JPS6249942A - 一定の特性を有する高濃度微粒子懸濁液の調製方法ならびにシステム - 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】 技術分野 本発明は、固体の流体輸送、特に、石炭−水スラリーの
如く種々の特性の素材から作られ一定の特性を備え友懸
濁液を調製する方法とそれに使用されるシステムに関す
る。

発明の背景 この懸濁液は微粒石炭又は微粒鉱物と水等の液体担体か
ら成る。懸濁液は固体を大型船で運搬し、貯蔵し、最終
的使用を可能にする。

粉砕して懸濁液に含有させる粗粒固体は種々の含水率と
他の種々の特性を有する。素材の実際の硬度は、例えば
粉砕工程で得られる粒子の細かさに影響を及ぼす。又、
液体担体はもし、例えば、温度又は塩分が変化すれば、
懸濁液の特性に影響を及ぼす。通常、懸濁液にはいくつ
かの液体添加剤が添加される。添加剤は懸濁液の特性に
影響を及ぼす。添加剤としては、表面活性剤、テンサイ
ド（ｔｅｎｓｉｄｅｓ　）　、脱泡剤、安定剤及び／又
は殺生剤などが使用される。

ポンプ圧送、輸送及びその後の取扱いのために懸濁液に
はある一定の特性、例えば高い固体含有率、ある範囲の
粒子の粒度及び懸濁液の粘度等が要求される。

従来技術の説明 本発明者の米国特許第４，４３２，２７４号〔対応ドイ
ツ特許第２９２９４３０号〕には、搬送されるスラリー
の流れの正確な監視と制御のためのスラリー渓度の迅速
な測定方法と装置が記述されている。この装置と方法に
より、固体含有物は、固体粒子の形状とサイズ及び担体
液の量及び／又は供給圧力について分析される。圧力制
御及び液体に対する固体の割合の調整は可能である。し
かし、固体粒子の粒度も懸濁液の粘度も影響を受けるこ
とはなく添加剤に考慮は払われていない。

Ｊ、Ａ、Ｆｕｎｋ氏の米国特許第４，２８２，００６号
明細書には石炭−水スラリー及びその製造方法が記載さ
れている。そのスラリーは、少なくとも６０重量％の石
炭（乾燥ベース）１ｔ、含んでいる。粒子のサイズは１
．１８＋ａから０．０００５ｍの範囲で、少なくとも５
重量％はコロイダルサイズである。それはスラリー中の
微細な固体粒子の高い含有率と、緊密なバッキングを許
容する波打ちのないサイズ分布をもたらす、いわゆる「
アルフレツドソンシストの式」による粒子サイズ分布を
自損している。電解及び／又は分散剤が担体水に逆イオ
ンを与えるために添加される。スラリーは疑似塑性流動
学的特性に従う。スラリーの調製のために破砕された石
炭は所定の量の水を加えて第１ボールミル中で粉砕され
る。そして多分更に処理を施した後、少くとも１つの第
２ボールミル中に供給され解膠剤と水がその中に加えら
れる。例えば第１及び第２ミルからの一部は、アルフレ
ッドの式の石炭−水スラリーが得られるように混合され
る。プロセスは連続的には進行しない。プロセスを遂行
するための条件及び添加剤の種類及び量が決定される。

それは石炭の出所によってきめられる。バッチ式の生産
及び混合により条件の連続的調整又は制御は要求されな
い。

発明の概要 本発明は、たとえ素材の特性が異っても一定の特性を備
えた懸濁液を得るために微粒状粒子の高濃度懸濁液の調
整方法及びシステムを改善することを目的とする。

