固形燃料の製造方法および製造装置
【課題】循環油中の微粉炭濃度の上昇を抑制する固形燃料の製造方法および製造装置を提供すること。
【解決手段】多孔質炭を、重質油分および溶媒油分を含む混合油と混合して原料スラリーを得る混合工程；該原料スラリーを加熱して多孔質炭の脱水を進めると共に、多孔質炭の細孔内に混合油を含浸せしめ、脱水スラリーを得る蒸発工程；該脱水スラリーから改質多孔質炭と混合油とを分離する固液分離工程；および固液分離工程で分離回収された混合油を混合工程へ戻す循環工程を含んでいる固形燃料の製造方法であり、以下に示す少なくとも１つの段階で、水を添加する水添加工程を含むことを特徴とする固形燃料の製造方法；（Ａ）蒸発工程後、固液分離工程前；（Ｂ）固液分離工程；（Ｃ）循環工程、ならびに該方法を採用した固形燃料の製造装置。
【解決手段】多孔質炭を、重質油分および溶媒油分を含む混合油と混合して原料スラリーを得る混合工程；該原料スラリーを加熱して多孔質炭の脱水を進めると共に、多孔質炭の細孔内に混合油を含浸せしめ、脱水スラリーを得る蒸発工程；該脱水スラリーから改質多孔質炭と混合油とを分離する固液分離工程；および固液分離工程で分離回収された混合油を混合工程へ戻す循環工程を含んでいる固形燃料の製造方法であり、以下に示す少なくとも１つの段階で、水を添加する水添加工程を含むことを特徴とする固形燃料の製造方法；（Ａ）蒸発工程後、固液分離工程前；（Ｂ）固液分離工程；（Ｃ）循環工程、ならびに該方法を採用した固形燃料の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多孔質炭を原料とする固形燃料の製造方法および製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多孔質炭を原料とする固形燃料の製造方法に関し、従来公知のものとしては、例えば、特許文献１に記載された固形燃料の製造方法がある。その方法の概略を、図７を用いて説明する。多孔質炭（原料炭）は粉砕工程で粉砕された後、混合工程において重質油分と溶媒油分を含む混合油と混合して原料スラリーを得る。次いで、原料スラリーは予熱後、蒸発工程で加熱し、多孔質炭の脱水を進めると共に、多孔質炭の細孔内に混合油を含浸させ、脱水スラリーを得る。その後、固液分離工程において脱水スラリーから改質多孔質炭と混合油とを分離した後、改質多孔質炭を最終乾燥工程において乾燥させる。乾燥された改質多孔質炭は所望により冷却および成型され、固形燃料が得られる。一方、固液分離工程や最終乾燥工程で回収された混合油は原料スラリーを得る混合工程に循環・搬送され、循環油として再利用される。
【０００３】
上記方法においては多孔質炭原料は粉砕されて使用される。加えて、原料スラリーを得る混合工程から原料スラリーを加熱する蒸発工程までの間では、粉砕された多孔質炭の沈降を抑えるためにスラリーポンプによる循環および撹拌を行っている。またスラリーは加圧下で搬送される。そのため、たとえ粉砕多孔質炭を分級し、微粉炭を除去して用いたとしても、循環および撹拌等により粉砕炭の微粉化が起こり、スラリー中、例えば、粒子径１０μｍ以下の微粉炭が発生する。
【特許文献１】特開平７−２３３３８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
スラリー中に発生した微粉炭は固液分離工程において固体分として十分に分離できないので、液体分として分離される混合油中に残存・含有される。そのような混合油は循環されて循環油として利用されるので、循環を繰り返す度に循環油中の微粉炭濃度が上昇する。
【０００５】
循環油中の微粉炭濃度の上昇に起因して、以下の問題点が発生することが指摘されている。
（１）循環油の流動性が低下するので、循環油を搬送するための配管が閉塞する。
（２）循環油を用いて調製される原料スラリー中の微粉炭濃度が上昇するので、原料スラリーが予熱工程および蒸発工程で加熱され難くなる。
【０００６】
（３）最終乾燥工程においてキャリアガスの配管が閉塞する。最終乾燥工程では、乾燥効率の観点から、例えば、キャリアガスを用いたスチームチューブドライヤが好ましく用いられる。循環油中の微粉炭濃度が上昇すると、循環油を用いて調製される原料スラリー中の微粉炭濃度が上昇し、最終乾燥工程で乾燥される改質多孔質炭ケーキ中の微粉炭濃度も上昇するので、キャリアガスに同伴する微粉炭が増加する。そのため、最終乾燥工程においてキャリアガスの配管が閉塞する。
【０００７】
本発明は、循環油中の微粉炭に起因する上記問題が生じない固形燃料の製造方法および製造装置を提供することを目的とする。
【０００８】
本明細書中、微粉炭はスラリーの搬送・循環等によりスラリー中に含まれる多孔質炭が微粉化することにより生じるもので、例えば粒子径が４５μｍ以下、特に１０μｍ以下の微粉状の石炭である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、
多孔質炭を、重質油分および溶媒油分を含む混合油と混合して原料スラリーを得る混合工程；
該原料スラリーを加熱して多孔質炭の脱水を進めると共に、多孔質炭の細孔内に混合油を含浸せしめ、脱水スラリーを得る蒸発工程；
該脱水スラリーから改質多孔質炭と混合油とを分離する固液分離工程；および
固液分離工程で分離回収された混合油を混合工程へ戻す循環工程
を含んでいる固形燃料の製造方法であり、
以下に示す少なくとも１つの段階で、水を添加する水添加工程を含むことを特徴とする固形燃料の製造方法；
（Ａ）蒸発工程後、固液分離工程前；
（Ｂ）固液分離工程；
（Ｃ）循環工程
に関する。
【００１０】
本発明はまた、
多孔質炭を、重質油分および溶媒油分を含む混合油と混合して原料スラリーを得る混合手段；
該原料スラリーを加熱して多孔質炭の脱水を進めると共に、多孔質炭の細孔内に混合油を含浸せしめ、脱水スラリーを得る蒸発手段；および
該脱水スラリーから改質多孔質炭と混合油とを分離する固液分離手段；
固液分離手段で分離回収された混合油を混合手段へ戻す循環手段
を含んでいる固形燃料の製造装置であり、
（Ａ）蒸発手段と固液分離手段との間；
（Ｂ）固液分離手段の中；
（Ｃ）循環手段の中
の少なくとも一カ所に、水を添加する水添加手段を含むことを特徴とする固形燃料の製造装置に関する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、循環油あるいは循環スラリー中の微粉炭を凝集物として取り除くので、循環油中の微粉炭濃度の上昇を抑制でき、上記問題が解決される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
多孔質炭から固形燃料は、基本的に
多孔質炭を、重質油分および溶媒油分を含む混合油と混合して原料スラリーを得る混合工程；
該原料スラリーを加熱して多孔質炭の脱水を進めると共に、多孔質炭の細孔内に混合油を含浸せしめ、脱水スラリーを得る蒸発工程；
該脱水スラリーから改質多孔質炭と混合油とを分離する固液分離工程；および
固液分離工程で分離回収された混合油を混合工程へ戻す循環工程
を経て製造される。
【００１３】
本発明は、上記製造工程に、以下に示す少なくとも１つの段階で、水を添加する水添加工程を含むことを特徴とする；
（Ａ）蒸発工程後、固液分離工程前；
（Ｂ）固液分離工程；
（Ｃ）循環工程。
【００１４】
（Ａ）〜（Ｃ）は、図１中の（Ａ）〜（Ｃ）にそれぞれ対応する。
（Ａ）蒸発工程後、固液分離工程前に、脱水スラリーに水を添加する；
（Ｂ）固液分離工程において固液分離操作を２回以上行うとき、最終の固液分離操作に先立つ固液分離操作で分離された混合油に水を添加する；および
（Ｃ）少なくとも固液分離工程で分離・回収された混合油を循環油として混合工程で再利用するとき、循環油に水を添加する。
