KR20140104455A - 무회탄의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

무회탄을 일단 액체로 되돌려 성형할 필요가 없는 무회탄의 제조 방법을 제공하는 것. 석탄과 용제를 혼합하여 얻어지는 슬러리를 가열하여 용제에 가용인 석탄 성분을 추출하는 추출 공정과, 상기 추출 공정에서 얻어진 슬러리로부터 용제에 가용인 석탄 성분을 포함하는 용액을 분리하는 분리 공정과, 분리 공정에서 분리된 용액으로부터 용제를 증발 분리하여 무회탄을 얻는 무회탄 취득 공정을 구비하는 무회탄의 제조 방법이다. 이 무회탄의 제조 방법은, 무회탄 취득 공정에서, 용액으로부터 용제를 증발 분리시켜 액체의 무회탄으로 하고, 얻어진 액체의 무회탄을 고화 수단(예를 들어, 물)에 접촉시킴으로써 소정의 형상으로 고화시킨다.

Description

무회탄의 제조 방법 {PRODUCTION METHOD FOR ASHLESS COAL}

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

무회탄의 제조 방법으로서, 예를 들어 특허문헌 1에 기재된 것이 있다. 특허문헌 1에 기재된 무회탄의 제조 방법은, 석탄과 용제를 혼합하여 슬러리를 조제하고, 얻어진 슬러리를 가열하여 용제에 가용인 석탄 성분을 추출하고, 석탄 성분이 추출된 슬러리를 용제에 가용인 석탄 성분을 포함하는 용액과, 용제에 불용인 석탄 성분을 포함하는 용제 불용 성분 농축액으로 분리한 후, 분리된 용액으로부터 용제를 회수하여 무회탄을 얻는다고 하는 것이다. 용제를 회수하여 무회탄을 얻는 방법으로서 분무 건조법이라 하는 방법이 특허문헌 1에 기재되어 있다.

특허문헌 1에 기재된 분무 건조법에 따르면, 무회탄 중의 유기물과 무기물이 분리되어 석출되고, 용제에 가용인 석탄 성분을 포함하는 용액 중에 소량 혼입된 미세한 무기물, 및 용제 중에 용해된 금속 성분의 제거가 용이해진다.

일본 특허 출원 공개 제2005-120185호 공보

용제를 회수하여 무회탄을 얻는 방법으로서 분무 건조법을 이용하면 상기한 바와 같은 이점이 있지만, 한편, 다음과 같은 결점이 있다. 분무 건조법을 이용하여 얻어지는 무회탄은 「분말상」으로 된다. 그로 인해, 무회탄을 제품으로서 출하하는 경우, 예를 들어 브리켓상, 플레이크상 등으로 분말상의 무회탄을 별도, 성형해야만 한다. 이 경우, 브리켓상으로 성형하기 위해서는 성형 장치가 필요해지고, 플레이크상으로 성형하기 위해서는 분말상의 무회탄을 가열하여 일단 액체로 되돌린 후, 성형하게 되어, 이 성형 공정분, 무회탄의 제조 비용이 상승해 버린다.

또한, 특허문헌 1에 있어서는, 용액으로부터 용제를 거의 100중량％ 분리하고 있고, 무회탄 중에 잔존하는 용제의 잔존율은 0∼2중량％이므로, 무회탄을 제조할 때의 무회탄의 수율은, 원료에 사용하는 석탄의 추출율에 의해 거의 결정된다. 무회탄의 수율은 말하자면 「제조 효율」이므로, 높은 쪽이 좋지만, 무회탄의 수율이 원료에 사용하는 석탄의 추출율에 의해 거의 결정되는 특허문헌 1의 무회탄의 제조 방법에서는, 무회탄의 수율을 향상시키는 것은 곤란하다. 따라서, 무회탄에 용제 불용 성분 농축액을 혼입시킴으로써, 무회탄의 수율을 향상시키는 것이 생각되지만, 회분 농도가 상승한다고 하는 문제가 발생한다.

또한, 무회탄은 통상, 상온에서 고체이며, 온도 상승에 수반하여 유동성이 높아져, 액체 핸들링할 수 있게 된다. 그러나, 특허문헌 1의 무회탄의 제조 방법에서는, 무회탄 중에 잔존하는 용제의 잔존율이 0∼2중량％이므로, 고체의 무회탄이 용융하기 시작하는 연화 개시 온도가 높다. 그로 인해, 상당한 온도까지 승온시키지 않으면 액체 핸들링할 수 없어, 핸들링성이 나쁘다.

여기서, 무회탄의 수율이라 함은, 원료인 석탄의 질량에 대한 제조된 무회탄의 질량의 비율을 말한다. 또한, 핸들링성이라 함은, 무회탄의 취급의 용이성을 말하며, 액체 핸들링할 수 있으면 무회탄을 취급하기 쉽다.

