(57)【要約】      （修正有）【課題】副生炭の粉砕に係る費用・動力を低減させることができるようにする。【解決手段】副生炭の粒子径分布に基づいて予め粒子径の基準値を設定し、粒子径が基準値よりも大きい粒子が副生炭に含まれるか否かを判断して（ステップＳ２）、粒子径が基準値よりも大きい粒子を含む場合、副生炭を分級し（ステップ３）、粒子径が基準値以下の粒子からなる副生炭を燃焼させる（ステップＳ６）と共に、基準値以上の副生炭のみ、粉砕（ステップ５）後、燃焼させるようにした。【選択図】図３
2014163634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭と溶剤とを混合および加熱してなるスラリーから溶剤に可溶な石炭成分を含む溶液を分離した際に残る固形分濃縮液から溶剤を蒸発分離して得られる副生炭の燃焼方法であって、
前記副生炭の粒子径分布に基づいて予め粒子径の基準値を設定し、粒子径が前記基準値よりも大きい粒子が前記副生炭に含まれるか否かを判断する判断工程と、
粒子径が前記基準値以下の粒子からなる前記副生炭を燃焼させる燃焼工程と、
を有することを特徴とする副生炭の燃焼方法。
【請求項２】
粒子径が前記基準値よりも大きい粒子が前記副生炭に含まれる場合に、粒子径が前記基準値以下の粒子と粒子径が前記基準値よりも大きい粒子とに分級する分級工程と、
粒子径が前記基準値よりも大きい粒子を粉砕して、粒子径が前記基準値以下の粒子にする粉砕工程と、
を更に有することを特徴とする請求項１に記載の副生炭の燃焼方法。
【請求項３】
粒子径が５００μｍ以下の粒子からなり、且つ、粒子径が１５０μｍ以上５００μｍ以下である粒子を３０重量％以下の割合で含む前記副生炭を燃焼させることを特徴とする請求項１又は２に記載の副生炭の燃焼方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭から灰分を除去した無灰炭を得る際に、副生物として生成される副生炭の燃焼方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉を用いた鉄鋼の生産においては、原料炭を加熱乾留したコークスが還元剤として用いられる。ところが近年では、新興国での鉄鋼生産量拡大や原料供給側の寡占化等の原因で、原料炭価格が上昇する傾向にある。そのため、コークスにかかるコストを削減することが課題となっている。
【０００３】
上記の課題を解決するために、無灰炭（ハイパーコール）をコークス用粘結剤として使用する方法が考案されている。無灰炭は、一般炭に粘結炭を混合した石炭原料と溶剤とを混合してスラリーを調製し、得られたスラリーを加熱して溶剤に可溶な石炭成分を抽出し、石炭成分を抽出したスラリーから、重力沈降法により、溶剤に可溶な石炭成分を含む溶液と、溶剤に不溶な石炭成分を含む固形分濃縮液とを分離し、分離された溶液から溶剤を分離することで得られる。
【０００４】
また、石炭を燃焼させる方法として、特許文献１に開示されているように、石炭を微細な粒子に粉砕して燃焼させる方法（微粉炭燃焼方法）が採用されている。この方法では、粒子径を小さくすれば燃焼性が良くなるという傾向があり、最大粒子径を１５０μｍ以下としている。ただし、石炭の塊を粉砕して得られる微粉炭には、燃焼性が悪い大粒子径の粒子も含まれており、その程度を示す指標として２００メッシュ（目開き７４μｍ）の篩を通過する重量割合が用いられる。一般的な微粉炭燃焼ボイラにおいては、その重量割合がおよそ８０％程度で操業される場合が多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２−１８３７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、無灰炭の製造プロセスでは、最終製品である無灰炭の他に、副生物として副生炭が製造される。
