精製石炭
Solid fossil fuel

精製石炭は、亜瀝青炭や褐炭などの低品位石炭から水分と特定の汚染物質を除去し、発熱量を上げる石炭改質技術プロセスによって生産されます。[1]石炭精製または改質技術は、通常、燃焼前に石炭の特性を変える燃焼前処理およびプロセスです。燃焼前石炭改質技術は、石炭を燃焼する際の効率を高め、排出量を削減することを目的としています。状況に応じて、燃焼前技術は、石炭燃料ボイラーからの排出量を制御するための燃焼後技術の代わりに、または補足として使用できます。[2]

精製石炭の主な利点は、現在発電所から排出されている炭素排出量を削減できることであり、新たな炭素隔離手法によって管理が提案されている排出量も削減できる可能性があります。精製石炭技術は主に米国で開発されてきました。

歴史と利点

アメリカ合衆国

アメリカ合衆国西部の石炭の多くは、「亜瀝青炭」と「褐炭」に分類される「低品位」石炭として知られています。これらの石炭は水分含有量が高く、20～30%が水分です。瀝青炭や無煙炭などの「高品位」石炭と比較して水分含有量が比較的高いため、低品位石炭の効率は低くなります。アメリカ合衆国で消費される亜瀝青炭の平均熱量は、1ポンドあたり約8,500英国熱量単位（9,000 kJ）です。K-Fuel®プロセスは、熱と圧力を用いて生の低品位石炭から約30%の水分を除去し、熱量を1ポンドあたり約11,000 Btuに上げます[1]石炭の発熱量を上げるだけでなく、石炭に含まれる元素水銀の最大70％が除去され、効率が向上するため、発電量1キロワット時あたりの塩化物と窒素酸化物の排出量が少なくなります。[3]

精製石炭プロセスの利点は、輸送効率の向上と、公益事業会社が100%精製石炭または原炭と精製石炭の混合燃料に切り替えて排出量の削減と効率向上を実現できることです。[4]欠点は、この産業には多額の補助金が必要であることです。政府の統計によると、2007年の発電量1メガワット時あたり、精製石炭は29.81ドル、太陽光発電は24.34ドル、風力発電は23.37ドル、原子力発電は1.59ドルの連邦政府支援を受けています。 [5]

オーストラリア

コールドリープロセスによる石炭改質法は、 1980年代にメルボルン大学化学研究所でB.A.ジョン博士によって初めて開発されました。この技術は1994年に売却され、ビクトリア州バッカス・マーシュのマディンリー鉱山で実証試験が行われ、2005年に商業化のライセンスを取得しました

ビクトリア州には、世界で知られている褐炭（亜炭）埋蔵量の約25%が埋蔵されています。この石炭はまた、世界でも最も水分の多い石炭の一つで、典型的な水分含有量は重量の60%です。水分含有量が高いため、ビクトリア州の褐炭は非効率的な燃料源であり、ラトローブ渓谷のヘーゼルウッド発電所が世界で最も汚染された石炭火力発電所と見なされている主な理由です。コールドライプロセスは、低圧機械的せん断を使用して石炭内で自然な発熱反応を引き起こし、水分含有量の80%を自然に放出します。放出された水分はその後、回収され、蒸留水として回収されます。コールドライプロセスによって変換されたビクトリア州の褐炭は、熱含有量が5874 kcal/kgに上昇し、これはほとんどの輸出グレードのオーストラリア産黒炭に匹敵します。

コールドライプロセスの利点は、発電事業者が既存の非効率なボイラーの排出量を削減するために、採掘直後の褐炭とコールドライペレットの混合に切り替えられることです。あるいは、黒炭ボイラーを導入し、黒炭相当として100%コールドライ精製石炭ペレットを使用することで、排出量を大幅に削減できます。コールドライプロセスは、黒炭の代替品として他国に輸出できる製品を生産することで、発電事業者に新たな収益源を生み出すというさらなる利点ももたらします。他の精製石炭プロセスとは異なり、コールドライプロセスは補助金を必要としない商業的な方法論です。

商業開発

アメリカ合衆国

エバーグリーン・エナジーは、ワイオミング州ジレット近郊に本格的な石炭精錬所を建設し、2005年後半に操業を開始しました。当初は商業プラントとして設計されましたが、設計上および運用上の問題に直面しました。エバーグリーンは2008年3月にこの施設を休止し[6]、エンジニアリング、建設、調達を請け負うベクテル・パワー・コーポレーションと共同でプロセス開発プラットフォームとして使用しました。

エバーグリーンは現在、米国中西部とアジアの各地に、改良されたベクテルの設計を使用した石炭製油所の建設を計画している。[7]

オーストラリア

ビクトリア州バッカス・マーシュ近郊のマディンリー鉱山に、年間16,000トンの本格的なパイロット実証プラントが建設され、2004年初頭に稼働を開始しました。2007年にはビクトリア州政府の資金援助により、水回収プロセスが追加されました

中国

GBCEは、世界初の工業規模の石炭改質施設を建設し、現在稼働させています。年間100万トンの石炭原料を処理する能力を持ち、中国最大の褐炭生産地域である内モンゴル自治区ホリンゴルに位置しています。[8]石炭は通常、水分（35～40% TM）が高く、3200～3400 kcal の石炭ガー（鉄分）です。市場の要件に応じて、水分含有量が大幅に低減された（10% 未満）5000～5500 kcal の石炭（鉄分）を生産します。この施設では、LCP石炭改質技術を採用しています。これは、無酸素環境で熱と圧力を用いて地球上で自然に起こる石炭化プロセスを継続する熱分解プロセスです。この技術によって処理された石炭は疎水性で輸送可能であり、輸送中に水分を再吸収したり粉状に分解したりすることはありません