【００１５】
水の添加により微粉炭が凝集物を形成する。その微粉炭凝集物を取り除くことにより、スラリー、循環油中の微粉炭濃度の上昇を抑制できる。本明細書中、微粉炭は粒子径が１０μｍ以下の微粉状の石炭を意味するものとする。
【００１６】
水の添加により微粉炭が凝集物を形成するメカニズムの詳細は明らかではないが、以下のメカニズムに基づくものと考えられる。多孔質炭は本質的に親水性であるが、蒸発工程において表面が混合油、特に重質油分で含浸・被覆され、親油性になる。しかし、蒸発工程後において、多孔質炭の沈降を抑えるために、脱水スラリーの一部をスラリーポンプにより蒸発工程に戻して循環および撹拌を行ったり、脱水スラリーの残部を加圧下で次工程に搬送したりするので、改質多孔質炭の微粉化が起こり、微粉炭が発生する。微粉炭表面は微粉化により生成した石炭面を一部に有し、当該面は親水性を有するので、結果として石炭面に基づく親水性と重質油被覆面に基づく親油性とを併せ持つ。そのような微粉炭を含むスラリーおよび循環油（混合油）に水を添加すると、微粉炭の親水性面が水を取り囲み、粒子径が１０μｍを越える凝集物（２次粒子）を形成するものと考えられる。
【００１７】
以下、各工程について図１〜図５を用いて詳しく説明する。
混合工程では、多孔質炭を、重質油分および溶媒油分を含む混合油と混合して原料スラリーを得る（図１の混合工程）。
【００１８】
多孔質炭とは、多量の水分を含有し、脱水することが望まれるいわゆる低品位石炭であり、例えば３０〜７０重量％もの水分を含有する石炭である。そのような多孔質炭として、例えば、褐炭、亜炭、亜れき青炭等が挙げられる。例えば、褐炭には、ビクトリア炭、ノースダコタ炭、ベルガ炭等があり、亜れき青炭には、西バンゴ炭、ビヌンガン炭、サマランガウ炭、エココール炭等がある。多孔質炭は上記例示のものに限定されず、多量の水分を含有し、脱水することが望まれる石炭であれば、いずれも本発明に係る多孔質炭に含まれる。多孔質炭は通常、予め粉砕して使用される（図１の粉砕工程）。多孔質炭の粒子径は特に制限されるものではなく、例えば平均粒子径０．０５〜２．０ｍｍ、特に０．１〜０．５ｍｍ程度でよい。
【００１９】
重質油分とは、真空残渣油の如く、例えば４００℃でも実質的に蒸気圧を示すことがない様な重質分あるいはこれを多く含む油である。従って重質油分のみを使用してこれを多孔質炭の細孔に侵入し得る様な流動性になるまで加熱しようとすると、多孔質炭自体が熱分解を起こす。また本発明で用いる重質油分は前述の如く殆んど蒸気圧を示さないものであるから、これを気化させキャリヤガスに乗せて蒸着させようとすることは一層無理である。結局、重質油分のみでは高粘性の為良好なスラリー状を得難いだけでなく、殆んど揮発性を有しない為、細孔内への侵入性が低くなる。従って何らかの溶剤あるいは分散剤の協力が必要となる。
【００２０】
そこで本発明では、重質油分を溶媒油分中に溶解させて含浸作業性、スラリー形成性を良好にしてから使用する。上記重質油分を分散させる溶媒油分としては、重質油分との親和性、スラリーとしてのハンドリング性、細孔内への侵入容易性等の観点から軽沸油分が好まれるが、水分蒸発温度での安定性を考慮すれば、沸点１００℃以上、好ましくは３００℃以下の石油系油（灯油、軽油あるいは重油等）を使用することが推奨される。この様な重質油分含有混合油を使用すると、これが適切な流動性を示す為、重質油分単独では果たし得ない様な細孔内への侵入が促進される。
【００２１】
尚上記の様な重質油分含有混合油は、（イ）元々重質油分と溶媒油分の両方を含む混合油として得られるもの、或は（ロ）重質油分と溶媒油分を混合して得られるもののいずれであっても良い。前者（イ）としては、例えば、石油系の重油；精製未済で重質油分を含む石油系の軽油留分、灯油留分、潤滑油成分；コールタール；溶剤あるいは洗浄剤として用いた為、重質油分の不純物を含んでしまった軽油や灯油；繰り返し使用したことによって劣化した留分を含んでしまった熱媒油等が使用される。後者（ロ）としては、例えば、石油アスファルト、天然アスファルト、石炭系重質油、石油系若しくは石炭系の蒸留残渣、あるいはこれらを多く含むものを、石油系の軽油、灯油、潤滑油等と混合したもの；前者（イ）の混合油を石油系の軽油、灯油、潤滑油で希釈したもの等が用いられる。尚アスファルト類はそれ自体が安価であると共に、一旦活性点に付着した後は離れ難いという特性があるので、特に好適なものとして使用される。
【００２２】
混合油における重質油分の含有量は通常、混合油全量に対して重量比で０．２５〜１５％の範囲である。
【００２３】
多孔質炭に対する混合油の混合割合は特に限定されるものではなく、通常は多孔質炭に対する重質油分の混合割合が無水炭に対して重量比で０．５〜３０％、特に０．５〜５％となるような範囲が妥当である。重質油分の混合割合が少なすぎると、細孔内への吸着量が不十分となって自然発火性を抑える効果が弱くなる。重質油分の混合割合が多すぎると油のコストが負担となって経済性が薄れる。
【００２４】
混合条件は特に制限されず、通常は、大気圧下、４０〜１００℃で混合する。
【００２５】
混合工程で得られた原料スラリーは蒸発工程に先立って通常、予熱する（図１の予熱工程）。なお、予熱工程は実施しなくてもよい。
予熱条件は特に制限されない。
【００２６】
蒸発工程では、原料スラリーを加熱して多孔質炭の脱水を進めると共に、多孔質炭の細孔内に混合油を含浸せしめ、脱水スラリーを得る（図１の蒸発工程）。すなわち、原料スラリーを、例えば１００〜２５０℃に加熱する。これによって多孔質炭の細孔内水分が気化蒸発した後の空席部に前記混合油が入れ替わり、付着される。こうして細孔内水分の気化蒸発が進行するのに応じて前記混合油の付着・被覆が行なわれる。また若干の水蒸気が残存していても、それが冷却過程で凝縮するときに負圧が形成されて重質油分含有混合油が細孔内に吸引されていくので、細孔内表層部は重質油分を含有する混合油によって次々被覆され、遂には細孔開口部のほぼ全域が重質油分含有混合油によって充満しつくされる。しかも混合油中の重質油分は活性点に選択的に吸着され易すく、また付着すると離れ難いため、結果的に溶媒油分よりも優先的に付着していくことが期待される。こうして細孔内表層部が外気から遮断されることによって自然発火性を失わせることが可能となる。また大量の水分が脱水除去されると共に重質油分含有混合油、特に重質油分が優先して細孔内を充満することになるので、多孔質炭全体としてのカロリーアップが安価に達成される。
【００２７】
加熱は加圧下で行うことが好ましく、通常は２〜１５気圧が好適である。
加熱時間は、一連の工程が通常は連続運転により実施されるため一概に規定できるものではなく、多孔質炭の脱水と細孔内への混合油の含浸とを達成できればよい。
【００２８】
蒸発工程において加熱により発生した水蒸気は除去される。脱水スラリーや混合油に添加された水も本工程において水蒸発として除去される。本工程で発生・除去される水蒸気は回収して昇圧し、予熱工程や蒸発工程における加熱源に用いることができる。また水蒸気は液化・冷却させて、水添加工程で使用される水として使用することもできる。
【００２９】
固液分離工程では、脱水スラリーから改質多孔質炭と混合油とを分離する（図１の固液分離工程）。
分離方法は種々の方法を用いることができ、例えば、遠心分離法、沈降法、濾過法、圧搾法等が使用可能である。これらの方法を組み合わせて使用することもできる。分離効率の観点から、遠心分離法を使用することが好ましい。
固液分離により回収された混合油は、原料スラリー形成の為の媒体（循環油）として循環使用している（循環工程）。
【００３０】
