JP6992905B2 - Manufacturing method of low sulfur coal - Google Patents
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Description
本発明は、低硫黄石炭の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing low sulfur coal.
製鉄プロセスにおいて、石炭を鉄鉱石の還元材として用いる場合、石炭に含まれる一部の硫黄が、鉄鉱石を還元して得られた鉄中に固溶する。硫黄が残留すると鋼材の靱性や加工性を悪化させるため、鉄中から硫黄を除去するために多大な努力がなされている。
また、石炭を熱源として使用する場合には、排ガス中に硫黄酸化物が混入するため、大気汚染防止の観点から、排ガス中からの硫黄分除去に多大な努力を強いられている。When coal is used as a reducing material for iron ore in the iron-making process, a part of sulfur contained in the coal is solidly dissolved in the iron obtained by reducing the iron ore. Since residual sulfur deteriorates the toughness and workability of steel materials, great efforts have been made to remove sulfur from iron.
Further, when coal is used as a heat source, sulfur oxides are mixed in the exhaust gas, so that a great deal of effort is required to remove sulfur from the exhaust gas from the viewpoint of preventing air pollution.
このような背景から、石炭を使用する前の段階で、石炭中の硫黄(硫黄分)を除去できれば、工業的な価値は高い。 Against this background, if sulfur (sulfur content) in coal can be removed before the use of coal, the industrial value is high.
低硫黄化した石炭(低硫黄石炭)を製造する方法として、特許文献1の特許請求の範囲には、「粉砕した石炭に苛性ソーダ又は苛性カリそれぞれ単独又は、それらの混合物の水溶液を混合し、酸素ガス又は空気又は、それらの混合物雰囲気下、高温で加熱反応させ石炭中の硫黄分を除去することを特長とする石炭の化学脱硫法」が記載されている。
As a method for producing low-sulfur coal (low-sulfur coal), the scope of the patent claim of
石炭を脱硫する(石炭中の硫黄を除去する)ことにより低硫黄石炭を製造するに当たって、従来の方法では、脱硫効果が不十分である場合があった。
そこで、本発明は、脱硫効果に優れた低硫黄石炭の製造方法を提供することを目的とする。In producing low-sulfur coal by desulfurizing coal (removing sulfur in coal), the desulfurization effect may be insufficient by the conventional method.
Therefore, an object of the present invention is to provide a method for producing low-sulfur coal having an excellent desulfurization effect.
本発明者らは、鋭意検討した結果、下記構成を採用することにより、上記目的が達成されることを見出し、本発明を完成させた。 As a result of diligent studies, the present inventors have found that the above object can be achieved by adopting the following configuration, and have completed the present invention.
すなわち、本発明は、以下の[1]~[16]を提供する。
[1]石炭を、過酸化水素および酢酸の混合溶液である薬剤と接触させることにより、上記石炭中の硫黄を除去する、低硫黄石炭の製造方法。
[2]上記酢酸と上記過酸化水素とのモル比(酢酸/過酸化水素)が、1.2以上60.0以下である、上記[1]に記載の低硫黄石炭の製造方法。
[3]上記薬剤を上記石炭に接触させる前に、上記酢酸と上記過酸化水素とを混合し、
上記混合の後、30分間以上経過してから、上記薬剤を上記石炭に接触させる、上記[1]または[2]に記載の低硫黄石炭の製造方法。
[4]石炭を、過酢酸水溶液である薬剤と接触させることにより、上記石炭中の硫黄を除去する、低硫黄石炭の製造方法。
[5]上記薬剤中の過酢酸の含有量が、10.0質量%以上25.0質量%以下である、上記[4]に記載の低硫黄石炭の製造方法。
[6]石炭を、過酸化水素およびギ酸の混合溶液である薬剤と接触させることにより、上記石炭中の硫黄を除去する、低硫黄石炭の製造方法。
[7]上記ギ酸と上記過酸化水素とのモル比(ギ酸/過酸化水素)が、1.2以上60.0以下である、上記[6]に記載の低硫黄石炭の製造方法。
[8]上記薬剤を上記石炭に接触させる前に、上記ギ酸と上記過酸化水素とを混合し、上記混合の後、5分間以上経過してから、上記薬剤を上記石炭に接触させる、上記[6]または[7]に記載の低硫黄石炭の製造方法。
[9]上記薬剤と上記石炭との質量比(薬剤/石炭)が、1.0以上である、上記[1]~[8]のいずれかに記載の低硫黄石炭の製造方法。
[10]上記石炭と接触させる際の上記薬剤の温度が、10℃以上である、上記[1]~[9]のいずれかに記載の低硫黄石炭の製造方法。
[11]上記石炭と接触させる際の上記薬剤の温度が、60℃以下である、上記[1]~[10]のいずれかに記載の低硫黄石炭の製造方法。
[12]上記石炭が、亜瀝青炭を含む、上記[1]~[11]のいずれかに記載の低硫黄石炭の製造方法。
[13]上記薬剤と接触させた上記石炭を、150℃以上の熱処理温度で熱処理する、上記[1]~[12]のいずれかに記載の低硫黄石炭の製造方法。
[14]上記薬剤と接触させた上記石炭を上記熱処理温度まで昇温させる際の昇温速度が、10℃/min以上である、上記[13]に記載の低硫黄石炭の製造方法。
[15]上記薬剤と接触させた上記石炭を、40℃以下の過酸化水素水と接触させる、上記[1]~[12]のいずれかに記載の低硫黄石炭の製造方法。
[16]上記過酸化水素水の濃度が、2.0質量%以上であり、上記過酸化水素水と上記石炭との質量比(過酸化水素水/石炭)が、1.0以上である、上記[15]に記載の低硫黄石炭の製造方法。That is, the present invention provides the following [1] to [16].
[1] A method for producing low-sulfur coal, which removes sulfur in the coal by contacting the coal with a chemical which is a mixed solution of hydrogen peroxide and acetic acid.
[2] The method for producing low sulfur coal according to the above [1], wherein the molar ratio (acetic acid / hydrogen peroxide) of the acetic acid to the hydrogen peroxide is 1.2 or more and 60.0 or less.
[3] Before the chemical is brought into contact with the coal, the acetic acid and the hydrogen peroxide are mixed.
The method for producing low-sulfur coal according to the above [1] or [2], wherein the chemical is brought into contact with the coal after 30 minutes or more have passed after the mixing.
[4] A method for producing low-sulfur coal, which removes sulfur in the coal by contacting the coal with a chemical that is an aqueous solution of peracetic acid.
[5] The method for producing low-sulfur coal according to the above [4], wherein the content of peracetic acid in the drug is 10.0% by mass or more and 25.0% by mass or less.
[6] A method for producing low-sulfur coal, which removes sulfur in the coal by contacting the coal with a chemical which is a mixed solution of hydrogen peroxide and formic acid.
[7] The method for producing low-sulfur coal according to the above [6], wherein the molar ratio (formic acid / hydrogen peroxide) of the formic acid to the hydrogen peroxide is 1.2 or more and 60.0 or less.
[8] The formic acid and the hydrogen peroxide are mixed before the chemical is brought into contact with the coal, and after 5 minutes or more have passed after the mixing, the formic acid is brought into contact with the coal. 6] or the method for producing low sulfur coal according to [7].
[9] The method for producing low-sulfur coal according to any one of the above [1] to [8], wherein the mass ratio (drug / coal) of the chemical to the coal is 1.0 or more.
[10] The method for producing low-sulfur coal according to any one of the above [1] to [9], wherein the temperature of the chemical when brought into contact with the coal is 10 ° C. or higher.
[11] The method for producing low-sulfur coal according to any one of [1] to [10] above, wherein the temperature of the chemical when brought into contact with the coal is 60 ° C. or lower.
[12] The method for producing low-sulfur coal according to any one of the above [1] to [11], wherein the coal contains subbituminous coal.
[13] The method for producing low-sulfur coal according to any one of the above [1] to [12], wherein the coal in contact with the chemical is heat-treated at a heat treatment temperature of 150 ° C. or higher.
[14] The method for producing low-sulfur coal according to the above [13], wherein the heating rate when raising the temperature of the coal in contact with the chemical to the heat treatment temperature is 10 ° C./min or more.
[15] The method for producing low-sulfur coal according to any one of the above [1] to [12], wherein the coal brought into contact with the chemical is brought into contact with a hydrogen peroxide solution having a temperature of 40 ° C. or lower.
[16] The concentration of the hydrogen peroxide solution is 2.0% by mass or more, and the mass ratio of the hydrogen peroxide solution to the coal (hydrogen hydrogen solution / coal) is 1.0 or more. The method for producing low-hydrogen coal according to the above [15].
本発明によれば、脱硫効果に優れた低硫黄石炭の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a method for producing low sulfur coal having an excellent desulfurization effect.
