JPS63139975A - 炭化水素含有固体の気流式乾留法 - 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】 パ　（従来の技術） 残存量が確定されている重油・石炭に代替する石化燃料
として厖大な賦与をもつオイル・シエールやオイル・サ
ンドが注目されてから既に久しく、その研究開発が世界
中で競ってなされ、着々と実用化に進んでいる。商業ス
ケールの実現にこぎつけたが、または間近いプロセスも
数例あり、公開されているプロセス例は枚挙にいとまな
い。

問題は、シエールやオイル・サンドが重油・石炭に比し
著しく貧寒なエネルギー保有量であって、大量を処理し
てわずかのエネルギーしか抽出できない点にあフ、少し
でも効率の悪いプロセスが介在すると、もはや経済ペー
スに乗らないという宿命をもっている。

この観点からみると、すでに公開されているプロセスの
大半は低い経済性しか有しておらず、現在実施されてい
るものでも商業ペースに乗るかど炭素分と３つに分割さ
れ、オイル分の留分を上げるべく種々の工夫がこらされ
てはいるが、炭化水素系乾留ガスと廃シエール中の残留
可燃分を回避することはできない。したがって全プロセ
スの効率を上げるためには、仁のガスと残留炭素を最大
限に利用するプロセスにならざる乞えない。

一方、昇温伝熱・揮発・乾留・カーボン燃焼などの過程
において、シェールの代表径とその分布が最大の要因と
なシ、その型式と適正サイズを自ら定めることになる。

時代の流れと共に粒径を細かくすることに努力が傾けら
れたのは、そのために処理しゃすくなシ、伝熱・反応時
間が短くなシ。

スケールアップが可能になシ、自動制御が容易になシ、
結果的に効率を高めることになったからである。

先入上として粉砕にかかわる設備・経費がわずられしく
、かなシの部分を占めると考えがちであるが、粉砕その
ものの経費はどんな工業でも多くは１０％前后前屈半製
品・製品として塊状や粒状を特に要求されない場合、な
いしは製品の姿としましてや、現在微粒分は原鉱山付近
に埋戻しをしたり、残留炭素を含む廃シエールは、面倒
な利用技術よシは廃棄する方が賢明であるというプロセ
スが存在するが、これは論外であって、原シエールから
とことんしぼ力つくすのではないと経済性を確保するこ
とはできない。

セメント工業では気流床と回転床の組合せで、原料を平
均径で３０〜５０ミクロン、最大径で３００ミクロン程
度に微粉砕している。粉砕経費は製造直接費の１０％に
充たない。このサイズは、伝熱・か焼・タリンカ鉱物生
成反応ならびに移送・貯蔵・ハンドリングにおいて最も
適切なサイズになっている。

さらに細かくすると、伝熱・反応時間は短縮されるが、
既往の粉砕機では急激に粉砕費用がかさみ、またハンド
リングにも若干問題が生じてぐる。

一方、さらに粗くすると、それに見合う粉砕費用の低減
はあるが、タリンカ鉱物生成反応が不均一になシ、所要
の品質が確保されないか少くとも滞留時間を大きくしな
ければならず、装置が犬がかシになるという欠点を有す
る。

（発明が解決しようとする問題点） オイル・シエールにおける適正サイズは固定床では塊状
が望ましく、移動床では粒状、流動床を加味したものあ
るいは回転床では数ｍｍ　がよい。

実際に実用化されつつある著名なプロセスでは、−がせ
いぜい３凱、好ましくは２ｗｎ　以下であることを要す
る。即ち、気流に巻きこまれ移送され分散され伝熱され
る時間が、粒子径と共に増大するので、伝熱・反応を完
了させるためには、気流パイプが粒子径と共に著しく延
長して実用から外れる。

本発明は微粉細の原鉱オイルシェールから油分を最大限
に回収し、設備効率に優れた乾留法を提供するものであ
る。

（問題点を解決するだめの手段作用） 本発明は原鉱ンエールｋ　１　ｍｍ　以下に粉砕するも
のである。該粉体シェールは、１２０〜２５０℃の範囲
でできるだけ高い温度まで昇温し気流乾燥・脱水・予熱
され、乾留器の廃シェールを気流旋回予熱・燃焼し、１
００〜２５０℃まで気流冷却す息。

本発明の乾留は原料シェールヲ４００℃前屈まで、廃シ
エール燃焼ガスの一部で気流旋回瞬時伝熱し、初期乾留
を行わせ、さらに乾留器の中でプラスｉｏ。

℃前屈の間接伝熱と５００℃前后の前屈乾留温度に可及
的一定にすべく保温するため、燃焼ガスの他’１：！ ｊ′＼ ゛え 二設置される廃熟ボイラに利用する。また、上述の昇温
・保温に利用された５００℃前后の前屈ガスの一部は、
同ボイラの中間域に導入され、余熱を利用する。

