KR20140022918A

KR20140022918A - 중력 침강조 및 무회탄의 제조 방법

Info

Publication number: KR20140022918A
Application number: KR1020137033615A
Authority: KR
Inventors: 고지 사카이; 다카히로 시시도; 노리유키 오쿠야마; 마키 하마구치
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2011-06-22
Filing date: 2012-06-22
Publication date: 2014-02-25
Also published as: US20140115957A1; CN103635563B; WO2012176893A1; JP5634950B2; CN103635563A; US9315751B2; AU2012274309A1; AU2012274309B2; KR101559226B1; JP2013001900A

Abstract

본원 발명에 있어서, 중력 침강조(3)는 석탄과 용제를 혼합한 슬러리에 포함되는 고형분을 침강시켜 고형분 농축액과 상청액으로 분리하는 압력 용기(11)와, 압력 용기(11)에 슬러리를 공급하는 공급관(15)을 구비한다. 공급관(15)에는, 본체부(21)와, 본체부(21)의 하류측에 접속되어 수평 방향으로 연장되는 노즐부(22)가 형성된다. 노즐부(22)에는 복수의 구멍(23)이 형성된다. 이에 따라, 저부에 침강된 고형분 농축액의 교반이 억제된다.

Description

중력 침강조 및 무회탄의 제조 방법{GRAVITATIONAL SETTLING TANK AND ASHLESS COAL MANUFACTURING METHOD}

본 발명은, 석탄과 용제를 혼합한 슬러리를 고형분 농축액과 상청액으로 분리하기 위한 중력 침강조 및 석탄으로부터 회분을 제거한 무회탄을 얻기 위한 무회탄의 제조 방법에 관한 것이다.

석탄은, 화력 발전이나 보일러의 연료 또는 화학품의 원료로서 폭넓게 이용되고 있다. 환경 대책 중 하나로서, 석탄 중의 회분을 효율적으로 제거하는 기술의 개발이 강하게 요망되고 있다. 예를 들면, 가스 터빈 연소에 의한 고효율 복합 발전 시스템에서는, LNG 등의 액체 연료를 대신하는 연료로서 회분이 제거된 무회탄을 사용하는 시도가 이루어지고 있다.

무회탄의 제조 방법으로서 종래 알려진 방법(예를 들면, 특허문헌 1)에서는, 우선 석탄과 용제를 혼합하여 제조된 슬러리를 가열하여, 용제에 가용인 석탄 성분(이하, 용제 가용 성분)이 추출된다. 그리고, 용제 가용 성분을 포함하는 상청액과 회분 등의 용제에 불용인 석탄 성분(이하, 용제 불용 성분)을 포함하는 고형분 농축액이 분리된다. 그 후, 상청액으로부터 용제를 분리함으로써 무회탄이 얻어진다.

또한, 슬러리를 고형분 농축액과 상청액으로 효율적으로 분리하는 방식으로서 중력 침강법을 사용하는 중력 침강조가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 2, 3).

그러나, 특허문헌 2, 3에 기재된 중력 침강조에 있어서는, 슬러리 공급관의 토출구가 하측 방향으로 개구되고, 이 토출구로부터 슬러리가 급격하게 토출된다. 그로 인해, 슬러리의 흐름이 한점에 집중되어, 중력 침강조 하부에 침강되어 있었던 고형분 농축액이 교반된다는 문제가 있다.

따라서, 상기 과제의 해결을 시도한 기술로서, 슬러리 공급관의 토출구로부터 하방측에 판재를 구비함으로써 슬러리의 흐름을 분산시키는 효과가 있는 중력 침강조 등이 제안되어 있다.

일본 특허 출원 공개 제2009-227718호 공보 일본 특허 출원 공개 제2007-735호 공보 일본 특허 출원 공개 제2009-214000호 공보

그러나, 슬러리 공급관의 토출구보다 하방측에 판재를 구비한 상술한 중력 침강조에 있어서는, 판재 위에 슬러리 중의 고형분이 퇴적되어 버린다는 문제가 있다. 이러한 중력 침강조에서는, 최종적으로는 슬러리 공급관의 토출구가 폐색되어 버리는 것이 생각된다. 또한, 본 발명자들은 슬러리의 흐름을 분산시키는 방법으로서, 가동 장치나 구조가 복잡한 장치를 도입하는 것도 검토하였다. 그러나, 중력 침강조 내는 고온 고압이기 때문에, 이들 장치의 도입은 곤란하다.

