JPS6044584A - 石炭液化反応器予熱管の閉塞防止方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は石炭液化反応器における石炭スラリ予熱管の閉
塞防止方法に関するものである。

従来よ）石炭液化反応器における石炭スラリの予熱管に
おいては、石炭液化スラリか加熱されるに従かい石炭液
化溶剤が熱分解を起こす為、ガス及び軽質油の生成と同
時に重質分の重縮合反応を併発することが知られている
。

この重質分の重縮合反応は、温度の上昇に伴ない促進さ
れる為、特に予熱管壁においての重縮合反応が進行しゃ
すく、予熱管壁へカーボンが析出してくる。この管壁に
析出したカーボンは加熱管内の石炭スラリの流動を阻害
する為、ますます管壁の温度が上昇しカーボン析出を加
速し、カーボン物質による配管の閉塞がしばしば生起す
ることが知られている。

また、石炭液化反応において、歴青炭または亜歴青炭等
を使用すると石炭が石炭液化溶剤中で膨潤するいわゆる
スウェリング現象を引き起すことが知られている。この
スウェリング現象は２２０〜２３０℃よシ３４ｏ〜５５
０’Ｃの範囲にて生起するため、石炭スラリの粘度上昇
が予熱管内で生起し、加熱管入口粘度（入口は１００〜
２００℃ンに比べ石炭スラリの最高粘度が約１００倍に
も達する為、予熱管内での流動阻害や石炭スラリ供給ボ
ングの馬方不足にょる送液不良等のトラブルが発生し、
前述の予熱管内のカーボン析出現象とあいまって配管の
閉塞等がしばしば生起することが知られている。

そのため、従来の石炭液化プロセスの石炭スラリ予熱器
では、予熱管でのカーボン析出や配管閉塞を防止する為
、予熱器出口温度をカーボン析出や石炭のスウェリング
現象の生起しない温度に抑えるとか、予熱器内でのカー
ボン析出を一定範囲内迄は認めるが配管が閉塞しない範
囲内で予備の予熱器とζす換えるなどの対策をとってい
たが、予熱器出口温度を低い温度に抑制する場合は、予
熱器の効率が著しく阻害されるばか９か、予熱器で昇温
できない為その他の加熱個所（例えば反応器を加熱する
λを必要とし、装置コストはか９か運転コストの上昇は
さけられない。また、予熱器を２系列設置するケースは
、予熱器コストが非常に大きい為経済的ではない。

本発明者らは、石炭スラリ予熱器の閉塞防止対策を研究
し、先に１石炭中の含有水分が予熱管のカーボン析出防
止ばかシか石炭のスウェリング対策として有用であるこ
とを見出し、石炭と溶剤を混合して石炭スラリを調製し
た後、これを充分なる反応温度下に反応させ石炭を液化
させる方法において、石炭スラリ中に２．５重量％以上
の水分が存在するように石炭と溶剤を混合して石炭スラ
リを調製した後、これを存在水分の少くとも一部が蒸発
する条件下で加熱することを特徴とする石炭液化反応器
予熱管の閉塞防止方法を提案した（特願昭５７−１２０
６０４号参照ン。

本発明者らは、更に当該石炭スラリ予熱器の閉塞防止対
策につき研究を続けた結果、予熱器内の閉塞防止因子と
して炭化水素ガス、無機ガスが有効であることを見出し
た。

先の発明においては、石炭スラリ予熱器の閉塞防止を計
る為、石炭中に含有される水分及び系外よシ導入される
水分及びスチームを用いていたが、水の比熱は炭化水素
ガス、無機ガスに比べ大きく、また水を使用する際はス
ラリ予熱器及びクーラにおいて相変化する為、蒸発潜熱
（蒸発熱ンが非常に大きい為、水の使用は熱経済的に不
利である。

ちなみに、同一のスラリ予熱条件下（４５゜℃ｘ　ｔ　
ｓ　ｋｇ／ｃｍ”Ｇ　）　においてガス容積がスラリ容
積のほぼ２倍となるように、水ｙ　ＣＨ４＃　ｃ２Ｈ６
ｅＨ２を用いて予熱管内の閉塞を防止する為にスラリ及
び水及び／又はガスを常温よシ反応温度まで昇温するに
必琴な熱量は、水の場合を１００とすると、ＣＨ，では
２５、ｃｘＨｓ　（Ｄ　’ｊＪ　合ｕ　４１、Ｈ２の場
合は１５であシ、明らかに熱経済性が水の場合では劣っ
ている。他方、スラリ予熱管内のｒＡ塞を防止する効果
は水（スチームλと他のガスにおいても何らかわらない
ことを見出した。

