JPS6072993A - 石炭−水スラリ製造装置 - 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−水スラリ製造装置に係り、特に石炭を
連続式ボールミルを用いて湿式粉砕して高濃度石炭−水
スラリを製造する装置に関するものである。

世界のエネルギー事情を背景に、近年、石油、ＬＮＧ、
ＬＰＧ等の流体燃料の代替燃料として、埋蔵量が豊富で
安価な石炭が再び見立されてきている。しかしながら、
石炭は固体であるため、貯蔵、輸送等のハンドリングが
厄介であるという欠点がある。これを克服する技術とし
て、最近石炭を流体化して利用することが検討されてい
る。その１例が、石炭と油の混合物であるＣＯＭ（Ｃ。

ａ　１−Ｏｉ　Ｉ　Ｍｉｘｔｕｒｅｓ）や石炭−水スラ
リＣＷＭ（Ｃｏａｌ−Ｗａｔｅｒ　Ｍｉｘｔｕｒｅｓ）
−またはＣＷＳ　（Ｃｏ　ａ　ｌ　−Ｗａ　ｔ　ｅ　ｒ
Ｓｌｕｒｒｉｅｓ）である。ＣＯＭは、石油依存率が５
０〜６０％で経済性に問題があり、石炭−水スラリ　（
以下ＣＷＭと呼ぶ）が脚光を浴びつつあるのが現状であ
る。

このＣＷＭを直接燃焼Ｕ、かつポンプ輸送可能とする条
件は、７４ｐ　ｍ　１１！準フルイ　（、ＪＩＳＺ８８
０１）をＣＷＭ中の石炭粒子の約６０重量パーセント以
上が通過する細かさを有し、かつまたＣＷＭ中の石炭濃
度が約６０重量パーセント以上の高濃度であり、さらに
ＣＷＭの粘度が約２，０６Ｑｃｐ以下であることである
。そのためには、（１）幅の広い粒度分布になるように
調整し、充填密度を増大させ−ζ高濃度化を達成し、（
２）適切な分散剤やｐＨ調整剤等の添加剤を添加して粒
子の表面電位を調整し、粒子同志を反撥、安定分散させ
て粘度低減をはかる必要がある。

このような高濃度のＣＷＭを連続的に製造する場合、湿
式ボールミルを用いるのが一般である。

第１図は、一般的な湿式ボールミルを使用してＣＷＭを
製造する装置構成を示す説明図である。ボールミルは基
本的に水平回転円筒からなり、内部に鋳鉄ボールが充填
され、ミルが回転することによりボールが内壁に沿って
持ら」二げられ、自由落下あるいは内容物の表面を転勤
流下する。このとき石炭粒子はボール間あるいはボール
とミル内壁面にはさまれ、摩擦あるいは衝撃によって粉
砕される。第１図において、約３〜５龍以下に粗粉砕さ
れた石炭Ａは、添加剤液（水Ｂおよび添加剤Ｃ）ととも
に、石炭濃度が約６０重量パーセント以上になるように
調整され、石炭バンカ１からフィーダ２によってボール
ミル３の入口に供給され、該ミル３内で石炭粒子は前述
のように粉砕、混合され、７４μｍ標準フルイ通過量が
約６０〜８５重量パーセント、粘度が約１００〜２，０
００ｃｐ程度のＣＷＭが製造され、ミル３の出口がら排
出される。なお、４は添加剤液の供給管路である。

一般にボールミルの粉砕容量が決まると、ミル１蚤りと
長さしの決め方が重要となる。ずなわら、本発明者らの
検討によれば、粉砕容量。とミル径り、長さしおよび容
積■の関係は次式で表される。

