JPS6318636B2

JPS6318636B2 -

Info

Publication number: JPS6318636B2
Application number: JP14442679A
Authority: JP
Inventors: Fumiaki Sato; Kyomichi Taoda; Yoshibumi Ito; Takashi Ueda; Kyomi Uehara
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1979-11-09
Filing date: 1979-11-09
Publication date: 1988-04-19
Also published as: JPS5670093A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、石炭類のうち多量の内部水分を含有
し、かつ高い吸湿性を有する石炭の熱処理を効果
的に、しかも経済的に行なう方法に関するもので
ある。一般に、石炭の殆んどが、低炭化度の若年炭や
水分含有量の高い低品位炭であり、現在、これら
の石炭の付加価値を上げるべく、石炭のガス化、
液化、あるいは石炭の乾燥脱水方法等が検討され
ている。この中で、石炭のガス化や液化は、利用価値の
高いエネルギーキヤリアを製造する方法として注
目されているが、原料石炭の持つエネルギーの転
化率が低い、製造コストが高い、灰分の分離等が
難しくプロセスが複雑である等、実用化するため
には解決しなければならない問題が多い。一方、プロセスが極めて単純な石炭の乾燥脱水
は、処理温度が低いために脱水率が低く、しかも
放置により製品石炭が再び水分を吸収する性質が
あり、あまり高品位の石炭が得られないという欠
点があつた。これらの点に鑑み、本発明者等は、先に、低炭
化度の石炭を吸湿性の低い石炭に改質して単位重
量当りの発熱量を上げ、付加価値の高い石炭を得
るための熱処理方法として、カーボン含有量が低
く、平衡水分値が高い高吸湿性の石炭を、高温ガ
スにより加熱昇温速度100℃／min以上で最終加
熱温度300〜500℃まで急速加熱し、次いで冷却降
温速度50℃／min以上で250℃以下まで急速冷却
することを特徴とする方法を特願昭54―68865号
として出願した。本発明は、この先願方法に基づくもので、消費
熱量をできるだけ少なくしてランニングコストひ
いては設備費を低減すると共に、より効果的な石
炭の熱処理方法を提供するものである。すなわち本発明方法は、 (1) カーボン含有量がドライアツシユフリー基準
で80％以下と低く、平衡水分値が５重量％以上
と高い値を示す高吸湿性の石炭を、高温ガスに
より加熱昇温速度100℃／min以上で最終加熱
温度300〜500℃まで急速加熱し、次いで冷却降
温速度50℃／min以上で250℃以下まで急速冷
却する石炭の熱処理方法において、前記急速加
熱の前に前記石炭の予備乾燥を行ない、該予備
乾燥用ガスとして、前記急速加熱用高温ガスの
該急速加熱に使用した後の排ガスと空気とを間
接熱交換して得られる高温空気と、該急速加熱
に使用する前の急速加熱用高温ガスの一部とを
混合したものを使用することを特徴とするもの
と、 (2) カーボン含有量がドライアツシユフリー基準
で80％と低く、平衡水分値が５重量％以上と高
い値を示す高吸湿性の石炭を、高温ガスにより
加熱昇温速度100℃／min以上で最終加熱温度
300〜500℃まで急速加熱し、次いで冷却降温速
度50℃／min以上で250℃以下まで急速冷却す
る石炭の熱処理方法において、前記急速加熱の
前に前記石炭の予備乾燥を行ない、該予備乾燥
用ガスとして、前記急速加熱用高温ガスの該急
速加熱に使用した後の排ガスと空気とを間接熱
交換して得られる高温空気と、該急速加熱に使
用する前の急速加熱用高温ガスの一部とを混合
したものを使用すると共に、前記間接熱交換し
た後の前記排ガスを更に冷却して前記急速冷却
用ガスとして使用することを特徴とするもので
ある。以下、第１図に基づいて本発明方法を工程別に
詳細に説明する。 (a) 急速加熱用ガス発生工程：急速加熱用ガスとしては、石炭（例えば、被熱
処理石炭またはライン２０から取り出される微粉
炭）等の固体燃料、または他の気体燃料、液体燃
料の燃焼排ガスが利用される。すなわち、これらの燃料がライン９から、また
燃焼用空気がライン１０からそれぞれ燃焼炉１に
供給され、空気比1.05〜1.15で完全燃焼される。
この燃焼炉１にはライン１２から希釈用のガスを
供給し、温度500〜850℃の急速加熱用ガスを発生
させる。なお、該急速加熱用ガスは、後述する石炭の急
速加熱工程における石炭の燃焼による損失や爆発
等の安全性の面から、酸素濃度の低い不活性ガス
であることが望ましく、該酸素濃度としては実地
的検討から１〜4vol％であれば、燃焼損失も極少
