JPS59500520A - 石炭−水分散液およびその製造方法 - 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】 本発明は貯蔵時に非常に安定であシかつ輸送にまた予備脱水なしの直接エネルギ ー生成に適した石炭−水分散液に係る。よシ詳しく述べると、本発明は水、石炭 粉および添加剤からなシ、石炭粉含有量が少々くとも６０重量係である分散液に 係る。

石炭分散液は汚染かかなり少なく、しかも固体石炭より取扱いが容易であり、ま た輸送および貯蔵にともなういくつかの危険を除去し得る。このような分散液は 経済性の観点からも好ましい。

石炭分散液を用いる理由は電気、蒸気および熱を生成する大工場ならびに小工場 において石、炭を基本的エネルギー源として用いる計画が増加しているからであ る。これに関連して固体石炭を取扱うことはいくつかの理由で困難であり、その ために石炭を液体状にして輸送することが有利な方法であると一般的に考えられ ている。石炭を化学的に液体生成物に変換すること、所謂液化（’１ｉｑｕｅｆ ａｃｔｉｏｎ）は未だ石油に匹敵し得す、この方法は２０ＣＩＯ年（西暦）ぎシ ぎ９直前になってやっとグローバルなエネルｑ　−供給に貢献すると考えられて いる。石炭を化学的に気体に変換すること、所謂気化（ｇａｓｊｆｉｃａｔｉｏ ｎ）は石炭を利用するのにより好都合な方法であるように思われる。しかしなが ら、この方法はその技術開発に犬き々努力が払われているにもかかわらず、かな ９の技術的困難がいまだに残されている。

石炭を液体状に変換するもう１つの方法は物理的変換であり、本発明はこの方法 に関する。これは石らなってもよい液体に分散することによって行なわれる。

石炭粉を水に分散させる場合の主な問題点は、低粘度で分散液を安定にすること にある。石炭−水分散液の貯蔵または輸送の際石炭粉が沈殿してはならない。さ らに、石炭−水分散液は高いポンプ操作性を有しかつレオロジー特性を有して、 慣用技術を最小限に変更するだけで燃焼させるのに適当であるべきである。

公開国際出願Ｗ　０３１１０１１５２に依ると、陰イオン界面活性剤と他の添加 剤のうち少なくとも１種類の電解質とを用いて沈殿を防止し、レオロジー特性を 改良している。試験によると沈殿の安定化ならびにレオロジー特性は所要の程度 には満足すべきものではない。

スウェーデン国出願公開第７’８０５６’３２−２号明細書に、沈殿に対する安 定化作用を慣用の高分子電解質、その中でもポリフォスフェートで達成する石炭 −水分散液が開示されている。この場合にも沈殿に対する安定化は満足なもので はない。さらに、燃焼時に燃料を霧化する必要性は例えば凝集体の生成のために 問題を有している。

米国特許第４２４２０９８号明細書（は多くの水溶性ポリマー（７３？リエチレ ンオキシド、ポリアクリルアミド等）の添加によって安定化した石炭−水分散液 を記載している。この分散液（仁上記の分散液に較べて改良が達成されているが 、予備脱水なしでエネルギー生成するのに直接使用し得ない。

分散液の安定化の理論は最近かな９洗礫された。

理論は拡張されて更に濃厚な系を含むようになったが、なかでも新しい種類の相 互作用が証明された。

界面活性剤および高分子電解質による静電気的安定化そしてポリマーによる立体 的安定化のように既に公知の作用のほかに、更に中心作用所謂水利力が存在する 。この作用力は最近確認され、また理論的に説明された。水和力（−ｊ：、おそ らくその他の種類の相互作用と共に本発明の主要な基礎をなし、今日入手可能な 技術に最小限の変更を加えて予備脱水なしで直接燃焼するのによく適した、前記 のタイグの長期間安定な石炭−水分散液を提供する。