【０００７】
副生炭は、石炭から可溶成分を抽出した後に残った未溶解石炭（溶剤に可溶な成分が抽出されて残った石炭）である。そして、このような副生炭をボイラ等の燃料として利用する可能性は十分にある。ただし、無灰炭の製造プロセスを経ることにより、副生炭は元の石炭と比較して高灰分化・小粒子径化している。そのため、副生炭を燃料として利用する際には、その性質を十分に考慮する必要がある。
【０００８】
例えば、一般的な石炭を微粉炭燃焼に使用する場合、燃焼性を良くするために微細な粒子に粉砕する必要があり、専用の装置（粉砕機）とその装置を稼働させる動力源とが必要になる。ところが、副生炭は一般的な石炭に比べて粒子径が大きくても高い燃焼性を示すという試験結果が得られている。そこで、副生炭を微粉炭燃焼に使用する場合には、粉砕に係る費用・動力を低減させるために、副生炭をできるだけ粉砕しないことが望ましい。
【０００９】
本発明の目的は、副生炭の粉砕に係る費用・動力を低減させることが可能な副生炭の燃焼方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明における副生炭の燃焼方法は、石炭と溶剤とを混合および加熱してなるスラリーから溶剤に可溶な石炭成分を含む溶液を分離した際に残る固形分濃縮液から溶剤を蒸発分離して得られる副生炭の燃焼方法であって、前記副生炭の粒子径分布に基づいて予め粒子径の基準値を設定し、粒子径が前記基準値よりも大きい粒子が前記副生炭に含まれるか否かを判断する判断工程と、粒子径が前記基準値以下の粒子からなる前記副生炭を燃焼させる燃焼工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の副生炭の燃焼方法によると、副生炭の粉砕に係る費用・動力を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】無灰炭製造設備の模式図である。
【図２】副生炭燃焼設備の模式図である。
【図３】副生炭の燃焼方法を示すフローチャートである。
【図４】副生炭の粒子径分布を示す図である。
【図５】未燃率の評価結果を示すグラフである。
【図６】未燃率の評価結果を示すグラフである。
【図７】燃焼途中における粒子のＳＥＭ画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１４】
（無灰炭の製造方法）
まず、無灰炭の製造方法について説明する。無灰炭の製造方法に用いられる無灰炭製造設備１００は、図１に示すように、無灰炭（ＨＰＣ）製造工程の上流側から順に、石炭ホッパ１・溶剤タンク２、スラリー調製槽３、移送ポンプ４、予熱器５、抽出槽６、重力沈降槽７、フィルターユニット８、および、溶剤分離器９・１０を備えている。
【００１５】
無灰炭の製造方法は、スラリー調整工程、抽出工程、分離工程、無灰炭取得工程、および、副生炭取得工程を有する。以下、各工程について説明する。なお、本製造方法において原料とする石炭に、特に制限はなく、抽出率の高い瀝青炭を用いてもよいし、より安価な劣質炭（亜瀝青炭、褐炭）を用いてもよい。また、無灰炭とは、灰分が５重量％以下、好ましくは３重量％以下のもののことをいう。
【００１６】
（スラリー調製工程）
