JPS6281490A - 低品位炭の脱水方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、褐炭、亜炭、亜瀝青炭など石炭化度が低く、
高水分の石炭類のような有機固体材料の蒸気脱水方法に
関するものである。

〔従来の技術〕

褐炭は多孔質でその毛細管内に多量の水分を有している
ので、莫大な埋蔵量がありながら、その利用は山元周辺
に限られていた。遠隔地で利用するためには、脱水して
重量を低減し、輸送経済性を上げる必要がある。

有機固体材料の乾燥は、蒸発法で行うのが一般的である
が、この蒸発法は被乾燥物を加熱して蒸発させるので熱
消費が多く、また脱水製品が微粉である場合は、発塵、
自然発火、炭塵爆発などの問題があるので、褐炭の脱水
・乾燥には適さないものである。

従来、褐炭の脱水方法として、褐炭をオートクレーブの
ような圧力容器に封入し、高温・高圧の熱水または飽和
蒸気を供給して、その含有水の大部分を蒸発させずに、
主として水の体積の膨張と褐炭体積の収縮作用により、
潜熱を要することなく脱水・乾燥する方法が既に知られ
ている。

しかしながら、褐炭を熱水で加熱する脱水方法では、高
温・高圧の熱水から脱水された褐炭を取り出すためには
、減圧・冷却しなければならず、このとき一部の水が褐
炭に再吸収されるので脱水の効果が少なくなる。また飽
和蒸気脱水方法では、褐炭から液Ｈ＆で分離された水や
蒸気の凝縮水などからなる熱水を分離して、褐炭が飽ｍ
蒸気中にあるようにしてから減圧すれば、再吸湿はない
し残っている水分も蒸発して減少するのでさらに効果が
高くなるが、褐炭の粒径が小さいと、褐炭と熱水との分
離がイく充分で粒間に拘束された熱水が１万吸湿して、
充分脱水・乾燥できないという欠点がある。

本発明者らは−に記の欠点を解消するために、特開昭５
８−１４２９８７号公報に示すように、複数の圧力容器
内に褐炭を封入し、第１圧力容器に過熱蒸気を供給して
褐炭を脱水・乾燥するとともに、飽和蒸気または飽和に
近い蒸気を排出せしめ、ついでこの飽和蒸気または飽和
に近い蒸気を第２圧力容器またはそれ以降の圧力容器に
供給して褐炭を飽和蒸気脱水することにより、従来の飽
ｎ１蒸気脱水方法の長所を活かしながら、蒸発乾燥法を
絹み合わせて微粒褐炭の処理をも可能にした褐炭の蒸気
脱水方法を既に提案している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の特ｎＦＪ昭５８−１４２９８７号公報記載の方法
は、実験室規模の実験では何ら問題のないものであるが
、より大規模の複数のオートクレーブを１絹として連続
運転を行おうとする場合、次のような点が未解決のまま
であった。

（１）　　オートクレーブが大規模となり内部の褐炭層
が厚くなった場合、褐炭層内の過熱蒸気の好適な流通方
法、とくにその流通方向が不明であった。

（２）上流のオートクレーブからの排蒸気のみでは飽和
蒸気が不足する場合、系外から飽和蒸気と過熱蒸気の両
方を供給する必要があるが、時刻によって蒸気源の温度
を変えたり、２種類の蒸気源を設けておいて切り換える
ようなことは大規模設備を連続運転する場合には困難で
この対策が不明であった。

（］）褐炭層内を下降するように過熱蒸気を流通させれ
ば、大規模なオートクレーブにおいても実験室規模と同
様の粒間拘束水の除法効果が得られ、高い脱水率を維持
できる。

（２）逆に褐炭層内を上昇するように過熱蒸気を流通さ
せると、蒸気で吹き上げられた粒間水や流通中に発生し
た熱水が褐炭層内に滞留して、充分な過熱蒸気流通の効
果が得られない。

（３）さらに過熱蒸気のかわりに飽和蒸気を用いた場合
でも褐炭層内を下降するように蒸気を流通させれば、粒
間水や熱水のパージ効果があり、従来の密閉加熱方式に
よる飽和蒸気脱水よりも脱水率が向上する。従って飽和
蒸気しか得られないような場合でも、下降流による流通
加熱方式は有効である。

