JP4004143B2 - 炭素質固体−水スラリーの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低品位炭を原料とする炭素質固体−水スラリーの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石炭を粉砕した石炭粉に水と分散剤等の添加剤を加えてスラリー化した石炭−水スラリー（Ｃｏａｌ Ｗａｔｅｒ Ｍｉｘｔｕｒｅ：以下「ＣＷＭ」という）は、流体であるためハンドリングが容易であり、しかも重油などに比べて単位熱量当りの価格が低いため、石油に代わる燃料として注目されている。ＣＷＭは、熱分解やガス化が良好に行われ、また高い燃焼効率を得るためにも６０〜７５重量％（水分２５〜４０重量％）、好ましくは７０重量％程度もしくはそれ以上の高濃度であることが要求される。さらにＣＷＭは、輸送効率の観点から好ましい粘度、例えば１０００ｃｐ（センチポイズ）程度の見掛粘度に調製される必要がある。
【０００３】
図６には、低品位炭を用いた場合の従来のＣＷＭ製造方法のフローが示されている。この図によれば、改質前処理システム１０にて粉砕炭スラリーを得、これを改質工程１７にて改質し、改質後の粉砕炭スラリー（改質炭スラリー）を脱水工程１８にて脱水処理して改質炭ケーキと濾液とに分離し、混練工程１９にて改質炭ケーキに水と添加剤を加え混練して製品ＣＷＭを得るようになっている。
【０００４】
改質前処理システム１０では、原料炭として供給された低品位炭例えば褐炭や亜瀝青炭などが粗砕機１１により粗砕され、その粗砕炭が水と共に湿式粉砕機１２に供給されて所定の粒径以下になるように湿式粉砕される。得られた粉砕炭スラリーは粉砕炭スラリー貯槽１３に貯留された後、ポンプＰ１により分級器１４に送られ、ここでメッシュ体１４ａにより分級される。分級された粒径の大きい粉砕炭は、湿式粉砕機１２に戻されて再度粉砕される。一方、所定の粒径以下の粉砕炭スラリーは、水が加えられて供給スラリー貯槽１５に送られる。そして供給スラリー貯槽１５に貯留された粉砕炭スラリーは、ポンプＰ２により改質工程１７へ送られ、続く脱水工程１８及び混練工程１９に順次送られる。
【０００５】
通常、湿式粉砕機１２としてボールミルが使用されている。ボールミルは、水平な軸の周りに回転する容器内に粗砕炭とともに小球を入れ、これを回転させることにより粉砕を行うようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで高濃度のＣＷＭを得るためには、スラリー中の石炭微粉炭の充填度を高くすることが必要である。そのためには、大径粒子同士の隙間に中径粒子が入り込み、中径粒子同士の隙間に小径粒子が入り込み、小径粒子同士の隙間に超微粒子が入り込み、超微粒子同士の隙間に水が入り込むように、石炭微粉炭の粒度分布はできるだけ広い方が好ましい。しかし最終製品であるＣＷＭの燃焼時におけるバーナーの目詰まりや、ＣＷＭ製造工程中におけるポンプの詰まりを避けるため、大径粒子は存在しない方がよい。従来用いられているボールミルではあまり広い粒度分布が得られないので、炭種を選ばなければＣＷＭの濃度はせいぜい７０％程度が限度である。またボールミルでは大径粒子も混じってしまうので、粉砕後のスラリーを分級器で選別し、大径粒子を再びボールミルに戻して再粉砕する必要がある。
【０００７】
更に分級器を用いる場合には、分級器の目詰まりを避けるため、一旦石炭濃度が５〜２５重量％以下になるように粉砕炭スラリーを水で薄める必要があり、工程が複雑である。また分級器は微粉砕工程を補ういわば付随的な設備であり、ＣＷＭ製造設備の小型化を妨げる一因になっている。
【０００８】
