(57)【要約】【課題】  石炭ガス化処理により発生する石炭ガス化スラグの組成を低コストに調整し、人工軽量骨材等として有効利用を図るために好適な石炭ガス化スラグを製造する。石炭火力発電設備等から排出されるフライアッシュ等の石炭灰の有効利用を図る。【解決手段】燃料石炭をガス化炉１に供給して石炭ガス化処理を行う際に、燃料石炭の灰成分とは組成の異なる石炭灰をガス化炉に供給する工程を含むようにして、石炭ガス化処理により発生する石炭ガス化スラグ６の組成が調整されるようにした。石炭灰としては、石炭火力発電設備で発生したフライアッシュを用いることが好ましい。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料石炭をガス化炉に供給して石炭ガス化処理を行う際に、前記燃料石炭の灰成分とは組成の異なる石炭灰を前記ガス化炉に供給する工程を含み、前記石炭ガス化処理により発生する石炭ガス化スラグの組成を調整することを特徴とする石炭ガス化スラグの製造方法。
【請求項２】
前記石炭灰として石炭火力発電設備で発生したフライアッシュを用いる請求項１に記載の石炭ガス化スラグの製造方法。
【請求項３】
前記石炭灰の代わりに、廃棄物焼却残渣を用いる請求項１に記載の石炭ガス化スラグの製造方法
【請求項４】
前記石炭ガス化スラグのシリカ（ＳｉＯ２）の含有率を５０〜６０重量％に調整し、且つアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の含有率を１０〜３０重量％に調整する請求項１に記載の石炭ガス化スラグの製造方法。
【請求項５】
灰成分のシリカ（ＳｉＯ２）の含有率が５０重量％未満であること及び灰成分のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の含有率が１０重量％未満であることの少なくともいずれか一方の条件を満たす燃料石炭をガス化炉に供給して石炭ガス化処理を行う際に、前記燃料石炭の灰成分よりもシリカ（ＳｉＯ２）及びアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のうちのいずれか一方あるいは双方の含有率が高い石炭灰を前記ガス化炉に供給し、前記石炭ガス化処理により発生する石炭ガス化スラグの組成を調整して得られる、シリカ（ＳｉＯ２）の含有率が５０〜６０重量％であり、且つアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の含有率が１０〜３０重量％である発泡性の石炭ガス化スラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組成調整された石炭ガス化スラグの製造方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、石炭ガス化複合発電設備から発生する石炭ガス化スラグを組成調整して付加価値を与えるのに好適な石炭ガス化スラグの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭ガス化複合発電（IGCC：Integrated coal Gasification Combined Cycle）は、高効率且つ環境性に優れた発電システムとして早期実用化が期待されている。この石炭ガス化複合発電の中核設備である石炭ガス化炉からは、燃料石炭中の灰成分のほぼ全量がガラス状の石炭ガス化スラグとして排出され、その量は、２５０ＭＷ級の発電所においては約２万トン／年と大量である。
【０００３】
この大量に排出される石炭ガス化スラグを資源として有効利用するための技術が各種提案されている。例えば、特許文献１では、石炭ガス化処理後のスラグ中のシリカ（ＳｉＯ２）の含有率が４５重量％以上となるように石炭を選択する石炭選択工程と、この石炭を石炭ガス化処理してスラグを得る石炭ガス化工程と、スラグを焼成して発泡させるスラグ焼成工程とを含む製造方法により軽量骨材を得て、石炭ガス化スラグを人工軽量骨材として用いる技術が提案されている。
【０００４】
また、特許文献２では、石炭ガス化処理後のスラグ中のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の含有率が３０重量％以下となるように石炭を選択する石炭選択工程と、この石炭を石炭ガス化処理してスラグを得る石炭ガス化工程と、スラグを焼成して発泡させるスラグ焼成工程とを含む製造方法により軽量骨材を得て、石炭ガス化スラグを人工軽量骨材として用いる技術が提案されている。
【特許文献１】特開２００４−２６９３０１