ＱＣＣＶＩ）’°３〜０・５ π　２０．Ｊ−ｔｒ、ｆ ＋１）（−−Ｄ　ＬＤ 従ってミル径りまたは長さＬを決定すると、他方は一義
的に決まるので、この点を考慮してＬ／Ｄ決定する必要
がある。Ｌ／Ｄの諸側を示せば粉砕物の９９％が８８μ
ｍ標準フルイを通過するような超微粉砕が必要なセメン
ト仕上げミルでは、Ｌ／Ｄが２．５のミルが使用されて
いる。（「３５００ｋｗ閉回路ボールミル運転の現場経
験について」、破砕、粉砕およびその応用に関するシン
ポジウム予稿集１日本材料学会、昭５１）、またＣＷＭ
やＣＯＭを製造する場合の微わ）砕にはＬ／Ｄ−２〜３
のミルが使用される。ＣＷＭについては、（Ｃｏａｌ−
Ｗａｔｅｒ　５ｌｕｒｒｙ　ａｓＵｔｉｌｉｔｙ　Ｂｏ
ｉｌｅｒ　Ｆｕｅｌ、ＥＰＲＩ−Ｃ３−２２８７，Ｍａ
ｒｃｈ、１９８２、ＣＯＭについては、Ｔｅｃｈｎｉｃ
ａｌ　Ｒｅ５ｕｌｔｓ　ｏｆ　ＥＰＤＣ’　ｓ　ＣＯＭ
　Ｒ＆Ｄ。

５ＴＥＰＩ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　Ｔｅ５ｔｓ。

Ｍ　ａ　ｒ　ｃ　ｈ　１９７　Ｂ参照）。

またＣＷＭに必要な条件として石炭粒度が細かいことが
要求されることから、従来の一般的な発想は、滞留時間
を長くするため、ミルの長さを大きくする（Ｌ／Ｄを大
にする）という考え方がとられていた。

実際、従来例に従って、石炭の粉砕性指数（ＪＩｓ　２
８８０１）　、ＨＧＩ＝５０の石炭を用い、石炭濃度７
０重量パーセントのＣＷＭを１００ｋｇ／ｈで製造する
設備として、５７０龍φ×１．７１０龍Ｌ　（Ｌ／Ｄ＝
３）のボールミルを選定し、７４μｍ標準フルイの通過
量が７０重量パーセントになるように粉砕した場合、ス
ラリ濃度６９重量パーセント、粘度は２−．４００ｃｐ
のものしが得られず（後述の第１表の従来例参照）、Ｈ
ＧＩ≦５０の石炭の、７０重量バーセンｌ−以上の高濃
度で、かつ粘度２．ＯＯ’Ｏｃｐ以下のＣＷＭを製造す
ることは非常に困難であり、前述のように直接燃焼用に
は不適当であった。一般に発電所用ボイラに使用される
石炭は粉砕性指数（ＨＧＩ）５０前後がそのほとんどを
占めるので、ＣＷＭの実用化に際しては、より高濃度で
かつ低粘度のＣＷＭを経済的に製造できる技術の確立が
望まれる。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を除去し、高
濃度で、粘度の低いＣＷＭが得られる石炭−水スラリの
製造方法を提供することある。

要するに本発明は、ボールミルの内径りに対する長さし
の比が２より小さいミルを選定することによって、従来
技術よりも幅の広い粒度分布を調整し、高濃度で、しか
も低粘度のＣＷＭの製造を可能にするものである。

以下に本発明の実施例を第１図の一般的な装置構成によ
り説明する。

第１図において、ボールミル３として、そのＬ／Ｄが１
≦Ｌ／Ｄ＜２、好ましくは１．２〜１．９９のものが用
いられる以外は従来と同様の構成である。ミル内には、
例えば約７５〜５０１以下のポールが充填されている。

ミル３の出口にはスラリタンク５が配置され、ＣＷＭは
このタンク５からスラリポンプ６により次工程にυ１出
される。約５關以下に粗粉砕された石炭は、バンカ１か
らフィーダ２を経てミル３に定ｆｆｉ　４３（給される
。所定の濃度の調整された添加剤（界面活性剤およびｐ
Ｈ調整剤）液は添加剤液供給管４から石炭濃度が所定の
値になるようにミル３に供給される。石炭粒子は、ボー
ルミル３内で効率よく粉砕混合され、石炭濃度が約６５
〜８０重量パーセンＩ−で、粘度が約２．．０ＯＯｃｐ
以下のＣＷＭが製造され、ミル３の出口から連続的に排
出される。

本発明の上記実施例に基づいて、内径６５０　＋ｎ、長
さ１．２５０ｍｍのボールミル（Ｌ／Ｄ＝１．９２）を
用い、ＨＧＩ５０の石炭を、スラリ濃度７０Ｍ量パーセ
ント、７４μｍ標準フルイ通過量７０重量パーセントに
粉砕したときの実験結果を実施例１として第１表に示す
。なお、表中に比較として内径５５０１１１１１、長さ
１６５０ｖａ　（Ｌ／　Ｄ＝　３＞のボールミルを用い
た従来の運転結果を併記した。

