(57)【要約】【課題】石炭の自然発火を抑制する処理に要する手間やコストや時間を大幅に短縮することができる石炭改質装置を提供する。【解決手段】低質炭１を乾燥させる乾燥器１１１と、乾燥された低質炭１を圧縮成形するブリケッタ１１４と、圧縮成形された石炭ブリケット２を液状の水１０１で水和処理する水和処理槽１１６及びメッシュコンベア１１７等と、水和処理された石炭ブリケット２を空気１０２で酸化処理するメッシュコンベア１２２及び通風フード１２３等とを備えている石炭改質装置１００とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭を乾燥させる乾燥手段と、
乾燥された前記石炭を圧縮成形する圧縮成形手段と、
圧縮成形された前記石炭を液状の水で水和処理する水和処理手段と、
水和処理された前記石炭を空気で酸化処理する酸化処理手段と
を備えていることを特徴とする石炭改質装置。
【請求項２】
請求項１に記載の石炭改質装置において、
前記乾燥手段で乾燥されて前記圧縮成形手段で圧縮成形される前の前記石炭を乾留する乾留手段を備えている
ことを特徴とする石炭改質装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の石炭改質装置において、
前記水和処理手段が、
内部に水を貯留すると共に内部に前記石炭を供給される水和処理槽と、
前記水和処理槽の内部の前記石炭を前記水中から前記酸化処理手段へ移載する移載手段と
を備えていることを特徴とする石炭改質装置。
【請求項４】
請求項３に記載の石炭改質装置において、
前記水和処理手段が、
前記水和処理槽の内部の前記水を流動させる流動手段を備えている
ことを特徴とする石炭改質装置。
【請求項５】
請求項４に記載の石炭改質装置において、
前記水和処理手段の前記流動手段が、
前記水和処理槽の内部の前記水を排出する排水手段と、
前記水和処理槽から排出された前記水を貯留する貯水槽と、
前記貯水槽の内部の前記水を前記水和処理槽の内部へ供給する給水手段と
を備えていることを特徴とする石炭改質装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の石炭改質装置において、
前記水和処理手段が、
前記水の温度を調整する温調手段を備えている
ことを特徴とする石炭改質装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の石炭改質装置において、
前記酸化処理手段が、
前記石炭を搬送する搬送手段と、
加熱された空気を前記石炭に接触させるように流通させる通風手段と
を備えていることを特徴とする石炭改質装置。
【請求項８】
請求項７に記載の石炭改質装置において、
前記酸化処理手段の前記搬送手段がメッシュコンベアであり、
前記酸化処理手段の前記通風手段が、
空気を送給する空気送給手段と、
前記空気送給手段で送給される前記空気を加熱する加熱手段と、
前記メッシュコンベアを覆うように配設されると共に前記空気送給手段で送給されて前記加熱手段で加熱された前記空気を内部に流通させる通風フードと
を備えていることを特徴とする石炭改質装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭改質装置に関し、特に、褐炭や亜瀝青炭等のような水分含有量の多い低品位石炭（低質炭）を改質する場合に利用すると有効なものである。
【背景技術】
【０００２】
褐炭や亜瀝青炭等のような水分含有量の多い低品位石炭（低質炭）は、埋蔵量が多いものの、単位重量当たりの発熱量が低いと共に、輸送効率が悪いため、加熱処理して乾燥させることにより、単位重量当たりの発熱量を高めると共に、圧縮成形することにより、ハンドリング性を高めるようにしている。
【０００３】
ところで、加熱処理された上記低質炭は、水分を吸着しやすくなると共に、表面のカルボキシル基等が離脱して表面にラジカル等を生じることにより表面の活性が高くなって空気中の酸素と反応しやすくなってしまうことから、上記反応に伴う反応熱によって自然発火してしまうおそれがある。
【０００４】