本発明は細かく分けられた固体粒子全６０重量％又はそ
れ以上含有する懸濁液又はスラリーの調製のための連続
工程に関し、その場合粉砕は１つのボールミルで行なわ
れ、その結果Ｗｅｉｌｂｕｌｌ又はｍＢによる粒子サイ
ズ分布が得られ、又その場合、連続的に生産されるスラ
リーの重要特性が一定に保たれるように工程が制御され
、影響を及ぼす要因が調整される。全担体水及び選択さ
れた添加剤は粉砕工程の最初に供給される。ボールミル
の速度は調整可能になっている。製造される懸濁液は、
その流動学的特性に関して膨張する液体、すなわちＢｉ
ｎｇｈａｍ液であることが望ましい。その粘度は設定値
で温度が２０℃で剪断速度が１００−５で２Ｐａ、ｓ（
２Ｎ、　ｓ／ｒｒ？　）よシ小さく、０．２と１．２　
Ｐａ、ｓの間が望ましい。

粘度は添加剤の濃度及び添加剤の種類に依存することが
発見された。又、流動学的特性は添加剤に、及び懸濁液
の調整方法に影響を受ける。したがって、添加剤の種類
と濃度の選択によって連続的に調製され供給される懸濁
液の粘度が何らかの理由でずれはじめたとしても、粘度
を指示値に維持することができる。ずれの理由は石炭の
品質ならびに粒子サイズ分布及び他要因の変化である。

本発明によれば、固体材料の粗粒、液体担体及び添加剤
は固体材料が粉砕され懸濁液が形成される粉砕及び混合
工程に支配される。もし、要すれば、基本的材料の構成
及び／又は粉細及び混合工程は懸濁液のある参照値を維
持するために調整される。できれば、固体材料の水分含
有量は混合の前に決定され、液体担体の量はそれにした
がって調整するのがよい。

もし、例′えば、固体として石炭が使用される場合、原
材料は最大粒子サイズが６ｍ、理想的には４ｍになるよ
うに破砕され、粉砕及び混合工程でさらにもう一段階粉
砕して最大粒子サイズｔ−０２１！ｌＩにすることによ
って、固体の少くともｖ３が最大粒径０．１　ｔｒｙｓ
になる′ｆＬＲＳＢ粒子サイズ分布が達成される。乾燥
ペースで６５乃至７５重量−の範囲のある量のこのよう
な微粒を有する懸濁液はポンプ圧送及び長距離のパイプ
ライン輸送が可能であることが判った。

一般に、このような懸濁液中の添加剤の総量は約２チ迄
である。適切な一般に使用される表面活性剤を選択する
ことにより、安定化効果等に関して何ら不利益をもたら
すことなく総量を２チ以上に増加させることができるこ
とが判った。他の可能性のある添加剤及びそれらの懸濁
液中の濃度の粘性に対する効果は広範囲に変化する。そ
の種類、量及び／又は添加剤、特に表面活性剤との混合
を選択することによって、懸濁液を連続的に調製し供給
している間に、例えば固体粒子の粒径が変化するとか担
体物質が変化することによって粘性が設定値よりずれた
場合にも、懸濁液の粘度を一定に維持することができる
。望ましくは溶液として添加される添加剤の選択を含む
素材の組成の調整に加えて、粉砕工程も調整することが
できる。このようにして、一定の特性を有する懸濁液の
調製に対して２つの制御操作が重ね合せられる。

混合及び粉砕装置としてはボールミルが適轟であり、続
く部分で固体の粉瀞度に応じて直径が減少するボールを
含んでいる。加工原料の全量を通じて一定になるように
ボールミルの速度を補正することによシ、最終的サイズ
減少度及び粒径分布が調整される。

形成された懸濁液は粘度及び粒径分布について検査され
る。この検査は適宜の公知の装置によシ自動的に行なわ
れ、懸濁液の調製はコンピュータによシ制御され、その
プログラムはボールミルの速度、基礎材料の構成及び添
加剤の量及び構成を制御する。

実施例として、微粒石炭、担体物質としての水及び表面
活性剤や脱泡剤などの添加剤より成る懸濁液の調製につ
いて述べる。懸濁液の搬送、貯蔵及び最終的には燃焼の
ために、粘度及び７０チの石炭含有量は一定に保持しな
ければならない。

