KR0138512B1

KR0138512B1 - 고농도의 석탄 수성슬러리와 그의 제조방법

Info

Publication number: KR0138512B1
Application number: KR1019900003605A
Authority: KR
Inventors: 노보루 하시모토; 고이치 이토; 신이치 도쿠다; 오사무 마츠모토
Original assignee: 와타베 에이지; 니키 가부시키가이샤
Priority date: 1989-03-17
Filing date: 1990-03-17
Publication date: 1998-04-27
Also published as: JPH02245095A; CN1046179A; CN1028242C; JP2603127B2; CA2012197A1; AU628490B2; AU5133590A; KR900014567A

Abstract

없음

Description

고농도의 석탄 수성슬러리와 그의 제조방법

제 1도는 석탄입자크기의 변동계수 C와, 점도 1000cp인 본 발명에 따른 석탄 수성슬러리에 포함된 석탄입자의 농도 사이의 관계를 나타낸 그래프이고,

제 2도는 석탄입자크기의 변동계수 C와, 석탄 수성슬러리에 대해 원심가속기로 분산안정성 시험을 실시했을 때 석탄 수성슬러리중 침전된 석탄입자의 백분율 사이의 관계를 나타낸 그래프이며,

제 3도는 석탄입자크기의 변동계수 C와, 석탄입자 전체량에 대한 표준점도로 조절하는데 요구되는 분산제 최소량의 비율 사이의 관계를 나타낸 그래프이고,

제 4도는 서로 다른 세가지 석탄 수성슬러리 ①, ②, ③에 대한 각각 석탄입자크기의 평균 상용로그값과 석탄입자의 누적중량% 사이의 관계를 나타낸 그래프이며,

제 5도는 본 발명에 따른 고농도의 석탄 수설슬러리의 생산과정을 나타낸 작업계통도이고,

제 6도는 본 발명에 따른 고농도의 석탄 수성슬러리의 또 다른 생산과정을 나타낸 작업계통도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1,1a,1b,9 : 미분쇄기, 2,2a,2b : 유입구,

3,3a,3b,7,8,11 : 도관, 4 : 분급장치,

5 : 탈수장치, 6,10 : 반죽기.

본 발명은 고농도의 석탄 수성슬러리와 그의 제조방법에 관한 것으로서, 특히, 저장 및 수송시에 안정성이 뛰어난 고농도의 석탄 수성슬러리와 그이 제조방법에 관한 것이다.

최근들어, 에너지원으로서 석탄의 중요성이 재발견되고 있으나, 석탄은 그 형태가 고형이기 때문에 유류에 비해 수송, 저장 및 취급이 어렵다고 하는 단점이 있었다.

그러므로, 이러한 단점을 해결하기 위해 석탄물질을 분쇄하여 미세 석탄입자를 수성용매에 분산시키므로써 액체물질로 변형시켜 저장, 수송 및 취급이 용이한 석탄 수성슬러리로 만들어, 이 석탄 수성슬러리를 발전소용 보일러에 연료로 공급하거나 기타 다른 산업용도로 이용하는등 많은 시도가 있었는 바, 일본 특공소 58-38791호, 소 60-18585호, 소 61-57689호 및 소 62-116691호에 그 예가 잘 나타나있다.

석탄 수성슬러리는 석탄입자의 농도를 증가시키고 수송 및 저장시의 안정성을 향상시키는 것이 필수적이다. 고농도의 석탄 수성슬러리는 미분쇄된 석탄입자 60 내지 75 중량%와 소량의 첨가제, 예컨대, 분산제가 함유된 수성용매 25 내지 40중량%로 이루어져 있는바, 이러한 석탄입자의 고농도는 수성슬러리중 석탄입자의 크기를 적당한 수준으로 조절하고, 그들의 분포정도을 조절하며 수성 슬러리에 적당한 첨가제를 첨가시키므로써 얻어질 수 있다.

