(57)【要約】【課題】水分を含有する固体燃料を高効率で改質することにより利用価値の高いエネルギーとして供給する。【解決手段】水分を含有する固体燃料の改質方法であって、水分を含有する固体燃料に、熱機器からの排熱を供給しながら液化天然ガスの気化した乾燥気化ガスを供給、接触させて、乾燥された固体燃料と、吸湿された含湿気化ガスとを得るとともに、含湿気化ガスを、液化天然ガスと熱交換して、液化天然ガスを気化するとともに含湿気化ガスから除湿された燃料ガスと分離水を得て、得られた燃料ガスを熱機器にて燃焼して排熱を得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水分を含有する固体燃料の改質方法であって、
水分を含有する固体燃料に、熱機器からの排熱を供給しながら液化天然ガスの気化した乾燥気化ガスを供給、接触させて、乾燥された固体燃料と、吸湿された含湿気化ガスとを得るとともに、
前記含湿気化ガスを、液化天然ガスと熱交換して、前記液化天然ガスを気化するとともに前記含湿気化ガスから除湿された燃料ガスと分離水を得て、得られた前記燃料ガスを熱機器にて燃焼して前記排熱を得る
固体燃料の改質方法。
【請求項２】
水分を含有する固体燃料の改質装置であって、
水分を含有する固体燃料の乾燥装置を設けるとともに、液化天然ガスを気化させて乾燥気化ガスを得るＬＮＧ気化器を設け、前記ＬＮＧ気化器で得られた燃料ガスを燃焼させて熱利用するとともに排熱を発生させる熱機器を設け、
ＬＮＧ気化器に、供給された液化天然ガスを気化する熱交換部を設けるとともに、得られた乾燥気化ガスを前記乾燥装置に供給する乾燥気化ガス路を設け、
前記乾燥装置に、乾燥室を設け、前記乾燥室に水分を含有する固体燃料を供給する固体燃料供給部と、前記乾燥気化ガスを供給する乾燥気化ガス供給部を設けるとともに、前記熱機器からの排熱により前記乾燥室を加熱する排熱供給部とを設け、前記乾燥室に、前記乾燥気化ガスが前記固体燃料に接触して吸湿することにより生成される含湿気化ガスを排出する含湿気化ガス路を設け、乾燥された固体燃料を排出する固体燃料排出路を設け、
前記ＬＮＧ気化器に、前記含湿気化ガスを、前記熱交換部において供給された液化天然ガスと熱交換して冷却し、除湿された燃料ガスとして排出する燃料ガス路を設けるとともに、冷却された気化ガスから凝縮する水分を排水する排水路を設け、
前記熱機器に、前記燃料ガスを燃焼して熱利用可能にする燃焼部を設けた
固体燃料の改質装置。
【請求項３】
前記水分を含有する固体燃料が水分含有低品位炭である請求項２に記載の固体燃料の改質装置。
【請求項４】
前記水分含有低品位炭が水分含有率２０％以上の褐炭である請求項３に記載の固体燃料の改質装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体燃料の改質方法および装置に関する。具体的には、褐炭等の水分を含有する固体燃料を、より利用価値の高い固体燃料として改質して用いる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体燃料とは、炭素質を主成分とし、常温固体で、燃焼により発熱させることができるものを指すが、このような固体燃料しては、亜炭、褐炭および亜瀝青炭を含む低品位炭が知られている。また、泥炭もこれら低品位炭に類する固体燃料として知られている。これらの固体燃料は、水分を多く含有しており、発熱量が低く、また、乾燥後貯蔵、輸送等に際して自然発火および燃焼を起す恐れがあるといった、取り扱いにくさが問題になりやすい。そのため、石油、石炭の枯渇や、原子力エネルギーの転換に伴って上述の固体燃料の有効利用が求められているにもかかわらず、燃料として十分に活用されている状況とは言えない状況にある。
【０００３】