図１の（Ａ）に示す段階、すなわち蒸発工程後、固液分離工程前に、脱水スラリーに水を添加すると（水添加工程）、当該スラリー中の微粉炭が凝集するので、その後の固液分離工程において当該凝集物は固体分として容易に分離され得る。固液分離工程で、例えば固液分離操作を２回行う場合、図２に示すように、蒸発工程で得られた脱水スラリー１１をまず、冷却器１２で１００℃未満、通常は８０〜９９℃まで冷却する。次いで、当該脱水スラリーに水を水添加装置２１により添加すると、当該脱水スラリー中の微粉炭が凝集する。その後、当該脱水スラリーに対して第１固液分離器５ａによる固液分離を行った後、液体分として分離された混合油１３に対して第２固液分離器５ｂによる固液分離を行う。これによって凝集物は固体分として十分に分離され得る。第１および第２固液分離器５ａ，５ｂで分離された固体分１４としての改質多孔質炭は通常は最終乾燥工程６に送られて乾燥される。第２固液分離器５ｂで分離された液体分としての混合油は混合工程２に送られ、原料スラリー形成の為の媒体（循環油（ＣＯ））として循環使用する（循環工程）。水の添加量は脱水スラリー中の微粉炭の凝集を達成できる量であり、例えば、脱水スラリー１００重量部に対して０．１〜１０重量部、好ましくは０．５〜３重量部である。
【００３１】
図１の（Ｂ）に示す段階で水を添加する場合は、固液分離工程において固液分離操作を２回以上行う。その際、最終の固液分離操作に先立つ固液分離操作で分離された混合油に水を添加するようにすればよい（水添加工程）。これによって混合油中の微粉炭が凝集するので、その後の固液分離操作によって当該凝集物は固体分として分離され得る。例えば固液分離操作を２回行う場合、図３に示すように、まず蒸発工程で得られた脱水スラリー１１に対して第１固液分離器５ａによる固液分離を行った後、液体分として分離された混合油１３を冷却器１２で１００℃未満、通常は８０〜９９℃まで冷却する。次いで、当該混合油１３に対して水を水添加装置３１により添加すると、当該混合油中の微粉炭が凝集する。その後、第２固液分離器５ｂによる固液分離を行うことによって凝集物は固体分として十分に分離され得る。第１および第２固液分離器５ａ，５ｂで分離された固体分１４としての改質多孔質炭は通常、最終乾燥工程６に送られて乾燥される。第２固液分離器５ｂで分離された液体分としての混合油は混合工程２に送られ、原料スラリー形成の為の媒体（循環油（ＣＯ））として循環使用する（循環工程）。水の添加量は分離混合油中の微粉炭の凝集を達成できる量であり、例えば、分離混合油１００重量部に対して０．０２〜２重量部、好ましくは０．１〜１重量部である。
【００３２】
図１の（Ｃ）に示す段階で水を添加する場合は、固液分離工程で分離・回収された混合油を循環油として混合工程で再利用する。後述の最終乾燥工程で分離・回収された混合油も循環油として混合工程で再利用してもよい。その際、図１の（Ｃ）に示す段階（循環工程）で、当該循環油に水を添加すると（水添加工程）、当該循環油中の微粉炭が凝集する。その後の固液分離によって当該凝集物は固体分として容易に分離され得る。例えば図４に示すように、固液分離工程および最終乾燥工程で分離・回収された循環油としての混合油に水を水添加装置４１により添加した後、微粉炭除去用の固液分離工程４２を行う。これによって凝集物は固体分として十分に分離され得る。分離方法は前記脱水スラリーの固液分離工程における分離方法と同様に、種々の方法を用いることができるが、遠心分離法を使用することが好ましい。本法において循環油は通常、自然冷却されるため、水の添加前に循環油の冷却を行う必要がないという点で、製造コストの低減に有利である。固液分離工程４２で分離された固体分としての凝集物は蒸発工程後の固液分離工程に送られ（図４中、点線）、蒸発工程で得られた脱水スラリーとともに固液分離に供される。固液分離工程４２で分離された凝集物は最終乾燥工程に送られてもよい。固液分離工程４２で分離された液体分としての混合油（循環油）は混合工程に送られ、原料スラリー形成の為の媒体（循環油）として循環使用する（循環工程）。水の添加量は循環油中の微粉炭の凝集を達成できる量であり、例えば、循環油１００重量部に対して０．０１〜１重量部、好ましくは０．０５〜０．５重量部である。
【００３３】
固液分離工程で分離された固体分（改質多孔質炭）は通常は混合油により未だ湿潤しているので、乾燥させる（図１の最終乾燥工程）。
【００３４】
乾燥方法は改質多孔質炭から混合油を蒸発分離できる限り特に制限されず、通常は乾燥効率の観点から、窒素ガス等のキャリアガスを用いたスチームチューブドライヤを用いる方法が好ましい。スチームチューブドライヤ６では、例えば図５に示すように、固液分離工程で分離された改質多孔質炭ケーキ５２を、例えば約２００℃まで加熱してケーキ中の油分、特に溶媒油分を蒸発させる。それと同時に、キャリアガス（ＣＧ）により蒸発油分をドライヤから移送して取り除き、改質多孔質炭５３を得る。蒸発油分を含むキャリアガスには一般に多孔質炭も同伴されるので、集塵装置５４において同伴多孔質炭を取り除く。通常はさらに、ガス冷却器５５において冷却によって蒸発油分を凝縮させつつ、循環油（ＣＯ）を循環させて噴霧し、キャリアガス中の残留多孔質炭を循環油で捕捉・除去する。多孔質炭および蒸発油分を除去されたキャリアガス（ＣＧ）は循環・加熱されてスチームチューブドライヤ６で再利用される。キャリアガス中の蒸発油分の凝縮により得られた油分（混合油）は、原料スラリー形成の為の媒体（循環油（ＣＯ））として循環使用できる。ドライヤ６から集塵装置５４へのキャリアガス配管および集塵装置５４からガス冷却器５５へのキャリアガス配管には通常、キャリアガス搬送中の蒸発油分の凝縮を防止するために、ヒーター５６が配設される。
【００３５】
乾燥された改質多孔質炭は所望により冷却および成型され、固形燃料が得られる（図１の冷却工程および成型工程）。例えば、冷却工程で冷却され、粉末状固形燃料として用いることもできるし、あるいは冷却工程での冷却の後、成型工程で成型され、成型固形燃料として用いることもできる。また冷却されることなく、成型工程で成型されて成型固形燃料を得ても良い。
【００３６】
本発明に係る固形燃料の製造装置の一例を図６に示す。図６は、図１に示す本発明の固形燃料の製造方法における粉砕工程〜最終乾燥工程を採用した固形燃料の製造装置の一例の模式図である。詳しくは図６における粉砕器１、混合槽２、予熱器３、蒸発器４、固液分離器５、および乾燥機６はそれぞれ、上記した図１に示す粉砕工程、混合工程、予熱工程、蒸発工程、固液分離工程、および最終乾燥工程を実施するための手段である。
【００３７】
本発明に係る固形燃料の製造装置は、図６に示すように、少なくとも
多孔質炭を、重質油分および溶媒油分を含む混合油と混合して原料スラリーを得る混合槽２；
原料スラリーを加熱して多孔質炭の脱水を進めると共に、多孔質炭の細孔内に混合油を含浸せしめ、脱水スラリーを得る蒸発器４；および
脱水スラリーから改質多孔質炭と混合油とを分離する固液分離器５；
を含んでなり、
少なくとも１つの水添加装置を備えたことを特徴とするものである。
【００３８】
水添加装置は具体的には、例えば以下に示す少なくとも１つの添加装置を採用する。
（Ａ）多孔質炭の流れ方向において蒸発器４の下流側であって、固液分離器５の上流側で、脱水スラリーに水を添加する装置２１；
（Ｂ）固液分離器５において固液分離操作を２回以上行うとき、最終の固液分離操作に先立つ固液分離操作で分離された混合油に水を添加する装置３１；および
（Ｃ）少なくとも固液分離器５で分離・回収された混合油を循環油として混合槽２に搬送して再利用するとき、当該循環油（ＣＯ）に水を添加する装置４１。
【００３９】
