(57)【要約】【課題】石炭の燃焼時に排出される粒子状物質（ＰＭ）を粗大化させて捕集し、人体に悪影響を及ぼすＰＭの大気中への排出量を低減するための石炭添加用粒子状物質粗大化剤及び粗大化方法を提供する。【解決手段】石炭添加用粒子状物質粗大化剤は、Ｍｇ系化合物、Ｃａ系化合物、Ｆｅ系化合物、Ａｌ系化合物又はＳｉ系化合物を主成分として含有することを特徴とする。石炭添加用粒子状粗大化剤は、粗大化剤全量に対して、主成分となる化合物を７０質量％以上含有するものであることが好ましい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｇ系化合物、Ｃａ系化合物、Ｆｅ系化合物、Ａｌ系化合物又はＳｉ系化合物を主成分として含有することを特徴とする石炭添加用粒子状物質粗大化剤。
【請求項２】
粗大化剤全量に対して、上記主成分となる化合物を７０質量％以上含有することを特徴とする請求項１に記載の石炭添加用粒子状物質粗大化剤。
【請求項３】
上記Ｍｇ系化合物として、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、塩基性炭酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、硫酸水素マグネシウム、亜硫酸マグネシウム、チオ硫酸マグネシウム、硫酸マグネシウムアンモニウム、硝酸マグネシウム、亜硝酸マグネシウム、リン酸マグネシウム、リン酸水素マグネシウム、リン酸二水素マグネシウム、ピロリン酸マグネシウム、亜リン酸マグネシウム、亜リン酸水素マグネシウム、次亜リン酸マグネシウム、リン酸マグネシウムアンモニウム、オルトケイ酸マグネシウム、メタケイ酸マグネシウム、４ケイ酸マグネシウム、タルク、３ケイ酸マグネシウム、オルトケイ酸マグネシウムカルシウム、ニオルトケイ酸マグネシウムカルシウム、メタケイ酸マグネシウムカルシウム、酢酸マグネシウム、クエン酸マグネシウム、シュウ酸マグネシウム、安息香酸マグネシウム、ギ酸マグネシウム、酒石酸マグネシウム、酒石酸水素マグネシウム、コハク酸マグネシウム、乳酸マグネシウム、及びグルコン酸マグネシウムから成る群より選ばれた少なくとも１種のＭｇ系化合物を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の石炭添加用粒子状物質粗大化剤。
【請求項４】
上記Ｃａ系化合物として、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸水素カルシウム、亜硫酸カルシウム、亜硫酸水素カルシウム、チオ硫酸カルシウム、硝酸カルシウム、亜硝酸カルシウム、リン酸カルシウム、リン酸水素カルシウム、リン酸二水素カルシウム、重過リン酸カルシウム、ピロリン酸カルシウム、ピロリン酸二水素カルシウム、亜リン酸カルシウム、亜リン酸水素カルシウム、次亜リン酸カルシウム、メタリン酸カルシウム、リン酸カルシウムアンモニウム、オルトケイ酸カルシウム、メタケイ酸カルシウム、ケイ酸三石灰、ケイ酸二石灰、酢酸カルシウム、プロピオン酸カルシウム、クエン酸カルシウム、シュウ酸カルシウム、安息香酸カルシウム、ギ酸カルシウム、酒石酸カルシウム、酒石酸水素カルシウム、コハク酸カルシウム、乳酸カルシウム、グルコン酸カルシウム、アスコルビン酸カルシウム、及びアルギン酸カルシウムから成る群より選ばれた少なくとも１種のＣａ系化合物を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の石炭添加用粒子状物質粗大化剤。
【請求項５】
上記Ｆｅ系化合物として、酸化鉄（ＩＩ）、酸化鉄（ＩＩＩ）、酸化二鉄（ＩＩＩ）鉄（ＩＩ）、酸化鉄（ＩＩＩ）水和物、炭酸鉄（ＩＩ）、硫酸鉄（ＩＩ）、硫酸鉄（ＩＩＩ）、亜硫酸鉄（ＩＩ）、亜硫酸鉄（ＩＩＩ）、チオ硫酸鉄（ＩＩ）、硫酸鉄（ＩＩ）アンモニウム、硫酸鉄（ＩＩＩ）アンモニウム、三硫酸鉄（ＩＩＩ）三アンモニウム、硝酸鉄（ＩＩ）、硝酸鉄（ＩＩＩ）、リン酸鉄（ＩＩ）、リン酸鉄（ＩＩＩ）、ピロリン酸鉄（ＩＩ）、ピロリン酸鉄（ＩＩＩ）、ピロリン酸水素鉄（ＩＩＩ）、亜リン酸鉄（ＩＩ）、亜リン酸鉄（ＩＩＩ）、次亜リン酸鉄（ＩＩＩ）、オルトケイ酸鉄（ＩＩ）、メタケイ酸鉄（ＩＩ）、メタケイ酸鉄（ＩＩＩ）、酢酸鉄（ＩＩ）、酢酸鉄（ＩＩＩ）、クエン酸鉄（ＩＩ）、クエン酸鉄（ＩＩＩ）、クエン酸鉄（ＩＩ）アンモニウム、クエン酸鉄（ＩＩＩ）アンモニウム、シュウ酸鉄（ＩＩ）、シュウ酸鉄（ＩＩＩ）、シュウ酸鉄（ＩＩＩ）アンモニウム、安息香酸鉄（ＩＩ）、安息香酸鉄（ＩＩＩ）、ギ酸鉄（ＩＩ）、ギ酸鉄（ＩＩＩ）、酒石酸鉄（ＩＩ）、酒石酸鉄（ＩＩＩ）、乳酸鉄（ＩＩ）、乳酸鉄（ＩＩＩ）、及びグルコン酸鉄（ＩＩ）から成る群より選ばれた少なくとも１種のＦｅ系化合物を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の石炭添加用粒子状物質粗大化剤。
