(57)【要約】【課題】本発明は、無灰炭の冷却に必要な冷却水の低減及び無灰炭の熱量の再利用により無灰炭の製造コストを低減できる無灰炭の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の無灰炭の製造方法は、石炭及び溶剤を混合する工程と、上記混合工程で得られるスラリーを加熱する工程と、上記加熱工程で得られる石炭成分が溶剤に溶解した溶液をスラリーから分離する工程と、上記分離工程で分離した上記溶液から溶剤を蒸発させる工程と、上記蒸発工程で得られる液状の無灰炭を冷却媒体と熱交換する工程とを備え、上記熱交換工程における冷却媒体を上記混合工程における溶剤として用いる。上記加熱工程、上記分離工程、又は上記蒸発工程で溶剤を回収する工程をさらに備え、上記回収工程で回収した溶剤を上記熱交換工程の冷却媒体として用いるとよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭及び溶剤を混合する工程と、
上記混合工程で得られるスラリーを加熱する工程と、
上記加熱工程で得られる石炭成分が溶剤に溶解した溶液をスラリーから分離する工程と、
上記分離工程で分離した上記溶液から溶剤を蒸発させる工程と、
上記蒸発工程で得られる液状の無灰炭を冷却媒体と熱交換する工程と
を備え、
上記熱交換工程における冷却媒体を上記混合工程における溶剤として用いる無灰炭の製造方法。
【請求項２】
上記加熱工程、上記分離工程、又は上記蒸発工程で溶剤を回収する工程をさらに備え、
上記回収工程で回収した溶剤を上記熱交換工程の冷却媒体として用いる請求項１に記載の無灰炭の製造方法。
【請求項３】
石炭及び溶剤を混合する混合部と、
上記混合部で得られるスラリーを加熱する加熱部と、
上記加熱部で得られる石炭成分が溶剤に溶解した溶液をスラリーから分離する固液分離部と、
上記固液分離部で分離した上記溶液から溶剤を蒸発させる溶剤分離部と、
上記溶剤分離部で得られる液状の無灰炭を冷却媒体と熱交換する熱交換部と、
上記熱交換部で熱交換後の冷却媒体を上記混合部へ供給する冷却媒体送出流路と
を備える無灰炭の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無灰炭の製造方法及び無灰炭の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭は、火力発電やボイラーの燃料又は化学品の原料として幅広く利用されており、環境対策の一つとして石炭中の灰分を効率的に除去する技術の開発が強く望まれている。例えば、ガスタービン燃焼による高効率複合発電システムでは、ＬＮＧ等の液体燃料に代わる燃料として、灰分が除去された無灰炭（ＨＰＣ）を使用する試みがなされている。また高炉用コークス等の製鉄用コークスの原料炭として、無灰炭を使用する試みがなされている。
【０００３】
無灰炭の製造方法としては、重力沈降法を用いてスラリーから溶剤に可溶な石炭成分（以下、溶剤可溶成分とも言う）を含む溶液を分離する方法が提案されている（例えば特開２００９−２２７７１８号公報）。この方法は、石炭及び溶剤を混合してスラリーを調製するスラリー調製工程と、スラリー調製工程で得られたスラリーを加熱して溶剤可溶成分を抽出する抽出工程とを備える。さらにこの方法は、抽出工程で溶剤可溶成分が抽出されたスラリーから溶剤可溶成分が溶解した溶液を分離する溶液分離工程と、溶液分離工程で分離された溶液から溶剤を分離して無灰炭を得る無灰炭取得工程とを備える。
【０００４】
上記無灰炭取得工程で得られる無灰炭は、溶剤を分離した段階では高温状態にあり、流動性を有している。この無灰炭を製品として安全に回収するには、上記高温の無灰炭を冷却し、固化する必要がある。
【０００５】
この無灰炭の冷却には、水を用いた間接冷却法が一般に用いられる。上記間接冷却法では、例えば無灰炭をスクリューコンベア内部に供給し、このスクリューコンベア外壁やシャフトに冷却水を供給することで無灰炭を冷却する。また、この冷却水は冷却塔設備に送られ、冷却された後に再利用されるが、この再利用の際の冷却コストの観点から、供給される冷却水と回収される冷却水との温度差は比較的低く設定されている。
【０００６】
ところが、このように供給される冷却水と回収される冷却水との温度差を低く設定すると、単位量当たりの冷却水により回収できる熱量が限られる。このため、高温で大きな熱量を有する無灰炭を冷却するためには、比較的多量の冷却水を循環させる必要がある。また、冷却水により回収された無灰炭の熱量は再利用されることなく冷却塔設備で廃棄される。このため、製造コスト低減の観点から無灰炭の冷却に必要な冷却水の低減及び無灰炭の熱量の再利用が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２２７７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、無灰炭の冷却に必要な冷却水の低減及び無灰炭の熱量の再利用により無灰炭の製造コストを低減できる無灰炭の製造方法及び無灰炭の製造装置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】
【０００９】
上記課題を解決するためになされた発明は、石炭及び溶剤を混合する工程と、上記混合工程で得られるスラリーを加熱する工程と、上記加熱工程で得られる石炭成分が溶剤に溶解した溶液をスラリーから分離する工程と、上記分離工程で分離した上記溶液から溶剤を蒸発させる工程と、上記蒸発工程で得られる液状の無灰炭を冷却媒体と熱交換する工程とを備え、上記熱交換工程における冷却媒体を上記混合工程における溶剤として用いる無灰炭の製造方法である。
【００１０】
当該無灰炭の製造方法は、熱交換工程において無灰炭を冷却する冷却媒体を上記混合工程における溶剤として用いる。当該無灰炭の製造方法は、このように混合工程で用いる溶剤で無灰炭を冷却するので、新たに冷却媒体を導入することなく冷却水の使用量を低減できる。また、当該無灰炭の製造方法は、熱交換工程において無灰炭の熱量を回収した冷却媒体を混合工程における溶剤として用いるので、無灰炭の熱量が再利用され、混合工程で得られるスラリーの温度が高められる。これにより加熱工程で加熱に必要な熱量が低減できる。従って、当該無灰炭の製造方法を用いることで無灰炭の製造コストを低減できる。
【００１１】
上記加熱工程、上記分離工程、又は上記蒸発工程で溶剤を回収する工程をさらに備え、上記回収工程で回収した溶剤を上記熱交換工程の冷却媒体として用いるとよい。上記加熱工程、上記分離工程、又は上記蒸発工程で回収される溶剤を回収して上記熱交換工程の冷却媒体として用いることで、新たに供給する冷却媒体の使用量を低減できる。
【００１２】
