JPS58138783A - 石炭液化供給スラリ−粘度の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は石炭溶剤スラリーの粘度を制御する方法に関す
るものである。これらのスラリーは供給材料として石炭
液化プロセスに使用される。

石油保有量の低下、高コストならびに低硫黄の清渉に燃
える燃料の要求により代替の燃料源を得るための稿々の
研究努力がなされた。豊富な家庭用石炭は環境に受入れ
られる方法で石油と石炭製品を置換する方法の広範な研
究を促した。これらの方法のうち有望なものは浴剤精製
炭プロセスである。

溶剤槽製炭プロセスが出合う問題は初期の石炭溶剤スラ
リーの粘度の制御である。粘度が高過ぎるスラリーはプ
ロセスにおけるポンプ汲上げおよび下流の処理が難しい
。低粘度のスラリーにはスラリーから沈降する粒子の問
題とプロセス装置の浸食の間貌がある。

供給スラリーの粘度は固体対溶剤の比を引下げることに
よって制御することができるが、これは下流処理システ
ムが供給流の増加量を扱うためさらＫｇｓ量が大きくな
ければならないので、装置のコスト増を招く。米国特許
第８．８４１．４４７号明細書にはスラリー濃度と粘度
の関係が開示されている。

米国特許第８．８５６．６５８号明細書には石炭溶剤ス
ラリーの粘度の問題と関係するシステムが開示されてい
る。この方法では、希薄スラリー流を最初所望の反応器
圧より僅かに大きい圧力に加圧する。次にこのスラリー
を液体サイクロンによってスラリーポンプから下流に濃
縮し、反応器に通すＯこの方法はスラリーポンプと反応
器との間に追加のプロセス段階を必要とするので、追加
の主要経費が必要となり操作コストが高くなる。

発明の概要 本発明の方法は、供給スラリー粘度を変化させると同時
に他の変数、例えば濃度、温度およびせん断速度を一定
に保つことにある。従って、石炭一度、温度および他の
変数を下流処理装置のパラメータ、および所望の範囲に
まで維持されている粘度に基づいて選択することができ
る。さらに、上述の従来技術のようにスラリーポンプを
通過した後にスラリーを濃縮する必要がない。

粘度が制御できる石炭溶剤スラリーは最初石炭を粉砕し
て生成する。適当な粘度のスラリーは石炭を粉砕して、
前記石炭の少なくとも８０％が８０メツシユスクリーン
を通過し前記石炭の８０参以下が４００メツシユスクリ
ーンを通過するような粒径分布となるように生成するこ
とができる。

次に粉砕炭を溶剤と混合する。あるいはまた、粉砕炭を
分級して、最大粒子が約８メツシユスクリーンな通過し
、少なくとも５Ｏｔｓが８０メツシユスクリーンを通過
するようにする（粒径はすべてタイラー標準ふるいシリ
ーズによる）。この分級の関、４００メツシユより小さ
いスクリーンを通過する粒子を一部除去する。次に、以
下で微細粉と呼ぶこれらの粒子を収集する。このように
分級した粉砕炭を炭化水素溶剤と混合しスラリーを生成
する。前もって除去し、た微細粉の一部をスラリーに戻
し、さらにスラリー粘度を制御する。

詳細な説明 スラリーの性質 石炭スラリーは非ニユートン流体である。石炭スラリー
の粘度は石炭濃度、温度、せん断速度、および経過時間
によって影響される。一層小さい範囲まで、使用する石
炭のタイプがスラリー粘度に影響することができる。本
発明者らは粉砕炭の粒径もスラリー粘度に重要な影響を
与えることを見出した。轡に、石炭微粉砕プロセスで生
成した微ｍ粉ｕスラリー粘度を大いに増加させる。この
石炭粒径と石炭供給スラリー粘度との関係を見出　　　
１．１ したことにより、本発明方法は腐食性の低粘度スラリー
と操作不能の高スラリー粘度の可能性を排除することが
できる・さらに、本発明は許容される粘度を越えないで
スラリー混合タンクに高温を用いることができる。これ
らの利点は順に石炭液化プラントの操作における熱的機
械的効率を改良させる。