【請求項６】
上記Ａｌ系化合物として、酸化アルミニウム、酸化アルミニウム・１水和物、水酸化アルミニウム、硫酸アルミニウム、亜硫酸アルミニウム、硫酸アルミニウムアンモニウム、硝酸アルミニウム、リン酸アルミニウム、リン酸水素アルミニウム、リン酸ニ水素アルミニウム、ピロリン酸アルミニウム、ピロリン酸水素アルミニウム、次亜リン酸アルミニウム、メタリン酸アルミニウム、ケイ酸アルミニウム、水化ケイ酸アルミニウム、カオリン、活性白土、パーライト、マイカ、酢酸アルミニウム、クエン酸アルミニウム、シュウ酸アルミニウム、シュウ酸アルミニウムアンモニウム、安息香酸アルミニウム、ギ酸アルミニウム、及び乳酸アルミニウムから成る群より選ばれた少なくとも１種のＡｌ系化合物を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の石炭添加用粒子状物質粗大化剤。
【請求項７】
上記Ｓｉ系化合物として、二酸化ケイ素、非晶質シリカ、珪石、天然ケイ砂粉、人工ケイ砂粉、珪藻土粉、焼成珪藻土粉、ケイ酸ジルコニウム、シリコーンエマルジョン、及び変性シリコーンオイルから成る群より選ばれる少なくとも１種のＳｉ系化合物を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の石炭添加用粒子状物質粗大化剤。
【請求項８】
上記請求項１〜７のいずれか１つの項に記載の粒子状物質の粗大化剤を粉体のまま石炭に添加することを特徴とする粒子状物質の粗大化方法。
【請求項９】
上記請求項１〜７のいずれか１つの項に記載の粒子状物質の粗大化剤を水に溶解又は分散させてスラリーとし、このスラリーを石炭に添加することを特徴とする粒子状物質の粗大化方法。
【請求項１０】
上記請求項１〜７のいずれか１つの項に記載の粒子状物質の粗大化剤を、石炭の燃焼雰囲気中に添加することを特徴とする粒子状物質の粗大化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭の燃焼時に排出される粒子状物質（Particulate  Matter、以下「ＰＭ」と称する。）を粗大化させて、人体に悪影響を及ぼすＰＭの大気中への排出量を低減するための石炭添加用粒子状物質粗大化剤及び粗大化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所等において、発電源として利用する石炭や石油等の化石燃料を燃焼させると、燃焼に伴い、二酸化炭素（ＣＯ２）や硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、ＰＭ等の種々の物質が排出される。
中でもＰＭは、肺胞等の気道の奥に沈着し、喘息や気管支炎の原因となって、人体に悪影響を及ぼすことが知られており、環境保全の面から問題視されている。
【０００３】
内燃機関等において燃料油を燃焼した際に排出されるＰＭ、特にディーゼルエンジンからの排ガス中のＰＭを低減するために、燃料油に熱分解開始温度が２００℃以上であるアルカリ土類金属塩を添加した燃料油組成物（特許文献１）が提案されている。
その他に、ディーゼルエンジンの排ガス中のＰＭを低減するためのアルカリ土類金属錯体からなる燃料油添加剤（特許文献２）や、アルカリ金属酸化物と酸化鉄の複合酸化物等を含む触媒（特許文献３）等も提案されている。
【特許文献１】特開２００２−３０２６８６号公報
【特許文献２】特開２００５−２２５９６６号公報
【特許文献３】特開２００７−１３３０９３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで燃焼油のみならず、石炭等を炉内で燃焼させると高温過程において燃料の性状に基づき、固体燃料の揮発成分由来のすす、揮発成分放出後の未反応チャー粒子、固体燃料中に含まれる鉱物粒子や気相析出した微粒子（灰分）等が生成される。