上記課題を解決するためになされた別の発明は、石炭及び溶剤を混合する混合部と、上記混合部で得られるスラリーを加熱する加熱部と、上記加熱部で得られる石炭成分が溶剤に溶解した溶液をスラリーから分離する固液分離部と、上記固液分離部で分離した上記溶液から溶剤を蒸発させる溶剤分離部と、上記溶剤分離部で得られる液状の無灰炭を冷却媒体と熱交換する熱交換部と、上記熱交換部で熱交換後の冷却媒体を上記混合部へ供給する冷却媒体送出流路とを備える無灰炭の製造装置である。
【００１３】
当該無灰炭の製造装置は、熱交換部で熱交換後の冷却媒体を上記混合部へ供給する冷却媒体送出流路を備えるので、無灰炭を冷却する冷却媒体を上記混合部における溶剤として用いることができる。このため、当該無灰炭の製造装置を用いることで、新たに冷却媒体を導入することなく冷却水の使用量が低減できる。また、当該無灰炭の製造装置は、無灰炭の熱量を回収した冷却媒体を混合部で混合される溶剤として用いることができるので、無灰炭の熱量をスラリーの加熱に再利用できる。従って、当該無灰炭の製造装置を用いることで、無灰炭の製造コストが低減できる。
【００１４】
ここで、無灰炭（ハイパーコール、ＨＰＣ）とは、石炭を改質した改質炭の一種であり、溶剤を用いて石炭から灰分と非溶解性成分とを可能な限り除去した改質炭である。しかしながら、無灰炭の流動性や膨張性を著しく損ねない範囲で、無灰炭は灰分を含んでもよい。一般に石炭は７質量％以上２０質量％以下の灰分を含むが、無灰炭においては２質量％程度、場合によっては５％質量程度の灰分を含んでもよい。なお、「灰分」とは、ＪＩＳ−Ｍ８８１２：２００４に準拠して測定される値を意味する。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明の無灰炭の製造方法及び製造装置は、無灰炭の冷却に必要な冷却水の低減及び無灰炭の熱量の再利用ができる。従って、本発明の無灰炭の製造方法及び製造装置を用いることで、冷却水の使用及びスラリーの加熱熱量に伴う無灰炭の製造コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第一実施形態の無灰炭の製造装置を示す概略図である。
【図２】比較例１の無灰炭及び冷却水の温度変化を示すグラフである。
【図３】実施例１の無灰炭及び溶剤の温度変化を示すグラフである。
【図４】実施例２の無灰炭、溶剤及び冷却水の温度変化を示すグラフである。
【図５】実施例３の無灰炭、溶剤及び冷却水の温度変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る無灰炭の製造装置及び製造方法の実施形態について詳説する。
【００１８】
〔無灰炭の製造装置〕
図１の無灰炭の製造装置は、石炭供給部１と、溶剤供給部２と、混合部３と、ポンプ４と、加熱部５と、固液分離部６と、第１溶剤分離部７と、第２溶剤分離部８と、熱交換部９とを主に備える。また、当該無灰炭の製造装置は、溶剤を熱交換部９へ供給する冷却媒体供給流路１００と、加熱部５で回収される溶剤を熱交換部９へ供給する第１溶剤回収流路１０１と、固液分離部６で回収される溶剤を熱交換部９へ供給する第２溶剤回収流路１０２と、第１溶剤分離部７で回収される溶剤を熱交換部９へ供給する第３溶剤回収流路１０３と、第２溶剤分離部８で回収される溶剤を熱交換部９へ供給する第４溶剤回収流路１０４と、熱交換部９で熱交換後の冷却媒体を溶剤供給部２へ供給する冷却媒体送出流路１１０とを備える。
【００１９】
＜石炭供給部＞
石炭供給部１は、石炭を混合部３へ供給する。石炭供給部１としては、常圧状態で使用される常圧ホッパー、常圧状態及び加圧状態で使用される加圧ホッパー等の公知の石炭ホッパーを用いることができる。
【００２０】
石炭供給部１から供給する石炭としては、様々な品質の石炭を用いることができる。例えば無灰炭の抽出率の高い瀝青炭や、より安価な劣質炭（亜瀝青炭や褐炭）が好適に用いられる。また、石炭を粒度で分類すると、細かく粉砕された石炭が好適に用いられる。ここで「細かく粉砕された石炭」とは、例えば石炭全体の質量に対する粒度１ｍｍ未満の石炭の質量割合が８０％以上である石炭を意味する。また、石炭供給部１から供給する石炭として塊炭を用いることもできる。ここで「塊炭」とは、例えば石炭全体の質量に対する粒度５ｍｍ以上の石炭の質量割合が５０％以上である石炭を意味する。塊炭は、細かく粉砕された石炭に比べて石炭の粒度が大きいため、後述する固液分離部６での分離を効率化することができる。ここで、「粒度（粒径）」とは、ＪＩＳ−Ｚ８８１５（１９９４）のふるい分け試験通則に準拠して測定した値をいう。なお、石炭の粒度による仕分けには、例えばＪＩＳ−Ｚ８８０１−１（２００６）に規定する金属製網ふるいを用いることができる。
【００２１】
また、溶出時間の短縮という観点から、石炭供給部１から供給する石炭として劣質炭を多く含むものを用いることが好ましい。供給する石炭全体における劣質炭の割合の下限としては、８０質量％が好ましく、９０質量％がより好ましい。供給する石炭に含まれる劣質炭の割合が上記下限未満であると、溶剤可溶成分を溶出する時間が長くなるおそれがある。
【００２２】
上記劣質炭の炭素含有率の下限としては、７０質量％が好ましい。一方、上記劣質炭の炭素含有率の上限としては、８５質量％が好ましく、８２質量％がより好ましい。上記劣質炭の炭素含有率が上記下限未満であると、溶剤可溶成分の溶出率が低下するおそれがある。逆に、上記劣質炭の炭素含有率が上記上限を超えると、供給する石炭のコストが高くなるおそれがある。
【００２３】
なお、石炭供給部１から混合部３へ供給する石炭として、少量の溶剤を混合してスラリー化した石炭を用いてもよい。石炭供給部１からスラリー化した石炭を混合部３へ供給することにより、混合部３において石炭が溶剤と混合し易くなり、石炭をより早く溶解させることができる。ただし、スラリー化する際に混合する溶剤の量が多いと、加熱部５でスラリーを溶出温度まで昇温するための熱量が不必要に大きくなるため、製造コストが増大するおそれがある。
【００２４】
＜溶剤供給部＞
溶剤供給部２は、溶剤を混合部３へ供給する。上記溶剤供給部２は、溶剤を貯留する溶剤タンクを有し、この溶剤タンクから溶剤を混合部３へ供給する。
【００２５】
石炭と混合する溶剤は、石炭を溶解するものであれば特に限定されないが、例えば石炭由来の２環芳香族化合物が好適に用いられる。この２環芳香族化合物は、基本的な構造が石炭の構造分子と類似していることから石炭との親和性が高く、比較的高い抽出率を得ることができる。石炭由来の２環芳香族化合物としては、例えば石炭を乾留してコークスを製造する際の副生油の蒸留油であるメチルナフタレン油、ナフタレン油等を挙げることができる。
【００２６】
上記溶剤の沸点は、特に限定されないが、例えば上記溶剤の沸点の下限としては、１８０℃が好ましく、２３０℃がより好ましい。一方、上記溶剤の沸点の上限としては、３００℃が好ましく、２８０℃がより好ましい。上記溶剤の沸点が上記下限未満であると、溶剤が揮発し易くなるため、スラリー中の石炭と溶剤との混合比の調製及び維持が困難となるおそれがある。逆に、上記溶剤の沸点が上記上限を超えると、溶剤可溶成分と溶剤との分離が困難となるため、溶剤の回収率が低下するおそれがある。
