JPH10130655A - 石炭液化プロセスにおける液化残渣粘度の把握方法およびその液化残渣の排出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 石炭液化プロセスの液化油蒸留工程におい
て、灰分濃度の変化だけでなく、液化残渣の有機質の性
状が変化した場合にも、液化残渣の性状変化を把握する
とともに、その液化残渣の性状に応じて排出状態を制御
して安定的に排出する方法を提供する。 【解決手段】 石炭スラリー調整工程、石炭液化工程、
液化油蒸留工程、溶剤水素化工程からなる石炭液化プロ
セスにおいて、液化反応条件と灰分バランスから液化残
渣粘度を推定して残渣を排出する。また、推定粘度一定
とするように減圧蒸留塔の温度または／及び圧力を制御
して液化残渣を排出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、石炭液化プロセス
における液化残渣粘度の把握方法およびその液化残渣の
排出方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】第１工程として循環溶剤、石炭および石
炭液化用触媒を混合する石炭スラリー調整工程と、第２
工程として第１工程で得られた石炭スラリーを水素の存
在下で加圧および加温し水素化分解反応により液化油を
生成する石炭液化工程と、第３工程として第２工程で得
られた液化油を常圧下および減圧下で蒸留し各種製品油
と液化残渣に分離する液化油蒸留工程と、第４工程とし
て第３工程で得られた中質油の一部又は全量と重質油の
全量を混合して溶剤水素化触媒の存在下で加圧および加
温し水素を添加して循環溶剤を生成する溶剤水素化工程
の４つの工程からなる石炭を液化するプロセスにおい
て、第３工程の減圧蒸留塔内で分留した液化残渣は、液
化生成物の中でも沸点が最も高く重質な有機質と、石炭
中の灰分および液化触媒が濃縮した無機質を含んでい
る。従って液化残渣の流動状態は、有機質と無機質の状
態が変われば、大きく変化する。

【０００３】このような液化残渣の流動状態を一定に保
ち、安定に排出することは、液化生成物の製造を安定化
するために必要な技術である。しかし液化残渣全体の粘
度は高く排出は容易でない。また一方で粘度を下げて排
出を容易にするために液化残渣の温度をあげると、残渣
中の有機質が重合してコーキングを生じて排出状態を悪
化させることがある。減圧蒸留塔からの液化残渣の排出
状態を制御する技術としては、以下の技術が提案されて
いる。

【０００４】例えば、特開平４−１６１４８９号公報で
は、残渣の灰分中のＳ濃度と、沈降槽上部の溶液のＳ濃
度から、沈降槽上部の溶液の灰分濃度を算出し、同液の
抜き出し量調整等の脱灰処理の条件を調整する方法が提
案されている。また特開平４−１６１４９０号公報で
は、残渣に脱灰溶剤を加えて灰分共存溶液を形成し、沈
降槽へ送り、下部に灰分濃縮スラリーを、上部に灰分希
釈液を形成し、下部の溶液にγ線を照射し溶液の密度、
灰分濃度を求め灰分の凝集・塊化等のトラブルを防止す
る方法が提案されている。また特開平４−１１５１９５
号公報では、液化生成油と残渣を分離する際、蒸留塔で
残渣灰分を２０〜３５％となるように固形分濃度を調整
し、遠心分離機にかけ、固液を分離する方法が提案され
ている。上記に示したように、液化残渣中の灰分濃度を
一定に調整することにより、排出状態を制御する技術の
提案がなされてきた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、灰分濃度のみ
に着目しても液化残渣の排出状態を制御するためには十
分でない。なぜなら液化残渣の流動性には、灰分濃度の
影響だけでなく、有機質の性状が変化することによる影
響も少なくないからである。従って、本発明において
は、灰分濃度の変化だけでなく、液化残渣の有機質の性
状が変化した場合にも、液化残渣の性状変化を把握する
とともに、その液化残渣の性状に応じて排出状態を制御
して安定的に排出する方法を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の本発明は、第１工程として循環溶剤、石炭および石炭
液化用触媒を混合する石炭スラリー調整工程と、第２工
程として第１工程で得られた石炭スラリーを水素の存在
下で加圧および加温し水素化分解反応により液化油を生
成する石炭液化工程と、第３工程として第２工程で得ら
れた液化油を常圧下および減圧下で蒸留し各種製品油と
液化残渣に分離する液化油蒸留工程と、第４工程として
第３工程で得られた中質油の一部又は全量と重質油の全
量を混合して溶剤水素化触媒の存在下で加圧および加温
し水素を添加して循環溶剤を生成する溶剤水素化工程の
４つの工程からなる石炭を液化するプロセスにおいて、
第３工程の液化油蒸留工程で、減圧蒸留塔内で分留した
液化残渣を排出する場合に、第１工程で混合する石炭の
揮発分と固定炭素分および灰分と、石炭液化用触媒の添
加率と、第２工程の液化反応塔における反応温度と反応
圧力とガス液比および水素濃度の液化条件から、液化残
渣粘度を推定することを特徴とする液化残渣粘度の把握
方法である。