これらの微粒子が大気中に排出されると、燃料油等を燃焼した際に排出されるＰＭと同様に、人体に影響を及ぼすことが知られている。
しかし、特許文献１〜３に記載されているように、燃料油を燃焼させた排ガス中からＰＭを低減するための添加剤等は種々提案されているものの、石炭を燃焼させた排ガス中からＰＭを低減する添加剤等は殆ど提案されていない現状である。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、石炭を燃焼させた際に、大気中に排出される粒子状物質を抑制する石炭添加用粒子状物質粗大化剤及び粗大化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記目的を達成すべく、石炭の燃焼過程において生成される種々の粒子状物質の成分等を検討した結果、特定の無機系化合物を石炭に添加することによって、燃焼時に生成される粒状物質を粗大化させて、上記目的を達成し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
即ち、本発明の石炭添加用粒子状物質粗大化剤は、Ｍｇ系化合物、Ｃａ系化合物、Ｆｅ系化合物、Ａｌ系化合物又はＳｉ系化合物を主成分として含有することを特徴とする。石炭添加用粒子状粗大化剤は、該粗大化剤全量に対して、主成分となる化合物が７０質量％以上含有するものであることが好ましい。
【０００８】
本発明の石炭添加用粒子状物質粗大化剤は、粉体のまま石炭に添加し、水に溶解若しくは分散させて石炭に添加し、又は、石炭の燃焼雰囲気中に添加することが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、粒子状物質粗大化剤を石炭に添加することにより、石炭の燃焼過程おいて排出される種々の粒径及び成分の粒子状物質（ＰＭ）を粗大化させて、確実に捕集できるようにするので、大気中に排出されるＰＭ量を抑制することができる。
また、本発明の粒子状物質粗大化剤は、粉体のままでも、水に溶解若しくは分散させても石炭に添加することができ、更には、炉内の石炭燃焼雰囲気中に添加することもできるので、煩雑な工程を必要とすることなく容易に粗大化剤を使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の石炭添加用粒子状物質粗大化剤及び粗大化方法について説明する。なお、本明細書において、「％」は特記しない限り、質量百分率を意味するものとする。
【００１１】
本発明の石炭添加用粒子状物質粗大化剤は、Ｍｇ系化合物、Ｃａ系化合物、Ｆｅ系化合物、Ａｌ系化合物又はＳｉ系化合物を主成分として含有するものである。ここで言う「主成分」とは、粗大化剤全量に対して、上記無機系化合物から選択された１種の化合物を７０％以上含有するものを意味する。
例えば、水７０％に対して、石炭添加用粒子状物質粗大化剤３０％を添加してスラリーを形成した場合は、スラリーに添加した石炭添加用粒子状物質粗大化剤全量（３０％）に対して、上記無機系化合物から選択された１種の化合物が７０％（即ち、スラリー中に上記無機系化合物から選択された１種の化合物が２１％（０．３×０．７×１００＝２１））以上含有されていればよい。
【００１２】
石炭添加用粒子状物質粗大化剤中、該粗大化剤全量に対して、主成分となる化合物は、好ましくは７０％以上、より好ましく８０％以上、更に好ましくは９０％以上含有される。
粗大化剤全量に対して、主成分となる化合物の含有率が７０％未満であると、石炭の燃焼過程において排出される種々の粒径や、種々の成分を有するＰＭを粗大化することが難しい。
なお、石炭添加用粒子状物質粗大化剤は、Ｍｇ系化合物、Ｃａ系化合物、Ｆｅ系化合物、Ａｌ系化合物又はＳｉ系化合物のうち１種類の無機系化合物１００％から成るものであってもよい。
【００１３】
石炭添加用粒子状物質粗大化剤は、上記無機系化合物の１種を主成分として含有するものであれば、主成分以外の無機系化合物を含有するものであってもよい。また、後述するように、例えばタルクのように２種類の無機元素を含む化合物を用いてもよい。
【００１４】
