JP2005232259A

JP2005232259A - 親水性石炭スラリの製造方法及び装置

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Publication number: JP2005232259A
Application number: JP2004041135A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Nose; 裕之野瀬; Tsuneo Ayabe; 統夫綾部; Kazuo Uematsu; 和夫上松
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2004-02-18
Filing date: 2004-02-18
Publication date: 2005-09-02
Anticipated expiration: 2024-02-18
Also published as: JP4529471B2

Abstract

【課題】簡単な方法により石炭を親水性に改質して流動性に優れた親水性石炭スラリを得る。
【解決手段】石炭５を水６に混合して石炭水スラリ７を作成し、この石炭水スラリ７に放射線を照射して炭素の二重結合を解離させると共に水中に親水基を生成させ、該親水基が解離した炭素と結びつくことにより改質された親水性石炭スラリ７ａを製造する。
【選択図】図１

Description

本発明は、親水性石炭スラリの製造方法及び装置に関し、更に詳しくは、簡単な方法により石炭を親水性に改質して流動性に優れた親水性石炭スラリを得ることができる親水性石炭スラリの製造方法及び装置に関するものである。

近年、石油資源の枯渇の問題から代替エネルギーの開発が望まれており、代替エネルギーの１つとして石炭の利用が研究されている。石炭は、石油、重油等の液体燃料に比して搬送等のハンドリングの面で難点を有し、このために従来から石炭を液化或いはガス化する改質技術が種々提案されている。

このような石炭の改質技術の１つとして、石炭、コークス、チャー、ピッチ、コールタール、重質油及びアスファルト等の炭素質物質を、常圧、減圧または高圧下で熱分解してガス状炭化水素及び／または液状炭化水素を製造するに際し、炭素質物質にベーター線またはガンマー線を照射しながら、ガス雰囲気下で、前記炭素質物質を熱分解するものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、Ａ．硫黄を含有する炭素質材料を用意すること、Ｂ．前記炭素質材料を塩基の存在下で活性酸素源と接触させること、そして前記炭素質材料の硫黄含有量を減少するのに効果のある量の前記活性酸素と前記塩基を使用すること、とＣ．前記炭素質材料を一種類の放射線等のエネルギー源に曝露し前記炭素質材料の硫黄含有量を更に減少するのに効果のある条件下に置くことからなる硫黄含有炭素質材料から硫黄を除去するプロセスがある（例えば、特許文献２参照）。
特開平０５−０５９３７１号公報特表２００２−５２４６５１号公報

前記特許文献１では、石炭熱分解の生成物の量と質を制御するために、熱分解の温度と、放射線の線量と、熱分解のガス雰囲気の３つを制御するようにしている。そして、炭素を温度７００℃の水素ガス雰囲気下で、放射線を照射しながら熱分解（分子構造の変化）を行わせると固体生成物の量が１０〜８０％の範囲内で減少し、その分だけ液体生成物及び気体生成物の量が増加したとしている。また、石炭液化について、４５０℃、１７０気圧の水素雰囲気下で、硫化鉄＋硫黄の触媒を使うことにより５５％の液状炭化水素が得られたが、放射線を照射することにより、４５０℃、１０気圧の水素雰囲気下で同上の触媒を用いて、７０〜７５％の液状炭化水素を得たとしている。更に、テトラリン等の水素供与性の有機溶剤を添加すると、石炭の液体生成物が多く生成されたとしている。

しかし、前記特許文献１に示される方法は、石炭を気化するには７００℃の水素ガス雰囲気を保持し、石炭を液化する場合でも４５０℃、１０気圧という高温、高圧を維持する必要がある。このように特許文献１では高温、高圧を保持する必要があるために装置構造が複雑になり、また取扱い制御も面倒になる問題がある。更に、熱分解によって液体以外に気体、固体も生成されるために、各生成物を別個に貯蔵する必要があり、また、例えば目的とする液体生成物を所要量だけ取り出すようにするための制御も面倒である。更に、液体生成物を多く取り出すためには多量の水素供与性の有機溶剤を添加する必要があり、よって有機溶剤添加のための材料、装置も必要となりコストが増加する問題がある。

一方、前記特許文献２は、炭素質材料から硫黄を除去する方法に関するものであり、過酸化水素等の過酸化物質（活性酸素源）と、水酸化ナトリウム等の水酸化物（活性酸素発生作用物）とを混合して発熱による加熱と活性酸素の生成とを行い、これに、エーテル等の溶剤と炭素質材料とを混合したものを加えて、放射線で曝露することにより、分子構造の変化と硫黄の遊離とを行うようにしたものである。

