JPH0468243B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） この発明は、溶融鉄を利用して石炭を分解し、
各有価物を回収する方法に関する。 （従来技術及びその問題点） 石炭を処理して有価物を回収する方法は、従来
から数多くの方法があり、しかも有価物の種類も
著しくある。ここでは、有価物のうち水素ガス及
び炭素微粉末の回収方法について説明する。 石炭から水素ガス又は水素含有ガスを回収する
方法は、広く工業規模で実用化されている。例え
ば、 (1) 石炭を乾溜し発生するガスを深冷分離して水
素を分離回収する方法。 (2) 又は上記(1)の発生ガスを吸着法で処理して水
素を分離回収する方法。 (3) 石炭又は石炭の乾溜によつて生ずるコークス
を原料とし、水性ガス反応によつて水素を生成
し回収する方法。 (4) 石炭の乾留によつて生ずる石炭ガス中のメタ
ンガスを分離し、次いでこれを分解して水素を
分離回収する方法。 などを挙げることができる。しかしこれらの方
法はいずれも工程が複雑であり、しかも前工程に
規模の大きな複数のプロセスが必要となる。従つ
て設備費が増大しコスト的な問題が大きいととも
に、各工程相互関連が複雑なため操業上の問題が
多い。 次に石炭から炭素微粉末を製造する方法につい
て述べる。従来石炭から直接炭素微粉末を製造す
る方法はなく、石炭のガス化又は乾溜によつて生
ずるメタンガス又はタール製品を原料とするもの
である。工業的に実施されている方法として、チ
ヤンネル法、サーマル法、フアーネス法などの熱
分解法がある。チヤンネル法は、天然ガス、炭化
水素ガス、ナフタリン、クレオソート油、ピツチ
オイルなどの重炭化水素蒸気と、石炭ガス、発生
炉ガス、コークス炉ガス等の混合ガスあるいはこ
れらに空気を加えた混合ガスとを原料とし、これ
を火口で燃焼した後冷却してカーボンブラツクを
得る方法である。またサーマル法は、1400℃以上
に加熱した耐火煉瓦にメタン等のガス状炭化水素
を接触させて水素と炭素とに分解する方法で、耐
火煉瓦を加熱するために分解作業が断続的にな
る。またフアーネス法は、炭化水素を含む原料ガ
スと少量の空気を同時に炉内に送り、原料の一部
を燃焼させて炉内温度を維持することにより原料
の残部を分解する方法である。これらの方法は、
いずれも石炭を直接原料とすることはできず、石
炭を処理したときの発生物を原料としている。 これらの方法に対し、石炭を直接分解処理する
方法があり、その代表的な例として石炭の乾溜が
ある。これは、空気を断つて石炭を900〜1350℃
に長時間加熱して、コークス、石炭ガス、ター
ル、芳香族化合物、その他を得る方法である。し
かし原料石炭中の炭素分は、灰分とともに堅い塊
状のコークスとなり、純度のよい粉末状の炭素は
得られない。また原料石炭中の水素分はメタンガ
ス、水素ガスを含む混合ガス、あるいはタール、
芳香族化合物となり、水素ガスへの分解率は非常
に悪く、50％以下となる。従つて、水素ガスとし
ての回収率も低いものとなる。 例えば石炭銘柄「幌内中塊」の工業分析結果及
び元素分析結果を表１、表２に示す。

【表】

【表】 これらの分析結果から次のことがわかる。 （） 乾留では、石炭中の炭素分のうち、約67
％が炭素として残るのみで、しかもその炭素は
灰分と結合して塊状に残り、しかも炭素の純度
が約83％と低く、純度を上げることは不可能で
ある。 （） 乾留では、多種類の炭化水素等を含む水
素ガスの混合物が得られるが、石炭中の炭素分
68.8部のうち約23部の炭素分が化合物として揮
発しており、このため水素ガスの純度を下げる
ことになる。 即ち、石炭の乾留は、石炭の直接分解処理方法
であるが、目的物である炭素、水素の収率及び純
度が悪く、その性状も取扱い上好ましくなく、実
用に供し得ない。 （発明の目的） この発明は、石炭を極めて簡単な方法でかつ純
度及び収率よく直接分解することができる方法を
