JPH021197B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は石炭の液化装置の改良に関するもので
ある。

〔従来技術〕 石油代替エネルギーとしての石炭の役割は大き
く、特に高圧の水素と反応せしめて液体燃料に変
換する石炭直接液化法は将来の重要な技術になる
と思われる。しかしこのような液化法は粉砕した
石炭を溶剤と混合したスラリーを高圧系に挿入す
る必要があり、その手段としては一般にプランジ
ヤー式ポンプが使用されるが、大容量のスラリー
輪送は不可能で、数10台のポンプが必要になり、
駆動部分の摩耗による損傷も大きい。遠心式ポン
プは大容量のスラリー輪送には適しているが、高
圧系への輪送が可能な耐摩耗性を有するものはな
い。

また、石炭液化反応の生成物は、順次、減圧、
分離、精製して良質な液状物とされるが、この生
成物中には未反応の石炭、灰分、触媒等固形分が
含まれるため、高圧系からの減圧工程においてバ
ルブの摩耗が激しく長期安定運転の重大な障害に
なることが知られている。

すでに、特開昭56−58533号公報にて示されて
いるように、溶剤と混合した石炭スラリーを低圧
下で一旦ハイドロホイスト内に送り込み、ハイド
ロホイストの弁を切り換え、高圧生成液をブース
タポンプでハイドロホイスト上部より圧入し、ハ
イドロホイスト内のフロートを介して原料スラリ
ーを高圧系に吐出させる構成が提案されている。
この構成は、原料スラリーは低圧下で輪送され、
また生成物は高圧であるが吸入側と吐出側の圧力
差は少ないため、いずれもスラリー中の固形分に
よる摩耗は少ない。また、高圧生成物は一旦ハイ
ドロホイスト内に保持された後、上部の弁を開放
することによつて減圧されるため、高圧系から常
時低圧系に排出せしめる減圧弁（レツトダウンバ
ルブ）にくらべ摩耗の度合ははるかに低減される
特長を有する。この原料スラリーを反応器側に吐
出させる駆動力はブースタポンプで圧入される生
成物スラリーであるから、原料スラリーの流量は
生成物スラリーの流量（いずれも体積流量）に等
しくなるが、生成物スラリー流量は原料の性状、
反応の条件、及び生成物気液分離器の条件により
変化するため、適用範囲が極めて限定されるとい
う欠点があつた。

そこで、これら各種条件と生成物スラリー量と
の関係を調べ、さらにポンプ動力や熱収支を検討
した。

第１図は特定の原料（石炭、溶剤、触媒の混合
物、固形分濃度38重量％、溶剤沸点200℃以上）
を一定温度条件下で反応せしめた後の気液分離工
程における温度を変化せしめた時の液状物液と固
形分の混合物で生成物スラリーと称す）量を生成
物スラリーの圧力を変えて示したもので、Ａは
300Kg／cm²、Ｂは250Kg／cm²、Ｃは200Kg／cm²、Ｄ
は150Kg／cm²の圧力を有する時の線図である。気
液分離器は反応器と同一圧力としその間に熱交換
器を入れて分離器温度を変化せしめたが、気液分
離温度が低いほど生成物中の軽質成分が液相に入
るため、生成物スラリー量は増加する。また圧力
が低いほどガスとして分離される割合が増加する
ため、生成物スラリー量は減少する。

第２図は、上記の分離された生成物スラリーの
体積量を原料スラリーの体積量と対比して示した
ものである（圧力：200Kg／cm²）。ここで、原料ス
ラリーの温度は最大値を250℃とし、生成物スラ
リーの温度がより高い場合は250℃、それより低
い場合には生成物スラリーと同一温度とした。
（ハイドロホイスト内での温度変化をできるだけ
少なくすることが望ましいが、原料スラリーは低
圧下でハイドロホイストに送られるため、高温に
すると分解したり、蒸発するために上限を250℃
とした。）第２図によれば、気液分離器の温度が
250℃以上の場合には原料スラリーより生成物ス
ラリー量の方が少なくなり、200℃以下ではむし
ろ多くなる。

したがつて、従来公知の技術を成立させるには
気液分離工程の温度を200〜250℃程度に限定しな
ければならない。しかも炭種が変つて生成油得率
が変れば、循環溶剤の沸点性状が異なり、気液分
離される生成物スラリーの量や性状も変化するた
め、プロセス成立条件も変動することになり、巾
広く適用できるシステムとするには新たな対策を
必要とする。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、その
目的とするところは、石炭液化装置の適用範囲の
拡大を図ることにある。

