JPH036959B2

JPH036959B2 -

Info

Publication number: JPH036959B2
Application number: JP58029550A
Authority: JP
Inventors: Hirobumi Yoshikawa; Yasuyuki Nishimura; Tadaaki Mizoguchi; Kazunori Shoji
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1983-02-25
Filing date: 1983-02-25
Publication date: 1991-01-31
Also published as: JPS59157183A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は石炭−水スラリに係り、特に高石炭濃
度で低粘度かつ安定性の良い石炭−水スラリに関
するものである。

最近、火力発電所を中心に、石油に代り石炭の
利用が活発になつている。しかし、固体燃料であ
る石炭はハンドリングが困難であり、そのため輪
送費が多くかかり、石炭目体の価格にも大きな影
響を及ぼしている。そこで、石炭をスラリ化し流
体として取扱えるようにする技術の開発が盛んに
行なわれている。その１つに、重油と石炭との混
合物であるCOM（Coal and Oil Mixture）が知
られている。しかし、このCOMは、重油と石炭
との重量比が約１：１であり、完全な脱石油燃料
とはいえず、また価格の点でも石油と大差がな
く、メリツトが少なかつた。また、メタノールと
石炭との混合物であるメタコールも価格が高く、
実用段階には至つていない。

これに対し、石炭と水との混合物であるCWM
（Coal and Water Mixture）は価格の点でも十
分実用的であり、最近注目を集めている。しかし
CWMを燃焼する際の問題点としてCWM中の水
分があげられる。CWM中の水分の割合は、燃焼
効率の点からいつても、当然低い方が良く、直接
燃焼を行なう場合、水分が30％以下が好ましいと
いわれている。ところが、水分が低いとCWMの
粘度が高くなり、パイプライン等で輸送する際の
圧力損失も大きくなり問題である。

また、CWMを実際に使用する場合、その貯蔵
も問題となる。CWMを一般的なタンクに貯蔵す
る場合には、安定性に優れている必要があるが、
CWMは石炭粒子と水から構成されているため、
石炭粒子の沈降を極力抑えるには粒径を小さくす
ることが好ましい。ところが、単に粒径を小さく
すると粘度が上昇し、前述のように圧力損失が高
くなる。

これらの欠点をなくすため、石炭粒子の粒径分
布を調整することによつて、高石炭濃度でも低粘
度で、かつ安定性の良いCWMを製造しようとす
る試みが行なわれてきた。しかし、石炭粒子は完
全な球形ではなく、その測定方法もふるいによる
方法、アンドリアゼンピペツトに代表される沈降
法、SEM写真より形状を解析し代表径を計算す
る方法など種々の方法があり、測定法により粒径
の定義も異なつてくる。そのため、粒径分布を制
御しようとする場合の誤差の原因となり、より高
石炭濃度で、低粘度かつ安定性の良いCWMを製
造することが困難になる。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をな
くし、高石炭濃度で、低粘度かつ安定性の良い石
炭−水スラリを提供することにある。

本発明は、水中に石炭粒子を分散させた石炭−
水スラリにおいて、石炭粒子の最大粒径をD_Lと
した場合、下記の粒径についての石炭の各フラク
シヨンの重量割合が次の範囲にあり、かつ1μm以
下の石炭粒子が５〜46重量％存在し、0.05μm以
下の超微細粒子が0.5重量％以上存在することを
特徴とするものである。

F₁（D_L／４〜D_L）＝29〜50wt％ F₂（D_L／4²〜D_L／４）＝20〜25wt％ F₃（D_L／4³〜D_L／4²）＝12〜15wt％ F₄（D_L／4⁴〜D_L／4³）＝６〜10wt％ F₅（D_L／4⁵〜D_L／4⁴）＝３〜12wt％ F₆（D_L／4⁵〜０）＝２〜13wt％本発明において、上記フラクシヨンは代表的に
６フラクシヨンに分けられているが、これらを適
宜統合または細分して３〜15（好ましくは５〜８
フラクシヨン）にすることができる。

以下、本発明を詳細に説明する。

石炭をミルで湿式または乾式粉砕し、その一部
を採取して粒径分布を測定する。粒径分布の測定
に際しては、微細粒子の重量がスラリの粘度や安
定性に及ぼす影響が大きいと考え、最大粒径を
D_Lとした時、次の６つのフラクシヨンに分けて、
それに最も近い適正なフルイ（例えばJIS規格の
フルイ及び粒径がよくコントロールされたミリポ
アフイルター）を使用してふるい分け、そのフラ
クシヨンの粒子の重量を測定した。

(1) F₁：粒径D_L／４以上D_L以下、 (2) F₂：粒径D_L／4²以上D_L／４未満、 (3) F₃：粒径D_L／4³以上D_L／4²未満、 (4) F₄：粒径D_L／4⁴以上D_L／4³未満、 (5) F₅：粒径D_L／4⁵以上D_L／4⁴未満、 (6) F₆：粒径D_L／4⁵未満。