スラリー調製工程は、石炭と溶剤とを混合してスラリーを調製する工程である。このスラリー調製工程は、図１中、スラリー調製槽３で実施される。原料である石炭が石炭ホッパ１からスラリー調製槽３に投入されるとともに、溶剤タンク２からスラリー調製槽３に溶剤が投入される。スラリー調製槽３に投入された石炭および溶剤は、攪拌機３ａで混合されて石炭と溶剤とからなるスラリーとなる。
【００１７】
溶剤に対する石炭の混合比率は、例えば、乾燥炭基準で１０〜５０重量％であり、より好ましくは、２０〜３５重量％である。
【００１８】
（抽出工程）
抽出工程は、スラリー調製工程で得られたスラリーを加熱して溶剤に可溶な石炭成分を抽出する（溶剤に溶解させる）工程である。この抽出工程は、図１中、予熱器５および抽出槽６で実施される。スラリー調製槽３にて調製されたスラリーは、移送ポンプ４によって、予熱器５に供給されて所定温度まで加熱された後、抽出槽６に供給され、攪拌機６ａで攪拌されながら所定温度で保持されて抽出が行われる。
【００１９】
石炭と溶剤とを混合して得られるスラリーを加熱して溶剤に可溶な石炭成分を抽出するにあたっては、石炭に対して大きな溶解力を持つ溶媒、多くの場合、芳香族溶剤（水素供与性あるいは非水素供与性の溶剤）と石炭とを混合して、それを加熱し、石炭中の有機成分を抽出することになる。
【００２０】
非水素供与性溶剤は、主に石炭の乾留生成物から精製した、２環芳香族を主とする溶剤である石炭誘導体である。この非水素供与性溶剤は、加熱状態でも安定であり、石炭との親和性に優れているため、溶剤に抽出される可溶成分（ここでは石炭成分）の割合（以下、抽出率ともいう）が高く、また、蒸留等の方法で容易に回収可能な溶剤である。非水素供与性溶剤の主な成分としては、２環芳香族であるナフタレン、メチルナフタレン、ジメチルナフタレン、トリメチルナフタレン等が挙げられ、その他の非水素供与性溶剤の成分として、脂肪族側鎖を有するナフタレン類、アントラセン類、フルオレン類、また、これらにビフェニルや長鎖脂肪族側鎖を有するアルキルベンゼンが含まれる。
【００２１】
なお、上記の説明では非水素供与性化合物を溶剤として用いる場合について述べたが、テトラリンを代表とする水素供与性の化合物（石炭液化油を含む）を溶剤として用いてもよいことは勿論である。水素供与性溶剤を用いた場合、無灰炭の収率が向上する。
【００２２】
また、溶剤の沸点は特に制限されるものではない。抽出工程および分離工程での圧力低減、抽出工程での抽出率、無灰炭取得工程などでの溶剤回収率などの観点から、例えば、１８０〜３００℃、特に２４０〜２８０℃の沸点の溶剤が好ましく使用される。
【００２３】
抽出工程でのスラリーの加熱温度は、溶剤可溶成分が溶解され得る限り特に制限されず、溶剤可溶成分の十分な溶解と抽出率の向上の観点から、例えば、３００〜４２０℃であり、より好ましくは、３６０〜４００℃である。
【００２４】
また、加熱時間（抽出時間）もまた特に制限されるものではないが、十分な溶解と抽出率の向上の観点から、例えば、１０〜６０分間である。加熱時間は、図１中、予熱器５および抽出槽６での加熱時間を合計したものである。
【００２５】
なお、抽出工程は、窒素などの不活性ガスの存在下で行う。抽出槽６内の圧力は、抽出の際の温度や用いる溶剤の蒸気圧にもよるが、１．０〜２．０ＭＰａが好ましい。抽出槽６内の圧力が溶剤の蒸気圧より低い場合には、溶剤が揮発して液相に閉じ込められず、抽出できない。溶剤を液相に閉じ込めるには、溶剤の蒸気圧より高い圧力が必要となる。一方、圧力が高すぎると、機器のコスト、運転コストが高くなり、経済的ではない。
【００２６】
（分離工程）