【０００７】また本発明は、前記第３工程の液化油蒸留
工程で、減圧蒸留塔内で分留した液化残渣を排出する場
合に、第１工程で混合する石炭の揮発分と固定炭素分お
よび灰分と、石炭液化用触媒の添加率と、第２工程の液
化反応塔における反応温度と反応圧力とガス液比および
水素濃度の液化条件から、液化残渣粘度を推定し、推定
された液化残渣粘度が一定になるように、液化残渣粘度
が高い場合には減圧蒸留塔の温度を下げるおよび／また
は減圧蒸留塔の圧力を上げ、液化残渣粘度が低い場合に
は減圧蒸留塔の温度を上げるおよび／または減圧蒸留塔
の圧力を下げるように制御することを特徴とする液化残
渣の排出方法である。

【０００８】すなわち、本発明により、本発明により、
第１工程として循環溶剤、石炭および石炭液化用触媒を
混合する石炭スラリー調整工程と、第２工程として第１
工程で得られた石炭スラリーを水素の存在下で加圧およ
び加温し水素化分解反応により液化油を生成する石炭液
化工程と、第３工程として第２工程で得られた液化油を
常圧下および減圧下で蒸留し各種製品油と液化残渣に分
離する液化油蒸留工程と、第４工程として第３工程で得
られた中質油の一部又は全量と重質油の全量を混合して
溶剤水素化触媒の存在下で加圧および加温し水素を添加
して循環溶剤を生成する溶剤水素化工程の４つの工程か
らなる石炭を液化するプロセスにおいて、第３工程の液
化油蒸留工程で、減圧蒸留塔内で分留した液化残渣を排
出する場合に、第１工程で混合する石炭の揮発分と固定
炭素分および灰分と、石炭液化用触媒の添加率と、第２
工程の液化反応塔における反応温度と反応圧力とガス液
比および水素濃度の液化条件から、液化残渣粘度を推定
して把握することができ、推定された液化残渣粘度が一
定になるように、液化残渣粘度が高い場合には減圧蒸留
塔の温度を下げるおよび／または減圧蒸留塔の圧力を上
げ、液化残渣粘度が低い場合には減圧蒸留塔の温度を上
げるおよび／または減圧蒸留塔の圧力を下げるように制
御することができる。従って、灰分濃度の変化だけでな
く、液化残渣の有機質の性状が変化した場合にも、液化
残渣の性状変化を把握するとともに、その排出状態を制
御することにより、安定して液化残渣を排出する事がで
きる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を述
べる。表１に以下の実施例で用いたＡ炭、Ｂ炭、Ｃ炭の
石炭性状を示す。まず液化残渣について説明する。図１
に、請求項１に示した石炭液化プロセスにおける第１工
程、第２工程、第３工程のプロセスフローを模式的を示
す。第１工程において石炭１、循環溶剤２および石炭液
化用触媒３を石炭スラリー調整槽４で混合して石炭スラ
リーとし、第２工程においてその石炭スラリーを水素の
存在下で加圧および加温して液化反応塔５で水素化分解
反応により液化油７を生成する。また高温分離器６にお
いて、液化反応塔５から流出した反応物を液化油７と減
圧蒸留塔供給液に分離する。第３工程において減圧蒸留
塔８では、重質油と液化残渣の混合物が減圧蒸留塔供給
液として挿入される。減圧蒸留塔８では、減圧蒸留塔供
給液を加熱し、さらに雰囲気を減圧することにより、減
圧蒸留塔の軽質分９（重質油）と減圧蒸留塔の重質分１
０（液化残渣）に蒸留する。液化残渣は、減圧蒸留塔８
の下部より排出される。

【００１０】

【表１】

【００１１】このとき、第１工程の石炭スラリー調整槽
４における石炭１、循環溶剤２および石炭液化用触媒３
の性状や、第２工程の液化反応塔５における反応温度と
反応圧力とガス液比および水素濃度の液化条件および第
３工程における減圧蒸留塔１の温度、圧力等の雰囲気に
より、液化残渣の灰分および有機質の組成が変化する。
ここで、ガス液比とは石炭スラリー重量当たりに液化反
応塔５へ供給するガス体積の比率であり、水素濃度とは
液化反応塔５へ供給するガスの組成における水素ガスの
濃度である。

