JPS59500817A - 微粉砕炭素質物質のスラリ−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】 微粉砕炭素質物質のスラリー製造方法 本発明は微粉砕炭素質物質の形で固体燃料のスラリーを製造するための方法に関 するものである。

本発明の関係において使用される用語「固体燃料」は種々のタイプの炭素質物質 、例えば歴青炭、無煙炭、亜歴青炭および亜炭、木炭および石油コークス、アス ファルテンのような生成物による固体精製物等から成る。

今日熱生成は液体または気体燃料の燃焼に大いに依存しており、従って既存のプ ラントをこれらの自然の形態で燃料の輸送、貯蔵および燃焼に適応させている。

埋戻への変化は大規模な改造と新規の投資を伴うので石炭を液体または気体の燃 料生成物に転換する種々の方法に熱心な関心が示されたことは勿論である。石炭 をメタノールまたは炭化水素に化学転換する他に、種々の液体、例えばメタノー ル、浦、水と油の混合物、または水のみ等において石炭粉末スラリーを製造する ことも提案された。このように石炭のような固体燃料を処理して液体として輸送 する一方、スラリー燃料の応用に使用される油のような液体燃料の量を少なくす るかまたは省くことができる。

多くの場合、石炭と水のスラリーは最も実用的経済的利点を提供する。固体燃料 スラリーには多くの要求がなされ、スラリーが高い固体燃料含量を有する一方取 扱い有利な性質、すなわち長い貯蔵期間中でさえも低い見掛密度と均質性を示す ことが最も重要である。

スラリー燃料製造プロセスはいくつか提案された。

米国特許第４，２８２，００６号には石炭水スラリー調製法が開示され粉砕石炭 をボールミルで摩砕し摩砕された石炭を少量さらに別のボールミルで摩砕しスラ リーに使用される緻密な微粉炭における十分な量の微細粒子への要求を満たすも のである。、このプロセスは完全な連続ではなく第１ミルがスラリー中の最大粒 子と同じ大きさかまたはこれよりも小さい粒子を生成することに特徴がある。従 って与えられた粒度分布は第１ミルにおける石炭破壊方法に大いに依存しており 望ましい粒度分布を与える際にかなり柔軟性がなくなる。

カリフォルニア、アービンのオクシデンタル・リサーチ・コーポレーションは論 文（「石炭−水混合物の系統的記述、取扱いおよび燃焼特性」コール・テクノロ ジー′８２．第５回国際石炭利用公開および会議、、。

１、９　ｇ　２　年１２月７〜９日、テキサス州ヒユーストン）を刊行しその中 にスラリー製造法を開示している。これは第１の乾燥粉砕工程を含み最終スラリ ー粒径範囲内の粒子を製造しまた第２の微粉砕工程を含み第１のミル生成物の一 部をさらに摩砕し十分な量の微細粒子を与える。この粉砕方法は米国特許第４， ２８２，００６号に開示されたものと同じタイプの欠点をもつ。

さらに石炭水スラリー製造法はバージニア州アレクサンドリアのアトランチツク ・リサーチ・コーポレーションによって開示され（エレクトリック・パワー・リ サーチ・インスチチュート・レポート’ＯＳ　−２２８７゜１９８２年３月）石 炭供給材料を摩砕する前に２つに分流している。■の流れは中間分類がない乾燥 ハンマミルと湿潤ボールミルの２個のミルを通過し、他の流れは閉鎖操作の中で 乾燥ケーンミルで摩砕する。両方の流れから摩砕した固体をスラリー中に合わせ る。この操作はまた最終スラリー粒径範囲内で２平行流に粒子を生成しスラリー 中に所望の粒度分布を達成する際に十分な柔軟性を許さない。

水性または非水性のスラリー中の粒度分布に関して、粒子凝集の粒度分布を任意 の所定の固体濃度にて粒子凝集の懸濁液粘度を最小にするために最適にすること ができることは良く知られている事実である。これに関する理論はファリスによ って良く論じられている（　Ｔｒａｎｓ、　ｓｏｃ、　Ｒｈｅｏｌｏｇｙｌ　２ 　：　２　、２８１〜３０１頁。