본 발명은 상기 실정을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은 중력 침강조에 유입되는 슬러리에 의해 저부에 침강된 고형분 농축액이 교반되는 것을 억제한 중력 침강조, 및 이 중력 침강조를 사용한 무회탄의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 중력 침강조는, 석탄과 용제를 혼합한 슬러리에 포함되는 고형분을 침강시켜 고형분 농축액과 상청액으로 분리하는 압력 용기와, 상기 압력 용기에 상기 슬러리를 공급하는 공급관을 구비한 중력 침강조이며, 상기 공급관은 본체부와, 상기 본체부의 하류측에 접속되어 수평 방향으로 연장되는 노즐부를 갖고, 상기 노즐부에는 복수의 구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 따르면, 슬러리를 복수의 구멍으로부터 압력 용기 내에 균일하게 토출할 수 있기 때문에, 슬러리의 흐름을 분산시키는 것이 가능해진다. 그 결과, 저부에 침강된 고형분 농축액이 교반되는 것을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 복수의 구멍은 상기 슬러리가 수평 방향에 대하여 경사 하방을 향해 상기 복수의 구멍으로부터 분출되는 위치에 형성되어 있는 것이 바람직하다.

이 구성에 따르면, 예를 들면 슬러리가 바로 아래로 분출되는 위치에 복수의 구멍이 형성된 경우와 비교하여, 각 구멍으로부터의 슬러리의 토출량을 대략 균등하게 하는 것이 가능해진다. 또한, 노즐 내에 고형분이 퇴적되는 경우도 없다.

또한, 본 발명에 있어서 상기 압력 용기는 원통 형상이며, 상기 노즐부가 상기 압력 용기의 내벽면을 따라 환 형상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.

이 구성에 따르면, 복수의 구멍을 압력 용기 내의 수평 방향 평면에 균등하게 배치할 수 있으며, 슬러리를 보다 균일하게 토출할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 노즐부는 상측으로 절곡된 부분과, 상기 상측으로 절곡된 부분의 하류측에서 하측으로 절곡된 부분으로 형성된 굴곡부를 말단에 갖고, 상기 노즐부의 상기 말단에 토출구가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

이 구성에 따르면, 굴곡부의 상류측에 슬러리가 퇴적되어 노즐 내의 압력이 높아져, 각 구멍으로부터의 슬러리의 토출량을 보다 균등하게 할 수 있다. 또한, 노즐부의 말단에 토출구가 형성됨으로써, 예를 들면 복수의 구멍이 폐색을 일으킨 경우에도 노즐부 말단의 토출구가 슬러리의 배출구로 되어, 슬러리 공급관이 폐색되어 버리는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 무회탄의 제조 방법은 석탄과 용제를 혼합하여 슬러리를 제조하는 슬러리 제조 공정과, 상기 슬러리 제조 공정에서 얻어진 슬러리를 가열하여 용제 가용 성분을 추출하는 추출 공정과, 상기 추출 공정에서 얻어진 슬러리를 상술한 중력 침강조에 의해 고형분 농축액과 상청액으로 분리하는 분리 공정과, 상기 분리 공정에서 분리된 상기 상청액으로부터 상기 용제를 분리하여 무회탄을 얻는 무회탄 취득 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이 제조 방법에 따르면, 분리 공정에서 고형분이 충분히 제거된 상청액을 얻을 수 있으며, 회분이 충분히 제거된 무회탄을 효율적으로 제조할 수 있다.

본 발명에 따르면, 슬러리 공급관이 수평 방향으로 연장되는 노즐부를 갖고, 또한 당해 노즐부에 복수의 구멍이 형성되어 있기 때문에, 슬러리를 복수의 구멍으로부터 압력 용기 내에 균일하게 토출할 수 있고, 저부에 침강된 고형분 농축액의 교반을 억제할 수 있다. 또한, 그 결과 회분이 충분히 제거된 무회탄을 효율적으로 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 중력 침강조를 사용한 무회탄의 제조 장치를 도시하는 모식도이다.
도 2의 (a)는 본 발명의 실시 형태에 관한 중력 침강조의 정면도이고, (b)는 (a)의 A-A 단면도이다.
도 3의 (a)는 도 2의 사시도이고, (b)는 (a)에 도시한 슬러리 공급관의 B-B 단면 확대도이다.
도 4의 (a) 및 (b)는, 본 발명에 관한 중력 침강조의 변형예를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명에 관한 중력 침강조와 종래의 중력 침강조에서의 중력 침강조 내에서의 고형분의 농도 비율을 비교한 그래프이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시 형태에 관한 중력 침강조를 사용한 무회탄의 제조 장치를 도시하는 모식도이다.