分離工程は、抽出工程で得られたスラリーを、重力沈降法により、溶剤に可溶な石炭成分を含む溶液と、溶剤に不溶な石炭成分（溶剤不溶成分、例えば灰分）が濃縮した固形分濃縮液（溶剤不溶成分濃縮液）とに分離する工程である。この分離工程は、図１中、重力沈降槽７で実施される。抽出工程で得られたスラリーは、重力沈降槽７内で、重力にて、溶液としての上澄み液と、固形分濃縮液とに分離される。重力沈降槽７の上部の上澄み液は、必要に応じてフィルターユニット８を経て、溶剤分離器９へ排出されるとともに、重力沈降槽７の下部に沈降した固形分濃縮液は溶剤分離器１０へ排出される。
【００２７】
重力沈降法は、スラリーを槽内に保持することにより、重力を利用して溶剤不溶成分を沈降・分離させる方法である。溶剤に可溶な石炭成分を含む溶液よりも比重が大きい、溶剤不溶成分（例えば灰分）は重力沈降槽７の下部に重力により沈降する。スラリーを槽内に連続的に供給しながら、上澄み液を上部から、固形分濃縮液を下部から連続的に排出することにより、連続的な分離処理が可能である。
【００２８】
重力沈降槽７内は、石炭から溶出した溶剤可溶成分の再析出を防止するため、保温（または加熱）したり、加圧したりしておくことが好ましい。保温（加熱）温度は、例えば、３００〜３８０℃であり、槽内圧力は、例えば、１．０〜３．０ＭＰａとされる。
【００２９】
なお、抽出工程で得られたスラリーから、溶剤に溶解している石炭成分を含む溶液を分離する方法として、重力沈降法以外に、濾過法、遠心分離法などがある。
【００３０】
（無灰炭取得工程）
無灰炭取得工程は、分離工程で分離された溶液（上澄み液）から溶剤を蒸発分離して無灰炭（ＨＰＣ）を得る工程である。この無灰炭取得工程は、図１中、溶剤分離器９で実施される。重力沈降槽７で分離された溶液は、フィルターユニット８で濾過された後、溶剤分離器９に供給され、溶剤分離器９内で上澄み液から溶剤が蒸発分離される。ここで、溶液からの溶剤の蒸発分離は、窒素などの不活性ガスの存在下で行うことが好ましい。本実施形態においては、溶剤分離器９内に導入した窒素ガス中で溶液から溶剤を蒸発分離している。
【００３１】
溶液（上澄み液）から溶剤を分離する方法は、一般的な蒸留法、蒸発法などを用いることができる。溶剤分離器９にて分離された溶剤は、溶剤タンク２に戻されて、循環して繰り返し使用される。なお、溶剤を循環使用することは好ましいが必須ではない（後述する副生炭取得工程においても同様）。上澄み液から溶剤を分離することで、実質的に灰分を含まない無灰炭（ＨＰＣ）を得ることができる。無灰炭は、灰分をほとんど含まず、水分は皆無であり、原料石炭よりも高い発熱量を示す。さらに、製鉄用コークスの原料として特に重要な品質である軟化溶融性（流動性）が大幅に改善され、原料石炭が軟化溶融性を有しなくとも、得られた無灰炭（ＨＰＣ）は良好な軟化溶融性を有する。したがって、無灰炭は、例えばコークス原料の配合炭として使用することができる。また、灰分をほとんど含まない無灰炭は、燃焼効率が高く且つ石炭灰の発生を低減できるので、ガスタービン燃焼による高効率複合発電システムのガスタービン直噴燃料としての用途も注目されている。
【００３２】
（副生炭取得工程）
副生炭取得工程は、分離工程で分離された固形分濃縮液から溶剤を蒸発分離して副生炭を得る工程である。この副生炭取得工程は、図１中、溶剤分離器１０で実施される。重力沈降槽７で分離された固形分濃縮液は溶剤分離器１０に供給され、溶剤分離器１０内で固形分濃縮液から溶剤が蒸発分離される。ここで、固形分濃縮液からの溶剤の蒸発分離は、窒素などの不活性ガスの存在下で行うことが好ましい。本実施形態においては、溶剤分離器１０内に導入した窒素ガス中で固形分濃縮液から溶剤を蒸発分離している。
