(57)【要約】      （修正有）【課題】溶剤の回収率を向上できる無灰炭の製造方法の提供。【解決手段】石炭及び溶剤の混合スラリーから無灰炭を製造する方法であって、上記混合スラリーを加熱する抽出工程と、この抽出工程後のスラリーを固体濃縮液及び上澄み液に分離する固液分離工程と、上記上澄み液から薄膜蒸溜法により溶剤を除去する無灰炭取得工程と、上記固体濃縮液から蒸発分離法により溶剤を分離する溶剤回収工程とを備え、上記上澄み液中の固形分の平均粒子径が２０μｍ以下で無灰炭の製造方法。上澄み液中の固形分の最大粒子径としては、５０μｍ以下が好ましい。上澄み液中の固形分含有量としては、６質量％以下が好ましい。混合スラリーに用いる石炭の最大粒子径としては、５０μｍ以下が好ましい。【選択図】図１
2017125118.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭及び溶剤の混合スラリーから無灰炭を製造する方法であって、
上記混合スラリーを加熱する抽出工程と、
この抽出工程後のスラリーを固体濃縮液及び上澄み液に分離する固液分離工程と、
上記上澄み液から薄膜蒸溜法により溶剤を除去する無灰炭取得工程と、
上記固体濃縮液から蒸発分離法により溶剤を分離する溶剤回収工程と
を備え、
上記上澄み液中の固形分の平均粒子径が２０μｍ以下であることを特徴とする無灰炭の製造方法。
【請求項２】
上記上澄み液中の固形分の最大粒子径が５０μｍ以下である請求項１に記載の無灰炭の製造方法。
【請求項３】
上記固液分離工程で、直径Ｒ［ｍ］の沈降分離槽を用い、上澄み液の流出量ＱＯＦ［ｋｇ／ｓ］及び固体濃縮液の流出量ＱＵＦ［ｋｇ／ｓ］が、固体濃縮液から排出される固形分の流量ＱＵＳ［ｋｇ／ｓ］、上澄み液中の固形分の密度ρｓ［ｋｇ／ｍ３］、上澄み液中の液体の密度ρｌ［ｋｇ／ｍ３］、重力加速度ｇ［ｍ／ｓ２］、上澄み液の粘度η［Ｐａ・ｓ］、及び固体濃縮液の固形分含有量の上限値Ａｍａｘ［質量％］を用いて、次の式（１）及び式（２）を満たすよう定められる請求項１又は請求項２に記載の無灰炭の製造方法。
ＱＯＦ／（Ｒ２π／４）≦（ρｓ−ρｌ）×ｇ×０．００５／（１８η）  ・・・（１）
ＱＵＦ≧ＱＵＳ／（Ａｍａｘ／１００）  ・・・（２）
【請求項４】
上記上澄み液中の固形分含有量が６質量％以下である請求項１、請求項２又は請求項３に記載の無灰炭の製造方法。
【請求項５】
上記混合スラリーに用いる石炭の最大粒子径が５０μｍ以下である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の無灰炭の製造方法。
【請求項６】
上記無灰炭取得工程の前にフラッシュ蒸留法により上澄み液中の溶剤含有量を低減する濃縮工程をさらに備え、
上記濃縮工程で上澄み液の温度を保持する請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の無灰炭の製造方法。
【請求項７】
上記濃縮工程後の上澄み液の溶剤含有量が５質量％以上２５質量％以下である請求項６に記載の無灰炭の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無灰炭の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電やボイラーの燃料又は化学品の原料として、石炭が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（ハイパーコール）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石炭として無灰炭を使用する試みもなされている。
【０００３】
無灰炭の製造方法としては、石炭と溶剤とを混合したスラリーを加熱することにより石炭中の可溶成分を溶剤中に溶出させ、固液分離により可溶成分が溶け込んだ溶液を取り出して、この溶液から溶剤を蒸発させることで石炭の可溶成分のみを取り出す方法が一般的である。
【０００４】