【００２７】
溶剤供給部２における溶剤の温度の下限としては、４０℃が好ましく、５０℃がより好ましい。一方、上記溶剤の温度の上限としては、２２０℃が好ましく、１７０℃がより好ましい。上記溶剤の温度が上記下限未満であると、後述する加熱部５でスラリーを溶出温度まで昇温するための熱量が大きくなるため、製造コストが増大するおそれがある。逆に、上記溶剤の温度が上記上限を超えると、溶剤が揮発し易くなるため、スラリー中の石炭と溶剤との混合比の調製及び維持が困難となるおそれがある。
【００２８】
＜混合部＞
混合部３は、石炭供給部１より供給される石炭及び溶剤供給部２から供給される溶剤を混合する。
【００２９】
上記混合部３は、調製槽３１を有する。この調製槽３１には、供給管を介して上記溶剤及び石炭が供給される。調製槽３１は、供給された溶剤及び石炭が混合されたスラリーを貯留する。また、上記調製槽３１は、撹拌機３１ａを有している。調製槽３１は、混合したスラリーを撹拌機３１ａで撹拌しながら保持することによりスラリーの混合状態を維持する。
【００３０】
調製槽３１におけるスラリー中の無水炭基準での石炭濃度の下限としては、１０質量％が好ましく、１３質量％がより好ましい。一方、上記石炭濃度の上限としては、２５質量％が好ましく、２０質量％がより好ましい。上記石炭濃度が上記下限未満であると、後述する加熱部５で溶出される溶剤可溶成分の溶出量がスラリー処理量に対して少なくなるため、無灰炭の製造効率が低下するおそれがある。逆に、上記石炭濃度が上記上限を超えると、溶剤中で上記溶剤可溶成分が飽和するため、上記溶剤可溶成分の溶出率が低下するおそれがある。
【００３１】
なお、混合部３の調製槽３１で調製されたスラリーは、供給管を介して加熱部５へ送られる。
【００３２】
＜ポンプ＞
ポンプ４は、混合部３から加熱部５へスラリーを供給する供給管に配設されている。このポンプ４は、混合部３の調製槽３１に貯留されているスラリーを、供給管を介して加熱部５へ圧送する。
【００３３】
上記ポンプ４の種類は、供給管を介して上記スラリーを加熱部５へ圧送できるものであれば特に限定されないが、例えば容積型ポンプ又は非容積型ポンプを用いることができる。より具体的には、容積型ポンプとしてダイヤフラムポンプやチューブフラムポンプ等を用いることができ、非容積型ポンプとして渦巻ポンプ等を用いることができる。
【００３４】
＜加熱部＞
加熱部５は、上記混合部３で得られるスラリーを加熱する。この加熱により溶剤に可溶な石炭成分を石炭から溶出することができる。上記加熱部５は、予熱器５１及び抽出槽５２を有する。
【００３５】
予熱器５１は、スラリーを所定温度まで加熱する。予熱器５１は、予熱器５１内を通過するスラリーを加熱できるものであれば特に限定されないが、例えば抵抗加熱式ヒーターや誘導加熱コイルが挙げられる。また、熱媒を用いて加熱を行ってもよい。例えば予熱器５１を通過するスラリーの流路の周囲に加熱管を配し、この加熱管に蒸気、油等の熱媒を供給することで予熱器５１内を通過するスラリーを加熱することができる。
【００３６】
予熱器５１による加熱後のスラリーの温度の下限としては、３００℃が好ましく、３６０℃がより好ましい。一方、上記スラリーの温度の上限としては、溶出可能な温度であれば特に限定されないが、４２０℃が好ましく、４００℃がより好ましい。上記スラリーの温度が上記下限未満であると、石炭を構成する分子間の結合を十分に弱められず、溶出率が低下するおそれがある。逆に、上記スラリーの温度が上記上限を超えると、スラリーの温度を維持するための熱量が不必要に大きくなるため、製造コストが増大するおそれがある。
【００３７】
抽出槽５２には、上記予熱器５１で加熱されたスラリーが供給される。上記抽出槽５２では、このスラリーの温度を保持しながら溶剤に可溶な石炭成分が石炭から溶出される。また、上記抽出槽５２は、撹拌機５２ａを有している。この撹拌機５２ａによりスラリーを撹拌することで上記溶出を促進できる。
【００３８】
加熱部５での加熱時間は、特に限定されないが、溶剤可溶成分の抽出量と抽出効率との観点から１０分以上７０分以下が好ましい。ここで、「加熱部５での加熱時間」は、予熱器５１及び抽出槽５２での加熱時間を合計したものである。
【００３９】
また、加熱部５の抽出槽５２で加熱されるスラリーに含まれる溶剤は、その一部が蒸発する。この蒸発した溶剤は３００℃以上４２０℃以下程度の蒸気であり、抽出槽５２の上部に溜まり、第１溶剤回収流路１０１を介して熱交換部９へ供給される。具体的には、第１溶剤回収流路１０１は冷却媒体供給流路１００に接続されており、上記溶剤は第１溶剤回収流路１０１上に配設された熱交換器１０１ａにより冷却され液化された後、冷却媒体として熱交換部９へ供給される。
【００４０】
この抽出槽５２から回収される溶剤の温度は、冷却後において１００℃以上１５０℃以下程度である。また、回収される上記溶剤の量は、製造される無灰炭１ｋｇ当たりについて０．５ｋｇ以上０．７ｋｇ以下程度である。
【００４１】
＜固液分離部＞
固液分離部６は、上記加熱部５で得られる石炭成分が溶剤に溶解した溶液と、溶剤不溶成分を含む固形分濃縮液とをスラリーから分離する。なお、溶剤不溶成分とは、主に抽出用溶剤に不溶な灰分と不溶石炭とで構成されており、抽出用溶剤も含まれている抽出残分をいう。
【００４２】
固液分離部６における上記分離は、具体的には重力沈降法により行うことができる。ここで重力沈降法とは、重力を利用して固形分を沈降させて固液分離する分離方法である。
【００４３】
当該無灰炭の製造装置は、スラリーを固液分離部６内に連続的に供給しながら、溶剤可溶成分を含む溶液を上部から排出し、溶剤不溶成分を含む固形分濃縮液を下部から排出することができる。これにより連続的な固液分離処理が可能となる。
【００４４】
溶剤可溶成分を含む溶液は、固液分離部６の上部に溜まる。この溶液は必要に応じてフィルターユニットを用いて濾過した後、第１溶剤分離部７に排出される。一方、溶剤不溶成分を含む固形分濃縮液は、固液分離部６の下部に溜まり、第２溶剤分離部８に排出される。
【００４５】
固液分離部６内でスラリーを維持する時間は、特に限定されないが、例えば３０分以上１２０分以下であり、この時間内で固液分離部６内の沈降分離が行われる。なお、石炭として塊炭を使用する場合には、沈降分離が効率化されるので、固液分離部６内でスラリーを維持する時間を短縮できる。
【００４６】
固液分離部６内は、加熱及び加圧することが好ましい。固液分離部６内の加熱温度の下限としては、３００℃が好ましく、３５０℃がより好ましい。一方、固液分離部６内の加熱温度の上限としては、４２０℃が好ましく、４００℃がより好ましい。上記加熱温度が上記下限未満であると、溶剤可溶成分が再析出し、分離効率が低下するおそれがある。逆に、上記加熱温度が上記上限を超えると、加熱のための運転コストが高くなるおそれがある。
