JPS60226613A - 高濃度石炭−水スラリ−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】 この発明は産炭地から消費地までの一貫したプ１コセス
を想定した高濃度石炭−水スラリーの製造方法に関する
。

石炭はその形状が固体であるためＧコ永い間石油に燃料
としての王座をゆすっていたが、石油ショックを機に石
炭の見直しが行われ、石炭石油混合燃料（ＣＯＭ）で代
表されるように、石炭を粉末とし媒体と混合するごとに
より石炭を流体として取り扱おうという試みが盛んに行
われている。しかし、石炭石油混合燃料の場合には、約
半分が石油であるという欠点を避けて通ることができず
、さらに別のスラリー燃料の開発が望まれている。

近年、水を媒体として用い、高濃度に石炭を分散させた
流体としてのスラリーをボイラーで直接燃焼させる高濃
度石炭−水スラリーが注目され、世界各地で盛んに研究
が行われている。日本でも石油代替エネルギーの本命と
して取りあげられ、関連する特許出願も数多くみられる
。

しかしながら、産炭地から消費地までの一貫したプロセ
スを想定した高濃度石炭−水スラリーの製造に関する考
え方は今のところみられない。ずなわち、高濃度石炭−
水スラリ−（以下、高濃度ＣＷＭという）は１１００ｋ
以上というような長距離では簡単にパイプライン輸送で
きず、この点を考慮に入れた前記産炭地から消費地まで
の一貫したプロセスについてはいまだ提案されていない
。

現在実用化されている石炭−水スラリーの長距離パイプ
ラインは米国のブラック・メサ（ＢｌａｃｋＭｅｓａ　
）パイプラインである。このパイプラインでは２７３マ
イルの距離を経済的に輸送するための石炭−水スラリー
の石炭濃度、スラリー粘度。

石炭粉末の粒度分布等が設定されており、今後実用化さ
れると思われるパイプラインもブラック・メサバイプラ
イン近いものになるものと思われる。

ブラック・メサパイプラインにおけるスラリーの概略は
次のようである。

石炭濃度；４６〜４８重量％ 粘　度：約１００ｃｐｓ 以上のような性状のスラリーは４ケ所のポンプステーシ
ョンを通って２７３マイル先のモハービ（Ｍｏｈａｖｅ
）発電所に輸送され、ここで遠心脱水された脱水ケーキ
が燃焼に供セられている。このとき、遠心脱水された水
中には石炭の微粉が分散しており、ブラック・ウォータ
ー（Ｂ　１ａｃｋ　Ｗａｔｅｒ）と称せられて廃棄され
ているのが実状である。

海外、例えばオーストラリアや中国から石炭を輸入し、
日本の発電所で高濃度ＣＷＭを消費する場合、一つのプ
ロセスとして、産炭地から積出し港までブラック・メサ
に類似したスラリー状態でパイプライン輸送し、積出し
港で脱水により高濃度ＣＷＭとし、これを船舶輸送して
日本の港から消費地へ供給する方法がある。また、他の
プロセスとしては、産炭地から積出し港まで一１＝、記
聞様のスラリー状態でパイプライン輸送し、船積み時に
脱水して得た脱水ケーキを船舶輸送し、荷揚げ時にはそ
のままグラブ荷揚げするかまたは水を性別してスラリー
として荷揚げし、荷揚げ港で高濃度ＣＷＭにして消費地
に供給するという方法がある。

いずれにしても上記プロセスでは、脱水工程が必要、あ
り１．。脱水工程、。ブ、ッ２．ウォ−，１ターの生成
を防ぎ、かつ脱水効率を高めるための工夫が必要となる
。この点について、この発明者らは、脱水処理するべき
スラリー中に特定の添加剤を加えたときには、上記ブラ
ック・ウォーターの発生防止や脱水効率の向上に好結果
が得られることを知り、すでに２．３の特許出願を行っ
ている（特開昭５６−５６２０４号公報、特開昭５６−
５６２０６号公報、特開昭５６−７２０８３号公幸旧　
。

