JPS61127793A - 炭素材粉末の水スラリ−用分散安定剤 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、炭素材粉末の水スラリー用の分散安定剤に関
する。更に詳しくは炭素材粉末を水中に分散させパイプ
ライン輸送可能な状態に分散安定化させる分散安定剤に
関する０ 本発明の対象となる炭素材粉末とは石炭、脱灰処理後の
石炭１石炭コークス、石油コークスのことである。

〔従来の技術及び問題点〕

近年、エネルギー源として、最も多く使用されてきた石
油が、その埋蔵量の限界や、それに伴う価格の高騰など
から、エネルギー源の多様化及び、安定的な供給の確保
が重要な問題となっている。このようなことから、埋蔵
量が多く且つ、偏在せず１世界中に存在する石炭を代表
とする炭素材粉末の有効利用が見直されてきている。し
かしながらこのような炭素材粉末の場合は１石油とは異
なシ、固体であるため、パイプラインによる輸送が不可
能であシ、取シ扱い上著しく不利である。更に１石炭は
一般に石油に比べ、多量の灰分を含んでおフ、発熱量の
低下、フライアッシュの処理等の問題もある。このよう
なことよシ、取シ扱い上の欠点を改善するために、石炭
を粉末化し、水中に分散させてスラリー状にして、使用
する方法が種々検討されている。しかしながら、この場
合も石炭濃度を上げると、著しく増粘し、流動性を失い
、石炭濃度を下げると、輸送効率が低下し、更に脱水工
程にも費用がかかることになシ、実用的でない。これは
１石炭−水スラリー中の石炭粒子同志が水中で凝集する
ことにより、粘度の増大及び流動性の減少を起こさせる
からである。水スラリー中の石炭粒子社、小さいほど分
散安定性が良いが、微粉砕の費用は微粉砕の１度が大き
くなるにつれて大きくなる。現在、火力発電所で燃焼さ
れている微粉炭は２００メツシユ、８０％パス、即ち約
７４ミクロン程度の粒子径であるので、この粒子が微粉
炭の粒度の一つの目安として使用されることが予想され
る。石炭−水スラリーに、分散剤である界面活性剤を加
えると、石炭粒子と水との界面に界面活性剤が吸着し、
石炭粒子をバラバラＫｉぐす作用や、石炭粒子が互いに
凝集するのを防ぐ作用などを起こし良好な分散状態を作
シ出すことが期待される。

既にそのような効果を目的とした分散剤が提案されてい
るが、従来提案されたものでは流動性は向上するが静置
した場合沈降物が圧密しハードケーキを生成するため実
用上は必ずしも満足すべきものではなかった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者らはかかる従来の石炭を代表とする炭素材粉末
−水スラリーの欠点である静置安定性の改良と流動性の
向上をはかるべく鋭意研究した結果、静置安定性と流動
性に優れた効果をもつ分散安定剤を見い出し本発明を完
成し丸。

即ち本発明は、（＆）１分子中に活性水素を１ヶ以上有
する化合物（ポリアミン化合物を除く）Ｋエチレンオキ
シドを必須として含むアルキレンオキシドを付加したポ
リエーテル化合物又はその誘導体、及び（助アミン化合
物あるいはアミド化合物から選ばれる含窒素化合物の１
種又は２種以上を有効成分として含有し、更に必要に応
じて（ｃ）脂肪族アルコール、ソルビタン脂肪酸エステ
ル又はシリコーン化合物の１種又は２種以上を含むこと
を特徴とする炭素材粉末の水スラリー用分散安定剤に係
るものである。又１本発明の分散安定剤は浮遊選鉱法あ
るいは水中造粒法によシ脱灰された石炭にも有効である
ことを特徴とする石炭粉末を代表とする炭素材粉末の水
スラリー用分散安定剤に係るものである。

本発明で配合される（、）成分のポリエーテル化合物及
びその誘導体は、１分子中に１個以上の活性水素を有す
る化合物（ポリアミン化合物を除く）に常法によシ、一
般的には酸又はアルカシ触媒の存在下、加圧下で、エチ
レンオキシド又はエチレンオキシドを含むアルキレンオ
キシドを付加反応させるととくよシ得られる。

