JPS5891798A - 石炭の灰分除去方法 - 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】 本発明は、石炭の灰分除去方法に関するものである。

近年１石油に代わる燃料として石炭が再検詞されている
。そして石炭の欠点とされている流動性の欠如、すなわ
ち液体である石油に比較した場合の、固体である石炭の
輸送等の取扱いの不便さ、そして石油に比較して高い比
率で含有されている不燃性成分、特に灰分、の問題につ
いても各種の対策が考えられ、実施されている。例えば
流動性の問題は、石炭を液化またはガス化するか、ある
いは微粉状としたのち、水系もしくは油・水系のスラリ
ー状とするなどの技術が開発されている。

一方、後者の灰分の除去方法としては各種の方法が開発
されている。それらの灰分除去方法の内、泡沫浮選法、
湿式造粒法および溶解ガス浮選法は比較的灰分除去率の
高い方法であるが、それぞれ種々の欠点があり、特に粒
度の細かい微粉炭の灰分除去方法としては実用的に充分
満足できる方法とは言えない。

すなわち、泡沫浮選法は主として粒径が０．５　ａｍ以
下の微粉炭の選別および灰分除去に用いられる方法であ
るが、対象の微粉炭か２００メツシユ以下のような粒子
の細かいものの場合、その目的である微粉炭の選別およ
び灰分除去か充分に行なわれにくく、また微粉炭の回収
率が低下するなどの欠点がある。

一方、湿式造粒法は、石炭が親油性で灰分か非親油性で
ある点を利用する方法であり、微粉炭を炭化水素油と水
とのン昆合物で処理することにより、炭化水素油を介し
て石炭層のみを凝集させて造粒し、この造粒物を、灰分
が移行した水相から、ふるいを用いて分離回収すること
からなる。この湿式造粒法は数ミクロン程度までの微粉
炭の選別が可能であり、また石炭層の回収率は８５〜８
８％に達する優れた方法である。しかしながら、次に述
べるような理由から灰分除去方法としては必ずしも満足
できる方法とは言いがたい。

即ち１石炭の灰分はその成因を根拠にして、（１）　石
炭に変化した植物の組成分として含まれていた無機分（
通常１％以下といわれる）；（２）　石炭層への地下水
の浸透により、地ド水に含有されていた無機分が石炭層
にｇ人し、析出したちの； （３）　石炭化してゆく過程で外部から浸入した鉱物性
物質； の三種類に分けられるか、量的に主となるのは。

（２）および（３）の灰分である。これらは石炭中に数
ミクロンの大きさで存在しており、理論的には、石炭を
非常に細かく粉砕することにより殆ど完全に除去できる
ものと考えられており、湿式造粒法による除去の対象と
なる灰分も（２）および（３）に属する灰分である。

しかしながら現在開発されている湿式造粒法には、次の
ような欠点があり、灰分除去率も低いレベルにある。

■）　石炭を数ミクロン、から数十ミクロン程度にまで
微粉砕した場合（超微粉状態）には石炭の表面積が増加
し、このような細かい粒子からなる微粉炭を、ふるいに
よる分離が可能となるような大きさの凝集物（造粒物）
とするためには炭化水素油の添加量を多くしなければな
らない。従って通常は、石炭１００重量部に対して炭化
水素油１５〜３０重量部が用いる必要がある。

２）　炭化水素油の量か多く、かつ造粒物の径も大きい
ため造粒物中に灰分が巻き込まれ、このため灰分除去率
が低下する。

３）　ふるいを用いて造粒物を分離する際に、ふるい上
で造粒物に灰分が付着する。この付着灰分は水洗によっ
ても除去し難く、従って充分な水洗を行なうための水の
量は非常に多量となる。

４）　超微粉からの造粒には多大な機械的エネルギーを
必要とするため、工業的な処理法としては不利になり、
粒度分布に制約を与えるか、あるいは該造粒物の循環処
理が必要となる。

上述のような従来の湿式造粒物の改良の試みも行なわれ
ているが、それらの方法はいずれも凝集物（造粒物）の
ふるいによる分離を基礎とする方法であり、操作が複雑
になる一方、充分満足できる効果が得られないとの問題
がある。

また溶解ガス浮選法は、微粉状石炭を含有する水中に空
気などのガスを加圧溶解させ、圧力開放時に発生する気
泡の浮上刃によって石炭層の凝集物を浮上させて、石炭
層を水相から分離することを原理とするものである。こ
の方法は、凝集物に適当な倣細な気泡を与えることがで
きるとの有利な点をもっている。しかしながら、石炭凝
集物に対する微細気泡の付着力が微弱なため、水洗操作
において気泡が脱離しやすく、水洗により石炭層が浮上
しなくなる傾向があるため、充分な水洗が行ないにくい
こと、そして溶解ガスを製造するための高圧装置が必要
となり、特に装置の大型化に対して制約を受けやすいこ
となどの欠点がある。

