KR101624816B1

KR101624816B1 - 무회탄의 제조 방법

Info

Publication number: KR101624816B1
Application number: KR1020147017196A
Authority: KR
Inventors: 고지 사카이; 노리유키 오쿠야마; 시게루 키노시타; 다쿠야 요시다
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2016-05-26
Also published as: US9334457B2; WO2013099650A1; US20140305034A1; CN103998585A; KR20140102247A; CN103998585B; AU2012359437A1; AU2012359437B2

Abstract

용제 회수율을 향상시킬 수 있고, 또한 무회탄을 효율적으로 제조할 수 있는, 무회탄의 제조 방법을 제공하는 것. 무회탄의 제조 방법은, 석탄과 용제를 혼합하여 얻어지는 슬러리를 가열하여 용제에 가용인 석탄 성분을 추출하는 추출 공정과, 석탄 성분이 추출된 슬러리로부터 석탄 성분을 포함하는 용액부를 분리하는 분리 공정과, 분리된 용액부로부터 용제를 분리 회수하여 무회탄을 얻는 무회탄 취득 공정을 구비한다. 그리고, 무회탄 취득 공정은, 용제의 증기압보다도 낮은 압력으로 감압함으로써, 용액부로부터 용제를 증발 분리시켜 고체의 무회탄을 얻는 감압 공정과, 얻어진 고체의 무회탄을 가열하여, 당해 무회탄 중에 잔존하는 용제를 증발 분리시키는 가열 공정을 갖는다.

Description

무회탄의 제조 방법 {PRODUCTION METHOD FOR ASHLESS COAL}

본 발명은 석탄으로부터 회분을 제거한 무회탄을 얻기 위한 무회탄의 제조 방법에 관한 것이다.

무회탄의 제조 방법으로서는, 예를 들어 특허문헌 1에 기재된 것이 있다. 이 무회탄의 제조 방법은, 석탄과 용제를 혼합하여 슬러리를 조제하고, 얻어진 슬러리를 가열하여 용제에 가용인 석탄 성분(이하, 용제 가용 성분)을 추출하고, 용제 가용 성분이 추출된 슬러리를, 용제 가용 성분을 포함하는 용액부와 용제에 불용인 석탄 성분(이하, 용제 불용 성분)을 포함하는 고형분 농축액으로 분리하고, 분리된 용액부로부터 용제를 분리·회수하여 무회탄을 얻는 것이다. 용액부로부터 분리·회수된 용제는, 용제 탱크에 저류되어, 재이용된다. 이 무회탄의 제조 방법에서는, 용액부로부터 용제를 분리·회수하여 무회탄을 얻는 방법으로서, 분무 건조법이 이용되고 있다. 이 분무 건조법에 따르면, 무회탄 중의 유기물과 무기물이 분리되어 석출되고, 용제 가용 성분을 포함하는 용액 중에 소량 혼입된 미세한 무기물 및 용제 중에 용해된 금속 성분의 제거가 용이해진다.

일본 특허 출원 공개 제2005-120185호 공보

그러나, 분무 건조법을 이용하여 용제를 분리·회수하는 경우, 용액부에 포함되는 용제의 중량 비율이 큰 경우 등에는, 증발시키는 용제량이 많아져 버려, 용액부로부터 용제를 충분히 분리·회수할 수 없을 우려가 있다. 그 경우, 분리·회수할 수 없어 무회탄에 잔존한 용제량의 분만큼, 무회탄의 제조 장치에 신규 용제를 첨가할 필요가 있어, 무회탄의 제조 비용이 상승해 버린다.

따라서, 용제의 회수율을 향상시키기 위해, 용제를 분리·회수하는 공정을 복수 구비하고, 용제를 복수회로 나누어 회수하는 방법이 생각된다. 예를 들어, 단순하게, 분무 건조법에 의해 용제를 분리·회수하여 얻어진 무회탄으로부터 당해 무회탄 중에 잔존하는 용제를 다시 분무 건조법에 의해 분리·회수하는 방법이 생각된다. 그러나, 분무 건조법을 이용하여 얻어지는 무회탄은 분립상(고체)이므로, 무회탄을 다음 분리조로 이송할 때의 핸들링성이 나쁘다고 하는 문제가 있다. 그로 인해, 분무 건조법에 의해 용제를 분리·회수하여 얻어진 무회탄을 다시 분무 건조법에 의해 분리하는 경우에는, 당해 분립상(고체)의 무회탄을 일단 액상으로 되돌리고 나서 분리조 내에 공급할 필요가 있어, 무회탄의 제조 효율이 나빠져, 무회탄의 제조 비용이 상승해 버린다.

여기서, 무회탄의 핸들링성에 대해 설명한다. 핸들링성이라 함은 무회탄의 취급의 용이성을 말하고, 액체 핸들링할 수 있으면(무회탄을 액상의 상태에서 취급할 수 있으면) 무회탄을 취급하기 쉽다.

무회탄은 통상, 상온에서 고체이며, 온도 상승에 수반하여 유동성이 높아져, 액체 핸들링할 수 있게 된다. 그러나, 종래 기술의 무회탄의 제조 방법(예를 들어, 특허문헌 1의 분무 건조법)에서는, 무회탄 중에 잔존하는 용제의 잔존율이 예를 들어 0∼2wt％로 되므로, 고체의 무회탄이 용융하기 시작하는 연화 개시 온도가 높다. 그로 인해, 상당한 온도(예를 들어, 380℃)까지 승온시키지 않으면 액체 핸들링할 수 없어 핸들링성이 나쁘다. 따라서, 분무 건조법에 의해서 얻어지는 무회탄을 다음 분리조로 이송할 때에는, 핸들링성이 나쁜 고체의 상태에서 무회탄을 이송할 수 밖에 없다.

본 발명은 상기 실정에 비추어 이루어진 것이며, 그 목적은, 용제 회수율을 향상시킬 수 있고, 또한 무회탄을 효율적으로 제조할 수 있는, 무회탄의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 무회탄의 제조 방법은, 석탄과 용제를 혼합하여 얻어지는 슬러리를 가열하여 용제에 가용인 석탄 성분을 추출하는 추출 공정과, 상기 추출 공정에서 상기 석탄 성분이 추출된 슬러리로부터 상기 석탄 성분을 포함하는 용액부를 분리하는 분리 공정과, 상기 분리 공정에서 분리된 용액부로부터 용제를 분리 회수하여 무회탄을 얻는 무회탄 취득 공정을 구비하고, 상기 무회탄 취득 공정은, 용제의 증기압보다도 낮은 압력으로 감압함으로써, 상기 용액부로부터 용제를 증발 분리시켜 고체의 무회탄을 얻는 감압 공정과, 상기 감압 공정에서 얻어진 고체의 무회탄을 가열하여, 당해 무회탄 중에 잔존하는 용제를 증발 분리시키는 가열 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 무회탄의 제조 방법은, 석탄과 용제를 혼합하여 얻어지는 슬러리를 가열하여 용제에 가용인 석탄 성분을 추출하는 추출 공정과, 상기 추출 공정에서 상기 석탄 성분이 추출된 슬러리로부터 상기 석탄 성분을 포함하는 용액부를 분리하는 분리 공정과, 상기 분리 공정에서 분리된 용액부로부터 용제를 분리 회수하여 무회탄을 얻는 무회탄 취득 공정을 구비하고, 상기 무회탄 취득 공정은, 상기 용액부로부터 용제를 증발 분리시키는 제1 증발 공정과, 상기 제1 증발 공정에서 용제를 증발 분리하여 얻어진 무회탄으로부터 당해 무회탄 중에 잔존하는 용제를 증발 분리시키는 제2 증발 공정을 갖고, 상기 제1 증발 공정에 있어서, 상기 무회탄에 용제를 소정의 비율로 잔존시킴으로써 당해 무회탄을 액상으로 하고, 당해 액상의 무회탄을 액상의 상태에서 상기 제2 증발 공정으로 이송하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 용제 회수율을 향상시킬 수 있고, 또한 무회탄을 효율적으로 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 무회탄의 제조 장치를 도시하는 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시하는 무회탄의 제조 장치에 사용되는 스팀 튜브 드라이어의 개략도이며, (a)는 정면도, (b)는 (a)의 A-A 단면도이다.
도 3은 용제 잔존율의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 무회탄의 제조 장치를 도시하는 개략도이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.