（４）系外からは過熱蒸気を供給しておいても、オート
クレーブを密閉（下流のオートクレーブに接続しない）
にしておけば、オートクレーブ内の蒸気温度は飽和温度
になる。したがって、蒸気源は過熱蒸気のみにしておい
ても、オートクレーブを密閉にしたり、流通（下流のオ
ートクレーブに接続する）したりするだけで容易に飽和
蒸気加熱と過熱蒸気加熱の切り換えができる。

本発明は上記知見に基づきなされたもので、より脱水率
が優れ、設備の簡素化された脱水方法の提供を目的とす
るものである。

〔問題点を解決するための手段および作用〕本願の第１
の発明は、複数基のオートクレーブを１組として、各オ
ートクレーブが内部に封入された褐炭の昇温過程、減圧
過程、排入炭過程を順次繰り返してバッチ式に飽和蒸気
脱水を行う方法において、 系外から過熱蒸気または／および飽和蒸気をオートクレ
ーブの上部へ供給し、内部の褐炭層内を下向きに流通さ
せて下部から排出し、この排蒸気を下流のより低温のオ
ートクレーブへ供給スることを特徴としている。

すなわち第１図に示すように、オートクレーブ１ｂの上
部の１個所または数個所から過熱蒸気または／および飽
和蒸気を供給し、オートクレーブ１ｂの下部の１個所ま
たは数個所から蒸気を排出することにより、褐炭層２内
を蒸気が上方から下方に向けて流通するような流通加熱
過程を行い、この排蒸気を下流のより低温の昇温過程に
ある別のオートクレーブ１ａに熱回収する。６は熱水を
貯えるコンデンセートタンク、４．５．６はバルブであ
る。なお図面においてＳＨ８は過熱蒸気を、ｓｓは飽和
蒸気を示す。

また本願の第２の発明は、第２図に示すように、上流の
過熱蒸気過程のオートクレーブ（図示せず）から排出さ
れる飽和蒸気により飽和蒸気加熱を行い、ついでオート
クレーブ１ｂを密閉して褐炭層２を蒸気が流通しないよ
うにした状態で、過熱蒸気のみをオートクレーブ１ｂの
上部へ供給することにより、実質的に飽和蒸気加熱を継
続し、さらに過熱蒸気供給を継続したまま、このオート
クレーブ１ｂの下部から下流のオートクレーブ１ａへ飽
和蒸気を排出することにより褐炭層２に蒸気を流通させ
て過熱蒸気加熱を行うことを特徴としている。第３図は
この場合のタイムチャートの一例を示している。なお第
３図における記号については後述する。第３図において
、オートクレーブ１ｄの加熱操作Ｓ、過程では、外部か
ら過熱蒸気（Ｓ＋Ｈ８）を供給すると同時に、加熱初期
（Ｓ□過乃にある別のオートクレーブ１Ｃへ飽和蒸気（
Ｓ　Ｓ）を連通させ蒸気と褐炭との接触が充分行われる
とともに、分解ガスが下流へ排気されて蒸気分圧が高く
なって、加熱最終時の昇温が充分行われかつ粒間水が蒸
発して減少する。

この時、オートクレーブ１Ｃは、オートクレーブ１ｄよ
り排出される飽和蒸気により、褐炭中の水分が液体のま
ま除去される。続いて、各オートクレーブは、それぞれ
１つずつ上流のオートクレーブの運転状態へ移行するの
で、オートクレーブ１ｃは図示するようにＳ、の加熱過
程となる。この加熱過程Ｓ、では、外部から過熱蒸気（
Ｓ　ＨＳ）が供給されるけれども、オートクレーブ１Ｃ
は密゛閉状態であるので、オートクレーブ内は飽和蒸気
雰囲気であり、褐炭の液状脱水が継続する。この次にオ
ートクレーブ１ｃはＳ８の加熱過程となるので、上流の
オートクレーブ１ｄについて説明したような過熱蒸気脱
水が行われることになる。

