液化物質を用いた固体含有水分の除去方法およびシステム
【課題】 圧縮機や脱水装置の能力が向上する運転条件を独立に設定可能とする。
【解決手段】 水分除去システム１は、２５℃、１気圧で気体である物質を作動物質として、作動物質の気体を液化させる液化手段２と、液化した作動物質を貯留する貯留槽３と、貯留槽３から水分を含む作動物質を取り出すとともに当該作動物質を気化することによって作動物質の気体と水分を分離する水分離手段４とが直列に接続され、かつ水分離手段４と液化手段２とが接続されて水分離手段４で気化された作動物質が液化手段２により再び液化される第１の循環路Ｃ１が形成され、貯留槽３と、貯留槽３から液化した作動物質を取り出すとともに当該作動物質を水分含有固体と接触させて水分を溶解して脱水を行う脱水手段５とが直列に接続され、かつ脱水手段５と貯留槽３とが接続されて脱水手段５から排出される水分を含む作動物質が貯留槽３に戻される第２の循環路Ｃ２が形成され、第１および第２の循環路Ｃ１，Ｃ２の系６，７が同時に又は別々に動作する。
【解決手段】 水分除去システム１は、２５℃、１気圧で気体である物質を作動物質として、作動物質の気体を液化させる液化手段２と、液化した作動物質を貯留する貯留槽３と、貯留槽３から水分を含む作動物質を取り出すとともに当該作動物質を気化することによって作動物質の気体と水分を分離する水分離手段４とが直列に接続され、かつ水分離手段４と液化手段２とが接続されて水分離手段４で気化された作動物質が液化手段２により再び液化される第１の循環路Ｃ１が形成され、貯留槽３と、貯留槽３から液化した作動物質を取り出すとともに当該作動物質を水分含有固体と接触させて水分を溶解して脱水を行う脱水手段５とが直列に接続され、かつ脱水手段５と貯留槽３とが接続されて脱水手段５から排出される水分を含む作動物質が貯留槽３に戻される第２の循環路Ｃ２が形成され、第１および第２の循環路Ｃ１，Ｃ２の系６，７が同時に又は別々に動作する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液化物質を用いた固体含有水分の除去方法およびシステムに関する。さらに詳述すると、本発明は、外気温度に近い操作温度で水分含有固体の脱水操作を行う方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ジメチルエーテルなどの常温常圧下で気体となる物質Ｄを用いて、石炭などの処理対象固体に含まれる水分を除去するための方法およびシステムが開示されている。この特許文献１のシステムは、図７に示すように、ジメチルエーテル蒸気を加圧するための圧縮機１０１，１０１’と、加圧されたジメチルエーテル蒸気を液化するための凝縮器１０２と、液化されたジメチルエーテルを処理対象固体である石炭と接触させ、石炭中の水分を液化ジメチルエーテル中に溶解することによって石炭に含まれる水分を除去する脱水器１０３と、上記脱水により水分を含有した液化ジメチルエーテルからジメチルエーテルだけを選択的に蒸発させる蒸発器１０４と、ジメチルエーテル蒸気と水とを分離する分離器１０６と、分離器１０６で水と分離されたジメチルエーテル蒸気を断熱膨張する膨張機１０７とが、上記の順序で配管により直列に連結され、さらに膨張機１０７が第１圧縮機１０１に連結されて、１つの循環路（閉回路）が形成されている。この循環路を、ジメチルエーテルが、気体、液体の状態変化をしながら循環することで、脱水と水との分離を繰り返すようにしている。
【０００３】
なお、凝縮器１０２と蒸発器１０４は熱交換器１０５で接続されている。また、蒸発器１０４により液化ジメチルエーテルを気化させる際の温度および圧力の調整は、冷却器１０４’と減圧弁１０４”により行われる。また、分離器１０６には、ジメチルエーテル蒸気と分離された水に溶存するジメチルエーテルを脱気する脱気塔１０８が連結されている。この脱気塔１０８では、保圧弁１０８’で脱気塔内部の圧力を下げ、ジメチルエーテルを気化させ回収するようにしている。脱気塔１０８は、図示していない配管により前記の循環路に連結されており、回収されたジメチルエーテルは再び循環路に戻される。膨張機１０７においては、ここで外界に行う仕事を回収してこの仕事をジメチルエーテルを加圧する第１圧縮機１０１の動力の一部として利用している。外部からの仕事の投入は、電動機１０９により第２圧縮機１０１’に対してのみ行われる。冷却器１１０は、膨張機１０７から出た気体温度を第１圧縮機１０１の入口の最適温度に調整するものである。
【０００４】
【特許文献１】ＰＣＴ／ＪＰ０３／０６９８９（国際公開番号 ＷＯ ０３／１０１５７９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された脱水方法およびシステムでは、物質Ｄ（例えばジメチルエーテル）がただ１つの循環路を循環するので、この循環路を物質Ｄが流れる際に、熱交換器１０５や脱水器１０３の内部で圧力損失によって物質Ｄの流量が減少することがある。さらに、種々の外的要因により、圧縮機１０１，１０１’の処理速度、圧縮機１０１，１０１’の出口における圧力や温度が変化することが考えられるが、当該変化が生じた場合、熱交換器１０５、脱水器１０３、分離器１０６、膨張機１０７における物質Ｄの流量、圧力、温度も連鎖的に変化する。物質Ｄは循環路により再び圧縮機１０１，１０１’に戻るので、圧縮機１０１，１０１’の入口における物質Ｄの流量、圧力、温度も変化することとなる。このため、物質Ｄの流量、圧力、温度の変化が、物質Ｄが循環路を一巡するごとに増幅される危険性がある。この危険性を回避し、システムを安定して運転するためには、循環路内の多くの箇所において物質Ｄの流量・圧力・温度を測定し、これらの物性値を一定に制御する仕組みが必要となる。こうした仕組みは、システムを複雑化し、コスト増加を招いてしまう。
【０００６】
また、特許文献１に開示された脱水方法およびシステムでは、圧縮機１０１’の出口における物質Ｄの流量と、脱水器１０３の入口における物質Ｄの流量とを整合させる必要がある。この調整は、既存の圧縮機の出力は既定であることが多く、一般に困難である。また、圧縮機１０１’が物質Ｄの蒸気を処理対象とするのに対し、脱水器１０３の処理対象は物質Ｄの液体であり、物質Ｄの気体と液体の体積比は通常数百にもなることから、圧縮機１０１’と脱水器１０３との間で物質Ｄの処理量の整合をとることは極めて困難である。さらに、機械的に所要動力が最も低くなる運転条件での圧縮機１０１’の出口における物質Ｄの流量と、化学的に最も脱水に適した脱水器１０３に対する物質Ｄの流量が異なる場合、圧縮機１０１’と脱水器１０３の双方の効率を最適にすることは不可能であり、いずれか一方の効率を犠牲にせざるを得ない。このため、特許文献１の技術において、システム全体の最適化を図ることは不可能である。
【０００７】
そこで本発明は、脱水に用いる作動物質の流量制御を簡便とし、圧縮機や脱水器等のシステム構成要素の能力が向上する運転条件を独立に設定することができる液化物質を用いた固体含有水分の除去方法およびシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的を達成するため、請求項１記載の液化物質を用いた固体含有水分の除去システムは、２５℃、１気圧で気体である物質を作動物質として、前記作動物質の気体を加圧、あるいは冷却、あるいは加圧と冷却の併用によって液化させる液化手段と、液化した前記作動物質を貯留する貯留槽と、前記貯留槽から水分を含む前記作動物質を取り出すとともに当該作動物質を気化することによって前記作動物質の気体と水分を分離する水分離手段とが直列に接続され、かつ前記水分離手段と前記液化手段とが接続されて前記水分離手段で気化された前記作動物質が前記液化手段により再び液化される第１の循環路が形成され、前記貯留槽と、前記貯留槽から液化した前記作動物質を取り出すとともに当該作動物質を水分含有固体と接触させて水分を溶解して脱水を行う脱水手段とが直列に接続され、かつ前記脱水手段と前記貯留槽とが接続されて前記脱水手段から排出される水分を含む前記作動物質が前記貯留槽に戻される第２の循環路が形成され、前記第１および第２の循環路の系が同時に又は別々に動作可能であるようにしている。
【０００９】
また、請求項９記載の液化物質を用いた固体含有水分の除去方法は、２５℃、１気圧で気体である物質を作動物質として、前記作動物質の気体を加圧、あるいは冷却、あるいは加圧と冷却の併用によって液化させる液化手段と、液化した前記作動物質を貯留する貯留槽と、前記貯留槽から水分を含む前記作動物質を取り出すとともに当該作動物質を気化することによって前記作動物質の気体と水分を分離する水分離手段とを直列に接続し、かつ前記水分離手段と前記液化手段とを接続して前記水分離手段で気化した前記作動物質を前記液化手段により再び液化する第１の循環路を形成し、前記貯留槽と、前記貯留槽から液化した前記作動物質を取り出すとともに当該作動物質を水分含有固体と接触させて水分を溶解して脱水を行う脱水手段とを直列に接続し、かつ前記脱水手段と前記貯留槽とを接続して前記脱水手段から排出する水分を含む前記作動物質を前記貯留槽に戻す第２の循環路を形成し、前記作動物質を前記第１の循環路にて循環させることにより前記貯留槽の内容物から水を除去し、前記作動物質を前記第２の循環路にて循環させることにより水分含有固体から水を除去し、前記第１および第２の循環路の系を同時に又は別々に動作させるようにしている。
【００１０】
したがって、第１の循環路の系と第２の循環路の系とがそれぞれ独立しており、各々の系を別々に運転することが可能であるので、第１の循環路の系に属する液化手段と、第２の循環路の系に属する脱水手段の処理量を一致させる必要はなく、液化手段と脱水手段とがそれぞれ最高の効率や性能を発揮できる最適な運転条件をそれぞれ系において独立に設定することが可能となる。
【００１１】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の液化物質を用いた固体含有水分の除去システムにおいて、前記作動物質は、ジメチルエーテル、エチルメチルエーテル、ホルムアルデヒド、ケテン、アセトアルデヒドから選ばれる１つの物質またはこれらの２種以上の混合物であるものとしている。これらの物質は、２５℃、１気圧で気体であり、本発明に係る作動物質として利用可能である。
【００１２】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の液化物質を用いた固体含有水分の除去システムにおいて、前記脱水手段は、前記作動物質の液化物と前記水分含有固体とを向流接触させるものとしている。この場合、少量のジメチルエーテルを用いて高効率に脱水を行える。
【００１３】
また、請求項４記載の発明は、請求項３記載の液化物質を用いた固体含有水分の除去システムにおいて、前記脱水手段は、ケーシングと、前記ケーシングの軸心に配置された回転軸と、前記回転軸を介して前記ケーシング内で回転する複数の回転セル部を有するロータと、前記ロータを前記回転軸によって回転駆動させる回転駆動機構とを備え、前記回転セル部内に前記水分含有固体を投入するとともに前記作動物質を供給し、前記回転駆動機構により前記ロータを回転させる間に前記回転セル部内で前記作動物質と前記水分含有固体とを接触させ、かつ当該接触後の作動物質を前記回転セル部の回転方向とは逆方向の他の回転セル部に再供給する脱水装置と、前記貯留槽から前記作動物質を前記脱水装置に送る送液ポンプとを有するようにしている。この場合、水分含有固体が投入された回転セル部の回転方向とは反対方向に、液状作動物質が移動するので、水分含有固体と作動物質とを向流接触させることができる。
【００１４】
また、請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれか１つに記載の液化物質を用いた固体含有水分の除去システムにおいて、前記貯留槽の内部空間を、前記液化手段から送られる前記作動物質の液化物が流入し、かつ当該液化物が前記脱水手段に向かって流出する脱水用液室と、前記脱水手段から送られる水分を含む前記作動物質の液化物が流入し、かつ当該液化物が前記水分離手段に向かって流出する再生用液室とに隔てる隔壁を有するようにしている。この場合、液化手段から送られる高純度の作動物質の液化物と、脱水手段から送られる多くの水分を含む作動物質の液化物とが、容易に混合しないように構成できる。
【００１５】
また、請求項６記載の発明は、請求項５記載の液化物質を用いた固体含有水分の除去システムにおいて、前記隔壁は、前記脱水用液室と前記再生用液室との間で前記作動物質の液化物が移動可能に構成されるようにしている。この場合、上記第１の循環路の系と、上記第２の循環路の系の処理速度が大きく異なる場合やこれらの系を別々に作動させる場合でも、再生用液室または脱水用液室が空になる事態を回避できる。
【００１６】
また、請求項７記載の発明は、請求項１から６のいずれか１つに記載の液化物質を用いた固体含有水分の除去システムにおいて、前記水分離手段には、該水分離手段で分離された水分に含まれる前記作動物質を脱気するための脱気塔が接続され、前記脱気塔が前記第１の循環路に接続されて、脱気された前記作動物質が回収されて前記第１の循環路に戻されるものとしている。この場合、作動物質が溶存した水を排出することを防いで環境への負荷を最小限にするとともに、作動物質の損失量を最小限にすることができる。
【００１７】
また、請求項８記載の発明は、請求項１から７のいずれか１つに記載の液化物質を用いた固体含有水分の除去システムにおいて、前記脱水手段と前記水分離手段とを接続する流路を有し、当該流路を介して前記脱水手段に残存している前記作動物質が前記水分離手段側に抜き出されるようにしている。この場合、脱水操作が終了した固体を脱水手段から取り出す際に、脱水手段に残存している作動物質が大気圧下で急激に膨張することを回避できる。
【発明の効果】
【００１８】