上記Ｍｇ系化合物として、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、塩基性炭酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、硫酸水素マグネシウム、亜硫酸マグネシウム、チオ硫酸マグネシウム、硫酸マグネシウムアンモニウム、硝酸マグネシウム、亜硝酸マグネシウム、リン酸マグネシウム、リン酸水素マグネシウム、リン酸二水素マグネシウム、ピロリン酸マグネシウム、亜リン酸マグネシウム、亜リン酸水素マグネシウム、次亜リン酸マグネシウム、リン酸マグネシウムアンモニウム、オルトケイ酸マグネシウム、メタケイ酸マグネシウム、４ケイ酸マグネシウム、タルク、３ケイ酸マグネシウム、オルトケイ酸マグネシウムカルシウム、ニオルトケイ酸マグネシウムカルシウム、メタケイ酸マグネシウムカルシウム、酢酸マグネシウム、クエン酸マグネシウム、シュウ酸マグネシウム、安息香酸マグネシウム、ギ酸マグネシウム、酒石酸マグネシウム、酒石酸水素マグネシウム、コハク酸マグネシウム、乳酸マグネシウム、及びグルコン酸マグネシウムから成る群より選ばれた少なくとも１種のＭｇ系化合物を含有することが好ましい。
【００１５】
上記Ｃａ系化合物として、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸水素カルシウム、亜硫酸カルシウム、亜硫酸水素カルシウム、チオ硫酸カルシウム、硝酸カルシウム、亜硝酸カルシウム、リン酸カルシウム、リン酸水素カルシウム、リン酸二水素カルシウム、重過リン酸カルシウム、ピロリン酸カルシウム、ピロリン酸二水素カルシウム、亜リン酸カルシウム、亜リン酸水素カルシウム、次亜リン酸カルシウム、メタリン酸カルシウム、リン酸カルシウムアンモニウム、オルトケイ酸カルシウム、メタケイ酸カルシウム、ケイ酸三石灰、ケイ酸二石灰、酢酸カルシウム、プロピオン酸カルシウム、クエン酸カルシウム、シュウ酸カルシウム、安息香酸カルシウム、ギ酸カルシウム、酒石酸カルシウム、酒石酸水素カルシウム、コハク酸カルシウム、乳酸カルシウム、グルコン酸カルシウム、アスコルビン酸カルシウム、及びアルギン酸カルシウムから成る群より選ばれた少なくとも１種のＣａ系化合物を含有することが好ましい。
【００１６】
上記Ｆｅ系化合物として、酸化鉄（ＩＩ）、酸化鉄（ＩＩＩ）、酸化二鉄（ＩＩＩ）鉄（ＩＩ）、酸化鉄（ＩＩＩ）水和物、炭酸鉄（ＩＩ）、硫酸鉄（ＩＩ）、硫酸鉄（ＩＩＩ）、亜硫酸鉄（ＩＩ）、亜硫酸鉄（ＩＩＩ）、チオ硫酸鉄（ＩＩ）、硫酸鉄（ＩＩ）アンモニウム、硫酸鉄（ＩＩＩ）アンモニウム、三硫酸鉄（ＩＩＩ）三アンモニウム、硝酸鉄（ＩＩ）、硝酸鉄（ＩＩＩ）、リン酸鉄（ＩＩ）、リン酸鉄（ＩＩＩ）、ピロリン酸鉄（ＩＩ）、ピロリン酸鉄（ＩＩＩ）、ピロリン酸水素鉄（ＩＩＩ）、亜リン酸鉄（ＩＩ）、亜リン酸鉄（ＩＩＩ）、次亜リン酸鉄（ＩＩＩ）、オルトケイ酸鉄（ＩＩ）、メタケイ酸鉄（ＩＩ）、メタケイ酸鉄（ＩＩＩ）、酢酸鉄（ＩＩ）、酢酸鉄（ＩＩＩ）、クエン酸鉄（ＩＩ）、クエン酸鉄（ＩＩＩ）、クエン酸鉄（ＩＩ）アンモニウム、クエン酸鉄（ＩＩＩ）アンモニウム、シュウ酸鉄（ＩＩ）、シュウ酸鉄（ＩＩＩ）、シュウ酸鉄（ＩＩＩ）アンモニウム、安息香酸鉄（ＩＩ）、安息香酸鉄（ＩＩＩ）、ギ酸鉄（ＩＩ）、ギ酸鉄（ＩＩＩ）、酒石酸鉄（ＩＩ）、酒石酸鉄（ＩＩＩ）、乳酸鉄（ＩＩ）、乳酸鉄（ＩＩＩ）、及びグルコン酸鉄（ＩＩ）から成る群より選ばれた少なくとも１種のＦｅ系化合物を含有することが好ましい。
【００１７】
上記Ａｌ系化合物として、酸化アルミニウム、酸化アルミニウム・１水和物（ベーマイト）、水酸化アルミニウム、硫酸アルミニウム、亜硫酸アルミニウム、硫酸アルミニウムアンモニウム、硝酸アルミニウム、リン酸アルミニウム、リン酸水素アルミニウム、リン酸ニ水素アルミニウム、ピロリン酸アルミニウム、ピロリン酸水素アルミニウム、次亜リン酸アルミニウム、メタリン酸アルミニウム、ケイ酸アルミニウム、水化ケイ酸アルミニウム、カオリン、活性白土、パーライト、マイカ、酢酸アルミニウム、クエン酸アルミニウム、シュウ酸アルミニウム、シュウ酸アルミニウムアンモニウム、安息香酸アルミニウム、ギ酸アルミニウム、及び乳酸アルミニウムから成る群より選ばれた少なくとも１種のＡｌ系化合物を含有することが好ましい。
【００１８】
上記Ｓｉ系化合物として、二酸化ケイ素、非晶質シリカ、珪石（石英）、天然ケイ砂粉、人工ケイ砂粉、珪藻土粉、焼成珪藻土粉、ケイ酸ジルコニウム、シリコーンエマルジョン、及び変性シリコーンオイルから成る群より選ばれる少なくとも１種のＳｉ系化合物を含有することが好ましい。変性シリコーンオイルとしては、例えばポリエーテル変性シリコーンオイル、アルコール変性シリコーンオイル等が挙げられる。