石炭中の可溶成分を抽出した溶液から蒸発させた溶剤は回収され、新たな石炭と混合されて無灰炭の製造に供される（例えば特開２００５−１２０１８５号公報参照）。しかし、石炭の可溶成分を含む溶液は、その可溶成分濃度が高くなると非常に高い粘性を示し、溶剤を蒸発させることが容易ではなくなる。このため、石炭から可溶成分を抽出するために用いた溶剤の回収率を大きくすることが難しく、回収できなかった分だけ新しい溶剤が必要となり、無灰炭の製造には相当量の溶剤が消費される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１２０１８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記不都合に鑑みて、本発明は、溶剤の回収率を向上できる無灰炭の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するためになされた発明は、石炭及び溶剤の混合スラリーから無灰炭を製造する方法であって、上記混合スラリーを加熱する抽出工程と、この抽出工程後のスラリーを固体濃縮液及び上澄み液に分離する固液分離工程と、上記上澄み液から薄膜蒸溜法により溶剤を除去する無灰炭取得工程と、上記固体濃縮液から蒸発分離法により溶剤を分離する溶剤回収工程とを備え、上記上澄み液中の固形分の平均粒子径が２０μｍ以下であることを特徴とする無灰炭の製造方法である。
【０００８】
当該無灰炭の製造方法は、固液分離工程において、石炭の可溶成分を含み、固形分の含油率が十分に小さいことにより薄い膜状にすることができる上澄み液を分離するので、薄膜蒸留法により溶剤を分離して石炭の可溶成分を主成分とする無灰炭を得ることが可能となる。つまり、当該無灰炭の製造方法は、無灰炭取得工程において上澄み液から薄膜蒸溜法により溶剤を除去することにより、溶剤を比較的効率よく蒸発させることができるので、溶剤の回収率を向上することができる。また、当該無灰炭の製造方法では、上記上澄み液中の固形分の平均粒子径を２０μｍ以下とすることによって、上澄み液の薄膜を安定して形成することができるので、溶剤の回収率をより確実に向上することができる。なお、「平均粒子径」とは、レーザー回折法により測定される粒度分布において、体積積算値が５０％となる粒子径（Ｄ５０）を意味する。
【０００９】
上記上澄み液中の固形分の最大粒子径としては、５０μｍ以下が好ましい。このように、上記上澄み液中の固形分の最大粒子径を上記上限以下とすることによって、無灰炭取得工程においてスクレーパー（ワイパー）によって上澄み液の薄膜を形成する装置構成とした場合にも、固形分がスクレーパーを傷つけ難いので、継続的に溶剤の回収率を向上することができる。なお、「最大粒子径」とは、レーザー回折法により測定される粒度分布において、体積積算値が９０％となる粒子径（Ｄ９０）を意味する。
【００１０】
上記固液分離工程で、直径Ｒ［ｍ］の沈降分離槽を用い、上澄み液の流出量ＱＯＦ［ｋｇ／ｓ］及び固体濃縮液の流出量ＱＵＦ［ｋｇ／ｓ］が、固体濃縮液から排出される固形分の流量ＱＵＳ［ｋｇ／ｓ］、上澄み液中の固形分の密度ρｓ［ｋｇ／ｍ３］、上澄み液中の液体の密度ρｌ［ｋｇ／ｍ３］、重力加速度ｇ［ｍ／ｓ２］、上澄み液の粘度η［Ｐａ・ｓ］、及び固体濃縮液の固形分含有量の上限値Ａｍａｘ［質量％］を用いて、次の式（１）及び式（２）を満たすよう定められるとよい。このように、上澄み液の流出量ＱＯＦ及び固体濃縮液の流出量ＱＵＦが、下記式（１）及び式（２）を満たすことによって、上澄み液中の固形分の最大粒子径を十分に小さくすることができるので、無灰炭取得工程において安定して薄膜を形成して溶剤の回収率をより確実に向上することができる。
ＱＯＦ／（Ｒ２π／４）≦（ρｓ−ρｌ）×ｇ×０．００５／（１８η）  ・・・（１）
ＱＵＦ≧ＱＵＳ／（Ａｍａｘ／１００）  ・・・（２）
【００１１】
上記上澄み液中の固形分含有量としては、６質量％以下が好ましい。このように、上記上澄み液中の固形分含有量を上記上限以下とすることによって、無灰炭取得工程で比較的安定して薄膜を形成できるので、溶剤の回収率をさらに確実に向上することができる。
【００１２】
上記混合スラリーに用いる石炭の最大粒子径としては、５０μｍ以下が好ましい。このように、上記混合スラリーに用いる石炭の最大粒子径を上記上限以下とすることによって、上澄み液の薄膜をより安定して形成することができるので、溶剤の回収率をより確実に向上することができる。
【００１３】
