JP7416654B2 - 改質石炭の製造方法および製造設備 - Google Patents

Description

本発明は、改質石炭の製造方法および製造設備に関する。

従来から、石炭を乾留して改質石炭を製造する改質石炭の製造方法として、下記特許文献１に記載の方法が知られている。この製造方法では、乾留ガスを乾留の熱源として使用することで、熱効率を高めている。
ところで、この種の改質石炭の製造方法において、乾留ガスには高沸点成分のタールが含まれていることから、例えば、このタールが配管に付着して配管を閉塞する等し、乾留設備の稼働率が低下するおそれがある。
そこで、下記特許文献１に記載の製造方法では、低温加熱ガスおよび廃熱ガスを乾留ガスに混合することで、タールの配管などへの付着を抑制している。

特開２０１３－１７３８３１号公報

しかしながら、前記従来の改質石炭の製造方法では、石炭を乾留させる乾留装置の装置構成が複雑となり、運転が煩雑となるといった課題がある。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、改質石炭の製造設備における乾留装置の装置構成を簡素化し、運転も容易にすることを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
［１］軸線の回りに回転する内筒と、内筒を、内筒の径方向の外側から覆う加熱室と、内筒に、軸線方向に複数配置され、内筒を径方向に貫通して加熱室内に開口する排気管と、を有する乾留装置を備え、内筒において、軸線方向に沿った上流側に位置する端部から石炭が供給され、軸線方向に沿った下流側に位置する端部から改質石炭が排出される改質石炭の製造設備であって、加熱室内に酸素含有ガスを供給して加熱室内の温度を制御する温度制御部と、加熱室内のガスを排出する煙道と、を更に備え、煙道は、加熱室において上流側に位置する端部にのみ接続されている、改質石炭の製造設備。
［２］温度制御部は、煙道内の温度が６００℃以上を維持し、かつ加熱室内の温度を６００℃以上となるように制御する、［１］に記載の改質石炭の製造設備。
［３］温度制御部は、加熱室内を軸線方向に複数に区画してなる制御ゾーンごとに温度を制御し、煙道は、複数の制御ゾーンのうち、最も上流側の制御ゾーンに接続されている、［１］または［２］に記載の改質石炭の製造設備。
［４］内筒の内周面から軸線に向かって突出し、石炭を撹拌する撹拌部材をさらに備える、［１］から［３］のいずれか１項に記載の改質石炭の製造設備。
［５］内筒の内部で下流側の熱分解ゾーンに配置される撹拌部材は、上流側の水分蒸発ゾーンに配置される撹拌部材よりも、軸線に対する傾斜角が大きい、［４］に記載の改質石炭の製造設備。
［６］水分蒸発ゾーンに配置される撹拌部材の軸線に対する傾斜角が０である、［５］に記載の改質石炭の製造設備。
［７］撹拌部材は、軸線方向について、水分蒸発ゾーンおよび熱分解ゾーンからなる加熱領域の９０％を超える範囲に配置される、［５］または［６］に記載の改質石炭の製造設備。
［８］撹拌部材と内筒の内周面との間に隙間が形成されている、［４］から［７］のいずれか１項に記載の改質石炭の製造設備。
［９］隙間の大きさは、内筒の径方向における撹拌部材の寸法の１０％～２５％である、［８］に記載の改質石炭の製造設備。
［１０］撹拌部材は、内筒の径方向に対して傾斜する折り曲げ部を有する、［４］から［８］のいずれか１項に記載の改質石炭の製造設備。
［１１］折り曲げ部は、撹拌部材の軸線側で内筒の内周面を基準にした撹拌部材の高さの３０％以上～７０％以下の範囲に形成され、
折り曲げ部の内筒の径方向に対する傾斜角は１０°以上４５°以下である、［１０］に記載の改質石炭の製造設備。
［１２］軸線の回りに回転する内筒と、内筒を、内筒の径方向の外側から覆う加熱室と、内筒に、軸線方向に複数配置され、内筒を径方向に貫通して加熱室内に開口する排気管と、を有する乾留装置を用いて、内筒において軸線方向に沿った上流側に位置する端部から石炭を供給し、軸線方向に沿った下流側に位置する端部から改質石炭を排出する改質石炭の製造方法であって、加熱室内に酸素含有ガスを供給して加熱室内の温度を制御する温度制御工程と、加熱室内のガスを排出するガス排出工程と、を含み、ガス排出工程では、加熱室において上流側に位置する端部からのみガスを排出する、改質石炭の製造方法。
［１３］温度制御工程は、加熱室内の温度を６００℃以上となるように制御する、［１２］に記載の改質石炭の製造方法。
［１４］温度制御工程は、加熱室内を軸線方向に複数に区画してなる制御ゾーンごとに温度を制御し、
ガス排出工程は、複数の制御ゾーンのうち、最も上流側の制御ゾーンからガスを排出する、［１２］または［１３］に記載の改質石炭の製造方法。
［１５］内筒の内周面から軸線に向かって突出する撹拌部材を用いて石炭を撹拌する、［１２］から［１４］のいずれか１項に記載の改質石炭の製造方法。
［１６］少なくとも内筒の内部で下流側の熱分解ゾーンに配置される撹拌部材が軸線に対する傾斜角を有し、石炭を上流側に押し戻すように撹拌する、［１５］に記載の改質石炭の製造方法。
［１７］撹拌部材と内筒の内周面との間に隙間が形成され、撹拌部材によって撹拌された石炭を隙間から落下させる、［１５］または［１６］に記載の改質石炭の製造方法。
［１８］撹拌部材は内筒の径方向に対して傾斜する折り曲げ部を有し、撹拌部材によって撹拌された石炭を折り曲げ部から落下させる、［１５］から［１７］のいずれか１項に記載の改質石炭の製造方法。

上記の構成によれば、改質石炭の製造設備における乾留装置の稼働率を確保しつつ、改質石炭の製造設備における乾留装置の装置構成を簡素化し、運転も容易にすることができる。

本発明の第１の実施形態に係る改質石炭の製造設備のブロック図である。 図１に示す改質石炭の製造設備を構成する乾留装置の模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る乾留装置の内筒の展開内面図である。 図３に示す内筒の非展開状態のＡ－Ａ線に沿った断面図である。 図３に示す内筒の非展開状態のＢ－Ｂ線に沿った断面図である。 図３に示す例における撹拌板の正面図である。 図３に示す例における撹拌板の側面図である。 本発明の第２の実施形態の変形例に係る乾留装置の内筒の断面図である。 本発明の第２の実施形態の変形例による撹拌板の正面図である。 本発明の第２の実施形態の変形例による撹拌板の側面図である。 検証試験における石炭の昇温速度と温度と揮発分との関係を示すグラフである。 検証試験における総括伝熱係数の測定結果を示すグラフである。 検証試験における隙間の大きさと飛散率および総括伝熱係数との関係を示すグラフである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（第１の実施形態）
以下、図面を参照し、本発明の第１の実施形態に係る改質石炭の製造設備を説明する。
図１に示すように、改質石炭の製造設備１０は、乾燥装置１１と、乾留装置１２と、冷却装置１３と、排ガスシステム１４と、を備えている。この製造設備１０は、例えば、褐炭や亜瀝青炭のような水分含有量の多い低品位炭を改質するのに好適に用いることができる。

乾燥装置１１は、石炭を乾燥する。乾燥装置１１は、例えば石炭の水分含有量が１５重量％以下、好ましくは、１０重量％以下になるまで、石炭を乾燥させる。乾留装置１２は、乾燥された石炭を乾留する。乾留装置１２は、例えば石炭の温度が５００℃以上、具体的には５５０℃～８００℃になるまで、石炭を乾留し、改質石炭にする。冷却装置１３は、乾留された改質石炭を冷却する。冷却装置１３は、例えば石炭の温度が７０℃以下、好ましくは６０℃以下になるまで、石炭を冷却させる。

