JP2014105065A - 改質石炭の貯蔵方法及び粒度調整石炭 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストでかつパイルの自然発火を抑制することができる改質石炭の貯蔵方法、及び貯蔵の際の自然発火が低減された粒度調整石炭を提供する。
【解決手段】改質石炭を含む粒状の石炭を山積みする工程を有し、上記石炭における粒径１０ｍｍ以下の粒子の含有量が５０質量％以上である改質石炭の貯蔵方法である。上記石炭における粒径１ｍｍ以下の粒子の含有量が２５質量％以上、粒径０．１５ｍｍ以下の粒子の含有量が７質量％以上であることが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、改質石炭の貯蔵方法及び粒度調整石炭に関する。

火力発電所や製鉄所等で使用する石炭は、通常、屋外ヤードに山積みされたパイルとして貯蔵される。このように貯蔵される石炭は、空気中の酸素と反応することで発熱し、自然発火する場合がある。特に低品位炭は、多孔質状を有するため酸化反応性が高く、発熱しやすい。そこで、一般的には、パイルに対する散水等により自然発火を防止する方法がとられている。しかし、この方法では定期的に散水を行う必要があり、効率的な自然発火防止方法が求められている。

そのような中、石炭パイルの自然発火を防止する技術として、樹脂等によりパイル表面を被覆する方法（特開平５−２３０４８０号公報及び特開２０００−２９７２８８号公報参照）や、ラジカル捕捉剤又は酸素捕捉化合物を含む界面活性剤を散布する方法（特開２００１−１６４２５４号公報参照）が提案されている。しかし、上記各方法によれば、樹脂やラジカル捕捉剤等が必要となるためコスト増が懸念される。

一方、含水率が高くかつ発熱量が低い低品位炭（多孔質炭）から、改質石炭を得る製造方法が開発されている（特開平７−２３３３８３号公報参照）。この製造方法は、まず、多孔質炭を粉砕し粒状とした後、重質油分と溶媒油分とを含む混合油と混合して原料スラリーを得る。次いで、原料スラリーを予熱後、加熱し、多孔質炭の脱水を進めると共に、多孔質炭の細孔内に混合油を含浸させて脱水スラリーを得る。その後、脱水スラリーから改質多孔質炭と混合油とを分離した後、改質多孔質炭を乾燥（脱液）させる。乾燥された改質多孔質炭は所望により冷却及び成型される。この製造方法によれば、多孔質炭の含水率の低下と共に、この多孔質炭の細孔内に重質油が付着し、発熱量が高い改質石炭を得ることができる。

上記製造方法にて得られる改質石炭は、輸送作業を始めとした作業性の観点や発塵を抑制する観点から、ブリケットに成型される。このブリケットをパイルとして貯蔵すると、同一形状のブリケットからなるためパイルの通気性が高く、酸化反応性が比較的高い石炭をパイリングする場合や、パイルの高さが高くなる場合には、比較的短時間でパイルの温度上昇が起こる。従って、このような改質石炭においては、特に自然発火が生じにくい貯蔵技術が求められている。

特開平５−２３０４８０号公報 特開２０００−２９７２８８号公報 特開２００１−１６４２５４号公報 特開平７−２３３３８３号公報

本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、低コストでかつパイルの自然発火を抑制することができる改質石炭の貯蔵方法、及び貯蔵の際の自然発火が低減された粒度調整石炭を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた発明は、
改質石炭を含む粒状の石炭を山積みする工程を有し、
上記石炭における粒径１０ｍｍ以下の粒子の含有量が５０質量％以上である改質石炭の貯蔵方法である。

当該改質石炭の貯蔵方法は、山積みする石炭として、粒径１０ｍｍ以下の比較的小さい粒子が５０質量％以上を占める粒状物を用いる。このような粒度分布を有する石炭を山積みすると、小さい粒子が空隙を埋めて通気性の低いパイルが形成される。従って、当該改質石炭の貯蔵方法によれば、特別な材料等を用いることなく、低コストでパイルの自然発火を抑制することができる。

上記石炭における粒径１ｍｍ以下の粒子の含有量が２５質量％以上、粒径０．１５ｍｍ以下の粒子の含有量が７質量％以上であることが好ましい。このようにさらに小さい粒子を上記範囲で用いることで、パイルの空隙をより効果的に埋めることができ、自然発火の抑制能を高めることができる。

