JP4939662B1

JP4939662B1 - 石炭改質システム

Info

Publication number: JP4939662B1
Application number: JP2011062458A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　　文昭; 節男大本; 洲崎　　誠
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-03-22
Filing date: 2011-03-22
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2031-03-22
Also published as: US8821695B2; CN102690668B; AU2012201340B2; CN102690668A; US20120241306A1; AU2012201340A1; JP2012197360A

Abstract

【課題】安価な設備費で、且つコーキングの発生もなく、熱効率を向上することができる石炭改質システムを提供する。
【解決手段】石炭改質システムは、低品位炭を乾燥する乾燥炉１０と、乾燥した低品位炭を乾留する乾留炉２０と、乾燥炉１０または乾留炉２０に熱風を供給する熱風発生炉３０、４０と、乾留炉２０で生じた乾留ガスを、その温度を維持したまま熱風発生炉３０、４０の燃料として供給する乾留ガス循環ライン２２とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、褐炭や亜瀝青炭などの水分含有量が高い低品位炭を改質するための石炭改質システムに関する。

褐炭や亜瀝青炭などの水分含有量が高い低品位炭は、埋蔵量が多いものの、単位重量当たりの発熱量が低いとともに、輸送効率が悪いため、加熱処理して乾燥させることによって、単位重量当たりの発熱量を高めることが行われている。このような低品位炭の改質を行う石炭改質システムが米国特許第５４０１３６４号明細書に開示されている。

米国特許第５４０１３６４号明細書

この文献の石炭改質システムの概略を図２に示す。この石炭改質システムは、低品位炭を熱風乾燥により水分を蒸発除去する乾燥炉１１０と、この乾燥した石炭を乾留して改質する乾留炉１２０とを備えている。しかしながら、乾留炉１２０で発生した乾留ガスから副生タールを分離回収するためのタール回収設備１３０は、乾留ガスをスプレーノズルで冷却することから、多大なエネルギーロスが生じ、また、設備も巨大となり建設費が高いという問題がある。

また、タール回収時の熱ロスを抑えるため、タール回収設備１３０の出口ガス温度を上げてタールを含む循環ガスを、ライン１３６ａを介して乾留炉用熱風発生炉１４０からの熱風の希釈ガスとして使用すると、乾留炉用熱風発生炉１４０からの熱風のライン１４２との合流点でコーキングが生じるという問題がある。

さらに、タール回収設備１３０で回収した副生タールは、熱安定性が悪く劣化しやすく、付加価値が低い燃料であり、また、石油系燃料との相溶性も悪く、燃料としての使用に制約があるという問題がある。

そこで、本発明は、上記の問題点に鑑み、安価な設備費で、且つコーキングの発生もなく、熱効率を向上することができる石炭改質システムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る石炭改質システムは、低品位炭を乾燥する乾燥手段と、前記乾燥した低品位炭を乾留する乾留手段と、前記乾燥手段または前記乾留手段に熱風を供給する熱風供給手段と、前記乾留手段で生じた乾留ガスを、その温度を維持したまま前記熱風供給手段の燃料として供給する乾留ガス循環ラインとを備えることを特徴とする。

本発明に係る石炭改質システムは、前記熱風供給手段で発生した熱風を前記乾燥手段または前記乾留手段に供給する前に、前記熱風から熱を回収する熱交換器を更に備えることが好ましい。また、前記熱交換器で回収した熱で発電を行う発電手段を更に備えることが好ましい。

このように本発明によれば、低品位炭の乾燥手段または乾留手段に熱風を供給する熱風供給手段に、乾留手段で生じた乾留ガスを、その温度を維持したまま燃料として供給するので、従来のようなタール回収設備で乾留ガスからタールを回収しないことから、乾留ガスを冷却、洗浄する塔や、熱交換器、ガス中のヒューム状のタールを除去する電気集塵機、タール貯槽などの設備を設ける必要が無く、建設費を大幅に抑えることができる。また、従来のようなタール回収設備では、タールの循環ループ内の熱交換器でタールの顕熱や潜熱がロスされてしまうが、本発明によれば、タールの持つ熱を有効に利用できるため、熱効率を向上することができる。さらに、乾留ガスを熱風の希釈ガスではなく、熱風供給手段の燃料として再利用することから、コーキングが発生するおそれもない。

本発明に係る石炭改質システムの一実施の形態を示す模式図である。従来の石炭改質システムの一例を示す模式図である。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る石炭改質システムの一実施の形態について説明する。なお、図中、ガスを送風するためのブロアや、ガスの供給量を調節するバルブ等については省略している。