【特許文献２】特開２００４−２６９３０２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１及び２に記載の技術では、人工軽量骨材として有効利用することができる石炭ガス化スラグの組成を得るために燃料石炭を特定種に限定する必要がある。しかしながら、燃料石炭を特定種に限定することなく、利用可能な石炭種の範囲を拡大して、人工軽量骨材等としての有効利用が可能な石炭ガス化スラグを得ることのできる技術を確立することが、石炭ガス化複合発電を継続的に実施していく上で望ましいと言える。
【０００６】
そこで、燃料石炭にシリカやアルミナを含む鉱石を添加することにより石炭ガス化処理後の石炭ガス化スラグの組成を調整することが考えられるが、このような方法を採用すると、石炭ガス化スラグの生産コストが上昇してしまう。
【０００７】
他方、石炭火力発電設備等から排出されるフライアッシュ等の石炭灰は水溶出性であるため、そのまま廃棄処理すると重金属等が環境中に溶出して環境汚染を引き起こすことが懸念される。したがって、フライアッシュ等の石炭灰を廃棄物として処分する為には、無害化するために多大な費用がかかる。
【０００８】
本発明は、石炭ガス化処理により発生する石炭ガス化スラグの組成を低コストに調整し、人工軽量骨材等として有効利用を図るために好適な石炭ガス化スラグを製造する方法を提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、石炭火力発電設備等から排出されるフライアッシュ等の石炭灰の有効利用を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる課題を解決するため、本発明の石炭ガス化スラグの製造方法は、燃料石炭をガス化炉に供給して石炭ガス化処理を行う際に、燃料石炭の灰成分とは組成の異なる石炭灰をガス化炉に供給する工程を含み、石炭ガス化処理により発生する石炭ガス化スラグの組成が調整されるようにしている。
【００１１】
燃料石炭の灰成分とは組成の異なる石炭灰をガス化炉に供給することで、石炭ガス化処理により発生する石炭ガス化スラグが所望の組成に調整される。また、ガス化炉に供給された石炭灰は石炭ガス化処理により溶融して石炭ガス化スラグに取り込まれ不溶出化するので、石炭灰からの重金属等の溶出が抑えられる。
【００１２】
ここで、「所望の組成」とは、石炭ガス化スラグの有効利用を図るために最適な組成を意味している。例えば、人工軽量骨材として利用するために最適な組成、土壌改良材及び屋上緑化資材として利用するために最適な組成、石炭ガス化スラグの微粒化や繊維化を可能とする最適な組成が挙げられる。即ち、燃料石炭をガス化炉に供給して石炭ガス化処理を行う際に、燃料石炭の灰成分とは組成の異なる石炭灰をガス化炉に供給することで、有効利用を図るための最適な組成を有する石炭ガス化スラグが製造される。
【００１３】
尚、「灰成分」とは、燃料石炭中の組成のうち、８１５℃で加熱しても酸化物として安定に存在する成分を意味し、主に、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、カルシウム（Ｃａ）、鉄（Ｆｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ナトリウム（Ｎａ）等が挙げられる。
【００１４】
ここで、石炭灰として石炭火力発電設備で発生したフライアッシュを用いることが好ましい。石炭火力発電に使用される燃料石炭は、石炭ガス化複合発電に使用される燃料石炭と比較して灰融点が高い。即ち、石炭火力発電に使用される燃料石炭の灰成分のシリカ及びアルミナの含有率は、石炭ガス化複合発電に使用される燃料石炭の灰成分のシリカ及びアルミナの含有率よりも高い。したがって、石炭火力発電設備で発生したフライアッシュのシリカ及びアルミナの含有率は、石炭ガス化複合発電に使用される燃料石炭の灰成分のシリカ及びアルミナの含有率よりも高いので、石炭灰として石炭火力発電設備で発生したフライアッシュを用いることで、石炭ガス化スラグのシリカ含有率とアルミナ含有率とを高めて所望の組成に調整することができる。
【００１５】
また、石炭灰の代わりに廃棄物焼却残渣をガス化炉に供給することで、石炭ガス化処理により発生する石炭ガス化スラグが所望の組成に調整されるようにしてもよい。この場合にも、ガス化炉に供給された廃棄物焼却残渣が石炭ガス化処理により溶融して石炭ガス化スラグに取り込まれ不溶出化するので、廃棄物焼却残渣からの重金属等の溶出が抑えられる。
【００１６】
