JPH0329115B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

(イ) 技術分野 本発明は低粘度で流動性が良く、ポンピング可
能な炭素質微粉体の高濃度水スラリーを製造可能
にする分散剤に関する。 (ロ) 従来技術 近年の著しい石油価格の高騰に加えて原油埋蔵
量の低下、あるいは外交戦略に使用するなどエネ
ルギー源の枢要を石油に依存する体制する石油、
石炭、原子力、天然ガス、水力など多種多様のエ
ネルギーをそれぞれの利点を生かして使用するよ
うに変化しつつある。特に、石炭及び従来エネル
ギー源としての利用の少なかつた石油の蒸留残渣
である石油コークスは単位熱量当りの価格が安
く、エネルギーに変えるための既存技術も多いた
め、重要なエネルギー源として注目されるように
なつた。 しかし、石炭及び石油コークスは固体であるた
めに輸送、貯蔵、燃焼など取扱上並びに使用上、
多くの問題点を有している。これら炭素質固体を
燃料とする場合、燃焼速度や燃焼効率を向上させ
るために、通常微粉化するが、炭素質微粉体の取
り扱いは公害の発生、自然発火の危険などがあ
り、石炭の場合はさらに、採炭地からの搬出、貨
車や船への積み下し、貯炭場への積み付けなど輸
送上解決すべき多くの問題点がある。この輸送上
の問題解決とハンドリングコストの低減を図る一
方法として、炭素質微粉体を水、メタノール、燃
料油などの液体中に分散させてパイプライン輸送
する方法が提案されている。 炭素質微粉体を水に分散させた炭素質微粉体水
スラリーは媒体の水が比較的入手しやすく、非常
に安価であるため実用価値が高く、石炭を水スラ
リーにして輸送する方法は一部で実用化されてい
る。しかし、この炭素質微粉体水スラリーは炭素
質微粉体濃度を高くすると流動性を急速に失い、
湿潤微粉体の集塊物に変わるため、従来、その濃
度を50数％以上にすることができなかつた。炭素
質微粉体水スラリーの輸送コストの低減および燃
焼性の向上を図るためには、高濃度でかつ流動性
の良い炭素質微粉体水スラリーを得ることが必要
である。炭素質微粉体水スラリーに分散作用を示
す界面活性剤を添加することにより、分散状態が
改善され、炭素質微粉体の濃度を高めることがで
きる。しかしながら、アルキルベンゼンスルホン
酸塩のような一般の低分子量界面活性剤あるいは
ポリメタクリル酸のようなカルボン酸系高分子化
合物では、その性能が不十分であり、炭素質微粉
体の種類により差があるが、固型分濃度が65％程
度を越えると流動性が極度に低下し、実用に適す
るものが得られない。 (ハ) 発明の目的 本発明の目的は、炭素質微粉体の水スラリーに
添加した場合に流動性が改善され、特に固型分濃
度が65％以上の高濃度であつても良好な流動性を
示し、ポンピングが容易な炭素質微粉体水スラリ
ーを製造することのできる分散剤を提供するにあ
る。 (ニ) 発明の構成 本発明に係る炭素質微粉体を含有する水スラリ
ー用分散剤は、分散剤の有効成分として、重合性
芳香族スルホン酸単量体の重合体、重合性芳香族
単量体の重合体のスルホン化物又はそれらの塩か
らなる群から選ばれる水溶性スルホン酸系重合体
及び、(B)α，β−不飽和カルボン酸又はその塩の
水溶性カルボン酸系重合体からなることを特徴と
する。 (ホ) 実施態様 本発明の分散剤が適用できる炭素質微粉体は、
エネルギー源として使用できるものであれば特に
制限がなく、例えば、褐炭、亜瀝青炭、瀝青炭、
無煙炭等の各種の石炭、これら各種の石炭から製
造されたコークス、石油コークス、化学プラント
から副生するカーボンブラツク、有機物を炭化し
て得られるカーボンブラツクなどを必要に応じて
粉砕して得られる炭素質微粉体が挙げられる。炭
素質微粉体の粒度は実質的に粒径１mm以上のもの
がなければ使用できるが、一般に粒度が小さい程
炭素質微粉体水スラリーの分散安定性が良くなる
傾向があるので、200メツシユパス（約74μ以下）
50重量％以上のものが好ましく、特に65〜95重量
％の範囲内にあるのものが望ましい。 Ａ成分の水溶性スルホン酸系重合体は芳香族環
とスルホン酸基を有する重合性芳香族スルホン酸
又はその塩をラジカル重合又はイオン重合反応に
より付加重合させて得た重合体、重合性芳香族単