[제1 실시 형태]

[무회탄의 제조 장치(1)의 구성]

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 무회탄의 제조 장치(1)를 도시하는 개략도이다. 본 실시 형태의 무회탄의 제조 장치(1)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 석탄을 저장 및 절출하는 석탄 호퍼(2)와, 용제를 저류하는 용제 탱크(3)와, 석탄과 용제를 혼합하여 슬러리를 조제하는 슬러리 조제조(4)와, 조제된 슬러리를 이송하는 펌프(5)와, 이송된 슬러리를 가열하는 예열기(6)와, 가열된 슬러리로부터 용제 가용 성분을 추출하는 추출조(7)와, 용제 가용 성분이 추출된 슬러리를 중력 침강법에 의해 용제 가용 성분을 포함하는 용액부(상청액)와 용제 불용 성분을 포함하는 고형분 농축액으로 분리하는 중력 침강조(8)와, 분리된 용액부를 여과하는 필터 유닛(9)과, 여과된 용액부로부터 용제를 분리 회수하여 무회탄(HPC:Hyper coal)을 얻는 플래셔(10) 및 스팀 튜브 드라이어(11)와, 중력 침강조(8)에서 분리된 고형분 농축액으로부터 용제를 분리 회수하여 부생탄(RC:Residue coal)을 얻는 용제 분리기(12)를 갖는다.

다음으로, 본 실시 형태의 무회탄의 제조 방법에 대해 설명한다. 본 실시 형태의 무회탄의 제조 방법은, 추출 공정, 분리 공정 및 무회탄 취득 공정을 갖는다. 이하, 각 공정에 대해 설명한다. 원료로 하는 석탄에는, 특별히 제한은 없고, 추출율(무회탄 회수율)이 높은 역청탄을 사용해도 되고, 보다 저렴한 열질탄(아역청탄, 갈탄)을 사용해도 된다.

(추출 공정)

추출 공정은, 석탄과 용제를 혼합하여 얻어지는 슬러리를 가열하여 용제 가용 성분을 추출하는 공정이다. 본 실시 형태에 있어서, 이 추출 공정은, 석탄과 용제를 혼합하여 슬러리를 조제하는 슬러리 조제 공정과, 슬러리 조제 공정에서 얻어진 슬러리를 가열하여 용제 가용 성분을 추출하는 용제 가용 성분 추출 공정으로 나뉘어져 있다.

여기서, 용제 가용 성분이라 함은, 용제에 의해 석탄의 추출을 행함으로써, 용제에 용해될 수 있는 석탄 성분이며, 분자량이 비교적 작고, 가교 구조가 발달되어 있지 않은 석탄 중의 유기 성분에서 유래되는 것을 말한다.

석탄과 용제를 혼합하여 얻어지는 슬러리를 가열하여 용제 가용 성분을 추출하는 데 있어서는, 석탄에 대해 큰 용해력을 갖는 용매, 대부분의 경우, 방향족 용제(수소 공여성 혹은 비수소 공여성의 용제)와 석탄을 혼합하여, 그것을 가열하고, 석탄 중의 유기 성분을 추출하게 된다.

비수소 공여성 용제는, 주로 석탄의 건류 생성물로부터 정제한, 2환 방향족을 주로 하는 용제인 석탄 유도체이다. 이 비수소 공여성 용제는, 가열 상태에서도 안정되고, 석탄과의 친화성이 우수하다. 그로 인해, 용제에 추출되는 가용 성분(여기에서는 석탄 성분)의 비율(이하, 추출율이라고도 함)이 높고, 또한 증류 등의 방법으로 용이하게 회수 가능한 용제이다. 비수소 공여성 용제의 주된 성분으로서는, 2환 방향족인 나프탈렌, 메틸나프탈렌, 디메틸나프탈렌, 트리메틸나프탈렌 등을 들 수 있다. 그 밖의 비수소 공여성 용제의 성분으로서는, 지방족 측쇄를 갖는 나프탈렌류, 안트라센류, 플루오렌류 또한 이들에 비페닐이나 장쇄 지방족 측쇄를 갖는 알킬 벤젠이 포함된다.

또한, 상기한 설명에서는 비수소 공여성 화합물을 용제로서 사용하는 경우에 대해 설명하였지만, 테트랄린을 대표로 하는 수소 공여성의 화합물(석탄 액화유를 포함함)을 용제로서 사용해도 된다. 수소 공여성 용제를 사용한 경우, 무회탄의 수율이 향상된다.

또한, 용제의 비점은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 추출 공정 및 분리 공정에서의 압력 저감, 추출 공정에서의 추출율, 무회탄 취득 공정 등에서의 용제 회수율 등의 관점에서, 예를 들어 180∼300℃, 특히 240∼280℃의 비점의 용제가 바람직하게 사용된다.

(슬러리 조제 공정)

슬러리 조제 공정은, 석탄과 용제를 혼합하여 슬러리를 조제하는 공정이며, 도 1 중, 슬러리 조제조(4)에서 행해진다. 석탄 호퍼(2)로부터 석탄이 슬러리 조제조(4)에 투입됨과 함께, 용제 탱크(3)로부터 용제가 슬러리 조제조(4)에 투입된다. 슬러리 조제조(4)에 투입된 석탄 및 용제는, 교반기(도시하지 않음)에 의해 혼합되어, 슬러리로 된다.

용제에 대한 석탄의 혼합 비율은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 건조탄 기준으로 10∼50wt％의 범위가 바람직하고, 15∼35wt％의 범위가 보다 바람직하다.

(용제 가용 성분 추출 공정)

용제 가용 성분 추출 공정은, 도 1 중, 예열기(6) 및 추출조(7)에서 행해진다. 슬러리 조제조(4)에서 조제된 슬러리는, 펌프(5)에 의해, 일단, 예열기(6)에 공급되어 소정 온도까지 가열된 후, 추출조(7)에 공급되고, 교반기(7a)에 의해 교반되면서 소정 온도로 유지되어 추출이 행해진다. 또한, 예열기(6)는 설치되어 있지 않아도 된다.

용제 가용 성분 추출 공정에서의 슬러리의 온도는, 용제 가용 성분이 용해될 수 있는 한 특별히 제한되지 않지만, 용제 가용 성분의 충분한 추출의 관점에서, 예를 들어 300∼420℃의 범위, 보다 바람직하게는 350∼400℃의 범위로 하고 있다.

또한, 가열 시간(추출 시간)도 또한 특별히 제한되는 것은 아니지만, 충분한 용해와 추출율의 관점에서 5∼60분간의 범위가 바람직하고, 20∼40분간의 범위가 보다 바람직하다. 또한, 예열기(6)에서 일단 가열한 경우의 가열 시간은, 예열기(6)에서의 가열 시간 및 추출조(7)에서의 가열 시간을 합계한 것이다.

