JP6322509B2 - 改質石炭の製造方法及び改質石炭の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、高水分石炭から改質石炭を製造する改質石炭の製造方法及び改質石炭の製造装置に関する。

近年、褐炭や瀝青炭等の水分の含有量が多い石炭（高水分石炭）を乾燥及び乾留させる等して、燃料比を低揮発分一般炭相当の２から４に調整し、長距離輸送が可能な燃料とする改質石炭の製造方法が検討されている。なお、ここで言う燃料比とは、石炭中における燃焼性の良い揮発分に対する、燃焼性の悪い固定炭素分の重量比率のことを意味する。この燃料比２から４の改質石炭は、例えば、発電所で発電用に燃やして用いられる。
この種の高水分石炭からの改質石炭の製造方法においては、高水分石炭の乾燥が重要であり、その乾燥方法としては、以下の方法が知られている。

例えば、特許文献１には、高水分石炭の乾燥に予熱装置を設け、乾燥機の流動化を改善する方法が記載されている。特許文献２には、乾燥装置から放出される水蒸気を圧縮して高水分石炭の乾燥に用いるとともに、予熱乾燥に乾燥装置からの蒸気ドレンを用いることが開示されている。これらの他に、同様の乾燥方法として非特許文献１に記載されたＷＴＡ方式がある。

特開２０１３−１７８０２６号公報 特開２０１３−１７８０２８号公報

″A modern process for treating and drying lignite″、WTA TECHNOLOGY、［平成 ２６年６月１２日検索］、インターネット＜URL：https://www.rwe.com/web/cms/mediablob/en/234566/data/213182/6/rwe-power-ag/innovations/coal-innovation-centre/fluidized-bed-drying-with-internal-waste-heat-utilization-wta/Brochure-WTA-Technology-A-modern-process-for-treating-and-drying-lignite.pdf＞

高水分石炭の代表である褐炭は、水分の含有量を低下させると発火（自然発火）しやすくなる性質がある。例えば、高水分石炭を水蒸気で間接的に加熱して、質量比で水分を５０〜６０％含有する高水分石炭を、質量比で水分を１０％含有する程度まで乾燥させる場合、乾燥操作時の発火対策として、酸素がない水蒸気雰囲気下で乾燥させる方法が実用化されつつある。
しかしながら、高水分石炭を加熱して乾燥するには、多量の加熱用水蒸気が必要である。このため、安価な水蒸気を用いて高水分石炭を乾燥させないと、高水分石炭の乾燥コストが高くなり、その分、改質石炭の製造コストも高くなるという問題がある。

そこで、大量の加熱用水蒸気を確保する方法としては、高水分石炭の乾燥時に蒸発した水蒸気を圧縮し、この圧縮した水蒸気を高水分石炭の乾燥に使用することで、高水分石炭の乾燥に必要な外部からの水蒸気量を減らす方法が開発されている。
しかしながら、水蒸気を圧縮するには、高価な圧縮機と、圧縮するための莫大な電力とが必要になる。したがって、この方法で得られる高水分石炭の乾燥用の水蒸気は、安価なものにならない。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、高水分石炭を発火することなく乾燥させるとともに、高水分石炭を乾燥させるための水蒸気を安価に得ることができ、高水分石炭を乾燥させるための水蒸気の量も低減させることができる改質石炭の製造方法及び改質石炭の製造装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の改質石炭の製造方法は、水分を質量比で４５％以上含有する石炭である高水分石炭から改質石炭を製造する改質石炭の製造方法であって、前記高水分石炭から前記水分を蒸発させて乾燥石炭とする乾燥工程と、前記乾燥工程の後で前記乾燥石炭を乾留して前記改質石炭とする乾留工程と、前記乾留工程の後で前記改質石炭を冷却する冷却工程と、を備え、前記乾燥工程は、外部から取り込んだ空気を加熱し、前記空気で前記高水分石炭を流動化させて石炭流動層とし、前記石炭流動層内の前記高水分石炭から前記水分を蒸発させて一次乾燥石炭とする空気流動層乾燥工程と、前記空気流動層乾燥工程の後で、前記一次乾燥石炭を間接的に加熱し、前記一次乾燥石炭から前記水分を蒸発させて前記乾燥石炭とするとともに、蒸発させた前記水分である間接加熱乾燥工程水蒸気を回収する間接加熱乾燥工程と、を有し、前記乾留工程において、前記乾燥石炭を乾留し、前記乾燥石炭の乾留に必要な乾留熱を供給したあとの燃焼排ガスを用いた排熱回収により乾留工程水蒸気を回収し、前記空気流動層乾燥工程において、前記外部から取り込んだ空気を前記間接加熱乾燥工程水蒸気で間接的に加熱し、前記間接加熱乾燥工程において前記一次乾燥石炭を間接的に加熱するのに、前記乾留工程水蒸気を用いることを特徴としている。