類似技術

オーストラリアのビクトリア州では、褐炭の化学結合を変化させ、よりクリーンで安定した（自然発火しにくい）、輸出可能で、黒炭と同等の十分な発熱量を持つ製品を生み出すために開発された高密度石炭技術など、いくつかの類似技術が研究、開発、試験されています

高密度石炭

高密度石炭は、亜瀝青炭や褐炭などの低品位石炭から水分を除去するコールドライプロセス石炭改質技術によって生産されます。この高密度化プロセスにより、低品位石炭の発熱量は多くの輸出グレードの黒炭と同等かそれ以上にまで上昇します。コールドライプロセスで得られる高密度石炭は、黒炭と同等、または黒炭の代替品とみなされています。[9]

コールドライプロセスは、オーストラリアのビクトリア州でEnvironmental Clean Technologies Limited [10]が「褐炭の凝縮」をベースとした特許取得済みの石炭改質技術です。この技術は、低品位褐炭（亜炭）および一部の亜瀝青炭から天然水分の大部分を除去し、石炭を硬化・高密度化し、発熱量を高め、安定した（自然発火リスクが低い）輸出可能な黒炭相当の製品へと変換することを目的として開発されました。この製品は、黒炭火力発電所による発電、または石炭ガス化、石油化、その他の高付加価値化学品などの下流プロセスの原料として 使用されます。

コールドライプロセスは、1989年にメルボルンのCRA先端技術開発と共同で、ビクトリア州メルボルン大学有機化学科で行われた理論と試験の研究から発展しました。[11]この研究は、1980年から81年にかけてメルボルン大学有機化学科で行われた高密度石炭に関する以前の理論的研究に基づいています。

ビクトリア州バッカス・マーシュ近郊のマディンリー鉱山での観察から、高密度石炭の生成の可能性が確認された。鉱山経営者は、降雨直後、トラックが鉱山に出入りする際に水分を含む褐炭の微粉をかき混ぜることで、硬化したビチューメン状の路面が自然に形成されるのを観察した。降雨から数日後、鉱山の路面はアスファルトのように硬化し、水分を吸収しなくなる。ジョンズ博士らは、褐炭に少量の水分が混ざり、低レベルの機械的せん断を受けることで、石炭の多孔質構造が大幅に破壊され、石炭内で穏やかな自然発熱反応が引き起こされ、水分の移動とその後の蒸発につながる、低レベルの機械的せん断のプロセスが発生したことを突き止めた。[12]

黒炭相当

黒炭相当量（BCE）は、オーストラリアのビクトリア州にあるEnvironmental Clean Technologies Limitedが運営する特許取得済みの石炭改質技術であるコールドライプロセスから得られる輸出用石炭製品です。コールドライプロセスは、通常60重量%の水分含有量を持つ褐炭（亜炭）に適用され、典型的な輸出品質の黒炭と同等以上の発熱量（5,800 kcal/kg）を持ち、灰分と硫黄分が少ない高密度石炭製品に変換されます。褐炭から得られる黒炭相当量は、ほとんどの黒炭よりも「クリーン」な燃焼の石炭燃料であるとされています

褐炭から得られる黒炭相当製品としての高密度石炭は、ビクトリア州バッカス・マーシュ近郊のマディンリー鉱山での観察に続いて、メルボルン大学有機化学研究所のRBジョンズと同僚により初めて発見された。ジョンズと同僚は、少量の水分を混ぜた褐炭に低機械的せん断を加えると、石炭内で自然な発熱反応が誘発され、水分が排出されることを突き止めた。[13]このプロセスにより、石炭内のミクロの化学結合が根本的に変化し、水分含有量が自然に約11%まで減少し、発熱量が約5800 kcal/kgまで上昇し、疎水性で自然発火しにくく、容易に輸送できる「高密度石炭」製品が生成される。

参照

参考文献

  1. ^ ab NextGen Energy Council ブレークスルーペーパー[永久リンク切れ]
  2. ^ 燃焼前イノベーション同盟[永久リンク切れ]
  3. ^ 「ブラックヒルズ・パワー社ニール・シンプソン・ユニットIにおけるK燃料燃焼実証」。2008年7月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  4. ^ 「ペンシルバニア電力会社による試験燃焼結果」（PDF）evgenergy.com。2016年3月3日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  5. ^ 「2007年のエネルギー市場における連邦政府の財政介入と補助金」（PDF）。エネルギー情報局。
  6. ^ 「Evergreen Letter to Shareholders March 2008」www.evgenergy.com。2008年4月20日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  7. ^ 「Evergreen Letter to Shareholders November 2008」www.evgenergy.com . 2008年12月20日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  8. ^ 「GBCE」
  9. ^ 「オーストラリア産褐炭の反応性と反応性」RBジョンズとAGパンドルフォ、メルボルン大学有機化学科、1980年
  10. ^ ECT Limitedのウェブサイト
  11. ^ 褐炭の高密度で乾燥した硬質物質への変換。BA Johns、AL Chaffee、KF Harvey、メルボルン大学有機化学科、ビクトリア州、メルボルンCRA先端技術開発部のAS BuchananおよびGA Thieleとの共同研究、1989年
  12. ^ Johns, RB, Chaffee, AL, Verheyen, TV International Conference Coal Science, Dusseldorf 1981
  13. ^ Johns, RB, Chaffee, AL, Verheyen, TV International Conference Coal Science, Düsseldorf 1981
  • 環境クリーンテクノロジーズウェブサイト
  • Coldry：褐炭脱水プロセス
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