[低硫黄石炭の製造方法]
本発明の低硫黄石炭の製造方法(以下、単に「本発明の方法」ともいう)は、石炭を、過酸化水素および酢酸の混合溶液である薬剤と接触させることにより、上記石炭中の硫黄を除去する、低硫黄石炭の製造方法である。
また、本発明の方法は、石炭を、過酢酸水溶液である薬剤と接触させることにより、上記石炭中の硫黄を除去する、低硫黄石炭の製造方法である。
また、本発明の方法は、石炭を、過酸化水素およびギ酸の混合溶液である薬剤と接触させることにより、上記石炭中の硫黄を除去する、低硫黄石炭の製造方法である。[Manufacturing method of low sulfur coal]
In the method for producing low-sulfur coal of the present invention (hereinafter, also simply referred to as "the method of the present invention"), sulfur in the above-mentioned coal is removed by contacting the coal with a chemical which is a mixed solution of hydrogen peroxide and acetic acid. It is a method for producing low-sulfur coal to be removed.
Further, the method of the present invention is a method for producing low-sulfur coal, which removes sulfur in the coal by contacting the coal with a chemical which is an aqueous solution of peracetic acid.
Further, the method of the present invention is a method for producing low-sulfur coal, which removes sulfur in the coal by contacting the coal with a chemical which is a mixed solution of hydrogen peroxide and formic acid.
〈1次処理(薬剤処理)〉
以下では、まず、石炭を特定の薬剤と接触させる1次処理(薬剤処理)を説明する。<Primary treatment (drug treatment)>
In the following, first, the primary treatment (chemical treatment) in which coal is brought into contact with a specific chemical will be described.
石炭中の硫黄は、無機硫黄(無機硫黄分)と有機硫黄(有機硫黄分)とに大別される。
無機硫黄としては、FeS2が代表的に挙げられる。有機硫黄としては、ジベンゾチオフェンなどの芳香環の内部に硫黄が存在する芳香族硫黄化合物;メルカプタンなどの脂肪族硫黄化合物;等が挙げられる。このうち、石炭を構成する芳香環の内部に存在する硫黄は、特に除去しにくいことが知られている。Sulfur in coal is roughly classified into inorganic sulfur (inorganic sulfur content) and organic sulfur (organic sulfur content).
FeS 2 is a typical example of the inorganic sulfur. Examples of the organic sulfur include aromatic sulfur compounds in which sulfur is present inside an aromatic ring such as dibenzothiophene; and aliphatic sulfur compounds such as mercaptan; Of these, it is known that sulfur existing inside the aromatic ring constituting coal is particularly difficult to remove.
本発明者らは、種々の薬剤(脱硫薬剤)を検討した。その結果、過酢酸が、石炭中の有機硫黄のうちで特に除去が難しい成分であるチオフェン態硫黄に有効に作用し、それにより、石炭から硫黄を除去できる、または、除去しやすい形態に変換する効率が高くなることを見出した。過酢酸の作用によって、チオフェン態硫黄は、酸化されて例えばスルホン態硫黄やスルフィド態硫黄となり、炭素-硫黄間の結合が相対的に弱まり結合が切れやすくなることにより、硫黄が脱離しやすくなると推定される。 The present inventors have investigated various agents (desulfurization agents). As a result, peracetic acid effectively acts on thiophene-like sulfur, which is a particularly difficult component of organic sulfur in coal, thereby converting sulfur into a form that can or is easily removed from coal. We have found that it is more efficient. It is presumed that due to the action of peracetic acid, thiophene sulfur is oxidized to, for example, sulfosulfur or sulfide sulfur, and the bond between carbon and sulfur is relatively weakened and the bond is easily broken, so that sulfur is easily desorbed. Will be done.
ところで、過酢酸(CH3COO2H)は、一般的に、過酸化水素(H2O2)と酢酸(CH3COOH)との混合溶液(以下、単に「混合溶液」ともいう)において、下記式(I)で表される反応により生成する。
H2O2+CH3COOH⇔CH3COO2H+H2O…(I)
上記式(I)においては、温度や薬剤の混合比率などの各条件に応じて、平衡状態が変化する。このため、各条件の組み合わせにより、各成分の濃度が変動する。好適な条件について、詳細は後述する。By the way, peracetic acid (CH 3 COO 2 H) is generally used in a mixed solution of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) and acetic acid (CH 3 COOH) (hereinafter, also simply referred to as “mixed solution”). It is produced by the reaction represented by the following formula (I).
H 2 O 2 + CH 3 COOH ⇔ CH 3 COO 2 H + H 2 O ... (I)
In the above formula (I), the equilibrium state changes according to each condition such as temperature and mixing ratio of chemicals. Therefore, the concentration of each component varies depending on the combination of each condition. The details of the suitable conditions will be described later.
上記式(I)の順方向の反応を、触媒を用いて促進し、蒸留などの手段を用いて過酢酸水溶液を得ることも行なわれている。この場合、最適な過酢酸の濃度が存在するが、詳細は後述する。 It is also practiced to accelerate the forward reaction of the above formula (I) using a catalyst to obtain an aqueous peracetic acid solution by means such as distillation. In this case, there is an optimum concentration of peracetic acid, which will be described in detail later.
すなわち、このような混合溶液または過酢酸水溶液を薬剤として使用し、この薬剤を石炭と接触させる。
薬剤を石炭と接触させることにより、除去が容易な無機硫黄は溶解して、例えば硫酸イオン等の形態で薬剤中に浸出する。同様に、一部の有機硫黄も酸化されて、硫酸イオン等の形態で薬剤中に浸出する。こうして、石炭は脱硫されて(すなわち、石炭中の硫黄が除去されて)、低硫黄化した石炭(低硫黄石炭)が得られる。That is, such a mixed solution or an aqueous solution of peracetic acid is used as a drug, and the drug is brought into contact with coal.
When the drug is brought into contact with coal, the easily removable inorganic sulfur dissolves and leaches into the drug in the form of, for example, sulfate ions. Similarly, some organic sulfur is also oxidized and leached into the drug in the form of sulfate ions and the like. In this way, the coal is desulfurized (that is, the sulfur in the coal is removed) to obtain a low-sulfurized coal (low-sulfur coal).
本発明者らは、さらに、過ギ酸も過酢酸と同様の効果を奏することを見出した。
そこで、本発明においては、過酸化水素とギ酸との混合溶液(以下、単に「混合溶液」ともいう)を、薬剤として使用する。混合溶液は、下記式(II)で表される反応により、過酸化水素(H2O2)とギ酸(HCOOH)との反応生成物である過ギ酸(HCOO2H)を生成させる。このような混合溶液を石炭と接触させる。
H2O2+HCOOH⇔HCOO2H+H2O…(II)The present inventors have further found that performic acid has the same effect as peracetic acid.
Therefore, in the present invention, a mixed solution of hydrogen peroxide and formic acid (hereinafter, also simply referred to as “mixed solution”) is used as a drug. The mixed solution produces performic acid (HCOO 2 H), which is a reaction product of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) and formic acid (HCOOH), by a reaction represented by the following formula (II). Such a mixture is brought into contact with coal.
H 2 O 2 + HCOOH ⇔ HCOO 2 H + H 2 O ... (II)
《モル比(酢酸/過酸化水素)》
薬剤として酢酸と過酸化水素との混合溶液を使用する場合、薬剤における酢酸と過酸化水素とのモル比(酢酸/過酸化水素)は、反応生成物である過酢酸が適量となり脱硫効果がより優れるという理由から、1.2以上が好ましく、5.0以上がより好ましい。
さらに、モル比(酢酸/過酸化水素)がこの範囲であれば、過酸化水素に対して酢酸が過剰となり、混合溶液中に過酸化水素が残留することを抑制できる(後述するように、過酸化水素は、石炭の炭素歩留りを低下させる)。《Mole ratio (acetic acid / hydrogen peroxide)》
When a mixed solution of acetic acid and hydrogen peroxide is used as the drug, the molar ratio of acetic acid to hydrogen peroxide (acetic acid / hydrogen peroxide) in the drug is such that the reaction product peracetic acid is an appropriate amount and the desulfurization effect is more effective. For the reason of superiority, 1.2 or more is preferable, and 5.0 or more is more preferable.
Further, when the molar ratio (acetic acid / hydrogen peroxide) is in this range, acetic acid becomes excessive with respect to hydrogen peroxide, and it is possible to suppress the residual hydrogen peroxide in the mixed solution (as described later). Hydrogen peroxide reduces the carbon yield of coal).
モル比(酢酸/過酸化水素)は、60.0以下が好ましく、20.0以下がより好ましい。モル比(酢酸/過酸化水素)がこの範囲であれば、上記と同様に、反応生成物である過酢酸が適量となり、脱硫効果がより優れる。さらに、生成した過酢酸が過剰な酢酸により希釈されることが抑制される。 The molar ratio (acetic acid / hydrogen peroxide) is preferably 60.0 or less, more preferably 20.0 or less. When the molar ratio (acetic acid / hydrogen peroxide) is in this range, the amount of peracetic acid, which is a reaction product, becomes appropriate as described above, and the desulfurization effect is more excellent. Furthermore, it is suppressed that the produced peracetic acid is diluted with excess acetic acid.
