JP2020106405A - Coal spontaneous heating character evaluation method, and coal spontaneous heating character evaluation device - Google Patents

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耕己 池田
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Abstract

To provide a coal spontaneous heating character evaluation method and a coal spontaneous heating character evaluation device each of which enables a coal heating character to be evaluated with a high degree of accuracy in an environment close to an actual coal stock pile.SOLUTION: The coal spontaneous heating character evaluation method is provided that includes the steps of: acquiring a wet air flow from mixed gas obtained by mixing an O2 gas and an N2 gas or acquiring a wet air steam from air: acquiring a wet inert gas flow from at least a kind of inert gas selected from an N2 gas, an Ar gas and an He gas; increasing the temperature of coal filled in a reaction vessel to a predetermined temperature under the wet inert gas flow; switching the wet inert gas flow to the wet air steam after increasing the temperature; wet-oxidizing the coal in the switched wet air flow; quantitatively measuring a CO2 production rate by measuring the time of wet oxidization and the amount of CO2 generated from the coal in a step of performing wet oxidization; determining a coal spontaneous heating character on the basis of the CO2 production rate.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、石炭の自然発熱性評価方法、及び石炭の自然発熱性評価装置に関する。 The present invention relates to a method for evaluating the spontaneous heat generation of coal and a device for evaluating the spontaneous heat generation of coal.

世界の一次エネルギー供給における石炭の比率は石油についで大きい。また、過去14年間の供給量の伸び率は石油及び天然ガスを大きく上回り、今後も需要拡大が期待される。国内外の石炭需要の増加によって、瀝青炭の供給は逼迫する可能性が高い。
したがって、今後の石炭需要の増加に対応するには、亜瀝青炭及び褐炭といった石炭可採埋蔵量の約半分を占める低品位炭の利用技術を確立する必要がある。
低品炭利用の障害として、石炭の自然発熱現象が挙げられる。石炭は空気中の酸素(O)との反応により発熱し、発熱温度が放熱温度よりも高い状態が続くと、最終的には発火する。貯蔵する石炭を適切に取り扱い、自然発火を防止するには、石炭の自然発熱性を事前に評価する技術が必要となる。
The proportion of coal in the world's primary energy supply is second only to oil. In addition, the growth rate of supply in the past 14 years has greatly exceeded that of oil and natural gas, and it is expected that demand will continue to grow. The supply of bituminous coal is likely to be tight due to the increase in domestic and overseas coal demand.
Therefore, in order to meet the future increase in coal demand, it is necessary to establish a technology for utilizing low-grade coal, which accounts for about half of the recoverable reserves of coal such as subbituminous coal and lignite coal.
An obstacle to the use of low-grade coal is the spontaneous heat generation phenomenon of coal. Coal generates heat due to the reaction with oxygen (O 2 ) in the air, and if the heat generation temperature continues to be higher than the heat radiation temperature, it eventually ignites. In order to properly handle the stored coal and prevent spontaneous ignition, it is necessary to have a technique to evaluate the spontaneous heat generation property of the coal in advance.

例えば、特許文献1には、微粉炭(S)を充填する空間(1)を有するケース(2)と、該ケース(2)の下端面(3)に装着された加熱装置(4)と、これらを収納する密閉容器(5)と、該密閉容器(5)内の雰囲気(A)を加熱するヒータ(6)とが具備されていることを特徴とする微粉炭の自然発火性評価装置が開示されている。 For example, in Patent Document 1, a case (2) having a space (1) filled with pulverized coal (S), a heating device (4) mounted on a lower end surface (3) of the case (2), An apparatus for spontaneously igniting pulverized coal, comprising: a closed container (5) for containing these and a heater (6) for heating an atmosphere (A) in the closed container (5). It is disclosed.

また、特許文献2には、大気を供給して得られる空気気流中で低品位炭を昇温処理する工程と、昇温時に前記低品位炭から発生する一酸化炭素(CO)および二酸化炭素(CO)を連続測定する工程と、前記連続測定したCOおよびCOの発生量の変化から前記低品位炭の自然発火性を評価する工程と、からなることを特徴とする低品位炭の自然発火性評価方法が開示されている。 Further, in Patent Document 2, a step of heating the low-grade coal in a stream of air obtained by supplying air, and carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO) generated from the low-grade coal at the time of temperature rise ( CO 2 ), and a step of evaluating the spontaneous combustion of the low-grade coal from the continuously measured changes in the amounts of CO and CO 2 generated. An ignitability evaluation method is disclosed.

また、特許文献3には、雰囲気温度が60℃以下の所定温度であり、雰囲気ガスが純酸素ガスである雰囲気において、石炭の重量増加量を熱天秤によって測定し、前記石炭の重量が増加し始めてから所定時間が経過するまでの間の所定タイミングにおける前記石炭の重量増加量に基づいて、前記石炭の自然発火性の高低に関する評価を行い、前記所定時間は、前記雰囲気における褐炭の重量増加量がピーク値の90%に低下するまでの時間であることを特徴とする石炭の自然発火性評価方法が開示されている。 Moreover, in patent document 3, the atmospheric temperature is a predetermined temperature of 60° C. or less, and the weight increase amount of coal is measured by a thermobalance in an atmosphere in which the atmospheric gas is pure oxygen gas, and the weight of the coal increases. Based on the amount of weight increase of the coal at a predetermined timing from the beginning until a predetermined time elapses, an evaluation regarding the level of spontaneous combustion of the coal is performed, and the predetermined time is the amount of weight increase of the brown coal in the atmosphere. Is a time until it decreases to 90% of the peak value, and a method for evaluating spontaneous combustion of coal is disclosed.

特開平11−344456号公報JP, 11-344456, A 特開2014−126541号公報JP, 2014-126541, A 特開2017−58203号公報JP, 2017-58203, A

実際の貯炭パイルでは、低温かつ湿潤状態で石炭の酸化反応が進行することが確認されている。また、石炭の酸化挙動は高温域と低温域とで異なること、並びに、水が酸化反応に対して物理的及び化学的に影響することが報告されている。
しかしながら、特許文献1の評価方法は、密閉系内での試験であることから、試験の進行に伴いO濃度が減少する点で、実際の貯炭条件との間に乖離が存在すると考えられる。
また、特許文献2の評価方法は、最高雰囲気温度が600℃と高温であることに加え、乾燥雰囲気であることから、実際の貯炭環境と乖離した条件での試験と考えられる。
また、特許文献3の評価方法についても、純酸素の流通下であることに加え、乾燥雰囲気であることから、実際の貯炭環境と乖離した条件での試験と考えられる。
In actual coal storage piles, it has been confirmed that the oxidation reaction of coal proceeds at a low temperature and in a wet state. In addition, it has been reported that the oxidation behavior of coal is different between a high temperature region and a low temperature region, and that water has a physical and chemical effect on the oxidation reaction.
However, since the evaluation method of Patent Document 1 is a test in a closed system, it is considered that there is a difference from the actual coal storage condition in that the O 2 concentration decreases as the test progresses.
In addition, the evaluation method of Patent Document 2 is considered to be a test under conditions that deviate from the actual coal storage environment because the maximum atmospheric temperature is a high temperature of 600° C. and a dry atmosphere.
In addition, the evaluation method of Patent Document 3 is considered to be a test under conditions that deviate from the actual coal storage environment, because it is in a dry atmosphere in addition to the flow of pure oxygen.

このように石炭の自然発熱性を評価する方法は知られているが、近年では、自然発熱性をより精度良く評価することが求められている。
したがって、実際の貯炭パイルに近い環境、具体的には、低温かつ湿潤状態を考慮した評価方法を構築することが必要とされる。
本発明の目的は、実際の貯炭パイルに近い環境で、石炭の自然発熱性を精度良く評価することができる石炭の自然発熱性評価方法、及び石炭の自然発熱性評価装置を提供することである。
As described above, a method for evaluating the spontaneous heat generation property of coal is known, but in recent years, more accurate evaluation of the spontaneous heat generation property is required.
Therefore, it is necessary to construct an evaluation method that considers the environment close to the actual coal storage pile, specifically, the low temperature and wet condition.
An object of the present invention is to provide a natural exothermic evaluation method of coal and an apparatus for spontaneous exothermic evaluation of coal which can accurately evaluate the natural exothermic property of coal in an environment close to an actual coal storage pile. ..

本発明の一態様によれば、
酸素ガス及び窒素ガスを混合して得た混合ガスから湿潤空気気流を得るか、または空気から湿潤空気気流を得る工程と、
窒素ガス、アルゴンガス、及びヘリウムガスからなる群から選択される少なくとも1種の不活性ガスから湿潤不活性ガス気流を得る工程と、
前記湿潤不活性ガス気流下で、反応器に充填された石炭を所定温度まで昇温する工程と、
前記石炭が所定温度まで昇温した後、前記湿潤不活性ガス気流を前記湿潤空気気流に切り替える工程と、
切り替えられた前記湿潤空気気流下で、前記石炭を湿潤酸化させる工程と、
前記湿潤酸化させる工程にて、前記湿潤酸化の時間、及び前記石炭から発生した二酸化炭素の量を測定することにより、前記二酸化炭素の生成速度を定量する工程と、
定量された前記二酸化炭素の生成速度に基づいて、前記石炭の自然発熱性を判定する工程と、を有する、石炭の自然発熱性評価方法が提供される。
According to one aspect of the invention,
Obtaining a wet air stream from a mixed gas obtained by mixing oxygen gas and nitrogen gas, or obtaining a wet air stream from air;
Obtaining a wet inert gas stream from at least one inert gas selected from the group consisting of nitrogen gas, argon gas, and helium gas;
Under the wet inert gas flow, a step of heating the coal filled in the reactor to a predetermined temperature,
After the coal is heated to a predetermined temperature, the step of switching the wet inert gas flow to the wet air flow,
Under the switched wet air flow, wet oxidizing the coal,
In the step of wet oxidation, a step of quantifying the production rate of the carbon dioxide by measuring the time of the wet oxidation, and the amount of carbon dioxide generated from the coal,
And a step of determining the spontaneous heat generation of the coal based on the quantified production rate of the carbon dioxide.

本発明の一態様に係る石炭の自然発熱性評価方法において、前記湿潤空気気流の絶対湿度は、3vol%以上4vol%以下であることが好ましい。 In the method for evaluating the spontaneous heat build-up of coal according to one aspect of the present invention, it is preferable that the absolute humidity of the moist airflow is 3 vol% or more and 4 vol% or less.

本発明の一態様に係る石炭の自然発熱性評価方法において、前記湿潤空気気流を得る工程は、前記混合ガス、又は前記空気を第1のバブリング槽に通過させる工程であることが好ましい。 In the method for evaluating the spontaneous heat generation of coal according to one aspect of the present invention, it is preferable that the step of obtaining the wet airflow is a step of passing the mixed gas or the air through a first bubbling tank.

本発明の一態様に係る石炭の自然発熱性評価方法において、前記湿潤不活性ガス気流を得る工程は、前記不活性ガスを第2のバブリング槽に通過させる工程であることが好ましい。 In the method for evaluating the spontaneous heat build-up of coal according to one aspect of the present invention, it is preferable that the step of obtaining the wet inert gas flow is a step of passing the inert gas through a second bubbling tank.

本発明の一態様に係る石炭の自然発熱性評価方法において、前記不活性ガスは、窒素ガスであることが好ましい。 In the self-heating evaluation method for coal according to an aspect of the present invention, the inert gas is preferably nitrogen gas.

本発明の一態様に係る石炭の自然発熱性評価方法において、前記昇温する工程は、前記石炭を80℃まで昇温する工程であることが好ましい。 In the method for evaluating the spontaneous heat build-up of coal according to one aspect of the present invention, it is preferable that the step of raising the temperature is a step of raising the temperature of the coal to 80°C.

本発明の一態様に係る石炭の自然発熱性評価方法において、前記自然発熱性を判定する工程は、前記石炭から発生した二酸化炭素の生成速度の最大値、前記二酸化炭素の生成速度の平衡値、及び前記湿潤酸化の時間に前記二酸化炭素の生成速度を乗じた積分値のうち、いずれか1つ以上に基づいて前記石炭の自然発熱性を判定する工程であることが好ましい。 In the method for evaluating spontaneous heating of coal according to one aspect of the present invention, the step of determining the spontaneous heating is the maximum value of the production rate of carbon dioxide generated from the coal, the equilibrium value of the production rate of carbon dioxide, And a step of determining the spontaneous heat generation property of the coal based on any one or more of integrated values obtained by multiplying the wet oxidation time by the carbon dioxide production rate.

本発明の一態様に係る石炭の自然発熱性評価方法において、前記石炭が80℃のときに測定される、前記二酸化炭素の生成速度の最大値が、石炭中の炭素1モル当たり、2.04×10−4mol/sec以上であるとき、前記石炭の自然発熱性が高いと判定することが好ましい。 In the self-heating evaluation method for coal according to one aspect of the present invention, the maximum value of the carbon dioxide production rate measured when the coal is at 80° C. is 2.04 per 1 mol of carbon in the coal. It is preferable to determine that the coal has a high spontaneous heat generation when it is ×10 −4 mol/sec or more.

本発明の一態様に係る石炭の自然発熱性評価方法において、前記石炭が80℃のときに測定される、前記二酸化炭素の生成速度の平衡値が、石炭中の炭素1モル当たり、1.61×10−4mol/sec以上であるとき、前記石炭の自然発熱性が高いと判定することが好ましい。 In the self-heating evaluation method for coal according to one aspect of the present invention, the equilibrium value of the production rate of carbon dioxide measured when the coal is at 80° C. is 1.61 per 1 mol of carbon in the coal. It is preferable to determine that the coal has a high spontaneous heat generation when it is ×10 −4 mol/sec or more.

本発明の一態様に係る石炭の自然発熱性評価方法において、前記石炭が80℃のときに測定される、前記湿潤酸化の時間に前記二酸化炭素の生成速度を乗じた積分値が、石炭中の炭素1モル当たり、4.13×10−2mol/sec以上であるとき、前記石炭の自然発熱性が高いと判定することが好ましい。 In the self-heating evaluation method for coal according to one aspect of the present invention, the integrated value obtained by multiplying the time for the wet oxidation by the generation rate of the carbon dioxide, which is measured when the coal is at 80° C., is When it is 4.13×10 −2 mol/sec or more per mol of carbon, it is preferable to determine that the coal has a high self-heating property.

