WO2015098505A1 - 無灰炭の製造方法 - Google Patents

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吉田 拓也
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    • C10L2290/544Extraction for separating fractions, components or impurities during preparation or upgrading of a fuel

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing ashless coal.
  • Patent Document 1 there is a method for producing ashless coal (for example, Patent Document 1).
  • the method for producing ashless coal described in Patent Document 1 is as follows (see claim 1 of the same document).
  • Slurry preparation step for preparing a slurry by mixing a solvent and coal an extraction step for extracting a coal component soluble in a solvent by heating the slurry obtained in the slurry preparation step, and the extraction
  • a method of circulating the recovered solvent to the slurry preparation step is a method for circulating the recovered solvent to the slurry preparation step.
  • the method for producing ashless coal described in Patent Document 1 includes the step of obtaining ashless coal by recovering a solvent from a slurry containing a coal component insoluble in the solvent separated in the separation step. Yes (this process is called “ashless coal acquisition process”).
  • the solvent recovered in the ashless charcoal acquisition step is at a high temperature (for example, 270 ° C.).
  • the method for producing ashless coal described in Patent Document 1 includes “an extraction step in which the slurry obtained in the slurry preparation step is heated to extract a coal component soluble in a solvent”. The slurry supplied to the extraction process is heated (preheated) before the extraction process.
  • the thermal energy of the solvent (high temperature side fluid) recovered in the ashless coal acquisition process as a heating source for the slurry (low temperature side fluid) supplied to the extraction process.
  • the heating of the low temperature side fluid by the high temperature side fluid may be performed in a heat exchanger.
  • the present invention provides a method for producing ashless coal that can effectively use the heat energy generated in the production process of ashless coal by efficiently performing heat exchange between coal and solvent and heat exchange between slurry and solvent.
  • the purpose is to provide.
  • the method for producing ashless coal of the present invention comprises a slurry preparation step of mixing coal and a solvent to prepare a slurry, dehydrating coal contained in the slurry, and raising the temperature of the slurry, and the slurry preparation step An extraction step for extracting the coal component soluble in the solvent by heating the slurry obtained in the above, a solution containing the coal component soluble in the solvent, and a coal insoluble in the solvent, the slurry obtained in the extraction step
  • the separation process of separating into a solid concentrate in which the components are concentrated the ashless coal acquisition process for obtaining ashless coal by evaporating and separating the solvent from the solution separated in the separation process, and the ashless coal acquisition process
  • a solvent liquid circulated in the circulation step and coal are mixed to prepare a slurry and dehydrate the coal, and a solvent vapor circulated in the circulation step.
  • heat energy generated in the process of producing ashless coal can be effectively used by efficiently performing heat exchange between coal and solvent and heat exchange between slurry and solvent.
  • FIG. 1 is a schematic view of an ashless coal production apparatus 1. It is the schematic of the ashless coal manufacturing apparatus 101 of a comparative example.
  • the ashless coal manufacturing apparatus 1 in which the manufacturing method of ashless coal and the manufacturing method of ashless coal are performed is demonstrated.
  • the ashless coal production apparatus 1 is an apparatus for producing ashless coal (HPC: Hyper-coal) by removing ash from raw material coal (also simply referred to as “coal”).
  • the ashless coal production apparatus 1 includes coal / slurry processing devices 11 to 37, circulation paths 41 to 46, and circulation path devices 51 to 91.
  • the coal / slurry processing devices 11 to 37 are devices for processing coal and slurry (described later).
  • the coal / slurry processing apparatuses 11 to 37 include a coal supply line 11 and a steam discharge device 13. Further, the coal / slurry processing devices 11 to 37 are, in order from the upstream side of the ashless coal production process, the slurry preparation device 20, the preheater 31, the extraction tank 33, the separation device 35, the solvent recovery device 37, and the like. .
  • the coal supply line 11 supplies coal to the slurry preparation device 20 (coal supply process).
  • the coal supply line 11 supplies coal from a feeder or the like (not shown) to a preparation dewatering tank 21 (described later) of the slurry preparation device 20.
  • This coal is, for example, bituminous coal or low-grade coal (brown coal, subbituminous coal).
  • Bituminous coal has a higher extraction rate (ratio of soluble components of coal extracted into solvent) than low-grade coal.
  • Low-grade coal is less expensive than bituminous coal.
  • the steam discharge device 13 discharges steam generated in the preparation dehydration tank 21 (described later) from the coal supply line 11 by flowing purge gas into the coal supply line 11 (steam discharge step).
  • the purge gas is a gas in a gas state in the coal supply line 11, and is, for example, nitrogen (purge nitrogen).
  • the steam discharge device 13 is provided to suppress the problem of blockage of the coal supply line 11.
  • the “occlusion problem” may occur as follows. Steam is generated as a result of heating and dewatering of coal in the preparation dewatering tank 21 (described later). Most of the vapor is water vapor, and a part of the vapor is solvent vapor (a gaseous solvent).
  • the steam discharge device 13 includes a valve 13a and a purge gas supply device 13b.
  • the valve 13a is disposed on the coal supply line 11. By opening and closing the valve 13a, the flow of substances (coal, steam, and purge gas) passing through the coal supply line 11 is controlled. It is preferable that a plurality of (for example, two) valves 13 a are arranged in series on the coal supply line 11. When a plurality of valves 13 a are arranged on the coal supply line 11, it is possible to further suppress the entry of steam into the coal supply line 11 compared to the case where only one valve 13 a is arranged.
  • the valve 13a is a rotary valve, for example.
  • the purge gas supply device 13b supplies purge gas into the coal supply line 11 (purge gas supply process).
  • the purge gas supply device 13b supplies purge gas between the two valves 13a.
  • the slurry preparation device 20 mixes coal and a solvent to prepare a slurry (coal-solvent slurry), and dehydrates and raises the temperature of the slurry (slurry preparation step).
  • the solvent supplied to the slurry preparation device 20 dissolves coal. It is preferable that this solvent has a high ratio (extraction rate) of soluble components of coal extracted in the extraction tank 33. From the viewpoint of extraction rate, this solvent is preferably stable even in a heated state, and preferably has a large dissolving power for coal (excellent affinity with coal). This solvent preferably has a high solvent recovery rate in the solvent recovery device 37. From the viewpoint of the solvent recovery rate, it is preferable that this solvent can be easily recovered by a method such as distillation. The boiling point of the solvent is preferably, for example, 180 to 300 ° C., more preferably 230 to 280 ° C.
  • This solvent is, for example, a coal derivative.
  • This solvent is mainly refined from the dry distillation product of coal.
  • This solvent is, for example, a solvent containing an aromatic compound (aromatic solvent).
  • the main component of this solvent is a bicyclic aromatic. Examples of the bicyclic aromatic are naphthalene, methylnaphthalene, dimethylnaphthalene, trimethylnaphthalene, and the like.
  • the solvent is naphthalenes, anthracenes, fluorenes each having an aliphatic side chain, or alkylbenzene having biphenyl or a long aliphatic side chain added thereto.
  • the solvent is methyl naphthalene oil or naphthalene oil.
  • Methyl naphthalene oil and naphthalene oil are distillate oils by-produced when coke is produced by dry distillation of coal.
  • the slurry preparation device 20 includes a preparation dehydration tank 21 and a preparation temperature raising device 23.
  • the preparation dehydration tank 21 performs slurry preparation and coal dehydration by mixing a solvent solution (a solvent in a liquid state) and coal (preparation dehydration step).
  • the solvent liquid supplied to the preparation dehydration tank 21 is a solvent liquid circulated through a part of the circulation paths 41 to 46.
  • Coal supplied to the preparation dehydration tank 21 is supplied from the coal supply line 11. Mixing of the solvent liquid and coal in the preparation dehydration tank 21 is performed, for example, by putting coal into the solvent liquid in the preparation dehydration tank 21.
  • a slurry is prepared by mixing the solvent liquid and coal in the preparation dehydration tank 21.
  • the S / C (Slurry / Coal; the ratio of the mass of the slurry to the mass of the dry coal) of the slurry prepared in the preparation dewatering tank 21 is, for example, about 2.0.
  • This preparation dehydration tank 21 dehydrates coal as follows.
  • the preparation dewatering tank 21 directly contacts the solvent liquid and the coal by mixing the solvent liquid and the coal.
  • the preparation dehydration tank 21 causes heat exchange directly between the solvent liquid and the coal by this direct contact.
  • the preparation dehydration tank 21 raises the temperature of coal by this heat exchange, and evaporates moisture (coal-containing water) in the coal.
  • the temperature of the solvent liquid supplied to the preparation dehydration tank 21 is equal to or higher than the temperature necessary for this dehydration and is lower than the boiling point of the solvent.
  • the temperature of the solvent liquid supplied to the preparation dehydration tank 21 is, for example, 230 ° C. or higher, preferably 235 ° C. or higher, for example, 240 ° C. or lower.
  • the temperature of the solvent liquid supplied to the preparation dehydration tank 21 is 237 ° C. in the example shown in FIG. 1 (refer to FIG. 1 below for specific examples of temperature).
  • the preparation temperature raising device 23 prepares the slurry and raises the temperature by mixing the solvent vapor and the slurry (preparation temperature raising step).
  • the preparation heating device 23 adjusts the concentration of the slurry so that the inlet concentration of the extraction tank 33 is obtained.
  • the inlet concentration of the extraction tank 33 is set in advance. There is no need to provide a device for adjusting the concentration of the slurry between the preparation heating device 23 and the extraction tank 33, and the ashless coal manufacturing apparatus 1 does not have such a device.
  • the S / C of the slurry prepared by the preparation heating device 23 is, for example, about 4.0.
  • the preparation temperature raising device 23 raises the temperature of the slurry to the inlet temperature of the device to which the slurry is supplied next to the slurry preparation device 20 (hereinafter referred to as “device after slurry preparation”).
  • the inlet temperature of the “post-slurry equipment” is set in advance.
  • the “post-slurry equipment” is specifically the preheater 31, and the extraction tank 33 when the preheater 31 is not provided. There is no need to provide a device for adjusting the temperature of the slurry between the preparation temperature raising device 23 and the “post-slurry device”, and the ashless coal production apparatus 1 does not have such a device.
  • the preparation temperature raising device 23 includes a venturi scrubber 23a and a preparation temperature raising tank 23b.
  • the venturi scrubber 23a mixes solvent vapor and slurry (first preparation heating step).
  • the solvent vapor supplied to the venturi scrubber 23a is solvent vapor circulated by a part of the circulation paths 41 to 46 (details will be described later).
  • the slurry supplied to the venturi scrubber 23 a is supplied from the preparation dehydration tank 21.
  • the slurry supplied to the venturi scrubber 23a is a slurry after being prepared and dehydrated in the preparation dewatering tank 21.
  • the venturi scrubber 23a directly mixes the slurry and the solvent vapor by mixing the slurry and the solvent vapor.
  • the venturi scrubber 23a directly exchanges heat between the solvent vapor and the slurry by this direct contact.
  • the venturi scrubber 23a uses the latent heat of the solvent vapor (using the heat generated when the solvent vapor condenses) to heat the slurry.
