JPH06200267A - 石炭の硫黄及び灰分の含有量を減少させる方法 - Google Patents

石炭の硫黄及び灰分の含有量を減少させる方法

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JPH06200267A
JPH06200267A JP2402796A JP40279690A JPH06200267A JP H06200267 A JPH06200267 A JP H06200267A JP 2402796 A JP2402796 A JP 2402796A JP 40279690 A JP40279690 A JP 40279690A JP H06200267 A JPH06200267 A JP H06200267A
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Abstract

(57)【要約】 〔目的〕本発明は、石炭の硫黄及び灰分の含有量を減少
させる方法に関するものである。 〔構成〕本発明は、鉱物質及び硫黄を含む供給炭を、高
温下で溶融苛性アルカリを用いて、反応ゾーンにおいて
処理することにより、(i) 苛性アルカリ処理石炭及び
（ii) アルカリ金属、鉱物質及び硫黄を含む水溶性化合
物を生成して、供給炭から鉱物質及び硫黄を除去する方
法であって、(a) 水洗浄ゾーンにおいて十分な量の洗浄
水を用いて、苛性アルカリ処理石炭及び水溶性物質を混
合し、水溶性化合物が苛性アルカリ処理石炭上に沈澱す
る非水溶性化合物に変わる前に、苛性アルカリ処理石炭
の温度を下げ、水溶性化合物の大部分を溶解させる工
程、(b) 水洗浄ゾーンにおける温度を、少なくとも１０
４．４℃に維持する工程、(c) 溶解した水溶性化合物を
含んでいる使用ずみ洗浄水から苛性アルカリ処理石炭を
分離する工程を特徴とする方法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、石炭の硫黄及び灰分の
含有量を減少させる方法に関する。
【０００２】合衆国は、ほぼ０．５兆トンの石炭埋蔵量
を有し、この埋蔵量は、全世界で最も大きな総石炭埋蔵
量である。この国における増加する石炭需要は、環境的
な制約、例えば、二酸化硫黄、窒素酸化物及び微粒子の
放出、により阻害されている。このため石炭需要者に許
容されるコストでこれらの環境的な制約に適応するよう
な新たな技術が必要とされている。
【０００３】米国特許第４，５４５，８９１号に述べら
れているように、溶融苛性アルカリを使用して、石炭か
ら灰分及び硫黄を抽出することができる。この方法に
は、使用した苛性アルカリのリサイクルに、困難な問題
がある。価格的及び環境的な見地から考察した場合、投
棄するよりも使用した苛性アルカリの再使用が必要とな
る。
【０００４】米国特許出願第７７０，３２４号は、苛性
アルカリの再使用を可能にするメイヤーら（Meyers）の
方法を開示している。この方法において、石炭は溶融苛
性アルカリ、水、炭酸及び硫酸のような強酸を用いて、
連続的に処理される。この方法は、苛性アルカリの回収
と再使用を可能にするが、２種の酸処理工程を必要とす
る。この工程は、この方法のコストを高くするととも
に、２種の異なった酸の貯蔵を必要とする。
【０００５】したがって、２種の異なったタイプの酸の
使用を必要とすることなく、石炭から硫黄及び鉱物質を
効果的に除去することができ、かつこの方法で再使用す
るために苛性アルカリと酸溶液を回収することを可能と
する、溶融苛性アルカリを使用した方法が必要とされて
いる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、この要求を
達成する方法を提供するものである。本発明の方法によ
って採掘された石炭を処理して、灰分約０．１％未満
で、硫黄約０．５％未満の製品炭を製造することができ
る。また、この方法において使用された苛性アルカリの
大部分は、再使用するために回収され、かつリサイクル
される。これは、経済的及び環境的理由の双方から重要
なことである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】一般的には、この目的
は、溶融苛性アルカリ、水及び強酸を用いて、石炭を連
続的に処理し、かつ苛性アルカリを回収する付随的工程
により達成される。さらに詳細には、硫黄及び鉱物質を
含む供給炭を溶融苛性アルカリを用いて、反応ゾーンに
おいて高温で処理する。この苛性アルカリは、供給炭か
ら鉱物質及び硫黄を除去し、(i) 苛性アルカリ処理石炭
及び(ii)アルカリ金属、鉱物質及び硫黄を含む水溶性化
合物を得るのに役立つものである。この水溶性化合物
は、アルカリ金属と供給炭中の鉱物質及び硫黄との反応
によって生成されるものである。
