JPS6318637B2 - - Google Patents

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法に関
し、特に設備費およびランニングコストの低減を
計ると共に、タールによるトラブルをなくし、し
かも爆発や自然着火等の危険のない安全な石炭の
熱処理法に関するものである。 含水率の高い石炭や若年炭を乾燥または熱処理
し、カロリーアツプを計る種々の方法が提案され
ている。 この中で、単純乾燥方法は、処理温度が低いた
め、高水分の石炭では脱水に限界があり、また製
品石炭の吸湿性が高いため、充分に高品位の石炭
が得られないという欠点があつた。 また、熱媒体として空気を用いる石炭の乾燥あ
るいは熱処理方法においては、石炭の自然着火や
炭塵爆発等の危険があつた。 そこで本発明者等は、先に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
スにより乾燥・熱処理する石炭の熱処理方法にお
いて、前記石炭を加熱昇温速度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石炭の熱処理方法
を、特願昭54―68865号として提案した。 この先願方法は、石炭のカロリーアツプ法とし
て有効であるが、所要熱量が大きく、また発生す
るタール分が揮発しないように急速加熱を行なう
とはいえ、或る程度の揮発は免がれず、このター
ル分を処理する必要上から排ガススクラバー等で
の使用水量が多く、排水処理設備も複雑になると
いう問題がある。 本発明は、この問題を解決するためになされた
もので、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、予備乾燥し
て100〜300℃の温度とした後、高温ガスにより加
熱昇温速度100℃／min以上で最終加熱温度が前
記予備乾燥後の温度より高温ではあるが300〜500
℃の範囲内となるように急速加熱し、次いで冷却
降温速度50℃／min以上で250℃以下まで急速冷
却すると共に、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を熱風発生炉にリサイ
クルし、該排ガス中に含有されるタール分を完全
燃焼させ、発生する高温ガスを前記急速加熱用高
温ガスおよび前記予備乾燥用ガスとして使用する
ことを特徴とする石炭の熱処理法を要旨とするも
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) 熱風発生工程 ここで発生する熱風はNo.２流動層４での急速加
熱用高温ガス、No.１流動層２での予備乾燥用ガス
として使用されるもので、石炭（例えば、被熱処
理石炭またはライン１６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
料の燃焼生成ガスである。 これらの燃料は、ライン７から熱風発生炉１へ
供給され、ライン８から供給される燃焼用空気に
より、例えば空気比1.05〜1.15で完全燃焼され
る。この燃焼生成ガスは、ライン１０からリサイ
クルされて来る後述のガスと混合され、500〜850
℃の高温ガスに調整され、ライン９から取り出さ
れる。該高温ガスの温度を500〜850℃とするの
は、No.１流動層２やNo.２流動層４の流動層の目皿
の材質（通常、金属が使用される）を考慮して
850℃が上限であり、また後述するNo.２流動層４
での昇温速度を100℃／min以上とするためには
500℃が下限であるという理由による。 なお、ライン９から取り出される高温ガスは、
No.２流動層４での急速加熱工程やNo.１流動層２で
の予備乾燥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。 この高温ガスは、一部がライン１２から予備乾
燥工程を行なうNo.１流動層２へ、他の一部がライ
ン１１から急速加熱工程を行なうNo.２流動層４
へ、それぞれ供給される。 (b) 予備乾燥工程 No.１流動層２において、ライン１３から供給さ
れる被熱処理石炭が、前記のライン１２から供給
される高温ガスより予備乾燥が行なわれる。 平衡水分値の高い石炭は、急速加熱処理により
一気に300〜500℃の高温に加熱すると、含有する
石炭中の水分の蒸発により、石炭に割れが生じ、
製品炭の中に経済価値の低い粉炭が多くなる。こ
のため一旦予備乾燥工程で水分を低減した後、含
有水分量の少ない石炭を急速加熱処理することに
より、石炭の平衡水分値を低下させ、かつ粉炭の
