JP3837449B2 - 低品位炭の石炭−水スラリー製造装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、低品位炭の石炭−水スラリー製造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
石炭を粉砕した石炭粉に水と添加剤を加えてスラリー化した石炭−水スラリー(Coal Water Mixture:以下「CWM」という)は、流体であるためハンドリングが容易であり、しかも重油などに比べて単位熱量当りの価格が低いため、石油に代わる燃料として注目されている。CMWは、熱分解やガス化が良好に行われ、また高い輸送効率を得るためにも60〜70重量%の高濃度であることが要求される。このようなCWMの原料として亜瀝青炭や褐炭のような低品位炭を用いようとすると、低品位炭は、高吸湿性であって高水分であり、しかもフェノール基やカルボキシル基などの酸素含有親水性基が多く含まれているので石炭表面の親水性が高いなどの理由から高濃度CMWを製造することが容易ではなかった。
【0003】
そこで最近において低品位炭について改質を行い、CWMの製造性を向上させようとする技術が提案されている。例えば特公平5−76993号公報には、低品位炭を高温ガスにより180℃〜450℃に加熱して改質し、改質炭を粉砕混合機で水と適正濃度に混合、粉砕してスラリー化する技術が記載されている。また特開昭52−71506号公報には、固体燃料を加圧下で熱水雰囲気中にて華氏300〜700度で改質し、CWM化のための条件として炭素含有率と恒湿水分低下の傾向を見出し、改質後特定の粒度分布に調整後、CWMを得ることが提案されている。更に特開昭60−152597号公報には、非蒸発脱水プロセスにおける改質の具体例として、添加剤により一層の改質を達成する方法が記載されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
低品位炭としては種々のものがあり、ある改質法が全ての低品位炭に適しているとは限らないことが一因であると考えられるが、本発明者が研究を進めてきたところ、上述の改質法では高い改質度が得られず、CWMを製造する方法としては十分なものではないことがわかった。また改質時に生成する廃水の有効利用については着目されておらず未解決な課題として残されていた。
【0005】
本発明はこのような事情の下になされたものでありその目的は、低品位炭を用いて高濃度CWMを製造することができるようにし、廃水を再利用することにより製造原単価の低減を図ることのできる装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、低品位炭を湿式粉砕機に供給して粒径3mm以下の粉砕炭スラリーを得る改質前処理システムと、
前記粉砕炭スラリーを温度300℃以上の加圧熱水雰囲気下で改質処理する改質システムと、
この改質システムで得られた改質炭スラリーを脱水処理し、脱水後の改質炭ケーキに水及び添加剤を加えて混練し石炭−水スラリーを得る石炭−水スラリー化システムと、
前記改質炭スラリーの脱水処理で分離された濾液を前記湿式粉砕機に供給して、前記粉砕灰スラリーを生成するための水として再利用する廃水再利用システムと、
を備えたことを特徴とする。
【0007】
請求項2の発明は、請求項1記載の発明において、改質前処理システムは、粉砕炭スラリーを分級器により供給して粉砕炭を分級し、分級された粒径3mm以下の粉砕炭を含む粉砕炭スラリーを得るように構成され、
前記廃水再利用システムは、前記改質炭スラリーの脱水処理で分離された濾液を、前記分級された粒径3mm以下の粉砕炭を含む粉砕炭スラリーに供給して粉砕炭スラリーの濃度調整用の水として再利用することを特徴とする。
【0008】
請求項3の発明は、低品位炭を浮選装置に供給した後、湿式粉砕して粒径3mm以下の粉砕炭スラリーを得る改質前処理システムと、
前記粉砕炭スラリーを温度300℃以上の加圧熱水雰囲気下で改質処理する改質システムと、
この改質システムで得られた改質炭スラリーを脱水処理し、脱水後の改質炭ケーキに水及び添加剤を加えて混練し石炭−水スラリーを得る石炭−水スラリー化システムと、
前記改質炭スラリーの脱水処理で分離された濾液を前記浮選装置に供給して再利用する廃水再利用システムと、を備え、
前記浮選装置は、濾液中の起泡性成分を利用して低品位炭の脱灰を行うことを特徴とする。
【0009】