本発明の装置は通常、図６に示すように、粉砕機（図示せず）、予熱器３および最終乾燥機６、ならびに所望により冷却器（図示せず）および成型機（図示せず）を含む。
【００４０】
水添加装置（２１，３１，４１）は系中に水を定量的に添加できる装置であればよい。特に連続運転を行う場合において系は高圧になるため、高圧の系に水を定量的に添加できる装置が使用される。そのような水添加装置として、遠心式ポンプ等が挙げられる。
【００４１】
図６において固液分離器５が第１固液分離器５ａおよび第２固液分離器５ｂからなり、水添加装置として水添加装置２１のみを使用するときの、固液分離器５および水添加装置２１の拡大図は図２に相当する。
【００４２】
図６において固液分離器５が第１固液分離器５ａおよび第２固液分離器５ｂからなり、水添加装置として水添加装置３１のみを使用するときの、固液分離器５および水添加装置３１の拡大図は図３に相当する。
【００４３】
水添加装置４１を使用するとき、通常は当該水添加装置４１の直後に、微粉炭除去用固液分離器（図示せず）が備わっている。微粉炭除去用固液分離器は前記した微粉炭除去用の固液分離工程４２を実施するための手段である。
【００４４】
蒸発器４で蒸発された水蒸気は圧縮されて予熱器３の加熱源として使用された後、廃棄されるようになっている。
乾燥機６で利用されたキャリアガス（ＣＧ）は、図５においてと同様に、集塵装置５４およびガス冷却器５５で同伴する微粉炭を取り除かれ、再利用されるようになっている。キャリアガス（ＣＧ）中の蒸発油分はガス冷却器５５で凝縮されて、原料スラリー調製の為の媒体（循環油（ＣＯ））として循環使用されるようになっている。
【実施例】
【００４５】
本発明を以下の実験例によりさらに詳しく説明する。「部」は「重量部」を意味するものとする。
【００４６】
（実験例Ａ）
サマランガウ炭で試験した際のプラントの循環油を採取し、これをろ過して得られた濾残を原料として使用した。４０％の石炭を含む濾残１ｇに灯油４ｇを混合し、８％の石炭濃度の原料スラリーを調製した。原料スラリーに対して、表１に示した所定量の水を添加・混合し、８０℃に加熱した後、粒子径が１０μｍを越える粒子の含有割合を測定した。水の添加量と粒子径が１０μｍを越える粒子の含有割合との関係を以下に示した。水の添加量は乾燥石炭に対する割合で示した。
【００４７】
【表１】
【００４８】
水の添加によって微粉炭が凝集すること、および水の添加量が増大するに従って凝集物の形成が促進されることがわかる。
【００４９】
（実験例Ｂ）
実施例１
水添加装置として水添加装置３１のみを使用し、かつ固液分離器５として図３に示した２つの遠心分離機５ａ，５ｂを用いたこと、および予熱器を有さないこと以外、図６と同様の装置を連続運転した。
【００５０】
サマランガウ炭はハンマークラッシャーにより最大粒子径３０００μｍ、平均粒子径約１５０μｍに粉砕し、混合槽２に供給した。混合槽２では、サマランガウ炭１８０ｋｇ／時とアスファルト分・灯油分混合油２５０ｋｇ／時［循環混合油２４９ｋｇ／時、アスファルト１ｋｇ／時]が供給されて原料スラリーが調製される（８０℃、１００ｋＰａ）。
【００５１】
原料スラリーはスラリーポンプＳＰにより、一部が混合槽２に戻されながらも、蒸発器４に供給（４３０ｋｇ／時）され、１６０℃、３００ｋＰａの条件で油中脱水が行なわれる。この処理により水分が除去され、脱水スラリーが形成される。脱水スラリーはスラリーポンプＳＰにより、一部が蒸発器４に戻されながらも、固液分離器５に供給され、２つの遠心分離機によって固液分離される。固液分離器５において詳しくは、図３に示すように、脱水スラリー１１は第１遠心分離機５ａ（１３０℃、１００ｋＰａ）に供給された後、液体分として分離された混合油１３は冷却器１２で約８０℃まで冷却される。次いで、当該混合油１３に対して水を所定の添加速度で水添加装置３１により添加し、第２遠心分離機５ｂ（８０℃、１００ｋＰａ）により再度、固液分離を行う。第１および第２遠心分離機で分離された固体分１４としての改質多孔質炭は、図６に示すように、最終乾燥機６に送られて乾燥される。最終乾燥機６において詳しくは、図５に示すように、スチームチューブドライヤ６により、改質多孔質炭ケーキ５２を約２００℃まで加熱してケーキ中の油分を蒸発させ、キャリアガス（ＣＧ）により蒸発油分をドライヤから移送して取り除き、改質多孔質炭５３を得る。蒸発油分を含むキャリアガス（ＣＧ）は集塵装置５４において同伴多孔質炭を取り除いた後、ガス冷却器５５において冷却によって蒸発油分を凝縮させつつ、循環油（ＣＯ）を循環させて噴霧し、キャリアガス中の残留多孔質炭を循環油で捕捉・除去する。多孔質炭および蒸発油分を除去されたキャリアガス（ＣＧ）は循環・搬送されてスチームチューブドライヤ６で再利用される。一方、第２遠心分離機５ｂで分離された液体分としての混合油（循環油）およびキャリアガス中の蒸発油分の凝縮により得られた混合（循環油）は混合槽２に送られ、原料スラリー形成の為の媒体として循環使用される。
【００５２】
以上のような連続運転時において、水添加装置３１の水添加速度は１０ｋｇ／時、循環油の循環速度は４０ｋｇ／時であった。混合槽２に循環・供給される直前の循環油中の微粉炭濃度を経時的に測定したところ、運転開始４８時間までは徐々に増加したが、その後は約１０重量％で安定した。循環油中の微粉炭は全て粒子径１０μｍ以下のものであった。微粉炭濃度は採取した循環油全量に占める粒子径１０μｍ以下の微粉炭重量の割合で示した。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明に係る固形燃料の製造方法および製造装置は、多孔質炭（石炭）、特に低品位炭を原料とする固形燃料の製造に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係る固形燃料の製造方法の一実施形態を示すプロセスフロー図である。
【図２】本発明に係る固形燃料の製造方法における水添加工程および固液分離工程の一実施形態を示す模式図である。
【図３】本発明に係る固形燃料の製造方法における水添加工程および固液分離工程の一実施形態を示す模式図である。
【図４】本発明に係る固形燃料の製造方法の一実施形態を示すプロセスフロー図である。
【図５】本発明に係る固形燃料の製造方法における最終乾燥工程の一実施形態を示す模式図である。
【図６】本発明に係る固形燃料の製造装置の一実施形態を示す模式図である。
【図７】従来技術における固形燃料の製造方法を示すプロセスフロー図である。
【符号の説明】
【００５５】
２：混合槽、３：予熱器、４：蒸発器、５：５ａ：５ｂ：固液分離器、６：乾燥機、１１：脱水スラリー、１２：冷却器、１３：液体分（混合油）、１４：固体分（改質多孔質炭）、２１：３１：４１：水添加装置、５２：改質多孔質炭ケーキ、５３：改質多孔質炭、５４：集塵装置、５５：ガス冷却器、５６：ヒーター。
【技術分野】
【０００１】
本発明は多孔質炭を原料とする固形燃料の製造方法および製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多孔質炭を原料とする固形燃料の製造方法に関し、従来公知のものとしては、例えば、特許文献１に記載された固形燃料の製造方法がある。その方法の概略を、図７を用いて説明する。多孔質炭（原料炭）は粉砕工程で粉砕された後、混合工程において重質油分と溶媒油分を含む混合油と混合して原料スラリーを得る。次いで、原料スラリーは予熱後、蒸発工程で加熱し、多孔質炭の脱水を進めると共に、多孔質炭の細孔内に混合油を含浸させ、脱水スラリーを得る。その後、固液分離工程において脱水スラリーから改質多孔質炭と混合油とを分離した後、改質多孔質炭を最終乾燥工程において乾燥させる。乾燥された改質多孔質炭は所望により冷却および成型され、固形燃料が得られる。一方、固液分離工程や最終乾燥工程で回収された混合油は原料スラリーを得る混合工程に循環・搬送され、循環油として再利用される。
