JPS60156523A - パイプライン石炭スラリーから微細炭を回収する方法 - 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】 本発明は大量の液体から小量の懸濁固体粒子を除去する
方法で、特に石炭スラリーがら微細石炭を回収する方法
に関するものである。

ｊコし１重 原油の価格の上昇と政治的弱点を補うためにエネルギー
源として石炭の重要性が増大し、石油火力発電から石炭
火力発電への転換に拍車がかかつているが、４石炭使用
に伴なう輸送問題と環境問題はこの豊富な原料を充分利
用するための重大な障害となっている。

輸送問題と環境問題を解決するために石炭スラリーは重
要である。スラリーをつくるには、石炭を精密クラッシ
ャー、例えばイリノイ州ベルビルのＧｕｎｄｌａｃｈ　
Ｍａｃｈｉｎｅ　Ｃｏ、のＣＡＧＥ−ＰＡＣＴＯＲで正
確に粉砕し充分量の水と混合してスラリーにする。スラ
リーの形にしてから必要なら粘土等の不純物を除去する
ため洗滌し、パイプラインで直接遠方に蹟ンゾ輸送され
名。石炭スラリーのＡ？イブツインは大量の石炭を遠距
離輸送する際の効果的な方法であシ、％に現在１０年以
上にわたって操業を続けるＢｌａｃｋ　Ｍｅｇａ　Ｍｏ
ｊａｎｅ系で立証されるように供給の安定性と信頼性の
点で大容量の発電所の永久的供給ラインとして魅力的で
ある。

石炭スラリーで作業上の大きな問題は石炭スラリーな簡
便に□処理し貯蔵し、バーナーで経済的に燃焼し得るよ
うに充分にスラリーを脱水乾燥させることで−ありた。

一般的にスラリーは第−次脱水及び第二次脱水として知
られる二段階の工程で脱水される。−次脱水鉱真空濾過
、遠心分離の装置で一般に行なわれ、これらの装置は大
量の石炭スラリーを処理して含水量約２０チの石炭ケー
キにすることができる。このケーキは粉砕、乾燥されて
ゲイラーに直接供給される。この−次脱水装置はｆ液す
なわち流出液中の微細石炭粒を除去できないｔ１大な唯
一の欠点を有する。実際これら一次枦液または流出液は
屡々５〜８重量−の範囲の石炭を含有する。

それは現実に石炭スラリーそれ自体であシ、状状は５れ
を一次脱水装置に入る一次スラリーと区別するために二
次スラリーと呼んでいる。

この二次スラリーは処理の困難なものであることが立証
されているが、実際ある種の装置では単に石炭と水とが
大きい廃棄物処理場に捨てられているという難しい問題
となっている。然しなから、二次スラリーの石炭と水は
何れも価値あるものであシ、これらの資源の損失と廃棄
場所の建設費用とがこの問題の解決を難しくしている。

解決策としての二次スラリーの一次スラリーへの還流は
一次脱水装置の過負荷のため望ましくないものであ如、
従って第三の最も効果的な方法は二次スラリーを重力沈
降槽で処理して微細石炭粒を大沈降槽の底部に沈降させ
て下層流として取り出し？イラーに直接供給することで
ある。この方法は石炭と水を回収することはできるが一
般に８０チを越える沈降槽下層流の水を蒸発させるため
に費されるエネルギーの量が大きいために石炭の熱量の
損失が大きい。

沈降槽下層流の固体分含量を濃縮し、その水分含量を減
少させるために、ベルトプレスやフィルタープレス等の
各種の二次機械脱水装置が提案されてきたが、下層流中
の固体分は屡々ガム状の粘着性ケーキを形成し、フィル
ターに粘着してこれらの装置の脱水作業を妨害するとい
う困難な問題を生じてきた。

このため、二次スラリーから実質的に全ての微細石炭粒
を回収してスラリー中の水分を装置に使用したシ、−周
辺環境に廃棄したシできるように充分に純化するための
効果的で効率の高い方法の開発が永い間要望されてきた
。

発明が解決しようとする問題点 従って本発明の目的は二次スラリーから微細粒子を分離
して水を純化するための方法を提供することであシ、ま
た別の目的は二次スラリー中の微細石炭をボイラーで効
果的に燃焼し得るように脱水するための方法を提供する
ことである。