上記無灰炭取得工程の前にフラッシュ蒸留法により上澄み液中の溶剤含有量を低減する濃縮工程をさらに備え、上記濃縮工程で上澄み液の温度を保持するとよい。このように、上記無灰炭取得工程の前に上澄み液からフラッシュ蒸留法により溶剤を除去する濃縮工程をさらに備えることによって、予め上澄み液の溶剤含有量を十分に低下させて無灰炭取得工程において無灰炭に残留する溶剤の量を十分に低減することができる。さらに、上記濃縮工程で上澄み液の温度を保持することによって、濃縮工程で溶剤量を低減した上澄み液を薄膜蒸留法に適した粘度に維持することができるので、溶剤の回収率をさらに確実に向上することができる。
【００１４】
上記濃縮工程後の上澄み液の溶剤含有量としては、５質量％以上２５質量％以下が好ましい。このように、上記濃縮工程後の上澄み液の溶剤含有量が上記範囲内であることによって、無灰炭取得工程における溶剤の分離がより確実となる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明の無灰炭の製造方法は、溶剤の回収率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態の無灰炭の製造方法の手順を示す流れ図である。
【図２】図１の無灰炭の製造方法に用いる製造設備の構成を示す模式図である。
【図３】本発明の図１とは異なる実施形態の無灰炭の製造方法の手順を示す流れ図である。
【図４】図３の無灰炭の製造方法に用いる製造設備の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。
【００１８】
［第一実施形態］
本発明の第一実施形態の無灰炭の製造方法は、図１に示すように、石炭及び溶剤の混合スラリーから無灰炭を製造する方法であって、混合スラリーを加熱する抽出工程（ステップＳ１）と、この抽出工程後のスラリーを固体濃縮液及び上澄み液に分離する固液分離工程（ステップＳ２）と、上澄み液から薄膜蒸溜法により溶剤を除去する無灰炭取得工程（ステップＳ３）と、固体濃縮液から蒸発分離法により溶剤を分離する溶剤回収工程（ステップＳ４）とを備える。
【００１９】
当該無灰炭の製造方法は、例えば図２に示す製造設備を用いて行うことができる。図２の製造設備は、石炭及び溶剤の混合スラリーを調製するスラリー調製槽１と、スラリー調製槽１から混合スラリーを送出するポンプ２と、ポンプ２から送出される混合スラリーを加熱する加熱器３と、加熱器３によって加熱されたスラリーが供給され、このスラリーの温度を抽出温度に保持することにより石炭中の可溶成分を溶剤中に溶出させる抽出槽４とを備える。また、図２の製造設備は、抽出槽４において石炭中の可溶成分を溶剤中に溶出したスラリーを固体濃縮液及び上澄み液に分離する固液分離器５と、固液分離器５で得られる上澄み液から薄膜蒸留法により溶剤を蒸発させることにより分離して無灰炭（ＨＰＣ：Ｈｙｐｅｒ  Ｃｏａｌ）を得る薄膜蒸留装置６と、固液分離器５で得られる固体濃縮液から蒸留法により溶剤を分離して副生炭（ＲＣ：Ｒｅｓｉｄｕｅ  Ｃｏａｌ）を得る蒸発分離装置７とを備える。図２の製造設備は、薄膜蒸留装置６で蒸発する溶剤及び蒸発分離装置７で蒸発する溶剤を回収できるよう構成されている。
【００２０】
＜スラリー調製槽＞
スラリー調製槽１は、原料となる石炭及び溶剤が投入され、これらを撹拌することにより混合スラリーを調製するものである。このため、スラリー調製槽１は、撹拌機（不図示）を有することが好ましい。
【００２１】
＜ポンプ＞
ポンプ２は、スラリー調製槽１から混合スラリーを加熱器３に供給する。図２の製造設備は、加熱器３、抽出槽４及び固液分離器５の内部でスラリー中の溶剤が蒸発して分離しないよう、スラリーを加圧状態で保持する必要がある。このため、ポンプ２は、混合スラリーを加圧して送出する。
【００２２】
このポンプ２の吐出圧力、ひいては加熱器３、抽出槽４及び固液分離器５の内部圧力の下限としては、１ＭＰａが好ましく、２ＭＰａがより好ましい。一方、ポンプ２の吐出圧力の上限としては、５ＭＰａが好ましく、４ＭＰａがより好ましい。ポンプ２の吐出圧力が上記下限に満たない場合、溶剤が揮発して抽出槽４での石炭の可溶成分の抽出が困難となるおそれがある。一方、ポンプ２の吐出圧力が上記上限を超える場合、設備コスト及び運転コストが不必要に増大するおそれがある。
【００２３】
