(57)【要約】  燃料ペレットを製造するための方法に関する。ペレットは炭素系粒子材料及び結合剤から得ることができ、本方法は、材料と結合剤とを混合させるステップと、そのように形成された混合物を転がせることによって凝集させるステップとを備える。例えば回転ドラムでの転がり作用は、粒子・結合剤混合物を、通常は様々なサイズ分布を有するペレットへと凝集させる役目を果たす。機械的な圧縮力は不要であり、使用される結合剤を用いると、大気温度で行うことができる。本方法は、炭素系の廃棄物を使用して、容易に輸送でき且つ効率的に燃焼できる使用に適した燃料製品を形成する、単純であるが効率的なプロセスを提供する。回転ドラム又はパン凝集器は、比較的低コストででき、非常に高い総トン数のスループットを得ることができる。特注の製品を製造することができ、石炭高性能プラントでの灰・硫黄除去の経済性を高める。【選択図】図１【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素系粒子材料及び結合剤から硬質燃料ペレットを製造するための方法であって、
材料と結合剤とを混合させるステップと、そのように形成された混合物を転がせることによって凝集させてペレットを形成するステップとを備え、
結合剤が、シリケート系のものであり、当該方法が大気温度で行われる際に硬質燃料ペレットを形成することができる１つ以上の界面活性剤を含む、方法。
【請求項２】
１段階プロセスとして行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
別個の１又は複数の積極的な硬化ステップを要することなく行われる、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
そのように形成された硬質ペレットが、大気温度で転がった後に硬化する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
ペレットが硬化シェルを形成する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
様々なサイズ分布のペレットを供給するようになっている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
粒子材料及び／又は結合剤混合物が水を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
結合剤が、粒子材料との混合前に水を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項９】
粒子材料が、約３ｍｍ以下の最大サイズ又はグレードである、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
粒子材料が炭塵又は粉炭である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
粒子材料が、部分的、実質的に、又は、全体的に泥炭である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
泥炭が粉炭と組み合わされている、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
粒子材料が２つ以上の出発原料の組み合わせである、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
結合剤が、部分的、全体的に、又は、実質的にケイ酸ナトリウム又はケイ酸カリウムである、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
１つ以上の更なる原料を付加することを含む、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
更なる原料又は更なる原料のそれぞれが、石灰、無機結合剤、セメント、及び防水添加剤から成る群から選択される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
粒子材料と結合剤とが少なくとも部分的に攪拌により混ぜ合わされる、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
結合剤が粒子材料に対して吹き付けられる、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
粒子材料が、結合剤との混合前及び／又は混合中に移動している、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
ペレットが球形状又は卵形を成している、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
ペレットが転がり後に選別される、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
転がりが回転ドラムで行われる、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
炭素系粒子材料の前処理を何ら必要としない、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
炭素系材料中の水分を、好ましくは粒状炭素系出発原料中の水分の重量と比べて５％未満まで減らす、請求項１〜２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
粒子材料と結合剤との混合が転がりによって起こる、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
形成されたペレットを破砕するステップを更に備える、請求項１〜２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
炭素系粒子材料と１つ以上の界面活性剤を含むシリケート系結合剤との凝集によって大気温度で形成できる硬質燃料ペレット製品。
