JPS6215291A - 石炭水スラリ−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、石炭粉末の水スラリー用の分散安定剤に関す
る。更に詳しくは石炭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。

〔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、世界中に存在する石炭の有
効利用が見直されてきている。しかしながら石炭の場合
は、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アシ、取シ扱い上著しく不利である
。更に、石炭は一般に石油に比べ、多量の灰分を含んで
おシ、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、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は、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程
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にほぐす作用や、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。

本発明者らはすでにそのような効果をもつ分散剤を開発
済みである（特開昭５６−２００９０゜同５６−２１６
３６．同５６−５７８８９．同５６−５７８９０．同５
６−５７８９１号各公報）。

しかしこのような分散剤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。そこで
、本発明者らはかかる従来の石炭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種々検
討を行ないポリアミン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且つポリオキシ
エチレン鎖の部分の合計の重量が全分子量の４０〜９５
重景％で重量更に分は量が１：、０００〜２００　、０
００であるポリエーテル化合吻ヌ５−チの誘導体、及び
アミン化合物あるいはア　ド化合物から選ばれる含窒素
化合物の１種又は２種以上を必須成分として含有する分
散安定剤が静置安定性と流動性に優れた効果を有するこ
とを見出し、既に提案した（％開昭６０−５５０８７号
公報）０ しかしながら、この分散安定剤も石炭水スラリーが高温
（例えば６０℃）にさらされた時に問題があった。

石炭水スラリーは製造されてからボイラーで燃焼される
まで流動性、安定性を保持することが絶対必要であるが
、これまで開発された添加剤では、ボイラー燃焼時にス
ラリーが受けると予想される高温剪断力に対して極めて
弱いということを本発明者等は見いだした。即ち２０〜
３０℃で極めて流動性の良好なスラリーを５０〜６０℃
に加温し剪断力を与えると瞬時に流動性を失いゲル化す
るという欠点を有する。従ってこのような添加剤を添加
したスラリーでは、５０〜６０℃に加温され高剪断力で
噴霧されるボイラー燃焼時に、石炭粒子が凝集すること
によシ燃焼効率が悪くなシ大量の未燃石炭粒子が残り非
常に効率が悪い。

〔開題点を解決するための手段〕 そこで本発明者らは高温剪断下でも流動性を失わない石
炭水スラリー用分散安定剤の開発に努めた結果１分子鎖
末端に直鎖アルキル基等の有機疎水基を有する特定のポ
リエーテル化合物と含窒素化合物を用いると高温剪断力
下でも流動性を失わず、又、安定性の点でも極めて優れ
た相乗効果を発揮することを見いだし本発明を完成した
。

即ち、本発明は （ａ）　　アルキル（又はアルケニル）ポリアルキレン
ポリアミン化合物にエチレンオキシドを必須成分として
含むアルキレンオキシドを付加し、且つポリオキシエチ
レン鎖の部分の合計の重量が全分子量の７０重ｉ％以上
であり、更に分子量がｓ　、　ｏａｏ〜２００　、　ａ
ａａであるポリエーテル化′合物又はその誘導体、及び （１））　　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
て含み、更に必要に応じて（ｃ）脂肪族アルコール、ン
ルビタン脂肪酸エステル又はシリコーン化合物の１徨又
は２種以上 を含むことを特徴とする石炭水スラリー用分散安定剤を
提供するものである。

本発明の分散安定剤の（ａ）成分として用いるアルキル
（又はアルケニル）ポリアルキレンポリアミン化合物に
エチレンオキシドを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の原料となるアルキ
ル（又はアルクニル）ポリアルキレンポリアミン化合物
は、ポリアルキレンポリアミンの長鎖アルキルハライド
によるアルキル化あるいは長鎖アルキルアミンの７クリ
ロニトリルによるシアノエチル化並びにそのシアノエチ
ル化物の接触還元、更にシアノエチル化及び還元の繰シ
返し等によって工業的に装造され得る。

このアルキ／Ｌ／（又はアルケニル）ポリアルキレンポ
リアミン化合物は次の一般式で表わされ得る。

但し、Ｒ：炭素数８〜２２の直鎖又は分岐鎖のアルキル
又はアルケニル基 Ｒ′及びＲ“：炭素数２〜５の飽和アルキレン基 ｐ及びｑ：いずれも０〜１０．但し、 （ｐ＋ｑ　）は少なくとも１以上 更に具体的には以下の化合物が例示される。