本発明者らは、上記F₁〜F₆の割合が種々の値
となるように、１種または２種以上の石炭または
石炭スラリを混合し、必要に応じて水を添加して
水分調整を行ない、その時の粘度と安定性を検討
した。ただし、最大粒径D_Lは大き過ぎると燃焼
時の未燃分が多くなり小さ過ぎるとスラリ粘度が
高くなるため、46μm〜420μmとした。

その結果、上記フラクシヨンF₁〜F₆が次の範
囲にあるとき、石炭スラリの粘度が低く、かつ安
定化することがわかつた。

F₁：29〜50wt％ F₂：20〜25wt％ F₃：12〜15wt％ F₄：６〜10wt％ F₅：３〜12wt％ F₆：２〜13wt％さらにある１つの炭種を選び、フラクシヨンの
割合を色々かえて粘度に及ぼす影響を検討し、比
較的低粘度を示す時のフラクシヨンの割合を塁積
分布に変換したところ、ある傾向があることを見
出した。第１図は、Ａ炭（瀝青炭、灰分9.5％）
の三種のスラリ１、２、３について、石炭濃度70
％で1000cp以下になつた時の塁積粒径分布を示
したものであるが（ただし、D_L＝297μmであり、
スラリ粘度は内筒回転式の粘度計で、せん断速度
90sec^-1で５分間回転した時の値である）、粒径
1μm以上の部分がほぼ直線になつていることがわ
かる。すなわち、粒径Ｄと塁積ふるい下重量百分
率Ｕ(D)との間には(1)式の関係があることがわかつ
た。

Ｕ(D)＝（Ｄ／D_L）^q×100 …(1) ただし、ｑ：指数。

(1)式は、連続粒度系の粉体について最密充填を
与える粒径分布式として知られるAndreasen式と
同型である。Andreasen式に関しては過去研究が
行なわれ、球型の粒子についてはｑ＝0.35〜0.40
で充填率が最大となることが確認されている。し
かし、充填率は粒子形状により異なり、ｑの値と
石炭−水スラリとした時のスラリ粘度及び安定性
との系統的な関係は検討された例は知られていな
い。

そこで本発明らは、前記の粒径調整法により、
F₁〜F₆の割合を調整して石炭の粒径を(1)式に近
似できるようにし、D_L及びｑの値を変えてそれ
が粘度や安定性に及ぼす影響を検討した結果、
1μm以上の粒径分布が次式に従うとき、スラリの
粘度及び安定性が最適となることを見出した。

Ｕ(D)＝（Ｄ／D_L）^q （ただし、ｑ＝0.25〜0.50、D_L＝46〜420μm）また、1μm以下の粒子が５〜46wt％存在し、
かつ0.05μm以下の超微細粒子が全粒子に対する
重量比で0.5％以上、好ましくは0.5〜6.5％（最も
好ましくは1.0〜4.0％）存在するとき、スラリの
安定性が最適となることを見出した。

さらに、本発明の石炭−水スラリには分散剤お
よびPH調整剤を添加することができ、分散剤の添
加量は石炭重量に対して３％以下、好ましくは
0.1〜1.5％であり、またPH調整剤はスラリPHが７
〜９となるように添加することが好ましいことが
わかつた。

本発明において、好ましい分散剤としては、ナ
フタリンスルホン酸、オルトリン酸、H_o+2
PnO_2o+1（ｎ２）またはHnPnO_2o（ｎ３）で表
わせる縮合リン酸、酒石酸、シユウ酸、クエン
酸、エチレンジアミン四酢酸、リグニンスルホン
酸及びこれらの塩、ケブラコその他のタンニン
類、カルボキシメチルセルロースの金属塩のうち
少なくとも１種類、またPH調整剤としては、水酸
化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウ
ム、水酸化バリウム、炭酸ナトリウムのうち少な
くとも１種類があげられる。

本発明で得られる特に好適なスラリは、石炭の
含有量が60〜80wt％であり、内筒回転型粘度計
を用いてせん断速度90sec^-1で測定開始後５分時
の粘度が5000cp以下のものである。

以下、本発明を実施例によつてさらに詳細に説
明する。

実施例１Ａ炭（瀝青炭、灰分9.5％）について、前記方
法で各フラクシヨンの割合を調整し、(1)式におい
てD_L＝297μm及び149μmで、ｑ＝0.15，0.20、
0.25、0.30、0.35、0.40、0.45、0.50、0.55、0.60
に相当する粒径分布の20種類の石炭サンプルを製
造し、水分を調整して石炭濃度72％のスラリと
し、分散剤としてナフタリンスルホン酸ナトリウ
ムを石炭重量に対して0.5％、PH調整剤として
NaOHを同じく0.1％添加し、スラリ粘度を測定
した。その結果を第２図に示す。図中、ＡはD_L
＝297μm、ＢはD_L＝149μmの各場合を示す。

第２図の結果からD_Lの大小にかかわらず、ｑ
＝0.40〜0.45において粘度が最小になつているこ
とがわかつた。これはAndreasenの式での球型粒
子の場合のｑ＝0.35〜0.40よりも大きい。他の炭
種についても同様の検討を行なつたが、ｑ＝0.40
〜0.50において粘度が最小となつた。