【００４７】
また、固液分離部６内の圧力の下限としては、１ＭＰａが好ましく、１．４ＭＰａがより好ましい。一方、上記圧力の上限としては、３ＭＰａが好ましく、２ＭＰａがより好ましい。上記圧力が上記下限未満であると、溶剤可溶成分が再析出し、分離効率が低下するおそれがある。逆に、上記圧力が上記上限を超えると、加圧のための運転コストが高くなるおそれがある。
【００４８】
なお、上記溶液及び固形分濃縮液を分離する方法としては、重力沈降法に限られず、例えば濾過法や遠心分離法を用いてもよい。固液分離方法として濾過法や遠心分離法を用いる場合、固液分離部６として濾過器や遠心分離器などが使用される。
【００４９】
また、固液分離部６で加熱されるスラリーに含まれる溶剤は、その一部が蒸発する。この蒸発した溶剤は３００℃以上４２０℃以下程度の蒸気であり、固液分離部６の上部に溜まり、第２溶剤回収流路１０２を介して熱交換部９へ供給される。具体的には、第２溶剤回収流路１０２は冷却媒体供給流路１００に接続されており、上記溶剤は第２溶剤回収流路１０２上に配設された熱交換器１０２ａにより冷却され液化された後、冷却媒体として熱交換部９へ供給される。
【００５０】
この固液分離部６から回収される溶剤の温度は、冷却後において１００℃以上１５０℃以下程度であり、常圧で液体である。また、回収される上記溶剤の量は、製造される無灰炭１ｋｇ当たりについて０．５ｋｇ以上０．７ｋｇ以下程度である。
【００５１】
＜第１溶剤分離部＞
第１溶剤分離部７は、上記固液分離部６で分離した上記溶液から溶剤を蒸発させる。この溶剤の蒸発分離により無灰炭（ＨＰＣ）が得られる。
【００５２】
このようにして得られる無灰炭は、灰分が５質量％以下又は３質量％以下であり、灰分をほとんど含まず、水分は皆無であり、また例えば原料石炭よりも高い発熱量を示す。さらに無灰炭は、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が大幅に改善され、例えば原料石炭よりも遥かに優れた流動性を示す。従って無灰炭は、コークス原料の配合炭として使用することができる。
【００５３】
溶剤を蒸発分離する方法としては、一般的な蒸留法や蒸発法（スプレードライ法等）を含む分離方法を用いることができる。上記溶液からの溶剤の分離により、上記溶液から実質的に灰分を含まない無灰炭を得ることができる。
【００５４】
なお、第１溶剤分離部７で得られる無灰炭は液状であり、その温度は２００℃以上３５０℃以下程度である。
【００５５】
また、第１溶剤分離部７で蒸発させた溶剤は、２５０℃以上３５０℃以下程度の蒸気であり、第３溶剤回収流路１０３を介して熱交換部９へ供給される。具体的には、第３溶剤回収流路１０３は冷却媒体供給流路１００に接続されており、上記溶剤は第３溶剤回収流路１０３上に配設された熱交換器１０３ａにより冷却され液化された後、冷却媒体として熱交換部９へ供給される。
【００５６】
この第１溶剤分離部７から回収される溶剤の温度は、冷却後において１８０℃以上２５０℃以下程度である。また、回収される上記溶剤の量は、製造される無灰炭１ｋｇ当たりについて８ｋｇ以上１２ｋｇ以下程度である。
【００５７】
＜第２溶剤分離部＞
第２溶剤分離部８は、固液分離部６で分離された上記固形分濃縮液から、溶剤を蒸発分離させて副生炭（ＲＣ）を得る。
【００５８】
副生炭は、軟化溶融性は示さないが、含酸素官能基が脱離されている。そのため、副生炭は、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しない。従ってこの配合炭は、コークス原料の配合炭の一部として使用することもできる。なお、配合炭は回収せずに廃棄してもよい。
【００５９】
固形分濃縮液から溶剤を分離する方法としては、第１溶剤分離部７の分離方法と同様に、一般的な蒸留法や蒸発法（スプレードライ法等）を用いることができる。溶剤の分離及び回収により、固形分濃縮液から灰分等を含む溶剤不溶成分が濃縮された副生炭を得ることができる。
【００６０】
また、第２溶剤分離部８で蒸発させた溶剤は、２５０℃以上３５０℃以下程度の蒸気であり、第４溶剤回収流路１０４を介して熱交換部９へ供給される。具体的には、第４溶剤回収流路１０４は冷却媒体供給流路１００に接続されており、上記溶剤は第４溶剤回収流路１０４上に配設された熱交換器１０４ａにより冷却され液化された後、冷却媒体として熱交換部９へ供給される。
【００６１】
この第２溶剤分離部８から回収される溶剤の温度は、冷却後において１３０℃以上１８０℃以下程度であり、常圧で液状となる。また、回収される上記溶剤の量は、製造される無灰炭１ｋｇ当たりについて１ｋｇ以上１．５ｋｇ以下程度である。
【００６２】
＜熱交換部＞
熱交換部９は、上記第１溶剤分離部７で得られる液状の無灰炭を冷却媒体と熱交換して冷却する。この熱交換により固形の無灰炭（ＨＰＣ）を得る。また、熱交換部９は、直列に接続された第１熱交換器９１と第２熱交換器９２とを有する。
【００６３】
第１熱交換器９１及び第２熱交換器９２に用いる熱交換器としては、冷却式スチールベルトコンベアや二重管式スクリューコンベア等の公知の熱交換器を用いることができる。例えば二重管式スクリューコンベアを用いる場合、スクリューコンベア内部（シェル側）に被冷却物である無灰炭を供給し、スクリューコンベア外壁やシャフトに冷却媒体を供給することで熱交換を行える。
【００６４】
（第１熱交換器）
第１熱交換器９１では、第１溶剤分離部７で得られる無灰炭が冷却される。また、第１熱交換器９１の冷却媒体としては、混合部３で溶剤として利用するので、石炭を溶解するもの（石炭可溶液）であれば特に限定されないが、混合部３で混合される溶剤と同じ種類のものを用いるとよい。
【００６５】
上記冷却媒体の熱交換部９の流入口における温度の上限としては、２００℃が好ましく、１５０℃がより好ましい。上記冷却媒体の流入口における温度が上記上限を超えると、無灰炭との温度差が小さくなり過ぎるため、無灰炭との熱交換効率が低下し、無灰炭の製造効率が低下するおそれがある。一方、上記冷却媒体の流入口における温度の下限は特に限定されないが、例えば室温（２５℃）とできる。上記冷却媒体の流入口における温度が上記下限未満であると、冷却媒体を強制的に冷却する必要が生じる場合があり、冷却のための運転コストが高くなるおそれがある。
【００６６】
上記冷却媒体の熱交換部９の流出口における温度の下限としては、４０℃が好ましく、５０℃がより好ましい。一方、上記冷却媒体の流出口における温度の上限としては、２５０℃が好ましく、２２０℃がより好ましい。上記冷却媒体の流出口における温度が上記下限未満であると、上記冷却媒体を多量に必要とするため、当該無灰炭の製造装置が冷却媒体を処理しきれず、無灰炭の熱量が十分に再利用できないおそれがある。逆に、上記冷却媒体の流出口における温度が上記上限を超えると、無灰炭との温度差が小さくなり過ぎるため、熱交換器の必要伝熱面積が大きくなり、熱交換器の製造コストが増加したり、熱交換器を設計できなくなったりするおそれがある。