또한, 용제 가용 성분 추출 공정은, 질소 등의 불활성 가스의 존재하에서 행하는 것이 바람직하다. 추출 공정에서의 압력은, 추출 시의 온도나 사용하는 용제의 증기압에도 의존하지만, 1.0∼2.0㎫의 범위가 바람직하다. 추출조(7) 내의 압력이 용제의 증기압보다 낮은 경우에는, 용제가 휘발하여 액상으로 가두어둘 수 없어, 추출할 수 없다. 용제를 액상으로 가두어 두기 위해서는, 용제의 증기압보다 높은 압력이 필요해진다. 한편, 압력이 지나치게 높으면, 기기의 비용, 운전 비용이 높아져, 경제적이지 않다.

또한, 본 실시 형태와 같이, 석탄과 용제를 혼합한 후에, 얻어진 슬러리를 가열하여 용제에 가용인 석탄 성분을 추출하는 것이 아니라, 용제만을 먼저 가열하고, 가열된 고온(예를 들어 380℃)의 용제 중에 석탄을 공급(건조 상태 그대로 공급)하여, 석탄을 혼합·가열하고, 석탄 중의 용제 가용 성분을 용제에서 추출하도록 해도 된다.

용제만을 먼저 가열하고, 가열된 고온(예를 들어 380℃)의 용제 중에 석탄을 공급하는(건조 상태 그대로 공급하는) 방법으로서는, 예를 들어 다음과 같은 방법이 있다. 펌프(5)의 상류측에는 석탄 호퍼(2)를 배치하지 않고, 예열기(6)와 추출조(7)를 접속하는 관(13) 중에, 또는 추출조(7) 내에, 석탄을 직접 공급할 수 있도록 석탄 호퍼(2)(예를 들어, 로크 호퍼)를 배치한다. 이때, 예를 들어 관(13) 또는 추출조(7)와, 석탄 호퍼(2)의 접속부를 질소 등의 불활성 가스로 가압하여, 용제 등이 석탄 호퍼(2) 내로 역류해 오지 않도록 한다. 또한, 이 방법에 따르면, 용제 등이 석탄 호퍼(2) 내로 역류해 오지 않도록, 관(13) 또는 추출조(7)와, 석탄 호퍼(2)의 접속부를 질소 등의 불활성 가스로 가압할 필요가 있지만, 슬러리 조제조(4)를 생략할 수 있다.

또한, 추출조(7)를 배치하지 않는 방법도 있다. 예를 들어, 예열기(6)와 중력 침강조(8)를 직접 접속하는 관을 설치하고, 당해 관 중에 석탄을 직접 공급할 수 있도록 석탄 호퍼(2)(예를 들어, 로크 호퍼)를 배치한다. 이때, 예를 들어 당해 관과 석탄 호퍼(2)의 접속부를 질소 등의 불활성 가스로 가압하여, 용제 등이 석탄 호퍼(2) 내로 역류해 오지 않도록 한다. 이 방법에 따르면, 용제 등이 석탄 호퍼(2) 내로 역류해 오지 않도록, 당해 관과 석탄 호퍼(2)의 접속부를 질소 등의 불활성 가스로 가압할 필요가 있지만, 슬러리 조제조(4)에 더하여 추출조(7)도 생략할 수 있다.

(분리 공정)

분리 공정은, 추출 공정에서 용제 가용 성분이 추출된 슬러리를 중력 침강법에 의해 용제 가용 성분을 포함하는 용액부(상청액)와 용제 불용 성분을 포함하는 고형분 농축액으로 분리하는 공정이며, 도 1 중, 중력 침강조(8)에서 행해진다. 중력 침강법이라 함은, 중력을 이용하여 고형분을 침강시켜 고액 분리하는 분리 방법을 말한다. 슬러리를 조 내에 연속적으로 공급하면서, 용제 가용 성분을 포함하는 용액부를 상부로부터, 용제 불용 성분을 포함하는 고형분 농축액을 하부로부터 배출할 수 있으므로, 연속적인 분리 처리가 가능해진다.

용제 가용 성분을 포함하는 용액부는, 중력 침강조(8)의 상부에 저류되고, 필요에 따라 필터 유닛(9)에서 여과된 후, 플래셔에 배출된다. 한편, 용제 불용 성분을 포함하는 고형분 농축액은, 중력 침강조(8)의 하부에 저류되고, 용제 분리기(12)에 배출된다. 또한, 분리 방법으로서는, 중력 침강법에 한정되지 않고, 예를 들어 여과법이나 원심 분리법에 의해 분리해도 된다. 그 경우, 중력 침강조를 대신하는 고액 분리 장치로서 여과기나 원심 분리기 등이 사용된다.

여기서, 용제 불용 성분이라 함은, 용제에 의해 석탄 성분의 추출을 행해도, 용제에 용해되지 않고 남는 회분이나 당해 회분을 포함하는 석탄(즉, 부생탄) 등의 석탄 성분(고형분)이며, 분자량이 비교적 크고, 가교 구조가 발달한 유기 성분에서 유래되는 것을 말한다.

중력 침강조(8) 내는, 용제 가용 성분의 재석출을 방지하기 위해, 보온이나 가열 또는/및 가압해 두는 것이 바람직하다. 가열 온도는, 300∼420℃의 범위가 바람직하고, 압력은, 1.0∼3.0㎫의 범위가 바람직하고, 1.7∼2.3㎫의 범위가 보다 바람직하다. 또한, 중력 침강조(8) 내에서 슬러리를 유지하는 시간은, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 약 30∼120분간으로 침강 분리를 행할 수 있다.

(무회탄 취득 공정)

무회탄 취득 공정은, 분리 공정에서 분리된 용액부(상청액)로부터 용제를 분리 회수하여 무회탄을 얻는 공정이다. 본 실시 형태에 있어서, 이 무회탄 취득 공정은, 용제의 증기압보다도 낮은 압력으로 감압함으로써, 용액부로부터 용제를 증발 분리시켜 고체(분립상)의 무회탄을 얻는 감압 공정과, 감압 공정에서 얻어진 무회탄을 가열하여, 당해 무회탄 중에 잔존하는 용제를 다시 증발 분리시키는 가열 공정으로 나뉘어져 있다.

(감압 공정)

감압 공정은, 분리 공정에서 분리된 용액부로부터 플래시 증류법에 의해 용제를 증발 분리시키는 공정이며, 도 1 중, 플래셔(10)에서 행해진다. 플래시 증류법이라 함은, 증류 대상(본 실시 형태에서는 분리 공정에서 분리된 용액부)을 플래셔 내(예를 들어, 플래셔의 내벽면)에 안개상으로 분사(플래시)시킴으로써, 증류 대상으로부터 비점이 낮은 물질(본 실시 형태에서는 용제)을 증발 분리하는 증류법을 말한다.

본 실시 형태에 있어서는, 플래셔(10) 내의 압력이 용제의 증기압(예를 들어, 용제의 온도가 380℃인 경우 1.0㎫)보다도 낮은 압력(예를 들어, 0.1㎫)으로 감압됨으로써, 플래셔(10) 내에 공급된 용액부에 포함되는 용제가 증발 분리된다. 분리된 용제는 회수되고, 슬러리 조제조(4)에 순환되어 반복하여 사용된다. 또한, 감압 공정은, 용제 회수의 관점에서, 질소 등의 불활성 가스 존재하에서 행해지는 것이 바람직하다.

또한, 플래셔(10) 내에 공급되기 전의 용액부는, 용제의 증기압보다도 높은 압력(예를 들어, 380℃의 경우 2.0㎫)으로 가압되어 있고, 액상이다. 또한, 플래셔(10) 내에 공급되기 전의 용액부의 온도는, 예를 들어 300℃로 되어 있다.