무회탄의 제조 장치(100)는, 슬러리 제조조(1)와, 추출조(2)와, 중력 침강조(3)와, 여과 필터(4)와, 수용기(5)와, 용제 회수 장치(6)와, 수용기(7)와, 용제 회수 장치(8)를 구비하고 있다.

슬러리 제조조(1)에서는, 원료가 되는 석탄과 용제를 혼합함으로써 슬러리가 제조된다. 추출조(2)에서는, 제조된 슬러리를 가열함으로써 용제 가용 성분이 추출된다. 중력 침강조(3)에서는, 중력 침강을 이용하여 슬러리가 용제 불용 성분을 포함한 고형분 농축액과 용제 가용 성분을 포함한 상청액으로 분리된다. 여과 필터(4)에서는 상청액이 여과된다. 수용기(5)에서는, 여과된 상청액이 일단 저류된다. 용제 회수 장치(6)에서는, 상청액으로부터 용제를 분리함으로써 무회탄이 얻어진다. 수용기(7)에서는 고형분 농축액이 일단 저류된다. 용제 회수 장치(8)에서는, 고형분 농축액으로부터 용제를 분리함으로써 부생탄이 얻어진다.

또한, 여과 필터(4), 수용기(7) 및 용제 회수 장치(8)는 필요에 따라 설치되는 것이며, 설치되어 있지 않아도 좋다.

여기서, 슬러리에 포함되는 용제 불용 성분(고형분)은, 용제에 의해 석탄 성분의 추출을 행했을 때에 용제에 용해되지 않고 남는 회분이나, 당해 회분을 포함하는 석탄(즉, 부생탄) 등의 석탄 성분이다. 용제 불용 성분은 가교 구조가 발달한 유기 성분에서 유래하고, 비교적 큰 분자량을 갖는다. 한편, 용제 가용 성분은 용제에 의해 석탄의 추출을 행함으로써, 용제에 용해될 수 있는 석탄 성분이다. 용제 가용 성분은, 가교 구조가 발달하지 않은 석탄 중의 유기 성분에서 유래하고, 비교적 작은 분자량을 갖는다.

(중력 침강조의 구성)

이어서, 본 발명의 실시 형태에 관한 중력 침강조(3)에 대하여 설명한다. 도 2의 (a)는 본 발명의 실시 형태에 관한 중력 침강조의 정면도이고, 도 2의 (b)는 (a)의 A-A 단면도이다. 또한, 도 3의 (a)는 도 2의 사시도이고, 도 3의 (b)는 (a)에 도시한 슬러리 공급관의 B-B 확대 단면도이다. 또한, 도 2의 (a) 및 도 3의 (a)에 있어서는, 내부 구성의 이해를 용이하게 하기 위해 중력 침강조의 일부를 투시적으로 도시하고 있다. 도 2의 (a)에 도시한 바와 같이, 중력 침강조(3)는 압력 용기(11), 덮개부(12), 상청액 배출관(13), 배출구(14), 슬러리 공급관(15) 등을 구비하고 있다.

(압력 용기)

압력 용기(11)는 슬러리를 고형분 농축액과 상청액으로 분리하는 용기이며, 원통 형상의 동체부(11a)와, 저부(11b)로 이루어진다. 저부(11b)는 동체부(11a)의 하단부측에 형성되어 있고, 하부를 향함에 따라 직경 축소된다. 동체부(11a)의 상단부에는, 이 상단부를 밀폐하는 덮개부(12)가 구비되어 있다. 또한, 압력 용기(11)의 동체부(11a)는 원통 형상으로 한정되는 것은 아니며, 다른 형상이어도 좋다.

(상청액 배출관)

상청액 배출관(13)은 압력 용기(11)의 상부에 저류된 상청액을 중력 침강조(3)로부터 배출하기 위해 구비되어 있으며, 덮개부(12)에 관통 설치되어, 동체부(11a)의 상측까지 연장 설치되어 있다. 상청액 배출관(13)의 말단에는 유출구(13a)가 형성되고, 이 유출구(13a)로부터 상청액이 배출된다. 또한, 상청액 배출관(13)은 동체부(11a)의 측벽에 관통 설치되어 있어도 좋다.