【００１２】本発明者らは、前記石炭液化プロセスにお
いて、各種石炭に対して種々の温度、圧力等の液化条件
で液化実験を行ない液化反応前後の物質収支をとること
により、液化条件と液化生成物収率との関係を見いだし
た。すなわち液化反応は、原料から、中間生成物を経由
して、幾つかの液化生成物に到る反応経路が組合わされ
た簡易液化反応モデルで表現され、その経路ｉの反応速
度定数ｋi は液化条件によって決定される。簡易液化反
応モデルと液化条件により決定される反応速度定数ｋi
から推定される物質収支は、実際に測定された物質収支
と非常に良く一致していた。

【００１３】簡易液化反応モデルを図２に示す。液化反
応の原料としては石炭１をＪＩＳで規定される工業分析
法で得られる固定炭素分（ＣＣＦ）と揮発分（ＣＶＭ）
を用いる。また中間生成物をアスファルテン（Ａ）とす
る。アスファルテンは重質な有機質であり、溶剤抽出に
よって分別した場合には、ｎ−ヘキサン不溶分中のテト
ラヒドロフラン可溶分ＨＩ〜ＴＨＦＳとして定義するこ
とができる。さらにアスファルテンから幾つかの液化生
成物に到る経路が考えられ、液化生成物を蒸留した際の
留分などにより、ブタン類から２２０℃までの留分
（Ｌ）と、２２０℃から２６０℃までの留分（Ｍ）と、
２６０℃から５３８℃（＝１０００°Ｆ）までの留分
（Ｈ）に分別できる。またガスとして、揮発分（ＣＶ
Ｍ）から無機ガス（Ｇ１）が、ＡやＬやＭやＨから炭化
水素ガス（Ｇ２）が生成する。

【００１４】図２の経路ｉの反応速度定数ｋi は、触媒
添加率Ｃｃａｔ、および液化反応塔５における反応圧力
とガス液比および水素濃度などの液化条件から求められ
る水素分圧ＰＨ２、液化反応塔のガスホールドアップε
ｇをパラメータとして、反応温度Ｔに対する依存性をア
レニウス型とすることにより、式（１）で与えられる 。 ｋｉ＝Ａｉ・（Ｃｃａｔ）Ｘｉ・（ＰＨ２）Ｙｉ・（εｇ）Ｚｉ・ｅｘｐ（ −Ｅｉ／ＲＴ） ・・・（１） 触媒添加率Ｃｃａｔは、無水基準の石炭重量に対する石
炭液化用触媒重量の比率を用いる。また石炭液化用触媒
３の種類が変えて液化する場合には、上述の触媒添加率
に加え、触媒の比表面積や石炭と石炭液化用触媒３の結
合状況を粒度分布などで定量化して石炭液化用触媒３の
性状として用いることができる。

【００１５】水素分圧ＰＨ２は反応圧力と水素濃度から
求められる。液化反応塔のガスホールドアップεｇと
は、液化反応塔に存在する気相の体積比率であり、ガス
液比と反応温度と反応圧力および石炭スラリー流量など
から算出できる。また各反応経路ｉについて、Ａｉ、Ｘ
ｉ、Ｙｉ、Ｚｉもそれぞれ過去の液化実験の物質収支結
果に基づいて決定しておく。決定方法には、重回帰によ
る方法などがある。液化生成物の一部である液化残渣の
有機質組成も液化反応モデルに従って生成する。液化残
渣の有機質組成は、液化生成物の中でも最も重質な有機
質であり、液化反応モデルにおいてはアスファルテン
（Ａ）と未反応の固定炭素分（ＣＣＦ）が相当する。従
って液化残渣の有機質はＡとＣＣＦの混合物となる。ま
た液化反応前後の灰分バランスから石炭１の灰分および
石炭液化用触媒３のほとんどが残渣の灰分となるので、
液化残渣の灰分重量は、石炭の灰分重量（ＣＡｓｈ）と
触媒添加重量の合計として算出しても十分な精度があ
る。液化残渣組成に関する簡易液化反応モデルの一部と
灰分バランスを図３に示す。

【００１６】本発明者らは、前記石炭液化プロセスにお
いて、各種石炭に対して種々の温度、圧力等の液化条件
で液化実験を行ない、液化残渣の流動性の指標の一つで
ある粘度と液化残渣の灰分および有機質の組成との関係
を調査した。その結果、液化残渣の粘度ηの温度Ｔに対
する依存性を一般的なＡｎｄｒａｄｅ式の形式として式
（２）のように表すことができることがわかった。 ｌｎ（η）＝Ａ＋Ｂ／Ｔ ・・・（２） また、本発明者らは、前記石炭液化プロセスにおいて、
Ａｎｄｒａｄｅ定数Ａ、Ｂと液化残渣の灰分および有機
質の組成との関係を調査したところ、定数Ａ、Ｂと液化
残渣の灰分および有機質組成との間に高い相関を得た。