〔発明の概要〕

即ち、本発明の特徴とするところは、ハイドロ
ホイストの一端に原料スラリーを低圧で導入する
管路と、ハイドロホイストで高圧化された原料ス
ラリーを液化反応器へ導入する管路と、液化反応
器で得られた液化生成物を気液分離する気液分離
器と、このハイドロホイストの他端には液化反応
器で得られた高圧生成スラリーを導入する管路
と、圧力を排除された生成スラリーを低圧で導出
する管路とを具備する石炭の液化装置において、
液化反応器へ導入される上記原料スラリーと少く
とも同じ圧力に加圧するポンプと、このポンプで
加圧された上記と異なる原料スラリーを液化反応
器へ導入する管路とを有する石炭の液化装置にあ
る。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例を第３図によつて説明す
る。１は石炭、２は溶剤、３は触媒（触媒は添加
しないこともある）であり、これらはタンク４で
混合され原料スラリーとなる。５は原料スラリー
を予熱器６を介してハイドロホイスト７の一方の
室に送るポンプ、８はハイドロホイスト７に装入
され、その室を仕切るフロート、１２はハイドロ
ホイスト７で高圧化された原料スラリーを予熱器
９を介して導入される液化反応器、１０はハイド
ロホイスト７から液化反応器１２へ送られる原料
スラリーと少くとも同じ圧力に加圧するポンプで
あり、このポンプ１０は原料スラリーを予熱器１
１を介して液化反応器１２へ送る。１３は圧縮機
（図示せず）で昇圧後予熱器１４で予熱して液化
反応器１２に送入される石炭液化反応用の水素で
ある。１５は液化反応器１２で得られた液化生成
物を冷却する熱交換器、１６は熱交換器１５で冷
却された液化生成物を気液分離する気液分離器、
１８は気液分離器１６でガス成分１７が分離され
た生成物スラリーをハイドロホイスト７の他方の
室に送るポンプ、１９はハイドロホイスト７で圧
力を排除された生成物スラリーを気液分離する低
圧気液分離器、２０は気液分離器１６で余剰に生
成された生成物スラリーを低圧気液分離器１９へ
直接送る配管、２１は配管２０に設けられた開閉
弁、２２乃至２５はハイドロホイスト７の出入口
管に設けられた開閉弁である。

さて、石炭１、溶剤２、触媒３はタンク４で混
合（常温または100℃程度に予熱）され、ポンプ
５により低圧（吐出圧５Kg／cm²程度）で予熱器６
に送られ、予熱器６では250℃以下に昇温されて
ハイドロホイスト７の一方の室に送られる。この
時開閉弁２２，２５は開であり、開閉弁２３，２
４は閉である。ハイドロホイスト７に原料スラリ
ーが供給されるとフロート８が押し上げられる。
フロート８が上限まで押し上げたことを図示しな
い検出装置により検出すると開閉弁２２，２５が
閉じられ、開閉弁２３，２４を開く。しかして気
液分離器１６でガス成分を分離した生成物スラリ
ーをポンプ１８を介してハイドロホイスト７の他
方の室に圧入する。このため上記原料スラリーは
高圧化されて吐出され、予熱器９で400℃付近ま
で加熱されて液化反応器１２に送入される。この
原料スラリーだけで不足する場合は、別に設けた
ポンプ１０によりタンク４の原料スラリーを直接
昇圧して予熱器１１に送り、予熱された原料スラ
リーは液化反応器１２に送られる。液化反応器１
２で生成された生成物は熱交換器１５で冷却さ
れ、気液分離器１６で気液分離される。分離され
た生成物スラリーが多い場合には、その一部を配
管２０によつて低圧気液分離器１９に排出する。

生成物スラリーはポンプ１９により弁２４を経
てハイドロホイスト７に圧入され、フロート８を
介して原料スラリーを高圧系に吐出せしめる。フ
ロート８が下限にきたら弁２３，２４を閉じ、し
かる後、弁２５を開けてハイドロホイスト７内の
圧力を減じた後、弁２２を開けて再び原料スラリ
ーを導入する。これによつてハイドロホイスト７
内の生成物スラリーは後続の低圧気液分離器１９
に送り出される。

