JP2891648B2 - 石炭スラリーの調製方法 - Google Patents

石炭スラリーの調製方法

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  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は石炭液化用石炭スラリー
の調製方法の改良に関するものである。さらに詳しくい
えば、本発明は、石炭濃度を下げることなく、粘度を低
下させ、安定した効率的な輸送を可能とし、かつ石炭液
化処理を効率よく行いうる石炭液化用石炭スラリーを調
製する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】石炭の液化技術は、世界的に多く存在
し、その産出が容易な石炭を液体に変換することによ
り、化学原料や燃料を製造する技術であり、将来の資源
・エネルギーの供給や確保問題に対し、世界的規模で対
応できる技術として、盛んに研究されている。
【0003】この石炭液化技術は、一般に石炭粉末、石
炭液化用溶剤及び石炭液化用触媒を混合して石炭スラリ
ーを調製する工程、この石炭スラリーを水素存在下に高
温、高圧で水素化反応を行う石炭液化工程、石炭液化工
程で得られた生成油を残渣から分離する分離工程及び分
離工程で得られた生成油の一部を、溶剤水素化触媒の存
在下に加熱・加圧条件により水素添加し、石炭液化用溶
剤を得る溶剤水素化工程から構成されている。
【0004】そして、この石炭液化技術において、石炭
をスラリー状として取り扱うことにより、連続した移送
及び処理が可能となり、かつ液化油収率が向上するた
め、従来、粉砕乾燥した石炭粉末を所定量の割合で有機
溶剤と混合することにより調製したスラリーが原料とし
て用いられている。この際の、スラリー調製用有機溶剤
としては、一般に、液化反応工程において石炭への水素
供与能をもつ有機系溶剤が用いられる。このようにして
調製された石炭スラリーは、配管、ポンプなどの流路を
経て液化反応工程へ供給される。
【0005】前記石炭スラリーは、石炭微粒子と溶剤と
の固・液二相混合物流体であり、液化設備を安定して連
続運転させるには、この石炭スラリーを系内で安定に流
動させることが最も重要である。したがって、調製され
た石炭スラリーは、供給直前まで循環や撹拌などの操作
により流動状態に保ち、スラリー相内での石炭粒子の沈
降や凝集を抑制するなどの対策がとられている。
【0006】一方、石炭液化プロセスにおける石炭処理
能力あるいは石炭輸送時における石炭の取扱い効率を高
めるには、スラリー中の石炭濃度を上げることが必要で
あるが、従来の石炭スラリーの調製においては、石炭濃
度を高めると粘度の増大、擬塑性化、ダイラタンシー化
などを生じて、性状変化が大きくなり、スラリー中での
石炭粒子の凝集化による流路内での閉塞や配管や配管抵
抗の増大など、好ましくない事態を招来し、安定した輸
送が困難となる。
【0007】また、石炭スラリーの配管内やポンプなど
の流路内の輸送においては、石炭スラリーの粘度やレオ
ロジー特性が大きく影響することが知られ、例えば、粘
度が大きいほど流路の流動抵抗が大きくなる。したがっ
て、所要量を輸送するには配管の寸法やポンプの所要動
力などの仕様を大きくしたり、あるいは逆に流量を減ら
し、抵抗を下げることを余儀なくされる。さらに、石炭
液化プロセスにおいて、石炭スラリーが石炭液化反応前
にコイル状のパイプ内を通して予熱される際、石炭スラ
リーの粘度が高いと、流動抵抗が増大し、コイル状パイ
プの差圧上昇をもたらし、コイル状パイプ内で石炭スラ
リーの流速低下や滞留を生じて石炭スラリーが過熱さ
れ、コーキングの発生による閉塞トラブルを起こすなど
の原因になる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情のもとで、石炭濃度を下げることなく、粘度を低減