【００１７】これらの相関が発現した理由としては、次
のことが考えられる。前述したように液化残渣が有機質
と灰分粒子の混合物であることから、灰分粒子の量が増
加することにより灰分粒子をとりまく有機質の厚みが相
対的に減少し、混合物に加えられたせん断力の抵抗が増
加する。すなわち灰分粒子の量が増加することにより混
合物の粘度が増加することになる。また有機質の組成が
変わることにより、個別の粘度を持つ各組成の混合比が
変化するので、有機質全体の粘度も変化すると考えられ
る。さらに有機質の構造指数は、有機質の平均的な分子
骨格を表すことから、同様に有機質自体の粘度に関係が
深いと考えられる。

【００１８】上記のように、液化残渣の灰分および有機
質の組成と構造指数は液化残渣の粘度と相関があり、粘
度ηの温度Ｔに対する依存性を表す一般的なＡｎｄｒａ
ｄｅ定数Ａ、Ｂとも相関が深かったと考えられる。従っ
て、式（２）中のＡｎｄｒａｄｅ定数Ａは式（３）、Ａ
ｎｄｒａｄｅ定数Ｂは式（４）のように表すことができ
る。 Ａ＝ｆ（灰分、有機質の組成） ・・・（３） Ｂ＝ｇ（灰分、有機質の組成） ・・・（４）

【００１９】図４に種々の炭種に同じ相関式を適用した
場合の、粘度の活性化エネルギーに相当するＡｎｄｒａ
ｄｅ定数Ｂに対して実験値と相関式による推算値を対応
させたものである。この相関式は炭種を限定しなくても
良い相関がある。また図５に炭種を限定した場合の、Ａ
ｎｄｒａｄｅ定数Ｂの実験値と推算値の対応を示すが、
炭種を限定すれば非常に高い相関があることがわかっ
た。同様に、図６に種々の炭種に同じ相関式を適用した
場合の、Ａｎｄｒａｄｅ定数Ａに対して実験値と相関式
による推算値を対応させたものである。この相関式は炭
種を限定しなくても良い相関があることがわかった。

【００２０】従って、前記石炭液化プロセスにおいて、
第１工程で混合する石炭の揮発分と固定炭素分と、石炭
液化用触媒の添加率と、第２工程の液化反応塔における
反応温度と反応圧力とガス液比および水素濃度の液化条
件から、予め定めておいた簡易液化反応モデルの図２に
あるような反応経路ｉの反応速度定数ｋi を用いて、液
化反応終了後に液化残渣１０の有機質となるアスファル
テンおよび未反応の固定炭素分ＣＣＦの重量を算出し、
さらにまた第１工程で処理されたＡ炭の灰分重量と触媒
添加重量を合計して液化残渣１０の灰分重量とする。こ
れらのアスファルテン重量、未反応の固定炭素分の重量
および液化残渣１０の灰分重量から液化残渣１０の組成
を算出する。

【００２１】さらに灰分と有機質の組成の推定値に基づ
いて、予め定められた液化残渣の灰分と有機質の組成か
ら液化残渣粘度のＡｎｄｒａｄｅ定数Ａ、Ｂを推算する
式、すなわち式（３）および式（４）、から温度依存性
を含めた液化残渣の粘度を推定することができる。図７
は、本発明による手法で推算した液化残渣粘度の温度依
存性と実測した液化残渣の温度依存性を比較した例であ
る。水準として、液化条件の中で反応温度を変えてい
る。本発明による手法で推算した液化残渣粘度の温度依
存性は、実測した液化残渣粘度の温度依存性に良く適合
している。

【００２２】また液化残渣中の灰分および有機質の組成
は、減圧蒸留塔８の温度、圧力等の雰囲気により制御し
うるので、液化残渣粘度が高い場合には減圧蒸留塔の温
度を下げるおよび／または減圧蒸留塔の圧力を上げるこ
とで、減圧蒸留塔軽質分９の蒸発量を減少させて、液化
残渣の有機質を増加させ灰分を減少させ、また液化残渣
粘度が低い場合には減圧蒸留塔の温度を上げるおよび／
または減圧蒸留塔の圧力を下げることで減圧蒸留塔軽質
分９の蒸発量を多くし、液化残渣の有機質を減少させ灰
分を増加させるように制御することで、液化残渣粘度を
一定にして液化残渣を排出することができる。液化残渣
粘度を一定に制御することが可能になったので配管圧損
やポンプの吐出能力から決定される液化残渣の上限粘度
付近で液化残渣排出することが可能になり、言い換えれ
ば液化残渣の有機質を限界にまで少なくして、減圧蒸留
塔の軽質分９（重質油）を絞り出す石炭液化プロセスが
実現できる。

