JP3774263B2

JP3774263B2 - 石炭燃料成型体の製造方法

Info

Publication number: JP3774263B2
Application number: JP15334796A
Authority: JP
Inventors: 学島村; 暢宏岩倉; 雅夫鶴井; 和博柴田; 仁小川; 雅之油井; 伸司高野; 英明岡田
Original assignee: JGC Corp; Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: JGC Corp; Tokyo Electric Power Co Inc
Priority date: 1996-05-24
Filing date: 1996-05-24
Publication date: 2006-05-10
Anticipated expiration: 2016-05-24
Also published as: JPH09316471A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石炭燃料成型体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石炭採掘場において採掘される、例えば褐炭、亜瀝青炭、亜炭等の低品位炭は、内部に多数の細孔を有すると共に、表面に吸湿性のカルボキシル基や水酸基を有しているため、間隙水を含めて含水量が２５〜６５重量％と多く、発熱量が小さいため燃料としては不利である。さらに引火温度が低いと共に、細孔により比表面積が大きいため、風化や輸送中の形状変化等により自然発火しやすく、輸送や貯蔵が困難である。このため従来より輸送時のハンドリング性を向上させる方法（特開昭５６−２３９４号）や、自然発火性を抑える方法（特開平２−２９８５８６号）が提案されている。
【０００３】
このうち前者は、採掘された褐炭をスラリ−化し、採掘場から集積場へは水スラリ−の状態で輸送し、次いで脱水処理を行なった後造粒して脱水乾燥させ、集積場から先は造粒球状物の状態で輸送することにより、風化による自然発火、乾燥による塵の発生や飛散等を抑え、輸送時のハンドリング性を向上させるものである。
【０００４】
また後者は、粉砕後の粒状炭を炭種に応じた含水量にまで乾燥させて乾燥石炭を生成し、その後蒸発により乾燥石炭から所望の熱量を取り去る量の水を乾燥石炭に噴霧し、この噴霧した水を蒸発させることにより前記乾燥石炭を冷却する方法であり、この方法により得られる粒状炭は自然発火性がかなり抑えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述の方法では、乾燥させて含水量を低下させているものの、乾燥だけでは固有水分や表面のカルボキシル基等を取り除くことは困難であるため、含水量は依然として多い。また輸送中や貯蔵中に吸湿して形状崩壊したり風化することがあり、これらが原因となって自然発火を起こすこともあった。
【０００６】
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、含水量を低下させると共に、形状崩壊や自然発火を抑えた石炭燃料成型体を製造する方法を提供することにある。
【０００７】
【発明を解決するための手段】