【請求項２８】
請求項１〜２７のいずれか一項に記載の方法によって形成される燃料ペレット製品。
【請求項２９】
燃焼できる状態になっている、請求項２７又は２８に記載の燃料ペレット製品。
【請求項３０】
ペレット製品が１つ以上の硫黄吸収剤を含む、請求項２７〜２９のいずれか一項に記載の燃料ペレット。
【請求項３１】
破砕された形態の、好ましくは燃料燃焼できる状態になっている、請求項２６〜３０のいずれか一項に記載の燃料ペレット。
【請求項３２】
硬化シェルを有する、請求項２７〜３１のいずれか一項に記載の燃料ペレット。
【請求項３３】
コアに向かって変わる密度を有する、請求項２７〜３２のいずれか一項に記載の燃料ペレット。
【請求項３４】
乾燥した内部を有する、請求項２７〜３３のいずれか一項に記載の燃料ペレット。
【請求項３５】
著しい破損を何ら伴うことなく取り扱うことができ、積み重ねることができ、及び／又は、輸送できるように、転がり後に十分な剛性を有する、請求項２７〜３４のいずれか一項に記載の燃料ペレット。
【請求項３６】
灰の中に燃焼燃料が殆ど残らないように或いは全く残らないように完全に又は実質的に燃焼可能である、請求項２７〜３５のいずれか一項に記載の燃料ペレット。
【請求項３７】
炭塵又は粉炭から形成される、請求項２７〜３６のいずれか一項に記載の燃料ペレット。
【請求項３８】
燃焼中に硫黄放出が実質的になく、硫黄放出が好ましくは７０〜９０％以上減少する、請求項２７〜３７のいずれか一項に記載の燃料ペレット。
【請求項３９】
ペレット中の水分が、粒状出発原料中の水分よりも実質的に少ない、請求項２７〜３８のいずれか一項に記載の燃料ペレット。
【請求項４０】
ペレットが５％未満の含水率を有する、請求項２７〜３９のいずれか一項に記載の燃料ペレット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料製品及び燃料製品を製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの固体系燃料抽出プロセスにおける問題は、廃棄された「細かい」材料の取り扱いである。１０％程度の切込み炭は、結局のところ、微細な（一般に約３ｍｍ未満）或いは超微細な（一般に約０．１ｍｍ未満）炭塵の状態となる。この粉炭は、多くの場合に最終プロセスに不適切であり、サイズが問題でない場合であっても多量の水（１０％〜３０％）を保持しており、取り扱って、輸送し、燃やすことが「厄介となり」、困難となり、非効率になる可能性がある。
【０００３】
１つの解決策は、練炭を形成することであった。これらは、非常に高い圧力で粉末を圧縮して二次的な燃料材料を形成することによって形成される。しかしながら、練炭工場の高い資本及び高い動作コストが、一部の高コスト国を越えたそれらの使用を妨げてきた。多くの場所で、粉炭は、現在、採炭所の近くに単に「投げ捨てられている」。
【０００４】
他の解決策は、ペレット化及び押し出しを含む様々なプロセスを使用して炭質粉末を凝集させることである。このため、様々な結合材料が提案されてきた。米国特許第４２１９５１９号では、結合剤の主要な材料が石灰又は関連するカルシウム化合物である。米国特許第３３７７１４６号は様々な有機結合剤を記載しており、米国特許第４３５７１４５号はトールオイルピッチを提案している。米国特許第４０２５５９６号は、ラテックスを使用して、随意的にはベントナイト又はでんぷんを用いて、分割された鉱物固形物を最終的にペレット化する方法について記載している。
【０００５】
しかしながら、これらの全てのプロセスは、ペレットの形成後に、ある種の処理の必要性を伴っており、一般的にはペレットの最終形状を与えるために高温で乾燥することを含む。したがって、これらの全てのプロセスは、１つ以上の有機結合剤の使用に照らして、何らかの形態の熱処理を必要とする。更に重要なことには、これらの全てのプロセスは２０年以上前のものであるにも関わらず、実際に使用されてきたこと或いは何らかの成功をもって使用されてきたことはない。
【０００６】
他の問題は水分の重量である。石炭における高い水分レベルは、輸送及び燃焼を非効率的にしている。世界中の石炭備蓄の大半の貴重な部分を構成する亜瀝青炭は、「化学的に付着される」水分を石炭構造中に含有する（最大で２０〜３０％の水分）。この「水分」は、亜瀝青炭の使用及び価値を大幅に制限する。例えば、輸送される石炭のトラック３台分毎に、トラック１台分の水も輸送しなければならない。また、この水分は、石炭が燃やされるときに（水を水蒸気に変えるために）炎からエネルギを取り込む（奪う）。熱によって水分を追い出そうとする試みは成功しないことが分かった。これは、石炭が乾燥する際に粉々になり、自然発火し易くなるからである。その結果、非常に僅かな亜瀝青炭が国際的に取引されている。
【０００７】
練炭プロセスを使用する他の産業は、泥炭産業である。適切に粉砕可能な材料を形成するため、泥炭は、かなりの時間、多くの場合２回又は３回にわたって乾燥させなければならず、また、細かく刻まれて粉砕されなければならず、それにより、練炭を形成するコスト全体が増大する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、動作要件及び必要資本のコストを下げることにより、更に効率が良い燃料製品及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
したがって、本発明の１つの態様においては、炭素系粒子材料及び結合剤から硬質燃料ペレットを製造するための方法（プロセス）であって、
材料と結合剤とを混合させるステップと、
そのように形成された混合物を転がせることによって凝集させて硬質ペレットを形成するステップとを備え、
結合剤は、シリケート系のものであり、１つ以上の界面活性剤を含み、当該方法が大気温度で行われる、という方法が提供される。
【００１０】
１つ以上の界面活性剤を含むシリケート系の結合剤の使用により、本発明の方法は、大気温度で硬質燃料ペレットを形成することができる。大気温度での硬質燃料ペレットの形成は、従来の方法によっては達成できなかった。
