JPS59157183A - 石炭−水スラリ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は石炭−水スラリに係り、特に高石炭濃度で低粘
度かつ安定性の良い石炭−水スラリに関するものである
。

最近、火力発電所を中心に、石油に代シ石炭の利用が活
発になっている。しかし、固体燃料である石炭はハンド
リングが困難であシ、そのため輸送費が多くかかり、石
炭目体の価格にも大きな影響を及ぼしている。そこで、
石炭をスラリ化し渡体とＬ７て取扱えるようにする技術
の開発が盛んに行なわれている。その１つに、重油と石
炭との混合物であるＣＯＭ（Ｃｏａｌ　ａｎｄ　Ｏｉｌ
　ＭｉｘｔｌＬｒｅ　）が知られている。しかし、との
ＣＯＭは、重油と石炭との璽ガを比が約１＝１′であシ
、完全な脱石油燃料とはいえず、１だ価格の点でも石油
と大差がなく、メリットが少なかった。また、メタノー
ルと石炭との混合物であるメタコールも価格が高く、実
用段階には至っていない。

これに対し、石炭と水との混合物であるＣＷＭ（Ｃｏａ
ｌ　ａｎｄ　Ｗａｔｅｒ　Ｍｉｘｔｕ、ｒｅ　）は価格
の点でも十分実用的であり、最近注目を集めている。し
かしＣＷＭを燃焼する際の問題点としてＣＷＭ中の水分
があげられる。ＣＷＭ中の水分の割合は、燃焼効率の点
からいっても、当然低い方が良く、直接燃焼を行なう場
合、水分が３０チ以下が好ましいといわれている。とこ
ろが、水分が低いとＣＷＭの粘度が高くなシ、パイプラ
イン等で輸送する際の圧力損失も犬きくなシ問題である
。

また、ＣＷＭを央ばに使用する場合、その貯蔵も問題と
なる。ＣＷ　Ｂ、４を一般的なタンクに貯蔵する場合に
は、安定性に優れて（へる必要があるが、Ｃ’ｖＶ　Ｍ
は石炭粒子と水から構成されているため、石炭粒子の沈
降を極力抑えるには粒径を小さくすることが好ましい。

ところが、単に粒径な小さくすると粘度が上昇し、前述
のように圧力損失が高くなる。

これらの欠点をなくすため、石炭粒子の粒径分布をＷ’
ｑ　Ｍすることによって、高石炭濃度でも低粘度で、か
つ安定性の良いＣＷＭを製造しようとする試みが行なわ
れてきた。しかし、石炭粒子は完全な球形でに１なく、
その測定方法もふるいによる方法、アントリアゼンピペ
ットに代表される沈降法、Ｓ　Ｅ　Ｐ、ｉ写真よシ形状
を解析し代表径を計算する方法など柱々の方法があり、
測定法によシ粒径の定義も異なってくる。そのため、粒
径分布を制Ｕｌ　シようとする場合の誤差の原因となり
、よシ高石炭υ度で、低粘度かつ安定性の良いＣＷＭを
製造することが困難になる。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくシ、高
石炭温度で１．低粘度かつ安定性の良い石炭−水スラリ
な提供することにある。

本発１（、ｊｊは、水中に石炭粒子を分散させた石炭−
Ａクスラリにおいて、石炭粒子の最大粒径をＤＬとした
場合、＋記の粒径についての石炭の各フラクションの重
量割合が次のような範囲にあることを特Ｆ１（ＤＴＪ／
４〜ＤＬ　　）＝２９〜５０ｗｔ％Ｆ２　（ＤＬ／４２
〜ＤＬ／４　）　−２０〜２５　ｕｚｔ　％Ｆｓ（ＤＴ
、／”〜ＤＬ／４”　）　”　１２〜１５Ｗｔチ”　（
ＤＬ／　”′ＤＬ／　４”　）　＝’　　６〜ｌ　Ｑ　
ｗｔ％Ｆｓ　（ＤＬ／４ｓ−ＤＬ／４’　）　＝　　３
〜ｌ　２　ｔｕｔ　％Ｆ６（ＤＴＪ／４５〜　ｏ　）＝
　２〜１３ｗｔチ本発明において、上記フラクションは
代表的に６フラクシヨンに分けられているが、これら番
適宜統合または細分して３〜１５（好ましくは５〜８フ
ラクシヨン）にすることができる。

以下、本発明の詳細な説明する。

石炭をミルで湿式または乾式粉砕し、その一部″を採取
して粒径分布を測定する。粒径分布の測穴に際しては、
微細粒子のｉ量がスラリの粘度や安定性に及薄す影響が
大きいと考え、最大粒径をり。

