【手続補正書】
【提出日】平成27年3月4日(2015.3.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
隔壁、仕切り板としては、各乾留ユニット、各ミニ乾留炉を上部から下部まで仕切るようにして配設され、区切られた内部の温度を制御する為の加熱手段を備えた構造のものを好適に用いる。また、加熱手段は上部から順に複数段階に分けるように仕切り板に配設することもできる。複数段階に加熱手段を分けた場合、各段階の温度を調整して乾留工程で乾留速度を急激にしたり、緩やかにする、などの加温パターンを制御し、高品位炭を高効率で得るための条件設定が容易になり、生産性に優れる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
原料炭としては、褐炭を乾燥したものが好適に用いられる。褐炭の他には亜炭、亜瀝青炭等も同様にして用いることが出来る。また、褐炭には、ビクトリア炭、ノースダコタ炭、ベルガ炭等が存在するが同様にして用いることが出来る。これらの石炭は、低灰分、低硫黄という好ましい性質があるが、多孔質なので高含水率になる傾向があり、水分が多く含まれているので、カロリーが低くなり、低品位炭として取り扱われている。これら多孔質で高い含水量を有するものを同様にして用いることが出来る。（以後これらの石炭を総称して低石炭化度炭という。また、乾燥する高含水率の低石炭化度炭としては、含水量が約２０％を越えるものであれば、その名称、産地は特に問わない。）
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
乾留温度としては、３００℃〜９００℃、好ましくは３００℃〜８００℃が好適に用いられる。これにより炉材の材料が高温に耐える特殊材料の使用を減らすことができる。乾燥炭を乾留炉の炉頂から挿入され乾燥炭の粒子群が膨張した後収縮し重力によって順次落下する間に、粒子と向流あるいは並流する高温の水蒸気や窒素ガスあるいは炭酸ガスと連続的に接触し乾留が行われ固定炭素を得ることができる。また、炉内に投入されるガスは広い範囲の流速が利用出来る。一般に層内温度の均一化が困難であるが、本発明は、乾留炉内に、乾留ユニット、ミニ乾留炉を持ち、それぞれの壁面にパイプ状の加熱手段を備えているので各層内の温度均一化が可能で固定炭素の収率を高くすることが出来る。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の固定炭素製造装置であって、前記乾留炉の加熱温度が３５０℃〜５００℃である構成を有している。
この構成により、請求項１で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）３５０℃〜５００℃の低温で乾留を行うので、炭化水素ガス（揮発分）が抜け、高品位の石炭への転換が進むことができ、燃料比２以上の高品位炭を得ることが出来る。
（２）低温で乾留を行うことが出来るので、装置自体のコスト及び、投入熱量において省コスト性に優れる。
（３）また、熱分解温度が低い為、固定炭素製造装置前後も含め設備を構成する材料の制約が少なく安全性や装置の設計自由度に優れる。
（４）さらに、熱分解温度が低く、タール等の重質油成分を保持したまま乾留することが出来るので重質油成分による障害（固着やコーキング、リアクターの閉塞など）問題を解決することができるので操業安定性、安全性に優れる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
ここで、乾留炉の加熱温度としては、３５０℃〜５００℃が好適に用いられる。好ましくは３５０℃〜４５０℃が好適に用いられる。加熱温度が３５０℃を下回ると燃料比が低くなり好ましくなく、４５０℃を超えると、投入熱量に対する効果が小さくなる傾向にあり好ましくない。また、加熱温度が高くなるにつれ乾留により抜ける炭化水素ガス（揮発分）が多くなるが、それに伴い、重質油分が多くなる、これにより、リアクターの閉塞等の問題が多くなる傾向にあり同様に好ましくない。よって３５０℃〜４５０℃の範囲で温度管理を行うことで、固定炭素内に重質油を保持したまま乾留を行うことが出来るのでリアクターの閉塞等の問題が起こらず、安定操業に大きく寄与することができる。また、一般に低石炭化度炭は５００℃を超えて加熱すると亀裂が増え微粉が発生し未燃炭が増加し、熱分解ガスは、酸素濃度が高いと易燃焼成分の着火や、微粉炭の爆発の危険があるので、酸素濃度の制御やスチームの添加等装置の運転制御が困難で安全性や運転性に欠ける。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の固定炭素製造装置であって、前記ミニ乾留炉内に邪魔板や金属メッシュ、穴の開けた金属板を備えた構成を有している。