実験結果 一８０メツシュまで荒く粉砕したパウハタン第す号炭を
用いて一連の試験をした。この粉砕炭の一部を、厚い螢
のセラミックコンテナト２個ノ１インチ銅球から成る実
験室ボールミルで再粉砕シた。

両方の粉砕した粉末を１６８℃（８２ｓｙ）にて８ＲＯ
プロセスからの再循環スラリーと混合した。

得られた各スラリーはそれぞれの粉末を８０重量嗟含有
していた。スラリー再循環溶剤の成分は炭化水嵩、灰分
および不溶性有機物質であった。上述の沸点範囲内の炭
化水素留分としての再循環溶剤および灰分と不溶性有機
物質（Ｉｏｎ）の組成を以下に示す。

成　　分　　　　　　　　　　　　　　　　　重量憾水
と６５℃（１５０？）以下で沸とうする膨化水素　　０
．０４炭化水素沸点 ６５°−１８１℃　（１６００−２５０”Ｆ　）０．０
５１１１　’−１７６℃（２５０’−８５０？）　　　
　　０ＪＩＳ１フロ°−２８３℃　（８５０Ｑ−４５０
”Ｆ）　　　　　　　　　１．Ｒｌｇａｇｏ−１８？　
ｔ？：　　（４５００−６５０下）４，９９２８？　’
−８４８℃（５５０’−６５０’Ｆ　）　　　　　８．
０１８４８０−８９８℃（６５０ｏ−７５０’Ｆ）　　
　　　８．Ｈ８９８°−４５４℃（９５０’−８６０’
Ｆ）　　　　　？、４２４５４°−４８２℃　（８５０
０−９００下）　　　　　　　１，８９４８Ｂ℃　（９
０Ｇ’Ｆ以上）　　　　　　　８９．１？ＩＯＭ　　　
　　　　　　　　　　　　１．５５訳　　分　　　　　
　　　　　　　　　　　　　２１１．８８２種のスラリ
ー粘度を、せん断速度１８．６秒−１、一定の時間間隔
にてブルックフィールドモデルＨム粘度計で測定した。

得られたデータを第１図に粘度対時間のプロットとして
示す。２種の粉末の粒径分布は次のようである。

細かい粉末　　　　　　　　　　荒い粉末メツシュ　　
　通過嘔　　　　　　　　　メツシュ　　通過嘔６０　
　　　１００　　　　　　　　　　　　６０　　　　　
９６Ｊ１００　　　　　９４Ｊ　　　　　　　　　　１
００　　　　　８５，０１４０　　　　　８？Ｊ　　　
　　　　　　　１４０　　　　　６８．６１００　　　
　　７６．８　　　　　　　　　　ＺＯＯ４８，１１７
０５９，８Ｓ７０　　　　　４４．２８２ｆｉ　　　　
　　４８．６　　　　　　　　　８２６　　　　　８９
．８４０Ｇ　　　　　　４１，１　　　　　　　　　４
００　　　　　２９．５このデータからすぐ判るように
、スラリー中の石炭固体の粒径はスラリー粘度に劇的な
効果を与え、この効果は時間と共に一層顕著となる。な
お使用する嗟はすべて重最多である。

パウハタン第６号炭の別の試料を粉砕し、次に示す粒径
区分に分離した。、、表現を易しくするため、例、ｔば
２．００メッシュスク、す５−ンを通過し２７０メツシ
ユスクリーンを通過しない粒子を８００メツシユより小
とする。

表　　示　　　　　粒径（メツシュ） ４００より小　　　　４００＋ ８２５より小　　　　８２６〜４００ ２７０より小　　　　Ｓ？０〜８２５ ＳＯＯより小　　　　　　　２ｏｏ　〜ｓｖ。

