(57)【要約】  本発明にかかる含水物質の脱水システムは、ジメチルエーテルと含水物質とを接触させる接触部を有する脱水システム用井と、前記脱水システム用井にそれぞれ接続し接触部に開口するジメチルエーテル注入管および含水物質注入管と、前記脱水システム用井の接触部の略上端部に開口する、接触後のジメチルエーテル−含水物質を排出するためのジメチルエーテル−含水物質排出口と、前記ジメチルエーテル−含水物質排出口により脱水システム用井と接続しジメチルエーテルと含水物質とを分離するジメチルエーテル−含水物質分離装置とを備える。
2009022726.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体のジメチルエーテルと含水物質とを接触させる接触部を有する脱水システム用井と、前記脱水システム用井にそれぞれ接続し、接触部の入口側に開口するジメチルエーテル注入管および含水物質注入管と、前記脱水システム用井の接触部の出口側である略上端部に開口する、接触後のジメチルエーテル−含水物質を排出するためのジメチルエーテル−含水物質排出口と、前記ジメチルエーテル−含水物質排出口により脱水システム用井と接続しジメチルエーテルと含水物質とを分離するジメチルエーテル−含水物質分離装置とを備えることを特徴とする含水物質の脱水システム。
【請求項２】
前記ジメチルエーテル注入管および／または前記含水物質注入管が、前記脱水システム用井の略上端より嵌入し、各管が脱水システム用井との間で二重管を形成し前記接触部において開口する、請求項１に記載の含水物質の脱水システム。
【請求項３】
前記脱水システム用井は、その少なくとも一部が地中に埋設されている請求項１または２に記載の脱水システム。
【請求項４】
気体のジメチルエーテルを圧縮して注入するための圧縮機と、圧縮したジメチルエーテルを冷却して凝縮し、ジメチルエーテルを液化するための凝縮器と、前記圧縮機、凝縮器および前記分離装置の間を接続し、ジメチルエーテルを循環させるジメチルエーテル移送管とを更に有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の脱水システム。
【請求項５】
液体のジメチルエーテルを供給するジメチルエーテル供給手段と、
含水物質を供給する含水物質供給手段と、
前記含水物質供給手段により供給された前記含水物質と、前記ジメチルエーテル供給手段より供給された前記ジメチルエーテルとを加圧して混合する接触部と、
該接触部と連結し、前記含水物質中の水分を前記ジメチルエーテルに吸収し、前記含水物質の脱水を行う脱水器と、
該脱水器から排出される水分を吸収した含水液体ジメチルエーテルと前記含水物質とを分離する液体サイクロンと、
前記含水液体ジメチルエーテル中の前記ジメチルエーテルを気化し、前記ジメチルエーテルと前記ジメチルエーテル中の水分とを分離する蒸発缶と、
前記蒸発缶内の気化した気体ジメチルエーテルを抜出すジメチルエーテル移送管と、
前記ジメチルエーテル移送管と連結し、前記気化したジメチルエーテルを加圧するための加圧手段と、
該加圧手段で加圧されたジメチルエーテルを凝縮するためのジメチルエーテル凝縮管と、
凝縮したジメチルエーテルを貯蔵するための凝縮液タンクと、
凝縮されたジメチルエーテルを前記接触部に供給する液体のジメチルエーテルを貯蔵するタンクに送給する液体ジメチルエーテル送給管とを有することを特徴とする含水物質の脱水システム。
【請求項６】
前記脱水システム用井が、地上または地下に設けられている請求項５に記載の脱水システム。
【請求項７】
前記含水物質は、石炭である請求項１〜６のいずれか一項に記載の脱水システム。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の脱水システムを用いる含水物質の脱水方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脱水システムに関し、すなわち、ジメチルエーテルを用いた含水物質の脱水を低エネルギーで効率的に行うための脱水システムおよび当該システムを用いる脱水方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来様々な含水物質が知られているが、その再利用や品質向上の観点から、含水物質の処理方法が種々開発されている。【０００３】
例えば、下水道から発生する下水汚泥の処理方法としては、焼却して焼却灰を埋立て処分するのが一般的であった。しかし、焼却に当たっては下水汚泥中の多量の水分を濃縮処理、脱水処理、乾燥処理を適宜組み合わせた前処理を行う必要があり、処理が困難であった。また、下水汚泥は大量に排出されるものであるのに対し、埋立地の確保には限界があることから、再利用のための技術も望まれていた。【０００４】
一方、脱水技術の一つとして、油中改質法（例えば特許文献１参照）では、水分含有固体として石炭を想定し、油中スラリー化した水分含有固体を１５０℃以上で加熱処理することで水分含有固体水分を蒸発させる。操作温度では殆ど蒸発しない液体状の油を加熱媒体とすることで、水だけが選択的に蒸発するため、水蒸気が希釈されることはなく、水蒸気が有する蒸発潜熱の密度は低下しない。このため、油中改質法では、水蒸気が有する蒸発潜熱を効率的に回収可能だと思われる。とりわけ、石炭の脱水に関しては、既存の手法のうち、油中改質法の所要エネルギーが最も小さいと考えられている。しかしながら、油中改質法では、水よりの沸点が高い油を石炭と分離（脱油）するために、遠心分離や１５０℃を上回る温度での加熱操作が必要であるので、脱油工程での消費エネルギーが脱水工程での消費エネルギーを上回り、未だ本格的な商業運転は為されていない。【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２９０６７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、含水物質を低エネルギーで効率よく脱水するための手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは上述の目的に鑑みて検討を重ねた結果、常温常圧の条件下で気体である物質が、その性質上、過酷な条件を設定せずとも容易に液化し、その液体が水分を吸収すること、また同様に容易に気化して液体（液化物）から気体へと変換させることができることに着目した。そして試行錯誤の結果、ジメチルエーテルと含水物質を接触させる際に接触管内の高低差を利用することにより、含水物質中の様々な成分を抽出し分離することができることを見出し、本発明に至った。【０００８】
本発明は以下の各発明を提供するものである。
〔１〕  液体のジメチルエーテルと含水物質とを接触させる接触部を有する脱水システム用井と、前記脱水システム用井にそれぞれ接続し、接触部の入口側に開口するジメチルエーテル注入管および含水物質注入管と、前記脱水システム用井の接触部の出口側である略上端部に開口する、接触後のジメチルエーテル−含水物質を排出するためのジメチルエーテル−含水物質排出口と、前記ジメチルエーテル−含水物質排出口により脱水システム用井と接続しジメチルエーテルと含水物質とを分離するジメチルエーテル−含水物質分離装置とを備えることを特徴とする含水物質の脱水システム。
〔２〕  前記ジメチルエーテル注入管および／または前記含水物質注入管が、前記脱水システム用井の略上端より嵌入し、各管が脱水システム用井との間で二重管を形成し前記接触部において開口する、〔１〕に記載の含水物質の脱水システム。
〔３〕  前記脱水システム用井は、その少なくとも一部が地中に埋設されている〔１〕または〔２〕に記載の脱水システム。
〔４〕  気体のジメチルエーテルを圧縮して注入するための圧縮機と、圧縮したジメチルエーテルを冷却して凝縮し、ジメチルエーテルを液化するための凝縮器と、前記圧縮機、凝縮器および前記分離装置の間を接続し、ジメチルエーテルを循環させるジメチルエーテル移送管とを更に有する〔１〕〜〔３〕のいずれか一項に記載の脱水システム。
