CN105073959A - 无灰煤的制造方法 - Google Patents

Abstract

由溶剂分离器(10)和干燥器(11)从固体成分浓缩液中蒸发分离溶剂而得到萃余煤，将其作为预热器(5)的燃料，加热将煤和溶剂混合而得到的浆料。由此，可抑制无灰煤的制造所需的运营成本。

Description

无灰煤的制造方法

技术领域

本发明涉及用于从煤中除去灰分而得到无灰煤的无灰煤制造方法。

背景技术

专利文献1中公开有一种无灰煤的制造方法。在该制造方法中，是将燃料煤中混合有粘结煤的煤原料与溶剂混合而调制浆料，加热所得到的浆料，萃取可溶于溶剂的煤成分，通过重力沉降法，由萃取了煤成分的浆料对含有可溶于溶剂的煤成分的溶液、和含有不溶于溶剂的煤成分的固体成分浓缩液进行分离，从分离出的溶液中分离溶剂而得到无灰煤。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本国特开2009-227718号公报

可是，在无灰煤的制造过程中，除了作为最终制品的无灰煤以外，作为副产品还制造出萃余煤。该萃余煤与无灰煤和炼焦煤相比，因为灰分浓度高，所以作为燃料的市场价值不及无灰煤。

另外，在无灰煤的制造过程中，需要加热浆料的机构。作为一般的流体的加热机构，已知有电热器、载热器(原文：熱媒ヒ一タ)、感应传热式加热炉、燃气加热炉，燃油加热炉等。

但是，电热器和载热器，不适合无灰煤的制造程序和大容量加热。另外，感应传热式加热炉，设备成本高，难以适用于大容量加热。在这一点上，燃气加热炉和燃油加热炉虽然适合无灰煤的制造程序和大容量加热，但是存在燃料成本高这样的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种可以抑制无灰煤的制造所需的运营成本的无灰煤的制造方法。

本发明的无灰煤的制造方法，其特征在于，具备如下工序：混合煤和溶剂而得到浆料的浆料调制工序；加热所述浆料而萃取可溶于溶剂的煤成分的萃取工序；将经由所述萃取工序得到的浆料分离成溶解有可溶于溶剂的煤成分的溶液、和不溶于溶剂的煤成分浓缩的固体成分浓缩液的分离工序；从经由所述分离工序分离出的溶液中蒸发分离溶剂而得到无灰煤的无灰煤取得工序；从经由所述分离工序分离出的固体成分浓缩液中蒸发分离溶剂而得到萃余煤的萃余煤取得工序，使用所述萃余煤作为由所述浆料调制工序得到的所述浆料的加热用的燃料。

根据本发明的无灰煤的制造方法，能够抑制无灰煤的制造所需的运营成本。

附图说明

图1是无灰煤制造设备的模式图。

具体实施方式

以下，一边参照附图，一边对于本发明优选的实施方式进行说明。

(无灰煤的制造方法)

用于本实施方式的无灰煤的制造方法的无灰煤制造设备100，如图1所示，从无灰煤(HPC)制造工序的上游侧起，按顺序具备煤斗1·溶剂罐2、浆料调制槽3、输送泵4、预热器5、萃取槽6、重力沉降槽7、过滤单元8、溶剂分离器9·10、干燥器11、和加湿器12。

无灰煤的制造方法具有浆料调制工序、萃取工序、分离工序、无灰煤取得工序和萃余煤取得工序。以下，对于各工序进行说明。还有，在本制造方法中，对于作为原料的煤没有特别限制，可以使用萃取率高的烟煤，也可以使用更廉价的高灰煤(次烟煤、褐煤)。另外，所谓无灰煤，是指灰分为5重量％以下，优选为3重量％以下的煤。

(浆料调制工序)

浆料调制工序是混合煤和溶剂而调制浆料的工序。该浆料调制工序，在图1中，由浆料调制槽3实施。作为原料的煤从煤斗1被投入浆料调制槽3中，并且从溶剂罐2向浆料调制槽3投入溶剂。投入到浆料调制槽3的煤和溶剂，被搅拌机3a混合而成为由煤和溶剂构成的浆料。

