JPS63196688A - 固体燃料・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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、高濃度の固体燃料・水スラリーの製造方法に
関し、更に詳しくは、高濃度かつ低粘度であって、輸送
、貯蔵、取扱などが容易な固体燃料・水スラリーの製造
方法に関する。

［従来技術及びその問題点］ 近年、エネルギー源として、石炭、石油コークスなどの
固体燃料が見直されている。しかしながら、固体燃料は
、石油のような液体燃料と比較して、輸送や貯蔵を円滑
に行なうことが困難であり、また取り扱いに際しても作
業性が悪いという欠点がある。

これらの欠点を改善するために、固体燃料を微粉状にし
て水中に分散させた固体燃料・水スラリーの開発が進め
られている。しかし、固体燃料・水スラリーにおいて、
固体燃料の濃度を上げると、固体燃料・水スラリーの粘
度が著しく高くなり、流動性が失われ、取り扱いや、管
路輸送などが困難になる。また、固体燃料・水スラリー
の粘度を下げるために、固体燃料の濃度を下げると、輸
送効率が低下し、燃料やガス化原料として使用するため
には、使用時に脱水処理を必要とするなどの難点がある
。

固体燃料・水スラリーを工業的に使用するためには、固
体燃料・水スラリー中の固体燃料の含有量を高濃度に維
持しながら、しかもその粘度を低くする必要がある。高
濃度でかつ低粘度の固体燃料・水スラリーの製造方法と
して、幾何標準偏差（Ｏｇ）の値が大きくなるように固
体燃料の粒度分布を調整する方法が提案されている（特
開昭５９−１５４８６号公報参照）。この方法において
、固体燃料粒子の幾何標準偏差の値を大きくするために
は、該粒子の粒度分布の幅を広くする必要があり、その
ためには、該粒子の粗粒分及び／または超微粒子分の量
を増大させることが必要となる。しかし、粗粒分を増大
させることは、貯蔵、輸送時の安定性の低下、噴霧時に
おけるバーナーの閉塞、燃焼時における未燃焼分の増加
など種々の好ましくない現象の原因となり、一方、超微
粒子分を増大させることは、固体燃料粒子表面積の著し
い増大にともなって、多量の添加剤（分散剤等）の添加
が必要となり、粉砕に要する動力も増大するなどの欠点
がある。また、固体燃料の粒径を非常に小さくすること
自体、極めて困難なことであり、工業的には非常に不利
となる。

従って、工業的に有利な方法で製造することができ、か
つ使用時において各種の障害が発生しにくい、高濃度か
つ低粘度の固体燃料・水スラリーを得るためには、固体
燃料粒子の幾何平均径を低下させることなく、粗粒の低
減を実現しながら、かつ幾何標準偏差σｇの値を増大さ
せることが重要である。

［発明の目的］ 本発明は、前記のような従来技術が有する欠点のない、
工業的に容易に製造することができ、しかも有利に使用
することができる、固体燃料を高濃度で含有し、かつ低
粘度である固体燃料・水スラリーの製造方法を提供する
ことを目的とする。

［発明の構成］ 本発明は、幾何平均径が約２０ｍｍ以下の粗粉砕された
石炭または石油コークスからなる固体燃料を、水または
、水及び添加剤と共に湿式粉砕して固体燃料・水スラリ
ーを得る第一工程と、この固体燃料・水スラリーに、上
記の粗粉砕された固体燃料と水または水及び添加剤を混
合し、湿式粉砕する第二工程とからなる固体燃料・水ス
ラリーの製造方法であって、 第一工程で得られる固体燃料・水スラリー中の固体燃料
粒子の幾何平均径（Ｄｐ５０１）が、３０〜１４９μｍ
の範囲にあり、 第一工程で得られる固体燃料・水スラリー中の固体燃料
粒子の幾何平均径（Ｄｐ５０１）と、第二工程で得られ
る固体燃料・水スラリー中の固体燃料粒子の幾何平均径
（Ｄｐ５０２）との比Ｒｓ　（Ｄｐ５０１／Ｄｐ５０２
）が、０．８〜４の範囲であり、 第一工程に供給される固体燃料の重ｆｆｉ　（Ｆ　、　
）と第二工程に供給される粗粉砕固体燃料の重量（Ｆ２
）との比Ｒｗ（Ｆ、／Ｆ２）が０．４〜２．４の範囲で
あり、 ＲｓとＲｗとの比（Ｒｓ　／　Ｒｗ　）が、ｌ〜３の範
囲にあり、そして 第二工程で使用される湿式粉砕機が、ミル有効断面積相
当径（ＤＭ　）とミル有効長さ（ＬＭ）との比（ＤＭ　
／ＬＭ　’）が６以上の範囲にあるボールミルである、 ことを特徴とする固体燃料・水スラリーの製造方法にあ
る。