１分子中に１個以上の活性水素を有する化合物としては
、ラクリルアルニール、ステアＩＪ　ルアルニール、フ
ェノール、オクチルフェノール、ノニルフェノール等の
１価アルコール；エチレングリコール、プロピレングリ
コール、ブタンジオール、グリセリン、トリメチロール
プロパン、へ／タエリスリトール、ンルビタン、ソルビ
トール等の多価アルコール、あるいはフェノール、フレ
ソール、キシレノール、アルキルフェノール、ビスフェ
ノールム表トのフェノール及びフェノール誘導体、又は
す７トール、アルキルナラトールなどのす７トール及び
置換ナフトール類、カテコール、レゾルシン、ピロガロ
ールなどの多価フェノール類又、はナフトレゾルシン、
α−す７トヒドロキノ７等の多価す７トール類、またよ
シ好ましくはこれらフェノール性水酸基を有・する芳香
族化合物の脂肪族アルデヒ）”Ｊ［？物例えばノニルフ
ェノールホルマリン縮合物、ブチルフェノールホルマリ
ン縮合物等のアルキルフェノールホルマリン縮合物、ナ
フトールホルマリンａ合物、ノニルフェノール−ナフト
ールホルマリン共縮合物がよい。

これら縮合物の縮合度は２〜５０好ましくは５〜２０が
よい。

本発明の（ａ）成分において付加するアルキレンオキシ
ドとしてはエチレンオキシドが必須であシ、エチレンオ
キシドの含有率は全フルキレンオキシドの５０〜１００
重量％、好ましくは７０〜９５重量％である。またエチ
レンオキシド以外のアルキレンオキシドとしてはプロピ
レンオキシドが望ましいが、ブチレンオキシド、スチレ
ンオキシドも使用することができる。付加状態としては
いずれでもよいが、ブロック状に付加したものが望まし
い。

又ポリエーテル化合物及びその誘導体の分子量としては
、好ましくは５０００〜２００，０００　、よシ好まし
くは５０，０００〜１００，０００の範囲である。

本発明の（ａ）成分のポリエーテル化合物の誘導体とし
ては、ポリエーテル化合物の末端水酸基の硫酸化物、リ
ン酸化物、カルボキシアルキル化物、脂肪族エステル化
物が含まれる。

その他の誘導体としては、ポリエーテル化合物を架橋剤
を用いて架橋するととくよシ得られる化合物、あるいは
多価イソシアネートとの反応生成物、エピハロヒドリン
との反応生成物がある。

本発明の（ｂ））成分としてはアきン化合物あるいはア
ミド化合物から選ばれる含窒素化合物の１種又は２種以
上が用いられる。含窒素化合物のうち、アミン化合物と
しては１級アミン例えばオクチルアミン、ラクリルアミ
ン、牛脂アミン、２級アミン例えばジエチルアミン、ジ
ステアリルアミン、モルホリン等、３級アミン例えばジ
メチルステアリルアミン、ジメチルラフリルアミン、芳
香族アミン例えばアニリン、ジベンジルアミン、トルイ
ジン等及びポリアミン化合物としてポリアルキレンポリ
アミン、アルキル（又はアルケニル）ポリアルキレンポ
リアミン。

ポリエチレンイミン等があシ１例としてはエチレンジア
ミン、トリエチレンテトラミン、ラクリルプロピレンジ
アミン、ステアリルトリエチレンテトラミン、ステアリ
ルテトラエチレンペンタミン、ステアリルペンタエチレ
ンへキサミンがある。またこれらアミン化合物を酸性化
合物で中和することによって生成するアミン塩及び公知
の方法によシ４級化した４級アンモニウム塩も有効であ
る。アミン塩としては例えば上記アミン化合物の酢酸塩
、塩酸塩、硫酸塩等が挙げられ、ま・た４級アン毎ニウ
ム塩としては上記アミン化合物をアルキルハライドやジ
メチル硫酸などによシ公知の方法でカチオン化反応した
化合物があり、例としてはラクリルトリメチルアンモニ
クムクロライド、ステアリルトリメチルアンモニウムク
ロライド等が挙げられる。

又、アミド化合物としてはカルボン酸とアンモニア又は
上記アミン化合物との反応物があυ、例としてはステア
リン酸アミド、エチレンジアミ／ラウリン酸モノアミド
、トリエチレンテトラミンステアリン酸ジアミド等が挙
げられる。

