JPS6344486A - スラリ−タンク - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、タンクに貯蔵された石炭−油スラリー（以
下ＣＯＭという）、石炭−水スラリー（以下ＣＷＭとい
う）、特にこれらの高濃度スラリーを循環して攪拌し、
タンク内スラリーを均一にする装置を備えたスラリータ
ンクに関する。

〔従来の技術〕

近年発電用ボイラーの燃焼、石炭液化等の石炭利用技術
の進展に伴って、ＣＷＭ、ＣＯＭが使用されるようにな
っている。例えばＣＷＭについてみれば、従来石炭粒子
濃度は４５〜５０ｗｔ％のＣＷＭであったが、発電用ボ
イラー熱効率の向上、輸送効率の向上、貯蔵効率等の要
請から石炭粒子濃度が６５〜８０ｗｔ％の高濃度ＣＷＭ
が注目されるに至っている。しかし石炭粒子表面は一般
的には疎水性であり、疎水性粒子は本来凝集傾向を示し
安定な分散系をつくらないので、高濃度ＣＷＭでは石炭
粒子に電荷を与えて、粒子間の静電気的な反発効果を与
えたり、あるいは石炭粒子表面に形成される高分子吸着
層の熱力学的な相互昨月による立体反発効果を与えるた
め、分散剤が添加される。なお分散剤としては、非イオ
ン系のものとして、例えばエチレンオキサイド系、エチ
レン及びプロピレンオキサイド系より成る高分子性表面
活性剤が使用され、イオン系のものとして、アニオン系
のポリナフタレンスルホン酸より成る表面活性剤等が使
用される。このようにして分散剤が添加された高濃度Ｃ
ＷＭにおいては、媒体（水）が石炭粒子表面をおおって
連続相となり、石炭粒子は分散状態となる。しかし分散
状態となった石炭粒子は、周囲の石炭粒子の干渉を受け
なくなる代わりに沈降することが容易となり、条件が悪
いと圧密相（八−ドパツク相）を形成して大きなトラブ
ルを引き起こす。

一方工業上石炭粒子濃度が４５〜５０ｗｔ％のＣＷＭ、
石炭粒子濃度が６５〜８０ｗｔ％の高濃度ＣＷＭ、及び
ＣＯＭをタンクに短期又は長期に貯蔵することが必要で
ある。そしてタンクから払出して輸送するスラリーは、
均一な濃度のスラリーでなければならず、かつタンク内
のスラリーも流動しうる状態でなければならない。しか
し、ＣＷＭ及び００Ｍ中の石炭粒子は沈降し、しかも、
より石炭粒子濃度が高くなるに従ってチクソトロピック
な挙動を示す傾向が大きくなり、又最悪の状態ではタン
クの下部が圧密相（ハードパック相）を形成することが
ある。従って、タンク内のスラリーを均一化させるため
攪拌することが不可決となるが、翼の回転による攪拌装
置を設けても、スラリー貯蔵用タンクは通常１０００ｍ
以上の大型タンクになるため、攪拌装置の構造及び攪拌
効果の点から困難である。そこで、攪拌はタンク内から
スラリーを抜出してから再変更してやる循環方式によら
ざるをえないが、特に高濃度ＣＷＭ等では実際に工業上
適用可能な循環方法がなかった。

そこで本発明の発明者は大型タンクでスラリーの循環方
法の実験を行った。第１１図はその実験装置の説明図で
ある。図において、（１）は１０００ｄのタンク、（２
）はタンク（１）に貯蔵されている微粒石炭粒子の濃度
が７０ｗｔ％程度のＣＷＭのスラリーで、約１ケ月経過
しているものである。１ケ月経過後のＣＷ　Ｍ　（２）
は、微粒石炭粒子が沈降しており、タンク（１）内下部
は微粒石炭粒子濃度が高い状態にある。（４）は回転式
の集泥装置、（６）は集泥装置（４）で集められたスラ
リー（２］の石炭微粒子が塊となったものを塊砕する塊
砕ミキサー、（８）は塊砕ミキサー（６）に連通ずるス
ラリー循環用のパイプ、α〔はパイプ（８）の途中に設
けられた循環用のポンプである。なおパイプ（８）の出
口（８ａ）は、タンク（１）の中央部に位置させである
。

