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や特定の汚染物質を除去し、発熱量を高める石炭改質技術によって生産される。[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化させる燃焼前処理およびプロセスである。燃焼前石炭改質技術は、石炭燃焼時の効率向上と排出量削減を目的としている。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抑制するための燃焼後技術の代わりに、またはそれを補完するものとして使用することができる。[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の正味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。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（コールドライプロセス）など、いくつかの類似技術が研究開発され、試験されています。

石炭改質技術

石炭改質技術とは、亜瀝青炭や褐炭（褐炭）などの低品位石炭から水分や特定の汚染物質を除去し、発熱量を高めるために開発された一連の技術を指します。オーストラリア、ドイツ、米国の企業が、この研究開発と商業化を主導しています。[要出典]

環境的根拠

世界では約30カ国が合計1,400基以上の褐炭火力発電所を稼働させています。褐炭を経済的に脱水できない褐炭火力発電所は非効率で、大量の炭素排出を引き起こします。排出量の多い発電所、特にオーストラリアのヘーゼルウッド発電所は環境問題への批判の的となっています。ギリシャやオーストラリアのビクトリア州を含む多くの現代経済は、電力供給源として褐炭に大きく依存しています。環境パフォーマンスの向上と安定した経済環境の必要性は、未処理の（採掘直後の）褐炭の燃焼による環境への悪影響を大幅に削減するための投資を促すインセンティブとなります。

経済的根拠

石炭改質技術は、採掘直後の褐炭から水分を除去し、褐炭の熱性能を、高発熱量の黒炭と比較的同等の「クリーン」な燃焼状態へと変換します。一部の石炭改質プロセスでは、黒炭ボイラーでの燃焼に適し た黒炭相当の高密度石炭製品が生成されます。

ビクトリア州産褐炭は、重量比で60%という特徴的な水分含有量を誇り、世界で最も水分の多い褐炭とされています。この高い水分含有量こそが、州内の3つの主要発電所が世界で最も汚染度の高い炭素排出源とみなされる主な理由です。メルボルン大学とモナシュ大学の研究によると、ビクトリア州産褐炭から水分を除去すると、灰分、硫黄分、その他の元素の含有量が自然に低くなり、世界で最もクリーンな石炭の一つであることが確認されています。脱水処理された改良褐炭は、輸出市場において黒炭と同等の価格で競争力を持つことができます。

世界中で褐炭の採掘が盛んに行われ、採掘量も増加しているため、石炭改質技術の必要性がますます高まっています。これらの技術は、褐炭の燃焼による排出量増加という地球規模の環境問題への対応に貢献するとともに、中国、インド、日本などの国々との褐炭獲得競争に苦戦しているベトナムなどの急成長経済国に代替燃料の選択肢を提供することになります。

数百万トン単位の褐炭採掘[要出典]
国 1970 1980 1990 2000 2001
ドイツ 369.3 388.0 356.5 167.7 175.4
ロシア 127.0 141.0 137.3 86.4 83.2
アメリカ合衆国 5.4 42.3 82.6 83.5 80.5
オーストラリア 24.2 32.9 46.0 65.0 67.8
ギリシャ 8.1 23.2 51.7 63.3 67.0
ポーランド 32.8 36.9 67.6 61.3 59.5
七面鳥 4.4 15.0 43.8 63.0 57.2
チェコ共和国 67.0 87.0 71.0 50.1 50.7
中華人民共和国 13.0 22.0 38.0 40.0 47.0
SFR ユーゴスラビア 26.0 43.0 60.0 - -
セルビア・モンテネグロ - - - 35.5 35.5
ルーマニア 14.1 27.1 33.5 17.9 29.8
北朝鮮 5.7 10.0 10.0 26.0 26.5
合計 804.0 1,028.0 1,214.0 877.4 894.8

技術比較

褐炭は水分含有量が高いため、燃焼前に乾燥する必要があります。乾燥は技術によって、個別の操作で行われる場合もあれば、プロセスの一部として行われる場合もあります。比較表では、各国で開発中の様々な乾燥方法を示し、定性的な比較を行っています。

