JPH0412755B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、石炭と水との混合物からなる石炭−
水スラリの製造方法に関するものである。

〔発明の背景〕

最近、火力発電所を中心に、石油の代わり石炭
の利用が活発になつている。固体燃料である石炭
はハンドリングが困難であり、輸送費が燃料価格
に及ぼす影響が大きい。そこで石炭をスラリ化
し、流体として取り扱えるようにする技術の開発
が行なわれている。

石炭のスラリ化の一つにCOM（Coal and Oil
Mixture）がある。しかし、COMの場合、石炭
と重油の重量比が約１対１であり、完全な脱石油
燃料とはいえず、価格の点でもメリツトが少な
い。また石炭との混合物であるメタコールも価格
が高く、実用段階に至つていない。

これに対して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、最近注目をあびている。この
CWMを製造するためには、脱灰処理と石炭一水
スラリ化（以下、CWM化と称す）が必要であ
る。

前記脱灰処理は、石炭を粉砕して灰分を単離さ
せたのち、炭分と灰分を分離する処理である。こ
の炭分と灰分を分離する方法には、大別して物理
的方法と化学的方法とがあり、物理的方法には比
重差を利用した重液分離方法、磁場を利用した
HGMS法ならびに界面特性を利用した水中造粒
法、浮遊選鉱法、気泡浮上法、準凝集法などがあ
る。一方、化学的方法には硫酸鉄抽出法、ハイド
ロサーマル法、低温塩素化法などがある。

前記重液分離法はコストが高く、また水中造粒
法も多量の油を必要とするためコスト高になる。
一方、HGMS法は磁力により磁性を有するパイ
ライトなどの灰分しか除去できず、また化学的方
法はいずれもプロセスが複雑であり、実用的でな
い。従つて、コストが低く、効率が高い脱灰処理
として、灰分と灰分の表面濡れ性の差、すなわち
石炭中の炭分の親油性と灰分の親水性を利用した
浮遊選鉱法、気泡浮上法あるいは準凝集法が良い
とされている。

前記浮遊選鉱法は、粉砕炭と水と調整剤を混合
してスラリにしたのち、これに油などの捕集剤を
入れて液中に分散させる。液中では親油性の炭分
がこの捕集剤に付着し、灰分は親水性なので水中
に残存する。従つてスラリ中に気泡を供給する
と、捕集剤に付着した炭分が気泡により浮上し、
灰分から分離回収する方法である。

気泡浮上法は、粉砕炭−水スラリ中に油ガスを
含む気泡を供給することにより炭分を回収する方
法で、油ガスは水スラリ中に凝縮して気泡と水と
の界面に油膜として固定される。そしてスラリ中
の炭分は親油性なのでこの油膜に付着し、気泡と
ともに浮上して灰分から分離回収され。

準凝集法は、粉砕炭−水スラリ中に油類を添加
し、これを撹拌することにより炭分のみを凝集さ
せたのち、凝集塊を浮上分離あるいは分級して灰
分と分離する方法である。

これらの脱灰方法では、石炭を微粉砕するほど
石炭中の多くの灰分が単離するので、脱灰の点か
らは石炭を微粉砕する方が望ましく、高い脱灰率
が得られる。

しかし、石炭濃度がおよそ60重量％以上の高濃
度スラリでは石炭粒子を細かくするとスラリ粘度
が高くなり、流体として取扱える粘度（約1000〜
2000cp以下）を保つための水分が多く添加され
ることになり、結局、低石炭濃度スラリとなるか
ら、このスラリをボイラなどに用いる場合には燃
焼時のエネルギー損失になる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、このような従来技術の欠点を
解消し、脱灰効率が高く、しかも流動性の良い高
石炭濃度の石炭一水スラリが得られる製造方法を
提供するにある。