とじた時、次の６つのフラクションに分けて、それに最
も近い適正なフルイ（例えばＪＩＳ規格のフルイ及び粒
径がよくコントロールされたミリ系アフィルター）を使
用してふるい分け、そのフラクションの粒子のｕ景をも
Ｉ−ｊ定した。

（１）Ｆｔ：粒径ＤＬ　／　４　以上り、以下１、（２
）Ｆｍ：粒径■／４２　以上Ｄｂ　／４未満、（３）Ｆ
ｍ：粒径り、／、ｉ３　　以上ＤＬ　／４２未満、（４
）　Ｆ４：岐径ＤＬ／４’　　以上ＤＬ　／４３未満、
（５）　Ｆｓ　：粒径ＤＬ／４ｓ　　以上ＤＬ／４４未
満、（５）’Ｆａ□：粒径ＤＬ／４５　　未満。

本発明者らは、上記１７＋、、　Ｆ、の割合が穏々＜７
）　９．’ｉとなるように、ｉｌ這または２ね以上の石
炭または石炭スラリを混合し、必要に応じて水を添加し
て水分Ｌ１２輩を行ない、その時の粘度と安定性を検討
した。ただ、シ、最大粒径Ｄｆｌば犬き−ぎるとｉ、’
、３貌時の未燃分が多く人９小さ過ぎるとスラリ粘度が
高くなるため、４６μｒｊＬ〜４２０μｉ・五とした。

その結果、上記フラクションＦｌ−Ｆ６が次の範囲にお
゛るとき、石炭スラリの粘ＬＬが低く、かつ安定化する
ととがわ嘉った。

Ｆｌ：２’９〜５　Ｑ　ＬＪｔチ Ｆｍ”、２０〜２５　ｗｔ係 Ｆｓ：’１２〜ｌ　５　ｗｔ袋 Ｆ、：　　　６〜１０ｗｔ％ Ｆ、＝３〜１２　ｗｔチ Ｆ６　：　　２〜１３　ｔｊＪｔ　’１４さらにある１
つの炭種を選び、フラクションの割合を色々かえて粘度
に及ばず影響を検討し、比較的低粘度を示す時の７ラク
シヨンの割合を累積分布に変換したところ、ある傾向が
あることを見出した。第１図は、Ａ炭（瀝青炭、灰分９
．５チ）の三鎚のスラリ１．２．３について、石炭濃度
７０襲で１，０００Ｃ，ｐ以下になった時の累積粒径分
布を示したものでちるが（ただし、Ｄｐ＝２９７μｍで
あり、スラリ粘度は内筒回転式の粘度計で、せんｂｒ速
Ｍ　９　Ｑ　ｒｇＣ−”で５分゛間回転した時の値であ
る）１１粒径１μｍル以１の部分がほぼ直線になってい
ることがわかる。すなわち、粒径りと累積ふるい下重廿
百分率Ｕ　（Ｄ）との間には（１）式の関係があること
がわかった。

Ｕ　（Ｄ）　＝　（−Ｍ−）９Ｘ　１００・・・・・・
・・・・・・・・・（１）ｈ ゾＣだし、ｑ：指数。

（１）式は、連続粒度系の粉体について最密充填を与え
る粒μ分布式として知られるＡｎｄ　ｒ　ｔ　ＣＬ　Ｊ
Ｆ　ｔ　ｎ式と同型であるｏＡｎｄｒｅａｓｔｒｎ式に
関しては過去研究が行なわれ、球型の粒子についてはｑ
＝ｏ、３ｓ〜０゜４０で充填率が最大′となることが確
認はれている。

しかし、充填率は粒子形状により異なり、ｑの値と石炭
−水スラリとした時のスラリ粘度及び安定性との系統的
な関係は棟８Ｊされた例は知られていない。

そこで本発明者らは、前記の粒径鋺整法によシ、Ｆ１〜
Ｆ６の割合をＦＪ４Ｂして石炭の粒径を（１）式に近似
できるようにし、ｍ及びｑの値を変えてそれが粘度や安
定性に及ぼす影響を検討した結果、１μＩｎ以上の粒径
分布が次式に従うとき、スラリの粘度及び安定性が最適
となることを見出した。

Ｕ　（Ｄ）　−（−”−）” Ｌ （ただし、ｑ＝０．２５〜０．５０、■＝４６〜４２０
μｍ） まだ、１μｍ以下の粒子が５〜４６ｗｔ嗟存在し、かつ
０，０５μシル以下の超徽細粒子が０．５以上、好まし
くは０，５〜６．５俤（最も好ましくは１．０〜４．０
φ）存在するとき、スラリの安定性が最適となることを
見出した。