本発明において使用される「幾何平均径」及び「幾何標
準偏差」の各用語は、粉末の粒度及びその分布を規定す
るために一般に使用されている用語であり、対数正規分
布での粒径と積算通過重量百分率との関係から、次のよ
うに定義される。

幾何平均径（Ｄｐ５０）：積算通過重量百分率が５０％
に相当する粒径 幾何標準偏差（０ｇ）：幾何平均径（Ｄｐ５０）と積算
通過重量百分率が１５．８７ ％に相当する粒径（Ｄ　ｐ　１５．８７）との比Ｏｇｌ
　（Ｄ　ｐ５０／Ｄ　ｐ１５．８７　）と、積算通過重
量百分率が８４．１３％に相 当する粒径（Ｄ　ｐ　８４．１３）と幾何平均径（Ｄｐ
５０）との比ａｇ２　（Ｄ　ｐ８４．１３　／Ｄｐ５０
）との算術平均（（ａｇｌ＋ ０ｇ２）／２） さらに、本発明において使用している上付添数字１およ
び２は、各々第一工程および第二工程において製造され
た固体燃料・水スラリー中の固体燃料粒子に対する値で
あることを示す。ただし、上付添数字２については、こ
れを省略することがある。

本発明における固体燃料は、石炭または石油コークスで
ある。石炭及び石油コークスは併用してもよい。石炭及
び石油コークスとしては、特に限定されず、通常燃料と
して一般に使用されているものを使用することが出来る
。石炭としては、灰分が約６％以下であるようなものが
好ましい。脱灰処理された石炭、例えば、灰分約１０重
量％含有する石炭を例えば重液選炭法などそれ自体公知
の方法で脱灰処理した約６重量％以下の石炭も好適に使
用することができる。また、石油コークスは、一般に石
油積装工程から副生する石油コークスであり、通常は灰
分を０．１〜１重１％含有する。

本発明により得られる固体燃料・水スラリー中の固体燃
料の含有量は、通常５０〜８０重量％、好ましくは６５
〜７５重量％以上である。また、本発明により得られる
固体燃料・水スラリー中の′固体燃料粒子の幾何平均径
は、７４μｍ以下、好ましくは２０〜５３μｍである。

次に本発明の各工程について説明する。

（第一工程） 本発明の第一工程においては、幾何平均径が約２０ｍｍ
以下となるように粗粉砕された固体燃料を、水または水
及び添加剤と共に湿式粉砕して、固体燃料・水スラリー
を製造する。固体燃料の濃度は、３０〜８０重量％、好
ましくは５０〜７０重量％が適当である。固体燃料の濃
度が、上記範囲よりも小さいと、粉砕効率が低下し、親
水などの処理を必要とし、また上記範囲より大きいと、
粉砕操作、第二工程への移送が困難になる。第一工程に
おいては、粉砕後の固体燃料粒子の幾何平均径（Ｄｐ５
０１）が、３０〜１４９μｍ、好ましくは、４４〜１４
９μｍの範囲の値になるように粉砕する。

第一工程において製造される固体燃料・水スラリー中の
固体燃料粒子の幾何平均径が小さすぎると、後の第二工
程において製造される固体燃料・水スラリー中の固体燃
料粒子の幾何平均径も必然的に小さくなり、本発明によ
って製造される固体燃料・水スラリーの優れた特長が発
揮されず、粉砕に要する動力も著しく増大する。また逆
に、第一工程において製造される固体燃料・水スラリー
中の固体燃料粒子の幾何平均径が大きすぎると、該スラ
リーの第二工程への移送が困難となり、更に、第二工程
における粉砕効率も低下する。