オプション ドライコール ゼマグ[注 1] コールドライプロセス[注2] RWE-WTA [注3] HTFG [注 4] WEC-BCB [注 5] UBC [注 6] エクセルゲンCHTD [注7] MTE [注 8] Kfuel [注 9] LCP [注 10] [3]
原産国 アメリカ合衆国 ドイツ オーストラリア ドイツ 中国 オーストラリア インドネシア/日本 オーストラリア オーストラリア アメリカ合衆国 中国
プロセスの説明 Drycol 電子レンジ乾燥機 管状乾燥機による間接接触乾燥 発熱反応。自然蒸発。25～30℃での加速乾燥 流動床乾燥 高温排ガス流動層乾燥 瞬間乾燥石炭微粉。圧力を使用して練炭を形成する。 粉砕した石炭と油を混合し、19～19.5バールの圧力下で混合物を130～160℃に加熱し、遠心分離機でスラリーケーキを油から分離し、乾燥させてブリケット化する。 300℃、100バールでスラリー状の連続水熱脱水脱炭酸反応、続いてガス/液体/固体分離およびプレス乾燥 250℃、125バールで加熱・圧搾し、石炭から水を抽出する 200℃、100バールで加熱して圧縮する 地球上で自然に起こる石炭化プロセスを継続するために、酸素のない環境で熱と圧力を利用する 熱分解プロセス
乾燥の説明 石炭を90℃以下に保ちながら電子レンジで乾燥する 乾燥は最大180℃、4barの低圧蒸気を使用して達成されます。 低温の廃熱を利用して蒸発乾燥を実現する乾燥 100℃以上の低圧蒸気を使用して乾燥を実現 900℃以上の排気ガスを使用して、わずかに正圧下で2～4％のシステムO2濃度で0～50mmの原炭を乾燥させる。 高圧燃焼流への曝露による乾燥（フラッシュ乾燥） 油スラリー中で19～19.5バールの圧力下で130～160℃にさらすことで乾燥を達成 垂直オートクレーブ内で高圧高温にさらされ、その後フラッシュ工程を経て乾燥される。 高圧高温圧縮による乾燥 高圧高温圧縮による乾燥 このプロセスでは添加物を使用せず、表面の水分と内部の水分の両方を抽出します。
乾燥に使用される熱の程度 非常に低い 低い 低い 中くらい 低い 高い 中くらい 中くらい 高い 高い 中くらい
乾燥に消費されるエネルギーの代替利用 なし 発電 なし 発電 石炭販売（燃焼に使用される罰金） 石炭販売（燃焼に使用される罰金） 該当なし 電気エネルギー 電気エネルギー 電気エネルギー 発電
前処理の要件 材料処理のためのサイズ 破砕/ふるい分け（通常） （正常）に加えて機械的咀嚼と押し出し （普通） 50 mmまでの破砕/ふるい分け （普通） 粉砕して混ぜる
CO2曝露 該当なし 該当なし CO2排出量を最大40%削減。低熱・低圧によるCO2排出量削減効果 ボイラーからのCO2排出量を最大30～40%削減。（流動床乾燥機で利用される蒸気エネルギーの損失は考慮されていません） ボイラーからのCO2排出量を最大25～35％削減 乾燥のエネルギー源は石炭燃焼であるため、純改善はゼロである。 該当なし CO2排出量を最大40%削減 燃焼によるCO2排出量は約15%削減（詳細な分析は入手不可）。加熱と圧縮にエネルギーが使用されるため、実質的な改善効果はゼロ。 燃焼時のCO2排出量を約15%削減（詳細な分析は入手不可）。加熱と圧縮にエネルギーを利用 該当なし
乾燥から発生する廃棄物 きれいな水 なし なし なし なし なし 廃水流 なし 廃水流 廃水流 なし
副産物ストリームが可能 なし なし 脱塩水 なし なし なし 該当なし 脱塩水 なし なし タール製品
石炭出力ストリームの説明 直接使用 ブリケット化/輸出または発電用 使用および輸出用の石炭ペレット 発電のみに石炭を投入 販売または発電用の石炭 使用および輸出用の石炭練炭 使用および輸出用の石炭練炭 使用および輸出用の石炭 発電のみに石炭を投入 発電のみに石炭を投入 発電用の輸出可能な石炭
石炭出力水分レベル 10～30% 5～20% 12～14% 12～14% 6～30% 10～15% 該当なし 5～10% 約18% 約20% 1～15%
石炭生産量 - 輸送可能または輸出可能 長距離輸送 長距離輸送 非発火性 ボイラーに直接接続 短距離輸送 非発火性 非発火性 非発火性 自然発火性 自然発火性 疎水性、輸送可能、輸出可能
産業の成熟 食品業界の技術35年 十分に確立され、実証された技術、ドイツとチェコ共和国で稼働している最大300万トン/年の生産能力を持つ産業プラント パイロットプラントは7年間稼働しており、世界規模のテストに関する広範なデータベースを有し、2014年までに本格的な商業運転の実現可能性調査を開始する予定。 複数の場所での商業活動 1955年以来、200以上の洗浄プラントでコークス乾燥に使用されてきた。 商業規模のプラントが1つあり、稼働率は定格容量の30%を超えていない。 パイロットプラント稼働中、デモンストレーションプラント 2008-2011 パイロットプラントは2002年から2008年まで稼働し、商業化準備が整っています。ビクトリア州とインドネシアの石炭で試験済みです。 放棄されたパイロットプラント パイロットプラント稼働中 内モンゴルの年間100万トンの工場が2012年から本格稼働
  1. ^ ZEMAGクリーンエネルギーテクノロジー、ドイツ
  2. ^ Coldry Process、ECT Limited、オーストラリア
  3. ^ RWE-WTE = RWE（ライン＝ヴェストファーレン電力）WTE技術
  4. ^ HTFG = デルタ・ドライング・テクノロジー株式会社
  5. ^ WEC-BCB = ホワイト・エナジー・カンパニー、バインダーレス石炭ブリケット
  6. ^ UBC = 改良褐炭プロセス、日本石炭エネルギーセンターおよび神戸製鋼所。
  7. ^ エクセルゲン社、連続熱水脱水技術
  8. ^ MTE = 機械的熱表現、クリーン電力のためのCRCによって開発
  9. ^ KFuel = Koppelman Fuel、Evergreen Energy、コロラド州デンバー、米国
  10. ^ LCP = GB Clean Energyが開発したLiMaxTM石炭プロセス技術

