JPH0344599B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は微粉砕炭素質物質の形の固体燃料のス
ラリーを製造するための方法に関するものであ
る。

本発明の関係において使用される用語「固体燃
料」は種々のタイプの炭素質物質、例えば、歴青
炭、無煙炭、亜歴青炭および亜炭、木炭、および
精油コークス、アスフアルテンのような製油所の
固体副生物等から成る。

今日熱の生成は液体または気体燃料の燃焼に大
きに依存しており、従つて既存のプラントはこれ
ら燃料を自然の形態で輸送し、貯蔵し、および燃
焼するように構成されている。塊炭への転換は大
規模な改造と新規の投資を伴うので、石炭を液体
または気体の燃料生成物に転換する種々の方法が
高い関心を引いているのは当然のことである。石
炭ををメタノールまたは炭化水素に化学転換する
他に、種合の液体、例えばメタノール、油、水と
油の混合物、または水のみ等を使用して石炭粉末
スラリーを製造ことも提案された。これにより石
炭のような固体燃料を処理して液体として輸送す
る一方、スラリー燃料に使用される油のような液
体燃料の量を少なくするかまたは省くことができ
る。

多くの場合、石炭と水とのスラリーは最も実用
的でかつ経済的利点を提供する。固体燃料スラリ
ーに対し多くのことが要求されているが、最も重
要な要求は、スラリーが高い固体燃料含量を有す
る一方取扱に都合のよい性質、すなわち長い貯蔵
期間中でさえも低い見掛粘度と均質性を示すこと
である。スラリー燃料製造プロセスはいくつか既
に提案されている。

米国特許第4282006号には石炭水スラリー調製
法が開示されている。そこでは、粉砕石炭をボー
ルミルで摩砕し、摩砕された石炭を少量さらに別
のボールミルで摩砕して、スラリーに使用する圧
縮微粉炭のための十分な量の微細粒子を提供し、
その要求を満たすものである。このプロセスは完
全な連続式ではなく、第１ミルがスラリー中の最
大粒子と同じ大きさかまたはこれよりも小さい粒
子を生成することに特徴がある。従つて得られた
粒度分布は第１ミルにおける石炭粉砕方法に大い
に依存しており、望ましい粒度分布にする点で柔
軟性に乏しい。

カリフオルニア、アービンのオクシデンタル・
リサーチ・コーポレーシヨンは論文（「石炭−水
混合物の調製、取扱いおよび燃焼特性」コール・
テクノロジー′82、第５回国際石炭利用展示会お
よび会議、1982年12月７〜９日、テキサス州ヒユ
ーストン）を刊行し、その中にスラリー製造法を
開示している。これは最終スラリー粒径範囲内の
粒子を製造する第１の乾式粉砕工程を含み、また
第１のミル生成物の一部をさらに摩砕し十分な量
の微細粒子を生成する、第２の微粉砕工程を含
む。この粉砕方法は米国特許第4282006号に開示
されたものと同じタイプの欠点をもつ。

さらに石炭水スラリー製造方法は、バージニア
州アレクサンドリアのアトランチツク・リサー
チ・コーポレーシヨンによつて開示され（エレク
トリツク、パワー・リサーチ・インスチユワー
ト・レポートCS−2287、1982年３月）ている。
そこでは摩砕する前に供給される石炭を２つに分
流している。１の流れは乾式ハンマミルと次いで
湿式ボールミルの２個のミルを通過し、中間の分
級がない。他の流れは自己完結式操作で乾式ケー
ジミルにより摩砕される。両方の流れで生成した
固体をスラリーに合流させる。この操作は、また
最終スラリー粒径範囲内の粒子を２平行流で生成
し、十分な柔軟性がないので、スラリー中に所望
の粒度分布を達成することがでない。

水性または非水性のスラリー中の粒度分布に関
して、所定の固体濃度において粒子凝集した懸濁
液の粘度を最小にするために、粒子凝集をの粒度
分布を最適にすることができることは良く知られ
ている事実である。これに関する理論はフアリス
によつて良く論じられている（Trans.Soc.
Rheology 12：２，281〜301頁、1968年）。

１例として、フアリスの研究は、次表に示すよ
うに、1.2の充てん密度を仮定して、粒子最大粒
が200ミクロンの75重量％石炭／水スラリーに対
する最適粒度分布を与えている。

