JPS62158791A - 石炭水スラリ−の製造方法及びその装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明はボールミルを用いた石炭水スラリーの製造方法
及びその装置に関する。

Ｃ発明の背景〕 粉体のスラリー輸送技術は、固体である粉体を取扱いが
簡単な流体状となして輸送する方法として古くから研究
が行われている。近年、石炭の輸送に上記のスラリー輸
送技術を適用し１石炭の自然発火や粉じん飛散等の問題
がなく、安全で、しかも管路輸送が可能であり、このた
め取扱いが容易で、輸送効率の向上を図ることができる
石炭水スラリーの製造技術開発が盛んに行われている。

該石炭水スラリーにおいては、石炭含有量をできるだけ
大きくすることにより石炭の輸送効率を向上することが
でき、また水分量を低減することにより、該石炭水スラ
リーを輸送機脱水を行わないで直接燃焼することが可能
となることから、該石炭水スラリー中の石炭濃度を高め
る高濃度化技術の開発が行われてきた。スラリー中の固
体温度を高くするとその粘度が増大することはよく知ら
れた事実であるが１石炭水スラリーにおいては管路輸送
が可能な程度に粘度を低く保ちつつ、石炭濃度を可能な
限り高くする必要があり、その方法として第１に該石炭
水スラリー中の石炭粒子の粒径分布を調整することによ
り高濃度化し、第２として更に分散剤を添加して石炭粒
子の分散性を高めることにより低粘性化する方法が知ら
れている（特表昭５６−５０１５６８号）、高濃度でか
つ低粘性の石炭水スラリーを製造する方法は上記公知側
以外にも多数開示されているが、全て上記の２つの基本
的な原理に基づくものである。

これら公知例による石炭水スラリーの製造方法は、（１
）石炭、水及び分散剤を所定量ずつ混合しながらチュー
ブミルにより湿式粉砕し直接高濃度の石炭水スラリーを
製造するもの、（２）石炭を数種類の粒Ｑに粉砕した後
、これらを所定の粒径分布となるように混合し、これに
所定量の水及び分散剤を添加して攪拌混合することによ
り製造するもの、（３）低石炭濃度で水及び分散剤共存
下でチューブミルにより湿式粉砕した後、得られたスラ
リーを脱水濃縮することにより高濃度化して製造するも
の等がある。これらいずれかの方法によっても１石炭製
度が７０重量％以上で、しかも粘度が約１，５００ｃＰ
以下で流動性の高い石炭水スラリーが得られる。

以上のように、高濃度低粘性の石炭水スラリーの製造技
術は確立されたかに見える。しかし、石炭の利用目的は
主に燃焼し、安価な燃料として使用することであり、上
記のように流体化し石炭の輸送や取扱いにおける安全性
や操作性を向上し。

更にスラリーを高濃度、低粘性とすることによりその輸
送効率を向上することは効果的ではあるが、石炭水スラ
リー製造のための前記２つの基本的原理を満足するため
に必要な石炭の粉砕動力及び分散剤の量は真人なもので
あり、従来技術のみでは。

石炭水スラリーは必ずしも経済的な石炭の利用形態とし
て確立されたとは言い難い、ちなみに、第１の基本原理
を満たすために必要な石炭の粉砕動力費は、炭種により
多少変動はあるが、現状では約０．２円／　１，０ＯＯ
Ｋｃａ　Ｑであり、石炭の価格は現在約２円／１０００
Ｋｃａａであるから１石炭水スラリーの製造における粉
砕動力だけで約１０％のコスト増となる。このように１
石炭水スラリーの製造において粉砕動力が高くなるのは
、すでに述べたように高濃度でしかも低粘性とするため
に必要な巾広い粒径分布に石炭を粉砕するため、微粒子
（例えば粒径５μｍ以下）の割合を多くする必要がある
ためである。一般に固体の粒径を小さくすればする程比
表面積は増大し、粉砕に要する動力が大きくなることは
良く知られている。また、粒径が小さくなるほど機械的
粉砕の効率が低下し、余分な動力が必要となり、所要動
力が飛躍的に増大することも良く知られている。

各種粉砕機による種々の固体の粉砕については古くから
多くの研究が行われて来たが、粉砕機の効率にかかわる
因子の数は非常に多く、これらの粉砕機の構造や運転条
件は未だに完成されたちのとは言い難く、粉砕対象とな
る固定の性状によっても最適の粉砕条件が変化すること
は一般に認められていることである。ちなみに、本発明
の対象とする比較的高濃度における湿式粉砕について研
究された例はなく、試行錯誤により粉砕機の構造や運転
条件を決めているのが現状である。これは、高濃度湿式
粉砕においては被粉砕物である□スラリーが高粘度の流
体となり、この中における粉砕媒体（例えばボールやビ
ーズ、ハンマー等）の運転形態が乾式粉砕あるいは低濃
度湿式粉砕の場合のように低粘性体中でのものに比べ大
きく変化するためである。このように、石炭水スラリー
の技術上の課題である粉砕コストの低減はまだ解決され
ていない。

