JP6003003B2 - 溶剤分離方法 - Google Patents

Description

本発明は、石炭から灰分を除去した無灰炭を製造するプロセスで生じる溶剤含有水を溶剤と水とに分離する方法に関する。

無灰炭の製造方法としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。特許文献１には、石炭と溶剤とを混合してスラリーを調製し、得られたスラリーを加熱して溶剤に可溶な石炭成分を抽出し、石炭成分が抽出されたスラリーから溶剤に可溶な石炭成分を含む溶液を分離した後、分離された溶液から溶剤を回収して無灰炭を得る、という無灰炭の製造方法が記載されている。溶剤としては、石炭由来の油分が用いられている。

特開２００５−１２０１８５号公報

ここで、上記したような無灰炭を製造するプロセスにおいて、原料の石炭から水（Ｈ_２Ｏ）が生じる。石炭成分の抽出において、例えば３００〜４２０℃の温度にスラリーは加熱される。このような高温下においては、石炭は熱分解反応を起こし、メタン（ＣＨ_４）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、水（Ｈ_２Ｏ）などが発生する。また、原料の石炭は、そもそも水分を含んでおり、溶剤による石炭成分の抽出に際し、石炭から水分が分離する。

熱分解により石炭から発生した水（Ｈ_２Ｏ）、および石炭成分の抽出に際し石炭から分離した水分（Ｈ_２Ｏ）は、無灰炭製造設備の系外にガス（水蒸気）として排出されるのであるが、ガス中には溶剤が多く混入している（溶剤含有水）。そのため、当該ガスを全て廃棄してしまうと溶剤のロスが非常に大きくなり、新たに多くの溶剤を補充する必要が生じる。その結果、ランニングコストが増加してしまう。

また、溶剤を含有するガスを廃棄するには、例えば吸着剤を用いてガス中から溶剤を除去する処理が必要となり、ガス中に含まれる溶剤の量が多い場合、処理コストが非常に大きくなってしまう。また、吸着剤に吸着させた溶剤を、吸着剤から分離することは容易でなく、すなわち、吸着処理した溶剤を再利用することは難しい。

更に、溶剤を含有するガスは、例えば３００〜４２０℃の高温であり、当該ガスを温度が高いまま排出してしまうと非常に大きな損失となってしまう。そのため、当該ガスの排熱を有効利用することが求められる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、無灰炭を製造するプロセスで生じる溶剤含有水に含まれる溶剤を再利用して、溶剤のロスを抑えつつ、無灰炭を製造するプロセスで生じる溶剤含有水が有する排熱を有効利用することができる方法を提供することである。

本発明は、石炭と溶剤とを混合してスラリーを調製するスラリー調整工程と、前記スラリー調整工程で得られたスラリーを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から溶剤に可溶な石炭成分を含む溶液を分離する分離工程と、前記分離工程で分離された溶液から溶剤を蒸発分離して無灰炭を得る無灰炭取得工程と、を備える、無灰炭を製造するプロセスで生じる溶剤含有水を溶剤と水とに分離する溶剤分離方法であって、前記溶剤含有水と液体との間で熱交換させることで、前記溶剤含有水が有する排熱を前記液体で回収する排熱回収工程と、前記排熱回収工程を経た前記溶剤含有水を溶剤分離用圧力容器に供給する溶剤含有水供給工程と、前記溶剤分離用圧力容器内の前記溶剤含有水の温度を、予め測定された溶剤と水とが密度の差により分離する温度に保持し、前記溶剤分離用圧力容器内で液体の水を下降させるとともに溶剤を上昇させることで、前記溶剤含有水を溶剤と水とに分離する温度保持工程と、を備えることを特徴とする。

なお、「溶剤含有水」とは、液体状態か気体状態かを問わず、溶剤と水とが混合された状態（混在状態）のもののことをいう。また、「無灰炭を製造するプロセスで生じる」とは、無灰炭製造プロセスのいずれかの部分において副産物として生じる、という意味である。また、「予め測定された溶剤と水とが密度の差により分離する温度」は、予め無灰炭を製造するプロセスで使用する溶剤等を用いて、複数の温度条件下で溶剤含有水を溶剤と水とに分離する実験を行うことにより、その範囲を測定する。

本発明によれば、無灰炭を製造するプロセスで生じる溶剤含有水を、吸着剤などを用いることなく、溶剤と水とに容易に分離している。その結果、無灰炭を製造するプロセスで生じる溶剤含有水に含まれる溶剤を再利用して、溶剤のロスを抑えることができるとともに、水の廃棄処理コストも抑えることができる。また、無灰炭を製造するプロセスで生じる溶剤含有水が有する排熱を、熱交換により回収している。その結果、溶剤含有水が有する排熱を、廃棄することなく有効利用することができる。

溶剤含有水を溶剤と水とに分離するための溶剤分離用圧力容器を備える無灰炭製造設備を示すブロック図である。 溶剤含有水を溶剤と水とに分離するための溶剤分離用圧力容器を備える無灰炭製造設備の別の実施形態を示すブロック図である。 溶剤含有水を溶剤と水とに分離するための溶剤分離用圧力容器を備える無灰炭製造設備の別の実施形態を示すブロック図である。 溶剤含有水を溶剤と水とに分離する分離試験の概要を説明するための図である。 分離試験の結果を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、無灰炭製造設備１００は、無灰炭（ＨＰＣ）製造工程の上流側から順に、石炭ホッパ１・溶剤タンク２、スラリー調製槽３、移送ポンプ４、脱水槽５、熱交換器６、移送ポンプ７、予熱器８、抽出槽９、重力沈降槽１０を備えている。