本発明の一態様に係る石炭の自然発熱性評価方法において、前記自然発熱性を判定する工程は、前記湿潤酸化させる工程を前記石炭の温度を変更して行い、各温度における前記二酸化炭素の生成速度の平衡値を算出し、算出された前記平衡値から導かれる予測式に基づき、任意の温度における前記石炭の自然発熱性を判定する工程であることが好ましい。 In the method for evaluating the spontaneous heat build-up of coal according to an aspect of the present invention, the step of determining the spontaneous heat build-up is performed by changing the temperature of the coal in the step of performing the wet oxidation to generate the carbon dioxide at each temperature. It is preferable that it is a step of calculating an equilibrium value of the velocity and determining the spontaneous heat generation property of the coal at an arbitrary temperature based on a prediction formula derived from the calculated equilibrium value.

本発明の一態様に係る石炭の自然発熱性評価方法において、前記二酸化炭素の生成速度は、前記湿潤空気気流下で、前記石炭を湿潤酸化させたときの二酸化炭素の生成速度と、前記湿潤不活性ガス気流下で、前記石炭を湿潤酸化させたときの二酸化炭素の生成速度との差分であることが好ましい。 In the method for evaluating the spontaneous heat build-up of coal according to an aspect of the present invention, the carbon dioxide production rate is the carbon dioxide production rate when the coal is wet-oxidized under the moist air stream, and the wet impermeability. It is preferable that the difference is the rate of generation of carbon dioxide when the coal is wet-oxidized under an active gas stream.

本発明の一態様に係る石炭の自然発熱性評価方法において、
前記石炭は、瀝青炭、亜瀝青炭、又は褐炭であることが好ましい。
In the spontaneous heat generation evaluation method for coal according to an aspect of the present invention,
The coal is preferably bituminous coal, sub-bituminous coal, or lignite coal.

本発明の一態様によれば、
酸素ガス及び窒素ガスを混合して得た混合ガスから得られる湿潤空気気流、空気から得られる湿潤空気気流、並びに、窒素ガス、アルゴンガス、及びヘリウムガスからなる群から選択される少なくとも1種の不活性ガスから得られる湿潤不活性ガス気流を生成する湿潤気流ガス生成装置と、
第1の開口部、第2の開口部、前記第1の開口部及び前記第2の開口部の間に設けられ、石炭を充填する石炭充填部と、を有する反応器と、
前記石炭から発生した二酸化炭素の量を測定する測定装置と、を備え、
前記湿潤空気気流又は前記湿潤不活性ガス気流が反応器の前記第1の開口部から前記石炭充填部内を通って前記第2の開口部へ流通され、
前記反応器は、前記湿潤空気気流が前記石炭充填部内を流通する際に、前記石炭を湿潤酸化させる、石炭の自然発熱性評価装置が提供される。
According to one aspect of the invention,
Wet air stream obtained from mixed gas obtained by mixing oxygen gas and nitrogen gas, wet air stream obtained from air, and at least one selected from the group consisting of nitrogen gas, argon gas, and helium gas A wet airflow gas generation device for generating a wet inert gas airflow obtained from an inert gas,
A reactor having a first opening, a second opening, a coal filling section that is provided between the first opening and the second opening, and that fills coal with the first opening;
A measuring device for measuring the amount of carbon dioxide generated from the coal,
The wet air stream or the wet inert gas stream is circulated from the first opening of the reactor through the coal filling section to the second opening,
A spontaneous coal heat generation evaluation apparatus is provided, wherein the reactor wet oxidizes the coal when the wet air stream flows through the coal filling portion.

本発明の一態様によれば、実際の貯炭パイルに近い環境で、石炭の自然発熱性を精度良く評価することができる石炭の自然発熱性評価方法、及び石炭の自然発熱性評価装置を提供することができる。 According to one aspect of the present invention, in an environment close to an actual coal storage pile, a natural exothermic evaluation method for coal that can accurately evaluate the spontaneous exothermic property of coal, and a natural exothermic evaluation device for coal are provided. be able to.

本実施形態の評価方法に使用される石炭の自然発熱性評価装置の一実施形態を示す概略図。Schematic which shows one Embodiment of the self-heating property evaluation apparatus of the coal used for the evaluation method of this embodiment. 本実施形態の評価方法に使用される反応器の一実施形態を示す概略断面図。The schematic sectional drawing which shows one Embodiment of the reactor used for the evaluation method of this embodiment. 湿潤空気気流下で石炭A、石炭B、及び石炭Cをそれぞれ湿潤酸化させたときの、時間とCO生成速度との関係を示すグラフ。Graph showing coal A, coal B, and when the coal C respectively by wet oxidation, the relationship between the time and the CO 2 production rate in the moist air stream. 湿潤空気気流下及び湿潤窒素ガス気流下で石炭Aをそれぞれ湿潤酸化させたときの、時間とCO生成速度との関係、並びに、当該関係の差分を示すグラフ。When each wetted oxidizing coal A in moist air stream and under humid nitrogen gas flow, the relationship between the time and the CO 2 production rate, and a graph showing the difference of the relation. 湿潤空気気流下及び湿潤窒素ガス気流下で石炭Bをそれぞれ湿潤酸化させたときの、時間とCO生成速度との関係、並びに、当該関係の差分を示すグラフ。When each wetted oxidizing coal B in moist air stream and under humid nitrogen gas flow, the relationship between the time and the CO 2 production rate, and a graph showing the difference of the relation. 湿潤空気気流下及び湿潤窒素ガス気流下で石炭Cを湿潤酸化させたときの、時間とCO生成速度との関係を示すグラフ。When coal C wetted oxidized in moist air stream and under humid nitrogen gas stream, a graph showing the relationship between time and CO 2 production rate. 乾燥空気気流下及び乾燥窒素ガス気流下で石炭A、石炭B、及び石炭Cをそれぞれ酸化させたときの、時間とCO生成速度との関係を示すグラフ。Dry air stream and under dry nitrogen gas stream under coal A, coal B, and when the coal C was oxidized respectively, graphs showing the relationship between time and CO 2 production rate. 石炭Aのアレニウスプロットを示すグラフ。The graph which shows the Arrhenius plot of coal A. 石炭Bのアレニウスプロットを示すグラフ。The graph which shows the Arrhenius plot of coal B.

〔石炭の自然発熱性評価方法〕
本実施形態の石炭の自然発熱性評価方法(以下、「本実施形態の評価方法」とも称する)は、
酸素ガス及び窒素ガスを混合して得た混合ガスから湿潤空気気流を得るか、または空気から湿潤空気気流を得る工程と、
窒素ガス、アルゴンガス、及びヘリウムガスからなる群から選択される少なくとも1種の不活性ガスから湿潤不活性ガス気流を得る工程と、
前記湿潤不活性ガス気流下で、反応器に充填された石炭を所定温度まで昇温する工程と、
前記石炭が所定温度まで昇温した後、前記湿潤不活性ガス気流を前記湿潤空気気流に切り替える工程と、
切り替えられた前記湿潤空気気流下で、前記石炭を湿潤酸化させる工程と、
前記湿潤酸化させる工程にて、前記湿潤酸化の時間、及び前記石炭から発生した二酸化炭素の量を測定することにより、前記二酸化炭素の生成速度を定量する工程と、
定量された前記二酸化炭素の生成速度に基づいて、前記石炭の自然発熱性を判定する工程と、を有する。
[Coal spontaneous heat generation evaluation method]
The spontaneous heat generation evaluation method for coal of the present embodiment (hereinafter, also referred to as “evaluation method of the present embodiment”) is
Obtaining a wet air stream from a mixed gas obtained by mixing oxygen gas and nitrogen gas, or obtaining a wet air stream from air;
Obtaining a wet inert gas stream from at least one inert gas selected from the group consisting of nitrogen gas, argon gas, and helium gas;
Under the wet inert gas flow, a step of heating the coal filled in the reactor to a predetermined temperature,
After the coal is heated to a predetermined temperature, the step of switching the wet inert gas flow to the wet air flow,
Under the switched wet air flow, wet oxidizing the coal,
In the step of wet oxidation, a step of quantifying the production rate of the carbon dioxide by measuring the time of the wet oxidation, and the amount of carbon dioxide generated from the coal,
Determining the spontaneous heating of the coal based on the quantified production rate of the carbon dioxide.

本実施形態の石炭の自然発熱性評価方法(以下、「本実施形態の評価方法」とも称する)は、様々な種類の石炭の自然発熱性を評価する方法である。
具体的に本実施形態の評価方法では、実際の貯炭パイル内で生じる空気の流れ及び水分の影響、並びに貯炭パイル内の低温環境(例えば30℃以上80℃以下の環境)を考慮し、湿潤空気気流を、所定温度の石炭に流通させて石炭を湿潤酸化させる。そして、石炭から発生する二酸化炭素の生成速度に基づき、石炭が自然発熱し易いか又は自然発熱し難いか等を判定する。石炭としては試料(例えば粉砕した石炭)を用いる。
石炭には、様々な成分が含まれるため、例えば、当該成分と、貯炭パイル内に存在する水分とが反応すると(例えば加水分解反応すると)、その反応が引き金となって石炭が自然発熱し易くなると考えられる。
本実施形態の評価方法では、このような石炭に含まれる成分と水分との反応を考慮し、石炭を酸化させる気流として「湿潤空気気流」を選択して評価を行う。
したがって、本実施形態の評価方法によれば、特許文献1〜3に記載された密閉系での評価、純酸素を用いた評価、及び乾燥した空気気流下での評価に比べ、実際の貯炭パイルに近い環境で、石炭の自然発熱性を精度良く評価することができる。
また、本実施形態の評価方法によれば、石炭の自然発熱性を予め知ることができるので、石炭の自然発熱を未然に防ぐことができる。また、石炭の自然発熱性を予め知ることで、例えば、発熱性の高い石炭については、散水及び転圧等により自然発熱を抑制することができる。また、発熱性の高い石炭については、温度監視の強化により早期に使用する等の対応も可能となる。すなわち、低品位炭であっても有効に利用することができる。
また、本実施形態の評価方法によれば、試料を用いて実施するので、簡易な方法で評価を行うことができる。
The spontaneous heat generation evaluation method for coal of the present embodiment (hereinafter, also referred to as “evaluation method of the present embodiment”) is a method for evaluating natural heat generation of various types of coal.
Specifically, in the evaluation method of the present embodiment, the influence of the air flow and moisture that actually occur in the coal storage pile and the low temperature environment (for example, an environment of 30° C. or higher and 80° C. or lower) in the coal storage pile are taken into consideration, A stream of air is passed through the coal at a predetermined temperature to wet and oxidize the coal. Then, based on the generation rate of carbon dioxide generated from coal, it is determined whether the coal easily or naturally does not generate heat. A sample (for example, crushed coal) is used as the coal.
Since coal contains various components, for example, when the components react with water present in the coal storage pile (for example, when a hydrolysis reaction occurs), the reaction triggers the coal to easily generate heat spontaneously. It is considered to be.
In the evaluation method of the present embodiment, in consideration of such a reaction between components contained in coal and moisture, “wet air flow” is selected as an air flow for oxidizing coal and evaluation is performed.
Therefore, according to the evaluation method of the present embodiment, compared to the evaluation in the closed system described in Patent Documents 1 to 3, the evaluation using pure oxygen, and the evaluation under a dry air flow, the actual coal storage pile In an environment close to, it is possible to accurately evaluate the spontaneous heat generation property of coal.
Further, according to the evaluation method of the present embodiment, the spontaneous heat generation of coal can be known in advance, so that spontaneous heat generation of coal can be prevented in advance. Further, by knowing the spontaneous heat generation property of coal in advance, for example, for coal having high heat generation property, spontaneous heat generation can be suppressed by sprinkling water, rolling pressure, and the like. Also, for coal with high heat generation, strengthening the temperature monitoring will enable it to be used early. That is, even low-grade coal can be effectively used.
Further, according to the evaluation method of the present embodiment, since the evaluation is performed using the sample, the evaluation can be performed by a simple method.

ここで、「混合ガス」とは、酸素ガス及び窒素ガスを、空気に近い組成になるように混合して得た混合ガスのことをいう。空気に近い組成とは、酸素ガス及び窒素ガスの混合割合(O:N(体積比))が、好ましくは21:79であることをいう。本実施形態では、酸素ガス及び窒素ガスを、O:N(体積比)=21:79の割合で混合した混合ガスを用いる。
湿潤空気気流における「空気気流」は、酸素ガス及び窒素ガスを混合して得た混合ガスから得られる空気気流と、空気から得られる空気気流との両者を含む概念である。
Here, the "mixed gas" refers to a mixed gas obtained by mixing oxygen gas and nitrogen gas so that the composition is close to that of air. The composition close to air means that the mixing ratio of oxygen gas and nitrogen gas (O 2 :N 2 (volume ratio)) is preferably 21:79. In this embodiment, a mixed gas in which oxygen gas and nitrogen gas are mixed at a ratio of O 2 :N 2 (volume ratio)=21:79 is used.
The “air flow” in the wet air flow is a concept including both an air flow obtained from a mixed gas obtained by mixing oxygen gas and nitrogen gas and an air flow obtained from air.

湿潤不活性ガス気流及び湿潤空気気流における「湿潤」とは、絶対湿度が、好ましくは3vol%以上4vol%以下であることをいう。
絶対湿度が3vol%以上4vol%以下とは、実際の貯炭パイル内の湿度に近い湿度を表している。
評価対象の石炭(試料)は、特に限定されない。本実施形態の評価方法では、石炭全体を評価対象とすることができるが、JIS M 1002(1978)において、以下の瀝青炭、亜瀝青炭、又は褐炭に分類される石炭を評価対象とすることが好ましい。
また、評価対象の石炭は、自然発熱性を精度良く評価できる観点から、低品位炭とされる亜瀝青炭、又は褐炭がより好ましい。
・瀝青炭…無水無灰基準において、発熱量が8,100kcal/kg以上8,400kcal/kg未満の石炭
・亜瀝青炭…無水無灰基準において、発熱量が7,300kcal/kg以上8,100 kcal/kg未満の石炭
・褐炭…無水無灰基準において、発熱量が5,800kcal/kg以上7,300 kcal/kg未満の石炭
"Wet" in the wet inert gas flow and the wet air flow means that the absolute humidity is preferably 3 vol% or more and 4 vol% or less.
Absolute humidity of 3 vol% or more and 4 vol% or less represents humidity close to the actual humidity in the coal storage pile.
The coal (sample) to be evaluated is not particularly limited. In the evaluation method of the present embodiment, the entire coal can be evaluated, but in JIS M 1002 (1978), it is preferable to evaluate coal classified into the following bituminous coal, subbituminous coal, or lignite. ..
Further, the coal to be evaluated is more preferably subbituminous coal or lignite coal, which is a low-grade coal, from the viewpoint that the spontaneous heat generation property can be accurately evaluated.
-Bituminous coal: coal having a calorific value of 8,100 kcal/kg or more and less than 8,400 kcal/kg based on the anhydrous ashless standard-subbituminous coal... Coal/lignite less than kg: Coal having a calorific value of at least 5,800 kcal/kg and less than 7,300 kcal/kg on an anhydrous ashless basis.