〔発明の目的〕 本発明は上記事情に鑑みなされたもので、その目的とす
るところは１石炭水スラリー製造に必要な方決粉砕動力
を低減することにある。

〔発明の概要〕

即ち１本発明の特徴の１つは、ボールミル内部に石炭と
水と分散剤を供給し、ボールミルを回転して石炭水スラ
リーを製造する石炭水スラリー製造方法において、ミル
内の粉砕用ボールの容積ｇ ＝２〜５にして石炭水スラリーを製造する石炭水スラリ
ーの製造方法にある。

また５本発明の他の特徴は１回転自在に支持されたミル
本体と、このミル本体に装入した粉砕用ボールと、前記
ミル本体の一端側に設けた粗粉炭を供給する石炭供給口
と、前記ミル本体の他端側に設けたスラリー取出口と、
前記ミル本体内に水と分散剤とを供給する配管とを有す
る石炭水スラリー製造装置において、ミル内の粉砕用ボ
ールの容積ＶＢに対し、ミル内のスラリーの容積ＶＢの
口に取付けた石炭水スラリー製造装置にある。

〔発明の実施例〕

実施例１ まず、高濃度石炭水スラリー製造条件下における石炭の
粉砕速度に及ぼす種々の因子の影響について検討した。

使用したチューブミルの概略を第１図に示す０図におい
て、１は内部に石炭粉砕用のボール（図示せず）を内蔵
したミル本体であり、このミル本体１の一方には石炭、
水１分散剤が供給される人口２が設けられ、他方にはボ
ールで微粉砕され、かつ水１分散剤と混合した石炭スラ
リーを取出す出口３が設けられている。前記出口３が設
けられているミル本体１の他方は端部が小径のテーパ状
に形成され、このテーパ部分にミル本体１の水平軸線よ
り放射状に設けた複数の長孔で出口３が形成されている
６また。前記テーパ部には巾の異なる調整板４を取付け
ることができ、この調整板４の巾を変えることにより出
口３の開口面積と石炭スラリーを取出す高さ方向の流下
位置を変えることができる。ミル本体１はその両端を軸
受５で支持され、かつ、ミル本体１の外周に設けた歯車
６とモータ７の軸に取付けた歯車８とが噛合っており、
モータ７を駆動することにより軸受５を支点にしてミル
本体１が回転される。

このチューブミルを用いてバッチ運転により石炭の粉砕
速度に及ぼす種々の粉砕条件の影響を調べた。検討した
粉砕条件を下表に示す。

粉砕ボールとして比重約８．０の鋼製のものを用いた。

ボールの粒径分布指数はある粒径以下のボールの累積重
量割合とその粒径の対数プロットの傾きを示す、粉砕ボ
ール充てん量は充てん率（ミル容積に対する充てんボー
ルのかさ容積の割合）にして３５〜７％の間で変化させ
た。また、ボールの体積ＶＢとスラリーの体積ＶＢの比
ＶＢ／Ｖｓは０．３〜２．５の間で変化させた。

実験の手順は以下の通りである。まず、所定の粒径分布
を持った所定量の粉砕ボールをミル内に充てんし、更に
、所定量の塊炭（粒径１０−６０鳳鵬）と水及び分散剤
を入れる。水の量は、ミル内のスラリーの石炭濃度が約
６３重電％となるように調整した。また、分散剤は陰イ
オン系のものを乾燥石炭重電に対して０．５％の比率で
添加した。

この結果、第２図に示す結果を得た。第２図は各条件下
で粉砕した石炭を一定時間毎にサンプリングし、その粒
径分布から求めた粉砕炭の外表面積をＳ　／　Ｖ　ｒｘ
に対してプロットしたものである。

ここで、Ｓはボールの全表面積、Ｖｓは充てんしたスラ
リーの体積である。粉砕炭の外表面積は粉砕の程度を表
わす指票と考えられ、粉砕が進む程この値は大きくなる
。第２図の結果は、粉砕時間が長い程、またスラリーの
体積に対してボールの表面積が大きいほど粉砕炭の外表
面積が大きくなる。即ち良く粉砕されていることを示し
ている。

粉砕時間が長くなると粉砕が進むのは当然のことである
が、ここで注目すべきことは第２の点である。同じ時間
粉砕するならば、ボールに対してスラリーの量が少ない
ほど粉砕が進む、即ち粉砕速度が大きい。

本実施例はバッチ試験の結果であるが、実際の製造プラ
ントでは石炭の粉砕及びスラリーの製造は連続的に行わ
れる。あるミルを用いてボールの充てん量一定の条件下
で石炭スラリーを連続製造する場合、本実施例の結果か
ら、何らかの方法でミル内のスラリーの保持量を少なく
すると粉砕速度が大きくなることがわかった。しかし、
保持量が少なくなった分だけミル内でのスラリーの滞留
時間も少なくなる。従って、連続粉砕において保持量を
少なくして粉砕速度が高くなった全以上に、滞留時間の
減少による効果が大きければ、保持量を少なくする効果
はない、しかし、第２図に示したように、例えば保持量
ｖ８を１７２にすると、連続粉砕において滞留時間も１
／２になるが、粉砕炭の外表面積は、保持量を１／２に
した時の方が大きくなっている。即ち石炭の粉砕がより
進んでいることがわかった。この結果は、同一のミルを
用いて同一の粉砕炭スラリーを連続製造する場合、ミル
内の；、ラリ−保持量を少なくした方が処理量が多くな
る。即ち、単位石炭量を処理するのに要する粉砕動力（
動力原単位）が少なくてすむことを意味している。

