JP6862996B2 - 石炭の粉化評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、石炭の粉化評価方法に関し、特には、大規模な設備を必要とすることなく簡便に石炭の粉化特性を評価することができる石炭の粉化評価方法に関する。

一般に、褐炭などを成型して得られる改質炭は、既存の石炭インフラ設備にてバルク輸送（船舶への積み込み・荷揚げ、車両による運搬、貯蔵ヤードでの横持ち）され、目的の荷揚地へと出荷される。バルク輸送中は、落下や擦れなどの衝撃を受けて製品が粉化することが予想される。

したがって出荷される製品はバルク輸送に耐える十分な粉化特性を有することが求められる。なお、石炭の粉化特性を評価するものとしては、ＪＩＳ Ｚ ８８４１造粒物―強度試験法がある。加えて、特許文献１では、回転試験後に篩にかける手法にて評価を行っている。

特開２０１４−１９７４６

ところで、石炭のバルク輸送中の粉化特性を評価しようとする場合、図面を参照して後述するように、従来、大規模な設備での評価が必要であり、煩雑である。また、特許文献１の評価方法はバルク輸送時の粉化を想定しておらず、バルク輸送時の粉化を適切に評価するものではない。

そこで本発明の目的は、大規模な設備を必要とすることなく簡便に石炭のバルク輸送中の粉化特性を評価することができる石炭の粉化評価方法を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明の一形態の粉化評価方法は下記の通りである：
石炭を体積破壊させる体積破壊工程と、
落下させた前記石炭を表面破壊させる表面破壊工程と
を有する石炭の粉化特性評価方法であって、
前記体積破壊工程では、前記石炭を布製の袋に０．５〜５ｋｇ入れて高さ８〜１０ｍから落下させ、
前記表面破壊工程では、落下させた前記石炭をφ３００ｍｍ以上１４００ｍｍ以下の回転機に装入して３０〜５０ｒｐｍで５００〜１０００回転させること
を特徴とする石炭の粉化特性評価方法。

本発明によれば、大規模な設備を必要とすることなく簡便に石炭の粉化特性を評価することができる石炭の粉化評価方法を提供することができる。

本発明の一形態に係る粉化評価方法のフローチャートである。 本発明の一形態に係る粉化評価方法を実施した結果を示すグラフである。 袋の形状を模式的に示す図であり、（ａ）が空の状態、（ｂ）が試料を入れた状態を示す。 回転試験機の回転部の構成を模式的に示す図であり、（ａ）が正面図、（ｂ）が斜視図である。 大規模なハンドリング設備の構成を模式的に示す図である。 図５の設備を使った粉化評価方法の結果を示すグラフである。

（１．ハンドリング設備での粉化評価方法）
ハンドリング設備の一例を図５に模式的に示す。このハンドリング設備１は、一例で、受入ホッパ１１と、ベルトコンベア１２と、ホッパ１３と、抜出しベルトコンベア１５と、二軸パドルミキサ１７と、ベルトコンベア１８〜２０とを備えている。ハンドリング設備１は、受入ホッパ１１に石炭の試料を供給すると、ベルトコンベア１２によってそれがホッパ１３に搬送され、次いで、ホッパ１３、ベルトコンベア１５、二軸パドルミキサ１７、ベルトコンベア１８〜２０、ベルトコンベア１２の順で試料を循環させるものである。

ベルトコンベア１８、１９の接続部分、ベルトコンベア１９、２０の接続部分、ベルトコンベア２０、１２の接続部分にはそれぞれシュート２０−１〜２０―３が設けられ、石炭は、このシュートを通って落下するようになっている。このようなハンドリング設備１を用いて、石炭の粉化特性評価が行われる。

（参考例１）
参考例１の粉化評価は一例で次のような手順で行われる。
（ｉ）まず、成型した石炭を、ハンドリング設備１の循環経路に供給して、所定時間、循環搬送を行う。（ｉｉ）その後、サンプルを採取し、粒度分布を測定する。循環時間による粉化の程度は、限定されるものではないが、２ｍｍ篩（ふるい）通過質量百分率で評価する。

ハンドリング設備１の搬送能力は一例で５０ｔ／ｈである。循環させる石炭は一例でインドネシア亜瀝青炭であるＡ炭である。試料量は一例で２ｍ^３である。参考例１における成型した石炭の粒度分布（粉化評価試験前、及びハンドリング設備１での評価試験後）を表１に示す。

（参考例２）
参考例２の評価方法では、試料を改質炭に変えた以外は参考例１と同様の装置、条件で試験を実施した。改質炭はインドネシア褐炭であるＢ炭を粉砕後圧縮成型したものを用いる。参考例２における改質炭の粒度分布（粉化評価試験前、及びハンドリング設備１での評価試験後）を表２に示す。

