JP4971955B2 - 無灰炭の製造方法 - Google Patents
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無灰炭の製造方法においては、石炭成分を抽出する工程(抽出工程)で得られた石炭抽出スラリーから、未溶解成分を分離する。この分離工程においては、遠心分離機や濾過装置等が用いられているが、流体の連続操作が可能であり、低コストで大量の処理にも適している重力沈降法が多く用いられるようになってきている。
このような製造方法によれば、改質炭取得工程において、無灰炭が製造されることに加え、分離工程で分離された非液部から溶剤が分離され、副生炭が製造される。
このような製造方法によれば、分離・回収された溶剤が循環使用されることで、経済性が向上する。
このような製造方法によれば、無灰炭の原料である石炭として、安価な劣質炭を使用することで、無灰炭を安価に製造することができる。
図1に示すように、無灰炭の製造方法は、スラリー調製工程(S1)と、抽出工程(S2)と、分離工程(S3)と、改質炭取得工程(S4)と、を含むものである。
以下、各工程について説明する。
スラリー調製工程(S1)は、溶剤と石炭とを混合してスラリーを調製する工程である。
石炭を溶解する溶剤としては、一般的には、ベンゼン、トルエン、キシレン等の1環芳香族化合物や、N−メチルピロリドン(NMP)やピリジン等の極性溶剤等が用いられるが、本発明においては、溶剤は、石炭から誘導される2環芳香族を中心とする沸点範囲180〜300℃の非水素供与性溶剤と、この非水素供与性溶剤と同沸点範囲にある脂肪族化合物とからなり、前記非水素供与性溶剤に前記脂肪族化合物を、石炭を溶解する溶剤全体に対し、5〜10質量%の割合で混合したものを用いる。
脂肪族化合物としては、例えば、デカン(C10H22)、ドデカン(C12H24)等、炭素数10〜14程度のパラフィン炭化水素が挙げられるが、工業的には、石油系の灯油留分がこれに代替できる。
また、溶剤は、蒸留法等により蒸発させて分離・回収し、必要に応じて循環使用するため、混合する脂肪族化合物の沸点範囲も、主溶剤である2環芳香族溶剤の沸点範囲(180〜300℃)に収まることが重要である。
抽出工程(S2)は、前記スラリー調製工程(S1)で得られたスラリーを、300〜420℃の温度で加熱して、溶剤に可溶な石炭成分を抽出する工程である。
抽出工程(S2)で酸素に接触すると、発火する恐れがあるため危険であり、また、水素を用いた場合には、コストが高くなるためである。
抽出工程(S2)で用いる不活性ガスとしては、安価な窒素を用いることが好ましいが、特に限定されるものではない。また、抽出工程(S2)での圧力は、抽出の際の温度や用いる溶剤の蒸気圧にもよるが、1.0〜2.0MPaが好ましい。圧力が溶剤の蒸気圧より低い場合には、溶剤が揮発して液相に閉じ込められず、抽出できない。溶剤を液相に閉じ込めるには、溶剤の蒸気圧より高い圧力が必要となる。一方、圧力が高すぎると、機器のコスト、運転コストが高くなり、経済的ではない。
分離工程(S3)は、前記抽出工程(S2)で得られたスラリーを、液部と非液部とに分離する工程である。
ここで、液部とは、溶剤に抽出された石炭成分を含む溶液をいい、非液部とは、溶剤に不溶な石炭成分(灰分を含む石炭すなわち灰炭)を含むスラリーをいう。
スラリーを液部と非液部とに分離する方法としては、各種の濾過方法や遠心分離による方法が一般的に知られている。しかしながら、濾過による方法ではフィルタの頻繁な交換が必要であり、また、遠心分離による方法では未溶解石炭成分による閉塞が起こりやすく、これらの方法を工業的に実施するのは困難である。従って、流体の連続操作が可能であり、低コストで大量の処理にも適している重力沈降法を用いることが好ましい。これにより、重力沈降槽の上部からは、溶剤に抽出された石炭成分を含む溶液である液部(以下、「上澄み液」ともいう)を、重力沈降槽の下部からは溶剤に不溶な石炭成分を含むスラリーである非液部(以下、「固形分濃縮液」ともいう)を得ることができる。