］９９６８年。

１例として、ファリスの仕事は、次表に示すように、］、２の充てん密度を仮定 して、粒子最大径が２ｏｏミクロンの７５重量系石炭／水スラリーに対する最適 粒度分布を与えている： １００　−２００ スラリーをつくる際に一般に所定単位容量のスラリー中に固体粒子を高度に充て んさせる粒度分布を達成することが目的である。実際の目的が極めて高い固体含 量のスラリーを達成することではないとしても任意のスラリー液体含量でこの種 スラリーが貧弱な粒度分布の粒子を混入するスラリーよりは一層有利ナレオロジ ー性を示すので高い固体含量を与える粒度分布の固体粒子を使用することが好ま しい。

ファリスによって発表された仕事は、スラリー固体中に任意所定の最大粒径にて 、任意の伯の分布よりは高い固体含量を与える粒度分布があることを示している 。一般に、理想の分布は典型的に単一摩砕工程で生成されたものよりも大量の微 細および粗大な物質を分布内に含む。開放摩砕回路、すなわち内部または外部分 類操作をしない回路は等しい最大粒径の生成物を生成する場合に閉鎖した摩砕操 作よりは平均して細かい物質を生成するがこれらは共に中間径範囲に多すぎる生 成物を集中させる傾向がある分布、すなわち狭い分布を示す。

しかし、本発明によれば、次の工程を行うことによって連続方法で任意所定の最 大粒径にて所望の粒度分布を達成する方法を提供する： ■あらかじめ容易に摩砕できるような粒径まで小さくした炭素質出発物質を、第 １ミルに導入しここで所望のスラリー粒度分布よりは粗い粒度分布に計画的に摩 砕し、 ２第１ミルからの摩砕生成物を続いて分級装置に導き粗い部分を除去する。微細 部分の最も粗い粒子が最終スラリーの平均粒径よりも粗いかまたは等しいが、最 終スラリーの最大粒径よりも小さいかまたは等しいように、好ましくは最終スラ リーの最大粒径に殆ど等しいようにカットポイントを選ぶことが好ましい； ３　粗い部分は引続き１個または複数個の次のミルに導き、充てん物質単位当り 摩砕エネルギーを第１ミルのそれから変化させることができ、このようにして次 の各ミルからの生成物の組合せ、またはここ　から分離した微細粉、および第１ ミルから分離した微細粉に対してどんな大きさが必要であってもオペレーターに この部分を摩砕させて理想または所望の粒度分布に近づける。

これら工程を膜数の摩砕段階において行うことができ、分級機の使用が必要な第 １摩砕段階を除いて、各摩砕工程は少なくとも１個のミルおよび任意の分級機か ら成る。好ましくは、摩砕段階は全部で２段階である。最後の摩砕段階に対する 選択として、任意の先の摩砕段階の分級機を使用するか、分級機を全く使用しな い。第１の摩砕工程に続く各摩砕工程の分級機は、第１摩砕段階からの微細粉と 組合せてスラリー固体含量を生成する分離した微細粒部分が、最大粒径がスラリ ー中の最大粒径よりも小さいかまたは等しいよう″な粒度分布であるように選ぶ ことが好ましい。第１摩砕段階で分離した微細粉とスラリー中で一緒にされる次 の摩砕段階からの微細粉の最大粒径は、第】摩砕段階で分離した微細粉の最大お よび平均粒径よりも、それぞれ、等しいか小さい最大粒径および平均粒径である ことが好ましい。

従って、最終スラリー中の十分粗い物質の必要条件は特に第１摩砕段階で与えら れるか、第１摩砕段階で分離した粗い物質は特に次の摩砕操作によって一層細か い粒子部分に分布する。これは好ましくない粒度分布を示すため各別の摩砕操作 における傾向に関係なく連続した基準で各場合において所望の粒度分布をオペレ ーターに達成させることができる。

他の利点は通常の操作条件下に必要なものよりも高い能力を次の１個または複数 個のミルに選ぶことによって得られる。次いでこれは第１の摩砕操作に次の摩砕 操作で行われる摩砕作業を増すことによって予定されるものより粗い生成物を生 成させるあらゆる操作妨害の補償を準備しこれによって一緒にした微細粉の粒度 分布を一定付近に保持しいつでもスラリーの性質をほぼ一定に確保することがで きる。

