JPS61195189A - 石炭の熱分解処理方法 - 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】 皇１よｐμ月分！ 本発明は、石炭の熱分解処理方法に関する。更に詳しく
いえば、高揮発分の非粘結性瀝青炭もしくは褐炭を熱分
解処理して熱分解ガス、タールおよびチャーを効率良く
製造する方法に関する。

従来の技術 高揮発分の非粘結性瀝青炭や褐炭を原料として、固体無
煙燃料であるチャーを製造しようとする試みは１９００
年代の初めから活発に行なわれ、一時期実用化されたこ
ともあったが、その規模も小さく、また経済性にも難点
があったため、永続性のある工業技術として確立するに
は至らなかった。

しかしながら、１９７０年代になって、冶金用コークス
の原料である粘結炭の資源量に対する不安から、原料炭
種を非粘結炭、褐炭等にまで拡大することを目的とする
チャー製造法の研究が注目されるようになり、特開昭５
３−１１０６１号、特開昭５４−１２９００２号、特開
昭５６−１３６８８２号、特開昭５６−１３６８８３号
および特開昭５６−１３６８７９号等の方法が提案され
ている。

しかしながら、これらの技術もいまだ工業技術として確
立されるには至っていない。

このように石炭の熱分解処理技術が今なお経済性を有す
る大量処理技術として確立しえないのは、次の２つの理
由によるものであると思われる。すなわち、第１の点は
、石炭を熱分解処理する際の加熱源の与え方が熱経済上
、合理的といえなかったため、処理コストの上昇原因と
なったこと。第２の点は、石炭を熱分解処理して得られ
る主要３成分く熱分解ガス、タールおよびチャー）を高
度に活用できる状態で処理する技術が無かったため、成
品の完全利用が困難であったことにある。

すなわち、石炭の熱分解反応は大略３００〜５５０℃の
温度範囲で起るものであるが、従来法では例えば特開昭
５６−１３６８８３号に見られるように、１つの容器で
石炭を常温から加熱し、乾燥、予熱、熱分解反応および
チャーの冷却まで行なっていた。これは良質な成品のチ
ャーを得ることに重点を置いたプロセスであるが、熱経
済的には極めて不合理なプロセスである。また特開昭５
４−１２９００２号も成品チャーの品質に重点を置いて
、熱媒チャーを循環使用する方法を提案しているが、−
この方法では循環動力を必要とし、設備が過大となる欠
点を有していた。

更に、古くから外熱式の回転炉を用いる熱分解プロセス
も提案されているが、回転炉を使用する場合には、設備
設置面積に対する処理能力が小さく大量処理技術として
不適当であるばかりか、設備の運転動力費も大きく経済
的といえるものではなかった。

石炭を熱分解する他の方法として、単段もしくは多段の
流動層を用いて、直接ガス加熱する方法も提案されてい
るが、この方法では流動化するために必要なガス量が多
いため、発生する熱分解ガスと混合した後のガス処理設
備が過大となるばかりか、ガスカロリーが低下してガス
の価値を下げる欠点を有していた。

以上述べてきたように従来の熱分解方法はいずれも夫々
固有の欠点を有し、経済性を備えた大量処理技術として
成立し得なかった。これは、従来法のいずれもが上記し
た２つの阻害要因を克服することができなかったためで
ある。

発■が解決すべき問題点 本発明者等は、このような石炭の熱分解処理技術を工業
化するための課題を解決するプロセス開発について種々
研究を進めるとともに、昨今の石炭利用技術の情況変化
を勘案し、チャーの製造に主眼を置いてきた従来の技術
開発の視点から離れ、石炭の熱分解処理によって得られ
る主要３成分を高度に活用できる状態で回収する技術開
発を進めてきた。すなわち、石炭の高度利用技術の観点
からは、石炭からチャーを製造するだけではなく、高カ
ロリーのガス回収と、オレフィン類やタール酸等の有用
成分に豊むクールの回収を安定して確保できることが望
まれている。

そこで、本発明の目的も、石炭の熱分解処理方法として
、熱分解ガス、タールおよびチャーを高効率で経済的に
製造しうる新規なプロセスを提案することにあり、それ
によって、従来技術の課題とされた熱経済上の不利益を
克履することにある。