本発明は、従来の湿式造粒法と同様な原理に基づきなが
らも、石炭凝集物をふるいを用いることなく、かつ高い
灰分除去率を達成できる石炭の灰分除去方法を提供する
ものである。

本発明は、平均粒径が５０ミクロン以下の微粉状石炭１
００重量部、炭化水素油１〜２０重量部および水３００
〜１０００重量部を含む混合液内に気体を導入しながら
、固・液相の充分な接触を図ることにより石炭・油凝集
物を形成ごせ、次いで、石炭・油凝集物の大部分を含有
する有機相と、灰分を多く含有する水相とに相分離した
後、該水相を除去することを特徴とする石炭の灰分除去
方法からなるものである。

本発明は、石炭を微粉炭としこれを油と水の７゛昆合物
により処理して石炭と油との凝集物を形成させる点では
従来の湿式造粒法と共通している。しかし、本発明の灰
分除去方法は、従来のふるいによる分離を利用する方法
と異なり、有機相（石炭と油分からなる凝集物の大部分
を含む相）と水相（分離された灰分を多く含有する相）
との相分離を利用する方法である。従って本発明の灰分
除去方法では、凝集物の大きさをふるいによる分離操作
のために必要な程度まで大きくする必要がなく、このた
め超微粉状態の微粉炭を原料とすることが可能となり、
しかも炭化水素油の添加量を相対的に低減することかで
きる。そして、これらの効果により、従来の湿式造粒法
を利用した灰分除去処理の問題点として前に述べた１）
〜４）項の欠点のいずれについても、本発明の方法によ
り改善されることになる。また本発明の灰分除去方法に
おける石炭分の回収率も８５％以」二となり、従って従
来の湿式造粒法による高い回収率と同等のレベルに達す
る。

次に本発明の詳細な説明する。

本発明の灰分除去方法では従来の湿式造粒法に使用する
微粉炭以トに微粉砕した石炭粉末を使用する。即ち微粉
炭の平均粒度は、５０ミクロン以下とする必要かあり、
粒度が粗いと灰分除去率の低下をまねくのみならず有機
相と水相との分離も困難となる。好ましくは平均粒径を
３０ミクロン以下とする。微粉炭の粒度をこのような範
囲のものとすることにより本発明の灰分除去方法の効果
は非常に高いものとなる。なお微粉炭の調製に当っては
湿式粉砕法を利用することが好ましく、この方法により
調製された微粉炭を用いた場合、特に高い灰分除去率が
達成できる。

本発明で使用する炭化水素油は、従来の湿式造粒法に用
いられている炭化水素油と同様に、石油、頁岩油、ター
ルサンド及び石炭から得られる各種の炭化水素油から任
意に選ぶことがきる。好ましい炭化水素油の例としては
、重質精製石油留分、重質ガス重油、灯油、残査油及び
コールタールなどを挙げることができる。特に好ましい
ものは入手が容易でかつ安価な重油類である。

本発明の第１工程は、上記のような微粉状石炭１００重
量部、炭化水素油１〜２０重量部および水３００〜１０
００重量部を含む混合液内に気体を導入しながら、攪拌
などにより固・液相の充分な接触を図って石炭・油凝集
物を形成させることからなる。

混合液内への気体の導入は、混合液の中に微小な気泡を
形成させて石炭・油凝集物の形成および浮」二を効率的
に達成させるために行なうものである。従って、導入す
る気体は、４昆合液の各成分に対して不活性である限り
特に制限はなく、例えば、空気、炭酸ガス、窒素ガスな
どが一般的に用いられる。実用上では空気が好ましい。

導入すべき気体の量、は、凝集物の浮上に必要な最少限
の量、あるいはその最少限の量より若干多い程度の間で
よい。混合液内に必要以上の気体を導入した場合には、
浮」ニした凝集物の水分含有量か高くなり、また灰分連
行現象が大きくなるため灰分除去率が低下する傾向もあ
るため好ましくない。７７を合液内に導入すべき気体の
量は、処理対象の石炭の種類、粒度分布、濃度、炭化水
素油の添加量、など種々の条件により変動するが、一般
には、石炭１０００ｋｇに対して２５０〜２０００（好
ましくは、２５０〜３５０）ｌｊの範囲の量である。