しかして請求項１記載の水分除去システムおよび請求項９記載の水分除去方法によれば、第１の循環路の系と第２の循環路の系とがそれぞれ独立しており、各々の系を別々に運転することが可能であるので、第１の循環路の系に属する液化手段と、第２の循環路の系に属する脱水手段の処理量を一致させる必要はなく、液化手段と脱水手段とがそれぞれ最高の効率や性能を発揮できる最適な運転条件をそれぞれ系において独立に設定することが可能となる。
【００１９】
また、最適な運転条件をそれぞれ系において独立に設定することを可能とすることにより、循環路内の多くの箇所において、循環路内の物質の流量、圧力、温度を測定しこれらの物性値を一定に制御する仕組みを必要とせず、水分除去システムの複雑化を防ぎ、設備コストを低減できる。
【００２０】
さらに、請求項２記載に列挙した物質は、２５℃、１気圧で気体であり、本発明に係る作動物質として利用可能である。
【００２１】
さらに、請求項３，４記載の水分除去システムによれば、作動物質の液化物と水分含有固体とを向流接触させることにより、少量のジメチルエーテルを用いて高効率に脱水を行える。
【００２２】
さらに、請求項５記載の水分除去システムによれば、貯留槽の内部空間を仕切る隔壁を設けるとにより、液化手段から送られる高純度の作動物質の液化物と、脱水手段から送られる多くの水分を含む作動物質の液化物とが、容易に混合しないように構成できる。これにより、脱水手段は水分を殆ど含まない作動物質を用いて効率的に脱水処理を行うことができ、水分離手段は水分を多く含む作動物質に対して効果的に気液分離を行うことができる。
【００２３】
さらに、請求項６記載の水分除去システムによれば、脱水用液室と再生用液室との間で作動物質の液化物が移動可能であるように隔壁を構成するので、第１の循環路の系と、第２の循環路の系の処理速度が大きく異なる場合やこれらの系を別々に作動させる場合でも、再生用液室または脱水用液室が空になる事態を回避できる。
【００２４】
さらに、請求項７記載の水分除去システムによれば、水分離手段で分離された水分に含まれる作動物質を脱気する脱気塔を備えるので、作動物質が溶存した水を排出することを防いで環境への負荷を最小限にするとともに、作動物質の損失量を最小限にすることができる。
【００２５】
さらに、請求項８記載の水分除去システムによれば、脱水操作が終了した固体を脱水手段から取り出す際に、脱水手段に残存している作動物質が大気圧下で急激に膨張することを回避できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の構成を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２７】
図１から図５に本発明の液化物質を用いた固体含有水分の除去方法およびシステムの実施の一形態を示す。この水分除去システム１は、２５℃、１気圧で気体である物質を作動物質として、作動物質の気体を加圧、あるいは冷却、あるいは加圧と冷却の併用によって液化させる液化手段２と、液化した作動物質を貯留する貯留槽３と、貯留槽３から水分を含む作動物質を取り出すとともに当該作動物質を気化することによって作動物質の気体と水分を分離する水分離手段４とが直列に接続され、かつ水分離手段４と液化手段２とが接続されて水分離手段４で気化された作動物質が液化手段２により再び液化される第１の循環路Ｃ１が形成され、貯留槽３と、貯留槽３から液化した作動物質を取り出すとともに当該作動物質を水分含有固体と接触させて水分を溶解して脱水を行う脱水手段５とが直列に接続され、かつ脱水手段５と貯留槽３とが接続されて脱水手段５から排出される水分を含む作動物質が貯留槽３に戻される第２の循環路Ｃ２が形成され、第１および第２の循環路Ｃ１，Ｃ２の系６，７が同時に又は別々に動作可能であるようにしている。
【００２８】
本発明では、水分含有固体から水分を除去するための作動物質として、常温付近かつ大気圧下において（具体的には２５℃、１気圧において）、気体である物質を液化したものを用いる。本発明では、作動物質の気液相転移現象を利用して、水の溶解度を著しく変化させるようにしている。液化された作動物質に水分含有固体中の水分を溶解させた後、温度と圧力を僅かに変化させることで、作動物質だけを選択的に蒸発させ、水と作動物質の気体が容易に分離される。したがって、本発明に使用される作動物質としては、水との相互溶解性が高く、液化された状態で水との相互溶解度が高い物質が望ましい。また、作動物質の沸点が常温より高いと、水と分離する際に作動物質を蒸発するために高温のエネルギー源が必要となり、脱水に要するエネルギーが増大することが予想されるので、好ましくない。少ない所要エネルギーでの脱水を可能にするには、溶剤の沸点が常温付近もしくはそれ以下が好ましい。そこで、本発明では、２５℃、１気圧で気体である物質を液化して用いる。更に好ましいのは、０℃、１気圧で気体である物質である。２５℃、１気圧で気体である物質としては、ジメチルエーテル、エチルメチルエーテル、ホルムアルデヒド、ケテン、アセトアルデヒドなどが挙げられる。これらは１種で用いても、または２種以上混合して用いてもよい。中でも好ましいのは毒性もなく扱い易いジメチルエーテルである。また、２５℃、１気圧で気体である物質として、ブタン及びプロパンも挙げられる。これらは単独では水を溶解する能力はないが、ジメチルエーテル、エチルメチルエーテル、ホルムアルデヒド、ケテン、アセトアルデヒドなどから選ばれる１種または２種以上の混合物と混合させることができる。ブタン及びプロパンは、天然ガスなどの成分であることから、容易に入手可能であるし、液化ジメチルエーテルと沸点が近く容易に液化できる。しかも、液化ジメチルエーテルなどと混合して用いても、若干、脱水性能が落ちるだけで、既存方法と比べて十分に優位な性能を得られることから、液化ジメチルエーテルなどの使用量を減らすことができる。
【００２９】
例えば本実施形態では、作動物質としてジメチルエーテル（ＤＭＥとも表記される。）を用いた例について説明する。ただし、本発明に係る作動物質がこれに限定されるものではない。ジメチルエーテルは、１気圧における沸点がおよそ−２５℃であり、０℃〜５０℃の大気圧において気体状態である。このように、室温付近、大気圧下において、気体状態であるため、液体状態のジメチルエーテルを得るためには加圧下での操作が必要である。また、高効率なジメチルエーテルの製造方法、製造装置は、例えば特開平11-130714号、特開平10-195009号、特開平10-195008号、特開平10-182535号から特開平10-182527号、特開平09-309852号から特開平09-309850号、特開平09-286754号、特開平09-173863号、特開平09-173848号、特開平09-173845号などに開示されており、容易に得ることができる。
【００３０】
また、例えば本実施形態では、水分含有固体として石炭を脱水する場合について説明する。本発明によれば、褐炭や亜瀝青炭から石炭表面の官能基と強く結合している石炭中の水分を低動力で除去して、瀝青炭並の含有水分に脱水可能である。褐炭や亜瀝青炭は、低灰分・低硫黄分の炭種でありながら、含有水分が多いため、輸送コストや燃焼性が悪くなり山元以外では利用されてこなかったが、本発明に係る脱水法を用いることで、高品位炭並の燃焼性能と輸送コストを実現することが可能となる。このことは、石炭の採掘から発電後の処理までを総合的に判断すると、発電コストの低減に極めて効果的である。勿論、本発明は、石炭以外のどのような固体の水分除去にも応用することができる。
【００３１】
本実施形態の液化手段２は、例えば作動物質の気体（ジメチルエーテルガス）を圧縮する圧縮機である。以下、圧縮機２と表記する。この圧縮機２は、例えば電動機８により駆動される。ジメチルエーテルガスは圧縮機２で加圧されて過熱ガスになった後、貯留槽３の内部で凝縮し、液化物となる。なお、貯留槽３の内部で凝縮可能であるのは、貯留槽３に流入するジメチルエーテルの過熱ガスの量に対して、貯留槽３の内部に既に存在している液化ジメチルエーテル量を充分に多くすることで、ジメチルエーテルが放出する蒸発潜熱を、貯留槽３内部の温度上昇で吸収することができるからである。ただし、図６に示すように、圧縮機２ｂと貯留槽３との間に冷却器９を配置し、この冷却器９により貯留槽３の直前でジメチルエーテルの過熱ガスを確実に凝縮し、液化するようにしても良い。また、同図に示すように圧縮機を多段構成としても良い。図６の場合は、圧縮機２ａ，２ｂと冷却器９とにより液化手段２が構成される。
【００３２】
本実施形態の水分離手段４は、貯留槽３の内部から水分を含む液化ジメチルエーテルを抜き出す減圧弁１０と、水分が溶解しているジメチルエーテルの液化物からジメチルエーテルを気化させる蒸発器１１と、ジメチルエーテル蒸気と水とを分離する分離器１２とを含むものである。このような構成をとることによって、例えば外乱によって分離器１２による物質Ｄと水の分離性能（分離器１２出口の物質Ｄの症状）が変化した場合でも、分離器１２には液化手段２と貯留槽３と蒸発器１１だけが連結するので、分離性能の変化がそれ以外の装置に及ぼす影響を極めて小さくすることが可能となる。さらに、貯留槽３には十分な物質Ｄが存在するので、分離器１２に流入する物質Ｄの性状の変化を極めて小さくすることが可能となる。このため、蒸発器１１の出力を変え、分離器１２に投入する熱量を変えることにより分離性能を所定の値に戻すことが可能となる。なお、蒸発器１１に供給された液化ジメチルエーテルは、蒸発器１１でジメチルエーテル成分だけが選択的に蒸発するとともに、ジメチルエーテルに溶存していた水分は蒸発せずに液状のまま残る。ジメチルエーテルガスと水分は、分離器１２で気液分離される。
【００３３】
ここで、分離器１２で分離されたジメチルエーテルガスには、水の飛沫が混入している可能性があるので、さらに本実施形態では、上記ジメチルエーテルガスに混入した水の飛沫を除去するために分離器１２の後段に水トラップ１３を設けるようにしている。例えば重ねた網目に蒸気を通して蒸気中の水分を取り除くデミスタをこの水トラップ１３として利用できる。水トラップ１３で回収された水は、分離器１２に戻される。分離器１２で分離した水は、バルブ５０を開とすることで排出される。ここで、分離器１２の内部の圧力が大気圧よりも高い場合、分離器１２で分離した水にはジメチルエーテルガスが溶存する。この水をそのまま排出すると環境への負荷が大きく、さらにジメチルエーテルの損失量を大きくする。そこで、環境への負荷並びにジメチルエーテルの損失量を最小限にするため、図６に示すように、排水中に溶存しているジメチルエーテルを回収する脱気塔１４を分離器１２に接続するようにしても良い。この脱気塔１４は、その入口に保圧弁１５を設け、脱気塔１４の内部の圧力を下げることで、ジメチルエーテルを回収するように構成されている。さらに、脱気塔１４の下部に設けた加熱缶１４ａで水を加熱することでジメチルエーテルの回収率を向上することもできる。脱気塔１４により排水と分離されたジメチルエーテル蒸気は、図示を省略する配管を介して再び水分除去システム１の第１の循環路Ｃ１に戻され、使用される。
【００３４】
本実施形態の脱水手段５は、脱水装置１６と、この脱水装置１６に貯留槽３から作動物質を送る送液ポンプ１７とを含むものである。このような構成をとることによって、例えば、外乱によって脱水装置１６における脱水性能（脱水装置１６出口の物質Ｄ（例えばジメチルエーテル）の性状）が変化した場合でも、脱水装置１６には送液ポンプ１７と貯留槽３だけが連結するので、脱水性能の変化がそれ以外の装置に及ぼす影響を極めて小さくすることが可能となる。さらに、貯留槽３には十分な物質Ｄが存在するので、送液ポンプ１７に流入する物質Ｄの性状の変化を極めて小さくすることが可能となる。このため、送液ポンプ１７の出力を変え、物質Ｄの脱水装置１６への流入量を変えることにより脱水性能を所定の値に戻すことが可能となる。
【００３５】
脱水装置１６は、水分含有固体としての石炭と、作動物質としてのジメチルエーテルの液化物とを接触させる構成を備えるものであれば、その構成が特に限定されるものではないが、少量のジメチルエーテルを用いて高効率に脱水を行う観点から向流接触させる形式のものが好ましい。かかる向流接触式の脱水装置１６として、例えば特公昭５７−１５９２２号や特開２００４−２５５２４８号に開示されるロートセル抽出機の利用が望ましい。
【００３６】
ロートセル抽出機の原理を利用した脱水装置１６の構成例を図２〜図４に示す。この脱水装置１６は、ケーシング１８と、ケーシング１８の軸心に配置された回転軸１９と、回転軸１９を介してケーシング１８内で回転する複数の回転セル部２０を有するロータ２１と、ロータ２１を回転軸１９によって回転駆動させる回転駆動機構２２とを備え、回転セル部２０内に水分含有固体を投入するとともに作動物質を供給し、回転駆動機構２２によりロータ２１を回転させる間に回転セル部２０内で作動物質と水分含有固体とを接触させ、かつ当該接触後の作動物質を回転セル部２０の回転方向とは逆方向の他の回転セル部２０に再供給するようにしている。水分を含んだ作動物質と、水分が除去された脱水対象固体（本実施形態では石炭）とは、別々に回収される。
【００３７】
ケーシング１８は、円筒状の側壁１８Ａと、この側壁１８Ａの上面を封止する上板１８Ｂと、この上板１８Ｂと対向し且つ円筒状の側壁１８Ａの中央部から側壁１８Ａに向かって下降傾斜する底板１８Ｃとを備え、密封構造になっている。また、ロータ２１は、回転軸１９を囲み且つ上下の連結部材２１Ａによって回転軸１９と連結された内筒２１Ｂと、この内筒２１Ｂを囲み且つ側壁１８Ａより小径に形成された円筒状の内壁２１Ｃと、この内壁２１Ｃと内筒２１Ｂとの間に形成されたリング状の空間を複数の回転セル部２０に区画し且つ放射状に配置された複数の壁部２１Ｄとを有し、回転軸１９を介して円筒状ケーシング１８の底板１８Ｃに沿って回転する。
【００３８】
