2006年石炭技術会議

(1)

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

J

COALCOAL Japan Coal Energy Center

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

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

低品位炭改質技術について

J

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

J

(2)

J

COAL

Japan Coal Energy Center

低品位炭とは？

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）

J

COAL

低品位炭とは？

(3)

J

COAL

物理的構造

化学的構造

低品位炭とは？

-

石炭の構造・特性

J

COAL

14.7≦ ＜19.3 　＜14.7 6300≦　＜ 8300 ＜ 6300 ----Lignitic: Lignite A Lignite B nonagglomerating 24.4≦ ＜26.7 22.1≦ ＜24.4 19.3≦ ＜22.1 10500≦　＜11500 9500≦　＜10500 8300≦　＜ 9500 ----Subbituminous: Subbituminous A Subbituminous B Subbituminous C commonly agglomerating agglomerating ----32.6≦ 30.2≦ ＜32.6 26.7≦ ＜30.2 24.4≦ ＜26.7 ----14000≦ 13000≦　＜14000 11500≦　＜13000 10500≦　＜11500 14＜ ≦22 22＜ ≦31 31＜ ----78≦　＜86 69≦　＜78 ＜69 ----Bituminous: Low volatile Medium volatile High volatile A High volatile B High volatile C nonagglomerating ≦ 2 2＜ ≦ 8 8＜ ≦14 98≦ 92≦　＜98 86≦　＜92 Anthracite: Meta-anthracite Anthracite Semianthracite MJ/kg Btu/lb ％ Moist. MMF DMMF Agglomerating Character Gross Calorific Value

V.M F.C. Class/Group ASTM D388

低品位炭とは？

-

石炭の分類

ｲﾝﾄﾞﾈｼｱの低品位炭範囲

(4)

J

COAL

低品位炭の資源と利用

J

COAL

低品位炭とは？

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

(5)

J

COAL

世界の石炭資原分布

100% 0%0% 億 t t 53% 41% 45% 14% 88% 49% 48% 97% 55% 31% 62% 38% 39% 23% 58% _27% 南アフリカ 100% 0%0% カナダ米国コロンビアその他南米中国億 t インド t インドネシアロシア欧州

豪州

褐炭 34% _53% 41% 45% 14% 94% 88% 49% 48% 100% 97% 55% 31% 62% 38% 39% 23% 58% 15% 27% 66% 31% その他アジア瀝青炭亜瀝青炭

J

COAL

石炭埋蔵量と生産量

石炭生産量

(IEA2002)

可採埋蔵量

9091億ﾄﾝ

(WEC 2004)

882Mt

3910Mt

52.7%

47.3%

瀝青炭/無煙炭

亜瀝青炭／褐炭

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

(6)

J

COAL

含水分が高い

（高水分）

▲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

　　　　　　　

○IGCC燃料に適性

低品位炭の燃料特性

J

COAL

代表的な低品位炭の性状

0.2 0.1 0.4 0.4 0.3 1.1 S 1.0 1.1 0.6 0.6 1.2 1.1 N 20.9 19.0 23.6 25.1 25.1 21.0 O 4.9 5.6 5.0 4.9 4.7 4.9 H 73.0 74.3 70.4 69.4 68.7 71.9 C (%, daf) 38.0 36.0 51.81 49.4 53.1 44.6 揮発分 (％, daf) 20.9* 20.1* 11.0 10.6 9.5 17.6 Wet Basis(MJ/kg) 総発熱量 3.3 2.0 0.5 1.3 2.1 6.2 灰分 (%, ar) 35.0 32.0 61.0 60.1 55.7 37.2 水分 (%, ar) Indonesia Indonesia Australia Australia Germany USA Mulia Wara Loy Yang Morwell Rhine Fort Union

(7)

J

COAL

Lignite

29%

原子力

26%

Hard Coal

21%

Renewables

11%

天然ガス

10%

その他

_3%

ドイツの発電状況

(2005)

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%　　

　　　　　　　

低品位炭の利用状況

J

COAL

低品位炭の利用状況

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

％

(8)

J

COAL

高カロリー化＝脱水

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。

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。

全水分

発熱量

（到着基準）

固有水分

発熱量

（恒湿基準）（ｗｔ％）（kcal/kg）（ｗｔ％）（kcal/kg））

褐炭

50～70 2,000～3,000 15～20 6,000～6,500

亜瀝青炭

25～45 4,000～5,000 10～15 6,500～7,000

瀝青炭

7～10 6,000～6,500 2～5 7,300～7,800

脱水/加熱

J

COAL

低品位炭改質技術の概要

(9)

