JP5290629B2 - 固形燃料の製造装置および製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、多孔質炭を原料とする固形燃料の製造装置および製造方法に関する。
多孔質炭を原料とする固形燃料の製造技術に関し、従来、特許文献１に記載された固形燃料の製造技術が知られている。
特許文献１に記載された固形燃料の製造方法は、重質油分と溶媒油分を含む混合油を多孔質炭と混合して原料スラリーを得、このスラリーを加熱して多孔質炭の脱水を進めると共に、多孔質炭の細孔内に重質油分と溶媒油分を含む混合油を含有せしめ、この後、このスラリーを固液分離することを特徴とする固形燃料の製造方法である。この特許文献１に記載された固形燃料の製造方法によれば、脱水されると共に、自然発火性が低くて、輸送性および貯蔵性に優れ、しかも高カロリー化された固形燃料を得ることができる。
即ち、多孔質炭は多量の水分を含有するので、この輸送に際しては水分を輸送しているに等しい面もあって輸送コストが割高となり、かかる点において輸送性が悪く、また、水分含有量が多い分だけカロリーが低くなる。そこで、多孔質炭を脱水することが望まれるが、この脱水をチューブラードライヤー等の乾燥蒸発型脱水法により行うと、脱水された多孔質炭の細孔内に存在する活性点への酸素の吸着および酸化反応によって自然発火事故を起こすという危険がある。
これに対し、特許文献１に記載された固形燃料の製造方法においては、原料スラリー（重質油分と溶媒油分を含む混合油と多孔質炭との混合体）の加熱により多孔質炭の細孔内の水分が気化蒸発すると共に、細孔内は重質油分を含む混合油によって被覆され、遂にはこの混合油、特に重質油分が優先して細孔内を充満するので、上記のような細孔内に存在する活性点への酸素の吸着および酸化反応が抑制され、このため自然発火が抑制される。また、上記加熱により脱水されると共に、この脱水と上記細孔内の重質油分充満によってカロリーが高くなる。従って、脱水されると共に、自然発火性が低くて、輸送性および貯蔵性に優れ、しかも高カロリー化された固形燃料を得ることができる。
また、上述したような固形燃料の製造工程における投入エネルギーを減少させるための技術として特許文献２に記載のものが知られている。
特許文献２に記載の固形燃料の製造装置においては、重質油分と溶媒油分を含む混合油を低品位炭と混合してスラリーを作る混合槽と、該スラリーを水分蒸発処理する蒸発器と、この水分蒸発処理されたスラリーを固液分離する固液分離器とを備える。そして、前記混合槽が、原料スラリーを加熱する原料スラリー加熱手段を有している。
この構成においては、原料スラリー加熱手段により原料スラリーを加熱することで原料スラリーの流動性を向上させ、固形燃料の生産性（生産量／時間・投入エネルギー）を向上させることができる。
特開平７−２３３３８３号公報 特開２００５−２０６６９５号公報
しかしながら、特許文献２に記載の構成により固形燃料の製造工程における投入エネルギーを低減させるのにも限界があり、当該固形燃料の製造工程における投入エネルギーを更に低減することが望まれている。
本発明は、上記実情に鑑みることにより、固形燃料の製造工程における投入エネルギーを低減することが可能な固形燃料の製造装置および製造方法を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段及び効果
本発明は、多孔質炭を原料とする固形燃料の製造装置および製造方法に関する。
そして、本発明に係る固形燃料の製造装置および製造方法は、上記目的を達成するために以下のようないくつかの特徴を有している。すなわち、本発明の固形燃料の製造装置および製造方法は、以下の特徴を単独で、若しくは、適宜組み合わせて備えている。
上記目的を達成するための本発明に係る固形燃料の製造装置における第１の特徴は、多孔質炭を、重質油分および溶媒油分を含む混合油と混合してスラリーを得る混合槽と、前記スラリーを水分蒸発処理する蒸発槽と、前記混合槽において前記スラリーを攪拌する第１攪拌手段と、前記蒸発槽において前記スラリーを攪拌する第２攪拌手段と、前記混合槽の前記スラリーの濃度を測定する第１濃度測定器と、前記蒸発槽の前記スラリーの濃度を測定する第２濃度測定器と、前記第１濃度測定器および前記第２濃度測定器によって測定された濃度と、第１攪拌手段の攪拌動力とに対応した攪拌動力となるように、前記第２攪拌手段の攪拌動力を制御する第２制御装置と、を備え、前記第２攪拌手段は、前記第１攪拌手段の攪拌動力よりも小さい攪拌動力で駆動され、前記第２制御装置は、前記第１攪拌手段の攪拌動力をＰ１、前記第２攪拌手段の攪拌動力をＰ２、前記第１濃度測定器で測定された濃度をＸ１、前記第２濃度測定器で測定された濃度をＸ２、Ｂを所定の定数としたときに、Ｐ２＝Ｐ１×（Ｘ２／Ｘ１） Ｂ となるように、前記第２攪拌手段の攪拌動力を制御することである。
通常、混合槽および蒸発槽では、重質油分および溶媒油分を含む混合油と多孔質炭とが適度に混合され、沈降によって多孔質炭が堆積しない状態（以下、スラリー状態と称する。）を維持するため、例えば、攪拌機等の攪拌手段による攪拌が行われる。
本願発明者は、攪拌手段によりスラリーの攪拌を行う点に着目すると共に、スラリー状態を維持するために必要な攪拌動力が混合槽と蒸発槽とにおいて異なり、蒸発槽においては、混合槽よりも小さい攪拌動力で、スラリー状態を維持できることを新たに知見した。ここで、攪拌動力とは、スラリーを攪拌するために攪拌手段に投入される動力を意味する。
したがって、上記第１の特徴を有する構成によると、混合槽および蒸発槽において沈降による多孔質炭の堆積を防ぎつつ、第２攪拌手段の攪拌動力を第１攪拌手段の攪拌動力よりも小さくすることができる。これにより、固形燃料の製造工程において投入するエネルギーを低減することができる。
また、第１濃度測定器および第２濃度測定器によって測定された濃度と、第１攪拌手段の攪拌動力とに基づいて、攪拌動力が第１攪拌手段の攪拌動力よりも小さくなるように第２攪拌手段が制御される。
本願発明者は、スラリー状態を維持するために必要な攪拌動力が、スラリーの濃度によって異なることを新たに知見した。
ここで、「スラリーの濃度」とは、スラリーの全重量に対する、多孔質炭の重量（当該多孔質炭に含まれる水分の重量も含む重量）の割合を意味する。
したがって、第１濃度測定器および第２濃度測定器によって測定された濃度と、第１攪拌手段の攪拌動力とに基づいて、第１攪拌手段の攪拌動力よりも小さくなるように第２攪拌手段を制御することで、より効率よくスラリーを攪拌することが可能になる。
本願発明者は、スラリーの濃度Ｘが増加するほど、当該スラリーのスラリー状態を維持するために必要な攪拌動力Ｐが、所定の定数をＢとして、濃度ＸのＢ乗に比例して増加することを新たに知見した。
上記第１の特徴を有する構成によると、混合槽において、スラリー状態を維持できるように第１攪拌手段を駆動させた場合、蒸発槽においても、第２攪拌手段の攪拌によりスラリー状態を維持することが可能になる。これにより、第２攪拌手段の攪拌動力を低減して、より効率よくスラリーを攪拌することが可能になる。
また、本発明に係る固形燃料の製造装置における第２の特徴は、多孔質炭を、重質油分および溶媒油分を含む混合油と混合してスラリーを得る混合槽と、前記スラリーを水分蒸発処理する蒸発槽と、前記混合槽において前記スラリーを攪拌する第１攪拌手段と、前記蒸発槽において前記スラリーを攪拌する第２攪拌手段と、前記混合槽の前記スラリーの濃度を測定する第１濃度測定器と、前記第１濃度測定器によって測定された濃度に対応した攪拌動力となるように、前記第１攪拌手段の攪拌動力を制御する第１制御装置と、前記蒸発槽の前記スラリーの濃度を測定する第２濃度測定器と、前記第２濃度測定器によって測定された濃度に対応した攪拌動力となるように、前記第２攪拌手段の攪拌動力を制御する第２制御装置と、を備え、前記第２攪拌手段は、前記第１攪拌手段の攪拌動力よりも小さい攪拌動力で駆動され、前記第１制御装置および前記第２制御装置は、前記攪拌手段の攪拌動力をＰ、前記濃度測定器で測定された濃度をＸ、ＡおよびＢを所定の定数としたときに、Ｐ＝Ａ×Ｘ Ｂ となるように、前記第１攪拌手段および前記第２攪拌手段の攪拌動力を制御することである。
