JPS63139976A - 炭化水素含有固体の乾留法 - 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） 本発明は炭化水素を含んだ個体、就中オイル・シェール
の乾留する方法に関する。

（従来の技術） 石化燃料の残存量について、重油が５０年、石炭が２０
０年というように確定されると、更にエネルギー密度の
低いオイル・シェールやオイル・サンドの開発プログラ
ムが日程に上ることになった。

世界に知られる既存の技術プロセスおよび現在開発途上
にあるプロセスなど数１０例にのぼシ、発表公開された
プロセスは数１００件を数える。

いかなる工業においても、技術の大きな流れがあって、
常に経済性・品質向上・効率改善・省エネ省力を不断な
く追求してきた。鉱物を原料とする工業の多くは、この
目的達成に沿って細粒化の途をたどってきた。粉体工学
が進歩し、最近はファイン・ケミカルの分野にまで及ん
できた。

粉粒化は反応時間を著しく短縮し、品質の均斉性を高め
、輸送性がきわめてよく、自動制御に甚だ好都合になシ
、装置は小型化し換言すれば大型容量の実現が容易にな
り、必然的に大きな経済効果をもたらした。要求される
製品・半製品あるいは副生品の姿にも係わることである
が、この技術大河の未だに上流部に留っているもの、か
なシ流れに沿ってきたもの、既に下流に向けて奔流して
いるものなどある。

シェール乾留についてはなお前者に属し、鉄鉱石や石灰
などでは部分的に細粒化が進み、セメントにおいては粉
体工業の最たるものである。採掘される鉱物をわざわざ
細粒化せずとも所定の目的が達せられる場合は、既成観
念が進歩を阻んでいることも無視できない。

しかし、セメント・プロセスに例をとれば、投入される
エネルギーの１０％が原料仕調、他の１０チが製品仕上
に使用され、各々の９０％〜　１００チが粉砕所要電力
である。仕上は用途面からの要請だが、原料は均一にし
て迅速な反応を目指し、副次的に処理の容易と輸送の便
、さらに大型化が達せられた。技術大河における製造種
類別の流れは、固定床から回転床へ、さらに、流動床か
ら噴流床へ、最後に場合によシ溶融゛浴へ至る。

典型的な例では石炭ガス化装置があシ、石炭か焼も仁の
例に洩れない。固定床では塊状を扱い、反応時間が数時
間に及ぶが、気流床・噴流床では微粉を扱い数秒で足シ
る。

一方、シェール乾留では５０年間固定床から抜は切れず
、漸く近年流動床類似のシステムが浮上してきた。世界
の最先端を行く数例でみると、処理シェールの代表径は
いずれも１７４′即ち、６　ｍｎ’４以下という条件で
ある。しかしこれでは半流動床はできても気流床はでき
ない。粉体がまじるにしても、プロセス全体としては粒
状体としての取扱いが要求される。常に粉砕動力が懸念
されるが、実際にはほとんどの場合その費用を遥かに上
廻るプロセス上のメリットを伴っている。

シェール乾留の特徴は、本来重油・石炭に較べて著しく
低い保有熱量で、比較的低温で乾留ガスと油分が揮散す
るが、最も価値の高いこの油分は原鉱の５〜２０％重量
が通常で、きわめて低品位の化石燃料である。その上、
乾留で残る炭化水素および炭素があシ、これを利用しよ
うとすれば更に高い温度にさらす必要があシ、その温度
では原鉱に含まれる炭酸塩の分解も始ま９、これが吸熱
反応のため採シ出す熱量が相殺されるという不利もある
。

既往技術は、アンダーサイズは埋戻し、残留炭素分は利
用しないというきわめて非効率で不経済なもので、付加
価値は低いがそこに資源があるから、いくばくかでも利
用しようという姿勢であつた。開発中の最新技術でも、
上限サイズｔ’　６　ｍｍとすれば、類似の事情がやや
軽減されて残っている。

即ち、移送や燃焼に伴う熱量や未燃カーボンなど全シス
テムとして非効率になっておシ、装置は大型になシ、収
率の低下を余儀なくされ経済性はなお低い段階に留って
いるのが大半である。商業化のためには大量処理を要し
、そこになお経済効果を挙げるためには細粒化に優るも
のはない。

