JP6017337B2 - Production method of ashless coal - Google Patents
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Description
本発明は、石炭から灰分を除去した無灰炭を得るための無灰炭の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing ashless coal for obtaining ashless coal from which ash is removed from coal.
特許文献1には、無灰炭の製造方法が開示されている。この製造方法では、一般炭に粘結炭を混合した石炭原料と溶剤とを混合してスラリーを調製し、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し、石炭成分を抽出したスラリーから、重力沈降法により、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を含む固形分濃縮液とを分離し、分離された溶液から溶剤を分離して無灰炭を得ている。
ところで、製鉄の高炉用の燃料であるコークスは、石炭を乾留することで製造される。石炭は300℃を過ぎると熱分解してガスや液状物質を発生し、軟化溶融し、膨張する。そして、膨張と同時に粒子同士が接着し、さらに脱ガスして収縮し、コークスとなる。 By the way, coke which is a fuel for a steelmaking blast furnace is produced by dry distillation of coal. When the temperature of the coal exceeds 300 ° C., the coal is pyrolyzed to generate a gas or a liquid substance, and is softened and melted and expanded. At the same time as the expansion, the particles adhere to each other, and further degass and contract to become coke.
ここで、コークスの原料となる石炭には、ある程度の流動性(軟化溶融性)と膨張性とが必要である。具体的には、コークスの原料炭は、ギーセラープラストメータ法による最高流動度(logMF)が2〜3(logddpm)程度で、ジラトメータ法による全膨張率が75%以下であることが好ましい。ところが、無灰炭は流動性が非常に優れた粘結材(石炭抽出成分)であり、流動性および膨張性が大きすぎる。具体的には、無灰炭は、ギーセラープラストメータ法による最高流動度(logMF)が4.5(logddpm)以上であり、ジラトメータ法による全膨張率が200%以上である。そのため、無灰炭のみを乾留してコークスを製造するのは困難である。無灰炭のみからコークスを製造するためには、無灰炭の流動性および膨張性をコークス製造に適した値まで低下させてやる必要がある。 Here, the coal used as a raw material for coke needs to have a certain degree of fluidity (softening and melting property) and expansibility. Specifically, coke coking coal preferably has a maximum fluidity (log MF) of about 2 to 3 (logddpm) as measured by the Giesler plastometer method and a total expansion rate of 75% or less as measured by the dilatometer method. However, ashless coal is a caking additive (coal extraction component) with very excellent fluidity, and its fluidity and expansibility are too large. Specifically, the ashless coal has a maximum fluidity (log MF) of 4.5 (logddpm) or more according to the Gieseller Plastometer method and a total expansion rate of 200% or more by the dilatometer method. Therefore, it is difficult to produce coke by dry distillation of only ashless coal. In order to produce coke only from ashless coal, it is necessary to reduce the fluidity and expansibility of ashless coal to values suitable for coke production.
本発明の目的は、無灰炭の流動性および膨張性を低下させることが可能な無灰炭の製造方法を提供することである。 The objective of this invention is providing the manufacturing method of ashless coal which can reduce the fluidity | liquidity and expansibility of ashless coal.
本発明における無灰炭の製造方法は、石炭と溶剤とを混合して得られる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が溶解した溶液と、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、前記分離工程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を得る副生炭取得工程と、を備え、前記無灰炭取得工程において、前記無灰炭の表面を酸化させるとともに、前記副生炭取得工程において、前記副生炭の表面を酸化させることを特徴とする。 The method for producing ashless coal in the present invention is an extraction step of extracting a coal component soluble in a solvent by heating a slurry obtained by mixing coal and a solvent, and the slurry obtained in the extraction step, A separation step of separating the solution in which the coal component soluble in the solvent is dissolved, and a solid content concentrate in which the coal component insoluble in the solvent is concentrated, and evaporating and separating the solvent from the solution separated in the separation step. An ashless coal obtaining step for obtaining ash charcoal, and a byproduct coal obtaining step for obtaining a byproduct charcoal by evaporating and separating the solvent from the solid concentrate separated in the separation step. And oxidizing the surface of the ashless coal and oxidizing the surface of the byproduct coal in the byproduct coal acquisition step .
本発明の無灰炭の製造方法によると、無灰炭の流動性および膨張性を低下させることができる。 According to the method for producing ashless coal of the present invention, the fluidity and expansibility of ashless coal can be reduced.
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(無灰炭製造設備の構成)
図1に示すように、無灰炭製造設備100は、無灰炭(HPC)製造工程の上流側から順に、石炭ホッパ1・溶剤タンク2、スラリー調製槽3、移送ポンプ4、予熱器5、抽出槽6、重力沈降槽7、フィルターユニット8、溶剤分離器9・10、および、ドライヤ11・12を備えている。
(Configuration of ashless coal production facility)
As shown in FIG. 1, the ashless
ここで、本実施形態の無灰炭の製造方法は、スラリー調製工程、抽出工程、分離工程、無灰炭取得工程、および副生炭取得工程を有する。以下、各工程について説明する。なお、本製造方法において原料とする石炭に、特に制限はなく、抽出率の高い瀝青炭を用いてもよいし、より安価な劣質炭(亜瀝青炭、褐炭)を用いてもよい。また、無灰炭とは、灰分が5重量%以下、好ましくは3重量%以下のもののことをいう。 Here, the manufacturing method of the ashless coal of this embodiment has a slurry preparation process, an extraction process, a separation process, an ashless coal acquisition process, and a byproduct coal acquisition process. Hereinafter, each step will be described. In addition, there is no restriction | limiting in particular in the coal used as a raw material in this manufacturing method, A bituminous coal with a high extraction rate may be used, and cheaper inferior quality coal (subbituminous coal, lignite) may be used. The ashless coal means ash content of 5% by weight or less, preferably 3% by weight or less.