また、スラリ予熱管内における閉塞を防止する為には予
熱管内におけるガス／スラリ（石炭／溶剤）の流動特性
の把握が重要であり、スラリの予熱管内での沈積を防止
する必要がある。

よって、石炭／（水＋カルボキシメチルセルロースー以
下Ｃ，Ｍ、Ｏ９と略す）／Ｎ２　系の３相流動特性把握
試験を透明のアクリル樹脂管を用いて行なった。ここで
、水にＯｏＭ、Ｏ，を混入したのは水スラリ系の粘度を
石炭のスウェリング現象時に対応させるためであり、ち
なみに１〜５０Ｃ０Ｐ、の粘度範囲で実施している。そ
の流動状況の観察結果は第１図に示す通り、管内１では
プラグ流となっており、スラリ２の沈積は生起しないこ
とを確認している。なお、第１図、３はガス、矢印は流
れ方向を示している。

以上、石炭スラリ予熱管内の閉塞防止におけろ水（スチ
ーム）及びガス吹込みの効果は（１ン　水（スチームλ
及びガスが予熱管内で蒸発するので、予熱管内は前述の
ような流動状態となシ、石炭の膨油による粘度上昇が実
際の値より見掛は上低くなる為、予熱管内の流動阻害因
子とならない。

（２）水（スチーム）及びガスが予熱管内で蒸発するの
で、石炭スラリの予熱管内流速が上昇し、石炭スラリの
沈降防止等に効果がある。

ことが考えられる。

本発明は、以上の知見に基いてなされたもので、石炭と
溶剤を混合した後、加熱し石炭を液化させる方法におい
て、石炭スラリ加熱条件下において、当該石炭スラリの
容量の２．０〜４．０倍の体積を有するガスを混合し、
当該石炭スラリを加熱することを特徴とする石炭液化反
応器予熱管の閉塞防止方法に関するものである。

本発明において、石炭スラリに混合するガスとしては、
石炭液化反応において生成するメタン、エタン等の炭化
水素ガス、水素等の無機ガスがある。なお、無機ガスと
してＮ２　も考えられるが、Ｎ２　を混合するとガスの
発熱量が低下し、プロセス的に好ましくない。これに対
し、Ｎ２　は可燃性であシ、反応を阻害しないため、好
ましい。

ガスの混合量を石炭スラリの容量の２．０〜４．０倍と
したのは、後述する試験結果から導かれたものであり、
２．０倍よシ少なければ効果が得られず、４．０倍を超
えると熱損失が大きくなったシ、あるいは運転圧力が上
昇する等の問題が生じるからである。

以下、第２図に従かい本発明の詳細について説明する。

スラリ調合槽１は攪拌俵用モータ４を設けた攪拌機３に
よシ適切なる攪拌が行なわれており、石炭ホッパ５よシ
ライン７を経て供給される石炭６と、ライン８よシ供給
される溶剤を混合し石炭スラリを調合する。スラリ調合
ｉａ１の温度は、温度検出端２３によシ検出され温度制
御装置２４の働きにより、ライン１２に流入されるスチ
ーム又は熱媒油の流量を流量調整弁２５によシ調整しス
ラリ調合槽１内の温度を一定にするようになっている。

スラリ調合槽１内に設備されたスチームコイル２はスラ
リ調合槽１内壁に沿ってスパイラル状に設備され、かつ
石炭スラリを適温に維持するに充分なる伝熱面積を有す
る伝熱管であり、ライン１２より流入する加熱スチーム
又は熱媒油はライン１３よシ排出されるようになってい
る。

また、石炭６は石炭ホンパー５に一時貯留され必要に応
じてライン７を介してスラリ調合槽１に供給される。こ
の石炭６は、粉砕及び輸送、貯蔵に問題ない範囲の水分
（通常５〜１３重量−程度ンを含有している為、スラリ
調合槽１内で石炭６含有水分の一部又は全部が脱水され
スチームが、発生する。このスチームはライン２９を経
てベントコンデンサ２６によシ冷却され水となって系外
に排出される。ベントコンデンサ２６を冷却する水は、
ライン２７、ライン２８によシ供給排出される。