させ、安定した効率的な輸送を可能とし、かつ石炭液化
処理を効率よく行いうる石炭液化用石炭スラリーの調製
方法を提供することを目的としてなされたものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記目的
を達成するために鋭意研究を重ねた結果、原料の石炭を
微粉砕し、かつ含有水分を所定量以下に減少したものを
用いることにより、石炭粒子への溶剤の進入を防止し、
スラリー中の石炭粒子の相対濃度が上昇するのを防ぐと
ともに、石炭粒子が溶剤中で凝集するのを抑制すること
ができ、見掛け粘度を低下させうることを見出し、この
知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【0010】すなわち、本発明は、100メッシュ通過
部分が90重量%以上の石炭粉末について、飽和食塩水
により、この粉末の水分が該石炭の恒湿水分の3〜60
%になるように調整したのち、その乾燥重量100重量
部当り、100〜250重量部の石炭液化用溶剤及び1
〜6重量部の石炭液化用触媒と混合することを特徴とす
る石炭液化用石炭スラリーの調製方法を提供するもので
ある。
【0011】本発明方法に用いられる石炭粉末の石炭の
種類については特に制限はなく、従来石炭の液化プロセ
スにおいて使用されるもの、例えば亜瀝青炭や瀝青炭な
ど、具体的にはワイオミング炭、ワンドアン炭、イリノ
イNo.6炭、タニトハルム炭、太平洋炭などを用いる
ことができる。これらの石炭は粉砕され、100メッシ
ュ通過部分が90重量%以上になるような粉末に調製さ
れる。100メッシュ通過部分が90重量%未満では、
スラリー中で均質分散されにくく、石炭粒子が沈降する
などの不都合を生じる。このような粒度の粉末として
は、粉砕後分級したものであってもよい。この粉砕や分
級は例えばフラッシュ型自由粉砕機及び空気分級機など
を用いて行うことができるが、もちろんこれらに限定さ
れるものではない。
【0012】本発明においては、このようにして調製さ
れた石炭粉末は、次にその水分を該石炭の恒湿水分の3
〜60%になるように調整することが必要である。この
恒湿水分は、JIS M−8812の方法によって測定
される石炭固有の特性値であり、石炭の孔隙構造や親水
性の含酸素基の量など、石炭の物理化学的構造に左右さ
れる。石炭粉末の水分が、この恒湿水分の3%未満又は
60%よりも多くなると石炭スラリーの粘度が上昇する
とともに、石炭粒子がスラリー中で凝集し、流路内の閉
塞などのトラブルを生じる原因になる。しかし、この水
分があまり少なすぎると石炭粒子中に溶剤が進入しやす
くなり、スラリー粘度上昇の原因となるので、適正なス
ラリー粘度を維持し、かつ石炭粒子の凝集を抑制するな
どの点から、石炭粉末の水分は3〜60%の範囲にする
必要がある。
【0013】この石炭粉末の水分調整は、石炭粉末全体
にわたって均一になるように行うのが好ましく、不均一
な場合は、石炭スラリー中において石炭粒子の分散が不
均質となり、水分の高い石炭粒子が凝集し、石炭スラリ
ー輸送設備の流路内で閉塞が生じることがある。
【0014】また、本発明方法において、石炭スラリー
の調製に用いられる石炭液化用溶剤としては、常圧にお
ける沸点が200〜538℃の範囲にあるものが、取り
扱いやすいという点から好ましい。このような溶剤とし
ては、例えば脱晶アントラセン油、クレオソート油、あ
るいは石炭液化プロセスにおける石炭液化工程から得ら
れる石炭液化油を蒸留分離して得られたものなどの単独
又は混合物を水素化処理して得られた有機溶剤を挙げる
ことができる。
【0015】また、石炭スラリーの調製に用いられる石
炭液化用触媒としては、粒径16μm以下の粒子を90
重量%以上を含むものが好ましい。粒径16μm以下の
粒子の含有量が90重量%未満になると石炭スラリー中
で沈降を生じやすい。この石炭液化用触媒の種類につい