【００１１】
燃料ペレットは、別個の１又は複数の積極的な硬化ステップを何ら必要とすることなく、それらを手で扱うことができ、蓄えることができ、積み重ねることができ、及び／又は、速やかに輸送することができるという意味で、「硬質」である。すなわち、ペレットは、任意の支援又は更なる処理、特に熱処理及び／又は加圧処理を伴わずに硬化する。従来方法は、凝集体の転がりによって形成される燃料ペレットを、そのような燃料ペレットが硬質で取り扱うことができる前に、熱及び／又は（強制空気）圧力を用いて積極的に硬化させる必要があった。したがって、本発明の燃料ペレットは、形成直後に梱包し及び／又は輸送することができる。
【００１２】
例えば回転ドラムでの転がり作用は、粒子・結合剤混合物を、通常は様々なサイズ分布を有するペレットへと凝集させる役目を果たす。機械的な圧縮力は不要であり（それに付随して、生産速度が低く、コストが高い）、本発明の方法は大気温度で行うことができる。本方法を大気温度で行うことができることにより、任意の積極的な第２段階処理のための或いは高温を供給するための更なる装置が不要になる。これによって、必然的に、電源が不要になり、例えば高温を形成するために燃料を燃やす（この行為は、通常、工業プロセスにおいてかなりの経済的要件である）必要がなくなる。
【００１３】
本発明の結合剤により、本発明の燃料ペレットを形成して「常温核融合」プロセスで硬化させることができる。すなわち、ペレットは、任意の外部からの熱入力を必要とせずに形成して硬化させることができる。
【００１４】
また、本発明は、「１段階」プロセスにすることができることにより特に有益であり、それにより、含まれる構成要素の任意の予混合又は処理の必要性及び任意の成形後処理の必要性を避けることができる。資本的及び経済的な観点から、１段階プロセスは、本発明の方法を実施するようになっているプラントを設置するために必要とされる要件を減らすとともに、大気温度で行われる１段階プロセスを有することにより作業のコストを下げる。
【００１５】
また、本発明は、従来方法で結合剤として一般に使用される有機材料とは対照的に、無機結合剤を使用する点でも有利である。無機結合剤の使用は、プロセスの複雑度を減らすとともに、結合材料の任意の前処理又は混合の必要性を減らす。無機シリケート系結合剤の使用は２つの更なる利点を有する。第１に、そのような結合剤は、（燃焼し、そのため、燃焼の質に影響を与え、したがって、形成された材料の熱容量に影響を与える）でんぷん等の有機材料とは異なり、炭質材料の燃焼の質に影響を与えない（結合剤が燃えないため）。また、そのような結合剤は、有機材料とは異なり環境的影響が全くない（結合剤が燃えないため）。
【００１６】
硬質燃料ペレットが形成されると、これらのペレットは硬化して最終形態の燃料ペレットを形成する。本発明を考慮すると、そのような硬化は、大気温度で生じることができるとともに、任意の積極的な及び／又は別個の硬化ステップ、特に従来技術で使用されるような熱処理ステップを伴うことなく生じることができる。硬質燃料ペレットは、外部からの影響が無くても経時的に硬化する。したがって、これらのペレットは、例えば、１〜１０日等のしばらくの間、安定した位置又は場所に立っていることができ、一方、硬化は転がり後に生じる。コンクリートと同様に、硬化は、しばらくの間、例えば数日にわたって続いてもよいが、本発明は、転がり後に十分な硬さを有し且つ硬化するにつれて例えば保管でき、積み重ねることができ、輸送することができる状態となる硬質ペレットを提供する。
【００１７】
本明細書で使用される硬化の概念は、ペレットが好ましくは硬化シェルを形成するように作られる際にペレットの少なくとも表面で生じる化学的なプロセスに加えて、形成されるペレットに求められる任意の乾燥を含む。したがって、本発明が任意の別個の乾燥ステップ又は動作（ペレットが形成されて硬化する際にペレットから蒸発する水などの１つ以上の液体材料又は物質に関連する）を提供することは意図されていない。任意のそのような事後のペレット形成乾燥動作は、ペレットを形成して硬化させる行為と比べると二次的であり或いは軽微なものと見なされる。
【００１８】
好ましくは、本方法は、硬化した外側部分、表皮、ケーシング又はシェルを有するペレットを提供する。更に好ましくは、ペレットの内部は乾燥しているとともに、全体的に又は実質的に小さい好ましくはミクロの気泡又は多孔質の形態を有する。すなわち、ペレットが形成されるときにシリケート結合剤をペレットの表面まで引き出す界面活性剤の作用は、内部にエアーポケット及び気泡を形成し、その利点を以下で説明する。
【００１９】
本発明の一実施形態において、水は、材料の一部であることにより、別個に加えられる結合剤の一部であることにより、或いは、これらの任意の組み合わせであることにより、材料・結合剤混合物の一部である。
【００２０】
本発明の方法に必要とされる或いは望まれる水の量は、粒子材料及び結合剤の性質に依存していてもよい。
【００２１】
例えば、様々なタイプの採掘された石炭、石炭が採掘されるときに一般的に見出される石炭の含水率（ｍ／ｃ）、石炭の熱容量（ｈ／ｃ）、及び石炭の炭素含有量が以下に示されている。
【表１】
2008506000.tif 000002
【００２２】
石炭の熱容量は、含水率に直接に関連付けることができる。したがって、１５％の含水率を有する高品質の無煙炭の熱容量は、基本的に湿った鉱物質が無い状態で、２６〜３３ｍｊ／ｋｇの熱容量を有する。スケールの他端で、亜炭すなわち最低ランクの石炭は、最大で４５％の含水率を有し、その場合、熱容量は、基本的に湿った鉱物質が無い状態でたった１０〜２０ｍｊ／ｋｇである。
【００２３】
