(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
歴青炭を加熱して揮発性物質を除去し、生成物を乾燥して本質的に炭素及び水素で構成される処理された石炭を製造する、処理された石炭の製造方法であって、
前記方法は、段階的な加熱工程を用いて行われ、石炭に由来するガスとして揮発性物質を分解して捕集し、
前記段階的な加熱工程の第１段階での温度は、９００〜１５００°Ｆの温度範囲の値に増加され、前記第１段階での滞留時間は１５〜２０分であり、
前記段階的な加熱工程の第２段階での温度は、１５００と２５００°Ｆとの間の値に増加され、前記第２段階での滞留時間は２０〜２５分である
処理された石炭の製造方法。
【請求項２】
歴青炭を燃焼するために構成される従来の産業用ボイラ内で安定した燃焼を維持するために十分な量の前記処理された石炭と同時に天然ガスの並流スリップストリームを導入することによって、前記処理された石炭を燃焼する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記スリップストリームは、前記処理された石炭と共に並流で導入される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記燃焼は、２つの燃料を別に又は同時に燃焼できるコンバインドサイクルボイラ又はマルチ燃料ボイラ内で行われる、請求項２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭の処理に関する。
【０００２】
具体的には、本発明は、石炭の燃焼中に排出される好ましくない汚染物を含まい燃料製品を製造するために石炭から水分及び揮発性物質を除去することにより石炭を処理する工程を提供する。本発明の燃料製品の燃焼による任意の大気排出物（ａｉｒ−ｂｏｒｎｅ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ）は、未処理の石炭によるものよりもきれいで、一般的に石炭焚きバーナ（ｃｏａｌ  ｆｉｒｅｄ  ｂｕｒｎｅｒ）からの排出物を浄化するために必要とされる後燃焼又は洗浄（ｓｃｒｕｂｂｉｎｇ）技術を省略することもできる。本発明は、現時点で存在するものに比べて汚染排出問題に対する低コスト化の解決策につながる。
【０００３】
本発明は、また、活性炭及び炭素電極産業の高い炭素含有量を有する供給物質としての役割をできる石炭から新しい供給材料を生成することを目的とする。本発明の供給材料はまた、鉄鋼産業における溶鉱炉で粉砕された微粉炭噴射（ＰＣＩ；ｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄ  ｃｏａｌ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）のための理想的な物質としての役割をする。
【背景技術】
【０００４】
石炭を処理する従来の工程は、石炭（一般に、低い等級の石炭及び亜炭）から水分及び好ましくない揮発性物質を除去して、燃料の単位質量当たりの熱放出が増加した高品質の石炭を製造する。例えば、米国特許出願第６，４４７，５５９号及び同第７，８７９，１１７号には、原炭に比べて石炭の単位質量当たりの高い発熱量（ｈｅａｔｉｎｇ  ｖａｌｕｅ）を有する精炭燃料（ｃｌｅａｎ  ｃｏａｌ  ｆｕｅｌ）を製造する工程が記載されている。
【０００５】
しかし、このような従来の工程は、全ての揮発性物質を除去するために設計されたものではない。石炭焚きボイラ（ｃｏａｌ−ｆｉｒｅｄ  ｂｏｉｌｅｒ）内で処理された製品の安定した燃焼を保障するために少数の揮発性物質が存在する。
【０００６】
