流路４４の幅と一致し、フィルター状円筒体４３の内径と芯材４５の直径との差の半分に等しい。

螺旋ガイド４６と、これと対向する螺旋ガイド４６との最小間隔（螺旋間隔）は、螺旋状流路４４全体を通じて略一定である。

上記螺旋状流路４４を通過するスラリーの線流速の下限としては、０．５ｍ／ｓが好ましく、１ｍ／ｓがより好ましい。また、上記線流速の上限としては、２０ｍ／ｓが好ましく、１０ｍ／ｓがより好ましい。上記線流速が上記下限未満である場合、固液分離器４２内における剪断力が低下し、フィルター状円筒体４３が目詰まりを生じるおそれがある。一方、上記線流速が上記上限を超える場合、固液分離器４２内における剪断力が大きくなり過ぎ、エロ−ジョンが発生するおそれがある。

上記螺旋状流路４４を通過する間にスラリーから分離され、フィルター状円筒体４３から外側に流出した溶剤可溶成分が溶解した溶液は、回収管４７により回収される。一方、溶剤不溶成分を含む固形分濃縮液は、螺旋状流路４４を通過後、固液分離器４２の下流側から排出される。

上記溶液を回収する回収管４７の材質としては、特に限定されないが、金属、セラミック等を用いることができる。

また、回収管４７は、回収孔４８を有する。この回収孔４８は、石炭成分が溶解した溶液を取り出す孔である。回収孔４８には、第１溶剤分離部５０につながる配管が接続されている。

回収管４７は、図１に示すように上記螺旋状流路４４の上流側の側面に回収孔４８を有するとよい。上記溶液は下流側の方が温度が高い。このように回収孔４８を上記螺旋状流路４４の上流側の側面に配設することで、温度の高い下流側の溶液が、螺旋状流路４４の上流側に移動しながら回収される。そのため、この溶液と螺旋状流路４４を通過するスラリーとの熱交換が行われ、螺旋状流路４４内を流れるスラリーの加熱効率を向上できる。

固液分離器４２の内部圧力の下限としては、１．４ＭＰａが好ましく、１．７ＭＰａがより好ましい。また、固液分離器４２の内部圧力の上限としては、３ＭＰａが好ましく、２．３ＭＰａがより好ましい。固液分離器４２の内部圧力が上記下限未満である場合、溶剤の気化により溶液の分離が困難となるおそれがある。一方、固液分離器４２の内部圧力が上記上限を超える場合、固液分離器４２として耐圧の高い設計をする必要があるため、固液分離器４２の製造コストが高くなるおそれがある。ここで「固液分離器の内部圧力」とは、固液分離器４２の回収管４７の内部圧力である。

また、螺旋状流路４４の流入口におけるスラリーの供給圧力とフィルター状円筒体４３の外側面側の圧力との差（濾過圧力）の上限としては、１ＭＰａが好ましい。上記濾過圧力が上記上限を超える場合、フィルター状円筒体４３が変形するおそれがある。

固液分離器４２内のスラリーの通過時間としては、スラリーが加熱器４１で加熱され、溶剤可溶成分が溶剤に溶出されるために必要な時間が確保される限り特に限定されないが、例えば１０分以上１２０分以下とできる。従って、固液分離器４２内のスラリーの流速としては、３０ｍｍ／分以上１００ｍｍ／分以下とできる。

無灰炭製造装置１は、スラリーを固液分離部４０内に連続的に供給しながら、溶剤可溶成分を含む溶液を回収孔４８から排出し、溶剤不溶成分を含む固形分濃縮液を固液分離器４２の下流側から排出できる。これにより連続的な固液分離処理が可能となる。

＜第１溶剤分離部＞
第１溶剤分離部５０は、固液分離部４０で分離された上記溶液から、溶剤を蒸発分離させて無灰炭（ＨＰＣ）を得る。

ここで溶剤を蒸発分離する方法として、一般的な蒸留法や蒸発法（スプレードライ法等）を含む分離方法を用いることができる。分離して回収された溶剤は、調製槽３１より上流側の配管へ循環して繰り返し使用することができる。上記溶液からの溶剤の分離及び回収により、上記溶液から実質的に灰分を含まない無灰炭を得ることができる。