〔発明の概要〕

この目的を達成するため、本発明は、石炭粒子
を例えば10〜70重量％程度の低濃度で湿式粉砕す
る第１の湿式粉砕工程と、それによつて湿式粉砕
したスラリを例えば浮遊選鉱法などの手段で脱灰
処理する脱灰工程と、脱灰後のスラリの水分を下
げてスラリ中の石炭濃度を例えば50〜80重量％程
度に高める脱水工程と、その脱水工程によつて得
られた高石炭濃度のスラリを湿式粉砕して石医師
炭粒子の粒度調整をする第２の湿式粉砕工程とを
備えていることを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

最初、本発明の製造プロセスについて第１図と
ともに説明する。

図中の１はバンカ、２はフイーダ、３は湿式チ
ユーブミル、４は供給管、５はサンプ、６はポン
プ、７はスラリ供給管、８は湿式脱灰装置、９は
管路、１０は脱水装置、１１は管路、１２は供給
管、１３は湿式チユーブミル、１４は管路、１５
はサンプである。

バンカ１に貯えられた石炭はフイーダ２により
チユーブミル３内に供給され、一方、供給管４を
通して湿式粉砕時の水がチユーブミル３内に送ら
れる。石炭は所定の粒度まで湿式粉砕された後に
サンプ５に貯えられ、ポンプ６によりスラリ供給
管７を通して脱灰装置８に送られる。

この脱灰装置８によつて浮遊選鉱法で脱灰され
て低灰分含有率になつたスラリは管路９を通じて
脱水装置１０に送られる。一方、前記脱灰装置８
によつて石炭から除去された灰を多く含んだスラ
リは、管路１１より脱灰装置８外に排出される。

所定の水分にまで下つて高石炭濃度になつたス
ラリは、供給管１２を通してチユーブミル１３に
送られる。一方、管路１４からは界面活性剤、PH
調整剤等の添加剤および必要に応じて水が供給さ
れ、チユーブミル１３内で湿式粉砕と混合分散が
同時に行なわれ、所定の粒度に調整された高濃度
石炭−水スラリがサンプ１５に貯えられる。この
スラリは図示しないボイラ装置に供給されて、燃
焼に供される。

石炭中の灰分を浮遊選鉱法などの物理的脱灰法
で除去するためには、炭分粒子と灰分粒子が単体
分離した状態にある必要がある。すなわち、一つ
の粒子の中に混在している灰分は除去できない。
そのため脱灰率を上げるには、石炭粒子を細かく
粉砕する必要がある。

第２図にＡ炭（灰分含有率16.0重量％）を浮遊
選鉱法により所定の条件で脱灰した時の同一炭分
回収率における脱灰率を示す。横軸に200メツシ
ユのふるいを通過する石炭粒子の割合を、縦軸に
脱灰率をそれぞれとつている。この図から明らか
なように、200メツシユ通過量が多いほど、すな
わち石炭粒度が細かいほど脱灰率が高いことがわ
かる。

一方、CWM化の原理は、石炭を粉砕して粗粒
子と微粒子が共存する広範囲の粒度分布を有する
石炭粉をつくり、これを水と混ぜてスラリとする
ものである。なお、石炭表面は疎水性なので界面
活性剤を添加して親水性にして、石炭粒子を水中
に分散させる必要がある。従つて脱灰処理と
CWM化とは相反する性質を利用している。すな
わち、脱灰処理は石炭中の炭分が疎水性であるこ
とを利用したものであり、一方、CWM化は界面
活性剤などの添加により疎水性である石炭表面を
親水性にするプロセスである。

また、石炭を微粉砕するほど石炭中の多くの灰
分が単離するので、脱灰の点からは石炭を微粉砕
する方が望ましい。このに対してCWM化は反対
に粗粒子と微粒子が混在する広範囲の粒度分布が
好適であり、この点に関しても脱灰処理とCWM
化とは必要条件が相反する。

石炭−水スラリにおいて石炭濃度を高くするに
は、石炭粒子の充填率を高くする必要がある。石
炭粒子の充填率は、石炭粒子の粒度分布によつて
影響される。第３図にＡ炭について粒度分布を変
化させた場合の石炭粒子の充填率と同一石炭濃度
でのスラリ粘度を示す。ただし、横軸の粒径分布
指数ｎとは、石炭などの粉砕物の粒径分布の近似
式として知られているGaudin−Schuhman分布
における式中の指数ｎである。