また、図示しないが、重量沈降槽１０の下流側には、当該重量沈降槽１０で分離された溶剤不溶成分濃縮液（固形分濃縮液）から溶剤を蒸発分離するための（固形分濃縮液から溶剤を分離・回収するための）溶剤分離器が配置されている。

また、無灰炭製造設備１００は、溶剤含有水を溶剤と水とに分離するための溶剤分離用圧力容器１１と、当該溶剤分離用圧力容器１１に供給する溶剤含有水と液体との熱交換を行う排熱回収ボイラ１２と、を備えている。この溶剤分離用圧力容器１１は、脱水槽５に管２３で接続されている。また、排熱回収ボイラ１２は、管２３の途中に管２４で接続されている。また、排熱回収ボイラ１２は、抽出槽９に管２５で接続されている。すなわち、本実施形態では、無灰炭を製造するプロセスのうち抽出工程で生じる気体の溶剤含有水を、脱水槽５及び抽出槽９から溶剤分離用圧力容器１１に供給して液体の溶剤と液体の水とに分離している。

なお、溶剤分離用圧力容器１１は、脱水槽５に管２３で接続されていなくてもよい。しかしながら、溶剤分離用圧力容器１１を、管２３で脱水槽５に接続することで、脱水槽５でスラリーが予備加熱されて蒸発した溶剤含有水を、溶剤分離用圧力容器１１にて溶剤と水とに分離することができる。

また、石炭に含まれる水分濃度が低い場合は、無灰炭製造装置１００は、脱水槽５、熱交換器６、および、移送ポンプ７がなく、移送ポンプ４が予熱器８に接続されていても良い。すなわち、石炭に含まれる水分濃度が低い場合は、無灰炭を製造するプロセスのうち脱水工程を省略しても良い。

さらには、排熱回収ボイラ１２は、管２３の途中に管２４で接続されているのではなく、溶剤分離用圧力容器１１に管２４で接続されていてもよい。即ち、１つの溶剤分離用圧力容器１１が、脱水槽５および排熱回収ボイラ１２を介して抽出槽９の両方に接続されていてもよいし、脱水槽５および排熱回収ボイラ１２を介して抽出槽９のそれぞれに１つずつ溶剤分離用圧力容器１１が接続されていてもよい。

また、溶剤分離用圧力容器１１は、重力沈降槽１０に管などで接続されていてもよい。すなわち、抽出工程で生じる気体の溶剤含有水（溶剤は液体であり、水蒸気に溶剤が混入している）を、重力沈降槽１０から溶剤分離用圧力容器１１に供給して溶剤と水とに分離してもよい。また、溶剤分離用圧力容器１１を重力沈降槽１０に接続することで、重力沈降槽１０で微量の水分が発生した場合、ここで生じた溶剤含有水を溶剤分離用圧力容器１１にて溶剤と水とに分離することができる。

さらには、１つの溶剤分離用圧力容器１１が、抽出槽９および重力沈降槽１０の両方に接続されていてもよいし、抽出槽９および重力沈降槽１０のそれぞれに１つずつ溶剤分離用圧力容器１１が接続されていてもよい。重力沈降槽１０に供給されたスラリーに水分が残存する場合には、重力沈降槽１０から溶剤分離用圧力容器１１に溶剤を含有する気体の溶剤含有水を排出することで水分を除去することができる。

また、溶剤分離用圧力容器１１は、スラリー調整槽３に管などで接続されていてもよい。水分を多く含んだ石炭を扱う場合には、スラリー調整槽３を水の沸点付近である１００〜１２０℃に加温して石炭から水分を蒸発回収し、抽出工程へ送液するスラリー中の水分濃度を減らすことができるためである。ここで生じた溶剤含有水をスラリー調整槽３から溶剤分離用圧力容器１１に供給して溶剤と水とに分離することができる。

また、排熱回収ボイラ１２は、管２５により抽出槽９に接続されている。排熱回収ボイラ１２は、抽出槽６から溶剤分離用圧力容器１１に供給する溶剤含有水と液体との熱交換を行う。また、排熱回収ボイラ１２は、管２４により溶剤分離用圧力容器１１に接続されている管２３の途中に接続される。そして、排熱が回収された溶剤含有水は、管２３を介して溶剤分離用圧力容器１１に供給される。

ここで、図２に示すように、排熱回収ボイラ１２は、脱水槽５に接続された熱交換器６に接続されていても良い。そして、排熱回収ボイラ１２で溶剤含有水が有する排熱を回収することにより発生された蒸気を、脱水槽５に接続された熱交換器６に供給して、熱交換器６における熱交換に利用する。

