JPH0144749B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、水が蒸発しえない雰囲気で加熱する
と水分が液状で離脱する褐炭のような多孔質有機
固形物の脱水技術に関し、詳しくは水分の分離と
同時に有機固形物が分解することにより発生する
分解ガスの抜き取り方法とその装置に関する。

一般に褐炭などの有機固形物を脱水するには、
従来から気流乾燥法や間接加熱乾燥法等の蒸発乾
燥法が用いられている。しかし、これらの技術で
は熱消費が大きいこと、予め脱水物を細粒化して
おく必要があること、脱水製品が発塵したり自然
発火し易いこと等の欠点があるので、以前からそ
の代替技術の開発が進められている。

ところで、褐炭等の多孔質有機固形物を非蒸発
雰囲気で加熱すると物理的化学的変化が生じ、こ
れ等固形物の細孔内に含まれている水分が液状で
離脱する現象（以下液状脱水現象という）が知ら
れている。この液状脱水現象を利用した脱水方法
として飽和蒸気雰囲気で褐炭を加熱する方法（以
下飽和蒸気脱水法という）がある。

この技術を要約すると、第１図に示す系統から
なる脱水装置において、第２図に示す手順で同一
形状の複数の圧力容器をその処理過程に時間的ず
れをもたせて回分（バツチ）処理する褐炭の脱水
法である。なお、第１図において圧力容器とそれ
に付随するものには同一の添字を付し、他の圧力
容器等と区別している。

脱水すべき褐炭（以下原褐炭という）１はベル
トコンベア１９により微粉除去手段１８に搬送さ
れる。前記除去手段１８は、例えば１次篩機２、
破砕機３、２次篩機４からなり、液状脱水に不適
切な微粉を取除く。篩上の原褐炭は搬送手段例え
ばベルトコンベア７により脱水を行う圧力容器８
ａ，８ｂ等に搬送される。次にベルトコンベア７
のトリツパ９の如き分配手段によつて各圧力容器
に時間的ずれをもたせて原褐炭が投入される。た
とえば圧力容器８ａに投入された褐炭は外部蒸気
源１１から管路３１ａを介して飽和蒸気の供給を
受けて昇温液状脱水され、この間発生する熱水
（褐炭から離脱する水分と蒸気の凝縮水からなる）
は圧力容器８ａの下方に管路２０ａで接続された
熱水貯留容器１０ａに貯留される。しかる後圧力
容器が減圧され、褐炭の残水分をさらに蒸発さ
せ、大気圧にされた後、脱水褐炭が排出される。

ところで加熱の際発生する熱水は、予熱に利用
されるので、褐炭と分離貯留するため各圧力容器
８ａ，８ｂの下方に管路２０ａ，２０ｂで連通さ
れた熱水貯留容器１０ａ，１０ｂが設けられてい
る。ある圧力容器とその熱水貯留容器が減圧過程
にあるとき蒸発する蒸気あるいは前記熱水（以下
予熱媒体という）は、各圧力容器の処理過程の時
間的ずれを利用して、第２図に示すごとく予熱過
程にある他の圧力容器に２段階にわけて移動され
る。上記の予熱媒体のうち蒸気は圧力容器間を接
続する管路１３によつて、熱水は熱水貯留容器の
下部と他の圧力容器とを接続する１２ｂの如き管
路によつて移動する。

有機固形物は液状脱水されると脱水物が分解し
て二酸化炭素を主成分とするガスが飽和蒸気中に
拡散する。したがつてこの分散ガスが蒸気温度を
低下させたり、これに伴つて脱水率を低下させた
りするのを防止するために分解ガスを蒸気と分離
する必要がある。