混合液内への気体の導入は各種の手段により行なうこと
ができる。例えば、凝集物の形成工程をタンク内などで
行なう場合には、タンクの底部あるいは側壁に気体導入
口を設けて、そこから気体を導入するか、あるいは任意
の位置に気体導入ノズルを設けて、そのノズルから混合
液内に気体を吹き込んでもよい。また、気体の導入にあ
たっては、混合液の液面の自由表面から、その上面に存
在する気体を強制巻き込みする方法による気体溝、　入
法を併用することもできる。凝集物の形成工程をパイプ
ライン中などで連続的に行なう場合には、パイプライン
の側壁に上記のタンクの場合と同様に気体導入口あるい
は気体導入ノズルなどをけて、そこから、連続的に移動
中の混合液に気体を導入する方法などがとられる。なお
、混合液内に気体を導入するには、必ずしも連続的に行
なう必要はなく１間欠的な気体の導入でもよい。

ン昆合液には、上記のような気体の導入と、例えば、攪
拌、噴射流の形成など任意の方法による固・液相の充分
な接触とにより石炭・油凝集物が形成し、混合液の上層
に浮上する。撹拌などによる固・液相の接触を充分に行
なうために要する時間は、その接触促進手段の効率、混
合液の濃度、量などにより変動するが、一般には１〜ｌ
Ｏ分程度で充分である。

混合液内に、灰分速行率が低く、かつ浮上性の高い石炭
・油凝集物を形成させるためには、混合液内に形成させ
る気泡の径は約＋００　ｊＬｍ以下、特に約３０ｐｍ以
下となるようにするのが好ましい。

そのためには、気体導入条件などの調整などによる方法
も有効であるが、更に有効なのは、混合液に適当な界面
活性剤を添加する方法である。

そのような目的に適当な界面活性剤としては、起泡力も
しくは浸透性を有する界面活性剤を挙げることができる
。また界面活性剤は混合液に、その中に含まれる水に対
してｌＯ〜２０００　ｐｐｍの量で添加することが好ま
しい。

混合液に添加した場合の界面活性剤の効果は次のように
考えられる。

（ａ）石炭粒子の水中への分散を助け、灰分の除去を促
進する。

（ｂ）炭化水素油の水中への分散を助ける。

（ｃ）石炭粒子と炭化水素油との均質な接触を助け、均
質な凝集物の生成を促進する。

（ｄ）石炭粒子と炭化水素油の凝集物（石炭・油凝集物
）の相と水相との相分離を促進して、石炭・油凝集物の
浮上をはやめる。

上記のような効果を有効に発揮する界面活性剤としては
起泡性もしくは浸透性を有するものが好ましい。そのよ
うな界面活性剤としては、ＨＬＢか９〜１７のアニオン
系もしくはノニオン系界面活性剤を挙げることができる
。その具体例としては、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ナトリウム
、ラウリル硫酸すトリウム、ラウリル硫酸アンモニウム
、ポリオキシエチレンステアリン酸エステル、ポリオキ
シエチレンンルビタンモノステアリン酸エステル、ポリ
オキシエチレンンルビタントリステアリン酸エステル、
ポリオ午ジエチレンラウリルアルコール、ポリオキシエ
チレンｅノニルフェノールエーテル、およびポリオキシ
エチレン・ラウリルエーテルなどを挙げることができる
。

界面活性剤は、一種のみを使用することも可能であり、
また二種以上を組み合わせて使用することもできる。

界面活性剤は、前記のように水に対して１０〜２０００
ｐｐｍ　　（好ましくは、８０〜８００ｐｐｍ）の量に
なるように添加する。１０ｐｐｍよりも少ない量では界
面活性剤添加の効果が現れに〈〈、また２０００ｐｐＩ
１１を越える都では、水の表面張力の低下が激しく凝集
物の形成が妨げられ、また炭化水素油の水相への可溶化
が顕著となるため好ましくない。

界面活性剤の添加による効果を更に助長するためには更
に無ａ墳類を添加することが好ましい。

無機塩類としては、水溶性でかつアルカリ性を示すもの
が好ましい。石炭・油凝集物はｐＨ６以下では形成され
にくく、ｐＨ７以上で安定な凝集物が得られやすい。従
って、アルカリ性を示す水溶性無機塩類を界面活性剤と
併用することにより灰分除去率の向上、凝集物の分離性
能の向上などが可能となる。