  • the venturi scrubber 23a dehydrates the coal in the slurry by heating the slurry.
  • the venturi scrubber 23a makes the slurry fine particles and mixes the fine particle slurry and solvent vapor.
  • the venturi scrubber 23a increases the flow rates of the fine particle slurry and the solvent vapor, and generates a shearing force between the fine particle slurry and the solvent vapor, thereby mixing the fine particle slurry and the solvent vapor.
  • an apparatus other than the venturi scrubber that mixes the solvent vapor and the slurry may be used.
  • the “apparatus other than the venturi scrubber” include a static mixer. The static mixer stirs and mixes the particulate slurry and the solvent vapor by an element (a member formed by twisting a plate, a screw-like member) disposed inside the tube.
  • Preparation warming tank 23b further mixes the mixture mixed with venturi scrubber 23a (second preparation warming step).
  • the preparation temperature rising tank 23b further heat-exchanges a slurry and a solvent by this mixing.
  • the inside of the preparation heating tank 23b is pressurized so as to suppress the vaporization (solvent vapor loss) of the solvent, and is pressurized to, for example, 50 kPaG.
  • the preheater 31 preheats the slurry prepared by the preparation temperature raising device 23 (by the slurry preparation device 20) before being supplied to the extraction tank 33 (preheating step). Note that the preheater 31 may not be provided.
  • the extraction tank 33 heats the slurry obtained by the slurry preparation device 20 to extract a coal component (solvent soluble component) soluble in the solvent (extraction process).
  • the extraction tank 33 extracts organic components in the coal. Details of this extraction are as follows.
  • the slurry supplied to the extraction tank 33 is heated and held at a predetermined temperature (described later) while being stirred by a stirrer provided in the extraction tank 33.
  • a solvent soluble component is extracted from a slurry.
  • the extract includes not only a solvent-soluble component but also a component insoluble in a solvent (a solvent-insoluble component) (for example, ash).
  • the heating temperature of the slurry in the extraction tank 33 is a temperature at which the solvent-soluble component can be dissolved in the solvent.
  • the heating temperature of the slurry is, for example, 300 ° C. or higher, preferably 360 ° C. or higher.
  • the heating temperature of the slurry is, for example, 420 ° C. or less, preferably 400 ° C. or less.
  • the heating temperature of the slurry is less than 300 ° C., it is insufficient to weaken the bond between coal molecules, so that the amount of the solvent-soluble component dissolved in the solvent becomes low.
  • the heating temperature of the slurry exceeds 420 ° C., the pyrolysis reaction of coal becomes active, and recombination of the generated pyrolysis radicals occurs, so that the extraction rate of solvent-soluble components decreases.
  • the extraction performed in the extraction tank 33 is preferably performed in the presence of an inert gas (for example, inexpensive nitrogen is preferable).
  • an inert gas for example, inexpensive nitrogen is preferable.
  • the pressure in the extraction tank 33 pressure applied to the solvent and slurry, operation pressure
  • the pressure in the extraction tank 33 is preferably 1.0 to 2.0 MPa, although it depends on the temperature at the time of extraction and the vapor pressure of the solvent used.
  • the separation device 35 is a slurry containing the coal component soluble in the solvent (solution part, supernatant liquid, overflow) and a solid content concentrate in which the coal component insoluble in the solvent is concentrated. Underflow) (separation process).
  • the separation method include a gravity sedimentation method, a filtration method, and a centrifugal separation method.
  • Gravity sedimentation is a method in which a slurry is held in a tank and a solvent-insoluble component is settled using gravity to separate the solution into a solid concentrate.
  • the inside of the separation device 35 is kept warm (or heated) and pressurized.
  • the temperature in the separation device 35 is, for example, 300 to 380 ° C.
  • the pressure in the separation device 35 is, for example, 1.0 to 3.0 MPa.
  • the separation device 35 is, for example, a two-stage type (the number of gravity settling tanks is 2).
  • the two-stage separation device 35 includes a first gravity settling tank 35a and a second gravity settling tank 35b.
  • the separation device 35 may be a one-stage type (the number of gravity settling tanks is 1).
  • the separation device 35 completely separates the supernatant liquid and the solid concentrate, but solids (coal components insoluble in the solvent) are mixed in a part of the finished liquid, In some cases, the supernatant is mixed with a part of the solid concentrate.
  • the solvent recovery device 37 recovers the solvent from the solution separated by the separation device 35.
  • the solvent recovery device 37 is a device for obtaining ashless coal or by-product coal (described later) from the solution separated by the separation device 35.
  • the solvent recovery device 37 includes a first solvent recovery device 37a and a second solvent recovery device 37b.
  • the first solvent recovery device 37a is a device for obtaining ashless coal (HPC) by evaporating and separating the solvent from the solution separated by the separation device 35 (device for performing an ashless coal acquisition step).
  • Ashless charcoal is charcoal that has no moisture and contains almost no ash. Ash content contained in ashless coal is 5% by weight or less, preferably 3% by weight or less. Ashless coal has a higher calorific value than coal as a raw material, and has good ignitability and burn-out properties. Therefore, ashless coal is used as a highly efficient fuel such as a boiler. Ashless coal has higher fluidity (softening and melting property) than raw coal, and is used, for example, as a raw material for iron-making coke or a part of raw material (blended coal).
  • Examples of the method for evaporating and separating the solvent performed in the first solvent recovery device 37a include a distillation method and an evaporation method.
  • Examples of the evaporation method include a spray drying method.
  • Examples of the distillation method include a flash distillation method and a thin film distillation method.
  • recovery apparatus 37a is a flash tank (flasher) for performing flash distillation method.
  • recovery apparatus 37a is a thin film distillation tank for performing a thin film distillation method.
  • recovery apparatus 37a is an apparatus provided with a flash tank and a thin film distillation tank (it arrange
  • Flash method Evaporative separation of the solvent by the flash method is performed as follows.
  • the pressure in the flash tank is set to a lower pressure (for example, 70 kPaG) than in the separation device 35.
  • the solution separated by the separation device 35 is ejected into the flash tank.
  • the solvent in the solution is evaporated and separated from the solution.
  • recovery apparatus 37a may be equipped with a flash distillation tank and the thin film distillation tank of the downstream side of a flash distillation tank. In this case, the temperature of the solution decreases due to distillation in the flash tank. Therefore, in order to properly evaporate the solvent in the thin film distillation tank, the wall surface of the thin film distillation tank is heated.
  • the second solvent recovery device 37b is a device (by-product coal) for obtaining by-product coal (RC; Residue coal) (also called residual coal) by evaporating and separating the solvent from the solid concentrate separated by the separation device 35.
  • By-product charcoal is charcoal enriched with solvent-insoluble components (such as ash), and is used, for example, as part of a blended coal as a raw material for coke.
  • a method for evaporating and separating the solvent in the second solvent recovery device 37b there are a distillation method, an evaporation method, and the like, similarly to the method for evaporating and separating the solvent in the first solvent recovery device 37a.
  • recovery apparatus 37b does not need to be provided.
  • Circulation paths 41 to 46 circulate the solvent evaporated and separated by the solvent recovery device 37 or the like (circulation process).
  • the circulation paths 41 to 46 are flow paths (piping) for reusing the solvent.
  • the circulation paths 41 to 46 include a first circulation path 41, a second circulation path 42, a third circulation path 43, a fourth circulation path 44, a fifth circulation path 45, and a sixth circulation path 46. Prepare.
  • the first circulation path 41 circulates the solvent evaporated and separated by the first solvent recovery device 37a to the preparation dehydration tank 21 (first circulation step).
  • the first circulation path 41 introduces the solvent taken out from the top of the first solvent recovery device 37 a into the preparation dehydration tank 21.
  • the second circulation path 42 circulates the solvent evaporated and separated by the first solvent recovery device 37a to the preparation heating device 23 (second circulation step).
  • the second circulation path 42 circulates the solvent evaporated and separated by the first solvent recovery device 37a to the venturi scrubber 23a.
  • the second circulation path 42 circulates the solvent evaporated and separated by the first solvent recovery device 37a directly to the venturi scrubber 23a (without performing heat recovery or temperature increase).
  • the sum of the pipe pressure loss (for example, 20 kPaG) in the second circulation path 42 and the operating pressure (for example, 50 kPaG) in the venturi scrubber 23a is equal to the operating pressure (for example, 70 kPaG) in the first solvent recovery device 37a. Therefore, the operating pressure in the first solvent recovery device 37a is set based on the sum of the operating pressure in the venturi scrubber 23a and the pipe pressure loss in the second circulation path 42.
  • the third circulation path 43 circulates the solvent evaporated and separated by the first solvent recovery device 37a to the separation device 35 (third circulation step).
  • the third circulation path 43 circulates the solvent evaporated and separated by the first solvent recovery device 37a to the second gravity settling tank 35b.
  • Supply of the solvent (high-temperature solvent condensate) from the third circulation path 43 to the second gravity settling tank 35b provides the necessary amount of solvent supply to the second gravity settling tank 35b.
  • the fourth circulation path 44 circulates the solvent evaporated and separated by the second solvent recovery device 37b to the preparation dehydration tank 21 (fourth circulation step).
  • the fourth circulation path 44 introduces the solvent taken out from the top of the second solvent recovery device 37 b into the preparation dehydration tank 21.
  • the steam introduced from the second solvent recovery device 37b into the fourth circulation path 44 includes not only the solvent but also nitrogen.
  • the fifth circulation path 45 circulates the steam generated in the slurry preparation device 20 to the preparation dehydration tank 21 (fifth circulation step).
  • the steam generated in the slurry preparation device 20 contains a solvent and water, and contains more water than the solvent.
  • the fifth circulation path 45 circulates the steam generated in the preparation dehydration tank 21 to the preparation dehydration tank 21.
  • the fifth circulation path 45 circulates the steam generated in the preparation heating tank 23 b to the preparation dehydration tank 21.
  • the sixth circulation path 46 circulates the solvent vapor generated in the extraction tank 33 to the preparation dehydration tank 21 (sixth circulation step).
  • Circulation path devices 51 to 91 are devices arranged on the circulation paths 41 to 46 (except on the second circulation path 42).
  • the circulation path devices 51 to 91 include the following devices.
  • a device disposed on the first circulation path 41 includes a recovered solvent tank 51.
  • the devices arranged on the third circulation path 43 include an exhaust heat recovery boiler 61, a heat exchanger 63, and a preheater 65 in order from the upstream side.
  • the devices arranged on the fourth circulation path 44 include, in order from the upstream side, a bag filter 71, an exhaust heat recovery boiler 73, a cooler 75, a heat exchanger 77, and a recovery solvent tank 51.
  • the devices arranged on the fifth circulation path 45 include a cooler 81, an oil / water separation tank 83, a heat exchanger 77, and a recovery solvent tank 51 in this order from the upstream side.
  • the equipment arranged on the sixth circulation path 46 includes, in order from the upstream side, an oil temperature riser 91, a heat exchanger 63, a heat exchanger 77, an oil / water separation tank 83, a heat exchanger 77, and a recovered solvent tank 51. There is.