以上の実験装置で、スラリー（２）を循環すると、スラ
！Ｊ−（２１はパイプ（８）の出口（８ａ）から垂直方
向に所定の流速で噴出して、液面（２ａ）に衝突する。

そして液面（２ａ）に衝突したスラリー流は、タンク（
１）内に分散することなく出口（８ａ）の直下からタン
ク（１）下部に到る狭い流路−を形成し、その流路（支
）のみを流通して循環ポンプ叫より直ちに循環する流れ
をくり返すことが明かとなった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来、タンク中のスラリーを均一化させるのにスラリー
を循環する場合、工業上実施可能なスラリータンクがな
いという問題があった。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係るスラリータンクは、石炭−泊スラリー（
ＣＯＭ）又は石炭−水スラリー（ＣＷＭ）を貯蔵するタ
ンクにおいて、タンクの底部からのスラリーの抜き出し
手段と、その抜き出し手段により抜き出したスラリーを
循環させる手段と、平面に１又は複数のパイプを配設し
、かつパイプに複数のノズルを設け、それらノズルの開
口部は少くとも、タンク内スラリーの液面とほぼ同一平
面か、その近傍に位置させた分配器とからなるものであ
る。

〔作用〕

この発明に係るスラリータンクでは、分配器はタンク内
スラリーの液面とほぼ同一平面に維持され、かつ噴出流
は分配器から横方向に噴出するので、噴出流は液面近傍
のスラリーと直ちに接触し、エネルギーが減衰する。又
噴出流中の石炭粒子は噴出流と噴出方向が同一であるか
ら水平方向の速度Ｕｘのみを持ち、噴出流のエネルギー
減衰によって自然に落下する。

〔実施例〕

第１図は、この発明の一実施例の説明図である。

図において、第１１図の従来例と同一符号はこれと同等
のものを示す。（１０ｍ）は循環用のスクリュ一式のポ
ンプ、（２０）はスラ！Ｊ−（２＋の循環用のパイプ（
８）にその中心を連通させて配設した分配器であり、分
配器（２０）の平面は液面（２ａ）とほぼ同一の平面に
配設する。

第２図は分配器（２０）の平面図である。分配器（２０
）はパイプ（２２ｍ）　、　（２２ｂ）をＵ状に形成し
、循環用パイプ（８）を接続した短パイプ（２４）に連
通させてほぼ十字にパイプを配設したものである。そし
て、パイプ（２２ａ）　、　（２２ｂ）の一方の側面で
、かつそれぞれ同じ左側の側面に　のみノズル（２６ａ
）　、　（２６ｂ）　。

（２６ｃＪを設けたものである。なお、ノズル（２８ｍ
）。

（２Ｂｂ）　、　（２６ｅ）をパイプ（２２ａ）　、　
（２２ｂ）の側面の右側のみに設けてもよい。

第３図は分配器（２０）の部分断面図であり、スラリー
はノズル（２６ｍ）から水平方向（矢印Ａ）に噴出する
。

次に上記のような分配Ｍ　（２Ｇ）を備えたタンク（１
）でスラリー（２）を循環する操作について説明する。

先ず輸送時の流動性を有効にするため、１．０００ｍＰ
ａ、ｓ程度以下の粘度に調整した高濃度ＣＷＭスラリー
（２）をパイプにより輸送して、タンク（１）に貯蔵す
る。次にタンク（１）内の微粒石炭粒子濃度の均一化の
必要が生じると、集泥装置（４）の翼を回転してｉ！Ｉ
ｍスラリーを中心に集め、塊砕ミキサー（６）で塊砕し
て微粒石炭粒子が分離した状態のスラリーとし、スクリ
ュ一式ポンプ（１０ａ）によりパイプ（８）で循環する
。なお、塊砕ミキサー（６）では微粒石炭粒子の固まり
がある場合、固まりのほとんど、具体的には９５％以上
を砕いて微粒石炭粒子のスラリーとする。タンク（１）
の底部から抜き出されるスラ！Ｊ−（２）は、微粒子石
炭粒子の濃度が高くなっているうえに大きな塊状の粒子
が混入していると、スラリー（２）の粘度は著しく太き
（なるからである。

例えば、第４図ばＣＷＭにおける石炭粒子濃度とスラリ
ー粘度との関係を示す線図であるが、図中の曲線（りの
スラリーは、曲！　（１＝）で示すスラリーよりもその
石炭粒子径が大きいため、同じ濃度のスラリーでも、高
濃度領域では著しく粘度が高くなっている。そして、ス
ラリー（２）は、第３図に示すように、ノズル（２８ｍ
）〜（２６ｃ）から矢印Ａのように水平方向に噴出する
。この場合、噴出流中の微粒石炭粒子の水平方向の速度
をＵｘ、鉛直方向の速度をＵＹとすると、事実上速度Ｕ
ｙは無視でき、水平方向のみの速度Ｕｘをもつことにな
る。

又ノズル（２６ｍ）〜（２６ｅ）は液面（２ａ）と同一
平面に位置するので、噴出流はタンク（１）内の液面（
２ａ）近傍のスラリー（２）と接触する。その際水平方
向の速度Ｕｘを有する流体と静止液体とが接触し、かつ
粘度の高い流体とそれよ塾若干粘度の低い液体が接触す
ることになるが、観察の結果、速度差等による噴出流と
タンク（１）内液面（２ａ）近傍のスラリー（２）との
不連続面から層流拡散層への遷移が直ちに起こり、噴出
流エネルギーが順次消失するに従って微粒石炭粒子を順
次自然にタンク内スラリー（２）中に混在していく。こ
うして、これらの操作を一定時間継続して行うと、タン
ク（１）内のスラリー（２）は均一化した濃度になる。

