低品位炭改質技術について

2006 年石炭技術会議
【
講
演
Ⅱ
】
低品位炭改質技術について
大高
康雄
財団法人石炭エネルギーセンター
事業化推進部
担当部長
JCOAL
Japan Coal Energy Center
低品位炭改質技術について
（財）石炭エネルギーセンター
事業化推進部　大高康雄
低品位炭改質技術について
内　容
‹ 低品位炭とは？
‹ 低品位炭の資源と利用
‹ 低品位炭改質技術の概要
‹ 改質技術の商業化
‹ まとめ
講-Ⅱ-1
JCOAL
Japan Coal Energy Center
2006 年石炭技術会議
JCOAL
Japan Coal Energy Center
低品位炭とは？
低品位炭とは？
JCOAL
Japan Coal Energy Center
„低品質炭（Low Grade Coal)
高灰分炭、高硫黄炭
（石炭利用における不要分、不純物が
多い石炭）
„低炭化度炭(Low Rank Coal)
褐炭、亜瀝青炭
（炭化度が低く、高水分な石炭）
講-Ⅱ-2
2006 年石炭技術会議
低品位炭とは？ -石炭の分類
F.C.
Class/Group
Anthracite:
Meta-anthracite
Anthracite
Semianthracite
Bituminous:
Low volatile
Medium volatile
High volatile A
High volatile B
High volatile C
Subbituminous:
Subbituminous A
Subbituminous B
Subbituminous C
Lignitic:
Lignite A
Lignite B
V.M
Gross Calorific Value
Moist. MMF
Btu/lb
MJ/kg
DMMF
％
JCOAL
Japan Coal Energy Center
Agglomerating
Character
98≦
92≦　＜98
86≦　＜92
≦2
2＜ ≦ 8
8＜ ≦14
78≦　＜86
69≦　＜78
＜69
----------
14＜ ≦22
22＜ ≦31
31＜
----------
------14000≦
13000≦　＜14000
11500≦　＜13000
10500≦　＜11500
------32.6≦
30.2≦ ＜32.6
26.7≦ ＜30.2
24.4≦ ＜26.7
agglomerating
----------
----------
10500≦　＜11500
9500≦　＜10500
8300≦　＜ 9500
24.4≦ ＜26.7
22.1≦ ＜24.4
19.3≦ ＜22.1
nonagglomerating
-------
-------
6300≦　＜ 8300
＜ 6300
14.7≦ ＜19.3
＜14.7
nonagglomerating
ASTM D388
ｲﾝﾄﾞﾈｼｱの低品位炭範囲
低品位炭とは？ -石炭の構造・特性
物理的構造
化学的構造
講-Ⅱ-3
commonly
agglomerating
JCOAL
Japan Coal Energy Center
2006 年石炭技術会議
低品位炭とは？
JCOAL
Japan Coal Energy Center
低品位炭（Low Rank Coal)
‹細孔、表面積が大→保持できる水分量大
（スポンジのような構造）
‹芳香環少、酸素官能基（COOH,OH等）多
¾親水性→水分吸着・保持
¾化学反応性高→自然発火性
低品位炭の内部構造
JCOAL
Japan Coal Energy Center
低品位炭の資源と利用
講-Ⅱ-4
2006 年石炭技術会議
JCOAL
石炭埋蔵量と生産量
Japan Coal Energy Center
石炭生産量
可採埋蔵量 9091億ﾄﾝ (WEC 2004)
47.3%
(IEA2002)
52.7%
3910Mt
瀝青炭/無煙炭
亜瀝青炭／褐炭
882Mt
‹低品位炭は全石炭資源の約１/２
‹生産・利用は高炭化度炭の1/4程度
JCOAL
世界の石炭資原分布
Japan Coal Energy Center
ロシア
欧州
カナダ
31%