で、かつ爆発等安全上の問題もないことが確認さ
れている。この急速加熱用ガスはライン１１、ライン１３
から後述の急速加熱工程が行なわれるNo.２流動層
４へ供給され、一部がライン１４から後述の予備
乾燥が行なわれるNo.１流動層２へ供給される。 (b) 予備乾燥工程： No.１流動層２において、ライン１７から被熱処
理石炭と、ライン１６から予備乾燥用ガスがそれ
ぞれ供給され、該石炭の予備乾燥が行なわれる。この予備乾燥用ガスとしては、前記のライン１
４から供給される500〜850℃の急速加熱用ガス
と、後述のNo.２流動層４出口ガスと間接熱交換し
て高温となりライン１５を経て送られて来る空気
とを混合したものが使用される。該予備乾燥用ガスは、温度150〜350℃、好まし
くは200〜300℃、酸素濃度12〜20vol％、好まし
くは15〜18vol％となるようにライン１４からの
急速加熱用ガスとライン１５からの空気との混合
割合を調整する。すなわち、急速加熱用ガスを多
量に混合する程温度は高くなり、酸素濃度は低く
なる。具体的には、温度150℃で酸素濃度約20vol％温度350℃で酸素濃度約12vol％である。なお、該予備乾燥用ガスの温度を150〜350℃と
するのは、150℃以下であると予備乾燥の効果が
薄いため、大量のガスが必要となり、装置を大き
くしなければならず、一方350℃以上であると酸
素濃度を低くしなければ自然着火の恐れがある
（因みに、本発明方法の対象石炭の自然着火温度
は、大気中（酸素濃度21vol％）においては300〜
360℃である）ためであり、上記温度範囲におい
て酸素濃度は上記したように自ずと12〜20vol％
になる。また、No.１流動層２の層内温度は、石炭の予備
乾燥（主に表面水分の除去）に必要な温度で、余
り高くする必要はなく、少なくとも常温での水の
沸点100℃以上であればよい。100℃以下であると
石炭の層内滞留時間が長くなり、その分だけ大量
のガスを必要とし、また200℃以上の高温になる
と、上記の予備乾燥用ガスの温度を350℃以上に
しなければならず、自然着火が懸念される。従つ
て、No.１流動層２の層内温度は100〜200℃とする
ことが望ましい。更に、No.１流動層２のガス空塔速度は、被熱処
理石炭粒子の粒径分布によつて決まるが、例えば
０〜２インチ（０〜50mm）の粒径分布を有する石
炭の場合、ガス空塔速度が５ｍ／sec以下では粒
径１〜６mmの範囲の粒子しか流動化せず、６mm以
上の石炭は静止したままとなり、また25ｍ／sec
以上では殆んど全ての石炭が流動化するが、８mm
以下の石炭は全てキヤリーオーバーし、圧力損失
も増大する。従つて、石炭のキヤリーオーバー量
を少なくし、均一な流動状態を得るには、上記粒
径分布の場合、５〜25ｍ／secが適当である。上記の予備乾燥工程において、No.１流動層２を
キヤリーオーバーする微粉炭は、ライン１８から
サイクロン３へ送られて同伴排ガスと分離されて
ライン２０から系外へ取り出され、一方、分離さ
れた排ガスはライン１９から系外へ排気される。そして予備乾燥された石炭は、ライン２１から
No.２流動層４へ送られる。この石炭は、含水率６
〜12wt％、温度100〜200℃となつていることが
望ましく、そのためにはNo.１流動層２内の滞留時
間を粒径０〜10mmの石炭では２〜４分、10〜50mm
の石炭では４〜10分程度とすることが望ましい。
なお、この石炭の脱水率は次に述べるNo.２流動層
４での急速加熱工程での脱水率を合わせた総脱水
率のうち60〜80％程度とすることが好ましい。 (c) 急速加熱工程 No.２流動層４において、ライン２１から上記工
程で予備乾燥された石炭と、ライン１３から前記
工程で発生された500〜850℃の急速加熱用ガスが
それぞれ供給され、該石炭の急速加熱が行なわれ
る。この急速加熱の昇温速度は、タール分がガス状
物質となつて揮発しないように極力高速とするこ
とが必要で、本発明では実地的検討から100℃／
min以上の高速とする。また急速加熱の最終温度
は、石炭が熱分解する温度で、しかもこの熱分解
で生じる石炭中のタール分が液状で存在し得る温
度300〜500℃が必要で、好ましくは実地的検討か
ら350〜430℃とする。この点からNo.２流動層４の
流動層温度は350〜430℃とすることが望ましい。この工程で含水率０〜5wt％まで除去された石
炭は、ライン２２から急速冷却流動層７に送られ
る。一方、No.２流動層４からの排ガスは、ライン２
３から熱交換器５に送られ、ライン２６、ブロワ
６、ライン２５を経て送られて来る常温の空気と
間接熱交換して100〜150℃程度まで冷却された
後、ライン２４からスクラバー８へ送られる。 (d) 急速冷却工程：上記工程でライン２４を経てスクラバー８へ送
られたガスが、ライン２７から供給される水と向
流接触し、50〜80℃程度に冷却されると共にダス
トおよびタールが除去され、ライン２８を通つて