本発明のこれらの目的及びその他の目的は二次スラリー
を一次スラリーと混合するという本発明の具体例により
て達成される。これによりて得られる混合液はこれまで
の遠心分離装置や沈降槽でぶつかった困難な処理問題な
しに二次自動濾過装置を通って処理することができる。

本発明の一例として、混合液は化学的に前処理すること
によって懸濁固体分の凝集力を増大させ、次いでベル、
トゾレスで処理されてケーキとなシ、−次脱水装置から
のケーキと共に粉砕され、脱水されてゴイ２−に供給さ
れる。ベルトプレスからのＰ液は沈降槽で清溌化されて
汚れのない流出液と濃縮固体分を有する下層流とに分け
られ、この濃縮液は混合液に再循環されてベルトプレス
で回収される。本発明の別の具体例では、化学的予処理
なしに混合液を処理する隔膜フィルタープレスが使用さ
れる。このフィルタープレスはケーキを生成し、それが
−次処理ケーキと共に粉砕され、がイラーに供給されＦ
液はプラント処、理工業用水として使用したシ、周辺環
境に廃棄したシしても充分な程［Ｃ純化されている。こ
れらの二つの具体例で二次スラリーに一次スラリーを添
加する際の適切な混合比は一次スラリーの寸法分布にも
よるが乾燥固体分重量で１＝４〜４：１の範囲である。

実施例 本発明とその目的及び利点は添付図面に関連した以下の
具体例の説明を読むことによって理解されるである−う
０図面においてあ１図はベルトプレスを利用した本発明
のスラリー脱水システムの方法を示すフローチャートで
ある。第２図は第１図に示された方法を実行するための
混合、攪拌及び凝集パイプと室を有するベルトプレスの
模式図、篤３図はフィルタープレスを利用した本発明の
篤２の具体例の方法フローチャー）、篤４図は纂３図に
利用されたフィルタープレスの模式図である。

図面で同一参照数字は同一部分、特に第１図のものと同
一のものを示、すが、本発明のスラリー脱水システムの
ためのフローチャートはパイプライン２５等のスラリー
供給源からくる一次石炭スラリー流の大部分を受け入れ
る遠心分離装置ｉｅのような一次脱水装置を具備してい
る。

この遠心分離装置２６は水分含量約２０チの実質的に乾
燥された石炭ケーキを生成させる。遠心分離装置２６か
らの流出水は二次スラリーと呼ばれるもので約８５〜９
５％の水を含み、また懸濁固体粒子の約６０チは４００
メツシエよシも小さい。これらの粒子は脱水時に粘着質
のガム状ペーストを生成して二次脱水フィルタープレス
装置の炉布や金銅に付着して取扱いを困難にさせる。さ
らに装置のベルト周辺をしめつけないように懸濁液を凝
集させるための大量の凝集剤の使用は極度に費用のかさ
むものとなる。

本発明者達は研究の結果、二次スラリーをスラリー源２
５からの一部スラリーのような粗大粒子を含む石炭スラ
リーの一部と混合することによって脱水処理が著しく容
易になることを知見した。さらに−次石炭スラリーと二
次スラリーとの比率はスラリー中の懸濁固体分の乾燥重
量比で１：４〜４；ｌの範囲であることも知られた。

この効果をｉ９゜明するための我々の理論は石炭スラリ
ー中の粗大粒子が微細粒子すなわち４００メツシ工石炭
粒を捕捉して予備被覆あるいはｆ過補助効果を生ずると
いうことである０次いで最初Ｏ濾過に際して充分量の粗
大粒子がスラリー／媒質界面に達し、濾過圧力が急速に
増大するときの媒質の目詰まシ及び／または媒質を通し
ての微細粒子の大量の損失が防止されるものである。し
かしながら粗大粒子に対する微細粒子の付着は臨界的な
ものでなく微粒子の媒質への付着は避けられる。