量体の付加重合による重合体のスルホン化物及び
それらの塩を包含する。重合性芳香族スルホン酸
の例として、スチレンスルホン酸、α−メチルス
チレンスルホン酸、ベンセン核にメチル基を有す
るメチル置換スチレンスルホン酸及びビニルナフ
タレンスルホン酸が挙げられる。重合性芳香族単
量体の重合体の例として、ポリスチレン、ポリα
−メチルスチレン、スチレン−エチレン共重合体
などが挙げられる。重合性芳香族単量体の重合体
のスルホン化は常法により適当なスルホン化剤、
例えば無水硫酸、クロルスルホン酸などを用いて
行うことができる。本発明においては水溶性スル
ホン酸系重合体の平均分子量は約700以上、好ま
しくは約800〜約50万の範囲が適当である。 本発明の分散剤においてＡ成分として用いる水
溶性スルホン酸系重合体は、酸型でも塩型でもよ
いが、スルホン酸基の半分以上が中和されたもの
が好ましい。このような重合体の塩としてはリチ
ウム、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属
塩、マグネシウム、カルシウムなどのアルカリ土
類金属塩、アンモニウム塩及び有機アミン塩が適
当であり、好ましくはナトリウム、カリウム及び
アンモニウムの各塩である。 本発明の炭素質微粉体水スラリー用分散剤のＢ
成分である水溶性カルボン酸系重合体は、カルボ
キシル基に共役した二重結合を有するα，β−不
飽和カルボン酸又はその塩の付加重合体である。
このα，β−不飽和カルボン酸の例として、アク
リル酸、メタクリル酸、クロトン酸、イタコン
酸、マレイン酸、フマール酸及びそれらの酸無水
物が挙げられる。本発明の分散剤のＢ成分として
好ましい重合体はポリアクリル酸、ポリメタクリ
ル酸、アクリル酸−イタコン酸共重合体、アクリ
ル酸−マレイン酸共重合体、アクリル酸−フマー
ル酸共重合体及びそれらの塩である。これらの重
合体は重合時に酸無水物を用いたものを包含す
る。本発明の分散剤には平均分子量約1000以上、
特に約3000〜約60万のものが適当である。このＢ
成分は酸型でも塩型でもよく、中和の程度も特に
制限はなく、分散剤の所望の性状に合せて適宜選
択される。塩として用いられる場合は、リチウ
ム、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属
塩、マグネシウム、カルシウムなどのアルカリ土
類金属塩、アンモニウム塩及び有機アミン塩が適
当であり、好ましくはナトリウム、カリウム及び
アンモニウムの各塩である。 本発明の分散剤は前記したＡ成分とＢ成分から
なるものであり、特にＡ／Ｂが重量比で１／４乃
至９／１、好ましくは１／３乃至４／１の範囲内
において、所望の効果が達成される。本発明の分
散剤においてＡ成分として用いる水溶性スルホン
酸系重合体は、単独で用いても比較的良好な炭素
質微粉体水スラリーを与えるが、固型分濃度又は
スラリーの粘度において未だ不十分であるが、Ａ
成分とＢ成分を併用することによつて相乗効果が
発揮され、特に前記の範囲内において用いた場合
には、Ａ成分単独の場合よりも良好な水スラリー
を製造することができる。 本発明の分散剤はその成分であるＡ成分及びＢ
成分が酸型か塩型かにより、そのPHは酸性からア
ルカリ性まで広範囲に変えることができるが、炭
素質微粉体水スラリーの性質を考慮して中性乃至
アルカリ性が好ましい。 本発明の炭素質微粉体の水スラリー用分散剤は
前記のＡ成分及びＢ成分からなるが、本発明の効
果を阻害しない限り、任意に分散性能を有する界
面活性剤を含有することができる。このような界
面活性剤の例として、アルキルベンゼンスルホン
酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸
エステル塩などのアニオン界面活性剤及びポリオ
キシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチ
レンアルキルフエニルエーテル、ポリオキシエチ
レン脂肪酸アミドなどの非イオン界面活性剤が挙
げられる。また酸化アルキレン重合体、例えば、
ポリオキシリプロピレン−ポリオキシエチレンエ
ーテル、ポリエチレンイミンに酸化プロピレンと
