(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低品位炭を湿式粉砕機に供給して粒径３ｍｍ以下の粉砕炭スラリーを得る改質前処理システムと、
前記粉砕炭スラリーを温度３００℃以上の加圧熱水雰囲気下で改質処理する改質システムと、
この改質システムで得られた改質炭スラリーを脱水処理し、脱水後の改質炭ケーキに水及び添加剤を加えて混練し石炭−水スラリーを得る石炭−水スラリー化システムと、
前記改質炭スラリーの脱水処理で分離された濾液を前記湿式粉砕機に供給して、前記粉砕炭スラリーを生成するための水として再利用する廃水再利用システムと、
を備えたことを特徴とする低品位炭の石炭−水スラリー製造装置。
【請求項２】
改質前処理システムは、粉砕炭スラリーを分級器により供給して粉砕炭を分級し、分級された粒径３ｍｍ以下の粉砕炭を含む粉砕炭スラリーを得るように構成され、
前記廃水再利用システムは、前記改質炭スラリーの脱水処理で分離された濾液を、前記分級された粒径３ｍｍ以下の粉砕炭を含む粉砕炭スラリーに供給して粉砕炭スラリーの濃度調整用の水として再利用することを特徴とする請求項１記載の低品位炭の石炭−水スラリー製造装置。
【請求項３】
低品位炭を浮選装置に供給した後、湿式粉砕して粒径３ｍｍ以下の粉砕炭スラリーを得る改質前処理システムと、
前記粉砕炭スラリーを温度３００℃以上の加圧熱水雰囲気下で改質処理する改質システムと、
この改質システムで得られた改質炭スラリーを脱水処理し、脱水後の改質炭ケーキに水及び添加剤を加えて混練し石炭−水スラリーを得る石炭−水スラリー化システムと、
前記改質炭スラリーの脱水処理で分離された濾液を前記浮選装置に供給して再利用する廃水再利用システムと、を備え、
前記浮選装置は、濾液中の起泡性成分を利用して低品位炭の脱灰を行うことを特徴とする低品位炭の石炭−水スラリー製造装置。
【請求項４】
改質システムは、粉砕炭スラリーを加熱する加熱手段を備え、廃水再利用システムは濾液中に含まれる有機成分を燃焼させて除去する燃焼手段を備え、燃焼手段から排出される排ガスを、前記加熱手段に供給して粉砕炭スラリーの加熱に利用することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の低品位炭の石炭−水スラリー製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低品位炭の石炭−水スラリー製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石炭を粉砕した石炭粉に水と添加剤を加えてスラリー化した石炭−水スラリー（Ｃｏａｌ  Ｗａｔｅｒ  Ｍｉｘｔｕｒｅ：以下「ＣＷＭ」という）は、流体であるためハンドリングが容易であり、しかも重油などに比べて単位熱量当りの価格が低いため、石油に代わる燃料として注目されている。ＣＭＷは、熱分解やガス化が良好に行われ、また高い輸送効率を得るためにも６０〜７０重量％の高濃度であることが要求される。このようなＣＷＭの原料として亜瀝青炭や褐炭のような低品位炭を用いようとすると、低品位炭は、高吸湿性であって高水分であり、しかもフェノール基やカルボキシル基などの酸素含有親水性基が多く含まれているので石炭表面の親水性が高いなどの理由から高濃度ＣＭＷを製造することが容易ではなかった。
【０００３】
そこで最近において低品位炭について改質を行い、ＣＷＭの製造性を向上させようとする技術が提案されている。例えば特公平５−７６９９３号公報には、低品位炭を高温ガスにより１８０℃〜４５０℃に加熱して改質し、改質炭を粉砕混合機で水と適正濃度に混合、粉砕してスラリー化する技術が記載されている。また特開昭５２−７１５０６号公報には、固体燃料を加圧下で熱水雰囲気中にて華氏３００〜７００度で改質し、ＣＷＭ化のための条件として炭素含有率と恒湿水分低下の傾向を見出し、改質後特定の粒度分布に調整後、ＣＷＭを得ることが提案されている。更に特開昭６０−１５２５９７号公報には、非蒸発脱水プロセスにおける改質の具体例として、添加剤により一層の改質を達成する方法が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
低品位炭としては種々のものがあり、ある改質法が全ての低品位炭に適しているとは限らないことが一因であると考えられるが、本発明者が研究を進めてきたところ、上述の改質法では高い改質度が得られず、ＣＷＭを製造する方法としては十分なものではないことがわかった。また改質時に生成する廃水の有効利用については着目されておらず未解決な課題として残されていた。
【０００５】