本発明に依る分散液は、石炭粉の表面に吸着されて水和力によって石炭粉間に反 撥力を与える少なくとも１種類の物質を含有することを特徴とする。

上記物質は双性イオン両親媒性物質 （ｚｗｉｔｔｅｒｉｏｎｉｃ　ａｍｐｈｉｐｈｉｌｅ　）またはその誘導体でち って両性（ａｍｐｈｏｔｅｒｉｃ　）の性質を持つものからなることが好ましい 。

上記物質は全分散液の重量の約０．０１〜約０．１５％存在することが適当でち ゃ、約Ｏ３１％が好ましい。

本発明は、同様に、水利力によって石炭粒子間に反撥力を与える前記物質を水に 分散するかまたは有機溶剤に溶解している石炭粉に供給する分散液の製造方法を 提供する。

この分散液は、大きく減少した摩擦力で分散液をポンプ操作しそしてパイプライ ンを通して輸送することを許容するレオロジー特注を有し、また特に、凝集なら びに沈殿に対する大きく改良された安定性を有する。さらに、この分散液は適当 な・ぐ−す装置において凝集体を形成することなく霧化し得るような特性を有す る＠ 熱力学的に当然に不安定な石炭−水分散液を安定化した場合、粒子の吸引力に対 抗する／６　リヤを作ることによって沈殿速度および凝集速度を低減することが できる。この反撥作用は３つの主要原理によって達成されることが可能である。

静電気的安定化と立体的安定化と水和力による安定化とである。安定化によって 粒子のエネルギーが変化しそして（また（ハ）粒子間の吸引を防止するバリヤが 作られる。これらの原理に基づいて少量の有機添加剤を加えることによって高含 有量の石炭を水媒体中に安定化させることが可能である。

安定なコロイド系を作るには、粒子間の吸引力を最小限にしかつ凝集と続いて起 きる沈殿に対する反撥バリヤが生じるような特性を系に付与する必要がある。親 水性ポリマーによるある種の立体的安定化は石炭−水分散液の長期間にわたる安 定化のために好ましい条件を提供する。

イオン性界面活性剤の系におけるラメラ液晶相の研究から、それらの相が膨潤し 、大量の水を取り込みうることか示された。これは界面活性剤の隣接層間の水の 層における反撥力によって説明され、静電気的二重層の作用に関係する。燐脂質 レシチンのような双性イオン（ｚｗｉｔｔｅｒｉｏｎｉｃ　）物質では膨潤は著 しくはないが、それにもかかわらずそれは非常に明瞭である。これは正味の電荷 が不存在の場合においてもかな９の反撥力が存在することを示している。

この反撥力、所謂、水和力は特性長０２〜Ｑ、　３　ｍｍで距離とともにほぼ指 数関数的に変化する。この力（は一般的な性質のものであり、アルキル鎖の長さ や鎖（液体または固体）の物理的条件とともに変化せず、しかも多量の電荷を有 する界面活性剤が系に含められた場合にも存在する。水利力は相互に数オングス トローム隔った表面間の力を直接測定することによっても確認されている。水和 水の理論モデルが最近提出され、それによるとこれらの力を有効誘電定数が変化 する界面における所謂鏡面電荷（ｍｉｒｒｏｒｃｈａｒｇｅ　）の存在と結びつ けることが可能である。

双性イオン基を有するこうした鏡面電荷はミクロおよびマクロの不均質系に共通 であろう。これらは本発明に依シ高誘電媒体中の低誘電物質の懸濁体に所望な特 性を付与するために利用される。そのとき、レシチンのような双性イオン界面活 性剤は固体粒子の表面に吸着することが可能である。すると、粒子間の強い反撥 力が短距離において存在する。従ってこの原理は濃厚な分散液において特に有用 であろう。