(スラリー調製工程)
スラリー調製工程は、石炭と溶剤とを混合してスラリーを調製する工程である。このスラリー調製工程は、図1中、スラリー調製槽3で実施される。原料である石炭が石炭ホッパ1からスラリー調製槽3に投入されるとともに、溶剤タンク2からスラリー調製槽3に溶剤が投入される。スラリー調製槽3に投入された石炭および溶剤は、攪拌機3aで混合されて石炭と溶剤とからなるスラリーとなる。
(Slurry preparation process)
The slurry preparation step is a step of preparing a slurry by mixing coal and a solvent. This slurry preparation process is implemented in the slurry preparation tank 3 in FIG. Coal as a raw material is charged into the slurry preparation tank 3 from the
溶剤に対する石炭の混合比率は、例えば、乾燥炭基準で10〜50重量%であり、より好ましくは、20〜35重量%である。 The mixing ratio of coal with respect to the solvent is, for example, 10 to 50% by weight on the basis of dry coal, and more preferably 20 to 35% by weight.
(抽出工程)
抽出工程は、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(溶剤に溶解させる)工程である。この抽出工程は、図1中、予熱器5および抽出槽6で実施される。スラリー調製槽3にて調製されたスラリーは、移送ポンプ4によって、予熱器5に供給されて所定温度まで加熱された後、抽出槽6に供給され、攪拌機6aで攪拌されながら所定温度で保持されて抽出が行われる。
(Extraction process)
The extraction step is a step of heating the slurry obtained in the slurry preparation step to extract a coal component soluble in the solvent (dissolve in the solvent). This extraction step is performed in the preheater 5 and the extraction tank 6 in FIG. The slurry prepared in the slurry preparation tank 3 is supplied to the preheater 5 by the transfer pump 4 and heated to a predetermined temperature, then supplied to the extraction tank 6, and held at the predetermined temperature while being stirred by the
石炭と溶剤とを混合して得られるスラリーを加熱して溶剤に可溶な石炭成分を抽出するにあたっては、石炭に対して大きな溶解力を持つ溶媒、多くの場合、芳香族溶剤(水素供与性あるいは非水素供与性の溶剤)と石炭とを混合して、それを加熱し、石炭中の有機成分を抽出することになる。 When extracting coal components that are soluble in the solvent by heating the slurry obtained by mixing coal and solvent, a solvent with a large dissolving power for coal, often an aromatic solvent (hydrogen donating property) Or a non-hydrogen-donating solvent) and coal are mixed and heated to extract organic components in the coal.
非水素供与性溶剤は、主に石炭の乾留生成物から精製した、2環芳香族を主とする溶剤である石炭誘導体である。この非水素供与性溶剤は、加熱状態でも安定であり、石炭との親和性に優れているため、溶剤に抽出される可溶成分(ここでは石炭成分)の割合(以下、抽出率ともいう)が高く、また、蒸留等の方法で容易に回収可能な溶剤である。非水素供与性溶剤の主な成分としては、2環芳香族であるナフタレン、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が挙げられ、その他の非水素供与性溶剤の成分として、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、これらにビフェニルや長鎖脂肪族側鎖を有するアルキルベンゼンが含まれる。 The non-hydrogen donating solvent is a coal derivative which is a solvent mainly composed of a bicyclic aromatic and purified mainly from a coal carbonization product. This non-hydrogen-donating solvent is stable even in a heated state and has excellent affinity with coal. Therefore, the proportion of soluble components (herein, coal components) extracted into the solvent (hereinafter also referred to as extraction rate) In addition, it is a solvent that can be easily recovered by a method such as distillation. Main components of the non-hydrogen donating solvent include bicyclic aromatic naphthalene, methyl naphthalene, dimethyl naphthalene, trimethyl naphthalene and the like, and other non-hydrogen donating solvent components have aliphatic side chains. Naphthalenes, anthracenes, fluorenes, and these include biphenyl and alkylbenzenes having long aliphatic side chains.
なお、上記の説明では非水素供与性化合物を溶剤として用いる場合について述べたが、テトラリンを代表とする水素供与性の化合物(石炭液化油を含む)を溶剤として用いてもよいことは勿論である。水素供与性溶剤を用いた場合、無灰炭の収率が向上する。 In the above description, the case where a non-hydrogen-donating compound is used as a solvent has been described, but it is needless to say that a hydrogen-donating compound (including coal liquefied oil) typified by tetralin may be used as a solvent. . When a hydrogen donating solvent is used, the yield of ashless coal is improved.
また、溶剤の沸点は特に制限されるものではない。抽出工程および分離工程での圧力低減、抽出工程での抽出率、無灰炭取得工程などでの溶剤回収率などの観点から、例えば、180〜300℃、特に240〜280℃の沸点の溶剤が好ましく使用される。 Further, the boiling point of the solvent is not particularly limited. From the viewpoints of pressure reduction in the extraction step and separation step, extraction rate in the extraction step, solvent recovery rate in the ashless coal acquisition step, etc., for example, a solvent having a boiling point of 180 to 300 ° C., particularly 240 to 280 ° C. Preferably used.