Ｖ(D)＝〔Ｄ／Dmax〕ⁿ×100 ただし Ｖ(D)：粒径Ｄ以下の粒子の重量百分率 Dmax：最大粒径 ｎ：分布指数 この図に示すように、Ａ炭の場合は分布指数ｎ
が0.4付近で充填率が最大、スラリ粘度が最少と
なつている。分布指数ｎの最適値は炭種によつて
多少異なるが、0.3〜0.5の範囲（第３図に示した
斜線の部分）であることが分り、この範囲の粒径
分布指数ｎを有する石炭−水スラリは石炭粒子の
充填率が高く、しかもスラリの流動性が良好であ
る。石炭を通常の条件（石炭濃度30〜40重量％）
で粉砕したとき得られる粒径分布指数ｎはおおよ
そ１であり、第３図の結果から明らかなように高
濃度化に適していない。このような粒径分布の石
炭を高濃度化に適した粒径分布に調整するには、
通常よりも高い石炭濃度で粉砕すればよいことが
分つた。

第４図は、Ａ炭について粉砕時の石炭濃度と得
られる石炭粒子の粒径指数ｎとの関係を調べた図
である。この図から明らかなように、粉砕時の石
炭濃度が高いほど粒径分布指数ｎが小さい傾向に
あり、Ａ炭の場合石炭濃度67重量％以上で粉砕す
ると、粒径指数ｎが約４の最適な石炭−水スラリ
が得られる。この石炭濃度と粒径分布指数ｎとの
関係は、炭種にはあまり変動せず第４図に示すよ
うな関係にあることが種々の実験で確認されてい
る。従つて0.3〜0.5の範囲の粒径分布指数ｎを有
する石炭−水スラリを得るためには、粉砕時の石
炭濃度を約50〜80重量％の範囲に規制する必要が
ある。

灰分含有率が低く、石炭濃度が高い脱灰炭−水
スラリを製造するためには、第１図のフローチヤ
ートにおけるチユーブミル３での石炭粒度とチユ
ーブミル１３での石炭粒度が重要である。所定の
粒度（例えば200メツシユ通過80重量％）の脱灰
炭−水スラリを製造するためには、チユーブミル
３で最終製品と同一の200メツシユ通過量まで粉
砕する方が脱灰率の点からは好ましいが、チーブ
ミル１３でさらに粉砕されるため、最終製品より
も粗い状態で脱灰する必要がある。チユーブミル
１３での粒度調整時に粉砕により増加する200メ
ツシユ通過量は10〜30重量％である。従つてチユ
ーブミル３の出口の粒度としては、最終製品の
200メツシユ通過量よりも５〜30重量％少なくす
る必要がある。

第５図は、粉砕時の石炭濃度が粉砕動力におよ
ぼす影響を調べた特性図である。この図から明ら
かなように、石炭濃度が低すぎても高すぎても粉
砕動力は増加し、石炭濃度が約５〜70重量％、好
ましくは約10〜60重量％の範囲に規制すれば少な
い消費動力で粉砕できることができる。

以上のことから、粉砕時の消費動力を考慮して
脱灰前の粉砕時の石炭濃度は約10〜70重量％の範
囲に規制した方がよい。一方、最終製品の石炭−
水スラリにおける石炭粒子の充填率ならびに流動
性を考慮して、脱灰後の粉砕時の石炭濃度は約50
〜80重量％の範囲に規制した方が好ましい。ま
た、脱灰時の石炭粒子の粒径が74μｍ（200メツ
シユ通過）より細かい粒子が、最終的な石炭−水
スラリ中の石炭粒子の粒径74μｍより細かい粒子
よりも約５〜30重量％少なくする必要がある。第
６図は、本発明の各工程における石炭粒子の粒度
分布の変化を示した図である。この図において線
Ａはチユーブミル３（第１図参照）に投入する前
の粒度分布、線Ｂはチユーブミル３出口での粒度
分布、線Ｃは脱灰後の粒度分布、線Ｄはチユーブ
ミル１３によつて最終的に粒度調整された石炭の
粒度分布である。

