JP7344519B2 - 固体燃料及び/又は鉄鋼原料の粉塵飛散抑制剤および固体燃料及び/又は鉄鋼原料の粉塵飛散抑制方法 - Google Patents
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Description
また、発電所、製鉄所、鉱山等では、大量の石炭が石炭置き場(石炭ヤード)に山積みされ、堆積、貯蔵されることが多い。また、石炭を1,200℃の高温で乾留することにより生産される炭素を主成分とした多孔質の個体であるコークスは、製鉄用、鋳物用、燃料用等の用途に用いられるが、このコークスについても、コークス置き場(コークスヤード)に山積みされ、堆積、貯蔵されることが多い。
さらに、バイオマス発電所などでは燃料となる木質チップ、木質ペレット、RDF(Refuse Derived Fuel)、RPF(Refuse Paper & Plastic Fuel)も山積みされ、堆積、貯蔵されることがある。
上記のような鉄鉱石、石灰石、焼結鉱、製鉄所ダスト、石炭、コークス、木質チップ、木質ペレット、RDF及びRPF等(以下、固体燃料及び/又は鉄鋼原料という。)の輸送ラインにはベルトコンベヤが用いられているが、ベルトコンベヤの乗り継ぎ部に高低差がある個所もあり、固体燃料及び/又は鉄鋼原料が落下する際にその衝撃により落下粉塵の飛散が発生している。この固体燃料及び/又は鉄鋼原料の粉塵の飛散を抑制するために散水等の対策が取られてきたが、固体燃料及び/又は鉄鋼原料は、散水のみにより粉塵の飛散を効率的に抑制することは困難であった。また、固体燃料及び/又は鉄鋼原料に水が付着することによりエネルギー効率が低下するため、大量の水を散布することは推奨されず、散水量を極力減らして粉塵飛散を抑制することが望まれている。そこで、従来から粉塵飛散抑制のために、粉塵飛散抑制剤が用いられている。
なお、本明細書における「疎水性の固体燃料及び/又は鉄鋼原料」には、粉砕して粒度調整した固体燃料及び/又は鉄鋼原料(鉄鉱石、石灰石、焼結鉱、製鉄所ダスト、石炭、コークス、木質チップ、木質ペレット、RDF及びRPF等)に、バインダーとしてセメント(ポルトランドセメント、高炉セメント)、高炉スラグ微粉末、石膏、コールタール等の疎水性成分を混合した後、得られた混合物に造粒、塊成又は成型等の処理を施したものも含む。このような疎水性の固体燃料及び/又は鉄鋼原料としては、例えば、粉鉄鉱石にポルトランドセメントを混合した塊成鉱やタール分を含む石炭等が挙げられる。ただし、本明細書における疎水性の固体燃料及び/又は鉄鋼原料は、上述のようにバインダーとして疎水性成分が混合されたものに限定されるものではない。
R1-O-(EO)m(PO)n-H (I)
(式中、R1は炭素数10~14のアルキル基を示し、(EO)m(PO)nはエチレンオキシド(EO)とプロピレンオキシド(PO)との付加物であり、m/nが、9/1~1/1であり、前記EOと前記POとはブロック状に付加していてもランダム状に付加していてもよい)
上記飛散抑制剤は、グリセリンと一般式(I)で表されるノニオン系界面活性剤との含有重量比(グリセリン:一般式(I)で表されるノニオン系界面活性剤)が、50:50~90:10であることが好ましい。
また、上記飛散抑制剤におけるグリセリンの含有重量が、15~30重量%であることが好ましい。
R1-O-(EO)m(PO)n-H (I)
(式中、R1は炭素数10~14のアルキル基を示し、(EO)m(PO)nはエチレンオキシド(EO)とプロピレンオキシド(PO)との付加物であり、m/nが、9/1~1/1であり、前記EOと前記POとはブロック状に付加していてもランダム状に付加していてもよい)