煤对于溶剂的混合比率，例如，以干煤标准计为10～50重量％，更优选为20～35重量％。

(萃取工序)

萃取工序是加热经由浆料调制工序得到的浆料，萃取(使之溶解于溶剂)可溶于溶剂的煤成分的工序。该萃取工序在图1中，由预热器5和萃取槽6实施。该萃取工序包括由预热器5加热浆料的预热阶段。由浆料调制槽3调制的浆料，被输送泵4供给到预热器5，被加热至既定温度后，被供给到萃取槽6，一边由搅拌机6a搅拌，一边以既定温度保持而进行萃取。在此，在萃取槽6中，萃取可溶于溶剂的煤成分时会产生气体。该气体由CH₄、C₂H₄、C₂H₆、C₃H₈、C₄H₁₀、H₂、CO等构成，有高达8000kcal/kg左右的发热量。因此，该气体作为后述的萃余煤的辅助燃料，被用于预热器5的燃料。

加热混合煤和溶剂所得到的浆料而萃取可溶于溶剂的煤成分时，对于煤拥有大的溶解力的溶媒，大部分情况下，是将芳香族溶剂(供氢性或非供氢性的溶剂)与煤混合，对其加热，萃取煤中的有机成分。

非供氢性溶剂，主要是从煤的干馏生成物中精炼出的、以双环芳香族为主的作为溶剂的煤衍生物。该非供氢性溶剂在加热状态下仍稳定，与煤的亲和性优异，因此萃取到溶剂中的可溶成分(在此为煤成分)的比例(以下，也称为萃取率)高，另外，是可以很容易地通过蒸馏等的方法回收的溶剂。作为非供氢性溶剂的主要成分，可列举作为双环芳香族的萘、甲基萘、二甲基萘、三甲基萘等，作为其他的非供氢性溶剂的成分，包含具有脂肪族侧链的萘类、蒽类、芴类，另外还包含其中具有联苯和长链脂肪族侧链的烷基苯。

还有，上述的说明中，阐述的是以非供氢性化合物作为溶剂使用的情况，但是作为溶剂，当然也可以使用以四氢萘为代表的供氢性的化合物(含煤液化油)。使用供氢性溶剂时，无灰煤的收率提高。

另外，溶剂的沸点没有特别限制。从萃取工序和分离工序中的压力降低、萃取工序中的萃取率、无灰煤取得工序等之中的溶剂回收率等观点出发，例如，优选使用沸点为180～300℃，特别是240～280℃的溶剂。

萃取工序中的浆料的加热温度，只要是溶剂可溶成分能够溶解，便不特别加以限制，从溶剂可溶成分的充分溶解和萃取率提高的观点出发，例如，为300～420℃，更优选为360～400℃。

另外，加热时间(萃取时间)也没有特别限制，但从充分的溶解和萃取率提高的观点出发，例如，为10～60分钟。加热时间在图1中，是在预热器5和萃取槽6中加热的合计时间。

还有，萃取工序在氮等不活泼气体的存在下进行。萃取槽6内的压力，虽然也根据萃取时的温度和使用的溶剂的蒸气压有所不同，但优选为1.0～2.0MPa。萃取槽6内的压力比溶剂的蒸气压低时，溶剂挥发而无法限制在液相，不能进行萃取。为了使溶剂限于液相，需要比溶剂的蒸气压更高的压力。另一方面，若压力过高，则机器的成本、运转成本变高，是不经济的。

(分离工序)

分离工序是将经由萃取工序得到的浆料，通过重力沉降法，分离成溶解有可溶于溶剂的煤成分的溶液、和不溶于溶剂的煤成分(溶剂不溶成分，例如灰分)浓缩的固体成分浓缩液(溶剂不溶成分浓缩液)的工序。该分离工序在图1中，由重力沉降槽7实施。由萃取工序得到的浆料，在重力沉降槽7内，在重力作用下，被分离成作为溶液的上清液，和固体成分浓缩液。重力沉降槽7的上部的上清液，根据需要经过过滤单元8，被排出到溶剂分离器9，同时，沉降到重力沉降槽7的下部的固体成分浓缩液被排出到溶剂分离器10。