問題点を解決するための手段 本発明者等は、石炭の熱分解方法における上記のような
現状に鑑みて、熱経済的に有利な方法を開発すべく種々
検討、研究した結果、基本的には石炭の熱分解プロセス
を石炭の乾燥または予熱工程、熱分解工程およびチャー
の冷却工程に３分割し、石炭の乾燥または予熱工程とチ
ャーの冷却工程は夫々不活性ガスによる直接加熱および
直接冷却方式とし、石炭の乾燥または予熱工程で必要な
熱源は高温チャーの顕熱を利用し、不活性ガスを熱媒と
して循環使用する一方、熱分解工程は高温ガスによる間
接加熱方式として高カロリーの熱分解ガスとタールを効
率良く回収することが上記目的達成のために極めて有効
であることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明の石炭の熱分解処理方法は、揮発分３
０％以上の非粘結性瀝青炭もしくは褐炭を微粉砕し、該
微粉砕炭を温度６５０℃以下の高温不活性ガスに直接接
触せしめて乾燥または２５０℃以下に予熱する工程と、
高温ガスによる間接加熱方式によって熱分解ガス、ター
ル右よび残渣のチャーを製造する熱分解工程と、チャー
の冷却工程とを有する石炭の熱分解処理方法において、
該熱分解工程で得られる高温チャーを低温の不活性ガス
と直接接触せしめて該高温チャーの顕熱を回収し、該加
熱された不活性ガスを、上記熱分解工程の排ガスの一部
もしくは全量と混合して、乾燥または予熱工程における
高温不活性ガスとして循環利用し、さらに好ましくは冷
却工程で高温チャーと直接接触せしめた後の回収ガスの
一部を系外に抽出した残部について、該ガス中に含まれ
る可燃性ガスの一部もしくは全量を燃焼させて、乾燥ま
たは予熱用熱源として循環利用することを特徴とする。

本発明の方法を第１図に示すプロセス構成図に基づいて
更に詳しく説明する。

石炭の熱分解処理技術の対象となる微粉砕された石炭１
は乾燥もしくは予熱工程Ａにおいて高温の不活性ガスに
直接接触せしめることによって乾燥もしくは予熱され、
該乾燥もしくは予熱炭２は熱分解工程Ｂに送られる。

熱分解工程Ｂでは高温ガス３によって加熱し、石炭を熱
分解ガスふよびタール４と残渣のチャー５に熱分解する
。チャー５は高温の顕熱を有しており、熱バランスの上
では石炭の乾燥もしくは予熱に使用すれば有利である。

従って冷却工程Ｃにふいて、高温チャー５に低温の不活
性ガス６を直接接触せしめて高温チャー５の顕熱を回収
すると同時に、冷却チャー７とし、得られた高温の不活
性ガス８と熱分解工程Ｂの加熱後の排ガス９とを混合し
て石炭の乾燥もしくは予熱用熱源として使用する。しか
る後脱水脱理して得られる低温の不活性ガス６を高温チ
ャー５の冷却ガスとして循環使用する。

なふ、熱分解工程で得られる高温チャー５からは微量の
水素を主成分とする可燃性ガスが放出されているため、
高温チャーの冷却に使用した不活性ガス中には可燃性ガ
ス成分が含有される。従って、この不活性ガス中の可燃
性ガス成分に空気を吹き込んで一部もしくは全量燃焼す
ることにより石炭の乾燥もしくは予熱用熱源として有利
に活用できる。そしてさらにこの不活性ガスの循環使用
に際し、余剰となるガス量１１は高温チャーの冷却後に
一部系外に抽出し、循環ガス量をバランスさせる一方、
系外に抽出されるガスは低カロリーのガスとして別途の
目的に有効に活用できる。

九亙 本発明の方法に使用する石炭は揮発分３０％以上の非粘
結性瀝誉炭もしくは褐炭であり、これらの石炭は一般に
水分含有量が高い。ここで、石炭の粒度としては石炭も
しくは高温チャーと不活性ガスとの直接接触により熱交
換する際の、熱交換効率および不活性ガスと石炭および
チャーの分離効率の面から５Ｍ以下が望ましい。また石
炭の乾燥および予熱工程で用いる高温の不活性ガスを得
るためには５００〜６５０℃の温度範囲に熱分解工程の
温度を制御することが安定操業上重要である。

また前記したように石炭の熱分解反応は一般に３００〜
５５０℃の温度範囲にあるため、熱分解ガスやタールを
効率よく回収するためには、石炭の乾燥もしくは予熱工
程Ａと熱分解工程Ｂとを熱分解反応の起る前の温度で区
分することが合理的である。

