JP6275630B2 - 固形燃料の製造方法及び固形燃料の製造装置 - Google Patents
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Description
<固形燃料の製造装置>
図1の固形燃料の製造装置1は、スラリー調製槽2と、複数の加熱器3と、固液分離器4とを主として備える。また、固形燃料の製造装置1は、加熱器3による加熱後のスラリーからプロセス蒸気を分離する分離槽5と、分離槽5によって分離されるプロセス蒸気を圧縮する圧縮器6と、加熱器3によって加熱されたスラリーの加熱状態を維持及び促進する過熱器7と、加熱器3で発生する凝縮液を受容する凝縮液受器8と、分離槽5によって分離されるプロセス蒸気の一部を凝縮する凝縮器9と、凝縮液受器8又は凝縮器9から供給される凝縮液を油水分離する油水分離器10と、油水分離器10によって分離された油分を貯留するタンク11とを有する。
スラリー調製槽2は、粉状の低品位炭X及び油分を混合してスラリーを調製する。スラリー調製槽2の種類としては、特に限定されるものではないが、典型的には攪拌機2aを備える軸流型攪拌機が挙げられる。なお、「粉状」とは、例えば低品位炭全体の質量に対する粒径1mm未満の低品位炭の質量割合が80%以上であることをいう。また、「粒径」とは、JIS−Z−8815(1994)ふるい分け試験法通則における乾式ふるい分けに準拠して測定した値をいう。
複数の加熱器3は、上記スラリーに含まれる水分を蒸発させる。複数の加熱器3は、上記スラリーを第一の循環経路で予熱する第一熱交換器3aと、第一熱交換器3aによる予熱後のスラリーを第一の循環経路と異なる第二の循環経路で加熱する第二熱交換器3bとを有する。
分離槽5は、第一熱交換器3aのチューブ側の他端から送られる予熱後の上記スラリー及び第二熱交換器3bのチューブ側の他端から送られる加熱後の上記スラリーを側壁上部から導入する。また、分離槽5は、第一熱交換器3a及び第二熱交換器3bから導入される上記スラリーからプロセス蒸気を分離した上、配管18を通して圧縮器6に供給する。さらに、分離槽5は、上記プロセス蒸気分離後のスラリーの一部を底部から第一熱交換器3aに供給する。また、分離槽5は、上記プロセス蒸気分離後のスラリーの一部を底部から第二熱交換器3bに供給する。加えて、分離槽5は、上記プロセス蒸気分離後のスラリーの一部を配管13、23を通して第一の循環経路から過熱器7に供給する。なお、分離槽5には攪拌機5aが配設されており、この攪拌機5aによって分離槽5内の上記スラリーが撹拌される。また、分離槽5から過熱器7に供給されるスラリーの供給量は、配管23に配設されるコントロールバルブ24によって分離槽5内の液面高さを加味しながら調整される。
圧縮器6は、分離槽5から供給されるプロセス蒸気を昇圧する。圧縮器6は、入口側が配管18によって分離槽5の上壁と接続されると共に、出口側が配管19によって第一熱交換器3aのシェル側の一端と接続される。圧縮器6で昇圧されたプロセス蒸気(以下「圧縮プロセス蒸気」ともいう。)は、配管19を通して第一熱交換器3aのシェル側の一端に導入され、第一熱交換器3aのチューブ側の一端から導入される上記スラリーと熱交換を行う。
過熱器7は、過熱槽7aと多管式熱交換器である第三熱交換器7bとを有する。過熱器7は、分離槽5から供給される水分蒸発後のスラリー(以下「脱水スラリー」ともいう。)の温度の低下を防止して上記脱水スラリーの脱水を促進しつつ、固液分離装置4への上記脱水スラリーの供給量を調整する。
固液分離器4は、上記脱水スラリーから液分を除去する。詳細には、固液分離器4は、過熱槽7aから供給される上記脱水スラリーから油分Aを分離する。固液分離器4によって上記脱水スラリーから油分Aが分離されることで固形分B(ケーキ)が得られる。固液分離器4としては、例えば遠心分離法によって上記脱水スラリーを固形分と油分とに分離する遠心分離機が挙げられる。また、固液分離器4としては、例えば沈降槽、濾過機、圧搾機等も採用可能である。
