低品位煤浆液的制造方法、低品位煤浆液的制造装置及低品位煤的气化系统

摘要

本发明的目的在于提供适于根据加压气化炉的气化的高浆液浓度且低粘度的低品位煤浆液的简易制造方法和制造装置、以及具备那样的制造装置的气化系统。本发明的低品位煤浆液的制造方法具有：在高温高压下对粗粉碎后的低品位煤进行改性处理的第一工序；和在改性处理后的低品位煤中添加水和分散剂，通过湿法粉碎法将低品位煤浆液化的第二工序。又，本发明的低品位煤浆液的制造装置具有：对低品位煤进行干法粉碎的干法粉碎装置；对干法粉碎后的低品位煤进行改性处理的高温高压型混炼装置；和添加通过改性处理从低品位煤中排出的水和分散剂，将改性处理后的低品位煤浆液化的湿法粉碎装置。

说明书

技术领域

本发明涉及用于以褐煤那样的低品位煤制造适于加压气化炉用的燃料的浆液的方法和装置。又，本发明涉及具备以这样的浆液为燃料的加压气化炉的低品位煤的气化系统。

背景技术

近年，全世界能源资源的消耗扩大正迅速推进，作为主要能源的石油、煤炭或天然气等的价格不断攀升。因此，如何有效运用这些能源成为重要问题。

作为一般燃料使用的煤炭，除发电效率和成本以外，还从输送或贮藏那样的物流上的安全方面的角度考虑，使用高发热量的沥青煤。但是，伴随着新兴国家的经济增长，沥青煤的供求在世界范围内变得紧张。

另一方面，推算以褐煤、次褐煤或次沥青煤为首的低品位煤的埋藏量为超过沥青煤那样的高品位煤的埋藏量6000亿吨以上的规模。但是，低品位煤由于含水率高，因此将其作为发电用锅炉等的燃料时热效率低，从而发电成本变高。又，由于褐煤反应性高，且使其干燥时自燃的危险性变高，因此输送和贮藏困难，目前几乎未被利用。

又，煤炭发电所导致的二氧化碳（CO₂）的排出量处于全球性剧增的趋势，其成为引起地球温室效应的重要因素。由于煤炭的每单位发热量的CO₂排出量比石油或天然气多，因此在降低CO₂排出量的要求高涨的同时，以日本为首的发达国家正在抑制煤炭的使用。

褐煤那样的低品位煤是价格非常低廉、埋藏量也多的有前途的燃料资源，但由于上述那样的问题，实际情况是其未被有效利用。因此，关于在煤矿附近将褐煤气化，并利用得到的合成气体的方法，正在进行技术开发。“合成气体”是指以煤炭或天然气那样的碳氢化合物为原料而制造的含有氢气（H₂）和一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO₂）或甲烷等的荒煤气，是用于氨合成、甲醇合成或氢气制造等的原料气体的总称。

特别是，在煤矿附近将褐煤那样的低品位煤气化，从生成的合成气体中分离回收CO₂后，作为无CO₂的合成气体利用的方法备受关注。例如，将褐煤气化，从得到的合成气体中分离精制氢气，将其液化后作为液态氢输送，并作为燃气轮机或燃气发动机的燃料利用的方法，能够预测其将会在未来的氢气社会中实现。

关于使用煤炭气化炉对沥青煤进行气化的技术，湿法粉碎沥青煤而将其水浆液化，在向高温高压下运行的气化炉中供给氧的同时供给水浆液化的沥青煤的湿法吹氧气气化炉已经作为商用设备运转。又，细粉碎沥青煤，用气流输送煤粉并将其供给至气化炉的方法也作为商用设备运转。

使用加压气化炉对沥青煤进行气化时，如果在粉碎后的沥青煤中添加水和分散剂那样的添加剂而使沥青煤成为浆液，则操作和输送变得容易。又，由于与重油等相比每单位热量的价格低，因此作为替代石油的燃料备受关注。