上記石炭における粒径１０ｍｍ以下の粒子の含有量が９０質量％以下であることが好ましい。このように、粒径１０ｍｍ以下の粒子が９０質量％以下の石炭を用いることで、作業性等を高めることができる。

当該改質石炭の貯蔵方法は、
上記改質石炭のブリケットを成型する工程、及び
このブリケットを粉砕する工程
をさらに有し、
上記粒状の石炭の少なくとも一部として、上記粉砕工程により得られる粉砕物を用いることが好ましい。
このように、一度成型したブリケットを粉砕して粒径の小さい改質石炭（粉砕物）とすることで、特別な新たな装置等を導入することなく、容易に所望する粒度分布を有する石炭を得ることができる。

本発明の粒度調整石炭は、改質石炭を含み、粒径１０ｍｍ以下の粒子の含有量が５０質量％以上９０質量％以下である。当該粒度調整石炭は、このようなブロードな粒度分布を有する粒状物であるため、作業性を確保しつつ、自然発火が抑制されるパイルを形成することができる。

ここで、「粒径」とは、ＪＩＳ Ｚ ８８１５（１９９４）ふるい分け試験法通則における乾式ふるい分けに準拠して測定した値をいう。

以上説明したように、本発明の改質石炭の貯蔵方法によれば、コストの上昇を招来することなく、パイルの自然発火を抑制することができる。また、本発明の粒度調整石炭は、自然発火が低減されたパイルを形成することができる。従って、本発明の粒度調整石炭及び改質石炭の貯蔵方法によれば、低品位炭から得られる改質石炭の利用の容易性を高めることができる。

実施例で形成したパイルを示す模式図 比較例１における各パイルの測定結果を示す図 比較例２における各パイルの測定結果を示す図 比較例３における各パイルの測定結果を示す図 実施例１における各パイルの測定結果を示す図 実施例２及び比較例５における各パイルの測定結果を示す図 実施例３における各パイルの測定結果を示す図 実施例における各石炭の粒度分布を示す図

以下、本発明の改質石炭の貯蔵方法及び粒度調整石炭の実施の形態を詳説する。

＜改質石炭の貯蔵方法＞
本発明の改質石炭の貯蔵方法は、
（Ｃ）改質石炭を含む粒状の石炭を山積みする工程
を有し、好ましくは、この（Ｃ）工程の前に
（Ａ）上記改質石炭のブリケットを成型する工程、及び
（Ｂ）このブリケットを粉砕する工程
をさらに有する。

ここで、まず当該貯蔵方法に用いられる上記改質石炭の製造方法の一例について説明する。上記改質石炭は、
多孔質炭（低品位炭）を粒状に粉砕する工程（粉砕工程）、
上記多孔質炭と油とを混合して原料スラリーを得る工程（混合工程）、
上記原料スラリーを予熱する工程（予熱工程）、
上記原料スラリーを加熱し、脱水スラリーを得る工程（加熱工程）、
上記脱水スラリーを改質多孔質炭と油とに分離する工程（固液分離工程）、及び
分離された上記改質多孔質炭を乾燥させる工程（乾燥工程）
を有する。

（粉砕工程）
粉砕工程では、多孔質炭を好ましい粒径の粒状物に粉砕する。この粉砕は、公知の粉砕機等を用いることによって行うことができる。このように粉砕されて混合工程に供される粒状の多孔質炭の粒子径としては、特に制限されるものではなく、例えば０．０５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下、好ましくは０．１ｍｍ０．５ｍｍ以下とすることができる。

また、上記多孔質炭は、多量の水分を含有し、脱水することが望まれるいわゆる低品位炭である。上記多孔質炭の含水率は、例えば２０〜７０質量％である。このような多孔質炭としては例えば、褐炭、亜炭、亜瀝青炭（サマランガウ炭等）などが挙げられる。

（混合工程）
混合工程では、粒状の多孔質炭と油とを混合して原料スラリーを得る。この混合工程は、例えば公知の混合槽等を用いて行うことができる。また、上記油は、好ましくは重質油分と溶媒油分とを含む混合油である。以下、この混合油を用いた例として説明する。

上記重質油分とは、例えば４００℃でも実質的に蒸気圧を示すことが無いような重質分からなるか、これを多く含む油であり、アスファルト等を用いることができる。上記溶媒油分とは、上記重質油分を分散させる油である。この溶媒油分としては、重質油分との親和性、スラリーとしてのハンドリング性、細孔内への侵入容易性等の観点から軽沸油分が好まれる。具体的には、沸点１００℃以上、好ましくは３００℃以下の石油系油（軽油、灯油又は重油等）が好ましい。