気液分離器１６の温度が高い場合には、ハイド
ロホイスト７を経て送られる原料スラリーのみな
らず、別に設けたポンプ１０によつても送入す
る。気液分離器１６の温度が低い場合には、原料
の駆動に使用する量以上の生成物スラリー量とな
るため、余剰分はポンプ１８に送らずに系外に排
出せしめる。第２図の値をもとに求めた補給原料
スラリー供給量及び余剰生成物スラリー排出量を
第５図に示す。気液分離器１６の温度が低いほど
余剰生成物スラリー排出量が増大、高いほど補給
原料スラリー供給量が増大するが、これらを加減
することにより、装置全体を安定に保持すること
が可能になる。

このような装置におけるポンプ動力を示したの
が第６図である。ポンプ動力はポンプ５，１０，
１８の動力の合計量であり、このような系を使用
せず、原料スラリーを全量常圧から反応圧（例え
ば200Kg／cm²）まで上げた時の値を1.0とした時の
相対値で示した。ポンプ動力は吐出側と吸入側の
圧力差や輪送量に比例するが、ポンプ５やポンプ
１８は圧力差が少ないため動力は小さく、このよ
うなシステムを組みこむことにより大巾な動力低
減となる。気液分離器１６の温度が高い場合に
は、原料の一部をポンプ１０で送らなければなら
ず、そのポンプ１０の圧力差が大きいため、ポン
プ１０の寄与の増大とともにポンプ動力は大きく
なる。このようにポンプ動力の低減という点から
は気液分離工程の温度が低いほど望ましい。

しかし、これら生成物スラリーは次段階で蒸留
等により分留するためにそれに必要な熱量を供給
しなければならなくなるので、その点からは高温
に維持することが望ましい。

これらの点を総合的にみると、気液分離の温度
を200〜300℃程度に維持することによりポンプ動
力の低減、及び分離工程における熱量の低減の両
者を同時に達成することが可能になる。石炭液化
反応は一般に400〜480℃、特に450℃程度で行な
われるので、このような生成物を200〜300℃に冷
却する必要があるが、この過程を原料スラリーと
熱交換せしめれば、冷却時の放出熱量の有効利用
が図れ、さらに効果的である。

なお、ポンプ５で送られる原料スラリーは常に
複数のハイドロホイスト７のいずれかに供給さ
れ、またポンプ１８からの生成物スラリーもいず
れかのハイドロホイスト７に送入され、全体とし
ては連続流が形成される。

また、上記実施例において、余剰生成物スラリ
ーは開閉弁２１により減圧するとしたが、このか
わりにハイドロホイストと類似の構成によつて排
出することも可能である。即ち第４図に示すよう
に、開閉弁３１，３２を有するシリンダー３０を
設置し、開閉弁３１を開くことによりシリンダー
３０内に高圧生成物スラリーを導入し、次いで開
閉弁３１を閉じ、開閉弁３２を開放することによ
り低圧ラインに排出せしめうる。この構成を採用
することにより、弁を絞りながらスラリーを減圧
する場合にくらべて弁の寿命を著しく増大せしめ
ることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、石炭液化に必要な100〜300
Kg／cm²という高圧系に石炭を含む原料スラリーを
送るポンプの摩耗を抑制でき、動力も大巾に低減
できるだけでなく、石炭液化装置の適用範囲を大
巾に拡大することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は気液分離温度と生成物スラリー量の関
係を示す線図、第２図は生成物スラリー体積と原
料スラリー体積との比較図、第３図は本発明の一
実施例を示す石炭液化装置の系統図、第４図は第
３図における余剰生成物スラリー排出の他の実施
例を示す系統図、第５図は第３図における各スラ
リー流量と生成物気液分離温度の関連図、第６図
は第５図より求めたスラリーポンプの動力の総和
を示す線図である。 ４……タンク、５，１０，１８……ポンプ、７
……ハイドロホイスト、１２……液化反応器、１
６……気液分離器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ハイドロホイストの一端に原料スラリーを低
   圧で導入する管路と、ハイドロホイストで高圧化
   された原料スラリーを液化反応器へ導入する管路
   と、液化反応器で得られた液化生成物を気液分離
   する気液分離器と、このハイドロホイストの他端
   には液化反応器で得られた高圧生成スラリーを導
   入する管路と、圧力を排除された生成スラリーを
   低圧で導出する管路とを具備する石炭の液化装置
   において、液化反応器へ導入される上記原料スラ
   リーと少くとも同じ圧力に加圧するポンプと、こ
   のポンプで加圧された上記と異なる原料スラリー
   を液化反応器へ導入する管路とを有することを特
   徴とする石炭の液化装置。