また、溶剤分離用圧力容器１１に接続されている管２４の途中にタンクを設置してもよい。当該タンクの中で溶剤含有水を一旦液体に凝縮させ（溶剤含有水の温度を低下させることで溶剤含有水を凝縮させる）、その後に再度水の沸点以上の温度に加温することで溶剤含有水から水分を蒸発させる。これにより得られた水分濃度を濃縮させた蒸気（溶剤が混入している）を溶剤分離用圧力容器１１に当該タンクから送る。この工程により、溶剤分離用圧力容器１１に送られる溶剤含有水中の溶剤濃度が低下し、溶剤のロス率をより低下させることができる。なお、当該タンクに残った溶剤は、タンクから抜き出されて再使用される。

（無灰炭を製造するプロセス）
ここで、無灰炭の製造方法（無灰炭を製造するプロセス）は、スラリー調製工程、脱水工程、抽出工程、分離工程、および無灰炭取得工程を有する。以下、これらの各工程について説明しつつ、無灰炭を製造するプロセスで生じる溶剤含有水を溶剤と水とに分離する方法について説明する。なお、無灰炭の製造において原料とする石炭に、特に制限はなく、抽出率（無灰炭回収率）の高い瀝青炭を用いてもよいし、より安価な劣質炭（亜瀝青炭、褐炭）を用いてもよい。また、無灰炭とは、灰分が５重量％以下、好ましくは３重量％以下のもののことをいう。

＜スラリー調製工程＞
スラリー調製工程は、石炭と溶剤とを混合してスラリーを調製する工程である。スラリー調製工程は、図１および図２中、スラリー調製槽３で実施される。原料である石炭が石炭ホッパ１からスラリー調製槽３に投入されるとともに、溶剤タンク２からスラリー調製槽３に溶剤が投入される。スラリー調製槽３に投入された石炭および溶剤は、攪拌機３ａで混合されて石炭と溶剤とからなるスラリーとなる。

石炭と溶剤とを混合して得られるスラリーを加熱して溶剤に可溶な石炭成分を抽出するにあたっては、石炭に対して大きな溶解力を持つ溶媒、多くの場合、芳香族溶剤（水素供与性あるいは非水素供与性の溶剤）と、石炭とを混合して、それを加熱し、石炭中の有機成分を抽出することになる。

非水素供与性溶剤は、主に石炭の乾留生成物から精製した、２環芳香族を主とする溶剤である石炭誘導体である。非水素供与性溶剤の主な成分としては、２環芳香族であるナフタレン、メチルナフタレン、ジメチルナフタレン、トリメチルナフタレン等が挙げられ、その他の非水素供与性溶剤の成分として、脂肪族側鎖を有するナフタレン類、アントラセン類、フルオレン類、また、これらにビフェニルや長鎖脂肪族側鎖を有するアルキルベンゼンが含まれる。なお、テトラリンを代表とする水素供与性の化合物（石炭液化油を含む）を溶剤として用いてもよい。

これら溶剤の比重（同体積の水の重さとの比）は、室温（常温）で約１である。

また、溶剤の沸点は特に制限されるものではない。抽出工程および分離工程での圧力低減、抽出工程での抽出率、無灰炭取得工程などでの溶剤回収率などの観点から、例えば、１８０〜３００℃、特に２４０〜２８０℃の沸点の溶剤が好ましく使用される。

溶剤に対する石炭の混合比率は、例えば、乾燥炭基準で１０〜５０重量％であり、より好ましくは、２０〜３５重量％である。

＜脱水工程＞
脱水工程は、スラリー調製工程で調製されたスラリーを予備加熱して脱水する工程である。脱水工程は、図１および図２中、脱水槽５および熱交換器６で実施される。スラリー調製槽３にて調製されたスラリーは、移送ポンプ４によって、一旦、脱水槽５に供給される。そして、スラリーは、熱交換器６で熱交換されて予備加熱された後、脱水槽５に戻される。熱交換器６において予備加熱されたスラリーは、脱水槽５において攪拌機５ａで攪拌されて、石炭から水分が分離される。即ち、脱水槽５において、スラリーは脱水されて、石炭保有水分量が減少する。

脱水工程でのスラリーの脱水温度は、例えば、水の沸点以上、溶剤の沸点未満の１００〜１５０℃である。

尚、脱水工程は、石炭に含まれる水分濃度が低い場合は、省略することができる。脱水工程を省略した場合、スラリー調製工程で調製されたスラリーは、抽出工程において、加熱されて溶剤に可溶な石炭成分を抽出される（溶剤に溶解させる）。

＜抽出工程＞
抽出工程は、脱水工程で脱水されたスラリーを加熱して溶剤に可溶な石炭成分を抽出する（溶剤に溶解させる）工程である。抽出工程は、図１および図２中、予熱器８および抽出槽９で実施される。脱水槽５にて脱水されたスラリーは、移送ポンプ７によって、一旦、予熱器８に供給されて所定温度まで加熱された後、抽出槽９に供給され、攪拌機９ａで攪拌されながら所定の加熱温度で保持されて抽出が行われる。

抽出工程でのスラリーの加熱温度は、溶剤可溶成分が溶解され得る限り特に制限されず、溶剤可溶成分の十分な溶解と抽出率の向上の観点から、例えば、３００〜４２０℃であり、より好ましくは、３６０〜４００℃である。

また、加熱時間（抽出時間）もまた特に制限されるものではないが、十分な溶解と抽出率の向上の観点から、例えば、１０〜６０分間である。加熱時間は、図１および図２中、予熱器８および抽出槽９での加熱時間を合計したものである。