【０００８】次いで、この苛性アルカリ処理石炭及び水
溶性化合物を水洗浄ゾーンにおいて、十分な量の水によ
って処理することにより、苛性アルカリ処理石炭の温度
を低下させ、かつ苛性アルカリ処理石炭上に沈澱するよ
うな非水溶性化合物に転換する前に、水溶性化合物の大
部分（例えば、少なくとも５０重量％）を溶解する。こ
の水洗浄ゾーンにおける温度を、わずか約１１５．６℃
（２４０Ｆ°）に維持し、かつ水洗浄ゾーンにおける滞
留時間を短くし（好ましくは、約３時間未満）これによ
り水溶性化合物を可溶性にしておくことが重要である。
もし、この温度が高すぎ、及び／又は滞留時間が長すぎ
た場合は、これらの水溶性化合物は苛性アルカリ処理石
炭上に沈澱する非水溶性化合物に変わってしまう。この
水溶性化合物を、好ましくは少なくとも約８０重量％、
さらに好ましくは少なくとも約９０重量％、洗浄水中に
溶解する。実質的にすべての水溶性化合物を洗浄水中に
溶解することが最も好ましい。
【０００９】水洗浄ゾーンにおける温度は、約６０℃
（１４０Ｆ°）以上であって、好ましくは１０４．４℃
（２４０Ｆ°）未満で、さらに好ましくは約９３．３℃
（２００Ｆ°）未満であり、最も好ましくは約８２．２
℃（１８０Ｆ°）未満に維持することにより、水溶性化
合物の沈澱を最小限にする。水溶性化合物を溶解しかつ
石炭を冷却するための洗浄水の有効量は、苛性アルカリ
処理石炭１重量部当たり、約１〜約２０、好ましくは約
２〜約１０、さらに好ましくは約３〜約６重量部であ
る。水洗浄ゾーンに滞留する時間が約２時間未満、好ま
しくは約１時間、最も好ましくは約１／２時間未満であ
る場合、水溶性化合物の大部分（例えば、少なくとも５
０％）が洗浄水中に溶解されることが見出されている。
【００１０】水洗浄ゾーンにおいて石炭の滞留時間を、
十分に短くし、かつ十分な低温にした場合、供給炭中に
おける珪素及びアルミニウムの少なくとも７０重量％、
好ましくは少なくとも８０重量％、かつさらに好ましく
は約９０重量％が水洗浄工程において除去される。最も
好ましいのは、珪素及びアルミニウムが実質的に全て水
洗浄工程で除去されることである。同様に、供給炭から
除去される硫黄の好ましくは少なくとも約７０重量％、
さらに好ましくは、少なくとも約８０重量％、かつ最も
好ましくは少なくとも約９０重量％が、水洗浄工程にお
いて除去される。
【００１１】水洗浄ゾーンは、連続した少なくとも２つ
の分離向流工程を含むことが好ましく、苛性アルカリ処
理石炭及び水溶性化合物が最初の工程に導入され、洗浄
水が最後の工程に導入される。石炭及び洗浄水は、これ
らの工程を向流的に通過する。各工程が、導入された石
炭及び水を混合する混合ゾーン及びその混合物を洗浄さ
れた石炭と水に分離する分離ゾーンを含むことが好まし
い。そして、この工程が少なくとも５段階あることが好
ましい。
【００１２】この洗浄された石炭は、使用ずみ洗浄水か
ら分離されるが、この分離された石炭は、供給炭の硫黄
含有量よりも、硫黄含有量が低く、かつ供給炭の灰分含
有量よりも灰分含有量が低い。分離された石炭は、次い
で、硫酸のような酸によって処理され、付加的な鉱物質
が除去される。ここで得られた製品炭は、約０．１％未
満の灰分及び約０．５％未満の硫黄を含む。
【００１３】苛性アルカリの再生は、使用ずみ洗浄水を
カルシウム含有物質によって処理し、苛性アルカリ水溶
液及び炭酸カルシウム沈澱を生成することにより行うこ
とができる。この苛性アルカリ水溶液から、実質的に水
をすべて除去することにより、実質的に無水のアルカリ
金属が得られ、反応ゾーンにリサイクルされる。
【００１４】この方法により、鉱物質及び硫黄と反応し
たアルカリ金属の大部分は、酸よりも洗浄水によって除
去される。これは、本発明の利点である。というのは、
使用ずみ酸溶液からよりも、使用ずみ洗浄水から苛性ア
ルカリを再生するほうがかなり容易だからである。処理
した石炭から、大部分の水溶性化合物を効果的に除去す
るために洗浄水を使用する、メイヤー（Meyers）らの方
法の炭酸洗浄工程が必要でなくなる。
【００１５】本発明のこれら及び他の特徴及び利点は、
以下の記載、請求の範囲及び本発明の好ましい方法を概
略的に表した添付図面を参照することにより、より良く
理解されるであろう。
【００１６】添付した図面に示される本発明の方法は、
一般に、石炭苛性アルカリ反応ゾーン１０、水洗浄ゾー
ン２０、酸洗浄ゾーン７５、苛性アルカリ回収ゾーン８
５及び使用ずみ酸処理ゾーン１２０を含んでいる。
【００１７】供給炭８を石炭苛性アルカリ反応ゾーン１
０に供給する。供給炭８を石炭苛性アルカリ反応ゾーン
１０に投入する前に、品質改善することが好ましい。例
えば、石炭を砕いて大きさ約０．９５cm（３／８イン
チ）未満の粒径にすることができる。供給炭８を周知の
方法、例えば、水洗浄、浮遊分離等によって物理的に洗
