JPH09328693A - 石炭−水スラリーの安定化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 石炭粉末を水中に安定に分散させること
により、従来、石炭−水スラリーの長期貯蔵及び輸送時
にみられたような石炭の沈降、堆積、スラリー粘度の上
昇等の問題を解決し液体燃料と同じように取り扱い出来
るようにする。 【解決手段】 (ａ) 不飽和カルボン酸成分と不飽和ス
ルホン酸成分からなる特定の共重合体と(ｂ) アニオン
分散剤を石炭−水スラリーに添加することを特徴として
構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、石炭−水スラリー
を分散安定化する方法に関し、石炭粉末を水中に安定に
分散させ、スラリーとして液体燃料と同じようにして輸
送、貯蔵することの出来るようにするものである。

【０００２】

【従来の技術】エネルギー源として石炭が再認識され、
その利用方法が種々検討されている。石炭を微粉体とし
て水中に分散させ、スラリーとして、液体燃料と同じよ
うに輸送、貯蔵、燃焼を行わせようとする方法もその有
力な方法の一つである。石炭−水スラリーは、水を含む
ことから燃料として発熱量が低下するという大きな欠点
がある。省エネルギーの観点から、石炭をより高濃度化
してその欠点を最小にすることが必要である。しかし、
スラリー中で石炭微粉体が沈降、 堆積したり、また石炭
濃度を高く水に分散させると粘度が高くなり、流動性が
なくなるなど、輸送、貯蔵安定性の点で満足の出来るも
のが得られない。

【０００３】この対策として添加剤を加えて水中への分
散を良くしようとする試みが種々行われている。例え
ば、添加剤としては、カルボキシメチルセルロース、グ
アーガム、無機化合物であるアタパラジャイトなどを加
えスラリーの粘度を上げ、さらに分散安定剤として、フ
ェノールのホルマリン縮合物（特開昭６２−２６３２８
６号公報）、ナフタレンスルホン酸のホルマリン縮合物
（特開昭６２−１０１６９２号公報）、リグニンスルホ
ン酸塩（特開昭６０−５５０８８号公報、特開平４−１
１４０９３号公報）、ポリスチレンスルホン酸塩（特開
昭６０−６０１９１号公報）、ポリアクリル酸塩（特開
昭５８−１３４１８９号公報、特開昭６０−１２０７９
５公報）等を加える方法が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の添加剤を加えても長期貯蔵及び輸送時の石炭の沈降、
堆積、スラリー粘度の上昇等の問題点は、十分に解決さ
れていないのが実情であった。

【０００５】本発明は、このような問題点を解決して液
体燃料と同じように取扱うことのできる、安定な石炭−
水スラリーを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、貯蔵安定
性および流動性の優れた石炭−水スラリーを得るべく、
鋭意検討した結果、アクリル酸成分および／またはメタ
クリル酸成分と不飽和スルホン酸成分からなる共重合体
とアニオン分散剤とを併用することにより安定な石炭−
水スラリーが製造できることを見いだし、この知見に基
づいて本発明をなすに至った。

【０００７】すなわち、本発明は、(ａ) アクリル酸お
よびメタクリル酸からなる群より選ばれた少なくとも１
種の不飽和カルボン酸成分と不飽和スルホン酸成分から
なり、不飽和カルボン酸成分を１０〜９０モル％含有
し、分子量が１０００〜４０，０００である共重合体と
(ｂ) アニオン分散剤を石炭−水スラリーに加えること
よりなる石炭−水スラリーの安定化方法である。

【０００８】

【発明の実施の形態】石炭−水スラリーは、通常亜歴世
炭、歴世炭、無煙炭などの石炭を微粉炭とし、粒度２０
０メッシュパスが７０重量％以上のものを水に加えスラ
リーとしたものである。