なお、抽出工程は、窒素などの不活性ガスの存在下で行う。抽出槽９内の圧力は、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。抽出槽９内の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。

（溶剤と水との分離方法）
上記したように、石炭成分の抽出において、抽出槽９で例えば３００〜４２０℃の温度にスラリーは加熱される。ここで、このような高温下においては、石炭は熱分解反応を起こし、メタン（ＣＨ_４）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、水（Ｈ_２Ｏ）などが発生する。また、原料の石炭は、そもそも水分を含んでおり、水は溶剤に不溶なので、溶剤による石炭成分の抽出に際し、石炭から水分が分離する。ここで、無灰炭を製造するプロセスで生じる溶剤含有水を溶剤と水とに分離する方法は、排熱回収工程、溶剤含有水供給工程と、温度保持工程を有する。以下、これらの各工程について説明する。

＜排熱回収工程＞
排熱回収工程は、溶剤含有水が有する排熱を回収する工程である。排熱回収工程は、図１および図２中、排熱回収ボイラ１２で実施される。抽出槽９において熱分解により石炭から発生した水（Ｈ２Ｏ）、および石炭成分の抽出に際し石炭から分離した水分（Ｈ２Ｏ）は、溶剤を含有したガス状態（溶剤含有水蒸気の状態）で、管２５を介して排熱回収ボイラ１２に供給される。ここで、抽出工程において加熱されたガス状態の溶剤含有水は、上述の通り、例えば３００〜４２０℃の温度である。

排熱回収ボイラ１２では、抽出槽９から溶剤分離用圧力容器１１に供給する溶剤含有水蒸気と液体とが熱交換されることで、溶剤含有水が有する排熱を回収して、温度保持工程において溶剤含有水を溶剤分離用圧力容器で保持される温度に近い温度に低下させる。溶剤含有水と熱交換を行う液体として、脱塩水を使用することができる。すなわち、抽出槽９から溶剤分離用圧力容器１１に供給する溶剤含有水と、例えば常温の脱塩水との熱交換により、蒸気を発生させて、溶剤含有水が有する排熱を回収する。尚、溶剤含有水と熱交換を行う液体として、無灰炭を製造するプロセスで生じるスチームコンデンセートを利用してもよい。ここで、排熱回収ボイラ１２で溶剤含有水が有する排熱を回収することにより、例えば１３０〜２３０℃の温度の蒸気が発生される。また、排熱回収ボイラ１２で排熱が回収された溶剤含有水は、例えば１５０〜２５０℃の温度に低下され、管２４に供給される。尚、排熱回収ボイラ１２で排熱が回収された溶剤含有水の温度及び排熱回収ボイラ１２で排熱を回収することにより生じる蒸気の温度は、排熱回収ボイラ１２における設計条件等により変化する。

また、図２に示すように、排熱回収ボイラ１２は、脱水槽５に接続された熱交換器６に接続されている場合、排熱回収ボイラ１２で溶剤含有水が有する排熱を回収することにより発生された、例えば１８０〜２３０℃の温度の蒸気が、脱水槽５に接続された熱交換器６に供給される。そして、熱交換器６で脱水槽５内のスラリーと熱交換器６に供給された蒸気とで熱交換を行い、脱水槽５内のスラリーを、例えば１００〜１５０℃の温度になるように予備加熱する。尚、熱交換器６で予備加熱されるスラリーの温度は、熱交換器６における熱交換プロセス条件等により変化する。また、熱交換器６に供給された蒸気は、熱交換機６において熱交換されることにより、温度が低下して凝縮されて、凝縮水として排出される。排熱回収ボイラ１２で排熱が回収された溶剤含有水は、例えば２００〜２５０℃の温度に低下され、管２４に供給される。尚、排熱回収ボイラ１２で排熱が回収された溶剤含有水の温度は、排熱回収ボイラ１２における設計条件等により変化する。

＜溶剤含有水供給工程＞
溶剤含有水供給工程は、溶剤含有水を溶剤分離用圧力容器に供給する工程である。溶剤含有水供給工程は、図１および図２中、管２３および管２４で実施される。排熱回収ボイラ１２で排熱が回収された溶剤含有水は、管２４を介して溶剤分離用圧力容器１１に供給される（排出される）。また、脱水槽５において脱水されて生じた水蒸気には溶剤が混入されており、溶剤含有水として、管２３を介して溶剤分離用圧力容器１１に供給される（排出される）。ここでは、管２４は、管２３の途中に接続されているため、脱水槽４からの例えば１００〜１５０℃の温度の溶剤含有水と、排熱回収ボイラ１２からの例えば１５０〜２５０℃（または、２００〜２５０℃）の温度の溶剤含有水とが、管２３で混合されて、例えば１００〜１８０℃の温度の溶剤含有水として、溶剤分離用圧力容器１１に供給される。尚、溶剤分離用圧力容器１１に供給される溶剤含有水の温度は、熱交換器６における熱交換プロセス条件や排熱回収ボイラ１２における設計条件等により変化する。そして、溶剤分離用圧力容器１１内の温度は、脱水槽５及び排熱回収ボイラ１２内の温度よりも低くされるため、溶剤含有水は、水蒸気の状態から凝縮して液体となる。尚、脱水工程を省略した場合は、溶剤含有水供給工程では、排熱回収ボイラ１２で排熱が回収された溶剤含有水のみが、溶剤分離用圧力容器１１に供給される（排出される）。