従来から、蒸気と二酸化炭素の比重差に着目し
て、分解ガス濃度の比較的高い圧力容器下部の蒸
気を制限オリフイス４４ａから抜き取る方法が知
られていた。しかし、如何なる時期に抜き取りを
行なうのが好適かについては知られていなかつ
た。したがつて従来の方法では、分解ガスに同伴
して多量の蒸気が流出するので熱損失が大きかつ
たり、同伴流出する蒸気が制限オリフイス４４ａ
で凝縮して分解ガスの抜き取りが阻害されたりす
る欠点があつた。

本発明は、蒸発乾燥法の問題点を解決するため
に、液状脱水現象を効果的に利用した褐炭等の多
孔質有機固形物の脱水技術であり、更に詳しく
は、液状脱水現象に伴い発生する有機固形物の分
解ガスを効果的に抜き取ることにより、脱水率と
熱効率を高めた有機固形物の加熱脱水法およびそ
の装置を提供することを目的とする。

本発明は、圧力容器への有機固形物の封入、予
熱、加熱、減圧、排出の過程からなる有機固形物
の脱水であつて、加熱過程では外部蒸気源より前
記圧力容器に飽和蒸気を注入して有機固形物を加
熱して液状脱水し、この間に発生する熱水を予熱
媒体として利用する有機固形物の加熱脱水方法に
おいて、前記圧力容器の下部に滞留する分解ガス
の抜き取りを、前記加熱過程開始後その過程の30
％から90％が経過するまでの時間帯に限定して開
始し、加熱過程の終了と共に停止することを特徴
とする褐炭等の有機固形物の加熱脱水方法であ
る。

また本発明は、褐炭等の有機固形物の加熱脱水
装置において、 有機固形物を飽和蒸気で加熱する圧力容器の下
部と、 この圧力容器で発生する有機固形物から分離さ
れた水分と飽和蒸気の凝縮水の混合物である熱水
を貯留するための熱水貯留容器の上部とを、 圧力容器から熱水貯留容器への熱水を流下に伴
う置換気体を圧力容器へ送るために熱水流下管と
は別に均圧管で接続するようにし、 この均圧管に、分解ガスを系外に抜き取るため
の抜き取り管の枝設部を設け、 この抜き取り管に抜き取りの時間帯を限定する
ための開閉弁と、圧力容器と系外とを圧力的に隔
絶するための制限オリフイスを設けることを特徴
とした褐炭等の有機固形物の加熱脱水装置であ
る。

好ましい実施態様では、前記分岐管の前記の枝
設部と前記開閉弁との間にコンデンス・タンクを
設け、分解ガスが抜き取り管を通過する管に発生
する同伴水蒸気の凝縮水を分離するようにしたこ
とを特徴とする。

また好ましい実施態様では、前記分岐管の前記
の枝設部と前記の開閉弁との間に分解ガス冷却用
の管部を設け、分解ガスに同伴されている水蒸気
を凝縮させて分離し、熱水として系内に回収する
ようにしたことを特徴とする。

本発明は、過熱過程（蒸気供給中）のある時間
帯に限定して開閉弁を用いて発生分解ガスを抜き
取る方法と、その方法を実施するための装置に特
に深く関係するものである。

以下、詳細に説明する。第３図は、本発明によ
る分解ガス抜き取り装置を第１図と同様の飽和蒸
気脱水法を実施するための装置に組込んだ本発明
による有機固形物の加熱脱水装置の例である。な
お、前述と重複する部分については同一の符号を
付し説明を省く。

本発明を実施する装置は圧力容器の下部より、
特に好ましくは、圧力容器と熱水貯留容器を均圧
する管路より、分解ガスを抜き取るために以下の
構成を有する。圧力容器８ａと熱水貯留容器１０
ａとを接続し、熱水を滴下させる管路２０ａに並
設して前記の両容器８ａ，１０ａを均圧させる均
圧管２１ａと、この均圧管に枝設された分岐管２
２ａとが設けられる。分岐管２２ａの先端には開
閉弁２３ａと、制限オリフイス２４ａが設けられ
ている。