石炭を使用する殆どのパワーステーションにおいて、石炭は、一般に、燃焼加熱炉内へ吹き付けられる細かい粉末へと破砕される。しかしながら、例えば２５％の含水率を有する石炭を粉砕するためのパワーは比較的高い。したがって、一部のパワーステーションでは、現在、１年当たり５０万メートルトンの「使用できない石炭」製品が備蓄されている。これは、そのような石炭が非常に湿っているからであり、すなわち、効率的に燃焼させるには石炭の含水率があまりにも高いからである。前述したように、新たに採掘された軟炭は最大で２０％の含水率を有する可能性があり、更に低いランクの石炭は最大で３０％の含水率を有する可能性があり、亜炭においては４５％に達する。実際の石炭の任意の燃焼前に（水分を蒸気へ変化させることにより）このレベルの水分を追い払うためには非常に多くの開始エネルギが必要となるため、この石炭は、効率でないことから、簡単に使用されない。また、そのような石炭を更に「可燃性」となるように破砕することは、水分の豊富な石炭が一般に破砕機を詰まらせてしまうため、効率が悪い。
【００２４】
本発明が任意のタイプの「湿った」又は「乾いた」炭素系粒子材料を使用できることは特に有益であるが、任意の湿った材料は１０〜１５％の最大含水率を有することが好ましい。そのような水分レベルは、乾燥効果を有する破砕によって達成できる（そのために必要なパワーは、前述した即時燃焼可能な状態の粉末形態へ石炭を破砕するために必要なパワーよりもかなり低い）。そのような材料は、一般に当分野では依然として、特に例えばその材料を完全に乾燥させる必要がある練炭プロセスに対しては「湿っている」と見なされる。
【００２５】
ある状況においては、乾燥した粒子材料を有することが好ましい。他の状況において、材料は、泥炭や石炭の鉱さいダムなどの湿った燃料源から得られてもよく、また、必要な乾燥量の何らかの減少（例えば練炭プロセスと比較した減少）は、燃料製品を形成するために必要な入力エネルギ全体を減少させる。
【００２６】
本発明の方法は、当該方法に影響を与えることなく石炭中の水分レベルに基づいて結合剤の任意の含水量を減らすことができるため、水分が豊富な粉炭及び同様の製品と共にそのまま使用することができる。ペレットが形成されると、それらの硬化シェルは、特に防水添加剤が使用される場合に、水の進入を完全に或いは実質的に阻止し或いはかなり減少させる。ペレットは、完全に硬化されると、粒子出発原料の含水率の少なくとも半分の含水率、おそらく５％未満の含水率を有することができ、したがって、十分に乾燥しており、迅速で容易な破砕によりパワーステーションに適した燃料製品を形成することができる。
【００２７】
また、水分の減少は、製品のそれが燃焼される熱容量値を直接に増大させるため、その効率及び経済的価値が増大する。この経済的利益は、前述した「湿った」又は水分の豊富な材料と比較すると、そのような製品の輸送にまで及ぶ。実際には、本発明は、使用される結合剤のタイプ及び量並びにプロセスパラメータを考慮して、特に燃料源のための局部的な経済条件に適応することができる所望の或いは所定の燃焼値等を有する燃料材料を供給できる方法を提供するものである。様々な場所及び国々は、様々なタイプ及びグレードの石炭を採掘しており、したがって、そのような石炭を様々な方法で使用して石炭の経済的価値を試みて最大限に引き出している。本発明は、現在の工業プロセスからの廃棄材料と現在見なされているものに利する特定の有利な方法を提供する。
【００２８】
したがって、また、本発明は、燃料製品の水分を著しく減少させて、効率の悪い燃料製品を効率の良い燃料製品へ変える。
【００２９】
本発明の好ましい実施形態において、プロセスにおける水の量は、結合剤を粒子材料と混合させる前に結合剤成分において調整される。この水に対する結合剤の調整の計算は、粒子材料の含水率によって決まる。
【００３０】
本発明の他の実施形態において、粒子材料は、一般に、３ｍｍ以下の最大サイズ又はグレードを有する。石炭の「塵」又は「粉状物」は、しばしば、サブミクロンサイズとなり得る。泥炭は、一般に練炭前に乾燥され／断裁され／乾燥され／粉砕される燃料材料である。泥炭材料の何らかの断裁は、依然として本発明に適した粒子材料を提供することが求められる場合があるが、練炭において求められるほどのものではない。
【００３１】
粒子材料は、様々なサイズ又はグレードを有することが更に好ましく、細かい或いは更に細かい粒径にされることが好ましい。
【００３２】
本発明に適した炭素系粒子材料は、許容できる湿気或いは乾燥状態を成すことができ、また、泥炭及び亜炭や、亜瀝青炭、無煙粉炭、石油コークス粉状物等までを含む任意のタイプのマセラル燃料、及び、下水廃棄物、バイオマス、動物の排泄物、及び燃料源と見なし得る他の炭化水素材料によって形成できる。また、「ハイブリッド」燃料ペレットを形成するため、粒子材料は、必ずしも予混合されるとは限らない２つ以上の出発原料又は「構成要素」の組み合わせであってもよく、前述したようなものであってもよい。
【００３３】
また、適した材料は、そのクリーンな燃焼が全体の汚染レベルを引き下げるのに役立つ、グレードの低い又は処理された燃料、及び、これまでの「廃棄」物を含んでいてもよい。
【００３４】
本発明は、粒子材料中の高灰内容物又は硫黄内容物によって影響されない。
【００３５】
本発明においては任意の適したシリケート系結合剤を使用することができ、この結合剤は、同質材料又は異質材料、例えばセメントやカルシウム、ナトリウム又はカリウムなどの未加工シリケートであってもよい。
【００３６】
本発明の方法は、結合剤と別個に或いは一体的に１つ以上の更なる構成要素を混合に加えることを含んでいてもよい。そのような更なる構成要素としては、石灰、無機結合剤、セメント、及び防水添加剤が挙げられる。セメント質材料は、ペレットの緑色強度を促進することができ、また、可能な限り、後述するペレットにおける硬化した外面又はシェルの形成を促進することができる。
【００３７】
石灰又はセメントは、そのように形成されたペレットの燃焼時に硫黄放出を妨げるのに役立つ。石灰又は他のタイプの水酸化カルシウム（硫黄吸収剤であることで知られている）の使用が炭素系粒子材料と混合されることが本発明の特有の利点である。そのような硫黄吸収剤と硫黄を含有する炭素系材料との混合を増大すると、燃料燃焼プロセスの最後で、例えばスクラバなどの現在の硫黄吸収装置の必要性が減少する。実際には、本発明が硫黄放出（通常は、二酸化硫黄の形態を成す）を７０〜９０％又は場合によりそれ以上減少できると考えられる。この場合も同様に、これは、現在のパワーステーション要件におけるかなりの減少であり、したがって、コストがかなり減少する。