請求項１の発明は、低品位炭を湿式粉砕して、粒径１０００μｍ以下の粉砕炭を得る工程と、前記粉砕炭を２７０℃以上の熱水と接触させて改質炭を得る工程と、前記改質炭を乾燥する工程と、乾燥した改質炭を圧縮して石炭燃料成型体を得る工程と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１記載の発明において、乾燥した改質炭に木粉を混合してから圧縮して石炭燃料成型体を得ることを特徴とする。請求項３の発明は、請求項１記載の発明において、粉砕炭を熱水と接触させる時間は５分以上であることを特徴とする。請求項４の発明は、請求項１又は３記載の発明において、乾燥した改質炭を圧縮する際の圧力は２トン／ｃｍ²以上であることを特徴とする。請求項５の発明は、請求項２記載の発明において、木粉を混合した乾燥した改質炭を圧縮する際の圧力は２トン／ｃｍ²以上であることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明方法を実施する石炭燃料成型体の製造装置の一形態を示す構成図である。図中１４は湿式粉砕機であり、この上流側には粗砕機１２、フィ−ダ１１ａを介してホッパ１１が設けられると共に、貯水槽１３が設けられている。また湿式粉砕機１４の下流側には粉砕スラリ−貯槽１５を介して供給スラリ−貯槽１６が設けられている。この供給スラリ−貯槽１６の下流側には予熱器２１、加熱器２２を介して改質反応器２３が設けられており、改質反応器２３の下流側には冷却器２４、圧力調整部２５、改質炭スラリ−貯槽２６を介して脱水機３１が設けられている。脱水機３１で分離された排水５１は廃棄される。脱水機３１の下流側には乾燥機３２が設けられ、その下流側には例えば改質炭貯槽３３、ホッパ４１、フィ−ダ４１ａを介して成型機４２が設けられている。
【００１０】
このような石炭燃料成型体の製造装置では、先ずホッパ１１からフィ−ダ１１ａを介して粗砕機１２に低品位炭例えば、褐炭、亜瀝青炭、亜炭等を投入して、粗粉砕する。ここで前記低品位炭は例えば１７％程度の固有水分を有する。続いて粗粉砕された低品位炭を貯水槽３からの水と共に湿式粉砕機１４に投入して湿式粉砕し、粒径１０００μｍ以下の粉砕炭とする。
【００１１】
次いで粉砕炭を含む粉砕スラリ−を粉砕スラリ−貯槽１５に貯留する。この後例えばスラリ−濃度２５重量％の粉砕スラリ−を粉砕スラリ−貯槽１５から供給スラリ−貯槽１６に送り、予熱器２１にて例えば１５０℃程度に予熱した後、加熱器２２にて例えば２７０℃程度に加熱しながら改質反応器２３に送り、例えば２７０℃以上に５分以上加熱することにより、スラリ−中の粉砕炭をスラリ−中の２７０℃以上の熱水とを接触させる（熱水処理）。
【００１２】
ここで改質反応器２３内は熱水の温度が高温であるため高圧とする。また改質反応器２３は温度維持のため熱媒トレ−スを施してある。従って高温高圧状態下でスラリ−中の粉砕炭の間隔水と固有水分の一部が除去されると共に、その細孔が潰され、さらに表面のカルボキシル基や水酸基の一部が除去されて、粉砕炭は改質炭に改質される。また粉砕炭のワックス分が改質炭の冷却時に表面近くにしみ出て疎水性になる。つまり粉砕炭が不可逆的脱水されたことになる。
【００１３】
続いて得られた改質炭を含む改質炭スラリ−を冷却器２４に送り、例えば９０℃程度まで冷却した後、圧力調整部２５にて一旦圧力を下げ、気液分離してから改質炭スラリ−貯槽２６に送って、ここに貯留する。次いで改質炭スラリ−を脱水機３１に送り、ここで水と改質炭とを分離した後、改質炭のみを乾燥機３２に送り、ここで乾燥する。このように乾燥した改質炭を一旦改質炭貯槽３３に貯留した後、ホッパ４１、フィ−ダ４１ａを介して成型機４２に投入し、ここで例えば２トン／ｃｍ²の圧力で圧縮することにより、所定の形状例えばア−モンド型に成型し、石炭燃料成型体を得る。
【００１４】
以上において粉砕炭の粒径は１０００μｍ以下とすることが望ましい。粒径が１０００μｍより大きいと、粉砕炭の固有水分は除去することができるが、熱水処理反応が十分に進行しないため、粉砕炭を十分に改質することができず、この結果粉砕炭中に成型後の形状変化に悪影響を及ぼす物質が残留している可能性が大きくなるからである。