急速冷却流動層７に急速冷却用ガスとして供給さ
れる。急速冷却流動層７では、ライン２２を通つて上
記工程から350〜430℃の石炭が送られて来てお
り、該石炭の急速冷却が行なわれる。この急速冷却は、上記工程で急速加熱され高温
となつた石炭をそのままにしておくとタール分が
分解して揮発ガスを発生し、石炭の発熱量を低下
させるので、これを防止するために行なわれる。
冷却温度は、理論的には石炭が熱分解を起さない
温度300℃以下であればよいが、実際には着火や
爆発の危険性のない温度250℃以下まで冷却する。
また降温速度は、揮発ガス発生の防止の点から実
地的検討により50℃／min以上の高速とする。この工程で上記の50〜80℃の急速冷却用ガスに
よつて急速冷却された石炭は、150〜250℃程度の
温度となつており、ライン３０から取り出され
る。一方、急速冷却流動層７出口ガスは、石炭の熱
をうばつて150〜250℃まで昇温しており、前記し
たようにライン１２から燃焼炉１へ希釈用ガスと
してリサイクルされる。以上説明した本発明方法は、従来提案されてい
る種々の石炭改質またはカロリーアツプを計る方
法に比べ、次のような効果を有するものである。 (i) 石炭のガス化や液化は、前記したように付加
価値の高い二次エネルギーの製造方法として有
望とされているが、実用化には前記したような
未解決の問題点が多い。しかし、本発明方法
は、カロリーアツプ方法としてプロセスが簡単
である上、熱効率が高く、極めて実用的であ
る。 (ii) 本発明方法に類似している石炭の熱風乾燥
（例えば、USP3266171）は、内部水分が非常
に高い石炭ではその脱水性に限界があり、また
処理石炭が水分を再吸収するために平衡水分値
も高いという欠点がある。しかし、本発明方法
では、最終温度300〜500℃という高温で熱処理
するため、石炭が熱分解し、この時石炭内部か
ら滲出するタールが石炭表面に開口する細孔を
ふさぎ、これに続く急速冷却によりこのタール
が固化して石炭の表面積を非常に小さくし、こ
の結果処理石炭が水分を再吸収することは殆ん
どなくなり、平衡水分値を低くすることができ
る。 (iii) 一般に、石炭を熱処理する場合には、石炭の
流れとガスの流れを向流にして熱を有効利用す
る方式が望ましく、通常は、流動層を多段にし
て向流接触させることが多い。この場合、石炭
乾燥に使用した後の排ガスは、石炭の水分が移
行しているため、水蒸気分圧が極めて高い。こ
の排ガスを熱処理後の石炭の冷却用ガスとして
使用するには、スクラバー等で冷却する必要が
あるが、ガス中の水蒸気分圧が高いと、スクラ
バーの運転温度における水の蒸気圧まで余剰ス
チームを凝縮する必要があり、この時、多量の
凝縮潜熱が発生するため、膨大な冷却水が必要
となる。しかし、予備乾燥と急速加熱の２工程
を行なう本発明方法では、予備乾燥での脱水率
が総脱水率の60〜80％であり、急速加熱での脱
水率が総脱水率の20〜40％であつて、急速加熱
での蒸発水量が少ないという特長がある。そこ
で、本発明方法において、急速加熱工程からの
排ガスを空気と間接熱交換した後、スクラバー
で更に冷却して熱処理後の石炭の冷却用ガスと
して使用すれば、該排ガス中の水蒸気分圧はス
クラバーの運転温度における水の飽和蒸気圧よ
り小さいため、スクラバーでは増湿冷却操作と
なり、ガスの冷却に必要な水量を極く少量とす
ることができる。これによつて、ガス冷却装置
をコンパクト化でき、設備費およびランニング
コストの低減に貢献することができる。一方、
上記の間接熱交換によつて高温となつた空気
は、急速加熱用ガスの一部と混合されて予備乾
燥用ガスとして使用され、廃棄される。次に、本発明方法の効果を実施例により具体的
に示す。実施例使用石炭：全水分 16wt％平衡（内部）水分 11.0wt％灰分 10.2 〃揮発分 34.0 〃固定炭素 40.4 〃発熱量 5700Kcal／Kg 実験装置：第２図Ａ，Ｂに示すものを用いた。第２図Ａ，
Ｂ中、第１図と同一符号は第１図と同一機能部位
を示し、第２図Ａ，Ｂにおける同一仕様部位の各
運転条件は次の通りとした。ライン１７からの原料石炭流量１トン／hr No.１流動層２の流動層温度 120℃ No.２流動層４の流動層温度 370℃ スクラバー８の運転温度 70℃ No.２流動層４入口ガス温度 600℃ No.２流動層４入口ガスO₂濃度 2vol％ No.１流動層２およびNo.２流動層４のガス空塔速
度 10ｍ／sec No.１流動層２およびNo.２流動層４の石炭滞留時
間２分なお、第２図Ａは、前記(iii)で通常の流動層を多
段にして石炭とガスとを向流接触させる方式とし
て説明したものに相当し、第２図Ｂは本発明方法
によるものである。第２図Ｂにおける仕様は次の
通りとした。 No.１流動層２入口ガス温度 264℃ No.１流動層２入口ガスO₂濃度 17.8vol％実験結果