モル比(酢酸/過酸化水素)は、以下のように計算する。
まず、薬剤中の各成分(酢酸または過酸化水素)のモル量[mol]は、下記式(a)で表される。したがって、薬剤における酢酸と過酸化水素とのモル比(酢酸/過酸化水素)は、下記式(b)により算出される。
モル量=(Li×Ci)/(100×Mi)…(a)
モル比=(L1×C1×M2)/(L2×C2×M1)…(b)
Li:i水溶液の量[g/h]
Ci:i水溶液の濃度[質量%]
Mi:iの分子量[g/mol]
ここで、iは、1のとき酢酸を、2のとき過酸化水素を表す。
酢酸の分子量は60、過酸化水素の分子量は34を用いる。所望のモル比(酢酸/過酸化水素)となるように、水溶液の量Liを調整する。The molar ratio (acetic acid / hydrogen peroxide) is calculated as follows.
First, the molar amount [mol] of each component (acetic acid or hydrogen peroxide) in the drug is represented by the following formula (a). Therefore, the molar ratio of acetic acid to hydrogen peroxide (acetic acid / hydrogen peroxide) in the drug is calculated by the following formula (b).
Mole amount = (Li × Ci) / (100 × Mi)… (a)
Mole ratio = (L1 x C1 x M2) / (L2 x C2 x M1) ... (b)
Li: Amount of i aqueous solution [g / h]
Ci: Concentration of i aqueous solution [mass%]
Mi: molecular weight of i [g / mol]
Here, i represents acetic acid when it is 1, and hydrogen peroxide when it is 2.
The molecular weight of acetic acid is 60, and the molecular weight of hydrogen peroxide is 34. The amount Li of the aqueous solution is adjusted so that the desired molar ratio (acetic acid / hydrogen peroxide) is obtained.
《モル比(ギ酸/過酸化水素)》
薬剤としてギ酸と過酸化水素との混合溶液を使用する場合、薬剤におけるギ酸と過酸化水素とのモル比(ギ酸/過酸化水素)は、1.2以上が好ましく、5.0以上がより好ましい。一方、60.0以下が好ましく、20.0以下がより好ましい。理由は、薬剤として酢酸と過酸化水素との混合溶液を使用する場合と同様である。
上記式(II)は、上記式(I)と同様に、反応する2つの物質は1モルずつである。このため、過ギ酸の生成に必要な反応物質のモル量(モル比)は同じである。
モル比(ギ酸/過酸化水素)の求め方は、上記式(a)および(b)の説明において、
「酢酸」を「ギ酸」に読み替える。ギ酸の分子量は46を用いる。《Mole ratio (formic acid / hydrogen peroxide)》
When a mixed solution of formic acid and hydrogen peroxide is used as the drug, the molar ratio of formic acid to hydrogen peroxide (formic acid / hydrogen peroxide) in the drug is preferably 1.2 or more, more preferably 5.0 or more. .. On the other hand, 60.0 or less is preferable, and 20.0 or less is more preferable. The reason is the same as when a mixed solution of acetic acid and hydrogen peroxide is used as a drug.
In the above formula (II), as in the above formula (I), the two substances that react with each other are 1 mol each. Therefore, the molar amount (molar ratio) of the reactant required for the production of performic acid is the same.
The method for determining the molar ratio (formic acid / hydrogen peroxide) is described in the above formulas (a) and (b).
Replace "acetic acid" with "formic acid". Formic acid has a molecular weight of 46.
《酢酸と過酸化水素との混合後の経過時間》
上記式(I)の反応(順方向の反応)は、速度が遅い。このため、酢酸と過酸化水素とを混合した直後は、過酢酸の生成が不十分な場合がある。
本発明者らは、反応速度を種々定量し、上記式(I)の反応が定常状態になるまでに30分程度を要することを明らかにした。
そこで、本発明においては、薬剤を石炭に接触させる前に、酢酸と過酸化水素とを混合し、この混合の後、30分間以上経過してから、薬剤を石炭に接触させることが好ましい。これにより、過酢酸が十分に生成するので、石炭中の硫黄を除去する脱硫効果がより優れる。さらに、過酢酸水素が低減するので、過酸化水素が石炭と反応して炭素歩留りが低下することを抑制できる。
酢酸と過酸化水素との混合後の経過時間は、45分間以上がより好ましく、60分間以上がさらに好ましい。一方、120分間以下が好ましく、80分間以下がより好ましい。<< Elapsed time after mixing acetic acid and hydrogen peroxide >>
The reaction of the above formula (I) (forward reaction) is slow. Therefore, immediately after mixing acetic acid and hydrogen peroxide, the production of peracetic acid may be insufficient.
The present inventors have quantified various reaction rates and clarified that it takes about 30 minutes for the reaction of the above formula (I) to reach a steady state.
Therefore, in the present invention, it is preferable to mix acetic acid and hydrogen peroxide before bringing the drug into contact with coal, and after 30 minutes or more have passed after this mixing, bring the drug into contact with coal. As a result, peracetic acid is sufficiently generated, and the desulfurization effect of removing sulfur in coal is more excellent. Furthermore, since hydrogen peracetic acid is reduced, it is possible to suppress the reaction of hydrogen peroxide with coal to reduce the carbon yield.
The elapsed time after mixing acetic acid and hydrogen peroxide is more preferably 45 minutes or more, further preferably 60 minutes or more. On the other hand, 120 minutes or less is preferable, and 80 minutes or less is more preferable.
《ギ酸と過酸化水素との混合後の経過時間》
上記式(II)の反応(順方向の反応)は、上記式(I)の反応よりも速度が速い。このため、混合後に、石炭と接触させる前に経過させる時間は、酢酸と過酸化水素とを混合する場合よりも短時間でよい。
具体的には、ギ酸と過酸化水素との混合後の経過時間は、5分間以上が好ましく、6分間以上がより好ましい。一方、90分間以下が好ましく、60分間以下がより好ましい。<< Elapsed time after mixing formic acid and hydrogen peroxide >>
The reaction of the above formula (II) (forward reaction) is faster than the reaction of the above formula (I). Therefore, the time elapsed after mixing and before contacting with coal may be shorter than that in the case of mixing acetic acid and hydrogen peroxide.
Specifically, the elapsed time after mixing formic acid and hydrogen peroxide is preferably 5 minutes or longer, more preferably 6 minutes or longer. On the other hand, 90 minutes or less is preferable, and 60 minutes or less is more preferable.
《過酢酸水溶液の濃度(過酢酸の含有量)》
薬剤として過酢酸水溶液を用いる場合、薬剤(過酢酸水溶液)中の過酢酸の含有量は、脱硫効果がより優れるという理由から、1.0質量%以上が好ましく、5.0質量%以上が好ましく、10.0質量%以上がさらに好ましい。
一方、薬剤(過酢酸水溶液)中の過酢酸の含有量は、25.0質量%以下が好ましい。過酢酸は高濃度側では発火の危険性などがあるが、この範囲であれば、安全に十分に脱硫できる。<< Concentration of peracetic acid aqueous solution (content of peracetic acid) >>
When a peracetic acid aqueous solution is used as a drug, the content of peracetic acid in the drug (peracetic acid aqueous solution) is preferably 1.0% by mass or more, preferably 5.0% by mass or more, because the desulfurization effect is more excellent. More preferably, 10.0% by mass or more.
On the other hand, the content of peracetic acid in the drug (peracetic acid aqueous solution) is preferably 25.0% by mass or less. Peracetic acid has a risk of ignition on the high concentration side, but within this range, it can be safely and sufficiently desulfurized.
《質量比(薬剤/石炭)
本発明者らは、薬剤と石炭との質量比(薬剤/石炭)について検討した。この検討においては、酢酸と過酸化水素とのモル比(酢酸/過酸化水素)が12.0である薬剤を用いた。
図1は、薬剤と石炭との質量比(薬剤/石炭)に対する脱硫率を示すグラフである。図1のグラフに示すように、石炭の量に対して薬剤の量が多くなると、脱硫率が高くなり、脱硫効果がより優れる。このため、質量比(薬剤/石炭)は、0.5以上が好ましく、1.0以上がより好ましい。《Mass ratio (drug / coal)
The present inventors examined the mass ratio of chemicals to coal (drugs / coal). In this study, a drug having a molar ratio of acetic acid to hydrogen peroxide (acetic acid / hydrogen peroxide) of 12.0 was used.
FIG. 1 is a graph showing the desulfurization rate with respect to the mass ratio (drug / coal) of chemicals and coal. As shown in the graph of FIG. 1, when the amount of the chemical is larger than the amount of coal, the desulfurization rate is high and the desulfurization effect is more excellent. Therefore, the mass ratio (drug / coal) is preferably 0.5 or more, more preferably 1.0 or more.
また、図1のグラフに示すように、石炭の量に対して薬剤の量が過剰に多くなると、脱硫率はほぼ変化が無くなる。使用する薬剤の量を低減する観点からは、質量比(薬剤/石炭)は、100.0以下が好ましく、50.0以下がより好ましい。 Further, as shown in the graph of FIG. 1, when the amount of the chemical is excessively large with respect to the amount of coal, the desulfurization rate hardly changes. From the viewpoint of reducing the amount of the drug used, the mass ratio (drug / coal) is preferably 100.0 or less, more preferably 50.0 or less.
モル比(酢酸/過酸化水素)を上述した範囲内で変更した場合、異なる薬剤(過酢酸水溶液、または、ギ酸と過酸化水素との混合溶液)を使用した場合も、図1のグラフと同様の傾向が見られた。 When the molar ratio (acetic acid / hydrogen peroxide) is changed within the above range, the same as the graph in FIG. 1 is applied even when a different drug (peracetic acid aqueous solution or mixed solution of formic acid and hydrogen peroxide) is used. The tendency was seen.
