JP5230931B2 - 浮選濾過ケーキの改質処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は、浮選濾過ケーキの改質処理方法に関する。すなわち、微粉炭の浮選工程において気泡に付着して回収された濾過ケーキを改質し、もって改質ガス中の水素を石炭液化に利用する、改質処理方法に関するものである。
《技術的背景》
石炭の選炭過程で発生する微粉炭は、水に懸濁されたスラリー状をなしている。
そして、この微粉体のスラリーは、浮選工程において、捕集油や気泡剤が添加され、もって微粉炭が生じた気泡に付着して浮上し、浮揚したものが濾過され、石炭浮選濾過ケーキ（以下単に濾過ケーキと言う）となって回収されている。
石炭の選炭過程で発生する微粉炭は、水に懸濁されたスラリー状をなしている。
そして、この微粉体のスラリーは、浮選工程において、捕集油や気泡剤が添加され、もって微粉炭が生じた気泡に付着して浮上し、浮揚したものが濾過され、石炭浮選濾過ケーキ（以下単に濾過ケーキと言う）となって回収されている。
《先行技術文献情報》
このような濾過ケーキについては、例えば、次の特許文献１，特許文献２中に示されている。
特開２００４−１４１７９７号公報
特開２００５−２８２４９号公報
このような濾過ケーキについては、例えば、次の特許文献１，特許文献２中に示されている。
《従来技術》
このように、石炭の選炭過程において、浮選工程で得られた微粉炭の濾過ケーキは、付着水分を保有している。
そして、濾過状態が良好な場合でも、２０ｗｔ％を越える付着水分を保有しているので、従来は、まず乾燥処理してから使用に供されていた。すなわち、ベルトコンベア上での気乾処理や熱風乾燥処理の後、微粉炭が燃料等として使用に供されていた。
このように、石炭の選炭過程において、浮選工程で得られた微粉炭の濾過ケーキは、付着水分を保有している。
そして、濾過状態が良好な場合でも、２０ｗｔ％を越える付着水分を保有しているので、従来は、まず乾燥処理してから使用に供されていた。すなわち、ベルトコンベア上での気乾処理や熱風乾燥処理の後、微粉炭が燃料等として使用に供されていた。
ところで、このような従来例については、次の課題が指摘されていた。
《第１の課題について》
第１に、濾過ケーキは、上述したように付着水分を保有しており、乾燥処理が必要とされていた。すなわち、濾過ケーキの微粉炭を、直接そのまま燃料等として使用していたこの種従来例では、乾燥処理用の工程，設備を要していた。
他方、この種従来例については、濾過ケーキの微粉炭のよりエネルギー効率の高い利用、より効率的な燃料化等が、切望されていた。
《第１の課題について》
第１に、濾過ケーキは、上述したように付着水分を保有しており、乾燥処理が必要とされていた。すなわち、濾過ケーキの微粉炭を、直接そのまま燃料等として使用していたこの種従来例では、乾燥処理用の工程，設備を要していた。
他方、この種従来例については、濾過ケーキの微粉炭のよりエネルギー効率の高い利用、より効率的な燃料化等が、切望されていた。
《第２の課題について》
第２に、ところで石炭に関しては、石炭液化利用が１つのテーマとなっており、液化石炭は、発熱量が高く取扱いも容易な燃料として、注目を集めている。すなわち水素添加により、高分子構造の石炭を低分子化した液化炭化水素とする、石炭液化の実用化が進展している。
そして従来は、石炭の液化現場（工場）に、別途生成，準備された水素をボンベ等で搬送して、石炭液化作業が行なわれていたが、もしも石炭液化現場近くで、つまり代表的には炭鉱エリアにある石炭液化工場近くで、水素を直接生成，供給出来れば極めて効率的である、との要望が強かった。
第２に、ところで石炭に関しては、石炭液化利用が１つのテーマとなっており、液化石炭は、発熱量が高く取扱いも容易な燃料として、注目を集めている。すなわち水素添加により、高分子構造の石炭を低分子化した液化炭化水素とする、石炭液化の実用化が進展している。
そして従来は、石炭の液化現場（工場）に、別途生成，準備された水素をボンベ等で搬送して、石炭液化作業が行なわれていたが、もしも石炭液化現場近くで、つまり代表的には炭鉱エリアにある石炭液化工場近くで、水素を直接生成，供給出来れば極めて効率的である、との要望が強かった。
《本発明について》
本発明は、このような実情に鑑み、上記従来例の課題を解決すべくなされたものである。
そして本発明は、第１に、濾過ケーキの効率的燃料化等が、コスト面にも優れつつ実現でき、第２に、石炭液化促進に寄与可能な、浮選濾過ケーキの改質処理方法を提案することを、目的とする。
本発明は、このような実情に鑑み、上記従来例の課題を解決すべくなされたものである。
そして本発明は、第１に、濾過ケーキの効率的燃料化等が、コスト面にも優れつつ実現でき、第２に、石炭液化促進に寄与可能な、浮選濾過ケーキの改質処理方法を提案することを、目的とする。
《請求項について》