第２図に示す第１予熱や第２予熱の予熱段階で
は、圧力容器および熱水貯留容器内の蒸気温度
TRは第４図中の曲線３０で示すように加熱脱水
温度TSよりもはるかに低く、分解ガスの発生量
が少ない。たとえ、この段階で分解ガスの発生に
よる蒸気の温度低下があつても、褐炭の加熱温度
に何ら影響はない。なお、図中ΔTRは蒸気下層
部の温度の低下分、HRは蒸気の温度低下層の厚
さ、LRは凝縮水等の液面の高さであり、これら
は上述の段階で第４図の曲線３０に示す如く小さ
く事実上無視できる。しかし、圧力容器８ａに外
部蒸気源１１より蒸気の供給が開始されると、第
４図の曲線３１に示されるように液状脱水と蒸気
の凝縮により熱水が発生し、熱水貯留容器１０ａ
内の液面の高さLSが上昇して、分解ガスによる
蒸気温度低下層が上方に移動する。また、褐炭の
昇温により分解ガスの発生も活発になり、最下部
の温度低下ΔTSや、温度低下層の厚みHSが増大
する。加熱操作の初期には、褐炭の温度が低いた
めに蒸気温度の低下があつても大きな問題となら
ないが、加熱の後半では褐炭をほぼ加熱脱水温度
TSに昇温させる必要があり、また上記LS、
ΔTS、HSが増大するために第４図の曲線３１，
３２，３３のように、温度低下層の厚みHSが増
大しながら上方に移動するため、圧力容器８ａ内
の蒸気温度の低下が著しくなる。

本発明は、このような加熱過程のある時間帯に
限定して開閉弁２３ａを開き褐炭の昇温不足によ
る脱水率の低下を防止するものである。また、分
解ガスの濃度の高い蒸気を抜き取ることができる
ので蒸気の損失が少く、開閉弁２３ａより下流に
ある制限オリフイス２４ａの閉塞を防止すること
ができる。開閉弁２３ａの開時間は、タイマー等
によつて制御されるが、これに温度制御を付加す
ることにより、より効果を上げることができる。

次に、本発明者等が水分190％（乾炭ベース）
の豪州褐炭を用いて実施した実験結果について記
す。

蒸気源として37Kg／cm²Ｇの飽和蒸気を用い、予
熱終了後の加熱時間を50分間とした。

圧力容器下部と熱水貯留容器を接続する均圧管
より抜き取つた分解ガスを分子式コンデンサで冷
却して、同伴している水蒸気を凝縮させて分離し
た後、積算式ガス流量計で流量を測定した。

予熱過程の開始から減圧の完了に至るまで充分
な抜き取を行ない、１バツチの分解ガスの積算流
量を求めたところ、褐炭（乾炭ベース）１Kg当り
18.4N（36.1ｇ）となつた。これは褐炭（乾炭）
の収率や分析値および放気時、排水時、排入炭時
に放出された分解ガス量の推算値などを基に算出
した分解ガスの総発生量38ｇ／Kg of dry coal
の95％に相当する。

抜き取り時間をこれより短くした場合、分解ガ
スの積算流量はこれよりも少なくなつた。この傾
向を第５図に示す。ここで実線は、抜き取りの終
了を加熱終了時とした場合であり、一点鎖線は抜
き取りの終了を減圧終了時とした場合であり、そ
れぞれ抜き取り開始時期を変えた場合の分解ガス
積算流量を、総発生量に対する比率で示してい
る。

第５図によれば、加熱の開始から全加熱時間の
30％に相当する15分を経過した時点より分解ガス
の抜き取りを開始し、加熱の終了まで抜き取りを
継続すると分解ガスの全発生量の85％を抜き取る
ことができ（同図中Ｃ点）、しかも加熱の終了ま
でに圧力容器の下部温度を上部温度と一致させる
ことができた。