【０００３】
上記方法においては多孔質炭原料は粉砕されて使用される。加えて、原料スラリーを得る混合工程から原料スラリーを加熱する蒸発工程までの間では、粉砕された多孔質炭の沈降を抑えるためにスラリーポンプによる循環および撹拌を行っている。またスラリーは加圧下で搬送される。そのため、たとえ粉砕多孔質炭を分級し、微粉炭を除去して用いたとしても、循環および撹拌等により粉砕炭の微粉化が起こり、スラリー中、例えば、粒子径１０μｍ以下の微粉炭が発生する。
【特許文献１】特開平７−２３３３８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
スラリー中に発生した微粉炭は固液分離工程において固体分として十分に分離できないので、液体分として分離される混合油中に残存・含有される。そのような混合油は循環されて循環油として利用されるので、循環を繰り返す度に循環油中の微粉炭濃度が上昇する。
【０００５】
循環油中の微粉炭濃度の上昇に起因して、以下の問題点が発生することが指摘されている。
（１）循環油の流動性が低下するので、循環油を搬送するための配管が閉塞する。
（２）循環油を用いて調製される原料スラリー中の微粉炭濃度が上昇するので、原料スラリーが予熱工程および蒸発工程で加熱され難くなる。
【０００６】
（３）最終乾燥工程においてキャリアガスの配管が閉塞する。最終乾燥工程では、乾燥効率の観点から、例えば、キャリアガスを用いたスチームチューブドライヤが好ましく用いられる。循環油中の微粉炭濃度が上昇すると、循環油を用いて調製される原料スラリー中の微粉炭濃度が上昇し、最終乾燥工程で乾燥される改質多孔質炭ケーキ中の微粉炭濃度も上昇するので、キャリアガスに同伴する微粉炭が増加する。そのため、最終乾燥工程においてキャリアガスの配管が閉塞する。
【０００７】
本発明は、循環油中の微粉炭に起因する上記問題が生じない固形燃料の製造方法および製造装置を提供することを目的とする。
【０００８】
本明細書中、微粉炭はスラリーの搬送・循環等によりスラリー中に含まれる多孔質炭が微粉化することにより生じるもので、例えば粒子径が４５μｍ以下、特に１０μｍ以下の微粉状の石炭である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、
多孔質炭を、重質油分および溶媒油分を含む混合油と混合して原料スラリーを得る混合工程；
該原料スラリーを加熱して多孔質炭の脱水を進めると共に、多孔質炭の細孔内に混合油を含浸せしめ、脱水スラリーを得る蒸発工程；
該脱水スラリーから改質多孔質炭と混合油とを分離する固液分離工程；および
固液分離工程で分離回収された混合油を混合工程へ戻す循環工程
を含んでいる固形燃料の製造方法であり、
以下に示す少なくとも１つの段階で、水を添加する水添加工程を含むことを特徴とする固形燃料の製造方法；
（Ａ）蒸発工程後、固液分離工程前；
（Ｂ）固液分離工程；
（Ｃ）循環工程
に関する。
【００１０】
本発明はまた、
多孔質炭を、重質油分および溶媒油分を含む混合油と混合して原料スラリーを得る混合手段；
該原料スラリーを加熱して多孔質炭の脱水を進めると共に、多孔質炭の細孔内に混合油を含浸せしめ、脱水スラリーを得る蒸発手段；および
該脱水スラリーから改質多孔質炭と混合油とを分離する固液分離手段；
固液分離手段で分離回収された混合油を混合手段へ戻す循環手段
を含んでいる固形燃料の製造装置であり、
（Ａ）蒸発手段と固液分離手段との間；
（Ｂ）固液分離手段の中；
（Ｃ）循環手段の中
の少なくとも一カ所に、水を添加する水添加手段を含むことを特徴とする固形燃料の製造装置に関する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、循環油あるいは循環スラリー中の微粉炭を凝集物として取り除くので、循環油中の微粉炭濃度の上昇を抑制でき、上記問題が解決される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
多孔質炭から固形燃料は、基本的に
多孔質炭を、重質油分および溶媒油分を含む混合油と混合して原料スラリーを得る混合工程；
該原料スラリーを加熱して多孔質炭の脱水を進めると共に、多孔質炭の細孔内に混合油を含浸せしめ、脱水スラリーを得る蒸発工程；
該脱水スラリーから改質多孔質炭と混合油とを分離する固液分離工程；および
固液分離工程で分離回収された混合油を混合工程へ戻す循環工程
を経て製造される。
【００１３】
本発明は、上記製造工程に、以下に示す少なくとも１つの段階で、水を添加する水添加工程を含むことを特徴とする；
（Ａ）蒸発工程後、固液分離工程前；
（Ｂ）固液分離工程；
（Ｃ）循環工程。
【００１４】
（Ａ）〜（Ｃ）は、図１中の（Ａ）〜（Ｃ）にそれぞれ対応する。
（Ａ）蒸発工程後、固液分離工程前に、脱水スラリーに水を添加する；
（Ｂ）固液分離工程において固液分離操作を２回以上行うとき、最終の固液分離操作に先立つ固液分離操作で分離された混合油に水を添加する；および
（Ｃ）少なくとも固液分離工程で分離・回収された混合油を循環油として混合工程で再利用するとき、循環油に水を添加する。
【００１５】
水の添加により微粉炭が凝集物を形成する。その微粉炭凝集物を取り除くことにより、スラリー、循環油中の微粉炭濃度の上昇を抑制できる。本明細書中、微粉炭は粒子径が１０μｍ以下の微粉状の石炭を意味するものとする。
【００１６】
水の添加により微粉炭が凝集物を形成するメカニズムの詳細は明らかではないが、以下のメカニズムに基づくものと考えられる。多孔質炭は本質的に親水性であるが、蒸発工程において表面が混合油、特に重質油分で含浸・被覆され、親油性になる。しかし、蒸発工程後において、多孔質炭の沈降を抑えるために、脱水スラリーの一部をスラリーポンプにより蒸発工程に戻して循環および撹拌を行ったり、脱水スラリーの残部を加圧下で次工程に搬送したりするので、改質多孔質炭の微粉化が起こり、微粉炭が発生する。微粉炭表面は微粉化により生成した石炭面を一部に有し、当該面は親水性を有するので、結果として石炭面に基づく親水性と重質油被覆面に基づく親油性とを併せ持つ。そのような微粉炭を含むスラリーおよび循環油（混合油）に水を添加すると、微粉炭の親水性面が水を取り囲み、粒子径が１０μｍを越える凝集物（２次粒子）を形成するものと考えられる。
【００１７】
以下、各工程について図１〜図５を用いて詳しく説明する。
混合工程では、多孔質炭を、重質油分および溶媒油分を含む混合油と混合して原料スラリーを得る（図１の混合工程）。
【００１８】
多孔質炭とは、多量の水分を含有し、脱水することが望まれるいわゆる低品位石炭であり、例えば３０〜７０重量％もの水分を含有する石炭である。そのような多孔質炭として、例えば、褐炭、亜炭、亜れき青炭等が挙げられる。例えば、褐炭には、ビクトリア炭、ノースダコタ炭、ベルガ炭等があり、亜れき青炭には、西バンゴ炭、ビヌンガン炭、サマランガウ炭、エココール炭等がある。多孔質炭は上記例示のものに限定されず、多量の水分を含有し、脱水することが望まれる石炭であれば、いずれも本発明に係る多孔質炭に含まれる。多孔質炭は通常、予め粉砕して使用される（図１の粉砕工程）。多孔質炭の粒子径は特に制限されるものではなく、例えば平均粒子径０．０５〜２．０ｍｍ、特に０．１〜０．５ｍｍ程度でよい。
【００１９】