セメント工業では、気流床と回転床の組合せではあるが
（セメント・タリンカ反応は現段階ではなお回転床を必
要としている）、均斉品質・省エネ・省力が徹底され、
ユニット・サイズも１０．０００ｔ／ｄが出現している
。勿論これ以上も可能であるが、需要の集中度が現在で
はこのユニットで充足している。

（発明が解決しようとする問題点） 粉砕費用は粉末度が最大径数１００ミクロン、平均径５
０ミクロン前前屈、製造直接費の１０％に充たない。こ
の観点からシェール乾留の大量有効処理を考慮すれば、
乾留工程を除き、伝熱・移送を気流床又は噴流床および
気流搬送で行わせる。

この条件を充たす粒径は最大３７７ｍ　　まで可能であ
るが、最大２ｍ　　とするのが望ましい。即ち、平均径
数１００ミクロンで、被粉砕性は石灰石と著し径２　ｍ
ｍ　が適切である。

従って本発明は最大径２　ｍｍ　以下に微粉細された原
鉱オイルシェールを全量利用し、全熱量′を抽出して熱
損失のない乾留法を提供するものである。

（問題点を解決するための手段作用） 本発明は２ｔｒａｎ　以下の粉粒体シェール’１１２０
〜２５０℃まで気流乾燥・予熱し、乾留后の廃シェール
を気流旋回予熱・燃焼し、１００〜２５０　℃まで気流
冷却する。

本発明の乾留は原料シェールの０．５〜１．５倍の燃焼
された８００〜１０００℃の廃シェールを熱媒体として
循環し、原料シェールと混合して、４００〜６００℃で
乾留する。燃焼の熱源は乾留ガスと乾留后未燃廃シェー
ルの保有熱量を利用し、全システムに要する熟量との差
は、単−気流内に設置される廃熱ボイラに利用する。

乾留工程では燃焼された廃シェールを熱媒体として混合
昇温させるが、微粉で流動性があるので、そのプロセス
や処理はきわめて容易かつ効率的である。廃シェールの
燃焼は６００〜８００℃でほぼ完結するが、完全燃焼を
目指すこと、熱媒体としては未乾留シェールとほぼ等量
である方が移送・処理・混合の点で有利なこと、いずれ
燃焼すれば余剰態量は有効利用されなければならないが
、その時温度の高い高熱価な熱媒体（燃焼排ガス）の方
が効率が高いことなどの理由から、８００〜１０００℃
の燃焼を行わせる。気流旋回燃焼であるからきわめて高
効率で、燃焼廃シェールの冷却も気流床で行う。

第１図で説明すると、Ａは乾燥・予烈部で気流搬送伝熱
バイブ１、気流旋回燃焼サイクロン２および通風ファン
３から成る。ここで粉粒体シェールは１２０〜２５０℃
に乾燥・予熱される。１２０℃は乾燥のみに要する温度
、２５０℃は原鉱によっては２００℃前后で前屈水の蒸
散があり、２５０℃までは炭化水素系ガスの揮散がみら
れないので、その限りで温度は高い方が望ましい。即ち
、燃焼廃シェールとの重量比率が上って有利になるから
である。

混合部Ｂは、上述の昇温された未乾留シェールと、燃焼
器７で分離された燃焼廃シェールが分配器８で適当量分
けられたものが、乾留器４に入ジグラム化して、フィー
ド・フォワードされるものである。

乾留部Ｃは、乾留器４のほか乾留ガス−次除塵サイクロ
ン５を経て、炭化水素系の可燃ガスと油分に分離され、
前者は燃焼器７で利用され、油分の後処理は省略する。

乾留器４およびサイクロン５の廃シェールは共に次の燃
焼工程に移る。

燃焼部りは、気流搬送バイブロと若干の昇温を行わせて
気流旋回式燃焼器７、さらに燃焼廃シェール分配器８か
ら成る。例えばサイクロン燃焼器などが好ましく、高効
率の混合伝熱を行い比較的低温でも安定燃焼しかつ分離
まで行う。

冷却部Ｅは、多段の気流搬送管とサイクロン９から成る
冷却装置と冷却用空気を押込むファン１０から成る。装
置動子と熱効率から３段が適当である。装置と経済性か
ら燃焼廃シェールは１００〜２５０℃に冷却される。