浄し、灰分約１０％及び硫黄約２％〜約４％にすること
が好ましい。本発明の方法では、高灰分及び／又は高硫
黄含有石炭を砕いて直接使用することもできるが、洗浄
した石炭を用いると、より効果的である。石炭中におけ
る硫黄は、通常、黄鉄鉱型硫黄及び有機硫黄の形態であ
る。石炭中の灰分形成鉱物質は、通常、粘土類、シェー
ル類及び黄鉄鉱を含むが、また実質的に公知の全ての化
学元素を含む鉱物を少量含んでいる。
【００１８】原料炭８を石炭苛性アルカリ反応ゾーン１
０において、調製した苛性アルカリ１２と混合する。本
発明に適する苛性アルカリ材料は、アルカリ金属の苛性
アルカリである。このアルカリ金属は、好ましいアルカ
リ金属であるナトリウム及び、カリウムの水酸化物を始
めとする、周期律表ＩＡ族金属からなる群より選ぶこと
ができる。というのは、これらは容易に再生することが
できるからである。通常、水酸化ナトリウムが用いられ
るが、これはコストが易く、入手し易いからである。ま
た他には、水酸化ナトリウムと水酸化カリウムの混合物
を使用することができる。苛性アルカリ１２は、乾燥粉
末又は溶融状態で導入することができる。
【００１９】石炭苛性アルカリ反応ゾーン１０は、苛性
アルカリ材料が融解又は溶融状態になるような高温に維
持する。石炭が、溶融苛性アルカリと接触した場合、硫
黄及び鉱物質は石炭から除去され、苛性アルカリ中に溶
け、又は懸濁する。この硫黄は、主にアルカリ金属硫化
物として、苛性アルカリ中に溶ける。灰分形成鉱物質
は、アルミナシリケート及びフェライト等の形態で溶け
る。生じる反応は次の定性的な反応であると考えられ
る： (1) Al2O3 SiO2 + H2O + NaOH → NaAl(OH)4 + NaSi
(OH)5 (2) FeS2 + NaOH → Fex (OH)y + Na2S (3) 石炭-S + NaOH → 石炭 (OH)2 + Na2S
【００２０】反応式(1) は、主要な石炭鉱物質成分であ
るアルミナシリケートと溶融苛性アルカリとの反応でア
ルミニウムと珪素のナトリウム塩が形成されることを示
している。反応式(2) は、他の主要な石炭鉱物質成分で
ある黄鉄鉱と溶融苛性アルカリが反応して溶解性水酸化
鉄及び硫化ナトリウムが形成されることを示している。
反応式(3) は、石炭の有機硫黄含有物と水酸化ナトリウ
ムが反応して、酸素添加された石炭と硫化ナトリウムが
形成されることを示している。
【００２１】石炭苛性アルカリ反応ゾーン１０における
温度は、重要である。この温度は、約２８０℃〜約４２
５℃であるのが好ましい。この温度が約２８０℃よりも
低いと、灰分と硫黄の抽出は遅く、かつ不完全なものと
なる。この温度が約４１０℃よりも高いと、石炭はコー
クス化反応によりその揮発成分を実質的に失ってしま
う。したがって、好ましい温度は、約３２５℃〜約４０
０℃であり、さらに好ましい温度は、約３７０℃であ
る。
【００２２】反応器に加圧することは、石炭苛性アルカ
リ反応に対し、何ら有意義な効果を示すものではない。
したがって、この反応は、大気圧のもとで行うことがで
きる。石炭苛性アルカリ反応ゾーン１０において、小さ
な陽圧を維持することにより反応体の下流への流れを維
持することができる。また、小さな陽圧はこの反応ゾー
ン１０へ空気が入らないように作用する。この反応は、
窒素雰囲気のような不活性雰囲気中において生じさせる
ことができ、この場合、不活性ガスは、石炭に対して同
一方向、または向流方向に導入することができる。
【００２３】石炭苛性アルカリ反応ゾーン１０における
滞留時間は、５分程度に短くすることができ、かつさら
に、若干の硫黄及び鉱物質抽出が生じる。一般的に、こ
の反応器滞留時間は、約１時間〜約４時間である。しか
しながら、高周波加熱源を使用した場合、滞留時間は約
１〜約５分間に減らすことができる。
【００２４】苛性アルカリと石炭の質量比は、石炭１重
量部当たり苛性アルカリ約１〜約２０重量部であること
が好ましい。若干の応用例においては、石炭苛性アルカ
リ反応ゾーン１０に供給する苛性アルカリの量は、石炭
との易流動性スラリーを形成するのに十分な量であるこ
とが必要である。これらの応用例においては、少なくと
も約４：１の苛性アルカリ／石炭質量比とする。という
のは、これよりも低い割合では、石炭苛性アルカリ混合
物が流動性とはならないからである。この割合が、約
４：１未満では、反応ゾーン１０におけるこの混合物
は、“パテ状”である。苛性アルカリと石炭の質量比
は、経済的な方法のためには、約２０：１未満であるこ
とが好ましく、この割合とすることにより、反応器のサ
イズを小さくすることができる。この割合を小さくする
ほど、反応器のサイズをより小さくすることができる。
反応器１０において使用する典型的な苛性アルカリ／石
炭の比は、約１０：１以下である。