【０００９】本発明においてアクリル酸および／または
メタアクリル酸と共重合させるための不飽和スルホン酸
系単量体は、分子内にスルホン酸基を有するビニル系不
飽和化合物であり、その例として、２−（メタ）アクリ
ルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸、３−（メ
タ）アリロキシ−２−ヒドロキシプロピルスルホン酸、
（メタ）アリルスルホン酸、スチレンスルホン酸、ビニ
ルスルホン酸、共役ジエンのスルホン化物等があげられ
る。これらのうち、２−アクリルアミド−２−メチルプ
ロパンスルホン酸が特に好ましく使用される。

【００１０】本発明において添加剤の一つである、不飽
和カルボン酸成分と不飽和スルホン酸成分からなる共重
合体は、不飽和カルボン酸成分を１０〜９０モル％、好
ましくは２０〜８０モル％含むもの〔つまり、該共重合
体における不飽和カルボン酸成分と不飽和スルホン酸成
分の組成比が、１：９〜９：１（モル比）、好ましくは
２：８〜８：２(モル比)〕であり、その分子量は１，０
００〜４０，０００、好ましくは２，０００〜２０，０
００である。共重合体組成で不飽和カルボン酸成分を１
０〜９０モル％含むものはテストの結果得られた適性値
であり、この規定範囲の外では石炭−水スラリーの安定
化効果が劣り好ましくない。また、分子量１，０００〜
４０，０００についてもテストの結果得られた適性値で
あり、この規定範囲の外では石炭−水スラリーの安定化
効果が劣り好ましくない。

【００１１】さらに、本発明における共重合体の製造に
際しては、安定化効果を損なわない範囲内で他の共重合
可能な単量体を加えて重合させてもよい。

【００１２】本発明に係る共重合体の製造方法は特に限
定されなく、一般によく知られた溶液重合法によって行
われる。即ち、不飽和カルボン酸単量体と不飽和スルホ
ン酸系単量体とを溶媒に溶解し、これにラジカル重合開
始剤を加えて加熱反応させればよい。ラジカル重合開始
剤としては、例えば過酸化水素、過硫酸ソーダ、ブチル
ヒドロパーオキシドなどの過酸化物、アゾビスイソブチ
ロニトリル、２，２−アゾビス（２−アミジノプロパ
ン）塩酸塩などのアゾ化合物があげられ、その使用量は
単量体の全量に基づいて１〜３０重量％程度である。反
応溶媒としては水が最も好ましく使用され、その他アル
コール類、ケトン類、ジオキサンなどの有機溶媒も用い
ることができる。重合温度は、大気圧または加圧下で通
常８０〜１２０℃である。

【００１３】共重合体は、これを部分的あるいは完全中
和して、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモ
ニウム塩として使用される。中和に用いられる化合物と
しては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化マ
グネシウム、アンモニア等があげられる。

【００１４】尚一方の添加剤であるアニオン分散剤は、
分子内にスルホン酸基あるいはカルボン酸基などのアニ
オン性基を有する界面活性剤で、その例として、β−ナ
フタレンスルホン酸塩のホルムアルデヒド縮合物、リグ
ニンスルホン酸塩、ポリスチレンスルホン酸塩、ポリオ
キシアルキルエーテル硫酸塩、ポリアクリル酸塩、アク
リル酸とビニルモノマーの共重合体塩などが挙げられ
る。

【００１５】本発明に係る共重合体はそれ自体でもある
程度の分散効果を有するが、これをアニオン分散剤と併
用されることにより、石炭微粉末の水中における分散安
定性を大幅に増すことが出来る。