図１に示すように、本実施の形態の石炭改質システムは、低品位炭などの原料を乾燥する乾燥炉１０と、乾燥した原料を乾留する乾留炉２０と、乾留炉に乾留用の熱風を供給するための乾留炉用熱風発生炉３０と、乾燥炉に乾燥用の熱風を供給するための乾燥炉用熱風発生炉４０とを主に備える。

乾燥炉１０は、投入された原料を熱風により１１０〜２００℃の範囲に加熱し、原料中の水分を除去することができる装置である。本実施の形態では、乾燥炉１０は、熱風を原料に直接接触させる方式の加熱設備であるが、原料を燃焼せずに乾燥できるものであれば、他の方式でもよく、熱風を間接接触させる外熱式としてもよい。乾燥炉１０は、原料を導入する原料入口と、乾燥させた原料を乾留炉２０へ供給する原料出口と、熱風を導入する熱風入口と、乾燥後の熱風を排出する廃ガス出口とを備えている。

乾留炉２０は、乾燥させた原料を熱風により３００〜４５０℃の範囲に加熱し、低品位炭の原料を乾留し、改質炭に転換することができる装置である。本実施の形態では、乾留炉２０は、熱風を原料に直接接触させる方式の加熱設備であり、原料が燃焼しないように炉内は酸素が欠乏した雰囲気に保たれる。なお、熱風を間接接触させる外熱式としてもよい。乾留炉２０は、乾燥炉１０から原料を導入する原料入口と、改質炭を排出する改質炭出口と、熱風を導入する熱風入口と、乾留に使用した後の熱風を排出するガス出口とを備えている。

乾留炉用熱風発生炉３０は、燃料を燃焼して、４００〜１６６０℃の範囲の乾留炉用熱風を発生させるための装置である。乾留炉用熱風発生炉３０は、乾留炉２０からの乾留ガスを燃料として導入する燃料ガス入口と、低酸素ガスを得るためのメタンなどの補助燃料を導入する補助燃料入口と、熱風を排出する熱風出口とを備えている。

乾燥炉用熱風発生炉４０は、燃料を燃焼して、４００〜１６６０℃の範囲の乾燥炉用熱風を発生させるための装置である。乾燥炉用熱風発生炉４０は、乾留炉２０からの乾留ガスを燃料として導入する燃料ガス入口と、低酸素ガスを得るためのメタンなどの補助燃料を導入する補助燃料入口と、熱風を排出する熱風出口とを備えている。なお、図１では、乾燥炉用と乾留炉用の２つの熱風発生炉を設けたが、共通する１つの熱風発生炉とすることもできる。

乾燥炉１０には、廃ガス出口に、乾燥後の熱風を排ガス処理設備（図示省略）に送る廃ガスライン１２を設ける。

乾留炉２０には、ガス出口に、乾留後の熱風および乾留により生じたタールを含む乾留ガスを、その温度を維持したまま、乾留炉用熱風発生炉３０および乾燥炉用熱風発生炉４０の各燃料ガス入口に送るための乾留ガス循環ライン２２を設ける。また、改質炭出口に、改質炭を排出する改質炭排出ライン２４を設ける。この改質炭排出ライン２４には、改質炭を所定の形状に成形する成形機（図示省略）を設けることもできる。

乾留炉用熱風発生炉３０には、熱風出口に、熱風を乾留炉２０の熱風入口へ送るための乾留用熱風供給ライン３２を設ける。この乾留用熱風供給ライン３２には、熱風との熱交換を行う熱交換器３４と、廃ガスライン１２の乾燥後の廃ガスの一部を乾留炉２０に送るための第１廃ガス循環ライン１４とを、乾留炉用熱風発生炉３０側から順に設ける。

乾燥炉用熱風発生炉４０には、熱風出口に、熱風を乾燥炉１０の熱風入口へ送るための乾燥用熱風供給ライン４２を設ける。この乾燥用熱風供給ライン４２には、熱風との熱交換を行う熱交換器４４と、廃ガスライン１２の乾燥後の廃ガスの一部を乾燥炉１０に送るための第２廃ガス循環ライン１６とを、乾燥炉用熱風発生炉４０側から順に設ける。

また、各ラインには、ライン内のガスないし改質炭の温度を測定する温度計１３、１５、２３、２５、３３、３６、３８、４３、４６、４８をそれぞれ設ける。

上記の構成によれば、先ず、乾燥炉１０に、原料となる石炭を供給する。石炭としては、例えば、亜炭、褐炭、亜瀝青炭、泥炭などの１５〜７０％、好ましくは２０〜４０％の水分を有する低品位炭を使用する。乾燥炉１０では、低品位炭の水分がほぼ０％になるまで乾燥する。乾燥炉１０での乾燥は、乾燥用熱風発生炉４０から乾燥用熱風供給ライン４２を通して導入される１５０〜３００℃の温度の熱風を、低品位炭に直接接触させることにより行う。乾燥後の廃ガスは、廃ガスライン１２を介して廃ガス処理設備（図示省略）に送るが、廃ガスの一部は、第１および第２廃ガス循環ライン１４、１６により、循環利用する。