次に本発明の具体的な実施例について説明す
る。

実施例 １ 湿式チユーブミルにおいてＢ炭（灰分含有率
20.5重量％）を石炭濃度が約30重量％になるよう
に投入し、200メツシユ通過量が70重量％になる
まで粉砕して、これを浮遊選鉱法により湿式脱灰
する。

次に脱水工程で石炭濃度が約73重量％になるま
で脱水し、これに界面活性剤を0.4重量％添加し、
200メツシユ通過量が80重量％になるまで湿式粉
砕した。これにより灰分含有率12.3重量％、粘度
1000cp、粒径分布指数ｎが４の脱灰炭−水スラ
リが製造できる。

同じＢ炭を用いて従来の方法でスラリを製造す
ると、灰分含有率12.0重量％、石炭濃度61.0重量
％のものが得られ、本発明のものの方が石炭濃度
が12重量％も高い。

実施例 ２ Ｃ炭（灰分含有率18.5重量％）を用いて、実施
例１と同様にして粘度1000cpの脱灰炭−水スラ
リを製造したところ、灰分含有率9.3重量％、石
炭濃度70.8重量％のものが得られた。

同じＣ炭を用いて従来の方法でスラリを製造す
ると、灰分含有率9.2重量％、石炭濃度59.5重量
％のものが得られ、本発明のものの方が高石炭含
有スラリである。

実施例 ３ Ｄ炭（灰分含有率31.0重量％）を用いて実施例
１と同様にして粘度1000cpの脱灰炭−水スラリ
を製造したところ、灰分含有率9.3重量％、石炭
濃度70.8重量％のものが得られた。

同じＣ炭を用いて従来の方法でスラリを製造し
たところ、灰分含有率9.2重量％、石炭含有率
59.5重量％のものが得られ、本発明の方が高石炭
含有スラリである。

〔発明の効果〕

本発明は前述のような構成になつているから、
灰分含有率が低く、流動性に優れ、しかも石炭濃
度の高い石炭−水スラリが得られる製造方法を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造プロセスを説明するため
のフローチヤート、第２図は石炭の粒径と脱炭率
との関係を示す特性図、第３図は粒径分布指数と
充填率ならびにスラリ粘度との関係を示す特性
図、第４図は石炭濃度とと粒径分布指数との関係
を示す特性図、第５図は粉砕時の石炭濃度と粉砕
動力との関係を示す特性図、第６図は本発明の各
製造工程における石炭粒子の粒度分布図である。 ３……湿式チユーブミル、８……脱灰装置、１
０……脱水装置、１３……湿式チユーブミル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 石炭粒子を低濃度で湿式粉砕する第１の湿式
   粉砕工程と、それによつて湿式粉砕したスラリを
   脱灰処理する脱灰工程と、脱灰後のスラリの水分
   を下げてスラリ中の石炭濃度を高める脱水工程
   と、その脱水工程によつて得られた高石炭濃度の
   スラリを湿式粉砕して石炭粒子の粒度調整をする
   第２の湿式粉砕工程とを備えていることを特徴と
   する石炭−水スラリの製造方法。 ２ 特許請求の範囲第１項記載において、前記第
   １の湿式粉砕工程におけるスラリ中の石炭濃度が
   約10〜70重量％の範囲に規制されていることを特
   徴とする石炭−水スラリの製造方法。 ３ 特許請求の範囲第１項記載において、前記脱
   水工程によりスラリ中の石炭濃度が約50〜80重量
   ％の範囲に規制されていることを特徴とする石炭
   −水スラリの製造方法。 ４ 特許請求の範囲第１項記載において、前記脱
   灰時の石炭粒子の74μｍより細かい粒子が、粒度
   調整された石炭−水スラリ中の石炭粒子の74μｍ
   より細かい粒子より約５〜30重量％少ないように
   規制されていることを特徴とする石炭−水スラリ
   の製造方法。 ５ 特許請求の範囲第１項記載において、前記脱
   水工程の後に界面活性剤が添加されることを特徴
   とする石炭−水スラリの製造方法。