抽出工程でのスラリーの加熱温度は、溶剤可溶成分が溶解され得る限り特に制限されず、溶剤可溶成分の十分な溶解と抽出率の向上の観点から、例えば、300〜420℃であり、より好ましくは、360〜400℃である。 The heating temperature of the slurry in the extraction step is not particularly limited as long as the solvent-soluble component can be dissolved, and is, for example, 300 to 420 ° C. from the viewpoint of sufficient dissolution of the solvent-soluble component and improvement of the extraction rate. More preferably, it is 360-400 degreeC.
また、加熱時間(抽出時間)もまた特に制限されるものではないが、十分な溶解と抽出率の向上の観点から、例えば、10〜60分間である。加熱時間は、図1中、予熱器5および抽出槽6での加熱時間を合計したものである。 Also, the heating time (extraction time) is not particularly limited, but is, for example, 10 to 60 minutes from the viewpoint of sufficient dissolution and improvement of the extraction rate. The heating time is the total heating time in the preheater 5 and the extraction tank 6 in FIG.
なお、抽出工程は、窒素などの不活性ガスの存在下で行う。抽出槽6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。抽出槽6内の圧力が溶剤の蒸気圧より低い場合には、溶剤が揮発して液相に閉じ込められず、抽出できない。溶剤を液相に閉じ込めるには、溶剤の蒸気圧より高い圧力が必要となる。一方、圧力が高すぎると、機器のコスト、運転コストが高くなり、経済的ではない。 The extraction process is performed in the presence of an inert gas such as nitrogen. The pressure in the extraction tank 6 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. When the pressure in the extraction tank 6 is lower than the vapor pressure of the solvent, the solvent volatilizes and is not confined in the liquid phase, so that extraction cannot be performed. In order to confine the solvent in the liquid phase, a pressure higher than the vapor pressure of the solvent is required. On the other hand, if the pressure is too high, the cost of the equipment and the operating cost increase, which is not economical.
(分離工程)
分離工程は、抽出工程で得られたスラリーを、重力沈降法により、溶剤に可溶な石炭成分が溶解した溶液と、溶剤に不溶な石炭成分(溶剤不溶成分、例えば灰分)が濃縮した固形分濃縮液(溶剤不溶成分濃縮液)とに分離する工程である。この分離工程は、図1中、重力沈降槽7で実施される。抽出工程で得られたスラリーは、重力沈降槽7内で、重力にて、溶液としての上澄み液と、固形分濃縮液とに分離される。重力沈降槽7の上部の上澄み液は、必要に応じてフィルターユニット8を経て、溶剤分離器9へ排出されるとともに、重力沈降槽7の下部に沈降した固形分濃縮液は溶剤分離器10へ排出される。
(Separation process)
In the separation step, the slurry obtained in the extraction step is subjected to a gravity sedimentation method, a solution in which a coal component soluble in a solvent is dissolved, and a solid content in which a coal component insoluble in a solvent (a solvent insoluble component such as ash) is concentrated. This is a step of separating into a concentrated liquid (solvent insoluble component concentrated liquid). This separation step is performed in the gravity settling tank 7 in FIG. The slurry obtained in the extraction step is separated into a supernatant liquid as a solution and a solid content concentrated liquid by gravity in the gravity settling tank 7. The supernatant liquid in the upper part of the gravity settling tank 7 is discharged to the
重力沈降法は、スラリーを槽内に保持することにより、重力を利用して溶剤不溶成分を沈降・分離させる方法である。溶剤に可溶な石炭成分が溶解した溶液よりも比重が大きい、溶剤不溶成分(例えば灰分)は重力沈降槽7の下部に重力により沈降する。スラリーを槽内に連続的に供給しながら、上澄み液を上部から、固形分濃縮液を下部から連続的に排出することにより、連続的な分離処理が可能である。 The gravitational sedimentation method is a method in which a slurry is retained in a tank to settle and separate solvent-insoluble components using gravity. A solvent-insoluble component (for example, ash) having a specific gravity greater than that of a solution in which a coal component soluble in a solvent is dissolved is settled by gravity in the lower portion of the gravity settling tank 7. A continuous separation process is possible by continuously discharging the supernatant from the top and the solid concentrate from the bottom while continuously supplying the slurry into the tank.
重力沈降槽7内は、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、保温(または加熱)したり、加圧したりしておくことが好ましい。保温(加熱)温度は、例えば、300〜380℃であり、槽内圧力は、例えば、1.0〜3.0MPaとされる。 The gravity sedimentation tank 7 is preferably kept warm (or heated) or pressurized in order to prevent reprecipitation of solvent-soluble components eluted from coal. The heat retention (heating) temperature is, for example, 300 to 380 ° C., and the tank internal pressure is, for example, 1.0 to 3.0 MPa.
なお、抽出工程で得られたスラリーから、溶剤に溶解している石炭成分を含む溶液を分離する方法として、重力沈降法以外に、濾過法、遠心分離法などがある。 As a method for separating the solution containing the coal component dissolved in the solvent from the slurry obtained in the extraction step, there are a filtration method, a centrifugal separation method, and the like in addition to the gravity sedimentation method.