【００３３】
固形分濃縮液から溶剤を分離する方法は、前記した無灰炭取得工程と同様に、一般的な蒸留法、蒸発法を用いることができる。溶剤分離器１０にて分離された溶剤は、溶剤タンク２に戻されて、循環して繰り返し使用される。溶剤の分離により、固形分濃縮液からは灰分などを含む溶剤不溶成分が濃縮された副生炭（ＲＣ、残渣炭ともいう）を得ることができる。副生炭は、灰分が含まれるものの水分が皆無であり、発熱量も十分に有している。副生炭は軟化溶融性を示さないが、含酸素官能基が脱離されているため、配合炭として用いた場合に、この配合炭に含まれる他の石炭の軟化溶融性を阻害するようなものではない。したがって、この副生炭は、通常の非微粘結炭と同様に、コークス原料の配合炭の一部として使用することができ、また、コークス原料炭とせずに、各種の燃料用として使用することも可能である。
【００３４】
（副生炭の燃焼方法）
次に、副生炭の燃焼方法について説明する。副生炭の燃焼方法に用いられる副生炭燃焼設備２０は、図２に示すように、副生炭の燃焼工程の上流側から順に、上流側副生炭ホッパ２１、分級機２２、粉砕機２３、下流側副生炭ホッパ２４、微粉炭燃焼ボイラ２５を備えている。
【００３５】
上流側副生炭ホッパ２１は、無灰炭製造プロセスにおいて副生された副生炭を貯蔵するものである。なお、上流側副生炭ホッパ２１を用いずに、副生炭を野積みにして貯蔵してもよい。分級機２２は、上流側副生炭ホッパ２１から供給される副生炭を、粒子径が基準値以下の粒子と粒子径が基準値よりも大きい粒子とに分級するものである。ここで、基準値とは、副生炭の粒子径分布に基づいて予め設定された粒子径の値であり、本実施形態では５００μｍである。粉砕機２３は、粒子径が基準値よりも大きい粒子を粉砕して、粒子径が基準値以下の粒子にするものである。下流側副生炭ホッパ２４は、粒子径が基準値以下の粒子からなる副生炭を貯蔵するものである。微粉炭燃焼ボイラ２５は、下流側副生炭ホッパ２４から供給される副生炭を燃焼させるものである。
【００３６】
本実施形態の副生炭の燃焼方法は、測定工程、判断工程、分級工程、粉砕工程、および、燃焼工程を有する。以下、図３のフローチャートを参照しつつ、各工程について説明する。
【００３７】
（測定工程）
まず、上流側副生炭ホッパ２１に貯蔵されている副生炭の一部をサンプルとして取り出し、副生炭の粒子径分布を測定する（ステップＳ１、以下、単にＳ１という。他も同じ）。粒子径分布の測定には、篩やレーザー回折散乱法が使用される。ここで、レーザー回折散乱法は、水に溶かした副生炭の粒子に照射したレーザーが回折・散乱される光の強度分布が各粒子径で異なることを利用するものである。なお、本実施形態では、上流側副生炭ホッパ２１から取り出したサンプルの粒子径分布を測定しているが、上流側副生炭ホッパ２１に貯蔵されている副生炭の全量について粒子径分布を測定してもよい。
【００３８】
（判断工程）
次に、測定した粒子径分布に基づいて、粒子径が基準値よりも大きい粒子が副生炭に含まれるか否かを判断する（Ｓ２）。ここで、基準値は、通常の副生炭の粒子径分布から、最大粒子径が５００μｍ以下であることに基づいて５００μｍに設定されている。そして、粒子径が５００μｍ以下の粒子からなる副生炭は粉砕しなくても高い燃焼性を示す。粒子径が基準値よりも大きい粒子が副生炭に含まれないと判断した場合には（Ｓ２：ＮＯ）、上流側副生炭ホッパ２１に貯蔵されている副生炭のすべてが、粒子径が基準値以下の粒子からなるとみなして、上流側副生炭ホッパ２１内の副生炭を下流側副生炭ホッパ２４に送る。下流側副生炭ホッパ２４内の副生炭は、微粉炭燃焼ボイラ２５で燃焼される（Ｓ６）。