【００１６】本発明における共重合体およびアニオン分
散剤の石炭−水スラリーへの添加量は、石炭の種類、粒
度およびスラリー中の石炭濃度などの性状によって異な
り一律に決められないが、共重合体は、スラリーに対し
通常０．００１〜０．１重量％、好ましくは０.００５
〜０.０５重量％、さらに好ましくは０.０１〜０.０５
重量％添加される。又、アニオン分散剤はスラリーに対
し一般的に０．００５〜２重量％、好ましくは０．０２
〜１重量％、さらに好ましくは０．０５〜０．５重量％
添加される。添加方法は特に限定されなく、石炭粉末を
分散させる水中に予め添加するか、あるいは石炭−水ス
ラリー中に添加するなど任意の方法がとられる。この場
合、共重合体とアニオン分散剤を同じ液に溶解し、 これ
を添加するのが便利であるが、両者を別々の溶液とし添
加することもできる。

【００１７】本発明の共重合体とアニオン分散剤を使用
するにあたって、一般の増粘剤、例えばカルボキシメチ
ルセルロース、多糖類、クレイなどと併用すると分散性
がよくなり好都合のことが多い。しかし本発明はこれら
増粘剤の使用の如何を制限するものではない。

【００１８】本発明における不飽和カルボン酸成分と不
飽和スルホン酸成分からなる共重合体と、アニオン分散
剤とを組み合わせて使用することで高濃度の石炭−水ス
ラリーの輸送及び貯蔵の安定性が得られる。従来、石炭
−水スラリーは６０℃付近の温度ではスラリー粘度が上
昇し、流動性が著しく低下していた。これは、石炭に含
まれるＣａ，Ｍｇ等の多価金属イオンの影響により、ス
ラリーの初期流動性の低下、長期貯蔵中のスラリー物性
の劣化が要因と言われている。然るに、本発明の方法に
よれば、６０℃付近でも多価金属イオンの影響を極力抑
えてスラリーの流動性を保つことが出来る。

【００１９】以下、実施例により本発明を具体的に説明
する。

【００２０】

【実施例】

〔共重合体の合成〕共重合体Ａ−１：５００ｍＬの５口
フラスコにイオン交換水１８０ｍＬを加え、ここにアク
リル酸２１．６ｇ（０．３モル）、２−アクリルアミド
−２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）５７．９
ｇ（０．３モル）および重合度調節剤としてのβ−メル
カプトプロピオン酸０．８０ｇを加え、窒素ガスを導入
しながら６０℃に加熱し、この温度で１０％過硫酸ナト
リウム水溶液３０ｇを徐々に滴下した。窒素ガスを導入
しながら９０℃に温度を上げ３時間撹拌を行いアクリル
酸−ＡＭＰＳの共重合体の水溶液を得た。得られた共重
合体水溶液を水酸化ナトリウムで中和した後テストに供
した。この共重合体は、ゲルパーミエーションクロマト
グラフィー（ＧＰＣ）によって測定した重量平均分子量
は１２．６００であり、さらに得られた共重合体水溶液
の中和滴定、および溶液の乾燥固形物の赤外吸光スペク
トル（ＩＲ）測定により、共重合体の構成成分モル比
は、アクリル酸／ＡＭＰＳ＝５０／５０であった。

【００２１】同様な方法で共重合体Ａ−１〜Ａ−７の水
溶液を調整した。共重合体水溶液の詳細を表１に示し
た。

【００２２】

【表１】

【００２３】〔アニオン分散剤〕 ａ：ポリスチレンスルホン酸ソーダ：東ソー(株)製品を
使用した。 ｂ：β−ナフタレンスルホン酸ナトリウム−ホルマリン
縮合物：三洋化成(株)製品を使用した。 ｃ：リグニンスルホン酸ソーダ：三京化成(株)製品を使
用した。

