JPH11335679A - 炭素質固体−水スラリーの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＣＷＭ製造設備のコスト低減及び工程の簡素
化を図るとともに高濃度のＣＷＭを得ること。 【解決手段】 低品位炭を粗砕した粗砕炭を５０〜７０
重量％の水とともに（つまり石炭濃度が３０〜５０重量
％）、回転円盤５１と固定円盤５２の対向面同士の間が
例えば１０００μｍとなるように調整されたコランダム
ミル５に供給し、最大粒径を１０００μｍ以下に制御し
ながら湿式粉砕を行って粒度分布の広い粉砕炭スラリー
を得る。このスラリーを改質システム３にて改質し、続
いてＣＷＭ化システム４にて脱水処理した後、水及び分
散剤等を加えて混練を行い、製品ＣＷＭを得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、石炭あるいはピッ
チ、コークス等の石油残渣の−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（Ｃｏ
ａｌ 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ＣＷ
Ｍ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、炭素質固体−
水スラリ−の製造方法において、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、第１の砥石
部材及び第２の砥石部材の間に形成される一定間隔例え
ば３０００μｍ以下の隙間の中に導き、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移動させて炭
素質固体を擦り潰すことにより炭素質固体を微粉砕する
微粉砕工程と、この微粉砕工程にて得られたスラリ−を
脱水する脱水工程と、次いで、脱水された脱水物に分散
剤を添加して混練することにより高濃度スラリ−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。この場合、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移動させて炭素質固
体を擦り潰す工程は、例えば第１の砥石部材を第２の砥
石部材に対して相対的に回転させることにより行うこと
ができ、例えばコランダムミルにより実施することがで
きる。また炭素質固体が低品位炭である場合、微粉砕工
程で得られたスラリ−は、例えば加圧、加熱の下で熱水
処理して改質された後、脱水工程で脱水される。

【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ＣＷ
Ｍ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ＣＷ
Ｍ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Ｃ
ＷＭ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５
１，５２の少なくとも外周及び下側を覆い、両円盤５
１，５２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５
１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、Ｃ
ＷＭ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１５００
ｒｐｍ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５
ｇ／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２
０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０．９
μｍであるが、最大粒径は実施例１がおおよそ５００μ
ｍ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１０
００ｃｐ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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 滝浪 高男 愛知県半田市州の崎町２番110 日揮株式 会社衣浦研究所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭素質固体と水とを炭素質固体濃度が３
   ０〜５０重量％の状態で、第１の砥石部材及び第２の砥
   石部材の間に形成される一定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
   移動させて炭素質固体を擦り潰すことにより炭素質固体
   を微粉砕する微粉砕工程と、 この微粉砕工程にて得られたスラリ−を脱水する脱水工
   程と、 次いで、脱水された脱水物に分散剤を添加して混練する
   ことにより高濃度スラリ−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。
2. 【請求項２】 第１の砥石部材を第２の砥石部材に対し
   て相対的に平行に移動させて炭素質固体を擦り潰す工程
   は、第１の砥石部材を第２の砥石部材に対して相対的に
   回転させることにより行われることを特徴とする請求項
   １記載の炭素質固体−水スラリ−の製造方法。
3. 【請求項３】 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工程
   は、コランダムミルにより行われることを特徴とする請
   求項２記載の炭素質固体−水スラリ−の製造方法。
4. 【請求項４】 第１の砥石部材及び第２の砥石部材の間
   に形成される一定間隔の隙間は、３０００μｍ以下であ
   る請求項１、２または３記載の炭素質固体−水スラリ−
   の製造方法。
5. 【請求項５】 炭素質固体は低品位炭であり、微粉砕工
   程で得られたスラリ−は、加圧、加熱の下で熱水処理し
   て改質された後、脱水工程で脱水されることを特徴とす
   る請求項１、２、３または４記載の炭素質固体−水スラ
   リ−の製造方法。