好ましいｓｔａ塩類の例としては、トリポリリン酸ナト
リウム、ピロリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナト
リウムなどのリン酸塩；炭酸ナトリウム、炭酸水素ナト
リウムなどの炭酸塩；オルソケイ酸すトリウム、メタケ
イ酸すトリウムなどのケイ酸塩；そしてＣＭＣのナトリ
ウム塩などのアルカリ性塩類を挙げることかできる。ま
た、塩化ナトリウム、硫酸ナトリウムなどの中性塩類も
単独で、または上記のアルカリ性塩類との併用により使
用することができる。特に好ましい無ａ塩類は、リン酸
塩である。

本発明の灰分除去方法は、例えば、次のような操作によ
り実施される。

所定量の微粉炭（平均粒径５ｏミクロン以下のもの）、
および水、そして、所望により、界面活性剤と無機塩類
よりなる石炭スラリーを撹拌し、これに所定量の炭化水
素油を加え、次いで気体を導入しながら更に撹拌を続け
、スラリー中の固・液相の充分な接触を図る。この段階
で必要により界面活性剤および／または無ｍ塩類を追加
する。凝集物が充分に生成したのち、気体の導入および
攪拌を停止して、生成した石炭・油凝集物の大部分を含
有する有機相と灰分（さらに、無機塩類を添加した場合
には、その無機塩類も）を多く含有する水相に相分離す
るように静置する。

水相を次いで除去し、これを廃棄するが、または含有さ
れている灰分を除去したのち、石炭スラリー製造のため
に循環使用する。

有機相は原料の微粉炭に比べて灰分含有量が大幅に低下
しているため、このまま乾燥して石炭の各用途に使用し
てもよい。しかし、石炭・油凝集物の生成時あるいは相
分離時の凝集物あるいは有機系相への灰分または無ｍ塩
類の混入は避けられず、このためこの灰分または無機塩
類を更に除去することが望ましい、従って、分離した有
機相は、更に水（１０００〜２０００ｐｐｍ程度の界面
活性剤が含まれていることが好ましく、界面活性剤とし
ては、前述のような起泡性もしくは浸透性を有するもの
が好ましい）で洗浄することが望ましく、このような洗
浄処理により、得られる微粉炭の凝集物（石炭・油凝集
物）の灰分含有量を更に低下させることができる。

このようにして、洗浄処理を行なった石炭・油凝集物は
、相分離、遠心分離、ろ過などに任意の分離方法を利用
することにより、洗浄液から分離することができ、次い
で、脱水、乾燥処理を行なったのち、製品として使用す
る。

以上に詳しく説明したように１本発明の方法においては
、従来の湿式造粒法に比べて、ふるいの使用が省略され
、また比較的少量の炭化水素油の使用ですむとの利点が
あるのみでなく、特に灰分除去処理後に回収される微粉
炭の灰分含有率が大幅に低下するとの効果がある。この
ような顕著な灰分除去効率を、本発明は、装置および添
加剤などの比較的簡単な変更により達成することを可能
にしたものであり、工業的に特に有利な方法と言うこと
ができる。

次に本発明の実施例および比較例を記載する。

［実施例１］ ｍ　ｌ粉炭試料の調製 第１表に記載したハンターバレー炭を乾式粉砕して粒径
５００ｐＬ以下の粉末とし、更にボールミルで粒径７４
ル以下の粉末が８５％以上となるまで湿式粉砕して、濃
度３０重量％の石炭スラリーを得た。

第１表 ハウターバレー炭 工業分析（恒温ベース、重量％） 水分＋３．５．　　灰分：１２．４．　　揮発分：　３
２．３固定炭素：　　５１．８ 発熱量　　　８８００　ｋｃａｌ／ｋｇ元素分析（無水
無灰ベース、重量％） Ｃ：８２．０．　　Ｈ：　　５．６．　　Ｎ：　　１．
７Ｓ　：　　０．４　、　　Ｏ：　１０．３（２）灰分
除去操作 上記のスラリー状の微粉炭試料を適当量均一に採取し、
これを容積２１の攪拌槽に入れ、次に石炭に対して水の
量が約７．８倍となるように水を加えた。攪拌槽として
は、底部よりの通気が可能な浮遊選鉱機（大型）を用い
た。さらに石炭に対して６重量％のＣ重油を添加した。

スラリー内に空気を導入しながら、８００ｒｐｍの回転
速度で撹拌を行なった。

攪拌を３分間継続したのち、生成した凝集物を静置によ
り浮上させた。下層の灰分・水懸濁液を分液により取り
除いたのち、凝集物を清浄な水に投入し、撹拌して洗浄
した。次いで静置したのち、凝集物を分−回収した。

分離回収した凝集物の一部を　１０７°Ｃ１３時間の乾
燥を行なったのち、凝集物の油分なｎ−へ午サン抽出法
により測定し、そして、この油分を抽出除去した後の残
分中の灰分をＪＩＳ−８８１２に規定された測定法によ
り測定し、この値を凝集物灰分とした。