この構成によると、混合槽および蒸発槽の攪拌動力が、各槽のスラリー濃度に基づいて制御されるので、濃度に対応した適切な攪拌動力で第１攪拌手段および第２攪拌手段を駆動させることができる。これにより、効率よく攪拌手段を制御することができる。
また、混合槽および蒸発槽において、スラリーの濃度が低い場合は、攪拌動力を低減することができるため、より効率よくスラリーを攪拌できる。
また、本発明に係る固形燃料の製造装置における第３の特徴は、前記蒸発槽で水分蒸発処理された前記スラリーが供給され、前記蒸発槽よりも減圧された状態で当該スラリーを水分蒸発処理する減圧槽と、前記減圧槽において前記スラリーを攪拌する第３攪拌手段と、を備え、前記第３攪拌手段は、前記第１攪拌手段の攪拌動力よりも小さい攪拌動力で駆動されることである。
この構成によると、混合槽および減圧槽において沈降による多孔質炭の堆積を防ぎつつ、第３攪拌手段の攪拌動力を第１攪拌手段の攪拌動力よりも小さくすることができる。これにより、固形燃料の製造工程において投入するエネルギーを低減することができる。
また、本発明に係る固形燃料の製造装置における第４の特徴は、前記減圧槽の前記スラリーの濃度を測定する第３濃度測定器と、前記第１濃度測定器および前記第３濃度測定器によって測定された濃度と、第１攪拌手段の攪拌動力とに対応した攪拌動力となるように、前記第３攪拌手段の攪拌動力を制御する第３制御装置と、を備え、前記第３制御装置は、前記第１攪拌手段の攪拌動力をＰ１、前記第３攪拌手段の攪拌動力をＰ３、前記第１濃度測定器で測定された濃度をＸ１、前記第３濃度測定器で測定された濃度をＸ３、Ｂを所定の定数としたときに、Ｐ３＝Ｐ１×（Ｘ３／Ｘ１） Ｂ となるように、前記第３攪拌手段の攪拌動力を制御することである。
この構成によると、第１濃度測定器および第３濃度測定器によって測定された濃度と、第１攪拌手段の攪拌動力とに基づいて、第１攪拌手段の攪拌動力よりも小さくなるように第３攪拌手段を制御することで、より効率よくスラリーを攪拌することが可能になる。
また、混合槽において、スラリー状態を維持できるように第１攪拌手段を駆動させた場合、減圧槽においても、第３攪拌手段の攪拌によりスラリー状態を維持することが可能になる。これにより、第３攪拌手段の攪拌動力を低減して、より効率よくスラリーを攪拌することが可能になる。
また、本発明に係る固形燃料の製造装置における第５の特徴は、前記第１濃度測定器によって測定された濃度に対応した攪拌動力となるように、前記第１攪拌手段の攪拌動力を制御する第１制御装置と、前記減圧槽の前記スラリーの濃度を測定する第３濃度測定器と、前記第３濃度測定器によって測定された濃度に対応した攪拌動力となるように、前記第３攪拌手段の攪拌動力を制御する第３制御装置と、を備え、前記第１制御装置および前記第３制御装置は、前記攪拌手段の攪拌動力をＰ、前記濃度測定器で測定された濃度をＸ、ＡおよびＢを所定の定数としたときに、Ｐ＝Ａ×Ｘ Ｂ となるように、前記第１攪拌手段および前記第３攪拌手段の攪拌動力を制御することである。
この構成によると、混合槽および減圧槽の攪拌動力が、各槽のスラリー濃度に基づいて制御されるので、濃度に対応した適切な攪拌動力で第１攪拌手段および第３攪拌手段を駆動させることができる。これにより、効率よく攪拌手段を制御することができる。
また、混合槽および減圧槽において、スラリーの濃度が低い場合は、攪拌動力を低減することができるため、より効率よくスラリーを攪拌できる。
また、上記目的を達成するための本発明に係る固形燃料の製造方法における第１の特徴は、多孔質炭を、重質油分および溶媒油分を含む混合油と混合してスラリーを得る混合工程と、前記混合工程において前記スラリーを攪拌する攪拌動力よりも小さい攪拌動力で、前記スラリーを攪拌しながら当該スラリーを水分蒸発処理する蒸発工程と、を備え、前記蒸発工程において、前記混合工程および当該蒸発工程における前記スラリーの濃度と、前記混合工程において前記スラリーを攪拌する攪拌動力とに対応した攪拌動力で、当該スラリーを攪拌し、前記混合工程において前記スラリーを攪拌する攪拌動力をＰ１、前記蒸発工程において前記スラリーを攪拌する攪拌動力をＰ２、前記混合工程における前記スラリーの濃度をＸ１、前記蒸発工程における前記スラリーの濃度をＸ２、Ｂを所定の定数としたときに、Ｐ２＝Ｐ１×（Ｘ２／Ｘ１） Ｂ となるように、前記蒸発工程おいて前記スラリーを攪拌することである。
この構成によると、混合工程および蒸発工程において沈降による多孔質炭の堆積を防ぎつつ、蒸発工程における攪拌動力を混合工程における攪拌動力よりも小さくすることができる。これにより、固形燃料の製造工程において投入するエネルギーを低減することができる。
また、混合工程および蒸発工程におけるスラリーの濃度と、混合工程における攪拌動力とに基づいて、混合工程における攪拌動力よりも小さくなるように蒸発工程においてスラリーを攪拌することで、より効率よくスラリーを攪拌することが可能になる。
また、混合工程において、スラリー状態を維持できるように攪拌した場合、蒸発工程においても、スラリー状態を維持することが可能になる。これにより、蒸発工程における攪拌動力を低減して、より効率よくスラリーを攪拌することが可能になる。
また、本発明に係る固形燃料の製造方法における第２の特徴は、多孔質炭を、重質油分および溶媒油分を含む混合油と混合してスラリーを得る混合工程と、前記混合工程において前記スラリーを攪拌する攪拌動力よりも小さい攪拌動力で、前記スラリーを攪拌しながら当該スラリーを水分蒸発処理する蒸発工程と、を備え、前記混合工程において、当該混合工程における前記スラリーの濃度に対応した攪拌動力で、当該スラリーを攪拌し、前記蒸発工程において、当該蒸発工程における前記スラリーの濃度に対応した攪拌動力で、当該スラリーを攪拌し、前記スラリーを攪拌する攪拌動力をＰ、前記スラリーの濃度をＸ、ＡおよびＢを所定の定数としたときに、Ｐ＝Ａ×Ｘ Ｂ となるように、前記混合工程および前記蒸発工程おいて前記スラリーを攪拌することである。
この構成によると、混合工程および蒸発工程における攪拌動力が、各工程のスラリー濃度に基づいて制御されるので、濃度に対応した適切な攪拌動力で攪拌することができる。これにより、効率よくスラリーを攪拌できる。
また、混合工程および蒸発工程において、スラリーの濃度が低い場合は、攪拌動力を低減することができるため、より効率よくスラリーを攪拌できる。
また、本発明に係る固形燃料の製造方法における第３の特徴は、前記混合工程において、
（１）粒径が１ｍｍ以上の石炭粒子の重量が、石炭粒子全体の重量の３０％以下となるように調整された多孔質炭を用い、（２）多孔質炭の含水率をα、多孔質炭の乾燥基準重量に対する混合油の重量比である油炭比をＲ、定数γ＝０．８９、η＝０．９０、としたときに、
Ｒ＞{γ×（１−１．７αη）−（１−αη）}／{（１−α）×（１−αη−γ）}
の式を満たすように、多孔質炭と混合油とを混合するための混合槽に、多孔質炭と混合油とが投入されることである。
ここで、「含水率」とは、多孔質炭の乾燥基準重量と当該多孔質炭に含まれる水の重量との和に対する、当該多孔質炭に含まれる水の重量の割合を意味する。尚、多孔質炭の乾燥基準重量とは、多孔質炭内に含まれる水を全て取り除いたときの当該多孔質炭の重量を意味する。