本発明はこのような事情の下になされたものでありその目的は、低品位炭を用いて高濃度ＣＷＭを製造することができるようにし、廃水を再利用することにより製造原単価の低減を図ることのできる装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、低品位炭を湿式粉砕機に供給して粒径３ｍｍ以下の粉砕炭スラリーを得る改質前処理システムと、
前記粉砕炭スラリーを温度３００℃以上の加圧熱水雰囲気下で改質処理する改質システムと、
この改質システムで得られた改質炭スラリーを脱水処理し、脱水後の改質炭ケーキに水及び添加剤を加えて混練し石炭−水スラリーを得る石炭−水スラリー化システムと、
前記改質炭スラリーの脱水処理で分離された濾液を前記湿式粉砕機に供給して、前記粉砕灰スラリーを生成するための水として再利用する廃水再利用システムと、
を備えたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１記載の発明において、改質前処理システムは、粉砕炭スラリーを分級器により供給して粉砕炭を分級し、分級された粒径３ｍｍ以下の粉砕炭を含む粉砕炭スラリーを得るように構成され、
前記廃水再利用システムは、前記改質炭スラリーの脱水処理で分離された濾液を、前記分級された粒径３ｍｍ以下の粉砕炭を含む粉砕炭スラリーに供給して粉砕炭スラリーの濃度調整用の水として再利用することを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明は、低品位炭を浮選装置に供給した後、湿式粉砕して粒径３ｍｍ以下の粉砕炭スラリーを得る改質前処理システムと、
前記粉砕炭スラリーを温度３００℃以上の加圧熱水雰囲気下で改質処理する改質システムと、
この改質システムで得られた改質炭スラリーを脱水処理し、脱水後の改質炭ケーキに水及び添加剤を加えて混練し石炭−水スラリーを得る石炭−水スラリー化システムと、
前記改質炭スラリーの脱水処理で分離された濾液を前記浮選装置に供給して再利用する廃水再利用システムと、を備え、
前記浮選装置は、濾液中の起泡性成分を利用して低品位炭の脱灰を行うことを特徴とする。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれか一つに記載の発明において、改質システムは、粉砕炭スラリーを加熱する加熱手段を備え、廃水再利用システムは濾液中に含まれる有機成分を燃焼させて除去する燃焼手段を備え、燃焼手段から排出される排ガスを、前記加熱手段に供給して粉砕炭スラリーの加熱に利用することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は本発明の実施の形態の全体構成を分けて示した図である。この実施の形態に係るＣＷＭ製造装置は、改質前処理システム１０、改質システム２０、ＣＷＭ化システム３０及び廃水再利用システム４０とからなる。先ずこの製造装置の全体フローについて簡単に述べると、低品位炭を改質前処理システム１０にて湿式粉砕して粉砕炭スラリーを得、これを改質システム２０にて後述の処理条件で改質し、改質後の粉砕炭スラリー（改質炭スラリー）をＣＷＭ化システム３０にて脱水処理して改質炭ケーキと濾液とに分離し、改質炭ケーキに水と添加剤とを加え混練して製品ＣＷＭを得る一方、廃水再利用システム４０により濾液を改質前処理システムに戻してプロセス水として再利用する。
【００１３】
次に各システムについて詳述する。
（改質前処理システム）
このシステム１０では、原炭ホッパ１内に投入された低品位炭例えば褐炭や亜瀝青炭などをフィーダ１１により粗砕機１２に供給して粗砕し、粗砕炭を灰分が多い場合には、浮選機１３に供給する。浮選機１３は、水に起泡成分を加え、この泡に粗砕炭が付着し、砂や岩石などが沈下することにより分離除去されるものであり、この例では、使用する水として、後述の水再利用システム４０にてＣＷＭ化システムの濾液を利用できる。浮選処理後の粗砕炭は後述の回収水と共に湿式粉砕機１４に送られて粒径３ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下に湿式粉砕され、その粉砕炭スラリーは粉砕炭スラリー貯槽１５に貯留される。
そしてこの粉砕炭スラリーはポンプＰ１により分級器１６に送られ、ここで粒径が３ｍｍを越えた粉砕炭はメッシュ体１６ａにより分級され、湿式粉砕機１４に戻されて再度粉砕される一方、粒径３ｍｍ以下の粉砕炭スラリーは後述の回収水又は工水が加えられて供給スラリー貯槽１７に送られる。
【００１４】
（改質システム）