  • the recovery solvent tank 51 prepares a solvent liquid to be supplied to the preparation dehydration tank 21 (solvent liquid preparation step).
  • the solvent supplied to the recovered solvent tank 51 is a solvent (solvent vapor) passing through the first circulation path 41, and more specifically, the solvent vapor evaporated and separated by the first solvent recovery device 37a.
  • the solvent vapor evaporated and separated by the first solvent recovery device 37a is directly supplied to the recovery solvent tank 51 (without heat recovery or temperature rise).
  • the solvent supplied to the recovery solvent tank 51 is a solvent that flows through the fourth circulation path 44, the fifth circulation path 45, and the sixth circulation path 46, and more specifically, in a heat exchanger 77 (described later). It is a solvent liquid after heat exchange.
  • the exhaust heat recovery boiler 61 recovers the heat of the solvent flowing through the third circulation path 43 (third circulation path exhaust heat recovery process).
  • the solvent supplied to the exhaust heat recovery boiler 61 is a solvent (solvent vapor) passing through the third circulation path 43, and more specifically, the solvent vapor evaporated and separated by the first solvent recovery device 37a.
  • the solvent vapor evaporated and separated by the first solvent recovery device 37a is directly supplied to the exhaust heat recovery boiler 61.
  • the exhaust heat recovery boiler 61 uses the thermal energy of the solvent supplied to the exhaust heat recovery boiler 61 to produce saturated steam (steam).
  • the exhaust heat recovery boiler 61 reduces the temperature of the solvent vapor supplied to the exhaust heat recovery boiler 61 and condenses the solvent vapor.
  • the exhaust heat recovery boiler 61 produces, for example, 19.30 t / h of saturated steam of 2.2 MPaG, for example.
  • the exhaust heat recovery boiler 61 may be replaced with an exhaust heat recovery device other than the boiler.
  • the point which may be replaced with an exhaust heat recovery device other than the boiler is the same for the exhaust heat recovery boiler 73 and the like which will be described later.
  • Examples of the exhaust heat recovery device other than the boiler include a device for heating hot oil (see an oil temperature raising device 91 described later).
  • the heat exchanger 63 raises the temperature of the solvent flowing through the third circulation path 43 (third circulation path temperature raising step).
  • the low temperature side fluid (temperature rising side fluid) supplied to the heat exchanger 63 is a solvent flowing through the third circulation path 43, and more specifically, a solvent liquid after heat exchange in the exhaust heat recovery boiler 61. is there.
  • the high temperature side fluid (temperature raising side fluid) supplied to the heat exchanger 63 is a solvent flowing through the sixth circulation path 46, and more specifically, the solvent after heat recovery in the oil temperature increasing device 91 (described later). (Solvent vapor).
  • the preheater 65 preheats the solvent flowing through the third circulation path 43 before being supplied to the separation device 35 (third circulation path preheating step).
  • the solvent supplied to the preheater 65 is a solvent (solvent liquid) after heat exchange in the heat exchanger 63.
  • the preheater 65 raises the temperature of the solvent to a required temperature in the separation device 35 (second gravity settling tank 35b).
  • the bag filter 71 filters the solvent and the like flowing through the fourth circulation path 44 (filtration process).
  • the solvent supplied to the bag filter 71 is a solvent (solvent vapor) evaporated and separated by the second solvent recovery device 37b.
  • the exhaust heat recovery boiler 73 recovers the heat of the solvent flowing through the fourth circulation path 44 (fourth circulation path exhaust heat recovery step).
  • the solvent supplied to the exhaust heat recovery boiler 73 is a solvent (solvent vapor) that has been filtered by the bag filter 71.
  • the exhaust heat recovery boiler 73 produces saturated steam using the thermal energy of the solvent.
  • the exhaust heat recovery boiler 73 produces, for example, 6.03 t / h of saturated steam of 0.70 MPaG, for example.
  • the cooler 75 cools the solvent flowing through the fourth circulation path 44 (fourth circulation path cooling step).
  • the cooler 75 cools the solvent using, for example, cooling water.
  • the solvent supplied to the cooler 75 is a solvent (solvent vapor) heat recovered by the exhaust heat recovery boiler 73.
  • the cooler 75 cools and condenses the solvent vapor supplied to the cooler 75.
  • the heat exchanger 77 raises the temperature of the solvent flowing through the fourth circulation path 44 (fourth circulation path temperature raising step).
  • the heat exchanger 77 raises the temperature of the solvent flowing through the fifth circulation path 45 (fifth circulation path temperature raising step).
  • the heat exchanger 77 raises the temperature of the solvent flowing through the sixth circulation path 46 (sixth circulation path temperature raising step).
  • the low temperature side fluid supplied to the heat exchanger 77 is a solvent flowing through the fourth circulation path 44, and more specifically, a solvent (solvent liquid) after being cooled by the cooler 75.
  • the low temperature side fluid supplied to the heat exchanger 77 is a solvent flowing through the fifth circulation path 45 and the sixth circulation path 46, and more specifically, the solvent (solvent after oil-water separation in the oil-water separation tank 83 (described later). Liquid).
  • the high temperature fluid supplied to the heat exchanger 77 is a solvent that flows through the sixth circulation path 46. More specifically, after the heat exchange in the heat exchanger 63, the solvent before the oil / water separation in the oil / water separation tank 83 ( Solvent vapor).
  • the cooler 81 cools the steam (steam containing solvent and water as described above) flowing through the fifth circulation path 45 (fifth circulation path cooling step).
  • the cooler 81 cools the steam using, for example, cooling water.
  • the cooler 81 cools and condenses the steam.
  • the oil / water separation tank 83 separates the solvent (oil) and water from the fluid flowing through the fifth circulation path 45 and the like (oil / water separation step).
  • the fluid supplied to the oil / water separation tank 83 is a fluid flowing through the fifth circulation path 45, and more specifically, a liquid after cooling in the cooler 81.
  • the fluid supplied to the oil / water separation tank 83 is a fluid flowing through the sixth circulation path 46, and more specifically, a solvent (solvent liquid) after heat exchange in the heat exchanger 77.
  • the water separated in the oil / water separation tank 83 is discharged from the oil / water separation tank 83 as waste water (WW; waste water).
  • the oil temperature riser 91 raises the temperature of hot oil using the thermal energy of the solvent (solvent vapor) flowing through the sixth circulation path 46 (oil temperature raising step).
  • the solvent supplied to the oil temperature riser 91 is solvent vapor generated in the extraction tank 33.
  • the hot oil heated by the oil temperature increaser 91 is used as a heat source for other processes.
  • This hot oil is used as a heat source of the solvent recovery device 37, for example.
  • This hot oil is used, for example, for heating the wall surface of the thin film distillation tank of the solvent recovery device 37 as described above.
  • the oil temperature raising device 91 may be replaced with an exhaust heat recovery device (for example, a boiler or the like) other than a device for raising the temperature of hot oil.
  • Comparison example ashless coal production apparatus 101 In order to perform comparison of “comparison of utility amount” described later, the ashless coal production apparatus 101 of the comparative example shown in FIG. 2 will be described. Differences between the ashless coal production apparatus 101 and the ashless coal production apparatus 1 (see FIG. 1) (differences affecting the comparison of utility amounts) are as follows: [Difference a] to [Difference e] . In addition, the same code
  • the ashless coal manufacturing apparatus 1 illustrated in FIG. 1 includes a preparation dehydration tank 21 and a preparation temperature raising device 23. Instead of these, the ashless coal production apparatus 101 shown in FIG. 2 includes a slurry preparation tank 121, a dehydration tank 122, and a temperature raising tank 123 in order from the upstream side.
  • the slurry preparation tank 121 prepares a slurry by mixing coal and a solvent.
  • the dehydration tank 122 dehydrates the coal in the slurry prepared in the slurry preparation tank 121.
  • the temperature raising tank 123 raises the temperature of the slurry after dehydration in the dehydration tank 122.
  • the ashless coal production apparatus 1 shown in FIG. 1 includes the steam discharge device 13 on the coal supply line 11, but the ashless coal production apparatus 101 shown in FIG. 2 does not include the steam discharge device 13 (see FIG. 1). . Therefore, the “clogging problem” (described above) of the coal supply line 11 cannot be suppressed by the steam discharge device 13. Therefore, in order to avoid evaporation of moisture in the coal in the slurry preparation tank 121, the solvent supplied to the slurry preparation tank 121 is cooled (for example, 107 ° C.). Specifically, the solvent is cooled by the following configurations and processes of [Difference c] to [Difference e].
  • the ashless coal manufacturing apparatus 101 includes a first circulation path 141.
  • the first circulation path 141 is a flow path corresponding to the first circulation path 41 and the second circulation path 42 of the ashless coal manufacturing apparatus 1 shown in FIG.
  • a first circulation path 141 shown in FIG. 2 is a flow path for supplying the solvent vapor evaporated and separated by the first solvent recovery device 37 a to the slurry preparation tank 121.
  • the dehydration tank 122 and the temperature rising tank 123 are arrange
  • the first circulation path 141 causes the solvent (solvent vapor) evaporated and separated by the first solvent recovery device 37 a to flow into the dehydration tank 122 and the temperature raising tank 123.
  • the solvent flowing through the first circulation path 141 and the slurry in the dehydration tank 122 and the temperature raising tank 123 indirectly exchange heat. That is, the heat energy of the solvent vapor evaporated and separated by the first solvent recovery device 37a is used as a heating source for dehydration and temperature rise of the slurry in the dehydration tank 122 and the temperature raising tank 123.
  • the ashless coal manufacturing apparatus 101 includes an exhaust heat recovery boiler 153 and a cooler 155.
  • the exhaust heat recovery boiler 153 and the cooler 155 are disposed in the first circulation path 141.
  • the exhaust heat recovery boiler 153 uses the thermal energy of the solvent (solvent liquid) after the heat exchange in the temperature raising tank 123 to produce saturated steam.
  • the exhaust heat recovery boiler 153 produces 8.18 t / h of saturated steam of 0.50 MPaG.
  • the cooler 155 cools the solvent (solvent liquid) after heat recovery in the exhaust heat recovery boiler 153 using cooling water.
  • the ashless coal production apparatus 101 includes an exhaust heat recovery boiler 193 and a cooler 195.
  • the exhaust heat recovery boiler 193 and the cooler 195 are disposed on the sixth circulation path 46.
  • the sixth circulation path 46 circulates the steam generated in the extraction tank 33 to the slurry preparation tank 121.
  • the exhaust heat recovery boiler 193 produces saturated steam by using the thermal energy of the solvent (solvent vapor) after the hot oil is heated by the oil heater 91.
  • the exhaust heat recovery boiler 193 produces 1.72 t / h of 0.5 MPaG saturated steam.
  • the cooler 195 cools the solvent (solvent liquid) after heat recovery in the exhaust heat recovery boiler 193 using cooling water. Note that the exhaust heat recovery boiler 73 of the ashless coal production apparatus 101 produces 6.88 t / h of 0.50 MPaG saturated steam.