重質油分とは、真空残渣油の如く、例えば４００℃でも実質的に蒸気圧を示すことがない様な重質分あるいはこれを多く含む油である。従って重質油分のみを使用してこれを多孔質炭の細孔に侵入し得る様な流動性になるまで加熱しようとすると、多孔質炭自体が熱分解を起こす。また本発明で用いる重質油分は前述の如く殆んど蒸気圧を示さないものであるから、これを気化させキャリヤガスに乗せて蒸着させようとすることは一層無理である。結局、重質油分のみでは高粘性の為良好なスラリー状を得難いだけでなく、殆んど揮発性を有しない為、細孔内への侵入性が低くなる。従って何らかの溶剤あるいは分散剤の協力が必要となる。
【００２０】
そこで本発明では、重質油分を溶媒油分中に溶解させて含浸作業性、スラリー形成性を良好にしてから使用する。上記重質油分を分散させる溶媒油分としては、重質油分との親和性、スラリーとしてのハンドリング性、細孔内への侵入容易性等の観点から軽沸油分が好まれるが、水分蒸発温度での安定性を考慮すれば、沸点１００℃以上、好ましくは３００℃以下の石油系油（灯油、軽油あるいは重油等）を使用することが推奨される。この様な重質油分含有混合油を使用すると、これが適切な流動性を示す為、重質油分単独では果たし得ない様な細孔内への侵入が促進される。
【００２１】
尚上記の様な重質油分含有混合油は、（イ）元々重質油分と溶媒油分の両方を含む混合油として得られるもの、或は（ロ）重質油分と溶媒油分を混合して得られるもののいずれであっても良い。前者（イ）としては、例えば、石油系の重油；精製未済で重質油分を含む石油系の軽油留分、灯油留分、潤滑油成分；コールタール；溶剤あるいは洗浄剤として用いた為、重質油分の不純物を含んでしまった軽油や灯油；繰り返し使用したことによって劣化した留分を含んでしまった熱媒油等が使用される。後者（ロ）としては、例えば、石油アスファルト、天然アスファルト、石炭系重質油、石油系若しくは石炭系の蒸留残渣、あるいはこれらを多く含むものを、石油系の軽油、灯油、潤滑油等と混合したもの；前者（イ）の混合油を石油系の軽油、灯油、潤滑油で希釈したもの等が用いられる。尚アスファルト類はそれ自体が安価であると共に、一旦活性点に付着した後は離れ難いという特性があるので、特に好適なものとして使用される。
【００２２】
混合油における重質油分の含有量は通常、混合油全量に対して重量比で０．２５〜１５％の範囲である。
【００２３】
多孔質炭に対する混合油の混合割合は特に限定されるものではなく、通常は多孔質炭に対する重質油分の混合割合が無水炭に対して重量比で０．５〜３０％、特に０．５〜５％となるような範囲が妥当である。重質油分の混合割合が少なすぎると、細孔内への吸着量が不十分となって自然発火性を抑える効果が弱くなる。重質油分の混合割合が多すぎると油のコストが負担となって経済性が薄れる。
【００２４】
混合条件は特に制限されず、通常は、大気圧下、４０〜１００℃で混合する。
【００２５】
混合工程で得られた原料スラリーは蒸発工程に先立って通常、予熱する（図１の予熱工程）。なお、予熱工程は実施しなくてもよい。
予熱条件は特に制限されない。
【００２６】
蒸発工程では、原料スラリーを加熱して多孔質炭の脱水を進めると共に、多孔質炭の細孔内に混合油を含浸せしめ、脱水スラリーを得る（図１の蒸発工程）。すなわち、原料スラリーを、例えば１００〜２５０℃に加熱する。これによって多孔質炭の細孔内水分が気化蒸発した後の空席部に前記混合油が入れ替わり、付着される。こうして細孔内水分の気化蒸発が進行するのに応じて前記混合油の付着・被覆が行なわれる。また若干の水蒸気が残存していても、それが冷却過程で凝縮するときに負圧が形成されて重質油分含有混合油が細孔内に吸引されていくので、細孔内表層部は重質油分を含有する混合油によって次々被覆され、遂には細孔開口部のほぼ全域が重質油分含有混合油によって充満しつくされる。しかも混合油中の重質油分は活性点に選択的に吸着され易すく、また付着すると離れ難いため、結果的に溶媒油分よりも優先的に付着していくことが期待される。こうして細孔内表層部が外気から遮断されることによって自然発火性を失わせることが可能となる。また大量の水分が脱水除去されると共に重質油分含有混合油、特に重質油分が優先して細孔内を充満することになるので、多孔質炭全体としてのカロリーアップが安価に達成される。
【００２７】
加熱は加圧下で行うことが好ましく、通常は２〜１５気圧が好適である。
加熱時間は、一連の工程が通常は連続運転により実施されるため一概に規定できるものではなく、多孔質炭の脱水と細孔内への混合油の含浸とを達成できればよい。
【００２８】
蒸発工程において加熱により発生した水蒸気は除去される。脱水スラリーや混合油に添加された水も本工程において水蒸発として除去される。本工程で発生・除去される水蒸気は回収して昇圧し、予熱工程や蒸発工程における加熱源に用いることができる。また水蒸気は液化・冷却させて、水添加工程で使用される水として使用することもできる。
【００２９】
固液分離工程では、脱水スラリーから改質多孔質炭と混合油とを分離する（図１の固液分離工程）。
分離方法は種々の方法を用いることができ、例えば、遠心分離法、沈降法、濾過法、圧搾法等が使用可能である。これらの方法を組み合わせて使用することもできる。分離効率の観点から、遠心分離法を使用することが好ましい。
固液分離により回収された混合油は、原料スラリー形成の為の媒体（循環油）として循環使用している（循環工程）。
【００３０】
図１の（Ａ）に示す段階、すなわち蒸発工程後、固液分離工程前に、脱水スラリーに水を添加すると（水添加工程）、当該スラリー中の微粉炭が凝集するので、その後の固液分離工程において当該凝集物は固体分として容易に分離され得る。固液分離工程で、例えば固液分離操作を２回行う場合、図２に示すように、蒸発工程で得られた脱水スラリー１１をまず、冷却器１２で１００℃未満、通常は８０〜９９℃まで冷却する。次いで、当該脱水スラリーに水を水添加装置２１により添加すると、当該脱水スラリー中の微粉炭が凝集する。その後、当該脱水スラリーに対して第１固液分離器５ａによる固液分離を行った後、液体分として分離された混合油１３に対して第２固液分離器５ｂによる固液分離を行う。これによって凝集物は固体分として十分に分離され得る。第１および第２固液分離器５ａ，５ｂで分離された固体分１４としての改質多孔質炭は通常は最終乾燥工程６に送られて乾燥される。第２固液分離器５ｂで分離された液体分としての混合油は混合工程２に送られ、原料スラリー形成の為の媒体（循環油（ＣＯ））として循環使用する（循環工程）。水の添加量は脱水スラリー中の微粉炭の凝集を達成できる量であり、例えば、脱水スラリー１００重量部に対して０．１〜１０重量部、好ましくは０．５〜３重量部である。
【００３１】
図１の（Ｂ）に示す段階で水を添加する場合は、固液分離工程において固液分離操作を２回以上行う。その際、最終の固液分離操作に先立つ固液分離操作で分離された混合油に水を添加するようにすればよい（水添加工程）。これによって混合油中の微粉炭が凝集するので、その後の固液分離操作によって当該凝集物は固体分として分離され得る。例えば固液分離操作を２回行う場合、図３に示すように、まず蒸発工程で得られた脱水スラリー１１に対して第１固液分離器５ａによる固液分離を行った後、液体分として分離された混合油１３を冷却器１２で１００℃未満、通常は８０〜９９℃まで冷却する。次いで、当該混合油１３に対して水を水添加装置３１により添加すると、当該混合油中の微粉炭が凝集する。その後、第２固液分離器５ｂによる固液分離を行うことによって凝集物は固体分として十分に分離され得る。第１および第２固液分離器５ａ，５ｂで分離された固体分１４としての改質多孔質炭は通常、最終乾燥工程６に送られて乾燥される。第２固液分離器５ｂで分離された液体分としての混合油は混合工程２に送られ、原料スラリー形成の為の媒体（循環油（ＣＯ））として循環使用する（循環工程）。水の添加量は分離混合油中の微粉炭の凝集を達成できる量であり、例えば、分離混合油１００重量部に対して０．０２〜２重量部、好ましくは０．１〜１重量部である。