また、本発明の改質石炭の製造装置は、水分を質量比で４５％以上含有する石炭である高水分石炭から改質石炭を製造する改質石炭の製造装置であって、前記高水分石炭から前記水分を蒸発させて乾燥石炭とする乾燥部と、前記乾燥石炭を乾留して前記改質石炭とする乾留部と、前記改質石炭を冷却する冷却部と、を備え、前記乾燥部は、外部から取り込んだ空気を加熱し、前記空気で前記高水分石炭を流動化させて石炭流動層とし、前記石炭流動層内の前記高水分石炭から前記水分を蒸発させて一次乾燥石炭とする第一乾燥部と、前記一次乾燥石炭を間接的に加熱し、前記一次乾燥石炭から前記水分を蒸発させて前記乾燥石炭とするとともに、蒸発させた前記水分である間接加熱乾燥工程水蒸気を回収する第二乾燥部と、を有し、前記乾留部において、前記乾燥石炭を乾留し、前記乾燥石炭の乾留に必要な乾留熱を供給したあとの燃焼排ガスを用いた排熱回収により乾留工程水蒸気を回収し、前記第一乾燥部において、前記外部から取り込んだ空気を前記間接加熱乾燥工程水蒸気で間接的に加熱し、前記第二乾燥部において前記一次乾燥石炭を間接的に加熱するのに、前記乾留工程水蒸気を用いることを特徴としている。

また、上記の改質石炭の製造方法では、前記空気流動層乾燥工程において、前記石炭流動層内を前記間接加熱乾燥工程水蒸気で間接的に加熱することがより好ましい。
また、上記の改質石炭の製造装置では、前記第一乾燥部において、前記石炭流動層内を前記間接加熱乾燥工程水蒸気で間接的に加熱することがより好ましい。

また、上記の改質石炭の製造方法では、前記高水分石炭から前記空気流動層乾燥工程で蒸発する水分の量に対して、前記高水分石炭が前記一次乾燥石炭となった後で前記一次乾燥石炭から前記間接加熱乾燥工程で蒸発する水分の量が２倍であることがより好ましい。
また、上記の改質石炭の製造方法では、前記空気流動層乾燥工程において、前記外部から取り込んだ空気を前記乾留工程水蒸気で間接的に加熱することがより好ましい。

本発明の改質石炭の製造方法及び改質石炭の製造装置によれば、高水分石炭を発火することなく乾燥させるとともに、高水分石炭を乾燥させるための水蒸気を安価に得ることができ、高水分石炭を乾燥させるための水蒸気の量も低減させることができる。

本発明の第１実施形態の改質石炭の製造装置のブロック図である。 同改質石炭の製造装置の乾留設備のブロック図である。 本実施形態の改質石炭の製造方法を示すフローチャートである。 空気及び水に対する低温度湿度図表をもとに空気流動層乾燥工程の乾燥操作を示す操作線図である。 本発明の第２実施形態の改質石炭の製造装置のブロック図である。

（第１実施形態）
以下、本発明に係る改質石炭の製造装置（以下、「製造装置」とも略称する）の第１実施形態を、図１から図４を参照しながら説明する。
図１に示すように、本実施形態の製造装置１は、高水分石炭Ｍ１から水分を蒸発させて乾燥石炭Ｍ３とする乾燥設備（乾燥部）１０と、乾燥設備１０で水分が蒸発した乾燥石炭Ｍ３を乾留して改質石炭Ｍ４とする乾留設備（乾留部）３０と、乾留設備３０で得られた改質石炭Ｍ４を冷却する冷却設備（冷却部）４０とを備えている。
なお、ここで言う高水分石炭Ｍ１とは、水分を質量比で４５％以上含有する石炭のことを意味する。符号Ｍ３、Ｍ４、及び後述する符号Ｍ２は配管を意味せずに、これらの配管により供給される図示しない乾燥石炭、改質石炭、及び一次乾燥石炭のことを意味する。

乾燥設備１０は、外部から取り込んだ空気Ｍ５を加熱し、この加熱された空気Ｍ５で高水分石炭Ｍ１を流動化させて石炭流動層Ｍ６として乾燥操作を実施して一次乾燥石炭Ｍ２とする第一乾燥設備（第一乾燥部）１１と、第一乾燥設備１１で処理された一次乾燥石炭Ｍ２を後述する乾留工程水蒸気で間接的に加熱し、一次乾燥石炭Ｍ２からから水分を蒸発させて乾燥石炭Ｍ３とする第二乾燥設備（第二乾燥部）１２とを有している。
第一乾燥設備１１は、外部から空気Ｍ５を取り込む空気ファン１５と、空気ファン１５が取り込んだ空気Ｍ５を加熱する空気予熱器１６と、空気予熱器１６が加熱した空気Ｍ５をさらに加熱する空気加熱器１７と、空気加熱器１７が加熱した空気Ｍ５が供給される空気流動層乾燥機１８とを有している。
空気流動層乾燥機１８には、高水分石炭Ｍ１が時間あたり一定の所定重量で供給される。
空気流動層乾燥機１８には、排空気に同伴される石炭微粉等を回収する排空気集塵機１９が接続されている。

