JPS6353087B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、石炭の輸送方法、さらに詳しく
は、粉粒状の石炭をスラリー化してパイプライン
で輸送する方法に関する。

一般に、石炭は、産炭地から積出港まで陸上輸
送され、港から船によつて海上輸送される。そし
て最近では、陸上輸送の輸送コストを下げるため
および港における積荷役の合理化を図るために、
産炭地において粉粒状の石炭を水に分散させて石
炭スラリーとし、この石炭スラリーをパイプライ
ンによつて積出港まで輸送したのち、スラリー状
のままパイプラインで運搬船に積込むことが多く
なつている。このような方法によれば、石炭を船
積みする場合に船を直接岸壁につけることなく、
一点係留ブイなどを介して陸上施設に接続された
フローテイングホースなどを使用して自動的に船
積みすることができ、非常に有利である。石炭ス
ラリーをパイプライン輸送する場合、石炭の輸送
効率を高めるためには、石炭の重量濃度（スラリ
ー全体に対する石炭の重量割合）をできるだけ高
めるのが望ましい。ところが、スラリー中の石炭
の重量濃度が高くなると、スラリー自体の粘度が
大きくなつて、流動性が低下するため、輸送動力
が大きくなり、場合によつてはポンプによるパイ
プライン輸送ができなくなる。このため、石炭を
水に分散させてパイプライン輸送される通常の石
炭スラリー中の石炭の重量濃度は40〜50重量％が
限度であり、スラリー中には50〜60重量％程度の
水が含まれているので、その分だけ石炭の輸送効
率が悪くなり、かつ輸送後の脱水が必要になる。

この発明は、上記の実情に鑑みてなされたもの
であつて、スラリー中の石炭の重量濃度とスラリ
ーの流動性を同時に高くすることができ、これに
より石炭の輸送効率を高め、かつ輸送後のスラリ
ーの脱水を必要としない石炭の輸送方法を提供す
ることを目的とする。

この発明による石炭の輸送方法は、上記の目的
を達成するため、発泡剤と水の混合液を発泡させ
た気泡流体と粉粒状の石炭とを大気圧下で混合し
て高濃度気泡スラリーを作り、発泡剤と水の混合
液を高圧容器内で発泡させた高圧気泡流体と上記
気泡スラリーとを高圧容器内で混合して高圧下で
も流動性のある高圧高濃度気泡スラリーを作り、
この高圧の気泡スラリーをパイプラインによつて
送ることを特徴とする。

以下図面を参照してこの発明の実施例を説明す
る。

第１図は積出港における石炭の船積み設備を示
しており、この設備は、大別して、陸上に設けら
れた気泡スラリー生成装置１、石炭運搬船２に設
けられた固気分離装置３およびこれらの間に配置
された気泡スラリー輸送パイプ４より構成されて
いる。

気泡スラリー生成装置１の混合タンク５では、
発泡剤タンク６と水タンク７から連続的に供給さ
れる発泡剤と水が混合され、この混合液が発泡タ
ンク８および高圧発泡装置９に連続的に送られ
る。発泡タンク８には空気吹出し管１０および撹
拌機１１が設けられており、発泡剤と水の混合液
はこのタンク８内で完全に気泡化されて気泡流体
となり、石炭混合機１２に連続的に送られる。発
泡剤としては、たとえば非イオン界面活性剤より
なる発泡剤、スルホン酸塩型アニオン界面活性剤
よりなる発泡剤および硫酸エステル塩型アニオン
界面活性剤よるなる発泡剤などが挙げられる。一
方、粉粒状の石炭が定量的に石炭混合機１２に投
入され、気泡流体と石炭とを混合して流動性の高
い高濃度気泡スラリーが作られる。石炭は産炭地
から積出港まで適宜な手段により輸送され、この
輸送前または輸送後に適宜粉粒化される。たとえ
ば石炭が産炭地において水スラリー化され水スラ
リー輸送パイプ１３を通してスラリー輸送されて
きた場合には、遠心分離機１４により適当に脱水
された粉粒状の石炭が石炭混合機１２に供給され
る。