なお、乾燥用熱風発生炉４０からの熱風の温度は、乾燥炉１０での乾燥に必要なガス温度よりも高温である。よって、乾燥用熱風発生炉４０の熱風を、熱交換器４４により、例えば、４００〜５５０℃に温度を下げた後、さらに、第２廃ガス循環ライン１６の１１０〜１３０℃の廃ガスと混合して２００〜３００℃の範囲まで下げることができる。熱交換器４４では、スチームとして熱風から熱を回収することができる。そして、この回収したスチームを用いて発電機（図示省略）で発電することができる。発電した電気は、石炭改質システムの所要動力に充当することができ、また、余剰電力があれば売電することもできる。

乾燥炉１０で乾燥した低品位炭を、乾留炉２０に導入する。乾留炉２０では、乾留用熱風発生炉３０から乾留用熱風供給ライン３２を通して導入される熱風を低品位炭に直接接触させることにより乾留を行う。乾留炉２０のガス出口からは、乾留後の熱風および乾留により生じたタールを含む乾留ガスが排出される。この排出ガスは、３００〜５００℃の温度を有しており、乾留ガス循環ライン２２を介して、その温度を維持したまま、乾留炉用熱風発生炉３０および乾燥炉用熱風発生炉４０の各燃料ガス入口に、燃料として供給する。

このように、乾留炉２０で生成した乾留ガスを、従来のようなタール回収設備で乾留ガスからタールを回収せずに、乾留炉用熱風発生炉３０および乾燥炉用熱風発生炉４０の各燃料として供給することから、タールの持つ熱を有効に利用でき、よって、石炭改質システムの熱効率を向上することができる。

なお、乾留用熱風発生炉３０からの熱風の温度は、乾留炉２０での乾留に必要なガス温度よりも高温である。よって、乾留用熱風発生炉３０の熱風を、熱交換器３４により、例えば、６００〜７００℃に温度を下げた後、さらに、第１廃ガス循環ライン１４の１１０〜１３０℃の廃ガスと混合して３５０〜５５０℃の範囲まで下げることができる。熱交換器３４では、上述した乾燥用熱風の熱交換器４４と同様に、スチームとして熱風から熱を回収することができる。そして、この回収したスチームを用いて発電機（図示省略）で発電することができる。

図１に示す石炭改質システムを用いて、低品位炭を乾燥、乾留するシミュレーションを行った。また、比較例として、図２に示す石炭改質システムを用いて同様のシミュレーションを行った。各システムにおけるガスの温度を表１に示す。また、シミュレーションの条件および結果を表２に示す。

表１に示すように、比較例の従来の方式では、熱交換器１３４で膨大な熱（約１９０ＭＭｋｃａｌ／ｈｒ）を捨てて冷却するため、その冷えたガスを炉にリサイクルする場合、それを再び加熱する熱が必要となり、よって、外部供給熱量が多くなる。したがって、本発明に係る石炭改質システムによれば、従来のシステムよりも熱効率を向上できることがわかる。

１０乾燥炉
１２廃ガスライン
１３、１５、２３、２５、３３、３６、３８、４３、４６、４８温度計
１４第１廃ガス循環ライン
１６第２廃ガス循環ライン
２０乾留炉
２２乾留ガス循環ライン
２４改質炭排出ライン
３０乾留炉用熱風発生炉
３２乾留用熱風供給ライン
３４熱交換器
４０乾燥炉用熱風発生炉
４２乾燥用熱風供給ライン
４４熱交換器

Claims

低品位炭を乾燥する乾燥手段と、前記乾燥した低品位炭を乾留する乾留手段と、前記乾燥手段または前記乾留手段に熱風を供給する熱風供給手段と、前記乾留手段で生じた乾留ガスを、その温度を維持したまま前記熱風供給手段の燃料として供給する乾留ガス循環ラインと、前記乾燥手段から排出される廃ガスの一部を前記熱風供給手段で発生した各熱風に混合して、前記各熱風の温度を下げる廃ガス循環ラインとを備えた石炭改質システム。
前記熱風供給手段で発生した熱風を前記乾燥手段または前記乾留手段に供給する前で、且つ前記廃ガスが混合される前に、前記熱風から熱を回収する熱交換器を更に備えた請求項１に記載の石炭改質システム。
前記熱交換器で回収した熱で発電を行う発電手段を更に備えた請求項２に記載の石炭改質システム。