【００６７】
上記冷却媒体の熱交換部９の流出口における温度と流入口における温度との差の下限としては、１５℃が好ましく、２０℃がより好ましい。一方、上記温度差の上限としては、９０℃が好ましく、７０℃がより好ましい。上記温度差が上記下限未満であると、上記冷却媒体を多量に必要とするため、当該無灰炭の製造が冷却媒体を処理しきれず、無灰炭の熱量が十分に再利用できないおそれがある。逆に、上記温度差が上記上限を超えると、熱交換器の必要伝熱面積が大きくなり、熱交換器の製造コストが増加したり、熱交換器を設計できなくなったりするおそれがある。
【００６８】
上記冷却媒体の熱交換部９の流入口における温度は、熱交換部９における冷却前の無灰炭の温度より低く設定される。その温度差の下限としては、１００℃が好ましく、１５０℃がより好ましい。上記温度差が上記下限未満であると、無灰炭の熱量が冷却媒体に十分に回収されず、無灰炭の熱量の再利用が不十分となるおそれがある。また、冷却前の無灰炭の温度が３００℃以上３５０℃以下程度であるため、上記温度差を上記下限未満とすると、溶剤の温度が沸点を超え、無灰炭の熱量の再利用が不十分となるおそれがある。一方、上記温度差の上限としては、特に限定されないが、通常３００℃以下である。
【００６９】
上記冷却媒体の熱交換部９の流出口における温度は、第１熱交換器９１における冷却後の無灰炭の温度より低い。その温度差の下限としては、３℃が好ましく、５℃がより好ましい。一方、上記温度差の上限としては、８０℃が好ましく、４０℃がより好ましく、１０℃がさらに好ましい。上記温度差が上記下限未満であると、熱交換器の必要伝熱面積が大きくなり、熱交換器の製造コストが増加したり、熱交換器を設計できなくなったりするおそれがある。逆に、上記温度差が上記上限を超えると、無灰炭の熱量が冷却媒体に十分に回収されないため、無灰炭の熱量の再利用が不十分となるおそれがある。
【００７０】
無灰炭１ｋｇ当たりの冷却媒体の供給量の下限としては、０．４ｋｇが好ましく、０．５ｋｇがより好ましい。一方、上記供給量の上限としては、１５ｋｇが好ましく、１２ｋｇがより好ましく、５ｋｇがさらに好ましい。上記供給量が上記下限未満であると、無灰炭の熱量が冷却媒体に十分に回収されず、無灰炭の熱量の再利用が不十分となるおそれがある。逆に、上記供給量が上記上限を超えると、熱交換後の冷却媒体の温度が十分に高まらず、無灰炭の熱量の再利用が不十分となるおそれがある。
【００７１】
熱交換部９で冷却媒体として使用された冷却媒体は、冷却媒体送出流路１１０を介して溶剤供給部２へ供給される。上記冷却媒体を溶剤供給部２へ供給することで、冷却媒体で使用された冷却媒体が溶剤供給部２から混合部３へ供給され、溶剤の一部又は全部として用いられる。
【００７２】
上記冷却媒体は、冷却媒体供給流路１００を介して供給される。冷却媒体供給流路１００には、第１溶剤回収流路１０１、第２溶剤回収流路１０２、第３溶剤回収流路１０３、及び第４溶剤回収流路１０４が接続されており、それぞれで回収された溶剤を熱交換部９に供給可能に構成されている。また、冷却媒体供給流路１００の上流側から必要に応じて新たな冷却媒体が供給できる。
【００７３】
第１熱交換器９１における冷却後の無灰炭の温度の下限としては、５０℃が好ましく、６０℃がより好ましい。一方、上記冷却後の無灰炭の温度の上限としては、２８０℃が好ましく、２６０℃がより好ましい。冷却後の無灰炭の温度が上記下限未満であると、冷却前後の無灰炭の温度差が大きくなる。この冷却前後の温度差に応じて熱交換の時間を長くしたり供給する冷却媒体の量を増加させたりする必要があるため、温度差が大きくなり過ぎると、無灰炭の製造効率が低下するおそれがある。逆に、冷却後の無灰炭の温度が上記上限を超えると、無灰炭の熱量が冷却媒体に回収され難くなり、十分に再利用できないおそれがある。
【００７４】
第１熱交換器９１における冷却前後の無灰炭の温度差の下限としては、３０℃が好ましく、４０℃がより好ましい。また、上記無灰炭の温度差の上限としては、２５０℃が好ましく、２４０℃がより好ましい。上記無灰炭の温度差が上記下限未満であると、無灰炭の熱量が冷却媒体に十分に回収されず、無灰炭の熱量の再利用が不十分となるおそれがある。また、後述する第２熱交換器９２に比較的温度の高い無灰炭が供給されるため、冷却媒体として用いる冷却水の使用量が増加し、冷却水の使用量低減効果が不足するおそれがある。一方、冷却前後の無灰炭の温度差に応じて熱交換の時間を長くしたり供給する冷却媒体の量を増加させたりする必要があるため、上記無灰炭の温度差が上記上限を超えると、無灰炭の製造効率が低下するおそれがある。
【００７５】
（第２熱交換器）
第２熱交換器９２では、第１熱交換器９１で冷却された無灰炭をさらに冷却する。また、第２熱交換器９２では、冷却媒体として混合部３で溶剤として利用しないもの、例えば水（冷却水）を用いる。
【００７６】
上記冷却水の熱交換部９の流入口における温度の上限としては、５０℃が好ましく、４０℃がより好ましく、３０℃がさらに好ましい。上記冷却水の流入口における温度が上記上限を超えると、無灰炭との間で効率よく熱交換が行えず、無灰炭の製造効率が低下するおそれがある。一方、上記冷却水の流入口における温度の下限は特に限定されないが、例えば室温（２５℃）とできる。上記冷却水の流入口における温度が上記下限未満であると、冷却水の温度を強制的に下げる必要が生じる場合があり、冷却水の温度を下げるための運転コストが高くなるおそれがある。
【００７７】
上記冷却水の熱交換部９の流出口における温度の下限としては、３０℃が好ましく、４０℃がより好ましい。一方、上記冷却水の流出口における温度の上限としては、６０℃が好ましく、５０℃がより好ましい。上記冷却水の流出口における温度が上記下限未満であると、無灰炭を所望の温度まで冷却するために多量の冷却水が必要となるため、冷却水の使用量低減効果が不足するおそれがある。逆に、上記冷却水の流出口における温度が上記上限を超えると、冷却水の温度を下げるための運転コストが高くなるため、冷却水の再利用が困難となる。このため、新たな冷却水が必要となり、冷却水の使用量低減効果が不足するおそれがある。
【００７８】
上記冷却水の熱交換部９の流出口における温度と流入口における温度との差の下限としては、５℃が好ましく、７℃がより好ましい。一方、上記温度差の上限としては、１５℃が好ましく、１３℃がより好ましい。上記温度差が上記下限未満であると、無灰炭を所望の温度まで冷却するために多量の冷却水が必要となるため、冷却水の使用量低減効果が不足するおそれがある。逆に、上記温度差が上記上限を超えると、冷却水の温度を下げるための運転コストが高くなり過ぎるおそれがある。
【００７９】