石炭混合機１２内に入つた気泡流体は石炭と混
合されて第１図の左から右に移動するが、石炭は
数箇所に分けて供給されており、石炭混合機１２
内を右へ移動するに従つて石炭の濃度が徐々に高
くなる。そして、石炭混合機１２を出た気泡スラ
リーは、石炭の重量濃度70〜80％、体積濃度50％
程度の流動性の高いソフトクリーム状になり、再
発泡装置１５に送られる。小さな気泡を大量に作
り、これに比較的粒径の小さい石炭粒子を混合す
ると、気泡の表面張力により石炭粒子が気泡の表
面に分散した気泡スラリーができる。この気泡ス
ラリーでは、気泡の体積が大きいので、石炭の体
積濃度は小さく、また、気泡の重量はきわめて小
さく、かつ気泡を作るための水はごく小量である
から、石炭の重量濃度は大きい。一般に、スラリ
ーの流動性はスラリー中の固体の体積濃度によつ
て左右され、固体の体積濃度がその固体の特性に
よつて決まるある一定の値より小さくなつたとき
に、スラリーの流動性が急激に大きくなる。そし
て、上記のように作られた気泡スラリーの石炭の
体積濃度は小さいので、スラリーの流動性は高
く、気泡のみを流す場合に比較的近くなり、容易
にパイプライン輸送できるようになる。このよう
に、水のかわりに発泡させた流体を用いることに
より、石炭の重量濃度を小さくすることなく、体
積濃度だけを大幅に低下させ、十分に流動性のあ
る高濃度のスラリーを作ることができる。

通常の石炭・水スラリーでは、一般に体積濃度
が50％以上になると輸送が非常に困難になるとい
われている。これは、体積濃度が増加してくる
と、丁度パイプの中にぎつしりと石炭粒子が詰ま
つている状態に近くなり、粒子が相互に接触する
機会が増加するため、スラリーの粘度が増加する
からである。すなわち、スラリーの粘度は石炭の
体積濃度に比例して急激に増加する。いま、ソフ
トクリーム状の泡と微細な石炭粒子（泡の表面張
力で支えることのできる小さな粒子）を混ぜた発
泡石炭スラリーを考えると、石炭と気泡との体積
割合が同じであれば、ほぼ粒子の接触状態も同じ
であり、ほぼ同じような粘度のスラリーが作れる
ことになる。（気泡の粘度の影響があり、粘度特
性は異なる。）しかし、この気泡を形成する水分
（水および添加剤）は非常にわずかですむため、
水と石炭に対する石炭の体積割合は見掛け上水ス
ラリーに比べて大きくでき、体積濃度が50％以上
でも輸送が可能になる。なお、実験では、80％く
らいでも流送可能なスラリーができた。

高圧発泡装置９は、高圧空気吹出し管１６およ
び撹拌機１７を備えた高圧容器より構成されてお
り、発泡剤と水の混合液は高圧発泡装置９内で完
全に気泡化されて高圧気泡流体となり、再発泡装
置１５に連続的に送られる。