このような課題を解決する本発明の技術的手段は、次の請求項１のとおりである。
この浮選濾過ケーキの改質処理方法は、微粉炭の浮選工程において該微粉炭が気泡に付着して回収された濾過ケーキを、改質処理し、もって改質により生成された改質ガス中の水素を、石炭液化に利用する。
このような課題を解決する本発明の技術的手段は、次の請求項１のとおりである。
この浮選濾過ケーキの改質処理方法は、微粉炭の浮選工程において該微粉炭が気泡に付着して回収された濾過ケーキを、改質処理し、もって改質により生成された改質ガス中の水素を、石炭液化に利用する。
そしてまず、石炭の選炭過程で発生した該微粉炭は、水に懸濁されたスラリー状をなしているが、浮選工程において気泡に付着して浮上した後に濾過され、もって付着水分を保有した略ケーキ状の該濾過ケーキとなる。
そして、回収された該濾過ケーキは、内部が高温加熱された改質反応器に供給されると共に、該改質反応器に水蒸気供給手段から加熱水蒸気が圧入供給される。
もって、該濾過ケーキは、該加熱水蒸気にてそれまでの略ケーキ状から破砕,粉砕され、該加熱水蒸気によって破砕，粉砕された微粉炭が、熱の作用と内部充填された反応促進用の触媒の作用とに基づき水蒸気と反応して、水素，一酸化炭素，二酸化炭素を主成分とする該改質ガスに水蒸気改質される。
そして、回収された該濾過ケーキは、内部が高温加熱された改質反応器に供給されると共に、該改質反応器に水蒸気供給手段から加熱水蒸気が圧入供給される。
もって、該濾過ケーキは、該加熱水蒸気にてそれまでの略ケーキ状から破砕,粉砕され、該加熱水蒸気によって破砕，粉砕された微粉炭が、熱の作用と内部充填された反応促進用の触媒の作用とに基づき水蒸気と反応して、水素，一酸化炭素，二酸化炭素を主成分とする該改質ガスに水蒸気改質される。
このような水蒸気改質に際し、必要な水分量つまり水蒸気量は、水蒸気改質される微粉炭重量の２倍以上〜３倍以下であり、水蒸気化した該濾過ケーキの付着水分では不足するので、その不足分が、該水蒸気供給手段から供給される加熱水蒸気にて補充されるようになっている。
上述により生成された該改質ガスの水素は、石炭液化に利用され、高分子構造の該石炭を低分子化された液化炭化水素とするために使用されること、を特徴とする。
上述により生成された該改質ガスの水素は、石炭液化に利用され、高分子構造の該石炭を低分子化された液化炭化水素とするために使用されること、を特徴とする。
《作用等について》
本発明は、このような手段よりなるので、次のようになる。
（１）浮選工程において回収された濾過ケーキは、改質反応器に供給される。
（２）この微粉炭の濾過ケーキは、付着水分を保有しており、微粉炭は、酸素を含む炭化水素を主成分とする。改質反応器は、６５０℃以上例えば８００℃程度に維持されている。
（３）又、改質反応器には、水蒸気供給手段から加熱水蒸気が供給され、もって濾過ケーキが破砕され、微粉炭がガス化される。
（４）そこで、濾過ケーキの微粉炭は、熱の作用と、内部充填された触媒の作用とに基づき、水蒸気と反応して改質される。水蒸気としては、水蒸気化した付着水分と加熱水蒸気が使用される。
（５）すなわち、濾過ケーキの微粉炭の酸素を含む炭化水素は、水蒸気と反応して、水素，一酸化炭素，二酸化炭素の改質ガスに、水蒸気改質させる。
（６）改質，生成された水素等の改質ガスは、燃料，その他の用途に広く使用可能である。
（７）そして水素は、石炭液化に使用され、高分子構造の石炭を低分子化した液体燃料とするために、利用される。
（８）さてそこで、本発明は、次の第１，第２の効果を発揮する。
本発明は、このような手段よりなるので、次のようになる。
（１）浮選工程において回収された濾過ケーキは、改質反応器に供給される。
（２）この微粉炭の濾過ケーキは、付着水分を保有しており、微粉炭は、酸素を含む炭化水素を主成分とする。改質反応器は、６５０℃以上例えば８００℃程度に維持されている。
（３）又、改質反応器には、水蒸気供給手段から加熱水蒸気が供給され、もって濾過ケーキが破砕され、微粉炭がガス化される。
（４）そこで、濾過ケーキの微粉炭は、熱の作用と、内部充填された触媒の作用とに基づき、水蒸気と反応して改質される。水蒸気としては、水蒸気化した付着水分と加熱水蒸気が使用される。
（５）すなわち、濾過ケーキの微粉炭の酸素を含む炭化水素は、水蒸気と反応して、水素，一酸化炭素，二酸化炭素の改質ガスに、水蒸気改質させる。
（６）改質，生成された水素等の改質ガスは、燃料，その他の用途に広く使用可能である。
（７）そして水素は、石炭液化に使用され、高分子構造の石炭を低分子化した液体燃料とするために、利用される。
（８）さてそこで、本発明は、次の第１，第２の効果を発揮する。
《第１の効果》
第１に、濾過ケーキの効率的燃料化等が、コスト面にも優れつつ実現される。すなわち、本発明では、濾過ケーキを、その付着水分も活用しつつ水蒸気改質し、もって生成された水素等の改質ガスを、燃料等として提供可能である。