第二乾燥設備１２内には、第二水蒸気供給配管２１の一端部に接続（連通）する加熱管（加熱配管）２２が配設されている。第二水蒸気供給配管２１の他端部は、乾留設備３０に接続されている。加熱管２２の第二水蒸気供給配管２１に接続されていない側の端部は、蒸気凝縮水がほぼ大気圧下の配管に集められ、必要に応じて水蒸気用復水として戻される。
第二乾燥設備１２は、第一乾燥設備１１の空気流動層乾燥機１８に接続されている。空気流動層乾燥機１８から第二乾燥設備１２内に供給された一次乾燥石炭Ｍ２は、第二乾燥設備１２の内部に設置された加熱管２２の外面に接触することで加熱され、一次乾燥石炭Ｍ２中の水分が蒸発することで乾燥する。配管２３は、第二水蒸気供給配管２１から分岐し、空気加熱器１７に接続されている。
外部から取り込んだ空気Ｍ５を空気加熱器１７にて加熱するために、配管２３を介して空気加熱器１７に水蒸気（後述する乾留工程水蒸気）が供給される。

第二乾燥設備１２には、第一水蒸気供給配管２４の一端部が接続されている。第一水蒸気供給配管２４の他端部は空気予熱器１６まで延びていて、第一水蒸気供給配管２４を介して間接加熱乾燥工程水蒸気が空気予熱器１６に供給される。外部から取り込んだ空気Ｍ５は、空気予熱器１６において間接加熱乾燥工程水蒸気により間接的に加熱される。

乾留設備３０は、図２に示すように、例えば公知の外熱式ロータリーキルン３１と、キルン３１に接続された二次燃焼装置３２と、二次燃焼装置３２に接続された蒸気発生装置３３と、蒸気発生装置３３に接続された除塵装置３４と、除塵装置３４に接続された吸引ファン３５と、吸引ファン３５に接続された排ガス処理装置３６とを有している。
キルン３１は、乾燥設備１０の第二乾燥設備１２に接続されている。キルン３１内では、酸素が存在しない数百℃の環境下で乾燥石炭Ｍ３を乾留し、改質石炭Ｍ４を得る。改質石炭Ｍ４は、冷却設備４０に供給される。二次燃焼装置３２、蒸気発生装置３３、除塵装置３４、吸引ファン３５、及び排ガス処理装置３６の説明については後述する。
冷却設備４０は、乾留設備３０で乾留された改質石炭Ｍ４を、空気との接触酸化により発火しない温度、例えば数十℃まで冷却する。

次に、以上のように構成された製造装置１を用いた、本実施形態の改質石炭Ｍ４の製造方法（以下、「製造方法」とも略称する）について説明する。
図３は、本実施形態の製造方法を示すフローチャートである。本製造方法は、高水分石炭Ｍ１から水分を蒸発させて乾燥石炭Ｍ３とする乾燥工程Ｓ１０と、乾燥工程Ｓ１０の後で乾燥石炭Ｍ３を乾留して改質石炭Ｍ４とする乾留工程Ｓ２０と、乾留工程Ｓ２０の後で改質石炭Ｍ４を冷却する冷却工程Ｓ３０とを備えている。
乾燥工程Ｓ１０は、外部から取り込んだ空気Ｍ５を加熱し、この空気Ｍ５で高水分石炭Ｍ１を流動化させて石炭流動層Ｍ６として水分を蒸発、乾燥させて一次乾燥石炭Ｍ２を得る空気流動層乾燥工程Ｓ１１と、空気流動層乾燥工程Ｓ１１の後で、一次乾燥石炭Ｍ２から水分を蒸発させて乾燥石炭Ｍ３とする間接加熱乾燥工程Ｓ１２とを有している。

空気流動層乾燥工程Ｓ１１では、空気ファン１５により外部から空気Ｍ５を取り込む。
後述するように第一水蒸気供給配管２４の管路を通して間接加熱乾燥工程水蒸気を空気予熱器１６に供給する。取り込んだ空気Ｍ５は、空気予熱器１６内で第一水蒸気供給配管２４の外面に接触することで間接的に加熱される。
空気予熱器１６で加熱した空気Ｍ５を、さらに空気加熱器１７に供給し、後述するように配管２３の管路を通して空気加熱器１７に乾留工程水蒸気を供給する。取り込んだ空気Ｍ５は、空気加熱器１７内で配管２３の外面に接触することで乾留工程水蒸気で間接的に加熱される。すなわち、空気予熱器１６で加熱した空気Ｍ５を、空気加熱器１７でさらに間接的に加熱する。空気予熱器１６、空気加熱器１７で用いられた間接加熱乾燥工程水蒸気、乾留工程水蒸気は、蒸気凝縮水として外部に排出されるか、必要に応じて水蒸気用復水として戻される。