なお、脱硫率[質量%]は、脱硫前の石炭(固形分)の質量をW1[kg]、脱硫前の石炭(固形分)の硫黄含有率を%S1[質量%]、脱硫後の石炭(固形分)の質量をW2[kg]、脱硫後の石炭(固形分)の硫黄含有率を%S2[質量%]としたとき、下記式(1)で定義される。
脱硫率[質量%]=100×{1-(W2×%S2)/(W1×%S1)}…(1)The desulfurization rate [mass%] is such that the mass of the coal (solid content) before desulfurization is W 1 [kg], the sulfur content of the coal (solid content) before desulfurization is% S 1 [mass%], and after desulfurization. When the mass of the coal (solid content) is W 2 [kg] and the sulfur content of the desulfurized coal (solid content) is% S 2 [mass%], it is defined by the following formula (1).
Desulfurization rate [mass%] = 100 × {1- (W 2 ×% S 2 ) / (W 1 ×% S 1 )}… (1)
《薬剤の温度》
本発明者らは、石炭と接触させる際の薬剤の温度(以下、単に「薬剤の温度」ともいう)についても検討した。この検討においては、酢酸と過酸化水素とのモル比(酢酸/過酸化水素)が12.0である薬剤を用いた。
図2は、薬剤の温度に対する過酢酸の生成量を示すグラフ(下段)、ならびに、薬剤の温度に対する脱硫率(実線)および炭素歩留り(破線)を示すグラフ(上段)である。過酢酸の生成量は、反応寄与物質(過酸化水素および酢酸)が完全に反応したときの計算値を1.0とした指数である。《Drug temperature》
The present inventors also examined the temperature of the drug when it comes into contact with coal (hereinafter, also simply referred to as “drug temperature”). In this study, a drug having a molar ratio of acetic acid to hydrogen peroxide (acetic acid / hydrogen peroxide) of 12.0 was used.
FIG. 2 is a graph (lower) showing the amount of peracetic acid produced with respect to the temperature of the drug, and a graph (upper) showing the desulfurization rate (solid line) and carbon yield (broken line) with respect to the temperature of the drug. The amount of peracetic acid produced is an index with the calculated value of 1.0 when the reaction contributing substances (hydrogen peroxide and acetic acid) have completely reacted.
図2のグラフ(下段および上段)に示すように、石炭と接触させる際の薬剤の温度が高い場合には、過酢酸の生成量が多く、脱硫率が高くなり、脱硫効果がより優れる。このような観点からは、薬剤の温度は、5℃以上が好ましく、10℃以上がより好ましく、20℃以上がさらに好ましく、50℃以上が特に好ましい。 As shown in the graphs of FIG. 2 (lower and upper), when the temperature of the chemicals in contact with coal is high, the amount of peracetic acid produced is large, the desulfurization rate is high, and the desulfurization effect is more excellent. From such a viewpoint, the temperature of the drug is preferably 5 ° C. or higher, more preferably 10 ° C. or higher, further preferably 20 ° C. or higher, and particularly preferably 50 ° C. or higher.
一方、図2のグラフ(上段)に示すように、炭素歩留りを高く維持するためには、薬剤の温度は、高くなりすぎないことが好ましい。具体的には、炭素歩留りが優れるという理由から、65℃以下が好ましく、60℃以下がより好ましく、55℃以下がさらに好ましい。 On the other hand, as shown in the graph (upper part) of FIG. 2, in order to maintain a high carbon yield, it is preferable that the temperature of the drug does not become too high. Specifically, 65 ° C. or lower is preferable, 60 ° C. or lower is more preferable, and 55 ° C. or lower is further preferable, because the carbon yield is excellent.
モル比(酢酸/過酸化水素)を上述した範囲内で変更した場合、異なる薬剤(過酢酸水溶液、または、ギ酸と過酸化水素との混合溶液)を使用した場合も、図2のグラフと同様の傾向が見られた。 When the molar ratio (acetic acid / hydrogen peroxide) is changed within the above range, the same as the graph in FIG. 2 is applied even when a different drug (peracetic acid aqueous solution or mixed solution of formic acid and hydrogen peroxide) is used. The tendency was seen.
なお、炭素歩留り[質量%]は、脱硫前の石炭(固形分)の炭素含有率を%C1[質量%]、脱硫後の石炭(固形分)の炭素含有率を%C2[質量%]としたとき、下記式(2)で定義される。
炭素歩留り[質量%]=100×(W2×%C2)/(W1×%C1)…(2)Regarding the carbon yield [mass%], the carbon content of coal (solid content) before desulfurization is% C1 [mass%], and the carbon content of coal (solid content) after desulfurization is% C2 [mass%]. Then, it is defined by the following equation (2).
Carbon yield [mass%] = 100 × (W 2 ×% C 2 ) / (W 1 ×% C 1 )… (2)
炭素歩留りの低下が生じる理由は、次のように推測される。
過酸化水素および過酢酸(または過ギ酸)が酸化剤となり、石炭の骨格を破壊する場合があり、その場合、硫黄の除去と同時に、意図しない炭素歩留りの低下が生じると考えられる。本発明者らが検討した結果、過酢酸は、チオフェン態硫黄の硫黄-炭素間の結合の切断を先行して生じさせ、炭素骨格(炭素-炭素結合)の破壊はその後に生じることが分かった。炭素骨格の破壊は、過酢酸(または過ギ酸)では弱く、過酸化水素では強い。特に、高温の過酸化水素では、顕著である。
したがって、石炭に薬剤を接触させる際の条件を適切に制御する(例えば、薬剤の温度が高くなりすぎないようにする、混合溶液における過酸化水素の混合比率を適切に調整する)ことにより、炭素骨格の破壊を最小限に留めつつ、チオフェン態硫黄を効果的に除去できる。The reason for the decrease in carbon yield is presumed as follows.
Hydrogen peroxide and peracetic acid (or performic acid) can act as oxidants and destroy the skeleton of coal, which is thought to result in an unintended decrease in carbon yield at the same time as the removal of sulfur. As a result of the study by the present inventors, it was found that peracetic acid causes the cleavage of the sulfur-carbon bond of thiophene sulfur in advance, and the destruction of the carbon skeleton (carbon-carbon bond) occurs thereafter. .. Destruction of the carbon skeleton is weak with peracetic acid (or performic acid) and strong with hydrogen peroxide. This is especially noticeable with high temperature hydrogen peroxide.
Therefore, by appropriately controlling the conditions for contacting the drug with coal (for example, the mixing ratio of hydrogen peroxide in the mixed solution is appropriately adjusted so that the temperature of the drug does not become too high), carbon is used. Thiophene sulfur can be effectively removed while minimizing skeletal destruction.
〈石炭〉
本発明に用いる石炭は、特に限定されず、幅広い種類の石炭を使用できるが、亜瀝青炭などの石炭化度が中程度の石炭を含むことが好ましく、亜瀝青炭を含むことがより好ましく、亜瀝青炭であることがさらに好ましい。
このような石炭を用いた場合、無煙炭などの石炭化度が高い石炭を用いた場合よりも脱硫効果がより優れる傾向を示し、かつ、褐炭などの石炭化度が低い石炭を用いた場合よりも炭素歩留りが優れる傾向を示す。
本発明に用いる石炭の粒径(平均粒径)は、特に限定されない。例えば、石炭の粒径が数ミリ程度であっても、脱硫性能に大きな変化は無い。石炭の粒径がこれ以上である場合は、必要に応じて、軽度の粉砕処理を施してもよい。<coal>
The coal used in the present invention is not particularly limited, and a wide variety of coals can be used, but it is preferable to include coal having a moderate degree of coalification such as subbituminous coal, more preferably to contain subbituminous coal, and subbituminous coal. Is more preferable.
When such coal is used, the desulfurization effect tends to be better than when coal with a high degree of calcification such as anthracite is used, and compared with the case where coal with a low degree of calcification such as lignite is used. It tends to have excellent carbon yield.
The particle size (average particle size) of coal used in the present invention is not particularly limited. For example, even if the particle size of coal is about several millimeters, there is no significant change in desulfurization performance. If the grain size of the coal is larger than this, a light pulverization treatment may be performed, if necessary.
以上、石炭を脱硫する1次処理(薬剤処理)を説明した。
次に、1次処理によって脱硫された石炭中に残留する硫黄をさらに除去する処理として、2種類の2次処理を説明する。The primary treatment (chemical treatment) for desulfurizing coal has been described above.
Next, two types of secondary treatments will be described as treatments for further removing sulfur remaining in the coal desulfurized by the primary treatment.
〈2次処理(熱処理)〉
除去が難しいチオフェン態硫黄は、過酢酸または過ギ酸を作用させることによって、除去されやすい形態に変化するため、比較的低温(150℃程度)の熱処理によって除去できる。
すなわち、脱硫効果がより優れるという理由から、薬剤と接触させた石炭を、さらに熱処理することが好ましい。熱処理温度は150℃以上が好ましく、250℃以上がより好ましく、350℃以上がさらに好ましい。<Secondary treatment (heat treatment)>
Thiophene-like sulfur, which is difficult to remove, changes to a form that is easily removed by the action of peracetic acid or performic acid, and can be removed by heat treatment at a relatively low temperature (about 150 ° C.).