ラウリルエチレンジアミン、ラウリルエチレンジアミン
、ラウリルトリエチレンテトラミン、ラウリルペンタエ
チレンへキサミン、ステアリルエチレンジアミン、ステ
アリルプロピレンジアミン、ステアリルジプロピレント
リアミン、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
レンへキサきン、オレイルエチレンジアミン、オレイル
プロ、ピレンジアミン、オレイルジプロピレントリアミ
ン、オレイルトリエチレンテトラミン、オレイルテトラ
エチレンペンタミン、オレイルテトラエチレンペンタミ
ン 牛脂アルキルエチレンジアミン、硬化牛脂アルキルグロ
ビレンジアミン、硬化牛脂アルキルシフ”　ｏ　ヒｖン
トリアミン、硬化牛脂アルキルトリエチレンテトラミン
、硬化牛脂アルキルテトラエチレンペンタミン、硬化牛
脂アルキルテトラグロピレンベンタミン、硬化牛脂アル
キルヘン′　”７′７へ”ゞ　′・　　　　　　　　ア
ーキー（又はア、ヶ＝、）本発明のポリエーテル化合物
は上記のボリア△ ルキレンボリアミン化合物に通常の方法にょジエチレン
オキサイドを必須として含むアルキレンオキシドを付加
することにょシ容易に得ることができる。そのうち特に
エチレンオキシドとプロピレンオキシドとのブロック又
は一部ブロック状の付加物が好ましくその付加の順序は
いずれが先でもよいが、プロピレンオキシド（以後Ｐ○
と略記する。）を先に付加させた後エチレンオキシド（
以後Ｅｏと略記する。）を付加させた場合が良好な分散
安定性を示す。

ポリエーテル化合物又はその誘導体の分子量は５　、０
００〜２００　、０００であり好ましくは１０，０００
〜１００．０００更に好ましくは３０，０００〜８０　
、０００の範囲である。またＥＯ鎖の部分の合計の重量
は全分子量の７０重ｆｊｋ％以上であり好ましくは８０
〜９５重量％である。

本発明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、脂肪酸エステル化物あるいは窒素
原子の一部をカチオン化したものが挙げられる。そのな
かでも特に脂肪酸エステル化物とカチオン化物が好まし
へ脂肪酸エステル化の場合、用いられる脂肪酸としては
炭素数７〜２３個であることが好ましいが、二重結合の
数、枝分かれ等は性能上影響がない。カチオン化物とし
ては、ポリエーテル化合物をジアルキル硫酸やハロゲン
化アルキルなどＫよシカチオン化した化合物や酢酸、ア
ルキルベンゼンスルホン酸等によ）中和したカチオン化
物が挙げられる。

本発明の（ｂ）成分としては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
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、ラウリルアミン
、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、ジメチルラウリルアミン、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り、例としてはエチ
レンジアミン、トリエチレンテトラミン、ラウリルプロ
ピレンジアミン、ラウリルジエチレントリアミン、ステ
アリルジプロピレントリ７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、硬化牛脂アルキ
ルジプロピレントリアミン、硬化牛脂アルキルテトラエ
チレンペンタミンがある。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９４級化した４級アンｐ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級アンモニ
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、例としてはラウリルトリメチルアンモ
ニウムクロライド、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アシ、例としてはステア
リン酸アミド、エチレンジアミン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。

又本発明の分岐安定剤に必要に応じて使用される（０）
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、ｔ　ハオクチル
アルコール、２−エチルへキシ／１／　７　）ｖコール
、ラウリルアルコール等カ挙ケラれる。ソルビタン脂肪
酸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、ソ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。

本発明の分散安定剤中（ｂ）成分、（ｃ）成分の配合量
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３０重量％以下が好ましく、更に好ましくは
１５〜１重量％であり　（ａ）成分と共に石炭水スラＩ
Ｊ−１ｃ加えてもよく又別個に石炭スラリーに加えても
よい。

かかる本発明の分散安定剤は水スラリーに対して好まし
くは０．０１〜５．０重量％、更に好ましくは０．０５
〜２．０重量％添加することにより、水中に石炭粒子を
分散させうる。

石炭水スラリーの流動性は、一般に石炭粉末の種類及び
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、石炭濃度が３０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、石炭粒子が分散し、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。石炭水ス
ラリーを構成する石炭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かかり、意義がなくなる
。又、おまシ大きいと、粘度が高くなシすぎるので、石
炭の種類、粘度によシ異なるが、一般に３０〜８５重量
％、好ましくは５０〜７８重量％であるＯ 本発明に使用する石炭は無煙炭、瀝青炭、亜瀝青炭、褐
炭等の稽々の炭種のものが用いられるが、これを微粉砕
して用いる。この石炭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。

石炭、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、それに石炭を
加え、適当な混合装置又は粉砕装置により調製すればよ
い。

かかる本発明の分散安定剤は、公知の他の石炭水スラリ
ー用分散安定剤（特開昭５２−７１５０６゜同５６−２
１６３６．同５６−２００９０．同５６−１２６８９１
．同５６−１３３１９２゜同５６−５７８８９．同５６
−５７８９０．同５６−５７８９１．同５６−６２５３
８．同５６−１４７５９５．同５６〜１０２９９４号各
公報）や、その他のアニオン性、カチオン性、非イオン
性、両性界面活性剤を併用することができる。具体的に
は「界面活性剤ハンドブック」（工学図書発行、高橋、
離技ら著）ｐ１６〜２３に記載の界面活性剤の何れかを
少量併用することで、さらに優れた分散能が得られる場
合もあるＯ 更に１本発明の分散安定剤を用いた石炭の水スラリーに
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
属石鹸を加えることによって、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。