排ガスシステム１４は、乾留装置１２から排出される水蒸気および部分燃焼（酸化）により一次燃焼された乾留ガスおよび同ガスに少量同伴される微粉炭を完全燃焼後に排ガスとして大気に放出する。排ガスシステム１４は、二次燃焼装置１５と、蒸気発生装置１６と、除塵装置１７と、吸引ファン１８と、排ガス処理装置１９と、を備えている。

二次燃焼装置１５は、一次燃焼された乾留ガスを二次燃焼させて完全燃焼させる。完全燃焼の段階でＮＯ_ｘが環境基準を上回るまで発生する場合には、後段に脱ＮＯ_ｘ装置を設置することが好ましい。
蒸気発生装置１６は、水蒸気および完全燃焼された乾留ガスからの廃熱回収により蒸気を発生させる。蒸気発生装置１６は、回収した蒸気の一部もしくは全部を乾燥装置１１に石炭の乾燥用熱源として供給する。除塵装置１７は、蒸気発生装置１６を通過したガスに同伴する微粉灰などを除去する。吸引ファン１８は、除塵装置１７からのガスを乾留装置１２の加熱室内の圧力が一定となるように吸引し、排ガス処理装置１９に送出する。排ガス処理装置１９は、ガスからＳＯ_ｘ等を除去することで排ガスを精製し、この排ガスを大気に放出する。

ところで乾留装置１２は、いわゆる外熱式ロータリーキルンである。図２に示すように、乾留装置１２は、内筒２１と、加熱室２２と、温度制御部２３と、を備えている。

乾留装置１２において、石炭は、内筒２１の内部を、内筒２１の軸線Ｏ方向に通過する。内筒２１において、軸線Ｏ方向に沿った上流側Ｄ１に位置する端部から石炭が定量で供給され、下流側Ｄ２に位置する端部から改質石炭が排出される。内筒２１の上流側Ｄ１の端部は、乾燥装置１１に接続され、内筒２１の下流側Ｄ２の端部は、冷却装置１３に接続されている。

内筒２１の軸線Ｏは、水平方向に傾斜して延びている。具体的には、内筒２１の軸線Ｏには、軸線Ｏ方向に沿った上流側Ｄ１から下流側Ｄ２に向かう下り緩勾配がつけられている。内筒２１は、軸線Ｏ回りに回転可能に形成されている。内筒２１の上流側Ｄ１の端部から供給された石炭は、内筒２１が下流に向けて傾斜していること、軸線Ｏ回りに回転することで、内筒２１の内周面を伝って所定の滞留時間をかけて徐々に下流側Ｄ２に向けて移動する。

加熱室２２は、内筒２１を、内筒２１の径方向（以下、「径方向」という）の外側から覆っている。加熱室２２には、内筒２１が、軸線Ｏ方向に挿通されていて、内筒２１の軸線Ｏ方向の両端部は、加熱室２２から軸線Ｏ方向に突出している。

ここで内筒２１には、排気管２４が設けられていて、乾留装置１２として、いわゆる角（つの）付きキルンが採用されている。
排気管２４は、内筒２１に、軸線Ｏ方向に複数配置されている。排気管２４は、内筒２１を径方向に貫通して加熱室２２内に開口している。排気管２４は、内筒２１において、加熱室２２内に位置する部分である加熱室内部分の２１ａに設けられている。図示された例において、排気管２４は、加熱室内部分２１ａにおける軸線Ｏ方向の全長にわたって設けられている。排気管２４は、軸線Ｏ方向に同等の間隔をあけて複数配置されている。排気管２４は、内筒２１の内部で石炭から発生したガスである水蒸気や高沸点成分のタールを含む乾留ガスを、加熱室２２内に排出する。

温度制御部２３は、加熱室２２内に空気を供給して加熱室２２内の温度を制御する。温度制御部２３は、排気管２４から加熱室２２内に排出された高沸点成分のタールを含む乾留ガスを、空気により部分燃焼（酸化）させることで、加熱室２２内を加熱する。なお空気と同様に、空気とは異なる酸素含有ガスを加熱室２２内に供給することも可能である。ここで酸素含有ガスとは、酸素を含有し、乾留ガスを燃焼（酸化）させることができるガスを意味する。酸素含有ガスとしては、空気の他に、例えば酸素を含有する排ガス、酸素富化空気などが使用できる。さらに本実施形態では、温度制御部２３は、加熱室２２内を、加熱室２２外の熱源すなわち燃料ガスにより加熱可能に形成されている。また、燃料ガスは、天然ガスやＬＰＧガス等を使用することができ、立ち上げ時の系の予熱にも使用される。

温度制御部２３は、制御ゾーンＺ１～Ｚ３ごとに温度を制御する。制御ゾーンＺ１～Ｚ３は、加熱室２２内が軸線Ｏ方向に複数に区画されてなる。図示の例では、制御ゾーンＺ１～Ｚ３は、３つに区画されており、上流側Ｄ１から下流側Ｄ２に向けて、第１制御ゾーンＺ１、第２制御ゾーンＺ２、第３制御ゾーンＺ３の順に区画されている。

温度制御部２３には、複数の制御ゾーンＺ１～Ｚ３にそれぞれに対応する複数の制御系２５が備えられている。各制御系２５は、空気供給部２６と、加熱部２７と、温度検出部２９と、制御本体部３０と、を少なくとも備えている。図示の例では、上記に加え、制御ゾーンＺ１～Ｚ３に蒸気供給部２８も備えた例を示す。なお空気供給部２６は、空気以外の酸素含有ガスを供給する場合も含めると、酸素含有ガス供給部と言い換えることができる。

空気供給部２６は、加熱室２２内に空気を供給する。空気供給部２６は、加熱室２２に空気を供給する打ち込み空気ファン３１と、打ち込み空気ファン３１を加熱室２２内に接続する第１配管３２と、第１配管３２に介装された第１制御弁３３と、を備えている。第１配管３２は、加熱室２２の上壁および下壁部分に、上壁側および下壁側の配管が対向方向となるように、かつ上壁と下壁の配管を複数に分岐した後に接続されている。なお第１制御弁３３に代わり、打ち込み空気ファン３１のモーターをインバーターを用いて回転数変更する供給空気量制御方式も適用可能である。

加熱部２７は、加熱室２２内を、加熱室２２外の燃料ガス（熱源）により加熱する。加熱部２７は、加熱室２２を加熱するバーナー３４と、バーナー３４に空気を供給するバーナーファン３６と、バーナーファン３６をバーナー３４に接続する第２配管３７と、第２配管３７に介装された第２制御弁３８と、バーナー３４に燃料ガスを供給する第３配管３９と、第３配管３９に介装された第３制御弁４０と、を備えている。バーナー３４は、供給部から供給された空気と燃料ガスとを混合して燃料ガスを燃焼させる。バーナー３４は、加熱室２２の下壁部分に設けられ、第１配管３２の下壁部分設置配管と同じ方向に設けられている。

蒸気供給部２８は、加熱室２２内に蒸気を供給し、加熱室２２内を冷却する。蒸気供給部２８は、例えば１５０℃程度の蒸気を加熱室２２内に供給する。蒸気供給部２８は、加熱室２２内に蒸気を供給する第４配管４１と、第４配管４１に介装された第４制御弁４２と、を備えている。第４配管４１は、加熱室２２の下壁に第１配管３２の下壁部分設置配管と同じ方向に接続されている。

温度検出部２９は、加熱室２２内の温度を検出する。温度検出部２９は、例えば温度センサにより構成することができる。
制御本体部３０は、温度検出部２９の検出結果に基づいて、空気供給部２６、加熱部２７および蒸気供給部２８を制御する。図示の例では、制御本体部３０は、第１～第４制御弁３３、３８、４０、４２を制御することで、空気供給部２６、加熱部２７および蒸気供給部２８を制御する。制御本体部３０は、例えばＰＬＣ（Programmable Logic Controller）などの制御装置により構成され、分散制御システム（ＤＣＳ：Distributed Control System）として実装されてもよい。