〔実施例〕

以下、４基のオートクレーブを１組として本発明の飽和
蒸気脱水方法を行う場合について、図面に基づいて説明
する。各オートクレーブはバッチ飽和蒸気脱水を繰り返
すようにし、１バツチの運転は第４図に示すように、 予熱過程（Ｒ）、コンデンセートタンク熱水による予熱
過程（ＣＷ）、コンデンセートタンクスチームによる予
熱過程（ａＳ）、加熱過程（８１〜ｓｓ）からなる昇温
過程、 減圧過程（Ｄ）、 排入炭過程（Ｅ／Ｆ）、 からなっている。

またコンデンセートタンクは、第５図に示すように、オ
ートクレーブの１サイクルタイムの１／２の時間でバッ
チ運転を繰り返す。

第６図は１バツチのサイクルタイムのうちの４の期間の
みについて示した運転のタイムチャートである。コンデ
ンセートタンク３ａ、３ｂはオートクレーブ１ａｓ　１
ｂｓ　ＩＣＮ　１ａ　　とは異なる運転を行う。つぎの
４サイクルではコンデンセートタンク３ａがコンデンセ
ートタンク６ｂの、コンデンセートタンク３ｂがコンデ
ンセートタンク３ａの運転を行うので、コンデンセート
タンクは２基で操作できる。

第７図はこの期間の運転に関連するものだけを示した部
分フローシートである。この期間の前半についてまず説
明する。オートクレーブ１ａは昇温過程の終了したオー
トクレーブであり、オートクレーブ１ｂは原炭の投入を
終了したオートクレーブでアル。バルブ８．１１を開く
ことによりスチームがオートクレーブ１ａからオートク
レーブ１ｂへ移動し、オートクレーブ１ａは減圧され（
Ｄ過程）、オートクレーブ１ｂは予熱（Ｒ過程）される
。

オートクレーブ１Ｃは後述のフンデンセートタンク熱水
による予熱過程（ａＷ）を終了したオートクレーブであ
り、コンデンセートタンク３ａは熱水の受入（Ｓｔ過程
）を終了したコンデンセートタンクである。バルブ１０
を開くことにより、コンデンセートタンクは減圧され、
熱水がフラッシュ蒸発し、このスチームがオートクレー
ブに流入してオートクレーブはさらに予熱される。

オートクレーブ１ｄは後述の第１段加熱過程（Ｓ１過程
）を終了したオートクレーブであり、内部は高圧の飽和
蒸気（Ｓ　Ｓ）で満たされており、このオートクレーブ
１ｄの−に部にボイラなどの外部蒸気源１４から過熱蒸
気（Ｓ　ｕ　Ｓ）が供給される。ただしオートクレーブ
内はすでに高圧のため、ＳＨ３の流入量は少ない。内部
のＳＳが褐炭を昇温して凝縮するのに応じて、その分だ
けＳ　ＨＳが流入するが、内部にあるＳＳや熱水のため
にすぐに飽和化し、実質的にはＳＳ加熱過程となる。こ
の時発生する熱水はバルブ１２を開いておくことにより
、コンデンセートタンク３ｂへ流下し、ここに貯留され
る。

つぎにこの期間の後半について説明する。オートクレー
ブ１ａは減圧過程（Ｄ）を終了して大気圧となるので、
脱水褐炭を排出して、つぎに原炭を投入する（Ｅ／濾濾
過へ。予熱過程（Ｒ）を終了したオートクレーブ１ｂを
、スチームをフラッシュさせて部分的に減温・減圧した
コンデンセートタンク６ａの下部とバルブ１０を開いて
接続すると、コンデンセートタンクからオートクレーブ
へ熱水がＩＩＩＪし、コンデンセートタンクはさらに減
圧される。オートクレーブへ流入した熱水は褐炭層を通
過して褐炭を予熱（ａＷ過程）することにより、１００
°Ｃ以下（高くても１５０°Ｃ以下）の廃水となり、バ
ルブ１３より外部へ排出される。