又、キサンタンガム、グアーガム等の天然高分子、ある
いは変性セルロース誘導体（カルボ−キシ〉チルセルロ
ース、とドロキシエチルセルロース等）などの増粘剤を
併用することによってさらに優れた静置安定化能が得ら
れる場合もある。

現在、石炭中の灰分を種々の方法で除去し、脱灰炭水ス
ラリーとして重油厚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、発泡剤を用い灰分な水中にとど
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）回収する水中造粒法等（例えば特開昭５２−５
７９１０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）が混入することが考えられるが
、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石炭粉末
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、且つ高温剪断力下でも流動性を失わず、且
つ長時間保存後にもハート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〜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。

〔作用・効果〕

本発明の分散安定剤がいかにして本発明の優れた効果を
奏するかの機作については必ずしも明確ではないが、本
発明の（ａ）成分のポリエーテル化合物の分子末端にあ
る適度の有機疎水基が石炭粒子と親和性を有し、且つポ
リエーテル本体の分散性に影響を与えないため、高温下
においても優れた分散性を発揮するものと考えられる０ 〔実施例〕 以下に実施例によυ本発明を具体的に説明するが、本発
明はこれらの実施例により限定されるものではない。

本発明例及び比較例 （１）脱灰炭の調製法 Ｉ）水中造粒法による脱灰炭の製造法 ２００　メ７シュ８０％バスの下記の組成のベルモント
炭”　４２８　ｔ　（７，０％の水分を含んでいるため
純分として４００　ｔｔ　）を室温にて水に分散させ攪
拌して石炭水スラリーを得る。この混合物に対してＡ重
油を２０Ｆ加え、室温にてラボディスパー（特殊機イ１
工業製）にて１Ｑ　００　ｒｐｍ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）を得た。

このものの残存灰分の含量は４．８ｗｔ％（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）と同様にペ
ルモント炭　４２８ｆを室温にて水に分散させ、パイン
油０．５ｇとともにＦ−Ｗ型浮遊選鉱機に入れ浮遊処理
を行う。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。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　ペルモント炭 発熱量　６９００　ｋｃａｘ／Ｋｐ　（Ｊ工ＥＩＭ８８
１４）灰　　分　７．１％　　　　　　（、Ｔｌ５Ｍ８
８１２）水　　分　５．０％　　　　　　（５１５Ｍ８
８１１）固定炭素　５９．７％　　　　　（Ｊ工Ｓ　Ｍ
　８８１２）表１　　供試炭一覧表 （２）水スラリーの調製及び流動性の評価表２のＡ８化
合物と表ｓ（ｂ成分）の＆１化合物の９／１配合品２．
５ｔを１０２ｆの水に分散させこの混合物に表１の供試
炭＆１のベルモント炭３９５ｔを室温にて少量ずつ加え
る０全量加え終わった後、ホモミキサー（特殊機化工業
製）にて５０００　ｒｐｍで５分間攪拌して石炭水スラ
リーを調製した。

２０℃にて粘度を測定すると、７４０センチボイズであ
り、流動性は良好であった０更にこのスラリーを６０℃
に保温しながら、５０００ｒｐｍで５分間攪拌後の粘度
を６０℃にて測定した。その結果８２０センチボイズで
アシ、流動性は良好であった。

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３に示す含窒素
化合物（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本発明例及び比較例も含めてその
結果を表５及び表６に示す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日間靜静置
た後、直径５酊のステンレス棒（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ＩＪ　−は安定性が良好であり、３０日経過
後も圧密はほとんどなかった。他の本発明例及び比較例
も含めてその結果を表５．６に示した０なお静置温度は
２５℃である０ 表３（ｂ）成分 表４（ｃ）成分

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　（ａ）アルキル（又はアルケニル）ポリアルキレン
   ポリアミン化合物にエチレンオキシドを必須成分として
   含むアルキレンオキシドを付加し、且つポリオキシエチ
   レン鎖の部分の合計の重量が全分子量の７０重量％以上
   であり、更に分子量が５，０００〜２００，０００であ
   る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
   ことを特徴とする石炭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
   記載の石炭水スラリー用分散安定剤。 ３　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項又は第２項記載の石炭水スラリー用分散安定剤
   。 ４　（ａ）アルキル（又はアルケニル）ポリアルキレン
   ポリアミン化合物にエチレンオキシドを必須成分として
   含むアルキレンオキシドを付加し、且つポリオキシエチ
   レン鎖の部分の合計の重量が全分子量の７０重量％以上
   であり、更に分子量が５，０００〜２００，０００であ
   る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石炭水スラリー用分散安定剤。