石炭粒子寸法分布の表面変化の分析もまた、混合によっ
てスラリー脱水が達成されることを裏付けるものである
。パイプラインスラリー１００％のものに高分子量カチ
オン凝集剤を要することは石炭の全体表面電荷が通常−
帯電であることである。−４００メツシ二のものだけで
は非イオン凝集剤が必要であシ、また微細粒子集合体で
は低分子蓋アニオン凝集剤が必要である。換言すれば微
細粒子集合体は十に帯電していることである。従って１
００％パイプ２インの一電荷が十電荷の微粒子を中和さ
せ、このことは１００％微粒子のものが１；３の混合液
に要した凝集剤の二〜三倍量を要することからも実証さ
れるところである。

遠心分離装置２６からの二次スラリー流はスラリー源２
５からの一部スラリー流と望ましい凝集力をもつように
充分に混合される。この混合は＄２図に示すように、二
つの流れを運ぶノ臂イデをジβインド２８ｍに結合し、
パイプ部分２８ｂにエルゴ−等の接続具を挿入すること
によって行われる。

混合に先だって凝集力を向上させるため化学処理が行わ
れる。この前処理はスラリー成分に基いて変化するが、
望ましい凝集力を与えるために有効な物質及び材料を発
見するための最良の方法は公知の６穐の高分子凝集剤を
徐々に添加して混合液の試料をテストして結果を観察す
ることでおる。この方法は理論的に混合液中の粒子の表
面電荷やそれ以外のパラメーターを分析するよ如も早く
確実である。混合液の温庭及び声も凝集剤の効力に影響
をもたらすものである。

−例として混合液の虜を硫酸を注入して６．１に調節し
た。この例では望ましい凝集力を得るために必要な凝集
剤の量は混合液の声を約６．１に下げたことによシ最小
となった。混合液中への酸の注入は注入装［３０によっ
て行われる。

注入される酸の１は一検知器３２によって調節される。

異った鉱石からのスラリーは−が異なっているのが普通
であるため、酸注入装置は混合スラリー〇最適凝集力を
得るに必要な化学処理を説明するためのものだけである
。

次いで混合液は凝集剤と混合されて凝集力を向上される
。この目的のために二種類の凝集剤、すなわちダウケミ
カルコーポレーシ田ンのダウ２０９とパーコール７５７
が好適である。ダウ２０９はアニオン系凝集剤でスラリ
ー中の乾燥固体分トン当たシ約４ポンドの割合で使用さ
れる。凝集剤は注入装置３４によって混合装置２８から
の混合液を運ぶパイプ中に計量注入されて混合液に混合
される。混合液は清澄装置からのパイプ３５で添加され
る下層流とミキサー３６で混合される。ミキサー３６は
混合装置２８と同一の構造でよく、充分な攪拌によって
凝集力を向上させるような攪拌式ミキサーでよい。清澄
装置からの懸濁固体分を濃縮された下層流はまた残留再
循環凝集剤の電荷を運び、ベルトプレスでの微細石炭の
回収を助ける。そしてこの回収される凝集剤は回収され
る下層流による節約と共に大きい節約になる。

水分含量約８２俤の混合液、凝集剤及び下層流の混合体
は攪拌保持がックスすなわち凝集槽３８で懸濁液中の石
炭粒子は石炭スラリーからの他の微細石炭または粗大石
炭粒と合流し凝集度を向上させる。凝集混合物は凝集槽
３８を出て第３図に模式的に示されるベルトプレス４０
のドレーンデツキ３９に導かれる。