本発明では乾留前昇温の大半を気流中で行わせるので、
粒径ｋ　１　ｒｒａｎ　　以下とする。幸いなことに、
概ねオイル・シェールは粉砕しやすく、固くとも石灰石
程度で、上述セメントの場合１０％の直接費とすれば、
粉砕粒径からしてこの１７３の費用ですむ。セメントで
は１０．０００　ｔ　／　ｄの設備が実用化され、需要
の集中度との関連でそれ以上は実現していないが可能で
あシ、これからしてオイル・シエールにおいても容易に
コンパクトで大容量の設備が実現可能である。

産地によシ大巾に変動するが、世界に産出しまた開発計
画のある著名なものを調べると、乾留はほとんどが３５
０〜６００℃の間で始ｊ発し終結する。

油分の留分を最大にするためには、概ね４５０〜５５０
℃の最適温度で一定にすることが望ましい。

オイル・シエールの性状に応じて初期乾留の割合を定め
るが、通常４００℃前后ま前屈秒前屈で気てから乾留最
適温度までの昇温と乾留に要する熱量および熱損失で降
温する分を、間接的に外部から熱補給させる。

廃シエール燃焼は同じく気流昇温とサイクロン燃焼器タ
イプの気流旋回式燃焼器で８００〜１０００℃で完全燃
焼させる。この温度領域は高温技術の中では最も容易で
あるし、同じエンタルピーでも熱担体量が少く温度の高
い方がいわゆる高熱価で利用価値が大きい。これでボイ
ラを運用すると共に、一部分で原料ンエールの昇温と補
熱″ｆｒまかなう。

なお、冷却も気流床で行い、熱交換された固体・気体は
徹底的に活用し、しかも単一流とすることでプロセスの
単純化・装置の簡略化を達成させる。

第１図で説明すると、Ａは乾燥部で気流搬送乾燥パイプ
１、サイクロン２および吸引ファン３から成る。ここで
粉粒体シエールは１２０〜２６０℃に乾燥・予熱される
。１２０℃は乾燥のための最小温度、２５０℃は原鉱シ
エールにより　２００　Ｃ前層で化合水の蒸散があるの
で、それを超えて炭化水素系ガスの揮散がみられない範
囲で高い温度の方が後工程に都合よいが、同時にボイラ
効率を下げるので概ね２００℃位が最善である。

予熟部Ｂは、気流搬送予熱パイプ４、サイクロンおよび
搬送用燃焼排ガスを含む乾留ガスバイブロからなる。初
期乾留最適温度は、ンエールの性状に応じて４００℃前
后で前屈られるが、乾燥・か焼（脱化含水）を経て１２
０〜２５０℃の範囲で、できるだけ高い温度にされた原
料シェールの温度と、燃焼排ガス温度でガス量が定まシ
、当然ながらガス量は少い方が好ましい。これら温度関
係よシ定まるガス量の範囲では、いくら少くても気流搬
送に充分である。

乾留は準静的変化では４００℃前から始まるが、金属と
異シ一般の鉱物では温度伝導率が１７１０〜１７１００
程度なので、中心温度が表面温度と等しくなる時間を長
く要する。この気流搬送伝熱では１秒前屈であること、
粒度及び粒度分布がここで重要な役割を果す。平均径が
１００ミクロン前后では、中心温度が表面温度との差の
中間温度に達するのに１０分の数秒要する。

このことが上述初期乾留の最適温度に密接に連貧ガスで
あるため、後処理のプロセス効率が低下するからである
。しかし、その懸念がないか、又はそれを上〃る操業安
定性などかあれば、この気流による初期乾留分を大きく
とることも可能である。

また、もしンエールの乾留特性が、例えば４５０℃から
急激に行われて、５５０℃で効率よく終結するとすれば
、４００℃まで昇温して、その用ずみのガスは初期乾留
ガスバイブロでなく、場合によシボイラ再熱に利用され
ることもあシうる。つまシはとんどここで乾留を行わせ
ないで、初期の乾留をできるだけ少量にとどめるが、ま
たかなり多量にしてその代り乾留器を小さくするか、こ
のシステムの選択は原シエールの性状にかかつている。

混合・乾留部Ｃは、乾留器７と熱補給のための燃焼排ガ
スパイプ８と稀釈用の空気導入口９、さらに乾留ガス１
次除塵サイクロン１１から成る。

上述の４００〜４５０℃に昇温された原料シエールは乾
留器７に入シ、熟の補給をうけて乾留最適温度通常５０
０℃前后に前屈され、乾留に要する熱も補給され、また
装置の熱損失も償われる。そのことによシ最適乾留全遂
行させる。

この熱補給は間接熱交換で、乾燥あるいは石こうか焼な
どに使われる。スチームチューブロータリー熱交換機、
振動コンベア式攪拌器付パン混合器、混合用リボンスパ
イラル付タンク、ダブルドラムミルなど原料シエールと
その乾留工程における特性に応じ、またユニットの大き
さ、経済性、安全性、安定性なども考慮して、最適の混
合と伝熱と乾留ガス及び油分抽出に便利な装置を選択す
る。パイプ挿入、ジャケット式、フィン型など間接伝熱
効率向上を配慮する。

