JP6023665B2 - 固形燃料の製造方法及び製造装置 - 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方法及び製造装置に関するものである。特に、分離された改質多孔質炭を加熱・搬送しながらキャリアガスを供給して乾燥させる乾燥工程の安定操業に特徴を有する固形燃料の製造方法及び製造装置に関するものである。
従来、多孔質炭を原料とする固形燃料の製造方法として、例えば、特許文献１に記載される方法がある。この方法では、まず、多孔質炭（原料炭）を粉砕工程で粉砕した後、混合工程で重質油分と溶媒油分を含む混合油と混合して原料スラリーを得る。原料スラリーは、予熱後、蒸発工程で加熱し、多孔質炭を脱水すると共に、その細孔内に混合油を含浸させて脱水スラリーを得る。脱水スラリーは、固液分離工程で、改質多孔質炭と混合油とに分離した後、改質多孔質炭のみを乾燥工程にて乾燥する。乾燥工程では、加熱型回転式乾燥機内で改質多孔質炭を搬送して加熱し、キャリアガスを流動させることにより乾燥する。そして、乾燥した改質多孔質炭を冷却及び成型することにより固形燃料を得る。一方、固液分離工程や乾燥工程で回収した混合油は混合工程へと還流して再利用する。また、乾燥工程で回収したキャリアガスは再び乾燥機内に還流して再利用する。
しかしながら、前記各工程における運転状況の変動により、多孔質炭の搬送量は変動することがある。このため、乾燥工程で、改質多孔質炭の搬送量が急増した場合、蒸発油分量が増え、内圧が増大することがある。この結果、シール性（密閉性）が損なわれ、ガスが漏れ出る恐れがある。通常、キャリアガスの主成分は窒素であるが、溶媒油分や水分のほか固形物を含んでいるため、溶媒油分ロスによるランニングコストの増大や、粉塵が飛散したり、異臭を発生させたりすることにより周囲環境への悪影響が懸念される。
一方、乾燥工程で、改質多孔質炭の搬送量が急減した場合、蒸発油分量が減り、内圧が減少して負圧となることがある。この結果、周囲雰囲気が内部に侵入し、内部での酸素濃度が上昇する結果、高温となった改質多孔質炭の安定性が損なわれる恐れがある。
特開平７−２３３３８３号公報
そこで、本発明は、多孔質炭の搬送量の増減に拘わらず、乾燥工程を安定した状態で実行することができるようにすることを課題とする。
本発明は、前記課題を解決するための手段として、
多孔質炭を溶媒油分及び重質分を含む混合油と混合して原料スラリーを得る混合工程と、
前記原料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混合油を含浸させて脱水スラリーを得る蒸発工程と、
前記脱水スラリーから改質多孔質炭と混合油とを分離する固液分離工程と、
前記改質多孔質炭を加熱・搬送しながらキャリアガスを供給して乾燥させる乾燥工程と、
を備え、
前記乾燥工程に於けるキャリアガスの循環量の目標値と、キャリアガスの圧力の目標値とを設定し、各目標値と対応する実測値との偏差に基づいて制御出力を演算し、得られた制御出力のうち、小さい方の値に基づいて、キャリアガスの供給量を調整する固形燃料の製造方法を提供する。
これによれば、キャリアガスの循環量及び圧力のそれぞれに基づいて算出された制御出力のうち、小さい方の値に基づいてキャリアガスの供給量を調整するようにしているので、大幅な変化がなく、乾燥工程でのキャリアガスの圧力を安定させることができる。
前記各目標値は、前記乾燥工程で乾燥させる改質多孔質炭の供給量と、前記乾燥工程を経た改質多孔質炭に含まれる油分量とに基づいて決定するのが好ましい。
前記各目標値は、乾燥工程でのキャリアガスの圧力が予め設定した範囲内となるように決定するのが好ましい。
本発明は、前記課題を解決するための手段として、
多孔質炭を、溶媒油分及び重質分を含む混合油と混合して原料スラリーを得る混合槽と、
前記原料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混合油を含浸させて脱水スラリーを得る蒸発器と、
前記脱水スラリーから改質多孔質炭と混合油とを分離する遠心分離機と、
前記改質多孔質炭を加熱・搬送しながらキャリアガスを供給して乾燥させる乾燥機と、