ここで加熱室２２には、加熱室２２からガスを排出する煙道４３が設けられている。煙道４３は、加熱室２２に接続され、加熱室２２内と二次燃焼装置１５とを接続する。このとき、煙道４３は、加熱室２２における上流側Ｄ１に位置する端部にのみ接続されている。これにより、加熱室２２内のガスは、加熱室２２において上流側Ｄ１に位置する端部からのみ排出される。煙道４３は、複数の制御ゾーンＺ１～Ｚ３のうち、最も上流側Ｄ１に位置する第１制御ゾーンＺ１に接続されている。

次に、改質石炭の製造設備１０および乾留装置１２の作用について説明する。
改質石炭の製造設備１０を用いた改質石炭の製造方法は、石炭を乾燥する乾燥工程と、乾燥した石炭を乾留する乾留工程と、乾留した石炭を冷却する冷却工程と、を備えている。乾燥工程は乾燥装置１１により実施され、乾留工程は乾留装置１２により実施され、冷却工程は冷却装置１３により実施される。

ここで乾留工程では、まず、加熱室２２を予熱する予熱工程を実施する。このとき、温度制御部２３の加熱部２７により、加熱室２２内を加熱する。
また、内筒２１の上流側Ｄ１の端部から石炭を供給し、下流側Ｄ２の端部から改質石炭を排出する。このとき、内筒２１の内部を通過する石炭から高沸点成分のタールを含む乾留ガスが発生すると、この乾留ガスが、内筒２１の内部から排気管２４を通して加熱室２２内に排出される。

そこで、加熱室２２内に空気を供給して加熱室２２内の温度を制御する温度制御を実施する（温度制御工程）。このとき、空気により乾留ガスを加熱室２２内で部分燃焼（酸化）させることで、加熱室２２内の温度を高め、内筒２１の内部を通過する石炭を、内筒２１を介して加熱することができる。また加熱室２２内の温度を、加熱室２２の壁面や煙道４３の壁面にタールが付着しない程度に高めることができる。

本実施形態では、加熱室２２の温度制御の際には、加熱室２２内の全体の温度を６００℃以上に制御する。このとき温度制御部２３は、複数の制御ゾーンＺ１～Ｚ３のいずれの温度も６００℃以上に制御する。温度制御部２３は、加熱室２２内の温度を過度に高めることなく、乾留装置１２が操業可能な範囲で加熱室２２内の温度を制御する。なお温度制御部２３は、空気供給部２６からの空気の供給量のみを制御することで、加熱室２２の温度を制御することができる。また温度制御部２３は、空気供給部２６のみならず、加熱部２７や蒸気供給部２８を制御することで、加熱室２２の温度を制御することも可能である。さらに、温度制御部２３は、煙道４３内の温度が６００℃以上を維持するように温度制御を実施してもよい。

ここで、加熱室２２内の温度は、例えば製造される改質石炭の用途などに応じて適宜変更することができる。加熱室２２内の温度は、例えば、内筒２１から排出される改質石炭の目標温度である改質石炭目標温度に基づいて設定することができる。具体的には、加熱室２２内の温度を、改質石炭目標温度に対して１００℃～１５０℃高い範囲で設定することが可能である。なお、改質石炭目標温度に対して、１００℃～１５０℃高い範囲であることは、必須条件ではなく、改質石炭目標温度以上の温度であれば適用可能である。

なお、例えば改質石炭目標温度を６５０℃～８５０℃とすることで、石炭の揮発分（ＶＭ）を５～１５質量％にして、改質石炭を無煙炭相当炭または半無煙炭相当炭とすることができる。さらに例えば、改質石炭目標温度を５５０℃～７５０℃とすることで、石炭の揮発分（ＶＭ）を１０～３０質量％にして、改質石炭を一般炭相当炭として好適に用いることができる。

ところで、加熱室２２の温度制御の際、内筒２１に上流側Ｄ１の端部から供給される石炭が１５０℃程度まで加熱される段階で石炭中の水分が蒸発する。その結果、内筒２１において、上流側Ｄ１に位置する部分では、水分の蒸発に必要な熱量が加わるために石炭の加熱に必要な熱量が大きくなり、下流側Ｄ２に位置する部分では水分の蒸発がなくなるので石炭の加熱に必要な熱量が小さくなる。したがって、内筒２１の内部では、上流側Ｄ１に位置する部分では石炭および雰囲気の温度が上昇し難い。また、内筒２１の上流側Ｄ１に位置する部分では石炭中の水分の蒸発により水蒸気が多く発生し、下流側Ｄ２に向かうに連れて、乾留ガスの発生量が多くなる。その結果、排気管２４から加熱室２２内に排出される乾留ガスは、上流側Ｄ１において下流側Ｄ２より少なくなる。従って、加熱室２２内についても、上流側Ｄ１に位置する部分では雰囲気ガスのカロリーが低いために温度が上昇し難い。

そこで、本実施形態では、加熱室２２において上流側Ｄ１に位置する端部からのみガスを排出するようにガス排出を実施する（ガス排出工程）。つまり、加熱室２２内のガスを上流側Ｄ１に位置する端部に設置した煙道４３からのみ排出する。これにより、加熱室２２内の下流側Ｄ２に位置する部分において多量に発生する乾留ガスが、加熱室２２から排出される過程で、加熱室２２内において上流側Ｄ１に位置する部分を通過する。このとき、乾留ガスに空気を供給して乾留ガスを部分燃焼（酸化）させることで、加熱室２２内において上流側Ｄ１に位置する部分の温度を確実に上昇させることができる。

以上説明したように、本実施形態に係る改質石炭の製造設備１０、乾留装置１２、改質石炭の製造方法および乾留方法によれば、乾留ガスを加熱室２２内で部分燃焼（酸化）させることで、加熱室２２内の温度を高めることができる。したがって、加熱室２２内の温度を、加熱室２２の壁面や煙道４３の壁面にタールが付着しない程度に高めることで、改質石炭の製造設備１０における乾留装置１２の稼働率を確保しつつ、改質石炭の製造設備１０における乾留装置１２の装置構成を簡素化し、運転も容易にすることができる。

また温度制御部２３が、煙道４３内の温度が６００℃以上を維持し、かつ加熱室２２内の温度を６００℃以上になるように制御するので、加熱室２２の壁面や煙道４３の壁面にタールが付着するのを確実に抑えることができる。これにより、改質石炭の製造設備１０における乾留装置１２の稼働率を確実に確保することができる。

さらに温度制御部２３が、制御ゾーンＺ１～Ｚ３ごとに温度を制御するので、加熱室２２内の温度を、加熱室２２の壁面や煙道４３の壁面にタールが付着しない程度に確実に高めることができる。例えば、複数の制御ゾーンＺ１～Ｚ３のうち、温度が上昇し易い下流側Ｄ２の第３制御ゾーンＺ３において、乾留ガスが過剰に部分燃焼（酸化）するのを抑えて、未燃ガスを上流側へと移動させ、温度が上昇し難い上流側Ｄ１の第１制御ゾーンＺ１において、下流側からの未燃ガスを含んだ乾留ガスを積極的に部分燃焼（酸化）させることができる。これにより、改質石炭の製造設備１０における乾留装置１２の稼働率を確実に確保することができる。