この発明は、引き続く検討の結果、前記産炭地から消費
地までの一貫したプロセスを想定した新規かつ有用な高
濃度ＣＷＭの製造法として、輸送された低濃度石炭−水
スラリ−（以下、低濃度ＣＷＭという）の脱水工程にお
いて脱水促進剤としてポリアクリル酸またはポリメタク
リル酸〔以下、これらをポリ　（メタ）アクリル酸とい
う〕を用いる工程と、脱水後の低含水石炭層にアルカリ
性物質を加えてポリ　（メタ）アクリル酸を中和すると
ともに湿式粉砕することによって高濃度ＣＷＭを得る工
程とからなる方法を提供するものであり、工業的価値の
極めて高いものである。

すなわち、この発明は、最大粒径が５１以下でかつ７４
μｍ以下の粒子が５０重量％以下である石炭粉末３０〜
６０重量％を含有する低濃度ＣＷＭに、石炭粉末に対し
てＯ，ＯＯ１〜０．５重量％のポリ　（メタ）アクリル
酸を加えたのち脱水により石炭濃度６５重量％以上に濃
縮し、ついでアルカリ性物質を加えてポリ　（メタ）ア
クリル酸を中和するとともに湿式粉砕し、７４μｍ以下
の粒子が５５重量％以上である石炭−水スラリーを得る
ことを特徴とする高濃度ＣＷＭの製造方法に係るもので
ある。

この発明の製造方法において用いる石炭は、無煙炭、［
青炎、亜瀝青炭、褐炭、亜炭のいずれでもよい。

ポリ　（メタ）アクリル酸は、ポリアクリル酸あるいは
ポリメタクリル酸それぞれ単独でも、両者の混合物でも
、またアクリル酸とメタクリル酸の共重合体でもよい。

ポリ　（メタ）アクリル酸の分子量は５００〜１００．
０００であり、好ましくは１、０００〜５０．０００で
ある。この分子量の範囲外では低濃度ＣＷＭの脱水が充
分には達成されない。

アルカリ性物質としては、水酸化ナトリウム、水酸化カ
リウム、水酸化リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウ
ム、アンモニア、モノエタノールアミン、ジェタノール
アミン、トリエタノールアミンなどが使用できる。

湿式粉砕には通常の湿式粉砕に使用されるミルが使用さ
れ、例えばボールミル、ロールミルアトライター、タワ
ーミルなどが使用される。

この発明の製造方法を具体的に説明すると、まず産炭地
で採掘された石炭は選炭され、最大粒径が５ｍｍ以下通
常２〜４ｍｍでかつ７４μｍ以下の粒子が５０重量％以
下通常２５〜５０重量％になるように乾式粉砕されて水
と混合されるか、あるいは水の存在下でロールミルなど
により湿式粉砕され、石炭濃度３０〜６０重量％、好ま
しくは４０〜５０重量％の低濃度ＣＷＭが調製される。

この低濃度ＣＷＭはポンプ輸送が容易であり、パイプラ
インで積出し港に輸送される。ポリ　（メタ）アクリル
酸は到着地点で水溶液のかたちでパイプライン中に注入
されて低濃度ＣＷＭと混合されるか、あるいは低濃度Ｃ
ＷＭの石炭部を沈降濃縮させるためのタンクあるいはボ
ンドに低濃度ＣＷＭと一緒に注入される。

ポリ　（メタ）アクリル酸は低濃度ＣＷＭの石炭に対し
て０．００１〜０．５重量％、好ましくは０．０１〜０
．３重量部添加される。この添加量が０．００１重量％
未満では脱水工程での脱水効率を向上できず、また脱水
された水中に石炭粉末が混入しやすくなる。一方、０．
５重量％を超えても効果の向上はみられず経済的に不利
である。

添加されたポリ　（メタ）アクリル酸により石炭粒子は
凝集し、通常０．５〜２４時間程度静置しておくことに
よってタンクやボンド中で沈降して濃縮される。上澄み
の水は石炭粉末をほとんど含まない透明なものであり、
産炭地に再び輸送することもできる。なお、タンク底部
にはフィルターを設けて底部からの脱水を促してもよい
。また、低濃度ＣＷＭの石炭濃度が特に低いものでは遠
心脱水を行ってもよい。