上記一般式(I)で表されるノニオン系界面活性剤は、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテルであることが好ましく、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテルは、炭素数10~14のアルキル基を有する高級アルコールにエチレンオキサイド、プロピレンオキサイドを付加したものであり、市販のものを使用できる。また、当該高級アルコールとしては、ヤシ油還元アルコール等の天然アルコールでも合成アルコールでもよく、合成アルコールの場合は、チーグラーアルコールやオキソアルコールなどが使用できる。 一般式(I)のポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテルは、単独で用いてもよく、また、ポリオキシエチレン及びポリオキシプロピレンの付加モル数が異なる2種以上を混合して用いてもよい。
例えば、疎水性の固体燃料及び/又は鉄鋼原料が、タール分を含む石炭等である場合、一般的に、細粒状の石炭を塊成炭とする場合、3~15%のタールを添加することが多い(参考特許文献1:特開昭52-071504号公報、参考特許文献2:特開平09-003458号公報、参考特許文献3:特開平08-239669号公報)。そのため、本発明の飛散抑制剤が用いられる対象は、タール分を3~15%含む石炭であってもよい。
また、本発明の飛散抑制剤が用いられる対象は、石油コークス等の固体燃料であってもよく、パーム椰子の殻等の農作物残渣の廃棄物等の固体燃料であってもよい。石油コークスは、石油精製においてアスファルトなど重質油を熱分解した時の残渣分で、炭素を主成分とする固体であり、燃料として使用されている。そして、石炭と同様、貯蔵や輸送時に微細な粉塵が飛散して、作業環境や周囲環境の悪化を招く物質である。また、パーム椰子の殻(Palm Kernel Shell=PKS)は、パーム油を生産する過程で発生する農作物残渣の廃棄物である。PKSは、水分含有量が少なく発熱量が高いことから、バイオマス燃料として使用される。PKSは貯蔵や輸送時に微細な粉塵が飛散するが、表面が疎水性であるため水だけで飛散を抑えることが難しく、作業環境や周囲環境の悪化を招くことがある物質である。
疎水性の固体燃料及び/又は鉄鋼原料1kgに対するグリセリンの接触量が0.3mg未満では、充分な疎水性の固体燃料及び/又は鉄鋼原料の粉塵飛散抑制効果が得られないことがある。一方、疎水性の固体燃料及び/又は鉄鋼原料1kgに対するグリセリンの接触量が750mgを超えると、疎水性の固体燃料及び/又は鉄鋼原料にグリセリンを接触させる手段にも因るが、グリセリンが均一に分散されにくくなり、充分な粉塵飛散抑制効果が得られないことがあり、例え、均一に接触させることができても接触量に見合った粉塵飛散抑制効果が得られないことがある。
好ましい疎水性の固体燃料及び/又は鉄鋼原料1kgに対するグリセリンの接触量は、0.3mg~750mgである。
グリセリンの接触量は、疎水性の固体燃料及び/又は鉄鋼原料の種類、それからの発塵状態、発塵量などにも因り、状況および経済性を考慮して、適宜設定すればよい。
タール分を含む石炭1kgに対する上記ノニオン系界面活性剤の接触量が0.05mg未満では、充分な疎水性の固体燃料及び/又は鉄鋼原料の粉塵飛散抑制効果が得られないことがある。一方、疎水性の固体燃料及び/又は鉄鋼原料1kgに対する上記ノニオン系界面活性剤の接触量が500mgを超えると、疎水性の固体燃料及び/又は鉄鋼原料に上記ノニオン系界面活性剤を接触させる手段にも因るが、上記ノニオン系界面活性剤が均一に分散されにくくなり、充分な粉塵飛散抑制効果が得られないことがあり、例え、均一に接触させることができても接触量に見合った粉塵飛散抑制効果が得られないことがある。