そこで、前述したこの種従来例、つまり濾過ケーキの微粉炭を直接そのまま燃料等として利用していたこの種従来例に比し、より効率的な燃料化、エネルギー効率の良い利用が実現される。
更に、改質反応器等の構成も簡単容易であり、付着水分も積極的に活用される等、設備コスト面やランニングコスト面にも優れている。又、前述したこの種従来例に比し、乾燥処理用の工程，設備も不要化される。
第１に、濾過ケーキの効率的燃料化等が、コスト面にも優れつつ実現される。すなわち、本発明では、濾過ケーキを、その付着水分も活用しつつ水蒸気改質し、もって生成された水素等の改質ガスを、燃料等として提供可能である。
そこで、前述したこの種従来例、つまり濾過ケーキの微粉炭を直接そのまま燃料等として利用していたこの種従来例に比し、より効率的な燃料化、エネルギー効率の良い利用が実現される。
更に、改質反応器等の構成も簡単容易であり、付着水分も積極的に活用される等、設備コスト面やランニングコスト面にも優れている。又、前述したこの種従来例に比し、乾燥処理用の工程，設備も不要化される。
《第２の効果》
第２に、石炭液化促進に寄与可能である。すなわち、本発明では、濾過ケーキを水素等に水蒸気改質するので、得られた水素を石炭液化に即使用可能である。
周知のごとく、石炭を水素化分解して得られる液化石炭は、発熱量が高く取り扱いも容易な液体燃料として注目されているが、この石炭液化に必要な水素を、石炭液化現場（工場）で直接供給することが可能となる。
従来のように、別途生成，準備された水素を石炭液化現場（工場）にボンベ等で搬送するようなことはなく、現場で浮選ケーキを水蒸気改質することにより、現場で必要な水素を即供給可能となり、石炭液化が大幅に効率化され促進される。つまり、石炭液化現場（工場）は炭鉱エリアにあることが多いが、同一地域の炭鉱エリア内で生成される浮選ケーキそして水素を使用できるので、非常に効率的である。
このように、この種従来例に存した課題がすべて解決される等、本発明の発揮する効果は、顕著にして大なるものがある。
第２に、石炭液化促進に寄与可能である。すなわち、本発明では、濾過ケーキを水素等に水蒸気改質するので、得られた水素を石炭液化に即使用可能である。
周知のごとく、石炭を水素化分解して得られる液化石炭は、発熱量が高く取り扱いも容易な液体燃料として注目されているが、この石炭液化に必要な水素を、石炭液化現場（工場）で直接供給することが可能となる。
従来のように、別途生成，準備された水素を石炭液化現場（工場）にボンベ等で搬送するようなことはなく、現場で浮選ケーキを水蒸気改質することにより、現場で必要な水素を即供給可能となり、石炭液化が大幅に効率化され促進される。つまり、石炭液化現場（工場）は炭鉱エリアにあることが多いが、同一地域の炭鉱エリア内で生成される浮選ケーキそして水素を使用できるので、非常に効率的である。
このように、この種従来例に存した課題がすべて解決される等、本発明の発揮する効果は、顕著にして大なるものがある。
《図面について》
以下、本発明の浮選濾過ケーキの改質処理方法を、図面に示した発明を実施するための最良の形態に基づいて、詳細に説明する。
図１は、本発明を実施するための最良の形態の説明に供し、構成フロー図である。
以下、本発明の浮選濾過ケーキの改質処理方法を、図面に示した発明を実施するための最良の形態に基づいて、詳細に説明する。
図１は、本発明を実施するための最良の形態の説明に供し、構成フロー図である。
《濾過ケーキ１について》
本発明は、浮選濾過ケーキ１の改質処理方法に関する。そこで、まず濾過ケーキ１について説明する。
石炭の選炭過程で発生する微粉炭２は、８０ｗｔ％程度の水に懸濁され、スラリー状をなしている。そして、例えば径が０．５ｍｍ以下程度の微粉炭２のスラリーは、浮選工程において、捕集剤の油滴や気泡剤の液滴が添加された後、エアーが導入されて生じた気泡に、微粉炭２が付着して浮上する。そして、浮揚分が回収，濾過されたものが、濾過ケーキ１であり、ケーキ貯蔵部４に一旦貯留される。
本発明は、浮選濾過ケーキ１の改質処理方法に関する。そこで、まず濾過ケーキ１について説明する。
石炭の選炭過程で発生する微粉炭２は、８０ｗｔ％程度の水に懸濁され、スラリー状をなしている。そして、例えば径が０．５ｍｍ以下程度の微粉炭２のスラリーは、浮選工程において、捕集剤の油滴や気泡剤の液滴が添加された後、エアーが導入されて生じた気泡に、微粉炭２が付着して浮上する。そして、浮揚分が回収，濾過されたものが、濾過ケーキ１であり、ケーキ貯蔵部４に一旦貯留される。
この微粉炭２の濾過ケーキ１は、２０ｗｔ％〜３０ｗｔ％程度の付着水分３を保有しており、略ケーキ状をなす。
微粉炭２つまり石炭は、酸素Ｏを含む炭化水素ＨＣを主成分としている。その具体的な元素組成や炭質は、炭種により種々変化するが、その有機構造の骨格となる炭素Ｃ原子１００（１００個の炭素Ｃ原子）当たりの水素Ｈ原子数と酸素Ｏ原子数で、これらは把握される。例えば、炭素Ｃ原子１００当たり、水素Ｈ原子６５〜９０程度、酸素Ｏ原子３〜９程度である。