〔自然発熱性の指標〕
石炭の発熱性は、自然発火測定装置(島津製作所社製:SIT−2)を用いて、酸素流通下で、石炭試料(気乾状態、粒径0.212mm以下、1g)の温度を110℃から180℃まで昇温するのに要する時間T180(分)を測定し、その時間T180(分)によって判定できるとされている。
本発明者は、この自然発火測定装置を用いた判定方法による時間T180と、石炭を湿潤酸化させたときに発生する二酸化炭素(CO)の量とが相関することに着目し、石炭の自然発熱性の指標として、COの生成速度を採用した。
ただし、自然発火測定装置を用いた時間T180による判定方法は、酸素流通下での試験であるため、実際の貯炭パイル内の環境と乖離した条件での試験と考えられる。
[Spontaneous exothermic index]
The exothermicity of coal was measured by using a spontaneous combustion measuring device (SIT-2, manufactured by Shimadzu Corporation) under a flow of oxygen, and the temperature of a coal sample (air-dried state, particle size 0.212 mm or less, 1 g) was 110°C. It is said that it is possible to measure the time T 180 (minutes) required to raise the temperature from ˜180° C. to 180° C. and to judge by the time T 180 (minutes).
The present inventor has noticed that the time T 180 according to the determination method using this spontaneous combustion measurement device and the amount of carbon dioxide (CO 2 ) generated when wet oxidizing the coal are correlated, and The CO 2 generation rate was adopted as an index of spontaneous heat generation.
However, since the determination method based on the time T 180 using the spontaneous combustion measurement device is a test under oxygen flow, it can be considered to be a test under a condition different from the actual environment in the coal storage pile.

さらに本発明者は、上記時間T180と、COの生成速度とが相関することから、石炭の自然発熱性の指標として、指標(1)COの生成速度の最大値(以下、単に「最大値」とも称する)、指標(2)COの生成速度の平衡値(以下、単に「平衡値」とも称する)、及び指標(3)湿潤酸化の時間にCOの生成速度を乗じた積分値(以下、単に「積分値」とも称する)のいずれか1以上を採用することを見出した。なお、COの生成速度の最大値、平衡値及び積分値はいずれも石炭中の炭素1モル当たりの値である。
上記指標(1)〜指標(3)のいずれか1以上を採用することにより、石炭の自然発熱性をより精度良く評価することができる。
すなわち、本実施形態における「自然発熱性を判定する工程」は、石炭の自然発熱性を精度良く評価する観点から、石炭から発生したCOの生成速度の最大値、平衡値、及び積分値のうち、いずれか1つ以上に基づいて石炭の自然発熱性を判定することが好ましい。
Furthermore, since the time T 180 and the production rate of CO 2 correlate with each other, the inventor of the present invention uses the index (1) the maximum value of the production rate of CO 2 (hereinafter, simply “ "Maximum value"), index (2) equilibrium value of CO 2 generation rate (hereinafter also simply referred to as "equilibrium value"), and index (3) integration obtained by multiplying the time of wet oxidation by the CO 2 generation rate. It has been found that any one or more of the values (hereinafter, also simply referred to as “integral value”) is adopted. In addition, the maximum value, the equilibrium value, and the integrated value of the CO 2 generation rate are values per 1 mol of carbon in the coal.
By adopting any one or more of the indexes (1) to (3), it is possible to more accurately evaluate the spontaneous heat generation property of coal.
That is, the “step of determining the spontaneous heat generation” in the present embodiment includes the maximum value, the equilibrium value, and the integral value of the generation rate of CO 2 generated from the coal, from the viewpoint of accurately evaluating the spontaneous heat generation of coal. Of these, it is preferable to determine the spontaneous heat generation property of coal based on any one or more.

例えば、上記時間T180に基づき、石炭の温度が80℃のときに測定される、COの生成速度の最大値、平衡値、及び積分値をそれぞれ3段階に分け、下記表1に示す石炭の自然発熱性の判定基準を得ることができる。
表1に、上記時間T180による判定基準と、上記指標(1)〜指標(3)の判定基準との関係を示す。表1中の単位は、石炭中の炭素1モル当たりの単位である。
なお、表1は、石炭の温度が80℃のときの判定基準であるが、他の石炭の温度(例えば40℃以上80℃未満)でも同様に作成することができる。
ここで、石炭の温度とは、「石炭を所定温度まで昇温する工程」における「所定温度」と同義である。すなわち、石炭の温度とは、石炭を湿潤酸化させる際の温度であり、評価温度のことをいう。
For example, based on the time T 180 , the maximum value of CO 2 production rate, the equilibrium value, and the integral value, which are measured when the temperature of the coal is 80° C., are each divided into three stages, and the coals shown in Table 1 below. It is possible to obtain the criteria for spontaneous heat generation of
Table 1 shows the relationship between the determination criteria based on the time T 180 and the determination criteria of the indexes (1) to (3). The unit in Table 1 is a unit per mol of carbon in coal.
In addition, although Table 1 is a determination standard when the temperature of coal is 80° C., it can be similarly created at the temperature of other coal (for example, 40° C. or higher and lower than 80° C.).
Here, the temperature of coal is synonymous with the "predetermined temperature" in the "step of raising the temperature of the coal to a predetermined temperature". That is, the temperature of the coal is the temperature at which the coal is wet-oxidized and is the evaluation temperature.

具体的には、以下の方法により、上記時間T180から、表1に示す石炭の自然発熱性の判定基準を導いた。
後述の実施例で用いた石炭A、石炭Bおよび石炭CのCOの生成速度(最大値、平衡値、及び積分値のいずれか)とT180との相関図から、T180とCOの生成速度(最大値、平衡値、及び積分値のいずれか)との関係を示す一次近似式を導く。得られた一次近似式を用い、T180の基準値である70分または85分のときのCOの生成速度(最大値、平衡値、及び積分値のいずれか)を導き、導かれた値を基準値とする。
Specifically, the following criteria were used to derive the criteria for spontaneous heat generation of coal shown in Table 1 from the time T 180 .
From the correlation diagram of the production rate (any one of the maximum value, the equilibrium value, and the integrated value) of CO 2 of coal A, coal B, and coal C used in the examples described later and T 180 , from the correlation of T 180 and CO 2 . A first-order approximation formula showing the relationship with the generation rate (any of the maximum value, the equilibrium value, and the integral value) is derived. Using the obtained first-order approximation formula, the CO 2 generation rate (either the maximum value, the equilibrium value, or the integrated value) at the reference value of T 180 of 70 minutes or 85 minutes was derived, and the derived value was derived. Is the standard value.

表1の判定基準を用いた場合、石炭が80℃のときに測定される、COの生成速度の最大値が、石炭中の炭素1モル当たり、2.04×10−4mol/sec以上であるとき、石炭の自然発熱性が高いと判定することができる。 When the criteria of Table 1 are used, the maximum value of the CO 2 generation rate measured when the coal is at 80° C. is 2.04×10 −4 mol/sec or more per 1 mol of carbon in the coal. When it is, it can be determined that the spontaneous heating of coal is high.

表1の判定基準を用いた場合、石炭が80℃のときに測定される、COの生成速度の平衡値が、石炭中の炭素1モル当たり、1.61×10−4mol/sec以上であるとき、石炭の自然発熱性が高いと判定することができる。 When using the criteria of Table 1, the equilibrium value of the CO 2 generation rate measured when the coal is at 80° C. is 1.61×10 −4 mol/sec or more per 1 mol of carbon in the coal. When it is, it can be determined that the spontaneous heating of coal is high.

表1の判定基準を用いた場合、石炭が80℃のときに測定される、COの生成速度の積分値が、石炭中の炭素1モル当たり、4.13×10−2mol以上であるとき、石炭の自然発熱性が高いと判定することができる。 When using the criteria of Table 1, the integrated value of the CO 2 generation rate measured when coal is 80° C. is 4.13×10 −2 mol or more per 1 mol of carbon in the coal. At this time, it can be determined that the spontaneous heating of coal is high.

次に、本実施形態の評価方法に使用される石炭の自然発熱性評価装置について説明する。 Next, the spontaneous coal heat generation evaluation apparatus used in the evaluation method of the present embodiment will be described.

<自然発熱性評価装置>
図1は、石炭の自然発熱性評価装置の一実施形態を示す概略図である。
評価装置100は、湿潤空気気流及び湿潤不活性ガス気流を生成する湿潤気流ガス生成装置30と、石炭を湿潤酸化させる反応装置40と、前記湿潤酸化により石炭から発生した二酸化炭素の量を測定する測定装置50と、を備えている。
本実施形態の湿潤気流ガス生成装置30は、酸素(O)ガス、及び窒素(N)ガスを混合して得た混合ガスから湿潤空気気流を生成し、Nガスから湿潤不活性ガス気流として湿潤窒素ガス気流を生成する。
<Spontaneous heat generation evaluation device>
FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of a spontaneous heat generation evaluation apparatus for coal.
The evaluation device 100 measures the amount of carbon dioxide generated from the coal by the wet airflow gas generation device 30 that generates the wet air flow and the wet inert gas flow, the reaction device 40 that wet-oxidizes the coal, and the wet oxidation. The measuring device 50 is provided.
The wet airflow gas generation device 30 of the present embodiment generates a wet airflow from a mixed gas obtained by mixing oxygen (O 2 ) gas and nitrogen (N 2 ) gas, and a wet inert gas from N 2 gas. A wet nitrogen gas stream is generated as the stream.

(湿潤気流ガス生成装置)
湿潤気流ガス生成装置30は、ガス供給部301と、湿潤気流ガス生成部302とを備えている。
ガス供給部301は、Oボンベ1、Nボンベ2、マスフローコントローラ(以下、「MFC」とも称する)3,4,5、調圧弁3a,4a,5a、及び継手31,32を備えている。
本実施形態のガス供給部301は、NガスとOガスとの混合ガス(窒素ガス:酸素ガス(体積比)=79:21)、及び窒素ガス(不活性ガスの一例)を供給できるように構成されている。
ボンベ1から供給される酸素ガスは、調圧弁3aで圧力調整されて、MFC3に供給される。MFC3は、継手32でNガスとOガスとが合流する際に、空気気流が生成されるように、酸素ガスの流量を調整する。
ボンベ2から供給される窒素ガスは、継手31を介して、調圧弁4aで圧力調整されて、MFC4に供給される。MFC4は、継手32でNガスとOガスとが合流する際に、空気気流(NガスとOガスとの混合ガス)が生成されるように、窒素ガスの流量を調整する。
ボンベ2から供給される窒素ガスは、継手31を介して、調圧弁5aで圧力調整されて、MFC5にも供給される。
MFC5は、第2のバブリング槽8で、所望の量の湿潤窒素ガス気流が生成されるように、窒素ガスの流量を調整する。
(Moist gas generator)
The wet airflow gas generation device 30 includes a gas supply unit 301 and a wet airflow gas generation unit 302.
The gas supply unit 301 includes an O 2 cylinder 1, an N 2 cylinder 2, mass flow controllers (hereinafter, also referred to as “MFC”) 3, 4, 5, pressure control valves 3a, 4a, 5a, and joints 31, 32. ..
The gas supply unit 301 of the present embodiment can supply a mixed gas of N 2 gas and O 2 gas (nitrogen gas:oxygen gas (volume ratio)=79:21) and nitrogen gas (an example of an inert gas). Is configured.
The oxygen gas supplied from the O 2 cylinder 1 is pressure-controlled by the pressure regulating valve 3a and supplied to the MFC 3. The MFC 3 adjusts the flow rate of oxygen gas so that an air flow is generated when N 2 gas and O 2 gas merge at the joint 32.
The nitrogen gas supplied from the N 2 cylinder 2 is supplied to the MFC 4 through the joint 31, the pressure of which is adjusted by the pressure regulating valve 4a. The MFC 4 adjusts the flow rate of nitrogen gas so that an air flow (a mixed gas of N 2 gas and O 2 gas) is generated when N 2 gas and O 2 gas join together at the joint 32.
The nitrogen gas supplied from the N 2 cylinder 2 is pressure-controlled by the pressure regulating valve 5a via the joint 31 and is also supplied to the MFC 5.
The MFC 5 adjusts the flow rate of nitrogen gas in the second bubbling tank 8 so that a desired amount of wet nitrogen gas flow is generated.

湿潤気流ガス生成部302は、恒温槽6、湿潤空気気流を生成する第1のバブリング槽7、湿潤窒素ガス気流を生成する第2のバブリング槽8、及びコック9,10を備えている。第1のバブリング槽7及び第2のバブリング槽8は、三連バブリング槽であるがこれに限定されない。各バブリング槽には、それぞれ水(図1中、Water)が貯留されている。
MFC3,4から継手32及び逆止弁(不図示)を介して第1のバブリング槽7へ供給された空気気流は、バブリングされ、湿潤空気気流となりコック9の操作により配管35へ供給可能となる。
MFC5から、逆止弁(不図示)を介して第2のバブリング槽8へ供給された窒素ガス気流は、バブリングされ、湿潤窒素ガス気流となりコック10の操作により配管35へ供給可能となる。
配管35には、ヒーターとして、テープヒーター12が巻かれている。テープヒーター12は、温度調節器14に接続されている。また、配管35の反応装置40の側には、熱電対121が設けられている。
配管35の温度は、熱電対121で測定され、テープヒーター12及び温度調節器14によって、所定温度に調整される。
湿潤空気気流及び湿潤窒素ガス気流の温度は、この配管35の加熱によって所定温度に調整された配管35内を流通することで所定温度に調整される。
湿潤空気気流及び湿潤窒素ガス気流の温度は、石炭試料の温度を所定の温度に保つ観点から、反応器17中の石炭174(図2参照)の温度になるように調整されることが好ましい。
また、配管35には圧力計11が接続される。圧力計11は、配管35を流通する湿潤空気気流及び湿潤窒素ガス気流の圧力を測定する。
以下では、湿潤空気気流及び湿潤窒素ガス気流の流れ方向で見たとき、湿潤気流ガス生成部302の側を「上流側」と称し、湿潤気流ガス生成部302から離れていく側を「下流側」と称することがある。
湿潤気流ガス生成部302で生成された湿潤空気気流及び湿潤窒素ガス気流は、コック9,10の操作により、一方が反応装置40へ供給される。
The wet airflow gas generation unit 302 includes a constant temperature bath 6, a first bubbling bath 7 that produces a wet air flow, a second bubbling bath 8 that produces a wet nitrogen gas flow, and cocks 9 and 10. The first bubbling tank 7 and the second bubbling tank 8 are triple bubbling tanks, but are not limited thereto. Water (Water in FIG. 1) is stored in each bubbling tank.
The air flow supplied from the MFCs 3 and 4 to the first bubbling tank 7 via the joint 32 and the check valve (not shown) is bubbled and becomes a wet air flow, which can be supplied to the pipe 35 by operating the cock 9. ..
The nitrogen gas flow supplied from the MFC 5 to the second bubbling tank 8 via the check valve (not shown) is bubbled and becomes a wet nitrogen gas flow, which can be supplied to the pipe 35 by operating the cock 10.
The tape heater 12 is wound around the pipe 35 as a heater. The tape heater 12 is connected to the temperature controller 14. Further, a thermocouple 121 is provided on the side of the pipe 35 on the side of the reaction device 40.
The temperature of the pipe 35 is measured by the thermocouple 121 and adjusted to a predetermined temperature by the tape heater 12 and the temperature controller 14.
The temperatures of the wet air flow and the wet nitrogen gas flow are adjusted to a predetermined temperature by flowing through the pipe 35 adjusted to a predetermined temperature by heating the pipe 35.
The temperatures of the wet air stream and the wet nitrogen gas stream are preferably adjusted to the temperature of the coal 174 (see FIG. 2) in the reactor 17 from the viewpoint of maintaining the temperature of the coal sample at a predetermined temperature.
The pressure gauge 11 is connected to the pipe 35. The pressure gauge 11 measures the pressure of the wet air stream and the wet nitrogen gas stream flowing through the pipe 35.
Below, when viewed in the flow direction of the wet air flow and the wet nitrogen gas flow, the side of the wet air flow gas generation unit 302 is referred to as the “upstream side”, and the side away from the wet air flow gas generation unit 302 is referred to as the “downstream side”. It may be called.
One of the wet air flow and the wet nitrogen gas flow generated by the wet air flow gas generation unit 302 is supplied to the reaction device 40 by operating the cocks 9 and 10.