第１表 石炭重量％ 粒 度（μm） 100 −200 92 −160 79 −100 70 −70 59 −44 42 −20 29 −10 スラリーの製造において、所定単位容量のスラ
リー中に固体粒子を高度に充てんすることを可能
とする粒度分布を達成することが一般に課題であ
る。実際の目的が、極めて高い固体含量のスラリ
ーを得ることではないとしても、高い固体含量を
与える粒度分布の固体粒子を使用することが好ま
しい。それは、この種のスラリーが任意のスラリ
ー液体含量においても貧弱な粒度分布の粒子を含
有するスラリーよりも一層有利なレオロジー特性
を示すからである。

発表されたフアリスの論文は、スラリー固体中
の所定の最大粒径において、他の分布よりは高い
固体含量を与える粒度分布があることを示してい
る。一般に、理想の分布は、典型的には単一の摩
砕工程で生成された量よりも多量の微細なおよび
粗大な物質を分布内に含む。開放摩砕回路、すな
わち内部的または外部的分級操作をしない摩砕回
路は、同一の最大粒径の生成物を生成する場合
に、封鎖した摩砕操作よりは平均して細かい物質
を生成するが、これは共に中間粒径範囲に生成物
を大量に集中させる傾向がある分布、すなわち狭
い分布を生成する。

しかし、本発明は、次の工程を実施することに
よつて連続方法で所定の最大粒径にて所望の粒度
分布を達成する方法を提供する： １ 容易に摩砕できる粒径まで、あらかじめ小さ
く破砕された炭素質出発物質を第１ミルに導入
し、ここで所望のスラリー粒度分布よりは粗い
粒度分布に計画的に摩砕し、 ２ 第１ミルからの摩砕生成物を続いて分級装置
に導き粗い部分を除去する。微部分の最も粗い
粒子が最終スラリーの平均粒径よりも粗いかま
たは等しいが、最級スラリーの最大粒径よりも
小さいかまたは等しいように、好ましくは最終
スラリーの最大粒径に殆ど等しいようにカツト
ポイントを選ぶことが好ましい； ３ 粗い部分を引続き１個または複数個の次段の
ミルに導入する。そこのミルでは、充てん物質
単位当り摩砕エネルギーを第１ミルの充てん物
質単位当り摩砕エネルギーから変化させること
ができる。従つて、次段の各ミルからの生成
物、即ち各ミルから分離した微細粉、および第
１ミルから分離した微細粉との配合に対してい
かなる粒径分布が必要とされようとも：オペレ
ーターは前記粗い部分を摩砕して理想または所
の粒度分布に近づけることができる。

これら工程を複数の摩砕段階において行うこと
ができ、分級機の使用が必要な第１摩砕段階を除
いて、各摩砕段階は少なくとも１個のミルおよび
必要に応じ設ける分級機から成る。好ましくは、
摩砕段階は全部で２段階である。最後の摩砕段階
に対しては、先段の摩砕段階の分級機を使用する
か、分級機を全く使用しない選択ができる。第１
摩砕段階からの微細粉と配合される、スラリー固
体を形成するために分離した微細粒部分が、その
最大粒径がスラリー中の最大粒径よりも小さいか
または等しいような粒度分布であるように、第１
の摩砕段階に続く各摩砕段階に設ける分級機を選
ぶことが好ましい。第１摩砕段階で分離した微細
粉と一緒にスラリーにされる次段の摩砕段階から
の微細粉の最大径と平均粒径とは、第１摩砕段階
で分離した微細粉の最大および平均粒径よりも、
それぞれ、等しいか小さい最大粒径および平均粒
径であることが好ましい。

従つて、最終的なスラリー中の十分粗い物質に
対する要求は特に第１摩砕段階で適えられるか、
第１摩砕段階で分離した粗い物質は特に次の摩砕
操作によつて一層細かい粒子部分の形成に寄与す
る。これにより各個別の摩砕操作における好まし
くない粒度分布を形成する傾向に関係なく、オペ
レーターは連続的に所望の粒度分布を達成するこ
とができる。

他の利点は、通常の操作下で必要とされるもの
よりも高い能力のミルを次段の１個または次段の
複数個のミルに選ぶことによつて得られる。更
に、これは次段の摩砕操作で行われる摩砕作業を
増すことによつて予定されるものより粗い生成物
を第１の摩砕操作で生成させる原因となる操作上
の障害を克服することを可能としている。これに
よつて配合した微細粉の粒度分布を一定付近に保
持し、常にスラリーの性質をほぼ一定に確保する
ことができる。

