JPS6259758B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、石炭の輸送あるいは燃焼などを円
滑に行ない得る脱灰炭を製造するのに適用される
石炭の化学的脱灰処理装置に関するものである。

周知のとおり、近年石油供給の見通しの不安、
ならびにその価格高騰のため、エネルギーの多様
化の必要性が説かれ、その代替品の第１候補とし
て石炭が取り上げられ、その有効な利用法の促進
が計られている。石炭は古来主要なエネルギー源
として利用されてきたが、石油の出現によつて取
つて替わられた。その主な理由は、石油が低廉か
つ多量に入手できるようになつたことにも起因す
るが、石炭が固体であることと、ほとんど利用価
値のない灰分を含んでいることにも由来する。す
なわち、固体であることから輸送が非常に困難で
あり、輸送コストがかさむ。石炭中の灰分の存在
は石炭のエネルギー密度を低下させ、そのことか
らだけでも灰分のない石油に比較して効率の悪い
エネルギー源といえる。また、灰分は石炭燃焼時
にはそのまま排出されるので、最近のように大型
化が進んだ火力発電所等では、その処理に多大の
費用を要している。また厳密には無機物質だけに
限定されないが、硫黄分の問題もある。すなわ
ち、これらの硫黄分は燃焼によつて硫黄酸化物を
生成し、環境汚染の観点から重大な関心が寄せら
れている。現在わが国は石炭需要の相当量を海外
炭に依存しているが、石炭中の灰分は数パーセン
トから数十パーセントまで存在し、通常は10〜20
％であり、これらの灰分は有効に利用されず廃棄
され、結局輸送コストの10〜20％が無駄に費やさ
れていることになる。このように、石炭の灰分の
問題は石炭の有効利用上極めて重大なものであ
り、石炭の灰分の除去が有効になされればその経
済的効果は計り知れないものがある。

また石炭は上記のように固体であるため、その
輸送に多大のコストがかかるが、そのコスト低減
のために石炭を微粉砕してニユーマチツク輸送す
る方法や水スラリーあるいはオイルスラリーなど
にして疑似的な流体として輸送する方法が検討さ
れている。また、石炭の燃焼ボイラでは大型にな
るとほとんど例外なく微粉炭燃焼ボイラが用いら
れており、このようなボイラでは一般には200メ
ツシユ以下80％程度に粉砕された石炭が使用され
ている。すなわち、石炭の利用に際しては、微粉
炭という形態で取り扱われることが多い。したが
つて、灰分を除去した微粉炭の供給が可能になれ
ば、石炭の有効利用に大きく貢献できるものと思
われる。

ところで、灰分を除去した石炭、すなわち脱灰
炭の供給が望まれるになつたのは近年のことであ
るため、脱灰炭の製造装置、すなわち石炭の化学
的脱灰処理装置については現在のところ有効なも
のは見当らない。

ここで、従来の石炭からの灰分の除去法すなわ
ち脱灰法について述べると、これは検討されてい
るが現在のところ真に有効な方法はないと言わざ
るを得ない。脱灰法の究極の技術となると石炭の
液化技術となろうが、これはまだ未来技術の内に
数えられているものである。比較的有効な方法と
しては、粉砕した石炭を水と油の混合したものに
懸濁撹拌し、石炭粒子のみを油層で凝集させ、灰
分を水層へ分離するオイルアグロメレーシヨンな
る方法がある。また古くは石炭を高温、高圧下で
アルカリにて処理する方法もある。また極く最近
では弗化水素ガスで処理する方法が提案（特開昭
55−133487号）されているが、いずれも完全に実
用的なものとは言い難い。すなわち有効な脱灰法
はまだ世の中にはでていないのである。

本発明者らは、本特許出願に先だち、脱灰法と
して塩酸もしくはクエン酸水溶液に弗化物を添加
した溶液にて石炭を処理する化学的な方法提案し
た（特開昭57−151698号公報および特開昭57−
162791号公報参照）。ここで弗化物としては、酸
性弗化アンモン、弗化アンモン、酸性弗化ナトリ
ウム、弗化ナトリウム、酸性弗化カリウム、弗化
カリウムが有効であり、特に酸性弗化アンモンが
有効である。弗化物として酸性弗化アンモンを使
用する場合には、先提案の出願明細書に記載され
たように、塩酸１〜10重量％および酸性弗化アン
モン（NH₄HF₂）1.25〜10重量％、あるいはクエ
ン酸１〜10重量％および酸性弗化アンモン１〜10
重量％を含む水溶液を使用する。この先提案によ
る方法水溶液反応をベースにしたいわゆる湿式法
であり、有害な弗化水素ガスの発生がなく、常温
にても脱灰効果を有するものである。