That is, it is preferable to further heat-treat the coal in contact with the chemical because the desulfurization effect is more excellent. The heat treatment temperature is preferably 150 ° C. or higher, more preferably 250 ° C. or higher, and even more preferably 350 ° C. or higher.
なお、熱処理により生成した石炭由来の含炭化水素含有ガスを回収して、製鉄プロセスにおける気体燃料の一部として使用できる。製鉄所等の工場で生成する排熱等を利用して熱処理することを考慮した場合、数百℃程度までの温度での熱処理が好ましい。 The hydrocarbon-containing hydrocarbon-containing gas produced by the heat treatment can be recovered and used as a part of the gaseous fuel in the iron-making process. Considering heat treatment using waste heat generated in a factory such as a steel mill, heat treatment at a temperature of up to several hundred degrees Celsius is preferable.
製鉄プロセスにおいて石炭を熱処理する炉としては、コークス炉がある。コークス炉での熱処理温度は1000~1200℃程度であり、1200℃以上での操業もある。薬剤と接触させて脱硫した石炭を、コークス炉に導入して低硫黄コークスを製造してもよい。このとき、炭化水素ガスと含硫黄ガスとが生成するが、含硫黄ガスは別途除去すればよい。含硫黄ガスを除去した後の生成ガスは、燃料ガスとして再利用できる。
石炭を熱処理するプロセスのうち、最高温度になるのは、実質的に、コークスの製造プロセスと考えられる。本発明者らが実験した結果、コークス炉での熱処理温度によっても、充分な脱硫効果が発現していること確認された。
したがって、熱処理温度は、例えば、1300℃以下である。As a furnace for heat-treating coal in the steelmaking process, there is a coke oven. The heat treatment temperature in the coke oven is about 1000 to 1200 ° C, and some operations are performed at 1200 ° C or higher. Coal desulfurized in contact with a chemical may be introduced into a coke oven to produce low sulfur coke. At this time, a hydrocarbon gas and a sulfur-containing gas are generated, but the sulfur-containing gas may be removed separately. The generated gas after removing the sulfur-containing gas can be reused as a fuel gas.
Of the processes for heat-treating coal, the highest temperature is considered to be substantially the coke manufacturing process. As a result of experiments by the present inventors, it was confirmed that a sufficient desulfurization effect was exhibited even by the heat treatment temperature in the coke oven.
Therefore, the heat treatment temperature is, for example, 1300 ° C. or lower.
石炭を600℃程度で熱処理したものは、一般にセミコークスと呼ばれる。薬剤と接触させて脱硫した石炭は、セミコークスの製造にも使用できる。セミコークスは、一般に、コークスに比べると強度が劣るため、高炉用コークスとしては使用しにくいが、その他の用途に使用できる。特に、硫黄の少ないセミコークスは、例えば、転炉で昇温するために使用する昇温剤(加炭材)として有用である。 Coal heat-treated at about 600 ° C is generally called semi-coke. Coal desulfurized in contact with chemicals can also be used in the production of semi-coke. Semi-coke is generally inferior in strength to coke, so it is difficult to use as blast furnace coke, but it can be used for other purposes. In particular, semi-coke containing a small amount of sulfur is useful as a heating agent (carbonizing material) used for raising the temperature in a converter, for example.
薬剤と接触させた石炭を熱処理温度まで昇温させる際の昇温速度(以下、単に「昇温速度」ともいう)は、速い方が好ましい。これは、過酢酸または過ギ酸の作用によって脱硫の容易な形態に変化した硫黄化合物が、加熱下において脱硫の難しいチオフェン態硫黄に再合成される可能性があり、この再合成を抑制するためである。具体的には、昇温速度は、10℃/min以上が好ましく、20℃/min以上がより好ましい。 It is preferable that the heating rate (hereinafter, also simply referred to as “heating rate”) when raising the temperature of coal in contact with the chemical to the heat treatment temperature is high. This is because sulfur compounds that have been transformed into a form that is easy to desulfurize by the action of peracetic acid or performic acid may be resynthesized into thiophene-like sulfur, which is difficult to desulfurize under heating, and this resynthesis is suppressed. be. Specifically, the rate of temperature rise is preferably 10 ° C./min or higher, more preferably 20 ° C./min or higher.
昇温速度の上限は、特に限定されないが、速すぎる昇温速度の実現は、技術的にも工業的(コスト的)にも困難である。このため、昇温速度は、例えば、100℃/min以下である。 The upper limit of the temperature rise rate is not particularly limited, but it is technically and industrially (cost-wise) difficult to realize a temperature rise rate that is too fast. Therefore, the rate of temperature rise is, for example, 100 ° C./min or less.
〈2次処理(過酸化水素処理)〉
本発明者らの検討によれば、薬剤と接触させた石炭をさらに脱硫するにあたり、上述した熱処理とは別に、低温の過酸化水素を用いた処理をしてもよいことが分かった。
1次処理(薬剤処理)をしていない石炭に過酸化水素を作用させると、上述したように、炭素骨格が破壊されて炭素歩留りが低下する。しかし、1次処理された石炭中に残留する硫黄分は除去されやすい形態となっており、過酸化水素で容易に追加的に脱硫できる。
すなわち、薬剤と接触させた石炭を、さらに、低温の過酸化水素水と接触させることが好ましい。<Secondary treatment (hydrogen peroxide treatment)>
According to the studies by the present inventors, it has been found that in further desulfurization of coal in contact with a chemical, a treatment using low-temperature hydrogen peroxide may be used in addition to the above-mentioned heat treatment.
When hydrogen peroxide is allowed to act on coal that has not been subjected to the primary treatment (chemical treatment), the carbon skeleton is destroyed and the carbon yield is lowered as described above. However, the sulfur content remaining in the primary-treated coal is easily removed, and can be easily additionally desulfurized with hydrogen peroxide.
That is, it is preferable that the coal that has been brought into contact with the chemical is further brought into contact with the low-temperature hydrogen peroxide solution.
過酸化水素水の温度は、50℃以下が好ましく、40℃以下がより好ましい。過酸化水素は、高温になるにつれ次第に酸化力が強くなり、脱硫効果だけでなく、炭素歩留りを低下させやすい。過酸化水素水の温度が上記範囲であれば、脱硫効果がさらに優れ、炭素歩留りも良好となる。
下限は特に限定されず、過酸化水素水の温度は、例えば、5℃以上である。The temperature of the hydrogen peroxide solution is preferably 50 ° C. or lower, more preferably 40 ° C. or lower. Hydrogen peroxide gradually increases its oxidizing power as the temperature rises, and tends to reduce not only the desulfurization effect but also the carbon yield. When the temperature of the hydrogen peroxide solution is within the above range, the desulfurization effect is further excellent and the carbon yield is also good.
The lower limit is not particularly limited, and the temperature of the hydrogen peroxide solution is, for example, 5 ° C. or higher.
過酸化水素水の濃度(過酸化水素水中の過酸化水素の含有量)は、脱硫効果がさらに優れるという理由から、2.0質量%以上が好ましく、3.0質量%以上がより好ましい。
過酸化水素水の濃度が3.0質量%以上であれば、得られる効果は、過酸化水素水の濃度によらず、ほぼ一定となる。このため、上限は特に限定されないが、例えば、過酸化水素水の濃度は、35.0質量%以下が好ましい。
過酸化水素は、高濃度側で分解しやすいため、30~35質量%の水溶液として市販されていることが多い。本発明においては、このような市販品の水溶液を、適宜希釈して使用すればよい。The concentration of the hydrogen peroxide solution (content of hydrogen peroxide in the hydrogen peroxide solution) is preferably 2.0% by mass or more, more preferably 3.0% by mass or more, because the desulfurization effect is further excellent.
When the concentration of the hydrogen peroxide solution is 3.0% by mass or more, the obtained effect is almost constant regardless of the concentration of the hydrogen peroxide solution. Therefore, the upper limit is not particularly limited, but for example, the concentration of the hydrogen peroxide solution is preferably 35.0% by mass or less.
Since hydrogen peroxide is easily decomposed on the high concentration side, it is often marketed as an aqueous solution of 30 to 35% by mass. In the present invention, such a commercially available aqueous solution may be appropriately diluted before use.
[低硫黄石炭の製造設備]
次に、本発明を具体的な設備を用いて実施する場合の例を、図3に基づいて説明する。[Low sulfur coal manufacturing equipment]
Next, an example in which the present invention is carried out using specific equipment will be described with reference to FIG.