【００２５】石炭苛性アルカリ反応ゾーン１０におい
て、種々のデザインの反応器を使用することができる。
この工程においては、単一反応器又は段階的に配置され
た複数の反応器を配置することができる。苛性アルカリ
と石炭の流れは、同一方向への流れ又は向流であること
ができる。というのは、石炭は溶融苛性アルカリよりも
緻密ではなく、この石炭は反応混合物の上部に浮きやす
いからである。したがって、反応ゾーン１０において良
好な混合を行い、石炭と溶融苛性アルカリの間に、効率
よくかつ十分な接触を確保することが必要である。
【００２６】石炭苛性アルカリ反応ゾーン１０において
使用される適当な反応器は、図面に示されているような
回転キルン反応器１４である。このタイプの反応器は、
供給炭１重量部に対し、苛性アルカリ約１〜約３重量部
のオーダーのような苛性アルカリと石炭の低い比率で使
用することができる。使用ずみ溶融苛性アルカリ及び苛
性アルカリ処理石炭を含む流出混合物１５が、石炭苛性
アルカリ反応ゾーン１０から出ていく。この使用ずみの
溶融苛性アルカリは、硫化物、炭酸塩及び鉱物質のよう
な不純物を溶液又は懸濁形態で含んでいる。これらの不
純物には、アルカリ金属、鉱物質及び硫黄を含む水溶性
化合物が含まれている。この苛性アルカリ処理石炭は、
供給炭８と比べて、硫黄及び鉱物質含有量が低下してい
る。
【００２７】流出混合物における苛性アルカリと石炭の
質量比が、約４：１よりも大きい場合、使用ずみ苛性ア
ルカリの一部を、反応器１０にリサイクルするために該
混合物１５から、分離することができる。この分離は、
圧力フィルター、真空フィルター及び分離器を有する静
止ゾーンを始めとする固体／液体分離のための周知の方
法によって達成することができる。静止ゾーンにおい
て、流出混合物１５は、比較的乱れずに排出され、石炭
は溶融使用ずみ苛性アルカリの表面に浮き上がる。とい
うのは、石炭と苛性アルカリの間の密度の相違があるか
らである（石炭の比重は約１．２〜１．３、反応温度に
おいて苛性アルカリの比重は約１．８である。）。分離
器において、上部にある石炭は浮遊除去及びデカント除
去される。
【００２８】リサイクルされる使用ずみ溶融苛性アルカ
リにおける硫黄の濃度は、約１〜約２％、鉱物質濃度は
約３〜約５％を維持することが望ましい。リサイクルす
る使用ずみ溶融苛性アルカリにおいて、これよりも高い
硫黄及び／又は鉱物質濃度であると、石炭苛性アルカリ
反応ゾーン１０における抽出効率が悪くなる。
【００２９】流出ストリーム１５において、使用ずみ溶
融苛性アルカリ対石炭の比率は小さいことが望ましい。
この後で説明するように、このストリームにおける苛性
アルカリ材料の実質的部分は、不純物が除去され、再生
されて反応ゾーン１０で再使用するための浄化苛性アル
カリを作り出す。流出ストリーム１５において、使用ず
み溶融苛性アルカリの量を制限することにより、反応ゾ
ーン１０における苛性アルカリ中の灰分と硫黄の平衡濃
度を減少することができる。
【００３０】〔水洗浄ゾーン〕次に、流出ストリーム１
５の苛性アルカリ処理石炭及び使用ずみ溶融苛性アルカ
リの混合物を水洗浄ゾーン２０において水と接触させ
る。この工程により苛性アルカリ処理石炭から使用ずみ
溶融苛性アルカリを分離し、水洗浄石炭２１及び富苛性
アルカリ使用ずみ洗浄水２２ができる。
【００３１】水洗浄ゾーン２０を適切に操作すること
は、本発明の方法の効率に関して重要である。その理由
は、反応ゾーン１０において形成された水溶性化合物
が、特に、高温域で不溶性化合物に逆戻りできるからで
ある。これらの化合物が不溶性となった場合、これらは
石炭の上に沈澱し、使用ずみ洗浄水２２に対してより
も、むしろ水洗浄石炭２１に対して、水洗浄ゾーン２０
から排出される。これら沈澱した化合物は、石炭から抽
出されず、又は酸洗浄ゾーン７５において石炭から抽出
される必要もない。本発明の方法において再使用するた
め、酸を再生する場合に、次に、使用ずみの酸から沈澱
した化合物を除去することが必要となる。使用ずみ洗浄
水２２からよりも、使用ずみの酸から沈澱化合物を除去
するほうが、費用がかかり、エネルギーを消費し、かつ
困難である。したがって、このような沈澱を避けるよう
に水洗浄ゾーンを操作することが重要である。 特に、
反応(1)で形成されるアルミニウムと珪素のナトリウム
塩は、最初、水又は苛性アルカリ水溶液に可溶性である
が、過剰な時間静置した場合や石灰又は炭酸カルシウム
のような核形成性表面材を加えた場合に、高温下で不溶
性のアルミノシリケートに急速に逆戻りする。同様に、
反応(2) 及び(3) で生成した硫化ナトリウムも、静置、
液体の加熱又は核形成性表面材を加えることにより、沈
澱する。
【００３２】したがって、水洗浄ゾーンは、短い滞留時
間及び低温を維持するよう操作する。水洗浄ゾーン２０