好ましい疎水性の固体燃料及び/又は鉄鋼原料1kgに対する上記ノニオン系界面活性剤の接触量は、0.05~500mgである。
上記ノニオン系界面活性剤の接触量は、疎水性の固体燃料及び/又は鉄鋼原料の種類、それからの発塵状態、発塵量などにも因り、状況および経済性を考慮して、適宜設定すればよい。
また、疎水性の固体燃料及び/又は鉄鋼原料の形態によっては、疎水性の固体燃料及び/又は鉄鋼原料に上記水性溶液を塗布しても、上記水性溶液中に疎水性の固体燃料及び/又は鉄鋼原料を浸漬通過させてもよい。
ベルトコンベヤでの輸送時等における石炭の落下粉塵を抑制するためには、タール分を含む石炭内に飛散抑制剤(以下、単に「薬剤」ともいう。)を浸透させる必要がある。また、落下粉塵の抑制効果の評価は、薬剤のタールを含む石炭への浸透性の確認に加え、現実の落下を伴う試験を行い、粉塵飛散抑制効果の評価を行った。具体的に、以下の試験例1により薬剤のタールを含む石炭への浸透性確認を行い、また、試験例2によりタールを含む石炭の落下粉塵を評価した。
(試験手順)
1)某貯炭場で採取した石炭にタールを添加し、105℃で24時間乾燥した後、ハンドクラッシャーを用いて粉砕した。目開き106μmの篩を通過した微粉炭を準備した。
2)300mlビーカーに表2に示す実施例及び比較例にかかる薬剤を所定の重量パーセント濃度(0.2%、0.4%、0.8%)となるように加え、水道水(大阪市水)で全量を300gとした。なお、下記表2に示される界面活性剤は、下記表1に示される界面活性剤である。
3)先に準備した微粉炭0.5gをこの実施例及び比較例にかかる各薬剤水溶液の水面に静かに浮かべた。
4)薬剤水溶液の水面に浮かべた微粉炭が全量、薬剤水溶液の水面から薬剤水溶液内に沈降するまでの時間を測定し、5段階で評価した。なお、タールを含む石炭の表面は疎水性で水を弾くため、薬剤が添加されていないBlankの水においては、24時間沈降しなかった。
1:1分未満
2:1分以上2分未満
3:2分以上3分未満
4:3分以上5分未満
5:5分以上
沈降速度が速いほど、浸透性が高いため、評価基準が1であることが最も好ましい。得られた結果を下記表3に示す。
(試験手順)
1)上記試験例1の試験手順1)で調製した微粉炭を30gはかりとった。
2)上記表2に示す実施例及び比較例にかかる薬剤を2重量パーセント濃度で含む、実施例及び比較例にかかる薬剤水溶液(水は大阪市水)を調製し、準備した微粉炭の重量に対し、実施例及び比較例にかかる薬剤水溶液を3%加えて混ぜ合わせた後、高さ50cmから落下させた。なお、薬剤が混合された微粉炭の落下は、図1に示すような透明円筒体内で行われ、落下は上記円筒体の中心部にて行われた。
3)落下で飛散した粉塵を光散乱方式デジタル粉塵計(柴田科学製 LD-5D型)で計測し、粉塵の相対濃度(CPM=1分当たりのカウント値)を求めた。
4)下記計算式に基づき、粉塵飛散抑制率(%)を求めた。
(計算式)
粉塵飛散抑制率(%)=[水のみを添加した微粉炭から生じた粉塵の相対濃度(CPM)-薬剤水溶液を添加した微粉炭から生じた粉塵の相対濃度(CPM)]/水のみを添加した微粉炭から生じた粉塵の相対濃度(CPM)×100
得られた結果を下記表3に示す。