【００２３】

【実施例】

（実施例１）図８は、本発明の実施例１における減圧蒸
留塔の模式図を示す。第１工程で処理する液化原料とし
て、石炭１にはＡ炭を用い、芳香族炭素分率ｆａ０．５
０程度の性状の循環溶剤２を用い、純度９３ｗｔ％で平
均粒径１μ程度の二硫化鉄粒子を石炭液化用触媒３と
し、触媒添加率Ｃｃａｔは無水基準の石炭の３ｗｔ％で
用いた。Ａ炭の液化反応処理量は１日当たり１ｔｏｎで
ある。これらの石炭１、循環溶剤２および石炭液化用触
媒３を石炭スラリー調整槽４で混合した。第２工程とし
て液化反応塔５の液化条件として、反応温度および反応
圧力の目標値はそれぞれ４５０℃、１７０気圧であり、
同時に液化反応塔５へ水素濃度９０ｖｏｌ％の水素ガス
をガス液比は７００Ｎｌ／ｋｇで供給した。その結果、
高温分離器６を経て減圧蒸留塔８に供給された減圧蒸留
塔供給液を加熱し、さらに雰囲気を減圧することによ
り、減圧蒸留塔８の下部から液化残渣１０が排出され
る。

【００２４】第２工程の液化反応塔５の反応温度および
反応圧力は目標値に対して若干の変動がある。反応温度
および反応圧力の測定値に基づいて、Ａ炭について予め
定めておいた簡易液化反応モデルの図２にあるような反
応経路ｉの反応速度定数ｋiを用いて、液化反応終了後
に液化残渣１０の有機質となるアスファルテンおよび未
反応の固定炭素分ＣＣＦの重量を算出する。この際、パ
ラメータとして触媒添加率Ｃｃａｔ、液化反応塔５にお
ける反応圧力とガス液比および水素濃度から求められる
水素分圧ＰＨ２と液化反応塔のガスホールドアップεｇ
を用いた。また第１工程で処理されたＡ炭の灰分重量と
触媒添加重量を合計して液化残渣１０の灰分重量とし
た。

【００２５】これらのアスファルテン重量、未反応の固
定炭素分の重量および液化残渣１０の灰分重量から液化
残渣１０の組成を算出した。これらの液化残渣組成の計
算値に基づいて、またＡ炭について予め定めたＡｎｄｒ
ａｄｅ定数Ａ、Ｂを推算する式、すなわち式（３）およ
び式（４）、から液化残渣１０の温度依存性を推定し
た。実施例１において式（３）および式（４）には、下
記の線形重回帰式（３’）および（４’）を用いた。 Ａ＝ａ_1A＋ｂ_1A・灰分＋ｇ_1A・［ＨＩ〜ＴＨＦＳ］ ・・・（３’） Ｂ＝ａ_2A＋ｂ_2A・灰分＋ｇ_2A・［ＨＩ〜ＴＨＦＳ］ ・・・（４’） ここで［ＨＩ〜ＴＨＦＳ］は、液化残渣に対するＨＩ〜
ＴＨＦＳ（アスファルテン）の重量分率である。

【００２６】液化残渣１０の温度依存性から、その時点
の減圧蒸留塔８の温度から液化残渣１０の粘度を推定し
た。この測定と推定を繰り返すことにより、液化残渣１
０の粘度の経時的な変化が把握できる。液化残渣粘度は
２５ポイズ程度を目標値として、液化残渣粘度の制御は
減圧蒸留塔８の塔温度を加熱ヒーター１１で制御するこ
とにより実施した。液化残渣粘度が目標値より高い場合
には減圧蒸留塔の温度を下げることで減圧蒸留塔軽質分
の蒸発量を少なくし、有機質を増加させ灰分を減少させ
る。また液化残渣粘度が目標値より低い場合には減圧蒸
留塔の温度を上げることで減圧蒸留塔軽質分の蒸発量を
多くし、有機質を減少させ灰分を増加させる。液化実験
時に得られた液化残渣粘度の制御結果を図９に示す。制
御前に液化残渣粘度の変動幅が１３．９ポイズであった
のに対して、制御後には液化残渣粘度の変動幅が３．４
４ポイズとなり約１／４に低減した。

