JPH0224879B2 - - 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
ラリの製造方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
と混合して固体燃料−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
リの製造方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、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−
水スラリの製造方法に関しては、例えば微粉状
にした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、固体燃料として粒度
分布を調節した微粉状の固体燃料を使用し、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、固体燃料として、灰分含有量の少な
い固体燃料、例えば石油コークスや脱灰処理した
石炭と、灰分含有量の多い固体燃料、例えば無脱
灰の石炭とを使用し、はじめに灰分含有量の少な
い固体燃料を水または水および分散剤と共に湿式
粉砕して固体燃料の幾何平均径が小さい値に調整
された一定濃度のスラリを製造し、次いでこのス
ラリと共に灰分含有量の多い固体燃料を湿式粉砕
してスラリ中の固体燃料の粒度分布を一定の広い
範囲に調整すると、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
と共に湿式粉砕して固体燃料−水スラリを製造す
る方法において、灰分含有量の少ない固体燃料(A)
を、固体燃料(A)の濃度が30〜60重量％になるよう
に、水または水および分散剤と共に湿式粉砕して
固体燃料(A)の幾何平均径が約44μ以下に調整され
たスラリを製造する第１工程、および第１工程で
製造されたスラリと共に固体燃料(A)より灰分含有
量の多い固体燃料(B)を湿式粉砕する第２工程から
なり、この第２工程で得られる固体燃料−水スラ
リ中の固体燃料の幾何平均径が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
6.0〜12の範囲になるように調整することを特徴
とする固体燃料−水スラリの製造方法に関するも
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、固体燃料−水スラリは工
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、また、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。また本発明においては、
はじめに灰分含有量の少ない固体燃料を湿式粉砕
してスラリを製造し、次いでこのスラリと共に灰
分含有量の多い固体燃料を湿式粉砕して固体燃料
−水スラリを製造するため、固体燃料の粉砕と混
合撹拌操作を同時に行うことができ、固体燃料の
粒度調整、粉砕操作などが容易であるだけでな
く、周囲に粉塵をまき散らすことなく、効率的に
低粘度かつ高濃度の固体燃料−水スラリを製造す
ることが可能である。 次に本発明についてさらに詳細に説明する。 〔第１工程〕 本発明においては、第１工程で、灰分含有量の
少ない固体燃料(A)を、固体燃料(A)の濃度が30〜60
重量％、好ましくは40〜55重量％になるように、
水または水および分散剤と共に湿式粉砕して固体
燃料(A)の幾何平均径が約44μ以下、好ましくは
20μ以下に調整されたスラリを製造する。 固体燃料(A)の濃度が低すぎると、粉砕効率が悪
く、また高すぎると幾何平均径の調整、粉砕操作
などが困難になるので、固体燃料(A)は、その濃度
が上記範囲になるように、水または水および分散
剤と共に湿式粉砕する必要がある。湿式粉砕前の
固体燃料(A)の大きさは特に制限されないが、一般
には幾何平均径が約３mm以下に粗砕したものが適
当である。 灰分含有量の少ない固体燃料(A)にかえて灰分含
有量の多い固体燃料、例えば無脱灰の石炭（通常
灰分含有量10重量％前後）を使用したのでは、後
記第２工程で得られる固体燃料−水スラリの低粘