また得られたスラリの粘度分布を第２図に示す。

図中、１１は本発明の実施例１．１０は従来方法の場合
をそれぞれ示す。

以下余白 第１表 ■ 表から明らかなように、スラリ中の石炭濃度が１重量パ
ーセント高濃度化したにもかかわらず、粘度を６５　’
ＯＣｐ低下させることができた。これは、第２図に示す
ように、１４ｐｍ標準フルイ通過量７０重量パーセント
に粉砕するとき、本発明の方が従来方法よりもより幅の
広い粒度分布が得られ、その結果、粒子の充填密度が増
加し、高濃度かつ低粘度化が達成されるからである。

以」−の結果を説明するために、次のような検討を行っ
た。上記の二゛つのミルについて、５０ｃｃの添加剤液
に１−レーサーを溶解し、ミル入口にこの添加液を１秒
程度の短時間に投入し、ミル排出口で断続的に９・ンプ
ルを採り、トレーザー濃度を分析し、ミル内の滞留時間
分布をめた。第３図は、トレー号−のミル内扁留時間分
布を示すもので、横軸には、経過時間を平均滞留時間で
割った無次元時間、縦軸にはミルから排出する頻度がプ
ロ・）１−されている。第３図から、従来方法のＬ／Ｄ
＝３のミル内の滞留時間分布１３は押出し流れ（ピスト
ン流れ）の分布１６に近く、本発明の実施例のＬ／Ｄ＝
１．９２・のミルの滞留時間分布１４は完全混合の分布
１５に近いことがわかった（化学工学ＩＶ、９９１〜９
４．東京化学同人、１９６５）。

なお、Ｌ／Ｄ＝２．１のミルの滞留時間分布を実測した
ところ、第３図の完全混合の場合１５と同様となり、Ｌ
／Ｄ＝１．９２から２．１の変化に対し滞留時間分布は
急速に押出し流れに近づいていることがわかった。また
Ｌ／Ｄ＝１のミル（８００１１１＝径×８００１ＩＩｌ
長）の滞留時間分布を測定したところ、第３図の完全混
合の分布１５とほぼ一致した。

同様なテストをＬ／Ｄ＝０．８２のミル（８５〇−勇１
￥Ｘ７０Ｑ龍長）について行ったところ、滞留時間分布
はほぼ完全混合であったが、粗大粒子の排出割合が増加
した。ＣＷＭをボイラ燃料として使用する場合、粗大粒
子がバーナチ・ノブを閉塞させる原因となるので、Ｌ／
Ｄが異なるどの場合も、ストレーナ等で粗粒子を除去し
、５００〜８４０μ以上の粗粒子をミルへ再循環する必
要力鳴る。

１≦１、／Ｄく２とした場合は粗大粒子１〜２％以下で
あったが、Ｌ　／　Ｄ　＝　０．８とした場合もま粗大
粒子５〜１０％と増加し、好ましくな（、ｓことがわ力
１つ）こ。

特定の石炭粒子がミル内で粉砕される回数器よその粒子
の滞留時間に比例する。従って、第３図力・ら、例えば
本発明の実施例におけるＬ／Ｄ＝１．９２のミルでは、
完全混合のパターンに近ずくため、平均滞留時間よりも
早くミルを出て（、ｓ（粒子も、また平均滞留時間より
も長くミル内に滞留してより多くの粉砕機会に接する粒
子も、ともに従来方法のピストン流れに近いＬ／Ｄ＝３
のミルの場合よりも１５）粋回数が多くなることがわか
った。従って本発明の実施例のＬ／Ｄ＝１．９２のミル
を排出しζいく石炭粒子の粒度分布は従来方法のＬ／Ｄ
−３のミルよりもその幅が広くなる。前述したように、
高濃度かつ低粘度のＣＷＭを製造するのに必要な条件の
１つは、幅の広い粒度分布を得ることであり、同一の粉
砕容量をもつミルでもＬ／Ｄの値が小さいミル、すなわ
ちミル内１蚤が大きく、長さの短いミルが好適であるこ
とが明らかになった。　上述の検削結果から、本発明に
おけるＬ／Ｄの範囲は、Ｌ／Ｄ＜２、好ましくは１≦Ｌ
／Ｄ≦１．９９、さらに好ましくは１≦１．／Ｄ≦１．
８である。