(反応装置)
反応装置40は、試料としての石炭を充填する反応器17と、反応器17の外側に配置され、石炭を加熱するヒーター13と、ヒーター13に接続された温度調節器15と、を備えている。
反応器17の下流側には、石炭174(図2参照)中に挿入された熱電対26が設けられている。石炭174の温度は、熱電対26で測定され、ヒーター13及び温度調節器15によって、所定温度に調整される。
また、反応器17の下流側には、温度表示器16が設けられている。この温度表示器16は、石炭174の温度を監視する。
(Reactor)
The reaction device 40 includes a reactor 17 for charging coal as a sample, a heater 13 arranged outside the reactor 17 for heating coal, and a temperature controller 15 connected to the heater 13. ..
A thermocouple 26 inserted in coal 174 (see FIG. 2) is provided on the downstream side of the reactor 17. The temperature of the coal 174 is measured by the thermocouple 26 and adjusted to a predetermined temperature by the heater 13 and the temperature controller 15.
A temperature indicator 16 is provided on the downstream side of the reactor 17. The temperature indicator 16 monitors the temperature of the coal 174.

図2に、反応器の一実施形態を示す概略断面図を示す。
反応器17は、第1の開口部171と、第2の開口部172と、石炭174を充填する石炭充填部173と、を有する。石炭充填部173は、第1の開口部171及び第2の開口部172の間に設けられている。
反応器17の形状は、特に限定されない。本実施形態の反応器17は、円筒状であり、本体部材175と、下流側部材176とを備えている。
湿潤気流ガス生成部302で生成された湿潤空気気流又は湿潤窒素ガス気流は、図2中、矢印177の方向へ、反応器17の第1の開口部171から石炭充填部173内を通って第2の開口部172へ流通され、測定装置50に送られる。
反応器17は、湿潤空気気流が石炭充填部173内を流通する際に、湿潤空気気流と石炭174とを接触させることにより、石炭174を湿潤酸化させる。
試料は、粉砕された石炭である。湿潤空気気流又は湿潤窒素ガス気流の圧力によって石炭174が反応器17から漏れ出ないように、反応器17は、石炭174を充填した状態で、石炭174を保持する。本実施形態において、石炭174は、後述する下流側部材176に充填されたグラスウールによって保持される。
反応器17の下流側部材176は、内径が本体部材175の内径よりも小さく、かつ下流側に突出した凸形状となっている。一方、反応器17の本体部材175は、内径が下流側部材176の内径よりも大きく、かつ第1の開口部171に向かって内径が大きくなっている。石炭充填部173は、本体部材175内に設けられる。
反応器17の材質は、特に限定されないが、安全管理および石炭試料を所定温度に保つ観点から、耐熱性及び熱伝導性を有する材料で形成されることが好ましく、例えば、ステンレス等で形成されることがより好ましい。本実施形態の反応器17はステンレス製であり、下流側部材176には、石炭174が漏れ出ないように、グラスウールが充填されている。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing an embodiment of the reactor.
The reactor 17 has a first opening 171, a second opening 172, and a coal filling portion 173 that is filled with coal 174. The coal filling unit 173 is provided between the first opening 171 and the second opening 172.
The shape of the reactor 17 is not particularly limited. The reactor 17 of the present embodiment has a cylindrical shape and includes a main body member 175 and a downstream member 176.
The moist air flow or the moist nitrogen gas flow generated in the moist air flow gas generation unit 302 flows from the first opening 171 of the reactor 17 through the inside of the coal filling unit 173 in the direction of arrow 177 in FIG. It is circulated to the second opening 172 and sent to the measuring device 50.
The reactor 17 wet-oxidizes the coal 174 by bringing the wet-air flow and the coal 174 into contact with each other when the wet-air flow passes through the coal filling portion 173.
The sample is ground coal. The reactor 17 holds the coal 174 in a state of being filled with the coal 174 so that the coal 174 does not leak from the reactor 17 due to the pressure of the wet air flow or the wet nitrogen gas flow. In the present embodiment, the coal 174 is held by the glass wool filled in the downstream member 176 described later.
The inner diameter of the downstream member 176 of the reactor 17 is smaller than the inner diameter of the main body member 175, and has a convex shape projecting to the downstream side. On the other hand, the inner diameter of the main body member 175 of the reactor 17 is larger than the inner diameter of the downstream member 176, and the inner diameter increases toward the first opening 171. The coal filling unit 173 is provided in the main body member 175.
The material of the reactor 17 is not particularly limited, but is preferably formed of a material having heat resistance and thermal conductivity from the viewpoint of safety management and keeping the coal sample at a predetermined temperature, for example, stainless steel or the like. Is more preferable. The reactor 17 of the present embodiment is made of stainless steel, and the downstream member 176 is filled with glass wool so that the coal 174 does not leak out.

(測定装置)
測定装置50は、石炭の湿潤酸化により発生したCO含有ガス中の水分を除去する塩化カルシウム管18と、メンブレムフィルタ19と、COの量及びCOの生成速度等を測定する分析装置20とを備えている。
分析装置20は、塩化カルシウム管18及びメンブレムフィルタ19を介して、反応装置40に接続される。分析装置20は、反応器17内で、湿潤酸化により石炭174から発生したCOの量及びCOの生成速度を定量する。
反応器17から排出された湿潤空気気流は、排気配管21へ供給され、塩化カルシウム管18及びメンブレムフィルタ19を通過した後、一部が分析装置20へ供給され、残りが図1中、矢印22の方向へ排気される。
本実施形態の分析装置20は、マイクロガスクロマトグラフであり、湿潤酸化により石炭174から発生したCOの量及びCOの生成速度に加えて、COの生成速度の最大値、平衡値、及び積分値を測定する。
なお、本実施形態の評価装置100は、評価開始前に、湿潤窒素ガス気流が反応器17へ供給される。反応器17から排出された湿潤窒素ガス気流は、排気配管21へ供給され、必要に応じて一部が分析装置20へ供給される。分析装置20は、反応器17内の石炭充填部173への湿潤窒素ガス気流の通過により、石炭174から発生したCOの量及びCOの生成速度等を測定する。
(measuring device)
Measuring device 50 is provided with a CO 2 containing water calcium chloride tube 18 for removing the gas generated by the wet oxidation of coal, and Men Buremu filter 19, the analyzer for measuring the production rate of the amount and CO 2 CO 2, etc. 20 and 20 are provided.
The analyzer 20 is connected to the reactor 40 via the calcium chloride tube 18 and the membrane filter 19. Analyzer 20, in reactor 17, to quantify the production rate of the amount and CO 2 CO 2 generated from the coal 174 by wet oxidation.
The moist air flow discharged from the reactor 17 is supplied to the exhaust pipe 21, passes through the calcium chloride pipe 18 and the membrane filter 19, and is partially supplied to the analyzer 20, and the rest is indicated by an arrow in FIG. It is exhausted in the direction of 22.
Analyzer 20 of the present embodiment is a micro-gas chromatograph, in addition to the production rate of the amount and CO 2 CO 2 generated from the coal 174 by wet oxidation, the largest value of the production rate of CO 2, the equilibrium value, and Measure the integrated value.
In the evaluation device 100 of this embodiment, a wet nitrogen gas stream is supplied to the reactor 17 before the start of evaluation. The wet nitrogen gas flow discharged from the reactor 17 is supplied to the exhaust pipe 21, and a part thereof is supplied to the analyzer 20 as needed. Analyzer 20, by passage of the wet nitrogen gas stream to the coal packed portion 173 in the reactor 17, measuring the production rate of the amount and CO 2 CO 2 generated from the coal 174 and the like.

以下、本実施形態の評価方法の好ましい態様について説明する。以下、符号の記載を省略することがある。
本実施形態の評価方法は、湿潤空気気流を得る工程と、湿潤不活性ガス気流を得る工程と、石炭を所定温度まで昇温する工程(以下、「昇温工程」とも称する)と、湿潤不活性ガス気流を湿潤空気気流に切り替える工程(以下、「切り替え工程」とも称する)と、石炭を湿潤酸化させる工程(以下、「湿潤酸化工程」とも称する)と、二酸化炭素の生成速度を定量する工程(以下、「定量工程」とも称する)と、石炭の自然発熱性を判定する工程(以下、「判定工程」とも称する)と、を有する。
Hereinafter, preferable aspects of the evaluation method of the present embodiment will be described. Hereinafter, the description of the reference numerals may be omitted.
The evaluation method of the present embodiment includes a step of obtaining a moist air flow, a step of obtaining a moist inert gas flow, a step of raising the temperature of coal to a predetermined temperature (hereinafter, also referred to as a “temperature raising step”), and a wet impregnation. A step of switching the active gas flow to a wet air flow (hereinafter, also referred to as "switching step"), a step of wet oxidizing coal (hereinafter, also referred to as "wet oxidation step"), and a step of quantifying the production rate of carbon dioxide (Hereinafter, also referred to as “quantification step”) and a step of determining the spontaneous heat generation property of coal (hereinafter, also referred to as “determination step”).

<湿潤空気気流を得る工程>
湿潤空気気流を得る工程は、酸素ガス及び窒素ガスを混合して得た混合ガスから湿潤空気気流を得るか、または空気から湿潤空気気流を得る工程である。
湿潤空気気流における「空気」は、大気中の空気であってもよいし、酸素ガスと窒素ガスとの混合ガスであってもよい。
湿潤空気気流を得る方法としては特に限定されず、例えば、酸素ガスと窒素ガスとの混合ガス、又は空気をバブリング槽でバブリングする方法、及び湿潤空気発生装置を用いる方法等が挙げられる。
湿潤空気気流を得る方法としては、湿潤(絶対湿度3vol%以上4vol%以下)を形成し易い観点から、バブリング槽を用いる方法が好ましい。
湿潤空気気流の温度は、石炭の温度(すなわち、評価温度)になるように調整されることが好ましい。湿潤空気気流の温度の調整方法としては、例えば、後述の実施例に示すように、恒温槽の温度を調整する方法、湿潤空気気流が流通する配管の温度を調整する方法、及び石炭試料を充填した反応器内の温度を調整する方法等が挙げられる。
<Process of obtaining wet air flow>
The step of obtaining a wet air flow is a step of obtaining a wet air flow from a mixed gas obtained by mixing oxygen gas and nitrogen gas, or obtaining a wet air flow from air.
The “air” in the wet air flow may be air in the atmosphere or a mixed gas of oxygen gas and nitrogen gas.
The method for obtaining the moist air flow is not particularly limited, and examples thereof include a method of bubbling a mixed gas of oxygen gas and nitrogen gas or air in a bubbling tank, a method of using a moist air generator, and the like.
As a method for obtaining a moist air flow, a method using a bubbling tank is preferable from the viewpoint of easily forming a humidity (absolute humidity of 3 vol% or more and 4 vol% or less).
The temperature of the moist air stream is preferably adjusted to the temperature of coal (that is, the evaluation temperature). As a method of adjusting the temperature of the wet air flow, for example, as shown in the examples described below, a method of adjusting the temperature of the constant temperature bath, a method of adjusting the temperature of the pipe through which the wet air flow flows, and filling a coal sample. Examples of the method include adjusting the temperature in the reactor.

<湿潤不活性ガス気流を得る工程>
湿潤不活性ガス気流を得る工程は、窒素ガス、アルゴンガス、及びヘリウムガスからなる群から選択される少なくとも1種の不活性ガスから湿潤不活性ガス気流を得る工程である。
湿潤不活性ガス気流を得る方法としては特に限定されず、例えば、不活性ガスをバブリング槽でバブリングする方法、及び湿潤空気発生装置を用いる方法等が挙げられる。
湿潤不活性ガス気流を得る方法としては、湿潤(絶対湿度3vol%以上4vol%以下)を形成し易い観点から、不活性ガスをバブリング槽に流通させる方法が好ましい。
不活性ガス気流の「不活性ガス」は、好ましくは窒素ガスである。
湿潤窒素ガス気流の温度は、石炭の温度(すなわち、評価温度)になるように調整されることが好ましい。湿潤窒素ガス気流の温度の調整方法としては、例えば、恒温槽の温度を調整する方法、湿潤窒素ガス気流が流通する配管の温度を調整する方法、及び石炭試料を充填した反応器内の温度を調整する方法等が挙げられる。
<Step of obtaining a wet inert gas flow>
The step of obtaining a wet inert gas flow is a step of obtaining a wet inert gas flow from at least one inert gas selected from the group consisting of nitrogen gas, argon gas, and helium gas.
The method for obtaining the wet inert gas flow is not particularly limited, and examples thereof include a method of bubbling an inert gas in a bubbling tank and a method of using a wet air generator.
As a method of obtaining a wet inert gas stream, a method of circulating an inert gas in a bubbling tank is preferable from the viewpoint of easily forming wetness (absolute humidity of 3 vol% or more and 4 vol% or less).
The "inert gas" of the inert gas stream is preferably nitrogen gas.
The temperature of the wet nitrogen gas flow is preferably adjusted to the temperature of coal (that is, the evaluation temperature). As a method for adjusting the temperature of the wet nitrogen gas flow, for example, a method of adjusting the temperature of the constant temperature bath, a method of adjusting the temperature of the pipe through which the wet nitrogen gas flow flows, and the temperature in the reactor filled with the coal sample The method of adjusting etc. are mentioned.