本発明者らはより提案された湿式脱灰法は、い
わゆる固液反応で石炭中の灰分を溶解除去しよう
とするものである。このため石炭と脱灰剤溶液す
なわち、塩酸もしくはクエン酸溶液に弗化物を添
加した溶液との接触効率を高くする必要がある。
原料石炭は粉砕炭、好ましくは100メツシユ以下
の粉砕炭を使用し、石炭と脱灰剤溶液を何らかの
方法で十分に懸濁撹拌することが望ましい。ま
た、灰分の溶解速度は通常遅いため、十分な滞留
時間を取る必要がある。しかしながら、バツチ式
の処理方法では処理時間とともに灰分の溶解速度
が遅くなる。これは脱灰剤溶液中の脱灰剤濃度が
灰分の溶解が進むにつれて低下するためで、新鮮
な脱灰剤溶液で処理することが望ましい。さらに
灰分の溶解速度を上げるために処理温度を上げる
ことが望ましい。灰分を溶解除去するのに用いる
脱灰剤溶液は腐食性の液体であるため、装置、配
管等の防食のために、脱灰剤溶液には腐食抑制剤
を添加することが好ましく、装置もテフロン等の
防食加工がし易いように簡単な構造を有し、機械
的要素の少ないことが望ましい。

この発明は、上記の点に鑑みなされたものでそ
の構成を、以下図面に示す実施例に基づいて説明
する。

なお、実施例はこの発明の具体的な１例を示す
ものであり、この発明はこのような実施例に限定
されるものでない。

灰分を含む原料石炭、好ましくは100メツシユ
以下の粉砕炭は、石炭投入口１から連続的に脱灰
処理槽２に投入される。ここで粉砕炭としては、
例えば乾式粉砕炭、湿式粉砕炭の他、水スラリー
で供給される粉砕炭等を使用する。脱灰処理槽２
は脱灰剤溶液で満され、かつ仕切板３と脱灰剤溶
液供給口１６とを有し、固―液系流動層を形成し
ている。ここで脱灰剤溶液とは、腐食抑制剤を含
んだ塩酸もしくはクエン酸水溶液に弗化物を添加
したものである。腐食抑制剤は装置および配管等
を塩酸もしくはクエン酸水溶液の腐食性から防御
するためのものであり、市販のものが使用でき
る。すなわちこの種の腐食抑制剤は、ボイラチユ
ーブやプラント配管類の酸洗時に使用されるもの
を用いることができる。

塩酸およびクエン酸は、石炭中の灰分、特に鉄
系の化合物の溶解に効果を有し、また弗化物は、
シリカ系の化合物の溶解に効果を発揮する。しか
しながら、これらの酸類と弗化物の両者には相乗
作用があり、両者が同一溶液に存在する時に最も
大きな脱灰効果を得ることができる。ここで弗化
物としては、酸性弗化アンモン、弗化アンモン、
酸性弗化ナトリウム、弗化ナトリウム、酸性弗化
カリウム、弗化カリウムよりなる群の中から選ば
れたものを使用する。これらの弗化物の中では酸
性弗化アンモンが脱灰のために最も効果的であ
る。これは単に脱灰作用が強いだけでなく、後の
排水処理に際しても、ナトリウム塩やカリウム塩
の場合とは異なり、分解可能であるためスラツジ
量を増さない効果を有する。

図面に示すように、脱灰処理槽２は、その上端
が開放されていて、常圧で稼動するものであり、
かつ脱灰剤溶液の温度は常温〜80℃である。この
脱灰処理槽２は２つの室２Ａ，２Ｂに分離されて
おり、第１室２Ａと第２室２Ｂの間には隔壁４が
設けられている。処理槽２の第１室２Ａに投入さ
れる石炭粒子の密度は、通常1.2〜1.5g／cm³程度
であるため、投入された石炭粒子は順次脱灰処理
槽２の底部へ降下する。しかしながら、ある種石
炭では水あるいは溶液に対して濡れにくい表面状
態を有していることもあり、その際には適当な界
面活性剤を脱灰剤溶液に添加することにより解決
できる。脱灰処理槽２の第１室２Ａの底部の供給
口１６より適当な流速をもつて供給される脱灰剤
溶液によつて石炭粒子は同槽２の上部へ図中矢印
で示すように上昇し、流動撹拌される。そして石
炭粒子は隔壁４を越えて脱灰処理槽２の第２室２
Ｂへ導入される。

上記のように、石炭自身の密度は1.2〜1.5g／
cm³であるが、石炭中に含まれている灰分の密度は
2.0〜5.0g／cm³であるため、脱灰処理槽２内で原
料石炭より灰分が溶解除去されるにつれて、石炭
粒子は石炭自身の密度に近づき、脱灰の進んだ石
炭粒子の密度は、脱灰されていない石炭粒子のそ
れよりも小さくなる。このため処理槽２の第１室
２Ａにおいて脱灰が進んだ石炭粒子は同室２Ａの
上部に集まり、隔壁４を越えて脱灰処理槽の第２
室２Ｂに移る割合が次第に多くなる。脱灰処理槽
２の第２室２Ｂにおいても第１室２Ａの場合と同
様に流動撹拌がなされる。灰分の溶解速度は通常
遅いため十分な滞留時間を必要とする。なお実施
例では脱灰処理槽２が２室２Ａ，２Ｂの場合を示
したが、必要に応じて脱灰処理槽２を追加するこ
ともできる。

