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 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

低品位炭とは? 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 ) 講 -Ⅱ-2

低品位炭とは? - 石炭の分類 Class/Group Anthracite: Meta-anthracite Anthracite Semianthracite F.C. V.M DMMF % 98 92 <98 86 <92 2 2< 8 8< 14 Gross Calorific Value Moist. MMF Btu/lb MJ/kg Agglomerating Character nonagglomerating Bituminous: Low volatile Medium volatile High volatile A High volatile B High volatile C 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 commonly agglomerating agglomerating Subbituminous: Subbituminous A Subbituminous B Subbituminous C 10500 <11500 9500 <10500 8300 < 9500 24.4 <26.7 22.1 <24.4 19.3 <22.1 nonagglomerating Lignitic: Lignite A Lignite B 6300 < 8300 < 6300 14.7 <19.3 <14.7 イント ネシアの低品位炭範囲 ASTM D388 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

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 親水性 水分吸着 保持 化学反応性高 自然発火性 低品位炭の内部構造 低品位炭の資源と利用 講 -Ⅱ-4

0% 100% 2006 年石炭技術会議 石炭埋蔵量と生産量 可採埋蔵量 9091 億トン (WEC 2004) 石炭生産量 (IEA2002) 47.3% 52.7% 瀝青炭 / 無煙炭亜瀝青炭 / 褐炭 3910Mt 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 世界の石炭資原分布 ロシア 欧州 31% カナダ 38% 39% 23% 38% 62% 中国 億 t 55% 34% 53% 14% 41% 45% 米国 南アフリカ 100% 97% インド t インドネシア 15% 58% 27% 48% 豪州 49% 31% 66% その他アジア褐炭瀝青炭 コロンビア 94% その他南米 88% 亜瀝青炭 講 -Ⅱ-5

代表的な低品位炭の性状 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 総発熱量 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 * air dry basis 低品位炭の燃料特性 含水分が高い ( 高水分 ) 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 ーラス ( 高内部比表面積 ) 揮発分が多い 低灰分低 S 分 ガス化反応性が高い 低灰融点 発熱量が低い 自然発火しやすい 燃焼性が良い 良好な環境特性 IGCC 燃料に適性 講 -Ⅱ-6

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% 低品位炭の利用状況 ドイツの発電状況 (2005) Renewables 11% 天然ガス 10% その他 3% Lignite 29% 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

低品位炭改質技術の概要 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 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 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

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改質技術 経済的な脱水 性状の安定化 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 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 ー大油の回収率 高温高圧 講 -Ⅱ-9

改質プロセスの条件 Press. (MPa) 20 15 10 5 0 液相 UBC HWD Fleissner K-Fuel 飽和水蒸気圧 気相 0 100 200 300 400 500 600 Temperature ( o C) コスト増加 Syncoal Encoal BCB HWD( 熱水処理 : 非蒸発法 ) 原炭ハ イオ 平均 20mm Fuel CWM 8.4 t/d プラント ( 日本 ) 1t/d( ハ イオ dry) 条件 :300 ~15MPa 製品 :CWM or 粉炭 ( 水分 5-6%) 310 150bar 改質炭粉炭 平均 0.3mm 平均 0.02mm 30 150 bar 熱媒油 80 0 bar 改質炭 CWM 講 -Ⅱ-10

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 F 450psig 製品 : 水分 <10% S N ~30% Hg 30~80% 除去 BCB( 蒸発法 ) 20t/hプラント ( 西豪州 ) 温度 :400~450 ( カ ス ) 時間 :2~4 sec. 製品 : 水分 <10% 講 -Ⅱ-11

UBC( 油中改質 : 蒸発法 ) 原炭 スラリー調製 重質油循環油 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 スラリー脱水 凝縮水 ( 廃水 ) 石炭 / 油分離 ( 遠心分離 ) 循環油 循環油 油回収 成型 改質炭 ( 粉状 ) 改質炭 ( フ リケット ) 改質技術の商業化 - 特にインドネシアについて - 講 -Ⅱ-12

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 低品位炭資源と利用 高品位低炭化度炭 低品位低炭化度炭 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 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 China Low Rank Coal Thailand Mae Moh 講 -Ⅱ-13

インドネシアと改質事業 -1 インドネシア石炭資源 57.85 Billion Tonnes Bituminous 14.3% Sub Bituminous 26.7% Anthracite 0.3% Lignite 58.7% Coal, million ton 150 125 100 75 50 インドネシアの石炭生産計画 Coal Export Open Pit Mining UBC Productions 25 Underground Mining 0 2000 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 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 事業効果 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 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 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 脱水 高発熱量化によるCO2 削減 講 -Ⅱ-14

イ国改質炭と豪州瀝青炭の競争力 UBC と豪州瀝青炭のコスト比較例 ( 日本市場 ) 日本市場での競争力 60 Cost $/ton 50 40 30 20 10 FOB Furnace End CIF FOB 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 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 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 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 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

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氏 おおたかやすお 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 ( 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