JPH0224878B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、低粘度かつ高濃度の固体燃料−水ス
ラリの製法に関するものである。 さらに詳しくは、本発明は、石炭、石油コーク
スなどの如き固体燃料を水または水および分散剤
と混合した固体燃料−水スラリを製造する方法の
改良に関するものであり、輸送、貯蔵、取扱いな
どが容易な低粘度かつ高濃度の固体燃料−水スラ
リの製法に関するものである。 近年、エネルギー源として石炭、石油コークス
などの固体燃料が見直されてきている。しかしな
がら石炭、石油コークスなどは、石油のような流
体燃料と比較して輸送や貯蔵を円滑に行いにく
く、またこれらに要する費用も高いだけでなく、
取扱いに際しても作業効率が悪く、石油より使い
にくいという欠点がある。 それ故、これらの欠点を改善するために、固体
燃料を微粉状にして、例えば石炭を微粉状にして
水に分散させ、固体燃料−水スラリ例えば石炭−
水スラリにする方法の開発が進められている。 しかし石炭を石炭−水スラリにする場合は、一
般に石炭の濃度を上げるとスラリの粘度が著しく
高くなつて流動性が失われ、取扱いやパイプ輸送
が困難になる。また逆にスラリの粘度を下げるた
めに石炭の濃度を下げると輸送効率が低下し、燃
料やガス化原料として使用するために後処理とし
て脱水工程を必要とするという難点がある。 これらの問題点を解決するためには、低粘度か
つ高濃度の固体燃料−水スラリ、例えば石炭−水
スラリを製造する必要があり、すでに固体燃料−
水スラリの製造法に関しては、例えば微粉状固
体燃料を水および分散剤と混合してスラリ粘度を
低減させる方法、微粉状固体燃料として粒度分
布を調節した微粉状固体燃料を使用し、これを水
または水および分散剤と混合してスラリ中の固体
燃料濃度を高める方法などが知られている。お
よびの方法はそれなりにスラリの低粘度化およ
び高濃度化をはかるうえで効果があるが、いずれ
の方法もいまだ充分とはいえず、改良の余地があ
る。 本発明者らはさらに低粘度かつ高濃度の固体燃
料−水スラリを工業的に有利に製造することがで
きる方法を開発することを目的として鋭意研究を
行つた。 その結果、単に分散剤を使用したり、微粉状固
体燃料として、石炭を微粉状に粉砕してその粒度
分布を調節したものを使用したりするのではな
く、例えば脱灰処理した石炭や石油コークスなど
灰分含有量の少ないものと灰分含有量の多いも
の、例えば無脱灰の石炭とを併用し、かつ前者の
粒度を後者の無脱灰のものより小さくして一定の
範囲で広い粒度分布をもたせたものを用いると、
前記目的を達成できることを知り、さらに研究を
重ねて本発明に到つた。 本発明は、固体燃料を水または水および分散剤
と混合して固体燃料−水スラリを製造する方法に
おいて、固体燃料として幾何平均径が約44μより
小さく、灰分含有量が６重量％以下の微粉状固体
燃料(A)と、幾何平均径が44〜150μで、かつ灰分
含有量が６重量％を越える微粉状固体燃料(B)とを
混合した幾何平均径が150μ以下で、粒度分布が
対数正規分布における幾何標準偏差σgで5.7〜12
の範囲にある微粉状固体燃料を用いることを特徴
とする固体燃料−水スラリの製法に関するもので
ある。 本明細書において使用している「幾何平均径」
及び「幾何標準偏差（σg）」の各用語は粉末の粒
度及びその分布を規定するために一般的に使用さ
れている用語であり、各々の用語は対数正規分布
での粒径と積算通過重量％の関係から次のように
定義される。 幾何平均径の定義：積算通過重量％が50％に相当
する粒径 幾何標準偏差（σg）の定義：幾何平均径と積算
通過重量％が15.87％に相当する粒径との
比（幾何平均径／積算通過重量15.87％に
相当する粒径）σg₁と、積算通過重量％が
84.13％に相当する粒径と幾何平均径との
比（積算通過重量％84.13％に相当する粒
径／幾何平均径）σg₂との算術平均