従って本発明の目的は一定の平均粒径および一定の最大粒径をもつ所定の粒度分 布を有する微粉砕炭素質物質のスラリーを生成する方法を提供することにあり、 この方法は少なくとも２つの摩砕段階から成る粉砕段階を含み翠砕した物質とキ ャリヤー液体とを合わせてスラリー （ａｌ　炭素質物質を第１摩砕段階で摩砕し；（ｂ）（ａ）段階からの摩砕生成 物を少なくとも所定の粒度分布の平均粒径よりも大きい平均粒径を有する粗い物 質および粗い物質のそれよりも小さい平均粒径を有する微細物質に区分し； （Ｃ）（ｂ）段階からの粗い物質をさらに′少なくとも１の摩砕段階で摩砕しさ らに少なくとも１の部分の微細物質を生成し、その平均粒径が最終スラリーの平 均粒径よりも小さく；および （ｄ、）　スラリーを異なる段階からの微細物質を合わせた部分から生成するこ とを特徴とする。

本発明のこの目的と他の目的および利点は、図面に基づく以下の説明からさらに 明らか゛（あり第１図および第２図はさらに、それぞれ、実施例］および２に記 載された本発明方法の２つの実施例を示す。

各摩砕段階で行われる粉砕の量を制御し分級操作に：１５けるカッ１゛ポイント を選択することによって望ましい粒度分布を達成することに関してオペレーター に与える柔軟性は、最終スラリーにおける好ましい充てん条件を達成することに 関してだけでなく重要である。

多くの場合最良の分布を決定するため多くのファクターを互いにはかりにかける 必要がある。考えられる主なファクターを次に示す。

一スラリー中の最大粒径。これは通常予定されたスラリーの最終用途、すなわち 特定の燃焼設備で十分に燃えつきるような最大粒径によって指示される。

一特定の使用した炭素質物質の遊離特性。多くの場合スラリーをつくる前に炭素 質出発物質から無機成分を除去することが望ましい。物質を細かく砕く程無磯物 質か遊離し従ってオペレーターはスラリーをつくる前に分離工程において不純物 の除去を進めるために最大粒径を引下げるがまたは粗物質の分量を減らすことが てきる。

一摩砕のコスト。スラリーの平均粒径か細かい程、摩砕工程はコストが高くなる 。

一摩砕生成物の有効表面種。最終スラリー組成はスラリー流の性質と安定性を高 めるため化学添加物を含むことが多い。この種の添加物は表面活性成分を含むこ とか多く従って大きい有効表面種が追加の濃度の増加に貢献する。

スラリーに充てんする十分な粒子を与える粒度分布を得るための上記ファクター と要望を考慮に入れると、オペレーターは目標の粒度分布を選び上述のミルおよ び分級装置を使用してこれを生成することかできる。

通常最大粒径範囲は５０〜５００ミクロンであり、５０〜２５０ミクロンか好ま しく、第１ミルからの５０〜９５％の物質はこの最大径であるかまたはこれより 小さく、選択した最大径を超える５〜５０％の粒子を第１摩砕段階における分級 工程において分離しさらに第］摩砕段諧において分離した微細粒め平均粒径と等 しいかまたは好ましくはこれより小さい平均粒径に次の１または膜数の摩砕段階 におし・て摩砕する。好ましくは、第１の摩砕段階はスラリー中に含まれる十分 な細かさの粒子を６０〜８５％生成する。

しかし、流動床における燃料スラリーの燃焼または燃料スラリーの溶鉱炉への注 入のような応用には、微粉砕炭素質物質の粒径は特に臨界的ではなく、何ら難か しいことなく、燃料スラリーは比較的大きな粒子を含むことができる。しかし、 粒子が大きすぎる場合粒子沈澱の危険が生じるため、約Ｑ、５ｍｍの粒径を超え る必要はない。

実施例１ この実施例では添付した図面の第１図によるミル装置を使用する。ミル装置は各 段階において１個の湿潤ボールミルを有する２段階の摩砕を含む。さらに特Ｇへ 第１の摩砕段階は第］ミル］およびふるいベンド２から成り、第２摩砕段階は第 ２ミル３およびふるいベンド４・から成る。