〔５〕  液体のジメチルエーテルを供給するジメチルエーテル供給手段と、含水物質を供給する含水物質供給手段と、前記含水物質供給手段により供給された前記含水物質と、前記ジメチルエーテル供給手段より供給された前記ジメチルエーテルとを加圧して混合する接触部と、該接触部と連結し、前記含水物質中の水分を前記ジメチルエーテルに吸収し、前記含水物質の脱水を行う脱水器と、該脱水器から排出される水分を吸収した含水液体ジメチルエーテルと前記含水物質とを分離する液体サイクロンと、前記含水液体ジメチルエーテル中の前記ジメチルエーテルを気化し、前記ジメチルエーテルと前記ジメチルエーテル中の水分とを分離する蒸発缶と、前記蒸発缶内の気化した気体ジメチルエーテルを抜出すジメチルエーテル移送管と、前記ジメチルエーテル移送管と連結し、前記気化したジメチルエーテルを加圧するための加圧手段と、該加圧手段で加圧されたジメチルエーテルを凝縮するためのジメチルエーテル凝縮管と、凝縮したジメチルエーテルを貯蔵するための凝縮液タンクと、凝縮されたジメチルエーテルを前記接触部に供給する液体のジメチルエーテルを貯蔵するタンクに送給する液体ジメチルエーテル送給管とを有することを特徴とする含水物質の脱水システム。
〔６〕  前記脱水システム用井が、地上または地下に設けられている〔５〕に記載の脱水システム。
〔７〕  前記含水物質は、石炭である〔１〕〜〔６〕のいずれか一項に記載の脱水システム。
〔８〕  〔１〕〜〔６〕のいずれか一項に記載の脱水システムを用いる含水物質の脱水方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、含水物質を低エネルギーで効率的に脱水することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の脱水システムの実施例１を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明の脱水システムの実施例２を示す模式図である。
【図３】図３は、本発明の脱水システムの実施例３を示す模式図である。
【図４】図４は、分離装置における分離プロセスの一例を示す図である。
【図５】図５は、分離装置における分離プロセスの他の例を示す図である。
【図６】図６は、分離装置における分離プロセスの他の例を示す図である。
【図７】図７は、褐炭注入装置における注入方式の一例を示す図である。
【図８】図８は、褐炭注入装置における注入方式の他の例を示す図である。
【図９】図９は、本発明による実施例４に係る脱水システムの構成を簡略に示す概略構成図である。
【図１０】図１０は、本発明による実施例４に係る脱水システムの構成を簡略に示す斜視図である。
【符号の説明】
【００１１】
１１，２１  脱水システム用井
１１Ａ，２１Ａ，１１Ａ”，７３  接触部
１２，２２，３２，７１  ＤＭＥ注入管
２２１Ａ，２２１Ｂ  ＤＭＥ注入管の管内開口部
１３，２３Ａ，２３Ｂ，３３  含水物質注入口
１３１，２３１，３３１，４３１  含水物質注入管
１３２，２３２，３３２  褐炭注入装置
１３３、２３３，３３３  ホッパー
２３４  スクリュー・フィーダー
１４，２４，９２  ＤＭＥ−含水物質排出口
１５，２５  ＤＭＥ−含水物質分離装置
４１  圧縮・凝縮器
４２，７７  ＤＭＥ移送管
４３，８８  ＤＭＥタンク
５１、６１  加圧タンク 
５２、６２、５８  排出管
５３、６３、５５、５６、５９、６５、６６  弁
５４、６４  注入管
５７、６７  蓋
６８  窒素高圧タンク
６９  コンプレッサー
７０  脱水システム
７２  褐炭供給手段
７４  脱水器
７４ａ  下端部
７４ｂ  上端部
７５  液体サイクロン
７６  蒸発缶
７８、１０９  加圧ブロア（加圧手段）
７９  ＤＭＥ凝縮管
８０  凝縮液タンク
８１  中間タンク
８２  液体ＤＭＥ送給管
８３、８５  コンベア
８４  褐炭貯槽
８６  褐炭注入タンク
８７、９７、１１２  スクリューフィーダー
８９  ＤＭＥ注入分岐管
９０  ＤＭＥ−含水物質供給通路
９１  ＤＭＥ−含水物質流入口
９３  ＤＭＥ−含水物質排出通路
９４  含水ＤＭＥ分離通路
９５  褐炭抜出し通路
９６  褐炭取出しタンク
９８  脱水褐炭コンベア
９９  液体ＤＭＥ回収管
１００  ベーパ圧力調整タンク
１０１  分離水循環通路
１０２  ＤＭＥ供給管
１０３、１０４  冷却水
１０５  分離水抜出し管
１０６  フィルタ
１０７  最終ガス分離タンク
１０８、１１０、１１１  気体ＤＭＥ回収通路
１００  分離水循環通路
１１４  操作盤
１２３  建屋
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の脱水システムは、含水物質を、ジメチルエーテル（以下、「ＤＭＥ」と略記する。）を利用して脱水するシステムに関する。【００１３】
ＤＭＥは、１気圧における沸点が−２４．８℃であり、−１０℃〜５０℃の大気圧において気体である。高効率なＤＭＥの製造方法および製造装置は、例えば特開平１１−１３０７１４号公報、特開平１０−１９５００９号公報、特開平１０−１９５００８号公報、特開平１０−１８２５３５号〜特開平１０−１８２５２７号の各公報、特開平０９−３０９８５０号〜特開平０９−３０９８５２号の各公報、特開平０９−２８６７５４号公報、特開平０９−１７３８６３号公報、特開平０９−１７３８４８号公報、特開平０９−１７３８４５号公報などに開示されており、これらに開示された技術に従い容易に得ることができる。【００１４】
また、ＤＭＥは他の常温常圧の条件下で気体である物質と組み合わせて用いることもできる。常温常圧の条件下で気体である物質としては、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、ブタン、プロパンなどが挙げられ、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。【００１５】
本発明の処理対象は、含水物質である。含水物質とは、水分を含む物質を意味する。「水分」とは、水または水溶液を意味し、その組成、由来等は特に問わない。例えば、水、血液、体液、汚水を挙げることができる。「含有する」とは、上述の水分が何らかの物質に含まれていることを意味する。何らかの物質としてはサイズ、成分共に特に限定されないが、含水物質として固体やスラリー状の形態となることが好ましい。含水物質中における水分の存在態様についても特に限定されず、内部に包接されている水分や外表面に、固体粒子間、場合によっては固体粒子の内側にある細孔に存在するものであっても良い。そして、含水物質の含水率は特に限定されないが、通常は２０〜９８重量％、好ましくは３５〜８５重量％である。これらの含水物質は、水分を含むものであれば、予め他の脱水処理がなされた後のものであってもよい。【００１６】
このような含水物質としては、石炭、高吸収体（使用済みの紙おむつ、生理用品など）、生物（雑草、花束、クラゲ等）、バイオマス原料（ウッドチップ、残飯、生ごみ、その他いわゆる廃棄物）、土壌、下水汚泥（脱水ケーキを含む。）等を挙げることができる。この中でも石炭への応用により、高品質の石炭を効率よく得ることができる。石炭とは、採掘後のものそのままであっても、また、その後何らかの脱水処理（例えば、油中改質法（特開２０００−２９０６７３号公報参照）、乾燥不活性気体を用いた脱水手法（特開平１０−３３８６５３号公報参照））がなされたものであっても、本発明の対象とすることができる。石炭の含水率は、通常２０〜８０重量％、好ましくは３５〜６７重量％である。石炭の種類としては、亜瀝青炭、褐炭、亜炭、泥炭を挙げることができる。【００１７】
脱水システム用井は掘削機により掘削、坑井仕上げのなされた当該システムの内地下設置部位でありＤＭＥ注入管、含水物質注入管、および接触部から構成される。接触部は、ＤＭＥと含水物質とを接触させる部位である。接触部内においてＤＭＥと含水物質とを接触させることにより、含水物質中の水分をＤＭＥに溶解させ、含水ＤＭＥ（含水物質に由来する水分がＤＭＥに溶解した状態の液体）を形成させる。本発明は接触部を有する脱水システム用井を用いることにより、接触部内の高低差を利用してＤＭＥと含水物質との接触を効率的に低エネルギーで行うことができる。【００１８】