前記乾燥機に於ける、キャリアガスの循環量の目標値と、キャリアガスの圧力の目標値とを設定し、各目標値と対応する実測値との偏差に基づいて制御出力を演算し、得られた制御出力のうち、小さい方の値に基づいて、キャリアガスの供給量を調整する制御部と、
を備えた固形燃料の製造装置を提供する。
前記制御部は、前記各目標値を、前記乾燥機で乾燥させる改質多孔質炭の供給量と、前記乾燥機を経た改質多孔質炭に含まれる油分量とに基づいて決定するのが好ましい。
前記制御部は、前記各目標値を、乾燥工程でのキャリアガスの圧力が予め設定した範囲内となるように決定するのが好ましい。
本発明によれば、キャリアガスの循環量及び圧力のそれぞれに基づいて算出された制御出力のうち、小さい方の値に基づいてキャリアガスの供給量を調整するようにしている。このため、キャリアガスの循環量や圧力を迅速に安定状態へと導くことにより、乾燥工程での操業性の安定に寄与することができる。
本実施形態に係る改質褐炭製造装置の一部を示す概略図である。
以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。
図１は、本実施形態に係る改質褐炭製造装置（固形燃料の製造装置の一例）の一部の概略を示す。この改質褐炭製造装置は、図示しないが、混合槽で混合工程を実行し、蒸発器で蒸発工程を実行し、デカンタ式遠心分離機で固液分離工程を実行する。また、乾燥機１で乾燥工程を実行し、改質褐炭を得る。
乾燥機１では、改質多孔質炭を加熱・搬送しながらキャリアガスを供給して乾燥させる。ここでは、キャリアガスとして窒素（Ｎ２）を使用することにより、改質多孔質炭の発火を防止するようにしている。また、乾燥機１内に供給する改質多孔質炭には、３０〜４０％の油分を含有するものを想定している。
乾燥機１には、図示しないヒータが設けられ、内部のキャリアガスの温度が約２００℃に温調される間接加熱型のものが使用されている。乾燥機１内での改質多孔質炭の搬送は、スクリューコンベアによって行われる。スクリューコンベアの回転軸は筒状で、外周面に複数の小径孔が形成されている。そして、この回転軸を介して乾燥機１内に新たにキャリアガスを供給することができるようになっている。
また、乾燥機１には、キャリアガスを回収して再び乾燥機１内に供給するための循環経路２が接続されている。循環経路２の途中には、乾燥機１の出口側から順に、集塵機３、スプレー塔４、ブロワ５、流量検出センサ６、第１流量調整弁７及び第１圧力検出センサ８が設けられている。また、スプレー塔４からブロワ５に至る配管には排気管９が接続され、そこには第２流量調整弁１０が設けられている。さらに、集塵機３とスプレー塔４を結ぶ配管の途中の圧力は、第２圧力検出センサ１１によって検出されている。
流量検出センサ６での検出信号は、ＦＩＣ（Flow Indication Controller）１２に入力される。また、第１圧力検出センサ８での検出信号は、第１ＰＩＣ（Pressure Indication Controller）１３に入力される。ＦＩＣ１２とＰＩＣ１３では、後述するように、（数１）に従って制御出力値を算出する。ＦＩＣ１２とＰＩＣ１３で算出された制御出力値は、ＬＳ回路１４（Low Select回路）で比較され、低い方の値に基づいて第１流量調整弁７の開度が調整される。ここでは、循環経路２内でのキャリアガスの圧力が所定範囲（例えば、１〜２ｋＰａとすることができる。但し、この値は、コンベア、乾燥機１等のシール設計や運転条件に依存して変化する。）に維持されるように、第１流量調整弁７の開度が調整されている。また、第２圧力検出センサ１１での検出信号は第２ＰＩＣ１５に入力される。第２ＰＩＣ１５は、この入力信号に基づいて、後述するようにして第２流量調整弁１０の開度を調整することにより、循環経路２での圧力上昇を抑制する。
集塵機３は、乾燥機１から排出されたキャリアガスに含まれる改質多孔質炭の粉塵を回収するためのものである。
乾燥機１又は集塵機３からは、改質褐炭（ＵＢＣ：Upgraded Brown Coal）が排出される。
スプレー塔４は、集塵機３を通過したキャリアガスから混合油を凝縮して分離するためのものである。
ブロワ５は、循環経路２から乾燥機１へのキャリアガスの流れを形成するためのものである。