における石炭の滞留時間は、約３時間未満が好ましく、
約２時間未満がさらに好ましく、約１時間未満が最も好
ましく、約１／２時間とするのが最適である。水洗浄ゾ
ーン全体の温度は、約１１５．６℃（２４０Ｆ°）未
満、好ましくは約１０４．４℃（２２０Ｆ°）未満、さ
らに好ましくは約９３．３℃（２００Ｆ°）未満、最も
好ましくは約８２．２℃（１８０Ｆ°）未満である。
【００３３】次に述べるように、石炭苛性アルカリ反応
ゾーン１０において再使用する洗浄乾燥苛性アルカリを
生成するために、水洗浄ゾーン２０において加えられた
水を除去する。水の除去はエネルギーを消費する。した
がって、洗浄水の使用量を最小にするため、水洗浄ゾー
ン２０の温度を十分に低くして、反応ゾーン１０で形成
される水溶性化合物の沈澱を最小にすることが好まし
い。使用される水の量は、供給炭１重量部当たり、好ま
しくは約１〜約２０重量部、さらに好ましくは約２〜約
１０重量部、最も好ましくは約３〜約６重量部である。
【００３４】図に示されるように、水洗浄システムでは
向流を使用するのが好ましい。各工程においては、石炭
は水を用いてスラリーとされ、このスラリーは、湿った
石炭と液体に分離される。そして、この石炭は、次の工
程に送られ、液体は前の工程に戻される。最終洗浄工程
では、水除去ゾーン１０４から得られた復水（後述す
る。）及び補充水２４のような、実質的に純粋な水を使
用することができる。任意に、苛性アルカリ再生装置９
４から出るストリーム１０２から取り出したサイドスト
リーム１０７のような、本発明の方法の他の部分で発生
した希苛性アルカリ水溶液を、最終工程を除く、水洗浄
工程の洗浄水に加えることができる。ストリーム１０７
は、５〜１０％の苛性アルカリ水溶液を含み、後に説明
するように水除去ゾーン８５に使用する。水除去工程を
通すことにより、エネルギーを節約できる。
【００３５】図に示される好ましい水洗浄ゾーン２０
は、７連続工程、２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄ、２
７Ｅ、２７Ｆ及び２７Ｇを有する。補充水２４及びこの
システムに加えられるリサイクル水１０６は、最終工程
Ｇに導入され、苛性アルカリ処理石炭１５は、最初の工
程２７Ａに導入される。
【００３６】各工程は、導入した石炭と水を混合する混
合ゾーン及び混合物を洗浄した石炭と水に分離する分離
ゾーンを有する。混合ゾーンは、図には記載されていな
いが、一般に、攪拌タンクを有する。最初の２工程２７
Ａ及び２７Ｂの分離ゾーンは、回転ドラム真空フィルタ
ーであることが好ましい。後の５工程２７Ｃ〜２７Ｇの
分離ゾーンは、遠心分離器である。
【００３７】石炭の温度は、最初の工程２７Ａにおいて
最も高い傾向がある。というのは、反応ゾーン１０から
出てくる石炭及び苛性アルカリ流出物１５は、最も高温
であって、かつ水に苛性アルカリを溶かして得られる溶
液は発熱するからである。最初の工程における温度を、
約１１５．６℃（２４０Ｆ°）未満、好ましくは約８
２．２℃（１８０Ｆ°）未満に維持できるように、最初
の工程で冷却することが好ましい。この冷却は、最初の
工程の混合容器に使用する蒸発冷却器によって行うこと
ができる。別の方法として、最初の工程の混合容器に、
容器から水／石炭／苛性アルカリスラリーを取り出し、
このスラリーを熱交換器と連絡している水に通し、この
スラリーを該容器に再度導入できるポンプ循環回路を用
いることができる。
【００３８】(1) 全ての容器で滞留時間を短くし（１／
２時間未満）、(2) 温度を８２．２℃（１８０Ｆ°）未
満に保ち、かつ(3) 石炭固形分を均一分散液の状態に保
って攪拌することにより混合して、石炭上に水溶性鉱物
質が再沈澱するのを妨げ、この結果、鉱物質は洗浄水に
よって石炭から除去される。石炭中に最初から存在する
実質的にすべてのアルミニウム及び珪酸を、石炭上にこ
れらの鉱物質を実質的に沈澱させることなく、水洗浄工
程において抽出することができる。水洗浄ゾーンを適当
に操作することにより、供給炭中に含まれる珪素及びア
ルミニウムの少なくとも約７０重量％、好ましくは少な
くとも約８０重量％、最も好ましくは少なくとも約９０
重量％が、水洗浄ゾーンにおいて除去される。この珪素
とアルミニウムが実質的にすべて水洗浄工程において除
去されるのが好ましい。
【００３９】同様に、供給炭から除かれる硫黄の好まし
くは、少なくとも約７０％、さらに好ましくは少なくと
も約８０％、最も好ましくは少なくとも約９０％が、水
洗浄工程によって除去される。言い換えると、供給炭か
ら除かれた硫黄４．５kg（１０ポンド）について、洗浄
水により約３．１５kg（７ポンド）が除去されるのが好
ましく、酸洗浄では、約１．３５kg（３ポンド）以下が
除去される。
【００４０】石炭が向流洗浄システムを移動して行くに