脱水システム用井は、例えば略Ｕ字型形状の場合、下記のゾーン（１）〜（３）により構成されることが好ましい。
（１）垂直にあるいは内外側に屈曲しつつ上方へ伸張するゾーン
（２）水平或は若干の傾斜を有するゾーン
（３）垂直にあるいは内外側に屈曲しつつ上方へ伸張するゾーン【００１９】
ゾーン（１）においてＤＭＥが液体を保持するのに必要な静水圧力（通常６気圧〜１５気圧）が獲得されるので、ＤＭＥおよび含水物質を導入するとゾーン（２）へと送液される。続いて、ゾーン（２）においては液体ＤＭＥと含水物質の接触脱水を促し、接触時間の調整がなされ（通常接触時間は１５分〜３０分）、液体ＤＭＥと含水物質の接触／脱水が行われる。ゾーン（３）においては圧力低下により、含水ＤＭＥのごく一部の気化による気体ＤＭＥ発生による浮力により上昇力が得られ、含水ＤＭＥ（液体）、少量の気体ＤＭＥ、脱水含水物質が上昇し、排出口より排出される。各ゾーンの深度やサイズは、ＤＭＥの液化が保持できるのに十分な圧力、温度条件となるように設定することが好ましい。特に、上記ゾーン（２）のサイズは接触部の設置深度、含水物質の含水率、本システムによるその脱水率、その注入速度、液体ＤＭＥ，含水液体ＤＭＥ等の圧力、温度条件などにより定まるものである。【００２０】
脱水システム用井の形状は、略垂直円柱状のほか、垂直方向に対し任意の傾斜角を持つ傾斜状（傾斜井）や略Ｕ字形状であってもよい。このうち、液体ＤＭＥと含水物質との接触時間や脱水時間を調節しやすい点から、略Ｕ字形状であることが最も好ましい。【００２１】
脱水システム用井は、地下、地上、水中に設置することができるが、少なくともその大部分が地中に埋設されていることが好ましい。仮に地上に設置する場合、高さ５〜７０ｍの井戸状管を組み立てることとなるが、安定性確保のための大掛かりな支柱など設備が必要となる。一方、地下設置（掘削、鋼管、設備等付設）の際には、脱水システム用井内の圧力を、静水圧により確保維持でき、また、ＤＭＥ特性による浮力、上昇力を利用して設備を小型化できる。また、設置の際に既存の井戸掘削技術、パイプライン敷設技術を利用できるほか、脱水システム用井の設置安定化に資する。そして、ＤＭＥおよび含水物質の注入の際には重力による自然落下が期待でき、また、上昇の際には、ごく少量ではあるものの含水ＤＭＥ（液体）の気化による上昇力を利用することができるので、低コストでの実施が可能である。なお、脱水システム用井のうち、ＤＭＥ注入管、含水物質注入管との接続部、およびＤＭＥ−含水物質排出口の開口部は、操作の簡便さなどの観点から地上に位置させることが好ましい。略垂直円柱状の脱水システム用井の地下への設置は、通常の垂直井の設置と同様掘削後、鋼管（ケーシング）を挿入する。一方、略Ｕ字形状の脱水システム用井の地下への設置は、傾斜掘削（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  ｄｒｉｌｉｎｇ）可能な装置或いはパイプライン敷設用掘削機を使い掘削してケーシングを設置する。【００２２】
脱水システム用井は、その内部に接触部を有する。接触部は、液体ＤＭＥと含水物質とが接触する領域であり、後述するジメチルエーテル注入管および含水物質注入管の開口部から、ジメチルエーテル−含水物質排出口との間の空間である。よって、脱水システム用井の全部または下流の少なくとも一部が接触部を形成する。【００２３】
接触部内においてＤＭＥ−含水物質は上昇して後述の排出口に達して排出されるが、含水ＤＭＥや脱水後の物質の流動特性を向上させるために、管内攪拌ノズルの挿入、ＥＳＰ（電動サブマーシブルポンプ、Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅ  Ｐｕｍｐ）、スクリュー・フィーダーを設置してもよい。また、液体ＤＭＥの水分吸収性向上、気化促進、上昇力付与、液体ＤＭＥの水吸収性の向上、ＤＭＥの飽和蒸気圧の上昇の観点から、スチーム／熱水管、熱源ヒーター等の加温装置の設置、気体ＤＭＥ圧入装置（ガス・リフト）等を脱水システム用井内に付設することも可能である。【００２４】
上記脱水システム用井には、ＤＭＥを接触部内に供給するためのＤＭＥ注入管と、含水物質を接触部内に供給するための含水物質注入管とが設けられている。【００２５】
ＤＭＥ注入管は、脱水システム用井の略上端（通常は最上部）に開口するものとすることができる。一方、脱水システム用井上端より嵌入し、脱水システム用井を外管として二重管を形成し脱水システム用井内にて開口するものであってもよい。後者の場合、ＤＭＥと含水物質とを別個に導入することができる。ＤＭＥ注入管から注入されるＤＭＥは、気体状態（ガス）でも液体状態であってもよいが、少なくともＤＭＥ注入管の開口部において液体の状態であればよい。【００２６】
含水物質注入管は脱水システム用井の略上端（通常は最上部）に開口するものとすることができる。【００２７】
一方、含水物質注入管は井戸略上端から嵌入し、脱水システム用井を外管として二重管を形成し脱水システム用井の内部にて開口するものであってもよい。この場合、上述のようにＤＭＥ注入管も脱水システム用井内に挿入され、それぞれの管が脱水システム用井に対し二重管を形成していることが好ましい。このように含水物質注入管が二重管を形成することにより、ＤＭＥと含水物質とを別個に導入することができる。含水物質注入管の開口部の位置は、図に示す後述の実施例のように脱水システム用井の最底部またはその付近であってもよいし、底部までは達しない中間部分であってもよく、含水物質の注入の際の圧力、温度条件、脱水システム用井の形状やサイズなどによって適宜定めることができる。脱水システム用井の形状が略垂直円柱状の場合であって、含水物質注入管とＤＭＥ注入管とが脱水システム用井内に挿入され、それぞれの管が脱水システム用井に対し二重管を形成する場合、含水物質注入管の開口部は、ＤＭＥ注入管の開口部よりも高い位置（通常、５〜１０ｍの高低差を有する）であることが好ましい。含水物質の管内での圧入を促進する観点から、含水物質注入管の開口部位にスクリュー・フィーダーを設置することが好ましい。【００２８】
含水物質の注入は、圧入（常圧圧入、加圧圧入）によることができる。すなわち、含水物質の注入方式は、含水物質注入装置に注入する際の圧力により常圧圧入、加圧圧入に分類されるが、本発明においてはどちらの方式であってもよい。また、含水物質は、含水物質注入管からそのまま導入されてもよいが、前処理が行われたものであってもよい。前処理としては、含水物質の種類や圧入の条件などによっても左右されるが、ＤＭＥへの溶解を容易化することを目的とした処理を適宜選択することができ、例えば破砕、ＤＭＥによるスラリー化などを挙げることができる。注入の際には、常圧圧入、加圧圧入のいずれかを実施でき、必要に応じて前処理も可能な含水物質注入装置を、１または複数個適宜選択して用いることができる。【００２９】
本発明の脱水システムにおいては、脱水システム用井に、上記ＤＭＥ注入管および含水物質注入管とは別個に、ＤＭＥ−含水物質排出口を設ける。ＤＭＥ−含水物質排出管は、前記脱水システム用井の（接触部の）略上端に開口し接触後のＤＭＥ−含水物質を排出するための開口部である。本発明においてＤＭＥ−含水物質とは、接触部におけるＤＭＥと含水物質との接触後の処理物を意味し、ＤＭＥ（ＤＭＥガスおよび液体ＤＭＥ）、含水ＤＭＥ（含水物質に由来する水分がＤＭＥに溶解した状態の液体）、水分が完全にまたは一部分離された含水物質、含水ＤＭＥより分離した水分（分離水。ＤＭＥに溶け込んだ水が飽和溶解度の変化、ＤＭＥの気化により遊離する水分。）の集合体を意味する。ＤＭＥ−含水物質の組成は、接触部内の位置において変化するが、排出口に達した時点では、通常は、含水ＤＭＥと、水分が一部分離された含水物質が主成分であり、ごく微量のＤＭＥガスと水分が含まれている。ＤＭＥ−含水物質排出口の脱水システム用井との接続位置は、脱水システム用井の上端付近部である。脱水システム用井が略垂直円柱状形状の場合には、脱水システム用井の上端部の、含水物質注入口やＤＭＥ注入管の接続していない部分に位置させることができる。略Ｕ字型の場合にはＵ字の２つの上端部のうち含水物質注入口やＤＭＥ注入管がない方の上端部に位置させることができる。ＤＭＥ−含水物質排出口は、分離装置に直接開口するものとすることができる。【００３０】