特に、固体燃料の脱水を行う技術としては、（１）プレス・遠心分離・濾過等の機械的脱水法が知られているが、上述のように、自然発火の危険性があること、また、高コストであることが問題となる。このような問題を解消すべく、（２）流動層・気流乾燥、油中改質等の熱的乾燥法（蒸発法）が開発されている（たとえば特許文献１、２）。しかし、これらの方法は、水分を気化させるのに要する熱量が大であることに伴い、エネルギー効率が低い、用いた油の回収率を高めることが困難である等の問題点があり、（３）飽和水蒸気、熱水を用いる熱的脱水法（非蒸発法）も検討されているが（特許文献３）、高温高圧環境が必要になるなど、実用面で問題が大きい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平０７−０４７７５１号公報
【特許文献２】特開平０７−２３３３８３号公報
【特許文献３】特開２００１−１３９９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、固体燃料の有効利用を図るためには、簡便な装置構成で、さらなるエネルギー効率の向上が求められ、さらにこれらによる低コストでの改質燃料の供給が求められるところとなっている。
【０００６】
したがって、本発明は上記実状に鑑み、水分を含有する固体燃料を高効率で改質することにより利用価値の高いエネルギーとして供給する技術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】
【０００７】
〔構成１〕
上記目的を達成するための本発明の固体燃料の改質方法の特徴構成は、
水分を含有する固体燃料の改質方法であって、
水分を含有する固体燃料に、熱機器からの排熱を供給しながら液化天然ガスの気化した乾燥気化ガスを供給、接触させて、乾燥された固体燃料と、吸湿された含湿気化ガスとを得るとともに、
前記含湿気化ガスを、液化天然ガスと熱交換して、前記液化天然ガスを気化するとともに前記含湿気化ガスから除湿された燃料ガスと分離水を得て、得られた前記燃料ガスを熱機器にて燃焼して前記排熱を得る点にある。
【０００８】
〔作用効果１〕
たとえば、亜炭、褐炭、亜瀝青炭、泥炭、あるいは、バイオマス系のリサイクル固体燃料等は、水分を含有しており、脱水改質することにより燃料としての利用価値を高めることができるようになる。
【０００９】
ＬＮＧを気化させただけの乾燥気化ガスを、固体燃料に供給すると、固体燃料の雰囲気の水蒸気圧がきわめて低く維持できる。そのため、固体燃料の雰囲気を、乾燥気化ガスにより水蒸気圧のきわめて低い状態に維持して、水分の気化を促進して効率よく乾燥することができる。また、固体燃料に、熱機器からの排熱を供給しながら液化天然ガスの気化した乾燥気化ガスを供給、接触させて、水分を気化させ除去することにより乾燥すると同時に熱機器の排熱を利用して吸湿された含湿気化ガスを得るので、熱機器からの熱回収効率を高めることができる。
【００１０】
得られた含湿気化ガスは、前記固体燃料を乾燥するに伴い加熱加湿されたものとなっている。この含湿気化ガスが有する熱量は、ＬＮＧ気化器において、ＬＮＧを気化させるのに用いることができるとともに、ＬＮＧを気化させると同時に含湿気化ガスは冷却され、飽和蒸気圧が下がるため、除湿されることになる。これにより、前記含湿気化ガスは、除湿されて分離水を生成するとともに、含水率が低く、燃焼器で燃焼を継続可能な燃料ガスとすることができる。ここで得られた燃料ガスは燃焼器に供給される。
【００１１】