【００１５】
また熱水処理の熱水の温度は２７０℃以上であることが望ましい。温度が２７０℃より低いと粉砕炭の固有水分の除去が不十分になるからである。さらに熱水処理の処理時間は５分以上とすることが望ましい。処理時間が５分より少ないと固有水分があまり除去されないからである。さらにまた成型時の圧力は２トン／ｃｍ²以上とすることが望ましい。圧力が２トン／ｃｍ²より小さいと圧壊強度や落下に対する強度が小さくなるからである。なおこれらの条件は後述する実施例の実験結果より決定されたものである。
【００１６】
このような石炭燃料成型体の製造方法では、粉砕炭を熱水処理して改質炭を得、この改質炭を圧縮して成型体を製造しているので、固有水分が少なく、形状崩壊や自然発火を起こしにくい石炭燃料成型体を得ることができる。即ち改質炭は改質により固有水分が除去されると共に、細孔が潰されて比表面積が減少しているため付着水が少なく、さらに表面の吸湿性のカルボキシル基や水酸基の一部が除去されるので、これらにより吸湿される水分量も減少する。
【００１７】
従ってこのような改質炭を成型して得た石炭燃料成型体は固有水分が少くなると共に、吸湿性も低下する。このように固有水分の量が少ないと発熱量の大きい燃料が得られると共に、吸湿性の低さによる膨潤性の低下とも合わせて形状崩壊が起りにくくなる。また改質炭は上述のように改質前の低品位炭に比べて比表面積が大幅に減少しているので、個々の改質炭の表面エネルギ−は改質前のものに比べてかなり小さくなる。このため改質炭から得られる石炭燃料成型体は全体として表面エネルギ−が大幅に小さくなるため、これに応じて自然発火が起こりにくくなる。さらに石炭燃料成型体は形状崩壊しにくいため、風化等の形状崩壊が原因となる自然発火も起りにくくなる。この結果輸送時や貯蔵時のハンドリング性が向上し、燃料としての有用になり、さらに低品位炭の有用性が高まることから、現在ほとんど未利用の低品位炭の有効利用を図ることができる。
【００１８】
以上において本発明で用いられる石炭燃料成型体は木粉を含むものであってもよく、このように木粉を含めると、低品位炭のみの場合に比べて強度を大きくすることができる。この場合木粉の含有量は２０％程度であることが望ましい。
【００１９】
【実施例】
以下に本発明の実施条件を決定するために行った実施例を比較例と共に記載する。
（実施例）
１．褐炭（オ−ストラリア産ロイヤング、固有水分１４．７％、灰分１．５％、カルボキシル基起因６．３％Ｏ（酸素））、亜瀝青炭Ａ（インドネシア産アサムアサム、固有水分１８．５％、灰分１．６％、カルボキシル基起因３．８％Ｏ（酸素））、亜瀝青炭Ｂ（インドネシア産ブラウ、固有水分１２．９％、灰分１．２％、カルボキシル基起因２．５％Ｏ（酸素））の３０％スラリ−を夫々調製し、湿式粉砕機にてスラリ−中の低品位炭を所定の粒径の粉砕炭とした後、内容積５リットルの撹拌式オ−トクレ−ブ内にて、熱水の温度、処理時間を変えて熱水処理を行った。熱水処理後、改質炭を分離して乾燥させた後、成型機にて２トン／ｃｍ²の圧力で圧縮しア−モンド型の石炭燃料成型体を得た。
【００２０】
得られた改質炭の固有水分と灰分とを測定すると共に、石炭燃料成型体を日光や雨風が直接当たらない室内で大気中に保管し、６か月後の形状変化（暴露試験）を確認した。この結果を、褐炭については表１（実施例１〜５、比較例１、２）に、亜瀝青炭Ａについては表２（実施例１１〜１６、比較例１１〜１３）に、亜瀝青炭Ｂについては表３（実施例２１〜２４、比較例２１〜２４）に夫々示す。
【００２１】
【表１】