歴史と利点

アメリカ合衆国

精製石炭の生産者として最もよく知られているのは、コロラド州デンバーに本社を置くエバーグリーン・エナジー社です。同社はNYSEアーカに上場しており、上場企業です。同社のウェブサイトと米国証券取引委員会に提出されたフォーム10-Kによると、同社は1984年に、エドワード・コッペルマン氏がスタンフォード大学の研究所で初めて開発した石炭改質技術を商業化するために設立されました。コッペルマン氏の社名の「K」をとって、エバーグリーン社（旧KFx社）は、精製石炭製品を「K-Fuel」というブランド名で販売しました。[要出典]

米国西部の石炭の多くは「低品位」石炭として知られており、「亜瀝青炭」と「褐炭」に分類されます。これらの石炭は水分含有量が高く、20%から30%の水分を含むことがあります。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。米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(R)プロセスは、熱と圧力を用いて低品位石炭の原料から水分を約30%除去し、熱量を1ポンドあたり約11,000 Btuまで高めます。[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。[4]

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。[5]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。 [6]

オーストラリア

オーストラリアの圧縮石炭生産者は、ビクトリア州メルボルンに拠点を置くEnvironmental Clean Technologies Limited (ECT Limited) [7]という会社です。この会社は株式公開されており、オーストラリア証券取引所(ASX)に上場しています。この会社は、 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最初に開発されたコールドリープロセスの石炭改質方法を商業化することを主な目的として、2005年に上場しました。このプロセスの名前は、Calleja Groupに由来しています。Calleja Groupは1994年にこの技術を取得し、 2004年にビクトリア州バッカスマーシュのマディンリー鉱山でパイロット実証用にこの技術を開発し、その後、2005年にECT Limitedに技術のライセンス供与を行い、さらなる商業化を図りました。

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[8]、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用いた石炭製油所の建設を計画している。[9]

オーストラリア

Calleja Group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にあるJBDビジネスパークに、年間16,000トンの本格的なパイロット実証プラントを建設し、2004年初頭に稼働を開始しました。 ECT Limitedは2005年から施設をアップグレードし、2007年にはビクトリア州政府の資金提供を受けて水回収プロセスを追加し、エンジニアリングパートナーであるARUPと共にプロセス開発プラットフォームとしてプラントを運営しました。 ECT Limitedは2009年にベトナムのThang Long Investment Company (Tincom)と契約を締結し、 2014年までに年間200万トン、2020年までに年間2,000万トンを輸出するプラントを建設する前に、商業的実現可能性を最終的に決定しました。 ECT Limitedは、ARUPの改良設計を使用して、中国、インド、インドネシア、ポーランド、ギリシャ、ロシアの褐炭供給者と技術ライセンス契約を締結しています。

中国

GBCEは世界初の工業規模の石炭改質施設を建設し、現在稼働させている。この施設は年間100万トンの石炭原料を処理する能力があり、中国最大の褐炭生産地域である内モンゴルのホリンゴルに位置している。[10]石炭は通常、水分が多く（35～40% TM）、3200～3400 kcal ガーである。市場の要求に応じて、水分含有量が大幅に低減した（10% ガー未満）5000～5500 kcal の石炭（ガー）を生産する。この施設では、LCP石炭改質技術を使用している。これは、酸素のない環境で熱と圧力を使用して、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ある。この技術で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々に砕けたりしないことを意味する。

参照

参考文献

  1. ^ ab NextGen Energy Council Breakthrough Paper [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. ^ “GBCE”. 2015年6月28日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年3月25日閲覧。
  4. ^ 「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。
  5. ^ 「ペンシルバニア電力会社によるテスト燃焼結果」( PDF) evgenergy.com。
  6. ^ 「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。
  7. ^ エンバイロメンタル・クリーン・テクノロジーズ・リミテッド
  8. ^ 「エバーグリーン株主への書簡 2008年3月」www.evgenergy.com。
  9. ^ 「エバーグリーン株主への書簡 2008年11月」www.evgenergy.com。
  10. ^ 「GBCE」.
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