【００２７】（実施例２）図１０は、本発明の実施例２
における減圧蒸留塔の模式図を示す。第１工程で処理す
る液化原料として、石炭１にはＢ炭を用い、芳香族炭素
分率ｆａ０．５０程度の性状の循環溶剤２を用い、純度
９３ｗｔ％で平均粒径１μ程度の二硫化鉄粒子石炭液化
用触媒３とし、触媒添加率Ｃｃａｔは無水基準の石炭の
３ｗｔ％で用いた。Ｂ炭の液化反応処理量は１日当たり
１ｔｏｎである。これらの石炭１、循環溶剤２および石
炭液化用触媒３を石炭スラリー調整槽４で混合した。第
２工程として液化反応塔５の液化条件として、反応温度
および反応圧力の目標値はそれぞれ４５０℃、１７０気
圧であり、同時に液化反応塔５へ水素濃度９０ｖｏｌ％
の水素ガスをガス液比は７００Ｎｌ／ｋｇで供給した。
その結果、高温分離器６を経て減圧蒸留塔８に供給され
た減圧蒸留塔供給液を加熱し、さらに雰囲気を減圧する
ことにより、減圧蒸留塔８の下部から液化残渣１０が排
出される。

【００２８】第２工程の液化反応塔５の反応温度および
反応圧力は目標値に対して若干の変動がある。反応温度
および反応圧力の測定値に基づいて、Ｂ炭について予め
定めておいた簡易液化反応モデルの図２にあるような反
応経路ｉの反応速度定数ｋiを用いて、液化反応終了後
に液化残渣１０の有機質となるアスファルテンおよび未
反応の固定炭素分ＣＣＦの重量を算出する。この際、パ
ラメータとして触媒添加率Ｃｃａｔ、液化反応塔５にお
ける反応圧力とガス液比および水素濃度から求められる
水素分圧ＰＨ２と液化反応塔のガスホールドアップεｇ
を用いる。また第１工程で処理されたＢ炭の灰分重量と
触媒添加重量を合計して液化残渣１０の灰分重量とし
た。

【００２９】これらのアスファルテン重量、未反応の固
定炭素分の重量および液化残渣１０の灰分重量から液化
残渣１０の組成を算出した。これらの液化残渣組成の計
算値に基づいて、またＢ炭について予め定めたＡｎｄｒ
ａｄｅ定数Ａ、Ｂを推算する式、すなわち式（３）およ
び式（４）、から液化残渣４の温度依存性を推定した。
実施例１において式（３）および式（４）には、下記の
線形重回帰式（３”）および（４”）を用いた。 Ａ＝ａ_1B＋ｂ_1B・灰分＋ｇ_1B・［ＨＩ〜ＴＨＦＳ］ ・・・（３”） Ｂ＝ａ_2B＋ｂ_2B・灰分＋ｇ_2B・［ＨＩ〜ＴＨＦＳ］ ・・・（４”） ここで［ＨＩ〜ＴＨＦＳ］は、液化残渣に対するＨＩ〜
ＴＨＦＳ（アスファルテン）の重量分率である。

【００３０】液化残渣１０の温度依存性から、その時点
の減圧蒸留塔８の温度から液化残渣１０の粘度を推定し
た。この測定と推定を繰り返すことにより、液化残渣１
０の粘度の経時的な変化が把握できる。液化残渣粘度は
２５ポイズ程度を目標値として、液化残渣粘度の制御は
減圧蒸留塔８の塔圧力を真空ポンプ６により制御するこ
とにより実施した。液化残渣粘度が目標値より高い場合
には減圧蒸留塔の圧力を上げることで減圧蒸留塔軽質分
の蒸発量を少なくし、有機質を増加させ灰分を減少させ
る。また液化残渣粘度が目標値より低い場合には減圧蒸
留塔の圧力を下げることで減圧蒸留塔軽質分の蒸発量を
多くし、有機質を減少させ灰分を増加させる。液化実験
時に得られた液化残渣粘度の制御結果を図１１に示す。
制御前に液化残渣粘度の変動幅が１４．４ポイズであっ
たのに対して、制御後には液化残渣粘度の変動幅が４．
５５ポイズとなり約１／３に低減した。

【００３１】（実施例３）図１２は、本発明の実施例３
における減圧蒸留塔の模式図を示す。第１工程で処理す
る液化原料として、石炭１にはＣ炭を用い、芳香族炭素
分率ｆａ０．５０程度の性状の循環溶剤２を用い、純度
９３ｗｔ％で平均粒径１μ程度の二硫化鉄粒子石炭液化
用触媒３とし、触媒添加率Ｃｃａｔは無水基準の石炭の
３ｗｔ％で用いた。Ｃ炭の液化反応処理量は１日当たり
１ｔｏｎである。これらの石炭１、循環溶剤２および石
炭液化用触媒３を石炭スラリー調整槽４で混合した。第
２工程として液化反応塔５の液化条件として、反応温度
および反応圧力の目標値はそれぞれ４５０℃、１７０気
圧であり、同時に液化反応塔５へ水素濃度９０ｖｏｌ％
の水素ガスをガス液比は７００Ｎｌ／ｋｇで供給した。
その結果、高温分離器６を経て減圧蒸留塔８に供給され
た減圧蒸留塔供給液を加熱し、さらに雰囲気を減圧する
ことにより、減圧蒸留塔８の下部から液化残渣１０が排
出される。