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、ＣＷＭ製造設備及び工程の簡素化を図るとともにＣＷＭの高濃度化を図ることができるＣＷＭの製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、粉砕した低品位炭からなる炭素質固体と水とを炭素質固体濃度が３０〜５０重量％の状態で、コランダルミルの第１の砥石部材及び第２の砥石部材の間に形成される１０００μｍ〜３０００μｍの間隔の隙間の中に導き、第１の砥石部材を第２の砥石部材に対して相対的に平行に回転させて炭素質固体を擦り潰すことにより炭素質固体を微粉砕してスラリー原料を得る微粉砕工程と、
この微粉砕工程にて得られたスラリ−原料を加圧、加熱の下で熱水処理して改質スラリーを得る改質工程と、
この改質工程にて得られた改質スラリーを脱水して原料ケーキを得る脱水工程と、
次いで、脱水された原料ケーキに調整水と分散剤を添加して混練することにより炭素質固体の濃度が６０〜７５重量％の炭素質固体−水スラリーを得る混練工程と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、炭素質固体粒子の粒径の大きさの上限が一定の値に制限されるので分級器を用いずに済み、また高濃度スラリ−を得るのに適した広い粒度分布が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の炭素質固体−水スラリーの製造方法をＣＷＭの製造方法に適用した実施の形態について説明する。
【００１２】
図１は本発明方法の実施に使用されるＣＷＭ製造装置の一例によるフローを示す説明図である。このＣＷＭ製造装置は、改質前処理システム２、改質システム３及びＣＷＭ化システム４からなる。先ずこの製造装置の全体フローについて簡単に述べると、炭素質固体例えば低品位炭を改質前処理システム２にて湿式粉砕して粉砕炭スラリーを得、これを改質システム３にて改質し、得られた粉砕炭スラリー（改質炭スラリー）をＣＷＭ化システム４にて脱水処理して改質炭ケーキを得、さらにその改質炭ケーキに水及び分散剤を加え混練して製品ＣＷＭを得る。なお改質システム３は瀝青炭等の改質が不要な高品位炭を用いる場合には省略される。またＣＷＭ化システム４で改質炭スラリーを脱水処理する前に、必要に応じて追加粉砕を行うようにしてもよい。
【００１３】
次に各システムについて詳述する。
（改質前処理システム）
このシステム２では、原炭ホッパ２１内に投入された低品位炭例えば褐炭や亜瀝青炭などをフィーダ２２により粗砕機２３に供給して粗砕し、その粗砕炭を、石炭濃度が３０重量％以上５０重量％以下となるような量の水とともにコランダムミル５に送り粒径３０００μｍ以下、好ましくは１０００μｍ以下に湿式粉砕するようになっている。この粉砕は出発原料の硬さに基づき、後述の落圧あるいは混練時の微粉砕効果を考慮して最終製品の粒度範囲に入るように調整する。
【００１４】
得られた３０〜５０重量％の粉砕炭スラリーは改質前スラリータンク２４に一旦貯留され、ポンプＰにより改質システム３へ送られる。図２及び図３はそれぞれコランダムミル５の縦断面図及び要部斜視図である。コランダムミル５は、例えば円盤形状でモーター等の駆動源５０により回転駆動される第１の砥石部材としての回転円盤５１と、この回転円盤５１の上に設けられ、回転円盤５１と略等しい大きさの第２の砥石部材としての固定円盤５２と、その固定円盤５２の中央部に上方に臨んで開くように設けられた漏斗５３と、両円盤５１，５２の少なくとも外周及び下側を覆い、両円盤５１，５２の間から流出する粉砕炭スラリーを受けるカバー部材５４とを備えている。
【００１５】
回転円盤５１と固定円盤５２との各対向面は、わずかな間隔をおいて平行に対向されている。その間隔は例えば３０μｍ〜５ｍｍの範囲で任意に調整可能であり、その間隔を調整することによって粉砕処理後の最も大きな粒子の径を調整することができる。回転円盤５１と固定円盤５２との各対向面間の間隔は、例えば低品位炭の場合には例えば１０００μｍ〜３０００μｍに調整され、また瀝青炭の場合には例えば７００μｍ以下に調整される。