また、石炭回収率および灰分除去率は、次に示す式によ
り初出した。

石炭回収率（％）＝［凝集物重量×（１−油料着率）×
（ｌ−含水率）×（１−凝集物石炭灰分率］÷［試料石
炭重量×（１−試料石炭中法分率）コＸｉ　００ 灰分除去率（％）＝［ｌ−（凝集物石炭灰分率÷試料石
炭中法分率）］Ｘ１００ 得られた結果は実施例２の結果とともに第２表に示す。

［実施例２］ 実施例１で調製したスラリー状の倣粉炭試ネ：１を用い
、これに実施例１と同様に水およびＣ重油を９ 加え、さらに界面活性剤（ポリオキシエチレンアルキル
エーテル硫酸すトリウム）と無機塩（ピロリン酸すＩ・
リウム）とをそれぞれ水に対して３７５ｐｐｍと２５０
０ｐｐｍとなるように加えた後、同様にして灰分除去操
作を行なった。ただし、４安打時間は、５分間とした。

分離回収した凝集物について実施例１と同様にして洗浄
操作を行なったが、この例では、洗浄用の水として巾な
る水でなく、」二記と同じ界面活性剤を２５００ＰＰＩ
Ｉｌ含む水を用いた。得られた凝集物について、実施例
１と同様な測定を行なった。結果を第２表に示す。

［比較例１］ 実施例１で調製したスラリー状の微粉炭試料を用い、こ
れに実施例１と同様に水およびＣ重油を加え、さらに実
施例２と同様に界面活性剤（ポリオキシエチレンアルキ
ルエーテル硫酸すトリウム）と無機塩（ピロリン酸すＩ
・リウム）とをそれぞれ水に対して３？５ＰＰｍと２５
００ｐｐｍとなるように加えた。ただし、容器に納めら
れた」−記のスラリー状０ の微粉炭試料を含む混合物液の上面から液相に巻き込ま
れる気体の星を実質的にゼロとするために、容器の」二
輪一杯まで′４昆合物液を満たした。そして、撹拌は、
混合物液に気体を導入しない状態で実施した。また混合
物液への気体の導入を行なわずにＩＷ拌を行なうと、微
粉炭試料の凝集か不充分になるため、Ｃ重油の添加量を
、石炭に対して２０重量％となるように増加して、凝集
性を高めた。

撹拌は８００ｒｐｍの回転速度で、３０分間行なったが
充分な大きさの凝集物ができに＜＜、このため、静置に
よっても充分な相分離が実現しなかった。従って、生成
した石炭・油凝集物の分離は、　２５０ルのふるいを用
いて行なった。

ふるい」二に取り出した凝集物に水を注ぐことにより凝
集物の洗浄を行ない、その洗浄後の凝集物について、実
施例１と同様な測定を行なった。結果を第２表に示す。

第２表 実施例１　実施例２　比較例１ 平均粒ｔ’ｌ　　　　　　ｌｏｇ　　　　ｌｏｐ　　　
　ｌｏｐ試料（７）　ＪＬ　　　　　１８００　ｇ　　
　２０００　ｇ　　　２０００　ｇ試料中の石炭量　２
４０　ｇ　　　　２８０　ｇ　　　　２６０　ｇ石炭の
灰分率　　１２．５％　　１２．５％　　１２．５％空
気導入量　　　８０　Ｎｃｃ　　　９０　Ｎｃｃ　　　
　Ｏ凝集物石炭灰分率３．７％　　２．５％　　７．４
％石炭分回収率　　８７．８％　　８５．６％　　８８
．３％灰分除去率　　　７０．４％　　８０．０％　　
４０．３％特許出願人　　宇部興産株式会社 代理人　　　弁理士　　柳川泰男

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ。平均粒径が５０ミクロン以下の微粉状石炭１００重
   量部、炭化水素油１〜２０重量部および水３００〜１０
   ００重量部を含む混合液内に気体を導入しながら、固・
   液相の充分な接触を図ることにより石炭・油凝集物を形
   成させ、次いで１石炭・油凝集物の大部分を含有する有
   機相と、灰分を多く含有する水相とに相分離した後、該
   水相を除去することを特徴とする石炭の灰分除去方法。 ２゜混合液に、水に対して１０〜２０００　ｐｐｍの量
   の起泡力もしくは浸透性を有する界面活性剤か添加され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の石
   炭の灰分除去方法。 ３゜水相を分離・除去したのちの有機相を更に水で洗浄
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の石炭
   の灰分除去方法。