度かつ高濃度化が阻害され、本発明の目的達成が
困難になるので、第１工程では灰分含有量の少な
い固体燃料(A)を使用する必要がある。灰分含有量
の少ない固体燃料(A)としては、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％）や脱灰処理した石炭、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炭を
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５
重量％以下のものなどを挙げることがでできる。
前述したように灰分含有量の多い固体燃料、例え
ば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
中に溶出する無機鉱物質が増加するためではない
かと考えられる。 第１工程において、湿式粉砕した固体燃料(A)の
幾何平均径があまり大きすぎると、後記第２工程
で固体燃料(B)を湿式粉砕した場合のスラリ中の固
体燃料の粒度分布が狭くなり、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、第１工
程では固体燃料(A)の幾何平均径が約44μ以下、好
ましくは20μ以下に調整する必要がある。 固体燃料(A)を水または水および分散剤と共に湿
式粉砕するにあたつては、従来公知の湿式粉砕
機、例えばボールミル、チユーブミル、振動ミル
などが適宜使用される。また分散剤としては、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56−19295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。分散剤の使用量は後記第２工程で
得られる固体燃料−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
剤の他にアルカリ金属塩基、例えば水酸化ナトリ
ウムや多糖類、例えばデンプン、天然ガムあるい
は増粘剤、例えばCMG（カルボキシメチルセルロ
ースナトリウム塩）などを混合してもよく、その
使用量は後記第２工程で得られる固体燃料−水ス
ラリに対して２重量％以下が望ましい。また水お
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、第１工程および第２工程での粉砕効率
が向上し、さらに低粘度かつ高濃度の安定な目的
とする固体燃料−水スラリが得られる。 第１工程で灰分含有量の少ない固体燃料(A)を水
または水および分散剤と共に湿式粉砕して濃度お
よび幾何平均径を調整したスラリは、次の第２工
程に導かれる。 〔第２工程〕 本発明において、第２工程では、第１工程で使
用した固体燃料(A)より灰分含有量の多い固体燃料
(B)を第１工程で得られたスラリと共に湿式粉砕
し、得られる固体燃料−水スラリ中の固体燃料
（固体燃料(A)と(B)との混合物）の幾何平均径が
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6.0〜12の
範囲になるように調整する。湿式粉砕で固体燃料
の幾何平均径および粒度分布を上記範囲に調整す
ると目的とする低粘度かつ高濃度の固体燃料−水
スラリが得られる。 固体燃料(B)としては、固体燃料(A)より灰分含有
量の多いもの、例えば無脱灰の石炭（通常灰分含
有量10重量％）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
第２工程では、得られる固体燃料−水スラリ中の
固体燃料（固体燃料(A)と(B)との混合物）の幾何平
均径および粒度分布を前述したように調整すれば
よいので、換言すると固体燃料(B)はそれほど粉砕
する必要がなく比較的粗粒でよいので、粉砕に要
する費用が低減でき、また高濃度化を阻害する要
因と考えられている無機鉱物質のスラリ中への溶
出を防止でき、使用する固体燃料(B)の種類（例え
ば石炭の種類）によらず、無機鉱物質の影響を小
さくすることができるという効果がある。 第１工程で得られたスラリと共に湿式粉砕する
際に使用する固体燃料(B)の大きさは特に制限され
ないが一般には幾何平均径が約44μより大きく、
約３mm以下のものが適当である。 本発明者らは、第１工程で得られたスラリと共