なお、本実施形態については、以下に例示するように種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上述した例では蒸気発生装置１６が回収した蒸気を乾燥装置１１に熱源として供給するが、蒸気発生装置１６とは異なる装置から乾燥装置１１に熱源が供給されてもよい。また、例えば、上述した例では温度制御部２３が制御ゾーンＺ１～Ｚ３ごとに温度を制御しているが、温度制御部２３が加熱室２２内の温度を一体に制御してもよい。さらに、例えば、上述した例では加熱室２２内に空気を供給するが、空気と同様に、空気とは異なる酸素含有ガスを加熱室２２内に供給してもよい。ここで酸素含有ガスとは、酸素を含有し、乾留ガスを燃焼（酸化）させることができるガスを意味する。酸素含有ガスとしては、空気の他に、例えば酸素を含有する排ガス、酸素富化空気などが使用できる。その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、上述した例における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、変形例を適宜組み合わせてもよい。

次に、上記の第１の実施形態の作用効果を検証する第１～第３の検証試験を実施した。なお以下の第１～第３の検証試験では、加熱室２２内に、酸素含有ガスとしての空気を供給した。

（第１の検証試験）
第１の検証試験では、煙道４３の軸線Ｏ方向の位置の違いに基づく加熱室２２内の温度について検証した。第１の検証試験では、試験例Ａ１および試験例Ｂ１として２種類の乾留装置１２を用いた。これらの２つの乾留装置１２はいずれも、内筒２１の直径は５００ｍｍとし、内筒２１の加熱室内部分２１ａの軸線Ｏ方向の大きさは３０００ｍｍとし、内筒２１の軸線Ｏの水平方向に対する傾斜角度は１．０度とし、内筒２１の回転速度は３．１ｒｐｍとした。また、内筒２１に供給される石炭の水分を１１．８重量％とし、内筒２１に供給される石炭の供給速度を、２８０ｋｇ／ｈ～２９０ｋｇ／ｈとした。さらに、第２制御ゾーンＺ２の温度に基づいて、各制御系２５から制御ゾーンＺ１～Ｚ３それぞれに供給される空気量の供給速度を設定した。このとき、各制御ゾーンＺ１～Ｚ３に供給する空気量の供給速度を同等とし、３ゾーン合計の空気量の供給速度は２８０Ｎｍ^３／ｈ～２８５Ｎｍ^３／ｈとした。

ここで、試験例Ａ１と試験例Ｂ１とでは、煙道４３の軸線Ｏ方向の位置を異ならせた。試験例Ａ１では、上記の実施形態と同様に、煙道４３を、加熱室２２の上流側Ｄ１の端部の制御ゾーンＺ１のみに接続した。試験例Ｂ１では、煙道４３を、加熱室２２の下流側Ｄ２の端部の制御ゾーンＺ３のみに接続した。
この第１の検証試験では、第１～第３制御ゾーンＺ３それぞれの温度と、内筒２１から排出される石炭の温度である排出石炭温度と、を測定した。結果を以下表１に示す。

この結果から、試験例Ａ１では、試験例Ｂ１よりも加熱室２２内の温度にばらつきが生じ難くなっていて、排出石炭温度も高められていることが確認された。

（第２の検証試験）
第２の検証試験では、加熱室２２内の温度の違いに基づくタールの付着について検証した。第２の検証試験では、試験例Ａ２および試験例Ｂ２として２種類の乾留装置１２を用いた。これらの２つの乾留装置１２はいずれも、内筒２１の直径は５００ｍｍとし、内筒２１の加熱室内部分２１ａの軸線Ｏ方向の大きさは３０００ｍｍとし、内筒２１の軸線Ｏの水平方向に対する傾斜角度は１．０度とし、内筒２１の回転速度は３．１ｒｐｍとした。また、内筒２１に供給される石炭の水分を１２．３重量％とし、内筒２１に供給される石炭の供給速度を、２７５ｋｇ／ｈ～２８０ｋｇ／ｈとした。さらに、煙道４３を、加熱室２２の上流側Ｄ１の端部の制御ゾーンＺ１のみに接続した。

試験例Ａ２と試験例Ｂ２とでは、加熱室２２の運転温度によるタール付着の影響を比較するために、第２制御ゾーンＺ２の目標温度を異ならせた。試験例Ａ２では第２制御ゾーンＺ２の温度が６３０℃程度とし、試験例Ｂ２では第２制御ゾーンＺ２の温度が５５０℃程度とした。試験例Ａ２および試験例Ｂ２では、それぞれの第２制御ゾーンＺ２の目標温度に基づいて、各制御系２５から制御ゾーンＺ１～Ｚ３それぞれに供給される空気量の供給速度を設定した。このとき、試験例Ａ２および試験例Ｂ２それぞれにおいて、各制御ゾーンＺ１～Ｚ３に供給する空気量の供給速度を同等とした。具体的には、試験例Ａ２では各制御ゾーンＺ１～Ｚ３の空気量の供給速度の合計を２１５Ｎｍ^３／ｈとし、試験例Ｂ２では各制御ゾーンＺ１～Ｚ３の空気量の供給速度の合計を１６３Ｎｍ^３／ｈとした。なお、この場合における第１～第３制御ゾーンＺ３それぞれの温度および排出石炭温度を、以下表２に示す。

この第２の検証試験では、試験例Ａ２および試験例Ｂ２それぞれについて、５日間連続して操業し、１日目における内筒２１から二次燃焼装置１５までの間の圧力損失と、５日目における内筒２１から二次燃焼装置１５までの間の圧力損失とを測定した。ここで、内筒２１から二次燃焼装置１５までの間の圧力損失は、内筒２１の下流側Ｄ２の端部と二次燃焼装置１５側の端部との間のガスの圧力差によって測定する。

試験例Ａ２および試験例Ｂ２とも、１日目の運転開始直後における煙道４３の圧力損失は、０．０２ｋＰａであった。試験例Ａ２では、５日目における煙道４３の圧力損失は、０．０３ｋＰａであるのに対して、試験例Ｂ２では、５日目における煙道４３の圧力損失は、１．４５ｋＰａであった。
この結果から、試験例Ａ２では、試験例Ｂ１よりも煙道４３の圧力損失が小さく、タールの付着が抑えられていることが確認された。

（第３の検証試験）
第３の検証試験では、制御ゾーンＺ１～Ｚ３ごとに温度を制御することによる石炭の揮発分の違いについて検証した。第３の検証試験では、試験例Ａ３および試験例Ｂ３として２種類の乾留装置１２を用いた。これらの２つの乾留装置１２はいずれも、内筒２１の直径は５００ｍｍとし、内筒２１の加熱室内部分２１ａの軸線Ｏ方向の大きさは３０００ｍｍとし、内筒２１の軸線Ｏの水平方向に対する傾斜角度は１．０度とし、内筒２１の回転速度は３．１ｒｐｍとした。また、内筒２１に供給される石炭の水分を１２．１重量％とし、内筒２１に供給される石炭の供給速度を、２２０ｋｇ／ｈ～２２５ｋｇ／ｈとした。さらに、煙道４３を、加熱室２２の上流側Ｄ１の端部の制御ゾーンＺ１のみに接続した。そして、排出改質石炭温度に基づいて、各制御系２５から制御ゾーンＺ１～Ｚ３それぞれに供給される空気の供給速度を設定した。このとき、排出石炭温度が６５５℃前後となるように、各制御系２５を制御した。

試験例Ａ３と試験例Ｂ３とでは、加熱室２２内における温度の分布を異ならせた。
すなわち、試験例Ａ３では、温度制御部２３により、各制御ゾーンＺ１～Ｚ３の温度がほぼ同等になるように、加熱室２２の温度を制御した（表３参照）。このとき試験例Ａ３では、各制御系２５からの空気量の供給速度を異ならせて、第１制御ゾーンＺ１には１２０Ｎｍ^３／ｈで空気を供給し、第２制御ゾーンＺ２には７０Ｎｍ^３／ｈで空気を供給し、第３制御ゾーンＺ３には３５Ｎｍ^３／ｈで空気を供給した。
一方、試験例Ｂ３では、各制御系２５からの空気の供給速度を同等にして、各制御ゾーンＺ１～Ｚ３に各々７５Ｎｍ^３／ｈで空気量の供給速度で空気を供給した。その結果、各制御ゾーンＺ１～Ｚ３の温度は、表３に示すように各ゾーンの温度がばらついた。