【００２２】
【表２】

【００２３】
【表３】

【００２４】
これらの結果からいずれの低品位炭においても、粉砕炭の粒径が１０００μｍ以上の場合には、改質炭の固有水分はある程度除去されるものの、成型後の石炭燃料成型体に形状変化が生じることが確認された（比較例１１、２１）。また熱水処理時の熱水の温度が２７０℃より低い場合（２６５℃、２５６℃）には、固有水分があまり除去されず、しかも成型後の石炭燃料成型体に形状変化が生じることが確認された（比較例１、１２、２２、２３）。さらに熱水処理の処理時間が５分より短い場合には、固有水分およびカルボキシル基があまり除去されず、しかも成型後の石炭燃料成型体に形状変化が生じることが確認された（比較例２、１３、２４）。従って改質条件は、低品位炭を粒径１０００μｍ以下の粉砕炭とすること、粉砕炭を２７０℃以上の熱水で熱水処理することであることが確認された。
【００２５】
またこの実験結果から、他の条件が同じあれば熱水温度が高いほど改質炭の固有水分量が少なくなることが推察され、さらに他の条件が同じであれば、粉砕炭の粒径が小さく、熱水処理の時間が長いほど改質炭の固有水分量が少なくなることが推察される。
【００２６】
２．亜瀝青炭（インドネシア産アサムアサム）の粉砕炭（粒径１０００μｍ以下）を３００℃の熱水で１０分熱水処理した後、分離して大気中で乾燥させて得た改質炭を圧力を変えて圧縮して成型した各石炭燃料成型体について、圧壊試験、落下試験と暴露試験を行った（実施例３１〜３３）。また前記亜瀝青炭の粉砕炭（粒径１０００μｍ以下）を改質炭とせずに原炭のまま、実施例と同様に成型して得た各成型体についても同様の試験を行った（比較例３１〜３３）。
【００２７】
さらに実施例と同条件で得た前記亜瀝青炭の改質炭に木粉を改質炭の１／４量混合した混合粉についても同様の試験を行ない（実施例３４、３５）、前記亜瀝青炭の粉砕炭を改質炭とせずに原炭のまま木粉と混合した混合粉を、実施例と同様に成型して得た各成型体についても同様の試験を行った（比較例３４〜３６）。この結果を表４に示す。表中圧壊試験については、石炭燃料成型体が破壊した時の圧壊強度を示してあり、落下試験については２ｍの高さから落下させ、破壊したときの回数の平均値を示してある。
【００２８】
【表４】

実施例３１〜３３では、暴露試験の結果から、改質炭とした後成型して得た石炭燃料成型体は成型圧力に拘らず形状崩壊は起こらないことが確認され、圧壊試験の結果からは成型圧力を２トン／ｃｍ²以上とすると、圧壊強度が格段に大きくなるので、成型圧力は２トン／ｃｍ²以上であることが望ましいことが認められた。一方比較例３１〜３３では、暴露試験の結果から改質炭とせずに原炭のまま成型して得た石炭燃料成型体は、成型圧力に拘らず形状崩壊が起こることが確認された。
【００２９】
また亜瀝青炭と木粉との混合粉の場合には、亜瀝青炭に比べて原炭のまま成型した場合でも圧壊試験や落下試験の結果から強度が大きくなることが確認されたものの、暴露試験の結果成型体表面に亀裂が入ることが認められた（比較例３４〜３６）。改質炭と木粉とを混合した後に成型した場合には、圧壊強度がかなり大きいと共に、落下回数も格段に多くなることから強度が非常に大きく、さらに暴露試験の結果形状崩壊は起こらないことが確認され（実施例３４、３５）、このように亜瀝青炭の改質炭と木粉との混合粉に対しても本発明方法は有効であることが認められた。なお改質炭から得た石炭燃料成型体については自然発火は見られなかった。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、固有水分が少なく、形状崩壊や自然発火が起りにくい石炭燃料成型体を得ることができ、このため発熱量が大きく、輸送時や貯蔵時の取扱い成型体に優れた石炭燃料成型体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を実施する石炭燃料成型体の製造装置の一形態を示す構成図である。
【符号の説明】
１４湿式粉砕機
２３改質反応器
３１脱水機
３２乾燥機
４２成型機

Claims

低品位炭を湿式粉砕して、粒径１０００μｍ以下の粉砕炭を得る工程と、
前記粉砕炭を２７０℃以上の熱水と接触させて改質炭を得る工程と、
前記改質炭を乾燥する工程と、
乾燥した改質炭を圧縮して石炭燃料成型体を得る工程と、
を含むことを特徴とする石炭燃料成型体の製造方法。
乾燥した改質炭に木粉を混合してから圧縮して石炭燃料成型体を得ることを特徴とする請求項１記載の石炭燃料成型体の製造方法。
粉砕炭を熱水と接触させる時間は５分以上であることを特徴とする請求項１記載の石炭燃料成型体の製造方法
乾燥した改質炭を圧縮する際の圧力は２トン／ｃｍ²以上であることを特徴とする請求項１又は３記載の石炭燃料成型体の製造方法。
木粉を混合した乾燥した改質炭を圧縮する際の圧力は２トン／ｃｍ²以上であることを特徴とする請求項２記載の石炭燃料成型体の製造方法。