全加熱時間の90％に相当する45分を経過した時
点より、抜き取りを開始した場合には抜き取るこ
とのできる分解ガス量比は急激に低下し、上下部
温度の一致は困難でそのため脱水率が低下した。
また、第５図の一点鎖線で示されるように加熱が
終了しても抜き取りを停止しない場合、たとえば
予熱、加熱、減圧の全過程を通じて抜き取りを行
う場合の分解ガスの全発生量に占める抜き取りガ
ス量の割合は、加熱開始後一定の時間、たとえば
30％経過後抜き取りを開始し、加熱の終了と同時
に抜き取りを停止した場合に比較して大きな差は
なく、却つて同伴して流出する蒸気量が多かつた
り、蒸気の凝縮により安定した抜き取りが阻害さ
れたりした。

上記の結果から、開閉弁２３ａを開くのは加熱
開始後全加熱時間の30％から90％の間の時間帯と
し、開閉弁２３ａを閉じるのは加熱の終了と同時
にするのが特に好適である。

また開閉弁２３ａの開時間をタイマー等により
加熱の後半に開とすること加えて、第４図に示さ
れる圧力容器８ａの下部Ｂの蒸気温度を検出し
て、たとえばこの温度がTSよりΔTC以上低下し
ないように加熱の前半さらに詳しくは、加熱の前
半で圧力容器の上部の温度が蒸気温度にほぼ等し
くなつている期間においても、開閉弁２３ａの開
閉を制御して分解ガスを抜き取るようにしても良
い。また上記の圧力容器Ｂの蒸気温度の検出値に
換えて、圧力容器上部Ａと下部Ｂとの蒸気温度の
検出値の差により開閉弁２３ａを制御するように
すれば、加熱の後半以外の処理過程でも実施する
ことができる。

次に上述の方法の発明を実施する装置の発明に
つてい述べる。大略上述したがそれらに加えて、
分岐管２２ａの開閉弁２３ａよりも上流の部分に
適当な蒸気分離器を設けても良い。第３図にはこ
の一例が示されているが、第６図にこの部分の詳
細を示す。第６図において、分岐管２２ａは、コ
ンデンスポツト２５ａを経て上方に延設されてい
る。その垂直部にはフインが設けられて空冷式コ
ンデンサ２６ａが構成され、その先端に開閉弁２
３ａ、制限オリフイス２４ａが設けられている。

圧力容器下部より抜き取られる分解ガスに混入
している蒸気はコンデンサ２６ａで凝縮して、コ
ンデンスポツト２５ａで滴下し、分岐管２２ａを
逆流し均圧管２１ａを滴下して熱水貯留容器１０
ａに回収される。したがつて制限オリフイス２４
ａからは濃度の高い分解ガスが流出するので、蒸
気の流出が少いために閉塞等の問題が解消され
る。コンデンサ２６ａは高圧であるために蒸気を
比較的高温で凝縮させることができ、このため空
冷による熱損失が少く熱水貯留容器に回収された
分解ガス同伴蒸気の凝縮水は予熱源として十分な
温度を保有する。

分岐管２２ａは第７図に示す如く、管４２ａ，
４２ａを含み、前者を空冷管とし、両管の間にコ
ンデンスポツト２５ａを介在させ、管４２ａの先
端に開閉弁２３ａ、制限オリフイス２４ａを設
け、コンデンスポツト２５ａの溢流管２７ａを、
均圧管２１ａに接続しても良い。

圧力容器下部より流出する蒸気を同伴した分解
ガスは、管４１ａを下向きに流れるので、これを
滴下する凝縮水との流れの干渉を生じることがな
いので更に有利である。分岐管２２ａより下方に
向う管４３ａは、第８図に示す如く、水冷式のコ
ンデンサであつても良いし、またコンデンスポツ
ト２５ａの溢流管２７ａには逆止弁２８ａを設け
て熱水貯留容器１０ａに接続されるものであつて
も良い。冷却を水冷式とすることは、脱水装置に
併設される設備、例えばボイラー等で高温水の有
効な用途がある場合好都合である。また溢流管２
７ａを熱水貯留容器１０ａに直接接続すること
は、均圧管２１ａに於ける流れを円滑にでき有利
である。