(배출구)

배출구(14)는, 압력 용기(11)의 하부에 침강된 고형분 농축액을 중력 침강조(3)로부터 배출하기 위해 구비되어 있으며, 저부(11b)의 최하부에 형성되어 있다. 또한, 배출구(14)는, 저부(11b)의 측벽에 관통 설치되어 있어도 좋다.

(슬러리 공급관)

슬러리 공급관(15)은, 압력 용기(11) 내에 슬러리를 공급하기 위해 구비되어 있으며, 본체부(21)와 노즐부(22)로 이루어진다. 본체부(21)는 덮개부(12)에 관통 설치되어, 압력 용기(11)의 높이 방향에 있어서 중앙 부근(동체부(11a)의 하측)까지 연장 설치되어 있다. 노즐부(22)는 본체부(21)의 하류측의 말단에 접속되고, 동체부(11a)의 내벽면을 따라 수평 방향으로 대략 한 바퀴 돌도록 대략 환 형상으로 예를 들면 C자 형상으로 형성되어 있다(도 2의 (b) 참조). 또한, 노즐부(22)에는 복수의 구멍(23)이 형성되어 있다. 이와 같이, 슬러리 공급관(15)은 대략 수평 방향면에 연장되도록 형성된 노즐부(22)와 복수의 구멍(23)을 갖기 때문에, 슬러리를 복수의 구멍(23)으로부터 압력 용기(11) 내에 균일하게 토출할 수 있고, 슬러리의 흐름을 분산시키는 것이 가능해진다. 그 결과, 저부에 침강된 고형분 농축액이 교반되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 노즐부(22)가 환 형상으로 형성되어 있기 때문에, 압력 용기(11)의 내경에 맞춰서 노즐부(22)의 직경(분사 직경)을 용이하게 설정 가능하다. 또한, 노즐부(22)는, 굽힘 가공에 의해 본체부(21)와 일체로 형성되어 있지만, 배관을 서로 연결시킴으로써 형성되어 있어도 좋다. 또한, 본체부(21)는 동체부(11a)의 측벽에 관통 설치되어, 당해 측벽으로부터 압력 용기(11) 내에 연장 설치되어 있어도 좋다.

여기서, 복수의 구멍(23)은, 상청액 배출관(13)의 유출구(13a)와 배출구(14) 사이에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 구멍(23)이 상청액 배출관(13)의 유출구(13a)보다 상측에 형성되어 있으면, 유출구(13a)로부터 배출되는 상청액 중에 고형분이 많이 포함되어 버린다. 이러한 경우에는, 여과 필터(4)가 조기에 막혀버릴 가능성이나, 회분이 충분히 제거되지 않게 될 가능성이 있다.

또한, 구멍(23)은 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, 노즐부(22)의 배관 단면의 경사 하방(도 3의 (b) I부)에 형성되어 있다. 구멍(23)이 노즐부(22)의 배관 단면의 경사 하방에 형성됨으로써, 모든 구멍(23)으로부터의 슬러리의 토출량을 대략 균등하게 할 수 있다. 예를 들면, 구멍(23)이 배관 단면의 바로 아래(도 3의 (b) II부)에 형성되어 있는 경우, 슬러리의 토출량은 상류측에 형성된 구멍일수록 많고, 하류측의 구멍일수록 감소한다. 따라서, 모든 구멍(23)으로부터 슬러리를 균등하게 토출시키는 것이 곤란해진다. 또한, 예를 들면 구멍(23)이 배관 단면의 바로 옆(도 3의 (b) III부)에 형성되어 있는 경우, 슬러리에 포함되는 고형분이 배관 하부에 서서히 퇴적되어 가, 폐색을 일으킬 가능성이 높아진다.

또한, 구멍(23)은 일정 간격마다 형성되어 있는 것이 바람직하다. 구멍(23)이 일정 간격마다 형성되어 있는 경우에는, 슬러리를 압력 용기(11) 내에 보다 균일하게 토출할 수 있기 때문이다. 또한, 구멍(23)의 수를 많게 하고, 구멍(23)의 개구 면적을 작게 함으로써, 슬러리의 흐름을 분산시키는 효과가 증대된다. 또한, 본 실시 형태에서는 구멍(23)이 노즐부(22)의 외측에 형성되어 있다(도 3의 (a) 참조). 그러나, 구멍(23)을 노즐부(22)의 내외 어느 곳에 개구시킬지는 압력 용기(11)의 내벽면과 노즐부(22)의 위치 관계, 노즐부(22)의 형상 등을 고려하여 적절히 선택 가능하다. 내측에 개구된 구멍과 외측에 개구된 구멍이 혼재하고 있어도 전혀 문제는 없다.