第１図に示すシステムにおいて、破砕された石炭は供給
ホッパ１から計測コンベア型計重機２上に落下し、ボー
ルミル４のホッパー３に供給される。担体物質としての
水のパイプ５はホッパー３に導かれている。ボールミル
４は互いに順に並び内部にボールを含んだ数部分よシ成
り、各部のボールの直径は例えば８０■から２０１１Ｉ
＋１へと固体の粒子サイズの減少に応じて順次減少して
いる。ボールミル４内で形成された、固体の微粒子、水
及び添加剤より成る懸濁液は排出部９を経てポンプ溜り
１０に流入し、ポンプ１１によシバイブライン１２に圧
送される。懸濁液の粘度は適宜の計測装置１３、例えば
、図示の如きプロペラ１４又は回転軸等によシ測定され
る。粒子の粒度及び粒子のサイズ構成は光学的モニタリ
ングシステム１５によシ測定される。排出部９を流れる
懸濁液のサンプルは短い間隔でサンプリングチューブ１
６により採取され、モニタリングシステム１５に導入さ
れ、粒子サイズ分析に供せられる。

本発明による高濃度、微粒状懸濁液においては、通常濃
度の側面は期待されないので、単純な静止サンプリング
チューブ１６で充分である。サンプルの懸濁液にはそれ
を透明にするため幾らかの水が添加され、粒子サイズ分
析機に導入される。その中で、例えばレーザから出た光
は散乱し、粒子によって反射し光学的受光器によって検
出されコンピュータ１７に信号が送られ、その中で信号
は指示値と比較される。西ドイツレムリンゲン３３４６
のＳｙｍｐａｔｅｃ　ＧｍｂＨ製の装置［Ｈｅ１ｏｓ　
１２ＬＡ　Ｊが試験に使用されたが、この装置はオンラ
イン計測による粒子サイズ及び粒子サイズ分布の分析の
ための製品として適切である。指示値からずれていた場
合は、粒子サイズ又は粒子サイズ分布に関する調整が必
要となり、コンピュータ１７は、流速は一定に保持した
ま＼ボールミル４の駆動速度を変えるように駆動装置１
８′ヲ変える。懸濁液の粘度を計測するために、西ドイ
ツカールスルーエフ５００在、ＨａａｋＭｅｓｓ　−Ｔ
ｅｃｈｎｉｋ　ＧｍｂＨ製「Ｒｏｔｏｖｉｓｃｏ　ＲＶ
１２　Ｊなどの粘度計が使用される。又、粘度計からの
信号が必要により補正できるように、懸濁液の温度も計
測されなければならない。又、粘度の指示値からのずれ
は、バイブロ、７．８に設けられた調整弁１８　、１９
　、２０によって添加剤の型及び／又は量を変えるよう
にしてコンピュータ１７によって制御される。添加剤用
の調整弁を備えたパイプは３本以上であってもよい。

供給された粗粒石炭の含水量の差異は計測コンベア２上
で水分計２３、例えば赤外線放射計を利用したもの等に
よシ計測される。もし含水量に変動がある場合は、コン
ベアの速度は、乾燥石炭の供給量が一定になるように調
整され、かつ、パイプ５の制御弁２１により、水の量が
制御され、全水計２２により測定される。

第１図に示したシステムにより、例えば時間当）５トン
の量の懸濁液が調製され、連続的に一定の供給圧でパイ
プラインに供給される。連続的供給に対しては一定の粘
度が要求される。さらに、例えば粒子サイズが０．２　
μｍ迄、理想的には０．１　ｔａｓ以下の極く微細な粒
子を高濃度に含む石炭の石炭濃度が例えば７０重量％を
維持しなければならない。

このような特徴は懸濁液を例えばバーナーに供給するな
ど使用可能とするため一定に維持されなければならない
。

ホッパー１から、粒径６■又は石炭が非常に硬い場合は
４ｍの石炭がコンベア型の計重機２に流される。こ＼で
含水率が測定され、コンベアの速度は連続的に一定量の
乾燥石炭が供給されるように調整される。同時に、石炭
の含水量に応じて水の量が調整される。水は石炭をボー
ルミル４内に流し込む。本実施例のシステムでは、ボー
ルミルは１．４ｍの直径と約４．５ｍの長さを有する。