본 발명은 상기 사정에 비추어 이루어진 것이며, 그 목적은, 무회탄을 일단 액체로 되돌려 성형할 필요가 없는 무회탄의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 무회탄의 수율 및 핸들링성을 향상시키는 것이 가능한 무회탄의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 석탄과 용제를 혼합하여 얻어지는 슬러리를 가열하여 용제에 가용인 석탄 성분을 추출하는 추출 공정과, 상기 추출 공정에서 얻어진 슬러리로부터 용제에 가용인 석탄 성분을 포함하는 용액을 분리하는 분리 공정과, 상기 분리 공정에서 분리된 용액으로부터 용제를 증발 분리하여 무회탄을 얻는 무회탄 취득 공정을 구비하는 무회탄의 제조 방법이다. 이 무회탄의 제조 방법은, 상기 무회탄 취득 공정에서, 상기 용액으로부터 용제를 증발 분리시켜 액체의 무회탄으로 하고, 얻어진 액체의 무회탄을 고화 수단에 접촉시킴으로써 소정의 형상으로 고화시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 있어서의 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 용액을 분리하는 분리 공정과, 상기 분리 공정에서 분리된 용액으로부터 용제를 증발 분리하여 무회탄을 얻는 무회탄 취득 공정을 구비하고, 상기 무회탄 취득 공정에 있어서, 상기 무회탄 중에 상기 용제를 잔존시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 일단 액체로 되돌리는 일 없이 무회탄을 성형할 수 있다.

또한, 본 발명의 무회탄의 제조 방법에 따르면, 무회탄의 수율 및 핸들링성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 무회탄의 제조 방법을 설명하기 위한 무회탄 제조 설비를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 무회탄의 제조 방법을 설명하기 위한 무회탄 제조 설비를 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 무회탄의 제조 방법을 설명하기 위한 무회탄 제조 설비를 나타내는 블록도이다.
도 4는 용제 함유율의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 용제 농도의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6은 유동도의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.

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

(제1 실시 형태)

도 1에 나타내는 바와 같이, 무회탄 제조 설비(100)는 무회탄(HPC) 제조 공정의 상류측으로부터 순서대로, 석탄 호퍼(1)·용제 탱크(2), 슬러리 조제조(3), 이송 펌프(4), 예열기(5), 추출조(6), 중력 침강조(7), 필터 유닛(8), 박막 증류조(9) 및 수조(11)를 구비하고 있다. 또한, 중량 침강조(7)의 하류측에는, 당해 중량 침강조(7)에서 분리된 용제 불용 성분 농축액(고형분 농축액)으로부터 용제를 증발 분리하여 부생탄을 얻기 위한(고형분 농축액으로부터 용제를 분리·회수하기 위한) 용제 분리기(10)가 배치되어 있다.

여기서, 본 실시 형태의 무회탄의 제조 방법은, 추출 공정, 분리 공정 및 무회탄 취득 공정을 갖는다. 이하, 각 공정에 대해 설명한다. 또한, 본 제조 방법에 있어서 원료로 하는 석탄에, 특별히 제한은 없고, 추출율(무회탄 회수율)이 높은 역청탄을 사용해도 되고, 보다 저렴한 열질탄(아역청탄, 갈탄)을 사용해도 된다. 또한, 무회탄이라 함은, 회분이 5중량％ 이하, 바람직하게는 3중량％ 이하인 것을 말한다.

(추출 공정)

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

석탄과 용제를 혼합하여 얻어지는 슬러리를 가열하여 용제에 가용인 석탄 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 우수하므로, 용제에 추출되는 가용 성분(여기서는 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 있고, 그 밖의 비수소 공여성 용제의 성분으로서, 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(석탄액화유를 포함함)을 용제로서 사용해도 되는 것은 물론이다. 수소 공여성 용제를 사용한 경우, 무회탄의 수율이 향상된다.

또한, 용제의 비점은 특별히 제한되는 것은 아니다. 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, 도 1 중, 슬러리 조제조(3)에서 실시된다. 원료인 석탄이 석탄 호퍼(1)로부터 슬러리 조제조(3)에 투입됨과 함께, 용제 탱크(2)로부터 슬러리 조제조(3)에 용제가 투입된다. 슬러리 조제조(3)에 투입된 석탄 및 용제는, 교반기(3a)에 의해 혼합되어 석탄과 용제로 이루어지는 슬러리로 된다.

용제에 대한 석탄의 혼합 비율은, 예를 들어 건조탄 기준으로 10∼50중량％이며, 보다 바람직하게는, 20∼35중량％이다.

<용제 가용 성분 추출 공정>

용제 가용 성분 추출 공정은, 도 1 중, 예열기(5) 및 추출조(6)에서 실시된다. 슬러리 조제조(3)에서 조제된 슬러리는, 이송 펌프(4)에 의해, 일단, 예열기(5)에 공급되어 소정 온도까지 가열된 후, 추출조(6)에 공급되고, 교반기(6a)에 의해 교반되면서 소정 온도로 유지되어 추출이 행해진다.

용제 가용 성분 추출 공정에서의 슬러리의 가열 온도는, 용제 가용 성분이 용해될 수 있는 한 특별히 제한되지 않고, 용제 가용 성분의 충분한 용해와 추출율의 향상의 관점에서, 예를 들어 300∼420℃이며, 보다 바람직하게는, 360∼400℃이다.

또한, 가열 시간(추출 시간)도 또한 특별히 제한되는 것은 아니지만, 충분한 용해와 추출율의 향상의 관점에서, 예를 들어 10∼60분간이다. 가열 시간은, 도 1 중, 예열기(5) 및 추출조(6)에서의 가열 시간을 합계한 것이다.