또한, 노즐부(22)의 말단부는 상측으로 절곡된 후, 하측으로 절곡되어 형성된 굴곡부(24)를 갖고 있다. 이 구성에 의해, 굴곡부(24)의 상류측에 슬러리가 퇴적되어, 노즐부(22) 내의 압력이 높아지기 때문에, 복수의 구멍(23)으로부터의 슬러리의 토출량을 보다 균등하게 할 수 있다. 또한, 노즐부(22)의 말단에 토출구(25)가 형성되고, 당해 토출구(25)는 하방측으로 개구되어 있다. 이에 따라, 예를 들면 복수의 구멍(23)이 폐색을 일으킨 경우에도 토출구(25)가 슬러리의 배출구로 되기 때문에, 슬러리 공급관(15)이 폐색되어 버리는 것을 방지할 수 있다. 또한, 굴곡부(24)나 토출구(25)는 필요에 따라 설치하면 좋고, 설치하고 있지 않아도 좋다.

그런데, 용제 가용 성분의 재석출을 방지하기 위해, 압력 용기(11) 내는 도시하지 않은 가열 수단, 가압 수단 등에 의해 보온ㆍ가압해 두는 것이 바람직하다. 보온 온도는 300 내지 420℃의 범위가 바람직하다. 압력은, 1.0 내지 3.0MPa 정도가 바람직하고, 1.7 내지 2.3MPa의 범위가 보다 바람직하다.

(변형예)

도 4의 (a), (b)는, 본 발명에 관한 중력 침강조의 변형예를 도시한 사시도이고, 상술한 실시 형태와는 형상이 상이한 슬러리 공급관이 구비되어 있다. 또한, 도 4의 (a), (b)에 있어서는, 내부 구성의 이해를 용이하게 하기 위해 중력 침강조(3)의 일부를 투시적으로 도시하고 있다. 도 4의 (a)에 도시한 중력 침강조(3a)에 있어서는, 슬러리 공급관(15a)의 본체부(21a)의 말단으로부터 2 방향으로 나누어지도록 노즐부(22a)가 형성되어 있다. 각 노즐부(22a)의 말단부 각각에는, 굴곡부(24a) 및 토출구(25a)가 형성되어 있다. 또한, 2개의 토출구(25a)는, 본체부(21a)의 말단으로부터 대략 반 바퀴 돈 위치에 형성되어 있다. 도 4의 (b)에 도시한 중력 침강조(3b)에 있어서는, 슬러리 공급관(15b)의 본체부(21b)가 덮개부(12b)의 대략 중앙 부근에 관통 설치되어, 본체부(21b)의 말단으로부터 방사상으로 4 방향으로 향하는 노즐부(22b)가 형성되어 있다. 노즐부(22a)의 각각의 말단부에는, 각각 굴곡부(24b)와 구멍(토출구)(25b)이 형성되어 있다. 또한, 노즐부(22b)는 4 방향으로 향하는 구성으로 한정되지 않으며, 방사상이 아니어도 좋다.

(무회탄의 제조 방법)

이어서, 무회탄의 제조 방법에 대하여 설명한다. 본 발명에 관한 무회탄의 제조 방법은, 슬러리 제조 공정, 추출 공정, 분리 공정 및 무회탄 취득 공정을 구비하고, 필요에 따라 부생탄 취득 공정을 더 구비한다.

(슬러리 제조 공정)

슬러리 제조 공정은, 석탄과 용제를 혼합하여 슬러리를 제조하는 공정이며, 슬러리 제조조(1)에서 행해진다. 석탄 원료로서는 폭넓은 품질의 석탄을 사용할 수 있으며, 예를 들면 역청탄, 아역청탄, 갈탄 등이 적절하게 사용된다.

용제는 석탄을 용해하는 것이면 특별히 한정되지 않지만, 석탄 유래의 2환 방향족 화합물이 적절하게 사용된다. 이 2환 방향족 화합물은 기본적인 구조가 석탄의 구조 분자와 유사하여 석탄과의 친화성이 높기 때문에, 2환 방향족 화합물을 용제로서 사용하는 경우에는 비교적 높은 추출률을 얻을 수 있다. 석탄 유래의 2환 방향족 화합물로서는, 예를 들면 석탄을 건류하여 코크스를 제조할 때의 부생 유의 증류유인 메틸나프탈렌유, 나프탈렌유 등을 들 수 있다.