即ち、含水率α（％）は、多孔質炭の乾燥基準重量をＷａ、当該多孔質炭に含まれる水の重量Ｗｂ、としたときに、以下の式で表される。
α＝{Ｗｂ／（Ｗａ＋Ｗｂ）}×１００
また、「油炭比」とは、多孔質炭と混合油とが混合されるときに混合槽に投入される多孔質炭の乾燥基準重量と混合油の重量との比を意味する。
即ち、油炭比Ｒは、多孔質炭の乾燥基準重量をＷａ、混合油の重量をＳ、としたときに、以下の式で表される。
Ｒ＝Ｓ／Ｗａ
この構成によると、蒸発工程においてスラリーを攪拌する攪拌動力を、混合工程においてスラリーを攪拌する攪拌動力の１／２以下にすることができる。これにより、簡易な構成で、スラリー状態を維持しながら、攪拌時の投入エネルギーを低減することができる。
また、本発明に係る固形燃料の製造方法における第４の特徴は、前記蒸発工程で水分蒸発処理された前記スラリーを、当該蒸発工程よりも減圧された状態で、且つ、前記混合工程において前記スラリーを攪拌する攪拌動力よりも小さい攪拌動力で、攪拌しながら当該スラリーを水分蒸発処理する減圧工程を備えることである。
この構成によると、混合工程および減圧工程において沈降による多孔質炭の堆積を防ぎつつ、減圧工程における攪拌動力を混合工程における攪拌動力よりも小さくすることができる。これにより、固形燃料の製造工程において投入するエネルギーを低減することができる。
また、本発明に係る固形燃料の製造方法における第５の特徴は、前記減圧工程において、前記混合工程および当該減圧工程における前記スラリーの濃度と、前記混合工程における攪拌動力とに対応した攪拌動力で、当該スラリーを攪拌し、前記混合工程において前記スラリーを攪拌する攪拌動力をＰ１、前記減圧工程において前記スラリーを攪拌する攪拌動力をＰ３、前記混合工程における前記スラリーの濃度をＸ１、前記減圧工程における前記スラリーの濃度をＸ３、Ｂを所定の定数としたときに、Ｐ３＝Ｐ１×（Ｘ３／Ｘ１） Ｂ となるように、前記減圧工程において前記スラリーを攪拌することである。
この構成によると、混合工程および減圧工程におけるスラリーの濃度と、混合工程における攪拌動力とに基づいて、混合工程における攪拌動力よりも小さくなるように減圧工程においてスラリーを攪拌することで、より効率よくスラリーを攪拌することが可能になる。
また、混合工程において、スラリー状態を維持できるように攪拌した場合、減圧工程においても、スラリー状態を維持することが可能になる。これにより、減圧工程における攪拌動力を低減して、より効率よくスラリーを攪拌することが可能になる。
また、本発明に係る固形燃料の製造方法における第６の特徴は、前記混合工程において、当該混合工程における前記スラリーの濃度に対応した攪拌動力で、当該スラリーを攪拌し、前記減圧工程において、当該減圧工程における前記スラリーの濃度に対応した攪拌動力で、当該スラリーを攪拌し、前記スラリーを攪拌する攪拌動力をＰ、前記スラリーの濃度をＸ、ＡおよびＢを所定の定数としたときに、Ｐ＝Ａ×Ｘ Ｂ となるように、前記混合工程および前記減圧工程おいて前記スラリーを攪拌することである。
この構成によると、混合工程および減圧工程における攪拌動力が、各工程のスラリー濃度に基づいて制御されるので、濃度に対応した適切な攪拌動力で攪拌することができる。これにより、効率よくスラリーを攪拌できる。
また、混合工程および減圧工程において、スラリーの濃度が低い場合は、攪拌動力を低減することができるため、より効率よくスラリーを攪拌できる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しつつ説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る固形燃料の製造装置１００を示す図である。
図１に示すように、製造装置１００は、多孔質炭（ＲＣ）および混合油（ＭＯ）が供給される混合槽１と、多孔質炭が含有する水分を蒸発させる蒸発槽２と、多孔質炭と混合油とを分離する固液分離器４と、を備える。
混合槽１は、多孔質炭を、重質油分および溶媒油分を含む混合油と混合して原料スラリーを得る槽である。この混合槽１には、第１攪拌機１０（第１攪拌手段）が設けられている。
この第１攪拌機１０は、例えば、攪拌羽根１０ａと、当該攪拌羽根１０ａを回転させるためのモータ１０ｂとを有して構成される。そして、モータ１０ｂを駆動して攪拌羽根１０ａを回転させることにより、混合槽１内の原料スラリーを攪拌することができる。
また、混合槽１は、その下部から原料スラリーをスラリーポンプ１２を介して混合槽１の上部へ導入する循環流路１１、１３を有している。
尚、例えば、軸流型攪拌機等により混合槽１および第１攪拌機１０が構成される。
蒸発槽２は、混合槽１で得られた原料スラリーの水分を蒸発させるための槽である。この蒸発槽２には、第２攪拌機２０（第２攪拌手段）が設けられている。
この第２攪拌機２０は、第１攪拌機１０と同様に、例えば、攪拌羽根２０ａと、当該攪拌羽根２０ａを回転させるためのモータ２０ｂとを有して構成される。そして、モータ２０ｂを駆動して攪拌羽根２０ａを回転させることにより、蒸発槽２内のスラリーを攪拌することができる。
また、蒸発槽２は、その上流側で蒸発槽２の下部からスラリーをスラリーポンプ２２を介して蒸発槽２の上部へ導入する上流側循環流路２１，２３，２４を有している。また、蒸発槽２は、その下流側で蒸発槽２の下部からスラリーをスラリーポンプ２７を介して蒸発槽２の上部へ導入する下流側循環流路２６，２８，２９を有している。
混合槽１と蒸発槽２との間には、スラリー供給流路１４が設けられている。このスラリー供給流路１４は、循環流路１３と上流側循環流路２３とを連通する流路である。
固液分離器４は、蒸発槽２にて脱水された原料スラリー（以下、脱水スラリーと称する。）から、改質多孔質炭（脱水された多孔質炭）と混合油とを分離する。この固液分離器４としては、例えば、分離効率向上の観点から、遠心分離法により改質多孔質炭と混合油とを分離する遠心分離器を用いることができる。尚、沈降法、濾過法、圧搾法等を使用する分離器として構成することもできる。
蒸発槽２と固液分離器４との間には、脱水スラリー供給流路４１が設けられている。この脱水スラリー供給流路４１は、下流側循環流路２６，２８，２９と固液分離器４とを連通する流路である。
また、固液分離器４と混合槽１との間には、循環ポンプ５を介して固液分離器４にて分離された混合油を混合槽１に戻すための混合油循環流路４５が設けられている。この循環ポンプ５としては、遠心式ポンプを用いることができる。混合油循環流路４５には、混合油加熱用熱交換器１５が設けられている。この混合油加熱用熱交換器１５としては、例えば、多管式型の熱交換器を用いることができる。尚、プレート型、スパイラル型等の熱交換器を使用してもよい。また、この混合油加熱用熱交換器１５の熱源として、例えば、蒸発槽２で発生する水蒸気を用いることができる。
また、製造装置１００は、第１攪拌機１０のモータ１０ｂおよび第２攪拌機２０のモータ２０ｂを制御するための制御装置７０を備えている。
この制御装置７０は、モータ２０ｂに投入する電力が、モータ１０ｂに投入する電力の１／２になるように、モータ１０ｂ，２０ｂを制御する。例えば、混合槽１および蒸発槽２における攪拌羽根の回転抵抗が略同じであれば、モータ２０ｂの回転数が、モータ１０ｂの回転数の１／２になるように、モータ１０ｂ，２０ｂを制御することになる。
また、製造装置１００は、固液分離器４にて分離された改質多孔質炭を乾燥するための乾燥器を備えている（図示せず）。
次に、製造装置１００を用いた固形燃料の製造方法について説明する。
（混合工程）
混合槽１においては、多孔質炭を、重質油分および溶媒油分を含む混合油と混合して原料スラリーが得られる。尚、混合油は、混合油加熱用熱交換器１５によって加熱されているので、混合槽１内において原料スラリーは適度な温度に保たれる。また、原料スラリーは、循環流路１１、１３を通って混合槽１の下部からスラリーポンプ１２を介して混合槽１の上部へ導入され、循環される。