従って、特許文献２では、過酸化物質（活性酸素源）と水酸化物（活性酸素発生作用物）を用いることが必須であり、よってこれらを混合・供給するための装置、エーテル等の溶剤と炭素質材料とを混合・供給するための装置、及びこれらの混合物を収容する反応装置が必要であり、設備が非常に複雑・大型化してコストが増加する問題がある。また、前記過酸化物質（活性酸素源）と水酸化物（活性酸素発生作用物）を混合して発熱によって加熱を行うようにしたものであるため制御も難しいという問題がある。

更に、前記特許文献２でも、硫黄ガスと、軽油製品と、脱硫原油製品と、水＋塩が反応生成物として取り出されることになるため、各生成物を別個に貯蔵する必要があり、また、例えば目的とする液体生成物を所要量だけ取り出すようにするための制御も面倒である。

上記特許文献１及び２に示すように、石炭を含む炭素質材料を熱分解する際に、放射線被曝によって石炭の分子構造を変化させて、気体、液体、固体等に分離して取り出す方法、及び同時に硫黄を除去する方法については開示されているが、石炭をそのまま流動性を有する親水性石炭スラリとして得るようにした技術は現在存在しない。

本発明は、上記実情に鑑みてなしたもので、簡単な方法により石炭を親水性に改質して流動性に優れた親水性石炭スラリを得ることができる親水性石炭スラリの製造方法及び装置を提供することを目的としている。

本発明は、石炭を水に混合して石炭水スラリを作成し、この石炭水スラリに放射線を照射して炭素の二重結合を解離させると共に水中に親水基を生成させ、該親水基が解離した炭素と結びつくことにより改質された親水性石炭スラリを製造することを特徴とする親水性石炭スラリの製造方法、に係るものである。

また、前記石炭水スラリに改質促進剤を添加することは好ましく、前記改質促進剤にはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕの少なくとも１つ、或いはこれらの化合物の少なくとも１つを用いることが好ましい。

また、前記石炭水スラリにアルカリ剤を添加することは好ましく、前記アルカリ剤には水酸化ナトリウムを用いることが好ましい。

また、前記石炭水スラリに脱硫剤を添加することは好ましく、前記脱硫剤にはＣａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｒａの少なくとも１つ、或いはこれらの化合物の少なくとも１つを用いることが好ましい。

本発明は、遮蔽壁に包囲された照射室と、該照射室に配置した放射線源と、水に石炭を混合する石炭水スラリ製造装置と、該石炭水スラリ製造装置で製造した石炭水スラリを前記照射室の放射線源に接近させた後離反させて照射室から取り出すようにしたスラリ輸送装置とを備えたことを特徴とする親水性石炭スラリの製造装置、に係るものである。

また、前記スラリ輸送装置は石炭水スラリを搬送するパイプラインであってもよく、更に、石炭水スラリを収容した容器を搬送する搬送装置であってもよい。

本発明では、石炭を水に混合して石炭水スラリを作成し、この石炭水スラリに放射線を照射するという簡単な方法、装置により、石炭を親水性に改質して流動性に優れた親水性石炭スラリを製造できる優れた効果を奏し得る。

親水性石炭スラリは流動性に優れているので、輸送、貯蔵等のハンドリング性が向上し、よって石炭の大幅な利用拡大が可能になる効果がある。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１は本発明の親水性石炭スラリの製造装置の形態の一例を示す全体概略平面図であって、図中１は遮蔽壁２によって包囲された照射室であり、該照射室１の中央部には放射線源３が配置されている。４は前記遮蔽壁２の外部に設けられた石炭水スラリ製造装置であり、該石炭水スラリ製造装置４は石炭５と水６を混合して石炭水スラリ７を作成するようになっている。

そして、前記石炭水スラリ製造装置４と遮蔽壁２の内部との間には、石炭水スラリ製造装置４で製造した石炭水スラリ７を、石炭水スラリ製造装置４に備えたポンプ等からなる送出手段（図示せず）により、前記放射線源３の外周に迂回するようにしたパイプライン８からなるスラリ輸送装置９を設けている。このとき、前記スラリ輸送装置９内部を流動する石炭水スラリ７は常温で輸送されるようにしている。

前記石炭水スラリ製造装置４で水６に混合する石炭５は、できれば細かく粉砕された石炭（通常微粉炭として用いられている粒径７０μｍ程度の粉炭）を使用することができる。前記石炭水スラリ７の溶液は中性でも酸性でもアルカリ性でもよい。

更に、前記石炭水スラリ製造装置４で作成される石炭水スラリ７には、改質促進剤１０、アルカリ剤１１、脱硫剤１２等を添加することができる。

前記改質促進剤１０としてはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ等の金属の少なくとも１つ、或いはこれらの化合物の少なくとも１つを用いることができ、改質促進剤１０を添加することにより、放射線を照射した時の改質効果を高めることができる。