従つて本発明の目的は、所定の平均粒径および
所定の最大粒径から成る所定の粒度分布を有する
微粉砕炭素質物質のスラリーを生成する方法を提
供することにある。この方法は少なくとも２つの
摩砕段階から成る粉砕工程を含み摩砕した物質と
キヤリヤー液体とを混合してスラリーを調製する
方法であつて、 (a) 炭素質物質を第１摩砕段階で摩砕し； (b) (a)段階からの摩砕生成物を所定の粒度分布の
平均粒径よりも少なくとも大きい平均粒径を有
する粗い物質と粗い物質の平均粒径よりも小さ
い平均粒径を有する微細物質に区分し； (c) (b)段階からの粗い物質をさらに少なくとも１
の摩砕段階で摩砕し、少なくとも別の１の部分
の微細物質を生成し、その平均粒径が最終スラ
リーの平均粒径よりも小さく；および (d) 異なる段階からの微細物質を配合してスラリ
ーを生成することを特徴とする。

本発明のこの目的と他の目的および利点は、図
面に基づく以下の説明からさらに明らかであり第
１図および第２図はさらに、それぞれ、実施例１
および２に記載された本発明方法の２つの具体例
を示す。

各摩砕段階で行われる粉砕の量を制御し、分級
操作におけるカツトポイントを選択することによ
つて望ましい粒度分布を達成することでのオペレ
ーターに与える柔軟性は、最終スラリーにおける
好ましい充てん条件を達成することに劣らず重要
である。多くの場合、最良の分布を決定するた
め、多くのフアクターを互いに重みづける必要が
ある。考えられる主なフアクターを次に示す。

− スラリー中の最大粒径。これは、通常予定さ
れたスラリーの最終用途、すなわち特定の燃焼
設備で十分に燃えつきるような最大粒径によつ
て決定される。

− 使用した炭素質物質の選鉱特性。多くの場
合、スラリーをつくる前に、炭素質出発物質か
ら無機成分を除去することが望ましい。物質を
細かく砕く程多く無機物質が遊離する。従つ
て、最大粒径を引下げるかまたは粗い物質の量
を減少させるならば、オペレーターはスラリー
をつくる前に分離工程において不純物の除去の
向上を図ることができる。

− 摩砕コスト。スラリーの平均粒径が細かい
程、摩砕工程はコストが高くなる。

− 摩砕生成物の有効表面積。最終スラリー組成
物はスラリー流の性質と安定性を高めるため化
学的添加剤を含むことが多い。この種の添加剤
は界面活性剤を含むことが多く、従つて大きい
有効表面積は添加剤濃度の増加をもたらす。

上記フアクターと、高いスラリー粒子充てん性
を与える粒度分布を得るための要望を考慮に入れ
て、オペレーターは目標の粒度分布を選び、上述
のミルおよび分級装置を使用してこれを生成する
ことができる。通常最大粒径範囲は50〜500ミク
ロンであり、50〜250ミクロンが好ましい。第１
ミルからの物質の50〜95％はこの最大径である
か、またはこれより小さく、選択した最大径を超
える粒子の５〜50％を第１摩砕段階の分級工程に
おいて分離し、さらに第１摩砕段階において分離
した微細粉の平均粒径と等しいかまたは好ましく
はこれより小さい平均粒径に次段の１または複数
の摩砕段階において、分離した粒子を摩砕する。
好ましくは、第１の摩砕段階でスラリー中に含ま
れる十分な細かさの粒子の60〜85％を生成する。

しかし、流動床における燃料スラリーの燃焼ま
たは燃料スラリーの溶鉱炉への注入のような適用
では、微粉砕炭素質物質の粒径は特に臨界的では
なく、燃料スラリーに比較的大きな粒子を含ませ
ても問題は生じない。しかし、粒子が大きすぎる
場合粒子沈澱の危険が生じるため、粒径は約0.5
mmを超えるべきでない。

実施例 １ この実施例では添付した図面の第１図によるミ
ル装置を使用する。ミル装置は各段階において１
個の湿式ボールミルを有する２段階の摩砕段階を
含む。さらに特に、第１摩砕段階は第１ミル１お
よびシーブベンド２から成り、第２摩砕段階は第
２ミル３およびシーブベンド４から成る。

シーブベンド２が、許容できるスラリー最大粒
径よりも粗い物質を分離し、シーブベンド４がミ
ル３にフイードバツクする粗い粒子または微細粒
子に分離するようにシーブベンドのメツシユ径を
選ぶ。物質の流れを次に示す： 炭素質出発物質(A)および十分な水を第１ミルに
導入し； 最終スラリー固体よりも粗い物質を５〜50％有
する摩砕生成物(B)はミルを出て； ５〜50％の粗い物質(C)をシーブベンド２で分離
し第２ミル３で摩砕し； 第２ミル３からの摩砕生成物(D)を第２シーブベ
ンド４に送り出し、そこで微細部分(E)を分離して
シーブベンド２からの微細物と合わせて最終摩砕
生成物(F)を生成し、； シーブベンド４からの粗生成物(G)を第２ミル３
に循環し； (F)をスラリー液体と合わせてスラリー生成物を
生成する。