용제의 비점은, 특별히 한정되지 않는다. 그러나, 예를 들면 추출 공정에서의 추출률 및 무회탄 취득 공정에서의 용제 회수율의 관점에서 180 내지 300℃, 특히 230 내지 280℃의 비점을 갖는 용제가 적절하게 사용된다.

용제에 대한 석탄 원료의 농도는 특별히 한정되지 않지만, 건조탄 기준으로 10 내지 50중량％의 범위가 바람직하고, 15 내지 35중량％의 범위가 보다 바람직하다.

(추출 공정)

추출 공정은 슬러리 제조 공정에서 얻어진 슬러리를 가열하여 용제 가용 성분을 추출하는 공정이며, 추출조(2)에서 행해진다. 슬러리 제조조(1)에서 제조된 슬러리는 펌프 등에 의해 추출조(2)에 공급되고, 추출조(2)에 설치된 교반기로 교반되면서 소정 온도로 가열 유지된다. 이와 같이 하여 추출이 행해진다. 또한, 슬러리는, 일단 예열기(도시하지 않음)에 공급되어 소정 온도까지 가열된 후, 추출조(2)에 공급되어도 좋다.

추출 공정에서의 슬러리의 가열 온도는, 용제 가용 성분이 용해될 수 있는 한 특별히 제한되지 않는다. 가열 온도는, 예를 들면 용제 가용 성분의 충분한 추출의 관점에서 300 내지 420℃의 범위가 바람직하고, 350 내지 400℃의 범위가 보다 바람직하다. 가열 시간(추출 시간)도 특별히 제한되지 않지만, 충분한 용해와 추출률의 관점에서 5 내지 60분간의 범위가 바람직하고, 20 내지 40분간의 범위가 보다 바람직하다. 또한, 예열기(도시하지 않음)에서 일단 가열을 행한 경우, 가열 시간은 예열기에서의 가열 시간 및 추출조(2)에서의 가열 시간을 합계한 것이다.

추출 공정은 불활성 가스의 존재하에 행하는 것이 바람직하고, 저렴한 질소가 적절하게 사용된다. 또한, 추출 공정에서의 압력은 추출시의 온도나 사용하는 용제의 증기압에 따라서도 상이하지만, 1.0 내지 2.0MPa의 범위가 바람직하다.

(분리 공정)

분리 공정은, 추출 공정에서 얻어진 슬러리로부터 상술한 중력 침강조(3)를 사용하여 고형분 농축액과 상청액으로 분리하는 공정이다. 상청액은 용제 가용 성분이 용해된 용액 부분이며, 고형분 농축액은 용제 불용 성분을 포함하는 슬러리 부분이다. 당해 분리 공정에 있어서는 상술한 중력 침강조(3)가 사용되기 때문에, 고형분이 충분히 제거된 상청액이 얻어진다. 중력 침강조(3)로부터 배출된 상청액은 여과 필터(4)로 여과된 후, 일단 수용기(5)에 저류되어, 용제 회수 장치(6)로 공급된다. 한편, 고형분 농축액은 일단 수용기(7)에 저류된 후, 용제 회수 장치(8)로 공급된다.

(무회탄 취득 공정)

무회탄 취득 공정은 분리 공정에서 분리된 상청액으로부터 용제를 분리하여 무회탄을 얻는 공정이며, 용제 회수 장치(6)에서 행해진다.

상청액으로부터 용제를 분리하는 방법으로서는, 일반적인 증류법이나 증발법(스프레이 드라이법 등) 등을 사용할 수 있다. 분리하여 회수된 용제는, 슬러리 제조조(1)로 순환시킴으로써 반복 사용할 수 있다. 무회탄은 회분 농도가 3％ 이하이고, 회분을 거의 포함하지 않고, 수분을 전혀 포함하지 않아, 예를 들면 원료탄보다 높은 발열량을 나타낸다. 또한, 무회탄은 제철용 코크스의 원료로서 특히 중요한 품질인 연화 용융성이 대폭 개선되어 있기 때문에, 예를 들면 원료탄보다 훨씬 우수한 성능(유동성)을 나타낸다. 따라서, 무회탄은, 코크스 원료의 배합탄으로서 사용할 수 있다. 또한, 무회탄은 후술하는 부생탄과 혼합함으로써, 배합탄으로서 사용할 수도 있다.