上記冷却水の熱交換部９の流入口における温度は、第２熱交換器９２における冷却前の無灰炭の温度以下に設定される。その温度差の上限としては、２００℃が好ましく、１９０℃がより好ましい。上記温度差が上記上限を超えると、無灰炭を所望の温度まで冷却するために多量の冷却水が必要となるため、冷却水の使用量低減効果が不足するおそれがある。一方、上記温度差の下限としては、無灰炭が安全に取り扱える温度まで冷却されている限り特に限定されず、０℃であってもよい。つまり、例えば第１熱交換器９１で無灰炭が十分に冷却されている場合、第２熱交換器９２で冷却を行わなくともよい。
【００８０】
上記冷却水の熱交換部９の流出口における温度は、第２熱交換器９２における冷却後の無灰炭の温度以下である。その温度差の下限としては、１０℃が好ましく、２０℃がより好ましい。上記温度差が上記下限未満であると、熱交換に要する時間が大きくなり過ぎ、無灰炭の製造効率が低下するおそれがある。一方、上記温度差の上限としては、無灰炭が安全に取り扱える温度まで冷却されている限り特に限定されないが、例えば４０℃とできる。
【００８１】
無灰炭１ｋｇ当たりの冷却水の供給量の上限としては、７ｋｇが好ましく、６．５ｋｇがより好ましい。上記供給量が上記上限を超えると、冷却水の使用量低減効果が不足するおそれがある。一方、上記供給量の下限としては、無灰炭が安全に取り扱える温度まで冷却されている限り特に限定されず、０ｋｇ、つまり第２熱交換器９２で冷却を行わなくともよい。
【００８２】
熱交換部９における冷却後の無灰炭の温度の下限としては、４０℃が好ましく、５０℃がより好ましい。一方、上記冷却後の無灰炭の温度の上限としては、１００℃が好ましく、８０℃がより好ましい。冷却後の無灰炭の温度が上記下限未満であると、冷却前後の無灰炭の温度差が大きくなる。この冷却前後の温度差に応じて熱交換の時間を長くしたり供給する冷却水の量を増加させたりする必要があるため、温度差が大きくなり過ぎると、無灰炭の製造効率が低下するおそれがある。逆に、冷却後の無灰炭の温度が上記上限を超えると、冷却後の固形の無灰炭を安全に取り扱えないおそれがある。
【００８３】
熱交換部９における冷却前後の無灰炭の温度差の上限としては、３００℃が好ましく、２５０℃がより好ましい。上記温度差が上記上限を超えると、無灰炭を所望の温度まで冷却するために多量の冷却水が必要となるため、冷却水の使用量低減効果が不足するおそれがある。一方、上記温度差の下限としては、無灰炭が安全に取り扱える温度まで冷却されている限り特に限定されないが、通常１５０℃程度である。
【００８４】
無灰炭が熱交換部９により冷却される時間の下限としては、５分が好ましく、１０分がより好ましい。一方、上記冷却時間の上限としては、３０分が好ましく、２０分がより好ましい。上記冷却時間が上記下限未満であると、無灰炭を所望の温度まで急速に冷却する必要が生じるため、多量の冷却媒体が必要となり、無灰炭の製造コストが上昇するおそれがある。逆に、上記冷却時間が上記上限を超えると、冷却時間が不要に長くなるため、無灰炭の製造効率が低下するおそれがある。
【００８５】
熱交換部９で無灰炭が冷却される時間に対する第１熱交換器９１で無灰炭が冷却される時間の比の下限としては、１０％が好ましく、１３％がより好ましい。上記冷却時間の比が上記下限未満であると、溶剤により回収される熱量が減少するため、無灰炭の熱量の再利用が不十分となるおそれがある。一方、上記冷却時間の比の上限は無灰炭を所望の温度まで冷却できる限り特に限定されず、１００％であってもよい。なお、上記冷却時間の比は、例えば図１の熱交換部９であれば、第１熱交換器９１で無灰炭が冷却される部分（第１冷却ゾーン）の長さと、第２熱交換器９２で無灰炭が冷却される部分（第２冷却ゾーン）の長さとの比により制御できる。具体的には、熱交換部９を通過する無灰炭の流速を一定として、第１冷却ゾーンと第２冷却ゾーンとの長さの和に対する第１冷却ゾーンの長さの比を上記冷却時間の比の範囲内とすればよい。
【００８６】
〔無灰炭の製造方法〕
当該無灰炭の製造方法は、混合工程と、加熱工程と、分離工程と、第１蒸発工程と、第２蒸発工程と、回収工程と、熱交換工程とを備える。当該無灰炭の製造方法は、図１の無灰炭の製造装置を用いて行うことができる。
【００８７】
＜混合工程＞
混合工程では、石炭及び溶剤を混合する。具体的には、石炭供給部１から供給される石炭及び溶剤供給部２から供給される溶剤を混合部３の調製槽３１により混合してスラリーとする。
【００８８】
＜加熱工程＞
加熱工程では、上記混合工程で得られるスラリーを加熱する。具体的には以下の手順で行う。まず、混合工程で調製されたスラリーを、ポンプ４によって加熱部５の予熱器５１に供給し、所定温度まで加熱する。その後、スラリーを抽出槽５２に供給し、撹拌機５２ａで撹拌しながら所定温度で保持して抽出を行う。
【００８９】
＜分離工程＞
分離工程では、上記加熱工程で得られる石炭成分が溶剤に溶解した溶液と、溶剤不溶性分を含む固形分濃縮液とをスラリーから分離する。具体的には、抽出槽５２から排出されるスラリーを供給し、固液分離部６内で例えば重力沈降法により供給されたスラリーを上記溶液及び固形分濃縮液に分離する。
【００９０】
＜第１蒸発工程＞
第１蒸発工程では、上記分離工程で分離した上記溶液から溶剤を蒸発させる。具体的には、固液分離部６で分離された溶液を第１溶剤分離部７に供給し、第１溶剤分離部７で溶剤を蒸発させる。これにより上記溶液を溶剤と無灰炭とに分離する。なお、この第１蒸発工程において得られる無灰炭は液状である。
【００９１】
＜第２蒸発工程＞
第２蒸発工程では、上記分離工程で分離した上記固形分濃縮液から溶剤を蒸発させる。具体的には、固液分離部６で分離された固形分濃縮液を第２溶剤分離部８に供給し、第２溶剤分離部８で溶剤を蒸発させて溶剤と副生炭とに分離する。
【００９２】
＜回収工程＞
回収工程では、加熱工程、分離工程、第１蒸発工程、及び第２蒸発工程で溶剤を回収する。具体的には、以下のようにして各工程で溶剤を回収する。上記加熱工程での回収では、加熱部５の加熱により蒸発する溶剤を第１溶剤回収流路１０１を介して回収する。また、上記分離工程での回収では、固液分離部６で加熱により蒸発する溶剤を第２溶剤回収流路１０２を介して回収する。また、上記第１蒸発工程での回収では、第１溶剤分離部７で蒸発分離された溶剤を第３溶剤回収流路１０３を介して回収する。また、上記第２蒸発工程での回収では、第２溶剤分離部８で蒸発分離された溶剤を第４溶剤回収流路１０４を介して回収する。これらの回収した溶剤は、後述する熱交換工程の冷却媒体として用いる。
【００９３】
当該無灰炭の製造方法では、このように各工程で回収される溶剤を熱交換工程の冷却媒体として用いることで、冷却媒体として新たに供給する溶剤の使用量を低減できる。また、加熱工程及び分離工程で回収される溶剤は温度が比較的低いので、この溶剤を単独又は混合して用いることで熱交換工程での熱交換の効率低下を抑止できる。また、第１蒸発工程及び第２蒸発工程で回収される溶剤は、溶剤の量が比較的多いので新たに供給する溶剤の使用量を特に低減できる。さらに、各工程での加熱により溶剤の温度が上昇するが、この熱量を有する溶剤を熱交換部９を経て混合部３に供給することで、無灰炭の熱量に加え、各工程で加熱により消費される熱量の一部を再利用することができる。