再発泡装置１５は、スクリユーフイーダまたは
ロータリフイーダなどの気泡スラリー供給装置１
８、高圧気泡流体吹出し管１９および撹拌機２０
を備えた高圧容器より構成されており、石炭混合
機１２から送られてきた気泡スラリーを供給装置
１８によつて圧力シールしながら受取り、高圧発
泡装置９から送られてきた高圧気泡流体と混合す
る。このようにして、再発泡装置１５では、たと
えば約５Kgf/cm²の圧力下でも非常に流動性の高い
高圧高濃度気泡スラリー（たとえば石炭の体積濃
度30〜40％、重量濃度70〜80％）が作られる。こ
の気泡スラリーは、さらにプランジヤポンプやね
じポンプなどの圧送ポンプ２１によつて所定の流
送圧力まで高められ、気泡スラリー輸送パイプ４
に連続的に送り出される。石炭混合機１２によつ
て大気圧下で作られた高濃度気泡スラリーを再発
泡装置１５で高圧高濃度気泡スラリーとしたのち
圧送ポンプ２１によつて圧送するのは、次のよう
な理由による。すなわち、気泡スラリーをパイプ
ラインで送るためには通常の低濃度水スラリーの
圧力損失と少なくとも同程度、場合によつてはそ
れ以上の圧力が必要であり、気泡スラリー輸送パ
イプ４を通して陸上から海上の船２まで流送する
場合には最低数Kgf/cm²の圧力が必要となる。ま
た、石炭混合機１２で作られた気泡スラリーは大
気圧下では非常に高い流動性を有するが、上記の
ように高圧になつた場合には、スラリー中の気泡
が圧縮されて石炭の体積濃度が大きくなるため、
流動性が著しく低下する。このため、一度大気圧
下で作られた気泡スラリーを再発泡装置１５内に
おいてポンプ２１の吐出し圧力に近い高圧下で再
度高圧気泡流体と混合し、高圧下でも十分な流動
性を有する高圧高濃度気泡スラリーにしている。
なお、圧送ポンプ２１に大きな圧力比が要求され
る場合には、再発泡装置１５内における高圧気泡
流体の混合比を増大し、石炭の体積濃度を小さく
しておく必要がある。粉粒状の石炭の高圧の気泡
スラリーを作る場合、粉粒状の石炭を直接高圧容
器内に連続的に供給することは困難であるが、粉
粒状の石炭を大気圧下で一旦気泡スラリー化して
いるので、これを高圧容器内に連続的に供給して
容易に高圧の気泡スラリー化することができる。