(부생탄 취득 공정)

부생탄 취득 공정은, 상기 분리 공정에서 분리된 고형분 농축액으로부터 용제를 분리하여 부생탄을 얻는 공정이며, 필요에 따라 용제 회수 장치(8)에서 실시된다.

고형분 농축액으로부터 용제를 분리하는 방법으로서는, 상기한 무회탄 취득 공정과 마찬가지로 일반적인 증류법이나 증발법을 사용할 수 있다. 분리하여 회수된 용제는 슬러리 제조조(1)로 순환함으로써 반복 사용할 수 있다. 용제의 분리ㆍ회수에 의해, 고형분 농축액으로부터 회분 등을 포함하는 용제 불용 성분이 농축된 부생탄을 얻을 수 있다. 부생탄은 회분을 포함하지만, 수분을 전혀 포함하지 않아, 충분한 발열량을 갖고 있다. 부생탄은, 연화 용융성을 나타내지 않는다. 그러나, 부생탄으로부터는 산소 함유 관능기가 탈리되어 있기 때문에, 부생탄은 배합탄으로서 사용된 경우에 이 배합탄에 포함되는 다른 석탄의 연화 용융성을 저해하지 않는다. 따라서, 이 부생탄은 통상의 비미점결탄과 마찬가지로 코크스 원료의 배합탄의 일부로서 사용 가능하며, 코크스 원료탄으로 하지 않고 각종 연료용으로서도 이용 가능하다. 또한, 부생탄은 회수하지 않고 폐기하여도 좋다.

(효과)

본 발명에 관한 무회탄의 제조 방법에 있어서는, 상술한 중력 침강조(3)를 사용함으로써 고형분이 충분히 제거된 상청액을 얻을 수 있으며, 효율적으로 무회탄을 제조할 수 있다. 또한, 여과 필터(4)가 조기에 막혀버리는 것도 방지할 수 있다.

본 발명에 관한 무회탄의 제조 방법은 이상 설명한 바와 같다. 그러나, 본 발명을 행할 때 상기 각 공정에 악영향을 주지 않는 범위에서 상기 각 공정의 사이 또는 전후에, 예를 들면 석탄 원료를 분쇄하는 석탄 분쇄 공정이나, 쓰레기 등의 불필요한 물질을 제거하는 제거 공정이나, 얻어진 무회탄을 건조시키는 건조 공정 등 다른 공정이 포함되어도 좋다.

(실시예)

본 발명에 관한 중력 침강조의 효과를 확인하기 위해, 도 1에 도시한 본 발명에 관한 중력 침강조(3)와 마찬가지의 구성을 갖는 중력 침강조와, 종래의 중력 침강조를 사용하여 실험을 행하였다. 이 실험에서는, 고형분과 상청액으로 분리한 후의 압력 용기 내의 고형분의 농도 분포가 상기한 2개의 중력 침강조에 대하여 각각 측정, 비교된다.

석탄 원료로서 역청탄이 사용되고, 용제로서 메틸나프탈렌 H(씨켐사(C-Chem Co., Ltd))가 사용된다. 이 석탄과 용제를 혼합함으로써 슬러리가 제조된다. 용제에 대한 석탄 원료의 농도는 건조탄 기준으로 19.5중량％이다. 이 슬러리를 400℃, 2.0MPa로 승온 승압하여, 용제 가용 성분의 추출을 20분간 행하였다. 그리고,이 슬러리를 350℃, 2.0MPa로 유지된 중력 침강조에 공급하고, 고형분 농축액과 상청액으로 분리하였다. 또한, 압력 용기로서는, 도 1에 도시한 압력 용기(11)와 마찬가지의 구성을 갖는 압력 용기가 사용된다. 또한, 슬러리 공급관으로서는 종래의 중력 침강조에서 사용된 직관 형상의 슬러리 공급관 A와, 도 1에 도시한 슬러리 공급관(15)과 마찬가지의 구성을 갖는 슬러리 공급관 B의 2종류의 슬러리 공급관이 사용된다. 여기서, 슬러리 공급관 A는 말단에 구멍(토출구)을 하나만 갖고 있는 것에 비해, 슬러리 공급관 B는 노즐부에 복수의 구멍(토출구)을 갖고 있다. 또한, 슬러리 공급관 A, B는, 모두 압력 용기의 높이 H₀에 대하여 H₀×0.6의 높이까지 연장 설치되어 있다.