J

COAL

低品位炭の脱水・改質法

機械的脱水法

– プレス、遠心分離器、濾過器　　　　

熱的乾燥法（蒸発法）

– 流動層、気流乾燥

– スチームチューブドライヤー

– 油中改質

熱的脱水法（非蒸発法）

– バッチ式（飽和水蒸気、熱水）

– 連続式反応器（熱水）

高ｺｽﾄ、自然発火

蒸発ｴﾈﾙｷﾞｰ大

油の回収率

高温高圧

J

COAL

低品位炭改質の効果・目的

低品位炭のデメリット

•低発熱量（高水分）

•自然発火

•ローカルエネルギー

•低発熱量（高水分）

•自然発火

•ローカルエネルギー

改質炭のメリット

•豊富な資源

•環境調和型性状

　低灰分、低硫黄

•高い燃焼性

•低価格

•豊富な資源

•環境調和型性状

　低灰分、低硫黄

•高い燃焼性

•低価格

•経済的な脱水

•性状の安定化

•経済的な脱水

•性状の安定化

改質技術

(10)

J

COAL

HWD

（熱水処理：非蒸発法）

Fuel CWM 30℃ 310℃ 150ｂａｒ 150 ｂａｒ 80℃ 0 bar 原炭

ﾊﾞｲｵ

熱媒油改質炭粉炭平均20mm 平均0.3mm 平均0.02mm

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%)

J

COAL

改質プロセスの条件

0

100

200

300

400

500

600 Temperature (

o

_C)

0

5

10

15

20 Pr

ess

.

(MPa)

HWD

Fleissner

K-Fuel

Syncoal

Encoal

UBC

コスト増加

BCB

液相

気相

飽和水蒸気圧

(11)

J

COAL

BCB

（蒸発法）

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%

J

COAL

K-Fuel

（非蒸発法）

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

(12)

J

COAL

改質技術の商業化

-

特にインドネシアについて

-改質技術の商業化

-

特にインドネシアについて

-J

J

COAL

UBC

（油中改質：蒸発法）

重質油循環油原炭循環油循環油

油回収

スラリー脱水

スラリー調製

凝縮水(廃水) 改質炭(粉状) 改質炭(ﾌﾞﾘｹｯﾄ)

成型

石炭/油分離

(遠心分離）

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

(13)

J

COAL

低品位炭資源と利用

Thailand Mae Moh China

Low Rank Coal

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高品位低炭化度炭低品位低炭化度炭

J

COAL

K-Fuel

、

BCB

の計画

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

(14)

J

COAL

インドネシアと改質事業　

-

１ インドネシア石炭資源

インドネシア石炭資源

57.85 Billion Tonnes

Lignite

58.7%

Bituminous

14.3%

Sub

Bituminous

26.7%

Anthracite

0.3%

0 25 50 75 100 125 150 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 Years C o al, millio n to n Coal Export Underground Mining UBC Productions Open Pit Mining

＊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）

インドネシアの石炭生産計画

J

COAL

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

日

本

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

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

事業効果

インドネシアと改質事業　

-

２

(15)

J

COAL

まとめ

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。

J

COAL

イ国改質炭と豪州瀝青炭の競争力

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。

UBCと豪州瀝青炭のコスト比較例（日本市場） 0 10 20 30 40 50 60 UBC・FOB明細 UBC炉尻豪州瀝青炭炉尻でのコスト比較 Cost $/ton 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 FOB CIF Furnace End FOB

日本市場での競争力

(16)

(17)

氏名：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

(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

2006年石炭技術会議

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

J

J

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

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

低品位炭改質技術について

J

J

低品位炭改質技術について

低品位炭改質技術について

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

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COAL

COAL

低品位炭とは？



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）

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COAL

COAL

低品位炭とは？

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COAL

COAL

物理的構造

化学的構造

低品位炭とは？

-

石炭の構造・特性

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COAL

COAL

低品位炭とは？

-

石炭の分類

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COAL

COAL

低品位炭の資源と利用

低品位炭の資源と利用

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COAL

COAL

低品位炭とは？

大高康雄

事業化推進部担当部長

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

内　容

事業化推進部　大高康雄

　　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）

　　褐炭、亜瀝青炭

　　（炭化度が低く、高水分な石炭）

　（スポンジのような構造）

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