このため、例えば、下記特許文献１等においては、低質炭を乾燥（６５〜１５０℃）して、加熱圧縮（２００〜４００℃、１〜５ｔ／ｃｍ2）して所定形状に成形したら、窒素ガスに酸素ガスをごく一部含有（４〜１０容量％）させた酸化処理ガスで加熱（１００〜２００℃）しながら酸化処理（２〜３時間）して、当該炭の表面のラジカルを失活させた後、飽和水蒸気（９０℃）でスチーム処理（２〜８時間）して、当該炭を水和処理することにより、当該炭を改質して、当該炭の自然発火を抑制することを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６０−０６５０９７号公報
【特許文献２】特開昭５８−１５２０９５号公報
【特許文献３】特開昭５９−０７４１８９号公報
【特許文献４】特開平１１−３１０７８５号公報
【特許文献５】特開２００１−２００２６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記特許文献１等に記載されている石炭の改質方法においては、自然発火を抑制するように窒素ガス中に酸素ガスをごく一部含有する酸化処理ガスをわざわざ調製して酸化処理を行うため、処理にかかる手間やコストが高くなってしまうと共に、酸化処理及び水和処理等の自然発火を抑制する処理に非常に時間がかかってしまっていた（４〜１１時間）。
【０００７】
このようなことから、本発明は、石炭の自然発火を抑制する処理に要する手間やコストや時間を大幅に短縮することができる石炭改質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】
【０００８】
前述した課題を解決するための、第一番目の発明に係る石炭改質装置は、石炭を乾燥させる乾燥手段と、乾燥された前記石炭を圧縮成形する圧縮成形手段と、圧縮成形された前記石炭を液状の水で水和処理する水和処理手段と、水和処理された前記石炭を空気で酸化処理する酸化処理手段とを備えていることを特徴とする。
【０００９】
第二番目の発明に係る石炭改質装置は、第一番目の発明において、前記乾燥手段で乾燥されて前記圧縮成形手段で圧縮成形される前の前記石炭を乾留する乾留手段を備えていることを特徴とする。
【００１０】
第三番目の発明に係る石炭改質装置は、第一番目又は第二番目の発明において、前記水和処理手段が、内部に水を貯留すると共に内部に前記石炭を供給される水和処理槽と、前記水和処理槽の内部の前記石炭を前記水中から前記酸化処理手段へ移載する移載手段とを備えていることを特徴とする。
【００１１】
第四番目の発明に係る石炭改質装置は、第三番目の発明において、前記水和処理手段が、前記水和処理槽の内部の前記水を流動させる流動手段を備えていることを特徴とする。
【００１２】
第五番目の発明に係る石炭改質装置は、第四番目の発明において、前記水和処理手段の前記流動手段が、前記水和処理槽の内部の前記水を排出する排水手段と、前記水和処理槽から排出された前記水を貯留する貯水槽と、前記貯水槽の内部の前記水を前記水和処理槽の内部へ供給する給水手段とを備えていることを特徴とする。
【００１３】
第六番目の発明に係る石炭改質装置は、第一番目から第五番目の発明のいずれかにおいて、前記水和処理手段が、前記水の温度を調整する温調手段を備えていることを特徴とする。
【００１４】
第七番目の発明に係る石炭改質装置は、第一番目から第六番目の発明のいずれかにおいて、前記酸化処理手段が、前記石炭を搬送する搬送手段と、加熱された空気を前記石炭に接触させるように流通させる通風手段とを備えていることを特徴とする。
【００１５】
第八番目の発明に係る石炭改質装置は、第七番目の発明において、前記酸化処理手段の前記搬送手段がメッシュコンベアであり、前記酸化処理手段の前記通風手段が、空気を送給する空気送給手段と、前記空気送給手段で送給される前記空気を加熱する加熱手段と、前記メッシュコンベアを覆うように配設されると共に前記空気送給手段で送給されて前記加熱手段で加熱された前記空気を内部に流通させる通風フードとを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る石炭改質装置によれば、乾燥されて圧縮成形された石炭を液状の水中で急冷しながら水和処理した後に、当該石炭を空気で酸化処理できることから、自然発火を防止しながら水和反応を迅速に進行させることができると共に、空気であっても自然発火させることなく酸化反応を行うことができるので、石炭の自然発火を抑制する処理に要する手間やコストや時間を大幅に短縮することができ、生産効率を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る石炭改質装置の主な実施形態の概略構成図である。