<昇温工程>
昇温工程は、湿潤不活性ガス気流下で、反応器に充填された石炭を所定温度まで昇温する工程である。
これにより、評価開始前に、石炭が湿潤酸化されることが抑制され、湿潤酸化により発生したCOの量を精度良く定量できる。
<Temperature raising step>
The temperature raising step is a step of raising the temperature of the coal filled in the reactor to a predetermined temperature under a wet inert gas flow.
As a result, wet oxidation of coal is suppressed before the start of evaluation, and the amount of CO 2 generated by wet oxidation can be accurately quantified.

昇温工程における「所定温度」とは、石炭を湿潤酸化させる際の温度であり、評価温度のことをいう。
昇温工程における「所定温度」は、好ましくは30℃以上80℃以下、より好ましくは40℃以上80℃以下、さらに好ましくは50℃以上80℃以下、さらに好ましくは60℃以上80℃以下、さらに好ましくは70℃以上80℃以下、さらに好ましくは80℃である。
所定温度(石炭を湿潤酸化させる際の温度)は、実際の貯炭パイル内の温度に近い温度を表している。
試料としての石炭は、粉砕された石炭であることが好ましい。
石炭(試料)の粒径は、通常、1mm以下であり、好ましくは0.050mm以上0.853mm以下、より好ましくは0.050mm以上0.212mm以下である。
石炭の粒径は、例えば、粉砕装置を使用して粉砕した後、複数の目開きを用いて篩で分級して求めることができる。
反応器に充填される石炭の量は、反応器の容積にもよるが、湿潤酸化により石炭から発生したCOの量を精度良く定量する観点から、好ましくは25g以上75g以下、より好ましくは50g±0.5gである。
The "predetermined temperature" in the temperature raising step is a temperature at which the coal is wet-oxidized and is an evaluation temperature.
The “predetermined temperature” in the temperature raising step is preferably 30° C. or higher and 80° C. or lower, more preferably 40° C. or higher and 80° C. or lower, further preferably 50° C. or higher and 80° C. or lower, further preferably 60° C. or higher and 80° C. or lower, and It is preferably 70° C. or higher and 80° C. or lower, and more preferably 80° C.
The predetermined temperature (the temperature at which the coal is wet-oxidized) represents a temperature close to the actual temperature in the coal storage pile.
The sample coal is preferably crushed coal.
The particle size of coal (sample) is usually 1 mm or less, preferably 0.050 mm or more and 0.853 mm or less, and more preferably 0.050 mm or more and 0.212 mm or less.
The particle size of coal can be determined, for example, by crushing using a crushing device and then classifying with a sieve using a plurality of openings.
The amount of coal charged in the reactor depends on the volume of the reactor, but from the viewpoint of accurately quantifying the amount of CO 2 generated from coal by wet oxidation, preferably 25 g or more and 75 g or less, more preferably 50 g. ±0.5 g.

<切り替え工程>
切り替え工程における湿潤空気気流への切り替えは、昇温工程にて、石炭が所定温度まで昇温した後、温度が安定化した後に行うことが好ましい。
石炭が昇温した後における温度の安定化時間は、好ましくは30分以上である。石炭が昇温した後における温度の安定化時間の上限値は特に制限されないが、18時間以下であることが好ましい。
<Switching process>
The switching to the moist air flow in the switching step is preferably performed after the temperature of the coal has been raised to a predetermined temperature and then stabilized in the temperature raising step.
The stabilization time of the temperature after the temperature of the coal is raised is preferably 30 minutes or longer. The upper limit of the temperature stabilization time after the temperature of the coal is raised is not particularly limited, but is preferably 18 hours or less.

<湿潤酸化工程>
湿潤酸化工程は、図2の場合、湿潤空気気流を、反応器17の第1の開口部171から石炭充填部173内を通って第2の開口部172へ流通させ、石炭174と湿潤空気気流とを接触させることにより、石炭を湿潤酸化させる工程である。
湿潤酸化工程における湿潤空気気流の流量は、好ましくは50mL/分以上100mL/分以下である。
湿潤空気気流の流量が50mL/分以上であると、マスフローコントローラでの誤差の影響が小さくなる。
湿潤空気気流の流量が100mL/分以下であると、配管の接続部分等でのガス漏れが発生しにくくなる。
なお、本明細書における流量とは、0℃、1気圧の条件下での流量をいう。以下同様である。
湿潤酸化時間は、COの生成速度を最大値に到達し易くする観点から、好ましくは40分以上である。また、湿潤酸化時間は、COの生成速度を収束し易くする観点から、より好ましくは240分以上である。湿潤酸化時間の上限値は特に制限されないが、28時間以下であることが好ましい。
<Wet oxidation step>
In the case of FIG. 2, in the wet oxidation step, the wet air flow is made to flow from the first opening 171 of the reactor 17 through the coal filling portion 173 to the second opening 172, and the coal 174 and the wet air flow are flown. Is a step of wet-oxidizing the coal by contacting with.
The flow rate of the moist air stream in the wet oxidation step is preferably 50 mL/min or more and 100 mL/min or less.
When the flow rate of the moist air flow is 50 mL/min or more, the influence of the error in the mass flow controller becomes small.
When the flow rate of the moist air flow is 100 mL/min or less, gas leakage is less likely to occur at the connecting portion of the pipe or the like.
In addition, the flow rate in this specification means the flow rate under the conditions of 0° C. and 1 atm. The same applies hereinafter.
The wet oxidation time is preferably 40 minutes or more from the viewpoint of easily reaching the maximum value of the CO 2 generation rate. The wet oxidation time is more preferably 240 minutes or more from the viewpoint of facilitating convergence of the CO 2 generation rate. The upper limit of the wet oxidation time is not particularly limited, but is preferably 28 hours or less.

<定量工程>
定量工程は、湿潤酸化させる工程にて、湿潤酸化の時間及び石炭から発生したCOの量を測定することによりCOの生成速度を定量する工程である。
石炭から発生したCOは、塩化カルシウム管などで除湿されて測定されることが好ましい。COの量及びCOの生成速度を測定する装置は、特に限定されない。本実施形態では、COの量及びCOの生成速度を測定する装置として、マイクロガスクロマトグラフを用いている。
<Quantitative process>
The quantification step is a step of quantifying the generation rate of CO 2 by measuring the time of wet oxidation and the amount of CO 2 generated from coal in the step of performing wet oxidation.
CO 2 generated from coal is preferably dehumidified with a calcium chloride tube or the like and measured. Device for measuring the formation rate of the amount and CO 2 CO 2 is not particularly limited. In the present embodiment, as a device for measuring the formation rate of the amount and CO 2 CO 2, it is used a micro-gas chromatograph.

<判定工程>
判定工程は、定量されたCOの生成速度に基づいて、石炭の自然発熱性を判定する工程である。
判定工程は、前述のとおり、石炭の自然発熱性を精度良く評価する観点から、石炭から発生したCOの生成速度の最大値、平衡値、及び積分値のうち、いずれか1つ以上に基づいて石炭の自然発熱性を判定することが好ましい。
測定されたCOの生成速度の最大値、平衡値、または積分値を、例えば表1に示す判定基準に当てはめることにより、石炭の自然発熱性を判定することができる。
<Judgment process>
The determination step is a step of determining the spontaneous heat generation property of coal based on the quantified CO 2 generation rate.
As described above, the determination step is based on any one or more of the maximum value, the equilibrium value, and the integral value of the generation rate of CO 2 generated from the coal, from the viewpoint of accurately evaluating the spontaneous heat generation property of the coal. It is preferable to determine the spontaneous heating of coal.
By applying the maximum value, the equilibrium value, or the integrated value of the measured CO 2 generation rate, for example, to the criteria shown in Table 1, the spontaneous heat generation property of coal can be determined.

判定工程は、湿潤酸化させる工程を石炭の温度を変更して行い、各温度におけるCOの生成速度の平衡値を算出し、算出された平衡値から導かれる予測式に基づき、任意の温度における石炭の自然発熱性を判定することが好ましい。
判定工程において、石炭の温度を変更する場合の石炭の温度(評価温度)は、好ましくは40℃以上80℃以下、より好ましくは60℃以上80℃以下である。
これにより、石炭の自然発熱性をさらに精度良く評価することができる。
判定工程は、各温度と、各温度におけるCOの生成速度の平衡値との関係から、アレニウスプロット(図8及び9参照)を作成し、このアレニウスプロットによる予測式に基づき、任意の温度における石炭の自然発熱性を判定することがより好ましい。
判定工程における「任意の温度」は、予測式に当てはめられる温度であれば特に制限されないが、実際の貯炭パイル内の温度領域(例えば30℃以上80℃以下)の温度が好ましい。「任意の温度」は、石炭を湿潤酸化させる際の温度(評価温度)と異なる温度であってよい。
The determination step is performed by changing the temperature of the coal in the step of performing wet oxidation, calculating the equilibrium value of the production rate of CO 2 at each temperature, and based on the prediction formula derived from the calculated equilibrium value, at any temperature. It is preferable to determine the spontaneous heat generation of coal.
In the determination step, the temperature (evaluation temperature) of the coal when changing the temperature of the coal is preferably 40° C. or higher and 80° C. or lower, more preferably 60° C. or higher and 80° C. or lower.
Thereby, the spontaneous heat generation property of coal can be evaluated more accurately.
In the determination step, an Arrhenius plot (see FIGS. 8 and 9) is created from the relationship between each temperature and the equilibrium value of the CO 2 generation rate at each temperature, and based on the prediction formula by this Arrhenius plot, It is more preferable to determine the spontaneous heat generation property of coal.
The “arbitrary temperature” in the determination step is not particularly limited as long as it is a temperature that can be applied to the prediction formula, but a temperature in an actual temperature region within the coal storage pile (for example, 30° C. or higher and 80° C. or lower) is preferable. The “arbitrary temperature” may be a temperature different from the temperature (evaluation temperature) at which the coal is wet-oxidized.

本実施形態の評価方法において、COの生成速度は、湿潤空気気流下で、石炭を湿潤酸化させたときのCOの生成速度と、湿潤不活性ガス気流下で、石炭を湿潤酸化させたときのCOの生成速度との差分であることが好ましい。
これにより、湿潤空気気流下で石炭が湿潤酸化されることで発生する正味のCOの量を定量できるので、石炭の自然発熱性をより精度良く評価することができる。
正味のCOの量とは、実質的に、COの量とみなすことができるという意味である。
In the evaluation method of the present embodiment, the CO 2 generation rate is the CO 2 generation rate when the coal is wet-oxidized under a wet air stream, and the coal is wet-oxidized under a wet inert gas stream. It is preferable that the difference is from the CO 2 generation rate at that time.
As a result, the amount of net CO 2 generated by the wet oxidation of coal under a humid air flow can be quantified, so that the spontaneous heat generation property of coal can be evaluated more accurately.
The net amount of CO 2 means that it can be substantially regarded as the amount of CO 2 .

〔評価方法の実施〕
本実施形態の評価方法は、例えば、図1に示す評価装置100を用いて、以下のように実施される。
まず、湿潤気流ガス生成装置30のガス供給部301にて、空気気流として、窒素ガス及び酸素ガスを混合した混合ガスが生成される。この混合ガスは、湿潤気流ガス生成部302の第1のバブリング槽7を通過して湿潤空気気流となる(湿潤空気気流を得る工程)。なお、生成された湿潤空気気流は、配管35とは異なる配管(不図示)へ供給され、切り替え工程まで反応器17へ供給されない。
また、ガス供給部301にて、不活性ガス気流として、窒素ガスが生成される。この窒素ガスは、湿潤気流ガス生成部302の第2のバブリング槽8を通過して湿潤窒素ガス気流となる(湿潤不活性ガス気流を得る工程)。湿潤窒素ガス気流は、コック10の操作により配管35を流通し、反応装置40の反応器17へ供給される。
反応器17では、湿潤窒素ガス気流下で、石炭174(図2参照)が所定温度まで昇温される(昇温工程)。
石炭174の温度が安定した後、コック9及びコック10を操作し、反応器17への供給ガスを湿潤窒素ガス気流から、湿潤空気気流に切り替える(切り替え工程)。
切り替え工程後、反応器17では、湿潤空気気流の流通によって、石炭174が湿潤酸化される(湿潤酸化工程)。
反応器17から排出されたガスは測定装置50に送られる。測定装置50では、分析装置20によって、排出ガス中に含まれるCOの量及びCO生成速度が定量される(定量工程)。
定量されたCO生成速度に基づき、石炭174の自然発熱性が判定される(判定工程)。
[Implementation of evaluation method]
The evaluation method of the present embodiment is carried out as follows using the evaluation device 100 shown in FIG. 1, for example.
First, in the gas supply unit 301 of the wet gas flow generator 30, a mixed gas of nitrogen gas and oxygen gas is generated as an air flow. This mixed gas passes through the first bubbling tank 7 of the wet airflow gas generation unit 302 to become a wet airflow (step of obtaining a wet airflow). The generated moist air flow is supplied to a pipe (not shown) different from the pipe 35 and is not supplied to the reactor 17 until the switching step.
Further, in the gas supply unit 301, nitrogen gas is generated as an inert gas flow. This nitrogen gas passes through the second bubbling tank 8 of the wet airflow gas generation unit 302 to become a wet nitrogen gas airflow (step of obtaining a wet inert gas airflow). The wet nitrogen gas stream flows through the pipe 35 by the operation of the cock 10 and is supplied to the reactor 17 of the reaction device 40.
In the reactor 17, the coal 174 (see FIG. 2) is heated to a predetermined temperature under a wet nitrogen gas stream (heating process).
After the temperature of the coal 174 is stabilized, the cock 9 and the cock 10 are operated to switch the supply gas to the reactor 17 from the wet nitrogen gas flow to the wet air flow (switching step).
After the switching step, in the reactor 17, the coal 174 is wet-oxidized by the flow of the moist air flow (wet oxidation step).
The gas discharged from the reactor 17 is sent to the measuring device 50. In the measuring device 50, the analyzer 20, the amount and CO 2 production rate of CO 2 contained in the exhaust gas is quantified (quantitative step).
The spontaneous heat generation property of the coal 174 is determined based on the quantified CO 2 production rate (determination step).