図2に示すように、重力沈降法では、固液分離装置100において、まず、石炭スラリー調製槽1で、無灰炭の原料である粉体の石炭と溶剤とを混合し、スラリーを調製する(スラリー調製工程(S1))。次に、ポンプ2によって、石炭スラリー調製槽1からスラリーを予熱器3に所定量供給し、スラリーを300〜420℃まで加温する。そして、加温したスラリーを抽出槽4に所定量供給し、攪拌機10で攪拌しながら300〜420℃で所定時間加熱した後、必要に応じて、冷却器7により、所定温度に冷却する(抽出工程(S2))。なお、スラリーを冷却するために、抽出槽4に冷却機構を設けておいてもよい。そして、この抽出処理を行ったスラリーを、重力沈降槽5へ供給して、スラリーを上澄み液と固形分濃縮液とに分離し(分離工程(S3))、重力沈降槽5の下部に沈降した固形分濃縮液を固形分濃縮液受器6に排出するとともに、上部の上澄み液をフィルターユニット8へ所定量排出する。
また、重力沈降槽5内において、冷却した温度で維持する時間は、スラリーを上澄み液と固形分濃縮液とに分離するのに必要な時間であり、一般的に60〜120分であるが、特に限定されるものではない。なお、前記のとおり、本発明では、非水素供与性溶剤に、脂肪族化合物を所定量混合した溶剤を用いることで、この時間の短縮を図ることができる。
そして、重力沈降槽5内から排出された上澄み液は、必要に応じて、フィルターユニット8によってろ過され、上澄み液受器9に回収される。
改質炭取得工程(S4)は、前記分離工程(S3)で分離された液部から溶剤を分離して改質炭である無灰炭を得る工程である(無灰炭取得工程)。
この無灰炭は、灰分をほとんど含まず、水分は皆無であり、また原料石炭よりも高い発熱量を示す。従って、この無灰炭は、高効率複合発電システムの燃料として使用することができる。また、副生炭と混合することによって、配合炭として使用することもできる。
なお、液部より灰分のない無灰炭のみを製造し、非液部からは溶剤のみ回収し、灰分の濃縮された副生炭は、回収せずに廃棄しても良い。
[第1実施例]
第1実施例では、溶剤として、脂肪族化合物を含まないものを使用した場合の3種の石炭における抽出率および脱灰率について調べた(実験例1)。
なお、石炭の抽出率は、ろ過で分離した固形分副生炭の量から求めた。
具体的には、(原料石炭−副生炭)/原料石炭×100の式により求めた。なお、原料石炭、副生炭は、無水無灰炭ベースである。この抽出率を表1に示す。
第2実施例では、沈降性能の悪かった前記石炭Aについて、溶剤として、脂肪族化合物を含むものを使用した場合の脱灰率について調べた(実験例2)。
第3実施例では、前記石炭Aについて、溶剤として、脂肪族化合物を含むものを使用した場合の抽出率について調べた(実験例3)。なお、ここでは、脂肪族化合物として、工業的に用いられる灯油を代表として使用した。
なお、一般的に、抽出率が約50質量%以上であれば、抽出率が高いといえる。
S2 抽出工程
S3 分離工程
S4 改質炭取得工程
1 石炭スラリー調製槽
2 ポンプ
3 予熱器
4 抽出槽
5 重力沈降槽
6 固形分濃縮液受器
7 冷却器
8 フィルターユニット
9 上澄み液受器
10 攪拌機
100 固液分離装置
Claims (4)
- 溶剤と石炭とを混合してスラリーを調製するスラリー調製工程と、
前記スラリー調製工程で得られたスラリーを、300〜420℃の温度で加熱して、溶剤に可溶な石炭成分を抽出する抽出工程と、
前記抽出工程で得られたスラリーを、液部と非液部とに分離する分離工程と、
前記分離工程で分離された液部から前記溶剤を分離して改質炭である無灰炭を得る改質炭取得工程と、
を含み、
前記溶剤が、石炭から誘導される2環芳香族を中心とする沸点範囲180〜300℃の非水素供与性溶剤と、この非水素供与性溶剤と同沸点範囲にある脂肪族化合物とからなり、前記非水素供与性溶剤に前記脂肪族化合物を、前記溶剤全体に対し、5〜10質量%の割合で混合したものであることを特徴とする無灰炭の製造方法。 - 前記改質炭取得工程において、無灰炭を得ることに加え、前記分離工程で分離された非液部から前記溶剤を分離して改質炭である副生炭を得ることを特徴とする請求項1に記載の無灰炭の製造方法。
- 前記改質炭取得工程で、前記液部から分離された前記溶剤および/または前記非液部から分離された前記溶剤を、前記スラリー調製工程へ循環して使用することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の無灰炭の製造方法。
- 前記石炭が劣質炭であることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の無灰炭の製造方法。
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