＜加熱器＞
加熱器３は、ポンプ２から供給される混合スラリーを連続的に加熱する装置であり、熱交換器を有するものとすることができる。
【００２４】
加熱器３におけるスラリーの加熱温度としては、後述する抽出槽４における抽出温度と略等しいことが好ましいが、抽出槽４における抽出温度よりもやや低い温度としても、抽出槽４内のスラリーの温度を実施的に所定の抽出温度で一定に保持することができる。
【００２５】
＜抽出槽＞
抽出槽４は、加熱器３から供給されるスラリーを所定の抽出温度に保持して一定時間滞留させることで、スラリー中の石炭の可溶成分を溶剤中に溶出させる。このため、抽出槽４は、撹拌器及びヒーターを有することが好ましい。
【００２６】
この抽出槽４における抽出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、抽出温度の上限としては、４２０℃が好ましく、４００℃がより好ましい。抽出温度が上記下限に満たない場合、石炭を構成する分子間の結合を十分に弱めることができないため、抽出率が低下するおそれがある。逆に、抽出温度が上記上限を超える場合、石炭の熱分解反応が非常に活発になり生成した熱分解ラジカルの再結合が起こることで抽出率が低下するおそれがある。
【００２７】
抽出槽４における抽出時間スラリーの平均滞留時間（以下、抽出時間という）、つまり抽出槽４の容積を加熱器３から流入するスラリーの流量で除した値の下限としては、５分が好ましく、２０分がより好ましい。一方、抽出時間の上限としては、３時間が好ましく、２時間がより好ましい。抽出時間が上記下限に満たない場合、抽出率が不十分となるおそれがある。逆に、抽出時間が上記上限を超える場合、製造効率が不必要に低下するおそれがある。
【００２８】
なお、抽出槽４におけるスラリーの抽出は非酸化性雰囲気で行うことが好ましい。具体的には、スラリーの抽出を窒素等の不活性ガスの存在下で行うことが好ましい。窒素等の不活性ガスを用いることで、抽出の際にスラリーが酸素に接触して発火することを低コストで防止できる。
【００２９】
＜固液分離器＞
固液分離器５は、スラリーを、スラリー中の固形分（石炭の不溶成分）の大半が取り除かれて溶剤に石炭の可溶成分が溶解した溶液が殆どとなった上澄み液と、石炭の不溶成分が濃縮された泥状又はスラッジ状の組成物である固体濃縮液とに分離する。
【００３０】
固液分離器５としては、例えば重力による沈降によって固形分を分離する沈降分離槽、慣性力により固形分を分離するサイクロン分離器、遠心力によって固形分を分離する遠心分離機、固形分を濾し取る濾過器等を用いることができる。中でも、固液分離器５としては、比較的装置構成が簡単でメンテナンスが容易な沈降分離槽が好適に用いられる。
【００３１】
上記沈降分離槽としては、流速が一定の上昇流を形成する垂直な筒状部を有するものが好適に用いられる。このような沈降分離槽は、上部から上澄み液を排出し、下部から固体濃縮液を排出し、上澄み液の排出量と固体濃縮液の排出量との比を調整することにより、上澄み液に残留し得る固形分の粒子径及び固形分含有量を制御することができる。
【００３２】
＜薄膜蒸留装置＞
薄膜蒸留装置６は、容器の周壁を加熱すると共にこの周壁の内面に上澄み液の薄膜を形成することにより、上澄み液中の溶剤を蒸発させて除去することで、石炭中の可溶成分を主体とする無灰炭（ＨＰＣ）を得る。
【００３３】
このため、薄膜蒸留装置６は、直立円筒状に形成され、外周に加熱のための熱媒が送通されるジャケットが設けられた容器と、この容器の内部で回転するスクレーパー（ワイパー）とを有することが好ましい。また、この薄膜蒸留装置６は、溶剤の蒸発を促進及び安定化するために、容器内に生じた溶剤の蒸気を容器外に設けられる凝縮器で凝縮させることにより、容器の内部を常圧又は減圧状態に維持する機構を有することが好ましい。
【００３４】
＜蒸発装置＞
蒸発分離装置７は、固体濃縮液中の溶剤を蒸発させることで溶剤を分離回収することにより、石炭の不溶成分を主体とする副生炭（ＲＣ）を得る。
【００３５】
蒸発分離装置７は、例えば抽出槽４よりも圧力が小さい容器内に固体濃縮液を噴射して瞬間的に減圧することで溶剤を蒸発させるフラッシュ蒸留槽等を用いることができる。
【００３６】