감압 공정에 있어서는, 고체(분립상)의 무회탄이 얻어진다. 이것은, 플래셔(10) 내의 압력이 용제의 증기압보다도 낮은 압력인 것, 및 무회탄이 용제의 증발에 의해 현열을 빼앗기는 것에 의해, 무회탄의 온도가 무회탄이 유동성을 나타내는 온도보다도 낮은 온도(예를 들어, 150∼230℃ 정도)까지 저하되기 때문이다. 특히, 본 실시 형태에서는, 플래셔(10) 내의 압력을, 대기압과 동일한 정도 또는 대기압 이하에까지 감압시키고 있다. 그로 인해, 무회탄은 고체로 됨과 함께, 당해 무회탄 중에 잔존하는 용제의 비율(잔존율)도 저감된다. 그 결과, 가열 공정에 있어서, 당해 무회탄이 가열원[본 실시 형태에서는, 스팀 튜브 드라이어(11)의 튜브(23)]에 융착 또는 석출되어, 열교환 효율이 저하되고, 용제 회수율이 저하되는 것이 억제된다. 또한, 플래셔(10) 내의 압력은, 무회탄이 고체로서 얻어지는 것이면, 대기압보다도 높은 압력(용제의 증기압보다 낮은 압력에 한정함)으로 해도 된다. 또한, 플래셔(10) 내는, 플래셔(10) 내에 무회탄이 융착 또는 석출되는 것을 방지하는 관점에서, 10∼230℃ 정도로 할 수 있다.

여기서, 감압 공정에서 얻어지는 고체의 무회탄이라 함은, 구체적으로는, 입경(최대 길이)이 수 ㎜ 이하 정도인 분립상을 말하며, 대략 수 ㎛∼수백 ㎛ 정도로 된다.

감압 공정에서 얻어지는 무회탄 중에 잔존하는 용제의 잔존율은, 무회탄이 고체이면 특별히 한정되지 않지만, 가열 공정에 있어서, 무회탄이 가열원에 융착 또는 석출되는 것을 방지하는 관점에서, 10wt％ 이하인 것이 바람직하다. 여기에서 말하는 「무회탄 중에 잔존하는 용제의 잔존율」이라 함은, 무회탄과 무회탄 중에 잔존하는 용제의 혼합물에 대한 무회탄 중에 잔존하는 용제의 비율을 의미한다.

무회탄 중에 잔존하는 용제의 잔존율을 10wt％ 이하로 하는 방법으로서는, 플래셔(10) 내의 압력을, 대기압과 동일한 정도 또는 대기압 이하에까지 감압시키는 방법이 있지만, 이때에, 예를 들어 종래 기술과 같이 한번에 용제를 대략 100wt％(99wt％ 이상) 분리시키는 경우의 시간과 대략 동일한 시간에서 증발 분리를 행하는 것이 바람직하다.

감압 공정에서 얻어진 무회탄 중에 잔존하는 용제의 비율(잔존율)을 저감시킴으로써, 무회탄 중에 용제가 잔존하는 것에 의한 무회탄의 연화 온도의 저하를 억제할 수 있다. 그로 인해, 가열(예를 들어 200∼230℃ 정도)해도 거의 용융성을 나타내지 않는 무회탄을 얻을 수 있다. 그 결과, 가열 공정에 있어서, 가열원에 무회탄이 융착 또는 석출되는 것을 억제할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 감압 공정에 있어서의 용제의 증발 분리에 플래시 증류법을 이용하고 있지만, 감압에 의해 용제를 증발 분리시키는 방법이면 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 진공 증류법 등을 이용해도 된다.

(가열 공정)

가열 공정은, 감압 공정에서 얻어진 고체의 무회탄(용제가 잔존한 무회탄)으로부터 당해 무회탄 중에 포함되는 용제를 스팀 튜브 드라이어를 이용한 증류법에 의해 증발 분리시키는 공정이며, 도 1 중, 스팀 튜브 드라이어(11)에서 행해진다. 스팀 튜브 드라이어를 이용한 증류법이라 함은, 고체의 증류 대상(본 실시 형태에서는, 감압 공정에서 얻어진 고체의 무회탄)을 드라이어 내에서 간접 가열하여, 증류 대상으로부터 비점이 낮은 물질(본 실시 형태에서는 용제)을 증발 분리하는 방법을 말한다.

이하, 스팀 튜브 드라이어(11)를 이용한 증류법에 대해 도 2를 참조하면서 상세하게 설명한다. 도 2는 스팀 튜브 드라이어(11)의 개략도이며, (a)는 정면도, (b)는 (a)의 A-A 단면도이다.

감압 공정에서 얻어진 고체의 무회탄은, 스크류 컨베이어(22)에 의해 드라이어 본체(21)에 투입된다[스크류 컨베이어(22) 이외의 방법에 의해 투입되어도 됨]. 드라이어 본체(21)에 투입된 무회탄은, 드라이어 본체(21)가 회전함으로써 교반되면서, 고온의 스팀(예를 들어, 215℃나 225℃)이 흐르는 복수의 튜브(23)와 접촉함으로써 간접 가열된다. 튜브(23)는 도 2의 (b)에 도시하는 바와 같이, 드라이어 본체(21) 내부의 외주측에 복수 설치되어 있다. 그리고, 튜브(23)와의 접촉에 의해 무회탄 중에 잔존하는 용제는 증발 분리된다. 그 결과, 용제가 대략 100wt％ 분리된 무회탄이 얻어진다. 또한, 분리된 용제는, 드라이어 본체(21) 내를 흐르는 불활성 가스(예를 들어, 질소)에 의해 회수되고, 슬러리 조제조(4)에 순환되어 반복하여 사용된다. 또한, 드라이어 본체(21)는 공급구(24a)로부터 공급된 무회탄이, 배출구(24b)측으로부터 배출되도록, 배출구(24b)가 하방으로 되도록 기울어 설치된다.

스팀 튜브 드라이어(11)를 이용한 증류법을 이용함으로써, 감압 공정에서 얻어진 고체의 무회탄을 고체의 상태 그대로, 드라이어 본체(21)에 투입할 수 있다. 또한, 가열에 의해 용제를 증발 분리시키고 있으므로, 증발 분리를 행하는 시간을 단축할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 가열 공정에 있어서 스팀 튜브 드라이어(11)를 이용한 증류법을 이용하였지만, 고체의 무회탄을 투입할 수 있고, 또한 가열에 의해 용제를 증발 분리시키는 증류법이면, 그 밖의 방법을 이용해도 된다.

상술한 감압 공정 및 가열 공정에 의해, 용액부로부터 실질적으로 회분을 포함하지 않고, 또한 용제가 대략 100％ 분리된 무회탄을 얻을 수 있다. 최종적으로 얻어지는(가열 공정에서 가열하여 다시 증발 분리시킨 후의) 무회탄 중의 용제의 잔존율은 2wt％ 이하이며, 바람직하게는 1wt％ 이하이다.

여기서, 무회탄(최종적으로 얻어지는 무회탄)이라 함은, 회분이 5wt％ 이하, 바람직하게는 3wt％ 이하인 것을 말하고, 무회탄의 수분량은, 1.0％ 이하이며, 통상 0.5％ 이하로 된다. 이와 같이 무회탄은, 회분을 거의 포함하지 않고, 수분은 전무하다. 또한 예를 들어 원료탄보다도 높은 발열량을 나타낸다. 또한, 제철용 코크스의 원료로서 특히 중요한 품질인 연화 용융성이 대폭으로 개선되어, 예를 들어 원료탄보다도 훨씬 우수한 성능(유동성)을 나타낸다. 따라서, 무회탄은, 코크스 원료의 배합탄으로서 사용할 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이, 무회탄 취득 공정이 2단계의 용제 분리 공정을 가짐으로써, 감압 공정에서 완전히 회수할 수 없는 용제를 가열 공정에서 회수할 수 있다. 이와 같이 용제 분리 공정을 2단으로 한 것은, 본래라면, 감압 공정에서 가능한 한 용제를 완전해 제거해 버리고 싶지만, 감압 공정만으로는, 무회탄 중에 용제가 일부 잔존하는 경우가 있기 때문이다. 그로 인해, 가열 공정에서 가열함으로써, 용제의 제거율을 높이고 있다. 그리고 그 결과, 충분히 용제를 회수할 수 있고, 종래 기술(예를 들어, 특허문헌 1)에 비해, 용제 회수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 무회탄 취득 공정이 3단계 이상의 용제 분리 공정을 갖도록 해도 된다.