なお、上記では、空気Ｍ５は、空気予熱器１６、空気加熱器１７内の第一水蒸気供給配管２４の外面、配管２３の外面に接触することでそれぞれ間接的に加熱されるとした。しかし、空気Ｍ５を間接的に加熱するための構成は、配管２４、２３に限ることなく、例えば、多チューブ式（シェルアンドチューブ式）や、プレート式等の間接熱交換器を適宜選択して用いることができる。
第二乾燥設備１２の加熱管２２、及び、後述する空気流動層乾燥機１８の加熱管５２についても同様である。

空気加熱器１７で加熱された空気Ｍ５を、空気流動層乾燥機１８に供給する。空気流動層乾燥機１８に供給するときの空気Ｍ５の温度は、高水分石炭Ｍ１が酸化発熱しても発火温度に到達しない温度であればよく、１２０℃以下であることが発火防止の観点で好ましい。
空気流動層乾燥機１８には、高水分石炭Ｍ１が供給される。高水分石炭Ｍ１の平均粒径は、例えば３ｍｍである。この例では、空気流動層乾燥機１８に供給される空気流動層乾燥工程Ｓ１１を行う前の高水分石炭Ｍ１は、例えば水分を質量比で６０％含有し、残りの４０％は、揮発分と固定炭素分がそれぞれ約２０％、それに若干の灰分で構成されている。

空気流動層乾燥機１８に供給した高水分石炭Ｍ１は、空気流動層乾燥機１８に供給された空気Ｍ５で流動化され、石炭流動層Ｍ６となる。石炭流動層Ｍ６内の高水分石炭Ｍ１が加熱された空気Ｍ５により加熱されることで、高水分石炭Ｍ１から水分が蒸発し、空気Ｍ５は前記高水分石炭Ｍ１からの蒸発水分を伴って増湿する。一方で、石炭流動層Ｍ６は、高水分石炭Ｍ１から水分が蒸発することで一次乾燥石炭Ｍ２となる。
なお、空気流動層乾燥機１８で増湿した排空気は、排空気集塵機１９で排空気と、空気同伴石炭微粉等とが分離される。排空気集塵機１９で分離された同伴石炭微粉等は回収され、必要に応じて増粒化されて、一次乾燥石炭Ｍ２に戻される。一方で、空気は排空気として排出される。

空気流動層乾燥機１８の石炭流動層Ｍ６内部の温度は、高水分石炭Ｍ１が空気Ｍ５中の酸素により酸化発熱が生じない温度が望ましく、６０℃以下であることが好ましい。すなわち、空気流動層乾燥機１８は、一次乾燥石炭Ｍ２の水分量が限界含水率に到達する前、一例として水分が重量比で２０％に低下するまでの範囲、すなわち恒率乾燥速度域での乾燥操作が好ましい。一次乾燥石炭Ｍ２を限界含水率より低い水分量まで乾燥させる場合においても、６０℃以下という比較的低い石炭流動層Ｍ６内部温度で高水分石炭Ｍ１の乾燥を行うことが好ましい。
空気流動層乾燥機１８での石炭流動層Ｍ６の乾燥操作が終わると、空気流動層乾燥工程Ｓ１１を終了して間接加熱乾燥工程Ｓ１２に移行し、空気流動層乾燥機１８で処理された一次乾燥石炭Ｍ２を第二乾燥設備１２に供給する。

間接加熱乾燥工程Ｓ１２では、第二乾燥設備１２で一次乾燥石炭Ｍ２を第二水蒸気供給配管２１の管路を通して供給される乾留工程水蒸気により加熱管２２を介して間接的に加熱する。第二乾燥設備１２内では、一次乾燥石炭Ｍ２は加熱管２２の外面に接触することで間接的に加熱される。間接加熱乾燥工程Ｓ１２では、従来と同様に水蒸気の雰囲気下で一次乾燥石炭Ｍ２が乾燥される。
一次乾燥石炭Ｍ２が第二乾燥設備１２内に配置された加熱管２２により加熱されることで、一次乾燥石炭Ｍ２から水分が蒸発する。

乾燥工程Ｓ１０では、高水分石炭Ｍ１が乾燥石炭Ｍ３になるまで乾燥させる。間接加熱乾燥工程Ｓ１２において一次乾燥石炭Ｍ２が乾燥石炭Ｍ３になるまでに蒸発する水分の量は、間接加熱乾燥工程Ｓ１２で蒸発する水分から得られる間接加熱乾燥工程水蒸気の全量と、空気流動層乾燥工程Ｓ１１において高水分石炭Ｍ１から一次乾燥石炭Ｍ２までの乾燥に必要とする蒸気量全量がバランスする（等しくなる）ように設定することが熱効率的の観点から好ましい。一定量の高水分石炭Ｍ１から空気流動層乾燥工程Ｓ１１で蒸発する水分の量に対して、この一定量の高水分石炭Ｍ１が空気流動層乾燥工程Ｓ１１で一次乾燥石炭Ｍ２となった後でこの一次乾燥石炭Ｍ２から間接加熱乾燥工程Ｓ１２で蒸発する水分の量が２倍であることが好ましい。
すなわち、例えば、乾燥工程Ｓ１０にて水分含有量が重量比で６０％の高水分石炭Ｍ１を、水分含有量が重量比で１０％の乾燥石炭Ｍ３になるまで乾燥させる場合、空気流動層乾燥工程Ｓ１１において水分含有量が重量比で６０％の高水分石炭Ｍ１を乾燥させて水分含有量が重量比で５０％の一次乾燥石炭Ｍ２にすることが好ましい。