その区分する温度としては、２５０℃程度が安定操業上
有利である。

さらに、熱分解工程における加熱方式は熱分解反応を迅
速かつ効果的に行ない、かつ熱分解生成分である熱分解
ガスを高カロリーで得るために、６５０〜８５０℃の温
度範囲に調整された高温ガスにより加熱された加熱面か
らの伝熱方式、すなわち間接加熱とすることが熱経済上
と熱分解反応によって得られる成品の高価値化上有利で
ある。

なお、熱分解反応を促進するために、熱分解炉に発生し
たガスを若干量吹込むことは更に有利である。

ここで、本発明法の乾燥もしくは予熱工程Ａおよび冷却
工程Ｃで用いられる設備としては、不活性ガスとの直接
熱交換が容易な、たとえば気流床もしくは流動床方式の
乾燥もしくは予熱機および冷却機が適用でき、熱分解工
程Ｂで用いられる設備としては、石炭を間接加熱で熱分
解できる加熱炉、たとえばレトルト炉や伝熱管を多数配
置した静置式の竪型炉もしくは回転炉等が適用できる。

そして熱分解工程で用いられる加熱用ガスは間接加熱方
式であるため、必ずしも不活性ガスに限定されることが
なく、酸化性雰囲気のガスであっても構わないため、高
温順熱をもつ燃焼廃ガスでも直接利用できる。

従って本発明の方法によれば、石炭の熱分解処理方法を
、乾燥もしくは予熱工程、熱分解工程、チャーの冷却工
程に３分割し、各工程を不活性ガスにより有機的に結合
するので、熱利用効率を大巾に向上する。

また、本発明の方法では、外部から与える熱量は熱分解
工程にのみ投入すれば良く、またその排ガスは乾燥予熱
工程の熱媒としても使用されるため熱経済的に極めて優
れた方法である。

更に、本発明の熱分解工程は、間接加熱方式として高カ
ロリーの発生ガスとタールを高収率で回収する、熱分解
生成物の高価値化を達成する方法でもある。

１１り 以下、本発明の石炭の熱分解処理方法を実施例によって
説明するが、本発明の範囲は実施例によって何等制限さ
れるものではない。

第１表に示す組成の石炭を粒度５　ｍｍ以下に粉砕調整
し、第１図に示す本発明の方法で熱分解せしめた。

第１表 ここで用いた実験装置は、乾燥および予熱工程には気流
法方式の２塔式フラッシコドライヤーを用い、また冷却
工程も同規模のフラッシニドライヤーを用い、石炭処理
量５６Ｋｇ／ｈ、ドライヤー内風速２５〜３５ｍ／秒に
調整し実験した。また、熱分解工程には、本出願人によ
る昭和６０年２月４日付の出願「石炭の連続熱分解処理
装置」に見られる内径３００ｍｍ、長さ３ｍの円筒形で
、ステンレス製伝熱管（外径３０ｍｍ、長さ３ｍ）を９
本内蔵する間接加熱方式の乾留炉を用いた。

なお、発生した熱分解ガスの一部を乾留炉の下部から、
炉内の石炭が流動化しない程度の７０ｍ’／ｈ吹込んで
熱分解反応を促進した。本実施例では、乾留炉の伝熱管
に送風する高温ガスとして、プロパンを燃焼して得られ
る燃焼排ガスを風量８５８ｍ’／ｈｒで通じ、伝熱管入
口温度を種々変更して、石炭の熱分解反応に及ぼす影響
を調査した。

なお、冷却工程のドライヤー人口風量は、５ＯＮｍ’／
ｈｒとし、乾燥予熱塔の入口風量は、乾留炉出側の加熱
後の排ガスと、上記冷却工程での回収ガスとを混合して
ｌｏＯＮｍ’／ｈｒとし、また、このガス中の可燃性ガ
スを一部燃焼し、人口温度を５５０℃に調整して実験し
た。

これらの結果、第２表に示す。

第２表 第２表に示すように、乾留炉伝熱管入口温度を６００℃
としたテストケースＡでは、吹込みガスを循環し伝熱効
率を改善しているにもかかわらず、チャーの温度は４５
０℃と低くガスやタールの発生量も少なく、十分な熱分
解が達成されていないことが認められる。一方、テスト
ケースＢ、　Ｃ，Ｄのように燃焼排ガス温度を上昇させ
、伝熱管入口温度を６５０〜８５０℃の範囲にすれば、
チャーの温度を５００〜６５０℃の範囲にコントロール
でき、高カロリーの発生ガスが得られるばかりでなく、
ガスやタールの発生量を大巾に増加させることができる
。また、乾留炉出側排ガス温度と冷却工程出口ガス温度
の変動域が小さいため、乾燥および予熱工程で用いる高
温ガスの温度を５５０℃にコントロールすることが容易
であり、安定操業上も有利であった。