このように、微粉炭２つまり石炭有機質は特定の分子式を持たないので、炭素Ｃ原子１００当たりの要部抜粋実験式をもって、分子式の代替とされている。例えば、ある炭種については、Ｃ１００Ｈ６６．６Ｏ７．９として表わされる。
濾過ケーキ１は、このようになっている。
微粉炭２つまり石炭は、酸素Ｏを含む炭化水素ＨＣを主成分としている。その具体的な元素組成や炭質は、炭種により種々変化するが、その有機構造の骨格となる炭素Ｃ原子１００（１００個の炭素Ｃ原子）当たりの水素Ｈ原子数と酸素Ｏ原子数で、これらは把握される。例えば、炭素Ｃ原子１００当たり、水素Ｈ原子６５〜９０程度、酸素Ｏ原子３〜９程度である。
このように、微粉炭２つまり石炭有機質は特定の分子式を持たないので、炭素Ｃ原子１００当たりの要部抜粋実験式をもって、分子式の代替とされている。例えば、ある炭種については、Ｃ１００Ｈ６６．６Ｏ７．９として表わされる。
濾過ケーキ１は、このようになっている。
《改質反応器５等について》
次に、改質反応器５等について説明する。この改質処理方法では、濾過ケーキ１が、高温加熱下において触媒６のもとで、改質される。
すなわち、改質反応器５内において、濾過ケーキ１の微粉炭２は、ガス化されると共に水蒸気と反応して、改質ガス７に水蒸気改質される。
次に、改質反応器５等について説明する。この改質処理方法では、濾過ケーキ１が、高温加熱下において触媒６のもとで、改質される。
すなわち、改質反応器５内において、濾過ケーキ１の微粉炭２は、ガス化されると共に水蒸気と反応して、改質ガス７に水蒸気改質される。
これらについて、更に詳述する。この改質処理方法では、改質反応器５と水蒸気供給手段８とが用いられており、水蒸気供給手段８は、改質反応器５に対し加熱水蒸気９を供給する。
改質反応器５は、内部が６５０℃以上例えば８００℃程度に高温加熱されており、ケーキ貯蔵部４から、濾過ケーキ１が供給されると共に、水蒸気供給手段８から多量の加熱水蒸気９が圧入される。
供給された濾過ケーキ１は、このような改質反応器５内において、まず、加熱水蒸気９にて略ケーキ状から破砕，粉砕される共に、高温加熱下で微粉炭２がガス化され、付着水分３が水蒸気化される。
そして微粉炭２は、熱の作用と、内部充填された触媒６の作用とに基づき、水蒸気をガス化剤として反応し、もって水素と、一酸化炭素，二酸化炭素等とを主成分とする改質ガス７に、水蒸気改質される。生成された改質ガス７は、貯蔵タンク１０へと排出，貯留された後、使用に供される。
改質反応器５は、内部が６５０℃以上例えば８００℃程度に高温加熱されており、ケーキ貯蔵部４から、濾過ケーキ１が供給されると共に、水蒸気供給手段８から多量の加熱水蒸気９が圧入される。
供給された濾過ケーキ１は、このような改質反応器５内において、まず、加熱水蒸気９にて略ケーキ状から破砕，粉砕される共に、高温加熱下で微粉炭２がガス化され、付着水分３が水蒸気化される。
そして微粉炭２は、熱の作用と、内部充填された触媒６の作用とに基づき、水蒸気をガス化剤として反応し、もって水素と、一酸化炭素，二酸化炭素等とを主成分とする改質ガス７に、水蒸気改質される。生成された改質ガス７は、貯蔵タンク１０へと排出，貯留された後、使用に供される。
このようにガス化剤として使用される水蒸気としては、濾過ケーキ１の付着水分３が水蒸気化した分と、水蒸気供給手段８からの加熱水蒸気９とが、使用される。
又、反応促進用の改質触媒６としては、ニッケル系のものが代表的に使用され、例えば、ニッケル担持アルミナ粒状触媒（粒度６０〜８０ｍｅｓｈ）が使用されるが、その他、シリカ系，ロジウム系，ゼオライト系のものも使用可能である。触媒６は、例えば粒子固定反応層として、改質反応器５内に充填される。
改質反応器５等は、このようになっている。
又、反応促進用の改質触媒６としては、ニッケル系のものが代表的に使用され、例えば、ニッケル担持アルミナ粒状触媒（粒度６０〜８０ｍｅｓｈ）が使用されるが、その他、シリカ系，ロジウム系，ゼオライト系のものも使用可能である。触媒６は、例えば粒子固定反応層として、改質反応器５内に充填される。
改質反応器５等は、このようになっている。
《水蒸気改質反応：その１について》
次に、濾過ケーキ１の水蒸気改質反応について、説明する。このような改質反応器５内では、まず、次の化１，化２の化学反応式により、濾過ケーキ１の微粉炭２が水蒸気改質される。
これらの反応式において、微粉炭２の実験式（分子式代替）は、その１例として、Ｃ１００Ｈ６６．６Ｏ７．９とした（以下の各反応式においても同様とする）。この例は、後述する実施例中の中国大同炭の平均値に基づくが、他の炭種についても、数値が若干相違するものの、勿論この例に準じた水蒸気改質反応となる。
次に、濾過ケーキ１の水蒸気改質反応について、説明する。このような改質反応器５内では、まず、次の化１，化２の化学反応式により、濾過ケーキ１の微粉炭２が水蒸気改質される。