実施例 ２ 高揮発性歴青炭（例えばケープ・ブレトン・デ
ベロツプメント・コーポレーシヨンン、ノバ・ス
コチア、ハーバーシーム炭）を使用して水性スラ
リーを生成した。選択した最大スラリー粒径は
200ミクロンであり、スラリー充てん量を75重量
％になるように選択した。理想的フアリス分布は
次の分布を要した。

第２表 粒子重量％ 粒 径（μm） 100 −200 85.5 −125 76.5 −88 67.0 −63 59.5 −45 51.0 −31.5 42.0 −20 32.5 −12.5 湿式ボールミルにおいて石炭を摩砕し、ハイド
ロサイクロンで粗い粒子を分離して同じミルにフ
イードバツクして摩砕すると、次の分布を得た。

第３表 粒子重量％ 粒 径（μm） 100 −200 99 −125 94 −88 86 −63 75 −45 61 −31.5 43.5 −20 29 −12.5 このようにして達成された分布は不満足なもの
であつた。また結論として、理想的フアリス分布
は、燃料製造おいて過剰の添加剤を消費する。そ
れが故に、第２表に望ましいものとして示した粒
径よりも若干細かい粒径の粒子が少なく、しかも
75％充てんで十分な流動特性をもつスラリーを得
るために大きい粒径の十分な量を有する粒度分布
を生成することが決定された。これを達成するた
めに、第２図による摩砕装置を使用した。第２図
による摩砕装置は２段階の摩砕段階を含み、各段
階に１個の湿式ミルを用い、最終摩砕段階に別個
の分級機を用いていない。

第２図による構成では、スラリー最大粒径、
200ミクロンを超える粒子を分離し、さらにこれ
を第２摩砕段階で摩砕するように、シーブベンド
３のメツシユ径を選んだ。シーブベンド３の容量
は、両段階の摩砕による摩砕生成物から粗い物質
を有効に分離するのに十分な容量にした。

物質の流れを次に示す： 約50重量％の十分な水を含み、直径が30.8mm以
下（1.5インチ以下）の粒径の炭素質出発物質(A)
を第１摩砕段階のボールミル１に供給した。第１
ミル１からの生成物(B)は、運転中を通して200μm
を超える物質を30〜35％含み、これをシーブベン
ドで分離し、第２摩砕段階のボールミル２に供給
した。ここでさらに径が小さくなり、その後(D)は
第１段階のシーブベンドに移送され、合流して微
細粉流(E)となつた。これは次の径分布を示した。

第４表 粒子重量％ 粒 径（μm） 100 −200 90.5 −125 81.0 −88 70.0 −63 59.5 −45 49.0 −31.5 33.0 −20 21.5 −12.5 摩砕した生成物(E)から調製されたスラリーは75
重量％の固体濃度を有し満足なレオロジー特性を
示した。

上記粉砕方法を実施した後、複数の摩砕段階か
らの微細粉部分を合流させ選択したキヤリヤ液体
と混合し、流動性を向上させる化学添加剤を用い
てまたは用いないで、微粉砕炭素質物質スラリー
を生成する。

しかし、ある場合には、出発物質に同伴し、か
つ粉砕工程においてそこから遊離する無機不純物
を摩砕炭素質物質から除去するために、選鉱工程
を実施することが好ましい。特に生成すべきスラ
リーが水性である場合、湿式ミルにおいて粉砕工
程を行い次いで湿式選鉱処理を行うことが適当で
ある。このような場合に、粉砕工程で生成したス
ラリーは、粉砕工程に通常用いられる固体濃度50
〜25重量％から、有機粒子を無機粒子から分離す
る浮選セル装置において典型的には５〜20重量
％、好ましくは７〜15重量％に適当に希釈され
る。

ここでは、通常15〜45分の十分な保持時間が固
体の濃度および粒径に応じて与えられる。

通常は浮選工程を浮選セルの粗く選鉱する系列
次いで精製選鉱系列で行い、ここにおいて試薬、
例えば浮選剤、促進剤、および降下剤を各系列の
各セルに独立して添加することができる。

このように選鉱した炭素質微粉砕物質は沈降お
よび／またはろ過技術によつて35〜15重量％に脱
水した後、脱水したスラリーをそのまま使用する
かまたは流動性を向上させる化学添加剤を混合し
た後貯蔵所にポンプで移送する。