発生を防ぐのである。 No.１流動層２の流動層内温度は、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、少くとも常圧での水の沸点
100℃以上であればよい。100℃以下では石炭の滞
留量がかなり多くなり圧力損失が増大するという
欠点があり、300℃以上ではNo.１流動層２の持ち
出し顕熱が大きくなり熱損失の一因となるので、
100〜300℃、好ましくは150〜250℃とすることが
望ましい。 また、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１４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１６から取り出され、一方、分離された排ガ
スは、ライン１５を通り、一部がライン２０に分
岐して前記のライン１０から熱風発生炉１へリサ
イクルし、希釈用ガスとして使用され、他の一部
がライン２１からスクラバー６へ送られる。 そして予備乾燥された石炭は、ライン１７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100〜300℃、好ましくは150〜
250℃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。 (c) 急速加熱工程 No.２流動層４において、ライン１７から上記工
程で予備乾燥された石炭が供給され、前記のライ
ン１１から供給されて来る高温ガスにより、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℃（但し、前記した予備乾燥後の温
度よりも高温とする）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。 この工程で含水率が０〜5wt％まで除去された
石炭は、ライン１８から急速冷却流動層５に送ら
れる。 一方、No.２流動層４からの排ガスは、ライン１
９を通り、前記のライン２０を通るサイクロン３
からの分離排ガスの一部と混合し、前記したライ
ン１０を通つて熱風発生炉１へリサイクルされ、
高温の燃焼生成ガスと混合される。この時、上記
No.２流動層４で揮発を免がれることのできなかつ
たタール分が完全燃焼される。 このように、ライン１９からの排ガス中には、
石炭を急速加熱する際に発生するタール分が含ま
れており、低温になるとダクトへの付着等の問題
が発生する。タールの除去方法としては、上記の
ような燃焼処理の外に、スクラバーでの水洗処理
がある。スクラバーでの水洗処理の場合、ライン
１９の高温ガス（300〜500℃）と水との接触によ
るため、多量の水が必要とされ、かつこのガスを
熱風発生炉１の希釈ガスとして用いると、スクラ
バー６で冷却された熱量だけ余分に熱量が必要と
なる。 従つて、本発明では、ライン１９で発生したガ
スをそのまま熱風発生炉１へ導き、排ガスが持つ
熱量を有効に利用すると共に、熱風発生炉１内で
含有タールを燃焼処理するのである。 なお、ライン１５内の予備乾燥工程からの除塵
排ガスの一部を同じく熱風発生炉１に導入してい
る理由は、ライン１９だけの排ガスでは熱風発生
炉１から発生する熱風ガスの温度をコントロール
するのに不足だからである。 (d) 急速冷却工程 前記のライン２１からスクラバー６に送られた
サイクロン３からの分離排ガスの一部は、該スク
ラバー６において、ライン２２から供給される水
と向流接触し、50〜80℃に冷却されると共に、該
ガス中のダストが除去され、ライン２３を経て急
速冷却流動層５へ急速冷却用ガスとして供給され
る。 急速冷却流動層５では、ライン１８から上記工
程からの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も
のである。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。 この工程で急速冷却された石炭は、ライン２５
から取り出され、一方、この工程からの排ガス
は、ライン２６から系外へ抜き出される。 以上説明した本発明方法は、従来提案されてい
る種々の石炭乾燥法や石炭熱処理法に比較して次
のような効果を有するものである。 (1) 石炭の単なる熱風乾燥法では、高い内部水分
を持つ石炭に対してはその脱水性に限界がある
が、本発明方法では、最終加熱温度が300〜500
℃と高いため、石炭の含水率を殆んど０％近く
にまで低減でき、しかも石炭が熱分解し、この
時石炭内部に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
ることがなくなり、平衡水分値も極めて低くす