このような重質油分と溶媒油分との混合油を用いると、この混合油が適切な流動性を示す。そのため、上記混合油を用いることで、重質油分単独では果たし難い重質油分の多孔質炭の細孔内への侵入が促進される。上記混合油における重質油分の含有量としては、例えば、０．２５質量％以上１５質量％以下とすることができる。

多孔質炭に対する混合油の混合割合としては、特に制限されない。例えば、多孔質炭に対する重質油分の量としては、０．５質量％以上３０質量％以下、好ましくは０．５質量％以上５質量％以下である。

（予熱工程）
混合工程で得られた原料スラリーを、加熱工程に先立って通常予熱する。この予熱条件としては特に制限されず、通常は操作圧での水の沸点近傍まで加熱する。

（加熱工程）
加熱工程では、上記原料スラリーを加熱し、脱水スラリーを得る。この加熱は、公知の熱交換器、蒸発器等を用いて行うことができる。この際、多孔質炭の脱水が進むと共に、多孔質炭の細孔内に混合油が含浸される。具体的には、多孔質炭の細孔内表面は重質油分を含有する混合油によって次々に被覆され、細孔開口部のほぼ全域が混合油によって充満される。なお、混合油中の重質油分は活性点に選択的に吸着され易すく、付着すると離れ難いため、重質油分が溶媒油分よりも優先的に付着していくとされている。こうして細孔内表面が外気から遮断されることによって自然発火性を低下させることが可能となる。また、大量の水分が脱水除去されると共に、混合油、特に重質油分が優先して細孔内を充満することになるので、多孔質炭全体としてのカロリーアップが達成される。

（固液分離工程）
固液分離工程では、上記脱水スラリーを改質多孔質炭と混合油とに分離する。この分離は、公知の遠心分離器、濾過器等を用いて行うことができる。この工程で分離された混合油は、上記混合工程にて再利用することができる。

（乾燥工程）
乾燥工程では、分離された上記改質多孔質炭を乾燥させる。この乾燥は、例えば公知のスチームチューブドライヤ等を用いて行うことができる。この乾燥工程で蒸発した油（溶媒油分）は、回収して上記混合工程にて再利用することができる。

このような製造方法により得られる改質石炭は、上記加熱工程において含水率が低下すると共に、この細孔内に重質油が付着するため、発熱量が高い。

次に、当該改質石炭の貯蔵方法における各工程を説明する。

（Ａ）成型工程
この（Ａ）工程においては、粒状の上記改質石炭（改質多孔質炭）を加圧成型し、ブリケット（塊炭）とする。この成型は、ダブルロール型成形機等の公知の造粒装置を用いて行うことができる。なお、成型の際には、上記粒状の改質石炭を加湿したり、澱粉等のバインダーを添加したりして行うこともできる。このようにすることで、成型性を高めることなどができる。

上記ブリケットのサイズとしては、特に限定されず、例えば１ｃｍ^３以上１００ｃｍ^３以下とすることができる。また、このブリケットの形状としても、特に限定されるものではなく、球状、回転楕円体状、角柱状、円柱状等とすることができる。

（Ｂ）粉砕工程
この（Ｂ）工程においては、（Ａ）工程にて得られたブリケットを粉砕し、粒径の小さい改質石炭（粉砕物）を得る。このように、一度成型したブリケットを粉砕して粒径の小さい改質石炭とすることで、特別な新たな装置等を導入することなく、容易に所望する粒度分布を有する改質石炭を得ることができる。

上記粉砕の方法としては、特に制限されず、粉砕機等を用いてもよいし、単に高所からの落下により粉砕させてもよい。例えば、ホイールローダでブリケットをすくい上げ、落下させること等によって粉砕することができる。この際、例えば、落下させる高さや回数等を変化させることで、得られる粉砕物の粒度分布を容易に調整することができる。

なお、落下の際の高さとしては、１ｍ以上５ｍ以下とすることができる。このような高さから落下させることで、ブリケットを効率的にかつ適度な粒度分布を有する粒子に粉砕することができる。また、落下回数としては、１０回以上５０回以下が好ましい。このような落下回数とすることで、ブリケットを効率的にかつ適度な粒度分布を有する粒子に粉砕することができる。