(부생탄 취득 공정)

부생탄 취득 공정은, 분리 공정에서 중력 침강조(8)에 의해 분리된 고형분 농축액으로부터 용제를 증발 분리시켜 부생탄을 얻는 공정이며, 도 1 중, 용제 분리기(12)에서 실시된다. 또한, 부생탄 취득 공정은 없어도 된다.

고형분 농축액으로부터 용제를 분리하는 방법은, 일반적인 증류법이나 증발법을 이용할 수 있고, 예를 들어, 상기한 플래시 증류법이 이용된다. 분리하여 회수된 용제는, 슬러리 조제조(4)로 순환하여 반복하여 사용할 수 있다. 용제의 분리 회수에 의해, 고형분 농축액으로부터는 회분 등을 포함하는 용제 불용 성분이 농축된 부생탄(RC, 잔사탄이라고도 함)을 얻을 수 있다. 부생탄은, 회분이 포함되지만 수분이 전무하며, 발열량도 충분히 갖고 있다. 부생탄은 연화 용융성은 나타내지 않지만, 산소 함유 관능기가 이탈되어 있으므로, 배합탄으로서 사용한 경우에, 이 배합탄에 포함되는 다른 석탄의 연화 용융성을 저해하는 것은 아니다. 따라서, 이 부생탄은, 통상의 비미점결탄과 마찬가지로, 코크스 원료의 배합탄의 일부로서 사용할 수 있고, 또한 코크스 원료탄으로 하지 않고, 각종 연료용으로서 이용하는 것도 가능하다. 또한, 부생탄은, 회수하지 않고 폐기해도 된다.

또한, 부생탄 취득 공정이, 고형분 농축액으로부터 용제를 증발 분리시키는 1단째의 용제 분리 공정과, 당해 용제 분리 공정에서 얻어진 부생탄으로부터 당해 부생탄 중에 잔존하는 용제를 증발 분리시키는 2단째의 용제 분리 공정으로 나뉘어져 있어도 된다. 즉, 부생탄 취득 공정이 2단계의 용제 분리 공정을 가지고 있어도 된다. 그 결과, 1단째의 용제 분리 공정에서 완전히 회수할 수 없는 용제를 2단째의 용제 분리 공정에서 회수할 수 있다. 따라서, 부생탄 취득 공정에 있어서도, 용제 회수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 부생탄 취득 공정이 3단계 이상의 용제 분리 공정을 갖도록 해도 된다.

여기서, 부생탄 취득 공정이 2단계의 용제 분리 공정을 갖는 경우, 1단째의 용제 분리 공정에 있어서, 고체의 부생탄을 얻는 것이 바람직하고, 또한 부생탄 중에 잔존하는 용제의 잔존율이 10wt％ 이하인 것이 바람직하다. 그 결과, 2단째의 용제 분리 공정에서, 부생탄이 가열원(예를 들어, 스팀 튜브 드라이어의 튜브)에 융착 또는 석출되어, 열교환 효율이 저하되고, 용제 회수율이 저하되는 것을 억제할 수 있다.

또한, 상술한 무회탄 취득 공정과 마찬가지로, 1단째의 용제 분리 공정에는 플래시 증류법을 이용하는 것이 바람직하고, 2단째의 용제 분리 공정에는 스팀 튜브 드라이어를 이용한 증류법을 이용하는 것이 바람직하다.

[실시예]

(실시예 1)

무회탄 취득 공정에 있어서의 용제 회수 도중의 무회탄(감압 공정에서 얻어진 무회탄)으로서, 무회탄 중에 용제를 각각 5wt％, 10wt％, 15wt％ 잔존시킨 무회탄을 조제하였다. 무회탄은 모두 고체이다. 그리고, 조제한 각각의 무회탄에 대해, 스팀 튜브 드라이어의 스팀 압력 2.05㎫의 조건에 상당하는 215℃ 정도까지 승온시켜, 건조 시험을 행하였다. 무회탄은 둥근 바닥 플라스크에 투입하고, 둥근 바닥 플라스크를 맨틀 히터에 설치하여 승온을 행하였다. 또한, 둥근 바닥 플라스크 내는 질소 분위기하로 하였다.

무회탄 중에 용제를 각각 5wt％, 10wt％ 잔존시킨 무회탄에 대해서는, 220℃까지 승온해도 무회탄이 융착하는 일은 없고, 시험 후에도 무회탄 투입 시와 마찬가지의 형상으로 회수할 수 있었다. 한편, 무회탄 중에 용제를 15wt％ 잔존시킨 무회탄에 대해서는, 180℃ 정도까지 승온시킨 시점에서 무회탄이 약간 융착하는 것이 확인되었다. 이 실험에 의해, 무회탄의 융착을 발생시키지 않기 위해서는, 무회탄 중에 잔존하는 용제의 잔존율을 10wt％ 이하에까지 억제하는 것이 바람직한 것이 판명되었다.

(실시예 2)

다음으로, 스팀 튜브 드라이어를 사용하여 건조 시험을 행하였다. 무회탄 취득 공정에 있어서의 용제 회수 도중의 무회탄(감압 공정에서 얻어진 무회탄)으로서, 무회탄 중에 용제를 15wt％ 잔존시킨 무회탄을 사용하여, 스팀 압력 2.05㎫(215℃)의 조건에서 행하였다. 무회탄은 고체이다. 그 결과, 튜브의 주위에 무회탄이 약간 융착하였다. 이 실험에 의해, 무회탄 중에 15wt％ 잔존시킨 무회탄을 스팀 튜브 드라이어에 사용한 경우에는, 증발 분리를 행할 수는 있지만, 약간 융착이 발생하는 것이 실기(實機)에 있어서도 판명되었다.

(실시예 3)

스팀 튜브 드라이어를 사용하여 건조 시험을 행하였다. 이번에는, 무회탄 취득 공정에 있어서의 용제 회수 도중의 무회탄(감압 공정에서 얻어진 무회탄)으로서, 무회탄 중에 용제를 5wt％ 잔존시킨 무회탄을 사용하여, 스팀 압력 2.05㎫(215℃), 2.55㎫(225℃)의 2개의 조건에서 행하였다. 무회탄은 고체이다. 결과를 도 3에 나타낸다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 어느 쪽의 조건에 있어서도, 건조 개시로부터 12분 후에 걸쳐 용제 잔존율(도 3 중, 용제 함유율과 동일한 의미)의 대폭적인 저하가 인정되고, 12분 후에는 용제 잔존율이 1wt％ 이하로 되었다. 건조 개시로부터 30분 후에는 용제 잔존율은 더욱 저하되어 있어, 0.1wt％ 정도로 되었다. 그 후의 값은 대략 보합 상태였다. 이 실험에 의해, 무회탄 중에 용제를 5wt％ 잔존시킨 무회탄이면, 어느 쪽의 온도 조건에 있어서도, 30분 정도라고 하는 단시간에 용제를 대략 100wt％ 회수할 수 있는 것이 판명되었다.

[제1 실시 형태에 관한 무회탄의 제조 방법의 효과]

다음으로, 제1 실시 형태에 관한 무회탄의 제조 방법의 효과에 대해 설명한다.