次に、当該固形燃料の製造方法について説明する。また、以下では、図1の当該固形燃料の製造装置1を用いた場合について説明する。当該固形燃料の製造方法は、粉状の低品位炭及び油分の混合によりスラリーを調製する工程と、加熱により上記スラリーに含まれる水分を蒸発させる工程と、上記蒸発後のスラリーを固液分離する工程とを備える。
上記スラリー調製工程は、スラリー調製槽2を用いて行われる。スラリー調製工程で用いられる低品位炭及び油分としては、図1の当該固形燃料の製造装置1で用いられるものと同様である。
上記蒸発工程は、上記スラリーを第一の循環経路で予熱する工程と、上記予熱後のスラリーを上記第一の循環経路と異なる第二の循環経路によって加熱する工程とを有する。上記蒸発工程は、複数の加熱器3及び分離器4を用いて行われる。
上記予熱工程は、スラリー調製工程で混合される上記スラリー及び分離槽5の底部から配管13を通して送られる上記スラリーを第一熱交換器3aのチューブ側の一端から導入し、かつチューブ側の他端から分離槽5に供給する。また同時に、上記予熱工程は、加熱媒体を第一熱交換器3aのシェル側の一端から導入し、上記スラリーとの熱交換によって上記加熱媒体が凝縮することで生じる凝縮液をシェル側の他端から排出する。また、第一熱交換器3bのシェル側の一端に導入される加熱媒体として、分離槽5の上部から配管18、19を通して供給されるプロセス蒸気を用いる。詳細には、第一熱交換器3bのシェル側の一端に導入される上記プロセス蒸気として、配管18、19に連結される圧縮器6で圧縮された圧縮プロセス蒸気を用いる。
上記加熱工程は、分離槽5の底部から供給される上記スラリーを第二熱交換器3bのチューブ側の一端から導入し、かつチューブ側の他端から分離槽5に供給する。また同時に、上記加熱工程は、加熱媒体を第二熱交換器3bのシェル側の一端から導入し、かつ上記スラリーとの熱交換後に生じる凝縮水Wをシェル側の他端から排出する。上記加熱工程は、第二熱交換器3bのシェル側の一端に導入される加熱媒体として、外部導入蒸気Sを用いる。
上記固液分離工程は、固液分離器4を用いて行われる。上記固液分離工程は、上記蒸発工程による水分蒸発後の脱水スラリーから液分を除去する。詳細には、上記固液分離工程は、上記脱水スラリーから油分Aを分離する。上記固液分離工程によって上記脱水スラリーから上記油分Aが分離されることで固形分B(ケーキ)が得られる。
当該固形燃料の製造方法は、上記スラリー調製工程、蒸発工程、固液分離工程及び乾燥工程の他、上記蒸発工程で得られた脱水スラリーの温度の低下を防止しつつ上記脱水スラリーの脱水を促進する過熱工程、上記乾燥工程で得られた粉末状の固形燃料を圧縮成型する圧縮成型工程等をさらに有していてもよい。
当該固形燃料の製造方法は、スラリーを第一の循環経路で予熱する工程と、予熱後のスラリーを第一の循環系路と異なる第二の循環経路で加熱する工程とを有するので、第一の循環経路でスラリーを予熱しつつ、この第一の循環経路による予熱と独立して第二の循環経路で予熱後のスラリーを加熱することができる。つまり、当該固形燃料の製造方法は、第一の循環経路でスラリーの一部を蒸発させ、第二の循環経路にスラリーの全量を通さないことで、各々の循環経路における熱交換効率の最適化を促進することができる。従って、当該固形燃料の製造方法は、上記スラリーに含まれる水分を効率的に蒸発させることができる。
<固形燃料の製造装置>
図2の固形燃料の製造装置41は、スラリー調製槽2と、複数の加熱器42と、固液分離器4とを主として備える。図2の固形燃料の製造装置41は、加熱器42を用いた予熱及び加熱の仕組みが異なる以外、図1の固形燃料の製造装置1と同様である。従って、以下においては加熱器42の構成及び加熱器42を用いた予熱及び加熱の仕組みについてのみ説明する。
複数の加熱器42は、スラリー調製槽2で調製されたスラリーに含まれる水分を蒸発させる。複数の加熱器42は、上記スラリーを第一の循環経路で予熱する第一熱交換器42aと、第一熱交換器42aによる予熱後のスラリーを第一の循環経路と異なる第二の循環経路で加熱する第二熱交換器42bとを有する。