このボールミル内で石炭の粉砕及び表面活性剤等の添加
剤を含む懸濁液の形成が一つのステップで同なわれる。

もし、石炭の性質の差異によシ粒子サイズにばらつきを
生じた場合粘度も又、ばらつく可能性がある。しかし、
粒子の径が例えば０．２　ｍ以上になることを防止する
ため、ボールミルの速度を増した場合は粘度が所望の値
に調整されない。適宜のコンピュータプログラムによシ
粘度は選択された添加剤のための弁１８　、１９　、２
０により加減することができ、これによシ所望の粘度も
また粒子サイズの影響を受けることなく維持することが
できる。

上記の制御装置を備えた、第１図に示すシステムは種々
の基礎材料から、一定の特性、特に石炭含有量、固体粒
子の粒度及び粘度に関する一定の特性を持った高濃度の
微粒懸濁液を調製し供給する可能性を与える。

第２図は重量％で示す粒子サイズ分布とμｍで示す粘度
サイズの相関々係を示す図表である。正方形の点はボー
ランド産の石炭から調製され几乾燥ベースで７１重量−
の石炭を含む懸濁液の計測値を示す。実線は理論的最適
Ｒ＆ｌｌＢ分布である（ＲＲ８Ｂ＝　ＲＯ８ＩＮ　、　
ＲＡＭＭＬＢＲ、５ＰＥＲＬＩＮＧ　、　ＢＥ肩Ｔ〕。

この曲線より、下記の関数が導かれる。

Ｑ＝１−８−■４′）“ こ＼に、Ｑは累積重量 りは最大粒子サイズ 格子中の直線の傾斜 さらに、第２図にはＡｌ　ｆ　ｒｅｄの公式でべき指数
ｎ　’ｅ　０．２及び０．７とした場合の２本の曲線が
破線で示されている。Ａｌｆｒｅｄの公式は、米国特許
第４，２８２，００６号に説明されている。

分析された懸濁液はある僅かのずれはあるが最適ＲＦＬ
ＳＢ分布に極めて近い。いずれにせよ、この図表は乾燥
ペースで７１　％の固体粒子を含む高濃度微粒状懸濁液
を概ねＢＢ！３Ｂ分布に基づく粒子サイズで調製するこ
とができることを立証している。

第３図は１１（Ｆｔ、８８分布に使用される対数格子で
ある。

図中の線は第２図に示す分析された値である。小さな粒
子サイ・ズに対する部分を除いてこの線は直線とみなす
ことができる。

第２図及び第３図に示したのと同様の結果は西ドイツの
ルール産の石炭及びロシア産の石炭を粉砕して６５チ以
上の固体を含む懸濁液を調製した場合にも得られる。一
般に、このプロセスの条件は固体物質の質、微細な固体
粒子の所要量及び所要の粘度に依存する。プロセスの開
始後、プロセスは長期間続行することができる。基礎材
料の特性が最初に見られた値からずれた場合、又はボー
ルミルに損耗が起きた場合、条件及び／又は添加剤の組
成が補正され、それによって懸濁液の特性は一定に維持
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による種々の基礎材料から懸濁液を調製
するためのシステム、該懸濁液の計測手段及びプロセス
制御手段の簡略化された図式図、第２図は粒子サイズ分
布の図表で分析値を理論的ＦＬＲ８Ｂ分布及びＡｌｆｒ
ｅｄの公式による曲線と比較して示す図、第３図は粒子
サイズ分布を翌ＳＢ格子で分析した図表である。 ｌ・・・供給ホッパ ２・・・計測コンベア（計重機） ３・・・ホッパ　　　　　４・・・ボールミル５・・・
水用パイプ ロ、７．８・・・添加剤用パイプ ９・・・排出部　　　　　１０・・・溜シ１１・・・ポ
ンプ　　　　１２・・・パイプライン１３・・・計測装
置　　　　１５・・・モニタリングシステム１６・・・
サンプリングチューブ １７・・・コンピュータ　　１８’・・・ボールミル駆
動装置１８　、１９　、２０・・・制御弁 ２１・・・制御弁　　　　　２２・・・量水計２３・・
・含水率計