ふるいベンド開口部をふるいベンド２が満足なスラリー最大粒径よりも粗い物質 を分離しふるいベンド４がミル３にフィードバックする粒子を均一に粗い粒子ま たは微細粒子に分離するように選ぶ物質の流れを次に示ず： （Ａ）炭素質出発物質および十分な水を第１ミルに導入し； （Ｂ）最終スラリー固体よりも粗い物質５〜５０％を有する摩砕生成物はミルを 出て； （Ｃ）５〜５０％の粗い物質をふるいベンド２で分離し第２ミル３で摩砕し。

（Ｄ）第２ミル３からの摩砕生成物を第２ふるいベンド４．に取り出し、微細部 分（Ｅ）を分離しふるいベンド２からの微細物と合わせて最終摩砕生成物を生成 し、（Ｆ）。

（Ｇ）ふるいベンド４・からの粗生成物を第２ミル３に再循環し； （Ｆ）をスラリー液体と合わせてスラリー生成物を生成する。

実施例２ 高揮発性歴青塵（例えばケープ・ブレトン・デベロプメント・コーポレーション 、ツバ・スフチア、ハーバ−薄層炭）に対して水性スラリーを生成することにな った。選択した最大スラリー粒径は２００ミクロンでありスラリー充てん量を７ ５重量多になるように選んだ。最適ファリス分布は次の分布を要した。

１００　−２００ ８５．５　−１２５ 湿潤ボールミルにおいて石炭を同じミルにフィードバックスルハイドロサイクロ ン分離粗粒子と共に摩砕すると次の分布を示した。

第　８　表 １００　−２００ このように達成された分布は不満足なものであった。

また結論として最適ファリス分布は、第２表に望ましいものとして示した粒径よ りも若干細かく、シかも７５％充てんで十分な流れの性質をもつスラリーを得る ために十分な量の大きい粒径を有する粒度分布を示すように決められるので、燃 料製造において余分の追加の消費となる。これを達成するために第２図による摩 砕装置を使用した。第２図による摩砕装置は２段階の摩砕を含み各段階に１個の 湿潤ミルを用い最終摩砕段階には別の分級機を用いない。

第２図による装置では、ふるいベンド３の開口部を、最大スラリー粒径、２００ ミクロンを超える粒子を分離しさらに第２摩砕段階で摩砕するように選んだ。ふ るいベンド３の容量は両段階の摩砕による摩砕生成物から組物質の有効分離をも たらすために十分であった。

物質の流れを次に示した： 約５０鍬量％の十分な水を含み、直径が−３０，８ｍｍ（−１，５インチ）の粒 径の炭素質の出発物質（Ａ）を第１摩砕段階のボールミル１に供給した。第１ミ ルｌからの生成物（Ｂ）は操作の間２００μｍ４超える物質を８０〜３５％含み これはふるいベンド８で分離され、第２摩砕段階でボールミル２に供給されここ でさらに径が小さくなりその後（Ｄ）第１段階のふるいベンドに取出され一緒に した微細粉流（Ｅ）となり、これは次の径分布を示した。

１００　−２００ ２１．５　−１２．５ 摩砕した生成物（Ｆ、）から調製されたスラリーは７５重量％の固体濃度を有し 満足な流動性を示した。

上記粉砕方法を実施した後、複数の摩砕段階からの微細粉部分を合わせて選ばれ たキャリヤ液体と混合し、流れを変更する化学添加物を用いてまたは用いないで 、微粉砕炭素質物質スラリーを生成する。

しかし、ある場合には、出発物質と関係し粉砕工程においてそこから遊離した無 機不純物を摩砕炭素質物質から除去するために選鉱工程を実施することが好まし い。特に生成すべきスラリーが水性である場合湿潤ミルにおいて粉砕工程を行い 次いで湿潤選鉱処理を行うことが適当である。このような場合に粉砕工程に生成 したスラリーは、有機粒子を無機粒子から分離する浮選セル装置において粉砕工 程に通常用いられる固体濃度５０〜２５重量％、典型的には５〜２０重量％、好 ましくは７〜１５重量％に適当に希釈される。これによって、固体濃度および大 きさによって通常１５〜４５分の十分な保持時間を与えることが必要である、通 常は浮選工程を浮選セルの粗い系列次いで清浄系列で行い、これによって試薬、 例えば起泡剤、助触媒および降下剤を各系列の各セルに独立して添加することが できる。