このように濃縮された石炭層は、石炭濃度６５重量％以
上、好ましくは６８〜７５重量％となる。

ポリ　（メタ）アクリル酸を添加しない場合には、かか
る高濃度にはなりにくく、また高濃度とするための所要
時間がきわめて長くなるという問題がある。

つぎに濃縮された石炭層はポンプなどでミルに導入され
るが、このときポンプの吸い込みを容易にするため、底
部に撹拌機を設けることが好ましい。また石炭濃度が高
すぎるものでは必要に応じて水を加えて石炭濃度が６５
重量％以上となる適当な濃度に調整しても差し支えない
。

このようにしてミルに導入された石炭層はこれにアルカ
リ性物質が添加され、７４μｍ以下の粒子が５５重量％
以上通常６５〜８５重量％となるように湿式粉砕されて
石炭濃度６５重量％以上の高濃度ＣＷＭが得られる。こ
の高濃度ＣＷＭは低粘度でかつスラリーの安定性にすぐ
れており、発電所などの消費地へ容易かつ安定に輸送供
給できる。

上記アルカリ性物質の添加量が少ないと分散効果が不充
分であり、低粘度で安定性のよい高濃度ＣＷＭは得られ
ない。アルカリ性物質の添加量は多くても安定性には影
響をおよぼさないが、強アルカリ性を避ける場合にはポ
リりん酸ナトリウムやヘキサメタりん酸ナトリウムなど
の緩衝剤を添加するとよい。アルカリ性物質の一般的な
添加量としては、ポリ　（メタ）アクリル酸のカルボキ
シル基１当量に対してＯ１８〜１０当量となるようにす
ればよい。

この発明において上述の湿式粉砕の際あるいは湿式粉砕
後に分散剤を添加すると、高濃度ＣＷＭはさらに粘度が
低下するために消費地への供給に際しての取り扱いがよ
り容易になる。

上記分散剤としては、従来提案されている石炭−水スラ
リー用分散剤がいずれも使用可能であり、これらは界面
活性剤であるが、特に下記ａ〜ｅで示されるものが好ま
しいものとして用いられる。

ａ）炭素数１〜８のアルキル基を有することがあるナフ
タレンスルホン酸のホルマリン縮合物（平均縮合度２以
上）の塩。

たとえば、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物（平
均縮合度２〜１５）、メチルナフタレンスルホン酸ホル
マリン縮合物（平均縮合度２〜１５）などのＮａ塩、に
塩、Ｃａ塩、アンモニウム塩、トリエタノールアミン塩
などが用いられる。

ｂ）リグニンスルホン酸塩。

たとえば、パルプ廃液からのりゲニンスルホン酸のＮａ
塩、に塩、Ｃａ塩５アンモニウム塩などが用いられる。

Ｃ）無水マレイン酸とつぎの一般式； ％式％ （式中、Ｒ，は水素原子またはメチル基、Ｒ２は水素原
子、炭素数１〜３０のアルキル基もしくはアルケニル基
、フェニル基、炭素数１〜４のアルキル基置換フェニル
基または炭素数１〜５のアルコキシ基もしくはアルコキ
シカルボニル基である）で表される少なくとも一種のビ
ニル化合物との共重合物またはそのアミド化物の塩。

たとえば、ジイソブチレン−無水マレイン酸共重合物（
平均分子量１０，０００）、スチレン−無水マレイン酸
共重合物（平均分子量２，０００）、イソブチレン−無
水マレイン酸共重合物（平均分子量１２，０００）、ブ
チルビニルエーテル−無水マレイン酸共重合物（平均分
子量２０．０００）、酢酸ビニル−無水マレイン酸共重
合物（平均分子量１５，０００）などのＮａ塩、に塩、
Ｃａ塩、アンモニウム塩などが用いられる。

ｄ）つぎの一般式で示されるポリオキシアルキレン硫酸
エステル塩。

ＲＣＯ（ＡＯ）３０３Ｍ （式中、Ｒはフェニル基、炭素数１〜２２のアルキル基
置換フェニル基、アルキル基もしくはアルケニル基、Ａ
Ｏは炭素数２〜４のオキシアルキレン基、ｎは１〜５０
０の整数、Ｍはアルカリ金属。