このように得られる無灰炭は、灰分が５質量％以下又は１質量％以下であり、灰分をほとんど含まず、水分は皆無であり、また例えば原料石炭よりも高い発熱量を示す。さらに無灰炭は、製鉄用コークスの原料として特に重要な品質である軟化溶融性が大幅に改善され、例えば原料石炭よりも遥かに優れた流動性を示す。従って無灰炭は、コークス原料の配合炭として使用することができる。

＜第２溶剤分離部＞
第２溶剤分離部６０は、固液分離部４０で分離された上記固形分濃縮液から、溶剤を蒸発分離させて副生炭（ＲＣ）を得る。

ここで固形分濃縮液から溶剤を分離する方法は、第１溶剤分離部５０の分離方法と同様に、一般的な蒸留法や蒸発法（スプレードライ法等）を用いることができる。分離して回収された溶剤は、調製槽３１よりも上流側の配管へ循環して繰り返し使用することができる。溶剤の分離及び回収により、固形分濃縮液から灰分等を含む溶剤不溶成分が濃縮された副生炭を得ることができる。副生炭は、軟化溶融性は示さないが、含酸素官能基が脱離されている。従ってこの配合炭は、コークス原料の配合炭の一部として使用することもできる。なお、配合炭は回収せずに廃棄してもよい。

＜無灰炭の製造方法＞
当該無灰炭の製造方法は、溶剤を供給する工程（溶剤供給工程）と、石炭を供給する工程（石炭供給工程）と、石炭及び溶剤の混合によりスラリーを調製する工程（調製工程）と、上記スラリーの加熱により溶剤に可溶な石炭成分を石炭から溶出させる工程（溶出工程）と、上記溶出後のスラリーから石炭成分が溶解した溶液を分離する工程（分離工程）と、上記分離工程で分離した溶液から溶剤の蒸発分離により無灰炭を得る工程（無灰炭取得工程）と、上記分離工程で分離された固形分濃縮液からの溶剤の蒸発分離により副生炭を得る工程（副生炭取得工程）とを備える。以下、図１の無灰炭製造装置１を用いる当該無灰炭の製造方法について説明する。

（溶剤供給工程）
上記溶剤供給工程では、溶剤を調製部３０へ供給する。具体的には、溶剤タンク１１に貯蔵する溶剤をポンプ１２により供給管７０を介して調製部３０へ圧送する。

（石炭供給工程）
上記石炭供給工程では、石炭供給部２０に貯蔵する石炭を調製部３０へ供給する。このとき、調製部３０に接続する供給管７０内へスムーズに溶剤を供給できるよう、加圧ホッパ２２内を加圧した状態で石炭を調製部３０へ供給する。

（調製工程）
上記調製工程では、上記溶剤供給工程及び上記石炭供給工程により供給される溶剤及び石炭を調製槽３１により混合してスラリーとする。

（溶出工程）
上記溶出工程では、上記スラリーの加熱により溶剤に可溶な石炭成分を石炭から溶出させる。具体的には、加熱器４１により固液分離器４２内の螺旋状流路４４を通過するスラリーを加熱し、可溶な石炭成分を溶剤に溶出する。

（分離工程）
上記分離工程では、上記溶出後のスラリーから石炭成分が溶解した溶液を分離する。この工程は、上記溶出工程の昇温過程で同時かつ連続的に行われる。具体的には、上記溶出工程で加熱中の石炭成分が溶解した溶液をフィルター状円筒体４３により濾過し、回収管４７に分離する。分離した上記溶液は、回収孔４８から回収される。また、フィルター状円筒体４３内には溶剤不溶成分を含む固形分濃縮液が残留し、固液分離器４２の下流側から排出される。

（無灰炭取得工程）
上記無灰炭取得工程では、上記分離工程で分離された溶液から蒸発分離により無灰炭を得る。具体的には、固液分離部４０で分離された溶液を第１溶剤分離部５０に供給し、第１溶剤分離部５０で溶剤を蒸発させて溶剤と無灰炭とに分離する。

（副生炭取得工程）
上記副生炭取得工程では、上記分離工程で分離された固形分濃縮液から蒸発分離により副生炭を得る。具体的には、固液分離部４０で分離された固形分濃縮液を第２溶剤分離部６０に供給し、第２溶剤分離部６０で溶剤を蒸発させて溶剤と副生炭とに分離する。

＜利点＞
当該無灰炭の製造方法は、上記分離工程を溶出工程と同時に行うので、分離工程で溶剤可溶成分の温度上昇による重合が生じ難く、溶出工程での溶剤可溶成分の溶出量を上昇できる。従って、当該無灰炭の製造方法は、無灰炭の抽出率を高められる。