또한, 용제 가용 성분 추출 공정은, 질소 등의 불활성 가스의 존재하에서 행한다. 추출조(6) 내의 압력은, 추출 시의 온도나 사용하는 용제의 증기압에도 의존하지만, 1.0∼2.0㎫이 바람직하다. 추출조(6) 내의 압력이 용제의 증기압보다 낮은 경우에는, 용제가 휘발하여 액상으로 가두어 둘 수 없어, 추출할 수 없다. 용제를 액상으로 가두기 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 용제로 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. 이송 펌프(4)의 상류측에는 석탄 호퍼(1)를 배치하지 않고, 예열기(5)와 추출조(6)를 접속하는 관(24) 중에, 또는 추출조(6) 내에, 석탄을 직접 공급할 수 있도록 석탄 호퍼(1)를 배치한다. 이때, 예를 들어 관(24) 또는 추출조(6)와, 석탄 호퍼(1)의 접속부를 질소 등의 불활성 가스로 가압하여, 용제 등이 석탄 호퍼(1) 내로 역류해 오지 않도록 한다. 또한, 이 방법에 따르면, 용제 등이 석탄 호퍼(1) 내로 역류해 오지 않도록, 관(24) 또는 추출조(6)와, 석탄 호퍼(1)의 접속부를 질소 등의 불활성 가스로 가압할 필요가 있지만, 슬러리 조제조(3)를 생략할 수 있다.

(분리 공정)

분리 공정은, 추출 공정에서 얻어진 슬러리로부터, 용제에 용해되어 있는 석탄 성분을 포함하는 용액을 분리하는 공정이다. 바꾸어 말하면, 분리 공정은, 추출 공정에서 얻어진 슬러리를, 용제에 용해되어 있는 석탄 성분을 포함하는 용액과, 용제 불용 성분 농축액(고형분 농축액)으로 분리하는 공정이다. 이 분리 공정은, 도 1 중, 중력 침강조(7)에서 실시된다. 추출 공정에서 얻어진 슬러리는, 중력 침강조(7) 내에서, 중력에 의해, 용액으로서의 상등액과, 고형분 농축액으로 분리된다(중력 침강법). 중력 침강조(7)의 상부의 상등액은, 필요에 따라 필터 유닛(8)을 거쳐, 박막 증류조(9)로 배출됨과 함께, 중력 침강조(7)의 하부에 침강한 고형분 농축액은 용제 분리기(10)로 배출된다.

중력 침강법은, 슬러리를 조 내에 보유 지지함으로써, 중력을 이용하여 용제 불용 성분을 침강·분리시키는 방법이다. 슬러리를 조 내에 연속적으로 공급하면서, 상등액을 상부로부터, 고형분 농축액을 하부로부터 연속적으로 배출함으로써, 연속적인 분리 처리가 가능하다.

중력 침강조(7) 내는, 석탄으로부터 용출한 용제 가용 성분의 재석출을 방지하기 위해, 보온 또는 가열하거나, 가압해 두는 것이 바람직하다. 가열 온도는, 예를 들어 300∼380℃이며, 조 내 압력은, 예를 들어 1.0∼3.0㎫로 된다.

또한, 추출 공정에서 얻어진 슬러리로부터, 용제에 용해되어 있는 석탄 성분을 포함하는 용액을 분리하는 방법으로서, 중력 침강법 이외에, 여과법, 원심 분리법 등이 있다.

(무회탄 취득 공정)

무회탄 취득 공정은, 상기한 분리 공정에서 분리된 용액(상등액)으로부터 용제를 증발 분리하여 무회탄(HPC)을 얻는 공정이다. 이 무회탄 취득 공정은, 중력 침강조(7)에서 분리된 용액으로부터 용제를 증발 분리시켜 액체의 무회탄을 얻는 용제 분리 공정과, 얻어진 액체의 무회탄을 고화 수단에 접촉시킴으로써 냉각하여 소정의 형상의 고체의 무회탄으로 하는 고화 공정으로 나뉘어져 있다. 용제 분리 공정은, 도 1 중, 박막 증류조(9)에서 실시되고, 고화 공정은, 도 1 중, 수조(11)에서 실시된다.

<용제 분리 공정>

용액(상등액)으로부터 용제를 증발 분리하는 용제 분리 공정에, 본 실시 형태에서는 박막 증류법이 이용되고 있다. 박막 증류법이라 함은, 스크레이퍼(9b)(와이퍼라고도 함)를 수용한 박막 증류조(9)의 상부로부터 박막 증류조(9) 내에 증류 대상(본 발명에서는 분리 공정에서 분리된 용액)을 도입하고, 박막 증류조(9)의 내벽에 스크레이퍼(9b)에 의해 증류 대상의 박막을 형성시켜 연속 증류를 행한다고 하는 증류법을 말한다. 박막 증류조(9)의 주위에는 가열기(9a)가 장착되고, 박막 증류조(9)의 내벽이 원하는 온도로 되도록, 박막 증류조(9)는 가열기(9a)에 의해 외부로부터 가열된다.

중력 침강조(7)에서 분리된 용액(상등액)은 필터 유닛(8)에서 여과된 후, 박막 증류조(9)에 공급되고, 가열기(9a)에 의해 가열됨으로써 당해 용액에 포함되는 용제는 증발 분리된다.

박막 증류조(9) 내의 압력은, 0.1㎫(상압)로 되거나, 0.1㎫(상압) 이하로 된다. 가열 온도[박막 증류조(9)의 내벽의 온도]는 용제가 증발 제거되어 이루어지는 액체의 무회탄이 액체의 상태를 유지하는(무회탄이 용융성을 나타내는) 온도로 되고, 예를 들어 200∼450℃로 된다.