特に、この分配器（２Ｇ）においては、直線状のパイプ
（２２ｍ）　〜（２２ｂ）にノズル（２６ｍ）　〜（２
６，ｂ）を設けた構造となっており、はぼ中心からスラ
リー（２）が供給されるので、スラリー（２）の流れが
スムーズで、圧力損失が最小に押さえることができ、ノ
ズル（２ｆ＋ａ）〜（２６ｅ）からの噴出流も均一とな
る。

そして、発明者の実験によると、一定時１１１経過後の
タンク（１１内スラリー（２）の石炭粒子濃度は、第５
図のように変化しているから、噴出流によってスラリー
は、タンク（１）内の石炭粒子濃度が最も希薄な部分に
循環して戻されることになる。

第６図はこの発明の他の分配器の平面図である。

分配器（３０）は、パイプ（３０ａ）　〜（Ｒｏｅ）を
ほぼ等角度に配設し、中心部で循環用パイプ（８）に連
通したものである。そして、ノズル（３２ａ）〜（３２
ｃ）は各パイプ（３０ｍ）〜（３０ａ）に下部に設けら
れている。第７図はパイプ（３０ｂ）の部分断面図であ
り、Ｌ字状に曲げたノズル（３２ｍ）が設けられ、かつ
ノズル（３２ｍ）の噴出口（３４ａ）は液面（２ａ）と
ほぼ同一平面で、かつ水平方向に開口している。しかし
パイプ（３０ｍ）〜（３０ｃ）自体は液面（２ａ）より
上方に位置してい、ろ。

この分配器（３０）により、前述の第２図、第３図の分
配器（２０）によりスラリー（２）を循環したのと同様
の操作を行うと、各パイプ（３０ｍ）〜（３０ｅ）のノ
ズル（３２ａ）　〜（３２ｃ）から噴出した噴出流は、
液面（２ａ）と水平方向に流動する。そして噴出流が矢
印Ｂ、Ｃ。

Ｄのよう曲線を描いて、長く流動しても、隣接するパイ
プ（３０ｍ）〜（３０ｅ）の下を通り抜ける。従って、
噴出流が大きくなっても、第２図、第３図の分配器（２
Ｇ）のように隣接するパイプ（３０ｍ）〜（３０ｅ）に
衝突して、下向きの速度Ｕｙ及びエネルギーを生じさせ
ることがない。

特にタンク（１）内スラリー（２）を循環するには、ス
。

ラリ−（２）の濃度粘度等のスラリーの特性はもとよ′
　リタンク容量に応じて循環量、循環時間を定める。

発明者の実験によると、高粘度のＣＷＭスラリーを循環
するには、工業的に使用される大型タンク（１）では１
つのノズル（３２ｍ）　〜（３２ｅ）から、例えば２ｍ
　／　ｓｅｃの以上の速度で噴出させると、噴出流が水
平方向に勢よく噴出し、液面（２ａ）を第６図の矢印Ｂ
、Ｃ，Ｄのように円弧状に流れて、エネルギーが減衰す
る。したがって、タンク容量、スラリー粘度等によ外変
化するが、第６図のように噴出流が流れるような流速の
噴出流が得られるようにノズル（３２ａ）〜（３２ｃ）
の口径を定めればよい。又噴出流が第６図のように流れ
ても途中で衝突しないように第７図のように分配器（３
０）のパイプ（３０ａ）〜（３０ｃ）を液面（２ａ）よ
り上方に配設すればよい。

第８図は第６図に設けるノズルの別の態襟を示す部分断
面図であり、パイプ（３０ａ）の斜下方から下方に曲が
ったノズル（３５ａ）を設け、ノズル（３５ａ）の噴出
口（３６ｍ）を水平方向に向けて設けたものである。

第９図は、分配器（３０）のパイプ（３０ａ）　〜（３
０ｅ）の先端の形態についての他の態様を示す説明図で
ある。この分配器（３０）ではパイプ（３０ａ）〜（３
０ｃ）の各先端もノズルの機能があるから、噴出量が多
（なる。なお、この場合、パイプの先端及びノズル（３
２ｍ）　〜（３２ｅ）　、　（３５ａ）から適切に配分
された噴出量で噴出させることが、必要であや、圧力損
失を考慮してパイプ（３０ｍ）〜（３０ｅ）先端の口径
を決める。