続いて、図１の無灰炭の製造方法について、上述の図２の製造設備を参照しながら詳しく説明する。
【００３７】
＜抽出工程＞
ステップＳ１の抽出工程に供される混合スラリー（スラリー調製槽１において調整される混合スラリー）に使用される石炭としては、特に限定されず、様々な品質の石炭を用いることができる。例えば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、複数種類の石炭を混合したものを原料炭として使用してもよい。なお、上記石炭は、風乾等により乾燥炭としてもよいが、水分を含んだ状態のものを用いてもよい。
【００３８】
上記混合スラリーに用いる石炭の最大粒子径（体積基準でのＤ９０）の下限としては、０．５μｍが好ましく、５μｍがより好ましい。一方、混合スラリーに用いる石炭の最大粒子径の上限としては、５０μｍが好ましく、４５μｍがより好ましい。混合スラリーに用いる石炭の最大粒子径が上記下限に満たない場合、石炭を粉砕するために製造コストが不必要に増大するおそれがある。逆に、混合スラリーに用いる石炭の最大粒子径が上記上限を超える場合、固液分離工程で比較的大きい粒子が上澄み液中に混入しないように分離することが望まれるため、固液分離工程がボトルネックとなって製造効率が低下したり製造コストが増大するおそれがある。
【００３９】
抽出工程に供される混合スラリーに用いられる溶剤としては、後述する無灰炭取得工程及び溶剤回収工程離工程で蒸発分離し得るような沸点を有するものであればよく、例えばベンゼン、トルエン、キシレン等の単環芳香族化合物や、ナフタレン、メチルナフタレン、ジメチルナフタレン、トリメチルナフタレン等の２環芳香族化合物などを挙げることができる。
【００４０】
溶剤の沸点は、特に限定されないが、例えば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、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。溶剤の沸点が上記下限に満たない場合、後述する無灰炭取得工程及び溶剤回収工程離工程で溶剤を凝縮させて回収するための冷熱負荷が大きくなることにより無灰炭の製造効率が低下するおそれがある。逆に、溶剤の沸点が上記上限を超える場合、石炭の可溶成分と溶剤との分離が困難となり、溶剤の回収率が低下するおそれがある。
【００４１】
抽出工程に供される混合スラリーの石炭含有量の下限としては、無水無灰（ｄａｆ）ベースで１０質量％が好ましく、１３質量％がより好ましい。一方、混合スラリーの石炭含有量の上限としては、２５質量％が好ましく、２０質量％がより好ましい。混合スラリーの石炭含有量が上記下限に満たない場合、上記石炭の可溶成分に総量少なくなり、溶剤の量に対する無灰炭の製造効率が低下するおそれがある。逆に、混合スラリーの石炭含有量が上記上限を超える場合、溶剤中で石炭の可溶成分が飽和するため、石炭からの可溶成分の抽出率が低下するおそれがある。
【００４２】
＜固液分離工程＞
ステップＳ２の固液分離工程では、抽出槽４から流出するスラリーを、固液分離器５により上澄み液と固体濃縮液とに分離する。
【００４３】
固液分離器５から取り出される上澄み液中の固形分の平均粒子径（体積基準でのＤ５０）の下限としては、０．１μｍが好ましく、１μｍがより好ましい。一方、上澄み液中の固形分の平均粒子径の上限としては、２０μｍであり、１５μｍが好ましい。上澄み液中の固形分の平均粒子径が上記下限に満たない場合、製造量が限定されたり、上澄み液の歩留まりが小さくなることにより無灰炭の製造コストが不必要に増大するおそれがある。逆に、上澄み液中の固形分の平均粒子径が上記上限を超える場合、無灰炭取得工程において安定して薄膜を形成できずに製造効率が低下するおそれや、固形分の噛み込みにより薄膜蒸留装置６が損傷するおそれがある。
【００４４】
また、固液分離器５から取り出される上澄み液中の固形分の最大粒子径（体積基準でのＤ９０）の下限としては、０．５μｍが好ましく、５μｍがより好ましい。一方、上澄み液中の固形分の最大粒子径の上限としては、５０μｍが好ましく、４５μｍがより好ましい。上澄み液中の固形分の最大粒子径が上記下限に満たない場合、製造量が限定されたり、上澄み液の歩留まりが小さくなることにより無灰炭の製造コストが不必要に増大するおそれがある。逆に、上澄み液中の固形分の最大粒子径が上記上限を超える場合、無灰炭取得工程において安定して薄膜を形成できずに製造効率が低下するおそれや、固形分の噛み込みにより薄膜蒸留装置６が損傷するおそれがある。