  • the amount of saturated steam generated in the ashless coal production apparatus 1 shown in FIG. 1 is the total amount of saturated steam produced by the exhaust heat recovery boiler 61 and the exhaust heat recovery boiler 73.
  • the amount of saturated steam generated in the ashless coal production apparatus 101 shown in FIG. 2 is the total amount of saturated steam produced by the exhaust heat recovery boiler 153, the exhaust heat recovery boiler 193, and the exhaust heat recovery boiler 73. From the above comparison results, it can be seen that when the ashless coal production apparatus 1 shown in FIG. 1 is used, the amount of steam that can be recovered by the exhaust heat recovery boiler can be increased as compared with the comparative example.
  • the amount of cooling water used in the ashless coal production apparatus 1 is the total amount of cooling water used in the cooler 75 and the cooler 81.
  • the amount of cooling water used in the ashless coal production apparatus 101 shown in FIG. 2 is the total amount of cooling water used in the cooler 155, the cooler 195, and the cooler 75. From the above comparison results, it can be seen that when the ashless coal production apparatus 1 shown in FIG. 1 is used, the amount of cooling water used in the cooler can be reduced as compared with the comparative example. As a result, the running cost of the ashless coal manufacturing apparatus 1 can be reduced as compared with the comparative example.
  • the ashless coal production method includes a slurry preparation step (slurry preparation device 20), an extraction step (extraction tank 33), a separation step (separation device 35), and an ashless coal acquisition step.
  • slurry preparation step slurry preparation device 20
  • extraction step extraction tank 33
  • separation step separation device 35
  • ashless coal acquisition step First solvent recovery device 37a
  • circulation step first circulation path 41, second circulation path 42
  • the slurry preparation step is a step of mixing the coal and the solvent to prepare a slurry and dehydrating the slurry and raising the temperature.
  • the extraction step is a step of extracting the coal component soluble in the solvent by heating the slurry obtained in the slurry preparation step (slurry preparation device 20).
  • the separation step (separation device 35), the slurry obtained in the extraction step (extraction tank 33) is converted into a solution containing a coal component soluble in a solvent and a solid content concentrate in which a coal component insoluble in the solvent is concentrated. It is a process of separating.
  • the ashless coal acquisition step (first solvent recovery device 37a) is a step of obtaining ashless coal by evaporating and separating the solvent from the solution separated in the separation step (separation device 35).
  • the circulation process (first circulation path 41, second circulation path 42) is a process of circulating the solvent evaporated and separated in the ashless coal acquisition process (first solvent recovery device 37a).
  • the slurry preparation step includes a preparation dehydration step (preparation dehydration tank 21) and a preparation heating step (preparation heating device 23).
  • the preparation dehydration step is a step of preparing slurry and dewatering coal by mixing the solvent liquid circulated in the circulation step (first circulation path 41) and coal.
  • the preparation heating step is a step of preparing the slurry and raising the temperature by mixing the solvent vapor circulated in the circulation step (second circulation path 42) and the slurry.
  • the solvent and coal are mixed. Since the solvent and the coal come into direct contact by this mixing, heat exchange is directly performed between the solvent and the coal.
  • the preparation temperature raising step preparation temperature raising device 23 of [Configuration 1-2] the solvent and the slurry are mixed. By this mixing, the solvent and the slurry are in direct contact with each other, so that heat exchange is directly performed between the solvent and the slurry.
  • Such direct heat exchange is more efficient than indirect heat exchange (for example, heat exchange using a heat exchanger).
  • the preparation temperature raising step (preparation temperature raising device 23) adjusts the concentration of the slurry so that the inlet concentration of the extraction step (extraction tank 33) is a preset inlet concentration.
  • the preparation temperature raising step is the inlet temperature of the step (for example, the preheater 31) performed next to the slurry preparation step (slurry preparation device 20), and the slurry is heated to a preset inlet temperature. Raise the temperature.
  • the temperature of the slurry is adjusted after the preparation heating step and before the step performed after the slurry preparation step (between the preparation heating device 23 and the preheater 31, for example). There is no need to do. Therefore, the number of devices can be reduced as compared with the case where it is necessary to provide a device for adjusting the temperature of the slurry after the preparation heating step and before the step performed after the slurry preparation step. As a result, the equipment cost of the equipment (ashless coal production apparatus 1) that performs the method for producing ashless coal can be reduced.
  • the solvent vapor (gas) and slurry (mixture of solid and liquid) can be reliably mixed. Therefore, heat exchange between the solvent vapor and the slurry can be performed more efficiently.