上板１８Ｂには脱水対象投入部２３が設けられ、この脱水対象投入部２３から水分含有固体が回転セル部２０内に投入される。また、ロータ２１の上端と円筒状ケーシング１８の上板１８Ｂとの間には隙間が形成され、この隙間には作動物質供給部２４が側壁１８Ａの上端部から径方向に沿って挿入され、この作動物質供給部２４から作動物質が回転セル部２０内に供給される。この作動物質供給部２４は、例えば先端が封止され且つ複数の孔またはノズルを有するパイプによって形成されている。
【００３９】
また、内壁２１Ｃの下端部には、液状作動物質の流出部２５が各回転セル部２０に対応させて形成されている。これらの流出部２５には金網やパンチングメタル等の多数の孔を有する部材がそれぞれ取り付けられている。これらの流出部２５を介して、各回転セル部２０内で水分含有固体と接触した液状作動物質が、側壁１８Ａと内壁２１Ｃと間に形成されたリング状の受液部２６へと流出する。このリング状の受液部２６は、放射状に配置した図示を省略する仕切り板によって複数の受液室２７に仕切られている。各受液室２７は例えば複数の回転セル部２０に渡って形成されている。各受液室２７の底面にはそれぞれ孔が形成され、この中の１つの孔が脱水処理後の水分を含んだ液状作動物質を排出する排出孔２８として機能し、残りの孔は流出孔２９として機能する。流出孔２９は、図４に示すように、ポンプ３０を備えた配管３１を介して、隣の受液室２７の上方に挿入された作動物質再供給部３２にそれぞれ連結される。これらのポンプ３０，配管３１，作動物質再供給部３２によって、受液室２７に溜まった液状作動物質が一つ上流側の受液室２７を通過する回転セル部２０内に供給される。尚、作動物質再供給部３２は作動物質供給部２４と同様に構成されている。
【００４０】
次に、脱水装置１６の動作について説明する。脱水装置１６が始動して回転駆動機構２２が駆動すると、回転軸１９を介してロータ２１が図４における時計回りに回転する。水分含有固体としての石炭は、例えばコンベア３３によって搬送されて、脱水対象投入部２３から、例えば最上流の回転セル部２０内に投入される。作動物質としての液化ジメチルエーテルは、作動物質供給部２４から、例えば最下流の回転セル部２０内に供給される。回転セル部２０の上方より供給される液状作動物質は、当該回転セル部２０内の水分含有固体と接触しながら重力と遠心力により流出部２５に向かって移動する。流出部２５より流出した液状作動物質は、ポンプ３０の働きにより回転セル部２０の回転方向とは逆向きに移動し、回転セル部２０の回転方向とは逆方向の他の回転セル部２０に再供給される。このように、水分含有固体が投入された回転セル部２０はロータ２１の回転により時計回りに移動するのに対して、液状作動物質はポンプ３０の働きにより反時計回りに移動するので、水分含有固体と作動物質とは向流接触することとなる。この向流接触により脱水効率を高めることができる。また、最も含水量が低下した脱水対象（石炭）を保持する回転セル部２０である最下流の受液室２７に達した回転セル部２０に対して、作動物質供給部２４から新たな液状作動物質を供給するようにすることで、脱水対象（石炭）の残存水分を効率良く除去することができる。液状作動物質は、下流側の受液室２７から上流側の受液室２７に向かって流れ、各受液室２７に達した回転セル部２０内でそれぞれの脱水対象（石炭）と向流接触して、含有水分の濃度を段階的に高めながら、排出孔２８に到達する。排出孔２８から排出される水分を含んだ液状作動物質は、配管４０Ｇを介して貯留槽３へと送られる。一方、脱水処理を終えた回転セル部２０内の石炭は、例えば作動物質供給部２４の下流側に位置する底板１８Ｃに開閉可能に設けられた排出口３６を介して、外部へ排出され、回収される（図４に示す白抜きの矢印参照）。
【００４１】
ここで、従来ある既存のロートセル抽出機は、通常、常温常圧下で、液体状態の抽剤を用いて固体中に含まれるアロマ成分などを抽出することに用いられる。このようなロートセル抽出機を脱水装置１６として利用する場合、以下のような点を考慮する必要がある。即ち、ジメチルエーテルの液化物を脱水剤として用いるために、常温常圧下において気体となるジメチルエーテルの蒸発を防いで液状に保つ必要がある。このために脱水装置１６内部を加圧状態とし、かつその加圧状態を維持する密封構造とする、あるいは脱水装置１６内部をジメチルエーテルの飽和蒸気で満たして密封構造とする必要がある。しかし、ロートセル抽出機は、ロータ２１が回転する構造を有するため、回転軸１９の周辺部分の気密を保持することが極めて難しい。そこで、図２に示すように、脱水装置１６の全体を、例えば作動物質（ジメチルエーテル）の飽和蒸気で満たした密閉容器３４内に収納することが望ましい。この場合、ロータ２１と共に回転する部分ではない作動物質の供給用配管４０Ｆ・排出用配管４０Ｇおよび脱水対象投入部２３と接続された水分含有固体の供給用配管３５、排出口３６と接続された脱水済み水分含有固体の回収管（図示省略）などは、密閉容器３４の気密を保持したまま、密閉容器３４の外に抜き出し、水分除去システム１を構成する他の要素との連結を容易にすることが可能である。
【００４２】
本実施形態の水分除去システム１では、図１に示すように、圧縮機２の出口と貯留槽３とは第１配管４０Ａを介して接続され、貯留槽３と蒸発器１１の入口とは減圧弁１０を備えた第２配管４０Ｂを介して接続され、蒸発器１１の出口と分離器１２の入口とは第３配管４０Ｃを介して接続され、分離器１２の出口と水トラップ１３の入口とは第４配管４０Ｄを介して接続され、水トラップ１３の出口と圧縮機２の入口とは第５配管４０Ｅを介して接続され、これら配管４０Ａ〜４０Ｅにより第１の循環路Ｃ１が形成される。この第１の循環路Ｃ１を、ジメチルエーテルが、気体、液体の状態変化をしながら循環することで、貯留槽３の内容物から水が除去される。即ち、貯留槽３内の液化ジメチルエーテルに溶存している水分が除去される。
【００４３】
また、この水分除去システム１では、貯留槽３と脱水装置１６の作動物質供給部２４とは、送液ポンプ１７を備えた第６配管４０Ｆを介して接続され、脱水装置１６の作動物質排出孔２８と貯留槽３とは、第７配管４０Ｇを介して接続され、これら配管４０Ｆ，４０Ｇにより第２の循環路Ｃ２が形成される。この第２の循環路Ｃ２を、ジメチルエーテルが循環することで、脱水装置１６内の水分含有固体から水分が除去され、除去された水分が液化ジメチルエーテルに溶存した形で貯留槽３内に持ち込まれる。
【００４４】
なお、上記第１の循環路Ｃ１の系６と、上記第２の循環路Ｃ２の系７とは、必ずしも同時に動作している必要はなく、どちらか一方だけが動作してもよい。上記第１，第２の循環路Ｃ１，Ｃ２の切り離しは、例えば圧縮機２や脱水装置１６などの起動・停止や配管４０Ａ〜４０Ｇに設けたバルブ４１，４３，４９等の開閉、図示を省略する逆止弁などによって実現される。
【００４５】
貯留槽３には、例えば脱水装置１６に投入される水分含有固体に含まれる水分量よりも多くの水分量を溶解できるだけの量の作動物質が、バルブ３７を備えた配管３８により予め供給されている。これにより、仮に第２の循環路Ｃ２の系だけを作動させた場合でも、水分含有固体に対する脱水を行える。
【００４６】
さらに本実施形態では、貯留槽３の内部空間を脱水用液室３Ａと再生用液室３Ｂとに隔てる隔壁３Ｃを設けるようにしている。脱水用液室３Ａでは、圧縮機２から送られる作動物質の液化物が流入し、また当該液化物が脱水装置１６に向かって流出する。再生用液室３Ｂでは、脱水装置１６から排出される水分を含む作動物質の液化物が流入し、また当該液化物が水分離手段４に向かって流出する。つまり、再生用液室３Ｂには水分を含まないか水分濃度が極低い作動物質の液化物が貯留され、再生用液室３Ｂには水分が多く溶解している作動物質の液化物が貯留される。これにより、脱水装置１６は水分を殆ど含まない作動物質を用いて効率的に脱水処理を行うことができ、水分離手段４は水分を多く含む作動物質に対して効果的に気液分離を行うことができる。
【００４７】
ここで、脱水用液室３Ａと再生用液室３Ｂとを完全に隔ててしまうと、上記第１の循環路Ｃ１の系６と、上記第２の循環路Ｃ２の系７の処理速度が大きく異なる場合やこれらの系６，７を別々に作動させる場合に、再生用液室３Ｂまたは脱水用液室３Ａが空になる事態が生じ、故障等を誘発する虞がある。そこで、例えば本実施形態では、隔壁３Ｃを、脱水用液室３Ａと再生用液室３Ｂとの間での液化作動物質の移動を許容するように構成している。具体的には、貯留槽３内部の鉛直上方の空間が脱水用液室３Ａと再生用液室３Ｂとの間で連続するように隔壁３Ｃの高さを設定して、脱水用液室３Ａ内の圧力と再生用液室３Ｂ内の圧力とを等しくすると共に、隔壁３Ｃに流通孔３Ｄを設けるようにしている。これにより、脱水用液室３Ａと再生用液室３Ｂとの液面高さが等しくなるように、流通孔３Ｄを介して液化作動物質が脱水用液室３Ａと再生用液室３Ｂの間を移動する。このように構成することによって、圧縮機２から送られる水分を含まない作動物質の液化物と、脱水装置１６から排出される水分を多く含む作動物質の液化物とが混ざり難い構成としつつ、上記第１の循環路Ｃ１の系６と第２の循環路Ｃ２の系７の処理速度が大きく異なる場合やこれらの系６，７を別々に作動させる場合の不都合を回避することができる。なお、脱水用液室３Ａと再生用液室３Ｂとの間での液化作動物質の移動を許容する構成としては、上記のように流通孔３Ｄを設けるものには必ずしも限定されず、例えば液化作動物質が隔壁３Ｃからオーバフローすることで、脱水用液室３Ａと再生用液室３Ｂとの間での移動を許容するように構成しても良い。
【００４８】
また、脱水操作が終了した固体（石炭）を脱水装置１６から取り出す際に、脱水装置１６内に液化したジメチルエーテルが残っていると、脱水装置１６に残存している当該ジメチルエーテルが大気圧下で急激に膨張する虞があり、危険である。このため、脱水操作が終了した固体（石炭）を脱水装置１６から取り出す前に、脱水装置１６内に残存する液化ジメチルエーテルを抜き出す必要がある。そこで例えば本実施形態では、脱水手段５と水分離手段４とを接続する流路３９を設け、当該流路３９を介して脱水手段５に残存している作動物質を水分離手段４側に抜き出すようにしている。より具体的には、第１バルブ４１と減圧弁４２とを備えた第８配管３９を介して、脱水装置１６と蒸発器１１とを接続するようにしている。第２の循環路Ｃ２の系７が作動しているときには第１バルブ４１は閉となっている。脱水装置１６内に残存する液化ジメチルエーテルを抜き出す際には、第２の循環路Ｃ２の系７を停止し、脱水装置１６と貯留槽３とを接続する第７配管４０Ｇに設けた第２バルブ４３を閉とし、第１バルブ４１を開として、減圧弁４２により脱水装置１６内部に残存する液化ジメチルエーテルを圧力差によって蒸発器１１へと抜き出して、蒸発器１１により蒸発する。
【００４９】
作動物質であるジメチルエーテルは、例えば０℃〜５０℃位の温度範囲で本発明のシステム１に係る一連の操作を行うことが好ましい。また、ジメチルエーテルを液体状態に保つために、第１の循環路Ｃ１における圧縮機２の出口から減圧弁１０までの間（貯留槽３内部を含む）、第２の循環路Ｃ２（脱水装置１６内部を含む）、脱水装置１６から減圧弁４２までの間は加圧された状態となっている。また、貯留槽３には第１，第２の循環路Ｃ１，Ｃ２内の空気が集まるとともに、貯留槽３の内部空間の上部に溜まる。この溜まった空気は、例えば貯留槽３の上部にある弁４４から廃棄される。
【００５０】
本システム１には、水分含有固体としての石炭、水、作動物資としてのジメチルエーテルの３つが関与する。以下に、これらの各物質に着目した本システム１のフローについて説明する。なお、図１，図６中の実線で示す矢印が高純度ジメチルエーテルの流れを示し、破線で示す矢印が水の流れを示し、２点鎖線で示す矢印が水が溶解したジメチルエーテルの流れを示す。水分含有固体としての石炭は、脱水装置１６に投入され、液化ジメチルエーテルによって脱水された後に、脱水装置１６から取り出される。
【００５１】
水は、水分含有固体中の水分として脱水装置１６からシステム１に供給される。まず、脱水装置１６で液化ジメチルエーテル中に溶出した後、貯留槽３の再生用液室３Ｂ内に貯留され、液化ジメチルエーテル中に溶存する形態で蒸発器１１に到達する。蒸発器１１で大部分の液化ジメチルエーテルが気化し、液化ジメチルエーテル中に溶存していた水が分離される。
【００５２】
ジメチルエーテルガスは圧縮機２で加圧されて過熱ガスになった後、凝縮して、液化ジメチルエーテルとなって、貯留槽３の脱水用液室３Ａに貯留される。貯留槽３の液化ジメチルエーテルは、脱水装置１６と蒸発器１１にそれぞれ供給される。脱水装置１６に供給された液化ジメチルエーテルは、水分含有固体の水分を溶解し、水分を含む液化ジメチルエーテルは再び貯留槽３へと戻る。一方、蒸発器１１に供給された液化ジメチルエーテルは、蒸発器１１でジメチルエーテル成分だけが選択的に蒸発するとともに、ジメチルエーテルに溶存していた水分は蒸発せずに液状のまま残る。ジメチルエーテルガスと水分は、分離器１２で気液分離され、分離されたジメチルエーテルガスは、水トラップ１３を通過して再び圧縮機２に戻る。
【００５３】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。本発明の水分除去システム１は図１の構成に限定されるものではなく、例えば図６に示す構成とすることも可能である。
【００５４】
図６に示す構成例では、圧縮機２ｂと貯留槽３との間に冷却器９を配置し、この冷却器９により貯留槽３の直前でジメチルエーテルの過熱ガスを凝縮し、液化するようにしている。この場合、同図に示すように、冷却器９と蒸発器１１を熱交換器４５で接続して、液化ジメチルエーテルの蒸発潜熱を回収して有効利用するようにしても良い。また、分離器１２で分離されたジメチルエーテル蒸気を膨張機４６により断熱膨張して、外界に仕事を行うようにしても良い。図６の例では、圧縮機を２段とし、第１圧縮機２ａと膨張機４６を連結して膨張機４６で行われた仕事を回収し第１圧縮機２ａの動力とし使用している。なお、冷却器４７は、膨張機４６から出た気体温度を第１圧縮機２ａの入口の最適温度に調整するものである。また、蒸発器１１により液化ジメチルエーテルを気化させる際の温度の調整は、冷却器４８により行われる。