第一工程の湿式粉砕を実施するために使用される湿式粉
砕機としては、たとえば、ボールミル、チューブミル、
アトリションミル、ハンマーミル、ロッドミルなどの公
知の湿式粉砕機を挙げることができる。

本発明の固体燃料・水スラリーは、高濃度化に伴なう粘
度上昇を抑制するために、適当な分散剤などのごとき添
加剤を含有していてもよい。分散剤としては、それ自体
公知の物質を使用することができ、例えば、ナフタレン
スルホン酸塩、石油スルホン酸塩、リグニンスルホン酸
塩、及びこれらのホルマリン縮合物：ポリオキシエチレ
ンアルキルエーテル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレ
ンアルキルアリールエーテル硫酸エステル塩：ポリグリ
セリンの硫酸化物：メラミン樹脂のスルホン酸塩二石炭
抽出物のスルホン酸塩等を挙げることが出来る。分散剤
の使用量は、固体燃料・水スラリー１００重量部に対し
てＨｏ、ｏｔ〜３重量部が適当である。

分散剤のほかに、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、
水酸化アンモニウム等のどときｐＨ調節剤を併用しても
よい。

（第二工程） 第二工程においては、第一工程で製造された固体燃料・
水スラリーに、第一工程において原料として使用したと
同様の粗粉砕された固体燃料と、水または水及び添加剤
とを添加し、ミル有効断面積相当径（１）ｌ　）とミル
有効長さ（ＬＭ）との比（ＤＭ　／ＬＭ　）が６以上の
範囲にあるボールミルを使用して、さらに湿式粉砕して
、これにより製品としての固体燃料・水スラリーを製造
する。

製品固体燃料・水スラリー中の固体燃料粒子は、その幾
何平均径が、約７４μｍ以下、好ましくは２０〜５３μ
ｍであり、かつ、対数正規分布における幾何標準偏差ａ
ｇが３．５〜１２、好ましくは、６〜１２の範囲であり
、ａｇｌとａｇ２との比＜ａｇ　２　／ａｇ　１　）が
０．６以下、好ましくは０．４以下であるような粒度分
布になるように行なう。第二工程において、該固体燃料
粒子の幾何平均径および粒度分布を上記範囲内に調整す
ることによって、固体燃料の粗大粒子の量が低減し、低
粘度かつ高濃度の固体燃料・水スラリーが得られる。

第一工程で得られる固体燃料・水スラリー中の固体燃料
粒子の幾何平均径（Ｄｐ５０１）と、第二工程で得られ
る固体燃料・水スラリー中の固体燃料粒子の幾何平均径
（Ｄｐ５０２）との比Ｒｓ（Ｄ　ｐ５０１　／Ｄ　ｐ５
０２　）が０．８〜４、好ましくは０．８〜３の範囲に
あり、第一工程から供給される固体燃料の重量（Ｆ１）
と第二工程で供給される粗粉砕固体燃料の重量（Ｆ２）
との比Ｒｗ（Ｆ、／Ｆ２）が０．４〜２．４、好ましく
は０．６〜１．６の範囲にあり、ＲｓとＲｗとの比Ｒ（
Ｒｓ／Ｒｗ）が、１〜３の範囲になるように調整する。

本発明において使用するミル有効断面積相当径（ＤＭ　
）とミル有効長さ（ＬＭ）との比（ＤＭ　／ＬＭ）が６
以上の範囲にあるボールミルは、ミル内の被粉砕物の流
動特性を完全押し出し流れに近つけ、破砕機会の均等化
を図るため、すなわちミル内滞留時間分布の偏在を小さ
くするために非常に有効に作用する。従って、第二工程
において、このような構成のボールミルを用いることに
よって、通常のボールミルなどの従来公知の粉砕装置を
用いた場合に比較して、粗粒分が著しく低減され、高濃
度かつ低粘度の固体燃料・水スラリーを得ることが可能
となる。