続いて、図2の当該固形燃料の製造装置41を用いた当該固形燃料の製造方法について説明する。当該固形燃料の製造方法は、粉状の低品位炭及び油分の混合によりスラリーを調製する工程と、加熱により上記スラリーに含まれる水分を蒸発させる工程と、上記蒸発後のスラリーを固液分離する工程とを備える。当該固形燃料の製造装置41を用いた当該固形燃料の製造方法におけるスラリー調製工程及び固液分離工程は、図1の固形燃料の製造装置1を用いた当該固形燃料の製造方法と同様のため説明を省略する。
上記予熱工程は、スラリー調製工程で混合される上記スラリー及び分離槽5の底部から配管45を通して送られる上記スラリーを第一熱交換器42aのチューブ側の一端から導入し、かつチューブ側の他端から分離槽5に供給する。また同時に、上記予熱工程は、加熱媒体を第一熱交換器42aのシェル側の一端から導入し、上記スラリーとの熱交換により上記加熱媒体が凝縮することで生じる凝縮水Wをシェル側の他端から排出する。また、第一熱交換器42aのシェル側の一端に導入される加熱媒体として、外部導入蒸気Sを用いる。
上記加熱工程は、分離槽5の底部から供給される上記スラリーを第二熱交換器42bのチューブ側の一端から導入し、かつチューブ側の他端から分離槽5に供給する。また同時に、上記加熱工程は、加熱媒体を第二熱交換器42bのシェル側の一端から導入し、かつ上記スラリーとの熱交換後に生じる凝縮液をシェル側の他端から排出する。また、第二熱交換器42bのシェル側の一端に導入される加熱媒体として、分離槽5の上部から配管18、19を通して供給されるプロセス蒸気を用いる。詳細には、第二熱交換器42bのシェル側の一端に導入される上記プロセス蒸気として、配管18、19に連結される圧縮器6で圧縮された圧縮プロセス蒸気を用いる。
当該固形燃料の製造方法は、上記加熱工程の加熱媒体として上記蒸発工程で発生するプロセス蒸気を用いることによって、排熱を効果的に利用することができる。また、当該固形燃料の製造方法は、上記加熱工程の加熱媒体として上記蒸発工程で発生するプロセス蒸気を用い、上記予熱工程の加熱媒体として外部導入蒸気を用いることによって、上記プロセス蒸気の熱量を的確に制御しつつこのプロセス蒸気と上記スラリーとの熱交換率を高めることができる。さらに、このような構成によると、操業トラブル等によってプロセス蒸気の発生量が減少した場合でも、他方の加熱媒体として外部導入蒸気を用いているので上記スラリーに含まれる水分の蒸発率の低下を抑制することができる。
なお、本発明に係る固形燃料の製造方法及び固形燃料の製造装置は、上記態様の他種々の変更、改良を施した態様で実施することができる。例えば、複数の加熱器として、各々独立した循環経路を有する3器以上の熱交換器を用いてもよい。当該固形燃料の製造方法及び固形燃料の製造装置は、このように3器以上の熱交換器を用いることによって、スラリーの蒸発処理量をさらに高めることができる。また、このように3器以上の熱交換器を用いる場合、少なくとも1器の熱交換器の加熱媒体としてプロセス蒸気を使用するのが好ましい。
図1の固形燃料の製造装置1を用い、スラリー調製槽2での低品位炭と灯油との混合によってスラリーを調製した上、このスラリーを第一熱交換器3aのチューブ側の一端に供給した。また同時に、分離槽5の底部からのスラリーについても上記スラリー調製槽2によって調製されたスラリーとあわせて第一熱交換器3aのチューブ側の一端に供給した。第一熱交換器3aに供給されるスラリーの温度を測定したところ、65℃であった。一方、分離槽5で分離され、圧縮器6によって昇圧された圧縮プロセス蒸気を第一熱交換器3aのシェル側の一端に供給した。圧縮器6によって昇圧された圧縮プロセス蒸気の圧力は0.58MPaG、温度は193℃であった。