그러므로 최적입자크기분포 공식에 의해 수성슬러리중 석탄입자크기 분포를 조절할 수 있는 방법을 제공하는 시도들이 있었으나, 이러한 시도들이 항상 만족스럽지는 못하였다. 또한 통상의 방법들에서는 수성용매에 일정량의 분산제를 첨가시켜야만 수성슬러리중 석탄입자의 농도를 높일 수 있다고 하는 단점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해소시키고 운반 및 저장시 안정성이 뛰어난 고농도의 석탄수성 슬러리와 그의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 500㎛ 또는 그 이하의 입자크기로 된 석탄 입자가 분산제가 함유된 수성용매에 분산되어 있되, 석탄 입자가 분산제가 함유된 수성용매에 분산되어 있되, 석탄 입자 크기에 변동계수가 다음 방정식(I)에 의해 0.3 또는 그 이상인 입자크기 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 고농도의 석탄 수성슬러리인 것이다.

C = σ/M (I)

윗 식에서, C는 석탄입자크기의 변동계수이고, M은 다음 방정식 (II)에 의해 계산된 석탄 입자크기의 평균 상용로그값이며, σ는 다음 방정식(III)에 의해 계산된 석탄 입자크기의 표준편차이다.

M = Σ(log₁₀S_i) x V_i(II)

σ = (Σ((log₁₀S_i-M) x V_i)²)^0.5(III)

여기서, M은 상기 정의와 같으며, S1는 분율 I에서 ㎛단위를 갖는 석탄입자의 평균크기로, 이때, 분율 i란 석탄입자 전체를 입자크기순서로 나눈 여러개의 분율중 하나이고, 각 분율들은 미리 결정된 범위의 크기를 갖는 석탄입자들로 이루어져 있으며, Vi는 석탄입자 전체에 대한 분율 i에서 석탄 입자의 중량비 또는 부피비이다.

또한, 본 발명은 석탄을 습식 미분쇄법으로 분쇄시키고, 그 결과로 얻어진 석탄입자 수성슬러리를 탈수시켜서 500㎛ 또는 그 이하의 크기를 갖는 석탄입자가 60 중량% 또는 그 이상으로 포함되어 있는 탈수된 석탄 케이크를 제조하는 단계와, 상기의 탈수된 석탄 케이크를 반죽기에서 물과 분산제와 혼합시켜 석탄입자를 60 내지 80 중량% 포함하는 석탄 수성슬러리(A)를 만드는 단계와, 상기 석탄 수성슬러리(A)의 일부분(B)을 더욱 미분화시키는 과정을 통해 상기 부분(B)에 있는 석탄입자를 더욱 미분화시키는 단계와, 상기의 더욱 미분화된 부분(B)을 석탄 수성슬러리(A)의 잔류부분(D)과 혼합시키는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 고농도의 석탄 수성슬러리의 제조방법인 것이다.

또한, 본 발명은 분산제가 함유된 수성용매에서 석탄 물질을 60 내지 80 중량%의 고농도로 미분쇄하여 100㎛ 또는 그 이하의 크기를 갖는 석탄입자를 함유하는 고농도의 석탄 수성슬러리로 이루어진 부분 슬러리(E)를 제조하는 단계와, 이와는 별도로, 분산제가 없는 수성용매에서 저농도로 석탄 물질을 미분쇄하고 그 결과로 얻어진 저농도의 석탄 수성슬러리를 탈수시켜 500㎛ 또는 그 이하의 크기를 갖는 석탄입자를 포함하는 탈수된 석탄 케이크로 이루어진 부분 케이크(F)를 제조하는 단계와, 상기 부분 슬러리(E)를 상기 부분케이크(F)와 혼합시키는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 고농도의 석탄 수성슬러리의 제조방법인 것이다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 발명자들은 종래의 석탄 수성슬러리에 따른 문제점들을 해소시키기 위하여 많은 시도를 거듭한 결과, 석탄 수성슬러리에 있는 석탄 입자의 크기 분포와 슬러리에 분산되어 있는 석탄입자의 안정성 사이에 상관관계를 조사하였는 바, 석탄 입자의 크기분포가 넓고, 미세한 석탄입자가 많이 함유되어 있는 석탄 수성슬러리가 하나의 단일 피크를 가지면서 석탄입자의 크기분포가 좁은 다른 석탄 수성슬러리보다 안정성이 높다는 사실을 발견하여 본 발명에 이르게 되었다.