〔実施形態の変形〕
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変更、改良等は、本発明に含まれる。
[Modification of Embodiment]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, etc. within the scope of achieving the object of the present invention are included in the present invention.

以下、本発明に係る実施例を説明する。本発明はこれらの実施例によって何ら限定されない。 Examples of the present invention will be described below. The invention is in no way limited by these examples.

〔湿潤空気気流の絶対湿度〕
図1に示す評価装置において、反応器17、熱電対26、温度調節器15、ヒーター13、塩化カルシウム管18、温度表示器16、及びメンブレムフィルタ19を備えないこと以外、図1に示す評価装置と同様の構成の評価装置(以下、「試験装置」とも称する)を用いて、湿潤空気気流の絶対湿度を測定した。
試験装置は、図1の評価装置における配管35がマイクロガスクロマトグラフ(図1中、分析装置20)に接続された構成である。マイクロガスクロマトグラフは、配管35から排出された湿潤空気気流の絶対湿度を測定する。
表2に示すように、恒温槽6の温度、及び配管35に巻かれたテープヒーター12の温度を変更し、マイクロガスクロマトグラフを用いて、湿潤空気気流の絶対湿度を測定した。
なお、湿潤空気気流は、後述する実施例1と同様の方法で、O流量21mL/minとN流量79mL/min(N:O(体積比)=79:21)とを混合して生成した。なお、流量は、0℃、1気圧の条件下での流量である。
湿潤空気気流の絶対湿度[vol%]は、「バブリング槽を介さない乾燥状態の窒素と酸素との混合ガス」を「混合ガスD」とし、「バブリングにより湿潤させた窒素と酸素との混合ガス」を「混合ガスW」としたとき、以下の数式(数11)を用いて算出することができる。
結果を表2に示す。表2中の湿潤空気気流の絶対湿度[vol%]は、数式(数11)を用いて算出した値である。
[Absolute humidity of moist air flow]
The evaluation apparatus shown in FIG. 1 does not include the reactor 17, the thermocouple 26, the temperature controller 15, the heater 13, the calcium chloride tube 18, the temperature indicator 16, and the membrane filter 19 except that the evaluation apparatus shown in FIG. The absolute humidity of the moist air stream was measured using an evaluation device having the same configuration as the device (hereinafter, also referred to as “test device”).
The test apparatus has a configuration in which the pipe 35 in the evaluation apparatus of FIG. 1 is connected to a micro gas chromatograph (analyzer 20 in FIG. 1). The micro gas chromatograph measures the absolute humidity of the wet air flow discharged from the pipe 35.
As shown in Table 2, the temperature of the constant temperature bath 6 and the temperature of the tape heater 12 wound around the pipe 35 were changed, and the absolute humidity of the moist air stream was measured using a micro gas chromatograph.
Note that the moist air flow was obtained by mixing the O 2 flow rate of 21 mL/min and the N 2 flow rate of 79 mL/min (N 2 :O 2 (volume ratio)=79:21) in the same manner as in Example 1 described later. Generated. The flow rate is a flow rate under the condition of 0° C. and 1 atm.
The absolute humidity [vol%] of the moist air flow is defined as "mixed gas D" which is "mixed gas of nitrogen and oxygen that does not pass through a bubbling tank", and "mixed gas of nitrogen and oxygen that is moistened by bubbling". Can be calculated by using the following mathematical formula (Equation 11).
The results are shown in Table 2. The absolute humidity [vol%] of the moist air flow in Table 2 is a value calculated using the mathematical formula (Equation 11).

湿潤空気気流の絶対湿度[vol%]=(「混合ガスD中のN濃度」+「混合ガスD中のO濃度」)−(「混合ガスW中のN濃度」+「混合ガスW中のO濃度」)…(数11)
数式(数11)中、N濃度及びO濃度の単位は、それぞれ[vol%]である。
Absolute humidity [vol%] of wet air flow = ("N 2 concentration in mixed gas D" + "O 2 concentration in mixed gas D")-("N 2 concentration in mixed gas W" + "mixed gas O 2 concentration in W”)... (Equation 11)
In the mathematical formula (Equation 11), the units of the N 2 concentration and the O 2 concentration are [vol %].

表2に示すように、恒温槽6の温度及びテープヒーター12を40℃、50℃、60℃、70℃又は80℃に加熱することにより、絶対湿度が3vol%以上4vol%以下の湿潤空気気流が得られることがわかる。 As shown in Table 2, by heating the temperature of the constant temperature bath 6 and the tape heater 12 to 40° C., 50° C., 60° C., 70° C. or 80° C., a humid air flow having an absolute humidity of 3 vol% or more and 4 vol% or less is obtained. It can be seen that

〔自然発熱性の評価方法〕
<実施例1>
図1に示す評価装置を用いて、以下の方法で、石炭Aの自然発熱性を評価した。
石炭Aは、図2中の反応器17(石炭充填部173)に充填された石炭174に相当する。
気乾後、粒径0.212mm以下に粉砕した石炭A(インドネシア亜瀝青炭)50gを反応器17に充填した。石炭Aは、目開き0.20mmの篩で篩分けして、粒径0.212mm以下とした。
[Spontaneous heat generation evaluation method]
<Example 1>
Using the evaluation device shown in FIG. 1, the spontaneous heat generation property of coal A was evaluated by the following method.
The coal A corresponds to the coal 174 filled in the reactor 17 (coal filling unit 173) in FIG. 2.
After air-drying, 50 g of coal A (Indonesian subbituminous coal) pulverized to a particle size of 0.212 mm or less was charged into the reactor 17. Coal A was sieved with a sieve having an opening of 0.20 mm to have a particle size of 0.212 mm or less.

・湿潤空気気流を得る工程
ボンベ1から供給されるOガスをMFC3で、流量21mL/min(0℃、1気圧)に調整し、Nボンベ2から供給されるNガスをMFC4で、流量79mL/min(0℃、1気圧)に調整(N:O(体積比)=79:21)した後、継手32で合流させて混合ガスとし、恒温槽6中の三連バブリング槽(図1中、第1のバブリング槽7)でバブリングし加湿した。これにより、湿潤空気気流(N及びOの混合ガスから生成された空気気流)を生成した。なお、生成された湿潤空気気流は、配管35とは異なる配管(不図示)へ供給され、切り替え工程まで反応器17へ供給されない。
Step of obtaining a moist air flow The O 2 gas supplied from the O 2 cylinder 1 is adjusted to a flow rate of 21 mL/min (0° C., 1 atm) with the MFC 3, and the N 2 gas supplied from the N 2 cylinder 2 is MFC 4. Then, after adjusting the flow rate to 79 mL/min (0° C., 1 atm) (N 2 :O 2 (volume ratio)=79:21), they are merged at the joint 32 to form a mixed gas, and triple gas in the constant temperature bath 6 is used. Bubbling was performed in a bubbling tank (first bubbling tank 7 in FIG. 1) to humidify. As a result, a moist air flow (air flow generated from a mixed gas of N 2 and O 2 ) was generated. The generated moist air flow is supplied to a pipe (not shown) different from the pipe 35 and is not supplied to the reactor 17 until the switching step.

・湿潤不活性ガス気流を得る工程
ボンベ2から供給されるNガスをMFC5で、流量100mL/min(0℃、1気圧)に調整した後、恒温槽6中の三連バブリング槽(図1中、第2のバブリング槽8)でバブリングし加湿した。これにより、湿潤窒素ガス気流を生成した。
Step of obtaining a wet inert gas flow After adjusting the N 2 gas supplied from the N 2 cylinder 2 with the MFC 5 to a flow rate of 100 mL/min (0° C., 1 atm), the triple bubbling tank in the constant temperature tank 6 ( In FIG. 1, bubbling and humidification were performed in a second bubbling tank 8). This produced a wet nitrogen gas stream.

・昇温工程
コック10を操作し、生成した湿潤窒素ガス気流を、反応器17の第1の開口部171から供給し、反応器17の雰囲気を湿潤窒素ガス気流で置換した。30分後、恒温槽6、テープヒーター12及びヒーター13により、湿潤窒素ガス気流下で、反応器17中の石炭Aを80℃まで昇温し、30分かけて石炭Aの温度を安定化させた。
石炭Aの温度は、熱電対26及び温度表示器16で確認した。
テープヒーター12の温度は、温度調節器14によって調節した。ヒーター13の温度は、温度調節器15によって調節した。
-The temperature raising step The cock 10 was operated to supply the generated wet nitrogen gas flow from the first opening 171 of the reactor 17, and the atmosphere of the reactor 17 was replaced with the wet nitrogen gas flow. After 30 minutes, the temperature of the coal A in the reactor 17 was raised to 80° C. under a wet nitrogen gas stream by the constant temperature bath 6, the tape heater 12, and the heater 13, and the temperature of the coal A was stabilized over 30 minutes. It was
The temperature of the coal A was confirmed by the thermocouple 26 and the temperature indicator 16.
The temperature of the tape heater 12 was adjusted by the temperature controller 14. The temperature of the heater 13 was adjusted by the temperature controller 15.

・切り替え工程
石炭Aを80℃まで昇温した後、さらに30分経過後、コック9及びコック10を操作し、反応器17への供給ガスを湿潤窒素ガス気流から、湿潤空気気流に切り替えた。
-Switching step After the temperature of the coal A was raised to 80°C, and further 30 minutes later, the cock 9 and the cock 10 were operated to switch the supply gas to the reactor 17 from the wet nitrogen gas flow to the wet air flow.

・湿潤酸化工程
湿潤空気気流下で、石炭Aを湿潤酸化させた。具体的には、湿潤空気気流を、第1の開口部171から石炭充填部173内を通って第2の開口部172へ流通させ、石炭174と湿潤空気気流とを接触させることにより、石炭Aを湿潤酸化させた。
Wet oxidation step Coal A was wet-oxidized under a moist air flow. Specifically, the wet air flow is made to flow from the first opening 171 through the coal filling portion 173 to the second opening 172, and the coal 174 and the wet air flow are brought into contact with each other. Was wet oxidized.

・定量工程
反応器17からの排出ガス(CO含有ガス)を塩化カルシウム管18で乾燥し、メンブレムフィルタ19を通過させた後、マイクロガスクロマトグラフを用いて分析し、排出ガス中に含まれるCOの量を測定し、COの量からCO生成速度を定量した。
Quantitative Step The exhaust gas (CO 2 -containing gas) from the reactor 17 is dried with a calcium chloride pipe 18, passed through a membrane filter 19, and then analyzed using a micro gas chromatograph to be included in the exhaust gas. measuring the amount of CO 2, it was quantified CO 2 production rate from the amount of CO 2.

・判定工程
以下のようにして石炭Aの自然発熱性を判定した。以下、石炭Aの湿潤酸化を「湿潤酸化試験」と称することがある。
・湿潤空気気流下での石炭Aの湿潤酸化
図3に、湿潤酸化試験開始後における石炭AのCO生成速度の経時変化を示す。図3には、後述する石炭B及び石炭CのCO生成速度の経時変化も示されている。
図3に示すように、石炭Aは、試験開始数十分後にCO生成速度が増加した後に緩やかに減少し、その後ほぼ平衡状態となった。
-Judgment step The spontaneous heat generation property of coal A was judged as follows. Hereinafter, the wet oxidation of coal A may be referred to as a “wet oxidation test”.
Wet Oxidation of Coal A under Wet Air Flow FIG. 3 shows the change over time in the CO 2 generation rate of coal A after the start of the wet oxidation test. FIG. 3 also shows changes over time in the CO 2 production rates of coal B and coal C described later.
As shown in FIG. 3, Coal A gradually increased after increasing the CO 2 generation rate after a sufficient number of test starts, and then became almost in equilibrium.

・湿潤窒素ガス気流下での石炭Aの湿潤酸化
湿潤酸化試験開始前である湿潤窒素ガス気流下で、石炭Aを80℃まで昇温し、温度を安定化させた後も湿潤窒素ガス気流を供給し続け、湿潤窒素ガス気流下で、石炭Aを湿潤酸化させたときのCO生成速度も定量した。
実施例1では、湿潤空気気流下で、石炭Aを湿潤酸化させたときのCO生成速度と、湿潤窒素ガス気流下で、石炭Aを湿潤酸化させたときのCO生成速度との差分を、湿潤酸化により発生した正味のCO生成速度として求めた。
図4に、湿潤空気気流下及び湿潤窒素ガス気流下で石炭Aをそれぞれ湿潤酸化させたときの、時間とCO生成速度との関係、並びに、湿潤空気気流下で石炭Aを湿潤酸化させたときのCO生成速度と、湿潤窒素ガス気流下で石炭Aを湿潤酸化させたときのCO生成速度との差分を示すグラフを示す。
図4中、Aair、Aair−AN2、AN2、S、prep、及びtestの符号は以下を示す。
・Aair :湿潤空気気流下における石炭AのCO生成速度
・AN2 :湿潤窒素ガス気流下における石炭AのCO生成速度
・Aair−AN2 :AairとAN2との差分
・S :石炭AのCO生成速度の積分値
・prep :湿潤窒素ガス気流下での昇温及び安定化過程
・test :湿潤空気気流下での石炭Aの湿潤酸化試験時間(評価時間)
Wet oxidation of Coal A under wet nitrogen gas flow Under the wet nitrogen gas flow before the start of the wet oxidation test, the temperature of Coal A was raised to 80° C. and the wet nitrogen gas flow was maintained even after the temperature was stabilized. The CO 2 generation rate when coal A was wet-oxidized under a wet nitrogen gas stream was also quantified.
In Example 1, the difference between the CO 2 generation rate when the coal A was wet-oxidized under the wet air flow and the CO 2 generation rate when the coal A was wet-oxidized under the wet nitrogen gas flow was calculated. , And the net production rate of CO 2 generated by wet oxidation.
FIG. 4 shows the relationship between the time and the CO 2 generation rate when the coal A was wet-oxidized under the wet air flow and the wet nitrogen gas flow, and the coal A was wet-oxidized under the wet air flow. shows the CO 2 generation rate, a graph showing the difference between the CO 2 production rate of when wetted oxidizing coal a in a humidified nitrogen gas flow of time.
In FIG. 4, the signs of A air , A air −A N2 , A N2 , S A , prep, and test are as follows.
· A air: CO 2 generation rate · A coal A in the moist air stream N2: wet nitrogen gas flow CO 2 production rate · A air coal A under -A N2: difference · S between A air and A N2 A : integrated value of CO 2 generation rate of coal A ・prep: temperature rising and stabilization process under wet nitrogen gas flow ・test: wet oxidation test time (evaluation time) of coal A under wet air flow

図3及び図4から、石炭Aが80℃のときのCOの生成速度の最大値、平衡値及び積分値を、前述の表1に示す判定基準に当てはめ、石炭Aの自然発熱性を判定した。
表1において「自然発熱性が高い」を判定3、「中程度の自然発熱性」を判定2、及び「自然発熱性が低い」を判定1とした。以下、同様である。
結果を表3に示す。
From FIGS. 3 and 4, the maximum value, the equilibrium value, and the integrated value of the CO 2 generation rate when the coal A is at 80° C. are applied to the criteria shown in Table 1 above to determine the spontaneous heat generation of the coal A. did.
In Table 1, "high spontaneous heat generation" was determined as "3", "medium spontaneous heat generation" was determined as "2", and "low spontaneous heat generation" was determined as "1". The same applies below.
The results are shown in Table 3.