無煙炭は、歴青炭に比べて相対的に希少であり、燃焼するのにより多くの費用がかかる。今まで燃料として無煙炭を用いる工程は開発されておらず、クリーン燃料として無煙炭を用いる方法も少ない。無煙炭は、揮発性物質の含有量が少なく水分が少ないために差別化された高級石炭の一種である。このような特性は、石炭及び鉄鋼製造に理想的に適合する。無煙炭は、独特の特性、相対的な希少性、及び、他のいくつかの要素によって、今日では他の石炭価格の数倍も高価なものである。したがって、無煙炭は、歴青炭、又は一般的に褐炭又はボイラ用石炭と呼ばれるものからの排出物よりもはるかにクリーンであるが、今後いつまでも産業用ボイラの燃料として用いられる可能性はない。
【０００７】
したがって、低ランクの石炭をアップグレードして燃焼の安定性の問題解決と共に高級無煙炭の主要な一部の特徴を付与する技能に対処する必要がある。本発明は、このような必要性に対処することを目的とする。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一態様では、亜炭を含む任意の種類の褐炭又はボイラ用石炭から無煙炭と同様の化学的特性を有する処理された石炭を製造する方法が提供される。本発明の工程によって製造して得られた処理された石炭（本明細書では、場合によりプリスティンＳＡ（ＳＡは合成無煙炭を意味）と称する）は、本質的に炭素及び水素で構成され、天然ガスほどにクリーンに燃焼する。
【０００９】
別の態様では、好ましくない汚染物を含まない燃料製品を製造するために、水分及び揮発性物質が除去された、本質的に炭素及び水素で構成される処理された石炭が提供される。
【００１０】
また別の態様において、バイオマスと本発明の処理された石炭（プリスティンＳＡ）を結合した煉炭などの圧縮された（ｃｏｍｐａｃｔｅｄ）物品が提供される。プリスティンＳＡの微粉（ｆｉｎｅ）は、半炭化バイオマス（ｔｏｒｒｅｆｉｅｄ  ｂｉｏｍａｓｓ）（半炭化バイオマスは、プリスティンＳＡと同じ反応器で生成されるが、並列操作によって製造される）と共に歴青炭ボイラ内に直接供給できる固体燃料に圧縮させる。バイオマス及びプリスティンＳＡの比率は、最適な燃焼及び火炎安定性を提供し、最小のボイラ付着物を有するように慎重に調節する。一部の例では、燃焼を維持するために可燃性ガスの少量の補助ストリーム（ｓｍａｌｌ  ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ｓｔｒｅａｍ）を必要とし得る。
【００１１】
また別の態様において、本発明は、歴青炭を燃焼するために構成される従来の産業用ボイラ内で安定した燃焼を維持するために十分な量の処理された石炭と同時に可燃性ガス（例えば天然ガス、埋立地ガス（ｌａｎｄｆｉｌ  ｇａｓ）又はその他の適切なガス）のスリップストリーム（ｓｌｉｐｓｔｒｅａｍ）を導入することによって、本発明の処理された石炭を可燃性ガスとして燃焼する工程を提供する。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の第一の態様によれば、原炭を処理して本来の表面水分を含まずに続けて揮発性物質を除去する工程が提供される。これは、大気条件で定義された温度で段階的に加熱することによって達成される。この工程は、処理された石炭が２つの燃料の水素対炭素の比を増加して処理された石炭の燃焼を維持できるように補充燃料、例えば、自然に利用可能な燃料として混合するものであれば、歴青炭を燃焼するために構成されたボイラ内で燃焼され得る生成物を生成する。
【００１３】
高い水素含有量を有する補充燃料の例は、埋立地ガス及び天然ガスを含むが、その生成物が市販のものであれば、純粋な水素を用いてもよい。本発明の処理された石炭及び補充燃料を含む混合燃料は、毒素が排出されず、好ましくは大気への炭素排出物を減少させる。
【００１４】
歴青炭ボイラは、一般的に２つの燃料を同時に焼成するように構成されていないため、これを可能にするために一部の変更が必要な場合がある。このような変更は、例えば、二重の燃料注入口、供給速度の調節、及び燃焼を維持する最大効率のための燃料注入口の最適な位置を含む。