請求項4の発明は、請求項1ないし3のいずれか一つに記載の発明において、改質システムは、粉砕炭スラリーを加熱する加熱手段を備え、廃水再利用システムは濾液中に含まれる有機成分を燃焼させて除去する燃焼手段を備え、燃焼手段から排出される排ガスを、前記加熱手段に供給して粉砕炭スラリーの加熱に利用することを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1及び図2は本発明の実施の形態の全体構成を分けて示した図である。この実施の形態に係るCWM製造装置は、改質前処理システム10、改質システム20、CWM化システム30及び廃水再利用システム40とからなる。先ずこの製造装置の全体フローについて簡単に述べると、低品位炭を改質前処理システム10にて湿式粉砕して粉砕炭スラリーを得、これを改質システム20にて後述の処理条件で改質し、改質後の粉砕炭スラリー(改質炭スラリー)をCWM化システム30にて脱水処理して改質炭ケーキと濾液とに分離し、改質炭ケーキに水と添加剤とを加え混練して製品CWMを得る一方、廃水再利用システム40により濾液を改質前処理システムに戻してプロセス水として再利用する。
【0013】
次に各システムについて詳述する。
(改質前処理システム)
このシステム10では、原炭ホッパ1内に投入された低品位炭例えば褐炭や亜瀝青炭などをフィーダ11により粗砕機12に供給して粗砕し、粗砕炭を灰分が多い場合には、浮選機13に供給する。浮選機13は、水に起泡成分を加え、この泡に粗砕炭が付着し、砂や岩石などが沈下することにより分離除去されるものであり、この例では、使用する水として、後述の水再利用システム40にてCWM化システムの濾液を利用できる。浮選処理後の粗砕炭は後述の回収水と共に湿式粉砕機14に送られて粒径3mm以下、好ましくは1mm以下に湿式粉砕され、その粉砕炭スラリーは粉砕炭スラリー貯槽15に貯留される。
そしてこの粉砕炭スラリーはポンプP1により分級器16に送られ、ここで粒径が3mmを越えた粉砕炭はメッシュ体16aにより分級され、湿式粉砕機14に戻されて再度粉砕される一方、粒径3mm以下の粉砕炭スラリーは後述の回収水又は工水が加えられて供給スラリー貯槽17に送られる。
【0014】
(改質システム)
このシステム20では、供給スラリー貯槽17よりの改質前スラリー(粉砕炭スラリー)がポンプP2によりスラリー予熱器2で例えば150℃まで加圧加熱された後スラリー加熱器21で熱水状態のまま例えば300℃まで加熱され、改質反応器22に送られる。改質反応器22においては、粉砕炭スラリー中の液状分(水)が300℃の熱水となって、この熱水に粉砕炭が接触することにより改質される。この改質反応器22において所定時間の反応が進行する。
改質された改質炭スラリーは、スラリー冷却器23にて冷却され、気液分離器24にて気液分離されてから改質炭スラリー貯槽25にバルブV1を介して送られる。なおスラリー予熱器2とスラリー冷却器23との間には伝熱媒循環流路26が設けられ、ポンプP3により伝熱媒が循環し、スラリー冷却器23に送られた高温スラリーの熱を利用して、スラリーの予熱に利用するようにしている。またこの例ではスラリー予熱器2及びスラリー加熱器21はスラリー加熱部をなすものであり、スラリー加熱器21に使用される高温ガスは、脱圧した際に改質炭スラリー貯槽25から得られ、加熱器21の炉で焼却処理している廃ガスおよび/または後述の廃水再利用システムで生じた高温の排ガスが一部使用される。なお、改質前スラリーの加熱方式は間接加熱方式のほか、直接加熱方式を用いることもできる。
【0015】
(CWM化システム)
このシステム30では図2に示すように、ポンプP4から送られた改質炭スラリーは改質炭脱水機31により脱水処理され、得られた改質炭ケーキは改質炭ホッパ32に一旦貯留され、ここからフィーダ33により定量給炭機34に送られる。定量給炭機34は、改質炭ケーキを混練機35に定量供給する。混練機35には改質炭ケーキと共に添加剤及び水が加えられ、混練して高濃度CWMが生成され、このCWMは一旦CWM貯槽36に貯留された後更に混練機37にポンプP5で送られて製品CWMとなる。一方脱水機31により粉砕炭スラリーから分離された濾液は次に述べる廃水再利用システムに供給される。
【0016】
(廃水再利用システム)