空気流動層乾燥機１８に供給されるときの空気Ｍ５の温度を１２０℃以下、空気流動層乾燥機１８の内部の温度を６０℃以下、そして、空気流動層乾燥工程Ｓ１１の終了時の一次乾燥石炭Ｍ２の水分含有量を重量比で５０％とすることで、空気流動層乾燥工程Ｓ１１において空気Ｍ５の雰囲気下でも高水分石炭Ｍ１を発火することなく乾燥させることができる。
第二水蒸気供給配管２１の管路を通して第二乾燥設備１２内に設置された加熱管２２に供給された乾留工程水蒸気は、加熱管２２内で凝縮して蒸気凝縮水として排出される。
一次乾燥石炭Ｍ２から蒸発した水分である間接加熱乾燥工程水蒸気は回収され、第一水蒸気供給配管２４の管路を通して空気予熱器１６に供給される。すなわち、図３に示すように間接加熱乾燥工程Ｓ１２で得られた間接加熱乾燥工程水蒸気が空気流動層乾燥工程Ｓ１１で用いられる。
第二乾燥設備１２での一次乾燥石炭Ｍ２の乾燥処理が終わり乾燥石炭Ｍ３が製造されると、第二乾燥設備１２で製造された乾燥石炭Ｍ３を乾留設備３０に供給し、間接加熱乾燥工程Ｓ１２を終了して乾留工程Ｓ２０に移行する。

乾留工程Ｓ２０では、乾留設備３０において、乾燥石炭Ｍ３を前述のように乾留する。この乾留操作で、図２に示す外熱式ロータリーキルン３１内で乾燥石炭Ｍ３の揮発分が熱分解することで、ガスやタール分が発生する。発生したガスやタール分をキルン３１に戻し、キルン３１に供給される空気により燃焼させることで、乾燥石炭Ｍ３の乾留に必要な熱量（乾留熱）を得る。この乾留熱は、キルン３１に供給される。
キルン３１で燃焼せずに残ったガスやタール分は、キルン３１から二次燃焼装置３２に供給される。二次燃焼装置３２においてガスやタール分をさらに完全に燃焼させることで、高温の燃焼排ガスが得られる。蒸気発生装置３３において、この燃焼排ガスを用いて排熱回収することで、乾留工程水蒸気を得る。
この乾留工程水蒸気は、比較的低圧（０．４ＭＰａＧ（メガパスカル・ゲージ）以上）の低圧水蒸気でよい。燃焼排ガスは、除塵装置３４による除塵処理を経て、吸引ファン３５で吸引される。さらに、燃焼排ガスは排ガス処理装置３６による脱硫等の排ガス処理を経て、乾留設備３０から排出される。

乾留工程水蒸気は、図１に示すように、第二水蒸気供給配管２１及び加熱管２２の管路を通り、第二乾燥設備１２に供給される。すなわち、図３に示すように乾留工程Ｓ２０で得られた乾留工程水蒸気が間接加熱乾燥工程Ｓ１２で用いられる。
第二水蒸気供給配管２１を流れる乾留工程水蒸気の一部は、図１に示す配管２３の管路を通して空気加熱器１７に供給される。
乾留設備３０での改質石炭Ｍ４の製造が終わると、乾留設備３０で製造された改質石炭Ｍ４を冷却設備４０に供給し、乾留工程Ｓ２０を終了して冷却工程Ｓ３０に移行する。
なお、乾留工程Ｓ２０が終了したときの改質石炭Ｍ４の温度は、燃料比２から４に対して、４００℃以上６５０℃以下であることが好ましく、４５０℃以上６００℃以下であることがより好ましい。

冷却工程Ｓ３０では、乾留設備３０で製造された改質石炭Ｍ４を公知の冷却方式により数十℃程度まで冷却する。
以上の工程により、燃料比が２から４の低揮発分一般炭相当の改質石炭Ｍ４が製造される。

（実施例）
ここで、本発明の実施例を具体例を示してより詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
図４は、空気及び水に対する低温度湿度図表である。図４の横軸は空気の温度を表し、縦軸は空気の湿度（絶対湿度、ｋｇ−水蒸気／ｋｇ−ｄｒｙａｉｒ）を表す。空気流動層乾燥機１８では、一次乾燥石炭Ｍ２の水分量が限界含水率に到達する前までの乾燥操作を前提に説明する。空気流動層乾燥では、石炭からの水分蒸発量が空気で系外に持ち出された水分量と等しくなる。そこで、空気が持ち出す水分量を低温度湿度図表を用いて示す。