圧送ポンプ２１によつて送り出された高圧高濃
度気泡スラリーは輸送パイプ４を通つて船２まで
送られるが、船２側すなわち下流にいくにしたが
つてその圧力が低下し、圧力低下によつて気泡の
体積が膨脹するのでスラリーの流速は下流にいく
ほど大きくなる。水や通常のスラリー（固体粒子
を水流により運ぶもの）などでは、体積が圧力に
より変化しない非圧縮性であるため、パイプライ
ンの断面積が変わらない場合には、管内の流体の
平均流速は管内圧力によらず一定である。しか
し、圧縮性の気体を流送するときにはその体積は
管内圧力によつて変化（密度変化）し、流送され
る気体の体積流量が変化する。すなわち、パイプ
断面積が変化しない場合には、平均流速が変化す
ることになる。上記の気泡スラリーも圧縮性流体
であり、管内圧力の低下とともに気泡の体積が増
加し、スラリーの平均流速は増加する。このた
め、所定位置の輸送パイプ４内に撹拌装置（消泡
装置）２２が設けられ（第２図〜第５図参照）、
パイプ４内を流れる気泡スラリーから気泡の一部
を除去し、スラリーの体積増加すなわち流速増加
を抑えるようになつている。なお、スラリーのパ
イプライン輸送では、流送時の圧力損失は流速の
１ないし２乗に比例するため、不必要な流速の増
加は流送のための圧力すなわち動力を増大させる
ことになる。このため、上記のようにして、流速
増加を抑えている。撹拌装置２２は、輸送パイプ
４の内壁にこれと平行に固着された比較的短い小
径のガイドパイプ２３、ガイドパイプ２３内の上
流側（第２図〜第５図の左側）にこれと平行に配
置された大径スクリユーフイーダ２４およびガイ
ドパイプ２３内の下流側（同図右側）にこれと平
行に配置された小径スクリユーフイーダ２５より
構成されており、ガイドパイプ２３の下流側の断
面積は上流側の断面積に比べて小さくなつてい
る。また、ガイドパイプ２３の２つのスクリユー
フイーダ２４，２５の間の部分には、輸送パイプ
４を貫通して外側に突出した排気管２６が設けら
れ、排気管２６には弁２７が取付けられている。
２つのスクリユーフイーダ２４，２５は、それぞ
れ別個のモータ２８により、たとえば第２図のよ
うに直接または第３図のようにかさ歯車などを介
して常時駆動される。輸送パイプ４内に流れるス
ラリー中の気泡は、時間が経過すると、とくに機
械的な力によつて壊れ易い状態になつており、輸
送パイプ４からガイドパイプ２３内に導かれた気
泡スラリーを大径スクリユーフイーダ２４で撹拌
することによつてスラリー中の気泡が分離され、
排気管２６を通つて輸送パイプ４の外に排出され
る。また、気泡が除去されて体積の減少したスラ
リーは、小径スクリユーフイーダ２５によつて下
流に送られ、再び輸送パイプ４内に送り出され
る。ガイドパイプ２３の断面積および長さならび
に各スクリユーフイーダ２４，２５の回転数およ
びピツチなどは、輸送パイプ４内を流れる気泡ス
ラリーが排気管２６の方へ流れ込まないように、
消泡すべきスラリーの量ならびにスラリーの濃
度、圧力および流量などを考慮して次のように決
定される。すなわち、ガイドパイプ２３の入口付
近のＡ点（第４図参照）およびガイドパイプ２３
出口付近のＣ点が高圧であり、ガイドパイプ２３
内の排気管２６入口付近のＢ点が低圧（大気圧）
であるように、上流側のスクリユーフイーダ２４
に抵抗作用を、下流側のスクリユーフイーダ２５
にポンプ作用をもたせる必要がある。これととも
に、排気管２６の弁２７の開度を適当に調節し、
空気だけを輸送パイプ４から抜出すようにする。
また、AB間のスラリーの流量がBC間のそれよ
り大きくなるように、上記のようにAB間のガイ
ドパイプ２３の断面積をBC間のそれより大きく
するか、AB間のスクリユーフイーダ２４の回転
数をBC間のそれより大きくするか、またはAB
間のスクリユーフイーダ２４のピツチをBC間の
それより大きくする必要がある。さらに、AB間
およびBC間において連続的な圧力変化に対応し
た流量変化があるように、AB間およびBC間の
スクリユーフイーダ２４，２５のピツチを連続的
に変化させるのが望ましい。２つのスクリユーフ
イーダ２４，２５は１個のモータで駆動されるこ
ともあり、この場合には、これらのスクリユーフ
イーダ２４，２５の間に歯車などを使用した変速
装置を設けたり、各スクリユーフイーダ２４，２
５のピツチを適当に選ぶことにより、それぞれの
供給能力を変化させることができる。また、消泡
能力が小さいときには撹拌装置２２を複数設置す
る。なお、場合によつては、輸送パイプ４の途中
にブースタポンプを設けることもある。

なお、発泡タンク８および高圧発泡装置９にお
いては発泡剤と水の混合液を撹拌することにより
これが気泡化され、撹拌装置２２においては気泡
スラリーを撹拌することによりこれが消泡する理
由は、次のとおりである。すなわち、たとえば石
鹸液のような発泡用の添加剤（発泡剤）による発
泡作用は、無限に続くものではなく、徐々に発泡
効果が減じていく。したがつて、撹拌装置２２に
達してこの発泡効果が減じている段階で撹拌など
の強い機械的な力を与えると、気泡膜は破れ消泡
していく。これに対し、発泡タンク８および高圧
発泡装置９において発泡させる際の撹拌は、発泡
液に気体を入れ気泡を連続して製造するものであ
る。そして、このときには、新鮮な添加剤の発泡
効果があるため、機械的な力は気泡膜を破り気泡
を細分化させることになるが、消泡という作用は
ほとんどないと考えられる。すなわち、この段階
での機械的なエネルギは気泡の破壊ではなく、気
泡の細分化に費やされていくと考えられる。