【００１５】
米国及び海外において、石炭及び天然ガスを産業的に燃焼できる複数のコンバインドサイクルボイラ又はマルチ燃料ボイラがある。本発明の処理された石炭は、理想的にはこのようなボイラと関連して使用するのに適している。本発明は、歴青炭及び亜歴青炭（ｓｕｂ−ｂｉｔｕｍｉｎｏｕｓ）の両方に価値を付加し、これらの石炭を燃焼する際の排出物の減少によって環境基準に準拠する費用を低減する。
【００１６】
従来、天然ガスの価格が相対的に高かった時に、燃焼を改善するために天然ガスと石炭をともに焼成することは経済的でなかった。今日、米国で頁岩（ｓｈａｌｅ）堆積物から天然ガスが発見されたものの、天然ガスの価格は時間の経過とともに徐々に増加すると予想される。これは、天然ガスの供給の増加に伴い、多くの利用者がガス焚きボイラに切り替えることによって供給の需要が増えるためである。
【００１７】
その結果、期待される天然ガスの値下げは持続されず、石炭焚きボイラの天然ガス焚きボイラへの切り替えは減速される。広く知られる国内及び国際エネルギー研究機関で期待又は予想されるように、燃焼用途での石炭の使用が持続するであろう。このような燃焼用途に対し、少ない揮発性物質の精炭に揮発性分を除去した本発明の処理された石炭は、天然ガス又はバイオガスなどの補充燃料と共に焼成することができ、これは、原炭、天然ガス、又は、バイオマスを別途燃焼するための環境的に優れて、経済的に実現可能な代案である。
【００１８】
石炭焚きボイラ内で本発明の処理された石炭（すなわち、ほぼ揮発性物質がゼロの石炭）を天然ガスなどの補充燃料と結合する概念は、新しい概念である。本発明は、理想的に２つ以上の燃料を別に又は同時に燃焼させることができるコンバインドサイクルボイラ又はマルチ燃料ボイラの使用に適している。複数のコンバインドサイクルボイラ又はマルチ燃料ボイラが存在するが、このような常用ボイラは、単に１つの燃料と他の燃料との間で切り替えるように設計されているに過ぎない。
【００１９】
本発明は、全ての水分及び石炭に由来する揮発性物質をガスとして分解して除去するために他段階の加熱工程、典型的に２段階の加熱工程を用いて石炭から揮発性物質を除去する従来の方法（コーキング工程を含む）と異なる。加熱工程は、９００〜２５００°Ｆの範囲の温度を用いる。このような温度は、石炭から水分及び揮発性物質を除去する一般的な工程の温度より高い。第１段階での温度は、９００〜１５００°Ｆの温度範囲の値に増加され、第２段階での温度は、１５００と２５００°Ｆとの間の値に増加される。
【００２０】
ガス上の水分及び揮発性物質は、複数の段階で別のストリームの水及び炭化水素液体の副産物によって冷却して凝縮され、供給石炭の構造的な完全性を保存して本発明の処理された石炭を製造する。コールタール及びその他の重い揮発性物質からメタン、ブタン及び軽質芳香族物質に達する液体で構成される。液体の商品価値は、本発明に対する相当な補完物として経済的実行の可能性が大幅に改善される工程につながる。
【００２１】
石炭が段階的温度条件を行う時間（滞留時間）は、従来の工程より長い。したがって、本発明のプリスティンＳＡ工程は、石炭から全ての揮発性物質を除去するために１５〜４５分の範囲の滞留時間が必要である。一般に、第１段階での滞留時間は約１５〜２０分であり、第２段階での滞留時間は２０〜２５分である。
【００２２】
石炭から水分及び揮発性物質を除去する従来の工程によって生成される最終生成物はまた、本工程に従って生成されるプリスティンＳＡ物品と互いに異なる。従来の工程は、自体の燃焼を維持できるクリーンな燃焼固体燃料を生成するが、プリスティンＳＡを生成する工程は、可燃性ガスと結びついて用いられるクリーンな燃焼固体燃料を生成する。このようなガスは、非経済的に燃焼する産業的工程及び精錬装置から由来した低Ｂｔｕガス及びバイオマスを含む。
【００２３】