ＩＩＯより小　　　　　１６０〜２００１００より小　
　　　１００〜１５０ ６０より小　　　　　６０〜１００ 次に各部分を上記のように再循環スラリーと混合し粉砕
炭を８０重量憾含有するスラリーを生成した。仁のよう
に調製した各供給スラリーの粘度をブルックフィールド
モデル６　Ｘ　ＨＢＴ粘度計で測定し１種々の温度とせ
ん断速度での時間の関数としてプロットした◎ 第２図と第８図Ｆｉｓｏｏメツシュより小さい粒径のス
ラリーの稚々のせん断速度と温度で御」足した場合の時
間と粘度のプロット（おける変化を示　　１？ す。これらの図面に示すように、粘度はせん断速度に逆
比例して増加する。

１００メツシユより小さい粒子を含有するスラリーに対
するスラリー粘度と温度との間の関係を第４図に示す。

供給スラリー粘度はスラリ一温度の上昇と共に増加する
。

第す図は温度が１６８℃（８２５下）、せん断速度が１
８．６秒　で測定した時間と粘度のプロットを示す。同
様に第６図は温度が１？７℃（８５０７）、せん断速度
が１８．６秒　で測定した粘度データを示す。

せん断速度が８７．２秒　の各部分の粘度データは、１
ｆｌＢ℃（８１Ｂ？）と１？？Ｃ（８５０”Ｆ）（７）
温＆”ｔ”それぞれ第７図と第８図に示す。最後に、１
？？℃（８６０”Ｆ）の温度と９８秒　のせん断速度で
の各部分に対するデータを第９図に示す。これら図面は
大きい粒径を用いると同じスラリー粘度に対し高い温度
水準で操作できることを示している。これはスラリー再
循環流に必要な冷却範囲を減らすことにより、プロセス
全体の熱効率を著しく改善する。

第４〜９図にグラフで示すデータかられかるように、ス
ラリーの５脚粒径はスラリー粘度に影響を及ぼす主要な
変数である。２７０メツシユ以下のスクリーンを通過す
る粒径のスラリーは初期粘度が低く、時間と共に比較的
小さい粘度増加を示す。反対に、ｚ？０メツシュ以上の
スクリーンを通過する粒径のスラリーは初期粘度が高く
、時間と共に顕著な粘度増加を示す。

スラリー生成 溶剤に溶かした粉砕炭のスラリーを必要とするどのプロ
セスにおいてもスラリー粘度を制御することができるが
、特に本発明を石炭液化プロセスに適用する。石炭液化
プロセスの初期工程では適当な粒径に対する原料塊を減
らす。許容される原料塊炭は直径が０，６８　ｃｔｔｔ
　（０４５インチ）〜５．０８ｃｌＩＫ（２インチ）で
ある。この石炭は径を少なくとも８メツシユに減らす必
要がある。好ましくは、粉砕炭の平均粒径は、少なくと
も８０４の石炭が８０メツシユスクリーンを通過するよ
うなものでなければならない。

本発明を実施できる１例としては、微細粉を除去する追
加の王権を必要としない粉砕操作の結果として所望の粒
径分布が得られるような方法で石炭を粉砕する方法があ
る。

一般に所望の粒径分布では少なくとも８０憾の石炭が８
０メツシユスクリーンを通過ｔ、、１１０１以下の石炭
が４００メツシユスクリーンを通過する。石炭の８０係
以下が１００メツシユスクリーンを通過し、８０優以下
が２７０メツシユスクリーンを通過し、５チ以下が４０
０メツシユスクリーンを通過するような粗粒を用いるこ
とが望ましい場合が多い。また、一様な粗粒を示す他の
場合、例えばとの粒径分布では石炭の８０幅以下が１０
０メツシユスクリーンを通過し、５チ以下が２７０メツ
シユスクリーンを通過し、８チ以下が４００メツシユス
クリーンを通過する。所定のプロセスに対する正確な粒
径分布は勿論、スラリー粘度に影響する他の変数に基づ
き選択する必要があろう。

粒径に基づいた供給スラリー粘度を制御する能力があり
、他のプロセスパラメータに基づく変数に関連した他の
粘度の値を選ぶ余地があることは、本発明の独自の利点
のひとつである。

微粉砕は従来の既知の装置を用いて実施することができ
る。例えば、ポールレースミルを用いて満足な結果を得
ることがてきる。微粉砕装置は、規定外の大きさの材料
、すなわち８メツシュ以上の石炭粒子をさらに微粉砕す
るため装置に戻すように操作できる。