将煤炭作为浆液向加压气化炉供给时，低粘度比较容易操作和输送，但浆液浓度（煤炭浓度）变低时能源效率下降。特别是，在褐煤那样的低品位煤的情况下，由于其比沥青煤的含水率高，因此浆液浓度降低时能源效率显著下降。因此，正在谋求高浓度且低粘度的低品位煤浆液的制造方法。

在此，专利文献1公开了一种方法，即使用低品位煤作为原料煤，在1000cP左右的优选表观粘度下，以尽可能得到煤炭的含有率高（70重量%左右）的浆液为目的，当混炼脱水滤饼、水和分散剂时将混炼分为两个阶段，在第一阶段中不添加分散剂或在不流动的程度下少量添加分散剂后用滤饼和水进行混炼，在混炼物成为糊状时添加分散剂进一步进行混炼。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11-335680号公报。

发明内容

发明要解决的问题

褐煤由于含水率也达到30～70%，因而在进一步添加水使其水浆液化时，浆液中的总水分（褐煤中内部所含有的水分和作为浆液的分散介质的褐煤外部的水分的总和）变得极高，在加压气化炉中大量的热量由于水分蒸发被消耗，从而能源效率变得极低。因此，将含水率高的褐煤那样的低品位煤水浆液化，将其供给至加压气化炉中进行气化的方法，以往几乎从未研究过。

图2是专利文献1所公开的浆液的制造方法的概略工序图。专利文献1所公开的浆液制造方法即使采用高吸湿性且含水率高（30～70重量%）、且表面为亲水性的褐煤或次沥青煤，也能够制造高浓度浆液。

在专利文献1（权利要求3）所公开的浆液制造方法中，在第一工序（粉碎工序）中，在褐煤或次沥青煤中添加水，通过湿法粗粉碎制备低浓度浆液（10～40重量%）。但是，在煤矿附近水利基础设施不完备的情况较多，能够预测确保大量的水很困难。

其次，在第二工序（改性工序）中通过热水处理（压力为12～15MPa、温度为250～330℃）进行改性处理的浆液，在第三工序（脱水工序）中进行脱水而成为脱水滤饼。但是，由于脱水滤饼没有流动性，因而其操作和输送困难。接着在第四工序（第一混炼工序）混炼脱水滤饼后将其再次浆液化，但由于成为没有流动性的糊状物，因而其操作和输送变得困难。又，在混炼中，无法期待将褐煤等进行细粉碎。

此外，在第五工序（第二混炼工序）中添加分散剂且制备水浆液，但在混炼中难以将分散剂均匀地分散。

本发明的目的在于提供适于根据加压气化炉的气化的高浆液浓度且低粘度的低品位煤浆液的简易制造方法。

解决问题的手段

本发明人为了解决制造低品位煤浆液的上述以往技术问题专心地进行了研究。其结果是，发现了不是从外部加水至粉碎后的低品位煤中将其浆液化，而是通过在高温高压下对低品位煤进行改性，并排出低品位煤所包含的水，从而能够减少低品位煤内部所含有的水分，且增加作为分散介质的低品位煤外部的水分。又，发现了通过如此操作，即使在将低品位煤作为原料煤的情况下，浆液中的总水分也与以往技术相同，且能够得到低粘度且操作和输送容易的浆液，从而完成本发明。

具体来说，本发明涉及具有：在高温高压下对粗粉碎后的低品位煤进行改性处理的第一工序；和在改性处理后的低品位煤中，添加在第一工序中从低品位煤中排出的水和分散剂，通过湿法粉碎将低品位煤浆液化的第二工序的低品位煤浆液的制造方法。

在第一工序中，排出粗粉碎后的低品位煤内部所含有的水，从而干燥低品位煤。又，由于焦油成分阻塞低品位煤表面的细微结构，因此能够防止排出的水被低品位煤再次吸收。

在此，低品位煤是指褐煤、次沥青煤、次褐煤或它们的混合煤，但优选的是本发明特别适用于褐煤。

在第二工序中，湿法粉碎改性处理后的低品位煤后将其浆液化，但通过回收在第一工序中从低品位煤中排出的水（自身排出水）后进行利用，即使是在水资源较少的煤矿附近，也能够制备低品位煤浆液。