【００３９】
このように、副生炭が、粒子径が基準値以下の粒子からなる場合には、副生炭を粉砕せずにそのまま燃焼させる。これにより、粉砕の機会を減少させることができるから、副生炭の粉砕に係る費用・動力を低減させることができる。
【００４０】
（分級工程）
一方、粒子径が基準値よりも大きい粒子が副生炭に含まれると判断した場合には（Ｓ２：ＹＥＳ）、上流側副生炭ホッパ２１内の副生炭を分級機２２に送る。分級機２２は、副生炭を、粒子径が基準値以下の粒子と、粒子径が基準値よりも大きい粒子とに分級する（Ｓ３）。分級には篩が好適に使用される。
【００４１】
そして、粒子径が基準値以下の粒子であるか否かを判断する（Ｓ４）。粒子径が基準値以下の粒子であると判断した場合には（Ｓ４：ＹＥＳ）、その粒子を下流側副生炭ホッパ２４に送る。下流側副生炭ホッパ２４内の副生炭は、微粉炭燃焼ボイラ２５で燃焼される（Ｓ６）。一方、粒子径が基準値よりも大きい粒子であると判断した場合には（Ｓ４：ＮＯ）、その粒子を粉砕機２３に送る。
【００４２】
（粉砕工程）
粉砕機２３は、分級機２２から送られてきた、粒子径が基準値よりも大きい粒子を粉砕して、粒子径が基準値以下の粒子にする（Ｓ５）。そして、その粒子を下流側副生炭ホッパ２４に送る。下流側副生炭ホッパ２４内の副生炭は、微粉炭燃焼ボイラ２５で燃焼される（Ｓ６）。
【００４３】
このように、粒子径が基準値よりも大きい粒子のみを粉砕するようにすることで、副生炭の粉砕に係る費用・動力を好適に低減させることができる。
【００４４】
（燃焼工程）
下流側副生炭ホッパ２４に送られた副生炭は、微粉炭燃焼ボイラ２５に供給される。微粉炭燃焼ボイラ２５は、下流側副生炭ホッパ２４から供給される、粒子径が基準値以下の粒子からなる副生炭を燃焼させる（Ｓ６）。微粉炭燃焼ボイラ２５で燃焼される副生炭には、他種の石炭や無灰炭が一切混合されていない。即ち、純度１００％の副生炭が微粉炭燃焼ボイラ２５で燃焼される。
【００４５】
なお、原料炭、天候、各製造プロセスなど同一の製造条件で製造された副生炭のロットが複数有る場合、粒子径分布は各ロットで同じであると推定される。そこで、同一の製造条件で製造された副生炭のロットが複数有る場合には、１つのロットについて測定工程および判断工程を行い、その他のロットについては、測定工程および判断工程を行ったロットと粒子径分布が同じであるとみなして、測定工程および判断工程を省略してもよい。
【００４６】
（燃焼性評価）
次に、副生炭を粉砕しないという条件下において、副生炭の燃焼性を評価した。本試験において使用した石炭サンプルの組成分析結果を表１に示す。使用した副生炭は豪州瀝青炭を原炭として生成した副生炭である。この副生炭は、原炭である豪州瀝青炭と比較して、揮発分が少なく、灰分が多いことを特徴としている。ここで、燃料比は、固定炭素を揮発分で除した値である。また、工業分析値および元素分析値は無水ベース（％−ＤＢ）、総発熱量はｋｃａｌ／ｋｇ−ＡＤ（気乾）、水分は気乾ベース（％−ＡＤ）である。
【００４７】
【表１】
2014163634.tif 000003
【００４８】
本試験において使用した副生炭の粒子径分布を図４に示す。図４に示めされた粒子径分布を見ると、７５μｍ以下の粒子が約５割、１５０μｍ以上５００μｍ以下の粒子が約３割含まれていることがわかる。また、本試験において使用した副生炭の粒子径は、全て５００μｍ以下である。
【００４９】