즉, 입자크기가 서로 다르고 입자크기가 약 10 ㎛, 20 ㎛ 및 40 ㎛ 인 곳에서 각각 입자의 크기분포 피크를 나타내는 세가지 형태의 미세한 석탄입자들로 이루어진 석탄분말을, 입자크기가 서로 다르고 입자크기가 약 80 ㎛, 160 ㎛ 및 300 ㎛인 곳에서 입자의 크기분포 피크를 나타내는 세가지 형태의 조석탄입자들로 이루어진 다른 석탄 분말과 혼합시키되, 그 혼합비율은 중량비로 10 : 90 내지 90 : 10으로 하고, 각 혼합물을 반죽기를 이용하여 음이온성 계면활성제가 함유된 수성용매에서 분산 및 반죽시킨다. 이와 같이하여 얻어진 석탄 수성슬러리에 물리적성질을 조사해 본 결과, 슬러리에 분산된 석탄입자크기의 변동계수 C는 다음 방정식(I)에 의해 결정되며 0.3 또는 그 이상인 것으로 밝혀졌다.

C = σ/M (I)

윗 식에서 C, σ 및 M은 상술한 바와 같다.

이때의 석탄 수성슬러리는 장기간 동안 저장 및 수송시에도 만족스러운 농도와 안정성을 유지하게 된다.

상술한 바와 같이, 석탄입자크기의 변동계수 C는 0.3 또는 그 이상이고, 바람직하기로는 가능한 한 변동계수 C를 크게 해주는 것이 좋다. 일반적으로, 석탄입자크기 변동계수 C는 0.5 또는 그 이상인 것이 좋은 바, 특히, 0.7 또는 0.8 이상이 바람직하다. 만일, 석탄 입자크기의 변동 계수 C가 0.3이하일 경우에는 석탄 수성슬러리의 농도가 낮아져 만족스럽지 못하게 되고, 안정성도 나빠지게 된다.

본 발명에 따른 석탄 수성슬러리에서, 석탄입자의 크기는 500 ㎛ 또는 그 이하, 바람직하기로는 300 ㎛ 또는 그 이하, 더욱 바람직하기로는 200 ㎛ 또는 그 이하인 것이 좋다. 만일, 석탄입자의 크기가 500 ㎛ 이상일 경우에는 석탄 수성슬러리를 연소시킬 때 연소되지 않는 탄소의 양이 상당히 많아진다고 하는 단점이 있다.

한편, 첨부도면 제 1도는 석탄 수성슬러리에서의 석탄입자크기의 변동계수 C와, 점도가 1000cp인 수성슬러리에 포함된 석탄입자의 농도와의 관계를 나타낸 도표로서, 여기서 석탄입자크기의 분표는 리즈 앤 노드럽사(Leeds Northrup Co.)의 마이크로트랙(Microtrac) 모델의 상품명 SRA 7995-10을 사용하여 유용한 입자크기분포 측정장치로 결정하였고, 석탄 수성슬러리에서의 석탄입자의 농도는 일본공업표준(JIS) M 8812의 열건조법에 따라 결정하였다.

이하 본 발명을 도면에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

제 1도에서, 석탄입자크기의 변동계수 C는 0.3 내지 약 0.5정도이고, 점도가 1000cp인 석탄 수성슬러리에서의 석탄입자의 농도는 약 65% 내지 75%로서 이 농도는 석탄 입자의 변동계수 C가 증가하면 함께 증가하게 되며, 석탄입자크기의 변동계수 C가 0.5이상일 때에는 점도가 1000cp인 석탄 농도는 약 71% 내지 73%로서 실질적으로 일정하게 된다.

한편, 제 2도는 석탄 수성슬러리에서의 석탄 입자크기의 변동계수 C와, 석탄 수성슬러리에 대해 분산안정성 시험을 다음과 같이 실시했을 때의 석탄입자의 침전백분율과의 관계를 나타낸 도표로서, 이 때 분산안정성 시험은 석탄수성슬러리를 8시간 동안 20G 원심가속시험을 실시하고 침전된 석탄입자의 백분율을 석탄 수성슬러리중 석탄 수성슬러리의 석탄입자 전체중량에 대해 계산하는 것이다. 첨부도면 제 2도를 보면, 석탄 수성슬러리의 석탄입자크기의 변동계수가 0.3 또는 그 이상에서 석탄입자의 침전 백분율이 만족스러운 수준인 60% 또는 그 이하로 얻어짐을 알 수 있다. 특히, 석탄입자크기의 변동계수가 0.5 또는 그 이상일 때 석탄입자의 침전 백분율은 실질적으로 10% 또는 그 이하로 일정하게 된다.