このシステムでは液中燃焼炉41、凝縮器42により廃水中にBOD成分、COD成分およびフェノール等の有機物質が濃縮された場合、これらを酸化して廃水中から除去する。またこのシステムで必要に応じて廃水のpHを調整する。有機物質が除去された濾液は回収水貯槽43に一旦回収されて、改質前処理システムの湿式粉砕機14に粗砕炭と共に供給され、または分級器16で分級された粉砕炭スラリーに供給されて供給スラリー貯槽17の粉砕炭スラリーを所定の濃度例えば25重量%に調整する。一方凝縮器42から排出された高温の排ガスは改質システムのスラリー加熱器21に供給され、排ガス中の熱が粉砕炭スラリーを加熱するために利用される。なおポンプP6で濾液をそのままあるいは一旦回収水貯槽43に回収した後、浮選機13に送り、気泡成分の有機利用を図ることもできる。またポンプP6で濾液をそのままあるいは一旦回収水貯槽43に回収した後、改質前処理システムの湿式粉砕機14に粗砕炭と共に供給して、または分級器16で分級された粉砕炭スラリーに供給して供給スラリー貯槽17の粉砕炭スラリーを所定の濃度に調整する。
【0017】
上述実施の形態によれば、原炭を粒径3mm以下に粉砕して熱水処理をしているため、原料炭の表面の細孔が潰れて比表面積が減少すると共に、吸湿性の原因である、表面に吸着しているカルボキシル基と水酸基の一部とが取り除かれて疎水性になる。この結果改質は不可逆的に脱水され、また比表面積が減少して付着水が少なくなるため、固有水分が減少すると共に吸湿性が低下し、従って後述の実施例からも判るようにCWMとして望ましい粘度(25℃で1000cp程度)でありながら高濃度のCWMを製造することができる。
【0018】
更に改質された粉砕炭スラリーを脱水処理して分離された濾液中の有機成分例えばCOD、BOD及びフェノールなどを燃焼させて酸化除去処理すると共に、この処理済濾液を改質前システムのプロセス水として再利用すること、つまり湿式粉砕機及びその後の粉砕炭スラリーに供給しているため、CWMの製造原単価の低減を図ることができて経済的なシステムであり、また有機成分が石炭から取り除かれるので、無害化されたCWMを得ることができる。その上有機成分を含んだ廃水の排出が抑えられるので環境衛生上も良い。そしてまた濾液の起泡性成分を、改質前システムにおける浮選装置に利用しているため、経済的に脱灰、脱硫を行うことができる。なお脱水処理された濾液をそのまま改質前システムのプロセス水として再利用した場合にもCWMの製造原単価の低減を図ることができて経済的なシステムを確立できる。
【0019】
【実施例】
原炭としてブラウ炭(インドネシア産亜瀝青炭)を用い、この原炭を粒径3mm以下に湿式粉砕して固体濃度35wt%の粉砕炭スラリーを得、この粉砕炭スラリーに対して内容積1リットルのオートクレーブ装置を用いて温度約300℃、改質時間9分以上で熱水処理(改質処理)を行った。脱水処理後の改質炭ケーキの固有水分を調べると共に、改質炭ケーキを用いて水分調整を行って粘度がおよそ1000cpのCWMを得、このCWMの固体濃度を調べたところ、表1に示す結果が得られた。CWM化判定基準として簡易測定法により固体濃度60.0wt%以上を○とした。ただし粒径が2〜3mmに粉砕した場合(実施例4)には粒径が2mm以下の場合に比べて固体濃度がやや低かった。
【0020】
更に比較例として、粉砕炭スラリーを改質せずに水分調整を行ってCWM化したもの(比較例1)、原炭を3mmを越えた粒径に湿式粉砕したもの(比較例2、3)について改質炭ケーキの固有水分及びCWMの固体濃度について調べた。結果は表1に示す。表1から分かるように粉砕炭の粒径は3mm以下であることが必要である。
【0021】
【表1】
【0022】
次に原炭としてアダロ炭(インドネシア産亜瀝青炭)またはアサムアサム炭(インドネシア産亜瀝青炭)またはロイヤング炭(インドネシア産褐炭)を用い、図1及び図2の装置を用いてこの原炭を粒径3mm以下に湿式粉砕して固体濃度が35wt%の粉砕炭スラリーを得、この粉砕炭スラリーを温度約300℃、改質時間10分以上で熱水処理(改質処理)を行った。また比較例として前記スラリ−に対して処理温度を270℃として同様の熱水処理を行った。
脱水処理後の改質炭ケーキの固有水分を調べると共に、改質炭ケーキを用いて水分調整を行って粘度がおよそ1000cpのCWMを得、このCWMの固体濃度を調べたところ、表2に示す結果が得られた。CMW判定基準として簡易測定法により、亜瀝青炭では固体濃度が62.5wt%以上を0とし、褐炭では固体濃度が57.5wt%以上を0とした。
【0023】
【表2】
【0024】