この混合工程においては、制御装置７０により第１攪拌機１０が予め設定された所定の回転数となるように駆動される。即ち、第１攪拌機１０は、所定の攪拌動力で駆動される。
第１攪拌機１０の回転数は、予め実験等により、混合槽１において沈降によって多孔質炭が堆積しない回転数を測定しておき、この測定された回転数を用いることができる。
ここで、多孔質炭は、水分を含有し、脱水することが望まれるいわゆる低品位石炭である。そのような多孔質炭として、例えば、褐炭、亜炭、亜れき青炭等が挙げられる。例えば、褐炭には、ビクトリア炭、ノースダコタ炭、ベルガ炭等があり、亜れき青炭には、西バンコ炭、ビヌンガン炭、サマランガウ炭、エココール炭等がある。多孔質炭は、上記例示のものに限定されず、水分を含有し、脱水することが望まれる石炭であれば、いずれも本発明に係る多孔質炭に含まれる。
本実施形態においては、混合槽１には、含水率が約４５％の多孔質炭が粉砕されて投入される。尚、含水率が２５〜６０％となる範囲の多孔質炭を粉砕して投入することが好ましい。また、粉砕された多孔質炭は、粒径１ｍｍ以上の石炭粒子の重量が、混合槽１に投入される石炭粒子全体の重量の３０％以下となるように調整されて、混合槽１に投入される。
また、重質油分とは、真空残渣油の如く、例えば４００℃でも実質的に蒸気圧を示すことがないような重質分あるいはこれを多く含む油である。
また、溶媒油分とは、当該重質油分を溶解させて分散させる油であり、例えば、重質油分との親和性、スラリーとしてのハンドリング性、細孔内への侵入容易性等の観点から軽沸油分が用いられる。尚、水分蒸発温度での安定性を考慮すれば、沸点１００℃以上、好ましくは３００℃以下の石油系油（灯油、軽油あるいは重油等）を使用することが推奨される。
このような重質油分含有混合油を使用すると、適切な流動性を示すため、重質油分単独では果たし得ないような細孔内への侵入が促進される。
ここで、混合槽１における原料スラリーに含まれる多孔質炭の重量濃度（以下、スラリーの重量濃度と記載する。）は、約５０ｗｔ％となるように調整される。尚、スラリーの重量濃度が４０〜５５ｗｔ％の範囲内となるように、多孔質炭および混合油を混合槽１に供給することが望ましい。
ここで、スラリーの重量濃度Ｘ（ｗｔ％）は、原料スラリーに含まれる多孔質炭の重量をＷ１、原料スラリーの重量をＷ２として、以下の式で求められる。尚、式中の多孔質炭の重量Ｗ１には、多孔質炭に含有する水分の重量が含まれている。
Ｘ＝（Ｗ１／Ｗ２）×１００
また、混合槽１における圧力は大気圧とし、混合槽１内の温度は４０〜１００℃となるように調整される。
（蒸発工程）
原料スラリーは、循環流路１１、１３内で循環されるとともに、当該循環流路から分岐したスラリー供給流路１４を通って上流側循環流路２１，２３，２４に入り、これを通って蒸発槽２へ入る。蒸発槽２の内部では、第２攪拌機２０により、原料スラリーが攪拌される。尚、蒸発槽２の内部は、２〜１５気圧の加圧状態とされる。
ここで、制御装置７０は、モータ２０ｂに投入する電力が、モータ１０ｂに投入する電力の１／２になるように、モータ２０ｂを制御する。即ち、第２攪拌機２０に投入される攪拌動力が、第１攪拌機１０に投入される攪拌動力の約半分となるように、第２攪拌機２０が駆動される。
スラリーは、熱交換器２５Ａにより、例えば、１００℃〜２５０℃に加熱されて、蒸発槽２に入る。これにより、当該蒸発槽２にて、スラリー中の多孔質炭に含まれる水分の約９０％が蒸発して脱水される。即ち、蒸発槽２にて、原料スラリーの水分蒸発処理がなされる。
この水分蒸発処理と同時に、多孔質炭の細孔内への混合油の含浸もなされる。こうして細孔内水分の気化蒸発が進行するのに応じて、混合油の付着・被覆が行われる。また、若干の水蒸気が残存していても、それが冷却工程で凝縮するときに負圧が形成されて重質油分含有混合油が細孔内に吸引されていくので、細孔内表層部は重質油分を含有する混合油によって次々被覆され、遂には細孔開口部のほぼ全域が重質油分含有混合油によって充満しつくされる。しかも混合油中の重質油分は活性点に選択的に吸着され易く、また付着すると離れ難いため、結果的に溶媒油分よりも優先的に付着していくことが期待される。こうして細孔内表層部が外気から遮断されることによって自然発火性を失わせることが可能になる。また大量の水分が脱水除去されると共に重質油分含有混合油、特に重質油分が優先して細孔内を充満することになるので、多孔質炭全体としてのカロリーアップが安価に達成される。
蒸発槽２の原料スラリーは、下流側循環流路２６，２８，２９を通って蒸発槽２の下部からスラリーポンプ２７を介して蒸発槽２の上部へ導入される。このとき原料スラリーは、熱交換器２５Ｂにより加熱される。これにより、原料スラリーの水分蒸発処理がより有効になされる。
蒸発槽２にて発生した水蒸気は、圧縮機５０を通り、流路５１を通って熱交換器２５Ｂに導入され、熱交換器２５Ｂの熱源として用いられ、更に、流路５２，５３を通って混合油加熱用熱交換器１５に導入され、混合油加熱用熱交換器１５の熱源として用いられる。また、圧縮機５０を通った水蒸気は、熱交換器２５Ａの熱源としても用いられる。
（固液分離工程）
脱水スラリーは、下流側循環流路２６，２８，２９から分岐している脱水スラリー供給流路４１を通って固液分離器４に入り、固液分離され、固体分（改質多孔質炭）と液体分（混合油）とが得られる。
（循環工程）
固液分離工程で回収された混合油は循環油として、循環ポンプ５によって、混合油循環流路４５を経て混合槽１に戻される。このとき、混合油は、混合油加熱用熱交換器１５によって加熱された後、混合槽１での原料スラリーの調整に再利用される。
（乾燥工程）
固液分離工程で分離された改質多孔質炭は、通常は混合油により未だ湿潤しているので、乾燥器に入り、乾燥され、粉末状固形燃料として用いることができる状態となる。
尚、乾燥方法は改質多孔質炭から混合油を蒸発分離できる限り特に制限されない。
乾燥された改質多孔質炭は所望により冷却および成型され、固形燃料が得られる。例えば、冷却工程で冷却され、粉末状固形燃料として用いることもできる。また、冷却されることなく、成型工程で成型されて成型固形燃料を得てもよい。
以上説明したように、第１実施形態に係る固形燃料の製造装置１００は、多孔質炭を、重質油分および溶媒油分を含む混合油と混合して原料スラリーを得る混合槽１と、前記原料スラリーを水分蒸発処理する蒸発槽２と、混合槽１において前記原料スラリーを攪拌する第１攪拌機１０と、蒸発槽２において前記原料スラリーを攪拌する第２攪拌機２０と、を備える。そして、第２攪拌機２０は、第１攪拌機１０の攪拌動力よりも小さい攪拌動力で制御装置７０により駆動される。
ここで、本願発明者は、攪拌手段により原料スラリーの攪拌を行う点に着目して、以下に示す攪拌実験を行った。当該実験においては、原料スラリーの重量濃度と、当該原料スラリーに含まれる多孔質炭が沈降によって多孔質炭が堆積しないように攪拌機を駆動するための最小動力との関係を調べた。
（実験１）
図２は、実験装置の構成を模式的に示す図である。
図２に示すように、容量３Ｌのビーカー１０１に、所定の重量濃度となるように石炭粒子と灯油とを混合した原料スラリーを入れ、当該原料スラリーを攪拌するための攪拌機１０２を設置した。攪拌機１０２は、攪拌軸１０２ａの回転に伴って、スラリー内に配置されたパドル１０２ｂが回転し、ビーカー１０１内の原料スラリーを攪拌することができる。尚、ビーカー１０１内壁面に攪拌抵抗となるようにビーカー中心方向に板１０３を突出させて設置した。また、ビーカー１０１の底の流動状態が確認できるように、ビーカー１０１の下方に鏡１０４を配置した。