【００３２】第２工程の液化反応塔５の反応温度および
反応圧力は目標値に対して若干の変動がある。反応温度
および反応圧力の測定値に基づいて、Ｃ炭について予め
定めておいた簡易液化反応モデルの図２にあるような反
応経路ｉの反応速度定数ｋiを用いて、液化反応終了後
に液化残渣１０の有機質となるアスファルテンおよび未
反応の固定炭素分ＣＣＦの重量を算出する。この際、パ
ラメータとして触媒添加率Ｃｃａｔ、液化反応塔５にお
ける反応圧力とガス液比および水素濃度から求められる
水素分圧ＰＨ２と液化反応塔のガスホールドアップεｇ
を用いる。また第１工程で処理されたＣ炭の灰分重量と
触媒添加重量を合計して液化残渣１０の灰分重量とし
た。

【００３３】これらのアスファルテン重量、未反応の固
定炭素分の重量および液化残渣１０の灰分重量から液化
残渣１０の組成を算出した。またこれらの液化残渣組成
の計算値に基づいて、Ｃ炭について予め定めたＡｎｄｒ
ａｄｅ定数Ａ、Ｂを推算する式、すなわち式（３）およ
び式（４）、から液化残渣４の温度依存性を推定した。
実施例１において式（３）および式（４）には、下記の
線形重回帰式（３'''）および（４'''）を用いた。 Ａ＝ａ_1C＋ｂ_1C・灰分＋ｇ_1C・［ＨＩ〜ＴＨＦＳ］ ・・・（３'''） Ｂ＝ａ_2C＋ｂ_2C・灰分＋ｇ_2C・［ＨＩ〜ＴＨＦＳ］ ・・・（４'''） ここで［ＨＩ〜ＴＨＦＳ］は、液化残渣に対するＨＩ〜
ＴＨＦＳ（アスファルテン）の重量分率である。

【００３４】液化残渣１０の温度依存性から、その時点
の減圧蒸留塔８の温度から液化残渣１０の粘度を推定し
た。この測定と推定を繰り返すことにより、液化残渣１
０の粘度の経時的な変化が把握できる。液化残渣粘度は
２５ポイズ程度を目標値として、液化残渣粘度の制御は
減圧蒸留塔８の塔温度を加熱ヒーター５で、かつ塔圧力
を真空ポンプ６で制御することにより実施した。液化残
渣粘度が目標値より高い場合には減圧蒸留塔の温度を下
げることで減圧蒸留塔軽質分の蒸発量を少なくし、かつ
減圧蒸留塔の圧力を上げることで減圧蒸留塔軽質分の蒸
発量を少なくし、有機質を増加させ灰分を減少させる。
また液化残渣粘度が目標値より低い場合には減圧蒸留塔
の温度を上げることで減圧蒸留塔軽質分の蒸発量を多く
し、かつ減圧蒸留塔の圧力を下げることで減圧蒸留塔軽
質分の蒸発量を多くし、有機質を減少させ灰分を増加さ
せる。液化実験時に得られた液化残渣粘度の制御結果を
図１３に示す。制御前に液化残渣粘度の変動幅が１７．
２ポイズであったのに対して、制御後には液化残渣粘度
の変動幅が２．３７ポイズとなり約１／７に低減した。

【００３５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明により、第３
工程の液化油蒸留工程で、減圧蒸留塔内で分留した液化
残渣を排出する場合に、第１工程で混合する石炭の揮発
分と固定炭素分および灰分と、石炭液化用触媒の添加率
と、第２工程の液化反応塔における反応温度と反応圧力
とガス液比および水素濃度の液化条件から、液化残渣粘
度を推定して把握することができ、推定された液化残渣
粘度が一定になるように、液化残渣粘度が高い場合には
減圧蒸留塔の温度を下げるおよび／または減圧蒸留塔の
圧力を上げ、液化残渣粘度が低い場合には減圧蒸留塔の
温度を上げるおよび／または減圧蒸留塔の圧力を下げる
ように制御することができる。その際、液化残渣粘度の
変動幅を１／３から１／７に狭めることが可能になり安
定した残渣性状を確保できる。

【００３６】従って、灰分濃度の変化だけでなく、液化
残渣の有機質の性状が変化した場合にも、液化残渣の性
状変化を把握するとともに、その排出状態を制御するこ
とができた。液化残渣粘度を一定に制御することが可能
になったので配管圧損やポンプの吐出能力から決定され
る液化残渣の上限粘度付近で液化残渣排出することが可
能になり、言い換えれば液化残渣の有機質を限界にまで
少なくして、減圧蒸留塔の軽質分３（重質油）を絞り出
すことができた。さらに、簡易液化反応モデルを構築し
ているので、今までに実施したことがない液化条件にお
ける残渣粘度を推測することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】石炭液化プロセスにおける第１工程、第２工
程、第３工程のプロセスフロー。