优选的是，所述第一工序的改性处理在压力为0.5MPa以上8MPa以下、且温度为100℃以上400℃以下的条件下进行。

优选的是，所述第一工序后的低品位煤的含水率为20重量%以下。此处述及的低品位煤的含水率是指低品位煤内部所含有的水分重量占低品位煤总重量的百分比。

优选的是，所述第二工序中的浆液浓度为40重量%以上65重量%以下。此处述及的浆液浓度是指以浆液中所含有的低品位煤的干煤基（将水分含量作为0重量%换算后的重量，即干燥基（dry basis））计算的重量百分比。

优选的是，所述低品位煤浆液的制造方法具有在所述第二工序后，对得到的浆液进一步进行高速搅拌处理的第三工序。通过进行高速搅拌处理，浆液的稳定性增加，从而也能够在将浆液供给至加压气化炉之前进行贮藏。 

优选的是，所述分散剂为聚苯乙烯类分散剂、萘磺酸类分散剂、甲基丙烯酸类分散剂或木质素磺酸类分散剂，向浆液添加的添加量为相对于低品位煤的干燥重量的0.2重量%以上2重量%以下。

又，本发明涉及具有：对干法粉碎后的低品位煤进行改性处理的高温高压型混炼装置；和在改性处理后的低品位煤中，添加通过改性处理从低品位煤中排出的水和分散剂，将低品位煤浆液化的湿法粉碎装置的低品位煤浆液的制造装置。

优选的是，本发明的低品位煤浆液的制造装置还具备对低品位煤进行粗粉碎的干法粉碎装置。

优选的是，本发明的低品位煤浆液的制造装置具有对通过所述湿法粉碎装置得到的浆液进一步进行高速搅拌处理的搅拌装置。

又，本发明涉及具有：所述低品位煤浆液的制造装置；对从所述湿法粉碎装置或所述搅拌装置中得到的浆液进行输送的输送配管；以及对通过输送配管输送的浆液进行气化的加压气化炉的低品位煤的气化系统。

本发明的上述目的、其他目的、特征和优点，在参照附图的基础上，能够从下述优选的实施形态的详细说明中得以明确。

发明效果

根据本发明，能够简单地制造适于根据加压气化炉的气化的高浆液浓度且低粘度的低品位煤浆液。又，也能够对以往几乎未被有效利用的褐煤那样的低品位煤，使用加压气化炉高效率地进行气化。

附图说明

图1是示出用于实施本发明的低品位煤浆液的制造方法的装置的一个示例的概略结构图；

图2是专利文献1所公开的低品位煤浆液的制造方法的概略工序图。

具体实施方式

以下，详细地说明本发明。另外，本发明不限于下述记载。

图1是示出用于实施本发明的低品位煤浆液的制造方法的装置的一个示例的概略结构图。首先，低品位煤被干法粉碎装置1粗粉碎。此时，优选的是，低品位煤被粗粉碎为粒度为3mm以下的粒子（通过网眼尺寸为3mm的筛子的粒子）为70重量%以上，优选的是粒度为3mm以下的粒子为90重量%以上。

接着，粗粉碎后的低品位煤被供给至高温高压型混炼装置2，借助于加热和加压进行改性处理。此时，也可以根据需要将少量的水与低品位煤一起供给至高温高压型混炼装置，优选的是，调节高温高压型混炼装置2内的低品位煤量与水的比例，以使低品位煤以湿煤基（粗粉碎后的低品位煤本身的重量（水分含量30～70重量%），即湿基（wet basis））计算为80重量%以上。

作为高温高压型混炼装置2，例如，可以使用高温加压型分批式双臂混炼机或高温加压型连续式双臂混炼机。优选的是，改性处理条件为压力为0.5MPa以上8MPa以下、温度为100℃以上400℃以下。借助于在这样的压力和温度条件下进行混炼，粒度几乎不变，但低品位煤内部所含有的水分向外部排出（非蒸发脱水）。其结果是，低品位煤非蒸发脱水至水分含量为20重量%以下。又，由于焦煤成分阻塞低品位煤表面的细微结构、表面亲水性官能团变为疏水性官能团等，排出后的水分变得难以被低品位煤再次吸收，从而低品位煤表面的疏水性也增加。