接着管部と、含水物質注入管、ＤＭＥ注入管およびＤＭＥ−含水物質排出口の好ましい位置関係は、脱水システム用井の形状により異なり、以下の通りである。【００３１】
脱水システム用井が略Ｕ字型形状の場合には、一上端近辺に、いわゆる入口となるＤＭＥ注入管および含水物質注入管を接続させ、他端に、いわゆる出口となるＤＭＥ−含水物質排出口を設けることができる。含水物質注入管の開口部は脱水システム用井の略上端（通常は最上部）または脱水システム井内の中で開口する（含水物質注入管が脱水システム用井内で二重管を形成する）。脱水システム用井における接触部は、含水物質注入管が脱水システム用井の略上端に開口する場合、井全体である。また、含水物質注入管が形成し井内部に開口する場合には、接触部は脱水システム用井の開口部よりも下流部分である。含水物質注入管が二重管を形成する領域（すなわち、接触部より上流の領域）において、二重管の内管と外管の間部分はＤＭＥ注入のための流路を形成する。【００３２】
一方、脱水システム用井が略垂直円柱状である場合には、ＤＭＥ注入管は、前記脱水システム用井の略上端に接続し、含水物質注入管およびＤＭＥ注入管が脱水システム用井の略上端部から入り込み脱水システム用井と二重管を形成し、接触部の内部にて含水物質注入口とＤＭＥ注入管が開口する。通常は含水物質注入管の方がＤＭＥ注入管の開口部より上部に開口する。一方、前記ＤＭＥ−含水物質排出口は、同じ上端部ではあるが各注入管の接続部以外の領域に開口する。脱水システム用井における接触部は、含水物質注入管の開口部からＤＭＥ−含水物質排出口までの部分、すなわち、脱水システム用井のうち含水物質注入管およびＤＭＥ注入管以外の領域を意味する。【００３３】
ＤＭＥ注入管中に流入するＤＭＥの状態（気体または液体）は、管内の温度および圧力により異なるが、通常はＤＭＥ注入管の開口部において液体ＤＭＥである。【００３４】
ＤＭＥ−含水物質分離装置は、前記ＤＭＥ−含水物質排出口で脱水システム用井に接続し、ＤＭＥ、含水物質に由来する水分、および水分の奪取された含水物質を分離する。分離対象は、ＤＭＥ−含水物質排出口から得られるＤＭＥ−含水物質で、通常は含水ＤＭＥ、脱水含水物質、およびごく微量のＤＭＥガスと水分を含む。分離は、加圧条件下で行うこともできるし、常圧付近まで減圧して行うこともできる。加圧条件下とは、ＤＭＥを液体の状態で維持できる飽和蒸気圧以上の圧力条件を意味し、常温下で（気温約１８℃）、通常５．５〜１２気圧、好ましくは６〜１０気圧を意味する。また、常圧付近とは、ＤＭＥが気化する飽和蒸気圧以下の圧力条件を意味し、１気圧付近を意味し、好ましくは０．８〜３気圧である。尚、ＤＭＥの気化−液化は圧力だけでなく温度に大きく影響されるため、気圧の数値範囲を特定することは困難である。【００３５】
分離装置の例を挙げると、網、サイクロン、遠心分離機、フラッシュ減圧のための減圧装置、加熱装置、ガス・セパレーターなどがあり、これらの具体例の１種類または２種類以上の組み合わせを用いることができる。サイクロン、減圧装置、加熱装置、ガス・セパレーターは、主にＤＭＥとそれ以外の物質との気液分離に有用であり、網、遠心分離機は、含水物質と水との固液分離に有用である。【００３６】
また、ＤＭＥ−含水物質分離装置へのＤＭＥ−含水物質の流量調節のため流量調整弁を設置することができる。ＤＭＥ−含水物質の分離装置へ流入する際の圧力が弱い場合、ノンシール耐圧ポンプ等を設置することができる。ノンシール耐圧ポンプとしては、無漏洩構造であることが好ましい。このようなノンシール耐圧ポンプとしては、例えば日機装株式会社製の「ＨＮ２１Ａ型」（商品名：吐出量１０ｍ３／時、揚程２０ｍ程度）をはじめとする各製品を例示することができる。更に、大型化に際しては吐出量、揚程がそれぞれ７〜８００ｍ３／時、５〜６００ｍに対応できるものを用いてもよい。【００３７】
網は、含水物質の平均径よりも小さいことが好ましい。サイクロンの条件は、適宜調整することができ数値範囲として特定することが難しい。減圧装置の圧力条件については上述のとおりである。また、加熱装置の場合には、圧力にもよるが常温に近い温度であればよく、通常は０〜５０℃、特に１０〜４０℃程度であればよい。【００３８】
遠心分離機は、固液分離（含水物質と水）の分離に有用である。遠心分離の方式は、連続式とバッチ式のいずれも用いることができるが、分離効率の点からはバッチ式の方が好ましい。バッチ式の場合の条件は用いる機器および処理対象の重量により適宜決定することができるが、例えば斉藤遠心機工業株式会社製の「ＨＢ−５５」（商品名）を用いる場合、1時間５回（バッチ）、1回当たり１０分で４００ｋｇ／バッチの固液分離を行うことが可能である。【００３９】
含水物質が褐炭の場合の分離プロセスの例を挙げると、以下の通りである。
（例１：常圧分離（固液−気体分離→固液分離））〔図４〕
飽和蒸気圧以上の加圧下（常温下約６気圧）にあるＤＭＥ−含水物質を、フラッシュ減圧により常圧（１気圧）に戻し、ＤＭＥガスを分離する（気体分離）。その後、脱水褐炭および水を遠心分離する（固液分離）。【００４０】
（例２：加圧分離）〔図５〕
飽和蒸気圧以上の加圧下（例えば、常温下約６気圧）にあるＤＭＥ−含水物質を、加圧条件を維持しつつ液体サイクロンにかけて、含水ＤＭＥおよび残存脱水褐炭と、水の付着した脱水褐炭とに分ける。液体サイクロンへのＤＭＥ−含水物質の注入圧力が十分でない場合吹き付け用ポンプとしてノンシール耐圧ポンプ等を設置し、ポンプの吐出量、揚程を調整して、加圧条件を維持する。液体サイクロンを利用した場合の分離特率は約９０％である。含水ＤＭＥおよび残存脱水褐炭は飽和蒸気圧以下（例えば、常温下約５気圧）まで若干減圧し、ガス・セパレーターによりＤＭＥガスと水とに分離する。水は網による分離および沈澱分離により精製し、残存する脱水褐炭を拾い出す。水の付着した脱水褐炭は、フラッシュ減圧により約１気圧まで減圧してＤＭＥガスを分離した後、遠心分離により水と脱水褐炭とに分離する。回収のＤＭＥガスは、昇圧しＤＭＥ移送管に接続、液体サイクロン・減圧で分離回収のＤＭＥガスに混合、脱水システム用井における脱水のためリサイクルすることができる。
また、ＤＭＥを回収する蒸留塔として、内部に熱交換凝縮器を有するものを用いるようにしてもよい。【００４１】
（例３：常圧分離）〔図６〕
飽和蒸気圧以上の加圧下（常温下約６気圧）にあるＤＭＥ−含水物質を、フラッシュ減圧により常圧（１気圧）に戻し、ＤＭＥガスを褐炭および水より分離する（気体分離）。続いて網分離を行って、脱水褐炭と、水とに分離する。脱水褐炭については遠心分離を行い脱水褐炭と水とに分離する。一方水およびＤＭＥガスは、ガス・セパレーターにより気液分離する。【００４２】
本発明のシステムにおいては、更に圧縮機、凝縮器を備えたものであってもよい。この場合、ＤＭＥ移送管で圧縮機、凝縮器、分離装置を接続する。これらを備えることにより、分離装置にて分離された気化ＤＭＥを液化して再び脱水システム用井における脱水に用いることができる。【００４３】
ＤＭＥ移送管は圧縮機、凝縮器および分離装置を接続しＤＭＥをシステム内で循環させる管である。【００４４】
圧縮機は、ＤＭＥを圧縮するための部位である。凝縮器は圧縮したＤＭＥを冷却して凝縮しＤＭＥを液化するための部位である。凝縮器には前記のＤＭＥ注入管を接続しておく。これにより、凝縮器で液化されたＤＭＥを脱水システム用井に導入することができる。【００４５】
本発明の脱水システムを用いて含水物質として、例えば褐炭を脱水すると、脱水システム用井の接触部内では、その部位（深さ）ごとに下記のような反応が起こる（図１〜３参照）。「深度」は、脱水システム用井の上端〜最深部までの深さを１００ｍ、含水物質注入管開口部の深度を図１の垂直型にて８０ｍ、図２の略Ｕ字型にて１００ｍとした場合のものである。尚、ＤＭＥの飽和蒸気圧や飽和溶解度は温度その他環境条件により上下する。従って下記のゾーン分類は、ＤＭＥの水飽和溶解度を７〜８％、ＤＭＥ温度２０〜４０℃、ＤＭＥの比重０．６６１とした場合のあくまでも一般的な分類であり、本発明を拘束するものではない。【００４６】