オートクレーブ１ｄは、過熱蒸気の供給を継続しながら
、その下部をバルブ１１．８を経由して下流のオートク
レーブ１Ｃに接続する。オートクレーブ１ｄではＳＨ８
が大量に流入して褐炭層を流通しＳＨＳ流通加熱し、Ｓ
Ｓ加熱により褐炭表面に浸出して水膜となっている水分
を迅速に蒸発させる（ＳＳ過程）。そして下部からはＳ
Ｓが排出さを れ、オートクレーブ１Ｃ内の褐ｒｆｓ　ｓ加熱して非蒸
発脱水する（Ｓｔ過程）。この時発生する熱水はバルブ
１２′を開いてコンデンセートタンク６ｂへ流下させ、
ここに貯留する。

ついでオートクレーブ１ａは、オートクレーブ１ｂにつ
いて説明したと同様にＲ過程、ＣＷ過程を行うようにし
、オートクレーブ１ｂはオートクレーブ１Ｃについて説
明したＣ８過程、Ｓ□過程へ、オートクレーブ１Ｃはオ
ートクレーブ１ｄについて説明したＳ、過程、Ｓ８過程
へ、オートクレーブ１ｄはオートクレーブ１ａについて
説明したＤ過程、Ｅ／濾濾過へと順次上流のオートクレ
ーブの運転状態へとサイクリックに移って行きどのオー
トクレーブも同じバッチ運転を繰り返すこととなる。

またコンデンセートタンク６ａはコンデンセートタンク
６ｂについて説明したＳ、過程、Ｓｌ過程の熱水受入工
程を行い、逆にコンデンセートタンク６ｂはコンデンセ
ートタンク３ａについて説明したＯ３゜ａｗの減圧過程
を行う。

第７図において、白いバルブは期間の前半では開いてお
り、期間の後半では黒塗りのバルブが開き、半分黒塗り
のバルブは前半、後半ともに開いている。後半では、オ
ートクレーブで脱水度の排出、原炭の投入が行われてい
る。

上記のすべてのオートクレーブは同一構成となっている
。すなわちどのオートクレーブにも第７図の部分フロー
に示したバルブ７．８．８．１０．１０′、１１．１１
′、１２．１２．１６が備えられており、同じ機能を果
すべく配管で接続されている。またどのオートクレーブ
も原炭の投入、脱水炭の排出ができるようになっている
。

上記の接続の例を＠８図に示す。オートクレーブで発生
する熱水を流下させるためのコンデンセートタンクの接
続は、Ｓｌ、Ｓ１過程のみであり、他の過程では縁切り
されている。ａＳ過程で発生する熱水はオートクレーブ
内に貯えられ、つぎの８１過程でコンデンセートタンク
へ流下して貯留され、最終的には他の熱水とともにａＷ
過程で系外へ排出される。

１つのコンデンセートタンクはＳ□過程とＳ、過程で熱
水を受は入れる元のオートクレーブが異なっており、２
基のコンデンセートタンクが４基のオートクレーブに共
有されている。また分解ガスはＳｓ過程では抜き取る必
要がなく、スチームとともに８０過程へ排出される。分
解ガスはＳ１過程で抜き取っても良いし、Ｓ１過程で抜
き取らなければ、コンデンセートタンクの液面上に蓄積
し、Ｏ８過程およびＯＷ過程へ送り出されるので、これ
らの過程で抜き取れば良い。また全く抜き取らなくても
ＯＷ過程で廃水とともに外部へ出て行き、脱水率低下の
問題はない（ただし臭気が放散しては困る場合には途中
で抜き取った方が良い）。１５．１６．１７はパルプ、
１８は原炭バンカー、２０は図に示すように、減圧を２
段階とし、廃蒸気の熱回収を向上させる方法を行う場合
がある。なおＦはフレッシュスチームである。また第１
０図に示すように、第１減圧をコンデンセートタンク蒸
気回収（ＣＳ）後・のオートクレーブと連通させる方法
を採用する場合がある。この場合は高圧力のオートクレ
ーブと連通させるため、減圧時間は相対に長くなるもの
の、熱水の熱回収率が高まり、熱効率が向上する。