この第３の検証試験では、試験例Ａ３および試験例Ｂ３それぞれについて、内筒２１から排出される改質石炭の揮発分を測定した。試験例Ａ３では揮発分が６．２重量％であるのに対し、試験例Ｂ３では揮発分が９．２重量％であった。
この結果から、試験例Ａ３では、排出石炭温度が試験例Ｂ３と同等であるにも関わらず試験例Ｂ３よりも揮発度が小さく、効果的に乾留されていることが確認された。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態でも上記の第１の実施形態と同様の外熱式ロータリーキルンの乾留装置を含む製造設備を用いて改質石炭が製造される。本実施形態では、以下で説明するように乾留装置の内筒の中で石炭を撹拌するための撹拌部材が設けられる。なお、それ以外の点については上記の第１の実施形態の例に限らず一般的な外熱式ロータリーキルンの構成を採用することが可能であり、例えば加熱室において煙道は必ずしも上流側の端部にのみ接続されなくてもよい。

図３は、本発明の第２の実施形態に係る乾留装置における内筒の内周面の展開図である。図示された例において、内筒２１の内部は上流側から下流側に向けて送り領域２１１と加熱領域２１２に区分され、加熱領域２１２は水分蒸発ゾーン２１２Ａおよび熱分解ゾーン２１２Ｂにさらに区分される。また、熱分解ゾーン２１２Ｂの下流側は出口領域２１３である。本実施形態では、石炭を撹拌するための撹拌板５１，５２が、それぞれ水分蒸発ゾーン２１２Ａおよび熱分解ゾーン２１２Ｂで内筒２１の内周面２１ｃから軸線Ｏ（図２参照）に向かって突出して設けられる。送り領域２１１には石炭を加熱領域２１２に送り込むための送りリフター２１１Ｌが設けられ、出口領域２１３には撹拌板およびリフターは設けられない。

撹拌板５１，５２は、内筒２１の周方向について９０°間隔で方向を変えて配列された排気管２４とは別に、内筒２１の周方向について所定間隔（図示された例では４５°間隔）で配列される。水分蒸発ゾーン２１２Ａでは、周方向に配列される複数の撹拌板５１のそれぞれが軸線Ｏに対して平行に延びている。つまり、水分蒸発ゾーン２１２Ａの撹拌板５１の軸線Ｏに対する傾斜角は０である。図４Ａは図３のＡ－Ａ線に沿った断面図、すなわち展開されていない状態の内筒２１の水分蒸発ゾーン２１２Ａにおける断面図であり、各撹拌板５１が内筒２１の内周面２１ｃから軸線Ｏに向かって突出し、かつ内筒２１の周方向に等間隔に配列される例が示されている。撹拌板５１は、軸線Ｏとは反対側の端部でブラケット５３を介して内周面２１ｃに取り付けられている。軸線Ｏの方向で隣接する撹拌板５１は内筒２１の周方向について間隔の１／２（図示された例では２２．５°）だけ互いにずれて配列されている。本実施形態において、水分蒸発ゾーン２１２Ａの撹拌板５１は軸線Ｏの方向に例えば４列配列されている。

一方、熱分解ゾーン２１２Ｂでは、水分蒸発ゾーン２１２Ａにおける撹拌板５１の配列と同様な周方向の間隔（図では４５°間隔）および長さ方向の間隔で、複数の撹拌板５２が配列されている。熱分解ゾーン２１２Ｂでは、周方向に配列される複数の撹拌板５２のそれぞれが軸線Ｏに対して傾斜角β（図３参照）を有する。傾斜角βの大きさは、例えば４．３°～４．５°程度である。熱分解ゾーン２１２Ｂでは、撹拌板５２が傾斜角βを有することによって、内筒２１を所定の向きに回転させた場合に通過する石炭を上流側に押し戻すように撹拌することができる。その一方で、水分蒸発ゾーン２１２Ａでは傾斜角を有さない撹拌板５１によって石炭が熱分解ゾーン２１２Ｂ側に送り出されるため、熱分解ゾーン２１２Ｂ内での石炭の充填率がより均一になり、滞留時間を長く設定することができる。図４Ｂは図３のＢ－Ｂ線に沿った断面図、すなわち展開されていない状態の内筒２１の熱分解ゾーン２１２Ｂにおける断面図であり、各撹拌板５２が内筒２１の内周面２１ｃから軸線Ｏに向かって突出し、かつ内筒２１の周方向に等間隔に配列され、かつ軸線Ｏに対して傾斜角βを有するために端面だけではなく板面が見えている例が示されている。本実施形態において、熱分解ゾーン２１２Ｂの撹拌板５２は軸線Ｏの方向に例えば８列配列されている。

加えて、熱分解ゾーン２１２Ｂにおける撹拌板５２は、図５Ａおよび図５Ｂに示すようにブラケット５３を介して内周面２１ｃに取り付けられ、撹拌板５２と内筒２１の内周面２１ｃとの間には隙間５４が形成されている。このような隙間５４が形成されることで、内筒２１の回転時に撹拌板５２によって撹拌された石炭の一部を隙間５４から内周面２１ｃに沿って落下させることができ、石炭の粒子が軸線Ｏ側に飛散して排気管２４に吸い込まれるのを防止しつつ、内筒２１の内部での石炭の混合を促進させることができる。

本実施形態において、上記のような撹拌板５１，５２は、軸線Ｏの方向について、水分蒸発ゾーン２１２Ａおよび熱分解ゾーン２１２Ｂからなる加熱領域２１２の全体に配置されている。石炭の飛散を防止しながら均一に撹拌混合するためには、撹拌板５１，５２を加熱領域２１２の９０％を超える範囲に設置することが好ましい。

次に、上記の第１の実施形態で説明した図１もあわせて参照して、本実施形態における乾留装置を用いた改質石炭の製造方法について説明する。まず、図示しない駆動部を駆動させることで内筒２１を軸線Ｏ回りに回転させるとともに、加熱部２７によって加熱室２２内を加熱する。そして、内筒２１の内部が所定の高温になると石炭を内筒２１の内部に投入し、加熱室２２内の高熱によって乾留させる。

回転する内筒２１の内部に石炭を投入すると、送り領域２１１の送りリフター２１１Ｌによって加熱領域２１２の水分蒸発ゾーン２１２Ａに搬送され、石炭に含まれる水分が蒸発させられる。水分蒸発ゾーン２１２Ａにおいて、撹拌板５１は内筒２１の軸線Ｏと平行に配列されているため、石炭の粒子は撹拌板５１によって撹拌されながら内筒２１の内周面２１ｃに沿って搬送され、熱分解ゾーン２１２Ｂに搬送される。

熱分解ゾーン２１２Ｂでは、内筒２１の回転によって撹拌板５２が回転させられ、内筒２１の内部で石炭が撹拌板５２によって撹拌混合される。その際、一部の石炭は撹拌板５２によって持ち上げられ、他の一部の石炭は撹拌板５２で持ち上げられずに隙間５４から落下して内周面２１ｃ上を流動する。撹拌板５２上の石炭の全体が軸線Ｏ側に落下するのではないことによって、撹拌に伴う飛散量を抑制できる。