（Ｉ）液体ＤＭＥゾーン（垂直型にて深度０〜１００ｍおよび深度８０〜１００ｍ（図２）、Ｕ字型にて深度０〜１００ｍ（図１）、図３のＵ字型では存在しない）
ＤＭＥ注入管から導入される液体ＤＭＥが地下にて褐炭と混合するまでのＤＭＥ単独で存在するゾーン。ＤＭＥは通常液体として存在する。液体ＤＭＥは重力により井戸底部方向に移動すると共に連続流動性により上方に移動する。【００４７】
（ＩＩ）褐炭の液体ＤＭＥ層滞留ゾーン（深度５〜１００ｍ）
褐炭とＤＭＥが混合し、脱水が行われるゾーン。液体ＤＭＥは、一部が含水ＤＭＥ（含水液体ＤＭＥ）となる。ＤＭＥは連続流動性により上方へ推進される。【００４８】
（ＩＩＩ）褐炭の脱水化完了ゾーン（深度５〜５０ｍ）
ＤＭＥの水分吸収量が飽和状態となるゾーン。含水ＤＭＥが大部分を占め、液体ＤＭＥはほとんどないまたはまったくない状態。ＤＭＥは連続流動性により上方へ推進される。【００４９】
（ＩＶ）ＤＭＥの気化ゾーン（深度０〜５ｍ）
含水ＤＭＥの上昇による圧力低下により、ごく微量のＤＭＥが気化し、更なる浮力を与えるゾーン。含水ＤＭＥとＤＭＥガスが混在することにより、含水物質排出口においては、ＤＭＥ注入管の開口部よりも若干低い圧力となる。ＤＭＥは浮力により上方へ推進される。一度ＤＭＥに溶け込んだ水がＤＭＥ飽和溶解度の変化、ＤＭＥの気化により分離する。なお、ＤＭＥの飽和溶解度、飽和蒸気圧が温度に敏感なため、上記のゾーン分類における深度は温度、圧力条件に従い大いに変化する。【００５０】
本発明においては、脱水システム用井やその他の各部位に温度測定用センサーを設置することができる。これにより、オンラインでモニターして操作条件を調整することができる。
【実施例１】
【００５１】
本発明による実施例１に係る含水物質の脱水システムおよび脱水システムを用いる含水物質の脱水方法について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明による実施例１に係る脱水システムの構成を簡略に示す概略構成図である。
図１に示すように、実施例１に係る脱水システムは、Ｕ字型脱水システム用井を有する脱水システムである。
すなわち、脱水システム用井１１はＵ字形状である。Ｕ字型脱水システム用井１１の側面から見て右側上部よりＤＭＥ注入管１２が脱水システム用井１１に接続している。また、同じ右上端より、含水物質注入管１３１が脱水システム用井１１の上端より入り込み、底部に開口部１３を有する。脱水システム用井１１のうち含水物質注入管が占めている領域以外の領域（二重管の内管と外管の間部分）であって、Ｕ字形状の折り返し部分１２１までの領域は、ＤＭＥ注入のための流路を形成する。含水物質注入管１３１には褐炭注入装置１３２およびホッパー１３３が接続されている。一方、脱水システム用井１１の左上端にはＤＭＥ−含水物質排出口１４が開口し、ＤＭＥ−含水物質分離装置１５に開口している。脱水システム用井１１のＤＭＥ注入管の開口部よりも下流のＤＭＥ−含水物質排出口１４までの領域は接触部１１Ａを形成する。【００５２】
本実施例の脱水システムにおいては、Ｕ字型脱水システム用井１１の大部分が地中に埋設されているが、Ｕ字形状先端の、分離装置１５との接続部分、褐炭注入装置１３２との接続部分及びＤＭＥ注入管１２との接続部分は地上に位置する。また、地上において圧縮・凝縮器４１が設置され、分離装置１５とＤＭＥ移送管４２で接続されている。また、圧縮・凝縮器４１はＤＭＥ注入管１２と接続されている。液体ＤＭＥが蓄えられているＤＭＥタンク８８は、ＤＭＥ注入管１２に弁を介して接続されている。従ってＤＭＥ注入管１２から脱水システム用井１１に送液されるＤＭＥは、圧縮・凝縮器４１でリサイクルされた液体ＤＭＥか、あるいは脱水過程でロスを補填するＤＭＥタンク８８から補充された新しい液体ＤＭＥである。【００５３】
褐炭注入装置１３２は、褐炭を注入装置に注入する際の圧力に応じて常圧圧入方式、または加圧圧入方式の装置を利用する。常圧圧入の場合には、褐炭をスラリー化して注入することができる。圧入力が弱い場合など必要に応じてモーノポンプ等のポンプ、コンプレッサー、フィーダー等を利用することができる。ポンプとしては、本発明の装置の実証化規模に合わせて、モーノポンプ（兵神装備株式会社製の「２ＮＥ３０型」（商品名：吐出量０．４３〜３ｍ３／時、吐出圧力８気圧）、「２ＮＥ１５０型」（商品名：吐出量１８．５〜１３９ｍ３／時）など）を用いることができる。なお、必要に応じて更に大型のポンプを設置することも可能である。一方、加圧圧入方式の場合には、ａ）液体ＤＭＥを利用する場合（図７）、ｂ）窒素等気体を利用する場合（図８）とが挙げられる。【００５４】
ａ）液体ＤＭＥを利用する加圧圧入の場合（図７）、（１）加圧タンクの蓋５７を開き加圧タンク５１に褐炭注入をする。続いて、（２）加圧タンクの蓋５７を閉じ、排出管５２に取り付けられた弁５３ａ、５３ｂおよび５３ｃを開き加圧タンク５１内の空気を搬出させタンク内を減圧する。（３）弁５３ａ、５３ｂおよび５３ｃを閉め、加圧タンク５１と注入管５４との間の弁５５ａおよび５５ｂを開き、液体ＤＭＥを注入管５４より加圧タンク５１内に注入する。この操作により加圧タンク５１内で褐炭がスラリー化する。（４）弁５５ａ、および５５ｂを閉じ、加圧タンク５１と脱水システム用井１１との間の弁５６（（１）〜（３）においては閉じられている）を開き、スラリー化した褐炭を、含水物質注入管１３（脱水システム用井１１）に落下させる。脱水システム用井１１内には液体ＤＭＥが充填されているので、褐炭は重力及び比重により含水物質注入管に落下し、そのまま脱水システム用井に落下していく。ここで押し込み力が弱い場合には、スクリュー・フィーダーを用いることができる。（５）注入が終了しだい弁５６を閉め、弁５９ａ、５９ｂを開き加圧タンク５１内の液体ＤＭＥを排出管５８より排出する。（６）続いて、弁５３ａ、５３ｂおよび５３ｄを開き加圧タンク５１内をバキュームし、タンク内に残存する気体ＤＭＥを排出管５２に送出し排出する。必要に応じて、この操作を（１）からまた繰り返す。【００５５】
ｂ）窒素等気体を利用する圧入の場合（図８）、（１）加圧タンクの蓋６７を開き加圧タンク６１に褐炭注入をする。続いて、（２）加圧タンクの蓋６７を閉じ、排出管６２に取り付けられた弁６３ａおよび６３ｂを開き加圧タンク６１内の空気を搬出させタンク内を減圧する。（３）弁６３ａおよび６３ｂを閉め、加圧タンク６１と注入管６４ａとの間の弁６５ａ、６５ｂおよび６５ｃを開き、窒素高圧タンク６８から窒素を注入管６４より加圧タンク６１内に注入する。（４）弁６５を閉じ、加圧タンク６１と脱水システム用井１１との間の弁６６（（１）〜（３）においては閉じられている）を開き、褐炭を含水物質注入管１３（脱水システム用井１１）に落下させる。この操作により、含水物質注入管に褐炭が落下して、同管内にしみこんだ液体ＤＭＥとのスラリー化や、褐炭の重みにより一部褐炭から抽出された水とのスラリー化が起こる。含有物質注入管に落下した褐炭が接触部内に排出される様含有物質注入管、および加圧タンク内の圧力調整を行う。ここで接触部への押し込み力が弱い場合には、スクリュー・フィーダーを利用することも可能である。（５）注入が終了しだい弁６６を閉め、弁６５ａ、６５ｂ、および６５ｄを開き加圧タンク６１内をバキュームし、タンク内に残存する窒素を管６４ｂに送出しコンプレッサー６９へ送出する。コンプレッサー６９に回収された窒素は、必要に応じて管６４ｃを通って窒素高圧タンク６８へ送出され再利用される。必要に応じて、この操作を（１）からまた繰り返す。【００５６】
これらの装置は、それぞれを１つ、或いは複数個設置することもできる。複数個設置することにより、それぞれの装置においてサイクルをずらしつつ圧入を実施することで各装置からの連続圧入が可能となる。【００５７】