【図２】本発明に係る石炭改質装置の効果確認試験の結果を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に係る石炭改質装置の実施形態を図面に基づいて以下に説明するが、本発明は、図面に基づいて説明する以下の実施形態のみに限定されるものではない。
【００１９】
［主な実施形態］
本発明に係る石炭改質装置の主な実施形態を図１に基づいて説明する。
【００２０】
図１に示すように、内部に熱風（１５０〜５５０℃）を流通させるメッシュコンベア式の乾燥手段である乾燥器１１１の受入口には、褐炭や亜瀝青炭等のような水分含有量の多い低品位石炭（低質炭）１が供給されるようになっている。この乾燥器１１１の送出口は、内部を高温（１５０〜５５０℃）に加熱可能な連続式の乾留手段である乾留器１１２の受入口に連絡している。この乾留器１１２の送出口は、ホッパ１１３の受入口に連絡している。このホッパ１１３の送出口は、圧縮して塊状に成形する圧縮成形手段であるブリケッタ１１４の受入口に連絡している。このブリケッタ１１４の送出口は、ホッパ１１５の受入口に連絡している。
【００２１】
前記ホッパ１１５の送出口の下方は、水平方向の断面積を下方側ほど小さくするように少なくとも一つの壁面を傾斜させた水和処理槽１１６の上方に連絡している。この水和処理槽１１６の傾斜した上記壁面の上方寄りには、内部を外部下方へ連通させる送出口１１６ａが形成されている。この水和処理槽１１６の内部の傾斜した上記壁面部分には、当該水和処理槽１１６の内部の下方に始端側を位置させると共に上記送出口１１６ａの近傍に終端側を位置させた移載手段であるメッシュコンベア１１７が配設されている。
【００２２】
前記水和処理槽１１６の下端部には、流量調整バルブ１１８ａを有する排水手段である排水管１１８の一端側が連結されている。この排水管１１８の他端側及び上記水和処理槽１１６の前記送出口１１６ａは、貯水槽１１９の上方に連絡している。この貯水槽１１９の側面の下方寄りは、給水手段である送給ポンプ１２０の受入口に連絡している。この送給ポンプ１２０の送出口は、温調手段である温調器１２１の受入口に連絡している。この温調器１２１の送出口は、上記水和処理槽１１６の上方に連絡している。
【００２３】
前記水和処理槽１１６の前記送出口１１６ａの下方と前記貯水槽１１９の上方との間には、搬送手段であるメッシュコンベア１２２の始端側が位置している。このメッシュコンベア１２２の周囲は、通風フード１２３で覆われている。この通風フード１２３の下方には、空気送給手段である送風ブロア１２５の送給口が加熱手段である加熱器１２４を介して連結されている。この通風フード１２３の上方には、外部と連通する排気孔が形成されている。
【００２４】
つまり、送風ブロア１２５を作動すると、空気１０２が加熱器１２４で加熱されて（８０〜１５０℃）、通風フード１２３の内部に下方から上方へ向けて送給され、当該通風フード１２３内を流通して当該通風フード１２３の上方から上記排気孔を介して外部へ排気されるようになっている。
【００２５】
前記メッシュコンベア１２２の終端側の下方には、回収容器１２６が配設されている。
【００２６】
このような本実施形態においては、前記排水管１１８（排水手段）、前記貯水槽１１９、前記送給ポンプ１２０（給水手段）等により流動手段を構成し、当該流動手段、前記水和処理槽１１６、前記メッシュコンベア１１７（移載手段）、前記温調器１２１（温調手段）等により水和処理手段を構成し、前記通風フード１２３、前記加熱器１２４（加熱手段）、前記送風ブロア１２５（空気送給手段）等により通風手段を構成し、当該通風手段、前記メッシュコンベア１２２（搬送手段）等により酸化処理手段を構成している。
【００２７】
このようにして構成された本実施形態に係る石炭改質装置１００を使用して低質炭１を改質する石炭改質方法を次に説明する。
【００２８】