酸化エチレンを付加して得られるポリエーテルな
どの分散性能を有する比較的分子量の大きいポリ
エーテル化合物を併用することもできる。 本発明の炭素質微粉体の水スラリー用分散剤は
その製造上、輸送上、貯蔵上及び使用上の事情に
より、Ａ成分及びＢ成分をそれぞれ別個に、又は
混合物として粉末状、塊状、ペースト状、液状な
ど任意の形態が採用できるが、特に粉末状が好適
である。 炭素質微粉体の水スラリーを製造するために用
いられる本発明の分散剤の使用量は水スラリー中
0.05〜３重量％、好ましくは0.1〜２重量％の範
囲が適当である。水スラリー中の炭素質微粉体の
濃度は炭素質微粉体の種類、平均粒径、粒度分布
などにより異なるが、80重量％程度まで可能であ
るが、好ましくは60〜75重量％の範囲である。 炭素質微粉体、分散剤、水の混合順は任意であ
り、炭素質微粉体を乾式粉砕法と湿式粉砕法との
いずれの方法で得るかによつて適宜の方法を選べ
ばよい。たとえば、乾式粉砕法で炭素質微粉体を
得た場合は、分散剤を水に溶解または分散させ、
これに微粉体を加えて適当な混合装置により高濃
度水スラリーを調製すればよい。また、湿式粉砕
法を採用する場合は、湿式粉砕に用いる水中に分
散剤を予め添加するようにしてもよいし、湿式粉
砕中もしくは粉砕後に添加するようにしてもよ
い。 (ヘ) 効果 本発明の炭素質微粉体の水スラリー用分散剤は
その成分として用いたＡ成分及びＢ成分のいずれ
よりも同等ないしはすぐれた分散性能を有するた
め、従来の水スラリー用分散剤よりも少ない使用
量で同程度の分散安定性及び流動性を示する水ス
ラリーが得られ、また従来よりも高濃度の水スラ
リーが製造できるという効果を発揮する。 本発明の分散剤はＡ成分とＢ成分を併用するた
め、それらの中間的な性能を示すことが予測され
るが、実験の結果、この予測よりかにすぐれた性
能を示すことが見出された。この予想外の相乗効
果が得られた理由は明らかではないが、炭素質微
粉体に対する分散剤の吸着状態が関係するものと
思われる。 炭素質微粉体を水中に、特に高濃度に分散させ
て良好な分散安定性を保持し、スラリーの粘度を
低下させて良好な流動性を得るためには、炭素質
微粉体に適度の厚さの含水吸着層を形成すること
のできる分散剤を用いることが要求される。炭素
質微粉体の表面には極性や強度の異なる吸着サイ
トがあり、それ故１分子中に強さの異なる吸着サ
イトを有するものが、分子全体の吸着力をコント
ロールできるため、分散剤として良好な性能を示
すことが期待される。しかるに、本発明の分散剤
において用いるＡ成分は強い吸着サイトを有し、
一方Ｂ成分は弱い吸着サイトを有するため、各々
単独では適度な厚さの含水吸着層を形成すること
が難かしい。本発明の効果から推察すると、Ａ成
分とＢ成分をある比率で用いた場合に両成分の相
互作用により、吸着層の厚さが平均化されるもの
と考えられる。 (ト) 実施例 次に、実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説
明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定さ
れるものではない。実施例において使用した炭素
質微粉体の種類と粒度を表−１に、使用した石炭
の一般的性状を表−２に示す。添加量及び濃度の
単位は重量％である。

【表】

【表】 実施例 所定の分散剤を水に溶解し、これに炭素質微粉
体を所定量（乾燥基準）になるように室温にて少
量づつ加えた。全量加え終つた後、ホモミキサー
（特殊機化工業製）にて3000rpmで10分間撹拌し
て高濃度水スラリーを約500ｇ調製し、25℃にて
粘度を測定した。 用いた分散剤の種類を表−３に、測定結果を表
−４に示す。

【表】

【表】

【表】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ (A)重合性芳香族スルホン酸単量体の重合体、
   重合性芳香族単量体の重合体のスルホン化物又は
   それらの塩からなる群から選ばれる水溶性スルホ
   ン酸系重合体及び(B)α，β−不飽和カルボン酸又
   はその塩の水溶性カルボン酸系重合体からなる炭
   素質微粉体の水スラリー用分散剤。