図3は、低硫黄石炭の製造設備(以下、単に「製造設備」ともいう)の一例を示す模式図である。
図3に示す製造設備は、過酸化水素を貯蔵する過酸化水素貯蔵タンク1および酢酸を貯蔵する酢酸貯蔵タンク3を有する。
過酸化水素貯蔵タンク1の内部の過酸化水素は、過酸化水素輸送管2を介して、薬剤混合槽5に供給される。酢酸貯蔵タンク3の内部の酢酸は、酢酸輸送管4を介して薬剤混合槽5に供給される。過酸化水素輸送管2および酢酸輸送管4には、それぞれ適切な流量制御装置(図示せず)が設置されており、過酸化水素および酢酸の流量制御が可能である。
薬剤混合槽5には、加熱装置6および混合装置7が設置されている。薬剤混合槽5に供給された過酸化水素および酢酸は、必要に応じて加熱装置6を用いて所定温度に昇温されるとともに、混合装置7を用いて混合される。
薬剤混合槽5での混合により得られた混合溶液である薬剤は、薬剤輸送管8を介して、脱硫処理槽9に供給される。薬剤輸送管8には、適切な流量制御装置(図示せず)が設置されており、薬剤の流量制御が可能である。
脱硫処理槽9には、さらに、石炭を貯蔵する石炭貯蔵タンク10から、石炭輸送管11を介して、石炭が供給される。石炭輸送管11には、適切な流量制御装置(図示せず)が設置されており、石炭の流量制御が可能である。
脱硫処理槽9には、加熱装置12が設置されている。加熱装置12は、薬剤混合槽5から供給された薬剤と、石炭貯蔵タンク10から供給された石炭とを、必要に応じて適切な温度に制御する。さらに、脱硫処理槽9には、混合装置13が設置されている。混合装置13は、必要に応じて、薬剤と石炭とをよく混合する。
こうして、脱硫処理槽9においては、石炭は薬剤と接触することにより脱硫されて、低硫黄化した石炭(低硫黄石炭)(以下、「薬剤処理炭」ともいう)が得られる。FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a low-sulfur coal manufacturing facility (hereinafter, also simply referred to as “manufacturing facility”).
The manufacturing equipment shown in FIG. 3 has a hydrogen
The hydrogen peroxide inside the hydrogen
A
The drug, which is a mixed solution obtained by mixing in the
Further, coal is supplied to the
A
In this way, in the
脱硫処理槽9には、排出孔が2か所に設けられている。1つの排出孔には、薬剤循環管14が設置されている。石炭の脱硫に使用した後の薬剤には、一部、過酢酸や酢酸が残留している場合がある。その場合には、薬剤を脱硫処理槽9から薬剤混合槽5に還流させて、再利用してもよい。
ただし、脱硫後の薬剤には硫黄が浸出している場合がある。硫黄が浸出している薬剤を再利用すると、脱硫に悪影響を与える可能性がある。このため、薬剤循環管14には、薬剤排出管15が連結しており、脱硫後の薬剤の一部または全部を、薬剤排出管15を介して排出できる。The
However, sulfur may be leached out from the desulfurized chemicals. Reuse of sulfur-leached chemicals can adversely affect desulfurization. Therefore, the
脱硫処理槽9のもう1つの排出孔には、薬剤処理炭輸送管16が設置されている。薬剤処理炭輸送管16は、さらに3つに分岐している。すなわち、薬剤処理炭排出管16a、熱処理装置連結管16bおよび過酸化水素処理装置連結管16cの3つである。
薬剤処理炭排出管16aは、脱硫処理槽9において得られた薬剤処理炭を2次処理なしで排出する。熱処理装置連結管16bは、薬剤処理炭を熱処理装置17に輸送する。過酸化水素処理装置連結管16cは、薬剤処理炭を過酸化水素処理装置23に輸送する。A chemical treatment
The chemical-treated
まず、熱処理装置17について説明する。
低硫黄石炭(薬剤処理炭)は、熱処理装置17において熱処理を受けると、さらに硫黄が揮発するため、さらに脱硫が進行する。熱処理装置17において熱処理を受けてさらに低硫黄化した石炭(以下、「熱処理炭」ともいう)は、熱処理炭排出管18を介して取り出され、所定の用途で使用される。
さらに、熱処理装置17には、熱処理ガス排出管19が設置されている。熱処理によって生成したガスには、可燃性ガスが含まれる場合がある。その場合、熱処理ガス排出管19を介してガスを取り出して、所定の用途にて使用できる。First, the
When low sulfur coal (chemically treated coal) is heat-treated in the
Further, the
次に、過酸化水素処理装置23について説明する。
過酸化水素処理装置23には、過酸化水素処理装置連結管16cを介して、薬剤処理炭が供給される。過酸化水素処理装置23においては、薬剤処理炭に対して、上述した2次処理(過酸化水素処理)が施される。
過酸化水素処理装置23には、過酸化水素供給管20を介して、過酸化水素が供給される。過酸化水素供給管20は、過酸化水素貯蔵タンク1に連結している。過酸化水素を希釈する場合には、希釈水タンク21から、希釈水供給管22を通して、水を供給してもよい。過酸化水素処理装置23の専用に、別の過酸化水素貯蔵タンク(図示せず)を設置してもよい。
過酸化水素処理装置23には、冷却装置24が設置されている。冷却装置24によって、過酸化水素処理装置23の内部の温度を、必要に応じて適切な温度に制御する。
さらに、過酸化水素処理装置23には、混合装置25が設置されている。混合装置25は、必要に応じて、過酸化水素水と薬剤処理炭とをよく混合する。Next, the hydrogen
Chemically treated charcoal is supplied to the hydrogen
Hydrogen peroxide is supplied to the hydrogen
A cooling
Further, a mixing
過酸化水素処理装置23には、排出孔が2か所に設けられている。
1つの排出孔には、過酸化水素循環管27が設置されている。石炭(薬剤処理炭)の脱硫に使用した後の過酸化水素水には、一部、過酸化水素が残留している場合がある。その場合には、過酸化水素水を過酸化水素処理装置23から過酸化水素貯蔵タンク1に還流させて、再利用してもよい。還流先は、別途設置した過酸化水素貯蔵タンク(図示せず)でもよいし、薬剤混合槽5でもよい。
ただし、脱硫後の過酸化水素水には硫黄が浸出している場合がある。硫黄が浸出している過酸化水素水を再利用すると、脱硫に悪影響を与える可能性がある。このため、過酸化水素循環管27には、過酸化水素排出管28が連結しており、脱硫後の過酸化水素水の一部または全部を、過酸化水素排出管28を介して排出できる。The hydrogen
A hydrogen
However, sulfur may be leached out in the hydrogen peroxide solution after desulfurization. Reusing hydrogen peroxide with sulfur leaching can adversely affect desulfurization. Therefore, the hydrogen
過酸化水素処理装置23のもう1つの排出孔には、排出管26が連結している。過酸化水素処理装置23の内部でさらに脱硫が進んだ石炭(以下、「過酸化水素処理炭」ともいう)が排出管26を介して取り出され、所定の用途で使用される。
A
なお、熱処理装置17または過酸化水素処理装置23に輸送された薬剤処理炭は、すでに低硫黄化しているため、2次処理(熱処理または過酸化水素処理)を受けることなく、熱処理炭排出管18または排出管26を介して取り出されてもよい。
Since the chemical-treated charcoal transported to the
図3に基づいて説明した製造設備の各部は、特別な仕様である必要はなく、既存の装置を適宜使用できる。例えば、熱処理装置17は、排熱を熱源とした熱交換装置であってもよく、セミコークス炉やコークス炉などの炉であってもよい。
Each part of the manufacturing equipment described with reference to FIG. 3 does not need to have special specifications, and existing equipment can be used as appropriate. For example, the
図3に示す製造設備において、酢酸に代えてギ酸を使用する場合は、「酢酸」を「ギ酸」に読み替え、「過酢酸」を「過ギ酸」に読み替える。
この場合、図3に示す製造設備は、「酢酸貯蔵タンク3」に代えて「ギ酸貯蔵タンク3」を、「酢酸輸送管3」に代えて「ギ酸輸送管3」を有する。When formic acid is used instead of acetic acid in the manufacturing equipment shown in FIG. 3, "acetic acid" is read as "formic acid" and "peracetic acid" is read as "peracetic acid".
In this case, the manufacturing equipment shown in FIG. 3 has a "formic
薬剤として過酢酸水溶液を使用する場合、図3に示す製造設備は、「過酸化水素貯蔵タンク1」に代えて「過酢酸貯蔵タンク1」を、「過酸化水素輸送管2」に代えて「過酢酸輸送管2」を、「酢酸貯蔵タンク3」に代えて「希釈水貯蔵タンク3」を、「酢酸輸送管4」に代えて「希釈水輸送管4」を有する。
この場合、過酢酸貯蔵タンク1は、過酢酸を貯蔵する。希釈水貯蔵タンク3は、過酢酸を希釈するための希釈水を貯蔵する。過酢酸貯蔵タンク1の内部の過酢酸は、過酢酸輸送管2を介して、薬剤混合槽5に供給される。希釈水貯蔵タンク3の内部の希釈水は、希釈水輸送管4を介して、薬剤混合槽5に供給される。過酢酸輸送管2および希釈水輸送管4には、それぞれ適切な流量制御装置(図示せず)が設置されており、過酢酸および希釈水の流量制御が可能である。
薬剤混合槽5において、供給された過酢酸および希釈水が混合されて、過酢酸水溶液が調製される。
これら以外の点は、上記と同様であるため、説明を省略する。When a peracetic acid aqueous solution is used as a chemical, the manufacturing facility shown in FIG. 3 replaces the "hydrogen
In this case, the peracetic
In the
Since the points other than these are the same as above, the description thereof will be omitted.