前記低質炭１を前記乾燥器１１１に供給すると、当該低質炭１は、熱風（１５０〜５５０℃）で乾燥されて、含有する水分がほとんど除去されてから（含水率約０％）、前記乾留器１１２に供給され、加熱（１５０〜５５０℃）されて乾留されることにより、揮発性成分がガス状となって分離除去されると共に、油性成分がタール状となって分離除去された後、前記ホッパ１１３に供給され、前記ブリケッタ１１４により、そのままの温度（１５０〜５５０℃）で塊状に圧縮成形され、石炭ブリケット２となって前記ホッパ１１５に供給される。
【００２９】
前記ホッパ１１５に供給された石炭ブリケット２（１５０〜５５０℃）は、前記水和処理槽１１６内に投入されて供給されると、水１０１（８０〜９５℃）中で前記メッシュコンベア１１７上に載って、当該メッシュコンベア１１７で水１０１中を搬送されることにより、急速に冷却及び水和処理される（約１分）。
【００３０】
また、前記水和処理槽１１６内の水１０１は、前記排水管１１８から前記流量調整バルブ１１８ａを介して前記貯水槽１１９内に所定量ずつ連続的又は間欠的に排出された後、当該貯水槽１１９内から前記送給ポンプ１２０により送出され、前記温調器１２１で所定の温度（８０〜９５℃）に調整されてから、上記水和処理槽１１６内に再び供給されることにより、当該水和処理槽１１６内を流動すると共に、所定の温度に保たれる。
【００３１】
前記メッシュコンベア１１７で搬送された石炭ブリケット２は、水１０１中から引き上げられて、前記水和処理槽１１６内から前記送出口１１６ａを介して前記メッシュコンベア１２２上に移載される。
【００３２】
このとき、前記水和処理槽１１６内から前記送出口１１６ａを介して外部に溢れ出た水１０１は、前記メッシュコンベア１２２を通過して前記貯水槽１１９内に回収され、前記送給ポンプ１２０及び前記温調器１２１を介して前記水和処理槽１１６内へ温度調整されて再び供給される。
【００３３】
前記メッシュコンベア１２２に移載された石炭ブリケット２は、前記通風フード１２３内を搬送されると、前記送風ブロア１２５で取り込まれて加熱器１２４で加熱（８０〜１５０℃）された空気１０２が上記通風フード１２３内を下方から上方へ向かって流通することにより、当該空気１０２が接触し、当該空気１０２中の酸素と反応して酸化処理される（約５〜３０分）。
【００３４】
前記通風フード１２３内を通過した石炭ブリケット２は、前記メッシュコンベア１２２から前記回収容器１２６内に回収され、改質処理が終了する。
【００３５】
つまり、本実施形態では、乾燥，乾留されて圧縮成形された石炭ブリケット２を液状の水１０１中で急冷しながら水和処理した後に、当該石炭ブリケット２を空気１０２で酸化処理するようにしたのである。
【００３６】
このため、本実施形態においては、自然発火を防止しながら水和反応を迅速に進行させることができると共に、空気１０２であっても自然発火させることなく酸化反応を行うことができる。
【００３７】
したがって、本実施形態によれば、低質炭１の自然発火を抑制する処理に要する手間やコストや時間を大幅に短縮することができ（約６〜３１分程度）、生産効率を大幅に向上させることができる。
【００３８】
また、水和処理槽１１６内の水１０１を貯水槽１１９内に所定量ずつ抜き出してから、送給ポンプ１２０及び温調器１２１で所定の温度に調整して当該水和処理槽１１６内に再び供給するようにしたことから、水和処理槽１１６内の水１０１を流動させながら所定の温度に維持することができるので、水和反応効率を向上させることができると共に、水和処理槽１１６内に僅かずつ堆積する石炭ブリケット２の微粉を上記水１０１と共に貯水槽１１９内に回収することができるので、水１０１と微粉との分離を容易に行うことができる。
【００３９】
［他の実施形態］
なお、前述した実施形態においては、石炭ブリケット２を水和処理槽１１６内の水１０１中に投入することにより、液状の水１０１で急速に冷却及び水和処理する水和処理手段を適用するようにしたが、他の実施形態として、例えば、メッシュコンベア上に載せられた石炭ブリケット２に対して、噴出ノズルから水１０１を滝状に送出したり、シャワノズルから水１０１を液滴状に送出したりすることにより、流動する液状の水１０１で当該石炭ブリケット２を急速に冷却及び水和処理するようにした水和処理手段を適用することも可能である。
【００４０】