脱水システム用井１１には必要に応じて電動サブマーシブルポンプを設置することができ（図示せず）、設置した場合には管内の内容物を上昇させ、ＤＭＥ−含水物質排出口１４側へ送り出すことができる。これにより管１１内におけるＤＭＥ−含水物質のくみ上げを容易にし、分離装置１５への移送を促している。また、接触部１１Ａの底部からＤＭＥ−含水物質排出口１４付近にかけての任意の位置には熱水管や気体ＤＭＥ圧入装置が設置されていてもよい。【００５８】
分離装置１５は、前述の例１〜３のいずれかに示した方式での分離を実施するための装置である。【００５９】
本実施例の脱水システムにおいては、脱水システム用井に圧力、温度測定用センターが設置され（図示せず）、外部よりオンラインでモニターすることができる。【００６０】
本実施例におけるＤＭＥと含水物質の流れを説明すると次の通りである。
脱水システム用井１１内に、ＤＭＥ注入管１２のＤＭＥ注入口１２１から液体ＤＭＥが供給され、褐炭注入装置１３２から含水物質注入口１３を介して脱水システム用井１１の接触部１１Ａに褐炭スラリーが供給される。液体ＤＭＥは、圧縮・凝縮器４１において液化されたＤＭＥのみ、またはこれとＤＭＥタンクから新しく補充された液体ＤＭＥである。接触部１１Ａ内においては、液体ＤＭＥと褐炭とが接触することにより褐炭に含まれる水分を溶解して、一部はＤＭＥ−含水物質排出口１４付近で気化して気体ＤＭＥとなる。これらのＤＭＥ−含水物質のうちＵ字形状の左端に達した、ＤＭＥ−含水物質排出口１４に達した排出されたＤＭＥ−含水物質は、分離装置１５においてフラッシュ減圧、遠心分離、液体サイクロンなどを組み合わせて、加圧下または常圧下分離される（前述の例１〜３参照）。脱水褐炭及び水分は分離装置１５から排出され、気体ＤＭＥはＤＭＥ移送管４２を介して圧縮・凝縮器４１に送られ、再び液体ＤＭＥとなり脱水システム用井１１に送られリサイクルされる。
【実施例２】
【００６１】
本発明による実施例２に係る含水物質の脱水システムおよび脱水システムを用いる含水物質の脱水方法について、図２を参照して説明する。
本実施例に係る脱水システムは、前記図１に示した実施例１に係る脱水システムの構成と略同様であるため、前記図１に示した実施例１に係る脱水システムと同一構成には同一符号を付して重複した説明は省略する。
図２は、本発明による実施例２に係る脱水システムの構成を簡略に示す概略構成図である。
図２に示すように、実施例２に係る脱水システムは、垂直円柱状脱水システム用井を有する脱水システムである。
すなわち、脱水システム用井２１は垂直円柱状であり、その上部よりＤＭＥ注入管２２が脱水システム用井２１の最上端より入り込み、脱水システム用井の底部に開口部２２１Ａおよび２２１Ｂを有する。また、褐炭注入装置２３２から延伸する含水物質注入管２３１が脱水システム用井２１の上部より入り込んでいる。この含水物質注入管２３１は脱水システム用井の開口部２２１Ａおよび２２１Ｂよりやや上部に開口している（開口部２３Ａおよび２３Ｂ）。開口部２３Ａおよび２３Ｂ付近にはスクリュー・フィーダーが設置されている。ＤＭＥ−含水物質分離装置２５と脱水システム用井２１とは、ＤＭＥ−含水物質排出口２４を介して連通している。ＤＭＥ注入管２２は、含水物質注入管２３１よりも脱水システム用井２１の底部近くまで延伸している。【００６２】
本実施例の脱水システムにおいては、垂直円柱状の脱水システム用井２１の大部分が地中に埋設されているが、垂直円柱状脱水システム用井上端の、分離装置２５との接続部分、褐炭注入装置２３２との接続部分およびＤＭＥ注入管２２との接続部分は地上に位置する。また、地上において圧縮・凝縮器４１が設置され、分離装置２５とＤＭＥ移送管４２で接続されている。また、圧縮・凝縮器４１はＤＭＥ注入管２２と接続されている。ＤＭＥタンク８８は、ＤＭＥ注入管２２に弁を介して接続されている。従ってＤＭＥ注入管２２から脱水システム用井２１に送液されるＤＭＥは、ＤＭＥタンク８８から補充された新しい液体ＤＭＥか、或いは圧縮・凝縮器４１でリサイクルされた液体ＤＭＥである。【００６３】
褐炭注入装置２３２は、実施例１の装置１３２について説明したとおり、常圧圧入方式、または加圧圧入方式の装置である。【００６４】
脱水システム用井２１には必要に応じて電動サブマーシブルポンプが設置することができ（図示せず）、設置した場合には管２１Ａ内の内容物を上昇させ、ＤＭＥ−含水物質排出口２４側へ送り出すことができる。これにより管２１Ａ内におけるＤＭＥ−含水物質のくみ上げを容易にし、分離装置２５への移送を促している。【００６５】
分離装置２５は、前述の例１〜３のいずれかに示した方式での分離を実施するための装置である。【００６６】
本実施例におけるＤＭＥと含水物質の流れを説明すると次の通りである。
脱水システム用井２１内に、ＤＭＥ注入管２２のＤＭＥ注入口２２１から液体ＤＭＥが供給される。また、褐炭注入装置２３２に送られた褐炭が、装置２３２から含水物質注入口２３を介して脱水システム用井２１の接触部２１Ａに供給される。液体ＤＭＥは、圧縮・凝縮器４１において液化された液体ＤＭＥのみ、またはこれとＤＭＥタンクから新しく補充された液体ＤＭＥである。接触部２１Ａ内においては、液体ＤＭＥと褐炭とが接触することにより褐炭に含まれる水分を溶解して、一部はＤＭＥ−含水物質排出口２４付近で気化して気体ＤＭＥとなる。これらのＤＭＥ−含水物質のうちＵ字形状の左端に達した、ＤＭＥ−含水物質排出口２４に達した排出されたＤＭＥ−含水物質は、分離装置においてフラッシュ減圧、遠心分離などを組み合わせて、加圧下または常圧下分離される（前述の例１〜３参照）。脱水褐炭および水分は分離装置２５から排出され、気体ＤＭＥはＤＭＥ移送管４２を介して圧縮・凝縮器４１に送られ、再び液体ＤＭＥとなり脱水システム用井２１に送られリサイクルされる。
【実施例３】
【００６７】
本発明による実施例３に係る含水物質の脱水システムおよび脱水システムを用いる含水物質の脱水方法について、図３を参照して説明する。
本実施例に係る脱水システムは、前記図１に示した実施例１に係る脱水システムの構成と略同様であるため、前記図１に示した実施例１に係る脱水システムと同一構成には同一符号を付して重複した説明は省略する。
図３は、本発明による実施例３に係る脱水システムの構成を簡略に示す概略構成図である。
図３に示すように、実施例３に係る脱水システムは、Ｕ字型脱水システム用井を有する脱水システムである。
本実施例に係る脱水システムにおいては、Ｕ字型脱水システム用井１１の側面から見て右側上端にＤＭＥ注入管３２が接続し開口部３２１を有する。また、同じ右上端に、含水物質注入管３３が接続し開口部３３１を有する。従って、本実施例３のシステムにおいては、脱水システム用井１１全体が接触部１１Ａ”を形成する。含水物質注入管１３には褐炭注入装置１３２およびホッパー１３３が接続されている。褐炭注入装置１３２とＤＭＥ移送管４２は管４３で連結され、褐炭注入の際のスラリー化において用いられ、排出されたＤＭＥガスを管４３およびＤＭＥ移送管により圧縮機４１に送入し、再び液化して脱水システム用井１１での脱水で利用することができる。
【実施例４】
【００６８】
本発明による実施例４に係る含水物質の脱水システムおよび脱水システムを用いる含水物質の脱水方法について、図９、１０を参照して説明する。
また、本実施例では、石炭の種類としては、褐炭を用いて説明する。
図９は、本発明による実施例４に係る脱水システムの構成を簡略に示す概略構成図である。
図９に示すように、実施例４に係る脱水システムは、図１に示す実施例１に係る脱水システムの脱水システム用井を地上に設けるようにしたものである。【００６９】
即ち、実施例４に係る脱水システム７０は、液体のＤＭＥ（以下、「液体ＤＭＥ」という。）を供給するＤＭＥ注入管（ＤＭＥ供給手段）７１と、褐炭を供給する褐炭供給手段７２と、この褐炭供給手段７２により供給された褐炭と、ＤＭＥ注入管７１により供給されたＤＭＥとを加圧して混合する接触部７３と、この接触部７３と連結し、褐炭中の水分をＤＭＥに吸収し、褐炭の脱水を行う脱水器７４と、この脱水器７４から排出される水分を吸収した含水液体ＤＭＥと褐炭とを分離する液体サイクロン７５と、含水液体ＤＭＥ中のＤＭＥを気化し、ＤＭＥとＤＭＥ中の水分とを分離する蒸発缶７６と、この蒸発缶７６内の気化した気体ＤＭＥを抜出すＤＭＥ移送管７７と、このＤＭＥ移送管７７と連結し、気体ＤＭＥを加圧するための加圧ブロア（加圧手段）７８と、加圧ブロア７８で加圧された気体のＤＭＥを凝縮するためのＤＭＥ凝縮管７９と、凝縮した液体ＤＭＥを貯蔵するための凝縮液タンク８０と、凝縮された液体ＤＭＥを接触部７３に送給する液体ＤＭＥを貯蔵する中間タンク８１に送給する液体ＤＭＥ送給管８２とを有するものである。【００７０】