【００３８】
殆どの石炭燃焼パワーステーションにおいて、石炭は、一般に、細かい材料へと破砕され、その後、パワーを供給するために燃料バーナーへと注入される。したがって、硫黄吸収剤をペレット形成プロセスへ加えるとともに、燃料燃焼プラントでのその後の使用のためにペレットを破砕すると、２つの特有の利点が得られる。第１に、完全に或いは実質的に「乾燥した」ペレットを提供できる本発明の方法の能力は、前述したようにペレットの燃焼前にペレットの破砕を行うために必要なエネルギ入力を減らし、第２に、ペレットの破砕は、硫黄吸収剤と炭素系材料との混合を増大させ、したがって、硫黄吸収効率が増大し、そのため、硫黄放出が減少する。
【００３９】
世界中では、特に石炭燃焼パワープラントからの硫黄放出を減少させるための法制化が益々増えている。本発明は、スクラバなどの更なる又は他の物理的及び／又は化学的な硫黄吸収装置又はプロセス（効果的に機能するように定期的な再形成も必要であり、他のエネルギ集約的なプロセスである）を要することなくそのような減少を達成するのに役立つ。
【００４０】
したがって、本発明の方法は、好ましくは燃料燃焼パワープラントで使用できる状態の形態でペレットを破砕し、粉砕し、或いは、特殊化するステップを更に含むことができる。
【００４１】
ゼオライト又はバーミキュライトなどの１つ以上の他の鉱物添加剤は、ペレットの灰中の金属汚染物質を結び付けるのを助けるための更なる構成要素としても使用することができ、そのため、任意の可溶性金属が灰から解放されることを防止できる。
【００４２】
粒子材料及び結合剤、並びに、付加される任意の他の別個の試薬又は構成要素は、簡単な混合を含む任意の既知のプロセス又は構成を使用して混合させることができる。プロセスの次の部分は転がり動作であるため、転がり前の試薬又は構成要素の完全な均質混合は絶対不可欠なものではない。これは、転がり動作が一般に必要に応じた或いは望ましい場合の更なる混合動作だからである。ある状況において、混合は、本発明の動作が全体的に別個にならないように、少なくとも一部が転がり動作中に起こってもよい。
【００４３】
本発明の一実施形態においては、結合剤が粒子材料上にコーティングされる。１つのコーティング方法は、材料上に結合剤を吹き付けることである。
【００４４】
本発明の他の実施形態においては、粒子材料が結合剤との混合前に及び／又は混合中に移動しており、及び／又は、材料が分散した配置状態にある。この１つの特定の適した形態は、例えばコンベア移送での、ペレット化ドラム又はパンの内側における、備蓄ロード出口などからの粒子材料の下降カーテンである。
【００４５】
本発明の他の実施形態において、粒子材料及び結合剤は、それらが互いに接触した後、直接に及び／又は直ちに転がりを受ける。
【００４６】
転がり動作は、粒子材料・結合剤混合物を凝集させて、一般には球状又は卵形状を有するサイズが益々大きくなる粒子を形成するのに役立つ。そのように形成されたペレットのサイズは、回転速度、含水率、衝撃力、及び滞留時間などの転がりのためのプロセス条件に基づいて調整できる。また、ペレットは、所望の、例えば幅が狭いサイズ分布を形成するために、ペレット化中又はペレット化後に選別し及び／又はリサイクルすることができる。
【００４７】
転がり作用を与えるための１つの適した装置が回転ドラムである。回転ドラムは、当分野において周知である。回転ドラムの出力は、長さ、直径、回転速度、及びドラムの取り付け角度に依存することができ、また、出力は、１つのドラムにつき１時間当たり１桁のメートルトンから１時間当たり数百メートルトンまで変化し得る。
【００４８】
パン、回転ドラム、及び円錐ドラムなどの凝集ドラムの一般的なサイズ及び寸法は、形成される製品に変化を与えるためのプロセス変動値として当分野において知られている。例えば英国特許第７８７９９３号を参照されたい。
【００４９】
回転ドラムは、特に練炭プラントと比べると、資本が低く、作動コストが低い。回転ドラムは、本発明のプロセスを望ましい場合に或いは必要に応じて提供できるように移動可能な形態で設けることもでき、例えば、材料を所定の処理現場まで輸送するための大きな移動（したがって、コスト）を必要とせずに、例えば粒子材料が現在蓄えられている或いは「投げ捨てられている」場所へと移動させて設置することができる。
【００５０】
凝集作業は、例えば転がり状態が同じドラム内で変わったり、或いは、材料が他の凝集器へ直接に供給されるなど、互いに接続できる１つ以上の段階で行われてもよい。或いは、そのような作業を分離することもできる。多段凝集のための１つの処理では、転がり状態を各段階で変えることができ或いは変化する。転がり状態は、連続的な形態又は動作で或いは別個に変えられてもよい。
【００５１】
本発明の方法が回転ドラム内の混合物を転がすことを含む場合には、凝集のために１つ以上の回転ドラムが好ましくは直列に使用されてもよい。
【００５２】
界面活性剤は、シリケート系結合剤を成形ペレットの表面へと引き出す機能を果たし、それにより、ペレットが形成されて硬化し始めると、ペレットは、それらの内部と比べて硬質な外側部分、表皮、シェル又は表面を有するように形を成し、その後、それを持続する。したがって、ペレットはコアに向かって密度が変化し、その密度は表面ほど大きくなる。実際には、「シェル」層又は「シェル」部分は、一般に、「内部」の低い密度と比べて高い密度を有する。
【００５３】
ペレットは、何らかの著しい破損を伴うことなく取り扱うことができ、積み重ねることができ、及び／又は、輸送することができるように、いったん形成されると十分な硬度を有することが更に好ましい。
【００５４】
ペレットの硬化は、凝集作業中又は凝集作業の一貫で始まってもよい。
【００５５】