次に第４図は、湿式ボールミルを用い高濃度ＣＷＭをよ
り低粘度でかつ低コスＩ・で製造するプロセスの実施例
を示すものである。第４図において、ボールミル３は、
多孔仲仕切板７を設置して２窒化され、ミル内径りに対
する長さＬの比が２より小さいボールミル３の入口部に
は、原炭供給用フィーダ２が接続されており、添加剤液
供給管４がミル３の入口部からミル３の第１室に導入さ
れている。ミル３の第１室には径の大きいボールが充填
され、また第２室には径の小さいボールが充填れさてお
り、また第２の添加剤液供給管８がミル３の出口側から
導入されている。ミル３の出口下にはスラリタンク５が
設置され、タンク５にはスラリ輸送用のポンプ６が接続
されている。

約１０−以下に粗粉砕された石炭は、フィーダ２よりミ
ル３へ定量供給される。石炭濃度が約７０〜８５重量パ
ーセント、添加剤量が石炭（乾炭基準）に対し約θ〜０
．３重量パーセントになるように、水と添加剤液がミル
３の第１室に調整供給される。第１室では、より高濃度
の雰囲気で、かつ大径ボールによってわ）砕されるので
、より幅の広い粒度分布が生成される。仲（」すＪ＃Ｆ
ｉ、７を通過したスラリは、第２室において小径ボール
により効率よく粉砕され、また新たに添加される添加剤
液によっζむだなく粒子表面に吸着されることにより、
高濃度かつ低粘度のＣＷＭを製造することができる。本
実施例においては、粉砕によって新しい粒子表面が生成
されるにつれ′ζ添加剤が加えられ°ζ、その粒子表面
に均一にむだなく吸着するように２段添加を行っている
ため、トータルの添加剤量を大幅に低減することができ
る。第１表の実施９１２および第２図の１２は、内径６
５０ｆｉ、長さ１，２５０ｍ−のボールミル の石炭を粉砕し、最終スラリ濃度７Ｏｆｆ量パーセント
、７４μｍ標準フルイ通適量７０重量パーセントの高濃
度のＣＷＭを製造した結果を、従来法および本発明の第
１の実施例と比較したものである。これらの結果かられ
かるように、本実施例によれば、従来方法よりも石炭粉
砕容量は約７％増大し、添加剤使用量は従来方法の４０
％にもかかわらず、粘度は１．０　０　０　ｃ　ｐも低
減することができ、また粒度分布は、従来方法より広く
なっていることがわかる。

本発明によれば、ミル内径りに対する長さＬの比が２よ
り小さい、オなわらＬ／Ｄ＜２のボールミルを使用する
ことにより、直接燃焼用として好適な低粘度の高濃度石
炭−水スラリを効率よく、かつ添加剤液を半分以下に低
減して製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来法と本発明の第１の実施例による高濃度
石炭−水スラリ製造装置の系統図、第２図は、従来法と
本発明によるＣＷＭ製造試験結果の比較を示す説明図、
第３図は、ボールミル内の粒子の滞留時間分布を示す説
明図、第４図は、本発明の他の実施例を示す装置の系統
図である。 ■・・・石炭バンカ、２・・・フィーダ、３・・・ボー
ルミル、４・・・１ト加剤液供給管、５・・・スラリタ
ンク、６・・・スラリポンプ、７・・・多孔仲仕９Ｊ板
、８・・・添加剤液供給管。 代理人　弁理士　川　北　武　長 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）石炭を連続式ボールミルを用いて湿式粉砕して高
   濃度石炭−水スラリを得る石炭−水スラリ製造装置にお
   いて、前記ボールミルの径（Ｄ）に対する長さくＬ）の
   比（Ｌ／Ｄ）をＬ／Ｄ＜２の範囲としたことを特徴とす
   る石炭−水スラリ製造装置。 （２、特許請求の範囲第１項において、前記Ｌ／Ｄｔ−
   １≦Ｌ／Ｄ≦１．９９の範囲としたことを特徴とする石
   炭−水スラリ製造装置。 （３）特許請求の範囲第１項において、前記Ｌ／Ｄを１
   ≦Ｌ／Ｄ≦１．８の範囲としたことを特徴とする石炭−
   水スラリ製造装置。 （４）特許請求の範囲第１項において、ミルが２室以上
   に分割された多室ミルであることを特徴とする石炭−水
   スラリ製造装置。