【００４５】
上澄み液中の固形分含有量の下限としては、０．００１質量％が好ましく、０．０１質量％がより好ましい。一方、上澄み液中の固形分含有量の上限としては、６質量％が好ましく、３質量％がより好ましい。上澄み液中の固形分含有量が上記下限に満たない場合、無灰炭の製造コストが不必要に増大するおそれがある。逆に、上澄み液中の固形分含有量が上記上限を超える場合、薄膜蒸留装置６で安定した薄膜形成ができなくなるおそれや、得られる無灰炭の品質が不十分となるおそれがある。
【００４６】
固液分離器５として直径Ｒ［ｍ］の円形断面を有する沈降分離槽を用いる場合、上澄み液の流出量ＱＯＦ［ｋｇ／ｓ］及び固体濃縮液の流出量ＱＵＦ［ｋｇ／ｓ］が、固体濃縮液から排出される固形分の流量ＱＵＳ［ｋｇ／ｓ］（沈降分離槽から固体濃縮液として排出すべき固形分の量）、上澄み液中の固形分の密度ρｓ［ｋｇ／ｍ３］、上澄み液中の液体の密度ρｌ［ｋｇ／ｍ３］、重力加速度ｇ［ｍ／ｓ２］、上澄み液の粘度η［Ｐａ・ｓ］、及び固体濃縮液の固形分含有量（１００％を１とする値）の上限値Ａｍａｘ［質量％］を用いて、下記式（１）及び式（２）を満たすよう定められることが好ましい。
ＱＯＦ／（Ｒ２π／４）≦（ρｓ−ρｌ）×ｇ×０．００５／（１８η）  ・・・（１）
ＱＵＦ≧ＱＵＳ／（Ａｍａｘ／１００）  ・・・（２）
【００４７】
上澄み液の流出量ＱＯＦ及び固体濃縮液の流出量ＱＵＦを、上記式（１）及び式（２）を満たすよう定めることによって、上澄み液中の固形分の最大粒子径を十分に小さくすることができる。これにより、後述する無灰炭取得工程で安定して薄膜を形成することができるため、溶剤の回収率をより確実に向上できる。
【００４８】
固体濃縮液の固形分含有量の下限としては、２０質量％が好ましく、２５質量％がより好ましい。一方、固形分含有量の上限（上限値Ａｍａｘ）としては、５０質量％が好ましく、４５質量％がより好ましい。固体濃縮液の固形分含有量が上記下限値に満たない場合、固体濃縮液が石炭の可溶成分を含む溶液を比較的多く含むことによって上澄み液の流出量が小さくなるので無灰炭の製造効率が不十分となるおそれがある。逆に、固体濃縮液の固形分含有量が上記上限を超える場合、固体濃縮液の流動性が不十分となり、固体濃縮だけでなく上澄みも連続して得ることができないので、無灰炭及び副生炭を連続して製造することが困難となるおそれがある。
【００４９】
＜無灰炭取得工程＞
ステップＳ３の無灰炭取得工程では、上記固液分離工程で得られる上澄み液から、薄膜蒸留法によって溶剤を蒸発させる。つまり、この無灰炭取得工程では、薄膜蒸留装置６において、上澄み液を薄膜蒸留装置６の容器内壁面に薄膜状に引き延ばして付着させ、容器内壁の熱によって上澄み液中の溶剤を蒸発させる。この無灰炭取得工程では、上澄み液中から溶剤を除去した無灰炭（ＨＰＣ）を得ると共に、蒸発した溶剤を回収する。
【００５０】
無灰炭取得工程において薄膜蒸留法を用いることによって、上澄み液中の溶剤含有量が低下して溶融状態の無灰炭となった後にも、さらに残留する溶剤を蒸発させて、溶剤をより多く回収することができる。これにより、溶剤の損失が小さくなり、回収した溶剤を循環再利用する際に必要となる新しい溶剤の量を低減することができる。
【００５１】
薄膜蒸留装置６の内壁面の温度の下限としては、２５０℃が好ましく、２８０℃がより好ましい。一方、薄膜蒸留装置６の内壁面の温度の下限としては、３５０℃が好ましく、３２０℃がより好ましい。薄膜蒸留装置６の内壁面の温度が上記下限に満たない場合、上澄み液から溶剤を十分に除去することができないおそれや、上澄み液から溶剤を除去した無灰炭の粘度が高くなって無灰炭の排出が困難となるおそれがある。逆に、薄膜蒸留装置６の内壁面の温度が上記上限を超える場合、上澄み液が沸騰状態となって薄膜を形成できないことにより却って溶剤の除去率が低下するおそれがある。
【００５２】