【実施例１】
【００５５】
以下に、作動物質としてジメチルエーテルを用いる場合のシステム１内の圧力、温度、処理量の設定例を示す。なお、圧力と温度の設計を簡便化するため、脱気塔１４を省略し、分離器１２で水とジメチルエーテルとが完全に分離できると仮定した。また、脱水装置１６で処理された水分含有固体はジメチルエーテルを含まないと仮定した。まず、圧縮機２の入口を起点として、第１の循環路Ｃ１における温度・圧力条件を設定した。
【００５６】
圧縮機２の入口でのジメチルエーテルについて、温度が２５℃で、飽和温度が１５℃の場合、圧力は０．４４ＭＰａとなる。圧縮機２の入口における飽和温度が高いほど、圧縮機２の入口での圧力が上がるので、圧縮機２の動力が減少する。また、ジメチルエーテルの熱容量比は１．１１と小さいので、断熱圧縮時の温度上昇が少ない。例えば、断熱圧縮を仮定すると、圧縮機２の出口の圧力が０．７８ＭＰａの場合、圧縮機２の出口の温度は４３℃、飽和温度が３５℃となる。このように、圧縮機２出口における過熱度は、圧縮機２入口の過熱度よりも小さくなる。
【００５７】
貯留槽３内の液化ジメチルエーテルの温度は、外気温度とほぼ同じであるので、圧縮機２の出口温度よりも低い。また、圧縮されるジメチルエーテルガス量より、貯留槽３内部の液化ジメチルエーテルの量が多いので、圧縮機２から出たジメチルエーテルガスは、貯留槽３内部の液化ジメチルエーテルで冷やされて凝縮される。この際に放出される蒸発潜熱は、システム１からの放熱として外界に逃げる。
【００５８】
貯留槽３内では、圧縮機２から流入する高純度の液化ジメチルエーテルと、脱水装置１６から流入する水分含有液化ジメチルエーテルが部分的に混合する。貯留槽３から蒸発器１１に流れる液化ジメチルエーテルは減圧弁１０によって、圧縮機２の入口の圧力に等しい０．４４ＭＰａに減圧される。０．４４ＭＰａにおけるジメチルエーテルの飽和温度は１５℃であるので、室温の液化ジメチルエーテルは蒸発器１１で蒸発して膨張する。膨張したジメチルエーテルガスの温度は飽和温度である１５℃まで低下する。これは、もともとの圧縮機２の入口温度である２５℃よりも低く、このまま循環利用すると第１の循環路Ｃ１内の温度が低下する可能性があるので、蒸発器１１において２５℃まで加熱する。
【００５９】
また、第２の循環路Ｃ２における温度・圧力の条件は、貯留槽３内の液化ジメチルエーテルの温度・圧力とほぼ同じであるが、脱水装置１６に液化ジメチルエーテルを供給するために貯留槽３における第６配管４０Ｆ側入口と、第７配管４０Ｇ側出口に差圧が生じる。この差圧分の昇圧は送液ポンプ１７によって賄われるので、送液ポンプ１７から、貯留槽３における第７配管４０Ｇ側出口まで、第２の循環路Ｃ２における他の部位よりも圧力が高くなる。その値は概ね０．１ＭＰａから数ＭＰａ程度である。
【００６０】
例えば、脱水装置１６に水分５０％の水分含有固体を５リットル（≒５ｋｇ）充填し、脱水する場合を考える。この場合、脱水装置１６内の初期水分量は２．５ｋｇとなる。液化ジメチルエーテルの水分の溶解度は、室温において６．７質量％であるので、２．５ｋｇの水分を溶解するのに必要な最低限の液化ジメチルエーテルは、２．５÷０．０６７＝３７．３ｋｇである。また、液化ジメチルエーテルの室温における密度は、０．６７ｋｇ／リットルであるので、３７．３ｋｇの液化ジメチルエーテルの体積は５５．７リットルである。これに対して、貯留槽３には２００リットルの液化ジメチルエーテルが充填されているものとする。
【００６１】
第１の循環路Ｃ１の系６は動作させず、第２の循環路Ｃ２の系７を１時間動作させて、その間に水分含有固体をほぼ完全に脱水するとの運転条件を設定する。脱水が進行するにつれて、貯留槽３内の液化ジメチルエーテル内の水分濃度が上昇するが、貯留槽３内には隔壁３Ｃが設けられているので、貯留槽３内の液化ジメチルエーテルは均一に混合するわけではない。
【００６２】
最も好ましくない場合として、水分含有固体の水分がすべて脱水され、この水分が貯留槽３内の液化ジメチルエーテルと完全に混合したと仮定する。この場合でも、貯留槽３内の液化ジメチルエーテル内の水分濃度は、５５．７／２００＊６．７％＝１．８７％にしか上昇しない。これは飽和濃度６．７％よりも著しく低く、脱水性能を損なうものでない。さらに、実際には、貯留槽３内に隔壁３Ｃを設けることにより、水分が貯留槽３内の液化ジメチルエーテルと完全に混合するわけではないので、脱水装置１６に供給される液化ジメチルエーテル中の水分濃度は上記値（１．８７％）よりも低く、脱水に要する液化ジメチルエーテルの量が著しく増えることはない。
【００６３】
脱水装置１６への液化ジメチルエーテルの供給速度を２００リットル／ｈと設定すると、１７分で脱水操作が完了する。一方、第１の循環路Ｃ１の系における圧縮機２によるジメチルエーテルガスの処理量を２０Ｎｍ３／ｈと設定する。ジメチルエーテルガスの密度は２．０６ｋｇ／ｍ３、液化ジメチルエーテルの密度は６７０ｋｇ／ｍ３であるので、圧縮機２の処理速度を液化状態のジメチルエーテルの体積に換算すると６１．５リットル／ｈである。
【００６４】
また、貯留槽３内において水と液化ジメチルエーテルが完全に混合していると仮定すると、貯留槽３内には、水分濃度１．８７％の液化ジメチルエーテルが２００リットル存在することになる。第１の循環路Ｃ１の系６により液化ジメチルエーテル中の水分が分離され、圧縮機２から貯留槽３内に流入する純粋な液化ジメチルエーテルが貯留槽３内の液化ジメチルエーテルと瞬時に完全混合すると仮定すると、貯留槽３内の液化ジメチルエーテル中の水分濃度の変化は以下の数式１で計算できる。
【数１】
【００６５】
ここで、数式１中のＶは貯留槽３中の液化ジメチルエーテルの体積であり、Ｃは液化ジメチルエーテル中の水分濃度である。ｖは圧縮機２の液化状態のジメチルエーテルの体積換算の処理速度である。ｔは時間である。上記の数式１において、ｔ＝０，Ｃ＝１．８７％；ｔ＝ｔ，Ｃ＝Ｃの境界条件が成り立つので、次の数式２が成り立つ。
【数２】
【００６６】
従って、第１の循環路Ｃ１の系６の運転に伴う貯留層内の液化ジメチルエーテル中の水分濃度の経時変化は、次の数式３および図５に示すグラフで表される。なお、Ｃの単位は％、ｔの単位は１時間である。
【数３】
【００６７】
図５に示すように、例えば第１の循環路Ｃ１の系６を３時間運転すると、貯留槽３内の液化ジメチルエーテル中の水分濃度は０．７４％に減少し、ほぼ純粋な液化ジメチルエーテルと同等になる。また、第１の循環路Ｃ１の系６を１０時間運転すると、貯留槽３内の液化ジメチルエーテル中の水分濃度は０．０４７％、さらに２４時間運転すると当該水分濃度は０．００１２％にまで減少する。
【００６８】
以上の試算は、圧縮機２から貯留槽３内に流入する純粋な液化ジメチルエーテルが貯留槽３内の液化ジメチルエーテルと瞬時に完全混合するとの仮定に基づくものであり、実際には、隔壁３Ｃの存在によって圧縮機２から貯留槽３内に流入する純粋な液化ジメチルエーテルと貯留槽３内の液化ジメチルエーテルとは混合し難いので、更に短い時間で貯留槽３内の液化ジメチルエーテルから水分を分離できる。このように、本システム１によって、例えば第２の循環路Ｃ２の系７を１７分、第１の循環路Ｃ１の系６を３時間運転する、とのように第１，第２の循環路Ｃ１，Ｃ２の系６，７の運転条件をそれぞれ最適な条件にすることによって、容易かつ効率的に水分含有固体の脱水を行える。
【００６９】
以上のように本発明によれば、第１の循環路Ｃ１の系６と第２の循環路Ｃ２の系７とがそれぞれ独立しており、各々の系６，７を別々に運転することが可能であるので、第１の循環路Ｃ１の系６に属する圧縮機２と、第２の循環路Ｃ２の系７に属する脱水装置１６の処理量を一致させる必要はなく、圧縮機２と脱水装置１６とがそれぞれ最高の効率や性能を発揮できる最適な運転条件をそれぞれ系６，７において独立に設定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の液化物質を用いた固体含有水分の除去システムの構成の一例を示す構成図である。
【図２】脱水装置の構造の一例を示し、一部を切り欠いて示す。
【図３】図２の脱水装置の側面から見た断面図である。
【図４】図２の脱水装置における作動物質のフローを示す概念図である。
【図５】貯留槽内の液化ジメチルエーテル中の水分濃度と、第１の循環路の系の運転時間との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の液化物質を用いた固体含有水分の除去システムの他の構成例を示す構成図である。
【図７】従来の液化物質を用いた固体含有水分の除去システムを示す構成図である。
【符号の説明】
【００７１】
１ 水分除去システム
２ 圧縮機（液化手段）
３ 貯留槽
３Ａ 脱水用液室
３Ｂ 再生用液室
３Ｃ 隔壁
４ 水分離手段
５ 脱水手段
Ｃ１ 第１の循環路
Ｃ２ 第２の循環路
６ 第１の循環路の系
７ 第２の循環路の系
１４ 脱気塔
１６ 脱水装置
１７ 送液ポンプ
１８ ケーシング
１９ 回転軸
２０ 回転セル部
２１ ロータ
２２ 回転駆動機構
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液化物質を用いた固体含有水分の除去方法およびシステムに関する。さらに詳述すると、本発明は、外気温度に近い操作温度で水分含有固体の脱水操作を行う方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ジメチルエーテルなどの常温常圧下で気体となる物質Ｄを用いて、石炭などの処理対象固体に含まれる水分を除去するための方法およびシステムが開示されている。この特許文献１のシステムは、図７に示すように、ジメチルエーテル蒸気を加圧するための圧縮機１０１，１０１’と、加圧されたジメチルエーテル蒸気を液化するための凝縮器１０２と、液化されたジメチルエーテルを処理対象固体である石炭と接触させ、石炭中の水分を液化ジメチルエーテル中に溶解することによって石炭に含まれる水分を除去する脱水器１０３と、上記脱水により水分を含有した液化ジメチルエーテルからジメチルエーテルだけを選択的に蒸発させる蒸発器１０４と、ジメチルエーテル蒸気と水とを分離する分離器１０６と、分離器１０６で水と分離されたジメチルエーテル蒸気を断熱膨張する膨張機１０７とが、上記の順序で配管により直列に連結され、さらに膨張機１０７が第１圧縮機１０１に連結されて、１つの循環路（閉回路）が形成されている。この循環路を、ジメチルエーテルが、気体、液体の状態変化をしながら循環することで、脱水と水との分離を繰り返すようにしている。
【０００３】
なお、凝縮器１０２と蒸発器１０４は熱交換器１０５で接続されている。また、蒸発器１０４により液化ジメチルエーテルを気化させる際の温度および圧力の調整は、冷却器１０４’と減圧弁１０４”により行われる。また、分離器１０６には、ジメチルエーテル蒸気と分離された水に溶存するジメチルエーテルを脱気する脱気塔１０８が連結されている。この脱気塔１０８では、保圧弁１０８’で脱気塔内部の圧力を下げ、ジメチルエーテルを気化させ回収するようにしている。脱気塔１０８は、図示していない配管により前記の循環路に連結されており、回収されたジメチルエーテルは再び循環路に戻される。膨張機１０７においては、ここで外界に行う仕事を回収してこの仕事をジメチルエーテルを加圧する第１圧縮機１０１の動力の一部として利用している。外部からの仕事の投入は、電動機１０９により第２圧縮機１０１’に対してのみ行われる。冷却器１１０は、膨張機１０７から出た気体温度を第１圧縮機１０１の入口の最適温度に調整するものである。
【０００４】
【特許文献１】ＰＣＴ／ＪＰ０３／０６９８９（国際公開番号 ＷＯ ０３／１０１５７９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された脱水方法およびシステムでは、物質Ｄ（例えばジメチルエーテル）がただ１つの循環路を循環するので、この循環路を物質Ｄが流れる際に、熱交換器１０５や脱水器１０３の内部で圧力損失によって物質Ｄの流量が減少することがある。さらに、種々の外的要因により、圧縮機１０１，１０１’の処理速度、圧縮機１０１，１０１’の出口における圧力や温度が変化することが考えられるが、当該変化が生じた場合、熱交換器１０５、脱水器１０３、分離器１０６、膨張機１０７における物質Ｄの流量、圧力、温度も連鎖的に変化する。物質Ｄは循環路により再び圧縮機１０１，１０１’に戻るので、圧縮機１０１，１０１’の入口における物質Ｄの流量、圧力、温度も変化することとなる。このため、物質Ｄの流量、圧力、温度の変化が、物質Ｄが循環路を一巡するごとに増幅される危険性がある。この危険性を回避し、システムを安定して運転するためには、循環路内の多くの箇所において物質Ｄの流量・圧力・温度を測定し、これらの物性値を一定に制御する仕組みが必要となる。こうした仕組みは、システムを複雑化し、コスト増加を招いてしまう。
【０００６】
また、特許文献１に開示された脱水方法およびシステムでは、圧縮機１０１’の出口における物質Ｄの流量と、脱水器１０３の入口における物質Ｄの流量とを整合させる必要がある。この調整は、既存の圧縮機の出力は既定であることが多く、一般に困難である。また、圧縮機１０１’が物質Ｄの蒸気を処理対象とするのに対し、脱水器１０３の処理対象は物質Ｄの液体であり、物質Ｄの気体と液体の体積比は通常数百にもなることから、圧縮機１０１’と脱水器１０３との間で物質Ｄの処理量の整合をとることは極めて困難である。さらに、機械的に所要動力が最も低くなる運転条件での圧縮機１０１’の出口における物質Ｄの流量と、化学的に最も脱水に適した脱水器１０３に対する物質Ｄの流量が異なる場合、圧縮機１０１’と脱水器１０３の双方の効率を最適にすることは不可能であり、いずれか一方の効率を犠牲にせざるを得ない。このため、特許文献１の技術において、システム全体の最適化を図ることは不可能である。