第１１図は、第２減圧を充分長くとり、蒸気の熱回収を
高める方法を示している。第１２図は減圧廃蒸気の予熱
を行う前に、熱水子熱を行う方法で、原炭はまず多量の
廃熱水で注水・洗浄することにより、廃水系統の詰まり
を未然に防止する効　　、果があるとともに、熱水の熱
回収率が高まり、熱−ジ効果を増大するとともに、過熱
蒸気を使用した場合には、粒間水蒸発効果を増すように
した例を示している。第１４図は、比較的昇温特性が良
く、水分が低い褐炭に適する方法で、予熱・加熱過程が
短く、全体の処理時間を短くすることかで　　′きる（
１サイクルタイムが小さい）ようにした例を示している
。

以下、実施例および比較例について説明する。

実施例 原炭として豪州ビクトリア褐炭（水分６５，５ｗｂ％）
を、圧力４５”ｉＭａｓ過熱度２０°Ｃの過熱蒸気を用
い、第１５図に示すタイムチャートに従って運転し、最
終加熱過程（Ｓ、）でオートクレーブ内の過熱蒸気流れ
が下向きとなるようにした。過熱蒸気の注気時間は５０
分間であった。この結果、脱水炭の水分は２３．６ｗｔ
％であった。またＳ、過程においては、系外からは過熱
度２０°Ｃの過熱蒸気を供給しているにも拘らず、オー
トクレーブの上部の温度を計測したところ、２５８°Ｃ
とほぼ飽和温度となっており、この期間実質的に飽和蒸
気脱水が行われていることがわかった。

比較例 実施例と同様の実験条件で、過熱蒸気を上向きに流した
。この結果、脱水炭の水分は２６．５ｗｔ％であった。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の方法は、褐炭層内を下降
するように蒸気を流通させるものであり、粒子間拘束水
をパージして脱水率を良くすることができ、また過熱蒸
気のみを供給する場合は、上記効果と相俟って、外部か
らの蒸気供給設備を簡素化できるという効果を有してい
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願の第１の発明の一例を示すフローシート、
第２図は本願の第２の発明の一例を示すフローシート、
第３図は第２の発明の一例を示すタイムチャート、第４
図〜第１４図は本発明の具体例を示すもので、第４図は
オートクレーブの１バツチ運転を示す説明図、第５図は
コンデンセートタンクの１バツチ運転を示す説明図、第
６図は１バツチのサイクルタイムのうちの−の期間のみ
について示した運転のタイムチャート、第７図は第６図
の運転に関連する機器を示したフローシート、第８図は
第７図の詳細を示すフローシート、第９図〜第１４図は
具体例のタイムチャート１第１５図は実施例および比較
例のタイムチャートである。 １ａｑ　１ｂｓ　１ｃｓ　ｌａ、、　１ｅｓ　ｌｆ−・
・オートフレ１１．１２．１２．１３．１５．１６．１
７・・バルブ、１４・・外部蒸気源、１８・・原炭バン
カー、２０・・・脱水炭バンカー （、−・−′） １、ノ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　複数基のオートクレーブを１組として、各オートク
   レーブが内部に封入された褐炭の昇温過程、減圧過程、
   排入炭過程を順次繰り返してバッチ式に飽和蒸気脱水を
   行う方法において、系外から過熱蒸気または／および飽
   和蒸気をオートクレーブの上部へ供給し、内部の褐炭層
   内を下向きに流通させて下部から排出し、この排蒸気を
   下流のより低温のオートクレーブへ供給することを特徴
   とする褐炭の脱水方法。 ２　複数基のオートクレーブを１組として、各オートク
   レーブが内部に封入された褐炭の昇温過程、減圧過程、
   排入炭過程を順次繰り返してバッチ式に飽和蒸気脱水を
   行う方法において、上流の過熱蒸気過程のオートクレー
   ブから排出される飽和蒸気により飽和蒸気加熱を行い、
   ついでオートクレーブを密閉して褐炭層を蒸気が流通し
   ないようにした状態で、過熱蒸気のみをオートクレーブ
   の上部へ供給することにより、実質的に飽和蒸気加熱を
   継続し、さらに過熱蒸気供給を継続したまま、このオー
   トクレーブの下部から下流のオートクレーブへ飽和蒸気
   を排出することにより褐炭層に蒸気を流通させて過熱蒸
   気加熱を行うことを特徴とする褐炭の脱水方法。