脱灰処理槽２内で十分に灰分が溶解除去された
石炭は、つぎに脱灰取出口５より脱灰剤溶液とと
もにオーバーフローし、脱水機６に導入され、そ
こで脱灰炭と脱灰剤溶液に分離される。ここで脱
水機６としては遠心分離機あるいは過機などが
使用可能である。そして脱灰剤溶液の大部分は再
び脱灰剤溶液調製槽１１に戻されるが、一部は抜
き出され、排水処理装置１０で脱灰剤溶液中に溶
解したSi、Al、Fe等の金属イオン類をスラツジ
として除去し、処理された溶液は脱灰剤溶液調製
槽１１に戻され、循環使用される。

一方、脱水機６で脱水された石炭には塩酸もし
くはクエン酸、さらには弗化物が付着しているた
め、この石炭を洗浄槽７に導入する。そして循環
ポンプ８で洗浄水を循環使用しながら、洗浄槽７
内で石炭に付着した薬液を洗浄する。なお洗浄槽
７は必要に応じて複数基設置する。十分に洗浄さ
れた石炭は洗浄槽７から抜き出され、脱水機９に
導かれる。なお洗浄槽７に補給する水の量は、ス
ラツジおよび製品石炭に同伴して持ち出される水
の量に対応するものである。またこのような水洗
には従来の技術が使用される。

つぎに脱水器９で脱水された石炭は必要に応じ
乾燥工程を経た後製品石炭となる。脱水機９で分
離された水は再び脱灰剤溶液調製槽１１に戻され
る。脱灰剤溶液調製槽１１はデカンターの機能を
併有しており、仕切板１２および沈降物の排出口
１３を有している。この調製槽１１において溶液
が所定の濃度となるように脱灰剤を補給する。調
製後の脱灰剤溶液は、ポンプ１４を経て調節弁１
５により流量調節がなされた後、脱灰剤溶液供給
口１６より脱灰処理槽２へ供給される。なお灰分
の溶解速度は、処理温度が高いほど速くなるた
め、脱灰剤溶液を加温し、脱灰処理槽２を保温す
れば、脱灰効率がさらに上るので好ましいが、通
常脱灰剤溶液の温度を常温〜80℃とし、80℃を越
えて加温する必要はない。

この発明は、上述の次第で、石炭の脱灰処理を
連続的に効率よく実施でき、さらにつぎのような
効果を奏する。

(i) 粉砕された原料石炭と脱灰剤溶液とが固―液
流動層形式の脱灰処理槽２において流動撹拌に
より撹拌されるため、機械的な撹拌をする必要
がなく、機械的撹拌動力が不要である。また脱
灰処理装置は、常温〜80℃の比較的低い温度で
かつ常圧下で稼動するものであるので、操作が
非常に簡単であるとともに、使用熱量および動
力が少なくてすみ、非常に経済性が高い。さら
に脱灰処理層２の構造が非常に簡単であるた
め、腐食性溶液に対するテフロン等による防食
加工を容易に施すことができて、処理層２の腐
食を有効に防止し得る。

(ii) 連続脱灰処理層２を採用することにより、脱
灰処理層２内で灰分が充分に溶解除去された石
炭が連続的に排出され、石炭の脱灰処理を効果
よく実施することができる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の実施例を示すフローシートで
ある。 ２……脱灰処理槽、２Ａ……第１室、２Ｂ……
第２室、４……隔壁、６……脱水機、７……洗浄
槽、９……脱水機、１０……排水処理装置、１１
……脱灰剤溶液調製槽、１６……脱灰剤溶液供給
口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 塩酸もしくはクエン酸水溶液に、酸性弗化ア
   ンモン、弗化アンモン、酸性弗化ナトリウム、弗
   化ナトリウム、酸性弗化カリウム、弗化カリウム
   よりなる群の中から選ばれた弗化物が添加せられ
   てなる脱灰剤溶液が満され、かつ底部に脱灰剤溶
   液供給口１６を有するとともに、粉砕された石炭
   が底部近くに供給されるようになされた常圧下で
   稼動する単数もしくは複数の固液流動層タンクよ
   りなる脱灰処理槽２と、脱灰処理された石炭と脱
   灰剤溶液とを分離する脱水機６と、脱灰処理後の
   脱灰剤溶液の一部を処理する排水処理装置１０
   と、脱灰剤溶液調製槽１１とを備えており、脱灰
   処理槽２の底部近くに供給された粉砕原料石炭が
   脱灰剤溶液流によつて脱灰処理槽２内で流動せし
   められ、粉砕原料石炭中の灰分が溶解除去せら
   れ、脱水機６により脱灰炭と脱灰剤溶液とが分離
   せられ、分離された脱灰剤溶液の大部分が脱灰剤
   溶液調製槽１１に送られ、かつ一部が排水処理装
   置１０においてスラツジ除去せられたのち同調製
   槽１１に送られ、この調製槽１１より脱灰剤溶液
   が脱灰処理槽２へ循環供給せられるようになされ
   たことを特徴とする石炭の化学的脱灰処理装置。