ここで、図４Ｂに示すように、熱分解ゾーン２１２Ｂに配置される撹拌板５２は、撹拌板５２の高さｈａ（内周面２１ｃを基準にした、内筒２１の径方向における寸法）が石炭の充填高さｈｍに対して６０％～９０％となるように設計されることが好ましい。石炭の充填高さｈｍが撹拌板５２の高さｈａに対して小さすぎると撹拌効果が小さく、逆に大きすぎると石炭の飛散が増大する。内筒２１への石炭の投入量を、撹拌板５２の高さｈａが石炭の充填高さｈｍに対して上記の範囲になるように調節してもよい。また、図５Ａに示されるように、内周面２１ｃと撹拌板５２の延長面との交点（ブラケット５３が内周面２１ｃに接合される位置）から撹拌板５２の軸線Ｏ側の端部までの距離を高さｈａとし、隙間５４の高さ、すなわち内周面２１ｃと撹拌板５２の延長面との交点から撹拌板５２の内周面２１ｃ側の端部までの距離を高さｈｂとした場合、隙間５４の高さｈｂは撹拌板５２の高さｈａの１０％～２５％の範囲、より好ましくは１０％～２０％の範囲にあることが好ましい。

このように、本実施形態では、内筒２１の熱分解ゾーン２１２Ｂで石炭を乾留するにあたり、撹拌板５２による撹拌によって、石炭の融着や塊状化を防止できる。これによって、内筒２１の内部に堆積した石炭の温度偏差が小さくなり、加熱室２２からの熱が効率的に伝達される。また、隙間５４を設けることによって撹拌時における石炭の飛散を抑え、不揮発成分である炭化物の粒子が排気管２４から排出されるのを抑制できる。

また、上述のように内筒２１の軸線Ｏには下り緩勾配がつけられているため、内筒２１の全体を通じて石炭は下流側に向かって移動するが、熱分解ゾーン２１２Ｂの撹拌板５２が傾斜角βを有することによって、撹拌板５２で撹拌された石炭の下流側への移動はある程度妨げられ、一部が上流側に押し戻される。その一方で、水分蒸発ゾーン２１２Ａでは石炭が傾斜角を有さない撹拌板５１によって下流側に送り出されるため、熱分解ゾーン２１２Ｂ内の石炭の充填率がより均一になり、滞留時間が長くなる。例えば、熱分解ゾーン２１２Ｂにおける温度を６５０℃とし、本実施形態とは異なり熱分解ゾーン２１２Ｂでも傾斜角を有さない撹拌板を設けた場合、内筒２１に投入された石炭が熱分解ゾーン２１２Ｂに滞留する時間は例えば５０分間程度である。他の条件は同様にして、本実施形態のように熱分解ゾーン２１２Ｂに傾斜角βを有する撹拌板５２を設けた場合、石炭が熱分解ゾーン２１２Ｂに滞留する時間は約２０％延長されて６０分程度になり、これによって石炭の受熱面積が約８％向上する。つまり、上記の例では、撹拌板５２が傾斜角βを有することによって乾留装置における石炭への伝熱効率が約８％向上する。

なお、本実施形態については、上記の第１の実施形態との組み合わせが可能である他、以下に例示するように種々の変更を加えることが可能である。また、上記で説明した撹拌板５２が傾斜角βをもって配置される構成と、撹拌板５２と内筒２１の内周面２１ｃとの間に隙間５４を設ける構成とは、それぞれ別個に効果を奏するため、いずれか一方のみが採用されてもよい。

例えば、上述した例では、水分蒸発ゾーン２１２Ａの撹拌板５１を軸線Ｏに対して平行に設置したが、水分蒸発ゾーン２１２Ａにおける撹拌板５１も軸線Ｏに対して傾斜角をもって配置してもよい。この場合、軸線Ｏに対する撹拌板５１の傾斜角は、撹拌板５２の傾斜角βより小さく設定することが好ましい。

また、内筒２１の周方向に配列される撹拌板５２の設置間隔は、等間隔であることが好ましいが、不等間隔であってもよい。撹拌板５２は、内筒２１の内径に応じて４枚～１２枚、より好ましくは６枚～１０枚の範囲で設置できる。内周面２１ｃの周方向に設置する撹拌板５２の数は、石炭の混合撹拌効果を向上できる範囲で適宜設定できるが、撹拌板５２の設置数を増やし過ぎると石炭の粒子が撹拌板５２間で細かく区画されてしまい、混合割合が低下するので好ましくない。

次に、図６、図７Ａおよび図７Ｂを参照して、本発明の第２の実施形態の変形例について説明する。本変形例では、撹拌板５２に、内筒２１の径方向に対して傾斜する折り曲げ部５２ｂが形成される。具体的には、図７Ａに示されるように、内周面２１ｃと撹拌板５２の延長面との交点（ブラケット５３が内周面２１ｃに接合される位置）から撹拌板５２の軸線Ｏ側の端部までの距離を高さｈａとし、隙間５４の高さ、すなわち内周面２１ｃと撹拌板５２の延長面との交点から撹拌板５２の内周面２１ｃ側の端部までの距離を高さｈｂとし、撹拌板５２の軸線Ｏ側に形成される折り曲げ部５２ｂとそれ以外の部分との境界の内周面２１ｃからの距離を高さｈｃとした場合、高さｈｃは高さｈａの３０％～７０％の範囲であることが好ましい。つまり、折り曲げ部５２ｂは、撹拌板５２の軸線Ｏ側で内筒２１の内周面２１ｃを基準にした撹拌板５２の高さの３０％以上～７０％以下の範囲に形成されることが好ましい。また、折り曲げ部５２ｂの内筒２１の径方向に対する傾斜角γは１０°以上４５°以下であることが好ましい。上記の例では、撹拌板５２によって撹拌された石炭のうち、折り曲げ部５２ｂ上にあるものが先行して落下することで、例えば折り曲げ部が形成されない撹拌板５２の端部から石炭が（内筒２１の回転によって撹拌板５２の角度が水平を超えた時点で）一度に落下する場合に比べて石炭の飛散を抑制できる。

（第４の検証試験）
次に、本発明の第２の実施形態に係る検証試験の結果について説明する。第４の検証試験では、試験例Ａ４および試験例Ａ５として、揮発分が５０ｗｔ％程度の褐炭を５ｍｍ以下に粉砕して乾燥させたものを原料炭として用いて熱分解試験を実施した。原料炭の加熱温度と生成された改質石炭のＶＭ値（揮発分）との関係を図８のグラフに示す。試験例Ａ４では石炭の昇温速度を７℃／分とし、試験例Ａ５では２５℃／分とした、それぞれ１分間保持した。試験例Ａ４，Ａ５のそれぞれで石炭温度が５５０℃、６５０℃、７５０℃の時にＶＭ値を測定すると、昇温速度が低い試験例Ａ４の場合の方が試験例Ａ５と比較してＶＭ値が低いという結果が得られた。この結果から、石炭の最終到達温度が同じであっても、昇温速度を比較的低く設定して熱分解ゾーンでの加熱（滞留）時間を長く維持することによって石炭のＶＭ値を低減し、乾留炭の揮発を促進できることがわかる。

（第５の検証試験）
第５の検証試験では、内筒の内径φ５００ｍｍ×加熱長Ｌ＝３０００ｍｍ（水分蒸発ゾーンおよび熱分解ゾーンを合わせた加熱領域の長さ）の外熱式ロータリーキルンを用いて石炭の乾留を行った。加熱領域の全長にわたって内筒の内周面周方向について４枚の撹拌板を配置し、撹拌板の傾斜角が０．０°（試験例Ｂ４）、４．０°（試験例Ａ６）、６．０°（試験例Ａ７）の３通りについて実験を行った。実験では、石炭投入量２８０ｋｇ／ｈ、内筒の回転数を３．１ｒｐｍ、内筒の下り勾配角度１．０°、撹拌板の高さｈａ＝９０ｍｍとし、試験例Ｂ４および試験例Ａ６，Ａ７について、実測滞留時間（ｍｉｎ）および総括伝熱係数（ｋｃａｌ／ｍ^２ｈ℃）とを測定した。結果を表４に示す。