輸送パイプ４を通して船２まで送られた気泡ス
ラリーは船２上の消泡剤混合機２９に送り込まれ
る。消泡剤混合機２９には消泡剤供給管３０から
消泡剤が供給されており、混合機２９において消
泡剤と混合された気泡スラリーは、気泡スラリー
吐出し管３１を通して固気分離装置３に送られ
る。固気分離装置３は、第６図に示されているよ
うに、気泡スラリー吐出し管３１の吐出し端部に
配置されたホツパ３２、ホツパ３２内の上部に斜
めに配置された金網製のスクリーン３３およびホ
ツパ３２内の下部に配置されたチヨツパ式の撹拌
機３４より構成されている。ホツパ３２の上部に
はスラリー飛散防止カバー３５が設けられてい
る。スクリーン３３は、第７図のような平板状の
もの、第８図のような鎧戸状のものまたは第９図
のような円筒面または球面を有する板状のもので
あつてもよいし、撹拌機２４はスクリユー式のも
のなどであつてもよい。吐出し管３１から吐出さ
れた気泡スラリーはスクリーン３３に吹付けら
れ、その衝撃力によつて気泡が分離し、気泡分離
後のスラリーはスクリーン３３からホツパ３２下
部に落下して撹拌機３４により撹拌される。これ
により、スラリー中に残つていた気泡はほとんど
消滅し、このようにして気泡を除去されたスラリ
ーはホツパ３２下部の出口３６から船倉内に連続
的に投入される。したがつて、輸送パイプ４を通
して送られてきた気泡スラリーをそのまま船２に
積込む場合に比べて、スラリー中の石炭の体積濃
度が著しく大きくなるため、船倉内の石炭の積載
効率が向上する。

なお、固気分離装置３において撹拌によりスラ
リーが消泡する理由も、前記の撹拌装置２２の場
合と同じである。

この発明の石炭の輸送方法によれば、上述のよ
うに、気泡スラリーをパイプラインによつて送る
ので、スラリー中の石炭の重量濃度を小さくする
ことなく、体積濃度だけを低下させてスラリーの
流動性を高めることができる。したがつて、スラ
リー中の石炭の重量濃度を非常に高くして輸送効
率を高めることができ、輸送後のスラリーの脱水
を必要としない。さらに、高圧容器内で高圧高濃
度気泡スラリーを作つて、これをパイプラインに
よつて送るので、圧送ポンプにより所定の流送圧
まで高められても、スラリー中の気泡が圧縮され
ることがなく、したがつて、石炭の体積濃度が大
きくなることがないため、スラリーの流動性が低
下することがない。粉粒状の石炭の高圧気泡スラ
リーを作る場合、粉粒状の石炭を直接高圧容器内
に連続的に供給することは困難であるが、粉粒状
の石炭を大気圧下で一旦気泡スラリー化している
ので、これを高圧容器内に連続的に供給して容易
に高圧気泡スラリー化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の方法を実施するための設備
を示す概略管系統図、第２図は撹拌装置の概略断
面図、第３図は撹拌装置の変形例を示す概略断面
図、第４図は第２図の部分拡大図、第５図は撹拌
装置のガイドパイプの縦断面図、第６図は固気分
離装置の概略断面図、第７図、第８図および第９
図は固気分離装置のスクリーンの３つの変形例を
示す断面図である。 ４…気泡スラリー輸送パイプ、５…混合タン
ク、６…発泡剤タンク、７…水タンク、８…発泡
タンク、９…高圧発泡装置（高圧容器）、１２…
石炭混合機、１５…再発泡装置（高圧容器）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 発泡剤と水の混合液を発泡させた気泡流体と
   粉粒状の石炭とを大気圧下で混合して高濃度気泡
   スラリーを作り、発泡剤と水の混合液を高圧容器
   内で発泡させた高圧気泡流体と上記気泡スラリー
   とを高圧容器内で混合して高圧下でも流動性のあ
   る高圧高濃度気泡スラリーを作り、この高圧の気
   泡スラリーをパイプラインによつて送ることを特
   徴とする石炭の輸送方法。