燃焼部りは、廃ンエール搬送予熟上昇気流パイプ１２と
気流旋回式燃焼器１３から成り、コアフレーム用に乾留
ガスの炭化水素系ガス燃焼を当て補給空気を入れ、燃焼
結果である排ガスは、ボイラ主体に部分的には原料シエ
ール予熱・乾留に用いた後再びボイラで活用され、燃焼
廃シエールは排出されて、そのエンタルピーは燃焼用空
気の予熱に利用される。量的な関係で上述燃焼補給空気
も、一括して冷却用即ち燃焼廃シエール空気搬送伝熱に
供してもよい。

冷却部Ｅは、多段サイクロン１４と気流搬送管および押
込ファン１５から成る。サイクロンは温度の関係から３
段が適当である。４段ならなお廃シエール冷却温度が下
シ、空気の熱回収がさらに大きくなるが、設備的に大き
くなるので、その辺との兼ね合いで定まる。

に至る。全体としてきわめて単純な系をなし、固体流・
気流共に１分以内で系を貫く。乾留器７でシエールは停
滞するが、微粉のため乾留特性がよいので２〜３分で充
分である。

第２図は、以上のプロセスを、固体（ンエール）流と気
体（空気／ガス）流を主体に流れを模式的に表わしたも
ので、縦軸は温度、横軸は時間とは無関係の工程別区分
け、実線がシエール、帯状が気体、矢印は流れ方向、■
印は相互に伝熱が行われることを示す。０内数値は原料
ンエールを単位量１とした時の比例量を示し、（］内数
値はこれに対応する空気／ガス量を示す。

例えば、固体をにｇとすれば、気体は−Ｎに相当する値
となっている。また左方に廃熱ボイラに利用される温度
領域と気体の単位量を示している。

勿論すべての数値は１例にすぎない。

プロセス開発用ユニツ）（ＰＤＵ）の結果から、実用機
で推定される熱収支を第３図に示す。

油分を最大限に回収し、乾留所要熱、装置の熟損、乾留
ガス及びオイル・ミストの顕熱など避け′　返だけ低温
ですませようとするが、残留カーボン−が増える。完全
燃焼は燃焼排ガス顕熱が高くなる＋Ｓ＋ 同時に廃シエール燃焼顕熱は多段気流成熟回収装置で最
大限回収する。しかし、冷却された廃ンエールの顕熱、
燃焼器の放散熱損、炭酸塩の分解熱、ボイラ排ガスのさ
らに熱回収されたあとの顕熱なと回避できないので、蒸
気発生に寄与する熱量は、油分抽出の残余の保有熱、即
ち乾留ガス炭化水素および廃シエール保有熱量の粉程度
になることは如何ともしがたい。

しかし既往のプロセスのいずれよシも、効率よく経済的
なシステムである。

（発明の効果） 本発明は、原鉱シエールの微粉砕を前提とし、蒸気ボイ
ラ等の熱回収装置を必然的なものとする。

既往のプロセスでは微粉砕を前提としないし、廃熱ボイ
ラの設置に言及したものはあるが、これによシ積極的に
余剰の全熱ｆｆ１ｔ−活用するという例は−よい大容量
のものが現存して何ら支障はない。原鉱シエールの全熱
量を抽出し、廃棄するものはなく、冷却された廃シエー
ルは粉末のため、ハンドリングが容易であシ埋戻した時
の土壊性状もよい。

乾留ガス炭化水素は燃焼に利用するが、場合によっては
他の用途に便じてもよく、廃シエール含有炭化水素及炭
素は完全に燃焼される。全プロセスはきわめて単純、設
備効率よくスケールアップにほとんど制限はない。自動
制御しやすく、操作は簡単で安定性は抜群である。既往
のどのプロセスよシも単純経済的なものといえる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の模式流れ図、第２図は温度・流＠を表
示した特性図、第３図は本発明のヒートバランスの図表
である。 １：気流搬送乾燥パイプ　　　２：気流搬送乾燥ナイフ
ロン５＝排ガスファン　　　　　　４：気流搬送予熱パ
イプ５：気流搬送予熱サイクロン　６：初期乾留ガスパ
イプ７：乾　留　器　　　　　　　８：乾留群昇温・保
温パイプ９：乾留群昇温・保温用空気導入口 １３：旋回式燃焼器　１４：燃焼廃シエール１５：冷却
用ファン　　　　気流冷却装置１６：廃熱ボイラ 出願人　工業技術院長　　飯　塚　幸　三范３図 Ｆ（、−！１ｉａ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ｍｍ以下に粉砕したシェールを、全システムを押込・
   吸引ファンによる単一の気流で貫流し、その気流搬送・
   旋回を利用して移送・乾燥・伝熱・一部乾留・燃焼・冷
   却を行わせることを特徴とする炭化水素含有固体の気流
   式乾留法。