重力沉降法是通过将浆料保持在槽内，利用重力来使溶剂不溶成分沉降、分离的方法。比重比溶解有可溶于溶剂的煤成分的溶液大的溶剂不溶成分(例如灰分)，在因重力而沉降到重力沉降槽7的下部。通过一边向槽内连续地供给浆料，一边从上部连续地的排出上清液，从下部连续地排出固体成分浓缩液，从而可以进行连续的分离处理。

重力沉降槽7内为了防止从煤中溶出的溶剂可溶成分的再析出，优选预先保温(或加热)或加压。保温(加热)温度例如为300～380℃，槽内压力，例如为1.0～3.0MPa。

还有，作为从经由萃取工序得到的浆料中，分离含有溶解于溶剂的煤成分的溶液的方法，除了重力沉降法以外，还有过滤法、离心分离法等。

(无灰煤取得工序)

无灰煤取得工序是从经由分离工序分离出的溶液(上清液)中蒸发分离溶剂而得到无灰煤(HPC)的工序。该无灰煤取得工序，在图1中，由溶剂分离器9实施。由重力沉降槽7分离的溶液，经过滤单元8过滤后，被供给到溶剂分离器9，在溶剂分离器9内从上清液中蒸发分离溶剂。在此，溶剂从溶液的蒸发分离，优选在氮等的不活泼气体的存在下进行。在本实施方式中，在导入到溶剂分离器9内的氮气中将溶剂从溶液中蒸发分离。

从溶液(上清液)中分离溶剂的方法，能够使用一般的蒸馏法、蒸发法等。由溶剂分离器9分离的溶剂，返回溶剂罐2，被循环重复使用。还有，优选循环使用溶剂，但并不是必须如此(在后述的萃余煤取得工序中也同样)。从上清液中分离溶剂，能够得到实质上不含灰分的无灰煤(HPC)。

无灰煤，几乎不含灰分，毫无水分，显示出比炼焦煤更高的放热量。此外，作为炼铁用焦炭的原料特别重要的品质，即软化熔融性(流动性)得到大幅改善，即使炼焦煤不具有软化熔融性，所得到的无灰煤(HPC)也具有良好的软化熔融性。因此，无灰煤例如能够作为焦炭原料的混煤使用。另外，几乎不含灰分的无灰煤，因为燃烧效率高且能够减少煤灰的发生，所以，作为利用燃气涡轮燃烧的高效率复合发电系统的燃气涡轮直喷燃料的用途也受到注目。

(萃余煤取得工序)

萃余煤取得工序，是从经由分离工序分离的固体成分浓缩液中蒸发分离溶剂而得到萃余煤的工序。该萃余煤取得工序，具有萃余煤混合物取得工序和萃余煤干燥工序。

<萃余煤混合物取得工序>

萃余煤混合物取得工序，是从经由分离工序分离出的固体成分浓缩液中蒸发分离溶剂，从而得到在萃余煤中残存有溶剂而构成的萃余煤混合物的工序。该萃余煤混合物取得工序，在图1中，由溶剂分离器10实施。由重力沉降槽7分离的固体成分浓缩液被供给到溶剂分离器10，在溶剂分离器10内溶剂从固体成分浓缩液中被蒸发分离。在此，溶剂从固体成分浓缩液中的蒸发分离，优选在氮等的不活泼气体的存在下进行。在本实施方式中，在导入溶剂分离器10内的氮气中，将溶剂从固体成分浓缩液中蒸发分离。

从固体成分浓缩液中分离溶剂的方法，与所述的无灰煤取得工序同样，能够使用一般的蒸馏法、蒸发法。由溶剂分离器10分离的溶剂，返回溶剂罐2，被循环重复使用。通过从固体成分浓缩液中分离溶剂，能够得到在萃余煤中以5～10重量％的比例残存溶剂而构成的萃余煤混合物。