  • the method for producing ashless coal includes a coal supply process (coal supply line 11) and a steam discharge process (steam discharge apparatus 13).
  • the coal supply process (coal supply line 11) is a process of supplying coal used in the slurry preparation process (supplied to the slurry preparation device 20) through the coal supply line 11.
  • the steam discharge step (steam discharge device 13) is a step of discharging the steam generated in the preparation dehydration step (preparation dehydration tank 21) from the coal supply line 11 by flowing purge gas into the coal supply line 11.
  • the above [Configuration 5] can suppress the steam in the coal supply line 11 from becoming a condensate. Therefore, blockage of the coal supply line 11 due to coal adhering to the condensate can be suppressed. Moreover, since it can suppress that the vapor
  • the equipment cost of the equipment (ashless coal production apparatus 1) that performs the method for producing ashless coal can be reduced.
  • FIG. 1 illustrates the temperature of the solvent and slurry.
  • the temperature of the solvent or slurry may be different from the temperature illustrated in FIG.
  • the state of the solvent (solvent liquid, solvent vapor) is distinguished by a solid line arrow and a one-dot chain line arrow.
  • the state of the solvent may be different from the state shown in FIG.
  • the solvent supplied to the preparation dehydration tank 21 is a solvent liquid
  • the solvent supplied to the venturi scrubber 23a is a solvent vapor.
  • each process connection order of each device
  • the presence / absence of each process each device
  • All or part of the third circulation path 43, the fourth circulation path 44, the fifth circulation path 45, the sixth circulation path 46, and the devices arranged on these circulation paths may be omitted.
  • the solvent flowing through the sixth circulation path 46 was heat-exchanged by the heat exchanger 77 and then supplied to the oil-water separation tank 83. However, the solvent flowing through the sixth circulation path 46 may be supplied to the cooler 81 after heat exchange by the heat exchanger 77.
  • a part or all of the configuration of the ashless coal production apparatus 101 of the comparative example shown in FIG. 2 may be combined with a part or all of the configuration of the ashless coal production apparatus 1 shown in FIG. May be.
  • the exhaust heat recovery boiler 193 on the sixth circulation path 46 shown in FIG. 2 may be arranged on the sixth circulation path 46 of the ashless coal manufacturing apparatus 1 shown in FIG.
  • the heat energy generated in the production process of the ashless coal can be effectively used, and the ashless coal can be inexpensively produced. Can be manufactured.

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Abstract

 無灰炭の製造方法は、石炭と溶剤とを混合してスラリーを調製するとともにスラリーに含まれる石炭の脱水およびスラリーの昇温を行うスラリー調製工程を有する。スラリー調製工程は、調製脱水工程と、調製昇温工程と、を有する。調製脱水工程は、循環工程で循環させられる溶剤液と、石炭と、を混合することで、スラリーの調製および石炭の脱水を行う。調製昇温工程は、循環工程で循環させられる溶剤蒸気とスラリーとを混合することで、スラリーの調製および昇温を行う。

Description

無灰炭の製造方法
 本発明は、無灰炭の製造方法に関する。
 従来より、無灰炭の製造方法がある(例えば特許文献1)。特許文献1に記載の無灰炭の製造方法は、次のようなものである(同文献の請求項1参照)。「溶剤と石炭とを混合してスラリーを調製するスラリー調製工程と、前記スラリー調製工程で得られたスラリーを・・・加熱して溶剤に可溶な石炭成分を抽出する抽出工程と、前記抽出工程で得られたスラリーから溶剤に不溶な石炭成分を分離する分離工程と、前記分離工程で分離された溶剤に不溶な石炭成分を含むスラリーから溶剤を回収して無灰炭を得る工程と、前記回収された溶剤を前記スラリー調製工程へ循環する工程とを有する無灰炭の製造方法」
日本国特許4045229号公報
 特許文献1に記載の無灰炭の製造方法には、上記のように「前記分離工程で分離された溶剤に不溶な石炭成分を含むスラリーから溶剤を回収して無灰炭を得る工程」がある(この工程を「無灰炭取得工程」とする)。無灰炭取得工程で回収された溶剤は、高温(例えば270℃等)である。一方、特許文献1に記載の無灰炭の製造方法には、「前記スラリー調製工程で得られたスラリーを・・・加熱して溶剤に可溶な石炭成分を抽出する抽出工程」がある。抽出工程に供給されるスラリーは、抽出工程前に加熱(予熱)される。そこで、無灰炭取得工程で回収された溶剤(高温側流体)の熱エネルギーを、抽出工程に供給されるスラリー(低温側流体)の加熱源とすることが考えられる。また、高温側流体による低温側流体の加熱は、熱交換器で行われることが考えられる。
 しかし、熱交換器による熱交換では、高温側流体の熱交換器入口温度と、低温側流体の熱交換器出口温度と、には温度差を設ける必要がある。そのため、この熱交換では、無灰炭取得工程で回収された溶剤(高温側流体)が有する熱エネルギーの一部は、抽出工程に供給されるスラリー(低温側流体)に伝熱されない。
 そこで本発明は、石炭と溶剤との熱交換およびスラリーと溶剤との熱交換を効率良く行うことにより、無灰炭の製造過程で発生する熱エネルギーを有効に利用できる、無灰炭の製造方法を提供することを目的とする。
 本発明の無灰炭の製造方法は、石炭と溶剤とを混合してスラリーを調製するとともに、前記スラリーに含まれる石炭の脱水および前記スラリーの昇温を行うスラリー調製工程と、前記スラリー調製工程で得られたスラリーを加熱して溶剤に可溶な石炭成分を抽出する抽出工程と、前記抽出工程で得られたスラリーを、溶剤に可溶な石炭成分を含む溶液と、溶剤に不溶な石炭成分が濃縮した固形分濃縮液とに分離する分離工程と、前記分離工程で分離された溶液から溶剤を蒸発分離して無灰炭を得る無灰炭取得工程と、前記無灰炭取得工程で蒸発分離された溶剤を循環させる循環工程と、を有する。前記スラリー調製工程は、前記循環工程で循環させられる溶剤液と、石炭と、を混合することで、スラリーの調製および石炭の脱水を行う調製脱水工程と、前記循環工程で循環させられる溶剤蒸気とスラリーとを混合することで、スラリーの調製および昇温を行う調製昇温工程と、を有する。
 上記構成により、石炭と溶剤との熱交換およびスラリーと溶剤との熱交換を効率良く行うことにより、無灰炭の製造過程で発生する熱エネルギーを有効に利用できる。
無灰炭製造装置1の概略図である。 比較例の無灰炭製造装置101の概略図である。
 図1を参照して、無灰炭の製造方法、及び、無灰炭の製造方法が行われる無灰炭製造装置1について説明する。
 無灰炭製造装置1は、原料の石炭(単に「石炭」とも言う)から灰分を除去して無灰炭(HPC;Hyper-coal)を製造する装置である。無灰炭製造装置1は、石炭・スラリー処理機器11~37と、循環路41~46と、循環路上機器51~91と、を備える。
 石炭・スラリー処理機器11~37は、石炭およびスラリー(後述)を処理するための機器である。石炭・スラリー処理機器11~37は、石炭供給ライン11と、蒸気排出装置13と、を備える。さらに、石炭・スラリー処理機器11~37は、無灰炭の製造工程の上流側から順に、スラリー調製機器20と、予熱器31と、抽出槽33と、分離装置35と、溶剤回収装置37と、を備える。
 石炭供給ライン11は、石炭をスラリー調製機器20に供給する(石炭供給工程)。石炭供給ライン11は、フィーダ等(図示なし)から、スラリー調製機器20の調製脱水槽21(後述)に、石炭を供給する。この石炭は、例えば瀝青炭または低品位炭(褐炭、亜瀝青炭)である。瀝青炭は、抽出率(溶剤に抽出される石炭の可溶成分の割合)が低品位炭よりも高い。低品位炭は、瀝青炭よりも安価である。
 蒸気排出装置13は、石炭供給ライン11内にパージガスを流すことで、調製脱水槽21(後述)で生じた蒸気を石炭供給ライン11内から排出する(蒸気排出工程)。上記パージガスは、石炭供給ライン11内で気体状態のガスであり、例えば窒素(パージ窒素)である。蒸気排出装置13は、石炭供給ライン11の閉塞の問題を抑制するために設けられる。上記「閉塞の問題」は次のように生じ得る。調製脱水槽21(後述)で石炭の加熱および脱水が行われる結果、蒸気が発生する。この蒸気の大部分は水蒸気であり、この蒸気の一部は溶剤蒸気(気体状態の溶剤)である。この蒸気が石炭供給ライン11内に入ると、この蒸気が冷却されて凝縮液となり、この凝縮液は石炭供給ライン11の内面に付着する。この凝縮液に石炭が付着すると、石炭供給ライン11を石炭が閉塞する(流路を狭くする、又は、流路を完全に塞ぐ)。このようにして、上記「閉塞の問題」が生じ得る。蒸気排出装置13は、バルブ13aと、パージガス供給装置13bと、を備える。
 バルブ13aは、石炭供給ライン11上に配置される。バルブ13aの開閉により、石炭供給ライン11内を通る物質(石炭、蒸気、及びパージガス)の流れが制御される。バルブ13aは、石炭供給ライン11上に直列的に複数(例えば2つ)配置されることが好ましい。石炭供給ライン11上にバルブ13aが複数配置される場合は、1つのみ配置される場合に比べ、石炭供給ライン11内に蒸気が入ることをより抑制できる。バルブ13aは、例えばロータリーバルブである。