本発明を実施する第２の方法では、微粉砕工程に続いて
、微粉砕の間に生じた微細粉の少なくとも１部を除去す
る。スラリー粘度に影響する他の変数に関連して、一般
に４００メツシユスクリーンを通過する粒子は一部１石
炭の８９％以下が４００メツシユスクリーンを通過する
程度まで除去される。例えば特に濃縮したスラリーが望
ましい場合、２００メツシユスクリーンを通過する粒子
を部分的に除去することができる。微細粉の除去は既知
の標準装置で実施することができる。例えば、粉砕炭を
空気分級し、次に微細粉をサイクロンで収集することが
できる。また、スラリーの粘度を常に制御するために、
これら微細粉はｌたプロセス熱を与えるため燃料として
用いるのに適した大きさであり、あるいは石炭ガス化ユ
ニットの供給材料として用いることができる。

次に分級した粉砕炭をプロセス溶剤と混合する。

溶剤は石油または石炭誘導留出物である。一般に、溶剤
は石炭液化プロセスで生成（た液体生成物の留分である
。溶剤の一部はまた下流液化プロセスから再循環するこ
とができ、溶解炭および石炭固体を含むことができる。

使用した留出物の沸点範囲の選択は石炭精製プロセスの
操作条件に基づく。

一般に溶剤は沸点範囲が約１５０℃（８０２７）′ｌｋ
いし約７５０℃（１８８２″Ｆ）である。沸点範囲が約
２８０℃（４４６下）ないし約４８０℃（８９６下）の
重質留出物を柑いることが好ましい。

スラリーは粉砕炭と溶剤（もし用いるなら再循環スラリ
ーを含む）を、パドルまたは他の混合手段を備えた容器
内で混合して調製することができる。溶剤精製プロセス
で一般に用いられる溶剤対石炭の比は、一般に約１対ｌ
および約２．５対１の間である・ スラリー調製の間に、前もって除去した微細粉の一部な
スラゝリーに戻して添加し、最終スラリー粘度を所望の
範囲にする。スラリー粘度が約０．６１ｘ　１０　”〜
１．０２　ｘ　１０　”ｋｌ・ｓ／ｍ”　（約６００〜
１０００ｃｐ）であることが好ましい。これは沈降の問
題とプロセス装置の腐食の開−を回避するに十分な粘度
であり、ポンプで汲上げられない程の粘性がないスラリ
ーを与える。

本発明方法は微細粉をスラリーに戻して添加する最終工
Ｓなしで実施することができる。これは粉砕炭の平均粒
径を変え、微細粉を粉砕炭から不完全に除去して行うこ
とができる。しかし、制御の融通性により、好ましめ方
法は分離した微細粉の一部をスラリーに戻して粘度を所
望の範囲にすることを含む。微細粉を戻して添加するη
・しないかにかかわらず、最終スラリ二の粒径分布は上
述の範囲にする必要がある。

このようにして調製したスラリーを、次に溶剤精製炭プ
ロセスの処理装置に供給する。供給スラリー粘度を最適
にすると、スラリー中の固体の割合を太きくして操作す
ることができる。これは順に、少量の溶媒をプロセスに
通過させるように、下Ｒプロセス装置の利用において熱
効率および機緘的効率を一層太き（する。また、腐食し
やすい装置、例えばポンプや弁の寿命は、所望の粘度の
スラリーを処理することにより延びる。

【図面の簡単な説明】

第１図は２種のスラリー粉末の粘度と時間の関係を示す
グラフ、 第８図と＠８図は２００メツシユより小さい粒径のスラ
リーを種々のせん断速度と一定温度で測定した場合の粘
度と時間の関係を示すグラフ、第４図は１００メツシユ
より小さい粒径のスラリーを種々の温度で測定した場合
の粘度と時間の関係を示すグラフ、 第５図ないし第９図は一足の温度とせん断速度における
種々の粒径のスラリーの粘度と時間の関係を示すグラフ
である。 叫関Ａ今Ｊ ｇＩｒＭＩ伽 一唖−ｉ闇（ノラツ゛〕