【００１６】
固定円盤５２の中央部には、回転円盤５１と固定円盤５２との間の粉砕空間５５内に連通する貫通孔５６が形成されており、その貫通孔５６の開口部に漏斗５３の小径部が取り付けられている。カバー部材５４には粉砕炭スラリーを外部に排出する排出口５７が設けられている。
【００１７】
ここでコランダムミルで微粉砕を行う際のスラリーの石炭濃度が３０〜５０重量％である理由は、その上限を超えると回転円盤５１と固定円盤５２との隙間からスラリーがペースト状になって垂れるので、処理速度が遅すぎて量産に向かないからである。一方、下限に満たないと後の改質処理の際にスラリー中に沈殿が生じ易く、これを防ぐためにスラリーの流速を速くしなければならず、それによって装置が大型化してしまうという不都合が生じるか、あるいは改質処理を行わない場合にはＣＷＭ化システム４での脱水処理の負荷が大きくなり過ぎるからである。
【００１８】
（改質システム）
このシステム３では、ポンプＰを介して改質前スラリータンク２４より供給された改質前スラリー（粉砕炭スラリー）を加熱器３１により例えば２５０〜３３０℃に加熱し、それを改質反応器３２にて例えば反応圧力１２０〜１５０気圧でもって高圧水中で通常１０〜３０分改質し、その改質されたスラリーを冷却器３３により冷却した後に高圧タンク３４にて溜めるようになっている。こうして得られた改質炭スラリーは落圧手段３５を介して降圧された後、改質後スラリータンク３６に貯留される。
【００１９】
（ＣＷＭ化システム）
このシステム４では、改質後スラリータンク３６から供給された改質炭スラリーを脱水機４１により脱水処理し、製品スラリーとほぼ同じ水分量、粒度のケーキとし、得られた改質炭ケーキを所定量の調整水及び分散剤等の添加剤とともに混練機４２に供給し、ここで混練して６０〜７５重量％の高濃度のＣＷＭを生成し、移送ポンプ４３を介して製品ＣＷＭを生じる。
【００２０】
次に上記構成のシステムを用いた本発明に係る製造方法の実施の形態を図１乃至図３を参照しながら説明する。まず低品位炭よりなる原料を水と共に粗砕機２３に供給してここで粗砕する。ここで得られた石炭濃度３０〜５０重量％のスラリ−を、回転円盤５１が回転した状態のコランダムミル５に漏斗５３から例えば連続的に供給する。粗砕炭及び水よりなるスラリーは固定円盤５２の貫通孔５６を通過して粉砕空間５５に至り、遠心力により次第に粉砕空間５５の中央部から周縁部寄りの狭隘部に押しやられて回転円盤５１と固定円盤５２との対向面同士の問に挟持される。挟持された粗砕炭は円盤５１の回転により擦り合わされながら、回転円盤５１と固定円盤５２との対向面同士の間隔以下の大きさに制限されて円盤５１，５２の外周側に移動される。
【００２１】
こうして製造された微粉炭及び水よりなるスラリーは円盤５１，５２の隙間から外周方向に流出し、カバー部材５４により捕集されて排出口５７から排出される。コランダムミル５から排出された粉砕炭スラリー（石炭濃度３０〜５０重量％）は改質前スラリータンク２４に貯留された後、ポンプＰにより改質システム３へ送られる。改質前処理システム２から送られてきた粉砕炭スラリー（改質前スラリー）は改質システム３及びＣＷＭ化システム４において上述したように処理されて製品ＣＷＭとなる。
【００２２】
上述実施の形態によれば、コランダムミル５の回転円盤５１と固定円盤５２の対向面同士の間を所望の間隔となるように調整し、回転円盤５１を回転させた状態で石炭濃度が３０〜５０重量％となるように粗砕炭と水をコランダムミル５に供給することによって、粉砕された石炭微粉炭の最大粒径を所望の大きさに精度よく制御することができるので、分級器を設けずに済む。従って分級器が不要になり、また分級時の目づまり防止のための、スラリーを水で薄める工程も不要になり、ＣＷＭ製造設備のコスト低減及び工程の簡素化を図ることができるとともに、動力費も低減でき、量産にも好適である。さらにまた後述の実験例からも分かるようにスラリー中の石炭微粉炭の高充填度を得るのに適した広い粒度分布が得られるので、高濃度のＣＷＭが得られる。