このシステム２０では、供給スラリー貯槽１７よりの改質前スラリー（粉砕炭スラリー）がポンプＰ２によりスラリー予熱器２で例えば１５０℃まで加圧加熱された後スラリー加熱器２１で熱水状態のまま例えば３００℃まで加熱され、改質反応器２２に送られる。改質反応器２２においては、粉砕炭スラリー中の液状分（水）が３００℃の熱水となって、この熱水に粉砕炭が接触することにより改質される。この改質反応器２２において所定時間の反応が進行する。
改質された改質炭スラリーは、スラリー冷却器２３にて冷却され、気液分離器２４にて気液分離されてから改質炭スラリー貯槽２５にバルブＶ１を介して送られる。なおスラリー予熱器２とスラリー冷却器２３との間には伝熱媒循環流路２６が設けられ、ポンプＰ３により伝熱媒が循環し、スラリー冷却器２３に送られた高温スラリーの熱を利用して、スラリーの予熱に利用するようにしている。またこの例ではスラリー予熱器２及びスラリー加熱器２１はスラリー加熱部をなすものであり、スラリー加熱器２１に使用される高温ガスは、脱圧した際に改質炭スラリー貯槽２５から得られ、加熱器２１の炉で焼却処理している廃ガスおよび／または後述の廃水再利用システムで生じた高温の排ガスが一部使用される。なお、改質前スラリーの加熱方式は間接加熱方式のほか、直接加熱方式を用いることもできる。
【００１５】
（ＣＷＭ化システム）
このシステム３０では図２に示すように、ポンプＰ４から送られた改質炭スラリーは改質炭脱水機３１により脱水処理され、得られた改質炭ケーキは改質炭ホッパ３２に一旦貯留され、ここからフィーダ３３により定量給炭機３４に送られる。定量給炭機３４は、改質炭ケーキを混練機３５に定量供給する。混練機３５には改質炭ケーキと共に添加剤及び水が加えられ、混練して高濃度ＣＷＭが生成され、このＣＷＭは一旦ＣＷＭ貯槽３６に貯留された後更に混練機３７にポンプＰ５で送られて製品ＣＷＭとなる。一方脱水機３１により粉砕炭スラリーから分離された濾液は次に述べる廃水再利用システムに供給される。
【００１６】
（廃水再利用システム）
このシステムでは液中燃焼炉４１、凝縮器４２により廃水中にＢＯＤ成分、ＣＯＤ成分およびフェノール等の有機物質が濃縮された場合、これらを酸化して廃水中から除去する。またこのシステムで必要に応じて廃水のｐＨを調整する。有機物質が除去された濾液は回収水貯槽４３に一旦回収されて、改質前処理システムの湿式粉砕機１４に粗砕炭と共に供給され、または分級器１６で分級された粉砕炭スラリーに供給されて供給スラリー貯槽１７の粉砕炭スラリーを所定の濃度例えば２５重量％に調整する。一方凝縮器４２から排出された高温の排ガスは改質システムのスラリー加熱器２１に供給され、排ガス中の熱が粉砕炭スラリーを加熱するために利用される。なおポンプＰ６で濾液をそのままあるいは一旦回収水貯槽４３に回収した後、浮選機１３に送り、気泡成分の有機利用を図ることもできる。またポンプＰ６で濾液をそのままあるいは一旦回収水貯槽４３に回収した後、改質前処理システムの湿式粉砕機１４に粗砕炭と共に供給して、または分級器１６で分級された粉砕炭スラリーに供給して供給スラリー貯槽１７の粉砕炭スラリーを所定の濃度に調整する。
【００１７】
上述実施の形態によれば、原炭を粒径３ｍｍ以下に粉砕して熱水処理をしているため、原料炭の表面の細孔が潰れて比表面積が減少すると共に、吸湿性の原因である、表面に吸着しているカルボキシル基と水酸基の一部とが取り除かれて疎水性になる。この結果改質は不可逆的に脱水され、また比表面積が減少して付着水が少なくなるため、固有水分が減少すると共に吸湿性が低下し、従って後述の実施例からも判るようにＣＷＭとして望ましい粘度（２５℃で１０００ｃｐ程度）でありながら高濃度のＣＷＭを製造することができる。
【００１８】
更に改質された粉砕炭スラリーを脱水処理して分離された濾液中の有機成分例えばＣＯＤ、ＢＯＤ及びフェノールなどを燃焼させて酸化除去処理すると共に、この処理済濾液を改質前システムのプロセス水として再利用すること、つまり湿式粉砕機及びその後の粉砕炭スラリーに供給しているため、ＣＷＭの製造原単価の低減を図ることができて経済的なシステムであり、また有機成分が石炭から取り除かれるので、無害化されたＣＷＭを得ることができる。その上有機成分を含んだ廃水の排出が抑えられるので環境衛生上も良い。そしてまた濾液の起泡性成分を、改質前システムにおける浮選装置に利用しているため、経済的に脱灰、脱硫を行うことができる。なお脱水処理された濾液をそのまま改質前システムのプロセス水として再利用した場合にもＣＷＭの製造原単価の低減を図ることができて経済的なシステムを確立できる。
【００１９】
【実施例】