ることができる。 (2) 急速加熱の際に揮発を免がれることのできな
かつたタール分は、全て熱風発生炉で燃焼され
るため、タールの付着によるトラブルや、ガス
洗浄排水中のタールの後処理を考慮する必要が
ないのみならず、ガス洗浄用水量を少量とする
ことができる。 (3) 急速加熱工程から排出される排ガスは、かな
り高温であり、これの全てを熱風発生炉にリサ
イクルして再使用するため、熱損失がなく、し
かも該排ガス中には石炭中の水分が移行してス
チーム分圧が高くなつているため、該排ガスの
熱容量が大きく、熱風発生炉に使用する燃料の
低減、ひいては該炉のコンパクト化が可能であ
る。 (4) 本発明方法のプロセス内を流れるガスは、全
て低酸素濃度（１〜4vol％）となつており、爆
発、自然着化の懸念がない。 次に、本発明の実施例をあげる。 実施例 使用石炭： 全水分 16.wt％ 平衡（内部）水分 11.0 〃 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図に示すものを用いた。第２図中、第１図
と同一符号は第１図と同一機能部位を示し、第２
図中における各部位の仕様は次の通りとした。 ライン１３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６の温度 70℃ No.１，No.２流動層２，４の入口ガス 温 度 600℃ O₂濃度 2vol％ No.１，No.２流動層２，４のガス空塔速度
10ｍ／sec No.１，No.２流動層２，４の石炭滞留時間
２分 なお、比較のために、同日出願〔特願昭54―
144426号（特開昭56―70093号）〕の石炭の熱処理
方法に相当する第３図に示すフローに沿つて上記
と同じ石炭を使用して実験を行なつた。 第３図中、第１，２図と同一符号は第１，２図
と同一機能部位を示し、第１，２図と異なる点は
次の通りである。 すなわち、第３図において、No.２流動層４から
排出される排ガスは、ライン１０１からブロワ１
０２によつて送られて来る常温空気と間接熱交換
器１０３で間接熱交換された後、スクラバー６へ
送られ、一方、間接熱交換によつて高温となつた
空気はライン１２からの高温ガスと混合されてNo.
１流動層２へ予備乾燥用ガスとして供給される。
また、急速冷却流動層５からの排ガスはライン２
６から取り出し、熱風発生炉１で生成された燃焼
生成ガス中へ希釈用ガスとしてリサイクルする。 第３図中における各部位の仕様態様は、次の実
験結果として示す表中に記載のものを除いて、上
記した第２図中の各部位の仕様態様と同じとし
た。 実験結果：

【表】

【表】 なお、第３図に示す比較方法においては、時間
の経過と共に、間接熱交換器の性能の低下、間接
熱交換器系の圧力損失の増大が観測され、これら
はタールの付着に起因するものと考えられる。 以上の実験結果から、次の点が明らかとなる。 (i) 本発明方法によれば、No.１，No.２流動層への
供給ガス量が少ないため、装置がコンパクトに
なり、また所要動力が大幅に低減する。 (ii) 本発明方法では、スクラバー入口ガス中にタ
ール分がないため、排水の後処理が極めて容易
である。 (iii) 第３図に示す比較方法では空気を導入するた
め、系内において爆発の危険がないように配慮
する必要があるが、本発明方法では、このよう
な配慮は全く必要ない。 (v) 本発明方法ではタール付着によるトラブルは
全く認められない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施態様を示すフローシ
ート、第２図、第３図は実施例で使用した実験装
置のフローを示すもので、第２図が本発明方法に
沿つたもの、第３図が比較方法に沿つたものであ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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、予備乾燥して100〜300℃の温度
   とした後、高温ガスにより加熱昇温速度100℃／
   min以上で最終加熱温度が前記予備乾燥後の温度
   より高温ではあるが300〜500℃の範囲内となるよ
   うに急速加熱し、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と共に、前記
   急速加熱用高温ガスの該急速加熱に使用した後の
   排ガスを熱風発生炉にリサイクルし、該排ガス中
   に含有されるタール分を完全燃焼させ、発生する
   高温ガスを前記急速加熱用高温ガスおよび前記予
   備乾燥用ガスとして使用することを特徴とする石
   炭の熱処理法。