ベルトプレスのドレーンデツキについスは、１９８３年
ｌθ月２８日付米国特許出願第５４０４６１号「ベルト
プレス」に示されているところである。このドレーンデ
ツキでは金銅ベル）４１を通って凝集石炭スラリー中の
大量の水分は流出し、このＦ液は集められて重力沈降槽
４２に運ばれる。ドレーンデツキの端部４４では濃縮石
炭スラリーがベルトプレスの上部ベルト４６上に落下し
、移動ベルトによシ第２図に示すように右方向に水平に
運ばれる。−万スラリー中の水分はベルトを−通って落
ち続ける。上部ベルトの頂部端４８で石炭スラリーは下
部ベルトの最上部に落下して逆に左方向に運ばれて次第
に狭くなる上部ベルトと下部ベルトの間に圧縮され、こ
の収斂ベルトの閣でスラリー中の水をしはシ出す。この
二本のベルトは一連のローラーの周囲を一体に動いて次
第に圧力を上げてベルトを圧縮して石炭スラリー中の水
分をさらにしぼシ出す。さらにベルトの方向は各ローラ
ー毎に反転し、これに二本のベルトの間に僅かな行路の
変化をもたらし、それによって石炭ケーキに割れが入シ
スラリー中に残存した水分のための逃げ道をつくってい
る。ベルトの間でしめっけられた水はドレーン槽に集め
られ、ドレーンデツキ３９からの水と共に重力沈降槽４
２に運ばれる。ベルトプレスの左端部５２に生成される
石炭ケーキは約４４−の水分を含有する。このケーキ紘
−次脱水石炭に添加、粉砕された時にそれ以上の乾燥の
必要なしに燃焼することができる程直に充分乾燥してい
る。これは遠心分離装置２６からのり７キと一緒に粉砕
装置５４中で混合粉砕される。こうして粉砕された石炭
はがイラー５６の中に直接吹込まれて燃え、発電装置の
ための水蒸気を発生させる。

ベルトプレスからのＦ液は約ｚ５００ｑ／ｌの懸濁固体
分とかなシの量の高分子凝集剤を含んでいる。この凝集
剤＃ｌｊ：Ｐ液中の固体分に附随するものでアシ、従っ
てこれらの固体分の回収は汚染されていない流出液をつ
くるためのＦ液の仕上げ処理、Ｆ液の固体分の有価値石
炭の回収。

及びこれら固体分に附随する高分子凝集剤の回収の目的
から重要な問題である。この最終仕上げ段階は米国特許
！３７１７２５７号に示される形式の大容量沈降槽であ
る重力沈降槽４２で達成される。Ｆ液は外周環状流入路
を通って沈降槽４２に入シ、環状スカートを介して槽内
に下方に向けられる。褒状ス、カートは流入するＦ液が
沈降槽内に生成する撹乱流を押えるためのものである。

Ｆ液中の懸濁固体分は槽底部に沈降して清澄な流出液が
流入路に隣接して内部に設けられた環状流氷器に流入す
る。この清澄な流出液は遠心分離装置やベルトプレスの
ベルト等のプラント洗滌水として利用され、またさらに
処理されてから発電装置の冷却用水として使用すること
もできる。

沈降槽底部に沈降した固体分は取シ出されてミキサー３
６にポンプ輸送されて混合液及びベルトプレス上流凝集
剤と混合される。沈降槽からの下層流固体分に附随する
凝集剤はこうして回収され、ベルトプレスに向かう石炭
スラリー流の凝集力を向上させる。

第４図に示される本発明の第二の例はフィルタープレス
を使用するスラリー脱水システムである。フィルタープ
レスは米国特許第３６９６９３９号、同第３７３０３４
５号、同第４１３２６４７号に示される形式のものでよ
い。これらのフィルタープレスはウイスコンシン、ウオ
クシャのＦａｎマ１ｒｅｘＩ　ｎｏ、で製造販売されて
いる。

第４図に示される本発明のフィルタープレスは第２図の
例と同じ遠心分離装置２６′を使用し、遠心分離装置か
らの濃縮物は同じ比率すなわち４：ｌの比率でノ臂イゾ
ライン１０′から直接入る石炭スラリーと混合される。

パイプラインからの供給物と濃縮物とは混合装置２８′
内で混合されてから化学的予備の必要なしに直接フィル
タープレス５８に供給される。フィルタープレス５８か
らのケーキは僅かに約３７９６の含水量で、それ以上乾
燥する必要なく燃焼用として使用される。ケーキはコン
ベアベルトで粉砕機５４′に運ｄれ、そこで遠心分離装
置からくるケーキと混合粉砕されがイラーに吹き込まれ
て燃焼される。フィルタープレス５８からのろ液は極度
にｉｎでア）、フィルタープレスの濾過布や発電プラン
トの冷却水等のプラント用水として直接使用される。こ
のＦ［は約１０ｑ／ｌｏ懸濁固体分を含有しているため
、このＦ液を沈降槽等でそれ以上の仕上げ処理する必要
性はない。