しかしながら、テストケースＥのように、伝熱管入口温
度を高くしすぎると、熱分解反応が進みすぎ、発生する
ガスカロリーが低下してくるばかりでなく、タールの発
生量も減少し、成品の高価値化利用上不利となる。

発明の効果 以上詳細に述べたように、本発明の方法によれば、石炭
の熱分解方法において熱利用効率の向上を図ることがで
きる。

更に、本発明の方法によればチャーのみではなく、石炭
化学事業上、有益なガスとタールも高度に利用すること
ができる。

従って、従来困難とされていた高揮発分の石炭の熱分解
を経済性のある工業化技術とすることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の方法である石炭の熱分解処理プロセ
スの構成図である。 （主な参照番号） Ａ・・乾燥もしくは予熱工程、 Ｂ・・熱分解工程、　Ｃ・・冷却工程、ｌ・・石炭、　
　２・・乾燥もしくは予熱炭、３・・高温ガス、４・・
熱分解ガスおよびタール、５・・高温チャー、　６・・
低温の不活性ガス、７・・冷却チャー、　８・・高温の
不活性ガス、９・・熱分解工程の加熱後排ガス、 １０・・空気、　１１・・余剰ガス 特許出願人　住友金属工業株式会社 代理人　　　弁理士　新居　正彦 第１図 Ａ′ｅ揄もしく１ゴｆ熱ニオ呈 Ｂ：熱今解工ｊ呈　　　　　　　　　　　６：ｄのイ活
１生ブスＣ：吟嘲と１１　　　　　　　　　　７゛沖即
ヤー１：旧度　　　　　　　　　　　　　８゛嵩遍の了
括性万ス２：ｆＢｉｋもしく１ゴ予熱炭　　　　　９：
Ｍ合Ｍ工程の１）唾緊表排１ス３：高悪がス　　　　　
　　　　　１０：９箆４：Ｍ廷−Ｗｆｆスおよびタール
　　　１１：発動はス５；１ｈジ！＋、　　−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）揮発分３０％以上の非粘結性瀝青炭もしくは褐炭
   を微粉砕し、該微粉砕炭を温度６５０℃以下の高温不活
   性ガスに直接接触させて乾燥もしくは２５０℃以下に予
   熱する工程と、高温ガスによる間接加熱方式によって熱
   分解ガス、タールおよび残渣のチャーを製造する熱分解
   工程と、チャーの冷却工程とを有する石炭の熱分解処理
   方法において、該熱分解工程で得られる高温チャーを低
   温の不活性ガスと直接接触せしめて該高温チャーの顕熱
   を回収して該不活性ガスを加熱し、この加熱された不活
   性ガスを、上記乾留炉出側の加熱後の排ガスの一部もし
   くは全量と混合して、乾燥もしくは予熱工程における熱
   源として利用し、その後該混合ガスを冷却工程用ガスと
   して循環利用することを特徴とする石炭の熱分解処理方
   法。 （３）上記冷却工程で高温チャーと直接接触せしめた後
   の回収ガスの一部を系外に抽出した残部について、該ガ
   ス中に含まれる可燃性ガスの一部もしくは全量を燃焼さ
   せて、乾燥または予熱用熱源として循環利用することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項に記載の
   石炭の熱分解処理方法。 （４）上記熱分解工程を、温度６５０〜８５０℃の範囲
   の加熱面を有する間接加熱方式の乾留炉において、温度
   ５００〜６００℃の範囲で行なうことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の石炭の
   熱分解処理方法。 （５）上記乾燥もしくは予熱工程、および冷却工程で用
   いる設備が気流床もしくは流動床方式の乾燥もしくは予
   熱機および冷却機であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項乃至第４項のいずれかに記載の石炭の熱分解処
   理方法。 （６）上記熱分解工程で使用する乾留炉がレトルト炉あ
   るいは伝熱管を多数配置した静置式の竪型炉もしくは回
   転炉であることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至
   第５項のいずれかに記載の石炭の熱分解処理方法。 （７）上記熱分解工程で使用する加熱用ガスが、不活性
   ガスあるいは燃焼廃ガスを含む酸化性雰囲気のガスであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第６項の
   いずれかに記載の石炭の熱分解処理方法。