石炭スラリーは黒色であるが、パドル１０２ｂを回転させたときに、石炭に含まれる白色の粒子（灰分の多い石炭粒子）が運動しているのが認められるので、これを流動状態の目安とした。
そして、パドル１０２ｂの回転数を連続的に増加させていき、攪拌軸１０２ａの真下（ビーカー１０１の底）に集まる石炭粒子の集合体が消える直前の攪拌機１０２の回転数（回転速度）とトルク値とから必要最小攪拌動力を算出した。
尚、必要最小攪拌動力は、原料スラリーの重量濃度が、約３５ｗｔ％、約４１ｗｔ％、約５１ｗｔ％の場合について、それぞれ算出した。
図３は、実験により得られた原料スラリーの重量濃度と相対必要最小攪拌動力との関係を示す図である。尚、図３において、相対必要最小攪拌動力は、原料スラリーの重量濃度が４０ｗｔ％の時の必要最小攪拌動力を１．０とした相対値である。
図３に示すように、原料スラリーの重量濃度Ｘと、相対必要最小攪拌動力Ｐｒとは以下の式に示す関係にある。
Ｐｒ＝Ａ×ＸＢ１ ・・・式（１）
Ａ１＝２．１５７−１０、Ｂ１＝６．０３１
尚、使用する石炭粒子の粒径分布や炭種等が異なる場合においても、定数Ａ１、Ｂ１の値を、使用する石炭粒子の粒径分布や炭種等によって定まる所定の値とすることで、前記式（１）と同様の式を用いて原料スラリーの重量濃度Ｘと相対必要最小攪拌動力Ｐｒとの関係を適切に表すことができる。
この実験結果から、原料スラリーの重量濃度Ｘが増加するほど、当該原料スラリーのスラリー状態を維持するために必要な攪拌動力Ｐが、所定の定数をＢとして、重量濃度ＸのＢ乗に比例して増加することが分かる。即ち、原料スラリーの重量濃度Ｘが低い場合は、当該原料スラリーのスラリー状態を維持するために必要な攪拌動力Ｐを小さくすることができることが分かる。
ここで、混合槽１および蒸発槽２における原料スラリーの重量濃度を測定したところ、混合槽１における重量濃度は、約４８ｗｔ％、蒸発槽２における重量濃度は、約３０ｗｔ％であり、蒸発槽２においては、混合槽１よりも原料スラリーの重量濃度が低いことが分かる。
したがって、第１実施形態の固形燃料の製造装置１００のように、第２攪拌機２０の攪拌動力を、第１攪拌機１０の攪拌動力よりも小さくしても、蒸発槽２において多孔質炭が沈降して堆積することを防ぐことができる。即ち、製造装置１００の構成によれば、多孔質炭が沈降して堆積することを防ぎつつ第２攪拌機２０の攪拌動力を低減することができ、結果として、固形燃料の製造工程において投入するエネルギーを低減することができる。
また、本実施形態で示したように、含水率が約４５％で、且つ、粒径１ｍｍ以上の石炭粒子が、混合槽１に投入される石炭粒子全体の３０％以下となるように調整された多孔質炭を用いて、混合槽１におけるスラリー中の多孔質炭の重量濃度が約５０ｗｔ％となるように混合油を混合槽１に投入した場合、蒸発工程における攪拌動力は、少なくとも混合工程における攪拌動力の約１／２でスラリー状態を維持することができる。したがって、混合槽１に投入する多孔質炭および混合油を上記本実施形態で示した条件とすることで、簡易な構成で、スラリー状態を維持しながら、攪拌手段への投入エネルギーを半減することができる。
尚、本実施形態で示す多孔質炭および混合油の条件に限定されず、混合工程において、（１）粒径が１ｍｍ以上の石炭粒子が、石炭粒子全体の３０％以下となるように調整された多孔質炭を用い、（２）油炭比をＲ、含水率をα、定数γ＝０．８９、η＝０．９０、としたときに、以下の式（Ａ）を満たすように、混合槽１に、当該多孔質炭と当該混合油を投入することで、蒸発工程における攪拌動力を、スラリー状態を維持しつつ、混合工程における攪拌動力の１／２以下にすることができる。
Ｒ＞{γ×（１−１．７αη）−（１−αη）}／{（１−α）×（１−αη−γ）}
・・・式（Ａ）
上記式（Ａ）を満たすことで、攪拌動力を１／２以下にすることができる理由を、以下に示す。
粒径が１ｍｍ以上の石炭粒子が、石炭粒子全体の３０％以下となるように調整された多孔質炭を用いた場合、上記式（１）におけるＢ１の値は、約６．０３１となる。
スラリーの重量濃度Ｘは、含水率αと、油炭比Ｒと、を用いて、以下の式（ａ１）で表される。
Ｘ＝１／{Ｒ（１−α）＋１} ・・・式（ａ１）
ここで、発明者は、蒸発工程において、多孔質炭に含まれる水分が蒸発するのと同時に、当該蒸発した水の重量の約７０％に等しい混合油が留出することを知見している。これにより、蒸発工程において、多孔質炭に含まれる水分のうちの９０％が蒸発したときのスラリーの重量濃度Ｘ’を以下の式（ａ２）で近似することができる。尚、当該式（ａ２）においてη＝０．９０である。
Ｘ’＝{１−０．９α}／{Ｒ（１−α）＋１−１．７αη} ・・・式（ａ２）
ここで、式（１）から、スラリーの重量濃度がＸのときの相対必要最小攪拌動力Ｐに対する、スラリーの重量濃度がＸ’のときの相対必要最小攪拌動力Ｐ’の比（以下、攪拌動力比と記載する）は、以下の式（ａ３）で表される。
Ｐ’／Ｐ＝（Ｘ’／Ｘ）６．０３１ ・・・式（ａ３）
上記式（ａ１）、（ａ２）、（ａ３）の関係から、上記式（Ａ）を満たす場合には、攪拌動力比Ｐ’／Ｐは、１／２よりも小さくなる。
尚、油炭比Ｒが、上記式（Ａ）の範囲外に設定された場合、攪拌動力比が急激に大きくなるため、攪拌動力比が約１／２となるように条件を設定することが好ましい。
また、本実施形態においては、混合槽１には、含水率が２５〜６０％の多孔質炭が粉砕されて投入される。この点、原料として用いる多孔質炭の含水率が多くなるにつれ、上述した固形燃料を製造するプロセスにおけるエネルギー効率（投入した全エネルギーに対する回収される石炭が持つエネルギーの割合）は低下するが、含水率が６０％を超えるとエネルギー効率は９０％よりも低下し、当該固形燃料の製造プロセスの経済性が急激に低下してしまう。従って、含水率は６０％以下であることが望ましい。また、含水率が２５％以下の石炭は、直接燃焼しても十分高い発熱量を持つ。そのため、水分を蒸発させるなどして脱水する必要はない。従って、含水率は２５％以上であることが望ましい。
また、本実施形態においては、混合槽１において、スラリーの重量濃度は、４０〜５５ｗｔ％の範囲内となるように調整される。これは、スラリーの重量濃度が５５％を超えるとスラリーの攪拌に必要な攪拌動力が著しく大きくなってしまうためであり、また、スラリーの重量濃度が４０ｗｔ％よりも小さい場合は、多孔質炭を加熱する効率が悪いからである。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係る固形燃料の製造装置について説明する。
図４は、本発明の第２実施形態に係る固形燃料の製造装置を示す図である。
第２実施形態に係る製造装置２００は、減圧槽３を更に備える点で第１実施形態に係る製造装置１００と異なる。また、各槽のスラリーの重量濃度を測定する濃度測定器８１，８２，８３を更に備え、当該濃度測定器８１，８２，８３の測定結果に基づいて攪拌制御される点で第１実施形態に係る製造装置１００と異なる。その他の構成は第１実施形態に係る製造装置１００と同様であるため、同一部材には同一符号を付し、説明を省略する。
混合槽１の循環流路１１には、スラリーの重量濃度を測定する第１濃度測定器８１を備えた第１サンプリングポット１１ａが介設されている。この第１濃度測定器８１は、信号線を介して制御装置７１（第２制御装置）と接続されている。
蒸発槽２の下流側循環流路２６には、スラリーの重量濃度を測定する第２濃度測定器８２を備えた第２サンプリングポット２６ａが介設されている。この第２濃度測定器８２は、信号線を介して制御装置７１と接続されている。
減圧槽３は、蒸発槽２で水分蒸発処理された脱水スラリーが供給され、蒸発槽２よりも減圧された状態で当該脱水スラリーの水分を更に蒸発させるための槽である。第２実施形態においては、蒸発槽２の内部は、２〜１５気圧の加圧状態とされ、減圧槽３内部の圧力は、大気圧となるように調整される。