また、当該無灰炭の製造方法は、上記分離工程を溶出工程の昇温過程で行うので、溶剤可溶成分の温度上昇による重合をさらに抑止でき、無灰炭の抽出率がさらに高まる。

さらに、当該無灰炭の製造方法は、上記分離工程を連続処理で行うので、溶剤可溶成分を貯留槽等に滞留させることなく、溶剤可溶成分の温度上昇による重合をさらに抑止できるため、無灰炭の抽出率がさらに高まる。

また、当該無灰炭の製造方法は、上記分離工程で上記固液分離器４２を用いることで、分離工程に用いる装置を簡素化でき、無灰炭の製造装置のコストを削減できる。また、フィルター状円筒体４３を通した濾過により石炭成分が溶解した溶液が分離されるため、得られる無灰炭の灰分濃度を下げることができる。

［第二実施形態］
図３の無灰炭製造装置２は、固液分離部４０ａとして直列に接続される７段の固液分離器４２ａ〜４２ｇを有する。無灰炭製造装置２は、固液分離部４０ａ以外は、上記図１の無灰炭製造装置１と同様の構成であるため、固液分離部４０ａ以外については同一符号を付して説明を省略する。

＜固液分離部＞
固液分離部４０ａは、直列に接続される７段の固液分離器４２ａ〜４２ｇと、それぞれの固液分離器４２ａ〜４２ｇに対応する加熱器４１ａ〜４１ｇを有する。

（加熱器）
複数の上記加熱器４１ａ〜４１ｇとしては、それぞれ第一実施形態における加熱器４１と同様の加熱器を用いることができる。

初段の固液分離器４２ａを加熱する加熱器４１ａ（初段の加熱器４１ａ）による加熱後のスラリーの温度の下限としては、９０℃が好ましく、９５℃がより好ましい。一方、上記初段の加熱器４１ａによるスラリーの温度の上限としては、１１０℃が好ましく、１０５℃がより好ましい。上記初段の加熱器４１ｇによるスラリーの温度が上記下限未満である場合、可溶する石炭成分が非常に少なくなり、溶出率が低下するおそれがある。逆に、上記初段の加熱器４１ａによるスラリーの温度が上記上限を超える場合、初段で可溶する石炭成分が多くなり、多段化による溶剤可溶成分の重合抑止効果の向上が不十分となるおそれがある。

最終段の固液分離器４２ｇを加熱する加熱器４１ｇ（最終段の加熱器４１ｇ）による加熱後のスラリーの温度の下限としては、３００℃が好ましく、３５０℃がより好ましい。一方、上記最終段の加熱器４１ｇによるスラリーの温度の上限としては、４２０℃が好ましく、４００℃がより好ましい。上記最終段の加熱器４１ｇによるスラリーの温度が上記下限未満である場合、石炭を構成する分子間の結合を十分に弱められず、溶出率が低下するおそれがある。逆に、上記最終段の加熱器４１ｇによるスラリーの温度が上記上限を超える場合、石炭の熱分解反応により生成した熱分解ラジカルの再結合が起こるため、溶出率が低下するおそれがある。

各段の固液分離器４２ａ〜４２ｇを加熱する加熱器４１ａ〜４１ｇの加熱温度は、固液分離器毎に設定され、下流側ほど高い。各段の加熱器４１ａ〜４１ｇの加熱温度としては、例えば前段に対し４５℃以上５５℃以下高い温度とすることができる。

（固液分離器）
初段の固液分離器４２ａは、調製槽３１で混合したスラリーを上流側から流入し、石炭成分が溶解した溶液を濾過により分離すると共に、溶剤に不要な石炭成分が濃縮した固形分濃縮液を下流側から排出する。また、２段目から最終段（７段目）の固液分離器４２ｂ〜４２ｇは、前段の固液分離器により排出された固形分濃縮液を上流側から流入し、石炭成分が溶解した溶液を濾過により分離すると共に、溶剤に不要な石炭成分が濃縮した固形分濃縮液を下流側から排出する。このように７段の固液分離器４２ａ〜４２ｇは、直列に接続される。

また、各段の固液分離器４２ａ〜４２ｇにより分離された溶液は、第１溶剤分離部５０に流入し、最終段（７段目）の固液分離器４２ｇから排出される固形分濃縮液は、第２溶剤分離部６０に流入する。