燃焼器７の排ガスは廃熱ボイラ１１に至シ、ここで熱回
収して上述乾燥・予熱のだめの排ガスを送る。通風力は
押込ファン１０と吸引ファン３から成シ、単一の気流が
貫流し、１分前后で押込ファンからファン３に至る。原
料シェールはバイブ１に入１）ｆイクＣン９から排出さ
れ、乾留器の滞留を除けばこれも１分前后で全工程を終
了する。

但し、分配器８により熱媒体として循環する。

第２図は以上のプロセスを、シェールと空気／ガスの流
れを模式的に特性図にしたもので、縦軸は温度、横軸は
時間とは無関係の工程別区分け、実線がシェール、帯状
が空気／ガス、矢印が流れ方向、ω印は相互に伝熱が行
われることを示す。

０　数値値は原料シェールを単位１とした時の比例量ヲ
示し、０内数値はこれに対応する空気／ガス量を示す。

例えば固体’ｒ　Ｋｙとすれば気体は−Ｎに近い値とな
っている。なお、左の方に廃熱ボイラに利用される温度
領域が示される。勿論それぞれの数値は一例にすぎない
。

原料シェールは左下から入り昇温され乾留を経て、右下
へ冷却排出される。一部は循環する。空気は左下から昇
温され燃焼を経て、余剰熱は廃熱ボイラに利用され、そ
の排ガスは乾燥・予熱に利用され左下へ排出される。

混合・乾留器は簡単なもので充分で、粉体の場合ガス化
・乾留は２〜３分間で速やかに終結する。

ただ、機械的混合はおだやかに行うのが発塵が少く後工
程に都合がよい。燃焼器は６００〜８００℃で大半のガ
ス化は行われ、時間をかければ残留炭素も少くなる。し
たがって流動燃焼やヒート・パイプの上昇気流管でも燃
焼は行われる。しかし残留炭素は多くなる。サイクロン
燃焼器が本プロセスでは最適で、しかも温度も若干高く
してほとんど完全で安定な燃焼を行わせる。

プロセス用開発ユニットの結果から推定される熱収支を
第３図に示す。どうしても避けられない熱損失があるが
、油分で９０％以上、その他の保有熱量の半分はボイラ
発生に有効化される。装置は簡単で、制御性はよく、何
よシも大型化の容易な経済的なものである。

（発明の効果） 本プロセスは、原鉱シェールの微粉砕を前提とし、結果
的に蒸気ボイラ等の熱回収装置を必然的なものとする。

既往のプロセスでは微粉砕を前提としないし、ボイラな
と設置されるものは見受けられるが、ここでは積極的に
本プロセスの重要な要素となる。

乾燥・粉砕を兼ねた微粉砕の費用は僅かであ夛、また大
容量で単純な機械が存在し、ボイラ等熱回収装置も効率
のよい大容量のものが対応でき充分上述条件を満足する
。

次に、便宜的な条件ではあるが、廃シェールのｐＳ源と
して廃シェール含有炭化水素及び炭素、さらに易燃焼・
コアフレームの役割のための乾留ガス炭化水素を当てる
。後者は別用途又は精製することも不可能ではないが、
低質かつ変動が多いので得策でなく、自己燃焼に州立て
るのが経済的である。換言すれば、この結果として上述
ボイラが必須となる。

以上の条件を備える本プロセスは、設備的にきわめて簡
単で、いかようにもスケール・アップに耐え、すこぶる
経済的である。固体・気体共に単一流で単純なプロセス
、移送効率はきわめてよく、両者共はとんど流体扱いで
、自動制御かやシやすく、操作は簡単、運転の安定性は
きわめてよい。

しかも、原鉱を全量利用し、熱量を徹底的に抽出し、全
体としての熱損失は既往プロセスに比し断然低い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の模式流れ図、第２図は、温度・流量を
表示した特性図、第３図は、本発明のヒートバランスで
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ２ｍｍ以下に粉砕シェールを、押込・吸引ファンによる
   単一の気流で貫流し、その気流搬送・旋回を利用して移
   送・乾燥・伝熱・燃焼・冷却する各工程と廃シェールを
   熱媒体として粉砕シェールに混合する乾留工程とからな
   る炭化水素含有固有の乾留法。