したがって、ＬＮＧが熱機器に供給されるに際して、固体燃料を乾燥するのに寄与し、かつ、熱機器の排熱を有効利用することができるから、効率よく固体燃料を改質することができるようになる。また、熱機器の排熱としては、通常利用困難な１００℃〜１５０℃程度の未利用排熱が有効利用できるとともに、たとえばガスエンジン等の未利用排熱で乾燥およびＬＮＧの気化で必要となる熱量を十分に賄えるので、既設の熱機器に対して付帯設備（ＬＮＧ気化器および乾燥装置）を設けることによって、運転に要するエネルギーコストを実質的にゼロとして固体燃料の改質が行えることになる。
【００１２】
〔構成２〕
また、水分を含有する固体燃料の改質装置の特徴構成は、
水分を含有する固体燃料の乾燥装置を設けるとともに、液化天然ガスを気化させて乾燥気化ガスを得るＬＮＧ気化器を設け、前記ＬＮＧ気化器で得られた燃料ガスを燃焼させて熱利用するとともに排熱を発生させる熱機器を設け、
ＬＮＧ気化器に、供給された液化天然ガスを気化する熱交換部を設けるとともに、得られた乾燥気化ガスを前記乾燥装置に供給する乾燥気化ガス路を設け、
前記乾燥装置に、乾燥室を設け、前記乾燥室に水分を含有する固体燃料を供給する固体燃料供給部と、前記乾燥気化ガスを供給する乾燥気化ガス供給部を設けるとともに、前記熱機器からの排熱により前記乾燥室を加熱する排熱供給部とを設け、前記乾燥室に、前記乾燥気化ガスが前記固体燃料に接触して吸湿することにより生成される含湿気化ガスを排出する含湿気化ガス路を設け、乾燥された固体燃料を排出する固体燃料排出路を設け、
前記ＬＮＧ気化器に、前記含湿気化ガスを、前記熱交換部において供給された液化天然ガスと熱交換して冷却し、除湿された燃料ガスとして排出する燃料ガス路を設けるとともに、冷却された気化ガスから凝縮する水分を排水する排水路を設け、
前記熱機器に、前記燃料ガスを燃焼して熱利用可能にする燃焼部を設けた点にある。
【００１３】
〔作用効果２〕
上記固体燃料の改質方法を実現可能な固体燃料の改質装置として、上記構成を採用すると、ＬＮＧ気化器では、熱交換部において気化した液化天然ガスと水分とを含む含湿気化ガスとＬＮＧとを熱交換して、乾燥気化ガスと除湿された燃料ガスを得ることができ、ここで得られた燃料ガスを熱機器にて燃焼して排熱を得ることができるようになる。また、ＬＮＧから発生した乾燥気化ガスは、乾燥気化ガス路を介して乾燥装置に供給される。また、除湿された燃料ガスを得る際に、含湿気化ガスは冷却され、飽和蒸気圧が下がるため、除湿されることになる。除湿により生じた水分は、排水路から排出されるとともに、前記含湿気化ガスは、含水率が低く、燃焼器で燃焼を継続可能な燃料ガスとなる。ここで得られた燃料ガスは燃焼器に供給される。
【００１４】
乾燥装置では、乾燥室に水分を含有する固体燃料と乾燥気化ガスが導入されるから、固体燃料の雰囲気の水蒸気圧がきわめて低く維持されるので、乾燥を促進することができる。また、同時に排熱供給部より供給される熱機器の排熱を利用して乾燥気化ガスから含湿気化ガスを得るので、飽和蒸気圧を高めてより乾燥効率を高めることができるとともに、熱機器からの熱回収効率を高めることができる。得られた含湿気化ガスは、前記固体燃料を乾燥するに伴い加熱加湿されたものとなっている。この含湿気化ガスが有する熱量は、ＬＮＧ気化器において、ＬＮＧを気化させるのに用いることができる。また、乾燥された固体燃料は、固体燃料排出部より取り出され、燃焼炉等に用いられる燃料とすることができる。
【００１５】
熱機器では、燃焼部で燃料ガスを燃焼して熱利用可能にするので得られた燃料ガスを有効利用しつつ、未利用排熱を発生させることができる。この未利用排熱は、通常供給されるＬＮＧを気化、加熱、除湿するのに十分な熱量を有するので、水分を含有する固体燃料を乾燥後、供給されたＬＮＧを連続的に使用することができるものとなる。
【００１６】