なお、各固液分離器４２ａ〜４２ｇは、第一実施形態の固液分離器４２と同様の構成及び寸法とできる。

＜無灰炭の製造方法＞
以下、図３の無灰炭製造装置２を用いる当該無灰炭の製造方法について説明する。なお、溶剤供給工程、石炭供給工程、調製工程、無灰炭取得工程及び副生炭取得工程は、上記図１の無灰炭製造装置１を用いた場合と同様であるため、説明を省略する。

（溶出工程及び分離工程）
当該無灰炭の製造方法は、分離工程を溶出工程と同時に行う。まず、初段の固液分離器４２ａに流入したスラリーを初段の加熱器４１ａにより溶剤に可溶な石炭成分を石炭から溶出させ、加熱中の石炭成分が溶解した溶液をフィルター状円筒体４３により濾過し、回収管４７に分離する。また、フィルター状円筒体４３内には加熱器４１ａの加熱温度では溶剤不溶である成分を含む固形分濃縮液が残留し、初段の固液分離器４２ａの下流側から排出される。

次に、上記初段の固液分離器４２ａにより排出された固形分濃縮液を２段目の固液分離器４２ｂに流入させる。初段と同様に２段目の加熱器４１ｂにより溶剤に可溶な石炭成分を石炭から溶出させ、加熱中の石炭成分が溶解した溶液をフィルター状円筒体４３により濾過し、回収管４７に分離する。このとき、２段目の加熱器４１ｂの加熱温度は、初段の加熱器４１ａの加熱温度よりも高いため、初段の加熱温度では不溶であるが２段目の加熱温度では溶解する石炭成分を分離することができる。また、初段で溶解する石炭成分は初段の固液分離器４２ａで分離済みであるため、２段目で新たに溶出された石炭成分が、初段で溶出された石炭成分と重合することを防止できる。

同様に３段目から７段目の固液分離器４２ｃ〜４２ｇに前段の固形分濃縮液を流入させ、前段よりも高い温度に加熱し、順次石炭成分が溶解した溶液を分離する。

＜利点＞
図３の無灰炭製造装置２を用いる当該無灰炭の製造方法は、固液分離器４２ａ〜４２ｇの加熱温度を固液分離器毎に設定するので、それぞれの固液分離器４２ａ〜４２ｇで溶出される成分を変えることができる。このため、無灰炭製造装置２を用いる当該無灰炭の製造方法は、分子量分布の異なる成分、軟化点や溶融性の異なる成分等を容易に分離して得ることができる。

また、無灰炭製造装置２を用いる当該無灰炭の製造方法は、複数の固液分離器４２ａ〜４２ｇの加熱温度を下流側ほど高くするので、加熱温度毎に溶剤に可溶な石炭成分を順次分離することができ、溶剤可溶成分の重合をさらに抑止でき、無灰炭の抽出率がさらに高まる。

［その他の実施形態］
なお、本発明の無灰炭の製造方法は、上記実施形態に限定されるものではない。

上記実施形態では、固液分離器は、その中心軸が鉛直方向と平行となるように立設される場合を説明したが、固液分離器の中心軸が鉛直方向と平行となることは必須ではなく、例えば固液分離器は、その中心軸が水平方向と平行となるように配設されてもよい。

また、上記実施形態では、スラリーが固液分離器の上部から流入する場合を説明したが、スラリーが固液分離器の下部から流入する構成であってもよい。

上記実施形態では、回収管が螺旋状流路の上流側の側面に回収孔を有する場合を説明したが、回収孔を他の位置、例えば螺旋状流路の下流側の側面に有してもよい。

上記実施形態では、分離工程を溶出工程の昇温過程で行ったが、昇温過程直後に行ってもよい。昇温過程直後に行う方法としては、例えばスラリーを固液分離器に流入する直前に予熱器等により加熱しておく方法が挙げられる。この場合、固液分離部は、加熱器に換えて固液分離器を溶出する温度に保温する保温器を備えてもよい。

また、上記実施形態では、分離工程で、フィルター状円筒体と、このフィルター状円筒体の内側面に沿って配設される螺旋状流路とを備える固液分離器を用いたが、他の固液分離器を用いてもよい。他の固液分離器としては、例えば遠心分離器や重力沈降法による分離器を挙げることができる。