さらに、粉砕機有効断面積あたりの被粉砕物通過重量速
度（Ｑ）により、粗粒の低減率並びに超微粉の生成率が
決まることから、第二工程に供給される固体燃料・水ス
ラリーの固体燃料の粒度、および各工程に供給される粗
粉砕された固体燃料の重量比を調節することによって、
幾何平均径ゐ制御を可能にしたものである。上記固体燃
料間の重量比Ｒｗが小さ過ぎると、第一工程から供給さ
れる固体燃料・水スラリーの固体燃料の濃度との差を小
さくすることが必要となり、第一工程において、高濃度
の固体燃料・水スラリーを製造するか、または脱水操作
が必要となり、逆に、重量比Ｒｗが大きすぎると、粗粒
を少なくするために粉砕機有効断面積あたりの被粉砕物
通過重量速度を低くすることになるため、製造能力が顕
著に低下する。

第二工程においても添加剤を使用することができ、その
場合は、第一工程において使用されるものと同様の分散
剤やｐＨ調節剤を使用することか出来る。分散剤の使用
量は、得られる固体燃料・水スラリーに対して、０．０
１〜３重量％が適当である。

本発明の製造方法の一実施態様のフローシートを示す第
１図について、本発明の製造方法を更に具体的に説明す
る。

（第一工程） 水または水および添加剤が、ライン１５から攪拌槽１に
供給され、ライン１６、ポンプ２、ライン１７、流量計
３、ライン１８を経て湿式粉砕機６に供給される。一方
、固体燃料が、ライ°ン１９、ホッパー１３、ライン２
ｏ、定量フィーダー４、ライン２１を経て、固体燃料・
水スラリー中の固体燃料の濃度が、３０〜８０重量％に
なるように、また必要に応じて粗砕機５で粗粉砕されて
、ライン２２から湿式粉砕機６に供給される。湿式粉砕
機６では、水または水および添加剤と固体燃料との混合
および固体燃料の粉砕を同時に行ないながら、固体燃料
粒子の幾何平均径が、３０〜２００μｍになるように調
製して固体燃料・水スラリーを製造する。固体燃料・水
スラリーの一部は、ライン２３、ポンプ７、ライン２４
を経て、ライン２５から湿式粉砕機６に循環してもよい
。

（第二工程） 第一工程で製造された固体燃料・水スラリーは、ライン
２３、ポンプ７、ライン２４、ライン２６、流量計８を
経て、ライン２７から前記の特定の構成を有するボール
ミル１１に供給される。

一方、別に固体燃料が、ライン２８、ホッパー１４、ラ
イン２９、定量フィーダー９、ライン３０を経て、粗砕
機１０で粗粉砕されて、ライン３１からボールミル１１
に供給される。さらに、水および添加剤か、ライン３８
から攪拌槽５０に供給され、ライン３９、ポンプ４４、
ライン４０、流量計５１、ライン４１を経て、ボールミ
ル１１に供給される。ボールミル１１では、第一工程で
製造された固体燃料・水スラリー中の固体燃料粒子の粒
径や粒度分布を考慮して、固体燃料粒子の幾何平均径７
４μｍ以下で、粒度分布が対数正規分布における幾何標
準偏差Ｏｇの値が、３．５〜１２の範囲になるように微
粉化処理して固体燃料・水スラリーを製造する。この処
理によって目的とする低粘度かつ高濃度の固体燃料・水
スラリーが得られる。ボールミル１１で製造された固体
燃料・水スラリーは、ライン３２からス゛ラリ−タンク
１２に導かれ、ライン３３、ポンプ４３、ライン３４を
経て、ライン３５から取り出される。固体燃料・水スラ
リーの一部は、ライン３６からボールミル１１、または
／およびライン３７から湿式粉砕機６に循環させてもよ
い。

［実施例１］ 第１図のフローシートにおいて、湿式粉砕機６としてボ
ールミルを使用し、ライン２２から固体燃料として、幾
何平均径が約８ｍｍの粗粉砕された石炭を、そしてライ
ン１８からは分散剤としてβ−ナフタレンスルホン酸ナ
トリウムのホルマリン縮合物を含有する水を湿式粉砕機
６に連続的に装入し湿式粉砕することによって、固体燃
料の幾何平均径（Ｄｐ５０１）が５３．４１．ｔｍであ
る固体燃料・水スラリーを製造した。