【０００７】
そこで本発明は、脱水に用いる作動物質の流量制御を簡便とし、圧縮機や脱水器等のシステム構成要素の能力が向上する運転条件を独立に設定することができる液化物質を用いた固体含有水分の除去方法およびシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的を達成するため、請求項１記載の液化物質を用いた固体含有水分の除去システムは、２５℃、１気圧で気体である物質を作動物質として、前記作動物質の気体を加圧、あるいは冷却、あるいは加圧と冷却の併用によって液化させる液化手段と、液化した前記作動物質を貯留する貯留槽と、前記貯留槽から水分を含む前記作動物質を取り出すとともに当該作動物質を気化することによって前記作動物質の気体と水分を分離する水分離手段とが直列に接続され、かつ前記水分離手段と前記液化手段とが接続されて前記水分離手段で気化された前記作動物質が前記液化手段により再び液化される第１の循環路が形成され、前記貯留槽と、前記貯留槽から液化した前記作動物質を取り出すとともに当該作動物質を水分含有固体と接触させて水分を溶解して脱水を行う脱水手段とが直列に接続され、かつ前記脱水手段と前記貯留槽とが接続されて前記脱水手段から排出される水分を含む前記作動物質が前記貯留槽に戻される第２の循環路が形成され、前記第１および第２の循環路の系が同時に又は別々に動作可能であるようにしている。
【０００９】
また、請求項９記載の液化物質を用いた固体含有水分の除去方法は、２５℃、１気圧で気体である物質を作動物質として、前記作動物質の気体を加圧、あるいは冷却、あるいは加圧と冷却の併用によって液化させる液化手段と、液化した前記作動物質を貯留する貯留槽と、前記貯留槽から水分を含む前記作動物質を取り出すとともに当該作動物質を気化することによって前記作動物質の気体と水分を分離する水分離手段とを直列に接続し、かつ前記水分離手段と前記液化手段とを接続して前記水分離手段で気化した前記作動物質を前記液化手段により再び液化する第１の循環路を形成し、前記貯留槽と、前記貯留槽から液化した前記作動物質を取り出すとともに当該作動物質を水分含有固体と接触させて水分を溶解して脱水を行う脱水手段とを直列に接続し、かつ前記脱水手段と前記貯留槽とを接続して前記脱水手段から排出する水分を含む前記作動物質を前記貯留槽に戻す第２の循環路を形成し、前記作動物質を前記第１の循環路にて循環させることにより前記貯留槽の内容物から水を除去し、前記作動物質を前記第２の循環路にて循環させることにより水分含有固体から水を除去し、前記第１および第２の循環路の系を同時に又は別々に動作させるようにしている。
【００１０】
したがって、第１の循環路の系と第２の循環路の系とがそれぞれ独立しており、各々の系を別々に運転することが可能であるので、第１の循環路の系に属する液化手段と、第２の循環路の系に属する脱水手段の処理量を一致させる必要はなく、液化手段と脱水手段とがそれぞれ最高の効率や性能を発揮できる最適な運転条件をそれぞれ系において独立に設定することが可能となる。
【００１１】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の液化物質を用いた固体含有水分の除去システムにおいて、前記作動物質は、ジメチルエーテル、エチルメチルエーテル、ホルムアルデヒド、ケテン、アセトアルデヒドから選ばれる１つの物質またはこれらの２種以上の混合物であるものとしている。これらの物質は、２５℃、１気圧で気体であり、本発明に係る作動物質として利用可能である。
【００１２】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の液化物質を用いた固体含有水分の除去システムにおいて、前記脱水手段は、前記作動物質の液化物と前記水分含有固体とを向流接触させるものとしている。この場合、少量のジメチルエーテルを用いて高効率に脱水を行える。
【００１３】
また、請求項４記載の発明は、請求項３記載の液化物質を用いた固体含有水分の除去システムにおいて、前記脱水手段は、ケーシングと、前記ケーシングの軸心に配置された回転軸と、前記回転軸を介して前記ケーシング内で回転する複数の回転セル部を有するロータと、前記ロータを前記回転軸によって回転駆動させる回転駆動機構とを備え、前記回転セル部内に前記水分含有固体を投入するとともに前記作動物質を供給し、前記回転駆動機構により前記ロータを回転させる間に前記回転セル部内で前記作動物質と前記水分含有固体とを接触させ、かつ当該接触後の作動物質を前記回転セル部の回転方向とは逆方向の他の回転セル部に再供給する脱水装置と、前記貯留槽から前記作動物質を前記脱水装置に送る送液ポンプとを有するようにしている。この場合、水分含有固体が投入された回転セル部の回転方向とは反対方向に、液状作動物質が移動するので、水分含有固体と作動物質とを向流接触させることができる。
【００１４】
また、請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれか１つに記載の液化物質を用いた固体含有水分の除去システムにおいて、前記貯留槽の内部空間を、前記液化手段から送られる前記作動物質の液化物が流入し、かつ当該液化物が前記脱水手段に向かって流出する脱水用液室と、前記脱水手段から送られる水分を含む前記作動物質の液化物が流入し、かつ当該液化物が前記水分離手段に向かって流出する再生用液室とに隔てる隔壁を有するようにしている。この場合、液化手段から送られる高純度の作動物質の液化物と、脱水手段から送られる多くの水分を含む作動物質の液化物とが、容易に混合しないように構成できる。
【００１５】
また、請求項６記載の発明は、請求項５記載の液化物質を用いた固体含有水分の除去システムにおいて、前記隔壁は、前記脱水用液室と前記再生用液室との間で前記作動物質の液化物が移動可能に構成されるようにしている。この場合、上記第１の循環路の系と、上記第２の循環路の系の処理速度が大きく異なる場合やこれらの系を別々に作動させる場合でも、再生用液室または脱水用液室が空になる事態を回避できる。
【００１６】
また、請求項７記載の発明は、請求項１から６のいずれか１つに記載の液化物質を用いた固体含有水分の除去システムにおいて、前記水分離手段には、該水分離手段で分離された水分に含まれる前記作動物質を脱気するための脱気塔が接続され、前記脱気塔が前記第１の循環路に接続されて、脱気された前記作動物質が回収されて前記第１の循環路に戻されるものとしている。この場合、作動物質が溶存した水を排出することを防いで環境への負荷を最小限にするとともに、作動物質の損失量を最小限にすることができる。
【００１７】
また、請求項８記載の発明は、請求項１から７のいずれか１つに記載の液化物質を用いた固体含有水分の除去システムにおいて、前記脱水手段と前記水分離手段とを接続する流路を有し、当該流路を介して前記脱水手段に残存している前記作動物質が前記水分離手段側に抜き出されるようにしている。この場合、脱水操作が終了した固体を脱水手段から取り出す際に、脱水手段に残存している作動物質が大気圧下で急激に膨張することを回避できる。
【発明の効果】
【００１８】
しかして請求項１記載の水分除去システムおよび請求項９記載の水分除去方法によれば、第１の循環路の系と第２の循環路の系とがそれぞれ独立しており、各々の系を別々に運転することが可能であるので、第１の循環路の系に属する液化手段と、第２の循環路の系に属する脱水手段の処理量を一致させる必要はなく、液化手段と脱水手段とがそれぞれ最高の効率や性能を発揮できる最適な運転条件をそれぞれ系において独立に設定することが可能となる。
【００１９】
また、最適な運転条件をそれぞれ系において独立に設定することを可能とすることにより、循環路内の多くの箇所において、循環路内の物質の流量、圧力、温度を測定しこれらの物性値を一定に制御する仕組みを必要とせず、水分除去システムの複雑化を防ぎ、設備コストを低減できる。
【００２０】
さらに、請求項２記載に列挙した物質は、２５℃、１気圧で気体であり、本発明に係る作動物質として利用可能である。
【００２１】
さらに、請求項３，４記載の水分除去システムによれば、作動物質の液化物と水分含有固体とを向流接触させることにより、少量のジメチルエーテルを用いて高効率に脱水を行える。
【００２２】
さらに、請求項５記載の水分除去システムによれば、貯留槽の内部空間を仕切る隔壁を設けるとにより、液化手段から送られる高純度の作動物質の液化物と、脱水手段から送られる多くの水分を含む作動物質の液化物とが、容易に混合しないように構成できる。これにより、脱水手段は水分を殆ど含まない作動物質を用いて効率的に脱水処理を行うことができ、水分離手段は水分を多く含む作動物質に対して効果的に気液分離を行うことができる。
【００２３】
さらに、請求項６記載の水分除去システムによれば、脱水用液室と再生用液室との間で作動物質の液化物が移動可能であるように隔壁を構成するので、第１の循環路の系と、第２の循環路の系の処理速度が大きく異なる場合やこれらの系を別々に作動させる場合でも、再生用液室または脱水用液室が空になる事態を回避できる。
【００２４】
さらに、請求項７記載の水分除去システムによれば、水分離手段で分離された水分に含まれる作動物質を脱気する脱気塔を備えるので、作動物質が溶存した水を排出することを防いで環境への負荷を最小限にするとともに、作動物質の損失量を最小限にすることができる。
【００２５】
さらに、請求項８記載の水分除去システムによれば、脱水操作が終了した固体を脱水手段から取り出す際に、脱水手段に残存している作動物質が大気圧下で急激に膨張することを回避できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の構成を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２７】
図１から図５に本発明の液化物質を用いた固体含有水分の除去方法およびシステムの実施の一形態を示す。この水分除去システム１は、２５℃、１気圧で気体である物質を作動物質として、作動物質の気体を加圧、あるいは冷却、あるいは加圧と冷却の併用によって液化させる液化手段２と、液化した作動物質を貯留する貯留槽３と、貯留槽３から水分を含む作動物質を取り出すとともに当該作動物質を気化することによって作動物質の気体と水分を分離する水分離手段４とが直列に接続され、かつ水分離手段４と液化手段２とが接続されて水分離手段４で気化された作動物質が液化手段２により再び液化される第１の循環路Ｃ１が形成され、貯留槽３と、貯留槽３から液化した作動物質を取り出すとともに当該作動物質を水分含有固体と接触させて水分を溶解して脱水を行う脱水手段５とが直列に接続され、かつ脱水手段５と貯留槽３とが接続されて脱水手段５から排出される水分を含む作動物質が貯留槽３に戻される第２の循環路Ｃ２が形成され、第１および第２の循環路Ｃ１，Ｃ２の系６，７が同時に又は別々に動作可能であるようにしている。
【００２８】
本発明では、水分含有固体から水分を除去するための作動物質として、常温付近かつ大気圧下において（具体的には２５℃、１気圧において）、気体である物質を液化したものを用いる。本発明では、作動物質の気液相転移現象を利用して、水の溶解度を著しく変化させるようにしている。液化された作動物質に水分含有固体中の水分を溶解させた後、温度と圧力を僅かに変化させることで、作動物質だけを選択的に蒸発させ、水と作動物質の気体が容易に分離される。したがって、本発明に使用される作動物質としては、水との相互溶解性が高く、液化された状態で水との相互溶解度が高い物質が望ましい。また、作動物質の沸点が常温より高いと、水と分離する際に作動物質を蒸発するために高温のエネルギー源が必要となり、脱水に要するエネルギーが増大することが予想されるので、好ましくない。少ない所要エネルギーでの脱水を可能にするには、溶剤の沸点が常温付近もしくはそれ以下が好ましい。そこで、本発明では、２５℃、１気圧で気体である物質を液化して用いる。更に好ましいのは、０℃、１気圧で気体である物質である。２５℃、１気圧で気体である物質としては、ジメチルエーテル、エチルメチルエーテル、ホルムアルデヒド、ケテン、アセトアルデヒドなどが挙げられる。これらは１種で用いても、または２種以上混合して用いてもよい。中でも好ましいのは毒性もなく扱い易いジメチルエーテルである。また、２５℃、１気圧で気体である物質として、ブタン及びプロパンも挙げられる。これらは単独では水を溶解する能力はないが、ジメチルエーテル、エチルメチルエーテル、ホルムアルデヒド、ケテン、アセトアルデヒドなどから選ばれる１種または２種以上の混合物と混合させることができる。ブタン及びプロパンは、天然ガスなどの成分であることから、容易に入手可能であるし、液化ジメチルエーテルと沸点が近く容易に液化できる。しかも、液化ジメチルエーテルなどと混合して用いても、若干、脱水性能が落ちるだけで、既存方法と比べて十分に優位な性能を得られることから、液化ジメチルエーテルなどの使用量を減らすことができる。
【００２９】
例えば本実施形態では、作動物質としてジメチルエーテル（ＤＭＥとも表記される。）を用いた例について説明する。ただし、本発明に係る作動物質がこれに限定されるものではない。ジメチルエーテルは、１気圧における沸点がおよそ−２５℃であり、０℃〜５０℃の大気圧において気体状態である。このように、室温付近、大気圧下において、気体状態であるため、液体状態のジメチルエーテルを得るためには加圧下での操作が必要である。また、高効率なジメチルエーテルの製造方法、製造装置は、例えば特開平11-130714号、特開平10-195009号、特開平10-195008号、特開平10-182535号から特開平10-182527号、特開平09-309852号から特開平09-309850号、特開平09-286754号、特開平09-173863号、特開平09-173848号、特開平09-173845号などに開示されており、容易に得ることができる。