これらの反応式において、微粉炭２の実験式（分子式代替）は、その１例として、Ｃ１００Ｈ６６．６Ｏ７．９とした（以下の各反応式においても同様とする）。この例は、後述する実施例中の中国大同炭の平均値に基づくが、他の炭種についても、数値が若干相違するものの、勿論この例に準じた水蒸気改質反応となる。
化１の反応式において、微粉炭Ｃ１００Ｈ６６．６Ｏ７．９は、水蒸気Ｈ２Ｏと反応すると共に、石炭中の酸素Ｏ２が水蒸気改質で生じつつある一酸化炭素ＣＯを部分燃焼することにより生じる二酸化炭素ＣＯ２を含め、水素Ｈ２，一酸化炭素ＣＯ，二酸化炭素ＣＯ２に水蒸気改質される。
すなわち化１の反応式において、微粉炭Ｃ１００Ｈ６６．６Ｏ７．９と水蒸気Ｈ２Ｏとの系は、高温付与により系のエンタルピーが上がり、吸熱反応により水素Ｈ２と一酸化炭素ＣＯと二酸化炭素ＣＯ２との混合ガスが、改質ガス７として生成されるが、生成水素Ｈ２量（水素Ｈ２収率）は最小である。
これに対し化２の反応式では、微粉炭Ｃ１００Ｈ６６．６Ｏ７．９は、水蒸気Ｈ２Ｏと反応すると共に、石炭中の酸素Ｏ２が水蒸気改質で生じつつある一酸化炭素ＣＯを部分燃焼することにより生じる二酸化炭素ＣＯ２を含め、水素Ｈ２，二酸化炭素ＣＯ２に水蒸気改質される。
この化２の反応式は、化１の反応式より多量の水蒸気Ｈ２Ｏが作用すると共に、化１の反応式の一酸化炭素ＣＯも完全に改質された場合であり、吸熱反応により水素Ｈ２，二酸化炭素ＣＯ２の混合ガスが、改質ガス７として生成され、生成水素Ｈ２量（水素Ｈ２収率）は最大となる。
すなわち、この化２の反応式では、化１の反応式で生成された一酸化炭素ＣＯが、発熱反応である次の化３のシフト反応により、水蒸気Ｈ２Ｏと反応して、水素Ｈ２と二酸化炭素ＣＯ２に改質，変換される。化２の反応式は、化１の反応式に化３の反応式を加えたものである。
すなわち化１の反応式において、微粉炭Ｃ１００Ｈ６６．６Ｏ７．９と水蒸気Ｈ２Ｏとの系は、高温付与により系のエンタルピーが上がり、吸熱反応により水素Ｈ２と一酸化炭素ＣＯと二酸化炭素ＣＯ２との混合ガスが、改質ガス７として生成されるが、生成水素Ｈ２量（水素Ｈ２収率）は最小である。
これに対し化２の反応式では、微粉炭Ｃ１００Ｈ６６．６Ｏ７．９は、水蒸気Ｈ２Ｏと反応すると共に、石炭中の酸素Ｏ２が水蒸気改質で生じつつある一酸化炭素ＣＯを部分燃焼することにより生じる二酸化炭素ＣＯ２を含め、水素Ｈ２，二酸化炭素ＣＯ２に水蒸気改質される。
この化２の反応式は、化１の反応式より多量の水蒸気Ｈ２Ｏが作用すると共に、化１の反応式の一酸化炭素ＣＯも完全に改質された場合であり、吸熱反応により水素Ｈ２，二酸化炭素ＣＯ２の混合ガスが、改質ガス７として生成され、生成水素Ｈ２量（水素Ｈ２収率）は最大となる。
すなわち、この化２の反応式では、化１の反応式で生成された一酸化炭素ＣＯが、発熱反応である次の化３のシフト反応により、水蒸気Ｈ２Ｏと反応して、水素Ｈ２と二酸化炭素ＣＯ２に改質，変換される。化２の反応式は、化１の反応式に化３の反応式を加えたものである。
《水蒸気改質反応：その２について》
改質反応器５内では、更に、次の化４，化５の反応式により、濾過ケーキ１の微粉炭２が、水蒸気改質されることも考えられる。
すなわち、前述した化１，化２の反応式は、生じる酸素Ｏ２が生じる一酸化炭素ＣＯを部分燃焼する場合に関するが、これに対し、この化４，化５の反応式は、生じる酸素Ｏ２が生じる水素Ｈ２を部分燃焼する場合に関する。
改質反応器５内では、更に、次の化４，化５の反応式により、濾過ケーキ１の微粉炭２が、水蒸気改質されることも考えられる。
すなわち、前述した化１，化２の反応式は、生じる酸素Ｏ２が生じる一酸化炭素ＣＯを部分燃焼する場合に関するが、これに対し、この化４，化５の反応式は、生じる酸素Ｏ２が生じる水素Ｈ２を部分燃焼する場合に関する。
化４の反応式において、微粉炭Ｃ１００Ｈ６６．６Ｏ７．９は、水蒸気Ｈ２Ｏと反応すると共に、石炭中の酸素Ｏ２が水蒸気改質で生じつつある水素Ｈ２を部分燃焼することにより生ずる水分Ｈ２Ｏを含め、水素Ｈ２，一酸化炭素ＣＯ，水分Ｈ２Ｏに水蒸気改質される。
すなわち化４の反応式において、微粉炭Ｃ１００Ｈ６６．６Ｏ７．９と水蒸気Ｈ２Ｏとの系は、高温付与により系のエンタルピーが上がり、吸熱反応により水素Ｈ２と一酸化炭素ＣＯと水蒸気Ｈ２Ｏとの混合ガスが、改質ガス７として生成されるが、生成水素Ｈ２量（水素Ｈ２収率）は最小である。
これに対し化５の反応式では、微粉炭Ｃ１００Ｈ６６．６Ｏ７．９は、水蒸気Ｈ２Ｏと反応すると共に、石炭中の酸素Ｏ２が水蒸気改質で生じつつある水素Ｈ２を部分燃焼することにより生ずる水分Ｈ２Ｏを含め、水素Ｈ２，二酸化炭素ＣＯ２に水蒸気改質される。
この化５の反応式は、化４の反応式より多量の水蒸気Ｈ２Ｏが作用すると共に、化４の反応式の一酸化炭素ＣＯも完全に改質された場合であり、吸熱反応により水素Ｈ２，二酸化炭素ＣＯ２の混合ガスが、改質ガス７として生成され、生成水素Ｈ２量（水素Ｈ２収率）は最大となる。