(無灰炭取得工程)
無灰炭取得工程は、分離工程で分離された溶液(上澄み液)から溶剤を蒸発分離して無灰炭(HPC)を得る工程である。この無灰炭取得工程は、無灰炭混合物取得工程と、無灰炭乾燥工程とを有している。
(Ashless coal acquisition process)
The ashless coal acquisition step is a step of obtaining ashless coal (HPC) by evaporating and separating the solvent from the solution (supernatant liquid) separated in the separation step. This ashless coal acquisition step includes an ashless coal mixture acquisition step and an ashless coal drying step.
<無灰炭混合物取得工程>
無灰炭混合物取得工程は、分離工程で分離された溶液から溶剤を蒸発分離することで、無灰炭に溶剤が残存してなる無灰炭混合物を得る工程である。この無灰炭混合物取得工程は、図1中、溶剤分離器9で実施される。重力沈降槽7で分離された溶液は、フィルターユニット8で濾過された後、溶剤分離器9に供給され、溶剤分離器9内で上澄み液から溶剤が蒸発分離される。ここで、溶液からの溶剤の蒸発分離は、窒素などの不活性ガスの存在下で行うことが好ましい。本実施形態において、溶剤分離器9は、フラッシュ蒸留法に用いられるフラッシュ蒸留槽である。フラッシュ蒸留法は、窒素ガス雰囲気にされた槽内に溶液を噴霧させて溶剤を蒸発分離するものである。
<Ashless coal mixture acquisition process>
The ashless coal mixture acquisition step is a step of obtaining an ashless coal mixture in which the solvent remains in the ashless coal by evaporating and separating the solvent from the solution separated in the separation step. This ashless coal mixture acquisition step is performed by the
溶液(上澄み液)から溶剤を分離する方法は、フラッシュ蒸留法に限定されず、一般的な蒸留法、蒸発法などを用いることができる。溶剤分離器9にて分離された溶剤は、溶剤タンク2に戻されて、循環して繰り返し使用される。なお、溶剤を循環使用することは好ましいが必須ではない(後述する副生炭取得工程においても同様)。上澄み液から溶剤を分離することで、無灰炭に溶剤が、おおよそ20重量%〜30重量%の割合で残存してなる無灰炭混合物を得ることができる。
The method for separating the solvent from the solution (supernatant) is not limited to the flash distillation method, and a general distillation method, evaporation method, or the like can be used. The solvent separated by the
<無灰炭乾燥工程>
無灰炭乾燥工程は、無灰炭と溶剤との混合物である無灰炭混合物から残存する溶剤を蒸発分離して無灰炭を得る工程である。この無灰炭乾燥工程は、図1中、ドライヤ11で実施される。溶剤分離器9で得られた無灰炭混合物は、ドライヤ11に供給され、ドライヤ11内で無灰炭混合物から残存する溶剤が蒸発分離される。無灰炭混合物からの溶剤の蒸発分離は、窒素などの不活性ガスの存在下で行うことが好ましい。本実施形態において、ドライヤ11は、キャリアガスとしての窒素ガスが内部を流通するスチームチューブドライヤである。無灰炭混合物から残存する溶剤を分離することで、実質的に灰分を含まない無灰炭(HPC)を得ることができる。
<Ashless coal drying process>
The ashless coal drying step is a step of obtaining ashless coal by evaporating and separating the remaining solvent from the ashless coal mixture, which is a mixture of ashless coal and a solvent. This ashless coal drying step is performed by a
無灰炭は、灰分をほとんど含まず、水分は皆無であり、原料石炭よりも高い発熱量を示す。さらに、製鉄用コークスの原料として特に重要な品質である軟化溶融性(流動性)が大幅に改善され、原料石炭が軟化溶融性を有しなくとも、得られた無灰炭(HPC)は良好な軟化溶融性を有する。したがって、無灰炭は、例えばコークス原料の配合炭として使用することができる。また、灰分をほとんど含まない無灰炭は、燃焼効率が高く且つ石炭灰の発生を低減できるので、ガスタービン燃焼による高効率複合発電システムのガスタービン直噴燃料としての用途も注目されている。 Ashless coal contains almost no ash, has no moisture, and exhibits a higher calorific value than raw coal. Furthermore, softening meltability (fluidity), which is a particularly important quality as a raw material for coke for iron making, has been greatly improved, and the obtained ashless coal (HPC) is good even if the raw coal does not have softening meltability Soft meltability. Therefore, ashless coal can be used, for example, as a blended coal for coke raw materials. In addition, ashless coal containing almost no ash content has high combustion efficiency and can reduce the generation of coal ash. Therefore, the use of ashless coal as a gas turbine direct injection fuel in a high-efficiency combined power generation system based on gas turbine combustion has attracted attention.
ここで、本実施形態においては、内部が窒素ガス雰囲気にされたドライヤ11内に酸素を供給することで、窒素ガス中に混入させた酸素で無灰炭の表面の一部を酸化させている。なお、無灰炭の表面の全部を酸化させてもよい。窒素ガス中への酸素の混入割合は、酸化処理する無灰炭の量や温度、窒素ガスの流通量などの条件にもよるが、例えば、21体積%以下程度にすることができる。
Here, in this embodiment, a part of the surface of the ashless coal is oxidized with oxygen mixed in the nitrogen gas by supplying oxygen into the
従来、石炭を低温(室温〜380℃付近)で酸化させると、流動性(軟化溶融性)および膨張性が低下することが知られている。そこで、無灰炭の表面の少なくとも一部を酸化させることで、無灰炭の流動性および膨張性をコークス製造に適した値まで低下させる。こうすれば、無灰炭のみからコークスを製造することができるようになる。 Conventionally, it is known that when coal is oxidized at a low temperature (room temperature to around 380 ° C.), fluidity (softening and melting property) and expansibility are lowered. Therefore, by oxidizing at least a part of the surface of the ashless coal, the fluidity and expansibility of the ashless coal are reduced to values suitable for coke production. In this way, coke can be produced only from ashless coal.