この第一工程で得られた固体燃料・水スラリーをライン
２７からボールミル１１に装入し、ライン３１から前記
粗粉砕固体燃料を、そしてライン４１から上記分散剤を
含有する水を上記ボールミルに連続的に装入し、微粉化
処理することによって第１表に示すごとき性質を有する
固体燃料・水スラリーを製造し、これをライン３５から
連続的に取り出した。

なお、本実施例にて使用したボールミルは、有効断面積
相当径（ＤＭ　）とミル有効長さ（ＬＭ　）との比（Ｄ
Ｍ　／ＬＭ　’）が６．１のボールミルである。

［比較例１］ ボールミルとして、そのＤＭ／ＬＭ比が３．９のボール
ミルを用い、第１表記載の条件で微粉化操作を行なった
以外は実施例１と同様にして固体燃料・水スラリーを製
造した。その固体燃料粒子および固体燃料・水スラリー
の性質を第１表に示す。

［比較例２］ ボールミルとして、そのＤＭ　／ＬＭ比が２．０のボー
ルミルを用い、第１表記載の条件で微粉化操作を行なっ
た以外は実施例１と同様にして固体燃料・水スラリーを
製造した。その固体燃料粒子および固体燃料・水スラリ
ーの性質を第１表に示す。

［比較例３および４］ 実施例１で使用したものと同じ装置を使用して、第一工
程および第二工程での粉砕条件を変えることによって、
本発明で規定した範囲外の固体燃料粒子を含有する固体
燃料・水スラリーを製造した。その固体燃料粒子および
固体燃料・水スラリーの性質を第１表に示す。

第１表 Ｑ［ｋｇ／ｈ−ｒｎ”］　５０５　３９６　２３４　４
９６　４６３Ｒｗ　　　　　　１．１２　１．０２　１
．１０１．０７０．３５Ｒｓ　　　　　　１．２５　１
．２１　　！、＋９０．６６　１．３９Ｒｓ／Ｒｗ　　
　１．１２　１．１９　１．０８０．６２３．９６Ｄｐ
５０２　（ｕｓ）　　４２．７４Ｇ、０４３．２２４．
５２７．４５０メツシユ バス率［％］　　　９９．９　９１．３　８５．７　９
９．９　９９．９Ｇｇ　　　　　　　　６．２　７．＋
　　８．２　５．２　５．２スラリー 濃度［胃ｔ９＆］　　　　　　７０．０　　６９．７　
　６９．７　　７０．０　　６９．９粘度［ｍＰａ−５
ｌ　　　７］０　６８０　６７０　１３００　１２６Ｑ
注： Ｑ＝粉砕機有効断面積あたりの被粉砕物通過重量速度 ＲＷ＝Ｆ、／Ｆ２＝第一工程に供給される固体燃料の重
量（Ｆ１）と第二工程に供給されれる粗粉砕固体燃料の
重量（Ｆ　２　）との比Ｒｓ＝Ｄｐ５０２／Ｄｐ５０１
＝第一工程で得られる固体燃料・水スラリー中の固体燃
料粒子の幾何平均径（Ｄｐ５０１）と、第二工程で得ら
れる固体燃料・水スラリー中の固体燃料粒子の幾何平均
径（Ｄｐ５０２）との比第１表に示された実施例１の結
果と比較例１．２の結果とを比較すると、第二工程にお
ける粉砕装置としてボールミルを使用することにより共
に低粘度のスラリーを得ることができることがわかる。

しかしながら、５０メツシユパス率の数値を比較すれば
、本発明により規定された特定のボールミルを用いるこ
とにより、目的の石７Ｍ・水スラリーを特に高い収率で
得ることができることが明らかである。

一方、実施例１の結果と比較例３．４の結果とを比較す
ると、第二工程における粉砕装置として特定のボールミ
ルを使用しても、本発明に規定された条件から外れる条
件にて粉砕処理した場合には、得られる石炭・水スラリ
ーは高粘度となり、取り扱いが困難となることがわかる
。