이 무회탄의 제조 방법에서는, 무회탄 취득 공정이, 용제의 증기압보다도 낮은 압력으로 저감함으로써, 용액부로부터 용제를 증발 분리시켜 고체의 무회탄을 얻는 감압 공정과, 감압 공정에서 얻어진 고체의 무회탄을 가열하여, 당해 무회탄 중에 잔존하는 용제를 증발 분리시키는 가열 공정을 갖는다.

따라서, 감압 공정에서 완전히 회수할 수 없는 용제는, 가열 공정에서 회수된다. 그 결과, 용제를 충분히 회수할 수 있어, 종래 기술(예를 들어, 특허문헌 1)에 비해 용제의 회수율을 향상시킬 수 있다.

또한, 감압 공정에 있어서는, 증발 분리 시에 용제를 가열할 필요가 없으므로, 가열원을 배치한 증류법(예를 들어, 스팀 튜브 드라이어를 이용한 증류법)을 감압 공정에 이용하는 경우에 비해, 무회탄이 융착 혹은 석출되는 것을 억제할 수 있다.

또한, 가열 공정에 투입되는 무회탄은, 감압 공정에서, 어느 정도 용제가 증발 분리되고, 또한 고체이며, 감압 공정에서 얻어진 무회탄을 일단 액상으로 되돌리는 조작을 필요로 하지 않는다. 따라서, 가열원에 무회탄이 융착 또는 석출되는 비율을 최소한으로 억제할 수 있다. 그 결과, 열교환 효율을 향상시킬 수 있고, 용제 회수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 가열에 의해 용제를 증발 분리시키고 있으므로, 증발 분리를 단시간에 행할 수 있다.

이상의 내용으로부터, 무회탄을 효율적으로 제조할 수 있다.

또한, 이 무회탄의 제조 방법에서는, 감압 공정에 감압에 의한 증류법(예를 들어, 플래시 증류법, 진공 증류법)을 이용하고, 가열 공정에 가열에 의한 증류법(예를 들어, 스팀 튜브 드라이어를 이용한 증류법)을 이용하고 있으므로, 무회탄의 제조 효율이 좋다. 즉, 예를 들어 감압 공정에 가열에 의한 증류법을 이용한 경우, 가열원에 많은 무회탄이 융착 또는 석출되어 버리는 결점이 있지만, 감압 공정에 감압에 의한 증류법을 이용하고 있으므로, 그 우려가 없다. 또한, 가열 공정에 감압에 의한 증류법을 이용한 경우, 감압 공정에서 얻어진 무회탄을 일단 액상으로 되돌릴 필요가 있고, 또한 증발 시간도 길어지지만, 가열 공정에 가열에 의한 증류법을 이용하고 있으므로, 무회탄을 일단 액상으로 되돌릴 필요가 없고, 증발 시간도 짧아지게 된다.

또한, 이 무회탄의 제조 방법에서는, 대기압 이하로 감압하여 감압 공정을 행하고 있으므로, 감압 공정에서 얻어진 무회탄 중에 잔존하는 용제의 잔존율을 저감할 수 있다. 그로 인해, 무회탄 중에 용제가 잔존하는 것에 의한 무회탄의 연화 온도의 저하를 억제할 수 있다. 그 결과, 가열 공정에 있어서의 가열 온도(예를 들어 200∼230℃ 정도)에 있어서, 용융성을 낮게 억제한 무회탄을 얻을 수 있고, 가열 공정에 있어서, 가열원에 무회탄이 융착 또는 석출되는 것을 억제할 수 있다.

또한, 이 무회탄의 제조 방법에서는, 감압 공정에서 얻어진 무회탄 중에 잔존하는 용제의 잔존율이 10wt％ 이하이므로, 가열 공정에 있어서의 가열 온도(예를 들어 200∼230℃ 정도)로 가열해도, 용융성을 거의 나타내지 않는 무회탄을 얻을 수 있다. 그 결과, 가열 공정에 있어서, 가열원에 무회탄이 융착 또는 석출되는 것을 억제할 수 있다.

또한, 이 무회탄의 제조 방법에서는, 가열 공정에 있어서의 용제의 증발 분리에 스팀 튜브 드라이어를 이용한 증류법을 이용하고 있으므로, 감압 공정에서 얻어진 고체의 무회탄을 고체의 상태에서 투입할 수 있다. 또한, 용제의 증발 분리를 행하는 시간도 단축할 수 있다.

또한, 이 무회탄의 제조 방법에서는, 감압 공정에 있어서의 용제의 증발 분리에 플래시 증류법을 이용하고 있으므로, 분리 공정에서 분리된 액상의 용액부를, 액상의 상태 그대로 플래셔 내에 투입할 수 있다. 그 결과, 무회탄의 제조 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 용액부를 플래셔 내(예를 들어, 플래셔의 내벽면)에 안개상으로 분사(플래시)시키고 있으므로, 용액부의 표면적을 넓힐 수 있고, 용제의 증발 분리를 효율적으로 행할 수 있다. 또한, 플래셔(10) 내를 가열할 필요가 없으므로, 플래셔(10) 내에 무회탄이 융착 또는 석출되는 것을 억제할 수 있다.

[제2 실시 형태]

다음으로, 제2 실시 형태에 관한 무회탄의 제조 방법에 대해 도 4를 참조하면서 설명한다. 단, 상기 제1 실시 형태와 마찬가지의 구성을 갖는 것에 대해서는, 동일한 부호를 사용하여 적절히 그 설명을 생략한다. 본 실시 형태의 무회탄의 제조 장치는, 상기 제1 실시 형태의 스팀 튜브 드라이어(11)를 갖지 않고, 대신, 박막 증류조(31)를 갖고 있다. 또한, 본 실시 형태의 무회탄의 제조 방법은, 무회탄 취득 공정이, 상기 제1 실시 형태와 다르고, 그 밖의 공정은, 상기 제1 실시 형태와 동일하다.

(무회탄 취득 공정)

무회탄 취득 공정은, 분리 공정에서 분리된 용액부(상청액)로부터 용제를 분리 회수하여 무회탄을 얻는 공정이다. 본 실시 형태에 있어서, 이 무회탄 취득 공정은, 용액부로부터 용제를 증발 분리시키는 제1 증발 공정과, 제1 증발 공정에서 용제를 증발 분리하여 얻어진 무회탄으로부터 당해 무회탄 중에 잔존하는 용제를 다시 증발 분리시키는 제2 증발 공정으로 나뉘어져 있다.

(제1 증발 공정)

제1 증발 공정은, 분리 공정에서 분리된 용액부로부터 플래시 증류법에 의해 용제를 증발 분리시키는 공정이며, 도 4 중, 플래셔(10)에서 행해진다. 플래시 증류법이라 함은, 증류 대상(본 실시 형태에서는 분리 공정에서 분리된 용액부)을 플래셔 내(예를 들어, 플래셔의 내벽면)에 안개상으로 분사(플래시)시킴으로써, 증류 대상으로부터 비점이 낮은 물질(본 실시 형태에서는 용제)을 증발 분리하는 방법을 말한다.

본 실시 형태에 있어서는, 플래셔(10) 내의 압력이 용제의 증기압보다도 낮은 압력으로 되어 있음으로써, 플래셔(10) 내에 공급된 용액부에 포함되는 용제가 증발 분리된다. 분리된 용제는 회수되고, 슬러리 조제조(4)에 순환되어 반복하여 사용된다. 또한, 제1 증발 공정은, 용제 회수의 관점에서, 질소 등의 불활성 가스 존재하에서 행해지는 것이 바람직하다.

또한, 플래셔(10) 내에 공급되기 전의 용액부는, 용제의 증기압보다도 높은 압력으로 가압되어 있고, 액상이다. 또한, 플래셔(10) 내에 공급되기 전의 용액부의 온도는, 예를 들어 300℃로 되어 있다.