脱水器７４の下端側の下端部７４ａに連結している接触部７３に、ＤＭＥ注入管７１および含水物質注入管４３１を接続させ、他端側の上端部７４ｂにＤＭＥ−含水物質排出口３４が設けられている。【００７１】
褐炭供給手段７２は、粉砕された褐炭を搬送するコンベア８３と、コンベア８３により搬送された褐炭を貯蔵する褐炭貯槽８４と、褐炭貯槽８４の褐炭を搬送するコンベア８５と、褐炭貯槽８４の褐炭を受け入れるホッパー３３３と、ホッパー３３３に受け入れられた褐炭を加圧貯蔵する褐炭注入タンク８６とからなるものである。
なお、本実施例では、褐炭は予め粉砕されたものを用いているが、褐炭貯槽８４の前に粉砕手段を設けて、褐炭貯槽８４に供給するようにしてもよい。【００７２】
例えば陸揚げされた褐炭はコンベア８３により褐炭貯槽８４に貯留され、コンベア８５によりホッパー３３３に搬送された後、褐炭注入タンク８６に供給される。また、ホッパー３３３から褐炭注入タンク８６への褐炭の供給は弁Ｖ１の開閉により制御される。なお、本実施例では予め粉砕された褐炭を用いている。【００７３】
また、褐炭注入タンク８６と連結している含水物質注入管４３１は、接触部７３の上部で連結し、褐炭注入タンク８６より褐炭がスクリュー・フィーダー８７により含水物質注入管４３１内を通過して接触部７３の上部から接触部７３内に供給される。また、含水物質注入管４３１から接触部７３への褐炭の供給は弁Ｖ２の開閉により制御される。【００７４】
また、ＤＭＥ注入管７１は接触部７３と連結しており、液体ＤＭＥがＤＭＥ注入管７１を介して接触部７３に供給される。液体ＤＭＥは、蒸発缶７６において液化され中間タンク８１に貯蔵されたＤＭＥのみ、またはこれとＤＭＥタンク８８から新しく補充され中間タンク８１に貯蔵されたものを混合したものである。また、ＤＭＥ注入管７１から接触部７３への液体ＤＭＥの供給量は弁Ｖ３の開閉により制御される。【００７５】
接触部７３は、図示しない加圧手段を有しており、接触部７３内において褐炭と液体ＤＭＥとは加圧して混合される。そして、加圧混合された褐炭と液体ＤＭＥとは、脱水器７４の下端側である下端部７４ａから供給される。また、接触部７３内、または下端部７４ａでは、褐炭と液体ＤＭＥとが、例えば、約３５℃、８乃至１３気圧程度で混合される。【００７６】
また、液体ＤＭＥは、ＤＭＥ注入分岐管８９を介して脱水器７４の下端部７４ａから褐炭に液体ＤＭＥを加圧して混合するようにしてよい。このとき、ＤＭＥ注入分岐管８９から下端部７４ａへの液体ＤＭＥの供給は弁Ｖ４の開閉により制御される。【００７７】
そして、接触部７３内において、液体ＤＭＥと褐炭とが混合された後、ＤＭＥ−含水物質供給通路９０を介してＤＭＥ−含水物質流入口９１から脱水器７４の下端部７４ａに供給される。このとき、接触部７３から下端部７４ａへの液体ＤＭＥの供給は弁Ｖ５の開閉により制御される。
ここで、褐炭と液体ＤＭＥとの混合物を液体ＤＭＥで満たされた脱水器７４への供給については、バッチ方式またはセミ・バッチ方式としている。そして、これ以降の脱水・分離等は連続方式としている。従って脱水・分離等に付設する弁Ｖ５は逆流防止の流量調整弁である。【００７８】
液体ＤＭＥと褐炭とが脱水器７４内を上昇していく過程で、液体ＤＭＥと褐炭とが接触していることにより褐炭に含まれる水分が液体ＤＭＥに取り込まれ、脱水が行われる。【００７９】
即ち、液体ＤＭＥと褐炭とが接触していることにより褐炭に含まれる水分が溶解し、液体ＤＭＥに取り込まれる。これにより、液体ＤＭＥは、一部が水分を含んだ液体ＤＭＥ（含水液体ＤＭＥ）となる。そして、この含水液体ＤＭＥは連続流動性により脱水器７４の上方へ推進される。【００８０】
そして、脱水器７４内を上昇していくにつれ、液体ＤＭＥの水分吸収量は飽和状態となり、脱水器７４内は含水液体ＤＭＥが大部分を占め、液体ＤＭＥはほとんどないか、全くない状態となる。そして含水液体ＤＭＥは連続流動性により脱水器７４の上方へ推進される。【００８１】
脱水器７４内では、含水液体ＤＭＥの上昇による圧力低下により、ごく微量の液体ＤＭＥが気化し、ＤＭＥガス（気体ＤＭＥ）が発生する。これにより、ＤＭＥ−含水物質排出口９２付近では、脱水器７４の下端部７４ａよりも若干低い圧力となる。よって、脱水器７４内の含水液体ＤＭＥ、気体ＤＭＥには、更なる浮力が与えられ、脱水器７４内を上昇し、脱水器７４の出口に達し、ＤＭＥ−含水物質排出口９２から排出される。脱水器７４には脱水器７４内の温度調節、液体ＤＭＥの水分吸収量増加、ＤＭＥの気化・浮力促進等のため加温装置をつけるようにしても良い。
また、ＤＭＥ−含水物質排出口９２付近での圧力は、液体ＤＭＥが気体ＤＭＥになった分だけ低下する。
ここで、ＤＭＥ−含水物質排出口９２付近での気温および圧力について、温度は４５℃程度、気圧は１０気圧程度としている。【００８２】
また、一度液体ＤＭＥに溶け込んだ水分は、ＤＭＥ飽和溶解度の変化、ＤＭＥの気化により分離する。なお、液体ＤＭＥの飽和溶解度、飽和蒸気圧が温度に敏感なため、脱水器７４内で液体ＤＭＥの水分吸収量は飽和状態となる位置、液体ＤＭＥが気化する位置などは脱水器７４内の液体ＤＭＥの温度、圧力条件によって変化する。【００８３】
脱水器７４と液体サイクロン７５とは、ＤＭＥ−含水物質排出口９２に設けられているＤＭＥ−含水物質排出通路９３で連結している。ＤＭＥ−含水物質排出口９２から排出された含水液体ＤＭＥ、気体ＤＭＥ、水分、脱水褐炭は、ＤＭＥ−含水物質排出通路９３を介して液体サイクロン７５に送給される。また、脱水器７４から液体サイクロン７５への含水液体ＤＭＥ、気体ＤＭＥ、水分、脱水褐炭の供給は弁Ｖ６により流量が制御される。【００８４】
液体サイクロン７５では、ＤＭＥ−含水物質排出口９２から排出され、ＤＭＥ−含水物質排出通路９３を介して送給された含水液体ＤＭＥ、気体ＤＭＥおよび水分と、脱水褐炭とを分離する。この含水液体ＤＭＥ、気体ＤＭＥおよび水分は、含水ＤＭＥ分離通路９４を通して蒸発缶７６に送給される。また、含水ＤＭＥ分離通路９４から蒸発缶７６への含水液体ＤＭＥ、気体ＤＭＥおよび水分の供給は弁Ｖ７により流量が制御される。
ここで、液体サイクロン７５は公知のものを用いることができ、一般的な構造は、例えば特開2007-90165号公報、特開2007-54776号公報および特開2007-38200号公報に開示がある。【００８５】
また、液体サイクロン７５で分離された脱水褐炭は、褐炭抜出し通路９５より抜出して褐炭取出しタンク９６に送給する。褐炭取出しタンク９６はほぼ常圧に減圧されている。褐炭取出しタンク９６に貯蔵された脱水褐炭は、スクリュー・フィーダー９７により脱水褐炭コンベア９８に搬送される。また、液体サイクロン７５から褐炭取出しタンク９６への脱水褐炭の供給は弁Ｖ８の開閉により調整され、褐炭取出しタンク９６から脱水褐炭コンベア９８への脱水褐炭の供給は弁Ｖ９の開閉により制御する。【００８６】
蒸発缶７６に送給された含水液体ＤＭＥ、気体ＤＭＥおよび水分は、蒸発缶７６内で気体ＤＭＥと水分とに分離される。蒸発缶内は例えば約２５℃、５気圧程度である。気体ＤＭＥは、蒸発缶７６の上部よりＤＭＥ移送管７７から抜出して加圧ブロア７８により、例えば、約３９℃、８気圧程度にまで加圧処理される。
ここで、蒸発缶７６は２重構造の所謂シェル＆チューブ構造になっており、細管のＤＭＥ凝縮管７９が内部に張り巡らされている。【００８７】
そして、加圧された気体ＤＭＥは気体ＤＭＥ回収管９９を介してベーパ圧力調整タンク１００に送給し、回収する。その後、気体ＤＭＥは、蒸発缶７６内部に張り巡らされたＤＭＥ凝縮管７９に蒸発缶７６の上部側より送給され、蒸発缶７６の上部から流下する含水液体ＤＭＥの気化に伴い発生する気化熱と熱交換され、凝縮される。また、加圧ブロア７８からベーパ圧力調整タンク１００への気体ＤＭＥの供給は弁Ｖ１０により流量が制御され、ベーパ圧力調整タンク１００から蒸発缶７６への気体ＤＭＥの供給は弁Ｖ１１により流量が制御される。【００８８】