また、上記実施形態では、分離工程を連続処理で行う方法を示したが、分離工程を連続処理で行なわず、例えば固液分離器にスラリーを貯留し分離を行うことを繰り返すバッチ処理としてもよい。

さらに、上記第二実施形態では、７段の固液分離器を直列に接続する場合を説明したが、直列に接続する段数は７段に限られず、２段以上６段以下又は８段以上の直列接続であってもよい。

また、１つの固液分離器を用い、螺旋状流路の下流側ほど加熱温度を高くする構成としてもよい。螺旋状流路の下流側ほど加熱温度を高くする構成としては、例えば螺旋状流路に対して直列に配設される複数の加熱器を用い、各加熱器の加熱温度を下流側ほど高くするように制御することで実現できる。

また、上記第二実施形態では、複数の固液分離器の加熱温度を下流側ほど高くしたが、上流と同じ又は低い温度となる固液分離器を含んでもよい。

また、上記第二実施形態では、２段目から最終段の固液分離器は、前段の固液分離器により排出された固形分濃縮液を流入させたが、固形分濃縮液に溶剤を加えてスラリーの濃度を調製した溶液を流入してもよい。

また、上記実施形態では、調製部が調製槽を有する構成について説明したが、この構成に限らず、溶剤と石炭との混合ができれば、調製槽を省略してもよい。例えばラインミキサーにより上記混合が完了するような場合には、調製槽を省略して供給管と固液分離部との間にラインミキサーを備える構成としてもよい。

また、上記石炭供給部は、上述した構成に限られず、溶剤が供給管から石炭供給部へ逆流することを防止しつつ、石炭を供給管にスムーズに供給することができるものであれば、他の構成としてもよい。

以上説明したように、当該無灰炭の製造方法は、分離工程を溶出工程と同時に行うことにより、無灰炭の抽出率を高められるので、石炭から無灰炭を得る際の方法として好適に用いることができる。

１、２ 無灰炭製造装置
１０ 溶剤供給部
１１ 溶剤タンク
１２ ポンプ
２０ 石炭供給部
２１ 常圧ホッパ
２２ 加圧ホッパ
２３ 第１弁
２４ 第２弁
２５ 加圧ライン
２６ 排気ライン
３０ 調製部
３１ 調製槽
３１ａ 撹拌機
４０、４０ａ 固液分離部
４１、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ、４１ｆ、４１ｇ 加熱器
４２、４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ、４２ｅ、４２ｆ、４２ｇ 固液分離器
４３ フィルター状円筒体
４４ 螺旋状流路
４５ 芯材
４６ 螺旋ガイド
４７ 回収管
４８ 回収孔
５０ 第１溶剤分離部
６０ 第２溶剤分離部
７０ 供給管

Claims (8)

1. 石炭及び溶剤の混合によりスラリーを調製する工程と、
   上記スラリーの加熱により溶剤に可溶な石炭成分を石炭から溶出させる工程と、
   上記溶出後のスラリーから石炭成分が溶解した溶液を分離する工程と、
   上記分離工程で分離した溶液から溶剤の蒸発分離により無灰炭を得る工程とを備える無灰炭の製造方法であって、
   上記分離工程を溶出工程と同時に行うことを特徴とする無灰炭の製造方法。
2. 上記分離工程を溶出工程の昇温過程で行う請求項１に記載の無灰炭の製造方法。
3. 上記分離工程を連続処理で行う請求項１又は請求項２に記載の無灰炭の製造方法。
4. 上記分離工程で、フィルター状円筒体と、このフィルター状円筒体の内側面に沿って配設される螺旋状流路とを備える固液分離器を用いる請求項３に記載の無灰炭の製造方法。
5. 上記フィルター状円筒体が、金属線を用いたメッシュ状のものである請求項４に記載の無灰炭の製造方法。
6. 上記固液分離器が、上記フィルター状円筒体を内包し、上記溶液を回収する回収管をさらに備え、
   上記回収管が、上記螺旋状流路の上流側の側面に上記溶液を排出する回収孔を有する請求項４又は請求項５に記載の無灰炭の製造方法。
7. 直列に接続される複数の上記固液分離器を用い、これらの複数の固液分離器の加熱温度を固液分離器毎に設定する請求項４、請求項５又は請求項６に記載の無灰炭の製造方法。
8. 上記複数の固液分離器の加熱温度を下流側ほど高くする請求項７に記載の無灰炭の製造方法。

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