 パージガス供給装置13bは、石炭供給ライン11内にパージガスを供給する(パージガス供給工程)。バルブ13aが石炭供給ライン11上に直列的に2つ配置される場合、パージガス供給装置13bは、2つのバルブ13aの間にパージガスを供給する。
 スラリー調製機器20は、石炭と溶剤とを混合してスラリー(石炭-溶剤スラリー)を調製するとともに、スラリーの脱水および昇温を行う(スラリー調製工程)。
 このスラリー調製機器20に供給される溶剤は、石炭を溶解させるものである。この溶剤は、抽出槽33で抽出される石炭の可溶成分の割合(抽出率)が高いものであることが好ましい。抽出率の観点から、この溶剤は、加熱状態でも安定であることが好ましく、石炭に対して大きな溶解力を持つ(石炭との親和性に優れている)ことが好ましい。この溶剤は、溶剤回収装置37での溶剤回収率が高いものであることが好ましい。溶剤回収率の観点から、この溶剤は、蒸留等の方法で容易に回収可能であることが好ましい。溶剤の沸点は、抽出槽33及び分離装置35での圧力低減や抽出槽33での抽出率などの観点から、例えば180~300℃が好ましく、230~280℃がより好ましい。この溶剤は、例えば石炭誘導体である。この溶剤は、主に石炭の乾留生成物から精製したものである。この溶剤は、例えば芳香族化合物を含む溶剤(芳香族溶剤)である。この溶剤の主な成分は2環芳香族である。この2環芳香族は例えば、ナフタレン、メチルナフタレン、ジメチルナフタレン、トリメチルナフタレン等である。この溶剤のその他の成分は、それぞれ脂肪族側鎖を有するナフタレン類、アントラセン類、フルオレン類、または、これらにビフェニルや長鎖脂肪族側鎖を付加したアルキルベンゼン等である。具体的には例えば、この溶剤は、メチルナフタレン油やナフタレン油などである。メチルナフタレン油やナフタレン油は、石炭を乾留してコークスを製造する際の副生油の蒸留油である。スラリー調製機器20は、調製脱水槽21と、調製昇温機器23と、を備える。
 調製脱水槽21は、溶剤液(液体状態の溶剤)と石炭とを混合することで、スラリーの調製および石炭の脱水を行う(調製脱水工程)。調製脱水槽21に供給される溶剤液は、循環路41~46の一部により循環させられる溶剤液である。調製脱水槽21に供給される石炭は、石炭供給ライン11から供給される。調製脱水槽21での溶剤液と石炭との混合は、例えば、調製脱水槽21内の溶剤液中に石炭が投入されることにより行われる。調製脱水槽21での溶剤液と石炭との混合により、スラリーが調製される。調製脱水槽21で調製されるスラリーのS/C(Slurry/Coal;乾燥状態の石炭の質量に対するスラリーの質量の比)は、例えば約2.0である。
 この調製脱水槽21は、次のように石炭の脱水を行う。調製脱水槽21は、溶剤液と石炭とを混合することで、溶剤液と石炭とを直接接触させる。調製脱水槽21は、この直接接触により、溶剤液と石炭との間で直接的に熱交換を行わせる。調製脱水槽21は、この熱交換により石炭を昇温させ、石炭中の水分(石炭含有水)を蒸発させる。調製脱水槽21に供給される溶剤液の温度は、この脱水を行うのに必要な温度以上であり、溶剤の沸点未満である。調製脱水槽21に供給される溶剤液の温度は、例えば230℃以上、好ましくは235℃以上であり、例えば240℃以下である。調製脱水槽21に供給される溶剤液の温度は、図1に示す例では237℃である(以下、温度の具体例については図1参照)。
 調製昇温機器23は、溶剤蒸気とスラリーとを混合することで、スラリーの調製および昇温を行う(調製昇温工程)。調製昇温機器23は、抽出槽33の入口濃度になるように、スラリーの濃度を調節する。抽出槽33の入口濃度は、予め設定される。調製昇温機器23と抽出槽33との間に、スラリーの濃度を調節するための機器を設ける必要はなく、無灰炭製造装置1にはこのような機器はない。調製昇温機器23で調製されるスラリーのS/Cは、例えば約4.0である。調製昇温機器23は、スラリー調製機器20の次にスラリーが供給される機器(「スラリー調製後機器」とする)の入口温度までスラリーを昇温させる。「スラリー調製後機器」の入口温度は、予め設定される。「スラリー調製後機器」は、具体的には予熱器31であり、予熱器31が設けられない場合は抽出槽33である。調製昇温機器23と「スラリー調製後機器」と、の間にスラリーの温度を調節するための機器を設ける必要はなく、無灰炭製造装置1にはこのような機器はない。調製昇温機器23は、ベンチュリスクラバー23aと、調製昇温槽23bと、を備える。
 ベンチュリスクラバー23aは、溶剤蒸気とスラリーとを混合する(第1調製昇温工程)。ベンチュリスクラバー23aに供給される溶剤蒸気は、循環路41~46の一部(詳細は後述)により循環させられる溶剤蒸気である。ベンチュリスクラバー23aに供給されるスラリーは、調製脱水槽21から供給される。ベンチュリスクラバー23aに供給されるスラリーは、調製脱水槽21で調製および脱水が行われた後のスラリーである。ベンチュリスクラバー23aは、スラリーと溶剤蒸気とを混合することで、スラリーと溶剤蒸気とを直接接触させる。ベンチュリスクラバー23aは、この直接接触により、溶剤蒸気とスラリーとの間で直接的に熱交換を行わせる。ベンチュリスクラバー23aは、溶剤蒸気の潜熱を利用して(溶剤蒸気が凝縮する際の発熱を利用して)、スラリーを加熱する。調製脱水槽21で石炭の脱水が完了していない場合は、ベンチュリスクラバー23aは、スラリーを加熱することでスラリー中の石炭の脱水を行う。ベンチュリスクラバー23aは、スラリーを微粒子状にするとともに、微粒子状スラリーと溶剤蒸気とを混合させる。ベンチュリスクラバー23aは、微粒子状スラリー及び溶剤蒸気の流速を増加させ、微粒子状スラリーと溶剤蒸気とにせん断力を生じさせることで、微粒子状スラリーと溶剤蒸気とを混合する。なお、ベンチュリスクラバー23aに代えて又は加えて、溶剤蒸気とスラリーとを混合するベンチュリスクラバー以外の装置(第1調製昇温装置)を用いてもよい。上記「ベンチュリスクラバー以外の装置」には、例えばスタティックミキサーがある。スタティックミキサーは、管の内部に配置されたエレメント(板をねじった形状の部材、スクリュー状の部材)により、微粒子状スラリーと溶剤蒸気とを撹拌および混合する。
 調製昇温槽23bは、ベンチュリスクラバー23aで混合された混合物を、さらに混合する(第2調製昇温工程)。調製昇温槽23bは、この混合により、スラリーと溶剤とをさらに熱交換させる。調製昇温槽23b内は、溶剤の気化(溶剤蒸気ロス)を抑制できるように加圧され、例えば50kPaGに加圧される。
 予熱器31は、調製昇温機器23で(スラリー調製機器20で)調製されたスラリーを、抽出槽33に供給される前に予め加熱する(予熱工程)。なお、予熱器31はなくてもよい。
 抽出槽33は、スラリー調製機器20で得られたスラリーを加熱して、溶剤に可溶な石炭成分(溶剤可溶成分)を抽出する(抽出工程)。抽出槽33は、石炭中の有機成分を抽出する。この抽出の詳細は次の通りである。抽出槽33に供給されたスラリーは、抽出槽33に設けられた攪拌機で攪拌されながら、所定温度(後述)に加熱保持される。これにより、スラリーから溶剤可溶成分が抽出される。ただし、抽出物には、溶剤可溶成分だけでなく、溶剤に不溶な成分(溶剤不溶成分)(例えば灰分など)も含まれる。
 この抽出槽33でのスラリーの加熱温度は、溶剤可溶成分が溶剤に溶解できるような温度である。具体的には、スラリーの加熱温度は、例えば300℃以上、好ましくは360℃以上である。スラリーの加熱温度は、例えば420℃以下、好ましくは400℃以下である。スラリーの加熱温度が300℃未満の場合、石炭の分子間の結合を弱めるには不十分であるため、溶剤可溶成分の溶剤への溶解量が低くなる。スラリーの加熱温度が420℃を超える場合、石炭の熱分解反応が活発になり、生成した熱分解ラジカルの再結合が起こるため、溶剤可溶成分の抽出率が低下する。
 この抽出槽33で行われる抽出は、不活性ガス(例えば安価な窒素が好ましい)の存在下で行われることが好ましい。この抽出を行うには、溶剤を液相に閉じ込める(溶剤を揮発させないようにする)必要がある。溶剤を液相に閉じ込めるには、抽出槽33内の圧力(溶剤およびスラリーに加えられる圧力、操作圧力)を、溶剤の蒸気圧より高くする必要がある。抽出槽33内の圧力は、抽出の際の温度や用いる溶剤の蒸気圧にもよるが、1.0~2.0MPaが好ましい。
 分離装置35は、抽出槽33で得られたスラリーを、溶剤に可溶な石炭成分を含む溶液(溶液部、上澄み液、オーバーフロー)と、溶剤に不溶な石炭成分が濃縮した固形分濃縮液(アンダーフロー)とに分離する(分離工程)。この分離の方法は、例えば、重力沈降法、ろ過法、又は遠心分離法などである。重力沈降法は、スラリーを槽内に保持し、重力を利用して溶剤不溶成分を沈降させることで、溶液と固形分濃縮液とに分離する方式である。以下では分離装置35での分離が重力沈降法により行われる場合について説明する。分離装置35内は、保温(または加熱)、及び加圧される。この保温(または加熱)及び加圧は、石炭から溶出した溶剤可溶成分の再析出を防止するために行われる。分離装置35内の温度は、例えば300~380℃である。分離装置35内の圧力は、例えば1.0~3.0MPaである。分離装置35は、例えば2段式(重力沈降槽の数が2)である。2段式の分離装置35は、第1重力沈降槽35aと、第2重力沈降槽35bとを備える。なお、分離装置35は1段式(重力沈降槽の数が1)でもよい。なお、分離装置35が、上澄み液と固形分濃縮液とを完全に分離するのが理想的であるが、上済み液の一部に固形分(溶剤に不溶な石炭成分)が混入したり、固形分濃縮液の一部に上澄み液が混入したりする場合もある。
 溶剤回収装置37は、分離装置35で分離された溶液から溶剤を回収する。溶剤回収装置37は、分離装置35で分離された溶液から、無灰炭や副生炭(後述)を得るための装置である。溶剤回収装置37は、第1溶剤回収装置37aと、第2溶剤回収装置37bと、を備える。
 第1溶剤回収装置37aは、分離装置35で分離された溶液から溶剤を蒸発分離して無灰炭(HPC)を得るための装置(無灰炭取得工程を行うための装置)である。無灰炭は、水分が皆無であり、灰分をほとんど含まない炭である。無灰炭に含まれる灰分は、5重量%以下であり、好ましくは3重量%以下である。無灰炭は、原料の石炭よりも発熱量が高く、着火性や燃え切り性が良いので、例えばボイラ等の高効率な燃料として用いられる。無灰炭は、原料の石炭よりも流動性(軟化溶融性)が高く、例えば製鉄用コークスの原料または原料の一部(配合炭)として用いられる。
 この第1溶剤回収装置37aで行われる溶剤の蒸発分離の方法には、例えば蒸留法や蒸発法等がある。蒸発法には、例えばスプレードライ法などがある。蒸留法には、例えばフラッシュ蒸留法や薄膜蒸留法などがある。例えば、第1溶剤回収装置37aは、フラッシュ蒸留法を行うためのフラッシュ槽(フラッシャー)である。また例えば、第1溶剤回収装置37aは、薄膜蒸留法を行うための薄膜蒸留槽である。また例えば、第1溶剤回収装置37aは、フラッシュ槽と、薄膜蒸留槽(フラッシュ槽の例えば下流側に配置)と、を備える装置である。
(フラッシュ法)
 フラッシュ法による溶剤の蒸発分離は、次のように行われる。フラッシュ槽内の圧力を、分離装置35内に比べ低圧(例えば70kPaG)にする。すると、分離装置35で分離された溶液は、フラッシュ槽内に噴き出る。そして、溶液中の溶剤が、溶液中から蒸発分離される。
(薄膜蒸留法)
 薄膜蒸留法による溶剤の蒸発分離は、次のように行われる。分離装置35で分離された溶液が、薄膜蒸留槽内に導入される。そして、薄膜蒸留槽内に収容されたスクレーパ(ワイパーともいう)が、薄膜蒸留槽の内壁に蒸留対象(分離装置35で分離された溶液)の薄膜を形成することにより、連続蒸留が行われる。薄膜蒸留槽内の圧力は、例えば0.1MPaGである。薄膜蒸留槽で溶剤が適切に蒸発できるようにするために、薄膜蒸留槽の壁面が加熱される。薄膜蒸留槽の壁面の加熱は、例えばホットオイルにより行われ、また例えば電気ヒータにより行われる。薄膜蒸留槽の壁面の加熱がホットオイルにより行われる場合、薄膜蒸留槽の壁面の内側及び外側(また例えば内側及び外側のうち一方)に、ジャケット(被覆物)が設けられる。このジャケット内に、ホットオイルが流される。その結果、薄膜蒸留槽の壁面が加熱される。薄膜蒸留槽の壁面の加熱は、例えば次の場合に必要である。第1溶剤回収装置37aが、フラッシュ蒸留槽と、フラッシュ蒸留槽の下流側の薄膜蒸留槽とを備える場合がある。この場合、フラッシュ槽での蒸留により溶液の温度が低下する。そこで、薄膜蒸留槽で溶剤が適切に蒸発できるようにするために、薄膜蒸留槽の壁面の加熱が行われる。