31%
34%
62%
62%
38%
38%
39%
39%
23%
23%
中国
53%
53%
14%
億
14%
t
45%
45%
米国
41%
41%
55%
55%
インドネシア
15%
31%
58%
97%
97%
0%
インドt
その他アジア
48%
48%
南アフリカ
94%
49%
49%
100%
100%
コロンビア
66%
27%
27%
58%
褐炭
豪州
亜瀝青炭
講-Ⅱ-5
瀝青炭
88%
88%
その他南米
2006 年石炭技術会議
代表的な低品位炭の性状
JCOAL
Japan Coal Energy Center
Fort Union
Rhine
Morwell
Loy Yang
Wara
Mulia
USA
Germany
Australia
Australia
Indonesia
Indonesia
水分 (%, ar)
37.2
55.7
60.1
61.0
32.0
35.0
灰分 (%, ar)
6.2
2.1
1.3
0.5
2.0
3.3
Wet Basis(MJ/kg)
17.6
9.5
10.6
11.0
20.1*
20.9*
揮発分 (％, daf)
44.6
53.1
49.4
51.81
36.0
38.0
C (%, daf)
71.9
68.7
69.4
70.4
74.3
73.0
H
4.9
4.7
4.9
5.0
5.6
4.9
O
21.0
25.1
25.1
23.6
19.0
20.9
N
1.1
1.2
0.6
0.6
1.1
1.0
S
1.1
0.3
0.4
0.4
0.1
0.2
総発熱量
* air dry basis
低品位炭の燃料特性
„ 含水分が高い（高水分）
JCOAL
Japan Coal Energy Center
▲発熱量が低い
„ 含有炭素量が低い（低芳香族炭素）
„ 酸素含有量が多い（高含酸素官能基）
„ 空隙が多い：ﾎﾟｰﾗｽ（高内部比表面積）
▲自然発火しやすい
„ 揮発分が多い
○燃焼性が良い
„ 低灰分低Ｓ分
○良好な環境特性
„ ガス化反応性が高い
„ 低灰融点　講-Ⅱ-6
○IGCC燃料に適性
2006 年石炭技術会議
JCOAL
低品位炭の利用状況
Japan Coal Energy Center
„米国（Texas, N.Dakota, Wyoming他）、カナダ(Saskatchewan)
発電, ガス化（N.Dakota)
„オーストラリア（Victoria）
発電、ブリケット
„欧州（ドイツ、東欧、ギリシャ、スペイン他）
発電、ブリケット等
„インド、タイ、トルコ他
主に発電
＊低品位炭利用の問題点
‹自然発火性大→山元発電
‹高水分・低発熱量→発電効率低；24~37％
JCOAL
低品位炭の利用状況
Japan Coal Energy Center
ドイツの発電状況 (2005)
天然ガス
10%
その他
3%
Lignite
29%
Renewables
11%
Hard Coal
21%
原子力
26%
褐炭発電が全発電量の1/4以上
2040年には33％に増加の見込み
エネルギー効率化・CO2削減のため燃焼・発電効率改善　送電端効率（LHV)　@32% (1960) → 45.2% (2003)　*HHVでは37.7%　講-Ⅱ-7
2006 年石炭技術会議
JCOAL
Japan Coal Energy Center
低品位炭改質技術の概要
JCOAL
高カロリー化＝脱水
Japan Coal Energy Center
低品位炭は加熱すると瀝青炭同等まで水分は減少するが容易に再吸水する。
全水分
（ｗｔ％）
褐炭
亜瀝青炭
50～70
25～45
発熱量（到着基準）
（kcal/kg）
2,000～3,000
4,000～5,000
固有水分
（ｗｔ％）
15～20
10～15
発熱量（恒湿基準）
（kcal/kg）
6,000～6,500
6,500～7,000
脱水/加熱
瀝青炭
7～10 6,000～6,500
2～5
7,300～7,800
低品位炭は比表面積が大きく、親水性の表面官能基が多い。
再吸水させない為には表面改質が必要。
講-Ⅱ-8
2006 年石炭技術会議
低品位炭改質の効果・目的
JCOAL