＜温度保持工程＞
温度保持工程は、溶剤分離用圧力容器１１に供給された溶剤含有水の温度を、溶剤と水とが密度の差により分離する温度に保持する工程である。温度保持工程は、図１および図２中、溶剤分離用圧力容器１１で実施される。排熱回収ボイラ１２から管２４を介して抽出槽６からおよび脱水槽５から管２３を介して溶剤分離用圧力容器１１に供給された溶剤含有水は、水の密度と溶剤の密度との差が大きく、溶剤と水とが密度の差により分離する温度で一定となるように、当該溶剤分離用圧力容器１１内にて図示しない加温器により加温される。ここで、溶剤と水とが密度の差により分離する温度は、圧力の影響も受けるが、溶剤そのものの密度に大きく依存し、溶剤の種類によって変化するため、予め使用する溶剤と水とを用いて、複数の温度条件下で溶剤含有水を溶剤と水とに分離する実験を行うことにより、その範囲を測定する。例えば、後述する実施例の場合、溶剤分離用圧力容器１１は水の密度と溶剤の密度との差が大きくなる温度である１００℃以上１５０℃以下の温度で保持される。これにより、当該温度における水の密度と溶剤の密度との差により、溶剤分離用圧力容器１１内の下部へ液体の水が下降し、溶剤分離用圧力容器１１内の上部へ液体の溶剤が上昇することで、溶剤と水とが分離する。溶剤と水との分離性を向上させるために、溶剤含有水を所定の時間、静置することが好ましい。また、溶剤分離用圧力容器１１は、溶剤含有水の温度を溶剤と水とが密度の差により分離する温度に保持するために、保温材で保温されていることが好ましい。なお、「静置する」とは、攪拌などを行わず、静止した状態に置くこと、をいう。

溶剤分離用圧力容器１１内の上部に溜まった溶剤は、溶剤分離用圧力容器１１の上部から抜き出され、溶剤分離用圧力容器１１内の下部に溜まった水は、溶剤分離用圧力容器１１の下部から抜き出される。抜き出された溶剤は溶剤タンク２に戻されて再使用され、抜き出された水は廃棄される。

また、温度保持工程は、窒素などの不活性ガスの存在下で行うことが好ましい。すなわち、溶剤分離用圧力容器１１内に窒素などの不活性ガスが充填されていることが好ましい。溶剤分離用圧力容器１１内の圧力は、水蒸気が凝縮して凝縮した水が液体の状態を保つように、水の飽和蒸気圧よりも高い圧力にされ、例えば、圧力容器内への窒素ガスの導入により０．３〜２．０ＭＰａの圧力に調整される。

また、溶剤分離用圧力容器１１に供給された溶剤含有水を攪拌機などで攪拌した後、溶剤と水とが密度の差により分離する温度で一定となった時点で攪拌を止めて、静置してもよい。

なお、溶剤分離用圧力容器１１に供給された溶剤含有水の温度を、加温なしで所定の時間、溶剤と水とが密度の差により分離する温度に保持できるのであれば、加温器は不要である。

（抽出槽９がない場合）
抽出槽９を省略して、予熱器８と重力沈降槽１０との間の管内で、溶剤に可溶な石炭成分を抽出する場合もある。例えば、予熱器８と重力沈降槽１０との間の管を、石炭成分の抽出に十分な長さのものなどとして、予熱器８と重力沈降槽１０との間の管内で石炭成分の抽出を行う。石炭は、予熱器８と重力沈降槽１０との間の加熱された高温（例えば３８０℃）の溶剤が流れる管内に直接供給される。この場合、排熱回収ボイラ１２を重力沈降槽１０に接続し、重力沈降槽１０から排熱回収ボイラ１２を介して排熱が回収された溶剤含有水を溶剤分離用圧力容器１１に供給して（排出して）、溶剤含有水を溶剤と水とに分離する。

無灰炭の製造工程に説明を戻す。
＜分離工程＞
分離工程は、抽出工程で得られたスラリーから、溶剤に溶解している石炭成分を含む溶液を分離する工程である。換言すれば、分離工程は、抽出工程で得られたスラリーを、溶剤に溶解している石炭成分を含む溶液と、溶剤不溶成分濃縮液（固形分濃縮液）とに分離する工程である。この分離工程は、図１および図２中、重力沈降槽１０で実施される。抽出工程で得られたスラリーは、重力沈降槽１０内で、重力にて、溶液としての上澄み液と、固形分濃縮液とに分離される（重力沈降法）。重力沈降槽１０の上部の上澄み液は、必要に応じて図示しないフィルターユニットを経て、図示しない溶剤分離器へ排出されるとともに、重力沈降槽１０の下部に沈降した固形分濃縮液は溶剤分離器へ排出される。

重力沈降法は、スラリーを槽内に保持することにより、重力を利用して溶剤不溶成分を沈降・分離させる方法である。スラリーを槽内に連続的に供給しながら、上澄み液を上部から、固形分濃縮液を下部から連続的に排出することにより、連続的な分離処理が可能である。