【００３０】
また、例えば本実施形態では、水分含有固体として石炭を脱水する場合について説明する。本発明によれば、褐炭や亜瀝青炭から石炭表面の官能基と強く結合している石炭中の水分を低動力で除去して、瀝青炭並の含有水分に脱水可能である。褐炭や亜瀝青炭は、低灰分・低硫黄分の炭種でありながら、含有水分が多いため、輸送コストや燃焼性が悪くなり山元以外では利用されてこなかったが、本発明に係る脱水法を用いることで、高品位炭並の燃焼性能と輸送コストを実現することが可能となる。このことは、石炭の採掘から発電後の処理までを総合的に判断すると、発電コストの低減に極めて効果的である。勿論、本発明は、石炭以外のどのような固体の水分除去にも応用することができる。
【００３１】
本実施形態の液化手段２は、例えば作動物質の気体（ジメチルエーテルガス）を圧縮する圧縮機である。以下、圧縮機２と表記する。この圧縮機２は、例えば電動機８により駆動される。ジメチルエーテルガスは圧縮機２で加圧されて過熱ガスになった後、貯留槽３の内部で凝縮し、液化物となる。なお、貯留槽３の内部で凝縮可能であるのは、貯留槽３に流入するジメチルエーテルの過熱ガスの量に対して、貯留槽３の内部に既に存在している液化ジメチルエーテル量を充分に多くすることで、ジメチルエーテルが放出する蒸発潜熱を、貯留槽３内部の温度上昇で吸収することができるからである。ただし、図６に示すように、圧縮機２ｂと貯留槽３との間に冷却器９を配置し、この冷却器９により貯留槽３の直前でジメチルエーテルの過熱ガスを確実に凝縮し、液化するようにしても良い。また、同図に示すように圧縮機を多段構成としても良い。図６の場合は、圧縮機２ａ，２ｂと冷却器９とにより液化手段２が構成される。
【００３２】
本実施形態の水分離手段４は、貯留槽３の内部から水分を含む液化ジメチルエーテルを抜き出す減圧弁１０と、水分が溶解しているジメチルエーテルの液化物からジメチルエーテルを気化させる蒸発器１１と、ジメチルエーテル蒸気と水とを分離する分離器１２とを含むものである。このような構成をとることによって、例えば外乱によって分離器１２による物質Ｄと水の分離性能（分離器１２出口の物質Ｄの症状）が変化した場合でも、分離器１２には液化手段２と貯留槽３と蒸発器１１だけが連結するので、分離性能の変化がそれ以外の装置に及ぼす影響を極めて小さくすることが可能となる。さらに、貯留槽３には十分な物質Ｄが存在するので、分離器１２に流入する物質Ｄの性状の変化を極めて小さくすることが可能となる。このため、蒸発器１１の出力を変え、分離器１２に投入する熱量を変えることにより分離性能を所定の値に戻すことが可能となる。なお、蒸発器１１に供給された液化ジメチルエーテルは、蒸発器１１でジメチルエーテル成分だけが選択的に蒸発するとともに、ジメチルエーテルに溶存していた水分は蒸発せずに液状のまま残る。ジメチルエーテルガスと水分は、分離器１２で気液分離される。
【００３３】
ここで、分離器１２で分離されたジメチルエーテルガスには、水の飛沫が混入している可能性があるので、さらに本実施形態では、上記ジメチルエーテルガスに混入した水の飛沫を除去するために分離器１２の後段に水トラップ１３を設けるようにしている。例えば重ねた網目に蒸気を通して蒸気中の水分を取り除くデミスタをこの水トラップ１３として利用できる。水トラップ１３で回収された水は、分離器１２に戻される。分離器１２で分離した水は、バルブ５０を開とすることで排出される。ここで、分離器１２の内部の圧力が大気圧よりも高い場合、分離器１２で分離した水にはジメチルエーテルガスが溶存する。この水をそのまま排出すると環境への負荷が大きく、さらにジメチルエーテルの損失量を大きくする。そこで、環境への負荷並びにジメチルエーテルの損失量を最小限にするため、図６に示すように、排水中に溶存しているジメチルエーテルを回収する脱気塔１４を分離器１２に接続するようにしても良い。この脱気塔１４は、その入口に保圧弁１５を設け、脱気塔１４の内部の圧力を下げることで、ジメチルエーテルを回収するように構成されている。さらに、脱気塔１４の下部に設けた加熱缶１４ａで水を加熱することでジメチルエーテルの回収率を向上することもできる。脱気塔１４により排水と分離されたジメチルエーテル蒸気は、図示を省略する配管を介して再び水分除去システム１の第１の循環路Ｃ１に戻され、使用される。
【００３４】
本実施形態の脱水手段５は、脱水装置１６と、この脱水装置１６に貯留槽３から作動物質を送る送液ポンプ１７とを含むものである。このような構成をとることによって、例えば、外乱によって脱水装置１６における脱水性能（脱水装置１６出口の物質Ｄ（例えばジメチルエーテル）の性状）が変化した場合でも、脱水装置１６には送液ポンプ１７と貯留槽３だけが連結するので、脱水性能の変化がそれ以外の装置に及ぼす影響を極めて小さくすることが可能となる。さらに、貯留槽３には十分な物質Ｄが存在するので、送液ポンプ１７に流入する物質Ｄの性状の変化を極めて小さくすることが可能となる。このため、送液ポンプ１７の出力を変え、物質Ｄの脱水装置１６への流入量を変えることにより脱水性能を所定の値に戻すことが可能となる。
【００３５】
脱水装置１６は、水分含有固体としての石炭と、作動物質としてのジメチルエーテルの液化物とを接触させる構成を備えるものであれば、その構成が特に限定されるものではないが、少量のジメチルエーテルを用いて高効率に脱水を行う観点から向流接触させる形式のものが好ましい。かかる向流接触式の脱水装置１６として、例えば特公昭５７−１５９２２号や特開２００４−２５５２４８号に開示されるロートセル抽出機の利用が望ましい。
【００３６】
ロートセル抽出機の原理を利用した脱水装置１６の構成例を図２〜図４に示す。この脱水装置１６は、ケーシング１８と、ケーシング１８の軸心に配置された回転軸１９と、回転軸１９を介してケーシング１８内で回転する複数の回転セル部２０を有するロータ２１と、ロータ２１を回転軸１９によって回転駆動させる回転駆動機構２２とを備え、回転セル部２０内に水分含有固体を投入するとともに作動物質を供給し、回転駆動機構２２によりロータ２１を回転させる間に回転セル部２０内で作動物質と水分含有固体とを接触させ、かつ当該接触後の作動物質を回転セル部２０の回転方向とは逆方向の他の回転セル部２０に再供給するようにしている。水分を含んだ作動物質と、水分が除去された脱水対象固体（本実施形態では石炭）とは、別々に回収される。
【００３７】
ケーシング１８は、円筒状の側壁１８Ａと、この側壁１８Ａの上面を封止する上板１８Ｂと、この上板１８Ｂと対向し且つ円筒状の側壁１８Ａの中央部から側壁１８Ａに向かって下降傾斜する底板１８Ｃとを備え、密封構造になっている。また、ロータ２１は、回転軸１９を囲み且つ上下の連結部材２１Ａによって回転軸１９と連結された内筒２１Ｂと、この内筒２１Ｂを囲み且つ側壁１８Ａより小径に形成された円筒状の内壁２１Ｃと、この内壁２１Ｃと内筒２１Ｂとの間に形成されたリング状の空間を複数の回転セル部２０に区画し且つ放射状に配置された複数の壁部２１Ｄとを有し、回転軸１９を介して円筒状ケーシング１８の底板１８Ｃに沿って回転する。
【００３８】
上板１８Ｂには脱水対象投入部２３が設けられ、この脱水対象投入部２３から水分含有固体が回転セル部２０内に投入される。また、ロータ２１の上端と円筒状ケーシング１８の上板１８Ｂとの間には隙間が形成され、この隙間には作動物質供給部２４が側壁１８Ａの上端部から径方向に沿って挿入され、この作動物質供給部２４から作動物質が回転セル部２０内に供給される。この作動物質供給部２４は、例えば先端が封止され且つ複数の孔またはノズルを有するパイプによって形成されている。
【００３９】
また、内壁２１Ｃの下端部には、液状作動物質の流出部２５が各回転セル部２０に対応させて形成されている。これらの流出部２５には金網やパンチングメタル等の多数の孔を有する部材がそれぞれ取り付けられている。これらの流出部２５を介して、各回転セル部２０内で水分含有固体と接触した液状作動物質が、側壁１８Ａと内壁２１Ｃと間に形成されたリング状の受液部２６へと流出する。このリング状の受液部２６は、放射状に配置した図示を省略する仕切り板によって複数の受液室２７に仕切られている。各受液室２７は例えば複数の回転セル部２０に渡って形成されている。各受液室２７の底面にはそれぞれ孔が形成され、この中の１つの孔が脱水処理後の水分を含んだ液状作動物質を排出する排出孔２８として機能し、残りの孔は流出孔２９として機能する。流出孔２９は、図４に示すように、ポンプ３０を備えた配管３１を介して、隣の受液室２７の上方に挿入された作動物質再供給部３２にそれぞれ連結される。これらのポンプ３０，配管３１，作動物質再供給部３２によって、受液室２７に溜まった液状作動物質が一つ上流側の受液室２７を通過する回転セル部２０内に供給される。尚、作動物質再供給部３２は作動物質供給部２４と同様に構成されている。
【００４０】
次に、脱水装置１６の動作について説明する。脱水装置１６が始動して回転駆動機構２２が駆動すると、回転軸１９を介してロータ２１が図４における時計回りに回転する。水分含有固体としての石炭は、例えばコンベア３３によって搬送されて、脱水対象投入部２３から、例えば最上流の回転セル部２０内に投入される。作動物質としての液化ジメチルエーテルは、作動物質供給部２４から、例えば最下流の回転セル部２０内に供給される。回転セル部２０の上方より供給される液状作動物質は、当該回転セル部２０内の水分含有固体と接触しながら重力と遠心力により流出部２５に向かって移動する。流出部２５より流出した液状作動物質は、ポンプ３０の働きにより回転セル部２０の回転方向とは逆向きに移動し、回転セル部２０の回転方向とは逆方向の他の回転セル部２０に再供給される。このように、水分含有固体が投入された回転セル部２０はロータ２１の回転により時計回りに移動するのに対して、液状作動物質はポンプ３０の働きにより反時計回りに移動するので、水分含有固体と作動物質とは向流接触することとなる。この向流接触により脱水効率を高めることができる。また、最も含水量が低下した脱水対象（石炭）を保持する回転セル部２０である最下流の受液室２７に達した回転セル部２０に対して、作動物質供給部２４から新たな液状作動物質を供給するようにすることで、脱水対象（石炭）の残存水分を効率良く除去することができる。液状作動物質は、下流側の受液室２７から上流側の受液室２７に向かって流れ、各受液室２７に達した回転セル部２０内でそれぞれの脱水対象（石炭）と向流接触して、含有水分の濃度を段階的に高めながら、排出孔２８に到達する。排出孔２８から排出される水分を含んだ液状作動物質は、配管４０Ｇを介して貯留槽３へと送られる。一方、脱水処理を終えた回転セル部２０内の石炭は、例えば作動物質供給部２４の下流側に位置する底板１８Ｃに開閉可能に設けられた排出口３６を介して、外部へ排出され、回収される（図４に示す白抜きの矢印参照）。
【００４１】
ここで、従来ある既存のロートセル抽出機は、通常、常温常圧下で、液体状態の抽剤を用いて固体中に含まれるアロマ成分などを抽出することに用いられる。このようなロートセル抽出機を脱水装置１６として利用する場合、以下のような点を考慮する必要がある。即ち、ジメチルエーテルの液化物を脱水剤として用いるために、常温常圧下において気体となるジメチルエーテルの蒸発を防いで液状に保つ必要がある。このために脱水装置１６内部を加圧状態とし、かつその加圧状態を維持する密封構造とする、あるいは脱水装置１６内部をジメチルエーテルの飽和蒸気で満たして密封構造とする必要がある。しかし、ロートセル抽出機は、ロータ２１が回転する構造を有するため、回転軸１９の周辺部分の気密を保持することが極めて難しい。そこで、図２に示すように、脱水装置１６の全体を、例えば作動物質（ジメチルエーテル）の飽和蒸気で満たした密閉容器３４内に収納することが望ましい。この場合、ロータ２１と共に回転する部分ではない作動物質の供給用配管４０Ｆ・排出用配管４０Ｇおよび脱水対象投入部２３と接続された水分含有固体の供給用配管３５、排出口３６と接続された脱水済み水分含有固体の回収管（図示省略）などは、密閉容器３４の気密を保持したまま、密閉容器３４の外に抜き出し、水分除去システム１を構成する他の要素との連結を容易にすることが可能である。
【００４２】
本実施形態の水分除去システム１では、図１に示すように、圧縮機２の出口と貯留槽３とは第１配管４０Ａを介して接続され、貯留槽３と蒸発器１１の入口とは減圧弁１０を備えた第２配管４０Ｂを介して接続され、蒸発器１１の出口と分離器１２の入口とは第３配管４０Ｃを介して接続され、分離器１２の出口と水トラップ１３の入口とは第４配管４０Ｄを介して接続され、水トラップ１３の出口と圧縮機２の入口とは第５配管４０Ｅを介して接続され、これら配管４０Ａ〜４０Ｅにより第１の循環路Ｃ１が形成される。この第１の循環路Ｃ１を、ジメチルエーテルが、気体、液体の状態変化をしながら循環することで、貯留槽３の内容物から水が除去される。即ち、貯留槽３内の液化ジメチルエーテルに溶存している水分が除去される。
【００４３】
また、この水分除去システム１では、貯留槽３と脱水装置１６の作動物質供給部２４とは、送液ポンプ１７を備えた第６配管４０Ｆを介して接続され、脱水装置１６の作動物質排出孔２８と貯留槽３とは、第７配管４０Ｇを介して接続され、これら配管４０Ｆ，４０Ｇにより第２の循環路Ｃ２が形成される。この第２の循環路Ｃ２を、ジメチルエーテルが循環することで、脱水装置１６内の水分含有固体から水分が除去され、除去された水分が液化ジメチルエーテルに溶存した形で貯留槽３内に持ち込まれる。
【００４４】