제 3도는 석탄 수성슬러리중에서의 석탄입자크기의 변동계수 C와, 석탄입자 전체랴에 대해서 석탄 수성슬러리를 제 1도에 표시한 바와 같은 농도인 1000cp의 표준점도롤 조정하는데 요구되는 분산제의 최소량의 비(%) 사이의 상호관계를 나타낸 도표로서, 이 그래프를 보면, 석탄입자크기의 변동계수 C가 0.3 또는 그 이상일 때 요구되는 분산제의 최소량은 만족스러운 수준인 0.8% 또는 그 이하를 보이고 있으며, 특히, 변동계수 C가 0.4 또는 그 이상일 경우에는 요구되는 분산제의 최소량은 0.4% 또는 그 이하로 감소하게 됨을 알 수 있다.

한편, 제 4도는 상기 제 1도 내지 제 3도에서 ①, ②, ③으로 나타낸 석탄 수성슬러리의 석탄입자의 크기 분포를 표시한 그래프로서, 석탄 입자의 크기 분포곡선을 통해서 변동계수 C는 다음과 같이 계산된다.

석탄 수성슬러리 ① : C = 0.722

석탄 수성슬러리 ② : C = 0.473

석탄 수성슬러리 ③ : C = 0.344

한편, 상술한 고농도의 석탄 수성슬러리를 제조하는 본 발명에 따른 공정중의 하나에서 석탄물질은 서로 다른 석탄입자크기를 갖고 부위 P_c와 P_F의 두가지 형태의 혼합물로 이루어져 있는데, 부위 P_C에서의 석탄 입자 크기는 100 내지 500 ㎛이고 이것이 30 중량% 또는 그 이상이 포함되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 부위 P_F에서의 석탄입자크기는 100㎛ 또는 그 이하이고 이것이 40 중량% 또는 그 이상 포함되도록 하는 것이 바람직하다. 그리고, 이들의 혼합비는 부위 P_C에 대한 부위 P_F의 중량비가 8 : 3 내지 5 : 5인 것이 좋다. 또한, 상기 공정에서, 수성용매는 석탄입자의 응집작용을 방지하기 위해 적어도 하나의 분산제가 함유된 분산 첨가제를 포함하고 있되, 이 때 분산첨가제는 얻어지는 석탄 수성슬러리의 점도를 표준수준인 1000cp 또는 그 이하로 조정하는데 요구되는 양만큼 함유되게 된다. 바람직하기로는 석탄 수성슬러리중의 석탄입자 전체중량에 대해 상기 첨가제의 양을 0.3 내지 0.8%로 하는 것이 좋다. 또한, 상기 분산제는 통상의 석탄 수성슬러리용으로 사용되는 비이온성 및 음이온성 계면활성제로부터 선택된 적어도 하나의 계면활성제를 포함하는 것도 좋다.

필요에 따라서는, 석탄입자의 침전을 방지하기 위한 안정제를 석탄 수성슬러리에 첨가시킬 수도 있는데, 이러한 안정제로는 셀룰로오스 화합물, 예를들면, 통상의 석탄 수성슬러리에 유용하게 쓰이는 카르복시메틸 셀룰로오스의 알칼리 금속염 및 크산틴 고무물질로부터 선택된 적어도 하나의 셀룰로오스 화합물로 이루어지도록 하는 것이 좋다.