【００１９】
石炭添加用粒子状物質粗大化剤に用いる無機系化合物は、特に限定されないが、１次粒子の平均粒径が１０μｍ以下であることが好ましく、燃焼させる石炭粒子よりも細かい粒子であることがより好ましい。
石炭添加用粒子状物質粗大化剤として、水溶性の無機系化合物（例えば水溶性Ｃａ）、又は、コロイダル型の無機系化合物（コロイダルシリカ、コロイダル鉄、コロイダルマグネシウム）等を用いる場合は、平均粒径（又は無機化合物の長さ）が０．１〜数１０ｎｍのものを使用することが好ましい。
石炭添加用粒子状物質粗大化剤を構成する無機系化合物の平均粒子径が１０μｍを超えると、ＰＭとの反応性が低く、ＰＭを粗大化し難くなるため好ましくない。
【００２０】
次に、石炭の燃焼過程において生成される粒子状物質（ＰＭ）について説明する。
石炭には、元素周期律表に表された殆ど全ての元素が含まれている。石炭中には、石炭炭素質中に存在する鉱物粒子(Included mineral)と、石炭炭素質とは独立して存在する鉱物粒子(Excluded mineral)に分けられる。これらの鉱物粒子中に、元素周期律表に表された元素、特に微粒元素の多くが含まれる。
元素の一部は、石炭炭素質表面の官能基とイオン結合し、又は、石炭中の有機質と結合した形態を有している。
【００２１】
石炭炭素質中に存在する鉱物粒子（Included mineral）は、粗粒子を形成し易い傾向にある。しかし、石炭炭素質中に存在する鉱物粒子の一部は、揮発分放出過程又はチャー（未燃炭素と灰分からなる微粒子）燃焼過程において、炭粒から独立して気相へ放出され、微粒子（ＰＭ）を生成する。
【００２２】
石炭炭素質とは独立して存在する鉱物粒子(Excluded mineral)は、急速昇温条件で高温場に曝されると、その一部が分裂して、微粒子（ＰＭ）を生成する。
【００２３】
石炭炭素質又は石炭中の有機質と結合している元素は、アルカリ金属及びアルカリ土類金属、更にＳｉ、Ａｌ等の高沸点元素でさえ、石炭の燃焼時に蒸気状となり、ＰＭ１０（粒子径１０μｍ以下の粒子群の総称）、ＰＭ２．５、ＰＭ１等の微粒子を生成する。
【００２４】
その他、揮発分放出終了後に生成されるチャー粒子に着目すると、生成されたチャー粒子は、燃焼源となる石炭の種類によって、バルーン状、網目状、中実状等の種々の構造を有するものが生成されている。
これらのチャー粒子のうち、バルーン状、網目状の構造を有するものは、中実状の構造を有するものに比べて、微粒子（ＰＭ）を生成し易いことが知られている。
【００２５】
このように微粒子（ＰＭ）は、すす粒子、熱分解ガス、蒸気化した無機成分、チャー粒子、灰粒子等を源として生成される。これらのうち、蒸気化した無機成分は、石炭燃焼プロセス内の温度分布やガス雰囲気によって強く影響され、微粒子の生成量が異なる。燃焼・ガス化過程における粒子の最高温度は、１６００〜１７００℃にも達し、元素及びその化合物の蒸気圧曲線から、蒸気化する元素を分類すると、次の（１）〜（３）の３タイプに分けることができる。
【００２６】
（１）揮発性が小さく、大部分が固体残渣や粒子径の大きい粒子に集まり易い元素：（Ｂａ），Ｃｅ，Ｃｓ，Ｅｕ，Ｆｅ，Ｈｆ，Ｋ，Ｌａ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｒｂ，Ｓｃ，Ｓｍ，Ｔｈ、Ｔｉ
（２）揮発性を有するが、プロセス内で粒子径の小さい粒子に凝縮又は濃縮し易い元素：Ａｓ，Ｃｄ，（Ｂａ），Ｂｅ，Ｃａ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｇｅ，Ｍｏ，Ｎａ，Ｎｉ，Ｐ，Ｐｂ，Ｓｂ，（Ｓｅ），Ｓｒ，Ｚｎ
（３）揮発性が高く、ガス中に残存し易い元素：Ｂ，Ｂｒ，Ｃｌ，Ｆ，Ｈｇ，Ｉ，（Ｓｅ）
【００２７】
上記（２）及び（３）に属する元素は、燃焼炉の高温部で蒸気化後、暫くはガス状で存在するが、燃焼ガスが熱交換器を通過し、温度が低下すると、気相成分の凝縮、核生成、及び粒子の凝集等によって微粒子（ＰＭ）が生成される。この場合、既存の微粒子が細かく表面積が大きい程、凝縮の割合が高く成る傾向がある。また、粒径が小さくなる程、濃度が高くなる。この傾向は、特にＡｓ，Ｃｄ，Ｓｅ等の（２）に属する元素が顕著である。
【００２８】