上記表3の試験例2の結果から、実施例1~7にかかる薬剤水溶液は、タール分を含む石炭の微粉炭の粉塵飛散抑制率がいずれも50%以上であり、優れた粉塵飛散抑制効果を示すことを確認した。
一方で、上記表3の試験例1の結果から、比較例7にかかる薬剤水溶液は、実施例1~7にかかる薬剤水溶液と同様に優れた浸透性を示したが、試験例2における粉塵飛散抑制率が10%未満であり、粉塵飛散抑制効果を示さなかった。比較例7にかかる薬剤は、グリセリンを含有しないため、所望の粉塵飛散抑制効果を示さなかったと考えられる。
某貯炭場のタール分を含む石炭を移送するベルトコンベヤ周りで試験を実施した。
(試験手順)
1)上記表2に記載の実施例2及び比較例1にかかる薬剤を0.5%含む希釈液を調製した後、石炭輸送ラインにあるタール分を含む石炭(0.3mm以下の微粉炭からこぶし大等様々な大きさを含有する)に対し、得られた各希釈液を噴霧した。噴霧量は、タール分を含む石炭の重量に対し、0.5重量%であった。
2)粉塵評価を行う場所に、白色のシート版を設置し、一定時間(5分間)で降り積もる粉塵を目視で確認した。
3)また、白色シートを設置した場所と同じ場所に、デジタル粉塵計(柴田科学製 LD-5D型)を設置して、粉塵の相対濃度(CPM)を求めた。
得られた結果を下記表4に示す。
(試験手順)
1)某製油所で採取した石油コークスを105℃で24時間乾燥した後、ハンドクラッシャーを用いて粉砕した。目開き500μmの篩を通過した微粉石油コークスを準備した。
2)300mlビーカーに表2に示す実施例及び比較例にかかる薬剤(実施例1、3、5及び6、並びに、比較例1、5及び6)を、それぞれ所定の重量パーセント濃度(1.0%、1.5%、2.0%)となるように加え、水道水(大阪市水)で全量を300gとした。なお、表2に示される界面活性剤は、表1に示される界面活性剤である。
3)先に準備した微粉石油コークス0.5gをこの実施例及び比較例にかかる各薬剤水溶液の水面に静かに浮かべた。
4)薬剤水溶液の水面に浮かべた微粉石油コークスが全量、薬剤水溶液の水面から薬剤水溶液内に沈降するまでの時間を測定し、5段階で評価した。なお、評価基準は試験例1における評価基準と同じである。
得られた結果を下記表5に示す。なお、微粉石油コークスは石油由来であり、表面は疎水性で水を弾くため、薬剤が添加されていないBlankの水においては、24時間沈降しなかった。
(試験手順)
1)上記試験例4の試験手順1)で調製した微粉石油コークスを30gはかりとった。
2)上記表2に示す実施例及び比較例にかかる薬剤(実施例1、3、5及び6、並びに、比較例1、5及び6)を4重量パーセント濃度で含む、実施例及び比較例にかかる薬剤水溶液(水は大阪市水)を調製し、準備した微粉石油コークスの重量に対し、実施例及び比較例にかかる薬剤水溶液を5重量%加えて混ぜ合わせた後、高さ50cmから落下させた。なお、薬剤が混合された微粉炭の落下は、図1に示すような透明円筒体内で行われ、落下は上記円筒体の中心部にて行われた。
3)落下で飛散した粉塵を光散乱方式デジタル粉塵計(柴田科学製 LD-5D型)で計測し、粉塵の相対濃度(CPM=1分当たりのカウント値)を求めた。
4)下記計算式に基づき、粉塵飛散抑制率(%)を求めた。
(計算式)
粉塵飛散抑制率(%)=[水のみを添加した微粉炭から生じた粉塵の相対濃度(CPM)-薬剤水溶液を添加した微粉炭から生じた粉塵の相対濃度(CPM)]/水のみを添加した微粉炭から生じた粉塵の相対濃度(CPM)×100
得られた結果を下記表5に示す。
上記表5の試験例5の結果から、実施例1、3、5及び6にかかる薬剤水溶液は、微粉石油コークスの粉塵飛散抑制率がいずれも50%以上であり、優れた粉塵飛散抑制効果を示すことを確認した。