ては特に制限はなく、従来石炭液化プロセスにおいて使
用されている公知のもの、例えば合成硫化鉄、天然パイ
ライト、鉄鉱石、Ni‐Mo系、Co‐Mo系などを用
いることができる。これらの触媒は単独で用いてもよい
し、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0016】本発明方法において、石炭スラリーの調製
に用いられる各成分の配合割合については、乾燥重量換
算で100重量部当り100〜250重量部の石炭液化
用溶剤が配合される。この配合量が100重量部未満で
はスラリーの粘度が高くなりすぎ、250重量部を超え
ると石炭の液化効果が悪くなり、本発明の目的が十分に
達せられない。また、石炭液化用触媒は、石炭粉末乾燥
重量換算で100重量部当り、1〜6重量部の割合で配
合される。この配合量が1重量部未満では触媒を用いた
効果が十分に発揮されないし、6重量部を超えるとその
量の割には効果の向上がみられず、むしろ経済的に不利
となる。
【0017】本発明においては、石炭液化用石炭スラリ
ーは、例えば石炭粉末、石炭液化用溶剤及び石炭液化用
触媒を、それぞれ所定の割合で混合し、撹拌などにより
十分に均質になるようにスラリー化することによって、
調製することができる。石炭スラリー調製時の雰囲気
は、空気、窒素、水素雰囲気下などのいずれでもよく、
また石炭粒子の水分が変動しない、特に増大しないよう
に調湿されているのが好ましいが、石炭粒子の水分に変
動を及ぼさない雰囲気であれば、調湿操作は特に必要は
ない。さらに、雰囲気は常圧、加圧のいずれでもよい
が、加圧の場合は設備を耐圧構造にする必要があり、経
済性の点から常圧雰囲気の方が好ましい。
【0018】このようにして調製された石炭スラリー
は、この調製に用いたものと同じ石炭粉末の乾燥品を用
いて、同様に調製した石炭スラリーに比べ、見掛け粘度
がかなり低く、また前記石炭スラリーの調製に用いたも
のと同じ石炭粉末で、かつ水分含量が該石炭の恒湿水分
の3%未満又は60%よりも多いものを用いて、同様に
調製した石炭スラリーに比べても、見掛け粘度がかなり
低くなるという特徴を有している。
【0019】
【発明の効果】水分含量が該石炭の恒湿水分の3%未満
又は60%よりも多い石炭粉末を用いて、同様に調製し
た石炭スラリーは、低剪断速度領域での擬塑性が大きく
なる。すなわち、石炭スラリー内で石炭粒子が凝集し、
粘度の上昇と低剪断速度での擬塑性(流動剪断速度の上
昇に対し、見掛け粘度が低下する特性)が高くなり、石
炭スラリーの輸送において、フィードトラブルや流路内
での閉塞などのトラブルを生じる。
【0020】しかしながら、本発明によると、石炭濃度
を下げることなく、粘度を低減させた石炭液化用石炭ス
ラリーを容易に調製することができる。この石炭スラリ
ーを用いることにより、石炭液化プロセスにおいて、石
炭スラリーのフィードトラブル、石炭スラリー予熱工程
のコーキングトラブル、運転中の流路内閉塞トラブルな
どが解消でき、石炭液化処理を安定して効率よく行うこ
とができる。
【0021】
【実施例】次に実施例により本発明をさらに詳細に説明
する。
【0022】参考例 亜瀝青炭のワイオミング炭を、熱風乾燥機付のフラッシ
ュ式自由粉砕機並びに空気分級機[奈良機械(株)製]
にて粉砕及び粒度調整を行い、石炭粉末を得た。この石
炭粉末は、粒径100メッシュ以下の粒子の含有量が9
5重量%であった。
【0023】次いで、この石炭粉末を、乾燥機により1
07℃で1時間以上、重量減少がなくなるまで真空乾燥
処理して絶乾石炭粉末すなわち水分0重量%の石炭粉末
を得た。なお、この粉末乾燥石炭についてJIS M−
8812により測定した恒湿水分は、9.02重量%で
あった。
【0024】実施例 参考例で得られた絶乾石炭粉末をシャーレに入れ、厚さ
1mm以下になるように広げたのち、これを飽和食塩水
の入ったデシケータ中に静置し、石炭粉末の水分が2.