薄膜蒸留装置６からは、上澄み液から溶剤を除去した液状の無灰炭が排出される。この液状の無灰炭を冷却して凝固させることで、固形の無灰炭を得ることができる。この無灰炭の冷却は、例えば水への投入、金属製のベルトコンベア上での空冷、成形用の型への流し込み等の方法で行うことができる。この無灰炭の固化のための冷却温度としては、例えば０℃以上１５０℃以下とされる。
【００５３】
＜溶剤回収工程＞
ステップＳ４の溶剤回収工程では、上記溶液分離工程で得られた固形分濃縮液から蒸発分離により副生炭を得る。具体的には、固液分離器５から排出される固形分濃縮液を蒸発分離装置７に供給し、蒸発分離装置７で溶剤を蒸発させることで分離回収し、固形分濃縮液から溶剤を除去した副生炭（ＲＣ）を得る。
【００５４】
＜利点＞
当該無灰炭の製造方法は、無灰炭取得工程において上澄み液から薄膜蒸溜法により溶剤を除去することにより、溶剤を比較的効率よく蒸発させることができるので、溶剤の回収率を向上することができる。
【００５５】
［第二実施形態］
本発明の第二実施形態の無灰炭の製造方法は、図３に示すように、石炭及び溶剤の混合スラリーから無灰炭を製造する方法であって、混合スラリーを加熱する抽出工程（ステップＳ１）と、この抽出工程後のスラリーを固体濃縮液及び上澄み液に分離する固液分離工程（ステップＳ２）と、この固液分離工程で得られる上澄み液中の溶剤含有量をフラッシュ蒸留法により低減する濃縮工程（ステップＳ３１）と、この濃縮工程後の上澄み液から薄膜蒸溜法により溶剤を除去する無灰炭取得工程（ステップＳ３２）と、固体濃縮液から蒸発分離法により溶剤を分離する溶剤回収工程（ステップＳ４）とを備える。
【００５６】
図３の無灰炭の製造方法におけるステップＳ１の抽出工程、ステップＳ２の固液分離工程及びステップＳ４の溶剤回収工程は、図３の無灰炭の製造方法におけるステップＳ１の抽出工程、ステップＳ２の固液分離工程及びステップＳ４の溶剤回収工程と同様であるため、同じ工程には同じ符号を付して重複する説明は省略する。また、図３の無灰炭の製造方法におけるステップＳ３２の無灰炭取得工程と、図１の無灰炭の製造方法におけるステップＳ３の無灰炭取得工程とは、処理に供される液体の濃度（溶剤含有量）が異なることにより運転条件が異なるだけであり、そのような運転条件の違いは当業者には自明であるため、ステップＳ３２の無灰炭取得工程についての詳細な説明は省略する。
【００５７】
当該無灰炭の製造方法は、例えば図４に示す製造設備を用いて行うことができる。図４の製造設備は、石炭及び溶剤の混合スラリーを調製するスラリー調製槽１と、スラリー調製槽１から混合スラリーを送出するポンプ２と、ポンプ２から送出される混合スラリーを加熱する加熱器３と、加熱器３によって加熱されたスラリーが供給され、このスラリーの温度を抽出温度に保持することにより石炭中の可溶成分を溶剤中に溶出させる抽出槽４とを備える。また、図４の製造設備は、抽出槽４において石炭中の可溶成分を溶剤中に溶出したスラリーを固体濃縮液及び上澄み液に分離する固液分離器５と、固液分離器５で得られる上澄み液中の溶剤含有量をフラッシュ蒸留法により低減するフラッシュ蒸留槽８と、フラッシュ蒸留槽８で濃縮した上澄み液から薄膜蒸留法により溶剤を蒸発させることにより分離して無灰炭を得る薄膜蒸留装置６と、固液分離器５で得られる固体濃縮液から蒸留法により溶剤を分離して副生炭を得る蒸発分離装置７とを備える。図４の製造設備では、薄膜蒸留装置６で蒸発する溶剤、蒸発分離装置７で蒸発する溶剤、及びフラッシュ蒸留槽８で蒸発する溶剤が回収される。
【００５８】
図４の製造設備におけるスラリー調製槽１、ポンプ２、加熱器３、抽出槽４、固液分離器５、薄膜蒸留装置６及び蒸発分離装置７は、図１の製造設備におけるスラリー調製槽１、ポンプ２、加熱器３、抽出槽４、固液分離器５、薄膜蒸留装置６及び蒸発分離装置７と同様であるため、同じ構成要素には同じ符号を付して重複する説明は省略する。
【００５９】
＜フラッシュ蒸留槽＞
フラッシュ蒸留槽８は、抽出槽４よりも圧力が小さい容器内に上澄み液を噴射して瞬間的に減圧することで溶剤を蒸発させるよう構成される。また、フラッシュ蒸留槽８は、蒸発した溶剤を回収するよう構成され、具体的には、容器内に生じた溶剤の蒸気を容器外に設けられる凝縮器で凝縮させることにより回収すると共に、容器の内部を常圧又は減圧状態に維持する機構を有することが好ましい。
【００６０】