又本発明の分散安定剤に必要に応じて使用される（Ｃ）
成分のうち脂肪族アルコールは具体的には炭素数６〜１
２の脂肪族アルコールが用いられ、例えばオクチルアル
コール、２−エチルヘキシルアルコール、ラウリルアル
コール等が挙げられる。ソルビタン脂肪族エステルとし
てはソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミ
テート、ンルビタンモノオレエート、ソルビタンモノス
テアレート等が挙げられる。又同じく（Ｃ）成分のうち
シリコーン化合物としてはポリジメチルシロキサン、ジ
メチルシリコーン油、フルオロシリコーン油等が挙げら
れる。

かかる本発明の分散安定剤は、水スラリーに対して０゜
０１〜５．０重量％、好ましくは０．０５〜２．０重量
％添加することによシ、水中に炭素材粒子を分散させう
る。

本発明の分散安定剤中（ｂ））成分、（Ｃ）成分はいず
れも（ａ）成分のポリエーテル化合物又はその誘導体に
対し５０重量％以下好ましくは１５〜５重量％で６　！
５　、　（ａ）成分と共にスラリーに加えてもよく、又
別個にスラリーに加えてもよい。

炭素材−水スラリーの流動性は、一般に炭素材粉末の種
類及び粒度などによって異なるが、分散安定剤を添加し
ない場合は、粉末濃度が５０重量％を超えると粘度が急
激に上昇してくる。

一方、本発明の分散安定剤を所定量添加すると、炭素材
粒子が分散し、流動性が著しく向上し高濃度のスラリー
とすることができると同時に長時間放置した場合に沈降
してハードケーキを形成しないという貯蔵安定性に優れ
たスラリーとすることができる。炭素材−水スラリーを
構成する炭素材濃度はあまり小さいと輸送効率が悪くな
シ、脱水工程にも費用がががシ、意義がなくなる。又、
あまり大きいと、粘度が高くなシすぎるので、炭素材の
種類、粘度にょシ異なるが、一般に３０〜８５重量％、
好ましくは５０〜７８重量％である。

従来１石炭等の炭素材の水スラリーの分散安定剤として
種々の化合物が提案されておυ１本発明に類似のものと
しては、例えば活性水素を有する化合物にエチレンオキ
シド、プロピレンオキシド等のアルキレンオキシドを付
加したポリエーテル化合物が提案されている（特開昭５
７−１０２９９４号公報、特開昭５７−１４７５９５号
公報）ＯＬかしながら、これらの従来の分散安定剤では
満足すべき効果を得るためには比較的添加量を多くする
必要があう、又炭素材の粒度分布や調製条件等によ〕大
きく左右されるものであり、又湿式粉砕時に添加した場
合粉砕が進行するに従って流動性が低下するためその表
面積の増大とともに必要添加量を増加させることが必要
であった。

本発明の分散安定剤は１分子中に活性水素を１ヶ以上有
するポリアミン以外の化合物にエチレンオキシドを必須
として含むアルキレンオキシドを付加したポリエーテル
化合物又はその誘導体を必須成分とし、これとアミン化
合物あるいはアミド化合物から選ばれる含窒素化合物の
１種又は２ｆｊｊ以上を併用し、又更には脂肪族アルコ
ール、ソルビタン脂肪酸エステル又はシリコーン化合物
の１種又は２種以上を必要に応じて併用することにより
比較的少ない添加量で優れた効果を発揮し、又粒度分布
や調整条件等に左右されない画期的な性能を有するもの
である。

これは（ａ）成分と比べ低分子量の（ｂ）　ｔ　（ｃ）
成分が炭素材表面の孔げき部へ吸着し孔げき部を疎水化
することによシ分散のために必要な水が浸入するのを妨
げ（ａ）成分単独に比べ飛躍的に分散安定性を向上させ
ることになるためと考えられる。

本発明に使用する炭素材は無煙炭、瀝青炭、亜瀝青炭、
褐炭等の種々の石炭及び石油コークス、石炭コークスな
どが用いられるがこれを微粉砕して用いる。この炭素材
粉末の粒度はボイラーへの直接燃焼の可能な粒度であれ
ばよいが、現在このような目的で火力発電所にて使用さ
れている一般的な粒度は２００メツシユパス率が７０〜
９０％の粒度のものである。

炭素材１分散安定剤、水の混合順としては、何れでもよ
いが、分散安定剤を水に溶解又は分散させて、それに炭
素材を加え適当な混合装置又は粉砕装置によシ調製すれ
ばよい。