本発明のまた他の実施形態は、半炭化バイオマス、例えば半炭化された木材又は半炭化を起こすその他の再生可能な炭素中性エネルギー源と共に圧縮されたプリスティンＳＡを含み、エネルギー密度が木材よりも高く石炭と略同等である圧縮された（煉炭）物品を提供する。このような圧縮物品は、それ自体の燃焼を維持することができ、二酸化炭素の排出量がゼロのバイオマスを使用するために二酸化炭素の排出が減少するという点で、従来工程の物品と異なる。ここで、バイオマス燃焼は、その名が示すとおり、植物の成長時の二酸化炭素の吸収によって、このような二酸化炭素排出物が相殺されるために、二酸化炭素排出物がないものとみなせることが知られている。
【００２４】
多量の水分を含有する石炭を取り扱う場合、本工程は、未処理の石炭に存在するものよりも高い発熱量（ＣＶ）を有する燃料を生成する。ＣＶの増加は、石炭内の水分含有量が正比例して変化する。
【００２５】
本発明の処理された石炭（合成無煙炭）は、クリーンな燃焼燃料として使用する以外に、石油コークス及び様々な産業用の他の同様の供給原料に対する経済的に魅力的な代替案であり、これは、鉄鋼産業用の炭素添加剤、及びアルミニウム産業用の活性炭及び炭素電極を含む。本発明のプリスティンＳＡ処理された石炭のまた他の利用は、溶鉱炉で粉砕された微粉炭噴射（ＰＣＩ）内における利用である。この点で、プリスティンＳＡは、溶融した鉄の生成中の溶鉱炉内で鉄鉱石の減少速度を増加させてコークスの必要性を低減するための好ましい炭素源として作用することができる。
【００２６】
産業用ボイラの燃料として、無煙炭は、高コスト、限られた利用の可能性、及びその燃焼維持に伴う課題のために最小限で使用されている。本発明の処理された石炭は、略純粋な炭素及び水素として前記注目された短所が解決される。したがって、本発明は、天然無煙炭に比べて低コストで販売され得る無煙炭のような石炭を形成し、それにより燃料として経済的に実行可能になる。
【００２７】
本発明の重要な形態は、産業用ボイラ内で処理された石炭と同時に、並流（ｃｏ−ｃｕｒｒｅｎｔ  ｓｔｒｅａｍ）の中に、天然ガス又はその他の可燃性ガス（例えば、バイオガス、埋立地ガス、ディーゼルなど）のような補充燃料のスリップストリームを導入することを中心とする。天然ガスのような補充燃料は、必要な炭素と水素の燃料比を用いて本発明の処理された石炭の燃焼を維持する。本発明の処理された石炭及び可燃性ガスをこのように結合すると、安定した燃焼が保障され、ボイラがガスだけを用いて作動する場合に比べて必要な可燃性ガス量が減少する。
【００２８】
可燃性ガスは、産業施設、石油精製所、及び熱／電力生成に比べて経済的な燃焼であるため、発熱量が非常に小さい化学的製造工場からの可燃性ガスを含む。したがって、一般的にこのようなガスが燃焼してこれらのエネルギー量を浪費する。このような可燃性ガスは、本発明の処理された石炭の燃焼を維持するために必要な水素含有量を提供する。
【００２９】
このような工程は、低ランクの石炭品質を向上させるだけでなく、これらの排出物が未処理の歴青炭及び亜歴青炭機関用の石炭の結合から発生する排出物よりもかなり少なくクリーンである。また、好ましくない排出物を生成する物質がほぼないため、本発明の処理された石炭を使用すれば排出物の洗浄を除去することもできる。また、本工程の炭化水素副産物は、工程の経済性に肯定的な影響を及ぼす重要な要素である。供給石炭から水分を除去すると、石炭のＣＶが増加して未処理の石炭に比べて効率的な燃料が製造される。
【００３０】
本発明は、現在最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものに関して説明してきたが、本発明は、開示された実施形態に限定されるものではなく、逆に、特許請求の範囲の思想及び範囲内に含まれる様々な変更及び等価な装置（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）を含むことを意図するものと理解されなけばならない。