このように選鉱した炭素質微粉砕物質は沈降およ改またはろ過技術によって８５ 〜１５重石％に脱水した後、脱水したスラリーをそのまま使用するかまたは流れ を変更する化学添加物と混合した後貯蔵所にポンプで汲み上げる。

非水性スラリーを生成しようとする場合、脱水工程を適当に用いて一様に低い含 水量の含水物を生成した後混合工程においてスラリー液体と選鉱した微粉砕炭素 質物質とを合わせる。

結論として、上述のものから、本発明は粉砕相、希釈水相で行われる任意の選鉱 相およびスラリー混合相を含む微粉砕炭素質物質のスラリーを生成するための新 規方法、ならびに炭素質物質スラリーを生成するため前記粉砕を行う新規方法を 提供し、いずれも上記に列挙した特長および利点を有することは明らかである。

明らかな変更および等個物は当該技術分野の熟練者に明らかであるので、本発明 は上に示し述べた操作の厳密な細部、または厳密な構成、方法、操作、または実 施例に１１ｊ１１限されず、従って本発明は請求の範凹の全範囲によってのみ制 限されると解されるべ舌である。

国際調査報告 ＋ｎ＋ａｒｎａ＋１０ｎａ１ｂｏｐ）「ｒａ＋１ｅつＮｏ、　ＰＣＴ７ＳεＥ１ ３１００１８５トラ スウェーデン国ニスー４４４００ステヌングスンド・ハツセルガタン４ スンド・ボックス８５１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ］　一定の平均粒径および一定の最大粒径をもつ所定の粒度分布を有する微粉砕 炭素質物質のスラリー製°造方法であって、この方法が少なくとも２つの摩砕段 階から成り、各段階が少なくとも１個のミルを含み、摩砕した物質とキャリヤー 液体とを合わせてスラリーを与える製造方法において、 （ａ）　炭素質物質を第１摩砕段階で摩砕し；（ｂ）　（ａ）段階からの摩砕生 成物を少なくとも所定の粒度分布の平均粒径よりも大きい平均粒径を有する粗い 物質および粗い物質のそれよりも小さい粒径を有する微細物質に区分し５ （Ｃ）　（ｂ）段階からの粗い物質をさらに少なくとも１の摩砕琢階で摩砕しさ らに少なくともｌの部分の微細物質を生成し、その平均粒径が最終スラリーの平 均粒径よりも小さく；および （ｄ）　スラリーを異なる段階からの微細物質を合わせた部分から生成すること を特徴とする微粉砕物質のスラリー製造方法。 ２　最後の摩砕段階からの摩砕生成物もまた粗い物質と微細物質に区分する請求 の範囲１記載の方法。 ３　最後の摩砕段階を除いて異なる摩砕段階がらの粗い物質を全部次の摩砕段階 で摩砕する請求の範囲１記載の方法。 Φ　最後の摩砕段階を除いて異なる摩砕段階からの粗い物質を一部だけ次の摩砕 段階で摩砕する一方、粗い物質の残りを同じかまたは先の摩砕段階でくり返し摩 砕するためフィードバックきせる請求の範囲１記載の方法。 ５　最後の摩砕段階からの粗い物質を同じがまたは先の摩砕段階でくり返し摩砕 するためフィードバックさせる請求の範囲２記載の方法。 ６　第１摩砕段階からの粗い物質が少なくとも５０〜５００μｍの粒径を有する 請求の範囲１記載の方法。 ７　第１摩砕段階からの粗い物質が少なくとも５０〜２５０μｍの粒径を有する 請求の範囲６記載の方法。 ８　第１摩砕段階からの粗い物質が第１摩砕段階を通る物質の全量の５〜５０重 量％から成る請求の範囲１記載の方法。 ９　第１摩砕段階において分離した粗い物質の粒径が少なくとも所定の粒度分布 の最大粒径よりも大きい請求の範囲１記載の方法。 １０　請求の範囲１により生成した微粉砕炭素質物質のスラリー。