従い、灰分は順次少なくなる。供給炭８の灰分含有量
は、水洗浄工程を通ることにより、約４０％から、１１
％から僅か約７．５％に減少することができる。さら
に、" 灰分 "として測定されるものは、ナトリウム、又
はナトリウムとカリウムの酸化物及び鉄酸化物が支配的
である。水洗浄石炭２１は僅かな量の珪素及びアルミニ
ウムを含んでいる（僅か数ｐｐｍ）。
【００４１】加圧しても、水洗浄の機能への影響は現れ
ない。高価な加圧装置の必要がないことから、水洗浄
は、大気圧のもとで行うのが好ましい。
【００４２】水洗浄システム２０において、発泡が問題
となる。例えば、ラテックスペイント及びコーティング
システムで使用される典型的な消泡剤のような、アルカ
リ性溶液中で有効な消泡剤を使用するのが好ましい。好
ましい消泡剤には、フォームキル６０８（商標名）（Fo
amkill ６０８、Crucible Chemical 社、Greenville,S
outh Carolina)がある。
【００４３】使用ずみ洗浄水２２は、使用ずみ溶融苛性
アルカリ／石炭混合物１５に存在するアルカリ金属硫化
物を始めとする、苛性アルカリを約４０重量％〜約６０
重量％含むことができる。アルカリ金属硫化物は、高温
で５０％苛性アルカリ水溶液において、０．１％以上の
溶解度を有する。また、流出使用ずみ洗浄水２２は、若
干の非水溶性鉱物質を含む。
【００４４】水洗浄石炭２１は、約５重量％以下の遊離
苛性アルカリ含有量であるのが好ましい。遊離苛性アル
カリ含有量が、石炭の約１重量％未満であるのが、さら
に好ましい。また、水洗浄石炭２１は、苛性アルカリ処
理石炭に存在する化学的に結合したアルカリを含む。経
済的に実行不可能なほどの水洗浄を行わなければ、水洗
浄では、化学的に結合したアルカリ金属種を除去しな
い。
【００４５】〔酸洗浄ゾーン〕水洗浄石炭２１を酸洗浄
ゾーン７５に通し、そこで石炭２１は、硫酸のような強
い鉱酸と接触し、本発明方法の製品である酸洗浄石炭７
７及び使用ずみ酸７８を生成する。
【００４６】この酸洗浄は、室温かつ常圧で行うことが
できる。酸洗浄ゾーン７５における石炭の滞留時間は、
少なくとも１０分であり、石炭上に結合したアルカリの
大部分の除去を確実に行うため、２０分間にすることが
できる。
【００４７】酸洗浄は、同一方向又は向流的に、一工程
又は多重工程において達成することができる。図に示す
ように、３工程７９Ａ、７９Ｂ及び７９Ｃを使用するこ
とが好ましい。各工程は、混合容器（図示せず）及び分
離装置を含み、この分離装置は遠心分離器であることが
好ましい。濃酸８０及び水洗浄石炭２１を、最初の工程
７９Ａに供給し、かつ希釈水８１を第３工程７９Ｃに供
給する。酸洗浄石炭７７は、第３工程７９Ｃから除か
れ、かつ使用ずみの酸は、最初の工程７９Ａから取り出
される。酸抽出及び石炭の処理は、最初の工程７９Ａに
おいて主として行われ、第２工程７９Ｂ及び第３工程７
９Ｃは、主に、酸処理した石炭の酸を水洗浄するために
用いられる。本発明の方法から製造される製品、酸洗浄
石炭７７は、実質的に遊離苛性アルカリを含んでいな
い。
【００４８】使用される酸は、有機酸、又は硫酸、亜硫
酸、硝酸又は塩酸とすることができる。約９７％の濃硫
酸８０を、酸洗浄ゾーン７５の最初の工程７９Ａに導入
し、第３工程７９Ｃで加えた希釈水８１によって、最初
の工程７９ＡにおけるｐＨを約１〜２に挙げることが好
ましい。石炭２１からの結合したアルカリの酸除去の効
率はｐＨに依存している。この除去は、ｐＨが低い場合
により完全に行われる。酸洗浄ゾーン７５において混合
物は、ｐＨ２よりも低く、好ましくは約１に維持するこ
とが好ましい。
【００４９】使用された硫酸は、供給炭から除去され、
洗浄水２２から回収された硫黄から製造することができ
る。
【００５０】使用した酸８０及び水８１の量は、易流動
性スラリーを形成するために、十分な量である。石炭１
重量部に対して希酸約５〜約１０重量部を、最初の工程
７９Ａで使用するのが好ましい。
【００５１】一般に、製品炭７７は、灰分（鉱物質と結
合したアルカリ）の含有量が、約１重量％未満であり、
硫黄約０．５重量％未満を含むことが好ましい。
【００５２】〔苛性アルカリ回収ゾーン〕苛性アルカリ
及び不溶性鉱物質を約４０〜約６０重量％含んでいる、
富苛性アルカリ使用ずみ洗浄水２２を石炭苛性アルカリ
反応ゾーン１０において使用する、苛性アルカリを再生
するための苛性アルカリ再生ゾーン８５に入れる。苛性
アルカリ不溶性固形分９３を、苛性アルカリ再生ゾーン
８５の再生容器９４中の使用ずみ洗浄水２２に加え、過
飽和使用ずみ洗浄水２２から鉱物質及び硫化物の沈澱を
起こさせる。苛性アルカリ不溶性固形分は、カルシウム
を含む物質で、例えば、消石灰、石灰石、石灰石の熱分
解過程で生成した生石灰等である。カルシウム塩９３の