（結果）
参考例１、２の結果を図６に示す。また、図６のグラフにおいて、横軸はハンドリング設備１における循環時間（ｍｉｎ）であり、縦軸は２ｍｍ篩通過質量百分率（質量％）である。

石炭および改質炭のいずれも循環時間が長くなるほど、ハンドリング時の衝撃で破砕され、当然ながら、微粉（２ｍｍ篩通過質量百分率）が増加していくが、改質炭（参考例２）は石炭（参考例１）よりも微粉が少なくなっている。この結果から、改質炭は石炭と比べ粉化が抑制されていることが分かる。また、参考例１、２いずれの試料においても循環後約５０分を経過すると、粉化の進行が停滞することが分かる。

このことから、同設備で５０分間の処理を行えば、改質炭のバルク輸送中の粉化の限界が確認できることが分かった。

（２．本実施形態に係る評価方法）
石炭の粉化特性は重要な品質評価項目であるが、図５のような大型の試験機で評価することはサンプル量確保の観点から、改質炭などの開発段階では利用するのが困難であるし、評価に多くの人員や重機が必要である。改質炭などの製造方法を迅速に最適化するに当っては、最小量のサンプルで簡便かつ短時間に複数のサンプルの粉化特性を評価することが望ましい。

そこで、本発明者らは、図５のようなハンドリング試験装置（５０分間の循環処理）で得られる結果を、少量サンプル・実験室規模で再現可能な評価方法を検討した。具体的には、バルク輸送時の石炭または改質炭に対しては体積破壊と表面破壊が複合的に行われていると考え、体積破壊を与えるために高所から落下させた後、表面破壊を与えるための回転処理を行うことで評価設備、手順の小規模化および簡略化を図ることとした。種々の検討の結果、次のような評価方法が有用であることを見出した。本実施形態に係る評価方法は、体積破壊工程（ステップＳ１）と表面破壊工程（ステップＳ２）との２工程を有する（図１も参照）。

ステップＳ１は、体積破壊工程である。この工程では、石炭または改質炭の試料を袋の中に入れて所定高さから落下させる。袋は一例で布製である。袋に入れる量は一例で０．５ｋｇ以上５．０ｋｇ以下である。「所定高さ」は一例で８ｍ以上１０ｍ以下である。落下させる回数は一例で５回以上２５回以下である。袋の材質は、どのようなものであっても原則構わないが、落下衝撃が内容物に伝わるように生地がある程度薄く、かつ、破れが生じないように十分丈夫なものであることが好ましい。また、軽量であるものも好ましい。

ステップＳ２は、表面破壊工程である。この工程では、上記工程で落下させた試料を所定の回転試験機に入れて、所定の回転速度で、所定の回転数だけ回転させる。表面破壊工程に用いる装置は、回転試験機に限らず表面破壊が与えられる装置であれば、どのようなものでも良い。

所定の回転試験機としては、例えば、回転部の内径がφ３００ｍｍ以上のものを利用してもよい。所定の回転速度としては、一例で、３０ｒｐｍ以上５０ｒｐｍである。所定の回転数としては、一例で、５００回転以上１０００回転以下である。試験機の構成例については他の図面も参照して後述する。

下記のような具体的な条件にて本発明の一形態に係る粉化評価方法を実施した。

ステップＳ１として、石炭（実施例１）または改質炭（実施例２）の試料１ｋｇを８．６ｍの高さから２０回落下させた。なお、落下後のサンプルを全量回収する必要があるため、落下の際は、布製の袋に試料を梱包し、袋ごと落下させた。落下に当っては、試料を入れた布製袋を重力落下させて地上のコンクリート面に激突させる方法とした。

落下試験に用いた袋を図３に示す。袋４１の形状は下記の通りである。
・材質：ＰＥ織布（フレキシブルコンテナバッグとして使用されるようなもの。通気性有り。）
・形状：平底の底部直径がφ５００ｍｍで高さ（深さ）が５００ｍｍの円筒形状
・容量（梱包前、円筒形として）：７９．５リットル

袋への試料の充填に関し、１袋当たり１ｋｇ充填した。図３（ａ）のような空の状態の袋（上端開口部に紐を有する）に試料を入れ、図３（ｂ）のような形態で袋を閉じた。

試料１ｋｇの充填量（容積）は、かさ密度が０．５〜０．９ｋｇ／リットルの場合、１．１〜２．０リットルとなる。試料の充填率は、したがって１．４〜２．５％の範囲内である（「ａ〜ｂ」はａ以上ｂ以下を示す。）。なお、本発明の一形態においては、充填率は１．０〜１０％の範囲内としてもよい。

ステップＳ２として、その後に回転試験機（４０ｒｐｍ）で１０分間処理を行った。回転強度はＪＩＳＺ８８４１造粒物―強度試験法で規定されている回転強度試験機を用いたが、衝撃力を増加させるため、内部に高さ６０ｍｍのリフターを２箇所（０°と１８０°の位置）に設置したものを使用した。