表2から分かるように原炭を熱水処理を行うことにより、温度300℃以上ではCWMの固体濃度が62.5wt%以上にもなり、高濃度CWMが得られる。従って300℃以上で熱水処理を行うことにより現在未利用の低品位炭を燃料として使用することができるが、改質温度の上限については特に制限がなく、経済性の面からは330℃以下であることが望ましい。改質反応器22内の圧力については、その温度の飽和蒸気圧に15Kg/cm2 加えた圧力とした。
【0025】
また処理時間(改質時間)については、本発明者が種々の実験を行ってきたところ、10分以上であれば、原炭の表面が疎水性となり、固体濃度が60重量%台の高濃度CWMを確実に得られることが分かっている。ただし、褐炭の場合は30分程度が好ましく、20分でも可能である。そしてこの改質を行うにあたっての原炭の粒径は、3mm以下であることが必要であり、これによって石炭内部の水分が放出されて固有水分量が大きく低下すると考えられる。
【0026】
実施例11で得たCWMと比較例10で得たCWMとについて夫々発熱量を調べたところ、夫々4,500(Kcal/Kg)及び4,200(Kcal/Kg)であり、本発明により製造したCWMが有効なCWM燃料であることを確認している。
【0027】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、従来固体成分の高濃度化が困難であった低品位炭を用いて高濃度CWMを得ることができる。また改質後の粉砕炭スラリーから分離した濾液(廃水)を再利用しているので、製造原単価の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態のフローの前段を示す説明図である。
【図2】本発明の実施の形態のフローの後段を示す説明図である。
【符号の説明】
10 改質前処理システム
20 改質システム
30 CWM化システム
40 廃水再利用システム
12 粗砕機
13 浮選機
14 湿式粉砕機
17 供給スラリー貯槽
2 スラリー予熱器
21 スラリー加熱器
22 改質反応器
23 スラリー冷却器
25 改質炭スラリー貯槽
31 脱水機
32 改質炭ホッパ
35 粉砕混練機
37 混練機
41 液中燃焼炉
42 凝縮器
43 回収水貯槽
Claims (4)
- 低品位炭を湿式粉砕機に供給して粒径3mm以下の粉砕炭スラリーを得る改質前処理システムと、
前記粉砕炭スラリーを温度300℃以上の加圧熱水雰囲気下で改質処理する改質システムと、
この改質システムで得られた改質炭スラリーを脱水処理し、脱水後の改質炭ケーキに水及び添加剤を加えて混練し石炭−水スラリーを得る石炭−水スラリー化システムと、
前記改質炭スラリーの脱水処理で分離された濾液を前記湿式粉砕機に供給して、前記粉砕炭スラリーを生成するための水として再利用する廃水再利用システムと、
を備えたことを特徴とする低品位炭の石炭−水スラリー製造装置。 - 改質前処理システムは、粉砕炭スラリーを分級器により供給して粉砕炭を分級し、分級された粒径3mm以下の粉砕炭を含む粉砕炭スラリーを得るように構成され、
前記廃水再利用システムは、前記改質炭スラリーの脱水処理で分離された濾液を、前記分級された粒径3mm以下の粉砕炭を含む粉砕炭スラリーに供給して粉砕炭スラリーの濃度調整用の水として再利用することを特徴とする請求項1記載の低品位炭の石炭−水スラリー製造装置。 - 低品位炭を浮選装置に供給した後、湿式粉砕して粒径3mm以下の粉砕炭スラリーを得る改質前処理システムと、
前記粉砕炭スラリーを温度300℃以上の加圧熱水雰囲気下で改質処理する改質システムと、
この改質システムで得られた改質炭スラリーを脱水処理し、脱水後の改質炭ケーキに水及び添加剤を加えて混練し石炭−水スラリーを得る石炭−水スラリー化システムと、
前記改質炭スラリーの脱水処理で分離された濾液を前記浮選装置に供給して再利用する廃水再利用システムと、を備え、
前記浮選装置は、濾液中の起泡性成分を利用して低品位炭の脱灰を行うことを特徴とする低品位炭の石炭−水スラリー製造装置。 - 改質システムは、粉砕炭スラリーを加熱する加熱手段を備え、廃水再利用システムは濾液中に含まれる有機成分を燃焼させて除去する燃焼手段を備え、燃焼手段から排出される排ガスを、前記加熱手段に供給して粉砕炭スラリーの加熱に利用することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一つに記載の低品位炭の石炭−水スラリー製造装置。
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