【００２４】〔石炭−水スラリ−の調整及び評価〕 （実施例１）２００メッシュパス７５％の歴世炭を使用
し、以下の手順でスラリーの調製を行った。本発明の共
重合体、アニオン分散剤をそれぞれ所定量、さらに増粘
剤としてのカルボキシメチルセルロース(対スラリー
０．０３重量％)を水１２０ｇに加えて溶解させた。こ
の水溶液を６００ｒｐｍで撹拌しつつ、微粉炭２８０ｇ
を徐々に加え２０分撹拌、次いでホモミキサ−(特殊機
化工業製)で５０００ｒｐｍで５分撹拌し石炭−水スラ
リー(石炭濃度：７０重量％)を得た。こうして得られた
スラリーの粘度は２５℃でＢ型粘度計にて測定し、流動
性を評価した。また、スラリーをガラス試験管に移し室
温で１ヶ月静置し、スラリーの沈降状態の観察と粘度測
定により、静置安定性を評価した。スラリ−の沈降状態
の観察は、ガラス棒の自然落下による、スラリーへの貫
入試験により評価した。評価は、落下ガラス棒の先端と
底からの距離がスラリー高さ２０ｃｍに対し、５ｍｍ以
下のものを◎、５〜１０ｍｍのものを○、１０ｍｍ以上
のものを×で示した。これらの結果を表２に示した。

【００２５】

【表２】

【００２６】表２より本発明の方法による石炭−水スラ
リーは、粘度が低く、高い流動性を有し、さらに長期間
の静置後も粘度が低く、石炭沈降の少ない貯蔵安定性に
すぐれていることが認められた。

【００２７】（実施例２）同様にして石炭濃度７１重量
％のスラリーとして、評価を行った。その結果を表３に
示した。

【００２８】

【表３】

【００２９】表３より本発明の方法による石炭−水スラ
リーは、粘度が低く、高い流動性を有し、さらに長期間
の静置後も粘度が低く、石炭沈降の少ない貯蔵安定性に
すぐれていることが認められた。

【００３０】（実施例３）増粘剤としてのカルボキシメ
チルセルロースを全く添加しない他は実施例１と同様に
して石炭−水スラリー（石炭濃度：７０重量％）を調製
した。これを６０℃にて３日間放置した後、ガラス棒の
自然落下による、スラリーへの貫入試験により安定性を
評価した。評価はガラス棒のスラリー表面からの貫入度
によった。その結果を表４に示した。

【００３１】

【表４】 表４から、本発明方法による石炭−水スラリーは、６０
℃にて３日間放置でも石炭沈降の少なく貯蔵安定性にす
ぐれていることが認められた。

【００３２】（実施例４）カルシウムイオン１０ｐｐ
ｍ、２０ｐｐｍを含む水を用いた他は実施例１と同様に
して石炭−水スラリー（石炭濃度：７０重量％）を調製
した。これを室温で１ヶ月静置し、スラリーの粘度測定
により評価した。これらの結果を表５に示した。

【００３３】

【表５】

【００３４】表５から、本発明方法により、石炭−水ス
ラリーに及ぼすカルシウムイオンの影響を少なく抑える
ことができることが認められた。

【００３５】

【発明の効果】本発明方法により石炭−水スラリー中の
石炭濃度を高くすることができ省エネルギーに寄与する
ほか、スラリーの流動性が高く、しかも長期間安定に保
てるので、取り扱いが非常に効率的に行うことが可能と
なった。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 (ａ) アクリル酸およびメタクリル酸か
   らなる群より選ばれた少なくとも１種の不飽和カルボン
   酸成分と不飽和スルホン酸成分からなり、不飽和カルボ
   ン酸成分を１０〜９０モル％含有し、分子量が１，００
   ０〜４０，０００である共重合体と(ｂ) アニオン分散
   剤を石炭−水スラリーに添加することを特徴とする石炭
   −水スラリーの安定化方法。
2. 【請求項２】 該不飽和スルホン酸成分が２−アクリル
   アミド−２−メチルプロパンスルホン酸である請求項１
   記載の石炭−水スラリーの安定化方法。
3. 【請求項３】 該共重合体がアルカリ金属塩、アルカリ
   土類金属塩またはアンモニウム塩である請求項１記載の
   石炭−水スラリーの安定化方法。