このように粒子状物質（ＰＭ）を生成する元素は種々の性状を有することが知られている。また、石炭燃焼のプロセス中に生成されるＰＭは、燃焼時に使用する装置（ボイラ）によってもその粒径も異なる。
【００２９】
上述のように、石炭の燃焼時に排出される排ガス中には、種々のＰＭが生成される。これらのＰＭは、燃料油等を燃焼する際に排出される排ガス中のＰＭと比較して、上述の無機物質を由来とする灰分量が多いという性状を有する。例えば、石炭の灰分量は石炭全量の１０％程度であり、燃料油の灰分量は燃料油全量の０．０１〜０．０２％程度であるので、石炭を燃焼した際に排出されるＰＭと、燃料油が燃焼する際に排出されるＰＭとでは、それぞれ灰分量が異なる。
このように灰分が比較的大きいＰＭを排出する石炭に対して、本発明の石炭添加用粒子状物質粗大化剤を添加することによって、ＰＭの粒径を増大させることができ、粗大化されたＰＭを捕集し易くなるので、大気中に排出されるＰＭの量を低減することができる。
【００３０】
石炭添加用粒子状物質粗大化剤の添加量としては、石炭中の灰分（１００％）に対して、石炭添加用粒子状物質粗大化剤中の灰分が、好ましくは０．００５（５０ｐｐｍ）〜１０％、より好ましくは０．０１〜１０％、更に好ましくは０．１〜１０％、特に好ましくは２．５〜１０％になるように添加する。
石炭添加用粒子状物質粗大化剤の添加量が石炭中の灰分に対して０．００５％未満であると、添加量が少なすぎて、石炭燃料のプロセスにおいてＰＭを粗大化することができない。一方、添加量が１０％を超えると、灰の総量が多くなりすぎる場合がある。
なお、経済的には、石炭添加用粒子状物質粗大化剤の添加量（ｇ）が、石炭の1/３０００〜1/２００００（ｇ）となるように添加することが好ましい。
【００３１】
次に、本発明の石炭添加用粒子状物質粗大化剤を用いた粗大化方法について説明する。
石炭添加用粒子状物質粗大化剤は、燃焼前に石炭に粉体のまま添加してもよく、又は、石炭添加用粒子状物質粗大化剤を水に溶解若しくは分散させて、石炭に添加してもよい。
また、石炭添加用粒子状物質粗大化剤は、石炭自体に添加するのではなく、燃焼炉の石炭燃焼雰囲気中に添加してもよい。
【００３２】
通常、石炭は、燃焼装置（ボイラ）等で燃焼される。燃焼装置から排出される排ガスは、サイクロン、電気集塵機（ＥＰ）、バグフィルタ等の捕集手段に流通され、排ガス中に含まれる細かい灰や微粒子等が捕集される。なお、捕集手段で捕集される微粒子の量は、使用する燃焼装置（ボイラ）等によっても異なる。
燃焼装置（ボイラ）として、例えば微粉体燃焼ボイラを使用した場合は、石炭を燃焼しながら吹き飛ばすため、排ガス中に含まれる微粒子の８０〜９０％は、サイクロンから電気集塵機（ＥＰ）に送られるが、流動層・ストーカーボイラを使用する場合は状況が異なる。
サイクロンで分離される微粒子の最小粒径は１μｍであり、電気集塵機（ＥＰ）で分離される微粒子の最小粒径は０．０２μｍであり、バグフィルタで分離される微粒子の最小粒径は０．０１μｍである。
【００３３】
石炭添加用粒子状物質粗大化剤及び粗大化方法によれば、石炭の燃焼時に生成されるＰＭ、例えばＰＭ１０やＰＭ１を粗大化して、サイクロン、電気集塵機（ＥＰ）、バグフィルタ等の捕集手段でＰＭを捕集し易くし、大気中に排出されるＰＭの量を低減することができる。
【実施例】
【００３４】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００３５】
産地の異なる２種類の石炭（Ａ，Ｂ）に、次の４種類の石炭添加用粒子状物質粗大化剤を添加し、石炭を燃焼炉（ドロップチューブファーネス）に供給して燃焼した後、排ガス中の燃焼灰を二つのサイクロンで捕集した後、排ガス中のＰＭをカスケードインパクターで捕集した。
石炭添加用粒子状物質粗大化剤を添加した場合（実施例１〜４）と、添加しない場合（比較例）の石炭を燃焼した排ガス中のＰＭ１、ＰＭ２．５、ＰＭ１０の量を測定した。
【００３６】
［使用した石炭］
石炭      Ａ
石炭      Ｂ
【００３７】
［石炭添加用粒子状物質粗大化剤：無機系化合物］
（ａ）Ｆｅ系化合物：クリトニック  ＰＣ−１００３Ｓ（ＫＴ  ＰＣ−１００３、タイホーコーザイ社製）
（ｂ）Ｍｇ系化合物：タイトニック  ２０１ＨＷ（ＴＴ  ２０１ＨＷ、タイホーコーザイ社製）
（ｃ）Ｃａ系化合物：クリトニック  ハイコン１（ＫＴ  ＨＣ−１、タイホーコーザイ社製）
（ｄ）Ｓｉ系化合物：コールファイア  ８０００（ＣＦ８０００、タイホーコーザイ社製）