また、この減圧槽３には、第３攪拌機３０（第３攪拌手段）が設けられている。
この第３攪拌機３０は、第１攪拌機１０および第２攪拌機２０と同様に、例えば、攪拌羽根３０ａと、当該攪拌羽根を回転させるためのモータ３０ｂとを有して構成される。そして、モータ３０ｂを駆動して攪拌羽根３０ａを回転させることにより、減圧槽３内の脱水スラリーを攪拌することができる。
また、減圧槽３は、その下流側で減圧槽３の下部から脱水スラリーをスラリーポンプ３２を介して減圧槽３の上部へ導入する下流側循環流路３１，３３，３４を有している。この下流側循環流路３１には、スラリーの重量濃度を測定する第３濃度測定器８３を備えた第３サンプリングポット３１ａが介設されている。この第３濃度測定器８３は、信号線を介して制御装置７１と接続されている。
蒸発槽２と減圧槽３との間には、脱水スラリー供給流路４２が設けられている。この脱水スラリー供給流路４２は、下流側循環流路２６，２８，２９と減圧槽３とを連通する流路である。
減圧槽３と固液分離器４との間には、脱水スラリー供給流路４３が設けられている。この脱水スラリー供給流路４３は、下流側循環流路３１，３３，３４と固液分離器４とを連通する流路である。
また、製造装置２００は、第１攪拌機１０のモータ１０ｂ、第２攪拌機２０のモータ２０ｂおよび第３攪拌機３０のモータ３０ｂを制御するための制御装置７１を備えている。
この制御装置７１は、第１濃度測定器８１および第２濃度測定器８２によって測定された重量濃度と、第１攪拌機１０に投入する電力（攪拌動力）とに基づいて、第２攪拌機２０に投入する電力を制御する。
具体的には、第１攪拌機１０に投入する電力をＰ１、第２攪拌機２０に投入する電力をＰ２、第１濃度測定器８１で測定された重量濃度をＸ１、第２濃度測定器８２で測定された重量濃度をＸ２、Ｂを所定の定数としたときに、
Ｐ２＝Ｐ１×（Ｘ２／Ｘ１）Ｂ２ ・・・式（２）
となるように、第２攪拌機２０に投入する電力を制御する。
ここで、前記式（２）における定数Ｂ２の値は、例えば以下のようにして予め設定される。
上記実験１と同様の実験を、製造装置２００で使用する原料スラリーについて行う。即ち、製造装置２００で使用する原料スラリーについて、複数のスラリーの重量濃度で、当該スラリーの必要最小攪拌動力を測定する。そして、測定結果に近似するように、前記式（１）における定数Ｂ１（およびＡ１）を決定する。このようにして決定された定数Ｂ１の値を、式（２）の定数Ｂ２として設定できる。
また、制御装置７１は、第１濃度測定器８１および第３濃度測定器８３によって測定された重量濃度と、第１攪拌機１０に投入する電力とに基づいて、第３攪拌機３０に投入する電力を制御する。
具体的には、第１攪拌機１０に投入する電力をＰ１、第３攪拌機３０に投入する電力をＰ３、第１濃度測定器８１で測定された重量濃度をＸ１、第３濃度測定器８３で測定された重量濃度をＸ３、Ｂを所定の定数としたときに、
Ｐ３＝Ｐ１×（Ｘ３／Ｘ１）Ｂ２ ・・・式（３）
となるように、第３攪拌機３０に投入する電力を制御する。
ここで、定数Ｂ２は、第２攪拌機２０の制御のための前記式（２）に用いた値である。
尚、混合槽１においては、制御装置７１により第１攪拌機１０が予め設定された所定の回転数となるように駆動される。即ち、第１攪拌機１０は、所定の攪拌動力で駆動される。
第１攪拌機１０の回転数は、予め実験等により、混合槽１において沈降によって多孔質炭が堆積しない回転数を求めておき、当該回転数を用いることができる。
次に、製造装置２００を用いた固形燃料の製造方法について説明する。尚、第１実施形態と同じ部分は適宜省略して説明する。
（混合工程）
混合槽１においては、多孔質炭を、重質油分および溶媒油分を含む混合油と混合して原料スラリーとされる。尚、第１攪拌機１０は、予め設定された所定の攪拌動力で駆動される。
（蒸発工程）
原料スラリーは、熱交換器２５Ａ，２５Ｂにより、例えば、１００℃〜２５０℃に加熱され、蒸発槽２に入るので、当該蒸発槽２にて、原料スラリー中の多孔質炭に含まれる水分が蒸発して脱水される。尚、第２攪拌機２０は、制御装置７１により前記式（２）に基づいて制御される。
（減圧工程）
前記蒸発工程で脱水された脱水スラリーは、下流側循環流路２６，２８，２９から分岐した脱水スラリー供給流路４２を通って減圧槽３へ入る。減圧槽３は、蒸発槽２よりも減圧されているとともに、下流側循環流路３１，３３，３４において熱交換器３５で脱水スラリーが加熱されるので、当該減圧槽３にて、脱水スラリー中の多孔質炭に含まれる水分が更に蒸発して脱水される。尚、第３攪拌機３０は、制御装置７１により前記式（３）に基づいて制御される。
（固液分離工程）
前記減圧工程で更に脱水された脱水スラリーは、下流側循環流路３１，３３，３４から分岐している脱水スラリー供給流路４３を通って固液分離器４に入り、固液分離され、固体分（改質多孔質炭）と液体分（混合油）とが得られる。
その後、第１実施形態と同様に、循環工程および乾燥工程が行われる。
尚、減圧槽３内は大気圧まで減圧されているため、減圧槽３から固液分離器４にスラリーが移行される際の雰囲気圧力の低下が抑制される。これにより、固液分離器４内で気相が生じることを防ぐことができる。
ここで、第２実施形態に係る製造装置２００を用いて、上述した混合工程、蒸発工程、減圧工程を行った場合に、濃度測定器８１，８２，８３によって測定されたスラリーの重量濃度の一例を以下に示す。
第１濃度測定器８１（混合槽１）・・・約４８ｗｔ％
第２濃度測定器８２（蒸発槽２）・・・約３０ｗｔ％
第３濃度測定器８３（減圧槽３）・・・約３３ｗｔ％
このように、混合槽１に比べ、蒸発槽２および減圧槽３のスラリーの重量濃度は低いため、製造装置２００においては、前記式（２）および前記式（３）に基づいて、第１攪拌機１０の攪拌動力に比べ、第２攪拌機２０および第３攪拌機３０の攪拌動力が小さくなるように制御される。
また、上記の濃度測定結果から、蒸発槽２に比べ、減圧槽３のスラリーの重量濃度は高いことが分かる。このため、製造装置２００においては、前記式（２）および前記式（３）に基づいて第２攪拌機２０と第３攪拌機３０とが制御されることにより、第２攪拌機２０の攪拌動力に比べ、第３攪拌機３０の攪拌動力が大きくなる。尚、蒸発槽２に比べて、減圧槽３のスラリーの重量濃度が高いのは、減圧槽３での圧力減少に伴い、混合油の蒸発が助長されたことが原因の一つと考えられる。
以上説明したように、第２実施形態に係る製造装置２００は、混合槽１のスラリーの重量濃度を測定する第１濃度測定器８１と、蒸発槽２のスラリーの重量濃度を測定する第２濃度測定器８２と、第１濃度測定器８１および第２濃度測定器８２によって測定された重量濃度と、第１攪拌機１０の攪拌動力とに基づいて、第２攪拌機２０の攪拌動力を制御する制御装置７１と、を備える。
この構成によると、蒸発槽２のスラリーの重量濃度に応じて、自動的に第２攪拌機２０の攪拌動力が調整されるので、より効率よくスラリーを攪拌することができる。また、混合槽１における攪拌動力およびスラリーの重量濃度に基づいて第２攪拌機２０の攪拌動力が制御されるので、より確実にスラリー状態を維持することができる。
また、製造装置２００における制御装置７１は、前記式（２）に基づいて、第２攪拌機２０の攪拌動力を制御する。
本願発明者は、上述の実験１等により、スラリーの重量濃度Ｘが増加するほど、当該スラリーのスラリー状態を維持するために必要な攪拌動力Ｐが、所定の定数をＢとして、重量濃度ＸのＢ乗に比例して増加することを新たに知見した。
混合槽１において、スラリー状態を維持できるように第１攪拌機１０を駆動させているため、前記式（２）に基づき、第２攪拌機２０の攪拌動力を制御することで、蒸発槽２においてもスラリー状態を維持することが可能になる。これにより、第２攪拌機２０の攪拌動力を低減して、より効率よくスラリーを攪拌することが可能になる。