したがって、ＬＮＧが熱機器に供給されるに際して、固体燃料を乾燥するのに寄与し、かつ、熱機器の排熱を有効利用することができるから、効率よく固体燃料を改質することができるようになる。したがって、既設の熱機器に対してＬＮＧ気化器および乾燥装置を設けることによって、未利用排熱を利用して固体燃料を改質できるから、運転に要するエネルギーコストをきわめて少なくして固体燃料の改質が行えることになる。
【００１７】
〔構成３〕
また、水分を含有する固体燃料として水分含有低品位炭を用いることができる。
【００１８】
〔作用効果３〕
たとえば、亜炭、褐炭、亜瀝青炭、泥炭、あるいは、バイオマス系のリサイクル固体燃料等は、水分を含有しており、脱水改質することにより燃料としての利用価値を高めることができるので改質対象の固体燃料として適している。
【００１９】
〔構成４〕
また、水分含有低品位炭として水分含有率２０％以上の褐炭を用いることができる。
【００２０】
〔作用効果４〕
上記水分含有低品位炭の中でも褐炭は、取り扱い容易で、高品位化により十分な熱量をもつ固体燃料としやすい点から有用である。また、褐炭は世界的にも埋蔵量が多く、改質が容易になり利用促進が図られることとなると、その経済効果は非常に大きい。
【発明の効果】
【００２１】
したがって、固体燃料を効率よく改質することができ、利用価値を高めることができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】固体燃料改質装置のフロー図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明の固体燃料の改質方法および固体燃料の改質装置を説明する。なお、以下に好適な実施例を記すが、これら実施例はそれぞれ、本発明をより具体的に例示するために記載されたものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変更が可能であり、本発明は、以下の記載に限定されるものではない。
【００２４】
〔固体燃料の改質装置〕
本発明の固体燃料の改質装置は、水分を含有する固体燃料ｄの乾燥装置１を設けるとともに、ＬＮＧを気化させて乾燥気化ガスａを得るＬＮＧ気化器２を設け、ＬＮＧ気化器２で得られた燃料ガスｃを燃焼させて熱利用するとともに排熱を発生させる熱機器３を設けて構成される。
【００２５】
〔ＬＮＧ気化器〕
ＬＮＧ気化器２は、ＬＮＧ供給路Ｌ１から供給されたＬＮＧを気化する熱交換部２１を設け、気化により得られた天然ガス（ＮＧ）を乾燥気化ガスａとして乾燥気化ガス路Ｌ２を介して乾燥装置１に供給する。また乾燥装置１で得られる含湿気化ガスｂを、含湿気化ガス路Ｌ３から導入して熱交換部２１において、供給されたＬＮＧと熱交換可能に構成してある。熱交換部２１で冷却された含湿気化ガスｂを、除湿された燃料ガスｃとして供給する燃料ガス路Ｌ４を設け、冷却された含湿気化ガスｂから凝縮する水分を排出する排水路Ｌ５を設けてある。
【００２６】
〔乾燥装置〕
乾燥装置１は、軸心周りに回転自在なドラム状の乾燥室１１に固体燃料撹拌用の撹拌装置１２を内装したドラム式乾燥機からなり、乾燥室１１の軸心方向一方側に固体燃料ｄを固体燃料供給路Ｌ６から供給する固体燃料供給部１３を設けてある。乾燥室１１の外周部には、排ガス路Ｌ７を流通する熱機器３からの高温の排ガスｅを導入して乾燥室内を加熱するジャケット状の排熱供給部１４を設けてある。また、乾燥室１１の軸心方向他方側に、乾燥室１１に供給された固体燃料ｄが撹拌混合されつつ乾燥され、乾燥された改質燃料ｆとして固体燃料排出路Ｌ８から取り出す固体燃料排出部１７を設けてある。また、乾燥室１１の軸心方向他方側に乾燥気化ガスａを乾燥気化ガス路Ｌ２から導入する乾燥気化ガス供給部１５を設けるとともに、乾燥室内に導入された乾燥気化ガスａを撹拌混合される固体燃料ｄと排熱により加熱しながら接触させて固体燃料ｄに含まれる水分を気化させ、含有した状態の含湿気化ガスｂとしてＬ３から排出する含湿気化ガス排出部１６を設けてある。