【００９４】
＜熱交換工程＞
熱交換工程では、上記第１蒸発工程で得られる液状の無灰炭を冷却媒体と熱交換する。具体的には、第１蒸発工程で得られる無灰炭を、混合工程で溶剤として利用する冷却媒体を用いて熱交換部９の第１熱交換器９１で冷却した後、混合工程で利用しない冷却媒体を用いて第２熱交換器９２でさらに冷却する。
【００９５】
この熱交換により冷却過程において液状であった無灰炭は、１５０℃以上２００℃以下の温度で固化が始まり、最終的に１００℃以下に冷却され、固体となる。これにより固形の無灰炭を得る。得られる固形の無灰炭は、例えば熱交換器として二重管式スクリューコンベアを用いる場合、スクリューコンベアにより押し出され回収される。
【００９６】
なお、第１熱交換器９１で使用した冷却媒体は、冷却媒体送出流路１１０を介して溶剤供給部２へ供給される。上記冷却媒体を溶剤供給部２へ供給することで、上記冷却媒体が混合部３へ供給され、溶剤の一部又は全部として用いられる。
【００９７】
〔利点〕
当該無灰炭の製造装置は、熱交換部９の熱交換後の冷却媒体を上記混合部３へ供給する冷却媒体送出流路１１０を備えるので、無灰炭を冷却する冷却媒体を上記混合部３における溶剤として用いることができる。このため、当該無灰炭の製造装置を用いることで、新たに冷却媒体を導入することなく冷却水の使用量が低減できる。また、当該無灰炭の製造装置は、無灰炭の熱量を回収した溶剤を、混合部３で混合される溶剤として用いることができるので、無灰炭の熱量をスラリーの加熱に再利用できる。従って、当該無灰炭の製造装置を用いることで無灰炭の製造コストが低減できる。
【００９８】
また、当該無灰炭の製造方法は、混合工程で用いる溶剤で無灰炭を冷却するので、新たに冷却媒体を導入することなく冷却水の使用量を低減できる。また、当該無灰炭の製造方法は、無灰炭の熱量を再利用することで、混合工程で得られるスラリーの温度が高められる。これにより加熱工程で加熱に必要な熱量が低減できる。従って、当該無灰炭の製造方法を用いることで無灰炭の製造コストを低減できる。
【００９９】
［その他の実施形態］
なお、本発明の無灰炭の製造装置及び無灰炭の製造方法は、上記実施形態に限定されるものではない。
【０１００】
上記実施形態では、無灰炭の製造装置が、第１溶剤回収流路、第２溶剤回収流路、第３溶剤回収流路、及び第４溶剤回収流路を備える場合を説明したが、上記溶剤回収流路はその一部又は全てを備えなくともよい。
【０１０１】
また、上記実施形態では、無灰炭の製造方法として加熱工程、分離工程、第１蒸発工程、及び第２蒸発工程で回収される溶剤を全て熱交換工程の冷却媒体として用いる場合を説明したが、溶剤の一部又は全部を回収しなくともよい。例えば特定の工程において回収される溶剤のみを用いてもよい。
【０１０２】
上記実施形態では、熱交換部が第１熱交換器と第２熱交換器とを有し、第１熱交換器では冷却媒体として混合部で利用する溶剤を用い、第２熱交換器では冷却媒体として混合部で利用しない冷却水を用いる場合を説明したが、第１熱交換器及び第２熱交換器共に混合部で利用する冷却媒体を用いてもよい。例えば第１熱交換器の冷却媒体として比較的温度の高い第３溶剤回収流路、及び第４溶剤回収流路により回収された溶剤を用い、第２熱交換器の冷却媒体として比較的温度の低い第１溶剤回収流路及び第２溶剤回収流路を用いることで、固形の無灰炭（ＨＰＣ）を得ることができる。また、第１熱交換器及び第２熱交換器の冷却媒体を共に溶剤とする場合、冷却に使用した溶剤はいずれも上記混合工程における溶剤として用いることができる。
【０１０３】
また、上記熱交換部が有する熱交換器の数は２に限定されず、１又は３以上であってもよい。
【０１０４】
また、上記実施形態では、無灰炭の製造方法として第２蒸発工程を備える場合を説明したが、例えば副生炭を利用しない場合、この第２蒸発工程は省略可能である。第２蒸発工程を行わない場合、無灰炭の製造装置は、第２熱交換器及び第４溶剤回収流路を備えなくともよい。
【０１０５】
また、上記実施形態では、無灰炭の製造装置の調製部が調製槽を有する構成について説明したが、この構成に限らず、溶剤と石炭との混合ができれば、調製槽を省略してもよい。例えばラインミキサーにより上記混合が完了するような場合には、調製槽を省略して供給管と固液分離部との間にラインミキサーを備える構成としてもよい。
【０１０６】
また、上記実施形態では、分離工程を連続処理で行う方法を示したが、分離工程を連続処理で行なわず、例えば固液分離部にスラリーを貯留し分離を行うことを繰り返すバッチ処理としてもよい。
【実施例】
【０１０７】
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限
定されるものではない。
【０１０８】
［比較例１］
シミュレーションにより熱交換部で無灰炭を３００℃から７０℃まで、３５℃の冷却水のみを用いて冷却する場合に必要な冷却水の量を算出した。算出において、無灰炭の製造量は１０，０００ｋｇ／ｈとした。また、冷却水の熱交換器の流出口における温度と流入口における温度との差は１０℃とした。
【０１０９】
シミュレーションにより得られた必要な冷却水量は８２，８００ｋｇ／ｈであった。なお、冷却水の流入口と流出口との温度差を１０℃としたので、無灰炭を３００℃から７０℃まで冷却するために必要な熱量は８２８，０００ｋｃａｌ／ｈである。
【０１１０】
また、上記シミュレーション結果から算出した無灰炭及び冷却水の温度変化を図２に示す。図２においてグラフの横軸は熱交換部の冷却ゾーンにおける位置（熱交換部の入口からの距離）を表し、左端は熱交換部の入口を意味し、グラフの右端は熱交換部の出口を意味する。
【０１１１】
［実施例１］
シミュレーションにより熱交換部で無灰炭を３００℃から７０℃まで、無灰炭の抽出に用いる溶剤（１−メチルナフタレン）のみを冷却媒体として用いて冷却する場合に必要な溶剤の量及び溶剤の温度上昇を算出した。算出において、無灰炭の製造量は１０，０００ｋｇ／ｈとした。また、無灰炭の冷却に必要な熱量は比較例１と同じ８２８，０００ｋｃａｌ／ｈであり、供給する溶剤の温度は３５℃とした。なお、冷却ゾーンの長さ（熱交換部の入口と出口との距離）は比較例１と同様とした。
【０１１２】
シミュレーションの結果、必要な溶剤の量は１００，０００ｋｇ／ｈであり、溶剤は６０℃まで加熱された。また、シミュレーション結果から算出した無灰炭及び溶剤の温度変化を図３に示す。
【０１１３】
［実施例２］