플래시 증류법에 있어서는, 통상, 분체(고체)의 무회탄이 얻어진다. 이것은, 플래셔 내가, 통상, 대기압과 동일한 정도의 압력으로 되어 있는 것, 용제의 증발에 의해 현열을 빼앗기는 것 등에 의한다. 그러나, 제1 증발 공정에 있어서는, 무회탄에 용제를 소정의 비율로 잔존시킴으로써, 액상의 무회탄을 얻고 있다. 또한, 무회탄이 액상의 상태를 유지하기 쉽도록, 플래셔(10) 내의 압력을, 예를 들어 0.5㎫로 하고 있다. 플래셔(10)를 가열하여 플래셔(10) 내의 온도를, 예를 들어 200∼450℃로 해도 된다.

무회탄 중에 잔존하는 용제의 잔존율(비율)은, 무회탄이 액상이면 특별히 한정되지 않지만, 무회탄이 액상의 상태를 유지하기 쉬운 관점에서, 10∼50wt％의 범위가 바람직하고, 15∼30wt％의 범위가 보다 바람직하다. 여기에서 말하는 「무회탄 중에 잔존하는 용제의 잔존율」이라 함은, 무회탄과 무회탄 중에 잔존하는 용제의 혼합물에 대한 무회탄 중에 잔존하는 용제의 비율을 의미한다. 또한, 종래 기술(예를 들어, 특허문헌 1)과 같이 한번에 용제를 분리시키는 경우에 있어서는, 무회탄 중에 잔존하는 용제의 잔존율은, 0∼2wt％이다.

무회탄 중에 용제를 잔존시키는 방법으로서는, 용액부로부터 용제를 대략 100wt％(99wt％ 이상) 분리시키는 경우의 온도보다도 낮은 온도에서 증발 분리를 행하는 방법과, 용액부로부터 용제를 대략 100wt％(99wt％ 이상) 분리시키는 경우의 시간보다도 짧은 시간에서 증발 분리를 행하는 방법과, 이들 2개의 방법을 동시에 행하는 방법이 있다. 이들 방법 중, 무회탄의 성상에 미치는 영향이 적다고 하는 관점에서, 용액부로부터 용제를 대략 100wt％ 분리시키는 경우보다도 낮은 온도에서 제1 증발 공정을 행하는 방법이 보다 바람직하다.

이와 같이, 무회탄 중에 용제를 잔존시킴으로써, 무회탄의 연화 개시 온도가 저하된다. 또한, 무회탄이 용제에 용해되기 시작하는 현상도 발생한다. 그로 인해, 무회탄의 유동성을 보다 낮은 온도에서 얻을 수 있게 된다. 이에 의해, 내부에 용제를 거의 포함하지 않는 무회탄에 비해, 보다 낮은 온도에 있어서, 무회탄이 액상의 상태를 유지할 수 있게 된다. 그 결과, 무회탄을 이송할 때의 핸들링성이 우수하고, 무회탄을 제1 증발 공정으로부터 제2 증발 공정으로 용이하게 이송할 수 있다.

또한, 제1 증발 공정에서 얻어진 무회탄을 제2 증발 공정으로 이송할 때에 있어서는, 무회탄이 액상의 상태를 유지하기 쉽도록, 나아가서는 유동성이 높은 상태를 유지하기 쉽도록, 무회탄을 가열하면서 제2 증발 공정으로 이송하는 것이 바람직하다. 이송되는 무회탄의 온도는, 예를 들어 300℃로 되어 있다.

본 실시 형태에 있어서는, 제1 증발 공정에 있어서 플래시 증류법을 이용하였지만, 그 밖의 방법, 예를 들어 박막 증류법(상세는 후술)이나 진공 증류법 등을 이용해도 된다.

(제2 증발 공정)

제2 증발 공정은, 제1 증발 공정에서 얻어진 무회탄(용제를 소정의 비율로 잔존시킨 무회탄)으로부터 당해 무회탄 중에 포함되는 용제를 박막 증류법에 의해 증발 분리시키는 공정이며, 도 4 중, 박막 증류조(31)에서 행해진다. 박막 증류법이라 함은, 스크레이퍼(31b)(와이퍼라고도 함)를 수용한 박막 증류조(31)의 상부로부터 박막 증류조(31) 내에 증류 대상(본 실시 형태에서는, 제1 증발 공정에서 얻어진 무회탄)을 공급하고, 박막 증류조(31)의 내벽에 스크레이퍼(31b)에서 증류 대상의 박막을 형성시켜 연속 증류를 행하는 증류법을 말한다. 박막 증류조(31)의 주위에는 가열기(31a)가 장착되고, 박막 증류조(31)의 내벽이 원하는 온도로 되도록, 박막 증류조(31)는 가열기(31a)에 의해 외부로부터 가열된다.

제1 증발 공정에서 얻어진 액상의 무회탄은, 액상의 상태에서 박막 증류조(31) 내에 공급되고, 가열기(31a)에 의해 외부로부터 가열됨으로써, 당해 무회탄 중에 잔존하는 용제는 증발 분리된다. 그 결과, 용제가 대략 100wt％ 분리된 무회탄이 얻어진다. 또한, 분리된 용제는 회수되고, 슬러리 조제조(4)에 순환되어 반복하여 사용된다. 또한, 제2 증발 공정은, 용제 회수의 관점에서, 질소 등의 불활성 가스 존재하에서 행해지는 것이 바람직하다.

박막 증류조(31) 내의 압력은, 0.1㎫(상압)로 되거나, 0.1㎫(상압) 이하로 된다. 또한, 가열 온도[박막 증류조(31) 내의 온도]는 예를 들어 250∼350℃로 된다. 박막 증류조(31) 내의 온도가 상기 온도로 되어 있으므로, 박막 증류법에서는, 액상의 무회탄이 얻어진다. 그로 인해, 얻어진 액상의 무회탄을 0∼150℃ 정도의 고화 수단(예를 들어, 물, 벨트 컨베이어의 금속제의 무단 벨트, 소정의 형상의 중공부를 갖는 성형용의 형 등)에 떨어뜨리거나 하여 접촉시키면 원하는 형상으로 고화시킨 무회탄을 용이하게 얻을 수 있다. 따라서, 박막 증류법이면, 무회탄을 일단 액상으로 되돌려 원하는 형상으로 고화시키는 공정을 배제할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 제2 증발 공정에 있어서 박막 증류법을 이용하였지만, 그 밖의 방법, 예를 들어 플래시 증류법이나 진공 증류법 등을 이용해도 된다. 즉, 제1 증발 공정 및 제2 증발 공정 모두 플래시 증류법을 이용할 수 있고, 제1 증발 공정 및 제2 증발 공정 모두 박막 증류법을 이용할 수도 있다.

상술한 제1 증발 공정 및 제2 증발 공정에 의해, 용액부로부터 실질적으로 회분을 포함하지 않고, 또한 용제가 대략 100wt％ 분리된 무회탄을 얻을 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이, 무회탄 취득 공정이 2단계의 용제 분리 공정을 가짐으로써, 제1 증발 공정에서 완전히 회수할 수 없는 용제를 제2 증발 공정에서 회수할 수 있다. 그 결과, 충분히 용제를 회수할 수 있어, 용제 회수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 무회탄 취득 공정이 3단계 이상의 용제 분리 공정을 갖도록 해도 된다.

[제2 실시 형태에 관한 무회탄의 제조 방법의 효과]

다음으로, 제2 실시 형태에 관한 무회탄의 제조 방법의 효과에 대해 설명한다.