外部の空気の温度を２５℃とすると、この空気は関係湿度（相対湿度）１００％とすると点Ａの状態にある。点Ａの状態の空気を、例えば７０℃まで加熱すると、空気に含まれる水蒸気の量が一定のまま温度が上昇し、空気は点Ｂ１の状態になる。この点Ｂ１の状態の空気を乾燥設備１０の空気流動層乾燥機１８に供給すると、空気は高水分石炭を流動化しながら断熱冷却されて約３５℃、関係湿度が９５％の点Ｃ１の状態になる。すなわち、空気流動層乾燥機１８の出口における空気が点Ｃ１の状態になる。空気の状態が点Ｂ１から点Ｃ１になるときに、点Ｂ１と点Ｃ１との間の縦軸の長さＬ１に対応する０．０１４（ｋｇ−水蒸気／ｋｇ−ｄｒｙａｉｒ）の水分量が高水分石炭から蒸発により取り去ることができる（水分を空気に取り込める）。
なお、ここでは空気が断熱冷却により関係湿度が９５％となるとするが、９５％に限定するものではなく、関係湿度は乾燥機の操作条件により影響される。

点Ａの状態の空気を、例えば１２０℃まで加熱すると、空気は点Ｂ２の状態になる。この点Ｂ２の状態の空気を空気流動層乾燥機１８に供給すると、空気は約４２℃、関係湿度９５％まで断熱冷却されて点Ｃ２の状態になる。空気の状態が点Ｂ２から点Ｃ２になるときに、点Ｂ２と点Ｃ２との間の縦軸の長さＬ２に対応する０．０３１（ｋｇ−水蒸気／ｋｇ−ｄｒｙａｉｒ）の水分が蒸発できる。
なお、実際には高水分石炭が発火する可能性が高くなるのでここまで空気を加熱できないが、参考までに一例を説明する。点Ａの状態の空気を、図４に記載された範囲外となる例えば２２０℃まで加熱し、この状態の空気を空気流動層乾燥機１８に供給すると、空気は断熱冷却されて関係湿度が９５％の点Ｃ３の状態になる。この場合、長さＬ３に対応する０．０５８（ｋｇ−水蒸気／ｋｇ−ｄｒｙａｉｒ）の水分が蒸発できる。

以上説明したように、本実施形態の改質石炭の製造装置１及び製造方法によれば、乾燥工程Ｓ１０は空気流動層乾燥工程Ｓ１１及び間接加熱乾燥工程Ｓ１２を有している。そして、間接加熱乾燥工程Ｓ１２で発生する間接加熱乾燥工程水蒸気を用いて空気流動層乾燥工程Ｓ１１で外部から取り込んだ空気を間接的に加熱し、乾留工程Ｓ２０で排熱回収により製造した乾留工程水蒸気を用いて間接加熱乾燥工程Ｓ１２で一次乾燥石炭Ｍ２を間接的に加熱する。このように、乾留工程Ｓ２０で廃熱回収により製造した安価な乾留工程水蒸気を間接加熱乾燥工程Ｓ１２に使用するとともに、乾燥工程Ｓ１０では、間接加熱乾燥工程Ｓ１２で発生する間接加熱乾燥工程水蒸気を空気流動層乾燥工程Ｓ１１での乾燥熱源に利用するために、高水分石炭Ｍ１を空気流動層乾燥工程Ｓ１１及び間接加熱乾燥工程Ｓ１２の２段階により乾燥する。

本実施形態では、間接加熱乾燥工程Ｓ１２で発生する間接加熱乾燥工程水蒸気は、内部循環利用となる。このため、内部循環利用分の蒸気使用量分が削減でき、高水分石炭Ｍ１を乾燥するのに必要な水蒸気の量を、特許文献１及び２に記載された従来の製造方法に比べて３０％減らすことができる。このように、高水分石炭Ｍ１の乾燥に莫大な電力を必要とせず、高水分石炭Ｍ１を乾燥させるための水蒸気の量を低減させることができる。
空気流動層乾燥機１８の内部の温度が６０℃以下と比較的低いため、高水分石炭Ｍ１を発火することなく乾燥することができる。