シミュレーションにより、加熱工程で回収される溶剤を用いて３００℃の無灰炭を冷却し、さらに冷却水を用いて無灰炭を７０℃まで冷却する場合に、冷却ゾーン全体における溶剤により無灰炭を冷却するゾーン（第１冷却ゾーン）の長さの割合、溶剤の温度上昇、及び必要な冷却水の量を、溶剤の温度上昇が最大となるように算出した。加熱工程で回収される溶剤の温度を１２０℃、溶剤の量を６，０００ｋｇ／ｈとした。また、冷却ゾーンの全体の長さは比較例１と同様とし、また、冷却水により無灰炭を冷却するゾーン（第２冷却ゾーン）における冷却水の流入口における温度は３５℃とし、冷却水の流出口における温度と流入口における温度との差は１０℃とした。
【０１１４】
シミュレーションの結果、第１冷却ゾーンは、冷却ゾーン全体の２５％であり、残り７５％が第２冷却ゾーンとなった。また、第１冷却ゾーンを通過する際の無灰炭の温度は２５０℃であり、溶剤は１８０℃まで加熱された。また、第２冷却ゾーンで必要となる冷却水の量は、６４，８００ｋｇ／ｈであった。また、上記シミュレーション結果から算出した無灰炭、溶剤及び冷却水の温度変化を図４に示す。
【０１１５】
［実施例３］
シミュレーションにより、加熱工程及び第２蒸発工程で回収される溶剤を混合して用い、３００℃の無灰炭を冷却し、さらに冷却水を用いて無灰炭を７０℃まで冷却する場合に、冷却ゾーン全体における第１冷却ゾーンの長さの割合、溶剤の温度上昇、及び必要な冷却水の量を、溶剤の温度上昇が最大となるように算出した。加熱工程で回収される溶剤の温度を１２０℃、溶剤の量を６，０００ｋｇ／ｈとし、第２蒸発工程で回収される溶剤の温度を１５０℃、溶剤の量を１１，０００ｋｇ／ｈとした。これらの溶剤を混合することで冷却媒体用の溶剤として、１４０℃で１７，０００ｋｇ／ｈの溶剤が得られる。また、冷却ゾーンの全体の長さは比較例１と同様とし、また、第２冷却ゾーンにおける冷却水の熱交換器の流入口における温度は３５℃とし、冷却水の熱交換器の流出口における温度と流入口における温度との差は１０℃とした。
【０１１６】
シミュレーションの結果、第１冷却ゾーンは、冷却ゾーン全体の１５％であり、残り８５％が第２冷却ゾーンとなった。また、第１冷却ゾーンを通過する際の無灰炭の温度は２１０℃であり、溶剤は２００℃まで加熱された。また、第２冷却ゾーンで必要となる冷却水の量は、５０，４００ｋｇ／ｈであった。また、上記シミュレーション結果から算出した無灰炭、溶剤及び冷却水の温度変化を図５に示す。
【０１１７】
［評価］
上記シミュレーション結果を元に、溶剤の回収熱量及び冷却水の低減割合を評価した。
【０１１８】
＜回収熱量＞
溶剤の回収熱量としては、３００℃の無灰炭から熱交換工程で回収する熱量と、加熱工程や第２蒸発工程で加熱された溶剤を用いることで各工程から回収する熱量とがある。これらをそれぞれ分けて評価した。
【０１１９】
（熱交換工程からの回収効果）
熱交換工程において無灰炭を３００℃から７０℃まで冷却するために回収が必要な総熱量は８２８，０００ｋｃａｌ／ｈである。比較例１においてこの総熱量は全て８２，８００ｋｇ／ｈの冷却水により回収される。各実施例において冷却水の温度変化を１０℃で同一としているので、冷却水により回収される熱量は冷却水の量に比例する。このことから、実施例１〜３では、比較例１との冷却水量の比を用いて各実施例において冷却水により回収される熱量を算出し、その熱量を、総熱量である８２８，０００ｋｃａｌ／ｈから減じた熱量を溶剤の回収熱量とした。この溶剤が回収した熱量によって加熱工程で必要となる熱量は低減される。この回収熱量による低減割合を熱回収を行わない場合の加熱工程での必要熱量を基準として算出した。結果を表１に示す。
【０１２０】
（加熱工程及び第２蒸発工程からの回収効果）
実施例２では加熱工程で回収される溶剤を用いる。また、実施例３では加熱工程及び第２蒸発工程で回収される溶剤を用いる。これらの溶剤は、各工程で加熱されているため、温度が高い。実施例２及び実施例３においては、この温度上昇した溶剤が持つ熱量によっても加熱工程で必要となる熱量は低減される。この加熱工程及び第２蒸発工程で加熱された溶剤により回収される熱量と、熱回収を行わない場合の加熱工程での必要熱量に対する上記回収熱量による低減割合とを算出した。結果を表１に示す。なお、実施例１及び比較例１では加熱工程及び第２蒸発工程の熱量は回収されないため、この回収熱量及び低減割合は共に０である。
【０１２１】
（合計回収効果）
上記熱交換工程から回収する熱量による低減割合と、加熱工程及び第２蒸発工程から回収する熱量による低減割合との合計を、回収効果の合計として算出した。結果を表１に示す。
【０１２２】
＜冷却水の低減割合＞
冷却水の低減割合は、比較例１を基準とし、比較例１の冷却水の流量に対して低減された冷却水の流量の比を算出した。結果を表１に示す。
【０１２３】
【表１】
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【０１２４】
表１の結果より、実施例１〜３のシミュレーション結果によれば比較例１のシミュレーション結果に比べて無灰炭の冷却に必要な冷却水の量が低減でき、また無灰炭の熱量が溶剤に回収できている。これに対し、比較例１では冷却媒体として溶剤を用いないため、冷却水の使用量が低減できず、また無灰炭の熱量を回収して再利用することができない。以上から、冷却媒体として溶剤を用いることで、無灰炭の冷却に必要な冷却水の低減及び無灰炭の熱量の再利用ができることが分かる。
【０１２５】
また、実施例２及び実施例３の結果から、加熱工程及び第２蒸発工程での加熱により熱量を有する溶剤を熱交換工程を経て加熱工程で用いることで、無灰炭の熱量に加え、各工程で加熱により消費される熱量の一部を再利用することができ、さらに熱回収効果を高められることが分かる。中でも実施例３では、第２蒸発工程で回収される溶剤の量が比較的多いので新たに供給する溶剤の使用量を特に低減できる上に、実施例１と同等の合計回収効果が得られることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【０１２６】
以上説明したように、本発明の無灰炭の製造方法及び製造装置は、無灰炭の冷却に必要な冷却水の低減及び無灰炭の熱量の再利用ができる。従って、本発明の無灰炭の製造方法及び製造装置を用いることで、冷却水の使用及びスラリーの加熱熱量に伴う無灰炭の製造コストを低減できる。
【符号の説明】
【０１２７】
１  石炭供給部
２  溶剤供給部
３  混合部
３１  調製槽
３１ａ  撹拌機
４  ポンプ
５  加熱部
５１  予熱器
５２  抽出槽
５２ａ  撹拌機
６  固液分離部
７  第１溶剤分離部
８  第２溶剤分離部
９  熱交換部
９１  第１熱交換器
９２  第２熱交換器
１００  冷却媒体供給流路
１０１  第１溶剤回収流路
１０２  第２溶剤回収流路
１０３  第３溶剤回収流路
１０４  第４溶剤回収流路
１０１ａ、１０２ａ、１０３ａ、１０４ａ  熱交換器
１１０  冷却媒体送出流路
【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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