すなわち、この化５の反応式では、化４の反応式で生成された一酸化炭素ＣＯが、発熱反応である次の化６のシフト反応により、水蒸気Ｈ２Ｏと反応して、水素Ｈ２と二酸化炭素ＣＯ２に改質，変換される。化５の反応式は、化４の反応式に化６の反応式を加えたものであると共に、結果的に、前述した化２の反応式と同一になる。
すなわち化４の反応式において、微粉炭Ｃ１００Ｈ６６．６Ｏ７．９と水蒸気Ｈ２Ｏとの系は、高温付与により系のエンタルピーが上がり、吸熱反応により水素Ｈ２と一酸化炭素ＣＯと水蒸気Ｈ２Ｏとの混合ガスが、改質ガス７として生成されるが、生成水素Ｈ２量（水素Ｈ２収率）は最小である。
これに対し化５の反応式では、微粉炭Ｃ１００Ｈ６６．６Ｏ７．９は、水蒸気Ｈ２Ｏと反応すると共に、石炭中の酸素Ｏ２が水蒸気改質で生じつつある水素Ｈ２を部分燃焼することにより生ずる水分Ｈ２Ｏを含め、水素Ｈ２，二酸化炭素ＣＯ２に水蒸気改質される。
この化５の反応式は、化４の反応式より多量の水蒸気Ｈ２Ｏが作用すると共に、化４の反応式の一酸化炭素ＣＯも完全に改質された場合であり、吸熱反応により水素Ｈ２，二酸化炭素ＣＯ２の混合ガスが、改質ガス７として生成され、生成水素Ｈ２量（水素Ｈ２収率）は最大となる。
すなわち、この化５の反応式では、化４の反応式で生成された一酸化炭素ＣＯが、発熱反応である次の化６のシフト反応により、水蒸気Ｈ２Ｏと反応して、水素Ｈ２と二酸化炭素ＣＯ２に改質，変換される。化５の反応式は、化４の反応式に化６の反応式を加えたものであると共に、結果的に、前述した化２の反応式と同一になる。
《水蒸気改質反応の進行等について》
次に、このような水蒸気改質反応の進行等について説明する。前述により、シフト反応が０％の場合は化１（又は化４）の反応式により、シフト反応が１００％の場合は化２（又は化５）の反応式により、濾過ケーキ１の微粉炭２の水蒸気改質が進行する。
しかしこれは、理論上，リミット上であり、実際上は、一酸化炭素ＣＯ濃度を低減する化３（又は化６）のシフト反応の発生程度等に従い、化１と化２の中間の反応式により（又は化４と化５の中間の反応式により）、水蒸気改質が進行する可能性が高く、この場合は、一酸化炭素ＣＯと二酸化炭素ＣＯ２と水素Ｈ２の混合ガスが、改質ガス７として生成される。
すなわち、熱の供給が十分で、微粉炭２が、一酸化炭素ＣＯと二酸化炭素ＣＯ２と水素Ｈ２の３ガスの改質ガス７に、完全分解されれば、得られる水素Ｈ２のモル分率は、最低の化１（又は化４）の反応式の状態から、最高の化２（又は化５）の反応式の状態まで推移する。
従って、生成された改質ガス８中の水素Ｈ２比（ｖｏｌ％）は、５０％を遥に越えており、水素Ｈ２が改質ガス７の主成分となっている。勿論これは、炭種の１例に過ぎない微粉炭２、つまりＣ１００Ｈ６６．６Ｏ７．９の例の微粉炭２に限らず、他の炭種についてもほぼ共通する。
水蒸気改質反応は、このように進行する。
次に、このような水蒸気改質反応の進行等について説明する。前述により、シフト反応が０％の場合は化１（又は化４）の反応式により、シフト反応が１００％の場合は化２（又は化５）の反応式により、濾過ケーキ１の微粉炭２の水蒸気改質が進行する。
しかしこれは、理論上，リミット上であり、実際上は、一酸化炭素ＣＯ濃度を低減する化３（又は化６）のシフト反応の発生程度等に従い、化１と化２の中間の反応式により（又は化４と化５の中間の反応式により）、水蒸気改質が進行する可能性が高く、この場合は、一酸化炭素ＣＯと二酸化炭素ＣＯ２と水素Ｈ２の混合ガスが、改質ガス７として生成される。
すなわち、熱の供給が十分で、微粉炭２が、一酸化炭素ＣＯと二酸化炭素ＣＯ２と水素Ｈ２の３ガスの改質ガス７に、完全分解されれば、得られる水素Ｈ２のモル分率は、最低の化１（又は化４）の反応式の状態から、最高の化２（又は化５）の反応式の状態まで推移する。
従って、生成された改質ガス８中の水素Ｈ２比（ｖｏｌ％）は、５０％を遥に越えており、水素Ｈ２が改質ガス７の主成分となっている。勿論これは、炭種の１例に過ぎない微粉炭２、つまりＣ１００Ｈ６６．６Ｏ７．９の例の微粉炭２に限らず、他の炭種についてもほぼ共通する。
水蒸気改質反応は、このように進行する。
《必要な水蒸気量について》
このような水蒸気改質に際し、必要な水蒸気量については、次のとおり。すなわち、この炭種の微粉炭２、つまりＣ１００Ｈ６６．６Ｏ７．９の１モル（１３９３．０ｇ）に対し、理論上必要な水蒸気量は、化１と化２の反応式（および化４と化５の反応式）により、１００〜１９２．１モル（１８００ｇから３４５７．８ｇ）である。
もって、微粉炭２の１ｇに対する必要水蒸気量は、１．２９ｇ〜２．４８ｇ（水分５６．３ｗｔ％〜７１．３ｗｔｇ％）として算出される。
勿論これは、この炭種の微粉炭２、つまりＣ１００Ｈ６６．６Ｏ７．９の例に限らず、他の炭種についてもほぼ共通しており、結局、この種の水蒸気改質に必要な理論上の水蒸気量，水分量は、微粉炭２重量の約５０ｗｔ％〜７５ｗｔ％程度として把握される。