［発明の効果］ 本発明により製造される固体燃料・水スラリーは、固体
燃料を高濃度で含有しながらしかも低粘度であるので、
液体燃料と同様に工業的に使用することかでき、固体燃
料粒子の表面積が低減されかつ、粗粒分が著しく少ない
ため、分散剤などの添加剤の必要量が軽減され、更に、
燃焼時における未燃焼分の発生が極めて抑制されるなど
の特徴を有する。従って、本発明により製造される固体
燃料・水スラリーは、ボイラー、加熱炉等における燃料
として、また、水素、−酸化炭素などの製造におけるガ
ス化用原料として好適に利用することが出来るものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施態様のフローシートを示す図
である。 １：攪拌槽、 ６：湿式粉砕機、 １３．１４：固体燃料用ホッパー、 １１：ボールミル、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、幾何平均径が２０ｍｍ以下の粗粉砕された石炭また
   は石油コークスからなる固体燃料を、水または、水及び
   添加剤と共に湿式粉砕して固体燃料・水スラリーを得る
   第一工程と、この固体燃料・水スラリーに、上記の粗粉
   砕された固体燃料と水または水及び添加剤を混合し、湿
   式粉砕する第二工程とからなる固体燃料・水スラリーの
   製造方法であって、 第一工程で得られる固体燃料・水スラリー中の固体燃料
   粒子の幾何平均径（Ｄｐ５０＾１）が、３０〜１４９μ
   ｍの範囲にあり、 第一工程で得られる固体燃料・水スラリー中の固体燃料
   粒子の幾何平均径（Ｄｐ５０＾１）と、第二工程で得ら
   れる固体燃料・水スラリー中の固体燃料粒子の幾何平均
   径（Ｄｐ５０＾２）との比Ｒｓ（Ｄｐ５０＾１／Ｄｐ５
   ０＾２）が、０．８〜４の範囲であり、 第一工程に供給される固体燃料の重量（Ｆ＿１）と第二
   工程に供給される粗粉砕固体燃料の重量（Ｆ＿２）との
   比Ｒｗ（Ｆ＿１／Ｆ＿２）が０．４〜２．４の範囲であ
   り、 ＲｓとＲｗとの比（Ｒｓ／Ｒｗ）が、１〜３の範囲にあ
   り、そして 第二工程で使用される湿式粉砕機が、ミル有効断面積相
   当径（ＤＭ）とミル有効長さ（ＬＭ）との比（ＤＭ／Ｌ
   Ｍ）が６以上の範囲にあるボールミルである、 ことを特徴とする固体燃料・水スラリーの製造方法。 ２、第一工程で得られる固体燃料・水スラリー中の固体
   燃料粒子の幾何平均径（Ｄｐ５０＾１）が、４４〜１４
   ９μｍの範囲の値であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の固体燃料・水スラリーの製造方法。 ３、Ｒｓ（Ｄｐ５０＾１／Ｄｐ５０＾２）が、０．８〜
   ３の範囲にあることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の固体燃料・水スラリーの製造方法。 ４、Ｒｗ（Ｆ＿１／Ｆ＿２）が、０．６〜１．６の範囲
   にある値であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の固体燃料・水スラリーの製造方法。 ５、第二工程で得られる固体燃料・水スラリー中の固体
   燃料粒子の幾何平均径が、７４μｍ以下であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の固体燃料・水スラ
   リーの製造方法。 ６、第二工程で得られる固体燃料・水スラリー中の固体
   燃料粒子の幾何平均径が２０〜５３μｍの範囲にあるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の固体燃料・
   水スラリーの製造方法。 ７、第二工程で得られる固体燃料・水スラリー中の固体
   燃料粒子の幾何平均径が２０〜５３μｍの範囲の値であ
   り、対数正規分布における幾何標準偏差σｇが３．５〜
   １２であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の固体燃料・水スラリーの製造方法。 ８、第二工程で得られる固体燃料・水スラリー中の固体
   燃料粒子の幾何平均径が２０〜５３μｍの範囲の値であ
   り、対数正規分布における幾何標準偏差σｇが６〜１２
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の固
   体燃料・水スラリーの製造方法。