以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
〈実施例1~31および比較例1~2〉
図3に基づいて説明した製造設備を用いて、本発明の方法により石炭を脱硫して低硫黄石炭を製造する試験を行なった。
石炭として、Coal A(亜瀝青炭)、Coal B(亜瀝青炭)およびCoal C(半無煙炭)からなる群から選ばれる少なくとも1種を用いた。用いた石炭の詳細を下記表1に示す。石炭の粒度は、いずれも平均粒径で300μm程度であった。いずれの石炭も、過酢酸の浸透力は強く、脱硫性能は粒度によって大きな変化は無かった。<Examples 1 to 31 and Comparative Examples 1 to 2>
Using the manufacturing equipment described with reference to FIG. 3, a test was conducted to produce low-sulfur coal by desulfurizing coal by the method of the present invention.
As the coal, at least one selected from the group consisting of Coal A (subbituminous coal), Coal B (subbituminous coal) and Coal C (semi-smokeless coal) was used. Details of the coal used are shown in Table 1 below. The average particle size of the coal was about 300 μm. In all coals, the penetrating power of peracetic acid was strong, and the desulfurization performance did not change significantly depending on the particle size.
上記表1中、「d.a.f」は、無水無灰(dry ash free)ベースであることを示すもので、水分および灰分を除いた正味の石炭の分析値を意味する。
「d.b.」は、無水ベース(dry basis)の分析値であることを意味する。
「V.M」は、工業分析における揮発分(Volatile Matter)の含有量を意味する。
「Ash」は、工業分析における灰分の含有量を意味する。In Table 1 above, "d.af" indicates that it is based on dry ash free, and means the analytical value of net coal excluding water and ash.
"Db." Means that it is a dry basis analytical value.
"VM" means the content of volatile matter in industrial analysis.
"Ash" means the ash content in the industrial analysis.
石炭の供給量(流量)などの試験条件を下記表2~表4に示す。
実施例1~8、20~22および24~27ならびに比較例1~2では、上述した1次処理(薬剤処理)のみを行なった。すなわち、薬剤に接触させた後の石炭を取り出して、脱硫率および炭素歩留りを求めた。
実施例9~13、23および28~29では、さらに、上述した2次処理(熱処理)を行なった。すなわち、1次処理(薬剤処理)の後、さらに、石炭を、1200℃まで昇温可能な熱処理装置に導入して、窒素雰囲気下で熱処理を施し、熱処理後の脱硫率および炭素歩留りを求めた。
実施例14~19および30~31では、さらに、上述した2次処理(過酸化水素処理)を行なった。すなわち、1次処理(薬剤処理)の後、さらに、石炭を、過酸化水素処理装置に導入して、過酸化水素処理を施し、過酸化水素処理後の脱硫率および炭素歩留りを求めた。The test conditions such as the supply amount (flow rate) of coal are shown in Tables 2 to 4 below.
In Examples 1 to 8, 20 to 22 and 24 to 27, and Comparative Examples 1 to 2, only the above-mentioned primary treatment (drug treatment) was performed. That is, the coal after contact with the chemical was taken out, and the desulfurization rate and the carbon yield were determined.
In Examples 9 to 13, 23 and 28 to 29, the above-mentioned secondary treatment (heat treatment) was further performed. That is, after the primary treatment (chemical treatment), coal was further introduced into a heat treatment apparatus capable of raising the temperature to 1200 ° C. and heat-treated under a nitrogen atmosphere to determine the desulfurization rate and carbon yield after the heat treatment. ..
In Examples 14 to 19 and 30 to 31, the above-mentioned secondary treatment (hydrogen peroxide treatment) was further performed. That is, after the primary treatment (chemical treatment), coal was further introduced into a hydrogen peroxide treatment apparatus and subjected to hydrogen peroxide treatment, and the desulfurization rate and carbon yield after the hydrogen peroxide treatment were determined.
1次処理において、過酸化水素としては、過酸化水素の濃度が35質量%の水溶液を用いた。酢酸としては、純度99質量%の酢酸を用いた。過酢酸としては、過酢酸の濃度が30質量%の水溶液を用いた。ギ酸としては、純度99質量%のギ酸を用いた。 In the primary treatment, an aqueous solution having a hydrogen peroxide concentration of 35% by mass was used as the hydrogen peroxide. As acetic acid, acetic acid having a purity of 99% by mass was used. As the peracetic acid, an aqueous solution having a peracetic acid concentration of 30% by mass was used. As formic acid, formic acid having a purity of 99% by mass was used.
〈表2のまとめ〉
過酸化水素および酢酸の混合溶液を薬剤として用いた実施例1~19は、これを用いなかった比較例1~2よりも高い脱硫率を示し、充分な脱硫効果が得られたことが分かった。炭素歩留りも良好な傾向が見られた。<Summary of Table 2>
It was found that Examples 1 to 19 in which a mixed solution of hydrogen peroxide and acetic acid was used as a drug showed a higher desulfurization rate than Comparative Examples 1 and 2 in which this was not used, and a sufficient desulfurization effect was obtained. .. The carbon yield also tended to be good.
実施例1と実施例5とを対比すると、モル比(酢酸/過酸化水素)が12.1である実施例1は、モル比(酢酸/過酸化水素)が0.8である実施例5よりも脱硫率が高く、脱硫効果がより優れていた。 Comparing Example 1 and Example 5, Example 1 has a molar ratio (acetic acid / hydrogen peroxide) of 12.1 and Example 1 has a molar ratio (acetic acid / hydrogen peroxide) of 0.8. The desulfurization rate was higher than that, and the desulfurization effect was better.
実施例1と実施例6とを対比すると、酢酸と過酸化水素との混合後の経過時間が60分間である実施例1は、この時間が20分間である実施例6よりも脱硫率が高く、脱硫効果がより優れていた。 Comparing Example 1 and Example 6, Example 1 in which the elapsed time after mixing acetic acid and hydrogen peroxide is 60 minutes has a higher desulfurization rate than Example 6 in which this time is 20 minutes. , The desulfurization effect was better.
実施例1と実施例7とを対比すると、質量比(薬剤/石炭)が2.5である実施例1は、質量比(薬剤/石炭)が0.9である実施例7よりも脱硫率が高く、脱硫効果がより優れていた。 Comparing Example 1 and Example 7, the desulfurization rate of Example 1 having a mass ratio (drug / coal) of 2.5 is higher than that of Example 7 having a mass ratio (drug / coal) of 0.9. Was high, and the desulfurization effect was better.
実施例1と実施例8とを対比すると、石炭に接触させる際の薬剤の温度が56℃である実施例1は、この温度が9℃である実施例8よりも脱硫率が高く、脱硫効果がより優れていた。 Comparing Example 1 and Example 8, Example 1 in which the temperature of the chemicals in contact with coal is 56 ° C. has a higher desulfurization rate than Example 8 in which this temperature is 9 ° C., and has a desulfurization effect. Was better.
実施例9~13の脱硫率(2次処理後)は、実施例1~8の脱硫率(1次処理後)と同等またはそれ以上であった。
実施例9と実施例12とを対比すると、熱処理温度が150℃である実施例9は、熱処理温度が135℃である実施例12よりも脱硫率(2次処理後)が高く、脱硫効果がより優れていた。
実施例9と実施例13とを対比すると、熱処理温度まで昇温させる際の昇温速度が20℃/minである実施例9は、この昇温速度が5℃/minである実施例13よりも脱硫率(2次処理後)が高く、脱硫効果がより優れていた。The desulfurization rate of Examples 9 to 13 (after the secondary treatment) was equal to or higher than the desulfurization rate of Examples 1 to 8 (after the primary treatment).
Comparing Example 9 and Example 12, the desulfurization rate (after the secondary treatment) of Example 9 having a heat treatment temperature of 150 ° C. is higher than that of Example 12 having a heat treatment temperature of 135 ° C., and the desulfurization effect is higher. Was better.
Comparing Example 9 and Example 13, Example 9 in which the heating rate when raising the temperature to the heat treatment temperature is 20 ° C./min is higher than that in Example 13 in which the heating rate is 5 ° C./min. The desulfurization rate (after the secondary treatment) was high, and the desulfurization effect was more excellent.
実施例14~19の脱硫率(2次処理後)は、実施例1~8の脱硫率(1次処理後)と同等またはそれ以上であった。
実施例14と実施例17とを対比すると、過酸化水素水の温度が20℃である実施例14は、この温度が45℃である実施例17よりも脱硫率(2次処理後)が高く、脱硫効果がより優れていた。
実施例14と実施例18とを対比すると、過酸化水素水の濃度が35.0質量%である実施例14は、この濃度が1.5質量%である実施例18よりも脱硫率(2次処理後)が高く、脱硫効果がより優れていた。
実施例14と実施例19とを対比すると、質量比(過酸化水素水/石炭)が2.5である実施例14は、質量比(過酸化水素水/石炭)が0.9である実施例19よりも脱硫率(2次処理後)が高く、脱硫効果がより優れていた。The desulfurization rate of Examples 14 to 19 (after the secondary treatment) was equal to or higher than the desulfurization rate of Examples 1 to 8 (after the primary treatment).