また、製造装置２００は、蒸発槽２で水分蒸発処理された脱水スラリーが供給され、蒸発槽２よりも減圧された状態で脱水スラリーを水分蒸発処理する減圧槽３と、減圧槽３において脱水スラリーを攪拌する第３攪拌機３０と、を備える。そして、第３攪拌機３０は、第１攪拌機１０の攪拌動力よりも小さい攪拌動力で駆動される。
この構成によると、混合槽１および減圧槽３において沈降による多孔質炭の堆積を防ぎつつ、第３攪拌機３０の攪拌動力を第１攪拌機１０の攪拌動力よりも小さくすることができる。これにより、固形燃料の製造工程において投入するエネルギーを低減することができる。
また、製造装置２００は、混合槽１の原料スラリーの重量濃度を測定する第１濃度測定器８１と、減圧槽３の脱水スラリーの重量濃度を測定する第３濃度測定器８３と、第１濃度測定器８１および第３濃度測定器８３によって測定された重量濃度と、第１攪拌機１０の攪拌動力とに基づいて、第３攪拌機３０の攪拌動力を制御する制御装置７１と、を備える。
この構成によると、第１濃度測定器８１および第３濃度測定器８３によって測定された重量濃度と、第１攪拌機１０の攪拌動力とに基づいて、第１攪拌機１０の攪拌動力よりも小さくなるように第３攪拌機３０を制御することで、より効率よくスラリーを攪拌することが可能になる。
また、製造装置２００における制御装置７１は、前記式（３）に基づいて、第３攪拌機３０の攪拌動力を制御する。
この構成によると、混合槽１において、スラリー状態を維持できるように第１攪拌機１０を駆動させているため、減圧槽３においても、第３攪拌機３０の攪拌によりスラリー状態を維持することが可能になる。これにより、第３攪拌機３０の攪拌動力を低減して、より効率よくスラリーを攪拌することが可能になる。
［第３実施形態］
次に、第３実施形態に係る固形燃料の製造装置について説明する。
図５は、本発明の第３実施形態に係る固形燃料の製造装置を示す図である。
第３実施形態に係る製造装置３００は、混合槽１、蒸発槽２および減圧槽３に、それぞれ、第１制御装置９１、第２制御装置９２および第３制御装置９３を備えており、攪拌機１０，２０，３０の制御方法が異なる点で第２実施形態と異なる。その他の構成は第２実施形態に係る製造装置２００と同様であるため、同一部材には同一符号を付し、説明を省略する。
混合工程において、第１制御装置９１は、第１濃度測定器８１によって測定された重量濃度に基づいて、第１攪拌機１０の攪拌動力を制御する。また、蒸発工程において、第２制御装置９２は、第２濃度測定器８２によって測定された重量濃度に基づいて、第２攪拌機２０の攪拌動力を制御する。また、減圧工程において、第３制御装置９３は、第３濃度測定器８３によって測定された重量濃度に基づいて、第３攪拌機３０の攪拌動力を制御する。
このとき、制御装置９１，９２，９３は、それぞれ、攪拌機１０，２０，３０の攪拌動力をＰ、濃度測定器８１，８２，８３で測定された重量濃度をＸ、Ａ３およびＢ３を所定の定数としたときに、
Ｐ＝Ａ３×ＸＢ３ ・・・式（４）
となるように、攪拌機１０，２０，３０の攪拌動力を制御する。
ここで、前記式（４）における定数Ａ３およびＢ３の値は、例えば以下のようにして予め設定される。
上記実験１と同様の実験を、製造装置３００で使用する原料スラリーについて行う。即ち、製造装置３００で使用する原料スラリーについて、複数のスラリーの重量濃度で、当該スラリーの必要最小攪拌動力を測定する。そして、測定結果に近似するように、前記式（１）における定数Ａ１およびＢ１を決定する。このようにして決定された定数Ａ１およびＢ１の値を、それぞれ、式（４）の定数Ａ３およびＢ３として設定できる。
以上説明したように、第３実施形態に係る固形燃料の製造装置３００は、混合槽１のスラリーの重量濃度を測定する第１濃度測定器８１と、蒸発槽２のスラリーの重量濃度を測定する第２濃度測定器８２と、減圧槽３のスラリーの重量濃度を測定する第３濃度測定器８３とを備える。更に、第１濃度測定器８１によって測定された重量濃度に基づいて第１攪拌機１０の攪拌動力を制御する第１制御装置９１と、第２濃度測定器８２によって測定された重量濃度に基づいて第２攪拌機２０の攪拌動力を制御する第２制御装置９２と、第３濃度測定器８３によって測定された重量濃度に基づいて第３攪拌機３０の攪拌動力を制御する第３制御装置９３とを備える。
この構成によると、混合槽１、蒸発槽２および減圧槽３の攪拌動力が、各槽のスラリーの重量濃度に基づいて制御されるので、重量濃度に対応した適切な攪拌動力で第１攪拌機１０、第２攪拌機２０および第３攪拌機３０を駆動させることができる。これにより、効率よく攪拌機１０，２０，３０を制御することができる。
また、第３実施形態に係る製造装置３００の制御装置９１，９２，９３は、それぞれ、前記式（４）に基づいて、攪拌機１０，２０，３０の攪拌動力を制御する。
この構成によると、混合槽１、蒸発槽２および減圧槽３において、スラリーの重量濃度が低い場合は、攪拌動力を低減することができるため、より効率よくスラリーを攪拌できる。
このように、第３実施形態に係る製造装置２００においては、一の槽を攪拌する攪拌機の制御を、他の槽の重量濃度および攪拌動力によらず、当該一の槽のスラリーの重量濃度のみに基づいて行うことができるため、制御系統を簡易な構成とすることができる。
尚、第３実施形態においては、混合槽１のスラリーを攪拌する第１攪拌機１０の攪拌動力が、当該混合槽１のスラリーの重量濃度に基づいて、スラリー状態を維持し得るような攪拌動力に自動的に制御されるので、混合槽１を効率よく攪拌することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することができるものである。例えば、以下のように変更して実施することができる。
本実施形態においては、混合槽１、蒸発槽２および減圧槽３等に収容されたスラリーを攪拌するための攪拌手段として、攪拌羽根を備える攪拌機を用いているがこの場合に限定されない。例えば、槽内のスラリーを循環させる専用流路及び循環専用のスラリーポンプを設けることにより攪拌手段を構成してもよい。この場合、当該循環専用のスラリーポンプの動力を攪拌動力として、上記実施形態で攪拌機を制御したのと同様にして当該スラリーポンプを制御することができる。また、当該循環専用のスラリーポンプ及び実施形態に示した攪拌機との双方を攪拌手段として用いてもよい。
本発明の第１実施形態に係る固形燃料の製造装置を示す図である。 実験装置の構成を模式的に示す図である。 実験により得られた原料スラリーの重量濃度と相対必要最小攪拌動力との関係を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る固形燃料の製造装置を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る固形燃料の製造装置を示す図である。
符号の説明
１ 混合槽
２ 蒸発槽
３ 減圧槽
１０ 第１攪拌機（第１攪拌手段）
２０ 第２攪拌機（第２攪拌手段）
３０ 第３攪拌機（第３攪拌手段）
８１ 第１濃度測定器
８２ 第２濃度測定器
８３ 第３濃度測定器
７０、７１、９１〜９３ 制御装置
１００、２００、３００ 製造装置

Claims (11)

  1. 多孔質炭を、重質油分および溶媒油分を含む混合油と混合してスラリーを得る混合槽と、
    前記スラリーを水分蒸発処理する蒸発槽と、
    前記混合槽において前記スラリーを攪拌する第１攪拌手段と、
    前記蒸発槽において前記スラリーを攪拌する第２攪拌手段と、
    前記混合槽の前記スラリーの濃度を測定する第１濃度測定器と、
    前記蒸発槽の前記スラリーの濃度を測定する第２濃度測定器と、