得ることを目的とする。 （発明の構成） この発明は、石炭を溶融鉄中に装入して石炭中
の水素分を分解離脱せしめて水素ガスを回収し、
石炭中の炭素分を溶融鉄に溶解させた後析出させ
てこれを回収し、石炭中の灰分を溶融鉄上面に浮
上させて回収することを特徴とする石炭中有価物
の回収方法である。 （発明の具体的な説明） 本発明者は、石炭を直接分解する物質として高
温の溶融状鉄（以下溶融鉄と略称する）に着目
し、以下に示す特性を利用して石炭中有価物を回
収することを見出した。 (1) 溶融鉄は、炭素に対し溶融性があり、しかも
溶融性はある温度範囲において温度の上昇とと
もに大きくなる。 (2) 炭素等の固体状又は溶融状のスラグ（以下溶
融スラグと略称する）は溶融鉄に比べ比重が極
めて小さいため、これらは溶融鉄の上層面に浮
上し、分離し得る。 (3) 溶融鉄は、高温で極めて流動性がよく、液体
と同様に扱える。 (4) 溶融鉄は、高温での蒸気圧が極めて小さく揮
散が小さい。 (5) 溶融鉄は、炭化水素を炭素と水素に熱分解し
得る。 本発明では、上述した溶融鉄の特性を利用した
もので、溶融鉄に石炭を装入すると、石炭は高温
の溶融鉄に接触して水素と炭素と極く少量の低級
炭化水素に分解する。なお厳密に言えば、少量の
N₂Ｏ，CO，H₂Ｓその他を含む。水素の殆どは気
体となつて溶融鉄内を浮上し、上部で離脱し、回
収される。また灰分は、溶融スラグとして溶融鉄
の上面に浮上し、回収される。一方炭素は一部気
体水素の上昇に伴いあるいは溶融鉄との比重差に
よつて上昇するが、残りは溶融鉄中に溶解する。
そして、溶融鉄中の炭素の溶解度を低下せしめて
炭素を析出、分離する。 溶融鉄に石炭を装入する際、溶融鉄は以下のよ
うに処理しておくのが好ましい。 （） 溶融鉄の加熱温度を調節して高温好まし
くは1536℃より高い温度とし、炭素濃度にかか
わらず溶融鉄の流動性を保持する。 （） 溶融鉄の炭素濃度が4.26重量％より大き
い場合、溶融鉄の加熱温度を調節して1153℃よ
り高い温度とする。 （） 水素を含む溶融鉄中に、一酸化炭素ガス
を吹込み水素を駆出して炭素の溶解度を向上す
る。なお、一酸化炭素は、水素、炭素又は溶解
鉄との反応が少ない。 （） 所定温度まで昇温する際に、一酸化炭素
を吹込んで水素を駆出する。 溶融鉄中に溶融した炭素を析出させるには、
例えば次のようにしておこなう。 （） 溶融鉄中に水素を吹き込み、水素の溶解
量を増すことにより、炭素の溶解度を低下せし
め、析出、分離せしめる。 （） 溶融鉄中の炭素濃度が4.26重量％より大
きく、かつ溶融鉄の温度が1153℃より大きい領
域にある場合、温度低下により炭素溶解度が低
下するので溶融鉄を冷却して炭素を析出せしめ
る。 （） （）の方法において、冷却時に水素ガ
スの吹き込みを併用する。 なお（）（）において炭素濃度及び温度の
下限を特定したのは、炭素濃度4.26重量％、温度
1153℃は鉄−炭素系状態図における共晶点であ
り、これより炭素濃度が低くなると凝固点が上昇
し、溶融鉄が凝固してしまうためである。 炭素析出後溶融鉄を再使用するには、上述した
（）〜（）の処理を行う。 （実施例） 実施例１（第１図） 耐熱性、断熱性の密閉型石炭分解容器１内に高
温の溶融鉄２を保持し上下に循環流動させる。容
器１の中央部やや下方に取付けた吹込管３から一
酸化炭素ガス気流に乗せて微粉炭を装入する。ま
た容器１の底部には中心部よりやや吹込管３側に
偏つた位置にCOガスの吹込管４が取付けられ、
ここからCOガスを吹込んで溶融鉄２の循環を助
けるとともに溶融鉄中の水素などを除去して炭素
の溶解能力を向上する。 また溶融鉄による石炭の分解反応は吸熱反応で
あるので、溶融鉄へ熱を供給する。その方法とし
て、例えば溶融鉄の内部に電極を装入し、通電に
より抵抗加熱する方法、あるいは容器に誘導コイ
ルを巻き、高周波誘導によつて加熱する方法など
がある。 しかして高温に加熱されている溶融鉄２は、下
降流５となつて底部に到達すると吹込管４から装
入されるCOガスにより洗浄され、水素等の成分
