JPS6264893A - 石炭中有価物の回収方法 - 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】 （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、有価物のうち水素が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）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って生ずるコークス
を原料とし、水性ガス反応によって水素を生成し回収す
る方法。

（４）　　石炭の乾燥によって生ずる石炭ガス中のメタ
ンガスを分離し、次いでと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。

従っ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、
石炭のがス化又は乾溜によっ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、チャンネル法、サーマル法、ファーネ
ス法などの熱分解法がある。チャンネル法は、天然がス
、炭化水素ガス、ナフタリン、クレオソート油、ピッチ
オイルなどの重炭化水素蒸気と１石炭ガス、発生炉ガス
、コークス炉がス等の混合が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
冷却してカーがンブラッ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
等のが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。またファーネス法は、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、
空気を断って石炭を９００〜１３５０℃に長時間加熱し
て、コークス、石炭がス、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外はメタ
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。従って、水素が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１１表２に示す。

これらの分析結果から次のことがわかる。

（１）乾留では、石炭中の炭素分のうち、約６７チが炭
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チと低く、純度
を上げることは不可能である。

（ｉｉ）　　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、石炭中の炭素分のうち約２
３チ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外
を分解離脱せしめ、炭素分を溶融鉄に溶解させた後析出
させ、灰分を溶融鉄上面に浮上させて各成分ごとに回収
する方法である。

（発明の詳細な説明） 本発明者は、石炭を直接分解する物質として高温の溶融
軟鉄（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、炭素に対し溶解性があり、しか
も溶解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）は比重が極めて大きいため、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ｆ（２０、Ｃｏ　、　Ｈ２Ｓ
その他を含む。水素の殆どは気体となって溶融鉄内を浮
上し、上部で離脱し、回収される。また灰分け、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
差によって上昇するが、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。

（１）溶融鉄の加熱温度を詞節して高温好ましくは１５
３６℃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。

（１１）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。

（ｉｉｔ＋　　水素を含む溶融鉄中に、−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
、−酸化炭素は、水素、炭素又は溶解鉄との反応が少な
い。

（ψ　所定温度まで昇温する際に、−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。

０　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。

（１／）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。

（ｖｉｉ）　（ｖｉ）の方法において、冷却時に水素が
スの吹き込みを併用する。

なおＱｌ）Ｑｌｌ）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（１）〜
（Ｖ）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吸込管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Ｉの
底部には中心部よりやや吹込管３側に偏った位置にＣＯ
Ｏ２０吹込管４が喉付けられ、ここからＣＯＯ２０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、高周波誘導によっ
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
なって底部に到達すると吹込管４から装入されるＣＯＯ
２０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Ｃ
ＯＯ２０限らず他のガスでもよい。また微粉炭は細い根
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
によって分解し、水素ガスを含む気体の生成、溶融スラ
グの生成、炭素分の溶融鉄ヘの溶解、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、
抜出管８から系外に排出される。また水素ガスを含むガ
スは、抜出管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チより大きく、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、一部は抜出管
８から、又一部は抜出管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
度の下った溶融鉄は、下降流５となって流下し、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ｌ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ｐ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、上側部に抜出管８、上部に抜出管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Ｃ
Ｏ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となっ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
スの気流に乗っ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、水素がスを含む流体の発
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管８から系
外に申出される。水素がスを含む流体は抜出管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
にて固体分と気体外とに分けられ、固体分は外部に駆出
され、気体外はガス分離装置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
件によっては他のガス）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
粉体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が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） 図示する分解容器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Ｉ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１３が生じて
いる個所の側面にＣＯ吹込管４′を暇付け、ここかうＣ
Ｏ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。

また微粉炭吹込管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（又は他のがス気流）
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っておこなう。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った炭素３３の一部は引抜管３
５により外部に取出され、一部は引抜管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
引抜管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管３６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・・・抜出管、９
・・・抜出管、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、２
４・・・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・・・引抜管。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第１図 第３図 第４図 昭和　年　月　日 特許庁長官　　宇　賀　道　部　殿 １、事件の表示 特願昭６０−２０４３６２号 ２、発明の名称 石炭中有価物の回収方法 ３、補正をする者 事件との関係　　％杵出願人 （４１２）　　日本鋼管株式会社 ４、代理人 ５、自発補正 ７、補正の内容 （１）　　明細書中箱３頁下から４行目に「発生ガス」
とあるを「又は上記（１）の発生ガス」と訂正する。 （２）　同第４頁第２行目に「石炭の乾燥」とあるを「
石炭の乾留」と訂正する。 （３）　　同第８頁第８行〜第９行に「石炭中の炭素分
のうち約２３％」とあるを「石炭中の炭素分６８．８部
のうち約２３部」と訂正する。 （４）　　同第１２頁第１３行に「吸込管」とあるを「
吹込管」と訂正する。 （５）　　同第１４頁第５行、同頁第６行、同頁第１４
行、同頁第１５行、第１５頁第１８行（２個所）、第１
６頁第１２〜１３行、同頁第１４行及び第１９頁第７行
（２個所）に「抜出管」とあるをそれぞれ「抜出径路」
と訂正する。 （６）　　同第１７頁第３行に「微粉体」とあるを「微
粉炭」と訂正する。 （７）　　同第１７頁第１５行に「下降流１３」とある
を「下降流５」と訂正する。 （８）　　同第１８頁第１６行、同頁第２０行及び第１
９頁第１３行に「引抜管」とあるを 「引抜径路」と訂正する。 （９）　　同第１８頁第１６〜１７行及び同頁第１８行
に「引抜管」とあるを「抜出径路」と訂正する。 ＯＩ　　図面中筒３図に別紙のように符号「１」及び「
２６」を引出線とともに加入する。 第３図

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （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、炭素分を溶融鉄に溶解させた後析出させ、
   灰分を溶融鉄上面に浮上させて各成分ごとに回収するこ
   とを特徴とする石炭中有価物の回収方法。
2. （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. （３）溶融鉄の温度を調節して、炭素の溶解、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. （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. （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. （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. （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. （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. （９）循環径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. （１０）溶融鉄の循環を一酸化炭素ガス及び水素ガスの
    一種又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。