また、前記アルカリ剤１１には水酸化ナトリウムを用いることができ、アルカリ剤１１を添加して石炭水スラリ７をアルカリ性に保持することにより、石炭水スラリ７に放射線を照射した時のＯＨラジカルの生成を高めることができる。

また、前記脱硫剤１２にはＣａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｒａ等の少なくとも１つ、或いはこれらの化合物の少なくとも１つを用いることができ、脱硫剤１２は石炭水スラリ７に添加するとイオン化され、これにより、石炭水スラリ７中に硫酸塩の沈殿物を生成するので硫黄を分離して取り出すことができる。

前記放射線源３には種々の放射線発生物、放射線発生装置を用いることができる。例えば、高レベル放射性廃棄物をガラス固化したガラス固化体を用いた場合には、¹³⁷Ｃｓから放射される０．６６ＭｅＶのγ線となるが、⁶⁰Ｃｏから放射される１．３３ＭｅＶのγ線、その他のγ線、或いはＸ線や電子線等を用いることができる。Ｘ線を用いる場合には、直接Ｘ線源を用いてもよいが、γ線等の放射線や電子線等を鉛等の第３の物体に照射することで制動放射等の物理的現象により間接的に生成したＸ線を用いることもできる。このとき、石炭水スラリ７に照射する放射線源３による放射線の強さは、石炭の改質を有効に行わせる上で大きい線量の方が良い。

以下に上記形態の作用を説明する。

図１の石炭水スラリ製造装置４では、例えば７０μｍ程度の粒径の石炭５と水６とを混合することにより石炭水スラリ７を作成する。このとき、この石炭水スラリ７には改質促進剤１０としてＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ等の金属或いはこれらの化合物の少なくとも１つを添加することができ、また、前記アルカリ剤１１として水酸化ナトリウムを添加することができ、また、脱硫剤１２としてＣａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｒａ或いはこれらの化合物の少なくとも１つを添加することができる。

更に、前記放射線源３には、例えば、高レベル放射性廃棄物をガラス固化したガラス固化体、或いは他のγ線源、或いはＸ線や電子線等を用いることができる。

前記石炭水スラリ製造装置４で作成した石炭水スラリ７は、該石炭水スラリ製造装置４に備えたポンプ等からなる輸送手段（図示せず）によって、常温のままパイプライン８からなるスラリ輸送装置９により前記放射線源３の外周を迂回するように照射室１に供給され、このとき、図２に示すように石炭水スラリ７は放射線源３からの放射線の照射を受けて改質され、親水性石炭スラリ７ａとなって取り出される。

即ち、前記石炭水スラリ７が放射線の照射を受けると、［化１］に示すように、炭素Ｃの二重結合が放射線により解離されて不対電子を有するＣ、ＣＯＯＨ等を生成する。一方、水中には水酸基ＯＨ^-が放射線の作用を受けてＯＨラジカルを生成する。

このＯＨラジカルは、非常に反応性が強く、このためにＯＨラジカルは前記石炭の解離された炭素Ｃと結合し、これによって石炭は親水基ＯＨを有するものに改質され、前記親水性石炭スラリ７ａが生成する。

上記ＯＨラジカルによる改質反応は、従来の石炭改質方法で用いられてきた水素化による改質反応よりも反応性が大きいことが考えられ、このために従来のように高温雰囲気を必要とすることなく、常温においても放射線による石炭の改質が可能になる。

前記石炭水スラリ製造装置４において作成される石炭水スラリ７に、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ等の金属或いはこれらの化合物の少なくとも１つからなる改質促進剤１０を添加すると、前記石炭水スラリ７に放射線を放射する際における放射線照射効果を高めることができ、これによって前記改質反応が更に高められる。また、上記したようにＦｅ等を石炭水スラリ７に添加することにより、親水性石炭スラリ７ａを燃料として使用した際における燃料としての燃焼効果も向上させることができる。

また、前記石炭水スラリ製造装置４において作成される石炭水スラリ７に、水酸化ナトリウム等のアルカリ剤１１を添加すると、石炭水スラリ７はアルカリ性に保持され、これによって石炭水スラリ７に放射線を照射した時のＯＨラジカルの生成が高まり、よって前記改質反応が更に高められる。

また、前記石炭水スラリ製造装置４において作成される石炭水スラリ７に、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｒａ或いはこれらの化合物の少なくとも１つからなる脱硫剤１２を添加すると、脱硫剤１２はイオン化され、これにより、石炭水スラリ７中に硫酸塩の沈殿物を生成するので硫黄を分離して取り出すことができる。

即ち、前記石炭水スラリ７が放射線の照射を受けると、［化２］に示すように、炭素Ｃと硫黄Ｓの二重結合が放射線により解離されて不対電子を有する硫黄Ｓが生成され、一方、水中には放射線の作用によりＯＨラジカルが生成されるので、このＯＨラジカルが前記解離した硫黄Ｓと結合して硫酸塩となる。