に固体燃料(B)を湿式粉砕して、幾何標準偏差σg
の値を大きくすればするほど（粒度分布が広いほ
ど）高濃度でも流動性の良好なスラリとなり、第
２工程での粉砕操作も容易であることを発見し
た。σgの値を大きくするためには、固体燃料Ｂ
の湿式粉砕の程度を軽減して幾何平均径を大きく
するか、第１工程で固体燃料Ａの幾何平均径をで
きるだけ小さくしておく必要があるが、得られる
スラリ中の幾何平均径があまり大きくなりすぎる
とスラリの反応性、燃焼性などが悪くなり、また
固体燃料Ａの幾何平均径を小さくするにも工業的
に粉砕の程度に限界があつて極度に微粉砕するの
は経済的でもない。またσgの値が小さくなりす
ぎると、スラリ中の粒度分布が狭くなつて高濃度
化をはかろうとするスラリ粘度が高くなる。 従つて、上述した点を考慮すると、第２工程で
は、得られる固体燃料−水スラリ中の固体燃料
（固体燃料(A)と(B)との混合物）の幾何平均径は
150μ以下、好ましくは74μ以下で、また粒度分布
が幾何標準偏差σgで6.0〜12の範囲になるように
調整する必要がある。 第２工程において、第１工程で得られたスラリ
と共に固体燃料(B)を湿式粉砕するにあたつては、
従来公知の湿式粉砕機、例えばボールミル、チユ
ーブミル、アトリシヨンミル、ハンマーミル、ロ
ツドミルなどを適宜使用するのがよい。 第２工程で得られるスラリ中の固体燃料(A)と固
体燃料(B)の割合は、重量比で(A)／(B)＝0.05〜２、
好ましくは0.1〜１にするのが望ましい。固体燃
料(A)の割合が少なすぎると、本発明の効果の発現
が不充分で、またあまり多すぎると粉砕に要する
費用が大きくなるだけでなく、固体燃料(A)として
脱灰処理した石炭を用いる場合は脱灰処理に要す
る費用も大きくなるので、上記割合になるように
第１工程で得られたスラリと共に固体燃料(B)を湿
式粉砕するのがよい。 次に本発明の１実施態様を第１図に従つて説明
する。 〔第１工程〕 水または水および分散剤が、ライン１５から撹
拌槽１に供給され、ライン１６、ポンプ２、ライ
ン１７、流量計３、ライン１８を経て湿式粉砕機
６に供給される。一方固体燃料(A)が、ライン１
９、ホツパ１３、ライン２０、定量フイダ４、ラ
イン２１を経て、スラリ中の固体燃料(A)の濃度が
30〜60重量％になるように、また必要に応じて粗
砕機５で粗粉砕して、ライン２２から湿式粉砕機
６に供給される。湿式粉砕機６では、水または水
および分散剤と固体燃料(A)の混合および固体燃料
(A)の粉砕を同時に行いながら、固体燃料(A)の幾何
平均径が約44μ以下になるように調製して固体燃
料(A)を含むスラリを製造する。スラリの一部は、
ライン２３、ポンプ７、ライン２４を経てライン
２５から湿式粉砕機６に循環してもよい。循環さ
せた方が固体燃料Ａの湿式粉砕効率が向上し、ま
た固体燃料(A)と水または水および分散剤との混
合、粉砕操作が容易になる。 〔第２工程〕 第１工程で製造されたスラリは、ライン２３、
ポンプ７、ライン２４、ライン２６、流量計８を
経てライン２７から湿式粉砕機１１に供給され
る。一方固体燃料が、ライン２８、ホツパ１４、
ライン２９、定量フイダ９、ライン３０を経て、
必要に応じて粗砕機１０で粗粉砕して、ライン３
１から湿式粉砕機１１に供給される。湿式粉砕機
１１では、第１工程で製造されたスラリと固体燃
料(B)の混合および固体燃料Ｂの粉砕を同時に行い
ながら、固体燃料（固体燃料(A)と(B)との混合物）
の幾何平均径が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6.0〜12の範囲に
なるように調整する。調整によつて目的とする低
粘度かつ高濃度の固体燃料−水スラリが得られ
る。湿式粉砕機１１で調整された固体燃料−水ラ
リは、ライン３２からスラリタンク１２に導き、
ライン３３、ポンプ４３、ライン３４を経てライ
ン３５からとりだされる。固体燃料−水スラリの
一部は、ライン３６から湿式粉砕機１１に循環さ
せてもよい。 次に実施例および比較例を示す。 各例においてスラリ粘度はＢ型粘度計（東京計
器製）で測定した。また固体燃料としては、工業
分析値（恒湿ベース）が第１表に記載の性状のも
のを使用した。

【表】 なお、第１表中各固体燃料の全水分（JIS−Ｍ
−8811）は、石油コークス1.1重量％、脱灰処理