重力沈降槽１０内は、石炭から溶出した溶剤可溶成分の再析出を防止するため、保温または加熱したり、加圧したりしておくことが好ましい。加熱温度は、例えば、３００〜３８０℃であり、槽内圧力は、例えば、１．０〜３．０ＭＰａとされる。

なお、抽出工程で得られたスラリーから、溶剤に溶解している石炭成分を含む溶液を分離する方法として、重力沈降法以外に、濾過法、遠心分離法などがある。

＜無灰炭取得工程＞
無灰炭取得工程は、上記した分離工程で分離された溶液（上澄み液）から溶剤を蒸発分離して無灰炭を得る工程である。この無灰炭取得工程は、図示しない溶剤分離器で実施される。

溶液（上澄み液）から溶剤を分離する方法は、一般的な蒸留法や蒸発法を用いることができ、例えば、フラッシュ蒸留法が用いられる。分離して回収された溶剤はスラリー調製槽３へ循環して繰り返し使用することができる。溶剤の分離・回収により、上澄み液からは、実質的に灰分を含まない（例えば、灰分が３重量％以下）無灰炭（ＨＰＣ）を得ることができる。無灰炭は、灰分をほとんど含まず、水分は皆無であり、原料石炭よりも高い発熱量を示す。さらに、製鉄用コークスの原料として特に重要な品質である軟化溶融性が大幅に改善され、原料石炭が軟化溶融性を有しなくとも、得られた無灰炭（ＨＰＣ）は良好な軟化溶融性を有する。したがって、無灰炭は、例えばコークス原料の配合炭として使用することができる。

＜副生炭取得工程＞
副生炭取得工程は、重力沈降槽１０で分離された溶剤不溶成分濃縮液（固形分濃縮液）から溶剤を蒸発分離して副生炭を得る工程である。この副生炭取得工程は、固形分濃縮液から溶剤を蒸発分離して回収するための工程でもあり、図示しない溶剤分離器で実施される。なお、副生炭取得工程は、必須の工程ではない。

固形分濃縮液から溶剤を分離する方法は、前記した無灰炭取得工程と同様に、一般的な蒸留法や蒸発法を用いることができる。分離して回収された溶剤は、スラリー調製槽３へ循環して繰り返し使用することができる。溶剤の分離・回収により、固形分濃縮液からは灰分などを含む溶剤不溶成分が濃縮された副生炭（ＲＣ、残渣炭ともいう）を得ることができる。副生炭は、灰分が含まれるものの水分が皆無であり、発熱量も十分に有している。副生炭は軟化溶融性を示さないが、含酸素官能基が脱離されているため、配合炭として用いた場合に、この配合炭に含まれる他の石炭の軟化溶融性を阻害するようなものではない。したがって、この副生炭は、通常の非微粘結炭と同様に、コークス原料の配合炭の一部として使用することができ、また、コークス原料炭とせずに、各種の燃料用として使用することも可能である。なお、副生炭は、回収せずに廃棄してもよい。

（実施例）
溶剤含有水を溶剤と水とに分離する実験を行った。図５は、溶剤含有水を溶剤と水とに分離する分離試験の概要を説明するための図である。溶剤として、２環芳香族であるメチルナフタレンを主成分とする石炭から精製した油分（石炭誘導体）を用いた。水として、蒸留水を用いた。

実験で用いた縦長のオートクレーブ５０は、φ６２．３ｍｍの円筒状の圧力容器であり、図５に示したように、オートクレーブ５０の底、および底から所定の高さの複数個所から液体を抜ける構造としている。液体のサンプリングは、オートクレーブ５０の底を高さ０ｍｍとして、０ｍｍ、１７０ｍｍ、３８０ｍｍ、５９０ｍｍ、７００ｍｍ、８００ｍｍの計６箇所で行った。また、オートクレーブ５０の内部に攪拌機５０ａを設置している。オートクレーブ５０内に窒素ガスを充填して、オートクレーブ５０内の圧力を、１．５ＭＰａに調整した。

溶剤：１２００ｇと水：１２００ｇとをオートクレーブ５０に入れた。室温（常温）では、溶剤と水とは混じりあった状態で分離性は非常に悪かった。すなわち、室温（常温）では、水の密度と溶剤の密度との間にほとんど差がない。

溶剤と水とからなる混合液を攪拌しながら所定の温度まで昇温させた。温度条件は、５０℃、９０℃、１００℃、１２０℃、１５０℃、２００℃とした。混合液の温度が所定の温度で一定となったところで攪拌を停止した。攪拌停止後、３０分間、静置した。そして、サンプリング容器５１ａ〜５１ｆにオートクレーブ５０から液体を取り出し、液体の水分濃度を測定した。結果を表１に示す。図３は、表１に示した結果をグラフ化したものであり、縦軸は、オートクレーブ５０の底からの高さであり、横軸は、水分濃度である。

表１および図６からわかるように、保持温度が５０℃の場合、水分濃度はオートクレーブ５０の高さ方向で大きくなったり小さくなったりを繰り返し、目視においても溶剤と水とが分離した傾向はあまり認められなかった。９０℃、２００℃の場合は、オートクレーブ５０の上部において水分濃度が低い値を示したが、底部における水分濃度は十分に高い値ではない（溶剤が混合している）ため分離性能は低い。