硫酸塩は沈降して分離できるので、パイプライン８の下流に設けた硫黄分離装置１３によって分離・除去することができる。

従って、図１の装置で製造された親水性石炭スラリ７ａは、パイプライン８によるスラリ輸送装置９によって目的場所までそのまま輸送することができる。

図３は、本発明の親水性石炭スラリの製造装置の形態の他の例を示す全体概略平面図であり、基本構造は図１の形態と同様であり石炭水スラリ製造装置４とスラリ輸送装置９の構成のみが相違しているので、この相違した構成のみについて説明する。

図３のスラリ輸送装置９は、図４に示す如く、内部に石炭水スラリ７を収容するようにした容器１４を、前記放射線源３と遮蔽壁２の外部との間で循環搬送できるようにエンドレスに設置したベルトコンベア等の搬送装置１５を有している。

前記石炭水スラリ製造装置４は、水６に石炭５を混合し、更に必要に応じて前記改質促進剤１０、アルカリ剤１１、脱硫剤１２等を添加した石炭水スラリ７を、前記容器１４に充填して搬送装置１５上に載置する機能と、放射線の照射により親水性石炭スラリ７ａを生成した容器１４を搬送装置１５上から取り出して親水性石炭スラリ７ａを貯蔵する貯槽１６に供給する機能とを有している。尚、前記スラリ輸送装置９は、石炭水スラリ７を放射線源３に接近させて放射線照射を行った後にそこから離反して取り出せる機能を有していれば良く、従ってリフトやクレーン等の種々の方式を用いることができる。

前記貯槽１６に貯留された親水性石炭スラリ７ａは、輸送管１７によって目的場所まで輸送することができる。

上記したように、石炭５と水６を混合した石炭水スラリ７に放射線を照射して改質を行った親水性石炭スラリ７ａは、親水性であるために水と分離しにくく、しかも流動性を有しているので、例えば石炭の採掘現場に本発明の装置を設置し、製造した親水性石炭スラリ７ａをそのままパイプライン８や輸送管１７によって港等の遠隔地まで大量に安定して容易に輸送することができ、よって石炭の大幅な利用拡大を図ることが可能になる。

なお、本発明の親水性石炭スラリの製造方法及び装置は、上記した形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の親水性石炭スラリの製造装置の形態の一例を示す全体概略平面図である。図１をＩＩ方向から見た正面図である。本発明の親水性石炭スラリの製造装置の形態の他の例を示す全体概略平面図である。図３をＩＶ方向から見た正面図である。

符号の説明

１照射室
２遮蔽壁
３放射線源
４石炭水スラリ製造装置
５石炭
６水
７石炭水スラリ
７ａ親水性石炭スラリ
８パイプライン
９スラリ輸送装置
１０改質促進剤
１１アルカリ剤
１２脱硫剤
１４容器
１５搬送装置

Claims

石炭を水に混合して石炭水スラリを作成し、この石炭水スラリに放射線を照射して炭素の二重結合を解離させると共に水中に親水基を生成させ、該親水基が解離した炭素と結びつくことにより改質された親水性石炭スラリを製造することを特徴とする親水性石炭スラリの製造方法。
前記石炭水スラリに、改質促進剤を添加することを特徴とする請求項１に記載の親水性石炭スラリの製造方法。
前記改質促進剤に、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕの少なくとも１つ、或いはこれらの化合物の少なくとも１つを用いることを特徴とする請求項２に記載の親水性石炭スラリの製造方法。
前記石炭水スラリに、アルカリ剤を添加することを特徴とする請求項１に記載の親水性石炭スラリの製造方法。
前記アルカリ剤に、水酸化ナトリウムを用いることを特徴とする請求項４に記載の親水性石炭スラリの製造方法。
前記石炭水スラリに、脱硫剤を添加することを特徴とする請求項１に記載の親水性石炭スラリの製造方法。
前記脱硫剤に、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｒａの少なくとも１つ、或いはこれらの化合物の少なくとも１つを用いることを特徴とする請求項６に記載の親水性石炭スラリの製造方法。
遮蔽壁に包囲された照射室と、該照射室に配置した放射線源と、水に石炭を混合する石炭水スラリ製造装置と、該石炭水スラリ製造装置で製造した石炭水スラリを前記照射室の放射線源に接近させた後離反させて照射室から取り出すようにしたスラリ輸送装置とを備えたことを特徴とする親水性石炭スラリの製造装置。
前記スラリ輸送装置が、石炭水スラリを搬送するパイプラインであることを特徴とする請求項８に記載の親水性石炭スラリの製造装置。
前記スラリ輸送装置が、石炭水スラリを収容した容器を搬送する搬送装置であることを特徴とする請求項８に記載の親水性石炭スラリの製造装置。