また、前述した実施形態においては、水和処理槽１１６内の水１０１を貯水槽１１９内に所定量ずつ抜き出して、送給ポンプ１２０で当該水和処理槽１１６内に再び供給することにより、当該水和処理槽１１６内の水１０１を流動（循環）させる流動手段を適用するようにしたが、他の実施形態として、例えば、攪拌翼を水和処理槽１１６内に配設して当該攪拌翼を旋回させることにより、当該水和処理槽１１６内の水１０１を流動（攪拌）させる流動手段を適用することや、散気ノズルを水和処理槽１１６内に配設して当該散気ノズルからガスを散気させて水１０１中でバブリングすることにより、当該水和処理槽１１６内の水１０１を流動させる流動手段を適用することも可能である。
【００４１】
ここで、前記散気ノズルから空気や酸素ガスやオゾンガスや過酸化水素ガス等を散気させるようにしたり、水１０１に過酸化水素を溶解して前記噴出ノズル又は前記シャワノズルから滝状又は液滴状に送出したりすれば、水和処理と併せて酸化処理も同時に行うことができるので、自然発火を抑制する処理に要する処理時間をさらに短縮することができる。
【００４２】
また、前述した実施形態においては、送給ポンプ１２０で水和処理槽１１６内に供給する水１０１を所定の温度に調整する温調器１２１を温調手段として適用するようにしたが、他の実施形態として、例えば、水和処理槽１１６の周囲を包囲する温調ジャケットに温調水を流通させることにより、水和処理槽１１６内の水１０１の温度を調整する温調手段を適用することも可能である。
【００４３】
また、本発明は、前述した各実施形態のみに限らず、前述した各実施形態を必要に応じて適宜組み合わせて実施することも当然にして可能である。
【実施例】
【００４４】
本発明に係る石炭改質装置の効果を確認するために行った確認実験について以下に説明する。
【００４５】
〈試験体１の作製〉
低質炭（褐炭）を熱風乾燥（１５０℃×１時間）して熱風で乾留（４００℃×３０分）したら、固形分をブリケッタで圧縮（２ｔｏｎ／ｃｍ2）して円柱状（直径１０ｍｍ、長さ１０ｍｍ）に成形し、水（９０℃）中に浸漬（１分間）して水和処理した後、熱風（１００℃）で酸化処理（１０分）することにより、試験体１を作製した。
【００４６】
〈試験体２の作製〉
上記試験体１の作製条件において、酸化処理の時間を５分とすることにより、試験体２を作製した。
【００４７】
〈比較体１の作製〉
上記試験体１を作成する際に、上記酸化処理を省略したもの、すなわち、上記水和処理直後のものを比較体２とした。
【００４８】
〈比較体２の作製〉
上記試験体１の作成する際に、上記水和処理及び上記酸化処理を省略したもの、すなわち、ブリケット化した直後のものを比較体１とした。
【００４９】
〈実験方法〉
上記試験体１，２及び上記比較体１，２の常圧空気雰囲気（６５℃）中での経時的な重量変化を計測することにより、経時的に吸着していく酸素の量を求める。
【００５０】
〈実験結果〉
実験結果を図２に示す。
図２からわかるように、比較体１（水和処理のみ）は、比較体２（水和処理及び酸化処理なし）に対して、酸素吸着量が、当初（約５分ぐらいまで）同程度であるものの、次第に少なくなり、１時間経過後では約２０％程度少なくなっている。これに対し、試験体１（酸化処理１０分）及び試験体２（酸化処理５分）は、比較体２（水和処理及び酸化処理なし）に対して、酸素吸着量が、当初から著しく少なく、１時間経過後でも半分以下となり（特に、試験体１（酸化処理１０分）は３０％未満）、自然発火を抑制できることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明に係る石炭改質装置は、石炭の自然発火を抑制する処理に要する手間やコストや時間を大幅に短縮して、生産効率を大幅に向上できることから、産業上、極めて有益に利用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１  低品位石炭（低質炭）
２  石炭ブリケット
１００  石炭改質装置
１０１  水
１０２  空気
１１１  乾燥器
１１２  乾留器
１１３  ホッパ
１１４  ブリッケタ
１１５  ホッパ
１１６  水和処理槽
１１６ａ  送出口
１１７  メッシュコンベア
１１８  排水管
１１８ａ  流量調整バルブ
１１９  貯水槽
１２０  送給ポンプ
１２１  温調器
１２２  メッシュコンベア
１２３  通風フード
１２４  加熱器
１２５  送風ブロア
１２６  回収容器
【図１】
2011037938.tif 000003
【図２】
2011037938.tif 000004