또한, 용액(상등액)으로부터 용제를 분리하는 방법은 박막 증류법에 한정되지 않는다. 예를 들어, 조 내에 용액을 분무시켜 용제를 증발 분리하는 플래시 증류법을 이용해도 된다. 플래시 증류법의 경우, 용제는 증발하지만, 용제 분리 후의 무회탄은 액체의 상태를 유지하도록, 플래시 증류조 내의 압력을, 예를 들어 0.5㎫로 하거나, 플래시 증류조를 가열하여 조 내의 온도를, 예를 들어 200∼450℃로 한다. 또한, 용제의 증발을 촉진하는 관점에서, 압력이 아니라 가열에 의해, 무회탄이 액체의 상태를 유지시키는 것이 바람직하다.

이 용제 분리 공정에서 분리하여 회수된 용제는 슬러리 조제조(3)로 순환하여 반복해서 사용할 수 있다.

<고화 공정>

액체의 무회탄을 고화시키는 고화 수단으로서, 본 실시 형태에서는 액체의 물을 사용하고 있다. 박막 증류조(9)에서 얻어진 액체의 무회탄은, 박막 증류조(9)로부터 뽑아내어져, 그대로(분무상이 아니라, 어느 정도의 체적을 갖는 액체로) 물이 채워진 수조(11) 내에 넣어지고(예를 들어 낙하), 물과의 접촉에 의해 냉각되어 고화된다. 소정의 크기의 덩어리로 고화된 무회탄은, 벨트 컨베이어 등의 반송 수단에 의해 수조(11) 내로부터 취출되고, 자연 건조 등에 의해 건조되어, 소정의 장소에서 저류된다.

수조(11) 내의 물의 온도는, 무회탄이 유동성을 나타내는 온도보다도 낮은 온도로 된다(후술하는 다른 고화 수단에 대해서도 마찬가지). 예를 들어, 0∼60℃로 된다. 또한, 무회탄의 제조 비용의 관점에서는, 가열도 냉각도 하지 않는 상온의 물을 사용하여, 액체의 무회탄을 급냉한다. 또한, 1개의 수조에서 무회탄을 냉각하는 것이 아니라, 수온이 다른 물이 채워진 수조를 복수 배치하고, 온도가 높은 물이 채워진 수조로부터, 온도가 낮은 물이 채워진 수조로, 순차적으로, 무회탄을 넣어, 냉각 속도를 미세 조정해도 된다.

여기서, 무회탄의 고화 공정은, 질소 등의 불활성 가스의 존재하에서 행하는 것이 바람직하다. 본 실시 형태의 경우, 구체적으로는, 박막 증류조(9)로부터 뽑아내어진 액체의 무회탄이 공기에 접촉하지 않는 상태에서 수조(11)의 물에 들어가도록, 예를 들어 박막 증류조(9)와 수조(11)를 관에 의해 접속하고, 관 내에 불활성 가스를 불어 넣는다. 그리고, 액체의 무회탄을 이 관 내를 유하시켜 수조(11)로 유도한다.

상기한 용제 분리 공정 및 고화 공정에 의해, 용액(상등액)으로부터, 실질적으로 회분을 포함하지 않는(예를 들어, 회분이 3중량％ 이하) 고체의 무회탄을 얻을 수 있다. 이 무회탄은, 회분을 거의 포함하지 않고, 수분은 전무하며, 원료 석탄보다도 높은 발열량을 나타낸다. 또한, 제철용 코크스의 원료로서 특히 중요한 품질인 연화 용융성이 대폭으로 개선되어, 원료 석탄이 연화 용융성을 갖지 않더라도, 얻어진 무회탄은 양호한 연화 용융성을 갖는다. 따라서, 무회탄은, 예를 들어 코크스 원료의 배합탄으로서 사용할 수 있다.

(부생탄 취득 공정)

부생탄 취득 공정은, 중력 침강조(7)에서 분리된 용제 불용 성분 농축액(고형분 농축액)으로부터 용제를 증발 분리하여 부생탄을 얻는 공정이다. 이 부생탄 취득 공정은, 고형분 농축액으로부터 용제를 증발 분리하여 회수하기 위한 공정이기도 하며, 도 1 중, 용제 분리기(10)에서 실시된다. 또한, 부생탄 취득 공정은, 필수의 공정은 아니다.

고형분 농축액으로부터 용제를 분리하는 방법은, 일반적인 증류법이나 증발법을 이용할 수 있고, 예를 들어, 상기한 플래시 증류법이 이용된다. 분리하여 회수된 용제는, 슬러리 조제조(3)로 순환하여 반복해서 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 용융성을 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 사용하는 것도 가능하다. 또한, 부생탄은, 회수하지 않고 폐기해도 된다.

(실시예)

실험으로서, 무회탄의 농도가 30중량％인 용액(용제에 불용인 고형분이 제거된 무회탄과 용제로 이루어지는 용액)을 160℃로 가열하여, 내벽을 300℃로 가열한 박막 증류조에 14㎏/h라고 하는 유량으로 흘렸다. 그리고, 박막 증류조의 저부로부터 유출되어 온 액체의 무회탄(용제가 증발 분리한 것)을 스테인리스제의 용기로 받았다. 또한, 이 용기는 상온이다. 그렇게 하면, 액체의 무회탄은, 스테인리스제의 용기 내에서 즉시 고화되었다. 이 실험에 의해, 액체의 무회탄은 냉각되면 즉시 고화된다고 하는 성질을 갖는 것인 것이 판명되었다.