図2の固形燃料の製造装置41を用い、スラリー調製槽2での低品位炭と灯油との混合によってスラリーを調製した上、このスラリーを第一熱交換器42aのチューブ側の一端に供給した。また同時に、分離槽5の底部からのスラリーについても上記スラリー調製槽2によって調製されたスラリーとあわせて第一熱交換器42aのチューブ側の一端に供給した。第一熱交換器42aに供給されるスラリーの温度を測定したところ、65℃であった。一方、第一熱交換器42aのシェル側の一端から外部導入蒸気を供給した。この外部導入蒸気の供給圧は0.60MPaG、供給温度は160℃であった。
実施例1の第一熱交換器3aのシェル側の一端に供給されたプロセス蒸気は熱交換器3aで全凝縮された。また、これにより圧縮器6へプロセス蒸気を全量供給することが可能となった。さらに、実施例1の第一熱交換器3aの熱交換量は実施例2の第一熱交換器42aの熱交換量に比べて3割増加した。
実施例1の第二熱交換器3bではスラリーの供給温度及び排出温度が全体的に上昇したため、外部導入蒸気の熱が顕熱としてよりも潜熱として利用され、小さな温度差でも熱交換量が増加した。具体的には、実施例1の第二熱交換器3bの伝熱係数は実施例2の第二熱交換器42bの伝熱係数に比べて約5割増加した。
2 スラリー調製槽
2a、5a、7c 攪拌機
3 加熱器
3a 第一熱交換器
3b 第二熱交換器
4 固液分離器
5 分離槽
6 圧縮器
7 過熱器
7a 過熱槽
7b 第三熱交換器
8 凝縮液受器
9 凝縮器
10 油水分離器
11 タンク
12、13、14、18、19、20、21、23、25、27、30、31、32 配管
15、17、22、29、33、35、37、38 ポンプ
16、24、26、28、36 コントロールバルブ
41 固形燃料の製造装置
42 加熱器
42a 第一熱交換器
42b 第二熱交換器
43、44、46、47 配管
45、48 ポンプ
A 油分
B 固形分
C 廃水
S 外部導入蒸気
X 低品位炭
W 凝縮水
Claims (3)
- 粉状の低品位炭及び油分の混合によりスラリーをスラリー調製槽で調製する工程と、
加熱により上記スラリーに含まれる水分を蒸発させる工程と、
上記蒸発工程後のスラリーを固液分離器で固液分離する工程と
を備える固形燃料の製造方法であって、
上記蒸発工程が、
上記スラリーを第一の循環経路で予熱する工程と、
上記予熱後のスラリーを上記第一の循環経路と異なる第二の循環経路で加熱する工程と
を有し、
上記予熱工程の加熱媒体として上記蒸発工程で発生し圧縮器によって圧縮されたプロセス蒸気を用い、上記加熱工程の加熱媒体として外部導入蒸気を用い、
上記蒸発工程で発生した上記プロセス蒸気の一部を凝縮器によって凝縮し、上記凝縮器によって凝縮された凝縮液を油水分離器によって油水分離し、上記油水分離器によって分離された油分を上記スラリー調製槽に還流することを特徴とする固形燃料の製造方法。 - 上記予熱工程及び加熱工程で、多管式熱交換器を用い、シェル側に加熱媒体、チューブ側に上記スラリーを供給する請求項1に記載の固形燃料の製造方法。
- 粉状の低品位炭及び油分を混合するスラリー調製槽と、
上記スラリーに含まれる水分を蒸発させるために加熱する複数の加熱器と、
上記加熱器により加熱されたスラリーからプロセス蒸気を分離する分離槽と
を備える固形燃料の製造装置であって、
上記複数の加熱器が、
上記スラリーを第一の循環経路で予熱する第一熱交換器と、
上記予熱後のスラリーを上記第一の循環経路と異なる第二の循環経路で加熱する第二熱交換器とを有し、
上記プロセス蒸気を分離槽から第一熱交換器に供給する経路、及び
この経路で分離槽と第一熱交換器との間に配され、プロセス蒸気を圧縮する圧縮器をさらに備え、
上記第一熱交換器が、加熱媒体として上記圧縮器によって圧縮されたプロセス蒸気を用い、上記第二熱交換器が、加熱媒体として外部導入蒸気を用い、
上記分離槽で分離された上記プロセス蒸気の一部を凝縮する凝縮器、及び
上記凝縮器によって凝縮された凝縮液を油水分離する油水分離器をさらに備え、
上記油水分離器によって分離された油分を上記スラリー調製槽に還流することを特徴とする固形燃料の製造装置。
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