疑イＶ、塑性（ジノイドグラスチック）、チキントロープのレオロジーを得るた めに分散液に水溶性ポリマーも添加する。本発明による水利力とよく共働する適 当なポリマーにはとりわけポリアクリラートの共重合体、ポリサツカリド、ポリ オキシエチレン、またはポリスルフォネートで釣り合いのとれた親水性−親油性 含有量のものである。

本発明を例を参照して以下に更に詳しく説明する。

肚 １、　水に比較的溶解しにくいレシチンやアルキルベタインのような非ミセル形 成双性イオン界面活住剤を先ず有機溶剤に溶解する。溶剤は例えばオクタツール 、ヘキサデ刀ンまたはメタノールからなることが可能であり、適当な仕方で回収 し得るか、あるいは少量の分散液を含むことが可能である。選択的に、界面活性 剤はおそらくラメラ液晶相の形で水に直接分散させるか、またはレシチンと可溶 性混合凝集体を作る性質を有する添加剤を添加して水に溶解することが可能であ る。

２　界面活性製剤を石炭粉の分散液に添加するか、また（・ま粉砕工程に結びつ けて添加する。例えば、石炭粉は固体石炭を湿式粉砕することによって製造する ことができ、こうして人手した石炭粉は選鉱（ｂｅｎｅｆ　１ｃａｔｉｏｎ　） され、脱水される。この場合、界面活性製剤は粉砕処理中に粉砕助剤として、ち るいは選鉱処理中に石炭表面をより親水性にする浮揚剤として、あるい（は脱水 処理の後に石炭粉に対して添加することができる。最終製品中の石炭粉の適当な 粒度（ｆｒａｃｔｉｏｎ　）　（ｒＪ広い粒径分布を持って（多分散石炭粉）１ 〜２００μｍの範囲にある。最適の充填はフラー（Ｆｕｌｌｅｒ　）によって得 られる。粒径が小さいほど安定性は太きいが、石炭をサブミクロンオーダーの粒 径捷で粉砕することは高価になる。粒子濃度は広い範囲内で変わりうる。粒子濃 度は経済的および技術的側面を考慮して場合に応じて最適化すべきである。乾燥 物質の含有量６５〜８０重量係の石炭−水分散液（は、高いエネルギー含量と例 えば・ぐイブライン輸送に良好なレオロジー特性を有しているので特に有益であ る。最も高い石炭官有量（７０〜８０重量％）を達成するためには粒径分布を特 に考慮に入れなければならない。普通の場合、これは異なる粒径の粒子を充填す るとき自由空間が最小限になるようにする単純な幾何牢的考慮に基づいて行なう 。同様に、０５〜５　ｍｍのより大きい石炭粒子を分散液に添加して、特に輸送 の観点からこうしてよりエネルギーに富む石炭−水分散液を得ることが可能でち る。

本発明：ζ；夕九ば、スラ：、１−に粉砕工程においてまたｊはその後に油を添 加して（０〜１０％）、特に小規僕な応用に３いて、スラリーを燃焼する場合の 炎の安定性を改善することも可能である。

吸着処理後、所望のレオコシ−を達成し、ある種の立体的バリヤーを形成するた めに、また粒子間の摩擦を低減するために１種頓またはセスーシ以上の親水１生 のイオン性また（ｄ非イオン性ポリマーを分散液に添加することができる。例え ば、ポリエーテル、ポリサツカリド、ポリアルコール、およびポリアクリラート の中から選ぶことができる。本発明において特に適当なものはポリエチレンオキ シド、ポリエチレンオキシドーポリプロピレンオキシドタイプの共重合体、カル ボキシメチルセルロース、キサンタンガム、およびブロックまた（はグラフト共 重合体タイプのポリマーで約９合いのとれた親水性−親油性含有量を持つもので ある。合計重量基準のポリマーの濃度は重量飴で０１〜５％で変わるが、経済的 には約０５％で最適になる。