本発明のフィルタープレスの利点は極めて著しい、それ
は化学的予処理の必要性がなく、実際に凝集剤の注入は
全く必要がない。このことは資本コストを不要にすると
共に清澄化装置の陸上規制を不要々らしめるもので、流
出液は大部分の規制値よシも遥かに清澄化されている。

フィルタープレスによってつくられるケーキはベルトプ
レスによってつくられるケーキよシも実質的に乾燥され
ているため、水を水蒸気に変えるに必要な石炭の熱量を
少なくする。しかしながらフィルタープレスはベルトプ
レスよシもコスト高であシ、容量が／ＪＳさい、脱水炭
５５０ミリオントン／年の能力を有する°大規模石灰火
力発電プラントの一例では、ベルトプレス装置の資本コ
ストはへ基の２．５ｍ容量のベルトプレス装置で約３．
２オリオンドルであるのに対して２５基の１５０室のフ
ィルタープレス装置が必要でその資本コストは約３７．
５ミリオンドルとなる。化学的予処理、ケーキの乾燥度
の改善、清澄化装置の省略等の節約利点を考慮して、そ
の簡易性と経済性に拘らず第２図のベルトプレス装置よ
シも遥かに高価な資本コストの第４図のフィルタープレ
ス装置を備えるべきかどうか個別に検討する必要がある
。

フィルタープレスの操作はｊ１！４図に説明される。濾
過工程では、プレー）６０が全部水圧ラムに係合され、
スラリーは入口マニホルド６１を介してポンプで室６２
に入シ、ζこでプレート間にフィルタ布６４を通して約
１００　ｐａｌの水圧フィルターがかけられ、このスラ
リーのポンピングは予め決められた濾過時間が経過する
まで続けられる。ろ液は布６４を通って室６２０両側に
出て、フィルターグレートの底部にあるドレーン室６６
に流下してそこからポンプで流出系統に排出される。

一過作業の後に、圧搾作業が始まシそとで２００　ｐａ
ｌを越える高圧で各プレート６０間の膜プレート６Ｂ中
に水がポンプで導入される。

この高圧水は１ｉ７０を膨張させてケーキを部屋の両側
に押圧して固体公約６３％の均一な薄いケーキ７２＆Ｃ
圧縮する。このケーキの薄さはケーキ全体の水分量を均
一化させ粉砕を容易にさせる。圧搾作業の終シに、プレ
ートが分離してケーキは下方ｑコンベアベルトに落下し
て粉砕機に運ばれる。ケーキの落下を容易にするために
振動具７４が備えられている。

一茜ａＣυ１土 以上、ノクイデライン石炭ス２リーから微細炭を回収す
るための方法についての具体例を示したが、これはノ４
イブラインの水の中の実質的に全部の懸濁固体分を回収
することを可能にしたものであシ、同時に水をプラント
用水や周辺への廃棄水にし得る程度に浄化することを可
能にしたものである。このことは清澄化装置の下層水を
廃棄場に捨てたシ、熱エネルギーと水の大量損失を伴な
って下層水をボイラーで処理している従来法に比して画
期的改善であシ、この方法によって効率的で信頼性のあ
る自動濾過装置の利用が可能となシ、そのためのコスト
も資源の再利用を有効にかつ充分に達成して得られる節
約によシ２年半程度の操業で回収することが可能と々り
たものである。

本明細書を読むことによりて当業者が辷とに示した各種
の具体例の変形や改良を行い得ることは明白であるが、
これらの変形は以下の特許請求の範Ｈによって規定され
る本発明の精神と範囲内に含まれるものである。

【図面の簡単な説明】

８１図はベルトプレスを利用した本発明のスラリー脱水
システムの方法を示すフローチャートである。第２図は
第１図に示された方法を実行するための混合、攪拌及び
凝集パイプと室を有するベルトプレスの模式図、餓３図
はフィルタープレスを利用した本発明の＃！二の具体例
の方法フローチャート、９４図は第３図に利用されたフ
ィルタープレスの模式図である。 １０・・・パイプライン　２６・・・遠心分離装置２８
・・・混合装置　３０・・・酸注入装置３２・・・−検
知器　３６・・・ミキサー３８・・・凝集槽　３９・・
・ドレーンデツキ４０・・・ベルトプレス　４１…金鋪
ベルト４２・・・重力沈降＃　４６・・・上部ベルト・
・・下部ベルト　５４・・・粉砕装置５６・・・デイラ
ーーー　５８・・・フィルタープレス６０・・・プレー
ト　６２川室 ６４・・・フィルター布　６６・・・ドレーン室６８・
−膜グレート　７０・・・膜 ７２・・・ケーキ。 特許出願人　レック〜ルドイｔ−ボレーテッド代理人　
丸　山　幸　雄