回転強度試験機は、具体的には図４（ａ）の正面図および図４（ｂ）の斜視図に模式的に示すような回転部を有するものである。回転部は、内部に試料を入れて回転する円筒部材４５を有している。円筒部材４５は、内径が３５０ｍｍで内部の軸方向長さが１７５ｍｍである。この円筒部材４５の内部２個所（０°と１８０°の位置）に高さ６０ｍｍのリフター４５ａ、４５ａを設置した。なお、ＪＩＳ規格ではリフターの高さは１０ｍｍである。リフター４５ａは、平板状の部材であり、図４（ａ）に示すように半径方向に延びるように配置され、より具体的には、内周面から中心側に向かって延在している。また、図４（ｂ）に示すように、リフター４５ａは、円筒部材４５と同じく１７５ｍｍに形成されている。リフター４５ａの厚みはこの例では１０ｍｍである。

図２は、ステップＳ１、Ｓ２の処理を行った後、２ｍｍの篩を通過したものの割合（質量％）をプロットしたものである。比較のため参考例１、２も併せて示す。実施例１の試料は参考例１で用いたＡ炭であり、実施例２の試料は参考例２で用いたＢ炭の改質炭である。また、実施例１における試料の粒度分布を表１に示し、実施例２における試料の粒度分布を表２に示す。

図２では実施例１，２の評価条件（８．６ｍの高さから２０回落下させ、かつ４０ｒｐｍで２０分間回転）を参考例１，２の評価条件（ハンドリング設備１での循環時間５０分）と同等と見做して記載した。そのため図２の横軸は図６と同様（ハンドリング設備１での循環時間）である。図６では実施例１、２いずれも参考例１、２と同様の挙動を示している。

以上より、ハンドリング試験５０分間の衝撃に相当するラボ試験法（落下８．６ｍを２０回し、回転４０ｒｐｍを２０分）で改質炭のバルク輸送中の粉化特性が評価できた。また、評価に必要な試料量は１ｋｇと小規模化を図ることができた。

（付記）
本出願は以下の発明を開示する：
１．石炭を体積破壊させる体積破壊工程と、
落下させた前記石炭を表面破壊させる表面破壊工程と
を有する石炭の粉化特性評価方法であって、
前記体積破壊工程では、前記石炭を布製の袋に０．５〜５ｋｇ入れて高さ８〜１０ｍから落下させ、
前記表面破壊工程では、落下させた前記石炭をφ３００ｍｍ以上の回転機に装入して３０〜５０ｒｐｍで５００〜１０００回転させること
を特徴とする石炭の粉化特性評価方法。

このような方法によれば、次のような作用効果が得られる。すなわち、石炭はハンドリング中に一定量が粉化するが、上記の試験を行うことで採掘−積出−運搬−陸揚げ−運搬、を経て発電所等で使用されるまでの粉化量を高い精度で推定し、粉化特性を評価することが可能となる。特に、図５に示したような大規模な設備を用いる必要もないので、簡便に粉化特性を評価することができるものとなる。

２．上記粉化特性評価方法において、前記体積破壊工程における高さは８．６ｍであることを特徴とする方法。本発明は具体的にはこのような高さからの落下を行うことで実施可能である。

３． 前記表面破壊工程ではφ３５０ｍｍの回転機を用い、４０ｒｐｍで８００回転させることを特徴とする方法。本発明は具体的にはこのような回転試験を行うことで実施可能である。

４．上記記載石炭の粉化特性評価方法において、前記石炭は改質炭であることを特徴とする方法。この方法によれば、改質炭においても上記手法により粉化特性を評価できる。

４１ 袋
４５ 円筒部材
４５ａ リフター

Claims (4)

1. 石炭を体積破壊させる体積破壊工程と、
   落下させた前記石炭を表面破壊させる表面破壊工程と
   を有する石炭の粉化特性評価方法であって、
   前記体積破壊工程では、前記石炭を布製の袋に０．５〜５ｋｇ入れて高さ８〜１０ｍから落下させ、
   前記表面破壊工程では、落下させた前記石炭をφ３００ｍｍ以上１４００ｍｍ以下の回転機に装入して３０〜５０ｒｐｍで５００〜１０００回転させること
   を特徴とする石炭の粉化特性評価方法。
2. 請求項１に記載の石炭の粉化特性評価方法において、
   前記体積破壊工程における高さは８．６ｍであること
   を特徴とする石炭の粉化特性評価方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の石炭の粉化特性評価方法において、
   前記表面破壊工程ではφ３５０ｍｍの回転機を用い、４０ｒｐｍで８００回転させること
   を特徴とする石炭の粉化特性評価方法。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の石炭の粉化特性評価方法において、
   前記石炭は改質炭であること
   を特徴とする石炭の粉化特性評価方法。
   

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