なお、上記第１の循環路Ｃ１の系６と、上記第２の循環路Ｃ２の系７とは、必ずしも同時に動作している必要はなく、どちらか一方だけが動作してもよい。上記第１，第２の循環路Ｃ１，Ｃ２の切り離しは、例えば圧縮機２や脱水装置１６などの起動・停止や配管４０Ａ〜４０Ｇに設けたバルブ４１，４３，４９等の開閉、図示を省略する逆止弁などによって実現される。
【００４５】
貯留槽３には、例えば脱水装置１６に投入される水分含有固体に含まれる水分量よりも多くの水分量を溶解できるだけの量の作動物質が、バルブ３７を備えた配管３８により予め供給されている。これにより、仮に第２の循環路Ｃ２の系だけを作動させた場合でも、水分含有固体に対する脱水を行える。
【００４６】
さらに本実施形態では、貯留槽３の内部空間を脱水用液室３Ａと再生用液室３Ｂとに隔てる隔壁３Ｃを設けるようにしている。脱水用液室３Ａでは、圧縮機２から送られる作動物質の液化物が流入し、また当該液化物が脱水装置１６に向かって流出する。再生用液室３Ｂでは、脱水装置１６から排出される水分を含む作動物質の液化物が流入し、また当該液化物が水分離手段４に向かって流出する。つまり、再生用液室３Ｂには水分を含まないか水分濃度が極低い作動物質の液化物が貯留され、再生用液室３Ｂには水分が多く溶解している作動物質の液化物が貯留される。これにより、脱水装置１６は水分を殆ど含まない作動物質を用いて効率的に脱水処理を行うことができ、水分離手段４は水分を多く含む作動物質に対して効果的に気液分離を行うことができる。
【００４７】
ここで、脱水用液室３Ａと再生用液室３Ｂとを完全に隔ててしまうと、上記第１の循環路Ｃ１の系６と、上記第２の循環路Ｃ２の系７の処理速度が大きく異なる場合やこれらの系６，７を別々に作動させる場合に、再生用液室３Ｂまたは脱水用液室３Ａが空になる事態が生じ、故障等を誘発する虞がある。そこで、例えば本実施形態では、隔壁３Ｃを、脱水用液室３Ａと再生用液室３Ｂとの間での液化作動物質の移動を許容するように構成している。具体的には、貯留槽３内部の鉛直上方の空間が脱水用液室３Ａと再生用液室３Ｂとの間で連続するように隔壁３Ｃの高さを設定して、脱水用液室３Ａ内の圧力と再生用液室３Ｂ内の圧力とを等しくすると共に、隔壁３Ｃに流通孔３Ｄを設けるようにしている。これにより、脱水用液室３Ａと再生用液室３Ｂとの液面高さが等しくなるように、流通孔３Ｄを介して液化作動物質が脱水用液室３Ａと再生用液室３Ｂの間を移動する。このように構成することによって、圧縮機２から送られる水分を含まない作動物質の液化物と、脱水装置１６から排出される水分を多く含む作動物質の液化物とが混ざり難い構成としつつ、上記第１の循環路Ｃ１の系６と第２の循環路Ｃ２の系７の処理速度が大きく異なる場合やこれらの系６，７を別々に作動させる場合の不都合を回避することができる。なお、脱水用液室３Ａと再生用液室３Ｂとの間での液化作動物質の移動を許容する構成としては、上記のように流通孔３Ｄを設けるものには必ずしも限定されず、例えば液化作動物質が隔壁３Ｃからオーバフローすることで、脱水用液室３Ａと再生用液室３Ｂとの間での移動を許容するように構成しても良い。
【００４８】
また、脱水操作が終了した固体（石炭）を脱水装置１６から取り出す際に、脱水装置１６内に液化したジメチルエーテルが残っていると、脱水装置１６に残存している当該ジメチルエーテルが大気圧下で急激に膨張する虞があり、危険である。このため、脱水操作が終了した固体（石炭）を脱水装置１６から取り出す前に、脱水装置１６内に残存する液化ジメチルエーテルを抜き出す必要がある。そこで例えば本実施形態では、脱水手段５と水分離手段４とを接続する流路３９を設け、当該流路３９を介して脱水手段５に残存している作動物質を水分離手段４側に抜き出すようにしている。より具体的には、第１バルブ４１と減圧弁４２とを備えた第８配管３９を介して、脱水装置１６と蒸発器１１とを接続するようにしている。第２の循環路Ｃ２の系７が作動しているときには第１バルブ４１は閉となっている。脱水装置１６内に残存する液化ジメチルエーテルを抜き出す際には、第２の循環路Ｃ２の系７を停止し、脱水装置１６と貯留槽３とを接続する第７配管４０Ｇに設けた第２バルブ４３を閉とし、第１バルブ４１を開として、減圧弁４２により脱水装置１６内部に残存する液化ジメチルエーテルを圧力差によって蒸発器１１へと抜き出して、蒸発器１１により蒸発する。
【００４９】
作動物質であるジメチルエーテルは、例えば０℃〜５０℃位の温度範囲で本発明のシステム１に係る一連の操作を行うことが好ましい。また、ジメチルエーテルを液体状態に保つために、第１の循環路Ｃ１における圧縮機２の出口から減圧弁１０までの間（貯留槽３内部を含む）、第２の循環路Ｃ２（脱水装置１６内部を含む）、脱水装置１６から減圧弁４２までの間は加圧された状態となっている。また、貯留槽３には第１，第２の循環路Ｃ１，Ｃ２内の空気が集まるとともに、貯留槽３の内部空間の上部に溜まる。この溜まった空気は、例えば貯留槽３の上部にある弁４４から廃棄される。
【００５０】
本システム１には、水分含有固体としての石炭、水、作動物資としてのジメチルエーテルの３つが関与する。以下に、これらの各物質に着目した本システム１のフローについて説明する。なお、図１，図６中の実線で示す矢印が高純度ジメチルエーテルの流れを示し、破線で示す矢印が水の流れを示し、２点鎖線で示す矢印が水が溶解したジメチルエーテルの流れを示す。水分含有固体としての石炭は、脱水装置１６に投入され、液化ジメチルエーテルによって脱水された後に、脱水装置１６から取り出される。
【００５１】
水は、水分含有固体中の水分として脱水装置１６からシステム１に供給される。まず、脱水装置１６で液化ジメチルエーテル中に溶出した後、貯留槽３の再生用液室３Ｂ内に貯留され、液化ジメチルエーテル中に溶存する形態で蒸発器１１に到達する。蒸発器１１で大部分の液化ジメチルエーテルが気化し、液化ジメチルエーテル中に溶存していた水が分離される。
【００５２】
ジメチルエーテルガスは圧縮機２で加圧されて過熱ガスになった後、凝縮して、液化ジメチルエーテルとなって、貯留槽３の脱水用液室３Ａに貯留される。貯留槽３の液化ジメチルエーテルは、脱水装置１６と蒸発器１１にそれぞれ供給される。脱水装置１６に供給された液化ジメチルエーテルは、水分含有固体の水分を溶解し、水分を含む液化ジメチルエーテルは再び貯留槽３へと戻る。一方、蒸発器１１に供給された液化ジメチルエーテルは、蒸発器１１でジメチルエーテル成分だけが選択的に蒸発するとともに、ジメチルエーテルに溶存していた水分は蒸発せずに液状のまま残る。ジメチルエーテルガスと水分は、分離器１２で気液分離され、分離されたジメチルエーテルガスは、水トラップ１３を通過して再び圧縮機２に戻る。
【００５３】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。本発明の水分除去システム１は図１の構成に限定されるものではなく、例えば図６に示す構成とすることも可能である。
【００５４】
図６に示す構成例では、圧縮機２ｂと貯留槽３との間に冷却器９を配置し、この冷却器９により貯留槽３の直前でジメチルエーテルの過熱ガスを凝縮し、液化するようにしている。この場合、同図に示すように、冷却器９と蒸発器１１を熱交換器４５で接続して、液化ジメチルエーテルの蒸発潜熱を回収して有効利用するようにしても良い。また、分離器１２で分離されたジメチルエーテル蒸気を膨張機４６により断熱膨張して、外界に仕事を行うようにしても良い。図６の例では、圧縮機を２段とし、第１圧縮機２ａと膨張機４６を連結して膨張機４６で行われた仕事を回収し第１圧縮機２ａの動力とし使用している。なお、冷却器４７は、膨張機４６から出た気体温度を第１圧縮機２ａの入口の最適温度に調整するものである。また、蒸発器１１により液化ジメチルエーテルを気化させる際の温度の調整は、冷却器４８により行われる。
【実施例１】
【００５５】
以下に、作動物質としてジメチルエーテルを用いる場合のシステム１内の圧力、温度、処理量の設定例を示す。なお、圧力と温度の設計を簡便化するため、脱気塔１４を省略し、分離器１２で水とジメチルエーテルとが完全に分離できると仮定した。また、脱水装置１６で処理された水分含有固体はジメチルエーテルを含まないと仮定した。まず、圧縮機２の入口を起点として、第１の循環路Ｃ１における温度・圧力条件を設定した。
【００５６】
圧縮機２の入口でのジメチルエーテルについて、温度が２５℃で、飽和温度が１５℃の場合、圧力は０．４４ＭＰａとなる。圧縮機２の入口における飽和温度が高いほど、圧縮機２の入口での圧力が上がるので、圧縮機２の動力が減少する。また、ジメチルエーテルの熱容量比は１．１１と小さいので、断熱圧縮時の温度上昇が少ない。例えば、断熱圧縮を仮定すると、圧縮機２の出口の圧力が０．７８ＭＰａの場合、圧縮機２の出口の温度は４３℃、飽和温度が３５℃となる。このように、圧縮機２出口における過熱度は、圧縮機２入口の過熱度よりも小さくなる。
【００５７】
貯留槽３内の液化ジメチルエーテルの温度は、外気温度とほぼ同じであるので、圧縮機２の出口温度よりも低い。また、圧縮されるジメチルエーテルガス量より、貯留槽３内部の液化ジメチルエーテルの量が多いので、圧縮機２から出たジメチルエーテルガスは、貯留槽３内部の液化ジメチルエーテルで冷やされて凝縮される。この際に放出される蒸発潜熱は、システム１からの放熱として外界に逃げる。
【００５８】
貯留槽３内では、圧縮機２から流入する高純度の液化ジメチルエーテルと、脱水装置１６から流入する水分含有液化ジメチルエーテルが部分的に混合する。貯留槽３から蒸発器１１に流れる液化ジメチルエーテルは減圧弁１０によって、圧縮機２の入口の圧力に等しい０．４４ＭＰａに減圧される。０．４４ＭＰａにおけるジメチルエーテルの飽和温度は１５℃であるので、室温の液化ジメチルエーテルは蒸発器１１で蒸発して膨張する。膨張したジメチルエーテルガスの温度は飽和温度である１５℃まで低下する。これは、もともとの圧縮機２の入口温度である２５℃よりも低く、このまま循環利用すると第１の循環路Ｃ１内の温度が低下する可能性があるので、蒸発器１１において２５℃まで加熱する。
【００５９】
また、第２の循環路Ｃ２における温度・圧力の条件は、貯留槽３内の液化ジメチルエーテルの温度・圧力とほぼ同じであるが、脱水装置１６に液化ジメチルエーテルを供給するために貯留槽３における第６配管４０Ｆ側入口と、第７配管４０Ｇ側出口に差圧が生じる。この差圧分の昇圧は送液ポンプ１７によって賄われるので、送液ポンプ１７から、貯留槽３における第７配管４０Ｇ側出口まで、第２の循環路Ｃ２における他の部位よりも圧力が高くなる。その値は概ね０．１ＭＰａから数ＭＰａ程度である。
【００６０】
例えば、脱水装置１６に水分５０％の水分含有固体を５リットル（≒５ｋｇ）充填し、脱水する場合を考える。この場合、脱水装置１６内の初期水分量は２．５ｋｇとなる。液化ジメチルエーテルの水分の溶解度は、室温において６．７質量％であるので、２．５ｋｇの水分を溶解するのに必要な最低限の液化ジメチルエーテルは、２．５÷０．０６７＝３７．３ｋｇである。また、液化ジメチルエーテルの室温における密度は、０．６７ｋｇ／リットルであるので、３７．３ｋｇの液化ジメチルエーテルの体積は５５．７リットルである。これに対して、貯留槽３には２００リットルの液化ジメチルエーテルが充填されているものとする。
【００６１】
第１の循環路Ｃ１の系６は動作させず、第２の循環路Ｃ２の系７を１時間動作させて、その間に水分含有固体をほぼ完全に脱水するとの運転条件を設定する。脱水が進行するにつれて、貯留槽３内の液化ジメチルエーテル内の水分濃度が上昇するが、貯留槽３内には隔壁３Ｃが設けられているので、貯留槽３内の液化ジメチルエーテルは均一に混合するわけではない。
【００６２】
最も好ましくない場合として、水分含有固体の水分がすべて脱水され、この水分が貯留槽３内の液化ジメチルエーテルと完全に混合したと仮定する。この場合でも、貯留槽３内の液化ジメチルエーテル内の水分濃度は、５５．７／２００＊６．７％＝１．８７％にしか上昇しない。これは飽和濃度６．７％よりも著しく低く、脱水性能を損なうものでない。さらに、実際には、貯留槽３内に隔壁３Ｃを設けることにより、水分が貯留槽３内の液化ジメチルエーテルと完全に混合するわけではないので、脱水装置１６に供給される液化ジメチルエーテル中の水分濃度は上記値（１．８７％）よりも低く、脱水に要する液化ジメチルエーテルの量が著しく増えることはない。
【００６３】
脱水装置１６への液化ジメチルエーテルの供給速度を２００リットル／ｈと設定すると、１７分で脱水操作が完了する。一方、第１の循環路Ｃ１の系における圧縮機２によるジメチルエーテルガスの処理量を２０Ｎｍ３／ｈと設定する。ジメチルエーテルガスの密度は２．０６ｋｇ／ｍ３、液化ジメチルエーテルの密度は６７０ｋｇ／ｍ３であるので、圧縮機２の処理速度を液化状態のジメチルエーテルの体積に換算すると６１．５リットル／ｈである。
【００６４】
また、貯留槽３内において水と液化ジメチルエーテルが完全に混合していると仮定すると、貯留槽３内には、水分濃度１．８７％の液化ジメチルエーテルが２００リットル存在することになる。第１の循環路Ｃ１の系６により液化ジメチルエーテル中の水分が分離され、圧縮機２から貯留槽３内に流入する純粋な液化ジメチルエーテルが貯留槽３内の液化ジメチルエーテルと瞬時に完全混合すると仮定すると、貯留槽３内の液化ジメチルエーテル中の水分濃度の変化は以下の数式１で計算できる。
【数１】
【００６５】
ここで、数式１中のＶは貯留槽３中の液化ジメチルエーテルの体積であり、Ｃは液化ジメチルエーテル中の水分濃度である。ｖは圧縮機２の液化状態のジメチルエーテルの体積換算の処理速度である。ｔは時間である。上記の数式１において、ｔ＝０，Ｃ＝１．８７％；ｔ＝ｔ，Ｃ＝Ｃの境界条件が成り立つので、次の数式２が成り立つ。
【数２】
【００６６】