【００３２】
図１の（Ｃ）に示す段階で水を添加する場合は、固液分離工程で分離・回収された混合油を循環油として混合工程で再利用する。後述の最終乾燥工程で分離・回収された混合油も循環油として混合工程で再利用してもよい。その際、図１の（Ｃ）に示す段階（循環工程）で、当該循環油に水を添加すると（水添加工程）、当該循環油中の微粉炭が凝集する。その後の固液分離によって当該凝集物は固体分として容易に分離され得る。例えば図４に示すように、固液分離工程および最終乾燥工程で分離・回収された循環油としての混合油に水を水添加装置４１により添加した後、微粉炭除去用の固液分離工程４２を行う。これによって凝集物は固体分として十分に分離され得る。分離方法は前記脱水スラリーの固液分離工程における分離方法と同様に、種々の方法を用いることができるが、遠心分離法を使用することが好ましい。本法において循環油は通常、自然冷却されるため、水の添加前に循環油の冷却を行う必要がないという点で、製造コストの低減に有利である。固液分離工程４２で分離された固体分としての凝集物は蒸発工程後の固液分離工程に送られ（図４中、点線）、蒸発工程で得られた脱水スラリーとともに固液分離に供される。固液分離工程４２で分離された凝集物は最終乾燥工程に送られてもよい。固液分離工程４２で分離された液体分としての混合油（循環油）は混合工程に送られ、原料スラリー形成の為の媒体（循環油）として循環使用する（循環工程）。水の添加量は循環油中の微粉炭の凝集を達成できる量であり、例えば、循環油１００重量部に対して０．０１〜１重量部、好ましくは０．０５〜０．５重量部である。
【００３３】
固液分離工程で分離された固体分（改質多孔質炭）は通常は混合油により未だ湿潤しているので、乾燥させる（図１の最終乾燥工程）。
【００３４】
乾燥方法は改質多孔質炭から混合油を蒸発分離できる限り特に制限されず、通常は乾燥効率の観点から、窒素ガス等のキャリアガスを用いたスチームチューブドライヤを用いる方法が好ましい。スチームチューブドライヤ６では、例えば図５に示すように、固液分離工程で分離された改質多孔質炭ケーキ５２を、例えば約２００℃まで加熱してケーキ中の油分、特に溶媒油分を蒸発させる。それと同時に、キャリアガス（ＣＧ）により蒸発油分をドライヤから移送して取り除き、改質多孔質炭５３を得る。蒸発油分を含むキャリアガスには一般に多孔質炭も同伴されるので、集塵装置５４において同伴多孔質炭を取り除く。通常はさらに、ガス冷却器５５において冷却によって蒸発油分を凝縮させつつ、循環油（ＣＯ）を循環させて噴霧し、キャリアガス中の残留多孔質炭を循環油で捕捉・除去する。多孔質炭および蒸発油分を除去されたキャリアガス（ＣＧ）は循環・加熱されてスチームチューブドライヤ６で再利用される。キャリアガス中の蒸発油分の凝縮により得られた油分（混合油）は、原料スラリー形成の為の媒体（循環油（ＣＯ））として循環使用できる。ドライヤ６から集塵装置５４へのキャリアガス配管および集塵装置５４からガス冷却器５５へのキャリアガス配管には通常、キャリアガス搬送中の蒸発油分の凝縮を防止するために、ヒーター５６が配設される。
【００３５】
乾燥された改質多孔質炭は所望により冷却および成型され、固形燃料が得られる（図１の冷却工程および成型工程）。例えば、冷却工程で冷却され、粉末状固形燃料として用いることもできるし、あるいは冷却工程での冷却の後、成型工程で成型され、成型固形燃料として用いることもできる。また冷却されることなく、成型工程で成型されて成型固形燃料を得ても良い。
【００３６】
本発明に係る固形燃料の製造装置の一例を図６に示す。図６は、図１に示す本発明の固形燃料の製造方法における粉砕工程〜最終乾燥工程を採用した固形燃料の製造装置の一例の模式図である。詳しくは図６における粉砕器１、混合槽２、予熱器３、蒸発器４、固液分離器５、および乾燥機６はそれぞれ、上記した図１に示す粉砕工程、混合工程、予熱工程、蒸発工程、固液分離工程、および最終乾燥工程を実施するための手段である。
【００３７】
本発明に係る固形燃料の製造装置は、図６に示すように、少なくとも
多孔質炭を、重質油分および溶媒油分を含む混合油と混合して原料スラリーを得る混合槽２；
原料スラリーを加熱して多孔質炭の脱水を進めると共に、多孔質炭の細孔内に混合油を含浸せしめ、脱水スラリーを得る蒸発器４；および
脱水スラリーから改質多孔質炭と混合油とを分離する固液分離器５；
を含んでなり、
少なくとも１つの水添加装置を備えたことを特徴とするものである。
【００３８】
水添加装置は具体的には、例えば以下に示す少なくとも１つの添加装置を採用する。
（Ａ）多孔質炭の流れ方向において蒸発器４の下流側であって、固液分離器５の上流側で、脱水スラリーに水を添加する装置２１；
（Ｂ）固液分離器５において固液分離操作を２回以上行うとき、最終の固液分離操作に先立つ固液分離操作で分離された混合油に水を添加する装置３１；および
（Ｃ）少なくとも固液分離器５で分離・回収された混合油を循環油として混合槽２に搬送して再利用するとき、当該循環油（ＣＯ）に水を添加する装置４１。
【００３９】
本発明の装置は通常、図６に示すように、粉砕機（図示せず）、予熱器３および最終乾燥機６、ならびに所望により冷却器（図示せず）および成型機（図示せず）を含む。
【００４０】
水添加装置（２１，３１，４１）は系中に水を定量的に添加できる装置であればよい。特に連続運転を行う場合において系は高圧になるため、高圧の系に水を定量的に添加できる装置が使用される。そのような水添加装置として、遠心式ポンプ等が挙げられる。
【００４１】
図６において固液分離器５が第１固液分離器５ａおよび第２固液分離器５ｂからなり、水添加装置として水添加装置２１のみを使用するときの、固液分離器５および水添加装置２１の拡大図は図２に相当する。
【００４２】
図６において固液分離器５が第１固液分離器５ａおよび第２固液分離器５ｂからなり、水添加装置として水添加装置３１のみを使用するときの、固液分離器５および水添加装置３１の拡大図は図３に相当する。
【００４３】
水添加装置４１を使用するとき、通常は当該水添加装置４１の直後に、微粉炭除去用固液分離器（図示せず）が備わっている。微粉炭除去用固液分離器は前記した微粉炭除去用の固液分離工程４２を実施するための手段である。
【００４４】
蒸発器４で蒸発された水蒸気は圧縮されて予熱器３の加熱源として使用された後、廃棄されるようになっている。
乾燥機６で利用されたキャリアガス（ＣＧ）は、図５においてと同様に、集塵装置５４およびガス冷却器５５で同伴する微粉炭を取り除かれ、再利用されるようになっている。キャリアガス（ＣＧ）中の蒸発油分はガス冷却器５５で凝縮されて、原料スラリー調製の為の媒体（循環油（ＣＯ））として循環使用されるようになっている。
【実施例】
【００４５】
本発明を以下の実験例によりさらに詳しく説明する。「部」は「重量部」を意味するものとする。
【００４６】
（実験例Ａ）
サマランガウ炭で試験した際のプラントの循環油を採取し、これをろ過して得られた濾残を原料として使用した。４０％の石炭を含む濾残１ｇに灯油４ｇを混合し、８％の石炭濃度の原料スラリーを調製した。原料スラリーに対して、表１に示した所定量の水を添加・混合し、８０℃に加熱した後、粒子径が１０μｍを越える粒子の含有割合を測定した。水の添加量と粒子径が１０μｍを越える粒子の含有割合との関係を以下に示した。水の添加量は乾燥石炭に対する割合で示した。
【００４７】
【表１】
【００４８】
水の添加によって微粉炭が凝集すること、および水の添加量が増大するに従って凝集物の形成が促進されることがわかる。
【００４９】
（実験例Ｂ）
実施例１