非水性スラリーを生成しようとする場合、脱水
工程を適当に用いて更に低い含水量とした後、混
合工程においてスラリー液体と選鉱した微粉砕炭
素質物質とを合わせる。

結論として、上述の事から、本発明は粉砕段
階、希釈水相で行われる任意の選鉱段階およびス
ラリー混合段階を含む、微粉砕炭素質物質のスラ
リーを生成するための新規方法、ならびに炭素質
物質スラリーを生成するため前記粉砕工程を行う
新規方法を提供し、いずれも上記に列挙した特長
および利点を有することは明らかである。

明らかな変更および等価物は当該技術分野の熟
練者に明らかであるのて、本発明は上に示し述べ
た操作の厳密な細部、または厳密な組成、方法、
操作、または具体例に制限されず、従つて本発明
は請求の範囲の全範囲によつてのみ制限されると
解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るスラリー製造方法の実
施例１を実施する装置にフローシート図；第２図
は、本発明に係るスラリー製造方法の実施例２を
実施する装置のフローシート図である。 第１図、１…第１ミル、２…シーブベンド、３
…第２ミル、４…シーブベンド、Ａ…炭素質出発
物質、Ｂ…最終スラリー固体よりも粗い物質を５
〜50％有する摩砕生成物、Ｃ…５〜50％の粗い物
質、Ｄ…第２ミルからの摩砕生成物、Ｅ…微細部
分、Ｆ…最終摩砕生成物、Ｇ…シーブベンドから
の粗生成物、第２図、１…第１ミル、２…第２ミ
ル、ボールミル、３…シーブベンド、Ａ…炭素質
出発物質、Ｂ…第１ミルからの生成物、Ｃ…第２
ミルへの供給物質、Ｄ…第２ミルからの摩砕生成
物、Ｅ…微細部分。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所定の平均粒径および所定の最大粒径からな
   る所定の粒度分布を有する微粉砕炭素質物質のス
   ラリー製造方法であつて、各々が少なくとも１個
   のミルを有する少なくとも２段階の摩砕段階から
   なる粉砕工程と、摩砕した物質とキヤリヤー液体
   とを混合する工程とを有するスリラー製造方法に
   おいて、 (a) 炭素質物質を第１摩砕段階で摩砕し； (b) 所定の粒度分布の平均粒径よりも大きい平均
   粒径を有する粗い物質と粗い物質の平均粒径よ
   りも小さい粒径を有する微細物質に、(a)段階か
   らの摩砕生成物を区分し； (c) (b)段階からの粗い物質をさらに少なくとも別
   の１の摩砕段階で摩砕して、少なくとも別の１
   部分の微細物質を生成し、その別の１の部分の
   微細物質の平均粒径が最終スラリーの平均粒径
   よりも小さくし；および (d) 異なる段階からの微細物質を混合してスラリ
   ーを生成することを特徴とする微粉砕炭素質物
   質のスラリー製造方法。 ２ 最後の摩砕段階からの摩砕生成物が粗い物質
   と微細物質に区分されることを特徴とする特許請
   求の範囲１項記載の方法。 ３ 最後の摩砕段階を除いて異なる摩砕段階から
   の粗い物質を全部次段の摩砕段階で摩砕すること
   を特徴とする特許請求の範囲１項記載の方法。 ４ 最後の摩砕段階を除いて異なる摩砕段階から
   の粗い物質を一部のみを次段の摩砕段階で摩砕す
   る一方、同じ摩砕段階かまたは先行の摩砕段階で
   繰り返し摩砕するため粗い物質の残りをフイード
   バツクさせることを特徴とする特許請求の範囲１
   項記載の方法。 ５ 最後の摩砕段階からの粗い物質を同じ摩砕段
   階かまたは先行の摩砕段階で繰り返し摩砕するた
   めフイードバツクさせることを特徴とする特許請
   求の範囲２項記載の方法。 ６ 第１摩砕段階からの粗い物質が50〜500μmの
   粒径を有することを特徴とする特許請求の範囲１
   項記載の方法。 ７ 第１摩砕段階からの粗い物質が50〜250μmの
   粒径を有することを特徴とする特許請求の範囲６
   項記載の方法。 ８ 第１摩砕段階からの粗い物質が第１摩砕段階
   に入る物質の全量の５〜50重量％から成ることを
   特徴とする特許請求の範囲１項記載の方法。 ９ 第１摩砕段階において分離したい粗い物質の
   粒径が少なくとも所定の粒度分布の最大粒径より
   も大きいことを特徴とする特許請求の範囲１項記
   載の方法。 １０ 特許請求の範囲１項に記載のスラリー製造
   方法により生成した微粉砕炭素質物質のスラリ
   ー。