この構成により、請求項１又は２で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）邪魔板や金属メッシュ、多数の穴をあけた金属板等（以後邪魔板等という）をミニ乾留炉内に配設しているので、邪魔板等をミニ乾留炉ごとの原料炭の流速を調整する為に適宜配置することができ、製品ムラや固定炭素の収率を安定させることが可能で製品収率に優れる。
（２）乾留炉内に邪魔板等を配置しているので炉内にいて補強部材の役目を果たすので強度に優れる。
（３）また、これらの邪魔板等が温められることで、乾留炉内の温度均一化に貢献できるので製品収率に優れる。
（４）邪魔板等があるので、上部から投入された原料炭が乾留炉をスルーしてしまう心配が無く品質の安定性に優れる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
ここで、邪魔板等としては、乾留炉において固定炭素の落下方向に対して角度をつけて配置することもできる。また、金属メッシュや、多数の穴をあけた金属板はミニ乾留炉内に全面に設置しても良いし、部分的に設置しても良い。この場合も同様に角度をつけて配置することもできる。また、これらの邪魔板の応用として、邪魔板の替わりに炉内にパイプ状の加熱手段を設けても良い。そうすることで、より層内の温度の均一化が容易で、固定炭素の製品収率に優れる。多数穴をあけた金属板を備える場合、乾留される乾燥炭は金属板上で滞留し、向流で流される乾留ガスによってそこで撹拌されながら落下するので炉内での反応時間を長くすることが可能で固定炭素の製品収率に優れる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
不活性ガスとしては、窒素ガスが好適に用いられる。窒素ガスは、酸素分離器で分離された窒素ガスをもちいてもよい。窒素ガスは復水器の熱水で加熱された空気予熱器で加熱されるようにしてもよい。この場合、酸素濃度が低いので、自然酸化し昇温し易く発火し易い低石炭化度炭の発火を防ぎ、より高い温度で乾燥することができる。また、酸素分離器で分離された窒素ガスは相対湿度が低いので、乾燥効率を大きくすることができる。更に、廃熱を利用し、別途熱エネルギーを要しないので、環境に優しく省エネルギー性に優れる。また、乾燥によって排出される高湿度排ガスから清浄水を回収でき水の有効利用が図れる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
【図１】実施の形態における固定炭素製造装置の模式図
【図２】模擬移動層間接加熱乾留炉の概要図
【図３】乾留温度に応じた乾留炭分析結果を示すグラフ
【図４】乾留温度に応じた乾留炭熱重量分析結果を示すグラフ
【図５】乾留炉内褐炭の温度変化を示すグラフ
【図６】褐炭乾留処理温度による固定炭素各種燃焼関連成分変化を示すグラフ
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
図３及び（表１）は乾留温度に応じた乾留炭分析結果を示すグラフである。詳しくは、図２の模擬移動層間接加熱乾留炉２０を用いて実験終了後に残存した固体の質量に基づいて求めた各コンテナの固体収率を示したものが図３である。
このときコンテナ炉２１の１番から６番までが炉を通過済みで、７番から１１番までが熱分解帯の２００℃から５９５℃、１２番から１５番までが１６５℃によって加熱される部分で略１４０℃程度である。