<萃余煤干燥工序>

萃余煤干燥工序，是从萃余煤混合物中蒸发分离残存的溶剂而得到萃余煤的工序。该萃余煤干燥工序，在图1中，由干燥器11实施。由溶剂分离器10得到的萃余煤混合物被供给到干燥器11，在干燥器11内，残存的溶剂从萃余煤混合物中被蒸发分离。溶剂从萃余煤混合物的蒸发分离，优选在氮等的不活泼气体的存在下进行。在本实施方式中，干燥器11是一边在内部流通作为载气的氮气，一边加热·滞留·搅拌萃余煤混合物的蒸汽管干燥器。通过从萃余煤混合物中分离残存的溶剂，能够得到含有灰分等的溶剂不溶成分浓缩后的萃余煤(RC，也称残煤)。

萃余煤虽然包含灰分，但毫无水分，也充分具有放热量。萃余煤不显示软化熔融性，但因为含氧官能基脱离，所以作为混煤使用时，不会阻碍该混煤所含的其他的煤的软化熔融性。因此，该萃余煤与通常的非微粘结煤同样，能够作为焦炭原料的混煤的一部分使用，另外，也可以不用作焦炭炼焦煤，而是作为各种燃料用途使用。因此在本发明中，将萃余煤的全部或其一部用于萃取工序的加热用途。

在此，萃余煤为粉状，粒径(最大长度)为0.2～1.0mm左右。但是，在萃余煤之中，粒径(一次粒径)为0.001～0.05mm左右的粒子发生了凝集的二次粒子也一并存在。该二次粒子的粒径(二次粒径)，虽然也会根据萃余煤的回收条件而有所不同，但例如为0.2～5.0mm左右。另外，萃余煤的灰分浓度虽然依存于煤型，但为10～20质量％左右，萃余煤的水分量是0.00～0.20质量％左右。

在本实施方式中，由干燥器11得到的萃余煤，被加湿器12加湿之后，被用于预热器5的燃料。具体来说，以1000℃～1400℃左右使萃余煤燃烧，作为预热器5的燃料使用。萃余煤虽然不及无灰煤，但仍有高达6000kcal/kg以上发热量，并显示出比炼焦煤更高的可燃性·燃尽性能。

通常，由无灰煤的制造程序得到的萃余煤，为了通过蒸馏法和蒸发法等除去溶剂，例如，会处于温度200℃左右，水分量0.00～0.20质量％左右的干燥状态。因此，会因风而飞散等，处理性差。因此，用加湿器12调整萃余煤的水分。具体来说，在加湿器12中，一边对萃余煤喷水进行加湿，一边用搅拌机进行搅拌。更具体来说，将萃余煤投入搅拌机，通过喷雾对萃余煤加水而冷却至既定温度，同时进行水分·湿度调整。如此经过水分调整的萃余煤难以飞散，作为燃料的处理性提高。在本实施方式中，使萃余煤的含水率为0.1～15重量％而进行水分调整。还有，由于用搅拌机进行搅拌，致使萃余煤的粒子被粉碎，因此也能够进行粒径调整。

将如此进行了水分调整的萃余煤供给到预热器5，用于加热浆料的燃料。萃余煤与无灰煤和炼焦煤相比，灰分浓度高，作为燃料的市场价值不及无灰煤。因此，将经由无灰煤的制造程序制造，比无灰煤廉价的萃余煤，用于加热浆料的燃料，能够抑制燃料成本。由此，能够抑制无灰煤的制造所需的运营成本。还有，也可以在萃余煤中混合煤，将其用于加热浆料的燃料。

另外，如上述，在萃取槽6中发生的气体，能够作为萃余煤的辅助燃料，用于预热器5的燃料。该气体单独作为加热浆料的燃料不充分，但有高放热量，通过连续或间歇性地供给到预热器5，能够适用为萃余煤的辅助燃料。另外，萃余煤由于干燥器11造成的干燥状态等的性状变化，导致发热量变动，通过使该气体与萃余煤一起燃烧，能够使萃余煤稳定燃烧。