量は、溶けている鉱物質及び硫化物の重さ１に対して、
その重さの１／４〜１の範囲であるのが好ましい。沈澱
反応は、これらの濃度において最も良く作用する。炭酸
カルシウム及び珪素、アルミニウム及び硫黄の化合物が
沈澱する。沈澱物９５は、遠心分離フィルター９８にお
いて濾過するような周知の固形／液体分離法によって除
去する。貯蔵容器９６は、再生容器９４及び遠心分離器
９８の間に設けることができる。
【００５３】再生した希釈苛性アルカリ水溶液１０２
は、遠心分離器９８から排出し、エバポレーター１０４
のような水除去ゾーンに供給する。分離物１０７は、水
洗浄ゾーン２０において洗浄水として利用することがで
きる。浄化された実質的に無水の苛性アルカリは、水除
去ゾーン１０４から出て、容器１０８に貯蔵され、かつ
再使用のため反応ゾーン１０に戻される。この場合、固
体又は液体の何れの形態でも供給することができる。
【００５４】〔使用ずみ酸処理ゾーン〕酸洗浄ゾーン７
５において使用した酸が硫酸である場合、次の工程は、
使用ずみ酸処理ゾーン１２０において、使用ずみ酸７８
を処理することができる。この使用ずみ酸７８は、少量
のアルカリ金属炭酸塩及び希硫酸を含んでいる。これ
を、使用ずみ酸中和ゾーン１２４において、石灰１２２
によって中和し、硫酸カルシウム及び鉄、ナトリウム、
カリウムの化合物を含む沈澱１２６を形成することがで
きる。この沈澱１２６を分離して、埋め立てのような方
法で廃棄するために排出することができる。排水１２８
は、少量のアルカリ金属硫酸塩を含んでおり、これは安
全に排出することができる。別の方法として、使用ずみ
硫酸を電解処理して、希苛性アルカリ及び再生硫酸を製
造することができる。
【００５５】〔本発明方法の利点〕本発明は、硫黄及び
鉱物質の除去のために、石炭を処理するのに溶融苛性ア
ルカリを使用する先行技術にかかる方法に対して、重要
な利点を有している。本発明は、使用した苛性アルカリ
の大部分をリサイクルすることを可能にする。苛性アル
カリのリサイクルということは、経済的及び環境的な理
由の双方において重要である。補充する苛性アルカリ
は、高価である。また、廃棄苛性アルカリ材料の投棄
は、費用がかかり、かつ環境保護の観点から困難であ
る。本発明の方法は、苛性アルカリのリサイクルを経済
的に達成したものである。
【００５６】これまで述べたように、苛性アルカリを含
む水溶性化合物を始めとする水溶性鉱物質は、苛性アル
カリ処理された石炭から、洗浄水によって効果的に除去
することができるということが発見された。この結果、
水洗浄ゾーンにおいて短い滞留時間及び比較的低い温度
によって、この除去が達成されるようになった。本発明
のこの特徴を用いない場合は、アルカリの大部分は、炭
酸のような酸によって苛性アルカリ処理石炭から除去し
なければならない。このことは、硫酸工程にさらに、炭
酸洗浄工程を必要とし、高価なものとなるだけでなく、
硫酸洗浄排出液から浄化した苛性アルカリを再生するこ
とを、水洗浄排出液から苛性アルカリを再生することよ
りも、難しくかつ高価なものとする。
【００５７】本発明が達成した苛性アルカリの効果的な
リサイクルは、環境問題を軽減する。例えば、もし水洗
浄よりも硫酸処理が、苛性アルカリ処理石炭１５から大
部分の苛性アルカリを除去するならば、投棄するための
ストリーム１２６における固形硫酸カルシウムは、水溶
性アルカリ金属を含むであろう。この化合物は、投棄後
に、この硫酸塩から浸出できる。しかし、もし大部分の
アルカリが水洗浄ゾーン２０において、苛性アルカリ処
理石炭から除去されるならば、使用ずみ酸ストリーム７
８は、非常に少ない水溶性アルカリ種を含む。また、硫
酸カルシウム１２６は、より少ないアルカリ金属化合物
を含みかつ浸出の問題を軽減させる。したがって、水洗
浄工程で可能な限り多くのアルカリを除去することが重
要である。
【００５８】本発明の方法は、ポンプ輸送に適した砕い
た石炭製品又は石炭／水混合物を作り出す。この方法
は、とくに魅力的である。というのは、この製品炭がボ
イラー、タービン及びディーゼルエンジンにおいて、石
油と置き換えて使用することができ、かつ、石炭の燃焼
利用及び工業的ボイラーに用いる燃料ガス脱硫に代えて
使用できるからである。この方法は、輸入石油の供給に
おける潜在的な妨害に対し、戦略的な対応として役立
ち、そして本発明は、世界中に埋蔵されている石油が２
１世紀初頭にかけて尽き始めるという理由で、石油生産
が必然的に不足することに対して提供されるものであ
る。
【００５９】さらに本発明方法のすべての工程は、実質
的に大気圧のもとで行うことができる。高価な加圧装置
は必要とされない。
【００６０】本発明は、特定の好ましい実施態様を参照
してかなり詳細に説明されたが、他の実施態様も可能で
ある。したがって、請求の範囲の思想及び範囲は、明細