さらに、本発明の石炭ｌ水ス、ラリには分散剤およびＰ
Ｈ調整剤を添加することができ、分散剤の添加廿は３％
以下、好ましくは０．１〜１．５−であり、またＰＨ調
整剤はスラリｐＨが７〜９となるように添加することが
好ましいことがわかった。

本発明において、好ましい分散剤としては、ナフタリン
スルポン酸、オルトリン１１１２、Ｈｒｂ＋２Ｐｒ、０
ｚｎｓ（ｎ≧２）またはＨｎＰｎＯｍ　（”≧３　＞　
テ表ｂ＜；６縮合リン０、酒石酸、シュウ酸、クエン酸
、エチレンジアミン四酢酸、リグニンスルホン酸及びこ
み　・ れら塩、ケブラコその他のタンニン類、カルボキシメチ
ルセルロースの金属塩のうち少なく□とも１１］類、ま
たＰＨＩ剤としては、水′酸化す）　ＩＪウム、水酸化
カリウム、水酸化カルシウム、・水酸化バリウム、炭酸
ナトリウムのうち少なくとも１種明があけられる。

本発明で得られる特に好適なスラリは、石炭の自・有量
が６０〜８０　ｗｔ％であシ、内筒回転型粘度−計を用
いてせん断速度９９５ｅｃ−”で測定開始後５分時の粘
度が５，０００ｃｐ以下のものである。

以下、本発明を実施例によってさらに詳細に説明、する
。

実施例Ｉ Ａ炭（龜背炭、灰分９．５％）について、前記方法で各
フラクションの割合を調整し、（１）式においてＤＬ＝
　２９７μ専及び１４９μｍで、ｑ＝０．１５．０．２
０．０．２５．０．３０，０．３５．０．４０，０．４
５．０．５０、・０．５５、ｏ、６ｏＫ相当する粒ｉ分
布の２゜０槌類の石炭サンプルを製造し、水分を調整し
て石炭一度７２裂のスラリとし、分散剤としてナフタリ
ンスルホン酸ナトリウムを石炭重量に対して０．５Ｔｏ
、’ｐＨ調整剤としてＮａＯＨを同じ＜　ｏ、　ｉ　嗟
添加し、スラリ・粘度を測定した。その結果を第２図に
示す。図中、ＡはＤｂ＝　２９７　ｔｔｍＳ１３はＤＬ
＝　１４９μ？ｎの各場合を示す。

第２図の結果から比の大小に′かが゛ゎらず、ｑ＝０．
４０〜０．４５において粘度が最小になっていることが
わかった。これはＡゎｄｒｅａｚｔｎの式での球型粒子
の場合の９＝０．３５〜０．４０よりも大きい。

他の炭柱についても同様の検討を行なったが、ｑ−０，
４０〜０．５０において粘度が最小となった。

実施例２ 実力℃例１で調製した石炭−水スラリについて安定性の
検討を行なった。５００８８のメスシリンダーに深さ１
７０寵までスラリを入れ、直径５關重さ１０１１のガラ
ス棒をスラリ中に自重のみで貫入させ、底に到達するま
での時間の変化を測定した。

スラリＭ造直後の貫入時間を１とした時の、製造後３０
日経過時の貫入時間とｑの値との関係を第３図に示す。

第３図から明らかなように、貫入時間１ｒｉ　ｑ　＝　
０．２５〜０．３５で最小となっており、この条件が最
も安定性が良いことがわかる。

他の炭種についてもＤＬを変えるなどして検討したが、
同様な結果が得られたつ 実施例１および２の結果から、スラリ粘度および安定性
の面で、、ｑ＝０．２５〜０．５０が好ましいことがわ
かった。

実施例３ Ｂ炭（臨育炭、灰分１３．６％）について、実；月例１
と同様にして、（１）式においてＤｒ、＝　２９７μＩ
ＬＬ　Ｘｑ＝０．４０に相当する粒径分布を持つ、石炭
一度７０襲のスラリを製造した。これに分散剤としてナ
フタリンスルホン酸ナトリウムの縮合（吻を添加し、そ
の添加量とスラリ粘度の関係を調べた。その結果を第４
図に示す。冬だし、添加量は石炭前景に対する値であり
、ＰＨ調整剤としてＮａＯＨを石炭当り０．１チ添加し
た。

第４図の結果から、ナフタリンスルホン酸ナトリワムン
ト作物の添加ｉ　０．５体でスラリ粘度が最小となって
おり、それ以上添加しても述効果とな、５ことがわかる
。

他の炭種についても同様な横割を行なったが、添加針０
．２〜１．２チで粘度が最小となることがわかった。ま
た他のアニオン系界面活性剤を添加した場合も０．１〜
１．５チの怒加量で最小の粘度が得られた。