なお、この（Ｂ）粉砕工程においては、得られた粉砕物中に粉砕されないブリケットが残っていてもよい。また、上記（Ａ）工程にて成型したブリケットの一部のみを（Ｂ）粉砕工程に供してもよい。

（Ｃ）山積み工程
この（Ｃ）工程においては、上記改質石炭を含み特定の粒度分布からなる粒状の石炭を山積みし、パイルを形成する。この山積みは、ベルトコンベア等、公知の機器等を用いて行うことができる。

（Ｃ）工程において、適当な粒度分布を有する改質石炭として、上記（Ｂ）工程で粉砕されたブリケット由来の粒状物を用いることができる。また、上記粉砕物に未粉砕のブリケット、成型していない粒状又は粉末状の改質石炭、成型工程等で生じた成型不良品等を加えて粒度を調整してもよく、上記粉砕物以外の改質石炭のみを用いて粒度を調整することができる。

また、（Ｃ）工程において、未改質の他の石炭を用いて全体の粒度を調整することもできる。山積みする粒状の全石炭に対する上記未改質の石炭の割合としては、質量基準で、３０質量％以下が好ましく、１０質量％以下がさらに好ましい。未改質の石炭の使用量を減らすことで、石炭の燃焼効率の低下を防ぐことなどができる。

この（Ｃ）山積み工程に供せられる石炭においては、粒径１０ｍｍ以下の粒子の含有量の下限が５０質量％である。このように、粒径１０ｍｍ以下の比較的小さい粒子を一定量用いることで、山積みした際、この小さい粒子が空隙を埋めて通気性の低いパイルを形成することができる。従って、当該改質石炭の貯蔵方法によれば、特別な材料等を用いることなく、低コストでパイルの自然発火を抑制することができる。

上記粒径１０ｍｍ以下の粒子の含有量の上限としては、９０質量％が好ましく、７０質量％がより好ましく、６５質量％がさらに好ましい。このように、粒径１０ｍｍ以下の粒子の含有量を上記上限以下とすることで、ある程度のサイズの石炭を混在させ、作業性等を高めることができる。

上記石炭において、粒径１ｍｍ以下の粒子の含有量の下限としては２５質量％が好ましい。また、粒径０．１５ｍｍ以下の粒子の含有量の下限としては７質量％が好ましい。このようにさらに小さい粒子を上記粒度分布の範囲で用いることで、パイルの空隙をさらに密に埋めることができ、自然発火の抑制能を高めることができる。

一方、粒径１ｍｍ以下の粒子の含有量の上限としては４０質量％が好ましく、３５質量％がさらに好ましい。また、粒径０．１５ｍｍ以下の粒子の含有量の上限としては２０質量％が好ましく、１５質量％がさらに好ましい。これらの微細な粒子の含有量の上限を上記範囲とすることで、発塵の抑制や、その他作業性を高めることができる。

なお、山積みの際、石炭に水や界面活性剤水溶液を噴霧させてもよい。このようにすることで、形成されるパイルからの発塵や発火をより低減させることができる。

このように、当該改質石炭の貯蔵方法によれば、用いる石炭の粒度分布を制御することのみで、特殊な機器や材料等を用いることなく、低コストでパイルの自然発火を抑制することができる。

＜粒度調整石炭＞
本発明の粒度調整石炭は、改質石炭を含み、粒径１０ｍｍ以下の粒子の含有量が５０質量％以上９０質量％以下である。

当該粒度調整石炭は、当該改質石炭の貯蔵方法に用いられる粒状の石炭として上述したとおりである。当該粒度調整石炭の製造方法や好ましい粒径等も上述した粒状の石炭と同様であるので説明を省略する。

当該粒度調整石炭は、このようなブロードな粒度分布を有する粒状物であるため、作業性を確保しつつ、自然発火が抑制されたパイルを形成することができる。

以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

［実施例１〜３及び比較例１〜５］
亜瀝青炭（生炭）を原料とし、重質油分と溶媒油分との混合油と混合して加熱する工程を経て得られた粉末状の改質石炭（ＵＢＣ−Ｐ）を用意した。この粉末状の改質石炭を成型してブリケット状の改質石炭（ＵＢＣ−Ｂ、サイズ：４７ｍｍ×４７ｍｍ×２８ｍｍ）を得た。ホイールローダを用いて上記ＵＢＣ−Ｂを３ｍの高さから落下させて粉砕し、ＵＢＣ−Ｂ（粉砕）を得た。落下回数等は後述するとおりである。