このような水蒸気改質に際し、必要な水蒸気量については、次のとおり。すなわち、この炭種の微粉炭２、つまりＣ１００Ｈ６６．６Ｏ７．９の１モル（１３９３．０ｇ）に対し、理論上必要な水蒸気量は、化１と化２の反応式（および化４と化５の反応式）により、１００〜１９２．１モル（１８００ｇから３４５７．８ｇ）である。
もって、微粉炭２の１ｇに対する必要水蒸気量は、１．２９ｇ〜２．４８ｇ（水分５６．３ｗｔ％〜７１．３ｗｔｇ％）として算出される。
勿論これは、この炭種の微粉炭２、つまりＣ１００Ｈ６６．６Ｏ７．９の例に限らず、他の炭種についてもほぼ共通しており、結局、この種の水蒸気改質に必要な理論上の水蒸気量，水分量は、微粉炭２重量の約５０ｗｔ％〜７５ｗｔ％程度として把握される。
このような理論上の必要量に対し、実際上の必要量については次のとおり。すなわち微粉炭２の場合は、含有灰分の影響，その他のロス分を勘定すると、実際上必要な水蒸気量，水分量は、上述した理論上の必要量の約１．３倍〜２．６倍、そして更に、その１．３倍程度見込む必要がある。
従って、実際上必要な水蒸気量，水分量は、微粉炭２重量の約２倍〜３倍強程度として把握される。そして、このような多量の水分は、濾過ケーキ１の付着水分３（微粉炭２重量の２０ｗｔ％〜３０ｗｔ％程度）では不足するので、その不足分が、水蒸気供給手段８からの加熱水蒸気９で補充される。
必要な水蒸気量は、このようになっている。
従って、実際上必要な水蒸気量，水分量は、微粉炭２重量の約２倍〜３倍強程度として把握される。そして、このような多量の水分は、濾過ケーキ１の付着水分３（微粉炭２重量の２０ｗｔ％〜３０ｗｔ％程度）では不足するので、その不足分が、水蒸気供給手段８からの加熱水蒸気９で補充される。
必要な水蒸気量は、このようになっている。
《作用等》
本発明の濾過ケーキ１の改質処理方法は、以上説明したように構成されている。そこで、以下のようになる。
（１）石炭の選炭過程の浮選工程において、浮上回収された微粉炭２の濾過ケーキ１は、ケーキ貯蔵部４を介し改質反応器５に供給される。
本発明の濾過ケーキ１の改質処理方法は、以上説明したように構成されている。そこで、以下のようになる。
（１）石炭の選炭過程の浮選工程において、浮上回収された微粉炭２の濾過ケーキ１は、ケーキ貯蔵部４を介し改質反応器５に供給される。
（２）この濾過ケーキ１は、付着水分３を保有している。又、その微粉炭２は、酸素Ｏを含む炭化水素ＨＣを主成分とする。改質反応器５は、内部が６５０℃以上例えば８００℃程度に、維持されている。
（３）そして改質反応器５には、水蒸気供給手段８から加熱水蒸気９が供給され、もって濾過ケーキ１が破砕され、微粉炭２がガス化される。
（４）そこで、供給された濾過ケーキ１のガス化された微粉炭２は、改質反応器５内において、熱の作用と、内部充填された触媒６の作用とに基づき、水蒸気Ｈ２Ｏと反応して改質される。
この水蒸気Ｈ２Ｏとしては、水蒸気化した付着水分３が使用されると共に、水蒸気供給手段８からの加熱水蒸気９が補充使用される。
この水蒸気Ｈ２Ｏとしては、水蒸気化した付着水分３が使用されると共に、水蒸気供給手段８からの加熱水蒸気９が補充使用される。
（５）すなわち、改質反応器５内において、濾過ケーキ１の微粉炭２の酸素Ｏを含む炭化水素ＨＣは、前述した化１，化２や化４，化５の反応式により、水蒸気Ｈ２Ｏと反応して、水素Ｈ２と、一酸化炭素ＣＯ，二酸化炭素ＣＯ２，水分Ｈ２Ｏ等の改質ガス７に、水蒸気改質される。
（６）このように改質，生成された改質ガス７は、貯蔵タンク１０へと供給された後、燃料，エネルギー源として提供，使用可能である。
（７）すなわち、このように生成された水素Ｈ２は、石炭液化に使用される。すなわち水素Ｈ２は、例えば微粉状石炭に油が添加されたスラリーに、高温，高圧下で添加され、もって高分子構造の石炭を低分子化した液体燃料とするために使用される。
石炭は、多核芳香環（クラスターユニット）を、短い鎖状炭化水素で繋いだ高分子構造よりなるが、このような高分子構造を、水素原子の添加により切断，分解して、低分子化された液体炭化水素とするために使用される。
石炭は、多核芳香環（クラスターユニット）を、短い鎖状炭化水素で繋いだ高分子構造よりなるが、このような高分子構造を、水素原子の添加により切断，分解して、低分子化された液体炭化水素とするために使用される。
（８）さて、この濾過ケーキ１の改質処理方法では、以上説明したように、濾過ケーキ１の微粉炭２を、付着水分３を活用しつつ水蒸気改質し、もって、生成された水素や一酸化炭素等の改質ガス７を、燃料等として提供可能である。
つまり、濾過ケーキ１の微粉炭２を、直接そのまま燃料等として使用するよりも、遥かに優れたエネルギー源を提供可能となる。
つまり、濾過ケーキ１の微粉炭２を、直接そのまま燃料等として使用するよりも、遥かに優れたエネルギー源を提供可能となる。