【００３８】
［添加量］
石炭Ａ，Ｂの灰分１００％に対して、各石炭添加用粒子状物質粗大化剤の灰分が２．５〜１０％となるように、石炭に石炭添加用粒子状物質粗大化剤を添加した。
具体的には、次にように（１）石炭添加量粒子状物質粗大化剤中に含まれる無機系化合物（酸化物換算）の濃度を測定し、（２）この無機系化合物（酸化物換算）中に含まれる灰分が、石炭の灰分に対して所定の量（無機系化合物（酸化物換算）の灰分：石炭の灰分＝５：１００）となるように、無機系化合物の量を算出して、無機系化合物を石炭に添加した。
【００３９】
（１）無機系化合物（酸化物換算）の濃度測定
まず、上記（ａ）〜（ｄ）の無機系化合物の試料２ｇをビーカーに入れ、１０５℃の乾燥機で４時間乾燥させた。試料中に含まれる水が全て蒸発したことを確認した後、８１５℃まで昇温し、残留物の質量を測定した。試料の質量と残留物の質量の比から試料の濃度を測定した。上記（ａ）〜（ｄ）の試料濃度の結果を表１に示す。
【００４０】
【表１】
2010059297.tif 000002
【００４１】
（２）無機系化合物の添加量の算出方法
上記試料濃度の測定結果に基づき、石炭に添加する無機系化合物（酸化物換算）の添加量の算出方法の一例を説明する。本例においては、Ｃａ系化合物の添加量の算出方法を示す。
石炭Ａ（灰分：２．８％）５０ｇに、無機系化合物の灰分：石炭の灰分＝５：１００になるようにＣａ系化合物（ＣａＯの濃度：１０％）溶液を添加する場合は、次式（１）にそれぞれの数値を代入して、Ｃａ系化合物の添加量を算出する。式（１）に各数値を代入し、表１に示す濃度のＣａ系化合物の溶液の添加量を算出したところ、０．７ｇであった。
【００４２】
【数１】
2010059297.tif 000003
【００４３】
（実施例１）
各石炭Ａ，Ｂの灰分に対して、Ｃａ系化合物（酸化物換算：ＣａＯ）の灰分の量が５：１００（＝Ｃａ系化合物の灰分：石炭の灰分）になるようにＣａ系化合物を添加し、１００〜２００ｍＬの水を加えて良く振り混ぜた後、ロータリーエバポレータを使用して、水を蒸発させた。その後、更に乾燥機で１時間程度乾燥させて、Ｃａ系化合物から成る粗大化剤を添加した石炭Ａ，Ｂを得た。
【００４４】
（実施例２）
実施例１と同様にして、Ｓｉ系化合物（酸化物換算：ＳｉＯ２）から成る粗大化剤を添加した石炭Ａ，Ｂを得た。
【００４５】
（実施例３）
各石炭Ａ，Ｂの灰分に対して、Ｍｇ系化合物（酸化物換算：ＭｇＯ）の灰分の量が２．５：１００（＝Ｍｇ系化合物の灰分：石炭の灰分）に成るように粗大化剤を添加したこと以外は、実施例１と同様にして、Ｍｇ系化合物から成る粗大化剤を添加した石炭Ａ，Ｂを得た。
【００４６】
（実施例４）
各石炭Ａ，Ｂの灰分に対して、Ｆｅ系化合物（酸化物換算：Ｆｅ２Ｏ３）の灰分の量が１０：１００（＝Ｆｅ系化合物の灰分：石炭の灰分）に成るように粗大化剤を添加したこと以外は、実施例１と同様にして、Ｆｅ系化合物から成る粗大化剤を添加した石炭Ａ，Ｂを得た。
【００４７】
（比較例）
無機系化合物を主成分とする粗大化剤を加えないこと以外は、実施例１と同様にして、石炭Ａ，Ｂを得た。
【００４８】
実施例１〜４及び比較例の石炭Ａ，Ｂを図１に示す燃焼炉（ドロップチューブファーネス）で燃焼し、排ガス中のＰＭを図２に示すカスケードインパクターで捕集した。
【００４９】
［燃焼炉：ドロップチューブファーネス］
図１にドロップチューブファーネスの概略構成図を示す。
図１に示すように、石炭Ａ，Ｂの燃焼炉に使用したドロップチューブファーネス１（以下「ＤＴＦ」と略称する。）は、試料供給部２（ボールフィーダー及びバーナー）と、反応加熱部３と、サンプリング部４（サンプリングプロッブ）を備えている。
試料（石炭Ａ，Ｂ）は、一次ガスと共に、試料供給部２から反応加熱部３へと導かれる。
反応加熱部３には、図示を省略したスポットヒータ予熱器で約５００℃に加熱された二次ガスも供給され、バーナーの先端部７で試料を含む一次ガスと合流されて、反応加熱部３を流通する。この一次ガスと二次ガスが合流したガスによって、装置全体のガス流量が決定される。
石炭をＤＴＦで燃焼することによって得られた燃焼灰は、ＤＴＦの下方に配置された２つのサイクロン５，６によって捕集した。サイクロン５，６で捕集されなかった排ガス中のＰＭはカスケードインパクター１０で捕集した。
サンプリング部４は、中間生成物と完全燃料灰を採取可能となるように、反応加熱部３中に挿入される高さの変更が可能である。