が溶融鉄中から駆出される。駆出を継続しながら
溶融鉄は上昇流６となり、ここに微粉炭が装入さ
れる。微粉炭を送るガスとしてはCOガスに限ら
ず他のガスでもよい。また微粉炭は細い程比表面
積が大きいため、溶融鉄との接触がよく、石炭の
分解反応が速やかとなり、分解効率が向上する。
更に微粉炭の水分は溶融鉄と接触すると蒸発その
他の現象をひき起して熱を奪うため、なるべく少
ないことが望ましい。 溶融鉄の上昇流６に装入された微粉炭は、高温
の溶融鉄によつて分解し、水素ガスを含む気体の
生成、溶融スラグの生成、炭素分の溶融鉄への溶
解、更には溶融鉄の炭素溶解能力以上に石炭があ
る場合にはコークスの生成等の現象が生じる。こ
れらは上昇流とともに上部に移送される。そして
上層部に浮上形成された溶融スラグ７は、抜出径
路８から系外に排出される。また水素ガスを含む
ガスは、抜出径路９から抜き出される。また炭素
は、溶融鉄の炭素濃度が4.25％より大きく、温度
が1153℃より大きい場合、次のようにして回収す
る。上昇流６の上昇過程では、石炭の分解による
吸熱作用により、あるいは積極的な冷却操作によ
り、溶融鉄の温度が下り、溶融鉄に溶解している
炭素の一部が析出する。その結果析出した炭素が
上部で溶融鉄から分離され、一部は抜出径路８か
ら、又一部は抜出径路９から系外に取出される。 水素ガスを含む流体、溶融スラグ、炭素等を分
離し、温度の下つた溶融鉄は、下降流５となつて
流下し、流下する過程で加熱されて、所定の温度
に達する。 実施例２（第２図） 第２図の装置は、第１図の容器１内の中央部に
縦方向かつ上部、底部に流通路を保つように断熱
性隔壁１０を配したものである。 この構造によれば、上昇流６と下降流５との混
り合いがなく、それぞれの流れの中での円滑な反
応の進行、析出、あるいは分離が保持される。更
にこの隔壁部に高周波コイルを配して高周波誘導
加熱を行なえば、溶融鉄の加熱調整を容易におこ
なえる。 実施例３（第３図） 図示する分解容器１は、内部に隔壁１０を設け
て、上部、底部に流通路を形成している。また容
器１外周及び隔壁１０にそれぞれ高周波誘導コイ
ル１１，１１を配置して、容器１内の溶融鉄２を
加熱している。また容器１は側部に微粉炭吹込管
３、この吹込管３と同じ側の底部にCO吹込管４、
上側部に抜出径路８、上部に抜出径路９をそれぞ
れ取付けている。そして吹込管４から吹込まれる
COにより、溶融鉄２が上昇し、上昇流６から水
平流１２、下降流５、底部水平流１３となつて溶
融鉄の循環がなされる。また吹込管３からCOガ
スあるいは他の混合ガスの気流に乗つて微粉炭が
装入され、溶融鉄と接触する。この接触により、
石炭の分解、水素ガスを含む流体の発生、炭素の
生成及び溶融鉄への溶解、そして溶融鉄からの析
出、溶融スラグの生成、更にはこれら発生物、生
成物の浮上、分離等がおこる。この場合高周波誘
導コイル１１，１１により加熱度合を増減して、
溶融鉄からの炭素析出を調整している。 浮上した溶融スラグ７及びこの随伴物は抜出径
路８から系外に取出される。水素ガスを含む流体
は抜出径路９から系外に取出される。この流体
は、熱交換器２１及び冷却器２２により所定温度
まで冷却される。冷却後分離器２３にて固体分と
気体分とに分けられ、固体分は外部に取出され、
気体分はガス分離装置２４に送られる。ガス分離
装置２４では、必要の度合に応じ種々のガス成分
に分けられる。ここで分離されたCOガス（操作
条件によつては他のガス）は、熱交換器２１を通
り、必要により加熱器２５により昇温されて、貯
槽２６からの微粉炭を搬送する気体として吹込管
３から装入される。吹込管３及び４からCOガス
を吹き込むことにより、上述した循環流を形成す
るとともに、水素等を駆出して溶融鉄の炭素への
溶解能力を向上する。 実施例４（第４図） 図示する分解容易１は、その基本的な構造は第
３図に示す分解容器と同じであるが、更に容器１
の天井部中央及び隔壁１０の上部にそれぞれ邪魔
板３１，３２を設けている。このことにより、上