なお、無灰炭の表面を酸化させる方法としては、溶剤分離器9内に酸素を混入させることで、無灰炭混合物に含まれる無灰炭の表面を酸化させる方法と、ドライヤ11内に酸素を混入させることで、無灰炭の表面を酸化させる方法と、ドライヤ11から排出された無灰炭の表面を酸化させる方法とがある。ここで、溶剤分離器9で得られる無灰炭混合物よりも、ドライヤ11で得られる無灰炭の方が、含有する溶剤の量が少ない。そのため、無灰炭混合物よりも無灰炭の方が、表面に酸素が触れ易く、酸化し易い。また、ドライヤ11から排出された無灰炭よりも、ドライヤ11内の無灰炭の方が、温度が高いので酸化し易い。以上の理由から、ドライヤ11内に酸素を混入させる方法が、無灰炭の表面を酸化させる方法として最適である。さらに、ドライヤ11がスチームチューブドライヤであれば、流通する窒素ガスの流れに乗って酸素が拡散されることで、無灰炭の表面に酸素が一層触れ易くなる。
In addition, as a method of oxidizing the surface of ashless coal, oxygen is mixed in the
(副生炭取得工程)
副生炭取得工程は、分離工程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を得る工程である。この副生炭取得工程は、副生炭混合物取得工程と、副生炭乾燥工程とを有している。
(By-product coal acquisition process)
The byproduct charcoal acquisition step is a step of obtaining byproduct charcoal by evaporating and separating the solvent from the solid concentrate separated in the separation step. This byproduct charcoal acquisition process has a byproduct charcoal mixture acquisition process and a byproduct charcoal drying process.
<副生炭混合物取得工程>
副生炭混合物取得工程は、分離工程で分離された固形分濃縮液から溶剤を蒸発分離することで、副生炭に溶剤が残存してなる副生炭混合物を得る工程である。この副生炭混合物取得工程は、図1中、溶剤分離器10で実施される。重力沈降槽7で分離された固形分濃縮液は溶剤分離器10に供給され、溶剤分離器10内で固形分濃縮液から溶剤が蒸発分離される。ここで、固形分濃縮液からの溶剤の蒸発分離は、窒素などの不活性ガスの存在下で行うことが好ましい。本実施形態において、溶剤分離器10は、フラッシュ蒸留法に用いられるフラッシュ蒸留槽である。
<By-product coal mixture acquisition process>
The byproduct charcoal mixture acquisition step is a step of obtaining a byproduct charcoal mixture in which the solvent remains in the byproduct charcoal by evaporating and separating the solvent from the solid content concentrate separated in the separation step. This byproduct charcoal mixture acquisition step is performed by the
固形分濃縮液から溶剤を分離する方法は、フラッシュ蒸留法に限定されず、前記した無灰炭取得工程と同様に、一般的な蒸留法、蒸発法を用いることができる。溶剤分離器10にて分離された溶剤は、溶剤タンク2に戻されて、循環して繰り返し使用される。固形分濃縮液から溶剤を分離することで、副生炭に溶剤が、おおよそ5重量%〜10重量%の割合で残存してなる副生炭混合物を得ることができる。
The method for separating the solvent from the solid concentrate is not limited to the flash distillation method, and a general distillation method and evaporation method can be used in the same manner as the above-described ashless coal acquisition step. The solvent separated by the
<副生炭乾燥工程>
副生炭乾燥工程は、副生炭混合物から残存する溶剤を蒸発分離して副生炭を得る工程である。この副生炭乾燥工程は、図1中、ドライヤ12で実施される。溶剤分離器10で得られた副生炭混合物は、ドライヤ12に供給され、ドライヤ12内で副生炭混合物から残存する溶剤が蒸発分離される。副生炭混合物からの溶剤の蒸発分離は、窒素などの不活性ガスの存在下で行うことが好ましい。本実施形態において、ドライヤ12は、キャリアガスとしての窒素ガスが内部を流通するスチームチューブドライヤである。副生炭混合物から残存する溶剤を分離することで、灰分などを含む溶剤不溶成分が濃縮された副生炭(RC、残渣炭ともいう)を得ることができる。
<By-product charcoal drying process>
The byproduct coal drying step is a step of obtaining byproduct coal by evaporating and separating the remaining solvent from the byproduct coal mixture. This by-product charcoal drying step is performed by a
副生炭は、灰分が含まれるものの水分が皆無であり、発熱量も十分に有している。副生炭は軟化溶融性を示さないが、含酸素官能基が脱離されているため、配合炭として用いた場合に、この配合炭に含まれる他の石炭の軟化溶融性を阻害するようなものではない。したがって、この副生炭は、通常の非微粘結炭と同様に、コークス原料の配合炭の一部として使用することができ、また、コークス原料炭とせずに、各種の燃料用として使用することも可能である。 By-product charcoal contains ash, but has no water and has a sufficient calorific value. By-product coal does not exhibit softening and melting properties, but the oxygen-containing functional groups are eliminated, so that when used as a blended coal, it inhibits the softening and melting properties of other coals contained in this blended coal. It is not a thing. Therefore, this by-product coal can be used as a part of the blended coal of the coke raw material, as in the case of ordinary non-slightly caking coal, and is used for various fuels without using the coke raw coal. It is also possible.