（σg₁＋σg₂／２） 本発明によると、固体燃料の濃度が高く、実用
的な流動性を有する低粘度の固体燃料−水スラリ
を容易に製造できるという大きな特長がある。従
つて本発明により製造される固体燃料−水スラリ
はパイプなどによる輸送、バーナーなどでの噴
射、取扱いなどが容易であり、ボイラー、発電
所、加熱炉などでの燃料としての使用や水素、一
酸化炭素などの製造のようなガス化原料としての
使用に好適である。 また本発明において、使用する微粉状固体燃料
は工業的に単純な操作で調製することが可能であ
るだけでなく、微粉状固体燃料としてそのすべて
を脱灰処理した低灰分含有量のものを使用しなく
てもよいので脱灰に要する費用を大巾に低減させ
ることが可能である。また本発明においては低粘
度かつ高濃度の固体燃料−水スラリが得られるの
で使用時に特に脱水処理をしなくても各種用途に
利用することが可能である。 本発明においては、微粉状固体燃料の一部とし
て特に幾何平均径が約44μ、好ましくは20μより
小さく、かつ灰分含有量が６重量％以下の微粉状
固体燃料(A)を使用することが重要であり、幾何平
均径が小さくても灰分含有量の多い微粉状固体燃
料、例えば無脱灰の石炭を使用したのでは、固体
燃料−水スラリの低粘度かつ高濃度化が阻害さ
れ、本発明の目的を達成することが困難である。
無脱灰の石炭を使用した場合に低粘度かつ高濃度
化が阻害される原因は十分に明らかではないが、
幾何平均径が約44μよりも小さくなると小さくな
るに従つて表面積が著しく増加し、特に無脱灰の
石炭中の灰分が水中に遊離し易くなつて、水中に
溶出する灰分が増加するためではないかと考えら
れる。 本発明において微粉状固体燃料(A)としては、一
般に石油精製工程から副生する石油コークス（通
常灰分含有量約0.1〜１重量％）や脱灰処理した
石灰、例えば通常市販されている10重量％前後の
灰分を含有する石灰を例えば重液選炭などそれ自
体公知の方法で脱灰処理した灰分含有量約６重量
％以下、好ましくは4.5重量％以下のものなどを
挙げることができる。また微粉状固体燃料(A)の粒
度調整は、湿式で行つても乾式で行なつてもよ
く、従来公知の粉砕機、例えばボールミル、チユ
ーブミル、しん動ミルなどを用いて容易に行うこ
とができる。また微粉状固体燃料(A)の幾何平均径
の値が大きすぎると微粉状固体燃料(B)と混合した
場合の粒度分布が狭くなつて固体燃料−水スラリ
の高濃度化を阻害する要因となるので幾何平均径
は約44μ以下、好ましくは20μ以下にするのがよ
い。 本発明において微粉状固体燃料(B)としては、微
粉状固体燃料(A)より幾何平均径が大きく（44〜
150μ）、かつ(A)より灰分含有量の多いもの（６重
量％を越える）、例えば無脱灰の石灰（通常灰分
含有量10重量％前後）が使用される。従つて脱灰
処理に要する費用が低減されるという利点があ
る。また微粉状固体燃料(B)の幾何平均径は微粉状
固体燃料(A)のそれより大きいので、換言すると微
粉状固体燃料(B)は比較的粗粒でよいので粉砕に要
する費用が低減でき、また比較的租粒であるた
め、固体燃料−水スラリにしたときの水中への灰
分の溶出を防止でき、使用する微粉状固体燃料(B)
の種類（例えば石炭の種類）によらず灰分の影響
を小さくすることができるという効果がある。微
粉状固体燃料(B)の幾何平均径が約44μより小さい
と灰分が水中に遊離しやすくなつてその溶出量が
増加するので適当ではない。微粉状固体燃料(B)の
幾何平均径の上限については、これがあまり大き
くなると固体燃料−水スラリの使用時の反応性、
燃焼性などが悪くなるのでこれらを考慮すると上
限は150μ以下にするのが適当である。微粉状固
体燃料(B)の粒度調整は、湿式で行つても乾式で行
つてもよく、また従来公知の粉砕機、例えばアト
リシヨンミル、ハンマーミル、ロツドミルなどを
用いて容易に行うことができる。 本発明においては、微粉状固体燃料として前記
(A)および(B)を用いるが、(A)と(B)との混合割合は重