    前記第１濃度測定器および前記第２濃度測定器によって測定された濃度と、第１攪拌手段の攪拌動力とに対応した攪拌動力となるように、前記第２攪拌手段の攪拌動力を制御する第２制御装置と、
    を備え、
    前記第２攪拌手段は、前記第１攪拌手段の攪拌動力よりも小さい攪拌動力で駆動され、
    前記第２制御装置は、前記第１攪拌手段の攪拌動力をＰ１、前記第２攪拌手段の攪拌動力をＰ２、前記第１濃度測定器で測定された濃度をＸ１、前記第２濃度測定器で測定された濃度をＸ２、Ｂを所定の定数としたときに、
    Ｐ２＝Ｐ１×（Ｘ２／Ｘ１） Ｂ
    となるように、前記第２攪拌手段の攪拌動力を制御する固形燃料の製造装置。
  2. 多孔質炭を、重質油分および溶媒油分を含む混合油と混合してスラリーを得る混合槽と、
    前記スラリーを水分蒸発処理する蒸発槽と、
    前記混合槽において前記スラリーを攪拌する第１攪拌手段と、
    前記蒸発槽において前記スラリーを攪拌する第２攪拌手段と、
    前記混合槽の前記スラリーの濃度を測定する第１濃度測定器と、
    前記第１濃度測定器によって測定された濃度に対応した攪拌動力となるように、前記第１攪拌手段の攪拌動力を制御する第１制御装置と、
    前記蒸発槽の前記スラリーの濃度を測定する第２濃度測定器と、
    前記第２濃度測定器によって測定された濃度に対応した攪拌動力となるように、前記第２攪拌手段の攪拌動力を制御する第２制御装置と、
    を備え、
    前記第２攪拌手段は、前記第１攪拌手段の攪拌動力よりも小さい攪拌動力で駆動され、
    前記第１制御装置および前記第２制御装置は、前記攪拌手段の攪拌動力をＰ、前記濃度測定器で測定された濃度をＸ、ＡおよびＢを所定の定数としたときに、
    Ｐ＝Ａ×Ｘ Ｂ
    となるように、前記第１攪拌手段および前記第２攪拌手段の攪拌動力を制御する固形燃料の製造装置。
  3. 前記蒸発槽で水分蒸発処理された前記スラリーが供給され、前記蒸発槽よりも減圧された状態で当該スラリーを水分蒸発処理する減圧槽と、
    前記減圧槽において前記スラリーを攪拌する第３攪拌手段と、
    を備え、
    前記第３攪拌手段は、前記第１攪拌手段の攪拌動力よりも小さい攪拌動力で駆動される請求項１又は２に記載の固形燃料の製造装置。
  4. 前記減圧槽の前記スラリーの濃度を測定する第３濃度測定器と、
    前記第１濃度測定器および前記第３濃度測定器によって測定された濃度と、第１攪拌手段の攪拌動力とに対応した攪拌動力となるように、前記第３攪拌手段の攪拌動力を制御する第３制御装置と、
    を備え、
    前記第３制御装置は、前記第１攪拌手段の攪拌動力をＰ１、前記第３攪拌手段の攪拌動力をＰ３、前記第１濃度測定器で測定された濃度をＸ１、前記第３濃度測定器で測定された濃度をＸ３、Ｂを所定の定数としたときに、
    Ｐ３＝Ｐ１×（Ｘ３／Ｘ１） Ｂ
    となるように、前記第３攪拌手段の攪拌動力を制御する請求項３に記載の固形燃料の製造装置。
  5. 前記第１濃度測定器によって測定された濃度に対応した攪拌動力となるように、前記第１攪拌手段の攪拌動力を制御する第１制御装置と、
    前記減圧槽の前記スラリーの濃度を測定する第３濃度測定器と、
    前記第３濃度測定器によって測定された濃度に対応した攪拌動力となるように、前記第３攪拌手段の攪拌動力を制御する第３制御装置と、
    を備え、
    前記第１制御装置および前記第３制御装置は、前記攪拌手段の攪拌動力をＰ、前記濃度測定器で測定された濃度をＸ、ＡおよびＢを所定の定数としたときに、
    Ｐ＝Ａ×Ｘ Ｂ
    となるように、前記第１攪拌手段および前記第３攪拌手段の攪拌動力を制御する請求項３に記載の固形燃料の製造装置。
  6. 多孔質炭を、重質油分および溶媒油分を含む混合油と混合してスラリーを得る混合工程と、
    前記混合工程において前記スラリーを攪拌する攪拌動力よりも小さい攪拌動力で、前記スラリーを攪拌しながら当該スラリーを水分蒸発処理する蒸発工程と、
    を備え、
    前記蒸発工程において、前記混合工程および当該蒸発工程における前記スラリーの濃度と、前記混合工程において前記スラリーを攪拌する攪拌動力とに対応した攪拌動力で、当該スラリーを攪拌し、
    前記混合工程において前記スラリーを攪拌する攪拌動力をＰ１、前記蒸発工程において前記スラリーを攪拌する攪拌動力をＰ２、前記混合工程における前記スラリーの濃度をＸ１、前記蒸発工程における前記スラリーの濃度をＸ２、Ｂを所定の定数としたときに、
    Ｐ２＝Ｐ１×（Ｘ２／Ｘ１） Ｂ
    となるように、前記蒸発工程おいて前記スラリーを攪拌する固形燃料の製造方法。
  7. 多孔質炭を、重質油分および溶媒油分を含む混合油と混合してスラリーを得る混合工程と、
    前記混合工程において前記スラリーを攪拌する攪拌動力よりも小さい攪拌動力で、前記スラリーを攪拌しながら当該スラリーを水分蒸発処理する蒸発工程と、
    を備え、
    前記混合工程において、当該混合工程における前記スラリーの濃度に対応した攪拌動力で、当該スラリーを攪拌し、
    前記蒸発工程において、当該蒸発工程における前記スラリーの濃度に対応した攪拌動力で、当該スラリーを攪拌し、
    前記スラリーを攪拌する攪拌動力をＰ、前記スラリーの濃度をＸ、ＡおよびＢを所定の定数としたときに、
    Ｐ＝Ａ×Ｘ Ｂ
    となるように、前記混合工程および前記蒸発工程おいて前記スラリーを攪拌する固形燃料の製造方法。
  8. 前記混合工程において、
    （１）粒径が１ｍｍ以上の石炭粒子の重量が、石炭粒子全体の重量の３０％以下となるように調整された多孔質炭を用い、
    （２）多孔質炭の含水率をα、多孔質炭の乾燥基準重量に対する混合油の重量比である油炭比をＲ、定数γ＝０．８９、η＝０．９０、としたときに、
    Ｒ＞{γ×（１−１．７αη）−（１−αη）}／{（１−α）×（１−αη−γ）}
    の式を満たすように、多孔質炭を混合油と混合するための混合槽に、多孔質炭と混合油とが投入される、
    請求項６又は７に記載の固形燃料の製造方法。
  9. 前記蒸発工程で水分蒸発処理された前記スラリーを、当該蒸発工程よりも減圧された状態で、且つ、前記混合工程において前記スラリーを攪拌する攪拌動力よりも小さい攪拌動力で、攪拌しながら当該スラリーを水分蒸発処理する減圧工程を備える請求項６乃至請求項８のいずれか一項に記載の固形燃料の製造方法。
  10. 前記減圧工程において、前記混合工程および当該減圧工程における前記スラリーの濃度と、前記混合工程における攪拌動力とに対応した攪拌動力で、当該スラリーを攪拌し、
    前記混合工程において前記スラリーを攪拌する攪拌動力をＰ１、前記減圧工程において前記スラリーを攪拌する攪拌動力をＰ３、前記混合工程における前記スラリーの濃度をＸ１、前記減圧工程における前記スラリーの濃度をＸ３、Ｂを所定の定数としたときに、
    Ｐ３＝Ｐ１×（Ｘ３／Ｘ１） Ｂ
    となるように、前記減圧工程において前記スラリーを攪拌する請求項９に記載の固形燃料の製造方法。
  11. 前記混合工程において、当該混合工程における前記スラリーの濃度に対応した攪拌動力で、当該スラリーを攪拌し、
    前記減圧工程において、当該減圧工程における前記スラリーの濃度に対応した攪拌動力で、当該スラリーを攪拌し、
    前記スラリーを攪拌する攪拌動力をＰ、前記スラリーの濃度をＸ、ＡおよびＢを所定の定数としたときに、
    Ｐ＝Ａ×Ｘ Ｂ
    となるように、前記混合工程および前記減圧工程おいて前記スラリーを攪拌する請求項９に記載の固形燃料の製造方法。
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