Japan Coal Energy Center
低品位炭のデメリット
•低発熱量（高水分）
•低発熱量（高水分）
•自然発火
•自然発火
改質炭のメリット
•豊富な資源
•豊富な資源
•環境調和型性状
•環境調和型性状
低灰分、低硫黄
低灰分、低硫黄
•高い燃焼性
•高い燃焼性
•低価格
•低価格
•ローカルエネルギー
•ローカルエネルギー
改質技術
•経済的な脱水
•経済的な脱水
•性状の安定化
•性状の安定化
低品位炭の脱水・改質法
JCOAL
Japan Coal Energy Center
„ 機械的脱水法
– プレス、遠心分離器、濾過器　高ｺｽﾄ、自然発火
„ 熱的乾燥法（蒸発法）
– 流動層、気流乾燥
蒸発ｴﾈﾙｷﾞｰ大
– スチームチューブドライヤー
油の回収率
– 油中改質
„ 熱的脱水法（非蒸発法）
– バッチ式（飽和水蒸気、熱水）
高温高圧
– 連続式反応器（熱水）
講-Ⅱ-9
2006 年石炭技術会議
JCOAL
改質プロセスの条件
飽和水蒸気圧
20
Press. (MPa)
Japan Coal Energy Center
コスト増加
HWD
液相
15
気相
10
Fleissner
Syncoal
5
Encoal
K-Fuel
UBC
0
0
100
BCB
200
300
400
Temperature
500
600
(oC)
HWD（熱水処理：非蒸発法）
8.4 ｔ/ｄプラント（日本)
1t/d（ﾊﾞｲｵdry)
条件：300℃、～15MPa
製品：CWM
or 粉炭（水分5-6%)
原炭
ﾊﾞｲｵ
Fuel CWM
平均20mm
JCOAL
Japan Coal Energy Center
310℃
150ｂａｒ
改質炭
粉炭
平均0.02mm
平均0.3mm
熱媒油
30℃
150 ｂａｒ
80℃
0 bar
改質炭
CWM
講-Ⅱ-10
2006 年石炭技術会議
K-Fuel（非蒸発法）
JCOAL
Japan Coal Energy Center
７５万ｔ/ｙプラント（US・Wy)
・2004～2005：建設
・2005末～：Commissioning、燃焼試験
条件：～450ﾟF、450psig
製品：水分＜10%、
S、N ～30%、Hg 30～80% 除去
BCB（蒸発法）
JCOAL
Japan Coal Energy Center
20t/hプラント（西豪州)
温度：400～450℃（ｶﾞｽ)
時間：2～4 sec.
製品：水分＜10%
講-Ⅱ-11
2006 年石炭技術会議
JCOAL
UBC（油中改質：蒸発法）
600ｔ/dプラント（南カリマンタン)
・2006～2008：建設
・2008～：運転、製品評価
*(3t/dプラント：～2005）
条件：～180℃、<0.4MPa
重質油
原炭
Japan Coal Energy Center
循環油
スラリー調製
石炭/油分離
スラリー脱水
(遠心分離）
凝縮水(廃水)
循環油
循環油
油回収
改質炭(粉状)
成型
改質炭(ﾌﾞﾘｹｯﾄ)
JCOAL
Japan Coal Energy Center
改質技術の商業化
-特にインドネシアについて-
講-Ⅱ-12
2006 年石炭技術会議
JCOAL
K-Fuel、BCBの計画
Japan Coal Energy Center
K-Fuel （開発社：Evergreen Energy社　旧KFｘ）
インドネシア
・1990年代にPTBAが旧K-Fuelプロセスを検討→経済性の問題で終了。
・2005年らインドネシアの導入可能性のある炭鉱の調査開始。
米国
・75万t/年プラントを運転開始。近隣の炭鉱で400万t/年、800万ｔ/年の計画に合意し、基本設
計等を開始。
・2004年9月にアラスカ州と台湾政府間で、K-Fuelで改質したアラスカ州亜瀝青炭800万ｔ/年の
売買契約を締結。ワイオミングでのプラント状況を見て、アラスカへ建設予定。
（アラスカ亜瀝青炭は日本も以前検討したことがあり、将来の日本への供給候補先の一つ）
BCB（開発会社：White Energy社)
インドネシア
・2005年6月頃からインドネシア石炭会社（２社）が、サンプル炭での試験を実施。