また、フラッシュ蒸留槽は、溶剤が蒸発する際に吸収する熱を補って容器内の温度低下を防止するよう容器を加熱するヒーターを有することが好ましい。
【００６１】
＜濃縮工程＞
ステップＳ３１の濃縮工程は、上記フラッシュ蒸留槽８を用いて上澄み液中の溶剤含有量を低減する。このとき、上澄み液から溶剤を蒸発させて濃縮した上澄み液は温度が低下すると粘度が上昇して移送が困難となるおそれがあるため、上澄み液の温度を保持するよう加熱を行うことによって、濃縮後の上澄み液の過度の粘度増大を抑制し、薄膜蒸留装置６への移送及び薄膜蒸留装置６での上澄み液による薄膜の形成を容易にする。
【００６２】
この濃縮工程後の上澄み液の溶剤含有量の下限としては、５質量％が好ましく、８質量％がより好ましい。一方、濃縮工程後の上澄み液の溶剤含有量の上限としては、２５質量％が好ましく、２０質量％がより好ましい。濃縮工程後の上澄み液の溶剤含有量が上記下限に満たない場合、上澄み液の粘度が高すぎて薄膜蒸留装置６において安定した薄膜を形成することができないことにより、溶剤の回収率を十分に向上できないおそれがある。逆に、濃縮工程後の上澄み液の溶剤含有量が上記上限を超える場合、薄膜蒸留装置６での溶剤の除去が不十分となるおそれや、溶剤を十分に除去するために薄膜蒸留装置６が高価な設備となるおそれがある。
【００６３】
＜利点＞
当該無灰炭の製造方法は、ステップＳ３２の無灰炭取得工程の前に、ステップＳ３１として上澄み液からフラッシュ蒸留法により溶剤を除去する濃縮工程をさらに備えるので予め上澄み液の溶剤含有量を十分に低下させて無灰炭取得工程において無灰炭に残留する溶剤の量を十分に低減することができる。
【００６４】
また、当該無灰炭の製造方法は、ステップＳ３１の濃縮工程において、上澄み液の温度を保持することによって、ステップＳ３２での薄膜蒸留法による溶剤の除去を容易にする。これにより、当該無灰炭の製造方法は、溶剤の回収率をより確実に向上することができる。
【００６５】
［その他の実施形態］
上記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、上記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて上記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。
【００６６】
当該無灰炭の製造方法の抽出工程では、石炭と溶剤との混合スラリー全量を加熱器により加熱する方法以外にも、例えば特開２０１４−２０８７５７号公報に開示されるように、石炭の全量及び溶剤の分量の一部を混合したスラリーと、溶剤の残部を抽出温度より高い温度まで加熱したものとを混合することで、略抽出温度のスラリーを得るようにしてもよい。
【００６７】
当該無灰炭の製造方法において、無灰炭取得工程での安定した薄膜形成をより確実にするために、無灰炭取得工程の前に固液分離工程で得られる上澄み液からフィルターによって比較的大きい固形分粒子を除去してもよい。この場合に用いるフィルターの公称目開きの下限としては、０．５μｍが好ましく、５μｍがより好ましい。一方、フィルターの公称目開きの上限としては、１００μｍが好ましく、８０μｍがより好ましい。フィルターの公称目開きが上記下限に満たない場合、頻繁にフィルターが閉塞することにより製造効率が不必要に低下するおそれがある。逆に、フィルターの公称目開きが上記上限を超える場合、無灰炭取得工程での薄膜形成を促進できないおそれがある。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明の無灰炭の製造方法は、無灰炭を得るために広く利用することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１  スラリー調製槽
２  ポンプ
３  加熱器
４  抽出槽
５  固液分離器
６  薄膜蒸留装置
７  蒸発分離装置
８  フラッシュ蒸留槽
Ｓ１  抽出工程
Ｓ２  固液分離工程
Ｓ３，Ｓ３２  無灰炭取得工程
Ｓ３１  濃縮工程
Ｓ４  溶剤回収工程
【図１】
2017125118.tif 000003
【図２】
2017125118.tif 000004
【図３】
2017125118.tif 000005
【図４】
2017125118.tif 000006