これに対して、保持温度が１００℃、１２０℃、１５０℃の場合、オートクレーブ５０の上部において水分濃度が低い値を示し、底部では高い値を示しており、底から４００ｍｍ〜６００ｍｍにかけて水分濃度の大きな変化が認められた。これより、保持温度が１００℃、１２０℃、１５０℃の場合、溶剤の分離性能が高いことがわかる。特に、１５０℃では、底部の水分濃度が最も高い９８重量％を示した。これより、保持温度が１５０℃という温度域は、溶剤の分離条件として最も良い温度域であることがわかった。

この分離試験により、水の密度と溶剤の密度との間の差は、温度により大きく変化する（温度に大きく依存する）ことがわかった。本発明は、このたび判明したこの性質を利用したものである。そして、本実施例の条件においては、上記の溶剤と水とが密度の差により分離する温度として、１００〜１５０℃（好ましくは１２０〜１５０℃）の範囲を設定すると良いことがわかる。

（作用・効果）
本発明の溶剤分離方法は、溶剤分離用圧力容器に供給された溶剤含有水の温度を、溶剤と水とが密度の差により分離する温度に保持する温度保持工程を備え、当該温度における水の密度と溶剤の密度との差を利用して、溶剤分離用圧力容器内で液体の水を下降させるとともに溶剤を上昇させることで、溶剤含有水を溶剤と水とに分離する。なお、容器内で水を液相に閉じ込めるため、圧力容器を用いている。本発明によると、圧力容器内で溶剤含有水の温度を、溶剤と水とが密度の差により分離する温度に保持することで、吸着剤などを用いることなく、溶剤含有水を溶剤と水とに容易に分離することができる。これにより、石炭成分の抽出に吸着剤を回収して再利用することができ溶剤のロスを抑えることができるとともに、水の廃棄処理コストも抑えることができる。なお、溶剤含有水を溶剤分離用圧力容器に供給する溶剤含有水供給工程は、連続で行われてもよいし、非連続で行われてもよい。

また、前記温度保持工程において、溶剤含有水の温度を、溶剤と水とが密度の差により分離する温度に保持するとともに溶剤含有水を静置することで、溶剤と水との分離性能を向上させることができる。

また、溶剤として２環芳香族であるメチルナフタレンを主成分とする石炭から精製した油分（石炭誘導体）を用い、水として蒸留水を用いた実施例では、温度保持工程において、溶剤分離用圧力容器内の溶剤含有水の温度を１００℃以上１５０℃以下の温度に保持することで、溶剤と水との分離性能が非常によくなり、分離時間を短縮できる。溶剤分離用圧力容器の容量を小さくすることができるというメリットもある。より好ましくは、溶剤分離用圧力容器内の溶剤含有水の温度を１２０℃以上１５０℃以下の温度に保持することである。

また、溶剤分離用圧力容器内の圧力が、水の飽和蒸気圧よりも高い圧力にされていることで、圧力容器内で水を確実に液相に閉じ込めることができ、溶剤と水との分離性能がより向上する。

また、溶剤分離用圧力容器内に不活性ガスが充填されていることで、溶剤の爆発を防止することができる。

また、排熱回収ボイラにおいて、抽出工程において加熱された溶剤含有水と脱塩水との熱交換により、蒸気を発生させて、溶剤含有水が有する排熱を回収していることで、無灰炭を製造するプロセスで生じる溶剤含有水が有する排熱を、廃棄することなく、有効利用することができる。例えば、排熱回収ボイラで溶剤含有水が有する排熱を回収することにより発生された蒸気を、脱水槽に接続された熱交換器に供給する。これにより、排熱回収ボイラで回収した溶剤含有水が有する排熱を、熱交換により脱水槽内のスラリーの予備加熱に利用して、排熱の有効利用を図ることができる。そして、抽出工程において加熱された高温の溶剤含有水の温度を低下させて、溶剤分離用圧力容器で保持される温度に近い温度で溶剤含有水を供給することで、溶剤分離用圧力容器内において、溶剤含有水の温度を低下させるための処理が不要となり、コスト及びエネルギーを抑えて、溶剤含有水の温度の保持を容易に行うことができる。

また、無灰炭を製造するプロセスのうち前記した抽出工程で生じる溶剤含有水を溶剤分離用圧力容器に供給することが好ましい。水分が最も多く生じるのは、無灰炭を製造するプロセスのうち抽出工程であり、少なくともこの抽出工程で生じる溶剤含有水を溶剤分離用圧力容器に供給して、溶剤含有水を溶剤と水とに分離することで、水分に混入して系外に排出される溶剤のロスを確実に抑えることができる。

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可能なものである。

（変形例）
図１および図２に示す上記実施形態に係る無灰炭製造設備１００では、脱水槽５および排熱回収ボイラ１２を、溶剤分離圧力容器１１に接続しているが、それに限らない。図３の変形例に示すように、無灰炭製造設備１００が、更に、気液分離用容器１３及び移送ポンプ１４を有し、気液分離用容器１３を、溶剤分離圧力容器１１に接続してもよい。脱水槽５および排熱回収ボイラ１２は、気液分離用容器１３に接続される。また、気液分離用容器１３は、移送ポンプ１４を介して、調整槽３に接続される。