본 실시 형태의 무회탄의 제조 방법에서는, 무회탄 취득 공정이, 용액부로부터 용제를 증발 분리시키는 제1 증발 공정과, 제1 증발 공정에서 용제를 증발 분리하여 얻어진 무회탄으로부터 당해 무회탄 중에 잔존하는 용제를 다시 증발 분리시키는 제2 증발 공정을 갖고, 제1 증발 공정에 있어서, 무회탄에 용제를 소정의 비율로 잔존시킴으로써 당해 무회탄을 액상으로 하고, 당해 액상의 무회탄을 액상의 상태에서 제2 증발 공정으로 이송하고 있다. 따라서, 제1 증발 공정에서 완전히 회수할 수 없는 용제를, 제2 증발 공정에서 회수할 수 있다. 그 결과, 용제를 충분히 회수할 수 있어, 용제의 회수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 제1 증발 공정에서 얻어진 무회탄 중에 소정의 비율 용제를 잔존시킴으로써, 무회탄의 연화 온도가 저하되므로, 무회탄의 유동성을 보다 낮은 온도에서 얻을 수 있다. 그로 인해, 보다 낮은 온도에 있어서, 무회탄이 액상의 상태를 유지할 수 있게 된다. 그 결과, 무회탄을 이송할 때의 핸들링성(액체 핸들링)이 우수하고, 무회탄을 제1 증발 공정으로부터 제2 증발 공정으로 용이하게 이송할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 무회탄 취득 공정이 제1 증발 공정과 제2 증발 공정으로 나뉘어져 있으므로, 종래 기술(예를 들어, 특허문헌 1)과 같이 제1 증발 공정에 있어서 용제를 대략 100％ 분리시킬 필요가 없다. 즉, 제1 증발 공정에 있어서, 무회탄 중에 용제를 잔존시켰다고 해도, 제2 증발 공정에 있어서, 무회탄 중에 잔존하는 용제를 회수할 수 있다. 그로 인해, 제1 증발 공정에 있어서, 무회탄 중에 용제를 잔존시키는 것이 가능해진다.

또한, 이 무회탄의 제조 방법에서는, 제1 증발 공정에서 얻어진 무회탄 중에 잔존하는 용제의 잔존율은 10wt％ 이상 50wt％ 이하이다. 무회탄 중에 잔존하는 용제의 잔존율이 10％wt 이상이면, 무회탄의 용융성이 향상되고, 무회탄을 액상으로 유지하는 것이 용이해지고, 액상 상태에서의 유동성도 보다 우수하다. 또한, 무회탄 중에 잔존하는 용제의 잔존율이 50％wt 이하이면, 제2 증발 공정에 있어서, 용제를 증발 분리시키는 부하를 저감할 수 있고, 용제를 대략 100％ 분리 회수하기 쉽다.

또한, 이 무회탄의 제조 방법에서는, 제1 증발 공정에 있어서의 용제의 증발 분리에 플래시 증류법을 이용하고 있으므로, 분리 공정에서 분리된 액상의 용액부를, 액상의 상태 그대로 플래셔 내에 투입할 수 있다. 그 결과, 무회탄의 제조 효율을 향상시킬 수 있고, 설비 비용도 억제할 수 있다. 또한, 용액부를 플래셔 내(예를 들어, 플래셔의 내벽면)에 안개상으로 분사(플래시)시키고 있으므로, 용액부의 표면적을 넓힐 수 있고, 용제의 증발 분리를 효율적으로 행할 수 있다.

또한, 이 무회탄의 제조 방법에서는, 제2 증발 공정에 있어서의 용제의 증발 분리에 박막 증류법을 이용함으로써, 액상의 무회탄을 액상의 상태 그대로 박막 증류조 내에 공급할 수 있으므로, 무회탄의 제조 효율을 향상시킬 수 있고, 설비 비용도 억제할 수 있다. 또한, 제2 증발 공정에서 얻어진 무회탄(용제를 대략 100％ 분리시킨 무회탄)이 액상으로 되므로, 얻어진 액상의 무회탄을 고화 수단에 접촉시키면 원하는 형상으로 고화시킨 무회탄을 용이하게 얻을 수 있다. 따라서, 분체(고체)의 무회탄을 일단 액상으로 되돌려 원하는 형상으로 고화시키는 공정을 배제할 수 있다. 또한, 박막 증류조의 내벽에 형성된 박막조를 스크레이퍼(와이퍼)에 의해 확실하게 긁어 떨어뜨릴 수 있어, 예를 들어 유동성이 낮은(점토가 높은) 무회탄이라도 확실하게 배출할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 청구범위에 기재한 한에 있어서 여러 가지 형태로 변경하여 실시할 수 있는 것이다.

1 : 무회탄의 제조 장치
2 : 석탄 호퍼
3 : 용제 탱크
4 : 슬러리 조제조
5 : 펌프
6 : 예열기
7 : 추출조
8 : 중력 침강조
9 : 필터 유닛
10 : 플래셔
11 : 스팀 튜브 드라이어
12 : 용제 분리기
13 : 관
31 : 박막 증류조

Claims

석탄과 용제를 혼합하여 얻어지는 슬러리를 가열하여 용제에 가용인 석탄 성분을 추출하는 추출 공정과,
상기 추출 공정에서 상기 석탄 성분이 추출된 슬러리로부터 상기 석탄 성분을 포함하는 용액부를 분리하는 분리 공정과,
상기 분리 공정에서 분리된 용액부로부터 용제를 분리 회수하여 무회탄을 얻는 무회탄 취득 공정을 구비하는 무회탄의 제조 방법에 있어서,
상기 무회탄 취득 공정은,
용제의 증기압보다도 낮은 압력으로 감압함으로써, 상기 용액부로부터 용제를 증발 분리시켜 고체의 무회탄을 얻는 감압 공정과,
상기 감압 공정에서 얻어진 고체의 무회탄을 가열하여, 당해 무회탄 중에 잔존하는 용제를 증발 분리시키는 가열 공정을 갖고,
상기 감압 공정은 플래셔를 사용한 플래시 증류법에 의해 용제를 증발 분리시키는 공정이며, 플래셔(10) 내에 공급되기 전의 용액부는, 용제의 증기압보다도 높은 압력으로 가압되어 있고, 상기 플래셔 내의 압력을 용제의 증기압 이하로 함과 함께, 상기 무회탄 중에 잔존하는 용제의 잔존율이 10wt％ 이하인 것을 특징으로 하는, 무회탄의 제조 방법.
제1항에 있어서, 대기압 이하로 감압하여 상기 감압 공정을 행하는, 무회탄의 제조 방법.
석탄과 용제를 혼합하여 얻어지는 슬러리를 가열하여 용제에 가용인 석탄 성분을 추출하는 추출 공정과,
상기 추출 공정에서 상기 석탄 성분이 추출된 슬러리로부터 상기 석탄 성분을 포함하는 용액부를 분리하는 분리 공정과,
상기 분리 공정에서 분리된 용액부로부터 용제를 분리 회수하여 무회탄을 얻는 무회탄 취득 공정을 구비하는 무회탄의 제조 방법에 있어서,
상기 무회탄 취득 공정은,
상기 용액부로부터 용제를 증발 분리시키는 제1 증발 공정과,
상기 제1 증발 공정에서 용제를 증발 분리하여 얻어진 무회탄으로부터 당해 무회탄 중에 잔존하는 용제를 증발 분리시키는 제2 증발 공정을 갖고,
상기 제1 증발 공정은 플래셔를 사용한 플래시 증류법에 의해 용제를 증발 분리시키는 공정이며, 상기 플래셔 내의 압력을 대기압 이상 또한 용제의 증기압 이하로 함과 함께, 상기 무회탄 중에 잔존하는 용제의 잔존율이 10wt％ 이상 50wt％ 이하로 함으로써 당해 무회탄을 액상으로 하고, 당해 액상의 무회탄을 가열하면서 액상의 상태에서 상기 제2 증발 공정으로 이송하는 것을 특징으로 하는, 무회탄의 제조 방법.
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