上記ＵＢＣ−Ｂ、ＵＢＣ−Ｂ（粉砕）、ＵＢＣ−Ｐ及び生炭を表１に記載の質量比で混合し、これを用いて高さ約１ｍの石炭パイルを形成した。なお、補足事項を表１の下に示す。

比較例１〜４については、ＵＢＣ−ＢとＵＢＣ−Ｐとを混合して用いた。比較例４においては、比較例３のＰｉｌｅ−４０の表面にＵＢＣ−Ｐをさらに１５質量部まぶした。
実施例１については、ＵＢＣ−Ｐのみを用いた。
比較例５については、以下の手順で粉砕を行ったものを用いた。
（ＵＢＣ−Ｂの落下１０回）→（上記ＵＢＣ−ＢをＵＢＣ−Ｐと混合）→（混合物の落下１０回）
実施例２については、比較例５の混合物にさらに生炭を混合したものを用いた。
実施例３については、落下回数を３０回として行った。

［評価］
図１に示すように、パイル１の下から約１２９ｃｍの位置Ｐから、パイル斜面に垂直な方向の深さ２５ｃｍ、５０ｃｍ及び７５ｃｍの各測定ポイントｅ１〜ｅ３におけるガス分析（Ｏ_２、ＣＯ及びＣＯ_２濃度）と温度測定とを実施した。結果を図２−１〜６に示す。

窒息した（酸素濃度がほぼ０となった）パイルは、Ｐｉｌｅ−１００（実施例１、ＵＢＣ−Ｐのみ）、Ｐｉｌｅ−４０−Ｂ−Ｎｅｗ（実施例２、ＵＢＣ−Ｂ（粉砕）：ＵＢＣ−Ｐ：生炭＝１００：３８：１５）、及びＰｉｌｅ−Ｒａｗ２０（実施例３、ＵＢＣ−Ｂ（粉砕）：生炭＝１００：１９）の３パイルであった。窒息したパイルは深さ５０ｃｍより深い範囲で酸素濃度がほぼ０になった（表層付近では酸素濃度が高い）。

次に、各パイルを形成する石炭の粒度分布の測定結果（実施例１〜３、比較例１〜３、５、後述する実施例４、並びに参考としての落下前のＵＢＣ−Ｂ及び生炭）を図３及び表２に示す。なお、この粒度分布は、ＦＲＩＴＳＣＨ社製の振とう篩い機を用いて分析した値である。

図３に示されるように、パイルの窒息に成功した実施例１〜３の石炭の粒度分布においては、粒径１０ｍｍ以下の粒子の割合が５０質量％以上と高くなっていることがわかる。

［実施例４］
ＵＢＣ―Ｐと他の石炭とを混合して、図３及び表２の実施例４で示す粒度分布に調整した。これを用い実施例１等と同様にパイルを形成しガス分析を行ったところ、窒息が確認できた。

以上説明したように、本発明の改質石炭の貯蔵方法は、低コストでパイルの自然発火を抑制することができ、火力発電所や製鉄所等で広く用いることができる。

１ パイル
ｅ１、ｅ２、ｅ３ 測定ポイント

Claims (5)

1. 改質石炭を含む粒状の石炭を山積みする工程を有し、
   上記石炭における粒径１０ｍｍ以下の粒子の含有量が５０質量％以上である改質石炭の貯蔵方法。
2. 上記石炭における粒径１ｍｍ以下の粒子の含有量が２５質量％以上、粒径０．１５ｍｍ以下の粒子の含有量が７質量％以上である請求項１に記載の改質石炭の貯蔵方法。
3. 上記石炭における粒径１０ｍｍ以下の粒子の含有量が９０質量％以下である請求項１又は請求項２に記載の改質石炭の貯蔵方法。
4. 上記改質石炭のブリケットを成型する工程、及び
   このブリケットを粉砕する工程
   をさらに有し、
   上記粒状の石炭の少なくとも一部として、上記粉砕工程により得られる粉砕物を用いる請求項１、請求項２又は請求項３に記載の改質石炭の貯蔵方法。
5. 改質石炭を含み、粒径１０ｍｍ以下の粒子の含有量が５０質量％以上９０質量％以下である粒度調整石炭。