ここで、本実施形態においては、内部が窒素ガス雰囲気にされたドライヤ12内に酸素を供給することで、窒素ガス中に混入させた酸素で副生炭の表面の一部を酸化させている。なお、副生炭の表面の全部を酸化させてもよい。窒素ガス中への酸素の混入割合は、酸化処理する副生炭の量や温度、窒素ガスの流通量などの条件にもよるが、例えば、21体積%以下程度にすることができる。
Here, in this embodiment, by supplying oxygen into the
一般に、石炭は酸化すると発熱し、発熱が激しくなると自然発火する。そして、副生炭は溶剤に不溶な未溶解成分であり細孔が発達した構造を有するため、自然発火性が高い。そこで、副生炭を得る際に副生炭の表面をある程度酸化させておくことで、その後に副生炭が酸化する絶対量を減少させる。これにより、副生炭を自然発火しにくくすることができる。 Generally, coal generates heat when it is oxidized, and spontaneously ignites when heat is intense. By-product charcoal is an insoluble component that is insoluble in a solvent and has a structure in which pores are developed. Therefore, by oxidizing the surface of the by-product coal to some extent when obtaining the by-product coal, the absolute amount that the by-product coal is subsequently oxidized is reduced. Thereby, byproduct charcoal can be made hard to ignite spontaneously.
なお、副生炭の表面を酸化させる方法としては、溶剤分離器10内に酸素を混入させることで、副生炭混合物に含まれる副生炭の表面を酸化させる方法と、ドライヤ12内に酸素を混入させることで、副生炭の表面を酸化させる方法と、ドライヤ12から排出された副生炭の表面を酸化させる方法とがある。ここで、溶剤分離器10で得られる副生炭混合物よりも、ドライヤ12で得られる副生炭の方が、含有する溶剤の量が少ない。そのため、副生炭混合物よりも副生炭の方が、表面に酸素が触れ易く、酸化し易い。また、ドライヤ12から排出された副生炭よりも、ドライヤ12内の副生炭の方が、温度が高いので酸化し易い。以上の理由から、ドライヤ12内に酸素を混入させる方法が、副生炭の表面を酸化させる方法として最適である。さらに、ドライヤ12がスチームチューブドライヤであれば、流通する窒素ガスの流れに乗って酸素が拡散されることで、副生炭の表面に酸素が一層触れ易くなる。
As a method of oxidizing the surface of the byproduct coal, a method of oxidizing the surface of the byproduct coal contained in the byproduct coal mixture by mixing oxygen in the
(流動性測定)
次に、溶剤を5重量%含有する無灰炭を原料とし、原料の表面の一部を酸化させた無灰炭と原料とで、流動性をそれぞれ測定した。具体的には、無灰炭取得工程において、スチームチューブドライヤにより無灰炭混合物から残存する溶剤を蒸発分離して、原料である無灰炭を得るとともに、スチームチューブドライヤ内を流通する窒素ガス中に所定濃度の酸素を混入させることで、原料の表面の一部を酸化させた無灰炭を得た。両者について、ギーセラー流動度を測定した。その結果を図2に示す。
(Fluidity measurement)
Next, fluidity was measured using ashless coal containing 5% by weight of a solvent as raw material and ashless charcoal obtained by oxidizing a part of the surface of the raw material and the raw material. Specifically, in the ashless coal acquisition process, the solvent remaining from the ashless coal mixture is evaporated and separated by a steam tube dryer to obtain ashless coal as a raw material, and in the nitrogen gas circulating in the steam tube dryer The mixture was mixed with oxygen at a predetermined concentration to obtain ashless coal in which a part of the surface of the raw material was oxidized. The Gieseller fluidity was measured for both. The result is shown in FIG.