一定量の高水分石炭Ｍ１から空気流動層乾燥工程Ｓ１１で蒸発する水分の量に対して、間接加熱乾燥工程Ｓ１２で蒸発する水分の量を２倍とする。これにより、間接加熱乾燥工程Ｓ１２で得られる間接加熱乾燥工程水蒸気の全量と空気流動層乾燥工程Ｓ１１において乾燥に必要とする蒸気量全量とが等しくなり、本製造方法における熱効率を高めることができる。
空気流動層乾燥工程Ｓ１１において、外部から取り込んだ空気Ｍ５を乾留工程水蒸気で間接的に加熱することで、この空気Ｍ５の温度をより確実に高めることができる。
なお、乾燥工程Ｓ１０では外部から取り込んだ空気Ｍ５を空気流動層乾燥機１８に供給するとしたが、空気Ｍ５に代えて、窒素等のイナート（不活性）ガスを用いてもよい。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図４及び図５を参照しながら説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図５に示すように、本実施形態の製造装置２は、第１実施形態の製造装置１の各構成に加えて、第一水蒸気供給配管２４に接続された接続配管５１と、接続配管５１に接続され空気流動層乾燥機１８内に配設された加熱管（加熱配管）５２とを備えている。加熱管５２は、石炭流動層Ｍ６が形成される部分（石炭流動層Ｍ６の表面）に水平となるように配置されている。空気流動層乾燥機１８内の石炭流動層Ｍ６は、加熱管５２の外面に接触する。第一水蒸気供給配管２４の管路を通る間接加熱乾燥工程水蒸気は、接続配管５１の管路を通して加熱管５２に供給される。
加熱管５２の一端部は接続配管５１に接続され、加熱管５２の他端部を介して蒸気凝縮水が外部に排出される。

以上のように構成された製造装置２を用いた、本実施形態の製造方法について説明する。
空気流動層乾燥工程Ｓ１１において、接続配管５１の管路、及び加熱管５２の管路に間接加熱乾燥工程水蒸気を流す。石炭流動層Ｍ６内を加熱管５２を介して間接加熱乾燥工程水蒸気で間接的に加熱する。これにより、高水分石炭Ｍ１は、外部から取り込まれて加熱された空気Ｍ５だけでなく、間接加熱乾燥工程水蒸気によっても間接的に加熱される。

（実施例）
ここで、本発明の実施例を具体例を示してより詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
図４において、点Ａの状態の空気を、例えば１２０℃まで加熱すると、空気は点Ｂ２の状態になる。空気流動層乾燥機１８内に設けた加熱管５２で石炭流動層Ｍ６を加熱する際に、加熱空気と加熱管５２からの加熱熱量比が１：１となる（図４中の長さＬ３が、長さＬ２の２倍となる）ように加熱すると、点Ｂ２の状態の空気は前述の点Ｃ３の状態になる。このため、点Ｃ３を通り縦軸に平行な線と横軸との交点の温度である湿球温度４９℃よりも高い温度の熱源であれば、間接加熱乾燥工程水蒸気に代えて使用可能である。
このように、加熱空気と加熱管５２からの加熱熱量比が１：１の場合には、１１０℃程度の間接加熱乾燥工程水蒸気であっても、製造装置２の外部において外部の空気を１２０℃から２２０℃まで予熱したのと同じ、０．０５８（ｋｇ−水蒸気／ｋｇ−ｄｒｙａｉｒ）の水分が蒸発できる効果が得られる。

なお、前記加熱管５２で石炭流動層Ｍ６を加熱した熱量相当分の効果は、外部の空気を１２０℃から石炭流動層Ｍ６を加熱した熱量に見合う熱量分、空気を加熱したのと同等の乾燥効果となる。
また、加熱空気と加熱管５２からの加熱熱量比は１：１以外でもよい。

以上説明したように、本実施形態の改質石炭の製造装置２及び製造方法によれば、高水分石炭Ｍ１を発火することなく乾燥させるとともに、高水分石炭Ｍ１を乾燥させるための水蒸気を安価な廃熱回収蒸気（乾留工程水蒸気）とするとともに、水蒸気の量も低減させることができる。さらに、空気流動層乾燥工程Ｓ１１において、石炭流動層Ｍ６を加熱管５２を介して間接加熱乾燥工程水蒸気で間接的に加熱する。空気Ｍ５だけでなく間接加熱乾燥工程水蒸気で間接的に加熱することで、空気流動層乾燥機１８の内部の温度を比較的低い温度に維持しつつ、高水分石炭Ｍ１からより多くの水分を蒸発させることができる。
このように、加熱管５２を備えることで、乾燥に必要な風量を低減することができ、製造装置２を小型化することができる。

以上、本発明の第１実施形態及び第２実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせ、削除等も含まれる。さらに、各実施形態で示した構成のそれぞれを適宜組み合わせて利用できることは、言うまでもない。
例えば、前記第１実施形態及び第２実施形態では、空気流動層乾燥機１８に供給するときの空気Ｍ５の温度をさらに高くするには、製造装置の外部で得られた水蒸気でこの空気Ｍ５を加熱してもよい。一方で、空気流動層乾燥機１８に供給するときの空気Ｍ５の温度が充分に高いときには、この空気Ｍ５を乾留工程水蒸気で加熱しなくてもよい。
製造装置に余剰の乾留工程水蒸気がある場合には、加熱管５２の管路を通して乾留工程水蒸気を流してもよい。
製造装置は空気加熱器１７を備えなくてもよい。この場合、乾燥用の空気Ｍ５の温度は最大１００℃、好ましくは７０〜９０℃となる。