用高温高压型混炼装置2进行改性处理后的低品位煤被供给至振动筛4。此时，优选的是，低品位煤内部所含有的水分为20重量%以下。通过振动筛4，分离低品位煤和从低品位煤中排出的水分的一部分。从低品位煤中排出的水分的一部分通常作为热水在振动筛4中被回收，但在改性处理温度较高的情况下，也可以从高温高压型混炼装置2中作为水蒸气被回收。

此外，振动筛4为任意结构，在从低品位煤中排出的水分从高温高压型混炼装置2中作为水蒸气被取出这样的情况下，不需要振动筛4。在该情况下，水蒸气被冷却后作为排水回收。

分离水分后的低品位煤与用振动筛4回收的水（回收水）的全部或一部分和分散剂一起供给至湿法粉碎装置5。然后，通过湿法粉碎装置5细粉碎低品位煤，从而制备低品位煤浆液。作为湿法粉碎装置5，例如，可以使用湿法球磨机或介质搅拌型粉碎机。另外，剩余的回收水，可以废弃，也可以用于任何其他用途。

供给至湿法粉碎装置5的水量根据振动筛4中的脱水程度进行调节，优选的是，将低品位煤浆液浓度调节至以干煤基（dry basis）计算为40～65重量%的范围的浓度。在只用回收水而水量不足的情况下，以其他方法添加所需量的水。又，优选的是，细粉碎低品位煤浆液，以使粒径为74μm以下的低品位煤粒子（通过200目的低品位煤粒子）占低品位煤粒子整体的30～90%。

作为分散剂，可以使用聚苯乙烯类分散剂、萘磺酸类分散剂、甲基丙烯酸类分散剂或木质素磺酸类分散剂。优选的是，添加分散剂，以使其在低品位煤浆液中的浓度为相对于低品位煤浆液中含有的低品位煤的干燥重量的0.2重量%以上2重量%以下。

除分散剂以外，通过在低品位煤浆液中添加羧甲基纤维素那样的稳定剂和/或黄原胶那样的增稠剂，也能够进一步提高浆液的稳定性。优选的是，调节稳定剂或增稠剂，以使其在低品位煤浆液中的浓度为0.001～0.05重量%。

通过本发明得到的低品位煤浆液，即使其总水分与以往的低品位煤浆液相同，但低品位煤内部所含有的水分较少，作为分散介质的水的量较多。因此，与以往的低品位煤浆液相比为高浓度且低粘度，具有适于根据加压气化炉的气化的物理性质。

在本发明中，当混合水和粗粉碎后的低品位煤后进行浆液化时，由于同时还添加分散剂，因此与专利文献1所公开的方法不同，能够将分散剂均匀地分散于浆液中。

像专利文献1那样，在湿法粉碎低浓度浆液的情况下，形成微粒子较少的粒度分布。相对于此，在本发明中，由于湿法粉碎浓度非常高的低品位煤–水混合物，因此湿法粉碎后的低品位煤形成微粒子较多的理想的粒度分布。

通过湿法粉碎装置5得到的低品位煤浆液贮藏于浆液槽6中。优选的是，浆液槽6内的低品位煤浆液事先通过搅拌机7（低速搅拌机）进行搅拌。其后，通过具备输送用泵8的输送配管9，将该低品位煤浆液从浆液槽6供给至搅拌装置10。通过使用搅拌装置10（高速搅拌机）对低品位煤浆液进行高速搅拌处理，能够增加低品位煤浆液的稳定性，从而能够防止低品位煤分离。

作为搅拌装置10，可以使用管道混合器（line mixer）或带高速搅拌机的混合槽。在使用管道混合器的情况下，优选的是转速为500～5000rpm，低品位煤浆液的停留时间为10秒～2分钟。高速搅拌处理后的低品位煤浆液（成品浆液）通过具备输送用泵12的输送配管13，供给至加压气化炉。