一方で、上記表5の試験例4の結果から、比較例1、5及び6にかかる薬剤水溶液は、いずれも微粉石油コークスに対する浸透性が悪く、試験例5における粉塵飛散抑制率が15%以下であり、粉塵飛散抑制効果を示さなかった。
(試験手順)
1)某発電所で採取したパーム椰子の殻(PKS:Palm Kernel Shell)を105℃で24時間乾燥した後、ハンドクラッシャーを用いて粉砕した。そして、目開き500μmの篩を通過させ微粉PKSを準備した。
2)得られた微粉PKSを30gはかりとった。
3)上記表2に示す実施例及び比較例にかかる薬剤(実施例1、3、5及び6、並びに、比較例1、5及び6)を4重量パーセント濃度で含む、実施例及び比較例にかかる薬剤水溶液(水は大阪市水)を調製し、準備した微粉PKSの重量に対し、実施例及び比較例にかかる薬剤水溶液を5重量%加えて混ぜ合わせた後、高さ50cmから落下させた。なお、薬剤が混合された微粉炭の落下は、図1に示すような透明円筒体内で行われ、落下は上記円筒体の中心部にて行われた。
4)落下で飛散した粉塵を光散乱方式デジタル粉塵計(柴田科学製 LD-5D型)で計測し、粉塵の相対濃度(CPM=1分当たりのカウント値)を求めた。
5)下記計算式に基づき、粉塵飛散抑制率(%)を求めた。
(計算式)
粉塵飛散抑制率(%)=[水のみを添加した微粉炭から生じた粉塵の相対濃度(CPM)-薬剤水溶液を添加した微粉炭から生じた粉塵の相対濃度(CPM)]/水のみを添加した微粉炭から生じた粉塵の相対濃度(CPM)×100
得られた結果を下記表6に示す。なお、微粉PKSは繊維質を多く含むため、微粉PKSに対する薬剤水溶液の浸透性確認試験を行うことができなかった。
一方で、上記表6の試験例6の結果から、比較例1、5及び6に係る薬剤水溶液は、微粉PKSに対する粉塵飛散抑制率が20%以下であり、粉塵飛散抑制効果を示さなかった。
2 ロート
3 透明円筒体
4 試料皿
5 粉塵計
Claims (3)
- グリセリンと、一般式(I)で表されるノニオン系界面活性剤とを含有し(ただし、一般式(II)で表されるノニオン系界面活性剤を含まない)、
石油コークス、PKS、又は、バインダーとして疎水性成分が混合された固体燃料及び/又は鉄鋼原料に用いられ、
前記グリセリンの含有重量が15~30重量%である粉塵飛散抑制剤。
R1-O-(EO)m(PO)n-H (I)
(式中、R1は炭素数10~14のアルキル基を示し、(EO)m(PO)nはエチレンオキシド(EO)とプロピレンオキシド(PO)との付加物であり、m/nが、9/1~1/1であり、前記EOと前記POとはブロック状に付加していてもランダム状に付加していてもよい)
R 2 -O-(EO) t -H (II)
(式中、 R 2 は分岐鎖を有する炭素数9~24の脂肪族アルキル基を示し、EOはオキシエチレン基を示す。tはエチレンオキサイド平均付加モル数を示し、2~30の数である。) - グリセリンと一般式(I)で表されるノニオン系界面活性剤との含有重量比(グリセリン:一般式(I)で表されるノニオン系界面活性剤)が、50:50~90:10である請求項1に記載の疎水性の固体燃料及び/又は鉄鋼原料の粉塵飛散抑制剤。
- 請求項1又は2に記載された粉塵飛散抑制剤の重量含有率が0.05~5重量%である水性溶液を、疎水性の固体燃料及び/又は鉄鋼原料の重量に対し、0.3~8重量%接触させる疎水性の固体燃料及び/又は鉄鋼原料の粉塵飛散抑制方法。
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