本発明の方法は１つ以上の寸法設定ステップを含んでいてもよい。すなわち、そのように形成されたペレットのサイズを所望のサイズ又は必要なサイズへと近づける。これは、破損した或いは小型のペレットを抽出することを含んでいてもよい。破損した或いは小型のペレットは、本発明の方法へとリサイクルされて戻される。石炭が採掘されて、洗浄され、輸送されると、かなりの量の粉炭（５ｍｍ未満の粒子）が生成される。本発明は、この粉炭を、石炭の化学的特性を何ら変化させることなく、水分が非常に少ない約５０ｍｍの塊へと形成することができる。その後は、ペレットを取り扱うことができ、輸送することができ、通常の塊炭として使用することができる。
【００５６】
任意の初期硬化に続き、形成されたペレットは、硬化が終了するように或いは硬化を終わらせることができるように、しばらくの間、可能であれば数日間、例えば３〜７日間、そのままの状態に置かれる。他の硬化製品と同様、ペレットは、硬化し続け、経時的に、例えば更に数日間又は数週間にわたって強度が増す。
【００５７】
他の態様において、本発明は、炭素系粒子材料及び１つ以上の界面活性剤を含むシリコン系結合剤から大気温度で硬質燃料ペレットを製造するための方法であって、
材料と結合剤とを混合させるステップと、
そのように形成された混合物を転がせることによって凝集させて硬質燃料ペレットを形成するステップと、
を備えるものを提供する。
【００５８】
本発明の他の態様においては、炭素系粒子材料と１つ以上の界面活性剤を含むシリケート系結合剤との凝集によって大気温度で形成できる硬質燃料ペレット製品が提供される。
【００５９】
本発明の他の態様においては、本明細書で説明した方法ないしはプロセスによって形成される燃料ペレット製品が提供される。
【００６０】
本発明の燃料ペレット製品は、容易に保管できる材料である。また、この燃料ペレット製品は、その様々な直径分布に起因して容易に輸送できる。これにより、集積度が高まるとともに、ペレットの摩耗及び結果として起こる破損が減少する。
【００６１】
本発明の製品は、多くの状況において、例えば、炉の火などにおいて家庭向きに、パワープラントなどにおいて工業的に燃料として使用できる状態になっている。
【００６２】
製品は現在のところ「廃棄物」から形成されており、そのため、現在の固形燃料の抽出及び製造の効率が高まる。
【００６３】
製品は、灰中に燃焼燃料が殆ど残らないように或いは全く残らないように、非常に高いパーセンテージ（可能な限り１００％燃焼）の燃焼を可能にすることが好ましい。
【００６４】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を一例として説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６５】
粉炭回収システムは現代の石炭処理工程の一般的なパーツであるが、様々な選鉱（慈善行為）プロセスによって生成された湿った粉炭を利用する費用効率が高く総トン数の高い解決法が求められてきている。
【００６６】
練炭工場の高い資本及び操業コストにより、多くの工程で埋蔵炭量を最大にすることが妨げられてきた。練炭は、あるタイプの材料が高圧下で圧縮されるプロセスである。材料の圧縮により温度が上昇し、それにより、原材料が様々な粘着物を遊離させる。
【００６７】
１日につき数時間だけ動作するように設計された安価な液圧練炭プレスがある。１時間当たり数百キログラムを製造する大規模な設備においては更に大きな機械プレスが使用されるが、これらのプレスは、練炭材料の１メートルトン当たり約２００ｋｗｈの入力エネルギ（乾燥及び処理のため）を要する。このコストは石炭のコストが既に低い国々では桁外れに高く、そのため、現在では、世界中の多くの国で、近くの地面上に粉炭が単に投げ捨てられている。
【００６８】
同様に、泥炭練炭を形成する現在の方法は、採掘された泥炭を約５５％の含水率まで初期乾燥させ、破砕し、低い含水率まで更に乾燥させ、その後、粉砕した後、高圧練炭することを必要とする。それぞれの機械的なステップは、かなりの入力エネルギを要する。
【００６９】
他の廃棄物としては、石油コークスや、低コストで売却されるクラッキングオイルからの副生成物が挙げられる。
【００７０】
本発明の方法によれば、これらの全ての材料を費用効率の高いプロセスで使用して、有益な燃料製品を提供することができる。
【００７１】
図１は、工場との関連での本発明の方法における流れ図を示している。
【００７２】
［準備］
凝集のために未加工供給燃料が準備される。その未加工状態に応じて、幾らかの破砕、選別、又は、乾燥を行うことが有益な場合がある。未加工供給原料が細かければ細かいほど、プロセスが更に効果的になる。供給原料の含水率は最大で１０〜１５％（重量で）であることが好ましい（しかし、これに限定されない）。
【００７３】
未加工供給燃料の含水率及び化学的特性に応じて、供給液体が適切に調整される。これは、使用される結合剤及び界面活性剤に対して水の量を釣り合わせることを含む。
【００７４】
上記パラメータは、プロセス及び装置の予備試験中に定めることができる。粉炭凝集においては、効率的な凝集のため、２０〜２５％の液体結合剤（未加工供給原料の重量に対して）が一般に望ましいことが分かった。一般に、未加工供給原料が湿っていればいるほど、この段階で加えられるべき水の量が少なくなる。
【００７５】
［凝集］
供給燃料が前方へ運ばれ、任意の乾燥試薬が供給燃料に対して加えられる。その後、供給燃料はコンベアベルトの端部から落下する。落下する粉炭カーテンに対して液体結合剤が吹き付けられ、同時に、粉炭は、直径がほぼ１〜５ｍ（例えば３ｍ）の回転ドラムへと落下する。混合物は、結合剤と水との混合体が吹き付けられながら転がると、凝集して成長する小さなペレットを形成し、それにより、図２に示されるような所望の形状及びサイズの硬質ペレットが形成される。
【００７６】
材料がドラムの側面に固着することを避けるため、ゆるく取り付いた頑丈なラバーシートをドラムに裏打ちすることができる。ペレットがドラムに沿って進行することを助けるため、また、ドラム内での滞留時間を制御するため、ドラムは所定の傾き（例えば１〜３％）でセットされる。完成したペレットは、ドラムの反対側の端部で、他のコンベア上へと抜け出る。
【００７７】