アルカリ土類金属、アンモニウム基、低級アルキルアン
モニウム基または低級アルカノールアンモ　」１ ニウム基である） たとえば、ポリオキシエチレン（７０モル）ノニルフェ
ニルエーテル硫酸エステル、ポリオキプロピレン（３０
モル）ポリオキシエチレン（９０モル）ステアリルエー
テル硫酸エステル、ポリオキシエチレン（２０モル）オ
レイルエーテル硫酸Ｘスフ）Ｉｉｆ、にト０：）Ｎａ　
塩、　Ｋ塩、Ｃａ塩、アンモニウム塩、トリエタノール
アミン塩などが用いられる。

ｅ）つぎの一般式で示されるポリオキシアルキレン脂肪
酸アミドまたはその硫酸エステル塩。

？“（Ｒ′ ■ ＲＣＮ　Ｇ　Ｈｚ　ＣＨＯ（Ａ　Ｏ）　Ｈ′ｉｉ″ｉＩ
Ｒ′ ■ ＲＣＮＣＨ□ＣＨＯ（ＡＯ）３０３Ｍ 「 「 ２ Ｒ′ ■ Ｒ′ （式中、ＲＣＯは炭素数８〜３ｏの飽和もしくは不飽和
のアシル基、「は水素原子またはメチル基、ＡＯは炭素
数２〜４のオキシアルキレン基、ｌ−０〜５００．ｍ≧
０．ｎ≧Ｑ、、ｍ＋ｎ＝０〜１，０００、Ｍはアルカリ
金属、アルカリ土類金属、アンモニウム基、低級アルキ
ルアンモニウム基マタは低級アルカノールアンモニウム
基である）たとえば、ポリオキシエチレン（１００モル
）牛脂脂肪酸アミド、ポリオキシエチレン（２００モル
）ラウリン酸アミド、ポリオキシエチレン（３０モル）
ステアリン酸アミド硫酸エステルＮａ塩、ポリオキシプ
ロピレン（３０モル）ポリオキシエチレン（１２０モル
）オレイン酸アミド、ポリオキシプロピレン（５０モル
）ポリオキシエチレン（５０モル）ヤシ油脂肪酸アミド
硫酸エステルアンモニウム塩などが用いられる。

これらの分散剤の使用量は、効果と経済性の点から石炭
に対して０．０１〜３重量％、好ましくは０．１〜１重
量％である。

以」二詳述したとおり、この発明の方法によれば、産炭
地からポンプ輸送された低濃度ＣＷＭを、ブラック・ウ
ォーターの如き脱水された廃水に問題を残すことなく簡
単に濃縮して、しかもこれより低粘度で安定性がよくし
たがって消費地への供給が容易な高濃度ＣＷＭを工業的
有利に製造できるという利点を有している。

つぎに、この発明の実施例を記載してより具体的に説明
する。なお、以下の実施例および比較例で用いた脱水容
器は下記の構成からなり、また高濃度ＣＷＭの粘度およ
び安定性は下記の如く測定した。

〈脱水容器の構成〉 内径ｌｏｏｍｍで、高さ３００鶴の上部と高さ２００ｍ
ｍの下部とからなる２個の塩化ビニル樹脂製シリンダー
がフランジによって接続されており、下部は有底である
。このフランジ部にろ紙（Ｎｏ、２）と目皿（直径１０
０ｎの円内に内径２■の孔を９２個もつ）をはさんで使
用する。下部シリンダーはフランジ部より１０１１Ｉ＋
下方に空気抜きの小孔をもち、上部シリンダーに入れた
石炭−水スラリーのろ液が下部シリンダーに抜けるよう
になっている。

く高濃度ＣＷＭの粘度と安定性〉 粘度（２５°Ｃ）はＢ型粘度計により測定し、安定性は
つぎの方法で調べた。すなわち、直径５　ｃｍ、高さ２
０ｃｍのステンレス製シリンダーの底部より６ｃｍと１
２ｃｍの位置に止栓つき取り出し口を設け、高濃度ＣＷ
Ｍを上記シリンダーの底部から１８ｃｍのところまで入
れ、室温で２週間静置した。つぎに、シリンダー底部か
ら１２ｃ＋ｎより上の上層部分、６〜１２ＣＩ１１の中
層部分および５ｃｍより下の下層部分に分け、各層の固
型分を、１０５℃の乾燥器中に３時間放置する乾燥減量
法で測定した。