水添加装置として水添加装置３１のみを使用し、かつ固液分離器５として図３に示した２つの遠心分離機５ａ，５ｂを用いたこと、および予熱器を有さないこと以外、図６と同様の装置を連続運転した。
【００５０】
サマランガウ炭はハンマークラッシャーにより最大粒子径３０００μｍ、平均粒子径約１５０μｍに粉砕し、混合槽２に供給した。混合槽２では、サマランガウ炭１８０ｋｇ／時とアスファルト分・灯油分混合油２５０ｋｇ／時［循環混合油２４９ｋｇ／時、アスファルト１ｋｇ／時]が供給されて原料スラリーが調製される（８０℃、１００ｋＰａ）。
【００５１】
原料スラリーはスラリーポンプＳＰにより、一部が混合槽２に戻されながらも、蒸発器４に供給（４３０ｋｇ／時）され、１６０℃、３００ｋＰａの条件で油中脱水が行なわれる。この処理により水分が除去され、脱水スラリーが形成される。脱水スラリーはスラリーポンプＳＰにより、一部が蒸発器４に戻されながらも、固液分離器５に供給され、２つの遠心分離機によって固液分離される。固液分離器５において詳しくは、図３に示すように、脱水スラリー１１は第１遠心分離機５ａ（１３０℃、１００ｋＰａ）に供給された後、液体分として分離された混合油１３は冷却器１２で約８０℃まで冷却される。次いで、当該混合油１３に対して水を所定の添加速度で水添加装置３１により添加し、第２遠心分離機５ｂ（８０℃、１００ｋＰａ）により再度、固液分離を行う。第１および第２遠心分離機で分離された固体分１４としての改質多孔質炭は、図６に示すように、最終乾燥機６に送られて乾燥される。最終乾燥機６において詳しくは、図５に示すように、スチームチューブドライヤ６により、改質多孔質炭ケーキ５２を約２００℃まで加熱してケーキ中の油分を蒸発させ、キャリアガス（ＣＧ）により蒸発油分をドライヤから移送して取り除き、改質多孔質炭５３を得る。蒸発油分を含むキャリアガス（ＣＧ）は集塵装置５４において同伴多孔質炭を取り除いた後、ガス冷却器５５において冷却によって蒸発油分を凝縮させつつ、循環油（ＣＯ）を循環させて噴霧し、キャリアガス中の残留多孔質炭を循環油で捕捉・除去する。多孔質炭および蒸発油分を除去されたキャリアガス（ＣＧ）は循環・搬送されてスチームチューブドライヤ６で再利用される。一方、第２遠心分離機５ｂで分離された液体分としての混合油（循環油）およびキャリアガス中の蒸発油分の凝縮により得られた混合（循環油）は混合槽２に送られ、原料スラリー形成の為の媒体として循環使用される。
【００５２】
以上のような連続運転時において、水添加装置３１の水添加速度は１０ｋｇ／時、循環油の循環速度は４０ｋｇ／時であった。混合槽２に循環・供給される直前の循環油中の微粉炭濃度を経時的に測定したところ、運転開始４８時間までは徐々に増加したが、その後は約１０重量％で安定した。循環油中の微粉炭は全て粒子径１０μｍ以下のものであった。微粉炭濃度は採取した循環油全量に占める粒子径１０μｍ以下の微粉炭重量の割合で示した。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明に係る固形燃料の製造方法および製造装置は、多孔質炭（石炭）、特に低品位炭を原料とする固形燃料の製造に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係る固形燃料の製造方法の一実施形態を示すプロセスフロー図である。
【図２】本発明に係る固形燃料の製造方法における水添加工程および固液分離工程の一実施形態を示す模式図である。
【図３】本発明に係る固形燃料の製造方法における水添加工程および固液分離工程の一実施形態を示す模式図である。
【図４】本発明に係る固形燃料の製造方法の一実施形態を示すプロセスフロー図である。
【図５】本発明に係る固形燃料の製造方法における最終乾燥工程の一実施形態を示す模式図である。
【図６】本発明に係る固形燃料の製造装置の一実施形態を示す模式図である。
【図７】従来技術における固形燃料の製造方法を示すプロセスフロー図である。
【符号の説明】
【００５５】
２：混合槽、３：予熱器、４：蒸発器、５：５ａ：５ｂ：固液分離器、６：乾燥機、１１：脱水スラリー、１２：冷却器、１３：液体分（混合油）、１４：固体分（改質多孔質炭）、２１：３１：４１：水添加装置、５２：改質多孔質炭ケーキ、５３：改質多孔質炭、５４：集塵装置、５５：ガス冷却器、５６：ヒーター。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質炭を、重質油分および溶媒油分を含む混合油と混合して原料スラリーを得る混合工程；
該原料スラリーを加熱して多孔質炭の脱水を進めると共に、多孔質炭の細孔内に混合油を含浸せしめ、脱水スラリーを得る蒸発工程；
該脱水スラリーから改質多孔質炭と混合油とを分離する固液分離工程；および
固液分離工程で分離回収された混合油を混合工程へ戻す循環工程
を含んでいる固形燃料の製造方法であり、
以下に示す少なくとも１つの段階で、水を添加する水添加工程を含むことを特徴とする固形燃料の製造方法；
（Ａ）蒸発工程後、固液分離工程前；
（Ｂ）固液分離工程；
（Ｃ）循環工程。
【請求項２】
多孔質炭を、重質油分および溶媒油分を含む混合油と混合して原料スラリーを得る混合手段；
該原料スラリーを加熱して多孔質炭の脱水を進めると共に、多孔質炭の細孔内に混合油を含浸せしめ、脱水スラリーを得る蒸発手段；および
該脱水スラリーから改質多孔質炭と混合油とを分離する固液分離手段；
固液分離手段で分離回収された混合油を混合手段へ戻す循環手段
を含んでいる固形燃料の製造装置であり、
（Ａ）蒸発手段と固液分離手段との間；
（Ｂ）固液分離手段の中；
（Ｃ）循環手段の中
の少なくとも一カ所に、水を添加する水添加手段を含むことを特徴とする固形燃料の製造装置。
【請求項１】
多孔質炭を、重質油分および溶媒油分を含む混合油と混合して原料スラリーを得る混合工程；
該原料スラリーを加熱して多孔質炭の脱水を進めると共に、多孔質炭の細孔内に混合油を含浸せしめ、脱水スラリーを得る蒸発工程；
該脱水スラリーから改質多孔質炭と混合油とを分離する固液分離工程；および
固液分離工程で分離回収された混合油を混合工程へ戻す循環工程
を含んでいる固形燃料の製造方法であり、
以下に示す少なくとも１つの段階で、水を添加する水添加工程を含むことを特徴とする固形燃料の製造方法；
（Ａ）蒸発工程後、固液分離工程前；
（Ｂ）固液分離工程；
（Ｃ）循環工程。
【請求項２】
多孔質炭を、重質油分および溶媒油分を含む混合油と混合して原料スラリーを得る混合手段；
該原料スラリーを加熱して多孔質炭の脱水を進めると共に、多孔質炭の細孔内に混合油を含浸せしめ、脱水スラリーを得る蒸発手段；および
該脱水スラリーから改質多孔質炭と混合油とを分離する固液分離手段；
固液分離手段で分離回収された混合油を混合手段へ戻す循環手段
を含んでいる固形燃料の製造装置であり、
（Ａ）蒸発手段と固液分離手段との間；
（Ｂ）固液分離手段の中；
（Ｃ）循環手段の中
の少なくとも一カ所に、水を添加する水添加手段を含むことを特徴とする固形燃料の製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−１４４１１３（Ｐ２００８−１４４１１３Ａ）
【公開日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３３５９９１（Ｐ２００６−３３５９９１）
【出願日】平成１８年１２月１３日（２００６．１２．１３）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月１３日（２００６．１２．１３）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]