実施例季 Ｂ炭（盆青炭、灰分１３．６襲）について、実旋・＞ｖ
　３と同じスラリを製造し、分散剤としてのナフタリン
スルホン酸ナトリウムの添加量を０．５優と一定とし、
水酸化ナトリウムの添加針を変えてスラリＰＨを調整し
、ＰＨがスラリ粘度に及ぼす影０を検討し尼。その結果
を第５図に示す。

第５図゛の結果から、スラリ粘度は、ＰＨ８までは低下
するが、それ以上はほとんど変化しない・ことがわかる
。水酸化ナトリウムの消費蓋や材料の腐食を考えるとス
ラリのｐＨは７〜９．が好ましい。

石炭は炭（、！ｉｉや表面の酸化度に・よシスラリとし
た時のｐＨが異なるがｐＨを７〜９に調整するに必要な
水酸化ナトリウムの添加量は石炭重量あたシ０〜１．０
俤程度である。

実施例５ 実施例３と同じＢ炭スラリに、０．０５μｍのミリポア
フィルタを通過した石炭の超微細粒子を添加し、スラリ
の安定性に及ぼす影響を検討した。その結果を第６図に
示す。ただし、たて軸の貫入時１１は製造３０日後の貫
入時間と製造直後の貫入時間の比であり、超微細粒子の
添加量は添加後の総石辰重ｎｉｌに対す・る割合である
。

第６図の結果から、超微細粒子の添加針３％でスラリの
安定□性が最も良（，０，０５μｍ以下の粒子がスラリ
安定性に・寄与していることがわかる。粒径分布や炭種
を変えて横側した結果、スラリの安・定性向上に有効な
０．０５μｍ以下の粒子重重はおよそ０、５〜６．５φ
（好ましくは１．０〜４．０ｑＬ）であることがわかっ
た。

以上、本発明によれば、石炭粒子の粒径分布を”ＩＷ・
定範囲のものに訓読することにより、低粘度で、かつ安
定性の良好な高Ｑ度石炭−水スラリを得ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は低粘厩スラリの累積粒径分布を示す図、第、２
図は粒径分布とスラリ粘度の関係を示す図、第３Ｍは給
径分布と安定性の関係を示す図、第４図は分故剤＃１加
量と粘度の関係を示す図、８！ｇ５図はｐＨと粘度の関
係を示す図、第６図は０．０５μｍ以下の超１ｆｉ：！
１粒子添加量と安定性の関係を示す図である。　　　　
・ 第１図 第　２　し１ ｑ　　（−） 第　３　図 ｑ　（−） ２（ミ　４　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）水中に石炭粒子を分散させた石炭−水スラリにお
   いて、石炭粒子の最大粒径をＤＬとした場合、下記の粒
   径についての石炭の各７ラクシヨンの寓を割合が次のよ
   うな範囲にあることを特徴とする石炭−水スラリ。 Ｆｌ（ＤＴ、／４〜Ｄｐ　　　）−２９〜５ＱｗｔφＦ
   ２　（Ｄ１．／４”〜ＤＬ／４　）、＝　２０〜２５ｗ
   ｔ襲Ｆｓ　（ＤＸ７４”マＤＬ／４”　）　−１２〜ｌ
   　５　ｗｔ係Ｆ４　（ＤＩ、／４’〜ＤＬ／４３）　＝
   　　６〜ＩＱｗｔチＦ５（ＤＴｊ４５〜ＤＬ／４’　）
   　＝　　３〜１２　ｗｔチＦｓ　（Ｄ７４’〜０　）−
   ２〜ｌ　３　ｗｔチ（２）特許請求範囲の第１項におい
   て、１μｍ以上の石炭の粒径分布が実質上次式で示され
   る石炭粒子を含むことを特徴とする石炭−水スラリ。 Ｉｙ　（Ｄ　）　＝　（−’−）”　Ｘ　１００ＬＩ （但し、Ｕ（Ｄ）：累積ふるい下重量百分率（チ）、Ｄ
   Ｌ＝４６〜４２０　／ｊｍ　％　ｑ　＝０．２５〜０．
   ５０　）（３）特許請求範囲の第１項または第２項にお
   いて、１μ７ｎ以下９石炭粒子が５〜４６　ｗｔ％存在
   し、かつ０．０５μｍ以、下の超微細粒子がｏ、　ｓ　
   ｗｔｑｂ以上存在すること曾特徴とする石炭−水スラリ
   。