成果報告書詳細
管理番号20150000000220
タイトル平成26年度成果報告書 ゼロエミッション石炭火力技術開発プロジェクト クリーン・コール・テクノロジー実用化可能性調査 低品位炭利用促進事業可能性に関する検討 低品位炭利用による改質PCI炭製造事業のビジネスモデル実現可能性に関する検討
公開日2015/10/24
報告書年度2014 - 2014
委託先名三菱重工業株式会社 三菱商事株式会社
プロジェクト番号P10016
部署名環境部
和文要約本調査は低品位炭(褐炭)を付加価値の高いPCI(Pulverized Coal Injection)炭に改質して、エンドユーザーに供給するビジネスモデルの実現可能性について検討を行ったものである。
 低品位炭からのPCI炭製造事業を経済的に成立させるためには、産炭地において安価に原炭を調達し、現地において改質PCI炭製造までを実施し、付加価値を高めた状態で消費地に輸送する必要がある。このための低品位炭候補としてインドネシアKalimantan島の褐炭、オーストラリアVictoria州の褐炭を対象とし改質特性の評価を行った。この結果、インドネシア褐炭で約530℃、オーストラリア褐炭で約500℃の温度レベルで乾留することによりPCI炭の要求仕様である発熱量29.3MJ/kg(7000 kcal/kg)、揮発分20-25%の値を達成できることを確認した。また、インドネシアKalimantan島、オーストラリアVictoria州において炭鉱、輸送インフラ、ユーティリティー等の現地調査を行い、原炭コスト、輸送コストおよび輸送安定性、設備建設費等の観点から事業性の比較・検討を行った。この結果、PCI炭製造事業が成立可能なインドネシアKalimantan島の炭鉱を最有力候補として選定した。
 低品位炭の改質には、乾燥(Dryer)、乾留(Pyrolyzer)、冷却・不活性化(Quencher, Finisher)設備から構成される三菱重工の改質プロセスを適用するが、従来の亜瀝青炭(含水率約28%、発熱量約20.0MJ(4800kcal/kg))を対象とした火力向け一般炭に対して、改質PCI炭製造で対象とする低品位炭は含水率が約60%と高く、発熱量は約10.0MJ/kg (2400kcal/kg)と低いためDryerの負荷増大、Pyrolyzerの高温化、Finisherの負荷増加に対応しなければならない。本調査では対象となる低品位炭の乾燥、乾留、不活性化特性データを取得し、改質PCI炭製造に適するプロセスを決定した。また、プロセス実現のための課題と、それに対する打ち手として、Dryerに対しては大型化による基数低減、Pyrolyzerに対しては外熱および内熱併用式Pyrolyzer、Finisherに対しては上流の冷却部(No.2Quencher)への予備不活性化機能付与による設備のコンパクト化などの複数の打ち手を抽出し、要素試験およびシミュレーションによる検討を行い、各プロセスに有効な打ち手の絞り込みを行った。課題解決により低品位炭改質技術を確立させることはプラントコストの低減にも寄与でき、その結果としてPCI炭製造事業の経済性向上に貢献できることを確認した。
 また、低品位炭から製造した改質PCI炭が高炉へ適用できることを評価しておく必要がある。このため対象となる低品位炭から改質PCI炭を製造し、高炉条件模擬燃焼試験炉を用いて着火性、燃焼性データを取得した。この結果、従来のPCI炭とほぼ同等の燃焼特性を有することを確認し、改質PCI炭が高炉に適用し得る目途を得た。また、改質PCI炭は灰含有率が低い(3-7%)、灰融点が低い(1250-1350℃)といった特性を有しており、レースウェイでのシェル層厚み低減による高炉操業安定性や溶融スラグによる持ち出し熱損失の低減、灰融点調節用フラックスの低減などが見込める。今後、更に定量的な利得の評価を行い経済性向上への寄与度を評価する。
 技術開発の成果を想定し設備コストを低減した改質プロセスを適用した改質PCI炭製造量1500ton/dayの設備費、現地調査結果による輸送コスト、ユーティリティーコストの値を用いて改質PCI炭の製造コストの試算を行い、インドネシアKalimantan島の褐炭では、条件によっては、本調査で設定したPCI炭価格(US$ 104/ton FOB)を下回り、PCI炭製造ビジネス事業の成立の見込みがあることが判明した。
 今後は、本調査で抽出した技術課題に対する技術開発項目の検証を行い、低コストで改質PCI炭を製造するための改質PCI炭製造技術の確立に取り組んで行く必要がある。また、本調査において構想した改質PCI炭製造事業の運営に適するバリューチェーンの構築についても、引き続き取り組んでいく必要がある。
英文要約 This report describes the feasibility study of the business model that provides high value-added PCI (Pulverized Coal Injection) coal upgraded from low rank coal (such as lignite) to the end-users.
To realize the PCI coal business economically, it is required to procure cheap raw coal and upgrade it to PCI coal at coal mine site and transport the PCI coal to consumers. As coal of the candidates, lignite in East Kalimantan of Indonesia and Victoria State of Australia were chosen, and the characteristics of upgrading were evaluated.
As a result of the pyrolysis experiments, the pyrolysis temperature should be about 530degC for Indonesian lignite and about 500degC for Australian lignite to meet the requirements of PCI coal, of which calorific value is above 29.3MJ/kg (7,000kcal/kg) and volatile content is between 20wt% and 25wt%. The field survey for infrastructures and coal mines was carried out in East Kalimantan of Indonesia and in Victoria State of Australia, and indicated that the mine located in East Kalimantan has the potential to execute the PCI coal upgrading business feasibly.
Mitsubishi Heavy Industries, Ltd has been developing the coal upgrading technology that is composed of drying, pyrolysis, quenching and deactivation. The process can upgrade low grade coal having the calorific value of about 20.1MJ/kg (4,800kcal/kg) with moisture content of about 28wt% to the bituminous coal used for the power plant. The moisture content of the lignite in Kalimantan is about 60wt% and the calorific value is only about 10.0MJ/kg(2,400kcal/kg) GAR (Gross As Received). Therefore, the duty of the process for lignite is higher and severer than the upgrading process for sub-bituminous coal. While pyrolysis temperature for the steam coal is about 350degC, the temperature for PCI coal is about 500degC. Thereby, the process was modified to incorporate higher heat duty based on the data obtained from the fundamental tests and simulations for drying, pyrolysis and deactivation. Those modifications include the process improvements such as larger dryer unit, direct-heat pyrolyzer, and pre-deactivation in the quencher. It was concluded that those improvements can reduce the capital cost as well.
It is also important to evaluate applicability for upgraded PCI coal into a blast furnace. The ignition and combustion performance data of upgraded PCI coal were obtained by laboratory scale test facility which simulates injection of PCI coal. As a result of experiments, it was verified that upgraded PCI coal had the same quality as conventional PCI coal. The upgraded PCI coal has lower ash content and low melting point, which have the potential to save heat loss of melting slag, reduce flux for regulating melting point. This effect will be verified and quantified in future.
Based on the construction price of 1,500 ton/day PCI coal production plant, raw coal cost, transportation cost and utility cost, the production cost of the upgraded PCI coal was calculated. In case of Indonesia mine, the estimated price of upgraded PCI coal can be less than the expected market price of PCI coal in a certain condition, and it is expected that the upgraded PCI coal will be established as business.
The process improvements proposed in this report shall be demonstrated and the PCI coal upgrading process shall be established to conduct the commercial project in the future. In addition, it is required to keep investigating the value chain to ensure more feasible operation of PCI coal upgrading business and another technical improvement to achieve additional cost reductions.
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