另外，搅拌装置10为任意结构，在将浆液槽6内的低品位煤浆液立即供给至加压气化炉那样的情况下，也可以不设置搅拌装置。此时，低品位煤浆液通过输送配管9，从浆液槽6供给至加压气化炉。

供给至加压气化炉（湿法供煤方式的煤炭加压气化炉）的低品位煤浆液，在该处被气化，变换为合成气体。得到的合成气体根据需要分离CO或CO₂那样的杂质，精制为氢气。优选的是，对分离后的CO₂进行固定化。又，优选的是，分离后的CO氧化为CO₂后对其进行固定化。这样，构成将作为原料的低品位煤在加压气化炉中气化的系统。

[实施例]

（第一工序）

使用颚式破碎机对表1所示的性状的褐煤（澳洲产褐煤（Loy Yang褐煤））进行粗粉碎，以使粒度为3mm以下的粒子为90重量%以上（通过网眼尺寸为3mm的筛子的粒子为褐煤整体的90重量%以上）。在粗粉碎后的褐煤中添加水，形成褐煤为95重量%的褐煤–水混合物。将10kg的该混合物投入至具备双臂型混炼翼的容积为约20L的高温高压型分批式混炼机。

[表1]

。

在压力为5.0MPa、温度为280℃的条件下，混炼褐煤–水混合物一小时，使褐煤非蒸发脱水而进行了改性处理。改性处理后，将成为糊状的褐煤–水混合物（混炼物）从高温高压型分批式混炼机中取出。由于水分的蒸发等而导致的损失，生成的混炼物的总水分为56.0重量%。又，混炼物中的脱水褐煤的固有水分（褐煤所含有的水分）为18重量%。

接着，将3kg的混炼物供给至振动筛中，分离水分。水分分离后的混炼物的总水分为36.0重量%。在水分分离后的混炼物中，进一步添加回收水和聚苯乙烯类分散剂后，将其投入至湿法球磨机（φ300mm×L300mm、容积为约21L）。调节回收水的添加量，以使混炼物整体的褐煤浓度以干燥基计算为57重量%。又，添加相对于褐煤（干煤基）的0.6重量%的聚苯乙烯类分散剂。

（第二工序）

对投入至湿法球磨机内的混炼物、水和分散剂进行分批式粉碎，得到通过200目的褐煤为褐煤整体的75重量%的褐煤浆液。该褐煤浆液的浓度以干煤基计算为57重量%，表观粘度在剪切速度为100sec^-1、温度为25℃的条件下为1.3Pa·s（1300cP）。又，将该褐煤浆液在内容积为500mL的聚乙烯容器内于室温下静置（室温）7天后，褐煤沉降量为约7容量%。

（第三工序）

对在上述第二工序中的得到的57重量%的褐煤浆液进一步使用高速搅拌机（譜莱密克司株式会社（PRIMIX Corporation）制造，T.K HOMO MIXER MARK Ⅱ 2.5型），以1000rpm高速搅拌处理一分钟。高速搅拌处理后的褐煤浆液的表观粘度在剪切速度为100sec^-1、温度为25℃的条件下为1.1Pa·s（1100cP）。将高速搅拌处理后的褐煤浆液在内容积为500mL的聚乙烯容器内于室温下静置（室温）7天后，褐煤沉降量为约2容量%。这样，确认了在第二工序中得到的褐煤浆液通过进一步进行高速搅拌处理，稳定性增加。

根据上述说明，对于本领域技术人员来说，本发明的许多改良和其他实施形态是显而易见的。因此，上述说明仅仅作为示例解释，并以向本领域技术人员教导实施本发明的最优选的形态为目的而提供。在不脱离本发明的精神的条件下，其结构和/或功能的具体内容可以有实质性变更。

工业应用性

本发明的低品位煤浆液的制造方法、低品位煤浆液的制造装置及低品位煤的气化系统在燃料或能源领域是有用的。

符号说明

1：干法粉碎装置；

2：高温高压型混炼装置；

3、11：马达；

4：振动筛；

5：湿法粉碎装置；

6：浆液槽；

7：搅拌机（低速搅拌机）；

8、12：输送用泵；

9、13：输送配管；

10：搅拌装置（高速搅拌机）。