かかる本発明の分散安定剤は他の陰イオン界面活性剤や
非イオン性界面活性剤を併用することができる。例えば
、本発明の水スラリー用分散安定剤を本発贋者らが既に
発明した特開昭５６−２００９０．同５６−２１６３６
、同５６−５７８８９、同５６−５７８９０．同５６−
５７８９１、同５７−１９０２４、同５７−１２６８９
１、同５７−１３３１９２号公報に記載されている石炭
粉末の水スラリー用分散安定剤やりゲニンスルホン酸塩
その他のリグニン誘導体と併用すれば一層優れた分散能
が得られる０ また他の界面活性剤、例えば脂肪酸セッケン、アルキル
硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、ジア
ルキルスルホコハク酸エステル塩等のアニオン界面活性
剤又は、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、オキシ
エチレンソルビタン脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸
エステル等の非イオン界面活性剤等と本発明の分散安定
剤を併用しても優れた分散能が得られる。

更に１本発明の分散安定剤を用いた炭素材の水スラリー
にオレイン酸等の脂肪酸、トリブチルホスフェート等の
リン酸エステルあるいはアルミニウムステアレート等の
金属石鹸などを加えることＫよって、気泡の混入の少な
い安定なスラリーとすることができる。

〔発明の効果〕

現在、石炭中の灰分を種々の方法で除去し。

脱灰炭水スラリーとして重油専焼ボイラーで燃焼するこ
とが検討されている。この際の石炭脱灰法としては、浮
遊選鉱法の原理を応用して補集剤、起泡剤を用い灰分を
水中にとどめ泡沫に石炭を吸着し回収する方法や、石炭
スラリーに油乃至はエマルションを添加攪拌し石炭質を
選択的に造粒により回収する水中造粒法等（例えば特開
昭５２−３７９０１号）が注目されている。かかる本発
明の分散安定剤はこのような方法で脱灰された石炭スラ
リーに対しても極めて良好な分散安定性を示す。又、こ
の場合、石炭スラリー中に炭化水素油（例えばディーゼ
ル油、Ａ重油、Ｂ重油、Ｃ重油等）が混入することも考
えられるが本発明の分散安定剤はかかる炭化水素油の共
存する系でも分散効果を失うことなく優れた性能を示す
。

本発明の分散安定剤を添加することで得られる炭素材粉
末の水スラリーは高濃度でも粘度の上昇が少なく流動性
が良好で且つ長期間保存後にもハードケーキを生成せず
良好な分散安定性を保つためパイプライン輸送、タンク
貯蔵、ボイラー直接燃焼が可能である。又本発明の分散
安定剤を用いて得た石炭粉末の水スラリーは製造時の泡
が少なく、スラリーの体積増加が少なく、又気泡による
増粘を防止し良好な性状のものとすることができる。

〔実施例〕

以下に実施例によυ本発明を具体的に説明す施 るが、本発明はこれらの実例により限定される△ ものではない。

実施例 （ｂ）脱灰炭の調製法 １）水中造粒法による脱灰炭の製造法 ２００メツシュ８０％パスの下記の組成のプレアソール
炭”　４２８ｆ（７，０％の水分を含んでいるため純分
として４００　ｔ　）を室温にて水に分散させ攪拌して
石炭−水スラ１７−を得る。この混合物に対してＡ重油
を２Ｏｆ加え、室温にてラボディスパー（特殊機化工業
製）にて１１０００ｒｐで３０分攪拌し脱灰造粒化させ
る。このようにして得られた混合物を８メツシユのフル
イに通し灰分を除去し、１０５℃にて乾燥させて脱灰・
脱水された造粒物（脱灰炭Ａと言う）を得九このものの
残存灰分の含量はａ、ａ　ｗｔ％（石炭基準）であった
。

１１）浮遊選鉱法による脱灰炭の製造法１）と同様にプ
レアソール炭”　４２８　ｆを室温にて水に分散させ、
パイン油０．５ｆとともにＦ−Ｗ型浮遊選鉱機に入れ浮
選処理を行なう。そして泡とともに回収した脱灰石炭ス
ラリーを減圧脱水し脱灰炭Ｂを得る０このものの残存灰
分の含量は４．０ｗｔ％（石炭基準）であった。