分散液を石油に代わる非汚染性の代替物としてよシ魅力的なものとするために、 ある種のアルカリ塩またはアルカリ土類塩全分散液に添加することができ、燃料 を利用する場合に生成する酸化物の所望な還元を達成するために燃料中の硫黄の 化学量論的含有量に対応する量を添加することが適当である。この塩は水酸化カ ルシウムまたはドロマイト粉末であることが好ましい。塩は燃料の酸化で発生す る酸性ガス成分を中和し、粒子分離手段（ｐａｒｔｉｃｌｅｐｅｒｃｉｐｉｔａ ｔｏｒ　）で回収し得る。

水が石炭−水分散液から蒸発するのを防止するために分散液に助剤を添加して界 面に単分子膜を形成することができる。そうした助剤はセチルアルコールまたは ヘキサデカン（ｈｅｘａｃｌｅｃａｎｏ　）であシ、１〜１０容積係添加するこ とが適当である。

本発明は石炭粒子を水に安定化する従来技術を越える実質的な利点を有する。優 れた沈殿安定性と共にポンプ操作に好ましいレオロジー特性のために、得られる 分散液は例えば化学工業において用いるためにあるいは直接エイ・ルギー生成の ために適当なやり万で導管または・−イブラインを介して石炭を輸送するのによ く適合している。

重油用に設計されたボイラでの試験（でおいてこの分散液は石油と完全にまたは 一部置き換えるのに大変に適していることが示された。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　水、石炭粉および添加剤を含有し、石炭粉の含有量が６０〜８５重量％であ フ、石炭粉の表面に吸着されて水和力による石炭粉粒子間に反抗力を与える少な くとも１種類の物質を含有することを特徴とする分散液。 ２　前記物質が双性イオン両親媒性剤またはその誘導体で両性の挙動をするもの である請求の範囲第１項記載の分散液。 ３、　双性イオン両親媒性剤が双性イオン性燐脂質、例えばレシチン、アルキル ベタインまたはそれらの重合性誘導体である請求の範囲第２項記載の分散液。 ４、　燐脂質が部分的に双性イオン性かつ部分的に陰イオン性であることによっ て石炭粉粒子間の反抗力が増大されている請求の範囲第３項記載の分散液。 ５、　前記物質と共働するポリマーであってそのポリマーのうち少なくとも１種 類が疎水性ならびに親水性の性質のセグメントを有するものを更１て含有してい る請求の範囲第１〜４項のいずれかに記載の分散液。 ６、　あるポリマーがブロックまたはグラフト共重合体タイプである請求の範囲 第５項記載の分散液。 ７、オるポリマーが石炭表面への大きな吸引力を持つ疎水性ベースを有する共重 合体であり、かつ親水性末尾がポリサツカリド、ポリエチレンオキシド、ポリカ ルボキシラードまたはポリアミドに基づくポリ１−である請求の範囲第５項記載 の分散液。 ８、　あるポリマーがポリエチレンオキシドが主要量のポリプロピレンとポリエ チレンオキシドの共重合体である請求の範囲第５項記載の分散液。 ９、　共重合体の分子量が５０００〜５０．０００である請求の範囲第８項記載 の分散液。 １０　共重合体が少なくとも７０重量％のポリエチレンオキシドを含有し、分子 量が５ｏｏｏ〜ＩＥｂＯＯＯである請求の範囲第９項記載の分散液。 １１、あるポリマーがポリサツカリドである請求の範囲第５項記載の分散液。 １２、ポリサツカリドがキサンタンガムまたはグアヤゴムまたはアルギン酸塩で ある請求の範囲第１１項記載の分散液。 １３、添加剤の合計量が２重量係未満である請求の範囲第１項記載の分散液。 １４．０〜１４重量係重量管含有している請求の範囲第１項記載の分散液。 １５、請求の範囲第１〜１４項のいずれかに記載の分散液を製造する方法であっ て、水利性によって石炭粉粒子間に反抗力を与える前記物質を水に分散するかま たは有機溶剤に溶解するかして石炭粉に供給することを特徴とする方法。