ワララ炭4.1重量％および無脱灰ワララ炭3.0重量
％であつた。 実施例 １ 撹拌槽１に水13.4Kg／hrおよび分散剤（β−ナ
フタレンスルホン酸ホルマリン縮合物）0.32Kg／
hrおよび安定剤（水酸化ナトリウム）0.15Kg／hr
を供給して混合し、湿式粉砕機（アジテーターミ
ル）６に導き、第１表に記載の性状の固体燃料(A)
（石油コークス：幾何平均径約１mm）14.3Kg／hr
を湿式粉砕機６に導いて、混合と粉砕を同時に行
い（平均滞留時間1.5時間）、石油コークス濃度
51.9重量％、スラリ粘度100cp、石油コークスの
幾何平均径9μ、幾何標準偏差σg＝3.5のスラリを
製造し、湿式粉砕機（アトリツシヨンミル）１１
に供給した。 また第１表に記載の性状の粗砕した固体燃料(B)
（無脱灰のワララ炭、幾何平均径約１mm）21.8
Kg／hrを湿式粉砕機１１に導いて、混合と粉砕を
同時に行い（平均滞留時間0.2時間）、固体燃料
（石油コークスとワララ炭との混合物）濃度71.6
重量％、スラリ粘度1140cp、固体燃料の幾何平
均径24μ、幾何標準偏差σg＝6.3の固体燃料−水ス
ラリを得た。なお、第２表に製造条件および結果
をまとめて示した。 実施例 ２ 固体燃料(A)として脱灰処理ワララ炭（幾何平均
径約１mm）を、固体燃料(B)として無脱灰のワララ
炭（幾何平均径約１mm）を使用して実施例１と同
様の装置および方法で、濃度72.6重量％、スラリ
粘度1000cp、固体燃料の幾何平均径50μ、幾何標
準偏差σg＝6.7の固体燃料−水スラリを得た。 固体燃料−水スラリの製造条件の詳細および結
果は第２表に示す。 比較例 １ 固体燃料(A)として灰分含有量の少ないものを使
用せず、固体燃料(A)および固体燃料(B)としてとも
に無脱灰のワララ炭（幾何平均径約１mm）を使用
し、実施例１と同様の装置および方法で固体燃料
−水スラリの濃度72％を目標に実施したが、第二
工程で固体燃料−水スラリの粘度が著しく高く、
しかも流動性もないため、湿式粉砕機１１による
混合・粉砕操作ができなかつた。このため第一工
程での水供給量を増加させて、濃度67.4重量％、
スラリ粘度2200cp、固体燃料の幾何平均径25μ、
幾何標準偏差σg＝6.8の固体燃料−水スラリを得
た。 固体燃料−水スラリの製造条件の詳細および結
果は第２表に示す。 比較例 ２ 固体燃料(A)、固体燃料(B)として実施例１と同様
なものを使用し、第１工程を実施例１と同様に装
置、方法で行つた。第２工程での湿式粉砕を実施
例１より長時間行い、固体燃料濃度69重量％、固
体燃料の幾何平均径15μ、幾何標準偏差σg＝4.0の
固体燃料−水スラリを得た。スラリ粘度は
1900cpであり、高濃度、低粘度のものが得られ
なかつた。固体燃料−水スラリの製造条件の詳細
および結果は第２表に示す。

【表】 【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施態様を示す概略工程
図である。 １……撹拌槽、６……湿式粉砕機、１１……湿
式粉砕機、１２……スラリタンク、１３……ホツ
パ、１４……ホツパ。

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共に湿
   式粉砕して固体燃料−水スラリを製造する方法に
   おいて、灰分含有量の少ない微粉状固体燃料(A)
   を、固体燃料(A)の濃度が30〜60重量％になるよう
   に、水または水および分散剤と共に湿式粉砕して
   固体燃料(A)の幾何平均径が約44μ以下に調整され
   たスラリを製造する第１工程、および第１工程で
   製造されたスラリと共に固体燃料(A)より灰分含有
   量の多い固体燃料(B)を湿式粉砕する第２工程から
   なり、この第２工程で得られる固体燃料−水スラ
   リ中の固体燃料の幾何平均径が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6.0〜12の範囲になるように調整することを特
   徴とする固体燃料−水スラリの製造方法。 ２ 灰分含有量の少ない固体燃料(A)が、石油コー
   クスまたは脱灰処理した石炭で、灰分含有量の多
   い固体燃料(B)が、無脱灰の石炭である特許請求の
   範囲第１項記載の固体燃料−水スラリの製造方
   法。