申１　プレアソール炭 発熱量　６７２０　Ｋｃａｌ浄（：Ｊより　Ｍ８１Ｈａ
）灰分　７゜１％　（Ｊ工８　Ｍ８８１２）水分　７．
０％　（７１１３Ｍ８８１１）固定炭素　　５９．７％
　　　　（Ｊ工Ｓ　Ｍ８８１２）表１　　供試炭一覧表 （２）　　水スラリー〇調製及び流動性の評価表２＆１
化合物１．８５Ｆ、表３４５化合物０．１９を及び表４
Ａ１化合物０．１９Ｆを１００１の水に分散させこの混
合物に表１の供試炭Ａ１のプレアンール炭５９７．８　
Ｆを室温にて小量ずつ加える。全量加え終った後、ホモ
ミキサー（特殊機化工業製）にて５０００ｒｐｍで５分
間攪拌して石炭水スラリーを調製した。

２５℃にて粘度を測定すると８２０センチボイズであシ
、流動性は良好であった。又同様条件にて表１に示す供
試炭、表２に示すポリエーテル化合物又はその誘導体（
ａ成分）、表５に示す（ｂ））成分並びに表４に示す（
ｃ）成分を各種組み合わせて行った他の実施例及び比較
例も含めてその結果を表５及び６に記し丸。

粘度の低いものが流動性の良い事を示している０ （３）　　水スラリーの安定性の評価 スラリーの安定性は該スラリーを製造後３０日及び６０
日間静置した後、直径５１１１１Ｉのステンレス棒（重
量５０ｆ）をスラリー中に静かに入れその沈降状態を観
察した。（２）で調製したスラリーは安定性が良好であ
シロ０日経過後も圧密はほとんどなかった。他の実施例
及び比較例も含めてその結果を表５及び表６に示した。

表５，６の（注） −１表１参照 中２　表２参照 申３　対ドライベース石炭 串４　表５参照 傘５　ドライベース石炭 ＄６　表４参照 中７　ドライベース石炭 傘８　対ドライベース石炭 中９０＝流動性良好 Δ：ペースト状であシわずかに流動 する。

×：流動性なし 傘ＩＧＱ：安定性良好（石炭の圧密なし）Δ：やや良好
（石炭の圧密微小） ×：不良（石炭の圧密穴）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　（ａ）１分子中に活性水素を１以上有する化合物（
   ポリアミン化合物を除く）にエチレンオキシドを必須と
   して含むアルキレンオキシドを付加したポリエーテル化
   合物又はその誘導体、及び （ｂ）アミン化合物あるいはアミド化合物から選ばれる
   含窒素化合物の１種又は２種以上、を有効成分として含
   むことを特徴とする炭素材粉末の水スラリー用分散安定
   剤。 ２　ポリエーテル化合物が、エチレンオキシドとエチレ
   ンオキシド以外のアルキレンオキシドとのブロック状又
   は一部ブロック状の付加物である特許請求の範囲第１項
   記載の炭素材粉末の水スラリー用分散安定剤。 ３　ポリエーテル化合物が、エチレンオキシドの含有量
   が全アルキレンオキシドの５０〜１００重量％であり、
   更に分子量が５０００〜２０００００である特許請求の
   範囲第１項記載の炭素材粉末の水スラリー用分散安定剤
   。 ４　１分子中に活性水素を１以上有する化合物がフェノ
   ール性水酸基を有する芳香族化合物の脂肪族アルデヒド
   縮合物であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の炭素材粉末の水スラリー用分散安定剤。 ５　ポリエーテル化合物中のアルキレンオキシドがエチ
   レンオキシドとプロピレンオキシドである特許請求の範
   囲第１、２、３又は４項記載の炭素材粉末の水スラリー
   用分散安定剤。 ６　（ａ）１分子中に活性水素を１以上有する化合物（
   ポリアミン化合物を除く）にエチレンオキシドを必須と
   して含むアルキレンオキシドを付加したポリエーテル化
   合物又はその誘導体、 （ｂ）アミン化合物あるいはアミド化合物から選ばれる
   含窒素化合物の１種又は２種以上、及び （ｃ）脂肪族アルコール、ソルビタン脂肪酸エステル又
   はシリコーン化合物の１種又は２種以上 を有効成分として含むことを特徴とする炭素材粉末の水
   スラリー用分散安定剤。