次に、スラリ調合槽１で調整された石炭スラリはライン
９、循環ポンプ１ｏ１ライン１１により、よシ均一に攪
拌混合され、ライン９、ライン１１内での石炭の沈降防
止を計ると共に、ライン１４を経て昇圧ポンプ１５に供
給され、ライン１６によシスラリ予熱器１７へと供給さ
れる。

スラリ予熱器１７は加熱炉１９内に設備され、適当な熱
流速の範囲において加熱され予熱された石炭スラリはラ
イン１８を経て系外（石炭液化反応器ンへ排出される。

また、予熱管内閉塞防止用ガスはライン２２を経てスラ
リ予熱器１７に導入されるが、このガスはライン２０を
経て加熱炉１９の対流部にて加熱管２１によシ予熱され
たものである方が加熱炉１９の熱回収性からいってもよ
いが、冷ガスをライン２ｏより直接ライン２２へ吹込ん
でも問題はない。

以下、本発明を具体的に更に詳述する。

試験−１ 歴青炭（乾燥基準）１部に石炭液化溶剤２部を２５０℃
、大気圧下において攪拌混合し、石炭含有水分が完全に
脱水した後、１ｏ　ｋｇ／ｎ　の流量にてスラリ予熱器
に供給し２５０℃より４５０℃迄昇温した。

試験当初の予熱器の圧力損失はＬ１２に９７ｃｍ”であ
ったが試験を継続するうちに７２時間後で圧力損失が約
１０　ｋｇ／ｃｒｎ”となった為、試験を中止した。

試験−２（比較例ン 試験−１の条件下において、スラリ予熱器入口直近部に
おいて石炭スラリ１容量部に対して、スラリ予熱の温度
、圧力下にてのメタンガス１．０容量部を連続的に供給
した。

試験開始の圧力損失は約１．０　ｋｇ７ｃｍ”であシ、
且試験開始後７２時間における圧力損失は約１０ｋ１１
／／ｃｒｎ２となった為試験を中止した。

試験終了後、スラリ予熱器を切断した所、スラリの温度
が２５０〜４５０℃の部分での付着物は少なかったが、
温度が４５０℃の範囲のうち予熱器出口近傍での管内付
着物が多い傾向であった。

試験−５ 試験−２の条件下にて、メタンガス量を２容量部に変更
した。試験開始時の圧力損失は約１、５　ｋｇ／ｃｒｎ
”と上昇したが、試験開始後１４４時間経過しても圧力
損失は一定であった。

試験−４ 試験−３の条件下にて、吹込ガスをエタンガスに変更し
た。試験開始時の圧力損失と試験開始後１４４時間経過
時の圧力損失は約１．５　ｋｇ／１ｗ？と変化なかった
。

試験−５ 試験−２の条件下にて、メタンガス量を４容量部に変更
した所、試験開始時の圧力損失は約２、８　ｋｇ／ｃｒ
ｄ”と上昇したが、試験開始後１４４時間経過してもほ
ぼ同等の圧力損失を保持できた。

ガス量を増加させても運転上特に問題がないことは判明
したが、ガス量が多くなるとガスの加熱、冷却における
熱損失が大きくなシ、経済的ではない。また、運転の圧
力が高くなる為、ポンプ動力の上昇や加熱管の耐圧上昇
等の経済上の損失が大きい。

試験−６ 試験−５の条件下にて、メタン、エタン及び水素ガスを
液化反応生成ガス容量比（メタン：エタンニ水ｉ：２：
ｌ：４）にて混合し、２．０容量部供給した。

試験開始時の圧力損失は約１．０　ｋＣ９７ｃｍ２、試
験後１４４時間しての圧力損失も同等であった。

試験終了後、予熱管をエアデコーキングしたが、出ロ戻
酸ガス濃度にも特に問題なく、閉塞等の徴候はなかった
。

【図面の簡単な説明】

第１図は石炭／（水＋カルボキシメチルセルロース）／
Ｎ３　系の流動状況を示す図であシ、第２図は本発明方
法の一実施態様例のフローを示す図である。 復代理人　内　１）　明 復代理人　萩　原　亮　−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 石炭と溶剤を混合した後、加熱し石炭を液化させる方法
   において、石炭スラリ加熱条件下において、当該石炭ス
   ラリの容量の２．０〜４．０倍の体積を有するガスを混
   合し、当該石炭スラリを加熱することを特徴とする石炭
   液化反応器予熱管の閉塞防止方法。