・2006年4月に上記１社と商業化F/S実施で合意し、さらに合弁事業等の基本合意書締結。　・2006年3月、日本商社が100万t/年プラント建設の基本合意書締結。
中国他
・中国（神華、大唐電力）、南アにも進出中
JCOAL
低品位炭資源と利用
高品位低炭化度炭
Japan Coal Energy Center
低品位低炭化度炭
高灰分・高水分炭：
現地での改質による利用
が想定される低品位炭
低灰分・高水分炭：
改質して海外へ輸出
するビジネスの対象
となる低品位炭
China
Low Rank Coal
Thailand
Mae Moh
講-Ⅱ-13
2006 年石炭技術会議
JCOAL
インドネシアと改質事業　-１
インドネシア石炭資源
Japan Coal Energy Center
インドネシアの石炭生産計画
57.85 Billion Tonnes
150
Coal Export
Anthracite
0.3%
Lignite
125
Coal, million ton
Bituminous
14.3%
58.7%
100
Open Pit Mining
75
50
UBC Productions
25
Underground Mining
0
2000
Sub
Bituminous
26.7%
2005
2010
2015
Years
2020
2025
2030
＊インドネシア政府：２０１０年までに実用化を要望。
（大型実証プラント終了、商業化時期と一致）
＊２０２０年には２５５０万トンの低品位炭改質を期待。
（5000t/dプラント15基以上）
インドネシアと改質事業　-２
JCOAL
Japan Coal Energy Center
日本
Indonesia
‹ 豊富な低品位炭資源:低灰分、低Ｓ （環境調和型石炭）
‹ 石油資源量低下・価格高騰：石油輸
入開始(2004)
‹ ５年程度で露天掘から坑内掘へ
‹ 低品位炭有効利用はエネルギー政
策の重要項目
‹ 世界最大の石炭輸入国
‹ インドネシアは豪州に次ぐ輸入供給国
‹ 灰処理等の問題顕在化
(H15年987万ｔ→数百億円／年の処理コスト）
‹ 石炭の需給安定は重要項目
事業効果
¾インドネシアの膨大な未利用資源である低品位炭の有効利用が可能
¾日本の低品位炭利用の促進、供給炭種の多様化、石炭安定供給への貢献
¾低灰分・低Ｓの改質炭による灰処理、脱硫等の環境対策面の効果
¾脱水・高発熱量化によるＣＯ２削減
講-Ⅱ-14
2006 年石炭技術会議
JCOAL
イ国改質炭と豪州瀝青炭の競争力
Japan Coal Energy Center
日本市場での競争力
UBCと豪州瀝青炭のコスト比較例（日本市場）
60
Cost $/ton
50
Furnace End
CIF
40
30
FOB
FOB
20
捨て灰費
海上輸送
FOBコスト
イ国内輸送
UBC処理費
原料生炭
10
0
UBC・FOB明細
UBC炉尻
豪州瀝青炭
炉尻でのコスト比較
‹イ国改質炭 は、平均的豪州瀝青炭に比べ競争力がある。
‹石炭価格低下時にも対応できる改質処理コストが必要。
まとめ
JCOAL
Japan Coal Energy Center
z低品位炭（低炭化度炭）は、高水分・低発熱量、自然
発火性のため利用が限定。しかし、高炭化度炭と同
程度の豊富な資源量、低採炭コスト等から、有効利
用によりエネルギー需給安定化への貢献が可能。
z改質技術は低品位炭の脱水・高発熱量化、自然発
火性抑制を可能で、実用化段階。低処理コスト確立
により現状の一般炭に対抗。
zインドネシアの低品位炭は豊富に存在し、低灰分、
低硫黄の環境的に優れた性質を有しており、改質事
業の適用は日イ両国にとってメリット大。
講-Ⅱ-15
2006 年石炭技術会議
講-Ⅱ-16
2006 年石炭技術会議
おおたか
氏
名
：
大高
やすお
康雄
財団法人 石炭エネルギーセンター
事業化推進部
(最終学歴)
１９７８年３月
北海道大学大学院工学研究科修士課程応用化学専攻修了
(職 歴)
１９７８年４月～１９９９年６月
住友石炭鉱業株式会社入社
石炭液化、コールクリーニング技術等の研究開発業務
１９９９年７月～現在
財団法人石炭エネルギーセンター
石炭改質技術事業管理、石炭関連技術の調査業務等
講-Ⅱ-17