【００２３】
ここで分級器を設けなくて済むことの具体的な他の利点について述べておく。分級を行う場合には既述のように粗砕炭スラリ−を目づまり防止のために水で薄める工程が必要になる。従ってこの工程が不要になると、低品位炭を改質する場合に反応器内の流速を遅くすることができ（水分の多いスラリ−の場合には流速を早くしないと沈殿する）、このため装置の小型化が図れるし、また改質が不要な高品位炭を用いる場合には、その後の脱水処理の負荷が小さくなる。
【００２４】
以上において本発明は、コランダムミル５の回転円盤５１及び固定円盤５２の各対向面に例えば溝や突起等の凹凸部を形成してもよいし、それら２つの円盤の内の何れを回転円盤としてもよいし、２つの円盤を相反する方向に回転させるようにしてもよいし、回転円盤を偏心させながら回転させるようにしてもよい。また、コランダムミルは、互いに僅かな間隔をおいて対向する２枚の平板を摺動させたり、円筒部材にその内周面から僅かな間隔をあけて軸棒を貫通させるか、または円柱部材をその外周面からわずかな間隔を空けて凹部に収容させ、それらの一方または両方を回転させたり軸方向に摺動させたりするようにしてもよい。
【００２５】
【実施例】
（実施例１）
原料炭として低品位炭であるアサムアサム炭（インドネシア産亜瀝青炭）を用い、これを石炭濃度３５重量％となるように水とともにコランダムミルに供給して微粉砕した。その際コランダムミルの直径１０インチの回転円盤と固定円盤の各対向面間の間隔は１０００μｍであり、回転円盤の回転数は１５００ｒｐｍであった。得られた粉砕炭スラリー（改質前スラリー）に対して約３２０℃、１４０気圧で３０分間の熱水処理（改質処理）を行った後、脱水処理を行い改質炭ケーキを得た。この改質炭ケーキを所定量の調整水を入れて混練し、その後に分散剤を加えて混練し、ＣＷＭ化した。使用した分散剤はナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物（ハイコール２１）であり、その添加割合は５ｇ／kg-coal であった。最後に安定剤としてアタパルジャイトを２０００ppm ／CWM の割合で添加した。
【００２６】
（比較例１）
図２及び図３に示す構成のコランダムミルの代わりに従来通りのボールミル（容積２０リットル、スチール製ボール径５〜５０ｍｍ）を用いて微粉砕を行った。その他の処理及び条件は実施例１と同じであった。
【００２７】
（考察）
実施例１及び比較例１について、コランダムミル及びボールミルによる微粉砕後の粒度の累積分布を調べた。その結果を図４に示す。なお微粉砕を行う前の粗砕炭の粒度分布も図４に併せて示す。図４から分かるように実施例１及び比較例１は微粉砕前の粗砕炭よりもグラフが立っており、粗砕炭がコランダムミル及びボールミルによって微粉化されていることが分かる。また実施例１と比較例１とを比べると、実施例１よりも比較例１の方がグラフが立っているので、比較例１の粒度分布の方が実施例１よりも全体的に微細な方に片寄っていることが分かる。つまり比較例１の方が実施例１よりも粒度分布が狭く、換言すれば実施例１の方が比較例１よりも粒度分布が広い。具体的には図４より、実施例１及び比較例１の何れも最小粒径はおおよそ０．９μｍであるが、最大粒径は実施例１がおおよそ５００μｍであるのに対して、比較例１ではおおよそ２００μｍしかないことが分かる。
【００２８】