본 발명에 따른 공정에서, 석탄물질은 습식 미분쇄법으로 미분쇄되며 그 결과로부터 얻어지는 수성용매(물) 속의 석탄입자들은 탈수되어 500 ㎛ 또는 그 이하의 크기를 갖는 석탄입자가 60 중량% 또는 그 이상 포함된 탈수된 석탄케이크로 되고 ; 상기 탈수된 석탄케이크는 반죽기에서 분산제를 포함하는 수성용매와 혼합되어 석탄입자가 60 내지 80 중량% 포함된 석탄 수성슬러리(A)를 만들게 되며 ; 상기 석탄 수성슬러리(A)의 일부분(B)은 더욱 미분쇄시키는 분쇄공정을 통해 상기 부분(B)의 석탄 입자가 더욱 미분쇄되고 ; 그 결과로부터 얻어진 미분쇄된 부분(B)은 석탄 수성슬러리(A)의 잔류 부분(D)과 혼합되어 입자크기 변동계수가 0.3 또는 그 이상인 고농도의 석탄 수성슬러리를 제조하게 된다.

상기 공정에서, 석탄 수성슬러리(A)의 일부분(B)은 석탄 수성슬러리(A)의 중량에 대해 50 내지 80%로 하는 것이 바람직하고 미분쇄 과정은 부위(B)에 5㎛ 또는 그 이하의 크기를 갖는 미분쇄된 석탄입자가 15 중량% 또는 그 이상으로 포함되도록 하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 공정을 제 5도를 통해 설명하면, 미분쇄기(1)에 석탄물질과 수성용매를 유입구(2)를 통해 공급하여 석탄물질을 50 중량% 또는 그 이하의 저농도로 미분쇄시킨다. 그 결과로 얻어진 석탄 수성슬러리를 도관(3)을 통해 분급장치(4)로 공급시키고 거기서 크기가 500 ㎛ 또는 그 이하, 바람직하게는 200 ㎛ 또는 그 이하인 석탄입자를 함유하는 석탄 수성슬러리는 분급하여 탈수장치(5)로 보낸 다음 탈수시켜, 탈수된 석탄 입자케이크를 얻는 한편, 조석탄입자를 포함하는 석탄 수성슬러리의 잔류부분은 유입구(2)를 통해 미분쇄기(1)로 보내어 다시 미분쇄시킨다. 탈수장치(5)에서 형성된 석탄입자 케이크는 반죽기(6)로 보내어 케이크의 석탄입자 중량에 대해 0.3 내지 0.8 중량%의 첨가제를 함유하면서 석탄입자의 농도를 60 내지 80 %로 조정할 수 있는 수성용매와 혼합시킨다.

이로부터 얻어진 석탄 수성슬러리(A)를 반죽기(6)로부터 도관(7)을 통해 끄집어낸다. 그 다음에 석탄 수성슬러리(A)의 일부분(B), 바람직하기로는 50 내지 80 중량%를 미분쇄기(9)로 공급하여 그 안에서 부위(B)을 반죽기(10)로 보내어 반죽기(6)로부터 도관(8)을 통해서 반죽기(10)로 직접 인가되는 석탄 수성슬러리(A)의 잔류부분(D) 20 내지 50 중량%와 혼합시킨다.

한편, 더욱 미분쇄하는 공정은, 부분(B)를 잔류부분(D)과 혼합시켜서 그로 얻어진 5 ㎛ 또는 그 이하의 크기를 갖는 석탄입자를 고농도 석탄 수성슬러리에 있는 석탄입자 총중량에 대해 15% 또는 그 이상, 바람직하게는 20% 또는 그 이상으로 포함하는 석탄 수성슬러리를 반죽기(10)에서 도관(11)을 통해 회수한 후에 실시하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 고농도의 석탄 수성슬러리의 또다른 제조방법으로는, 석탄 물질을 분산제가 함유된 수성용매에서 60 내지 80 중량%의 고농도로 미분쇄시켜 100 ㎛ 또는 그 이하의 크기를 갖는 석탄입자를 포함하는 고농도의 석탄 수성슬러리로 이루어진 부분 슬러리(E)를 제조하는 단계와 ; 이와는 별도로, 분산제가 없는 수성용매에서 저농도, 예를 들면 30 내지 50 중량%의 농도로 석탄물질을 미분쇄하고 그 결과로 얻어진 저농도의 석탄 수성슬러리를 탈수시켜서 500 ㎛ 또는 그 이하, 바람직하게는 100 ㎛ 또는 그 이하의 크기를 갖는 석탄입자를 포함하는 탈수된 석탄케이크로 이루어진 부분 케이크(F)를 제조하는 단계와 ; 상기의 부분 슬러리(E)와 부분 케이크(F)를 혼합시켜 제조하는 단계로 이루어진다.