【図２】簡易液化反応モデル。

【図３】残渣組成に関する簡易液化反応モデルの一部と
灰分バランス。

【図４】本発明における炭種を限定しない相関式による
Ａｎｄｒａｄｅ定数Ｂの実験値と推算値の対比を示した
図。

【図５】本発明における限定した相関式によるＡｎｄｒ
ａｄｅ定数Ｂの実験値と推算値の対比を示した図。

【図６】本発明における炭種を限定しない相関式による
Ａｎｄｒａｄｅ定数Ａの実験値と推算値の対比を示した
図。

【図７】本発明による手法で推算した液化残渣粘度の温
度依存性と実測した液化残渣の温度依存性を比較した
例。

【図８】本発明の実施例１における減圧蒸留塔の模式
図。

【図９】本発明の実施例１における液化残渣粘度の制御
結果。

【図１０】本発明の実施例２における減圧蒸留塔の模式
図。

【図１１】本発明の実施例２における液化残渣粘度の制
御結果。

【図１２】本発明の実施例３における減圧蒸留塔の模式
図。

【図１３】本発明の実施例３における液化残渣粘度の制
御結果である。

【符号の説明】

１ 石炭 ２ 循環溶剤 ３ 石炭液化用触媒 ４ スラリー調整槽 ５ 液化反応塔 ６ 高温分離器 ７ 液化油 ８ 減圧蒸留塔 ９ 減圧蒸留軽質分（重質油） １０ 減圧蒸留重質分（液化残渣） １１ 加熱ヒーター １２ 真空ポンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今田 邦弘 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 岡田 康生 千葉県木更津市清見台南２−９ (72)発明者 井口 憲二 千葉県千葉市花見川区幕張本郷７−26−１ (72)発明者 野上 義信 千葉県木更津市清見台南３−３−14

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１工程として循環溶剤、石炭および石
   炭液化用触媒を混合する石炭スラリー調整工程と、第２
   工程として第１工程で得られた石炭スラリーを水素の存
   在下で加圧および加温し水素化分解反応により液化油を
   生成する石炭液化工程と、第３工程として第２工程で得
   られた液化油を常圧下および減圧下で蒸留し各種製品油
   と液化残渣に分離する液化油蒸留工程と、第４工程とし
   て第３工程で得られた中質油の一部又は全量と重質油の
   全量を混合して溶剤水素化触媒の存在下で加圧および加
   温し水素を添加して循環溶剤を生成する溶剤水素化工程
   の４つの工程からなる石炭を液化するプロセスにおい
   て、第３工程の液化油蒸留工程で、減圧蒸留塔内で分留
   した液化残渣を排出する場合に、第１工程で混合する石
   炭の揮発分と固定炭素分および灰分と、石炭液化用触媒
   の添加率と、第２工程の液化反応塔における反応温度と
   反応圧力とガス液比および水素濃度の液化条件から、液
   化残渣粘度を推定することを特徴とする液化残渣粘度の
   把握方法。
2. 【請求項２】 第１工程として循環溶剤、石炭および石
   炭液化用触媒を混合する石炭スラリー調整工程と、第２
   工程として第１工程で得られた石炭スラリーを水素の存
   在下で加圧および加温し水素化分解反応により液化油を
   生成する石炭液化工程と、第３工程として第２工程で得
   られた液化油を常圧下および減圧下で蒸留し各種製品油
   と液化残渣に分離する液化油蒸留工程と、第４工程とし
   て第３工程で得られた中質油の一部又は全量と重質油の
   全量を混合して溶剤水素化触媒の存在下で加圧および加
   温し水素を添加して循環溶剤を生成する溶剤水素化工程
   の４つの工程からなる石炭を液化するプロセスにおい
   て、第３工程の液化油蒸留工程で、減圧蒸留塔内で分留
   した液化残渣を排出する場合に、第１工程で混合する石
   炭の揮発分と固定炭素分および灰分と、石炭液化用触媒
   の添加率と、第２工程の液化反応塔における反応温度と
   反応圧力とガス液比および水素濃度の液化条件から、液
   化残渣粘度を推定し、推定された液化残渣粘度が一定に
   なるように、液化残渣粘度が高い場合には減圧蒸留塔の
   温度を下げるおよび／または減圧蒸留塔の圧力を上げ、
   液化残渣粘度が低い場合には減圧蒸留塔の温度を上げる
   および／または減圧蒸留塔の圧力を下げるように制御す
   ることを特徴とする液化残渣の排出方法。