 第2溶剤回収装置37bは、分離装置35で分離された固形分濃縮液から溶剤を蒸発分離して副生炭(RC;Residue coal)(残渣炭ともいう)を得るための装置(副生炭取得工程を行うための装置)である。副生炭は、溶剤不溶成分(灰分など)が濃縮された炭であり、例えばコークスの原料の配合炭の一部として使用される。第2溶剤回収装置37bでの溶剤の蒸発分離の方法には、第1溶剤回収装置37aでの溶剤の蒸発分離の方法と同様に、蒸留法や蒸発法等がある。なお、第2溶剤回収装置37bは設けられなくてもよい。
 循環路41~46は、溶剤回収装置37等で蒸発分離された溶剤を循環させる(循環工程)。循環路41~46は、溶剤を再利用するための流路(配管)である。循環路41~46は、第1循環路41と、第2循環路42と、第3循環路43と、第4循環路44と、第5循環路45と、第6循環路46と、を備える。
 第1循環路41は、第1溶剤回収装置37aで蒸発分離された溶剤を、調製脱水槽21に循環させる(第1循環工程)。第1循環路41は、第1溶剤回収装置37aの頂部から取り出された溶剤を、調製脱水槽21に導入する。
 第2循環路42は、第1溶剤回収装置37aで蒸発分離された溶剤を、調製昇温機器23に循環させる(第2循環工程)。第2循環路42は、第1溶剤回収装置37aで蒸発分離された溶剤を、ベンチュリスクラバー23aに循環させる。第2循環路42は、第1溶剤回収装置37aで蒸発分離された溶剤を、直接的に(熱回収や昇温を行うことなく)ベンチュリスクラバー23aに循環させる。第2循環路42での配管圧損(例えば20kPaG)と、ベンチュリスクラバー23a内の操作圧力(例えば50kPaG)と、の和は、第1溶剤回収装置37a内の操作圧力(例えば70kPaG)と等しい。そのため、第1溶剤回収装置37a内の操作圧力は、ベンチュリスクラバー23a内の操作圧力と第2循環路42での配管圧損との和に基づいて設定される。
 第3循環路43は、第1溶剤回収装置37aで蒸発分離された溶剤を、分離装置35に循環させる(第3循環工程)。第3循環路43は、第1溶剤回収装置37aで蒸発分離された溶剤を、第2重力沈降槽35bに循環させる。第3循環路43から第2重力沈降槽35bへの溶剤(高温溶剤凝縮液)の供給により、第2重力沈降槽35bに必要な溶剤供給量が賄われる。
 第4循環路44は、第2溶剤回収装置37bで蒸発分離された溶剤を、調製脱水槽21に循環させる(第4循環工程)。第4循環路44は、第2溶剤回収装置37bの頂部から取り出された溶剤を、調製脱水槽21に導入する。なお、第2溶剤回収装置37bから第4循環路44に導入される蒸気には、溶剤だけでなく窒素も含まれる。
 第5循環路45は、スラリー調製機器20で発生した蒸気を、調製脱水槽21に循環させる(第5循環工程)。スラリー調製機器20で発生した蒸気は、溶剤と水とを含み、溶剤よりも水を多く含む。第5循環路45は、調製脱水槽21で発生した蒸気を、調製脱水槽21に循環させる。第5循環路45は、調製昇温槽23bで発生した蒸気を、調製脱水槽21に循環させる。なお、図1においてスラリー調製機器20の上方に記載の「A」部分と、同図において冷却器81の左方に記載の「A」部分とはつながっている。
 第6循環路46は、抽出槽33で発生した溶剤蒸気を、調製脱水槽21に循環させる(第6循環工程)。
 循環路上機器51~91は、循環路41~46上(第2循環路42上を除く)に配置される機器である。循環路上機器51~91には次の機器がある。第1循環路41上に配置される機器には、回収溶剤槽51がある。第3循環路43上に配置される機器には、上流側から順に、排熱回収ボイラ61、熱交換器63、及び予熱器65がある。第4循環路44上に配置される機器には、上流側から順に、バグフィルタ71、排熱回収ボイラ73、冷却器75、熱交換器77、及び回収溶剤槽51がある。第5循環路45上に配置される機器には、上流側から順に、冷却器81、油水分離槽83、熱交換器77、及び回収溶剤槽51がある。第6循環路46上に配置される機器には、上流側から順に、オイル昇温器91、熱交換器63、熱交換器77、油水分離槽83、熱交換器77、及び回収溶剤槽51がある。
 回収溶剤槽51は、調製脱水槽21に供給するための溶剤液を調製する(溶剤液調製工程)。回収溶剤槽51に供給される溶剤は、第1循環路41を通る溶剤(溶剤蒸気)であり、さらに詳しくは第1溶剤回収装置37aで蒸発分離された溶剤蒸気である。第1溶剤回収装置37aで蒸発分離された溶剤蒸気は、直接的に(熱回収や昇温が行われることなく)回収溶剤槽51に供給される。また、回収溶剤槽51に供給される溶剤は、第4循環路44、第5循環路45、及び第6循環路46を流れる溶剤であり、さらに詳しくは、熱交換器77(後述)での熱交換後の溶剤液である。
 排熱回収ボイラ61は、第3循環路43を流れる溶剤の熱を回収する(第3循環路排熱回収工程)。排熱回収ボイラ61に供給される溶剤は、第3循環路43を通る溶剤(溶剤蒸気)であり、さらに詳しくは第1溶剤回収装置37aで蒸発分離された溶剤蒸気である。第1溶剤回収装置37aで蒸発分離された溶剤蒸気は、直接的に排熱回収ボイラ61に供給される。排熱回収ボイラ61は、排熱回収ボイラ61に供給された溶剤の熱エネルギーを利用して、飽和蒸気(スチーム)を製造する。排熱回収ボイラ61は、排熱回収ボイラ61に供給された溶剤蒸気の温度を低下させ、この溶剤蒸気を凝縮させる。排熱回収ボイラ61は、例えば2.2MPaGの飽和蒸気を、例えば19.30t/h製造する。なお、排熱回収ボイラ61を、ボイラ以外の排熱回収装置に代えてもよい。ボイラ以外の排熱回収装置に代えてもよい点は、後述する排熱回収ボイラ73等についても同様である。ボイラ以外の排熱回収装置には、例えばホットオイルを加熱するための装置(後述するオイル昇温器91参照)などがある。
 熱交換器63は、第3循環路43を流れる溶剤を昇温させる(第3循環路昇温工程)。熱交換器63に供給される低温側流体(昇温させられる側の流体)は、第3循環路43を流れる溶剤であり、さらに詳しくは排熱回収ボイラ61での熱交換後の溶剤液である。熱交換器63に供給される高温側流体(昇温させる側の流体)は、第6循環路46を流れる溶剤であり、さらに詳しくはオイル昇温器91(後述)での熱回収後の溶剤(溶剤蒸気)である。
 予熱器65は、第3循環路43を流れる溶剤を、分離装置35に供給される前に、予め加熱する(第3循環路予熱工程)。予熱器65に供給される溶剤は、熱交換器63での熱交換後の溶剤(溶剤液)である。予熱器65は、分離装置35(第2重力沈降槽35b)での必要温度まで、溶剤を昇温させる。
 バグフィルタ71は、第4循環路44を流れる溶剤等をろ過する(ろ過工程)。バグフィルタ71に供給される溶剤は、第2溶剤回収装置37bで蒸発分離された溶剤(溶剤蒸気)である。
 排熱回収ボイラ73は、第4循環路44を流れる溶剤の熱を回収する(第4循環路排熱回収工程)。排熱回収ボイラ73に供給される溶剤は、バグフィルタ71でろ過が行われた溶剤(溶剤蒸気)である。排熱回収ボイラ73は、溶剤の熱エネルギーを利用して、飽和蒸気を製造する。排熱回収ボイラ73は、例えば0.70MPaGの飽和蒸気を、例えば6.03t/h製造する。
 冷却器75は、第4循環路44を流れる溶剤を冷却する(第4循環路冷却工程)。冷却器75は、例えば冷却水を用いて溶剤を冷却する。冷却器75に供給される溶剤は、排熱回収ボイラ73で熱回収された溶剤(溶剤蒸気)である。冷却器75は、冷却器75に供給された溶剤蒸気を冷却して凝縮させる。
 熱交換器77は、第4循環路44を流れる溶剤を昇温させる(第4循環路昇温工程)。熱交換器77は、第5循環路45を流れる溶剤を昇温させる(第5循環路昇温工程)。熱交換器77は、第6循環路46を流れる溶剤を昇温させる(第6循環路昇温工程)。熱交換器77に供給される低温側流体は、第4循環路44を流れる溶剤であり、さらに詳しくは冷却器75での冷却後の溶剤(溶剤液)である。熱交換器77に供給される低温側流体は、第5循環路45及び第6循環路46を流れる溶剤であり、さらに詳しくは、油水分離槽83(後述)での油水分離後の溶剤(溶剤液)である。熱交換器77に供給される高温側流体は、第6循環路46を流れる溶剤であり、さらに詳しくは、熱交換器63での熱交換後、油水分離槽83での油水分離前の溶剤(溶剤蒸気)である。
 冷却器81は、第5循環路45を流れる蒸気(上述したように溶剤と水とを含む蒸気)を冷却する(第5循環路冷却工程)。冷却器81は、例えば冷却水を用いて蒸気を冷却する。冷却器81は、蒸気を冷却して凝縮させる。
 油水分離槽83は、第5循環路45等を流れる流体から、溶剤(油)と水とを分離する(油水分離工程)。油水分離槽83に供給される流体は、第5循環路45を流れる流体であり、さらに詳しくは冷却器81での冷却後の液体である。油水分離槽83に供給される流体は、第6循環路46を流れる流体であり、さらに詳しくは熱交換器77での熱交換後の溶剤(溶剤液)である。油水分離槽83で分離された水は、廃水(WW;waste water)として油水分離槽83から排出される。
 オイル昇温器91は、第6循環路46を流れる溶剤(溶剤蒸気)の熱エネルギーを利用して、ホットオイルを昇温させる(オイル昇温工程)。オイル昇温器91に供給される溶剤は、抽出槽33で発生した溶剤蒸気である。オイル昇温器91が昇温させたホットオイルは、他の工程の熱源として利用される。このホットオイルは、例えば、溶剤回収装置37の熱源として利用される。このホットオイルは、例えば、上述したように溶剤回収装置37の薄膜蒸留槽の壁面の加熱に用いられる。なお、オイル昇温器91を、ホットオイルを昇温させる装置以外の排熱回収装置(例えばボイラ等)に代えてもよい。
(比較例の無灰炭製造装置101)
 後述する「ユーティリティ量の比較」の比較等を行うために、図2に示す比較例の無灰炭製造装置101について説明する。無灰炭製造装置101と無灰炭製造装置1(図1参照)との相違点(ユーティリティ量の比較に影響のある相違点)は次の[相違a]~[相違e]の通りである。なお、無灰炭製造装置101と無灰炭製造装置1(図1参照)とで共通する構成には同一の符号を付した。
[相違a]
 図1に示す無灰炭製造装置1は、調製脱水槽21と、調製昇温機器23と、を備える。これらに代えて、図2に示す無灰炭製造装置101は、上流側から順に、スラリー調製槽121と、脱水槽122と、昇温槽123と、を備える。スラリー調製槽121は、石炭と溶剤とを混合してスラリーを調製する。脱水槽122は、スラリー調製槽121で調製されたスラリー中の石炭を脱水する。昇温槽123は、脱水槽122での脱水後のスラリーを昇温させる。
[相違b]
 図1に示す無灰炭製造装置1は、石炭供給ライン11上に蒸気排出装置13を備えるが、図2に示す無灰炭製造装置101は、蒸気排出装置13(図1参照)を備えない。そのため、石炭供給ライン11の「閉塞の問題」(上述)を蒸気排出装置13で抑制できない。そこで、スラリー調製槽121での石炭中水分の蒸発を避けるために、スラリー調製槽121に供給される溶剤が冷やされる(例えば107℃)。具体的には、以下の[相違c]~[相違e]の構成や工程により溶剤が冷却される。
[相違c]
 無灰炭製造装置101は、第1循環路141を備える。第1循環路141は、図1に示す無灰炭製造装置1の第1循環路41及び第2循環路42に対応する流路である。図2に示す第1循環路141は、第1溶剤回収装置37aで蒸発分離された溶剤蒸気を、スラリー調製槽121に供給するための流路である。第1循環路141上には、上流側から順に、脱水槽122、及び昇温槽123が配置される。第1循環路141は、第1溶剤回収装置37aで蒸発分離された溶剤(溶剤蒸気)を、脱水槽122および昇温槽123に流す。これにより、第1循環路141を流れる溶剤と、脱水槽122内および昇温槽123内のスラリーと、が間接的に熱交換を行う。すなわち、脱水槽122および昇温槽123でのスラリーの脱水および昇温の加熱源として、第1溶剤回収装置37aで蒸発分離された溶剤蒸気の熱エネルギーが用いられる。
[相違d]
 無灰炭製造装置101は、排熱回収ボイラ153と、冷却器155と、を備える。排熱回収ボイラ153及び冷却器155は、第1循環路141に配置される。排熱回収ボイラ153は、昇温槽123での熱交換後の溶剤(溶剤液)の熱エネルギーを利用して飽和蒸気を製造する。排熱回収ボイラ153は、0.50MPaGの飽和蒸気を、8.18t/h製造する。冷却器155は、排熱回収ボイラ153での熱回収後の溶剤(溶剤液)を、冷却水を用いて冷却する。
[相違e]