ここで、スチームチューブドライヤについて説明する。スチームチューブドライヤ11は、図3に示すように、長尺円筒状の本体12と、モータ等の駆動手段13と、多数のスチームチューブ14と、を有している。本体12は、その中心線Oに沿って一端(図中左端)から他端(図中右端)に向かうに従って僅かに下向きになるように横方向に配されている。駆動手段13は、本体12をその中心線O回りに回転可能に支持している。多数のスチームチューブ14は、本体12の内壁側にそれぞれ中心線Oに平行に延びるように、かつ中心線Oを中心に同心円をなすように周方向および径方向に複数ずつ配列されて取り付けられており、内部に加熱媒体である蒸気が流通させられる。
Here, the steam tube dryer will be described. As shown in FIG. 3, the
また、本体12の一端側には、モータ等の駆動手段17により駆動されるスクリュウフィーダ18が設けられている。このスクリュウフィーダ18には、乾燥させられる処理物(無灰炭混合物)Wが供給される供給口15と、キャリアガスである窒素ガスGが吸引される吸引口16とが設けられている。スクリュウフィーダ18は、本体12の回転を許容しつつスチームチューブ14の内周側に挿入されるように本体12に対して気密に配設されている。
A
一方、本体12の他端側には、ボックス21が設けられている。このボックス21は、スチームチューブドライヤ11によって乾燥された処理物(無灰炭)Wの排出口19を下部に備えるとともに、窒素ガスGの排気口20を上部に備えている。ボックス21は、本体12の回転を許容しつつ本体12内を気密に維持可能に配設されている。また、本体12の他端には、多数のスチームチューブ14への蒸気の供給管22とドレン管23とが設けられている。
On the other hand, a
このようなスチームチューブドライヤ11において、スクリュウフィーダ18の供給口15から供給された処理物(無灰炭混合物)Wは、このスクリュウフィーダ18によって本体12の一端側から多数のスチームチューブ14の内周に供給され、この本体12の回転によって多数のスチームチューブ14に接触しながら転動しつつ他端側に送り出され、その間にスチームチューブ14を介して蒸気により間接的に加熱されて乾燥させられ、本体12の他端側の排出口19から乾燥した処理物(無灰炭)Wとして排出される。また、この乾燥によって処理物(無灰炭混合物)Wから蒸発した溶剤は、本体12の一端側のスクリュウフィーダ18の吸引口16から吸引された窒素ガスGとともに、同じく本体12の他端側の排気口20から排出され、回収される。
In such a
本実施形態においては、窒素ガスGの流量を1.0Nm3/h、本体12内での処理物(無灰炭混合物)Wの滞留時間を90分、スチーム圧力を2.55MPa(225℃)として、無灰炭混合物から残存する溶剤を蒸発分離させた。そして、本体12の片側を大気開放することで、酸素が微量に存在するようにした。
In the present embodiment, the flow rate of the nitrogen gas G is 1.0 Nm 3 / h, the residence time of the treated product (ashless coal mixture) W in the
図2に示すように、原料は320℃付近から430℃付近の範囲において測定限界値に達した。一方、表面の一部が酸化された無灰炭は、320℃付近で原料のおよそ半分の流動性を示した。また、表面の一部が酸化された無灰炭は、380℃付近から410℃付近の範囲において測定限界値に達し、410℃よりも高い温度域では測定限界値よりも低い流動性を示した。このことから、無灰炭の表面を酸化させることで、無灰炭の流動性が低下することがわかる。 As shown in FIG. 2, the raw material reached the measurement limit value in the range from about 320 ° C. to about 430 ° C. On the other hand, the ashless coal whose surface was partially oxidized showed fluidity about half that of the raw material at around 320 ° C. Moreover, the ashless coal in which a part of the surface was oxidized reached the measurement limit value in the range from about 380 ° C. to about 410 ° C., and showed lower fluidity than the measurement limit value in the temperature range higher than 410 ° C. . This shows that the fluidity of ashless coal falls by oxidizing the surface of ashless coal.
(効果)
以上に述べたように、本実施形態に係る無灰炭の製造方法によると、溶液から溶剤を蒸発分離して無灰炭を得る際に、無灰炭の表面を酸化させる。ここで、石炭を低温(室温〜380℃付近)で酸化させると、流動性(軟化溶融性)および膨張性が低下することが知られている。そこで、無灰炭の表面を酸化させることで、無灰炭の流動性および膨張性をコークス製造に適した値まで低下させる。こうすれば、無灰炭のみからコークスを製造することができるようになる。このように、無灰炭の表面を酸化させることで、無灰炭の流動性および膨張性を低下させることができる。
(effect)
As described above, according to the method for producing ashless coal according to the present embodiment, the surface of the ashless coal is oxidized when the solvent is evaporated from the solution to obtain ashless coal. Here, it is known that when coal is oxidized at a low temperature (room temperature to around 380 ° C.), fluidity (softening and melting property) and expansibility are lowered. Therefore, by oxidizing the surface of ashless coal, the fluidity and expansibility of ashless coal are reduced to values suitable for coke production. In this way, coke can be produced only from ashless coal. Thus, the fluidity and expansibility of ashless coal can be reduced by oxidizing the surface of ashless coal.
また、不活性ガス中に混入させた酸素で無灰炭の表面を酸化させる。不活性ガス中であれば、無灰炭の表面が酸素と反応し易くなるので、無灰炭の表面を好適に酸化させることができる。 Further, the surface of ashless coal is oxidized with oxygen mixed in an inert gas. If it is in an inert gas, the surface of ashless coal easily reacts with oxygen, so that the surface of ashless coal can be suitably oxidized.
また、無灰炭混合物取得工程で得られる無灰炭混合物よりも、無灰炭乾燥工程で得られる無灰炭の方が、含有する溶剤の量が少ない。そのため、無灰炭混合物よりも無灰炭の方が、表面に酸素が触れ易い。そこで、無灰炭乾燥工程において無灰炭の表面を酸化させることで、無灰炭の表面を好適に酸化させることができる。 Moreover, the amount of the solvent contained in the ashless coal obtained in the ashless coal drying step is smaller than that in the ashless coal mixture obtained in the ashless coal mixture acquisition step. Therefore, ashless coal is easier to touch the surface than ashless coal mixture. Then, the surface of ashless coal can be oxidized suitably by oxidizing the surface of ashless coal in an ashless coal drying process.