量比で(A)／(B)＝0.05〜２、好ましくは0.1〜１が
望ましい。(A)の割合が少なすぎると本発明による
効果の発現が不十分になり、またあまり多すぎる
と微粉砕するのに要する費用が大きくなるだけで
なく、石炭などの脱灰処理にも費用を要するの
で、混合割合は上記範囲が望ましい。 本発明においては、微粉状固体燃料(A)と微粉状
固体燃料(B)とを混合したものが微粉状固体燃料と
して使用されるが、この微粉状固体燃料は、幾何
平均径が150μ以下、好ましくは74μ以下で、粒度
分布が対数正規分布における幾何標準偏差σgで
5.7〜12、好ましくは６〜12の範囲にある必要が
ある。本発明者らは微粉状固体燃料のσgの値が
大きければ大きいほど（粒度分布の巾が広ければ
広いほど）固体燃料−水スラリの低粘度化が可能
であることを発見した。 本発明において微粉状固体燃料のσgの値を12
より大きくするためには、微粉状固体燃料(B)とし
で幾何平均径ができるだけ大きものを使用する
か、また微粉状固体燃料(A)として幾何平均径がで
きるだけ小さいものを使用する必要があるが、(B)
の幾何平均径をあまり大きくすると固体燃料−水
スラリにしたときの反応性、燃焼性などが悪くな
り、また(A)の幾何平均径を小さくするためには極
度に微紛砕した(A)を調製する必要があり、工業的
にも紛砕の程度に限界があり、経済的でもない。
またσgの値を5.7より小さくすると粒度分布の巾
が狭くなりすぎ、固体燃料−水スラリの高濃度化
をはかろうとしたときにスラリの粘度が著しく高
くなる。従つてこれらを考慮すると(A)と(B)を混合
した微粉状固体燃料のσgおよび幾何平均径は前
記範囲にする必要がある。 本発明は、微粉状固体燃料を水または水および
分散剤と混合することによつて容易に実施するこ
とができる。水および分散剤と混合した場合は、
水だけと混合した場合より、さらに低粘度かつ高
濃度の安定な固体燃料−水スラリが得られる。分
散剤としては、固体燃料−水スラリ用分散剤とし
て従来公知のものがいずれも使用できる。分散剤
の例としては、ナフタリンスルホン酸塩、石油ス
ルホン酸塩、リグニンスルホン酸塩、及びこれら
のホルマリン縮合物；ポリオキシエチレンアルキ
ルエーテル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレン
アルキルアリールエーテル硫酸エステル塩；ポリ
グリセリンの硫酸化物；メラミン樹脂のスルホン
酸塩；石炭抽出物のスルホン酸塩（特願昭56−
192965号参照）などを挙げることができる。 前記の石炭抽出物のスルホン酸塩としては、石
炭を200〜500℃の温度にてその抽出温度より低い
臨界温度を有する溶剤を使用し、かつその臨界圧
力より高い圧力下で抽出して得られた石炭抽出物
をスルホン化し、次いでアルカリ化剤を使用して
中和することによつて得られたものが好適であ
る。この抽出における溶剤としては、ベンゼン、
トルエン、Ｏ−キシレン、ｍ−キシレン、ｐ−キ
シレン、キシレン混合物、エチルベンゼン、プロ
ピルベンゼンなどの芳香族炭化水素、シクロペン
タン、シクロヘキサンなどの炭素数５以上の脂環
式炭化水素、ヘキサン、ヘプタン、ノナンなどの
炭素数６以上の脂肪族炭化水素、メチルアミン、
エチルアミン、ジメチルアミンなどの脂肪族アミ
ン、ピリジンのような複素環化合物などを挙げる
ことができ、なかでも芳香族炭化水素が好まし
い。また、スルホン化には、例えば硫酸、発煙硫
酸、無水硫酸、クロルスルホン酸などが使用さ
れ、またアルカリ化剤としては一般にアルカリ金
属、アルカリ土類金属の水酸化物が使用される。
分散剤の使用量は固体燃料−水スラリに対して
0.01〜３重量％になるようにするのが適当であ
る。また分散剤の他にアルカル金属塩基、例えば
水酸化ナトリウムなどを混合してもよく、その使
用量は固体燃料−水スラリに対して２重量％以下
が望ましい。 本発明において微粉状固体燃料を水または水お
よび分散剤と混合するにあたつての混合順序は特