ペレットは、操作上のドラム調整（回転速度、含水率、及びドラム内での滞留時間に直接に影響を及ぼす長手方向ドラム角度）のみによってサイズを変えることができる。製品寸法を変えるためには、例えばこの練炭工程における高価なモールドの変更が必要とされない。
【００７８】
凝集ドラムと同様であるがそれよりも大きな直径を有する他の回転ドラムにおいて、幾らかの成形及び何らかの硬化さえもが行われてもよい。この回転ドラムは、凝集ドラムよりも直径が大きく且つ長くてもよい。ここで、ペレットはゆっくりとドラムを通り抜けて進み、それにより、ペレットが最初に硬化し或いは表面処理を受けることができる十分な時間が与えられ、その結果、即時に取り扱って積み重ねることができるようになる。このドラム内での滞留時間は燃料特性によって決まり、また、その使用は生産前試験において決定することができる。
【００７９】
選択された表面処理添加剤をこの段階で加えることにより、ペレット表皮の表面積を大きくすることができ、固着を防止することができ、及び／又は、流体が袋の中へ漏れるといったこと等を防止できる。
【００８０】
ペレットの緑色強度が乏しい場合には、特定の更なる結合剤又はセメント質の化学物質を加えて、硬化プロセスを急速に加速させ、それにより、ハンドリングや取扱性等を助ける更に速くて強い初期緑色強度を与えることができる。破損した小粒のペレットは、例えばドラムの溝穴付き領域又はドラム出口の振動スクリーンを使用して除去することができる。損傷した小粒のペレットは、その後、再処理のために凝集ドラムへと戻すことができる。
【００８１】
［最終的な寸法設定（必要に応じて）］
この段階では、必要に応じて、ペレットを所望の断面へと更に近づけることができる。その後、任意の損傷した小粒のペレットを再処理のために凝集ドラムへ戻すことができる。
【００８２】
ペレット寸法設定は、意図する用途に応じて行われるように設計することもできる。ペレットサイズは、プロセス条件、装置構成、及び試薬投与量を変えることによって調整することができる。
【００８３】
その後、ペレットを硬化のために貯蔵することができる。この時間の間、粉炭ペレットの場合には一般に３〜７日間、大気温度によもよるが、ペレットは十分な取り扱いを行える強度に達する。加熱又は強制吸気乾燥は全く必要ない。形成されたペレットの一例が図３に示されている。
【００８４】
ペレットの球形状により、空気は貯蔵物を自由に通り抜けて移動することができ、それにより、硬化プロセスが促進され、熱の蓄積及び自然発火の危険が防止される。この段階で、ペレット表面も密封されて、空気がペレット中に侵入することが防止されるため、任意の自然発火の作用又は機会も遅らされる。自然発火が依然として問題である場合には、凝集中に予防試薬を加えることができる。
【００８５】
［輸送及び梱包］
転がり・成長凝集により、天然塊炭のような幅広いバリエーションの最終ペレットサイズを得ることができる。これは、ペレット化した製品のバルキングファクタを下げるという利点を有し、その結果、輸送コストが下げられる。
【００８６】
その後、形成された製品は、梱包し或いは積み重ねることができるとともに、大気温度で硬化し続けることができる。この場合、硬化時間は現場の湿度によって決まる。一般に、供給原料の含水率が高くなればなるほど、大気温度及び湿度でペレットを硬化させるのに必要な時間が長くなる。
【００８７】
プロセス速度は選択することができるが、１ドラムにつき１時間当たり１０〜１００メートルトンの石炭材料を生産する生産速度が一般的な速度である。生産速度は、複数のプロセスユニットを使用して高めることができ、或いは、小型の装置を用いて低下させることができる。
【００８８】
製造コストは、生産速度、供給原料の粒径分布、及び粒子材料の特性によって決まる。しかしながら、製品の１メートルトン当たりの入力エネルギは約０．５〜２ｋｗｈとして測定されており、これは、練炭のために必要な入力エネルギよりも少なくとも数百倍少ない。
【００８９】
特に、本発明のプロセスは、非常に高い灰及び／又は非常に高い硫黄石炭を処理するべく修正でき、ペレットが燃焼プロセスの全体にわたって安定したままとなるようにすることができ、それにより、低ランクの石炭を効率的に燃やすこともできる。
【００９０】
また、本方法は、売れるように灰及び硫黄を下げる必要がある燃料製品にも適している。本方法によれば、細かい破砕を行って、重力又は浮遊方法によって汚染物質を解放させることができ、それにより、非常に質の高い燃料源を生成できる。また、本方法は、細かい純粋な凝縮物を使用可能な安定した価値のある製品形態へと再形成する方法を与える。
【００９１】
非常に質の悪い石炭からをも生じる硫黄放出は、ペレット化添加剤を調整するだけで完全に或いは大幅に排除することができ、それにより、酸性雨につながる任意の二酸化硫黄汚染を大幅に減らし或いはできる限り排除することができる。また、ペレット化プロセスは、同時に、使用された試薬により生じた残灰の固有のセメント結合、ケイ化、及び安定化によって、フライアッシュを減らす。更に、高い製品燃焼温度は、高いガス供給速度に起因して、ペレット間だけでなく、ペレット内の粒子間においても生成するのが容易であり、それにより、通常の燃料よりも速い及び／又は制御可能な燃焼が行われる。
【００９２】
本発明の更なる利点は、高いガス供給速度に起因したペレット中の含有燃料の非常に完全な燃焼であり、また、燃焼が完了するまでペレットの一体構造が保たれることである。保持硬化シェルや表皮などにより、ペレットの内側での大きな熱増加又は熱形成が可能となり、それにより非常に高いレベルの燃焼が引き起こされ、その結果、ペレットの内容物中での予め設計された任意の化学反応が完了する。内容物が乾燥した多孔質形態である場合、一般的には依然として「細かい」性質を有し且つ予熱される場合には、急速で且つ非常に完全な内容物燃焼が起こる。ペレットは、白熱であってもそれらの形態を維持し、非常に安定した燃焼特性を示す。
【００９３】