（９）そして、改質ガス７として得られた水素は、その場で、石炭液化に使用される。
すなわち、浮選工程で発生する濾過ケーキ１を、水蒸気改質することにより、石炭液化の現場で、必要とされる水素を即供給可能となる。同一炭鉱エリア内に立地する石炭液化工場に対し、水素を直接供給可能となる。
すなわち、浮選工程で発生する濾過ケーキ１を、水蒸気改質することにより、石炭液化の現場で、必要とされる水素を即供給可能となる。同一炭鉱エリア内に立地する石炭液化工場に対し、水素を直接供給可能となる。
（１０）又、この濾過ケーキ１の改質処理方法では、濾過ケーキ１が付着水分３を保有することに着目し、このように保有された付着水分３を、濾過ケーキ１の水蒸気改質の必要成分として積極活用する。
更に、改質反応器５を中心に貯蔵タンク１０や水蒸気供給手段８等の設備構成よりなり、構成が簡単容易である。そこで、ランニングコストや設備コスト面にも優れている。
更に、改質反応器５を中心に貯蔵タンク１０や水蒸気供給手段８等の設備構成よりなり、構成が簡単容易である。そこで、ランニングコストや設備コスト面にも優れている。
微粉炭２について、炭種毎の組成の計測データは、次のとおり。すなわち、このデータは、各炭種毎に、炭素Ｃ原子１００当たりの水素Ｈ原子数と酸素Ｏ原子数とを実側した値、および、炭素Ｃのｗｔ％を実測した値である。
《Ｃ》
《Ｈ》 《Ｏ》 《Ｃｗｔ％》
・中国大同炭 ： １００ ６６．１ ８．７ ８３．８
・中国大同炭 ： １００ ６７．０ ８．３ ８４．３
・中国大同炭 ： １００ ６７．６ ７．４ ８４．４
・中国大同炭 ： １００ ６５．７ ７．３ ８５．５
・中国大同炭平均： １００ ６６．６ ７．９ ８４．５
・三 池 炭 ： １００ ８９．０ ６．５ ８２．５
・三 池 炭 ： １００ ８９．０ ７．０ ８２．９
・三 池 炭 ： １００ ８８．０ ６．１ ８４．２
・三 池 炭平均： １００ ８８．７ ６．５ ８３．２
・南大夕張炭 ： １００ ８５．０ ５．６ ８５．７
・夕張新鉱炭 ： １００ ８５．３ ４．０ ８７．２
・夕張新鉱炭 ： １００ ８５．５ ３．６ ８７．６
・夕張新鉱炭平均： １００ ８５．４ ３．８ ８７．４
《Ｃ》
《Ｈ》 《Ｏ》 《Ｃｗｔ％》
・中国大同炭 ： １００ ６６．１ ８．７ ８３．８
・中国大同炭 ： １００ ６７．０ ８．３ ８４．３
・中国大同炭 ： １００ ６７．６ ７．４ ８４．４
・中国大同炭 ： １００ ６５．７ ７．３ ８５．５
・中国大同炭平均： １００ ６６．６ ７．９ ８４．５
・三 池 炭 ： １００ ８９．０ ６．５ ８２．５
・三 池 炭 ： １００ ８９．０ ７．０ ８２．９
・三 池 炭 ： １００ ８８．０ ６．１ ８４．２
・三 池 炭平均： １００ ８８．７ ６．５ ８３．２
・南大夕張炭 ： １００ ８５．０ ５．６ ８５．７
・夕張新鉱炭 ： １００ ８５．３ ４．０ ８７．２
・夕張新鉱炭 ： １００ ８５．５ ３．６ ８７．６
・夕張新鉱炭平均： １００ ８５．４ ３．８ ８７．４
１ 濾過ケーキ
２ 微粉炭
３ 付着水分
４ ケーキ貯臓部
５ 改質反応器
６ 触媒
７ 改質ガス
８ 水蒸気供給手段
９ 加熱水蒸気
１０ 貯蔵タンク
２ 微粉炭
３ 付着水分
４ ケーキ貯臓部
５ 改質反応器
６ 触媒
７ 改質ガス
８ 水蒸気供給手段
９ 加熱水蒸気
１０ 貯蔵タンク
Claims (1)
- 微粉炭の浮選工程において該微粉炭が気泡に付着して回収された濾過ケーキを、改質処理し、もって改質により生成された改質ガス中の水素を、石炭液化に利用する、浮選濾過ケーキの改質処理方法であって、
まず、石炭の選炭過程で発生した該微粉炭は、水に懸濁されたスラリー状をなしているが、浮選工程において気泡に付着して浮上した後に濾過され、もって付着水分を保有した略ケーキ状の該濾過ケーキとなり、
そして、回収された該濾過ケーキは、内部が高温加熱された改質反応器に供給されると共に、該改質反応器に水蒸気供給手段から加熱水蒸気が圧入供給され、
もって、該濾過ケーキは、該加熱水蒸気にてそれまでの略ケーキ状から破砕,粉砕され、該加熱水蒸気によって破砕，粉砕された微粉炭が、熱の作用と内部充填された反応促進用の触媒の作用とに基づき水蒸気と反応して、水素，一酸化炭素，二酸化炭素を主成分とする該改質ガスに水蒸気改質され、
このような水蒸気改質に際し、必要な水分量つまり水蒸気量は、水蒸気改質される微粉炭重量の２倍以上〜３倍以下であり、水蒸気化した該濾過ケーキの付着水分では不足するので、その不足分が、該水蒸気供給手段から供給される加熱水蒸気にて補充されるようになっており、
上述により生成された該改質ガスの水素は、石炭液化に利用され、高分子構造の該石炭を低分子化された液化炭化水素とするために使用されること、を特徴とする、浮選濾過ケーキの改質処理方法。
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