次に、前記構成からなる改質褐炭装置の動作について説明する。
混合工程、蒸発工程、固液分離工程及び乾燥工程により改質褐炭（固形燃料の一例）を得る。
混合工程では、混合槽で、多孔質炭を、溶媒油分及び重質分を含む混合油と混合して原料スラリーを得る。
蒸発工程では、蒸発器で、混合工程で得られた原料スラリーを加熱し、多孔質炭の脱水を進める。また同時に、多孔質炭の細孔内に混合油を含浸させて脱水スラリーを得る。
固液分離工程では、デカンタ式遠心分離機で、脱水スラリーから改質多孔質炭と混合油とを分離する。
乾燥工程では、乾燥機１で、固液分離工程で得られた改質多孔質炭を加熱・搬送しながらキャリアガスを供給して乾燥させ、改質褐炭を得る。
以下、本発明の特徴部分である乾燥工程について詳述する。
乾燥工程では、乾燥機１内に供給される多孔質炭の供給量と、デカンタ式遠心分離機の出口側での多孔質炭に含まれる油分量とに基づいて、キャリアガスの循環量の目標値と、乾燥機１の入口に於けるキャリアガスの圧力の目標値とをそれぞれ設定する。この場合、多孔質炭の供給量と、そこに含まれる油分量とに対して、乾燥機１内のキャリアガスの圧力が予め設定した圧力の範囲（設定圧力範囲）内となるように、キャリアガスの循環量の目標値と、圧力の目標値とを設定する。これら目標値の設定は、予め実験等により求めておけばよい。
そして、設定されたキャリアガスの循環量の目標値と、前記流量検出センサ６によって検出されるキャリアガスの流量の実測値とに基づいて、（数１）に従って制御出力の値を算出する（以下、この制御出力の値を第１制御出力値と記載する。）。また、設定されたキャリアガスの圧力の目標値と、前記第１圧力検出センサ８によって検出されるキャリアガスの圧力の実測値とに基づいて、同様に、（数１）に従って制御出力の値を算出する（以下、この制御出力の値を第２制御出力値と記載する。）。
Figure 0006023665
続いて、Low Select制御により、算出された制御出力値を比較し、小さい方の値に従って第１流量調整弁７の開度を調整する。
循環経路２を流動するキャリアガスの流量及び圧力が安定している場合、流量検出センサ６で検出される流量と、目標値とに基づいて制御出力値が算出され、第１流量調整弁７の開度が調整されている。
ここで、乾燥機１内に搬入される改質多孔質炭の量が一時的に急増することにより、内部で蒸発する油分量が増大した場合、流量検出センサ６で検出されるキャリアガスの流量はそれ程変動しないが、第１圧力検出センサ８で検出される圧力が上昇する。この結果、前記（数１）で算出される第２制御出力値が第１制御出力値よりも小さくなる。そこで、第２制御出力値に基づいて第１流量調整弁７の開度を調整する。これにより、乾燥機１内に還流させるキャリアガスの流量を抑制することにより、乾燥機１内の圧力を所望の範囲内に維持して安定させることができる。
このとき、第２圧力検出センサ１１で検出される圧力と、予め設定した目標値とに基づいて、前記（数１）に従って制御出力値を算出する。そして、算出された制御出力値に基づいて第２流量調整弁１０の開度を調整する。これにより、循環経路２内のキャリアガスによる過剰な圧力上昇が抑えられる。また、排出されたキャリアガスは、図示しないオフガス処理装置へと導かれる。オフガス処理装置に導かれたキャリアガスは、適宜、乾燥機１へと供給されることにより再利用される。
また、乾燥機１内に搬入される改質多孔質炭の量が一時的に急減することにより、内部で発生する油分量が減少した場合、乾燥機１及び循環経路２内での内圧が低下する。そして、流量検出センサ６で検出される流量と、第１圧力検出センサ８で検出される圧力とが共に低下する。これにより、前記（数１）で算出される第１制御出力値及び第２制御出力値が共に大きくなる。通常、流量検出センサ６で検出される流量の変化はそれ程大きくなく、第２制御出力値に比べて第１制御出力値が小さくなる。このため、Low Select制御により第１制御出力値が選択されて、この第１制御出力値に基づいて第１流量調整弁７の開度が調整される。但し、場合によっては、第１制御出力値に比べて第２制御出力値の方が小さくなることもある。この場合には、第２制御出力値に基づいて第１流量調整弁７の開度が調整されることになる。