表４に示す試験結果から、内筒の加熱領域に配置される撹拌板に傾斜角をもたせた試験例Ａ６，Ａ７において、傾斜角がない試験例Ｂ４と比較して実測滞留時間が長くなり、総括伝熱係数が大きくなることを確認できた。

（第６の検証試験）
第６の検証試験では、内筒の内径φ５００ｍｍ、加熱長Ｌ＝３０００ｍｍ、内筒の下り勾配角度１．０°の外熱式ロータリーキルンを用いて石炭の乾留を行った。試験例Ｂ５では加熱領域の全長に渡って軸線に対して傾斜角をもたない撹拌板を設置し、試験例Ａ８では加熱領域のうち内筒の上流側の端部から６００ｍｍの範囲までは傾斜角のない撹拌板を設置し、それ以降は傾斜角４°の撹拌板を設置した。試験例Ａ９では加熱領域のうち内筒の上流側の端部から６００ｍｍの範囲までは傾斜角のない撹拌板を設置し、それ以降は傾斜角６°の撹拌板を設置した。実験では、石炭投入量２８０ｋｇ／ｈ、内筒の回転数を３．１ｒｐｍ、撹拌板の高さｈａ＝９０ｍｍ、内筒の下流側の端部における炭化物の目標温度を６４０℃とし、試験例Ｂ５および試験例Ａ８，Ａ９について、実測滞留時間（ｍｉｎ）、総括伝熱係数（ｋｃａｌ／ｍ^２ｈ℃）および乾留後の石炭揮発分（％）を測定した。結果を表５に示す。

表５に示す試験結果から、水分蒸発ゾーンには傾斜角のない撹拌板を、熱分解ゾーンには傾斜角をもった撹拌板をそれぞれ設置した試験例Ａ８，Ａ９では、加熱領域の全長に傾斜角をもった撹拌板を設置した上記の試験例Ａ６，Ａ７に比べて主に水分蒸発ゾーンで実測滞留時間が若干短くなる。ただし、水分蒸発ゾーンでは石炭に含まれる水分が蒸発しきっていないために内筒の内外での温度差が大きく、滞留時間が長くなっても総括伝熱係数の増加にはつながらない。従って、熱分解ゾーンでの滞留時間が同程度である試験例Ａ６，Ａ７と試験例Ａ８，Ａ９の間で総括伝熱係数はほとんど変わらなかった。また、内筒の下流側の端部における炭化物の目標温度が同じである場合、実測滞留時間の長い試験例Ａ６，Ａ７の方がより揮発分の低い改質石炭が得られた。

（第７の検証試験）
第７の検証試験では、内筒の内径φ５００ｍｍ、加熱長Ｌ＝３０００ｍｍ、内筒の下り勾配角度１．０°の外熱式ロータリーキルンを用いて石炭の乾留を行い、撹拌板の有無と設置数の違いによる内筒の内部の総括伝熱係数の測定値について試験した。石炭投入量１９０ｋｇ／ｈ～２８０ｋｇ／ｈ、内筒の回転数を２．２ｒｐｍ～３．０ｒｐｍ、加熱室の燃焼温度を７９０℃～８４０℃、内筒の内部における石炭の充填高さｈｍを１００ｍｍ～１４０ｍｍの範囲に設定した。試験例Ｂ６では撹拌板を設けず、試験例Ａ１０では撹拌板を周方向に２枚（１８０°間隔）で配置し、試験例Ａ１１では撹拌板を周方向に４枚（９０°間隔）で配置し、試験例Ａ１２では撹拌板を周方向に８枚（４５°間隔）で配置した。撹拌板の高さｈａはいずれも７５ｍｍとした。各試験例について、撹拌板の配置長さを変更し、撹拌板の周方向の枚数×撹拌板の全長を加熱長Ｌで除した値Ｋを変化させながら石炭の乾留を行い、内筒の全内周面の面積を基準とする総括伝熱係数Ｕ（ｋｃａｌ／ｍ^２ｈ℃）を測定した。

図９は、第７の検証試験に係る総括伝熱係数の測定結果を示すグラフである。グラフに示されるように、撹拌板を設置することによって、また撹拌板の周方向の枚数および総面積が増大するに従って総括伝熱係数が大きくなることを確認できた。この結果は、撹拌板を設置し、周方向の枚数および総面積を増大させることで、内筒の内部における石炭の撹拌混合が促進されることを示している。

（第８の検証試験）
第８の検証試験では、内筒の内径φ２７００ｍｍ、加熱長Ｌ＝３０００ｍｍの外熱式ロータリーキルンにおける撹拌板の折り曲げ部の有無による石炭の飛散位置の違いをＤＥＭ（Discrete Element Method）による計算で求めた。内筒の回転数は２．７ｒｐｍ、内筒の内部における石炭模擬粒子の充填高さｈｍは６９０ｍｍとした。撹拌板は試験例Ｂ７、試験例Ａ１３ともに周方向に６０°間隔で６枚配置した。試験例Ｂ７の撹拌板は内筒の径方向に延びる平板形状であり、試験例Ａ１３の撹拌板は図６に示すように撹拌板の上部に折り曲げ部を有する形状である。試験例Ｂ７、試験例Ａ１３とも、撹拌板と内筒の内周面との間には隙間が形成されない。試験例Ｂ７、試験例Ａ１３のそれぞれで、内筒が３回転する間に撹拌板によって撹拌された石炭の粒子が飛散する量を、内筒の中心軸線から内周面までの距離の関数として演算した。その結果を表６に示す。

表６に示す結果から、試験例Ｂ７に比べて試験例Ａ１３では、石炭の粒子が飛散する範囲が軸線付近から内周面付近に移動していることがわかる。この結果は、撹拌板に折り曲げ部を設けることによって、内筒の軸線付近に飛散して排気管から排出される石炭の粒子を減少させられることを示している。

（第９の検証試験）
第９の検証試験では、内筒の内径φ５００ｍｍ、加熱長Ｌ＝３０００ｍｍの外熱式ロータリーキルンを用いて石炭の乾留を行い、撹拌板と内筒の内周面との間の隙間の有無による石炭の飛散状況を試験した。それぞれの例において撹拌板は内筒の内周面から上端までの高さｈａが９０ｍｍであり、上部に折り曲げ部を有する形状である。撹拌板と内周面との間の隙間の大きさは、試験例Ｂ８では０（隙間なし）、試験例Ａ１４では１５ｍｍ、試験例Ｂ９では高さ３５ｍｍとした。内筒に投入される石炭の含有水分を１２．５０％とし、内筒の回転数を３．１ｒｐｍとした。試験では、石炭の投入量および加熱後の温度から既知の収率関数を用いて、乾留後の改質石炭の排出量の予測値を計算した。この予測値と、内筒から排出された改質石炭の排出量の実測値との差分を、内筒の内部で飛散して排気管から排出された石炭粒子の量であるとみなして飛散率を算出した。結果を表７に示す。

表７に示す結果から、撹拌板と内筒の内周面との間の隙間を大きくすることによって石炭の飛散量を低下させられることがわかる。ただし、以下の検証試験で示すように、隙間が大きすぎると石炭への伝熱係数が減少する場合があるため、隙間の大きさは適切な範囲で設定することが望ましい。

（第１０の検証試験）
第１０の検証試験では、内筒の内径φ５００ｍｍ、加熱長Ｌ＝３０００ｍｍの外熱式ロータリーキルンを用いて石炭の乾留を行い、撹拌板と内筒の内周面との間に隙間がある場合とない場合とにおける総括伝熱係数を実測した。それぞれの例において撹拌板は内筒の内周面から上端までの高さｈａが９０ｍｍであり、撹拌板と内周面との間の隙間の大きさは、試験例Ｂ１０では０（隙間なし）、試験例Ａ１５では１５ｍｍ、試験例Ｂ１１では３５ｍｍである。内筒の回転数は２．７ｒｐｍ、石炭投入量は２８０ｋｇ／ｈ、内筒の内部における石炭の充填高さｈｍは１５０ｍｍとした。それぞれの例における総括伝熱係数の算出結果を表８に示す。