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）種々の特性の基礎材料から一定の特性を有する高
   濃度微粒子懸濁液を調製する方法であつて、上記基礎材
   料は固体材料、液体担体及び添加剤である方法において
   、 （イ）固体材料の粗粒、液体担体及び選択された添加剤
   の混合物を連続的に同時に混合及び粉砕し、上記固体材
   料が所望の細かさの粒子に粉砕され、懸濁液が調製され
   る工程、 （ロ）形成された懸濁液を粒子の粒度及び粘度に関して
   分析する工程、 （ハ）所望の粘度よりずれている場合、液体担体の割合
   及び選択された添加剤の溶液の特性を変化する工程を 有することを特徴とする懸濁液調製方法。
2. （２）上記固体材料の粗粒の含水率が上記の混合及び粉
   砕工程の前に測定され液体担体の割合がこれに応じて調
   整されることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の方法。
3. （３）（イ）上記混合及び粉砕工程が１つのボールミル
   で行なわれ、 （ロ）調製された懸濁液の粒子サイズ及び粒子サイズ分
   布が分析され、そして （ハ）所望の粒子サイズ分布よりずれている場合、上記
   のボールミルの速度が調整される ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。
4. （４）一定量の乾燥固体材料物質が可変混合及び粉砕工
   程に連続的に供給され、形成された一定量の懸濁液がパ
   イプラインに供給されることを特徴とする特許請求の範
   囲第３項に記載の方法。
5. （５）粒子サイズが６ｍｍ迄の固体材料の粗粒が混合及
   び粉砕工程で最大粒子サイズが０．２ｍｍで粒子サイズ
   分布がＲＲＳＢに従うよりに粉砕されることを特徴とす
   る特許請求の範囲第３項に記載の方法。
6. （６）形成された懸濁液が一定部の微粒固体材料を含有
   し、上記の一定部は乾燥ベースで６５重量％と７５重量
   ％の間であり、２重量％迄の添加剤が粘度調整のために
   添加され、残部が液体担体であることを特徴とする特許
   請求の範囲第４項に記載の方法。
7. （７）固体材料が石炭であり、液体担体が水であること
   を特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の方法。
8. （８）種々の特性の基礎材料から一定の特性を有する高
   濃度微粒子懸濁液を調製するシステムにおいて、上記の
   基礎材料は固体材料、液体担体及び添加剤より成り、固
   体材料の粗粒、液体担体及び選択された添加剤の混合物
   が１つのボールミルで連続的に同時に混合と粉砕が行な
   われ、上記固体材料が所望の細かさの粒子に粉砕され、
   懸濁液が調製される装置と、調製された懸濁液の粒子サ
   イズ及び粒子サイズ分布及び粘度が分析される装置と、
   所望の粘度よりずれている場合、液体担体の割合及び選
   択された添加剤の溶液の特性を変化させ、所望の粒子サ
   イズ分布よりずれている場合上記のボールミルの速度を
   調整する装置とを有し、 （イ）上記の固体材料粗粒の計量のための計量コンベア
   型の計重機と、 （ロ）上記の粗粒の含水率を測定するための含水率計と
   、 （ハ）速度制御可能なボールミルと、 （ニ）担体液体用の制御弁付パイプと、 （ホ）添加剤用の制御弁付の複数本のパイプと、（ヘ）
   粒子サイズの分析のためのモニタリングシステムのサン
   プリングチューブ及び分析装置と、 （ト）粘度測定装置と、 （チ）コンピュータと、 を有し、上記の計量コンベア型計重機、液体担体用パイ
   プ及び添加剤のパイプは夫々が扱う物を上記ボールミル
   に供給するように配設され、上記サンプリングチューブ
   及び粘度測定装置は上記ボールミルの流れ方向の下流側
   に設けられ、上記のコンピュータは上記の含水率計、粒
   子サイズモニターシステム及び粘度測定装置に接続され
   、上記ボールミル及び制御弁を制御して、形成された懸
   濁液の特性を一定に保持するプログラムを有することを
   特徴とするシステム。