実施例２実施例１で調製した石炭−水スラリについて安
定性の検討を行なつた。500c.c.のメスシリンダ−
に深さ170mmまでスラリを入れ、直径５mm重さ
10gのガラス棒をスラリ中に自重のみで貫入さ
せ、底に到達するまでの時間の変化を測定した。
スラリ製造直後の貫入時間を１とした時の、製造
後30日経過後の貫入時間とｑの値との関係を第３
図に示す。第３図から明らかなように、貫入時間
はｑ＝0.25〜0.35で最小となつており、この条件
が最も安定性が良いことがわかる。

他の炭種についてもD_Lを変えるなどして検討
したが、同様な結果が得られた。

実施例１および２の結果から、スラリ粘度およ
び安定性の面で、ｑ＝0.25〜0.50が好ましいこと
がわかつた。

実施例３Ｂ炭（瀝青炭、灰分13.6％）について、実施例
１と同様にして、(1)式においてD_L＝297μm、ｑ
＝0.40に相当する粒径分布を持つ、石炭濃度70％
のスラリを製造した。これに分散剤としてナフタ
リンスルホン酸ナトリウムの縮合物を添加し、そ
の添加量とスラリ粘度の関係を調べた。その結果
を第４図に示す。ただし、添加量は石炭重量に対
する値であり、PH調整剤としてNaOHを石炭当
り0.1％添加した。

第４図の結果から、ナフタリンスルホン酸ナト
リウム縮合物の添加量0.5％でスラリ粘度が最小
となつており、それ以上添加しても逆効果となる
ことがわかる。

他の炭種についても同様な検討を行なつたが、
添加量0.2〜1.2％で粘度が最小となることがわか
つた。また他のアニオン系界面活性剤を添加した
場合も0.1〜1.5％の添加量で最小の粘度が得られ
た。

実施例４Ｂ炭（瀝青炭、灰分13.6％）について、実施例
３と同じスラリを製造し、分散剤としてのナフタ
リンスルホン酸ナトリウムの添加量を0.5％と一
定とし、水酸化ナトリウムの添加量を変えてスラ
リPHを調整し、PHがスラリ粘度に及ぼす影響を検
討した。その結果を第５図に示す。

第５図の結果から、スラリ粘度は、PH８までは
低下するが、それ以上はほとんど変化しないこと
がわかる。水酸化ナトリウムの消費量や材料の腐
食を考えるとスラリのPHは７〜９が好ましい。石
炭は炭種や表面の酸化度によりスラリとした時の
PHが異なるがPHを７〜９に調整するに必要な水酸
化ナトリウムの添加量は石炭重量あたり０〜1.0
％程度である。

実施例５実施例３と同じＢ炭スラリに、0.05μmのミリ
ポアフイルタを通過した石炭の超微細粒子を添加
し、スラリの安定性に及ぼす影響を検討した。そ
の結果を第６図に示す。ただし、たて軸の貫入時
間は製造30日後の貫入時間と製造直後の貫入時間
の比であり、超微細粒子の添加量は添加後の総石
炭重量に対する割合である。

第６図の結果から、超微細粒子の添加量３％で
スラリの安定性が最も良く、0.05μm以下の粒子
がスラリ安定性に寄与していることがわかる。粒
径分布や炭種を変えて検討した結果、スラリの安
定性向上に有効な0.05μm以下の粒子重量はおよ
そ0.5〜6.5％（好ましくは1.0〜4.0％）であるこ
とがわかつた。

以上、本発明によれば、石炭粒子の粒径分布を
特定範囲のものに調整することにより、低粘度
で、かつ安定性の良好な高濃度石炭−水スラリを
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は低粘度スラリの累積粒径分布を示す
図、第２図は粒径分布とスラリ粘度の関係を示す
図、第３図は粒径分布と安定性の関係を示す図、
第４図は分散剤添加量と粘度の関係を示す図、第
５図はPHと粘度の関係を示す図、第６図は
0.05μm以下の超微細粒子添加量と安定性の関係
を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】１水中に石炭粒子を分散させた石炭−水スラリ
において、石炭粒子の最大粒径をD_Lとした場合、
下記の粒径についての石炭の各フラクシヨンの重
量割合が次の範囲にあり、 F₁（D_L／４〜D_L）＝29〜50重量％ F₂（D_L／4²〜D_L／４）＝20〜25重量％ F₃（D_L／4³〜D_L／4²）＝12〜15重量％ F₄（D_L／4⁴〜D_L／4³）＝６〜10重量％ F₅（D_L／4⁵〜D_L／4⁴）＝３〜12重量％ F₆（D_L／4⁵〜０）＝２〜13重量％かつ1μm以下の石炭粒子が５〜46重量％存在し、
0.05μm以下の超微細粒子が0.5重量％以上存在す
ることを特徴とする石炭−水スラリ。２特許請求の範囲第１項において、1μm以上の
石炭の粒径分布が実質上次式で示される石炭粒子
を含むことを特徴とする石炭−水スラリ。Ｕ(D)＝（Ｄ／D_L）^q×100 （但し、Ｕ(D)：累積ふるい下重量百分率（％）、
D_L＝46〜420μm、ｑ＝0.25〜0.50）