に制限されない。例えば微粉状固体燃料(A)と微粉
状固体燃料(B)とをあらかじめ混合し、次いで水ま
たは水および分散剤と混合しても、(A)を先に水ま
たは水および分散剤と混合し、次にで(B)を混合し
ても、また(B)を先に水または水および分散剤と混
合し、次いで(A)を混合してもよい。 次に実施例および比較例を示す。 各例において微粉状固体燃料としては、工業分
析値（恒温ベース、JIS−Ｍ−8812）が第１表に
記載のものを、乾式または湿式でボールミル粉砕
し、第２表に記載の幾何平均径および幾何標準偏
差にしたものを使用した。

【表】 第１表中、Ｅ−１はワララ炭、Ｅ−２はワララ
炭を重液選炭で脱灰処理したもの、Ｆ−１はハン
ターバレー炭、Ｆ−２はハンターバレー炭を重液
選炭で脱灰処理したもの、Ｇはコールバレー炭お
よびＨは石油コークスを示す（以下同様）。

【表】

【表】 また各例において固体燃料−水スラリの製造お
よび粘度の測定は次の方法で行つた。 あらかじめ分散剤（β−ナフタレンスルホン酸
ホルマリン縮合物を主成分とする界面活性剤）を
添加した水に、第２表に記載の微粉状固体燃料を
混合してまたは単独で加え、かい型撹拌機で約５
分間混合して固体燃料−水スラリを製造し、ただ
ちに粘度測定容器に移し、(B)型粘度計（東京計器
製）でスラリ粘度を測定した。なお分散剤はスラ
リに対して0.5重量％になるように添加した。 また各例において固体燃料−水スラリの固体燃
料濃度は、固体燃料重量（絶乾基準）をスラリの
全重量で除した重量％で示す。 実施例１〜３および比較例１〜３ 第２表に記載の微粉状固体燃料を、第３表に記
載の混合割合で混合して微粉状固体燃料の幾何平
均径および幾何標準偏差を調整し、固体燃料濃度
を第３表記載の濃度にかえた固体燃料−水スラリ
を製造し、それぞれのスラリ濃度を測定した。そ
の結果を第３表に示す。 第３表から微粉状固体燃料として灰分含有量の
多いものを単独で用いた場合や灰分含有量は少な
いが粒度分布の巾が狭いものを用いた場合（比較
例１、比較例２）また粒度分布の巾は広いが幾何
平均径の小さいものとして灰分含有量の多いもの
を用いた場合（比較例３）などより、本発明によ
る場合の方がはるかに低粘度かつ高濃度の固体燃
料−水スラリを製造できることがわかる。

【表】 実施例４および比較例４ 微粉状固体燃料として、第４表に記載のように
(A)−５と(B)−３との混合割合を変えて（実施例
４）、またＡ−４とＢ−３の混合割合を変えて
（比較例４）、それぞれスラリ粘度が3000cpの固
体燃料−水スラリを製造した。 スラリ粘度が3000cpにおけるスラリ中の固体
燃料濃度を第４表に示す。 第４表から本発明による場合は微粉状固体燃料
の幾何標準偏差σgが大きいほど高濃度の固体燃
料−水スラリが製造できるのに対して、灰分含有
量の多いもの（無脱灰の石炭）を微粉状固体燃料
として用いた（比較例４）のでは、たとえ粒度分
布を調整してσgを大きくしても固体燃料濃度の
高いスラリを製造することが困難であることがわ
かる。

【表】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 固体燃料を水または水および分散剤と混合し
   て固体燃料−水スラリを製造する方法において、
   固体燃料として、幾何平均径が約44μより小さ
   く、灰分含有量が６重量％以下の微粉状固体燃料
   (A)と、幾何平均径が44〜150μで、かつ灰分含有
   量が６重量％を越える微粉状固体燃料(B)とを混合
   した幾何平均径が150μ以下で、粒度分布が対数
   正規分布における幾何標準偏差σgで5.7〜12の範
   囲にある微粉状固体燃料を用いることを特徴とす
   る固体燃料−水スラリの製法。 ２ 微粉状固体燃料(A)と微粉状固体燃料(B)との混
   合割合〔(A)／(B)、（重量比）が0.05〜２である特
   許請求の範囲第１項記載の固体燃料−水スラリの
   製法。