また、固形分濃縮液から溶剤を蒸発分離して副生炭を得る際に、副生炭の表面を酸化させる。一般に、石炭は酸化すると発熱し、発熱が激しくなると自然発火する。そして、副生炭は溶剤に不溶な未溶解成分であり細孔が発達した構造を有するため、自然発火性が高い。そこで、副生炭を得る際に副生炭の表面をある程度酸化させておくことで、その後に副生炭が酸化する絶対量を減少させる。これにより、副生炭を自然発火しにくくすることができる。 Further, when the by-product coal is obtained by evaporating and separating the solvent from the solid content concentrate, the surface of the by-product coal is oxidized. Generally, coal generates heat when it is oxidized, and spontaneously ignites when heat is intense. By-product charcoal is an insoluble component that is insoluble in a solvent and has a structure in which pores are developed. Therefore, by oxidizing the surface of the by-product coal to some extent when obtaining the by-product coal, the absolute amount that the by-product coal is subsequently oxidized is reduced. Thereby, byproduct charcoal can be made hard to ignite spontaneously.
また、不活性ガス中に混入させた酸素で副生炭の表面を酸化させる。不活性ガス中であれば、副生炭の表面が酸素と反応し易くなるので、副生炭の表面を好適に酸化させることができる。 Further, the surface of the by-product coal is oxidized with oxygen mixed in the inert gas. If in the inert gas, the surface of the by-product coal easily reacts with oxygen, so that the surface of the by-product coal can be suitably oxidized.
また、副生炭混合物取得工程で得られる副生炭混合物よりも、副生炭乾燥工程で得られる副生炭の方が、含有する溶剤の量が少ない。そのため、副生炭混合物よりも副生炭の方が、表面に酸素が触れ易い。そこで、副生炭乾燥工程において副生炭の表面を酸化させることで、副生炭の表面を好適に酸化させることができる。 Moreover, the amount of the solvent contained in the by-product coal obtained in the by-product coal drying step is smaller than that of the by-product coal mixture obtained in the by-product coal mixture acquisition step. Therefore, by-product coal is easier to touch the surface than by-product coal mixture. Therefore, the surface of the by-product coal can be suitably oxidized by oxidizing the surface of the by-product coal in the by-product coal drying step.
(本実施形態の変形例)
以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
(Modification of this embodiment)
The embodiment of the present invention has been described above, but only specific examples are illustrated, and the present invention is not particularly limited, and the specific configuration and the like can be appropriately changed in design. Further, the actions and effects described in the embodiments of the invention only list the most preferable actions and effects resulting from the present invention, and the actions and effects according to the present invention are described in the embodiments of the present invention. It is not limited to what was done.
1 石炭ホッパ
2 溶剤タンク
3 スラリー調製槽
4 移送ポンプ
5 予熱器
6 抽出槽
7 重力沈降槽
8 フィルターユニット
9,10 溶剤分離器
11,12 ドライヤ
100 無灰炭製造設備
DESCRIPTION OF
Claims (5)
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が溶解した溶液と、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、
前記分離工程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を得る副生炭取得工程と、
を備え、
前記無灰炭取得工程において、前記無灰炭の表面を酸化させるとともに、
前記副生炭取得工程において、前記副生炭の表面を酸化させることを特徴とする無灰炭の製造方法。 An extraction step of heating a slurry obtained by mixing coal and a solvent to extract a coal component soluble in the solvent;
A separation step of separating the slurry obtained in the extraction step into a solution in which a coal component soluble in a solvent is dissolved and a solid content concentrate in which a coal component insoluble in a solvent is concentrated;
Ashless coal acquisition step of obtaining ashless coal by evaporating and separating the solvent from the solution separated in the separation step;
A byproduct charcoal obtaining step of obtaining a byproduct charcoal by evaporating and separating the solvent from the solid concentrate separated in the separation step;
With
In the ashless coal acquisition step, the surface of the ashless coal is oxidized ,
In the by-product charcoal acquisition step, the surface of the by-product coal is oxidized .
前記分離工程で分離された溶液から溶剤を蒸発分離することで、無灰炭に溶剤が残存してなる無灰炭混合物を得る無灰炭混合物取得工程と、
前記無灰炭混合物から残存する溶剤を蒸発分離して無灰炭を得る無灰炭乾燥工程と、
を有し、
前記無灰炭乾燥工程において、前記無灰炭の表面を酸化させることを特徴とする請求項1又は2に記載の無灰炭の製造方法。 The ashless coal acquisition step includes:
An ashless coal mixture obtaining step for obtaining an ashless coal mixture in which the solvent remains in the ashless coal by evaporating and separating the solvent from the solution separated in the separation step;
Ashless coal drying step for obtaining ashless coal by evaporating and separating the remaining solvent from the ashless coal mixture,
Have
The method for producing ashless coal according to claim 1 or 2, wherein a surface of the ashless coal is oxidized in the ashless coal drying step.
前記分離工程で分離された固形分濃縮液から溶剤を蒸発分離することで、副生炭に溶剤が残存してなる副生炭混合物を得る副生炭混合物取得工程と、
前記副生炭混合物から残存する溶剤を蒸発分離して副生炭を得る副生炭乾燥工程と、
を有し、
前記副生炭乾燥工程において、前記副生炭の表面を酸化させることを特徴とする請求項1又は4に記載の無灰炭の製造方法。 The byproduct charcoal acquisition step includes
By-product coal mixture obtaining step of obtaining a by-product coal mixture in which the solvent remains in the by-product coal by evaporating and separating the solvent from the solid content concentrate separated in the separation step;
A by-product coal drying step of obtaining a by-product coal by evaporating and separating the solvent remaining from the by-product coal mixture;
Have
The sub in living coal drying process, the manufacturing method of the ashless coal according to claim 1 or 4, wherein the oxidizing the surface of the residue coal.
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