【００５０】
［ＤＴＦの燃焼条件］
ＤＴＦの燃焼条件を以下に記載する。
試料供給速度：約０．２ｇ／分
燃焼雰囲気  ：空気
空気比      ：１．５
燃焼温度    ：１２００℃，１４５０℃
滞留時間    ：約３秒
【００５１】
［カスケードインパクター］
図２は、カスケードインパクター１０の概略構成を示す説明図である。
カスケードインパクター１０は、慣性衝突法により複数のインパクター１１を使用して排ガス中の微小粒子を分級捕集できるようにしたものである。
慣性衝突法とは、粒子が運動するに際して有している慣性力を利用して、物体に粒子を衝突させて、粒子を気流（排ガス）中から分離捕集させる方法である。
カスケードインパクター１０は、この慣性衝突法により、粒子を捕集板（インパクター１１）に衝突させて気流（排ガス）中から分離する際に、気流の衝突速度が次第に大きくなるようにインパクター１１を複数段重ねたものである。カスケートインパクター１０は、希釈エアーを流通させる流量計１２と、複数段積層させたインパクター１１の圧力を測定する測定計１３と、ポンプ１４とを備えている。
このカスケードインパクターを用いることによって、排ガス中の微粒子の粒径分布を求めることができる。本例においては、低圧条件下（最大−５５０ｍｍＨｇ）で微粒子をインパクターに慣性衝突させ、粒径０．０５μｍの微小粒子まで分級捕集可能なロープレッシャーインパクター（ＬＰＩ）を用いて測定した。
【００５２】
表２に石炭Ａを１４５０℃のＤＴＦで燃焼させた際の排ガス中から捕集されたＰＭ量を示す。また、表３に石炭Ｂを１２００℃のＤＴＦで燃焼させた際の排ガス中から捕集されたＰＭ量を示し、表４に石炭Ｂを１４５０℃のＤＴＦで燃焼させた際の排ガス中から捕集されたＰＭ量を示す
【００５３】
【表２】
2010059297.tif 000004
【００５４】
表２に示すように、粗大化剤を添加した石炭Ａを１４５０℃で燃焼させた場合は、粗大化剤を添加しない場合（比較例）と比べて、ＰＭの量が低減しており、ＰＭ１とＰＭ２．５の低減量が顕著であった。
特に、Ｍｇ系化合物から成る粗大化剤を添加した場合は、粗大化剤を添加しない場合と比べて、ＰＭ２．５が４０％低減しており、逆にＰＭ１０が若干増えていることから、微小ＰＭを粗大化して捕集することができ、排ガス中のＰＭ量を低減できることが確認できた。
【００５５】
【表３】
2010059297.tif 000005
【００５６】
表３に示すように、粗大化剤（実施例１〜４）を添加した石炭Ｂを１２００℃で燃焼させた場合は、粗大化剤を添加しない場合（比較例）と比べて、ＰＭ１の量が３０〜６０％程度低減していた。
一方、実施例１〜４の粗大化剤を添加した石炭ＢのＰＭ１０は増量する傾向にあった。この理由としては、石炭Ｂは灰分量が少なく、凝集される灰分量が少ないためにＰＭ１０の量が増大したと推測される。
【００５７】
【表４】
2010059297.tif 000006
【００５８】
表４に示すように、粗大化剤（実施例１〜４）を添加した石炭Ｂを１４５０℃で燃焼させた場合は、１２００℃で燃焼させた場合（表３参照）と同様に、粗大化剤を添加しない場合（比較例）と比べて、ＰＭ１の量が５０〜６０％程度低減しており、微小なＰＭの低減量が大きくなった。
一方、実施例１〜４の粗大化剤を添加した石炭ＢのＰＭ２．５、ＰＭ１０は増量する傾向にあった。この理由としては、石炭Ｂは灰分量が少なく、凝集される灰分量が少ないためにＰＭ２．５、ＰＭ１０の量が増大したと推測される。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】燃焼炉であるドロップチューブファーネスの概略構成を示す説明図である。
【図２】カスケードインパクター１０の概略構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
１    ドロップチューブファーネス
２    試料供給部（ボールフィーダー及びバーナー）
３    反応加熱部
４    サンプリング部（サンプリングプロッブ）
５    サイクロン
７    バーナーの先端部
１０  カスケードインパクター
１１  インパクター
１２  流量計
１３  圧力計
１４  ポンプ
【図１】
2010059297.tif 000007
【図２】
2010059297.tif 000008