又パイプ（３０ｍ）〜（３Ｑｅ）を液面（２ａ）より上
方に配設し、噴出口（３４ａ）　、　（３６ａ）を液面
（２ａ）に位置させる場合のノズルは、第７図、第８図
に示すものに限定されるものでなく、形態上程々のもの
を採用することができる。パイプ（３０ａ）〜（３０ｅ
）の数も３本である必要はなく、１本の長いパイプ又は
３本以上の複数のパイプであってもよい。なお、パイプ
（３０ａ）　〜（３０ｅ）に設けるノズル（３２ａ）　
〜（３２ｅ）　。

（３４ｍ）、　（３６ｍ）は、パイプ（３０ａ）〜（３
０ｅ）に対して全て直角に設けてもよいが、各ノズル（
３２ｍ）〜（３２ｅ）とタンク（１）の側壁との距離が
相違するので、ノズル（３２ａ）〜（３２ｅ）の角度を
同じにすると、噴出流が長く流れる場合、タンク（１）
の側壁に衝突する条件が各噴出流で相違する。そのため
、各噴出流のエネルギーが減衰するに至る距離が相違し
、液面（２ａ）全体に噴出流が分布して流れる状態とは
ならず、各噴出流が途中で接触して下向きに流動エネル
ギーが向くことがある。そこで各ノズル（３２ａ）〜（
３２ｅ）　、　（３４ａ）　、　（３６ａ）の角度を適
宜変えて、噴出流が液面全体に分布して流れるようにし
てもよい。

第１０図はこの発明の他の実施例を示す説明図で、タン
ク（１１のｍ壁にノズル（Ｓｏ）とスイベルジヨイント
（５１）を設け、スイベルジヨイント（５１）にパイプ
（５２）を連通し、パイプ（５２）の先端に分配器（２
Ｇ）　１．　（３０）の中心部を取り付けて連通させ、
タンク（１）下部から抜き出されたスラリー（２）は、
ポンプ（１０ｍ）によりノズル（５Ｇ）、スイベルジヨ
イント（５１）及びパイプ（５２）を通して分配Ｗｆｆ
ｌ、（３０）からスラリー〇）の液面（２ａ）に噴出さ
れる。そして、液面（２ａ）が降下して符号（Ａ＞の位
置になってもスイベルジヨイント（５１）を回転するこ
とにより、分配器■、　（３０）の位置を液面（２ａ）
に追従させ、分配器■。

（３０）と液面（２ａ）とを常時はぼ同一の平面あるい
は近傍に位置させることができるようにしたものである
。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明においては、タンクのＣ
ＯＭ又はＣＷＭスラリーが高濃度であっても、石炭粒子
をタンク内スラリー全体に混在することができ、タンク
内スラリーの！！縮に流路を形成することがなく、大型
のタンクにおいても容易に短時間でタンク内スラリー濃
度を均一化することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの究明の実施例であるタンクの説明図、第２
図は第１図の分配器の平面図、第３図は第２図の分配器
の部分断面図、第４図はＣＷＭにおける石炭粒子濃度と
スラリーのみかけ粘度との関係を示す線図、第５図は、
タンク内スラリーの石炭濃度を示す線図、第６図は、こ
の発明に使用する他の分配器の平面図、第７図、第８図
は分配器の部分断面図、第９図は分配器の端部の説明図
、第１０図は分配器をタンク内スラリーの液面に追従さ
せる装置の説明図、第１１図は従来のタンクの説明図で
ある。 図において、（１）はタンク、（２）はスラリー、（２
ａ）は液面、（４）は回転式の集泥装置、（６）は塊砕
ミキサー、（８）はスラリー循環用パイプ、叫、　（１
０ａ）はポンプ、（２０）　、　（３０）は分配器、（
３０ｍ）　〜（３０ｅ）はバイブ、（３２ｍ）　〜（３
２ｅ）　、　（３２ｍ）　、　（３５ｍ）はノズル、（
５１）はスイベルジヨイントである。 代理人　弁理士　佐　藤　正　年 第１図 第２図 第３図 第４図 Ｇ’ｌＡ粒８Ｊ　＠　　（ｗｔ　　’／、）　　□第５
図 −す戻１立子濃度 第６図 第１０図 第１１図 ａ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 石炭−油スラリー（ＣＯＭ）又は石炭−水スラリー（Ｃ
   ＷＭ）を貯蔵するタンクにおいて、（イ）上記タンクの
   底部からの上記スラリーの抜出し手段と、 （ロ）上記抜き出し手段により抜出したスラリーを循環
   させる手段と、 （ハ）平面に１又は複数のパイプを配設し、かつ該パイ
   プに複数のノズルを設けて、それらノズルの開口部は少
   なくとも上記タンク内スラリーの液面とほぼ同一平面か
   、その近傍に位置させた分配器と、 を取付けけたことを特徴とするスリラータンク。