書に含まれている好ましい実施態様の記述を制限するも
のではない。
【００６１】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施態様を説明したものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウオルター ディー ハート アメリカ合衆国 カリフォルニア州 91786 アップランド ウェスト トウエ ンティフィフス ストリート 448 (72)発明者 ローレン シー マックラナザン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 90266 マンハッッン ビーチ マンハッ タン アヴェニュー 2700

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】硫黄及び鉱物質を含む供給炭を高温下で溶
    融苛性アルカリを用いて、反応ゾーンにおいて処理する
    ことにより、(i) 苛性アルカリ処理石炭及び（ii) アル
    カリ金属、鉱物質及び硫黄を含む水溶性化合物を生成し
    て、供給炭から鉱物質及び硫黄を除去することにより、
    供給炭の硫黄含有量及び灰分含有量を減少させる方法で
    あって、(a) 水洗浄ゾーンにおいて十分な量の洗浄水を
    用いて、苛性アルカリ処理石炭及び水溶性物質を混合
    し、水溶性化合物が苛性アルカリ処理石炭上に沈澱する
    非水溶性化合物に変わる前に、苛性アルカリ処理石炭の
    温度を下げ、水溶性化合物の大部分を溶解させる工程、
    (b) 水洗浄ゾーンにおける温度を、少なくとも１０４．
    ４℃（２２０Ｆ°）に維持する工程、(c) 溶解した水溶
    性化合物を含んでいる使用ずみ洗浄水から苛性アルカリ
    処理石炭を分離する工程（分離された石炭は、供給炭の
    硫黄含有量よりも硫黄含有量が低く、かつ供給炭の灰分
    含有量よりも灰分含有量が低い。）を特徴とする前記方
    法。
  2. 【請求項２】水洗浄ゾーンにおける温度を６０℃〜１０
    ４．４℃（１４０〜２２０Ｆ°）に維持する請求項１記
    載の方法。
  3. 【請求項３】工程(a) が、苛性アルカリ処理石炭１重量
    部に対して、洗浄水１〜２０重量部を混合することを含
    む請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】工程(a) が、苛性アルカリ処理石炭１重量
    部当たり、洗浄水２〜１０重量部を混合することを含む
    請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】分離した石炭を酸を用いて処理し、分離し
    た石炭から付加的な鉱物質を除去する付加的な工程を含
    む請求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】水洗浄ゾーンが、苛性アルカリ処理石炭及
    び水溶性化合物が、最初の工程に導入され、かつ洗浄水
    が最終工程に導入され、この石炭と洗浄水が向流的に工
    程を通過する一連の少なくとも２つの分離向流工程を含
    む、請求項１記載の方法。
  7. 【請求項７】水洗浄ゾーンにおいて苛性アルカリ処理石
    炭の滞留時間が、１．５〜３時間の範囲である、請求項
    １記載の方法。
  8. 【請求項８】水洗浄ゾーンにおける苛性アルカリ処理石
    炭の滞留時間が、１〜３時間の範囲である、請求項１記
    載の方法。
  9. 【請求項９】使用ずみ洗浄水が炭酸塩を含み、(i) カル
    シウムを含む材料によって、使用ずみの水を処理をし、
    苛性アルカリ水溶液と炭酸カルシウムの沈澱を得る工
    程、(ii)この沈澱から苛性アルカリ水溶液を分離する工
    程、及び(iii) 苛性アルカリ水溶液から実質的に全ての
    水を除去し、実質的に無水の苛性アルカリを得る工程に
    よって、実質的に無水の苛性アルカリを回収する付加的
    工程を有している請求項１記載の方法。
  10. 【請求項１０】供給炭における鉱物質が、アルミニウ
    ム、珪素、硫黄の化合物を含み、かつ水洗浄ゾーンにお
    ける苛性アルカリ処理石炭の滞留時間が、供給炭中にお
    けるアルミニウムの少なくとも７０重量％及び供給炭中
    における珪素の少なくとも７０重量％が、苛性アルカリ
    処理石炭から分離された使用ずみ洗浄水中に存在するよ
    うになるのに十分に短い時間である請求項１記載の方
    法。
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