実施例 オーストラリア産の瀝青炭であるワークワース５ 炭を乾式粉砕し、最大粒径が３鰭で、７４μｍ以下の粒
子が３１重量％である石炭粉末を得た。この石炭粉末７
５０ｇと水７５０ｇを２１のビーカーにとり、１０分間
羽根攪拌して低濃度ＣＷＭを調製した。この粘度（２５
°Ｃ）は９０ｃｐｓであった。

この低濃度ＣＷＭにポリ　（メタ）アクリル酸を加えて
均一に混合したのち、脱水容器に注ぎ、２時間静置後、
脱水された石炭層の石炭濃度を測定した（１０５℃２３
時間の乾燥減量でめた）。

つぎに、石炭層５００ｇを、ボール充填率３０容量％の
３１の磁性ボットミルにとり、石炭濃度が７０重量％に
なるように水を加え、さらにアルカリ性物質またはアル
カリ性物質と分散剤とを添加し、４５分間粉砕すること
により、最大粒径が３００μｍで、７４μｍ以下の粒子
が７０〜７２重量％である石炭濃度７０重量％の高濃度
ＣＷＭを得た。

得られた高濃度ＣＷＭの粘度および安定性を調べた結果
をつぎの第１表および第２表に示す。第６ １表はアルカリ性物質を添加したこの発明の試験結果と
比較のためにアルカリ性物質の代わりに分散剤を添加し
た場合の試験結果を示し、第２表はアルカリ性物質と分
散剤とを併用添加したこの発明の試験結果を示す。

なお、この発明でポリ　（メタ）アクリル酸を用いた場
合、脱水された石炭層の石炭濃度はいずれも７０重量％
以−１−で、かつ排出された水は透明であるのに比し、
平行して行ったポリ　（メタ）アクリル酸を添加しなか
った場合は、沈降層の石炭濃度は約６０重量％にしかな
らず、排出された液も黒く濁っていた。

上記第１表および第２表より、この発明の方法により低
粘度で安定性にすぐれた高濃度ＣＷＭが得られ（Ｉｌｋ
ｌ、１〜７．１１〜２０）、特にアルカリ性物質と分散
剤とを添加して湿式粉砕したもの（階１１〜２０）はよ
り低粘度であることがわかる。

これに対して湿式粉砕時に分散剤のみを添加したもの（
隘８〜１０）は高粘度となっており、この発明の如き低
粘度でかつ安定性にすぐれる高濃度ＣＷＭが得られない
ものであることがわかる。

特許出願人　日本油脂株式会社 １ 昭和５９年　６月１２日 特許庁長官殿 １、事件の表示 特願昭５９−８４８９２号 ２、発明の名称 高濃度石炭−水スラリーの製造方法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　東京都千代田区有楽町１丁目１０番１号名　称
　（４３４）日本油脂株式会社 代表者　小川照次 ４、代理人 郵便番号　５３０ ７、補正の内容 Ａ、明細書： ＋ｌ）　第１８頁第１０行目； 「場合は、」とあるを「場合（第１表中の参考例）は、
」と訂正いたします。

（２）第１９頁の第１表を下記のとおりに訂正いたしま
す。

−７Ａ （３）第２１頁第３行目； 「Ｎａ１〜７」とあるを「１１ｋ１２〜７」と訂正いた
します。

特許出願人　日本油脂株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１最大粒径が５璽讃以下でかつ７４μｍ以下の粒子
   が５０重量％以下である石炭粉末３０〜６０重量％を含
   有する低濃度石炭−水スラリーに、石炭粉末に対して０
   ．００１〜０．５重量％のポリアクリル酸またはポリメ
   タクリル酸を力０えたのち脱水により石炭濃度６５重量
   ％以上に濃縮し、ついでアルカリ性物質を加えてポリア
   クリル酸またはポリメタクリル酸を中和するとともに湿
   式粉砕し、７４μｍ以下の粒子が５５重量％以上である
   石炭−水スラリーを得ることを特徴とする高濃度石炭−
   水スラリーの製造方法。 （２）アルカリ性物質とともに分散剤を加えて湿式粉砕
   する特許請求の範囲第（１）項記載の高濃度石炭−水ス
   ラリーの製造方法。