本発明は第３図、第６図〜第８図に示されてい
るように、制限オリフイス２４ａの上流に開閉弁
２３ａを設け、これを時間的に限定する開口操作
に加えて、圧力容器内の温度分布に応じて開閉制
御すると、さらに有効に実施できる。

このような装置を用いると分解ガスに混合して
いる蒸気が冷却されて凝縮し分解されるので流出
する蒸気が少くてすみ、しかも蒸気は高圧のため
比較的高温で凝縮するので冷却による熱損失が少
く、凝縮水は熱水貯留容器に回収できる効果があ
る。なお、上述した発明の分解ガス抜き取り方法
は、上述した装置のみならず、従来から存在する
手段でもつても行うことができる場合がある。ま
た圧力容器の個数や熱水貯留容器の存否に拘ら
ず、熱水による予熱と蒸気による加熱からなる脱
水法であれば適用できる。また本発明の分解ガス
抜き取り装置は、分解ガスの抜き取り時期に拘ら
ず作動させることができることも当然である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の脱水方法を示す系統図、第２図
はその処理手順説明図、第３図は本発明を実施す
るための装置の系統図、第４図は圧力容器と熱水
貯留容器内の温度分布図、第５図は分解ガス抜き
取り開始時刻と分解ガス抜き取り量比を示す説明
図、第６図、第７図および第８図は本方法発明を
実施する分解ガス抜き取り装置の実施例である。 １……有機固形物、８ａ……圧力容器、１１…
…外部蒸気源、２１ａ……均圧管、２２ａ……分
岐管、２３ａ……開閉弁、２４ａ……オリフイ
ス、２５ａ……コンデンスタンク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 圧力容器への有機固形物の封入、予熱、加
   熱、減圧、排出の過程からなる有機固形物の脱水
   であつて、加熱過程では外部蒸気源より前記圧力
   容器に飽和蒸気を注入して有機固形物を加熱して
   液状脱水し、この間に発生する熱水を予熱媒体と
   して利用する有機固形物の加熱脱水方法におい
   て、前記圧力容器の下部に滞留する分解ガスの抜
   き取りを、前記加熱過程開始後その過程の30％か
   ら90％が経過するまでの時間帯に限定して開始
   し、加熱過程の終了と共に停止することを特徴と
   する褐炭等の有機固形物の加熱脱水方法。 ２ 褐炭等の有機固形物の加熱脱水装置におい
   て、有機固形物を飽和蒸気で加熱する圧力容器の
   下部と、 この圧力容器で発生する有機固形物から分離さ
   れた水分と飽和蒸気の凝縮水の混合物である熱水
   を貯留するための熱水貯留容器の上部とを、 圧力容器から熱水貯留容器への熱水を流下に伴
   う置換気体を圧力容器へ送るために熱水流下管と
   は別に均圧管で接続するようにし、 この均圧管に、分解ガスを系外に抜き取るため
   の抜き取り管の枝設部を設け、 この抜き取り管に抜き取りの時間帯を限定する
   ための開閉弁と、圧力容器と系外とを圧力的に隔
   絶するための制限オリフイスを設けることを特徴
   とする褐炭等の有機固形物の加熱脱水装置。 ３ 前記分岐管の前記の枝設部と前記開閉弁との
   間にコンデンス・タンクを設け、分解ガスが抜き
   取り管を通過する管に発生する同伴水蒸気の凝縮
   水を分離するようにしたことを特徴とする特許請
   求の範囲第２項記載の褐炭等の有機固形物の加熱
   脱水装置。 ４ 前記分岐管の前記の枝設部と前記の開閉弁と
   の間に分解ガス冷却用の管部を設け、分解ガスに
   同伴されている水蒸気を凝縮させて分離し、熱水
   として系内に回収するようにしたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第２項記載の褐炭等の有機固形
   物の加熱脱水装置。