そして、液体ＤＭＥは、ＤＭＥ凝縮管７９により上部から底部の方向に流れ、蒸発缶７６の底部側から排出され、凝縮液タンク８０に貯蔵される。【００８９】
そして、この凝縮された液体ＤＭＥは、凝縮液タンク８０から液体ＤＭＥ送給管８２を介してポンプＰ１により中間タンク８１に送給される。また、凝縮液タンク８０から中間タンク８１への液体ＤＭＥの供給は弁Ｖ１３の開閉により制御される。【００９０】
また、液体ＤＭＥは、例えばタンクローリよりＤＭＥタンク８８に新たに供給される。そして、ＤＭＥタンク８８に新たに供給された液体ＤＭＥは、ＤＭＥ供給管１０２を通ってポンプＰ２により中間タンク８１に送給される。そして、この中間タンク８１に貯蔵された液体ＤＭＥはＤＭＥ注入管７１を介してポンプＰ３により接触部７３に供給される。【００９１】
このため、本実施例の構成によれば、脱水器７４において褐炭から液体ＤＭＥに水分を低エネルギーで効率的に吸収し、脱水することができる。また、蒸発缶７６で脱水器７４から排出された含水液体ＤＭＥから水分を除去し再生すると共に、気体ＤＭＥを液化して液体ＤＭＥに再生することができる。これにより、再生した液体ＤＭＥは、脱水器７４に再び送給され、リサイクルすることができるため、液体ＤＭＥを脱水器７４において褐炭の脱水に効率良く再利用することができる。【００９２】
また、ＤＭＥタンク８８、中間タンク８１中の液体ＤＭＥは、例えば冷却水１０３、１０４などの冷媒を用いて冷却するようにしている。【００９３】
また、ＤＭＥタンク８８に供給される液体ＤＭＥは弁Ｖ１４の開閉により制御され、ＤＭＥタンク８８から中間タンク８１への液体ＤＭＥの供給は弁Ｖ１５の開閉により制御される。更に中間タンク８１から接触部７３または脱水器７４への液体ＤＭＥの供給量は弁Ｖ１６、Ｖ１７により調整される。【００９４】
また、中間タンク８１に貯蔵された液体ＤＭＥは、再度中間タンク８１に戻すようにしてもよい。この時、弁Ｖ１７を閉鎖し、弁Ｖ１６、１８を開放する。【００９５】
また、褐炭取出しタンク９６の底部に溜められた分離水は、分離水抜出し管１０５より抜出してフィルタ１０６でろ過した後、ポンプＰ４より最終ガス分離タンク１０７に送給する。この最終ガス分離タンク１０７で分離水中に含まれている気体ＤＭＥを分離し、気体ＤＭＥ回収通路１０８を介して加圧ブロア１０９で加圧した後、ベーパ圧力調整タンク１００に送給する。また、褐炭取出しタンク９６から排出される分離水は弁Ｖ１９の開閉により制御され、気体ＤＭＥ回収通路１０８を流れる気体ＤＭＥは弁Ｖ２０の開閉により制御される。一方、最終ガス分離タンク１０７で最終的に気体ＤＭＥが除去された分離水は、排水槽へ排出される。【００９６】
また、接触部７３内で発生し、含水物質注入管４３１から抜出した気体ＤＭＥ、褐炭取出しタンク９６から抜出した気体ＤＭＥについても、同様に気体ＤＭＥ回収通路１１０、１１１を介して気体ＤＭＥ回収通路１０８に合流し、加圧ブロア１０９に送給される。また、含水物質注入管４３１から抜出す気体ＤＭＥは弁Ｖ２１の開閉により制御され、褐炭取出しタンク９６から抜出す気体ＤＭＥは弁Ｖ２２の開閉により制御される。【００９７】
また、蒸発缶７６の底部に溜められた分離水の一部は分離水循環通路１０１を介してポンプＰ５より蒸発缶７６の上部に再度供給される。蒸発缶７６内の含水液体ＤＭＥとＤＭＥ凝縮管７９内の気体ＤＭＥの熱交換促進のため、万遍なく含水液体ＤＭＥがＤＭＥ凝縮管に接触出来る様にするため、および液体サイクロン７５で分離されず取り残され蒸発缶７６内に供給される残存脱水褐炭が詰らない様、含水液体ＤＭＥ，水分等液体流量を保持するためである。この分離水の一部を再供給する際、蒸発缶７６から分離水循環通路１０１に抜出す分離水の液量は弁Ｖ２３の開閉により調整される。【００９８】
また、液体サイクロン７５で分離しきれなかった残存脱水褐炭は、含水液体ＤＭＥと共に、蒸発缶７６に送給されるため、蒸発缶７６内で含水液体ＤＭＥが気化することで発生した分離水と共に、蒸発缶７６の底部に蓄積される。そのため、蒸発缶７６の底部に蓄積された褐炭は、スクリュー・フィーダー１１２により蒸発缶７６の底部から褐炭取出しタンク９６に回収される。このとき、弁Ｖ２４を開放して蒸発缶７６の底部の褐炭は、褐炭取出しタンク９６に回収する。【００９９】
また、図１０は、本発明による実施例４に係る脱水システムの構成を簡略に示す斜視図である。図１０に示すように、本実施例に係る脱水システム７０は、建屋１２３に設けられ、操作盤１１４により操作される。褐炭供給手段７２、接触部７３等は複数系列（なお、図１０に示す実施例では２系列としている）設置し、脱水器７４への褐炭供給の連続性を高められる。【０１００】
また、脱水器７４は建屋１２３の側壁の内壁に沿うように螺旋状に地面側から天井に向かって延びており、脱水器７４の下端側の下端部７４ａに連結している接触部７３に、ＤＭＥ注入管７１および含水物質注入管４３１を接続させ、他端側の上端部７４ｂにＤＭＥ−含水物質排出口９２が設けられている。
ここで、図１０に示す脱水システム７０では、その高さを２０ｍとしている。なお、前述したように地下設置の場合には深度を１００ｍとしている。これは十分な圧力を保持するためである。これらの地上型での高さや、地下型での深度は、その他、褐炭脱水に必要な時間、液体ＤＭＥ等液体の速度等により最適値を適宜設定することができる。
また、図９および図１０に示す地上型の含水物質の脱水システムの一部、或いは総てをそのまま地下に設置するようにしてもよい。【０１０１】
ＤＭＥ−含水物質排出口９２からＤＭＥ−含水物質排出通路９３を介して液体サイクロン７５が連結され、液体サイクロン７５で分離された脱水褐炭は、褐炭抜出し通路９５より抜出して褐炭取出しタンク９６に貯蔵される。そして、褐炭取出しタンク９６内に貯蔵された褐炭は、脱水褐炭コンベア９８により建屋１２３内の外に搬送される。【０１０２】
また、液体サイクロン７５で分離された含水液体ＤＭＥ、気体ＤＭＥおよび水分は、含水ＤＭＥ分離通路９４を介して蒸発缶７６に送給される。そして、蒸発缶７６内で含水液体ＤＭＥが気化して気体ＤＭＥと水分が分離し、気体ＤＭＥを蒸発缶上部より回収、圧力調整後蒸発缶７６内に設置のＤＭＥ凝縮管７９に圧入し、含水液体ＤＭＥの気化熱との熱交換により気体ＤＭＥを液化して液体ＤＭＥに再生する。【０１０３】
また、本実施例の接触部７３は、上記実施例１乃至実施例３の接触部１１Ａ、２１Ａ、１１Ａ’’に相当し、本実施例の脱水器７４は、上記実施例１乃至実施例３の脱水システム用井１１，２１に相当し、本実施例の液体サイクロン７５および蒸発缶７６は、上記実施例１乃至実施例３のＤＭＥ−含水物質分離装置１５，２５に相当し、本実施例の脱水器７４、加圧ブロア７８、ＤＭＥ凝縮管７９および凝縮液タンク８０は、上記実施例１乃至実施例３の圧縮・凝縮器４１に相当する。【０１０４】
よって、本実施例に係る脱水システムによれば、接触部７３内において褐炭と液体ＤＭＥとを加圧混合し、液体ＤＭＥと褐炭とが接触することにより褐炭に含まれる水分を溶解し、液体ＤＭＥに取り込む脱水器７４と、含水ＤＭＥと褐炭とを分離する液体サイクロン７５と、ＤＭＥとＤＭＥ中の水とを分離する蒸発缶７６と、その気化熱を熱交換して気体ＤＭＥを液化・凝縮するＤＭＥ凝縮管を有している。このため、脱水器７４において褐炭から液体ＤＭＥに水分を低エネルギーで効率的に吸収し、脱水することができる。【０１０５】
また、脱水器７４から排出された含水液体ＤＭＥから水分を除去し、再生すると共に、気体ＤＭＥを液化して液体ＤＭＥに再生し、蒸発缶７６から中間タンク８１に送給することで、再生した液体ＤＭＥを脱水器７４において褐炭の脱水に効率良く再利用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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