(작용·효과)

무회탄이 고온 상태이면 우수한 유동성을 나타낸다. 본 발명은 이 성질과, 액체의 무회탄은 냉각되면 즉시 고화된다고 하는, 금회 구명할 수 있었던 성질을 이용하고 있다. 본 발명의 무회탄의 제조 방법에서는, 무회탄 취득 공정에 있어서, 용액으로부터 용제를 증발 분리시켜 액체의 무회탄으로 하고, 얻어진 액체의 무회탄을 고화 수단(예를 들어, 상기한 물)에 접촉시킴으로써 소정의 형상으로 고화시킨다. 본 발명에 따르면, 추출 공정, 분리 공정 및 무회탄 취득 공정이라고 하는, 일련의 제조 공정에서, 무회탄은, 소정의 형상을 갖는 고체까지 성형된다. 나아가서는, 상기한 무회탄 취득 공정에 의해, 액체의 무회탄은, 소정의 형상[예를 들어, 덩어리, 플레이크상(박편상) 등]으로 용이하게 성형된다. 즉, 본 발명에 따르면, 일단 액체로 되돌리는 일 없이 무회탄을 성형할 수 있고, 무회탄을 제품으로서 출하하는 경우에, 별도 성형할 필요가 없다. 또한, 본 발명에 있어서, 고화 수단에 의한 무회탄의 고화는, 연속으로 행해져도 되고, 비연속으로 행해져도 된다.

또한, 상기 무회탄 취득 공정의 도중에 얻어지는 액체의 무회탄이 액체의 상태를 유지하도록, 압력 조정이 아니라 가열에 의해, 용액으로부터 용제를 증발 분리시킴으로써, 용제의 증발을 적절하게 유지하면서, 무회탄이 액체의 상태를 유지시킬 수 있다.

또한, 박막 증류법을 이용함으로써, 박막 증류조의 내벽에 형성된 박막층을 스크레이퍼(와이퍼)로 확실하게 긁어 떨어뜨릴 수 있고, 예를 들어 유동성이 낮은(점도가 높은) 무회탄이라도 확실하게 고화 공정으로 유도할 수 있다.

고화 공정에 대해서는, 고화 수단의 온도를, 무회탄이 유동성을 나타내는 온도보다도 낮은 온도로 함으로써, 확실하게, 액체의 무회탄을 고화시킬 수 있다. 또한, 고화 수단의 온도는, 0∼150℃로 되는 것이 보다 바람직하다.

또한, 고화 수단으로서 물을 사용함으로써 설비비를 억제할 수 있다.

또한, 무회탄 취득 공정에서, 불활성 가스의 존재하에서 고화 수단에 액체의 무회탄을 접촉시킴으로써 당해 액체의 무회탄을 고화시킴으로써, 무회탄의 산화를 방지할 수 있고, 그 결과, 고온 상태에 있어서의 무회탄의 유동성을 높게 유지할 수 있다. 또한, 무회탄은, 산화되면 그 유동성이 저하된다.

(제2 실시 형태)

도 2를 참조하면서, 제2 실시 형태에 관한 무회탄의 제조 방법에 대해 설명한다. 제1 실시 형태에서는, 액체의 무회탄을 고화시키는 고화 수단으로서 물을 사용하고 있는 것에 반해, 본 실시 형태에서는, 금속제의 무단 벨트를 사용하고 있다. 설비 구성으로서는, 본 실시 형태의 무회탄 제조 설비(101)에서는, 박막 증류조(9)에 벨트 컨베이어(12)를 부대시키고 있다. 벨트 컨베이어(12)는, 한 쌍의 롤러간에 걸쳐진 금속제의 무단 벨트(12a)를 구비하여 이루어지는 것이다.

박막 증류조(9)에서 얻어진 액체의 무회탄은, 박막 증류조(9)로부터 뽑아내어져, 그대로(분무상이 아니라, 어느 정도의 체적을 갖는 액체로) 금속제의 무단 벨트(12a) 상에 낙하시켜지고, 무단 벨트(12a)와의 접촉 및 무단 벨트(12a) 주변의 가스(예를 들어, 공기, 질소)에 의해 냉각되어 고화된다. 고화된 무회탄은, 플레이크상(박편상)으로 되고, 당해 벨트 컨베이어(12) 등에 의해 반송되어 소정의 장소에서 저류된다.

무단 벨트(12a)의 온도 및 무단 벨트(12a) 주변의 가스의 온도는, 예를 들어 20∼150℃로 된다. 또한, 무회탄의 제조 비용의 관점에서는, 가열도 냉각도 하지 않는 상온의 무단 벨트(12a)를 사용하고, 상온, 상압하에서 액체의 무회탄을 고화시킨다. 무단 벨트(12a)의 재질로서는, 철, 스테인리스, 수지 등을 들 수 있다. 수지제의 무단 벨트를 사용하는 경우, 액체의 무회탄보다도 충분히 융점이 높은 수지를 사용한다. 여러 가지 온도의 액체의 무회탄에 유연하게 대응할 수 있는, 열전도성이 좋다고 하는 관점에서, 철, 스테인리스 등의 금속제의 무단 벨트를 사용하는 것이 바람직하다.

여기서, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 본 실시 형태에 있어서도, 무회탄의 고화 공정은, 질소 등의 불활성 가스의 존재하에서 행하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 무단 벨트(12a)의 주위가 강판 등으로 덮인 벨트 컨베이어(12)를 사용하고, 벨트 컨베이어(12) 내에 불활성 가스를 불어 넣음으로써 불활성 가스 분위기를 형성하고, 불활성 가스의 존재하에서 고화 공정을 실시한다.