한편, 상술한 공정에서 부분 슬러리(E)와 부분 슬러리 케이크(F)를 혼합시키는 단계 이전에, 부분 케이크(F)를 수성용매와 상기 공정에서 제조된 최종적인 고농도의 석탄 수성슬러리의 일부분중 어느 하나 또는 두가지 모두와 혼합시켜서 농도가 60 내지 80 중량%인 석탄입자의 수성슬러리로 이루어진 부분 슬러리(G)를 만든 다음, 이 부분슬러리(G)를 상기의 부분슬러리(E)와 혼합시킨다. 이 때, 상기 공정에서 부분 케이크(F)는 부분 슬러리 (G)의 석탄중량에 대해 0.3 내지 0.8%에 해당하는 분산제와 혼합시킬 수 있다.

부분 슬러리(E)에는 100 내지 500㎛의 크기를 갖는 석탄입자들이 30 중량% 또는 그 이상 함유되어 있다.

또한, 부분 케이크(F) 나 부분 슬러리(G)는 100 ㎛ 또는 그 이하의 크기를 갖는 석탄입자로 되어 있되, 10 ㎛ 또는 그 이하의 크기를 가진 입자가 40 중량% 또는 그 이상 포함되어 있다.

이때 부분 케이크(F)나 부분 슬러리(G)와 부분 슬러리(E)의 혼합은 부분 케이크(F)나 부분 슬러리(G)에서의 석탄입자에 대한 부분 슬러리(E)에서의 입자의 혼합 중량비를 8 : 2 내지 5 : 5로하여 실시하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 공정으로 부분 슬러리(E)를 부분 케이크(F)나 부분 슬러리(G)와 혼합시켜 얻어진 고농도의 석탄 수성 슬러리는, 5 ㎛ 또는 그 이하의 석탄입자크기가 고농도의 석탄 수성슬러리중의 석탄입자 총중량에 대해 15 중량% 또는 그 이상, 더욱 바람직하기로는 20 중량% 또는 그 이상으로 포함되도록 하는 것이 바람직하다.

제 6도에서 보는 바와 같이, 석탄물질과 첨가제가 없는 수성용매는 유입구(2a)를 통해 미분쇄기(1a)로 공급되어 저농도의 석탄 수성슬러리로 되고, 이것은 도관(3a)을 통해 분급장치(4)로 인가된 후 입자크기 500 ㎛ 또는 그 이하, 바람직하기로는 200 ㎛ 또는 그 이하의 석탄입자를 함유하는 미분쇄된 석탄 수성슬러리 부분으로 이루어진 부분슬러리가 분급되어 탈수장치(5)로 공급되는 한편, 조석탄입자를 포함하는 석탄 수성슬러리의 잔류부분은 유입구(2a)를 통해 미분쇄기(1a)로 재순환되어 거기서 재분쇄되게 된다.

한편, 부분케이크(F)는 탈수장치(5)로부터 반죽기(6)로 인가되어 반죽기(6)안에서, 첨가제, 즉, 분산제가 석탄입자의 중량에 대해 0.3 내지 0.8%로 함유된 수성용매로부터 선택된 적어도 하나의 용매와 혼합 및 반죽되어진다. 이때 앞 공정에서 제조된 최종 고농도의 석탄 수성슬러리의 일부가 도관(11)을 통해 반죽기(6)로 공급되므로써 부분케이크(F)가 석탄입자농도 60 내지 80 중량%인 수성슬러리로 이루어진 부분 슬러리(G)로 전환되게 된다.

상기의 부분 슬러리(G)는 도관 (7)을 통해 반죽기(6)로부터 반죽기(10)로 공급된다.