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　石炭の少なくとも８０チが８０メツシユスクリーン
   を通過し、石炭の８０４以下が４００メツシエスターン
   を通過するような粒径分布である石炭を粉砕し； この粉砕炭と溶剤を混合してスラリーを生成する； 各工程から成る石炭液化プロセスの供給材料として使用
   する石炭溶剤スラリーを製造する方法。 九　石炭の８５憾以下が１００メツシユスクリーンを通
   過し、石炭の５０嗟以下が２７０メツシユスクリーンを
   通過し、石炭の８０憾以下が４００メツシユスクリーン
   を通過するような粒径分布である特許請求の範囲第１項
   記載の方法。 龜　石炭の８０畳以下が１００メツシユスクリーンを通
   過し、石炭の８０４以下が３７０メツシユスクリーンを
   通過し１石炭の５４以下が４００メツシユスクリーンを
   通過するような粒径分布である特許請求の範囲第２項記
   載の方法。 表　石炭の８０嘔以下が１００メツシユスクリーンを通
   過し、５４以下が２７０メツシユスクリーンを通過し、
   ８１１Ｉ以下が４００メツシユスクリーンを通過するよ
   うな粒径分布である特許請求の範囲第８項記載の方法。 ４　石炭を粉砕し； 最大径の粒子が８メツシユスクリーンを通過し、粒子の
   少なくとも８０参が８０メツシユスクリーンを通過（、
   ，４００メツシユスクリーンを通過する微細粉な、残り
   の粒子の８０１１以下が４００メツシユスクリーンを通
   過する範Ｉｉ！ｌまで部分的に除去するように石炭を分
   級し； 分級工程に続いて前記微細粉を収集し；前記分級した粉
   砕炭と炭化水ｓＳ剤を混合してスラリーを生成する； 各工程から成る制御できる粘度を有する右脚液化プロセ
   スの供給材料として使用する石炭溶剤スラリーを製造す
   る方法。 ＆　溶剤対石炭の比が約ｌ対ｌと約２．５対１の間であ
   る特許請求の範囲第５項記載の方法。 家　粉砕炭から除去した微細粉の一部をスラリー混合物
   に戻して添加し、さらにスラリー粘度を制御する特許請
   求の範囲第６項記載の方法。 ＆　石炭を粉砕し； 最大径の粒子が８メツシユスクリーンを通過し、粒子の
   少なくとも８０９ｇが８０メツシユスクリーンを通過し
   、４００メツシユスクリーンを通過する微細粉を、残り
   の粒子の８０係以下が４００メツシュスクリーンｔ−通
   過する範囲まで部分的に除去するように石炭を分級し； 分級工程に続いて前記微細粉を収集し；前記分級した粉
   砕炭を炭化水素溶剤を混合してスラリーを生成し； 粉砕炭から前もって除去した微細粉の一部をスラリー混
   合物に戻して添加し、スラリー粘度を制御する； 各工程から成る石炭液化プロセスの供給材料として使用
   する石炭溶剤スラリーの粘度を制御する方法。 龜　溶剤対石炭の比が約１対ｌと約２．５対１の間であ
   る特許請求の範囲第８項記載の方法。 １α　石炭の少なくとも８θ係が８０メツシユスクリー
   ンを通過する粉砕炭を溶剤に溶解してスラリーを生成し
   、この溶解炭を高温で水素と反応させる工程から成る溶
   剤精製炭プロセスにおけるスラリー粘度の制御方法にお
   いて、粉砕炭から、４００メツシユスクリーンを通過す
   る微細粉を、残りの石炭の８０憾以下””４°０１２ｙ
   、ｘｘｐ　＋）−ｙを通過す６範８１まで部分的に除去
   し；　　　　　　　　　　　　　　１前記微細粉を収集
   し； 前記粉砕炭と膨化水素溶剤を混合してスラリーを生成し
   ； 粉砕炭から前もって除去した微細粉の一部をスラリー混
   合物に戻して添加し、スラリー粘度を制御することを特
   徴とするスラリー粘度の制御方法。