本実施例の結果を確認するため、第１図に示したミルで
石炭スラリーの連続製造試験を行った。

実施例２ 試験に用いた石炭及び分散剤は実施例１のものと同様で
ある。粉砕用ボールは粒径分布指数３．８のものを３５
％の充てん率でミル内に充てんして用いた＠　ＶＢ　／
ＶＢはミル出口開口孔の開口部の大きさを調整板４変え
てミル内のスラリー量を調整することにより変化した。

装置のフローシートを第３図に示す、ホッパー９の石炭
はスクリューフィーダー１０により一定速度でミル入口
より供給した。また、水１１及び分散剤１２は定量供給
器１３．１４により、ミル内スラリーの石炭濃度が６３
重量％となるように供給した１分散剤の添加量は実施例
１と同様である。

石炭を２０ｋｇ／ｈの速度で供給した場合の製造スラリ
ー中の石炭粒子の２００メツシュ通過量とＶＢ／Ｖｓの
関係を第４図に示す、同一の石炭処理速度で運転した場
合、２００メツシュ通過量はＶＢ／ＶＢが２〜３の間で
極大値を取り、最も粉砕効率が高くなっていることがわ
かった。　ＶＢ　／ｖ８が２以下になってくると高濃度
石炭スラリー用の粉砕機としては効率の悪い運転条件に
なっていることがわかる。これらのことはボールとボー
ルの衝突時におけるスラリーとボールの接触効率に関係
するものと考えられる。ボールに対し、スラリーが多す
ぎると、ミル回転時にボールが他のボールと衝突する際
、ボールの速度がスラリーの粘性抵抗のために小さくな
り、衝突エネルギーが低下するため粉砕効率が低下する
と考えられる。

逆に、ボールに対しスラリーが少なすぎると、スラリー
の粘性抵抗によるボールの速度低下は小さくなり、衝突
エネルギーは大きくなるが、衝突ボール間のスラリー量
が少ないため、やはり粉砕効率が低下し、ＶＢ／Ｖｓが
５以上になると特に低下する。

以上の考察から、ミル内のボールとスラリー量の比によ
り粉砕効率は大きく影響されることは推察されることに
ある０本発明が対象とする高濃度石炭スラリーの粉砕に
おいては粉砕用ボールは高粘度の流体中を動くため、従
来のミルのように乾式粉砕あるいは低濃度湿式粉砕にお
ける場合とは運動形態が異なると考えられる。

次に開口孔の開口部を変化して製造したスラリー中の石
炭粒子の２００メツシュ通過量が７５％となるように石
炭及び水９分散剤の供給量が調整し、同一性状のスラリ
ーを得るのに必要な動力量（動力原単位）を測定し比較
した。結果を第５図に示すが、先の結果から予測される
ように、動力源単位はＶＢ／Ｖｓがやはり２〜３の間で
最小となり、従来型のミル（Ｖｏ／Ｖｓが約１．５）の
時に比べ約３０％の低下となり、高濃度石炭スラリーの
製造に本発明を適用することにより動力低減の効果は明
らかである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、高濃度石炭水スラリーの製造において
１石炭の粉砕に必要な動力を低減することができ、より
経済的な該スラリー燃料を製造することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる粉砕機の概念図、第２図は実施例
１の結果を示すグラフ、第３図は実施例２に用いた装置
のフローシート、第４図及び第５図は実施例２の結果を
示すグラフである。 １・・・ミル本体、２・・・入口、３・・・出口、４・
・・調整板、５・・・軸受、６，８・・・歯車、７・・
・モータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ボールミル内部に石炭と水と分散剤を供給し、ボー
   ルミルを回転して石炭水スラリーを製造する石炭水スラ
   リー製造方法において、ミル内の粉砕用ボールの容積Ｖ
   ＿Ｂとミル内のスラリーの容積Ｖ＿Ｓとの比を、（Ｖ＿
   Ｂ）／（Ｖ＿Ｓ）＝２〜５にして石炭水スラリーを製造
   することを特徴とする石炭水スラリーの製造方法。 ２、回転自在に支持されたミル本体と、このミル本体に
   装入した粉砕用ボールと、前記ミル本体の一端側に設け
   た粗粉炭を供給する石炭供給口と、前記ミル本体の他端
   側に設けたスラリー取出口と、前記ミル本体内に水と分
   散剤とを供給する配管とを有する石炭水スラリー製造装
   置において、ミル内の粉砕用ボールの容積Ｖ＿Ｂに対し
   、ミル内のスラリーの容積Ｖ＿Ｂの比（Ｖ＿Ｂ）／（Ｖ
   ＿Ｓ）を２〜５に調整する調整板をスラリー取出口に取
   付けたことを特徴とする石炭水スラリーの製造装置。