原炭としてブラウ炭（インドネシア産亜瀝青炭）を用い、この原炭を粒径３ｍｍ以下に湿式粉砕して固体濃度３５ｗｔ％の粉砕炭スラリーを得、この粉砕炭スラリーに対して内容積１リットルのオートクレーブ装置を用いて温度約３００℃、改質時間９分以上で熱水処理（改質処理）を行った。脱水処理後の改質炭ケーキの固有水分を調べると共に、改質炭ケーキを用いて水分調整を行って粘度がおよそ１０００ｃｐのＣＷＭを得、このＣＷＭの固体濃度を調べたところ、表１に示す結果が得られた。ＣＷＭ化判定基準として簡易測定法により固体濃度６０．０ｗｔ％以上を○とした。ただし粒径が２〜３ｍｍに粉砕した場合（実施例４）には粒径が２ｍｍ以下の場合に比べて固体濃度がやや低かった。
【００２０】
更に比較例として、粉砕炭スラリーを改質せずに水分調整を行ってＣＷＭ化したもの（比較例１）、原炭を３ｍｍを越えた粒径に湿式粉砕したもの（比較例２、３）について改質炭ケーキの固有水分及びＣＷＭの固体濃度について調べた。結果は表１に示す。表１から分かるように粉砕炭の粒径は３ｍｍ以下であることが必要である。
【００２１】
【表１】
0003837449.tif 000002
【００２２】
次に原炭としてアダロ炭（インドネシア産亜瀝青炭）またはアサムアサム炭（インドネシア産亜瀝青炭）またはロイヤング炭（インドネシア産褐炭）を用い、図１及び図２の装置を用いてこの原炭を粒径３ｍｍ以下に湿式粉砕して固体濃度が３５ｗｔ％の粉砕炭スラリーを得、この粉砕炭スラリーを温度約３００℃、改質時間１０分以上で熱水処理（改質処理）を行った。また比較例として前記スラリ−に対して処理温度を２７０℃として同様の熱水処理を行った。
脱水処理後の改質炭ケーキの固有水分を調べると共に、改質炭ケーキを用いて水分調整を行って粘度がおよそ１０００ｃｐのＣＷＭを得、このＣＷＭの固体濃度を調べたところ、表２に示す結果が得られた。ＣＭＷ判定基準として簡易測定法により、亜瀝青炭では固体濃度が６２．５ｗｔ％以上を０とし、褐炭では固体濃度が５７．５ｗｔ％以上を０とした。
【００２３】
【表２】
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【００２４】
表２から分かるように原炭を熱水処理を行うことにより、温度３００℃以上ではＣＷＭの固体濃度が６２．５ｗｔ％以上にもなり、高濃度ＣＷＭが得られる。従って３００℃以上で熱水処理を行うことにより現在未利用の低品位炭を燃料として使用することができるが、改質温度の上限については特に制限がなく、経済性の面からは３３０℃以下であることが望ましい。改質反応器２２内の圧力については、その温度の飽和蒸気圧に１５Ｋｇ／ｃｍ2 加えた圧力とした。
【００２５】
また処理時間（改質時間）については、本発明者が種々の実験を行ってきたところ、１０分以上であれば、原炭の表面が疎水性となり、固体濃度が６０重量％台の高濃度ＣＷＭを確実に得られることが分かっている。ただし、褐炭の場合は３０分程度が好ましく、２０分でも可能である。そしてこの改質を行うにあたっての原炭の粒径は、３ｍｍ以下であることが必要であり、これによって石炭内部の水分が放出されて固有水分量が大きく低下すると考えられる。
【００２６】
実施例１１で得たＣＷＭと比較例１０で得たＣＷＭとについて夫々発熱量を調べたところ、夫々４，５００（Ｋｃａｌ／Ｋｇ）及び４，２００（Ｋｃａｌ／Ｋｇ）であり、本発明により製造したＣＷＭが有効なＣＷＭ燃料であることを確認している。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、従来固体成分の高濃度化が困難であった低品位炭を用いて高濃度ＣＷＭを得ることができる。また改質後の粉砕炭スラリーから分離した濾液（廃水）を再利用しているので、製造原単価の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のフローの前段を示す説明図である。
【図２】本発明の実施の形態のフローの後段を示す説明図である。
【符号の説明】
１０    改質前処理システム
２０    改質システム
３０    ＣＷＭ化システム
４０    廃水再利用システム
１２    粗砕機
１３    浮選機
１４    湿式粉砕機
１７    供給スラリー貯槽
２    スラリー予熱器
２１    スラリー加熱器
２２    改質反応器
２３    スラリー冷却器
２５    改質炭スラリー貯槽
３１    脱水機
３２    改質炭ホッパ
３５    粉砕混練機
３７    混練機
４１    液中燃焼炉
４２    凝縮器
４３    回収水貯槽
【図１】
0003837449.tif 000004
【図２】
0003837449.tif 000005