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、二次スラリーを一次スラリーと混合して混合液を生
   成させ、次いで二次スラリー脱水装置でこの混合液から
   水を濾過して該混合液をケーキと固体含有量１．０−未
   満のＶ液とに分離することを特徴とする一次スラリー脱
   水装置からの流出物として得られる二次スラリーを脱水
   し微細炭を回収する方法。 ２、Ｆ液を清澄化させることによシ内部の固体分を下層
   流中に濃縮させ、この下層流を混合液中に還流させる特
   許請求の範囲第１項記収の方法。 ３、−次スラリーを二次スラリーに乾燥懸濁固体分電量
   比で約１：４から４：ｌの比率の範囲で混合する特許請
   求の範囲第１項記載の方法。 ４、濾過工程に先だって有効量の凝集剤を混合液に添加
   する特許請求の範囲第１項記載の方法。 ５、濾過工程がベルトプレスで混合液から水を濾過する
   仁とからなる特許請求の範囲第４項記載の方法。 ６、ベルトプレスからのＶ液中の固体分を沈降槽で分離
   して固体分の濃縮された下層流と清澄化された流出水と
   を生成させ、次いでこの下層流を二次濾過工程に先だっ
   て混合液に凝集剤と共に添加してベルトプレスを流過し
   た固体分と凝集剤を回収する特許請求の範囲第５項記載
   の方法。 ７、凝集剤を添加する前に混合液の−を調整する特許請
   求の範囲第４項記載の方法。 ８、混合液に硫酸を添加することによｊｌｌｐＨｖｉＡ
   整が行われる特許請求の範囲第７項記載の方法。 ９、濾過に先だって混合液の温度を約１１０ＯＦに調整
   する特許請求の範囲第１項記載の方法。 １０、ノ臂イゾライン石炭スラリーを一次脱水して約４
   ００メツシ為よシも大きい粗大粒をスラリーから分離し
   、４００メツシユよルも小さい石炭粒の約１５１未満の
   水中懸濁物である濃縮物を残し。 この濃縮物を／ヤイゾラインスラリーに混合してノ臂イ
   ブラインスラリー約ｌθ〜３０容量チ、濃縮物９０〜７
   ０容量−の混合液を生成させ。 ペルトゲレスによって混合液から水を濾過して混合液を
   固体公約５０９６以上の混合ケーキとｔ　ｏ　ｗｇｉｔ
   以上の固体懸濁分を有するＰ液とに分離させ。 このｐ液を沈降槽中で清澄化することによってｐ液を７
   ０　ｑ／を以下懸濁固体分濃度の流出水と約２０００Ｍ
   Ｉｉ／を以上の懸濁固体粒子匿の下層流とに分離させ。 この下層流を混合液に添加して下層流中の固体分ヲベル
   トプレスで回収することを特徴とするパイプライン石炭
   スラリーから微細炭を回収する方法。 １１、−次スラリーを一次脱水装置で脱水して含水量的
   ２０−の石炭ケーキと含水量約８５〜９５チの二次スラ
   リーを生成させ。 この二次スラリーを一次スラリーに混合してこれらのス
   ラリーを懸濁固体粒子量ｌ：４〜４；ｌの比率の範囲の
   混合液とし。 この混合液を二次脱水装置で脱水して水分含量５０チ未
   満の石炭ケーキと固体分含量１％未満の二次Ｐ−液とし
   。 この二次Ｆ液を清流化させて固体分含量７０ｆ　／ｍｔ
   未満の流出水と固体分含量１０％以上の下層流とし。 混合液を二次脱水装置で脱水するに先だってこの下層流
   を混合液に混合して下層流中の固体分を回収することを
   特徴とする 一次スラリー中の実質的全懸濁粒子を回収し。 同時に実質的に清澄化された懸濁水を回収する石灰−次
   スラリー脱水法。