特に、本発明の方法は、使用される任意の界面活性剤の作用が大気温度で最大限に発揮されるため、ペレットの強制乾燥を伴わずに済むことができる。また、水が使用される場合には、界面活性剤により、毛管作用で結合剤含有水分がペレットの表面へと急速に移動し、それにより、結合剤の最終的な大きい表面濃度に起因して、表面が硬く且つ内部が軟らかい「エッグシェル」効果が得られる。これにより、表皮強度が著しく高まり、非常に頑丈で且つ低含水率ペレット（約５％）が得られ、また、これは、空気からの水分吸収に抗する。
【００９４】
本方法の１つの更なる用途は、パワー・ヒートステーションにおける粉砕された石炭燃料の供給水分を下げることである。この場合、粉炭又は石炭選鉱くずは、ペレット化されるとともに、粉砕されて炉内で燃やされる前に完全に硬化させて乾燥させることができる。現在の粉炭集積場で見出される一般的な含水率は、通常、１２〜３５％の範囲であり、そのため、それらを使用すること、或いは、それらと他の供給原料とを混合させることが難しくなる。
【００９５】
以上から分かるように、本発明の方法は、多くの経済的問題及び操作上の問題を克服し或いは解決する。
【００９６】
「エッグシェル」効果が硬化後に十分に現れると、ペレットは、白熱燃焼中であってもその強度を保持する。これにより、ペレット内で高温反応を行うことができ、その結果、燃料の非常に高いレベルの燃焼が生じ、任意の含有硫黄の効果的な酸化及び金属イオン封鎖が得られるとともに、残灰の未燃炭素レベルがごく僅かになる。シェル効果により、ペレットは、燃焼中にその構造を保持することができ、それにより、燃料ガスにおける粒子放出が少なくなる。
【００９７】
エッグシェルペレット化は、「硫黄放出が無い」精錬技術をもたらすことができるプレフラックス焼成炉供給原料の製造を可能にするため、硫化物凝縮物及び鉄鉱に対しても使用することができる。これは、総トン数の高い生産高をもって既存の動作コストで効果的に使用できる。
【００９８】
本発明は、この技術と比べて大きな利益を与える。そのような利益としては以下が挙げられる。
【００９９】
・３ｍｍ未満の石炭／亜炭粉状物を、ろ過プラントから乾燥して或いは直接にペレット化することができる。
【０１００】
・１つのペレット化ラインにつき１時間当たり１０メートルトン〜１００メートルトン（コミュニティサイズ）の総トン数スループットが得られる。
【０１０１】
・ペレット化の間にわたって、高レベルのオートメーションを使用して、正確な制御及び試薬使用を行うことができる。
【０１０２】
・ペレットは、化学的に「硬化」しながら空気乾燥する。
【０１０３】
・ペレットは、硬化時にバルクハンドリング装置によって扱うことができ、或いは、「緑色」時に袋詰めすることができる。
【０１０４】
・石炭特性及びプロセスパラメータに応じて必要な場合には、ペレットサイズを５ｍｍから１５０ｍｍまでカスタマイズすることができる。
【０１０５】
・強度を高めるため、急速硬化のため、高温強化のため、及び耐水性を高めるために、特別丈夫な試薬を加えることができる。
【０１０６】
・ペレット内にＣａＳＯ４を形成するガス供給に起因するＳＯ２を排除するため、様々な結合剤の組み合わせにより、パイライト除去を減らすことができ或いは無くすことができる。
【０１０７】
・優れた燃焼特性により、高い効率をもって高灰粉炭が発火して燃焼する。
【０１０８】
・高いパーセンテージの炭素燃焼を伴って、燃焼が長続きする。
【０１０９】
・２０ｍｍ未満の石炭を押し潰して細かくペレット化することにより、高価なペレットを得ることができる。
【０１１０】
・汚染された石炭、又は、おがくず、もみ殻、動物の排泄物、石油コークス又は廃油等の廃棄物をペレット中に含ませることができる。
【０１１１】
・残灰は、極僅かな未燃燃料（例えば石炭）残留物を有するとともに、他の工業用途において優れている。
【０１１２】
・コンクリートフィードストック、凝集体混合、及び気孔率が高い埋め立てのため、同様の結合試薬を用いて残灰もペレット化することができる。
【０１１３】
・無煙燃焼などの予め設計された特性をもつハイブリッドペレット燃料を形成するために、同じ技術を用いて亜炭及び泥炭を処理することができ、或いは、亜炭及び泥炭を他の燃料源と混ぜ合わせることができる。
【０１１４】
本発明は、様々な大きさの含水率及び硫黄含有量を有する全てのタイプの粉炭と共に使用することができる。一般に、５〜５０ｍｍ直径の範囲のペレットが形成され、いずれのサイズのペレットも、容易に扱うことができ、貯蔵することができ、輸送することができ、そして、燃やすことができ、また、必要に応じて、燃焼前に破砕するのに最適な形状及び寸法を成す。
【０１１５】
本発明は、炭素系の廃棄物を使用して、容易に輸送でき且つ効率的に燃焼できる使用に適した燃料製品を形成する、単純であるが効率的なプロセスを提供する。回転ドラム又はパン凝集器は、比較的低コストで形成され、非常に高い総トン数のスループットを得ることができる。特注の製品を製造することができ、また、本発明は、石炭高性能プラントにおける灰・硫黄除去の経済性を高める。
【０１１６】
効率的な石炭製造プラントのための投資が少ない国々における低技術用途は、本発明を簡単に利用することができ、したがって、高効率で環境にやさしい費用効率の高い製造プラントを製造して動作させることができる。そのような場所では、現在、直ぐに使用できない任意の材料が、廃棄物として扱われており、単に大きく山積みして保管されているため、その環境的な危険が高まっている。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】工場における材料処理段階及び製造段階との関連での本発明の方法の一実施形態に係る流れ図である。
【図２】本発明に係る凝集ペレットの転がり作用の正面図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る多数のペレットの図である。
【図１】
2008506000.tif 000003
【図２】
2008506000.tif 000004
【図３】
2008506000.tif 000005
【国際調査報告】
2008506000.tif 000006
2008506000.tif 000007
2008506000.tif 000008