本試験では、副生炭を粉砕しない条件下での副生炭の燃焼性を評価するために、（１）粒子径が４５〜７５μｍの粒子からなる副生炭（ＨＰＣ−ＲＣ  ４５−７５μｍ）と、（２）粒子径が７５〜１５０μｍの粒子からなる副生炭（ＨＰＣ−ＲＣ  ７５−１５０μｍ）と、（３）粒子径が１５０〜４２５μｍの粒子からなる副生炭（ＨＰＣ−ＲＣ  １５０−４２５μｍ）と、（４）図４に示された粒子径分布の粒子から構成される、分級していない副生炭（ＨＰＣ−ＲＣ  Ｔｏｔａｌ）と、（５）実機ボイラで使用される、粒子径が４５〜７５μｍの粒子からなる豪州瀝青炭（豪州瀝青炭  ４５−７５μｍ）と、を比較した。
【００５０】
ここで、本試験における燃焼条件は、実機微粉炭炉の空気比と炉内温度（約１２００℃）とを考慮して決定した。具体的には、空気比を１．２、試験温度を１０００℃および１２００℃とした。ここで、空気比は供給空気量を理論空気量で除したものである。
【００５１】
本試験では、燃え切り性の指標として未燃率を用いて評価した。未燃率（Ｕｃ＊）は、下記に示すように、燃焼灰中の炭素分（灰中未燃炭素、Ｕｃ）と灰分含有率（Ａｓｈ）から求めることができる。未燃率は、その値が小さいほど燃焼性が良好であることを意味する。なお、灰分含有率を考慮しているのは、石炭銘柄によって灰分含有率が異なるためである。本試験では炉内の数箇所から燃焼灰を採取し、燃焼灰中に含まれる未燃炭素より未燃率を算出した。
【００５２】
【数１】
2014163634.tif 000004
【００５３】
図５、図６に未燃率の評価結果を示す。図５は試験温度が１０００℃のときの未燃率であり、図６は試験温度が１２００℃のときの未燃率である。副生炭の粒子径は、（１）（ＨＰＣ−ＲＣ  ４５−７５μｍ）、（２）（ＨＰＣ−ＲＣ  ７５−１５０μｍ）、（３）（ＨＰＣ−ＲＣ  １５０−４２５μｍ）、（４）（ＨＰＣ−ＲＣ  Ｔｏｔａｌ）の４条件であり、豪州瀝青炭の粒子径は、（５）（豪州瀝青炭  ４５−７５μｍ）の１条件とした。ここで、「４５−７５μｍ」とは、４５μｍ以上７５μｍ以下の篩上のサンプルを意味する。また、「Ｔｏｔａｌ」とは、７５μｍ以下の粒子を約５割含み、１５０μｍ以上５００μｍ以下の粒子を約３割含む、粒子径が図４のように分布した分級を行っていないサンプルである。
【００５４】
副生炭の粒子径に着目すると、最も未燃率が低いのは（１）（ＨＰＣ−ＲＣ  ４５−７５μｍ）であり、粒子径が大きくなるほど、未燃率が高くなることが確認された。これは、粒子径が大きくなるほど、チャー表面反応の完結時間が長くなるためである。一方、（４）（ＨＰＣ−ＲＣ  Ｔｏｔａｌ）の未燃率は、（２）（ＨＰＣ−ＲＣ  ７５−１５０μｍ）より高く、（３）（ＨＰＣ−ＲＣ  １５０−４２５μｍ）よりも低い結果となった。このことから、（４）（ＨＰＣ−ＲＣ  Ｔｏｔａｌ）に約３割含まれている１５０μｍ以上５００μｍ以下の粒子が未燃率を増大させる原因であると考えられる。この結果は、試験温度が１０００℃と１２００℃とで同様の傾向であることが確認された。
【００５５】
一般的な石炭では燃料比が高いほど未燃率が増大することが知られている。しかしながら、無灰炭の製造プロセスにより副生された副生炭は、燃料比が高いにも関わらず未燃率が低くなっている。この逆転現象について、図７に示す燃焼途中における粒子のＳＥＭ画像を用いて考察する。これらＳＥＭ画像は、試験温度が１０００℃での試験結果である。豪州瀝青炭と副生炭の燃焼途中の粒子には形状の違いが顕著に現れている。即ち、豪州瀝青炭は、上述の通り、反応性が低いとされるバルーン構造であるのに対し、副生炭は、軽石のように多孔質であり、表面形状が粗いスケルトン構造である。副生炭がこのような構造となった原因として、無灰炭の製造プロセスにおいて軟化溶融性を持つ成分が溶剤抽出によって除去されたことが考えられる。そして、このような構造が副生炭の燃焼性を向上させた理由であると推測される。