図３の変形例において、無灰炭を製造するプロセスで生じる溶剤含有水を溶剤と水とに分離する方法は、排熱回収工程、溶剤含有水供給工程と、気液分離工程と、温度保持工程を有する。

気液分離工程は、溶剤含有水供給工程において溶剤分離用圧力容器に供給する溶剤含有水に対して、気液分離用容器（気液分離器）を用いて気液分離を行う工程である。気液分離工程は、図３中、気液分離用容器１３で実施される。気液分離用容器１３では、管２３および管２４を介して供給される溶剤含有水に対して気液分離を行った後、気相側の溶剤含有水（水リッチの溶剤含有水）を溶剤分離圧力容器１１に供給する。また、液相側の溶剤含有水は、移送ポンプ１４により回収されて、調整槽３に供給される。

そして、温度保持工程では、気液分離用容器１３から溶剤分離用圧力容器１１に供給された溶剤含有水が、水の密度と溶剤の密度との差が大きくなる温度で一定となるように、当該溶剤分離用圧力容器１１内にて図示しない加温器により加温される。

（作用・効果）
気液分離工程において、溶剤含有水供給工程において溶剤分離用圧力容器に供給する溶剤含有水に対して、気液分離用容器を用いて気液分離している。その結果、溶剤分離用圧力容器に供給する溶剤含有水を気液分離用容器内で液相側と気相側とに分けて、液相側の液体状態の溶剤含有水を回収することができる。そして、回収した液体状態の溶剤含有水を、調整槽に供給することで、溶剤を再利用して、溶剤のロスを抑えることができる。

１：石炭ホッパ
２：溶剤タンク
３：スラリー調製槽
４、７、１４：移送ポンプ
５：脱水槽
６：熱交換器
８：予熱器
９：抽出槽
１０：重力沈降槽
１１：溶剤分離用圧力容器
１２：排熱回収ボイラ
１３：気液分離用容器
１００：無灰炭製造設備

Claims (9)

1. 石炭と溶剤とを混合してスラリーを調製するスラリー調整工程と、
   前記スラリー調整工程で得られたスラリーを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から溶剤に可溶な石炭成分を含む溶液を分離する分離工程と、
   前記分離工程で分離された溶液から溶剤を蒸発分離して無灰炭を得る無灰炭取得工程と、
   を備える、無灰炭を製造するプロセスで生じる溶剤含有水を溶剤と水とに分離する溶剤分離方法であって、
   前記溶剤含有水と液体との間で熱交換させることで、前記溶剤含有水が有する排熱を前記液体で回収する排熱回収工程と、
   前記排熱回収工程を経た前記溶剤含有水を溶剤分離用圧力容器に供給する溶剤含有水供給工程と、
   前記溶剤分離用圧力容器内の前記溶剤含有水の温度を、予め測定された溶剤と水とが密度の差により分離する温度に保持し、前記溶剤分離用圧力容器内で液体の水を下降させるとともに溶剤を上昇させることで、前記溶剤含有水を溶剤と水とに分離する温度保持工程と、
   を備える、溶剤分離方法。
2. 請求項１に記載の溶剤分離方法において、
   前記温度保持工程では、前記溶剤含有水の温度を前記溶剤と水とが密度の差により分離する温度に保持するとともに前記溶剤含有水を静置することを特徴とする、溶剤分離方法。
3. 請求項１または２に記載の溶剤分離方法において、
   前記排熱回収工程では、前記溶剤含有水と熱交換させる液体として、脱塩水を使用することを特徴とする、溶剤分離方法。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の溶剤分離方法において、
   前記排熱回収工程では、前記溶剤含有水と脱塩水との熱交換で発生した蒸気により前記溶剤含有水が有する排熱を回収することを特徴とする、溶剤分離方法。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の溶剤分離方法において、
   前記無灰炭を製造するプロセスが、前記スラリー調整工程で得られたスラリーを予備加熱して脱水する脱水工程を更に備え、
   前記抽出工程が、前記脱水工程で脱水されたスラリーを加熱して溶剤に可溶な石炭成分を抽出するものであることを特徴とする、溶剤分離方法。
6. 請求項５に記載の溶剤分離方法において、
   前記溶剤含有水供給工程では、前記抽出工程で生じて前記排熱回収工程を経た溶剤含有水と、前記脱水工程で生じた溶剤含有水とを混合して、前記溶剤分離用圧力容器に供給することを特徴とする、溶剤分離方法。
7. 請求項５または６に記載の溶剤分離方法において、
   前記排熱回収工程では、前記溶剤含有水と脱塩水との熱交換で発生した蒸気を、前記脱水工程に供給することを特徴とする、溶剤分離方法。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の溶剤分離方法において、
   前記溶剤含有水供給工程において前記溶剤分離用圧力容器に供給する前記溶剤含有水に対して、気液分離用容器を用いて気液分離を行う気液分離工程を更に備え、
   前記溶剤含有水供給工程では、前記気液分離工程で気液分離を行った後の気相側の溶剤含有水を前記溶剤分離用圧力容器に供給することを特徴とする、溶剤分離方法。
9. 請求項８に記載の溶剤分離方法において、
   前記溶剤含有水供給工程では、前記気液分離用容器内の前記気液分離を行った後の液相側の溶剤含有水を回収して前記スラリー調製工程に供給することを特徴とする、溶剤分離方法。