部で溶融鉄上に浮上した炭素が溶融鉄の循環の流
れから分離、浮上し、浮上炭素３３として集めら
れる。また容器１は、下降流５が生じている個所
の側面にCO吹込管４′を取付け、ここからCOガ
スを吹込んでいる。このことにより、水素等を溶
融鉄から駆出して、溶融鉄の炭素溶解能を向上し
ている。この場合、COガス吹込量は、下降流を
維持しつつかつCOガスが向流状態で上昇するよ
うな吹込量とする必要がある。 また微粉炭吹込量３′は、CO吹込管４′より下
方でかつ底部水平流１３より上方に設けられ、こ
こからCOガスの気流に乗せた微粉炭を吹込む。
装入された微粉炭とCOガス気流（又は他のガス
気流）は、溶融鉄と接触し、溶融スラグ、気体及
び炭素等を主体とするものにそれぞれ分れる。こ
の場合前記溶融スラグ、気体及び炭素等を主体と
するものが浮上し、しかも下降流５を保持するよ
うに設定して、水素の駆出作用の維持を図るよう
にする。溶融鉄の循環を調整するには吹込管３４
からの水素ガスの装入量を増減することによつて
おこなう。また溶融鉄の循環径路に電磁ポンプを
設けてもよい。 そして溶融鉄の上層に集まつた炭素３３の一部
は引抜径路３５により外部に取出され、一部は抜
出径路９から水素を含むガスとともに系外に取出
される。また溶融スラグ７は抜出径路８から外部
に取出される。溶融スラグとともに浮上したCO
ガスを含むガスは引抜径路６から系外に取出され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は、本発明方法を行なう回収
装置の実施例を示す概略図である。 １……分解容器、２……溶融鉄、３……微粉炭
吹込管、４……COガス吹込管、５……下降流、
６……上昇流、７……溶融スラグ、８……抜出径
路、９……抜出径路、１０……隔壁、１１……誘
導コイル、１２……水平流、１３……底部水平
流、２１……熱交換器、２２……冷却器、２３…
…分離器、２４……ガス分離装置、２５……加熱
器、２６……貯槽、３１，３２……邪魔板、３３
……浮上炭素、３４……水素吹込管、３５，３６
……引抜径路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 石炭を溶融鉄中に装入して石炭中の水素分を
   分解離脱せしめて水素ガスを回収し、石炭中の炭
   素分を溶融鉄に溶解させた後析出させてこれを回
   収し、石炭中の灰分を溶融鉄上面に浮上させて回
   収することを特徴とする石炭中有価物の回収方
   法。 ２ 溶融鉄の温度を1153℃以上とし、溶融鉄中に
   溶解している炭素濃度を4.25重量％より大なる濃
   度とした後炭素を析出させる特許請求の範囲第１
   項記載の石炭中有価物の回収方法。 ３ 溶融鉄の温度を調節して、石炭の溶解、析出
   を行なう特許請求の範囲第１項記載の石炭中有価
   物の回収方法。 ４ 溶融鉄を1535℃以上として石炭を装入する特
   許請求の範囲第１項記載の石炭中有価物の回収方
   法。 ５ 溶融鉄中に一酸化炭素を吹込んで、炭素の溶
   解を妨害する成分を除去して溶融鉄の炭素に対す
   る溶解能力を調節する特許請求の範囲第１項記載
   の石炭中有価物の回収方法。 ６ 溶融鉄中に水素を吹込んで、溶融鉄の炭素に
   対する溶解能力を調節する特許請求の範囲第１項
   記載の石炭中有価物の回収方法。 ７ 溶融鉄は分解容器内を循環している特許請求
   の範囲第１項記載の石炭中有価物の回収方法。 ８ 分解容器内に隔壁を設けて両者の間隙に形成
   された循環経路に溶融鉄を循環させる特許請求の
   範囲第７項記載の石炭中有価物の回収方法。 ９ 循環経路上部に邪魔板を設けて溶融鉄と溶融
   鉄からの浮上物とを分離する特許請求の範囲第８
   項記載の石炭中有価物の回収方法。 １０ 溶融鉄の循環を一酸化炭素ガス及び水素ガ
   スの一種または二種の吹込量を調節しておこなう
   特許請求の範囲第７項記載の石炭中有価物の回収
   方法。