还有，也可以将经由溶剂分离器10得到的萃余煤混合物用于预热器5的燃料。萃余煤混合物是在萃余煤中以5～10重量％的比例残存溶剂而成的，因此能够适用为预热器5的燃料。

(效果)

如以上所述，根据本实施方式的无灰煤的制造方法，作为经浆料调制工序得到的浆料的加热用的燃料使用萃余煤。更具体地说，作为萃取工序中的浆料的预热用的燃料，在预热器5中使用萃余煤。萃余煤虽然不及无灰煤，但仍有高发热量，显示出比炼焦煤更高的可燃性·燃尽性能。但是，萃余煤与无灰煤和炼焦煤相比，灰分浓度高，作为燃料的市场价值不及无灰煤。因此，将经由无灰煤的制造程序制造，比无灰煤廉价的萃余煤，用于加热浆料的燃料，能够抑制燃料成本。由此，能够抑制无灰煤的制造所需的运营成本。

另外，在萃取槽6中萃取可溶于溶剂的煤成分时发生的气体，与萃余煤一起作为燃料使用。该气体单独作为加热浆料的燃料虽然不充分，但仍有高发热量，能够适用为萃余煤的辅助燃料。另外，萃余煤由于性状变化导致放热量变动，但通过将该气体与萃余煤一起燃烧，则能够使萃余煤稳定燃烧。

另外，作为燃料使用的萃余煤，是进行了水分调整的。通常，经由无灰煤的制造程序得到的萃余煤干燥并呈粉状，会因风而飞散等，处理性差。因此，加湿萃余煤等，使含水率为0.1～15重量％而调整萃余煤的水分，使萃余煤难以飞散。由此，能够提高将萃余煤作为燃料使用时的处理性。

(本实施方式的变形例)

以上，说明了本发明的实施方式，但不过是例示具体例，而非特意限定本发明，具体的构成等可以适宜设计变更。另外，发明的实施方式所述的作用及效果，不过是列举由本发明产生的最佳的作用及效果，本发明的作用及效果，不受本发明的实施方式所述的内容限定。

本申请基于2013年3月28日申请的日本专利申请(专利申请2013-069124)，其内容在此参照并援引。

产业上的可利用性

本发明能够抑制运营成本而制造无灰煤。

符号的说明

1煤斗

2溶剂罐

3浆料调制槽

3a搅拌机

4输送泵

5预热器

6萃取槽

6a搅拌机

7重力沉降槽

8过滤单元

9，10溶剂分离器

11干燥器

12加湿器

100无灰煤制造设备

Claims (5)

1.一种无灰煤的制造方法，其特征在于，具备如下工序：

混合煤和溶剂而得到浆料的浆料调制工序；

加热所述浆料而萃取可溶于溶剂的煤成分的萃取工序；

将经由所述萃取工序而得到的浆料分离成溶解有可溶于溶剂的煤成分的溶液、和不溶于溶剂的煤成分浓缩而成的固体成分浓缩液的分离工序；

从经由所述分离工序分离出的溶液中，蒸发分离溶剂而得到无灰煤的无灰煤取得工序；

从经由所述分离工序分离出的固体成分浓缩液中，蒸发分离溶剂而得到萃余煤的萃余煤取得工序，

使用所述萃余煤作为由所述浆料调制工序得到的所述浆料的加热用的燃料。

2.根据权利要求1所述的无灰煤的制造方法，其特征在于，使用所述萃余煤作为所述萃取工序的所述浆料的预热用的燃料。

3.根据权利要求1或2所述的无灰煤的制造方法，其特征在于，在所述萃取工序中，将萃取可溶于溶剂的煤成分时产生的气体与所述萃余煤一起作为所述燃料使用。

4.根据权利要求1或2所述的无灰煤的制造方法，其特征在于，作为所述燃料使用的萃余煤是经过了水分调整的。

5.根据权利要求4所述的无灰煤的制造方法，其特征在于，使所述萃余煤的含水率为0.1～15重量％而进行水分调整。