(작용·효과)

고화 수단으로서 벨트 컨베이어의 벨트를 사용함으로써 무회탄의 고화 및 반송을, 예를 들어 1개의 벨트 컨베이어에 의해 행할 수 있어, 설비비를 억제할 수 있다.

(제3 실시 형태)

도 3을 참조하면서, 제3 실시 형태에 관한 무회탄의 제조 방법에 대해 설명한다. 제1 실시 형태에서는, 액체의 무회탄을 고화시키는 고화 수단으로서 물을 사용하고 있는 것에 반해, 본 실시 형태에서는, 소정의 형상의 중공부를 갖는 성형용의 형(13)을 사용하고 있다. 설비 구성으로서는, 본 실시 형태의 무회탄 제조 설비(102)에서는, 박막 증류조(9)의 하류측에 성형용의 형(13)을 배치하고 있다. 또한, 형(13)의 중공부는, 액체의 무회탄을 예를 들어 브리켓상으로 성형하기 위한 형상으로 된다.

박막 증류조(9)에서 얻어진 액체의 무회탄은, 박막 증류조(9)로부터 뽑아내어져, 그대로(분무상이 아니라, 어느 정도의 체적을 갖는 액체로) 형(13)에 유입되고, 형(13) 내에서 고화된다. 고화된 무회탄은, 예를 들어 브리켓상으로 되고, 벨트 컨베이어 등의 반송 수단에 의해 반송되어 소정의 장소에서 저류된다.

형(13)의 온도(성형 온도)는 예를 들어 0∼150℃로 된다. 또한, 무회탄의 제조 비용의 관점에서는, 가열도 냉각도 하지 않는 상온의 형(13)을 사용한다. 형(13)은, 예를 들어 철, 스테인리스 등의 금속으로 이루어지는 금형으로 된다.

여기서, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 본 실시 형태에 있어서도, 무회탄의 고화 공정은, 질소 등의 불활성 가스의 존재하에서 행하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 박막 증류조(9)로부터 뽑아내어진 액체의 무회탄이 공기에 접촉하지 않는 상태에서 형(13)에 유입되도록, 예를 들어 박막 증류조(9)와 형(13)을 관에 의해 접속하고, 관 내에 불활성 가스를 불어 넣는다. 그리고, 액체의 무회탄을 이 관 내를 유하시켜 형(13)에 유입시킨다.

(작용·효과)

고화 수단으로서 소정의 형상의 중공부를 갖는 성형용의 형을 사용함으로써 원하는 형상으로 무회탄을 확실하게 성형할 수 있다. 또한, 예를 들어 형의 변경에 의해 여러 가지 형상의 무회탄을 용이하게 성형할 수 있다.

(제4 실시 형태)

도 4∼도 6을 참조하면서, 제4 실시 형태에 관한 무회탄의 제조 방법에 대해 설명한다. 본 실시 형태에 있어서는, 무회탄 취득 공정에 있어서, 무회탄 중에 잔존하는 용제의 잔존율을 2.0중량％ 이상 50중량％ 이하로 함으로써, 무회탄 중에 용제를 잔존시키고 있다. 즉, 본 실시 형태의 무회탄은, 내부에 용제를 포함하고 있다. 여기서, 용제의 잔존율의 상한값은, 25중량％ 이하가 보다 바람직하고, 10중량％ 이하가 더욱 바람직하다. 또한, 용액으로부터 용제를 거의 100중량％ 분리시키는 종래의 무회탄의 제조 방법에서는, 무회탄 중에 잔존하는 용제의 잔존율은 0∼2중량％이다. 여기서, 무회탄 중에 잔존하는 용제의 잔존율이라 함은, 무회탄과 무회탄 중에 잔존하는 용제의 혼합물에 대한 무회탄 중에 잔존하는 용제의 비율을 의미한다.

무회탄 중에 용제를 잔존시키는 방법으로서는, 용액으로부터 용제를 거의 100중량％(99중량％ 이상) 분리시키는 경우의 온도보다도 낮은 온도에서 증발 분리를 행하는 방법과, 용액으로부터 용제를 거의 100중량％(99중량％ 이상) 분리시키는 경우의 시간보다도 짧은 시간으로 증발 분리를 행하는 방법과, 이들 2개의 방법을 동시에 행하는 방법이 있다. 이들 방법 중, 무회탄의 성상에 미치는 영향이 적다고 하는 관점에서, 용액으로부터 용제를 거의 100중량％ 분리시키는 경우의 온도보다도 낮은 온도에서 증발 분리를 행하는 방법이 보다 바람직하다. 이 방법에 의한 증발 분리의 온도는, 용제의 비점과의 관계로부터, 180∼320℃가 바람직하고, 200∼240℃가 보다 바람직하다. 또한, 용액으로부터 용제를 거의 100중량％ 분리시키는 경우의 증발 분리의 온도는 250∼300℃이다.

무회탄 중에 용제를 잔존시킴으로써, 용제의 분만큼 무회탄의 질량이 증가하므로, 무회탄의 수율이 향상된다. 또한, 후술하는 바와 같이, 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 온도에서, 내부에 용제를 포함하는 무회탄을 액체 핸들링할 수 있게 된다. 또한, 무회탄 중에 잔존하는 용제의 잔존율을 2.0중량％ 이상 10중량％ 이하로 함으로써, 무회탄 중에 용제가 잔존하고 있어도 제철용 코크스의 원료탄으로서 적절하게 사용할 수 있다.