１、２ 製造装置（改質石炭の製造装置）
１０ 乾燥設備（乾燥部）
１１ 第一乾燥設備（第一乾燥部）
１２ 第二乾燥設備（第二乾燥部）
３０ 乾留設備（乾留部）
４０ 冷却設備（冷却部）
５１ 接続配管
Ｍ１ 高水分石炭
Ｍ２ 一次乾燥石炭
Ｍ３ 乾燥石炭
Ｍ４ 改質石炭
Ｍ５ 空気
Ｍ６ 石炭流動層
Ｓ１０ 乾燥工程
Ｓ１１ 空気流動層乾燥工程
Ｓ１２ 間接加熱乾燥工程
Ｓ２０ 乾留工程
Ｓ３０ 冷却工程

Claims (6)

1. 水分を質量比で４５％以上含有する石炭である高水分石炭から改質石炭を製造する改質石炭の製造方法であって、
   前記高水分石炭から前記水分を蒸発させて乾燥石炭とする乾燥工程と、
   前記乾燥工程の後で前記乾燥石炭を乾留して前記改質石炭とする乾留工程と、
   前記乾留工程の後で前記改質石炭を冷却する冷却工程と、
   を備え、
   前記乾燥工程は、
   外部から取り込んだ空気を加熱し、前記空気で前記高水分石炭を流動化させて石炭流動層とし、前記石炭流動層内の前記高水分石炭から前記水分を蒸発させて一次乾燥石炭とする空気流動層乾燥工程と、
   前記空気流動層乾燥工程の後で、前記一次乾燥石炭を間接的に加熱し、前記一次乾燥石炭から前記水分を蒸発させて前記乾燥石炭とするとともに、蒸発させた前記水分である間接加熱乾燥工程水蒸気を回収する間接加熱乾燥工程と、
   を有し、
   前記乾留工程において、前記乾燥石炭を乾留し、前記乾燥石炭の乾留に必要な乾留熱を供給したあとの燃焼排ガスを用いた排熱回収により乾留工程水蒸気を回収し、
   前記空気流動層乾燥工程において、前記外部から取り込んだ空気を前記間接加熱乾燥工程水蒸気で間接的に加熱し、
   前記間接加熱乾燥工程において前記一次乾燥石炭を間接的に加熱するのに、前記乾留工程水蒸気を用いることを特徴とする改質石炭の製造方法。
2. 前記空気流動層乾燥工程において、前記石炭流動層内を前記間接加熱乾燥工程水蒸気で間接的に加熱することを特徴とする請求項１に記載の改質石炭の製造方法。
3. 前記高水分石炭から前記空気流動層乾燥工程で蒸発する水分の量に対して、前記高水分石炭が前記一次乾燥石炭となった後で前記一次乾燥石炭から前記間接加熱乾燥工程で蒸発する水分の量が２倍であることを特徴とする請求項１又は２に記載の改質石炭の製造方法。
4. 前記空気流動層乾燥工程において、前記外部から取り込んだ空気を前記乾留工程水蒸気で間接的に加熱することを特徴とする請求項１の記載の改質石炭の製造方法。
5. 水分を質量比で４５％以上含有する石炭である高水分石炭から改質石炭を製造する改質石炭の製造装置であって、
   前記高水分石炭から前記水分を蒸発させて乾燥石炭とする乾燥部と、
   前記乾燥石炭を乾留して前記改質石炭とする乾留部と、
   前記改質石炭を冷却する冷却部と、
   を備え、
   前記乾燥部は、
   外部から取り込んだ空気を加熱し、前記空気で前記高水分石炭を流動化させて石炭流動層とし、前記石炭流動層内の前記高水分石炭から前記水分を蒸発させて一次乾燥石炭とする第一乾燥部と、
   前記一次乾燥石炭を間接的に加熱し、前記一次乾燥石炭から前記水分を蒸発させて前記乾燥石炭とするとともに、蒸発させた前記水分である間接加熱乾燥工程水蒸気を回収する第二乾燥部と、
   を有し、
   前記乾留部において、前記乾燥石炭を乾留し、前記乾燥石炭の乾留に必要な乾留熱を供給したあとの燃焼排ガスを用いた排熱回収により乾留工程水蒸気を回収し、
   前記第一乾燥部において、前記外部から取り込んだ空気を前記間接加熱乾燥工程水蒸気で間接的に加熱し、
   前記第二乾燥部において前記一次乾燥石炭を間接的に加熱するのに、前記乾留工程水蒸気を用いることを特徴とする改質石炭の製造装置。
6. 前記第一乾燥部において、前記石炭流動層内を前記間接加熱乾燥工程水蒸気で間接的に加熱することを特徴とする請求項５に記載の改質石炭の製造装置。

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