 無灰炭製造装置101は、排熱回収ボイラ193と、冷却器195と、を備える。排熱回収ボイラ193及び冷却器195は、第6循環路46上に配置される。無灰炭製造装置101では、第6循環路46は、抽出槽33で発生した蒸気を、スラリー調製槽121に循環させる。排熱回収ボイラ193は、オイル昇温器91でホットオイルを昇温させた後の溶剤(溶剤蒸気)の熱エネルギーを利用して飽和蒸気を製造する。排熱回収ボイラ193は、0.5MPaGの飽和蒸気を、1.72t/h製造する。冷却器195は、排熱回収ボイラ193での熱回収後の溶剤(溶剤液)を、冷却水を用いて冷却する。なお、無灰炭製造装置101の排熱回収ボイラ73は、0.50MPaGの飽和蒸気を、6.88t/h製造する。
(ユーティリティ量の比較)
 比較例の無灰炭の製造方法(無灰炭製造装置101を用いた場合)に対する、本実施形態の無灰炭の製造方法(図1に示す無灰炭製造装置1を用いた場合)のユーティリティ量を次に示す。
・飽和蒸気発生量:約50%増加 
・冷却水使用量:約30wt%削減 
(飽和蒸気発生量)
 図1に示す無灰炭製造装置1での飽和蒸気発生量は、排熱回収ボイラ61及び排熱回収ボイラ73が製造する飽和蒸気の合計量である。図2に示す無灰炭製造装置101での飽和蒸気発生量は、排熱回収ボイラ153、排熱回収ボイラ193、及び排熱回収ボイラ73が製造する飽和蒸気の合計量である。上記比較結果から、図1に示す無灰炭製造装置1を用いた場合は、比較例に比べ、排熱回収ボイラで回収可能な蒸気量を増加させることができることが分かる。
(冷却水使用量)
 無灰炭製造装置1での冷却水使用量は、冷却器75及び冷却器81での冷却水使用量の合計量である。図2に示す無灰炭製造装置101での冷却水使用量は、冷却器155、冷却器195、及び冷却器75での冷却水使用量の合計量である。上記比較結果から、図1に示す無灰炭製造装置1を用いた場合は、比較例に比べ、冷却器で使用する冷却水の使用量を削減できることがわかる。その結果、比較例に比べて無灰炭製造装置1のランニングコストを低減できる。
(効果)
 次に、本実施形態の無灰炭の製造方法による効果を説明する。以下では、各工程を行うために用いられる機器(各工程に対応する機器)を、工程の名称の後に括弧を付して示す。
(効果1)
 無灰炭の製造方法(無灰炭製造装置1)は、スラリー調製工程(スラリー調製機器20)と、抽出工程(抽出槽33)と、分離工程(分離装置35)と、無灰炭取得工程(第1溶剤回収装置37a)と、循環工程(第1循環路41,第2循環路42)と、を有する。スラリー調製工程(スラリー調製機器20)は、石炭と溶剤とを混合してスラリーを調製するとともにスラリーの脱水および昇温を行う工程である。抽出工程(抽出槽33)は、スラリー調製工程(スラリー調製機器20)で得られたスラリーを加熱して溶剤に可溶な石炭成分を抽出する工程である。分離工程(分離装置35)は、抽出工程(抽出槽33)で得られたスラリーを、溶剤に可溶な石炭成分を含む溶液と、溶剤に不溶な石炭成分が濃縮した固形分濃縮液とに分離する工程である。無灰炭取得工程(第1溶剤回収装置37a)は、分離工程(分離装置35)で分離された溶液から溶剤を蒸発分離して無灰炭を得る工程である。循環工程(第1循環路41,第2循環路42)は、無灰炭取得工程(第1溶剤回収装置37a)で蒸発分離された溶剤を循環させる工程である。スラリー調製工程(スラリー調製機器20)は、調製脱水工程(調製脱水槽21)と、調製昇温工程(調製昇温機器23)と、を有する。
[構成1-1]
 調製脱水工程(調製脱水槽21)は、循環工程(第1循環路41)で循環させられる溶剤液と、石炭と、を混合することで、スラリーの調製および石炭の脱水を行う工程である。
[構成1-2]
 調製昇温工程(調製昇温機器23)は、循環工程(第2循環路42)で循環させられる溶剤蒸気とスラリーとを混合することで、スラリーの調製および昇温を行う工程である。
 上記[構成1-1]の調製脱水工程(調製脱水槽21)では、溶剤と石炭との混合が行われる。この混合により溶剤と石炭とが直接接触するので、溶剤と石炭とで直接的に熱交換が行われる。また、上記[構成1-2]の調製昇温工程(調製昇温機器23)では、溶剤とスラリーとの混合が行われる。この混合により、溶剤とスラリーとが直接接触するので、溶剤とスラリーとで直接的に熱交換が行われる。これらの直接的な熱交換は、間接的な熱交換(例えば熱交換器を用いた熱交換)に比べ、効率が良い。具体的には例えば、熱交換器を用いた熱交換では、高温側流体(昇温させる側の流体)の熱交換器入口温度と、低温側流体(昇温させられる側の流体)の熱交換器出口温度と、には温度差を設ける必要がある。一方、上記[構成1-1]及び[構成1-2]で行われる直接的な熱交換では、上記の温度差をゼロとみなすことができる。よって、石炭と溶剤との熱交換、及び、スラリーと溶剤との熱交換を効率良く行える(この作用を[作用1-1]とする)。
 さらに、上記[構成1-1]の調製脱水工程(調製脱水槽21)では、溶剤液(液体)と石炭(固体)とが混合される。溶剤液(液体)と石炭(固体)との熱交換は、溶剤蒸気(気体)と石炭(固体)との熱交換に比べ、効率が良い。また、上記[構成1-2]の調製昇温工程(調製昇温機器23)では、溶剤蒸気(気体)とスラリー(固体と液体との混合物)とが混合される。溶剤蒸気(気体)とスラリー(固体と液体との混合物)との熱交換は、溶剤蒸気(気体)と石炭(固体)との熱交換に比べ、効率が良い。よって、上記[構成1-1]及び[構成1-2]により、石炭と溶剤との熱交換、及び、スラリーと溶剤との熱交換を効率良く行える(この作用を[作用1-2]とする)。上記[作用1-1]と[作用1-2]とにより、無灰炭の製造過程で発生する熱エネルギーを有効に利用できる。
(効果2)
[構成2]
 調製昇温工程(調製昇温機器23)は、抽出工程(抽出槽33)の入口濃度であって予め設定された入口濃度になるように、スラリーの濃度を調節する。
 上記[構成2]により、調製昇温工程後かつ抽出工程前に(調製昇温機器23と抽出槽33との間で)スラリーの濃度を調節する必要が無い。よって、抽出工程後かつ抽出工程前にスラリーの濃度を調節するための機器を設ける必要がある場合に比べ、機器数を削減できる。その結果、無灰炭の製造方法を行う設備(無灰炭製造装置1)の設備コストを削減できる。
(効果3)
[構成3]
 調製昇温工程(調製昇温機器23)は、スラリー調製工程(スラリー調製機器20)の次に行われる工程(例えば予熱器31)の入口温度であって予め設定された入口温度まで、スラリーを昇温させる。
 上記[構成3]により、調製昇温工程後、かつ、スラリー調製工程の次に行われる工程の前に(調製昇温機器23と、例えば予熱器31との間で)、スラリーの温度を調節する必要が無い。よって、調製昇温工程後、かつ、スラリー調製工程の次に行われる工程の前に、スラリーの温度を調節するための機器を設ける必要がある場合に比べ、機器数を削減できる。その結果、無灰炭の製造方法を行う設備(無灰炭製造装置1)の設備コストを削減できる。
(効果4)
[構成4]
 調製昇温工程(調製昇温機器23)における溶剤蒸気とスラリーとの混合は、ベンチュリスクラバー23aにより行われる。
 上記[構成4]のベンチュリスクラバー23aでは、溶剤蒸気(気体)とスラリー(固体と液体との混合物)との混合を確実に行える。よって、溶剤蒸気とスラリーとの熱交換をより効率良く行える。
(効果5)
 無灰炭の製造方法(無灰炭製造装置1)は、石炭供給工程(石炭供給ライン11)と、蒸気排出工程(蒸気排出装置13)と、を有する。石炭供給工程(石炭供給ライン11)は、スラリー調製工程に用いられる(スラリー調製機器20に供給される)石炭を石炭供給ライン11により供給する工程である。
[構成5]
 蒸気排出工程(蒸気排出装置13)は、石炭供給ライン11内にパージガスを流すことで、調製脱水工程(調製脱水槽21)で生じた蒸気を石炭供給ライン11内から排出する工程である。
 上記[構成5]により、石炭供給ライン11内の蒸気が凝縮液となることを抑制できる。よって、この凝縮液に石炭が付着することによる、石炭供給ライン11の閉塞を抑制できる。また、上記[構成5]により石炭供給ライン11内の蒸気が凝縮液となることを抑制できるので、調製脱水工程(調製脱水槽21)での蒸気の発生を防ぐ必要が無い。よって、調製脱水工程(調製脱水槽21)に供給される溶剤を、調製脱水工程(調製脱水槽21)で蒸気が発生しない程度まで冷却する必要が無い。よって、この冷却を行うための冷却器(例えば図2の冷却器155)を設ける必要がある場合に比べ、機器数(又は機器の規模)を削減できる。その結果、無灰炭の製造方法を行う設備(無灰炭製造装置1)の設備コストを削減できる。
(変形例)
 上記実施形態は様々に変形できる。例えば、図1に溶剤やスラリーの温度を例示した。しかし、溶剤やスラリーの温度を図1に例示した温度とは異なる温度としてもよい。
 また例えば、図1において実線の矢印と一点鎖線の矢印とで、溶剤の状態(溶剤液、溶剤蒸気)を区別して示した。しかし、溶剤の状態を、図1に示した状態とは異なる状態としてもよい。但し、調製脱水槽21に供給される溶剤は溶剤液であり、ベンチュリスクラバー23a供給される溶剤は溶剤蒸気である。
 また例えば、各工程の順序(各機器の接続の順序)や、各工程(各機器)の有無は、適宜変更してもよい。[例1]第3循環路43、第4循環路44、第5循環路45、第6循環路46、及びこれらの循環路上に配置される機器の、全部または一部はなくてもよい。[例2]第6循環路46を流れる溶剤は、熱交換器77で熱交換された後、油水分離槽83に供給された。しかし、第6循環路46を流れる溶剤は、熱交換器77で熱交換された後、冷却器81に供給されてもよい。
 また例えば、図2に示す比較例の無灰炭製造装置101の一部または全部の構成を、図1に示す無灰炭製造装置1の一部または全部の構成と、組み合わせてもよく、置換してもよい。具体的には例えば、図2に示す第6循環路46上の排熱回収ボイラ193を、図1に示す無灰炭製造装置1の第6循環路46上に配置してもよい。
 本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。本出願は、2013年12月25日出願の日本特許出願(特願2013-267439)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
 本発明によれば、石炭と溶剤との熱交換およびスラリーと溶剤との熱交換を効率良く行うことにより、無灰炭の製造過程で発生する熱エネルギーを有効に利用でき、安価に無灰炭を製造することができる。
1 無灰炭製造装置 
11 石炭供給ライン 
13 蒸気排出装置 
20 スラリー調製機器 
21 調製脱水槽 
23 調製昇温機器 
23a ベンチュリスクラバー 
33 抽出槽 
35 分離装置
37 溶剤回収装置 
41~46 循環路

Claims (5)

  1.  石炭と溶剤とを混合してスラリーを調製するとともに、前記スラリーに含まれる石炭の脱水および前記スラリーの昇温を行うスラリー調製工程と、
     前記スラリー調製工程で得られた前記スラリーを加熱して前記溶剤に可溶な石炭成分を抽出する抽出工程と、 
     前記抽出工程で得られた前記スラリーを、前記溶剤に可溶な前記石炭成分を含む溶液と、前記溶剤に不溶な前記石炭成分が濃縮した固形分濃縮液とに分離する分離工程と、
     前記分離工程で分離された溶液から前記溶剤を蒸発分離して無灰炭を得る無灰炭取得工程と、
     前記無灰炭取得工程で蒸発分離された前記溶剤を循環させる循環工程と、 
    を有し、
     前記スラリー調製工程は、
     前記循環工程で循環させられる溶剤液と、前記石炭と、を混合することで、前記スラリーの調製および前記石炭の脱水を行う調製脱水工程と、
     前記循環工程で循環させられる溶剤蒸気と前記スラリーとを混合することで、前記スラリーの調製および昇温を行う調製昇温工程と、
     を有する、無灰炭の製造方法。
  2.  前記調製昇温工程は、前記抽出工程の入口濃度であって予め設定された前記入口濃度になるように、前記スラリーの濃度を調節する、
     請求項1に記載の無灰炭の製造方法。
  3.  前記調製昇温工程は、前記スラリー調製工程の次に行われる工程の入口温度であって予め設定された前記入口温度まで、前記スラリーを昇温させる、
     請求項1または2に記載の無灰炭の製造方法。
  4.  前記調製昇温工程における前記溶剤蒸気と前記スラリーとの混合は、ベンチュリスクラバーにより行われる、 
     請求項1に記載の無灰炭の製造方法。
  5.  前記スラリー調製工程に用いられる前記石炭を石炭供給ラインにより供給する石炭供給工程と、 
     前記石炭供給ライン内にパージガスを流すことで、前記調製脱水工程で生じた蒸気を前記石炭供給ライン内から排出する蒸気排出工程と、
     を有する請求項1に記載の無灰炭の製造方法。
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