Comparing Example 14 and Example 17, the desulfurization rate (after the secondary treatment) of Example 14 in which the temperature of the hydrogen peroxide solution is 20 ° C. is higher than that of Example 17 in which the temperature is 45 ° C. , The desulfurization effect was better.
Comparing Example 14 and Example 18, Example 14 having a concentration of hydrogen peroxide solution of 35.0% by mass has a desulfurization rate (2) higher than that of Example 18 having this concentration of 1.5% by mass. After the next treatment) was high, and the desulfurization effect was more excellent.
Comparing Example 14 and Example 19, the mass ratio (hydrogen peroxide solution / coal) of Example 14 is 2.5, and the mass ratio (hydrogen peroxide solution / coal) of Example 14 is 0.9. The desulfurization rate (after the secondary treatment) was higher than that of Example 19, and the desulfurization effect was more excellent.
〈表3のまとめ〉
過酢酸水溶液を薬剤として用いた実施例20~23は、これを用いなかった比較例1~2(表2参照)よりも高い脱硫率を示し、充分な脱硫効果が得られたことが分かった。炭素歩留りも良好な傾向が見られた。
実施例20と実施例22とを対比すると、薬剤(過酢酸水溶液)中の過酢酸の含有量が12.7質量%である実施例20は、この含有量が7.8質量%である実施例22よりも脱硫率が高く、脱硫効果がより優れていた。
実施例23の脱硫率(2次処理後)は、実施例20~22の脱硫率(1次処理後)と同等またはそれ以上であった。<Summary of Table 3>
It was found that Examples 20 to 23 in which the peracetic acid aqueous solution was used as a drug showed a higher desulfurization rate than Comparative Examples 1 and 2 (see Table 2) in which the peracetic acid aqueous solution was not used, and a sufficient desulfurization effect was obtained. .. The carbon yield also tended to be good.
Comparing Example 20 and Example 22, the content of peracetic acid in the drug (aqueous solution of peracetic acid) is 12.7% by mass. In Example 20, this content is 7.8% by mass. The desulfurization rate was higher than that of Example 22, and the desulfurization effect was more excellent.
The desulfurization rate of Example 23 (after the secondary treatment) was equal to or higher than the desulfurization rate of Examples 20 to 22 (after the primary treatment).
〈表4のまとめ〉
過酸化水素およびギ酸の混合溶液を薬剤として用いた実施例24~31は、これを用いなかった比較例1~2(表2参照)よりも高い脱硫率を示し、充分な脱硫効果が得られたことが分かった。炭素歩留りも良好な傾向が見られた。
実施例24と実施例27とを対比すると、ギ酸と過酸化水素との混合後の経過時間が6分間である実施例24は、この時間が3分間である実施例27よりも脱硫率が高く、脱硫効果がより優れていた。<Summary of Table 4>
Examples 24 to 31 in which a mixed solution of hydrogen peroxide and formic acid was used as a drug showed a higher desulfurization rate than Comparative Examples 1 and 2 (see Table 2) in which this was not used, and a sufficient desulfurization effect was obtained. I found out. The carbon yield also tended to be good.
Comparing Example 24 and Example 27, Example 24, which has an elapsed time of 6 minutes after mixing formic acid and hydrogen peroxide, has a higher desulfurization rate than Example 27, which has a time of 3 minutes. , The desulfurization effect was better.
実施例28~29の脱硫率(2次処理後)は、実施例24~27の脱硫率(1次処理後)と同等またはそれ以上であった。
実施例28と実施例29とを対比すると、熱処理温度まで昇温させる際の昇温速度が20℃/minである実施例28は、この昇温速度が5℃/minである実施例29よりも脱硫率(2次処理後)が高く、脱硫効果がより優れていた。The desulfurization rates of Examples 28 to 29 (after the secondary treatment) were equal to or higher than the desulfurization rates of Examples 24 to 27 (after the primary treatment).
Comparing Example 28 and Example 29, Example 28, which has a temperature rise rate of 20 ° C./min when the temperature is raised to the heat treatment temperature, is higher than that of Example 29, which has a temperature rise rate of 5 ° C./min. The desulfurization rate (after the secondary treatment) was high, and the desulfurization effect was more excellent.
実施例30~31の脱硫率(2次処理後)は、実施例24~27の脱硫率(1次処理後)と同等またはそれ以上であった。
実施例30と実施例31とを対比すると、質量比(過酸化水素水/石炭)が2.5である実施例30は、質量比(過酸化水素水/石炭)が0.9である実施例31よりも脱硫率(2次処理後)が高く、脱硫効果がより優れていた。The desulfurization rates of Examples 30 to 31 (after the secondary treatment) were equal to or higher than the desulfurization rates of Examples 24 to 27 (after the primary treatment).
Comparing Example 30 and Example 31, the mass ratio (hydrogen peroxide solution / coal) of Example 30 is 2.5, and the mass ratio (hydrogen peroxide solution / coal) of Example 30 is 0.9. The desulfurization rate (after the secondary treatment) was higher than that of Example 31, and the desulfurization effect was more excellent.
1:過酸化水素貯蔵タンク(過酢酸貯蔵タンク)
2:過酸化水素輸送管(過酢酸輸送管)
3:酢酸貯蔵タンク(ギ酸貯蔵タンク、希釈水貯蔵タンク)
4:酢酸輸送管(ギ酸輸送管、希釈水輸送管)
5:薬剤混合槽
6:加熱装置
7:混合装置
8:薬剤輸送管
9:脱硫処理槽
10:石炭貯蔵タンク
11:石炭輸送管
12:加熱装置
13:混合装置
14:薬剤循環管
15:薬剤排出管
16:薬剤処理炭輸送管
16a:薬剤処理炭排出管
16b:熱処理装置連結管
16c:過酸化水素処理装置連結管
17:熱処理装置
18:熱処理炭排出管
19:熱処理ガス排出管
20:過酸化水素供給管
21:希釈水タンク
22:希釈水供給管
23:過酸化水素処理装置
24:冷却装置
25:混合装置
26:排出管
27:過酸化水素循環管
28:過酸化水素排出管1: Hydrogen peroxide storage tank (peracetic acid storage tank)
2: Hydrogen peroxide transport pipe (peracetic acid transport pipe)
3: Acetic acid storage tank (formic acid storage tank, diluted water storage tank)
4: Acetic acid transport pipe (formic acid transport pipe, diluted water transport pipe)
5: Chemical mixing tank 6: Heating device 7: Mixing device 8: Chemical transport pipe 9: Desulfurization treatment tank 10: Coal storage tank 11: Coal transport pipe 12: Heating device 13: Mixing device 14: Chemical circulation pipe 15: Chemical discharge Pipe 16: Chemical-treated
Claims (15)
前記薬剤と接触させた前記石炭を、40℃以下の過酸化水素水と接触させる、低硫黄石炭の製造方法。 Sulfur in the coal is removed by contacting the coal with a chemical that is a mixed solution of hydrogen peroxide and acetic acid.
A method for producing low-sulfur coal, in which the coal brought into contact with the chemical is brought into contact with a hydrogen peroxide solution having a temperature of 40 ° C. or lower.
前記混合の後、30分間以上経過してから、前記薬剤を前記石炭に接触させる、請求項1または2に記載の低硫黄石炭の製造方法。 Prior to contacting the drug with the coal, the acetic acid and the hydrogen peroxide were mixed.
The method for producing low-sulfur coal according to claim 1 or 2, wherein the chemical is brought into contact with the coal after 30 minutes or more have elapsed after the mixing.
前記薬剤と接触させた前記石炭を、40℃以下の過酸化水素水と接触させる、低硫黄石炭の製造方法。 Sulfur in the coal is removed by contacting the coal with a chemical that is an aqueous solution of peracetic acid.
A method for producing low-sulfur coal, in which the coal brought into contact with the chemical is brought into contact with a hydrogen peroxide solution having a temperature of 40 ° C. or lower.
前記薬剤と接触させた前記石炭を、40℃以下の過酸化水素水と接触させる、低硫黄石炭の製造方法。 Sulfur in the coal is removed by contacting the coal with a chemical that is a mixed solution of hydrogen peroxide and formic acid.
A method for producing low-sulfur coal, in which the coal brought into contact with the chemical is brought into contact with a hydrogen peroxide solution having a temperature of 40 ° C. or lower.
前記混合の後、5分間以上経過してから、前記薬剤を前記石炭に接触させる、請求項6または7に記載の低硫黄石炭の製造方法。 Prior to contacting the drug with the coal, the formic acid and the hydrogen peroxide were mixed.
The method for producing low-sulfur coal according to claim 6 or 7, wherein the chemical is brought into contact with the coal after a lapse of 5 minutes or more after the mixing.
前記過酸化水素水と前記石炭との質量比(過酸化水素水/石炭)が、1.0以上である、請求項1~12のいずれか1項に記載の低硫黄石炭の製造方法。 The concentration of the hydrogen peroxide solution is 2.0% by mass or more, and the concentration is 2.0% by mass or more.
The method for producing low-sulfur coal according to any one of claims 1 to 12, wherein the mass ratio of the hydrogen peroxide solution to the coal (hydrogen peroxide solution / coal) is 1.0 or more.
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