(용제 함유율 측정)

다음으로, 무회탄 취득 공정에 있어서, 용액으로부터 용제를 증발 분리하였을 때의 용제 함유율의 시간 변화를 측정하였다. 구체적으로는, 스팀 튜브 드라이어를 사용하여, 스팀 압력 2.05㎫(215℃)과 스팀 압력 2.55㎫(225℃)의 2 조건에서, 내부에 용제를 5중량％ 포함하는 고체상의 무회탄을 건조시켰다. 그 결과를 도 4에 나타낸다.

건조 개시로부터 12분 경과할 때까지의 동안에 용제 함유율은 크게 저하되고, 그 후의 용제 함유율은 1중량％ 이하로 되었다. 건조 개시로부터 8분 후에서는 용제 함유율이 2중량％이므로, 건조 시간을 단축하면 무회탄에 있어서의 용제 함유율이 상승하고, 무회탄 중에 용제를 잔존시켜 무회탄의 수율을 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 이 측정에서 사용한 무회탄은, 12분 이상에 걸쳐 건조시켜 용제 함유율을 1중량％ 이하로 하면, 원료 석탄으로부터 42.3중량％(dry base)의 수율로 제조된다. 이 무회탄을, 8분의 건조 시간으로 제조하면, 수율이 43.2중량％(dry base)로 향상되었다.

(용제 농도 측정)

다음으로, 무회탄 취득 공정에 있어서, 용액으로부터 용제를 증발 분리하였을 때에 무회탄 중에 잔존하는 용제의 농도를 측정하였다. 구체적으로는, 무회탄 농도가 30중량％인 용액을 160℃로 가열하고, 내벽이 300℃로 가열된 박막 증류 장치에 유입시켰다. 이때, 용액의 유량을, 4.5㎏/h, 9.2㎏/h, 16.9㎏/h, 18.2㎏/h로 다르게 하여 박막 증류 장치에 유입시켰다. 그리고, 박막 증류 장치의 저부로부터 유출된 무회탄의 온도를 측정하고, 스테인리스 용기에 받았다. 스테인리스 용기 상의 무회탄은 즉시 고화되었다. 또한, 박막 증류 장치의 저부로부터 유출된 무회탄 중의 용제의 잔존량을 측정하여, 박막 증류 장치의 출구에 있어서의 무회탄의 온도와 용제 잔존량의 관계에 대해 조사하였다. 박막 증류 장치의 출구에 있어서의 무회탄의 온도와 무회탄 중에 잔존하는 용제의 농도의 관계를 도 5에 나타낸다.

박막 증류 장치의 출구에 있어서의 무회탄의 온도는, 박막 증류 장치에 흘리는 용액의 유량이 많아질수록 낮아진다. 즉, 도 5에 있어서, 무회탄의 온도가 291℃인 점이, 유량이 가장 적은 4.5㎏/h에 대응하고 있고, 무회탄의 온도가 276℃인 점이, 유량이 가장 많은 18.2㎏/h에 대응하고 있다. 그리고, 박막 증류 장치의 출구에 있어서의 무회탄의 온도가 높아질수록, 무회탄 중에 잔존하는 용제의 농도가 낮아지는 것을 알 수 있다. 이것으로부터, 박막 증류 장치의 출구에 있어서의 무회탄의 온도를 낮게 할수록(용액의 유량을 많게 할수록), 무회탄 중에 용제를 잔존시켜, 무회탄의 수율을 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있다. 여기서, 박막 증류 장치의 출구에 있어서의 무회탄의 온도가 276℃로 되는 건조 조건에서 무회탄을 제조한 경우, 내부에 용제를 10중량％ 포함한 무회탄으로 되었다. 또한, 이 측정에서 사용한 무회탄은, 용제 함유율을 1중량％ 이하로 하면, 원료 석탄으로부터 42.3중량％(dry base)의 수율로 제조된다. 이 무회탄을, 박막 증류 장치의 출구에 있어서의 무회탄의 온도가 276℃로 되는 건조 조건에서 제조하면, 수율이 47.0중량％(dry base)로 향상되었다.

(유동도 측정)

다음으로, 내부에 용제를 포함하는 무회탄과, 내부에 용제를 거의 포함하지 않는 무회탄에서, 유동도를 각각 측정하였다. 구체적으로는, 무회탄 취득 공정에 있어서, 플래시법에 의해 용제의 증류 회수를 행할 때에, 플래셔 용기의 내벽을 용제의 비점보다도 고온의 320℃로 가열하고, 플래셔 용기의 내벽면에 용액을 비산시켜, 용제를 증발시킴으로써, 용제 회수를 행하였다. 그리고, 용제 회수에 7시간에 걸쳐 무회탄 A를 얻음과 함께, 용제 회수에 2시간에 걸쳐 무회탄 B를 얻었다. 무회탄 A 중에는 용제가 0.51중량％ 잔존하고 있었던 것에 반해, 무회탄 B 중에는 용제가 23.3중량％ 잔존하고 있었다. 얻어진 무회탄 A 및 무회탄 B에 대해, 기셀러 유동도를 측정하였다. 그 결과를 도 6 및 표 1에 나타낸다.