도 5는, 압력 용기 내에 슬러리를 40시간 공급한 후, 슬러리의 공급을 계속한 상태에서 압력 용기 내의 고형분의 농도를 측정한 결과를 나타낸다. 또한, H는 압력 용기 최하부로부터의 측정 위치의 높이를 나타낸다. 또한, 측정은 슬러리 공급관 A, B 각각에서 2회(n=2) 행하였다.

슬러리 공급관 A를 사용한 경우에는, 압력 용기의 최상부(H/H₀=1)에서 고형분의 농도가 5중량％ 정도로 높고, 상청액의 청징화가 진행되어 있지 않았다. 또한, 압력 용기의 하방측(예를 들면 H/H₀=0.2)에서는 고형분의 농도는 10중량％ 정도이고, 고형분의 농축이 진행되어 있지 않았다. 이상으로부터, 슬러리 공급관 A를 사용한 종래의 중력 침강조에서는, 고형분과 상청액이 잘 분리되어 있지 않은 것이 확인되었다.

한편, 슬러리 공급관 B를 사용한 경우에는, 압력 용기의 최상부(H/H₀=1)에서 고형분의 농도가 0.5중량％ 정도로 낮고, 슬러리 공급관 A와 비교하여 10배 청징화되어 있었다. 또한, 압력 용기의 중간부(H/H₀=0.4) 부근에서 급격하게 고형분의 농도가 진해지고, 압력 용기의 최하부까지 농도가 진한 상태였다. 이상으로부터, 슬러리 공급관 B를 사용한 본 발명에 관한 중력 침강조에서는, 효과적으로 고형분과 상청액을 분리할 수 있는 것이 확인되었다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시 형태로 한정되는 것은 아니고, 특허 청구 범위에 기재된 한에 있어서 다양하게 변경하여 실시할 수 있는 것이다.

본 실시 형태나 변형예에 기재한 중력 침강조에 있어서는 모두 슬러리 공급관이 1개이지만, 슬러리 공급관은 복수개 있어도 좋다.

본 출원은 2011년 6월 22일 출원한 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2011-138094)에 기초한 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 도입된다.

1: 슬러리 제조조
2: 추출조
3: 중력 침강조
4: 여과 필터
5, 7: 수용기
6, 8: 용제 회수 장치
11: 압력 용기
12: 덮개부
13: 상청액 배출관
14: 배출구
15: 슬러리 공급관
21: 본체부
22: 노즐부
23: 구멍
24: 굴곡부
25: 토출구
100: 무회탄 제조 장치

Claims

석탄과 용제를 혼합한 슬러리에 포함되는 고형분을 침강시켜 고형분 농축액과 상청액으로 분리하는 압력 용기와, 상기 압력 용기에 상기 슬러리를 공급하는 공급관을 구비한 중력 침강조이며,
상기 공급관은 본체부와, 상기 본체부의 하류측에 접속되어 수평 방향으로 연장되는 노즐부를 갖고,
상기 노즐부에는 복수의 구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 중력 침강조.
제1항에 있어서, 상기 복수의 구멍은, 상기 슬러리가 수평 방향에 대하여 경사 하방을 향해 상기 복수의 구멍으로부터 분출되는 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 중력 침강조.
제1항에 있어서, 상기 압력 용기가 원통 형상이며,
상기 노즐부가 상기 압력 용기의 내벽면을 따라 환 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 중력 침강조.
제1항에 있어서, 상기 노즐부는 상측으로 절곡된 부분과, 상기 상측으로 절곡된 부분의 하류측에서 하측으로 절곡된 부분으로 형성된 굴곡부를 말단에 갖고,
상기 노즐부의 상기 말단에 토출구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 중력 침강조.
석탄과 용제를 혼합하여 슬러리를 제조하는 슬러리 제조 공정과,
상기 슬러리 제조 공정에서 얻어진 슬러리를 가열하여 용제 가용 성분을 추출하는 추출 공정과,
상기 추출 공정에서 얻어진 슬러리를 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 중력 침강조에 의해 고형분 농축액과 상청액으로 분리하는 분리 공정과,
상기 분리 공정에서 분리된 상기 상청액으로부터 상기 용제를 분리하여 무회탄을 얻는 무회탄 취득 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는, 무회탄의 제조 방법.