【００２７】
〔熱機器〕
熱機器３は燃料ガスｃを燃焼させて動力を得る燃焼部３１を備えたガスエンジンコジェネレーション設備が用いられ、熱利用機器３２において熱回収されたのちの排ガスｅは排ガス路Ｌ７を通じて、排熱供給部１４に供給される。
【００２８】
〔運転例〕
上記構成により、たとえば、熱機器３から１１７℃の排ガスｅが１７１．１０７ｋｇ／ｈで排出される場合、乾燥装置１では、水分６０質量％の褐炭１０００ｋｇ／ｈを改質処理する際、１０℃（３５７５ｋｇ／ｈ）の乾燥気化ガスａを６０℃の含湿気化ガスｂ（４１３０ｋｇ／ｈ）として排出するとともに、６０℃の水分１０質量％の高品質な改質褐炭（４４４ｋｇ／ｈ）を改質された固体燃料として高効率で得ることができる。なお、熱機器３からの排ガスｅは、１００℃まで冷却されて排出される。
ここで、ＬＮＧ気化器２にＬＮＧが−１６０℃で供給され、含湿気化ガスｂとして湿度１３．７ｍｏｌ％、６０℃のＬＮＧが３５７５ｋｇ／ｈで供給されると、熱交換部２１において含湿気化ガスｂ（４１３０ｋｇ／ｈ）と熱交換して、１０℃の乾燥気化ガスａ（３５７５ｋｇ／ｈ）と、１℃で湿度１ｍｏｌ％の燃料ガスｃ（３５７５ｋｇ／ｈ）と、水（５３４ｋｇ／ｈ）が得られる。
その結果得られた燃料ガスｃを熱機器３に供給すると、所定の出力とともに１１７℃の排ガスｅが１７１．１０７ｋｇ／ｈで排出される運転が可能となる。
【００２９】
〔別実施例〕
（１）
水分を含有する固体燃料としては、褐炭に代え、亜炭、亜瀝青炭、泥炭等の低品位炭、あるいは、バイオマス系のリサイクル固体燃料等を用いることができ、これら固体燃料の品質に応じて、ＬＮＧ供給量と固体燃料との量比を変更することにより改質効率のバランスを取ることができる。
【００３０】
（２）
ＬＮＧ気化器、乾燥装置、熱機器の具体的構成については、種々公知の構成を採用することができ、たとえば、熱機器としては、ボイラ等を採用できる。なお、熱機器としては、ガスエンジンコジェネレーション装置のように、安定的に排熱を供給できるものを採用することが好ましい。また、熱機器から乾燥装置に排熱を供給する構成としても、熱機器の排ガスを流通させるのに代えて、熱機器により加熱された熱媒体と熱交換させる構成であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の固体燃料の改質方法は、水分を含有する固体燃料を高効率で改質することにより利用価値の高いエネルギーとして改質された固体燃料を供給することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１        ：乾燥装置
１１      ：乾燥室
１２      ：撹拌装置
１３      ：固体燃料供給部
１４      ：排熱供給部
１５      ：乾燥気化ガス供給部
１６      ：含湿気化ガス排出部
１７      ：固体燃料排出部
２        ：ＬＮＧ気化器
２１      ：熱交換部
３        ：熱機器
３１      ：燃焼部
３２      ：熱利用機器
Ｌ１      ：ＬＮＧ供給路
Ｌ２      ：乾燥気化ガス路
Ｌ３      ：含湿気化ガス路
Ｌ４      ：燃料ガス路
Ｌ５      ：排水路
Ｌ６      ：固体燃料供給路
Ｌ７      ：排ガス路
Ｌ８      ：固体燃料排出路
ａ        ：乾燥気化ガス
ｂ        ：含湿気化ガス
ｃ        ：燃料ガス
ｄ        ：固体燃料
ｅ        ：排ガス
ｆ        ：改質燃料
【図１】
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