23.3중량％의 용제를 내부에 포함하는 무회탄 B는, 연화 개시 온도가 150℃이며, 내부에 용제를 거의 포함하지 않는 무회탄 A의 연화 개시 온도인 246℃에 비해 대폭으로 연화 개시 온도가 저하되어 있다. 또한, 내부에 용제를 포함하는 무회탄 B는, 내부에 용제를 거의 포함하지 않는 무회탄 A에 비해, 최고 유동 범위가 넓게 되어 있다. 이것으로부터, 무회탄 중에 액체인 용제를 잔존시킴으로써, 무회탄의 연화 개시 온도가 저하되고, 무회탄의 유동성을 보다 낮은 온도에서 얻을 수 있게 되고, 보다 낮은 온도에서 액체 핸들링할 수 있게 되는 것을 알 수 있다. 또한, 고화 온도에 대해서는, 고화 시에는 용제가 거의 증발해 버리고 있으므로, 무회탄 B와 무회탄 A 사이에 차는 없었다.

(효과)

이상으로 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 무회탄의 제조 방법에 따르면, 분리 공정에서 분리된 용액은 액체이며, 이 용액으로부터 용제를 증발 분리할 때에, 의도적으로 무회탄 중에 액체인 용제를 잔존시킨다. 이 구성에 따르면, 내부에 포함되어 있는 용제의 분만큼 무회탄의 질량이 증가하므로, 무회탄의 수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 무회탄 중에 용제가 잔존하고 있으면, 무회탄의 연화 개시 온도가 저하되므로, 무회탄의 유동성을 보다 낮은 온도에서 얻을 수 있게 되고, 보다 낮은 온도에서 액체 핸들링할 수 있도록 되므로, 무회탄의 핸들링성을 향상시킬 수 있다.

또한, 무회탄 중에 잔존하는 용제의 잔존율을 2.0중량％ 이상 10중량％ 이하로 함으로써, 제철용 코크스의 원료탄으로서 사용 가능한 무회탄을 얻을 수 있다.

또한, 용액으로부터 용제를 99중량％ 이상 분리시키는 경우의 온도보다도 낮은 온도에서 증발 분리를 행함으로써, 무회탄의 성상에 미치는 영향을 억제하면서, 무회탄 중에 용제를 적절하게 잔존시킬 수 있다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 특허청구범위에 기재한 한에 있어서 다양하게 변경하여 실시하는 것이 가능한 것이다.

1 : 석탄 호퍼
2 : 용제 탱크
3 : 슬러리 조제조
4 : 이송 펌프
5 : 예열기
6 : 추출조
7 : 중력 침강조
8 : 필터 유닛
9 : 박막 증류조
10 : 용제 분리기
11 : 수조
100 : 무회탄 제조 설비

Claims (10)

1. 석탄과 용제를 혼합하여 얻어지는 슬러리를 가열하여 용제에 가용인 석탄 성분을 추출하는 추출 공정과,
   상기 추출 공정에서 얻어진 슬러리로부터 용제에 가용인 석탄 성분을 포함하는 용액을 분리하는 분리 공정과,
   상기 분리 공정에서 분리된 용액으로부터 용제를 증발 분리하여 무회탄을 얻는 무회탄 취득 공정을 구비하는, 무회탄의 제조 방법에 있어서,
   상기 무회탄 취득 공정에서, 상기 용액으로부터 용제를 증발 분리시켜 액체의 무회탄으로 하고, 얻어진 액체의 무회탄을 고화 수단에 접촉시킴으로써 소정의 형상으로 고화시키는 것을 특징으로 하는, 무회탄의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 무회탄 취득 공정에서, 액체의 무회탄이 액체의 상태를 유지하도록 상기 용액을 가열하면서 당해 용액으로부터 용제를 증발 분리시키는 것을 특징으로 하는, 무회탄의 제조 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 무회탄 취득 공정에 있어서의 용제의 증발 분리에 박막 증류법을 이용하는 것을 특징으로 하는, 무회탄의 제조 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 고화 수단은, 무회탄이 유동성을 나타내는 온도보다도 낮은 온도로 되어 있는 것을 특징으로 하는, 무회탄의 제조 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 무회탄 취득 공정에서, 불활성 가스의 존재하에서 상기 고화 수단에 액체의 무회탄을 접촉시킴으로써, 당해 액체의 무회탄을 고화시키는 것을 특징으로 하는, 무회탄의 제조 방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 고화 수단은 물이며,
   상기 무회탄 취득 공정에서, 액체의 무회탄을 물 속에 넣음으로써, 당해 액체의 무회탄을 고화시키는 것을 특징으로 하는, 무회탄의 제조 방법.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 고화 수단은, 벨트 컨베이어의 벨트이며,
   상기 무회탄 취득 공정에서, 상기 벨트에 액체의 무회탄을 접촉시킴으로써, 당해 액체의 무회탄을 고화시키는 것을 특징으로 하는, 무회탄의 제조 방법.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 고화 수단은, 소정의 형상의 중공부를 갖는 성형용의 형이며,
   상기 무회탄 취득 공정에서, 상기 형의 중공부에 액체의 무회탄을 유입시킴으로써, 당해 액체의 무회탄을 고화시키는 것을 특징으로 하는, 무회탄의 제조 방법.
9. 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 용액을 분리하는 분리 공정과,
   상기 분리 공정에서 분리된 용액으로부터 용제를 증발 분리하여 무회탄을 얻는 무회탄 취득 공정을 구비하고,
   상기 무회탄 취득 공정에 있어서, 상기 무회탄 중에 상기 용제를 잔존시키는 것을 특징으로 하는, 무회탄의 제조 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 무회탄 중에 잔존하는 용제의 잔존율을 2.0중량％ 이상 10중량％ 이하로 하는 것을 특징으로 하는, 무회탄의 제조 방법.

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