이와는 별도로, 석탄물질, 수성용매 및 분산제가 유입구(2b)를 통해서 미분쇄기(1b)로 공급되어 여기서 석탄물질은 고농도로 분쇄되어 크기가 100 ㎛ 또는 그 이하로 분쇄된 석탄입자를 포함하는 고농도의 석탄 수성슬러리로 이루어진 부분 슬러리(E)가 생성된다. 미분쇄기(1b)내에서 분산제의 양은, 바람직하기로는, 석탄입자 중량에 대해 0.3 내지 0.8%로 하는 것이 좋다.

부분슬러리(E)는 미분쇄기(1b)로부터 도관(3b)을 통해 반죽기(10)로 공급되고 거기서 부분 슬러리(G)와 혼합되게 된다.

부분케이크(F)는 수성용매 및 첨가제를 부가시키면서 반죽기(10)에 직접 공급될 수도 있다.

실제로, 고농도의 석탄 수성슬러리는 제 6도에 나타낸 공정에 의해 제조되게 된다.

즉, 석탄물질, 물 그리고 석탄물질의 중량에 대해 0.4%의 음이온성 게면활성제를 분쇄기(1b)에 투입하여 미분쇄시키므로써 석탄입자 농도가 68 중량%인 미분쇄된 석탄입자를 포함하는 부분슬러리(E)가 제조된다.

그리고 상기의 미분쇄된 석탄입자는 그 입자크기가 100 ㎛ 또는 그 이하이고, 10 ㎛ 또는 그 이하인 것은 석탄입자 전체중량에 대해 40%를 포함하고 있다. 이 부분 슬러리(E)는 반죽기(10)로 공급된다.

그리고 석탄물질과 분산제가 없는 수성용매로부터 부분케이크(F)가 미분쇄기(1a), 분급장치(4) 및 탈수장치(5)를 거치면서 제조되게 되고, 이것은 수성용매와 함께 반죽기(6)로 공급되어 석탄입자크기가 200 ㎛ 또는 그 이하의 것이 75 중량%의 농도로 된 부분 슬러리(G)로 제조되게 된다. 이때, 부분 슬러리(G)에 대한 부분 슬러리(E)의 혼합비는, 부분 슬러리(G)에서의 석탄입자의 중량에 대하여 부분 슬러리(E)의 석탄입자의 중량비로 70 : 30으로 한다.

이와 같은 과정으로 생성된 고농도의 석탄 수성슬러리는 미분쇄된 석탄입자크기가 200 ㎛ 또는 그 이하인 것이 약 70%의 농도로 포함되어 있고, 석탄입자크기 변동계수는 0.495이었다.

본 발명에 따르면, 석탄 수성슬러리는 저장 및 수송시에도 고농도를 유지하고 석탄입자의 분산안정도 우수하여 산업분야에 이용하기에 유용한데, 이것은 아주 큰 크기의 석탄입자와 석탄입자크기의 변동계수를 특정수준으로 조절하므로써 가능할 수 있는 것이다.

또한 본 발명에서는 석탄입자의 분산안정성을 유지시키는데 필요한 분산제 및/ 또는 안정제의 양도 효과적으로 감소시킬 수 있었다.

Claims

500 ㎛ 또는 그 이하의 입자크기로 된 석탄입자가 분산제가 함유된 수성용매에 분산되어 있되, 석탄입자크기의 변동계수가 다음 방정식(I)에 의해 0.3 또는 그 이상인 입자크기 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 고농도의 석탄 수성슬러리

C = σ/M (I)

윗 식에서, C는 석탄입자크기의 변동계수이고, M은 다음 방정식 (II)에 의해 계산된 석탄 입자크기의 평균 상용로그값이며, σ는 다음 방정식 (III)에 의해 계산된 석탄 입자크기의 표준편차이다.