〔実施例2〕
石炭Aに代えて石炭B(豪州瀝青炭)を用いたこと以外、石炭Aの自然発熱性評価と同様の方法で、石炭Bの自然発熱性を評価した。
実施例2では、実施例1と同様にして、湿潤空気気流下で、石炭Bを湿潤酸化させたときのCO生成速度と、湿潤窒素ガス気流下で、石炭Bを湿潤酸化させたときの湿潤酸化により発生した正味のCO生成速度として求めた。
石炭Bは、図3に示すように、試験開始数十分後にCO生成速度が増加した後、平衡状態となった。
図5に、湿潤空気気流下及び湿潤窒素ガス気流下で石炭Bをそれぞれ湿潤酸化させたときの、時間とCO生成速度との関係、並びに、湿潤空気気流下で石炭Bを湿潤酸化させたときのCO生成速度と、湿潤窒素ガス気流下で石炭Bを湿潤酸化させたときのCO生成速度との差分を示すグラフを示す。
図5中、Bair、Bair−BN2、BN2、S、prep、及びtestの符号は以下を示す。
・Bair :湿潤空気気流下における石炭BのCO生成速度
・BN2 :湿潤窒素ガス気流下における石炭BのCO生成速度
・Bair−AN2 :BairとBN2との差分
・S :石炭BのCO生成速度の積分値
・prep :湿潤窒素ガス気流下での昇温及び安定化過程
・test :湿潤空気気流下での石炭Bの湿潤酸化試験時間(評価時間)
[Example 2]
The spontaneous exothermic property of coal B was evaluated in the same manner as the spontaneous exothermic property evaluation of coal A except that coal B (Australian bituminous coal) was used instead of coal A.
In Example 2, in the same manner as in Example 1, the CO 2 generation rate when coal B was wet-oxidized under a moist air stream and the time when coal B was wet-oxidized under a wet nitrogen gas stream. It was determined as the net rate of production of CO 2 generated by wet oxidation.
As shown in FIG. 3, Coal B was in an equilibrium state after the CO 2 generation rate increased after a sufficient number of test starts.
FIG. 5 shows the relationship between the time and the CO 2 generation rate when the coal B was wet-oxidized under the wet air flow and the wet nitrogen gas flow, and the coal B was wet-oxidized under the wet air flow. shows the CO 2 generation rate, a graph showing the difference between the CO 2 production rate of when wetted oxidizing coal B in a humidified nitrogen gas flow of time.
In FIG. 5, showing B air, B air -B N2, B N2, S B, prep, and test the code below.
- B air: wet air stream CO 2 production rate, coal B under B N2: wet nitrogen gas flow CO 2 production rate, coal B under B air -A N2: difference · S between B air and B N2 B : integrated value of CO 2 production rate of coal B prep: temperature rising and stabilizing process under wet nitrogen gas flow test: test: wet oxidation test time (evaluation time) of coal B under wet air flow

図3及び図5から、石炭Aと同様にして、石炭Bが80℃のときのCOの生成速度の最大値、平衡値、または積分値を、前述の表1に示す判定基準に当てはめ、石炭Bの自然発熱性を判定した。
結果を表3に示す。
From FIG. 3 and FIG. 5, similarly to coal A, the maximum value, the equilibrium value, or the integrated value of the CO 2 generation rate when coal B is 80° C. is applied to the criterion shown in Table 1 above, The spontaneous heat generation property of coal B was determined.
The results are shown in Table 3.

〔実施例3〕
石炭Aに代えて石炭C(豪州瀝青炭)を用いたこと以外、石炭Aの自然発熱性評価と同様の方法で、石炭Cの自然発熱性を評価した。なお、石炭Cは、石炭Bとは異なる鉱山から産出した石炭である。
実施例3では、湿潤空気気流下で、石炭Cを湿潤酸化させたときのCO生成速度を、正味のCO生成速度として求めた。
石炭Cは、図3に示すように、試験開始数十分後にCO生成速度が増加した後、平衡状態となった。
図6に、湿潤空気気流下及び湿潤窒素ガス気流下で石炭Cを湿潤酸化させたときの、時間とCO生成速度との関係を示すグラフを示す。
石炭Cは、湿潤酸化試験中、湿潤窒素ガス気流下ではCOを検知できなかったため、湿潤窒素ガス気流下におけるCO生成速度が算出できなかった。
図6中、Cair、S、prep、及びtestの符号は以下を示す。
・Cair :湿潤空気気流下における石炭CのCO生成速度
・S :石炭CのCO生成速度の積分値
・prep :湿潤窒素ガス気流下での昇温及び安定化過程
・test :湿潤空気気流下での石炭Cの湿潤酸化試験時間(評価時間)
[Example 3]
The spontaneous exothermic property of coal C was evaluated in the same manner as the spontaneous exothermic property evaluation of coal A, except that coal C (Australian bituminous coal) was used instead of coal A. The coal C is coal produced from a mine different from the coal B.
In Example 3, the CO 2 production rate when the coal C was wet-oxidized under a wet air stream was determined as a net CO 2 production rate.
As shown in FIG. 3, Coal C was in an equilibrium state after the CO 2 generation rate increased after a sufficient number of test starts.
FIG. 6 shows a graph showing the relationship between time and CO 2 generation rate when the coal C is wet-oxidized under a wet air flow and a wet nitrogen gas flow.
Coal C could not detect CO 2 under a wet nitrogen gas flow during the wet oxidation test, and therefore the CO 2 generation rate under a wet nitrogen gas flow could not be calculated.
In FIG. 6, the symbols of C air , S C , prep, and test are as follows.
· C air: wet coal C in an air stream CO 2 production rates · S C: integral value of CO 2 production rate of coal C · prep: heating under wet nitrogen gas stream and stabilization process · test: wet Wet oxidation test time (evaluation time) of coal C under air flow

図3及び図6から、石炭Cが80℃のときのCOの生成速度の最大値、平衡値、及び積分値に基づいて石炭Cの自然発熱性を判定した。
結果を表3に示す。
From FIG. 3 and FIG. 6, the spontaneous heat generation property of the coal C was determined based on the maximum value of CO 2 generation rate, the equilibrium value, and the integrated value when the coal C was at 80° C.
The results are shown in Table 3.

実施例1〜3の評価方法により、石炭Aは自然発熱性が高く、石炭B及び石炭Cは自然発熱性が低いと判定することができる。 By the evaluation methods of Examples 1 to 3, it is possible to determine that coal A has high spontaneous heat generation and coal B and coal C have low spontaneous heat generation.

〔比較例1〕
評価装置として、図1に示す評価装置において、第1のバブリング槽7、第2のバブリング槽8、恒温槽6、塩化カルシウム管18、及びメンブレムフィルタ19を備えないこと以外、図1に示す評価装置と同様の評価装置を用いた。
そして、湿潤空気気流に代えて乾燥空気気流を用いたこと以外、実施例1〜3と同様の方法で、石炭A〜Cの自然発熱性を評価した。
図7に、乾燥空気気流下及び乾燥窒素ガス気流下で石炭A、石炭B、及び石炭Cをそれぞれ酸化させたときの、時間とCO生成速度との関係を示すグラフを示す。
図7及び図3を比較すると、石炭AのCO生成速度は、湿潤空気気流下で石炭Aを酸化させたときと比べて遅いものの、石炭Aは、試験開始数十分後にCO生成速度が増加した後、平衡状態となった。
一方、石炭B、Cについては、COの発生を確認できなかった。
[Comparative Example 1]
As an evaluation device, shown in FIG. 1 except that the evaluation device shown in FIG. 1 does not include the first bubbling tank 7, the second bubbling tank 8, the constant temperature tank 6, the calcium chloride tube 18, and the membrane filter 19. An evaluation device similar to the evaluation device was used.
Then, the spontaneous heating properties of the coals A to C were evaluated in the same manner as in Examples 1 to 3 except that the dry air flow was used instead of the wet air flow.
FIG. 7 shows a graph showing the relationship between time and CO 2 generation rate when coal A, coal B, and coal C were respectively oxidized under a dry air flow and a dry nitrogen gas flow.
Comparing FIG. 7 and FIG. 3, although the CO 2 generation rate of coal A is slower than that when the coal A is oxidized under a moist air stream, the coal A shows a CO 2 generation rate after a sufficient number of test starts. And then equilibrated.
On the other hand, regarding coals B and C, generation of CO 2 could not be confirmed.

実施例1〜3及び比較例1の結果から、乾燥空気気流を用いた比較例の評価方法では、湿潤酸化しにくい石炭(石炭B及び石炭C)についての自然発熱性の評価を行えないことがわかった。 From the results of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, the evaluation method of Comparative Example using the dry air flow may not be able to evaluate the spontaneous heat generation property of the coal (Coal B and Coal C) which is difficult to be wet-oxidized. all right.

<CO生成速度の予測式による自然発熱性の評価方法>
〔実施例4〕
実施例1の昇温工程において、石炭Aを70℃まで昇温したこと以外、実施例1と同様の方法で、石炭A(以下、「石炭A70」とも称する)のCO生成速度の経時変化を測定し、石炭A70のCOの生成速度の最大値、平衡値及び積分値を求めた。
同様に、実施例1の昇温工程において、石炭Aを60℃まで昇温したこと以外、実施例1と同様の方法で、石炭A(以下、「石炭A60」とも称する)のCO生成速度の経時変化を測定し、石炭A60のCOの生成速度の最大値、平衡値及び積分値を求めた。
実施例4では、実施例1と同様に、湿潤空気気流下で、石炭A70を湿潤酸化させたときのCO生成速度と、湿潤窒素ガス気流下で、石炭A70を湿潤酸化させたときのCO生成速度との差分を、湿潤酸化により発生した正味のCO生成速度として求めた。石炭A60も同様とした。
<Evaluation method of spontaneous heat generation by a prediction formula of CO 2 generation rate>
[Example 4]
In the temperature raising step of Example 1, the CO 2 generation rate of coal A (hereinafter, also referred to as “coal A 70 ”) was elapsed with the same method as in Example 1 except that the temperature of the coal A was raised to 70° C. The change was measured, and the maximum value, the equilibrium value, and the integrated value of the CO 2 generation rate of coal A 70 were obtained.
Similarly, in the temperature raising step of Example 1, CO 2 production of coal A (hereinafter, also referred to as “coal A 60 ”) was performed in the same manner as in Example 1 except that the temperature of coal A was raised to 60° C. The change with time of the rate was measured, and the maximum value, the equilibrium value, and the integrated value of the CO 2 generation rate of coal A 60 were obtained.
In Example 4, in the same manner as in Example 1, with humid air stream, the CO 2 production rate at the time of the coal A 70 is wet oxidation under wet nitrogen gas stream, when coal A 70 wetted oxide The CO 2 production rate was calculated as the net CO 2 production rate generated by wet oxidation. The same applies to coal A 60 .

石炭A70及び石炭A60は、いずれも試験開始数十分後にCO生成速度が増加した後、ほぼ平衡状態となった。試験終了時には、いずれの条件でもCO生成速度はほぼ一定となったことから、下記数式(数1)を用い、70℃及び60℃におけるCOの平衡値、並びに80℃におけるCOの平衡値(実施例1)から、図8に示すアレニウスプロットを作成した。このアレニウスプロットに基づき、頻度因子と、活性化エネルギーをそれぞれ算出し、下記数式(数2)のCO生成速度の予測式を構築した。 Both the coal A 70 and the coal A 60 were in an almost equilibrium state after the CO 2 generation rate increased after a sufficient number of test starts. At the end of the test, the CO 2 generation rate was almost constant under all conditions. Therefore, using the following mathematical formula (equation 1), the equilibrium value of CO 2 at 70° C. and 60° C. and the equilibrium value of CO 2 at 80° C. were used. The Arrhenius plot shown in FIG. 8 was created from the values (Example 1). Based on this Arrhenius plot, the frequency factor and the activation energy were each calculated, and the prediction formula of the CO 2 generation rate of the following mathematical formula (Formula 2) was constructed.

CO2=ACO2・exp(−ECO2/RT) (数1)
CO2:石炭中の炭素1モル当たりのCO生成速度(mol/sec)
CO2:CO生成反応の頻度因子(mol/sec)
CO2:CO生成反応の活性化エネルギー(kJ/mol)
R :気体定数(kJ/K/mol)
T :温度(K)
R CO2 =A CO2 ·exp(-E CO2 /RT) (Equation 1)
R CO2 : CO 2 generation rate per mol of carbon in coal (mol/sec)
A CO2 : Frequency factor of CO 2 production reaction (mol/sec)
E CO2 : Activation energy of CO 2 production reaction (kJ/mol)
R: Gas constant (kJ/K/mol)
T: Temperature (K)

A(CO2)=2.98×10・exp(−47.6/RT) (数2)
A(CO2):石炭A中の炭素の1モル当たりのCO生成速度(mol/sec)
R :気体定数(kJ/K/mol)
T :温度(K)
RA(CO2) =2.98×10 3 ·exp(−47.6/RT) (Equation 2)
RA(CO2) : CO 2 generation rate per mol of carbon in coal A (mol/sec)
R: Gas constant (kJ/K/mol)
T: Temperature (K)

〔実施例5〕
石炭Aに代えて石炭B(豪州瀝青炭)を用いたこと以外、実施例4と同様の方法で、上記数式(数1)を用い、70℃及び60℃におけるCOの平衡値、並びに80℃におけるCOの平衡値(実施例2)から、図9に示すアレニウスプロットを作成した。このアレニウスプロットに基づき、頻度因子と、活性化エネルギーとをそれぞれ算出し、下記数式(数3)のCO生成速度の平衡値の予測式を構築した。
[Example 5]
CO 2 equilibrium values at 70° C. and 60° C., and 80° C. were used in the same manner as in Example 4 except that coal B (Australian bituminous coal) was used instead of coal A. The Arrhenius plot shown in FIG. 9 was created from the equilibrium value of CO 2 in Example 2 (Example 2). Based on this Arrhenius plot, the frequency factor and the activation energy were respectively calculated, and a prediction formula for the equilibrium value of the CO 2 generation rate of the following mathematical formula (Formula 3) was constructed.