表８に示す結果から、隙間の大きさを１５ｍｍとした試験例Ａ１５では隙間のない試験例Ｂ１０に比べて総括伝熱係数が上昇するものの、隙間の大きさを３５ｍｍとした試験例Ｂ１１ではかえって隙間のない試験例Ｂ１０よりも総括伝熱係数が低下した。この結果から、撹拌板と内筒の内周面との間に適切な大きさの隙間を設けることによって石炭の撹拌の効率が向上するが、隙間が大きすぎると撹拌の効率が低下することがわかる。

図１０は、上記の第９および第１０の検証試験の結果について、内筒の内周面と撹拌板との間の隙間の大きさと石炭の飛散率および総括伝熱係数との関係を示すグラフである。グラフに示されるように、石炭粒子の飛散率は隙間が大きいほど少なくなる一方で、伝熱係数は隙間が所定の値（この例では１５ｍｍ）の場合に最大になり、隙間が大きくなりすぎると低下する。例えば、グラフにおいて総括伝熱係数が１０ｋｃａｌ／ｍ^２ｈ℃を上回る範囲を適切な範囲とすると、隙間の大きさについては９ｍｍ～２３ｍｍ、すなわち撹拌板の高さｈａの１０％～２５％の範囲が好ましく、高さｈａの１０％～２０％の範囲がより好ましいといえる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１０…製造設備、１１…乾燥装置、１２…乾留装置、１３…冷却装置、１４…排ガスシステム、１５…二次燃焼装置、１６…蒸気発生装置、１７…除塵装置、１８…吸引ファン、１９…排ガス処理装置、２１…内筒、２１ａ…加熱室内部分、２１ｃ…内周面、２１１…送り領域、２１１Ｌ…送りリフター、２１２…加熱領域、２１２Ａ…水分蒸発ゾーン、２１２Ｂ…熱分解ゾーン、２１３…出口領域、２２…加熱室、２３…温度制御部、２４…排気管、２５…制御系、２６…空気供給部、２７…加熱部、２８…蒸気供給部、２９…温度検出部、３０…制御本体部、３１…打ち込み空気ファン、３２…第１配管、３３…第１制御弁、３４…バーナー、３６…バーナーファン、３７…第２配管、３８…第２制御弁、３９…第３配管、４０…第３制御弁、４１…第４配管、４２…第４制御弁、４３…煙道、５１…撹拌板、５２…撹拌板、５２ｂ…折り曲げ部、５３…ブラケット、５４…隙間、Ｄ１…上流側、Ｄ２…下流側、Ｏ…軸線、Ｚ１…第１制御ゾーン、Ｚ２…第２制御ゾーン、Ｚ３…第３制御ゾーン。

Claims (16)

1. 軸線の回りに回転する内筒と、
   前記内筒を、前記内筒の径方向の外側から覆う加熱室と、
   前記内筒に、前記軸線方向に複数配置され、前記内筒を前記径方向に貫通して前記加熱室内に開口する排気管と、を有する乾留装置を備え、
   前記内筒において、前記軸線方向に沿った上流側に位置する端部から石炭が供給され、前記軸線方向に沿った下流側に位置する端部から改質石炭が排出される改質石炭の製造設備であって、
   前記加熱室内に酸素含有ガスを供給して前記加熱室内の温度を制御する温度制御部と、
   前記加熱室内のガスを排出する煙道と、を更に備え、
   前記温度制御部は、前記加熱室内を前記軸線方向に複数に区画してなる制御ゾーンごとに温度を制御し、
   前記煙道は、複数の前記制御ゾーンのうち、最も前記上流側の制御ゾーンに接続されている、改質石炭の製造設備。
2. 前記温度制御部は、前記煙道内の温度が６００℃以上を維持し、かつ前記加熱室内の温度を６００℃以上となるように制御する、請求項１に記載の改質石炭の製造設備。
3. 前記内筒の内周面から前記軸線に向かって突出し、前記石炭を撹拌する撹拌部材をさらに備える、請求項１または請求項２に記載の改質石炭の製造設備。
4. 前記内筒の内部で前記下流側の熱分解ゾーンに配置される前記撹拌部材は、前記上流側の水分蒸発ゾーンに配置される前記撹拌部材よりも、前記軸線に対する傾斜角が大きい、請求項３に記載の改質石炭の製造設備。
5. 前記水分蒸発ゾーンに配置される前記撹拌部材の前記軸線に対する傾斜角が０である、請求項４に記載の改質石炭の製造設備。
6. 前記撹拌部材は、前記軸線方向について、前記水分蒸発ゾーンおよび前記熱分解ゾーンからなる加熱領域の９０％を超える範囲に配置される、請求項４または請求項５に記載の改質石炭の製造設備。
7. 前記撹拌部材と前記内筒の内周面との間に隙間が形成されている、請求項３から請求項６のいずれか１項に記載の改質石炭の製造設備。
8. 前記隙間の大きさは、前記内筒の径方向における前記撹拌部材の寸法の１０％～２５％である、請求項７に記載の改質石炭の製造設備。
9. 前記撹拌部材は、前記内筒の径方向に対して傾斜する折り曲げ部を有する、請求項３から請求項７のいずれか１項に記載の改質石炭の製造設備。
10. 前記折り曲げ部は、前記撹拌部材の前記軸線側で前記内筒の内周面を基準にした前記撹拌部材の高さの３０％以上～７０％以下の範囲に形成され、
    前記折り曲げ部の前記内筒の径方向に対する傾斜角は１０°以上４５°以下である、請求項９に記載の改質石炭の製造設備。
11. 軸線の回りに回転する内筒と、前記内筒を、前記内筒の径方向の外側から覆う加熱室と、前記内筒に、前記軸線方向に複数配置され、前記内筒を前記径方向に貫通して前記加熱室内に開口する排気管と、を有する乾留装置を用いて、前記内筒において前記軸線方向に沿った上流側に位置する端部から石炭を供給し、前記軸線方向に沿った下流側に位置する端部から改質石炭を排出する改質石炭の製造方法であって、
    前記加熱室内に酸素含有ガスを供給して前記加熱室内の温度を制御する温度制御工程と、
    前記加熱室内のガスを排出するガス排出工程と、を含み、
    前記温度制御工程は、前記加熱室内を前記軸線方向に複数に区画してなる制御ゾーンごとに温度を制御し、
    前記ガス排出工程は、複数の前記制御ゾーンのうち、最も前記上流側の制御ゾーンからガスを排出する、改質石炭の製造方法。
12. 前記温度制御工程は、前記加熱室内の温度を６００℃以上となるように制御する、請求項１１に記載の改質石炭の製造方法。
13. 前記内筒の内周面から前記軸線に向かって突出する撹拌部材を用いて前記石炭を撹拌する、請求項１１または請求項１２に記載の改質石炭の製造方法。
14. 少なくとも前記内筒の内部で前記下流側の熱分解ゾーンに配置される前記撹拌部材が前記軸線に対する傾斜角を有し、前記石炭を前記上流側に押し戻すように撹拌する、前記請求項１３に記載の改質石炭の製造方法。
15. 前記撹拌部材と前記内筒の内周面との間に隙間が形成され、前記撹拌部材によって撹拌された石炭を前記隙間から落下させる、請求項１３または請求項１４に記載の改質石炭の製造方法。
16. 前記撹拌部材は前記内筒の径方向に対して傾斜する折り曲げ部を有し、前記撹拌部材によって撹拌された石炭を前記折り曲げ部から落下させる、請求項１３から請求項１５のいずれか１項に記載の改質石炭の製造方法。

Images