82重量%(恒湿水分の31%)になるように調整し
た。
【0025】次に、この石炭粉末48g(乾燥重量換
算)を、石炭液化用溶剤である72gの入った粘度測定
用シリンダーに入れ、さらにこの混合物に粒径16μm
以下の粒子を95重量%含有する石炭液化用触媒である
合成硫化鉄粉末[旭化成工業(株)製]1.44gを添
加したのち、ゆっくりとかきまぜて石炭スラリーを調製
した。
【0026】このようにして調製した石炭スラリーの流
動特性を、加圧式二重円筒型チキソトロメータ(岩本製
作所製)にて測定した。剪断速度と見掛け粘度との関係
を図1に対数グラフで示す。
【0027】比較例1 実施例において、石炭スラリーの調製に、水分2.82
重量%の石炭粉末の代わりに参考例で得られた絶乾石炭
粉末を用いた以外は、実施例と同様にして石炭スラリー
を調製し、その流動特性を測定した。剪断速度と見掛け
粘度との関係を図1に対数グラフで示す。
【0028】比較例2 参考例で得られた絶乾石炭粉末を用い、実施例と同様に
して、石炭粉末の水分が8.22重量%(恒湿水分の9
0%)になるように調整した。
【0029】次に、この石炭粉末を用い、実施例と同様
にして石炭スラリーを調製し、その流動特性を測定し
た。剪断速度と見掛け粘度との関係を図1に対数グラフ
で示す。
【0030】図1から分かるように、水分が恒湿水分の
31%に減少された石炭粉末を使用して調製した石炭ス
ラリー(実施例)の見掛け粘度は、乾燥石炭粉末を使用
して調製した石炭スラリー(比較例1)の見掛け粘度の
50%以下に低下した。
【0031】また、水分が恒湿水分の90%に調整され
た石炭粉末を使用して調製した石炭スラリー(比較例
2)の見掛け粘度は、乾燥石炭粉末を使用して調製した
石炭スラリー(比較例1)の見掛け粘度より増大し、さ
らに15sec-1以下の剪断速度領域で強い擬塑性特性
を示した。
【図面の簡単な説明】
【図1】 水分含量の異なる石炭粉末を用いて調製した
石炭スラリーにおける剪断速度と見掛け粘度との関係を
示す対数グラフ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柴田 昌男 佐賀県鳥栖市宿町字野々下807番地1 九州工業技術研究所内 (72)発明者 廣末 英晴 佐賀県鳥栖市宿町字野々下807番地1 九州工業技術研究所内 (72)発明者 坂脇 弘二 千葉県木更津市清見台南2−9 (72)発明者 野上 義信 千葉県木更津市清見台南3−3−14 (72)発明者 井口 憲二 千葉県千葉市花見川区幕張本郷7−26− 1 (72)発明者 川端 睦麿 千葉県君津市君津一番地 新日本製鐵株 式会社 君津製鐵所内 (72)発明者 遠藤 幸平 千葉県君津市君津一番地 新日本製鐵株 式会社 君津製鐵所内 審査官 高堀 栄二 (56)参考文献 特公 昭40−1248(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C10G 1/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 100メッシュ通過部分が90重量%以
    上の石炭粉末について、飽和食塩水により、この粉末の
    水分が該石炭の恒湿水分の3〜60%になるように調整
    したのち、その乾燥重量100重量部当り、100〜2
    50重量部の石炭液化用溶剤及び1〜6重量部の石炭液
    化用触媒と混合することを特徴とする石炭液化用石炭ス
    ラリーの調製方法。
  2. 【請求項2】 石炭液化用溶剤が、常圧下、200〜5
    38℃の範囲の沸点をもつ有機溶剤の中から選ばれた少
    なくとも1種である請求項1記載の調製方法。
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