従って実施例１の方が比較例１よりも粒度分布が広いため、スラリー中の石炭微粉炭の充填度が高くなり、最終的な製品ＣＷＭにおける石炭濃度が高くなる。実際に実施例１において得られた微粉炭、比較例１において得られた微粉炭を用いて製造された最終的な製品ＣＷＭの石炭濃度（見掛粘度が１０００ｃｐ）を調べたところ、それぞれ６９．７重量％及び６４．７重量％であった。
【００２９】
また本発明者は、人為的に微粉炭を生成してｌｏｇＰ（粒度分布の広がり指数）と見掛粘度が１０００ｃｐに到達した時の石炭濃度とのおよその関係が図５に示す直線のようになることを把握しており、このグラフに実施例１及び比較例１の結果を載せておく。ここでｌｏｇＰとは対数表示粒径の重量基準の分布の標準偏差値（１σ）で、粒径が広く分布する程１σの範囲が広がることを利用している。対数で扱うことにより粒径の絶対値に影響を受けない分布広がりを指すことができる尺度となる。図５から分かるようにｌｏｇＰの値は実施例１ではおおよそ０．７８であり、それに対して比較例１ではおおよそ０．６７であり、実施例１の方が粒度分布の広がりが広い。このため見掛粘度が１０００ｃｐの時の石炭濃度は実施例１では６９．７重量％もの高濃度が得られるが、それに対して比較例１では６４．７重量％と低く、目標粘度である１０００ｃｐにおいては実施例１の方が比較例１よりも石炭濃度がおよそ５重量％高いＣＷＭが得られる。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、石炭微粉炭の最大粒径を所望の大きさに精度よく制御することができるので、分級器を設けずに済み、ＣＷＭ製造設備のコスト低減及び工程の簡素化を図ることができるとともに、量産にも好適であり、またスラリー中の石炭微粉炭の高充填度を得るのに適した広い粒度分布が得られるので、高濃度のＣＷＭが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法の実施に使用されるＣＷＭ製造装置の一例によるフローを示す説明図である。
【図２】そのＣＷＭ製造装置において使用されるコランダムミルの縦断面図である。
【図３】そのＣＷＭ製造装置において使用されるコランダムミルの要部斜視図である。
【図４】実施例及び比較例について微粉砕後の粒度の累積分布を示す特性図である。
【図５】実施例及び比較例についてｌｏｇＰ（粒度分布の広がり指数）と１０００ｃｐの粘度に到達した時の石炭濃度との関係を示す特性図である。
【図６】従来のＣＷＭ製造方法のフローを示す説明図である。
【符号の説明】
Ｐ ポンプ
２ 改質前処理システム
２１ 原炭ホッパ
２２ フィーダ
２３ 粗砕機
２４ 改質前スラリータンク
３ 改質システム
４ ＣＷＭ化システム
５ コランダムミル
５０ 駆動源
５１ 回転円盤（第１の砥石部材）
５２ 固定円盤（第２の砥石部材）
５３ 漏斗
５４ カバー部材
５５ 粉砕空間
５６ 貫通孔
５７ 排出口

Claims (1)

1. 粉砕した低品位炭からなる炭素質固体と水とを炭素質固体濃度が３０〜５０重量％の状態で、コランダルミルの第１の砥石部材及び第２の砥石部材の間に形成される１０００μｍ〜３０００μｍの間隔の隙間の中に導き、第１の砥石部材を第２の砥石部材に対して相対的に平行に回転させて炭素質固体を擦り潰すことにより炭素質固体を微粉砕してスラリー原料を得る微粉砕工程と、
   この微粉砕工程にて得られたスラリ−原料を加圧、加熱の下で熱水処理して改質スラリーを得る改質工程と、
   この改質工程にて得られた改質スラリーを脱水して原料ケーキを得る脱水工程と、
   次いで、脱水された原料ケーキに調整水と分散剤を添加して混練することにより炭素質固体の濃度が６０〜７５重量％の炭素質固体−水スラリーを得る混練工程と、を含むことを特徴とする炭素質固体−水スラリ−の製造方法。

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