B(CO2)=5.61×1013・exp(−94.3/RT) (数3)
B(CO2):石炭B中の炭素の1モル当たりのCO生成速度(mol/sec)
R :気体定数(kJ/K/mol)
T :温度(K)
RB (CO2) =5.61×10 13 ·exp(-94.3/RT) (Equation 3)
RB (CO2) : CO 2 generation rate per mol of carbon in coal B (mol/sec)
R: Gas constant (kJ/K/mol)
T: Temperature (K)

表4に、実施例4、5の結果を示す。 Table 4 shows the results of Examples 4 and 5.

数式(数2)及び数式(数3)を用いることにより、実際の貯炭パイル内の温度域(例えば30℃以上80℃以下)での石炭A及び石炭Bの自然発熱性を相対評価することができる。
例えば、数式(数2)から、30℃における石炭A中の炭素の1モル当たりのCO生成速度は、1.8×10―5mol/secと算出される。
また、数式(数3)から、30℃における石炭B中の炭素の1モル当たりのCO生成速度は、2.4×10―7mol/secと算出される。
すなわち、実施例4、5の評価方法においては、低温(30℃)での自然発熱性が、石炭A>石炭B(石炭Aの方が自然発熱し易い)であると判定することができる。
By using the mathematical formulas (2) and (3), it is possible to relatively evaluate the spontaneous heat generation properties of the coal A and the coal B in the actual temperature range (for example, 30° C. or higher and 80° C. or lower) in the coal storage pile. it can.
For example, the CO 2 generation rate per 1 mol of carbon in coal A at 30° C. is calculated as 1.8×10 −5 mol/sec from the mathematical expression (Equation 2).
Further, from the mathematical expression (Formula 3), the CO 2 generation rate per mol of carbon in coal B at 30° C. is calculated to be 2.4×10 −7 mol/sec.
That is, in the evaluation methods of Examples 4 and 5, it can be determined that the spontaneous heat generation property at a low temperature (30° C.) is coal A>coal B (coal A is more likely to spontaneously generate heat).

本発明は、例えば、火力発電設備などの貯炭パイル内で生じ得る石炭の自然発熱を未然に防ぐことができ、また、各種石炭の使用時期(例えば、発熱性の高い石炭から優先的に使用する等)を予測できるので、各種石炭の有効活用に利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention, for example, can prevent spontaneous heat generation of coal that may occur in a coal storage pile such as a thermal power generation facility, and the timing of using various types of coal (for example, preferentially use coal having a high heat generation value). Etc.) can be predicted, so it can be used for effective utilization of various types of coal.

1…Oボンベ、2…Nボンベ、3,4,5…マスフローコントローラ、3a,4a,5a…調圧弁、6…恒温槽、7…第1のバブリング槽、8…第2のバブリング槽、9,10…コック、11…圧力計、12…テープヒーター、13…ヒーター、14,15…温度調節器、16…温度表示器、17…反応器、18…塩化カルシウム管、19…メンブレムフィルタ、20…分析装置、21…排気配管、26…熱電対、30…湿潤気流ガス生成装置、31,32…継手、35…配管、40…反応装置、50…測定装置、100…評価装置、121…熱電対、171…第1の開口部、172…第2の開口部、173…石炭充填部、174…石炭、175…本体部材、176…下流側部材、301…ガス供給部、302…湿潤気流ガス生成部。 1... O 2 cylinder, 2... N 2 cylinder, 3, 4, 5... Mass flow controller, 3a, 4a, 5a... Pressure regulating valve, 6... Constant temperature tank, 7... First bubbling tank, 8... Second bubbling tank , 9, 10... Cock, 11... Pressure gauge, 12... Tape heater, 13... Heater, 14, 15... Temperature controller, 16... Temperature indicator, 17... Reactor, 18... Calcium chloride tube, 19... Membrane Filter, 20... Analysis device, 21... Exhaust pipe, 26... Thermocouple, 30... Wet airflow gas generation device, 31, 32... Joint, 35... Piping, 40... Reactor, 50... Measuring device, 100... Evaluation device, 121... Thermocouple, 171... 1st opening part, 172... 2nd opening part, 173... Coal filling part, 174... Coal, 175... Main body member, 176... Downstream side member, 301... Gas supply part, 302... Wet gas flow generator.

Claims (14)

酸素ガス及び窒素ガスを混合して得た混合ガスから湿潤空気気流を得るか、または空気から湿潤空気気流を得る工程と、
窒素ガス、アルゴンガス、及びヘリウムガスからなる群から選択される少なくとも1種の不活性ガスから湿潤不活性ガス気流を得る工程と、
前記湿潤不活性ガス気流下で、反応器に充填された石炭を所定温度まで昇温する工程と、
前記石炭が所定温度まで昇温した後、前記湿潤不活性ガス気流を前記湿潤空気気流に切り替える工程と、
切り替えられた前記湿潤空気気流下で、前記石炭を湿潤酸化させる工程と、
前記湿潤酸化させる工程にて、前記湿潤酸化の時間、及び前記石炭から発生した二酸化炭素の量を測定することにより、前記二酸化炭素の生成速度を定量する工程と、
定量された前記二酸化炭素の生成速度に基づいて、前記石炭の自然発熱性を判定する工程と、を有する、石炭の自然発熱性評価方法。
Obtaining a wet air stream from a mixed gas obtained by mixing oxygen gas and nitrogen gas, or obtaining a wet air stream from air;
Obtaining a wet inert gas stream from at least one inert gas selected from the group consisting of nitrogen gas, argon gas, and helium gas;
Under the wet inert gas flow, a step of heating the coal filled in the reactor to a predetermined temperature,
After the coal is heated to a predetermined temperature, the step of switching the wet inert gas flow to the wet air flow,
Under the switched wet air flow, wet oxidizing the coal,
In the step of wet oxidation, a step of quantifying the production rate of the carbon dioxide by measuring the time of the wet oxidation, and the amount of carbon dioxide generated from the coal,
And a step of determining the spontaneous heat generation property of the coal based on the quantified production rate of the carbon dioxide.
請求項1に記載の石炭の自然発熱性評価方法において、
前記湿潤空気気流の絶対湿度は、3vol%以上4vol%以下である、石炭の自然発熱性評価方法。
In the method for evaluating the spontaneous heat generation of coal according to claim 1,
The method for evaluating the spontaneous heat build-up of coal, wherein the absolute humidity of the wet airflow is 3 vol% or more and 4 vol% or less.
請求項1または請求項2に記載の石炭の自然発熱性評価方法において、
前記湿潤空気気流を得る工程は、前記混合ガス、又は前記空気を第1のバブリング槽に通過させる工程である、石炭の自然発熱性評価方法。
In the method for evaluating spontaneous combustion of coal according to claim 1 or 2,
The step of obtaining the moist air flow is a method for evaluating spontaneous heat generation of coal, which is a step of passing the mixed gas or the air through a first bubbling tank.
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の石炭の自然発熱性評価方法において、
前記湿潤不活性ガス気流を得る工程は、前記不活性ガスを第2のバブリング槽に通過させる工程である、石炭の自然発熱性評価方法。
In the coal self-heating evaluation method according to any one of claims 1 to 3,
The step of obtaining the wet inert gas flow is a method for evaluating spontaneous heat generation of coal, which is a step of passing the inert gas through a second bubbling tank.
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の石炭の自然発熱性評価方法において、
前記不活性ガスは、窒素ガスである、石炭の自然発熱性評価方法。
The self-heating evaluation method for coal according to any one of claims 1 to 4,
The inert gas is a nitrogen gas.
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の石炭の自然発熱性評価方法において、
前記昇温する工程は、前記石炭を80℃まで昇温する工程である、石炭の自然発熱性評価方法。
The self-heating evaluation method for coal according to any one of claims 1 to 5,
The step of raising the temperature is a method for evaluating the spontaneous heat generation of coal, which is a step of raising the temperature of the coal to 80°C.
請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の石炭の自然発熱性評価方法において、
前記自然発熱性を判定する工程は、前記石炭から発生した二酸化炭素の生成速度の最大値、前記二酸化炭素の生成速度の平衡値、及び前記湿潤酸化の時間に前記二酸化炭素の生成速度を乗じた積分値のうち、いずれか1つ以上に基づいて前記石炭の自然発熱性を判定する工程である、石炭の自然発熱性評価方法。
The method for evaluating spontaneous combustion of coal according to any one of claims 1 to 6,
The step of determining the spontaneous exothermicity is the maximum value of the production rate of carbon dioxide generated from the coal, the equilibrium value of the production rate of the carbon dioxide, and the wet oxidation time multiplied by the production rate of the carbon dioxide. A method for evaluating the spontaneous heat generation of coal, which is a step of determining the spontaneous heat generation of the coal based on any one or more of the integrated values.
請求項7に記載の石炭の自然発熱性評価方法において、
前記石炭が80℃のときに測定される、前記二酸化炭素の生成速度の最大値が、石炭中の炭素1モル当たり、2.04×10−4mol/sec以上であるとき、前記石炭の自然発熱性が高いと判定する、石炭の自然発熱性評価方法。
In the self-heating evaluation method of coal according to claim 7,
When the maximum value of the generation rate of the carbon dioxide measured when the coal is at 80° C. is 2.04×10 −4 mol/sec or more per mol of carbon in the coal, the natural nature of the coal. A method for evaluating the spontaneous heat generation of coal, which determines that the heat generation is high.
請求項7または請求項8に記載の石炭の自然発熱性評価方法において、
前記石炭が80℃のときに測定される、前記二酸化炭素の生成速度の平衡値が、石炭中の炭素1モル当たり、1.61×10−4mol/sec以上であるとき、前記石炭の自然発熱性が高いと判定する、石炭の自然発熱性評価方法。
In the method for evaluating the spontaneous heat generation of coal according to claim 7 or 8,
When the equilibrium value of the carbon dioxide production rate measured when the coal is at 80° C. is 1.61×10 −4 mol/sec or more per 1 mol of carbon in the coal, the natural nature of the coal A method for evaluating the spontaneous heat generation of coal, which determines that the heat generation is high.
請求項7から請求項9のいずれか一項に記載の石炭の自然発熱性評価方法において、
前記石炭が80℃のときに測定される、前記湿潤酸化の時間に前記二酸化炭素の生成速度を乗じた積分値が、石炭中の炭素1モル当たり、4.13×10−2mol/sec以上であるとき、前記石炭の自然発熱性が高いと判定する、石炭の自然発熱性評価方法。
The spontaneous heat generation evaluation method for coal according to any one of claims 7 to 9,
An integral value obtained by multiplying the time of the wet oxidation by the generation rate of the carbon dioxide, measured when the coal is at 80° C., is 4.13×10 −2 mol/sec or more per mol of carbon in the coal. When it is, it is judged that the spontaneous heat generation property of the coal is high, and the spontaneous heat generation evaluation method of the coal.
請求項7に記載の石炭の自然発熱性評価方法において、
前記自然発熱性を判定する工程は、前記湿潤酸化させる工程を前記石炭の温度を変更して行い、各温度における前記二酸化炭素の生成速度の平衡値を算出し、算出された前記平衡値から導かれる予測式に基づき、任意の温度における前記石炭の自然発熱性を判定する工程である、石炭の自然発熱性評価方法。
In the self-heating evaluation method of coal according to claim 7,
The step of determining the spontaneous exothermicity is performed by changing the temperature of the coal in the step of performing wet oxidation, calculating an equilibrium value of the production rate of the carbon dioxide at each temperature, and deriving from the calculated equilibrium value. A method for evaluating the spontaneous heat generation of coal, which is a step of determining the spontaneous heat generation of the coal at an arbitrary temperature based on the prediction formula.
請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の石炭の自然発熱性評価方法において、
前記二酸化炭素の生成速度は、前記湿潤空気気流下で、前記石炭を湿潤酸化させたときの二酸化炭素の生成速度と、前記湿潤不活性ガス気流下で、前記石炭を湿潤酸化させたときの二酸化炭素の生成速度との差分である、石炭の自然発熱性評価方法。
The spontaneous heat generation evaluation method for coal according to any one of claims 1 to 11,
The carbon dioxide production rate is the carbon dioxide production rate when the coal is wet-oxidized under the wet air stream and the carbon dioxide production rate when the coal is wet-oxidized under the wet inert gas stream. A method for evaluating the spontaneous heat generation of coal, which is the difference from the rate of carbon production.
請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の石炭の自然発熱性評価方法において、
前記石炭は、瀝青炭、亜瀝青炭、又は褐炭である、石炭の自然発熱性評価方法。
The spontaneous heat generation evaluation method for coal according to any one of claims 1 to 11,
The above-mentioned coal is a bituminous coal, a sub-bituminous coal, or a lignite coal, The natural exothermic property evaluation method of coal.
酸素ガス及び窒素ガスを混合して得た混合ガスから得られる湿潤空気気流、空気から得られる湿潤空気気流、並びに、窒素ガス、アルゴンガス、及びヘリウムガスからなる群から選択される少なくとも1種の不活性ガスから得られる湿潤不活性ガス気流を生成する湿潤気流ガス生成装置と、
第1の開口部、第2の開口部、前記第1の開口部及び前記第2の開口部の間に設けられ、石炭を充填する石炭充填部と、を有する反応器と、
前記石炭から発生した二酸化炭素の量を測定する測定装置と、を備え、
前記湿潤空気気流又は前記湿潤不活性ガス気流が反応器の前記第1の開口部から前記石炭充填部内を通って前記第2の開口部へ流通され、
前記反応器は、前記湿潤空気気流が前記石炭充填部内を流通する際に、前記石炭を湿潤酸化させる、石炭の自然発熱性評価装置。
Wet air stream obtained from mixed gas obtained by mixing oxygen gas and nitrogen gas, wet air stream obtained from air, and at least one selected from the group consisting of nitrogen gas, argon gas, and helium gas A wet airflow gas generation device for generating a wet inert gas airflow obtained from an inert gas,
A reactor having a first opening, a second opening, a coal filling section that is provided between the first opening and the second opening, and that fills coal with the first opening;
A measuring device for measuring the amount of carbon dioxide generated from the coal,
The wet air stream or the wet inert gas stream is circulated from the first opening of the reactor through the coal filling section to the second opening,
The said reactor is a spontaneous exothermic evaluation apparatus of the coal which wet-oxidizes the said coal, when the said humid air flow flows through the said inside of the said coal filling part.
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