従って、第１の循環路Ｃ１の系６の運転に伴う貯留層内の液化ジメチルエーテル中の水分濃度の経時変化は、次の数式３および図５に示すグラフで表される。なお、Ｃの単位は％、ｔの単位は１時間である。
【数３】
【００６７】
図５に示すように、例えば第１の循環路Ｃ１の系６を３時間運転すると、貯留槽３内の液化ジメチルエーテル中の水分濃度は０．７４％に減少し、ほぼ純粋な液化ジメチルエーテルと同等になる。また、第１の循環路Ｃ１の系６を１０時間運転すると、貯留槽３内の液化ジメチルエーテル中の水分濃度は０．０４７％、さらに２４時間運転すると当該水分濃度は０．００１２％にまで減少する。
【００６８】
以上の試算は、圧縮機２から貯留槽３内に流入する純粋な液化ジメチルエーテルが貯留槽３内の液化ジメチルエーテルと瞬時に完全混合するとの仮定に基づくものであり、実際には、隔壁３Ｃの存在によって圧縮機２から貯留槽３内に流入する純粋な液化ジメチルエーテルと貯留槽３内の液化ジメチルエーテルとは混合し難いので、更に短い時間で貯留槽３内の液化ジメチルエーテルから水分を分離できる。このように、本システム１によって、例えば第２の循環路Ｃ２の系７を１７分、第１の循環路Ｃ１の系６を３時間運転する、とのように第１，第２の循環路Ｃ１，Ｃ２の系６，７の運転条件をそれぞれ最適な条件にすることによって、容易かつ効率的に水分含有固体の脱水を行える。
【００６９】
以上のように本発明によれば、第１の循環路Ｃ１の系６と第２の循環路Ｃ２の系７とがそれぞれ独立しており、各々の系６，７を別々に運転することが可能であるので、第１の循環路Ｃ１の系６に属する圧縮機２と、第２の循環路Ｃ２の系７に属する脱水装置１６の処理量を一致させる必要はなく、圧縮機２と脱水装置１６とがそれぞれ最高の効率や性能を発揮できる最適な運転条件をそれぞれ系６，７において独立に設定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の液化物質を用いた固体含有水分の除去システムの構成の一例を示す構成図である。
【図２】脱水装置の構造の一例を示し、一部を切り欠いて示す。
【図３】図２の脱水装置の側面から見た断面図である。
【図４】図２の脱水装置における作動物質のフローを示す概念図である。
【図５】貯留槽内の液化ジメチルエーテル中の水分濃度と、第１の循環路の系の運転時間との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の液化物質を用いた固体含有水分の除去システムの他の構成例を示す構成図である。
【図７】従来の液化物質を用いた固体含有水分の除去システムを示す構成図である。
【符号の説明】
【００７１】
１ 水分除去システム
２ 圧縮機（液化手段）
３ 貯留槽
３Ａ 脱水用液室
３Ｂ 再生用液室
３Ｃ 隔壁
４ 水分離手段
５ 脱水手段
Ｃ１ 第１の循環路
Ｃ２ 第２の循環路
６ 第１の循環路の系
７ 第２の循環路の系
１４ 脱気塔
１６ 脱水装置
１７ 送液ポンプ
１８ ケーシング
１９ 回転軸
２０ 回転セル部
２１ ロータ
２２ 回転駆動機構
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２５℃、１気圧で気体である物質を作動物質として、前記作動物質の気体を加圧、あるいは冷却、あるいは加圧と冷却の併用によって液化させる液化手段と、液化した前記作動物質を貯留する貯留槽と、前記貯留槽から水分を含む前記作動物質を取り出すとともに当該作動物質を気化することによって前記作動物質の気体と水分を分離する水分離手段とが直列に接続され、かつ前記水分離手段と前記液化手段とが接続されて前記水分離手段で気化された前記作動物質が前記液化手段により再び液化される第１の循環路が形成され、前記貯留槽と、前記貯留槽から液化した前記作動物質を取り出すとともに当該作動物質を水分含有固体と接触させて水分を溶解して脱水を行う脱水手段とが直列に接続され、かつ前記脱水手段と前記貯留槽とが接続されて前記脱水手段から排出される水分を含む前記作動物質が前記貯留槽に戻される第２の循環路が形成され、前記第１および第２の循環路の系が同時に又は別々に動作可能であることを特徴とする液化物質を用いた固体含有水分の除去システム。
【請求項２】
前記作動物質は、ジメチルエーテル、エチルメチルエーテル、ホルムアルデヒド、ケテン、アセトアルデヒドから選ばれる１つの物質またはこれらの２種以上の混合物であることを特徴とする請求項１記載の液化物質を用いた固体含有水分の除去システム。
【請求項３】
前記脱水手段は、前記作動物質の液化物と前記水分含有固体とを向流接触させるものであることを特徴とする請求項１または２記載の液化物質を用いた固体含有水分の除去システム。
【請求項４】
前記脱水手段は、ケーシングと、前記ケーシングの軸心に配置された回転軸と、前記回転軸を介して前記ケーシング内で回転する複数の回転セル部を有するロータと、前記ロータを前記回転軸によって回転駆動させる回転駆動機構とを備え、前記回転セル部内に前記水分含有固体を投入するとともに前記作動物質を供給し、前記回転駆動機構により前記ロータを回転させる間に前記回転セル部内で前記作動物質と前記水分含有固体とを接触させ、かつ当該接触後の作動物質を前記回転セル部の回転方向とは逆方向の他の回転セル部に再供給する脱水装置と、前記貯留槽から前記作動物質を前記脱水装置に送る送液ポンプとを有することを特徴とする請求項３記載の液化物質を用いた固体含有水分の除去システム。
【請求項５】
前記貯留槽の内部空間を、前記液化手段から送られる前記作動物質の液化物が流入し、かつ当該液化物が前記脱水手段に向かって流出する脱水用液室と、前記脱水手段から送られる水分を含む前記作動物質の液化物が流入し、かつ当該液化物が前記水分離手段に向かって流出する再生用液室とに隔てる隔壁を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の液化物質を用いた固体含有水分の除去システム。
【請求項６】
前記隔壁は、前記脱水用液室と前記再生用液室との間で前記作動物質の液化物が移動可能に構成されることを特徴とする請求項５記載の液化物質を用いた固体含有水分の除去システム。
【請求項７】
前記水分離手段には、該水分離手段で分離された水分に含まれる前記作動物質を脱気するための脱気塔が接続され、前記脱気塔が前記第１の循環路に接続されて、脱気された前記作動物質が回収されて前記第１の循環路に戻されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の液化物質を用いた固体含有水分の除去システム。
【請求項８】
前記脱水手段と前記水分離手段とを接続する流路を有し、当該流路を介して前記脱水手段に残存している前記作動物質が前記水分離手段側に抜き出されることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の液化物質を用いた固体含有水分の除去システム。
【請求項９】
２５℃、１気圧で気体である物質を作動物質として、前記作動物質の気体を加圧、あるいは冷却、あるいは加圧と冷却の併用によって液化させる液化手段と、液化した前記作動物質を貯留する貯留槽と、前記貯留槽から水分を含む前記作動物質を取り出すとともに当該作動物質を気化することによって前記作動物質の気体と水分を分離する水分離手段とを直列に接続し、かつ前記水分離手段と前記液化手段とを接続して前記水分離手段で気化した前記作動物質を前記液化手段により再び液化する第１の循環路を形成し、前記貯留槽と、前記貯留槽から液化した前記作動物質を取り出すとともに当該作動物質を水分含有固体と接触させて水分を溶解して脱水を行う脱水手段とを直列に接続し、かつ前記脱水手段と前記貯留槽とを接続して前記脱水手段から排出する水分を含む前記作動物質を前記貯留槽に戻す第２の循環路を形成し、前記作動物質を前記第１の循環路にて循環させることにより前記貯留槽の内容物から水を除去し、前記作動物質を前記第２の循環路にて循環させることにより水分含有固体から水を除去し、前記第１および第２の循環路の系を同時に又は別々に動作させることを特徴とする液化物質を用いた固体含有水分の除去方法。
【請求項１】
２５℃、１気圧で気体である物質を作動物質として、前記作動物質の気体を加圧、あるいは冷却、あるいは加圧と冷却の併用によって液化させる液化手段と、液化した前記作動物質を貯留する貯留槽と、前記貯留槽から水分を含む前記作動物質を取り出すとともに当該作動物質を気化することによって前記作動物質の気体と水分を分離する水分離手段とが直列に接続され、かつ前記水分離手段と前記液化手段とが接続されて前記水分離手段で気化された前記作動物質が前記液化手段により再び液化される第１の循環路が形成され、前記貯留槽と、前記貯留槽から液化した前記作動物質を取り出すとともに当該作動物質を水分含有固体と接触させて水分を溶解して脱水を行う脱水手段とが直列に接続され、かつ前記脱水手段と前記貯留槽とが接続されて前記脱水手段から排出される水分を含む前記作動物質が前記貯留槽に戻される第２の循環路が形成され、前記第１および第２の循環路の系が同時に又は別々に動作可能であることを特徴とする液化物質を用いた固体含有水分の除去システム。
【請求項２】
前記作動物質は、ジメチルエーテル、エチルメチルエーテル、ホルムアルデヒド、ケテン、アセトアルデヒドから選ばれる１つの物質またはこれらの２種以上の混合物であることを特徴とする請求項１記載の液化物質を用いた固体含有水分の除去システム。
【請求項３】
前記脱水手段は、前記作動物質の液化物と前記水分含有固体とを向流接触させるものであることを特徴とする請求項１または２記載の液化物質を用いた固体含有水分の除去システム。
【請求項４】
前記脱水手段は、ケーシングと、前記ケーシングの軸心に配置された回転軸と、前記回転軸を介して前記ケーシング内で回転する複数の回転セル部を有するロータと、前記ロータを前記回転軸によって回転駆動させる回転駆動機構とを備え、前記回転セル部内に前記水分含有固体を投入するとともに前記作動物質を供給し、前記回転駆動機構により前記ロータを回転させる間に前記回転セル部内で前記作動物質と前記水分含有固体とを接触させ、かつ当該接触後の作動物質を前記回転セル部の回転方向とは逆方向の他の回転セル部に再供給する脱水装置と、前記貯留槽から前記作動物質を前記脱水装置に送る送液ポンプとを有することを特徴とする請求項３記載の液化物質を用いた固体含有水分の除去システム。
【請求項５】
前記貯留槽の内部空間を、前記液化手段から送られる前記作動物質の液化物が流入し、かつ当該液化物が前記脱水手段に向かって流出する脱水用液室と、前記脱水手段から送られる水分を含む前記作動物質の液化物が流入し、かつ当該液化物が前記水分離手段に向かって流出する再生用液室とに隔てる隔壁を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の液化物質を用いた固体含有水分の除去システム。
【請求項６】
前記隔壁は、前記脱水用液室と前記再生用液室との間で前記作動物質の液化物が移動可能に構成されることを特徴とする請求項５記載の液化物質を用いた固体含有水分の除去システム。
【請求項７】
前記水分離手段には、該水分離手段で分離された水分に含まれる前記作動物質を脱気するための脱気塔が接続され、前記脱気塔が前記第１の循環路に接続されて、脱気された前記作動物質が回収されて前記第１の循環路に戻されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の液化物質を用いた固体含有水分の除去システム。
【請求項８】
前記脱水手段と前記水分離手段とを接続する流路を有し、当該流路を介して前記脱水手段に残存している前記作動物質が前記水分離手段側に抜き出されることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の液化物質を用いた固体含有水分の除去システム。
【請求項９】
２５℃、１気圧で気体である物質を作動物質として、前記作動物質の気体を加圧、あるいは冷却、あるいは加圧と冷却の併用によって液化させる液化手段と、液化した前記作動物質を貯留する貯留槽と、前記貯留槽から水分を含む前記作動物質を取り出すとともに当該作動物質を気化することによって前記作動物質の気体と水分を分離する水分離手段とを直列に接続し、かつ前記水分離手段と前記液化手段とを接続して前記水分離手段で気化した前記作動物質を前記液化手段により再び液化する第１の循環路を形成し、前記貯留槽と、前記貯留槽から液化した前記作動物質を取り出すとともに当該作動物質を水分含有固体と接触させて水分を溶解して脱水を行う脱水手段とを直列に接続し、かつ前記脱水手段と前記貯留槽とを接続して前記脱水手段から排出する水分を含む前記作動物質を前記貯留槽に戻す第２の循環路を形成し、前記作動物質を前記第１の循環路にて循環させることにより前記貯留槽の内容物から水を除去し、前記作動物質を前記第２の循環路にて循環させることにより水分含有固体から水を除去し、前記第１および第２の循環路の系を同時に又は別々に動作させることを特徴とする液化物質を用いた固体含有水分の除去方法。
【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２００６−１３０４２１（Ｐ２００６−１３０４２１Ａ）
【公開日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３２２９７０（Ｐ２００４−３２２９７０）
【出願日】平成１６年１１月５日（２００４．１１．５）
【出願人】（０００１７３８０９）財団法人電力中央研究所 (1,040)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月５日（２００４．１１．５）
【出願人】（０００１７３８０９）財団法人電力中央研究所 (1,040)
【Ｆターム（参考）】
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