このとき、前記同様にして、第２圧力検出センサ１１で検出される圧力と、予め設定した目標値とに基づいて、前記（数１）に従って制御出力値を算出する。そして、算出された制御出力値に基づいて第２流量調整弁１０の開度を調整する。この場合、検出圧力が大幅に低下するので、第２流量調整弁１０は全閉状態となり、外部にキャリアガスが排出されることはない。
このように、乾燥機１内に搬入される改質多孔質炭の量が一時的に増減すれば、それぞれに応じて第１流量調整弁７の開度が調整される。この場合、Low Select制御により、第１制御出力値と第２制御出力値のうち、小さい方の値が使用される。したがって、第１流量調整弁７の開度が急激に変化せず、乾燥機１内でのキャリアガスの圧力を安定させることができる。
なお、本発明は、前記実施形態に記載された構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、第１流量調整弁７の開度の調整をＰＩＤ制御（Proportional Integral Derivative Controller）により行うようにしたが、他のフィードバック制御により行うことも可能である。
また、前記実施形態では、流量検出センサ６での検出信号をＦＩＣ１２で処理し、第１圧力検出センサ８での検出信号を第１ＰＩＣ１３で処理し、第２圧力検出センサ１１での検出信号を第２ＰＩＣ１５で処理するようにしたが、これらをまとめて１つの制御部（マイコン）で制御したり、ＦＩＣ１２と第１ＰＩＣ１３を１つの制御部（マイコン）で制御したりする等により対応するようにしてもよい。
１…乾燥機
２…循環経路
３…集塵機
４…スプレー塔
５…ブロワ
６…流量検出センサ
７…第１流量調整弁
８…第１圧力検出センサ
９…排気管
１０…第２流量調整弁
１１…第２圧力検出センサ
１２…ＦＩＣ
１３…第１ＰＩＣ
１４…ＬＳ回路
１５…第２ＰＩＣ

Claims (2)

  1. 多孔質炭を溶媒油分及び重質分を含む混合油と混合して原料スラリーを得る混合工程と、
    前記原料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混合油を含浸させて脱水スラリーを得る蒸発工程と、
    前記脱水スラリーから改質多孔質炭と混合油とを分離する固液分離工程と、
    前記改質多孔質炭を加熱・搬送しながらキャリアガスを供給して乾燥させる乾燥工程と、
    を備え、
    前記乾燥工程に於けるキャリアガスの循環量の目標値と、キャリアガスの圧力の目標値とを設定し、各目標値と対応する実測値との偏差に基づいて制御出力を演算し、得られた制御出力のうち、小さい方の値に基づいて、キャリアガスの供給量を調整し、
    前記各目標値は、前記乾燥工程で乾燥させる改質多孔質炭の供給量と、前記乾燥工程を経た改質多孔質炭に含まれる油分量とに基づいて、乾燥工程でのキャリアガスの圧力が予め設定した範囲内となるように決定することを特徴とする固形燃料の製造方法。
  2. 多孔質炭を、溶媒油分及び重質分を含む混合油と混合して原料スラリーを得る混合槽と、
    前記原料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混合油を含浸させて脱水スラリーを得る蒸発器と、
    前記脱水スラリーから改質多孔質炭と混合油とを分離する遠心分離機と、
    前記改質多孔質炭を加熱・搬送しながらキャリアガスを供給して乾燥させる乾燥機と、
    前記乾燥機に於ける、キャリアガスの循環量の目標値と、キャリアガスの圧力の目標値とを設定し、各目標値と対応する実測値との偏差に基づいて制御出力を演算し、得られた制御出力のうち、小さい方の値に基づいて、キャリアガスの供給量を調整する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記各目標値を、前記乾燥機で乾燥させる改質多孔質炭の供給量と、前記乾燥機を経た改質多孔質炭に含まれる油分量とに基づいて、乾燥工程でのキャリアガスの圧力が予め設定した範囲となるように決定することを特徴とする固形燃料の製造装置。
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