【００５６】
本試験における未燃率の結果から、（１）〜（４）の副生炭は、（５）の豪州瀝青炭と同程度の、良好な燃焼特性を有することがわかる。また、副生炭の未燃率は、粒子径が１５０μｍ以下であれば、豪州瀝青炭とほぼ同程度となることがわかる。
【００５７】
また、粒子径が５００μｍ以下の粒子からなる副生炭であれば、粒子径が１５０μｍ以上５００μｍ以下である粒子を３０重量％以下の割合で含む（４）の副生炭であっても、粉砕せずに燃焼させることができることがわかる。よって、このような副生炭を粉砕せずに燃焼させることで、粉砕の機会を減少させることができる。
【００５８】
（効果）
以上に述べたように、本実施形態に係る副生炭の燃焼方法によると、副生炭の粒子径分布に基づいて予め粒子径の基準値を設定し、粒子径が基準値よりも大きい粒子が副生炭に含まれるか否かを判断して、粒子径が基準値以下の粒子からなる副生炭を燃焼させる。ここで、一般的な石炭を燃焼させる場合には、燃焼性を良くするために微細な粒子に粉砕する必要がある。ところが、副生炭は一般的な石炭に比べて粒子径が大きくても高い燃焼性を示すという試験結果が得られている。そこで、副生炭が、粒子径が基準値以下の粒子からなる場合には、副生炭を粉砕せずにそのまま燃焼させる。これにより、粉砕の機会を減少させることができるから、副生炭の粉砕に係る費用・動力を低減させることができる。
【００５９】
また、粒子径が基準値よりも大きい粒子が含まれる副生炭については、粒子径が基準値よりも大きい粒子を粉砕して、粒子径が基準値以下の粒子にすることで、副生炭の粒子径をすべて基準値以下にしてから、副生炭を燃焼させる。このように、粒子径が基準値よりも大きい粒子のみを粉砕するようにすることで、副生炭の粉砕に係る費用・動力を好適に低減させることができる。
【００６０】
また、粒子径が５００μｍ以下の粒子からなり、且つ、粒子径が１５０μｍ以上５００μｍ以下である粒子を３０重量％以下の割合で含む副生炭については、粉砕を行うことなく、そのまま燃焼させる。一般に、石炭の微粉炭燃焼においては、最大粒子径が１５０μｍ以下であることが求められる。ところが、副生炭は、粒子径が５００μｍ以下の粒子からなるのであれば、粒子径が１５０μｍ以上５００μｍ以下である粒子を３０重量％以下の割合で含んでいても、粉砕なしで高い燃焼性を示す。そこで、このような副生炭を粉砕せずに燃焼させることで、粉砕の機会を減少させることができる。
【００６１】
（本実施形態の変形例）
以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００６２】
１  石炭ホッパ
２  溶剤タンク
３  スラリー調製槽
３ａ  攪拌機
４  移送ポンプ
５  予熱器
６  抽出槽
６ａ  攪拌機
７  重力沈降槽
８  フィルターユニット
９，１０  溶剤分離器
２０  副生炭燃焼設備
２１  上流側副生炭ホッパ
２２  分級機
２３  粉砕機
２４  下流側副生炭ホッパ
２５  微粉炭燃焼ボイラ
１００  無灰炭製造設備
【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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