【表】

【表】上記の実験結果から、第２図Ａによる場合は、
No.２流動層４（流動層内温度が370℃と高いため、
タールが若干発生する）とNo.１流動層２を経由し
て来るタール分を含むガスを全量洗浄する必要が
あるため、スクラバー８が大型になり、またスク
ラバー８入口ガスは石炭の水分を全て同伴してい
るため、スチーム分圧が極めて高く、多量の冷却
水量を必要とするのに対し、第２図Ｂの本発明方
法による場合は、リサイクルガス量（スクラバー
８出口ガス量）およびスクラバー８必要水量が少
なく、スクラバー８をコンパクトにできることが
明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法のプロセスを示すフローシ
ート、第２図Ａ，Ｂは実施例で用いた装置のプロ
セスを示すフローシートで、第２図Ａは比較例、
第２図Ｂは本発明例である。

Claims

【特許請求の範囲】１カーボン含有量が低く、平衡水分値が高い高
吸湿性の石炭を、高温ガスにより加熱昇温速度
100℃／min以上で最終加熱温度300〜500℃まで
急速加熱し、次いで冷却降温速度50℃／min以上
で250℃以下まで急速冷却する石炭の熱処理方法
において、前記急速加熱の前に前記石炭の予備乾
燥を行ない、該予備乾燥用ガスとして、前記急速
加熱用高温ガスの該急速加熱に使用した後の排ガ
スと空気とを間接熱交換して得られる高温空気
と、該急速加熱に使用する前の急速加熱用高温ガ
スの一部とを混合したものを使用することを特徴
とする石炭の熱処理方法。２カーボン含有量が低く、平衡水分値が高い高
吸湿性の石炭を、高温ガスにより加熱昇温速度
100℃／min以上で最終加熱温度300〜500℃まで
急速加熱し、次いで冷却降温速度50℃／min以上
で250℃以下まで急速冷却する石炭の熱処理方法
において、前記急速加熱の前に前記石炭の予備乾
燥を行ない、該予備乾燥用ガスとして、前記急速
加熱用高温ガスの該急速加熱に使用した後の排ガ
スと空気とを間接熱交換して得られる高温空気
と、該急速加熱に使用する前の急速加熱用高温ガ
スの一部とを混合したものを使用すると共に、前
記間接熱交換した後の前記排ガスを更に冷却して
前記急速冷却用ガスとして使用することを特徴と
する石炭の熱処理方法。