M = Σ(log₁₀S_i) x V_i(II)

σ = (Σ((log₁₀S_i-M) x V_I)²)^0.5(III)

여기서, M은 상기 정의와 같으며, Si는 분율 I에서 ㎛단위를 갖는 석탄입자의 평균크기로서, 이때, 분율 i란 석탄입자 전체를 입자크기 순서로 나눈 여러개의 분율중 하나이고, 각 분율들은 미리 결정된 범위의 크기를 갖는 석탄 입자들로 이루어져 있으며, Vi는 석탄입자 전체에 대한 분율 i에서 석탄입자의 중량비 또는 부피비이다.
(가) 석탄을 습식 미분쇄법으로 분쇄시키고, 그 결과로 얻어진 석탄입자 수성슬러리를 탈수시켜서 500 ㎛ 또는 그 이하의 크기를 갖는 석탄입자가 60 중량% 또는 그 이상으로 포함되어 있는 탈수된 석탄 케이크를 제조하는 단계와, (나) 상기의 탈수된 석탄 케이크를 반죽기에서 물과 분산제와 함께 혼합시켜 석탄입자가 60 내지 80 중량% 포함된 석탄 수성슬러리(A)를 만드는 단계와, (다) 상기 석탄 수성슬러리(A)의 일부분(B)을 더욱 미분화시키는 과정을 통해 상기 부분(B)에 있는 석탄입자를 더욱 미분화시키는 단계와, (라) 상기의 더욱 미분화된 부분(B)을 석탄 수성슬러리(A)의 잔류부분(D)과 혼합시키는 단계로 이루어짐을 특징으로하는 고농도의 석탄 수성슬러리의 제조방법.
제 2항에 있어서, 석탄 수성슬러리(A)의 부분(B)은 석탄 수성슬러리(A)의 전체 중량에 대해 50 내지 80%이고, 미분쇄과정은 상기 부분(B)과 잔류부분(D)을 혼합시킨 후에 실시하며, 그로부터 얻어진 석탄 수성슬러리는 크기가 5 ㎛ 또는 그 이하인 석탄입자가 15 중량% 또는 그 이상으로 포함된 것임을 특징으로 하는 고농도의 석탄 수성슬러리의 제조방법.
(가) 분산제가 함유된 수성용매에서 석탄물질을 60 내지 80 중량%의 고농도의 미분쇄하여 100 ㎛ 또는 그 이하의 크기를 갖는 석탄입자를 함유하는 고농도의 석탄 수성슬러리로 이루어진 부분 슬러리(E)를 제조하는 단계와, (나) 별도로, 분산제가 없는 수성용매에서 저농도로 석탄 물질을 미분쇄하고, 그 결과로 얻어진 석탄 수성슬러리를 탈수시켜 500 ㎛ 또는 그 이하의 크기를 갖는 석탄입자를 포함하는 탈수된 석탄 케이크로 이루어진 부분케이크(F)를 제조하는 단계와, (다) 상기 부분슬러리(E)와 부분케이크(F)를 혼합시키는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 고농도의 석탄 수성슬러리의 제조방법.
제 4항에 있어서, 부분 케이크(F)는 부분 슬러리(E)와 혼합되기 전에, 수성용매와 상기 공정에서 제조된 고농도 석탄 수성슬러리의 일부분중 어느 하나 또는 두가지 모두와 혼합 및 반죽되어 60 내지 80 중량%의 농도로 석탄입자가 포함된 수성슬러리로 이루어진 부분 슬러리(G)로 된 다음, 이 부분 슬러리(G)를 부분 슬러리(E)와 혼합시켜 되는 것임을 특징으로 하는 고농도의 석탄 수성슬러리의 제조방법.
제 5항에 있어서, 부분 케이크(F)는 부분 슬러리(G)의 석탄중량에 대해 0.3 내지 0.8%의 분산제와 더 혼합시켜 되는 것임을 특징으로 하는 고농도의 석탄 수성슬러리의 제조방법.
제 4항 또는 제 5항에 있어서, 부분 슬러리(E)는 부분 케이크(F)와 부분 슬러리(G)중 어느 하나와 혼합시키되, 혼합비율은 부분 케이크(F)나 부분 슬러리(G)의 석탄입자 중량에 대하여 부분 슬러리(E)의 석탄입자 중량의 비로 8 : 2 내지 5 : 5인 것임을 특징으로 하는 고농도의 석탄 수성 슬러리의 제조방법.
제 4항에 있어서의 석탄 수성슬러리는 5 ㎛ 또는 그 이하의 크기를 갖는 석탄입자가 15 중량% 또는 그 이상으로 포함되는 것임을 특징으로 하는 고농도의 석탄 수성슬러리의 제조방법.