コンテナ炉２１の１番における炭化物収率は５６質量％で、コンテナ炉２１の２番から６番にかけてより下段にいくほど炭化物収率が増加し、コンテナ炉２１の６番では５８．７質量％に達した。これは上段のコンテナから生成する重質油を含む揮発成分が下段の褐炭炭化、半炭化物と接触し、重質油の収着、重質油・褐炭共炭化により炭化物の収率が増加した結果によるものである。また、コンテナ炉２１の１２番以降では、主として重質油の収着に由来すると考えられる自重の１０〜２０％の重量増加が認められる。また、反応器下流（コンテナ炉２１の１２番〜１５番）において生成ガス及び凝縮成分を回収し、これらの生成物回収率は９９％以上であった。回収した凝縮成分を分析した結果、炉内に低温部が存在することで高沸点重質油の凝縮、さらにここに存在する褐炭粒子による重質油補足により、軽質油成分の選択的製造が可能で、図３及び（表１）に示すように２００℃〜５９５℃温度域において移動層間接加熱乾留炉で乾留が急速に進み、固定炭素内に重質油成分を留めることが可能であることがわかる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
（実験例２）・・・熱重量分析による評価試験
実験例２では、熱重量分析を用いて乾留温度について検討した。
図４及び（表２）、（表３）は乾留温度に応じた乾留炭熱重量分析結果を示すグラフである。詳しくは、褐炭の熱分解による乾留温度を確認する為、Ｌｏｙ  Ｙａｎｇ褐炭（生炭）を室温、大気中で予備加熱乾燥して水分含有率を２０質量％前後に低下させ、ついで粉砕・分級によって粒子径を０．３から０．５ｍｍに揃え、１１０℃の不活性ガス雰囲気で乾燥し、水分を除去したものを熱重量分析装置（ＳＩＩ  ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製：ＥＸＳＴＡＲ  ＴＧ／ＤＴＡ６０００）を用いて測定した結果である。
図４及び（表２）、（表３）に示すように３５０℃前後から褐炭重量が減少し始めており、この温度から乾留が顕著になることが確認できる。また、固定層乾留炉において同様の試料を窒素気流中で、昇温速度１０℃／ｍｉｎ、ピーク温度における保持時間を０秒とし、５００℃、５５０℃、６００℃、６５０℃で乾留した。この時の、固定炭素収率と温度の関係を図４中にプロットした。これを確認すると、熱重量分析の結果が乾留炉での温度定義と良好な相関関係にあることが分かる。（表２）に図４の乾留炭熱重量分析の結果を、（表３）に図４中の固定炭素収率と温度の関係を示したプロットを示す。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
（実験例３）・・・高品位転化温度実証試験
実験例３では、低石炭化度炭の高品位転化に必要な温度について検討した。
図５及び（表４）は、乾留炉内褐炭の温度変化を示すグラフである。詳しくは、Ｌｏｙ  Ｙａｎｇ褐炭（生炭）を、横置きの管状炉にＮ2ガスを流通させた状態で炉内温度を各測定温度まで上昇させ、その時の温度変化時間と各温度を測定した。
図５に示すように、１００℃付近で水分が蒸発した後も、緩やかに温度は上昇し、設定温度が３００℃であっても潜熱成分があり、高品位炭への転換が起こっていることがわかる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
（実験例４）・・・乾留温度効果試験
実験例４では、乾留温度と得られる固定炭素の性能について検討した。
図６及び（表５）は、褐炭乾留処理温度による固定炭素各種燃焼関連成分変化を示すグラフである。詳しくは、Ｌｏｙ  Ｙａｎｇ褐炭（生炭）を室温、大気中で予備加熱乾燥して水分含有率を略２０質量％に低下させたものを、横置きの管状炉にＮ2ガスを流通させた状態で炉内温度を４００℃、６００℃、７００℃、８００℃まで上昇させ、その時の固有水分、揮発分、灰分、固定炭素収率（％）、燃料比を測定した。
図６及び（表５）に示すように、４００℃で処理したものは、燃料比２．５であり、ニューランズ炭のような瀝青炭並みの燃料比を実現していることがわかる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
【表５】
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【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
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