石炭ガス化スラグの組成の調整の一例を挙げると、石炭ガス化スラグのシリカの含有率を５０〜６０重量％に調整し、且つアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の含有率を１０〜３０重量％に調整した場合、この石炭ガス化スラグを焼成し発泡させて得られる粒体の絶乾比重が１．６ｇ／ｃｍ３以下で且つ吸水率が６％以下となる。したがって、人工軽量骨材としての利用に非常に適した発泡性の石炭ガス化スラグが得られる。
【００１７】
シリカ（ＳｉＯ２）の含有率が５０〜６０重量％であり、且つアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の含有率が１０〜３０重量％である発泡性の石炭ガス化スラグは、例えば、灰成分のシリカ（ＳｉＯ２）の含有率が５０重量％未満であること及び灰成分のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の含有率が１０重量％未満であることの少なくともいずれか一方の条件を満たす燃料石炭をガス化炉に供給して石炭ガス化処理を行う際に、この燃料石炭の灰成分よりもシリカ（ＳｉＯ２）及びアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のうちのいずれか一方あるいは双方の含有率が高い石炭灰をガス化炉に供給し、石炭ガス化処理により発生する石炭ガス化スラグの組成を調整して得られるものである。石炭ガス化複合発電設備においては、石炭火力発電設備では単味燃焼が難しい低灰融点炭を燃料石炭として用いることができるという利点がある。即ち、石炭ガス化複合発電設備のガス化炉に供される燃料石炭としては、石炭火力発電設備では用いることのできない、灰成分のシリカの含有率とアルミナの含有率が低い石炭が選択される。例えば、灰成分のシリカの含有率が５０重量％未満である燃料石炭や、灰成分のアルミナの含有率が１０重量％未満である燃料石炭、または、灰成分のシリカの含有率が５０重量％未満であり、且つ灰成分のアルミナの含有率が１０重量％未満である燃料石炭が選択されることが多い。したがって、ガス化炉から排出される石炭ガス化スラグの組成が、上記の人工軽量骨材に適した発泡性の組成を有する石炭ガス化スラグとはならない。そこで、燃料石炭の灰成分よりもシリカ及びアルミナのうちのいずれか一方あるいは双方の含有率が高い石炭灰をガス化炉に供給し、石炭ガス化処理により発生する石炭ガス化スラグの組成を調整することで、シリカ（ＳｉＯ２）の含有率が５０〜６０重量％であり、且つアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の含有率が１０〜３０重量％である発泡性の石炭ガス化スラグが得られる。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に記載の石炭ガス化スラグの製造方法によれば、燃料石炭の灰成分とは組成の異なる石炭灰をガス化炉に供給しているので、石炭ガス化処理により発生する石炭ガス化スラグの組成を調整することができる。したがって、石炭ガス化スラグの有効利用を図るために最適な組成、例えば、人工軽量骨材として利用するために最適な組成、土壌改良材及び屋上緑化資材として利用するために最適な組成、石炭ガス化スラグの微粒化や繊維化を可能とする最適な組成を有する石炭ガス化スラグを製造することが可能となる。しかも、石炭灰という廃棄物を用いて石炭ガス化スラグの組成調整を行うようにしているので、石炭ガス化スラグの生産コストの上昇を抑えると共に、石炭灰の廃棄処理を行う必要が無くなり、石炭灰の廃棄処理コストを削減することができる。さらに、石炭灰は石炭ガス化スラグに取り込まれて不溶出性となるため、重金属等の溶出による環境汚染を防ぐことが可能となる。また、石炭ガス化スラグの組成を調整することにより、石炭ガス化スラグの流動性が高まる場合がある。この場合には、ガス化炉の運転範囲の拡大にも寄与することが可能となる。
【００１９】
請求項２に記載の石炭ガス化スラグの製造方法によれば、石炭火力発電設備で発生したフライアッシュのシリカ及びアルミナの含有率は、石炭ガス化複合発電に使用される石炭よりも高いので、石炭ガス化処理により発生する石炭ガス化スラグのシリカ含有率とアルミナ含有率とを高めて、有効利用に適した所望の組成比を有する石炭ガス化スラグを製造することが可能となる。
【００２０】
請求項３に記載の石炭ガス化スラグの製造方法によれば、燃料石炭の灰成分とは組成の異なる廃棄物焼却残渣をガス化炉に供給しているので、石炭ガス化処理により発生する石炭ガス化スラグの組成を調整することができる。したがって、石炭ガス化スラグの有効利用を図るために最適な組成、例えば、人工軽量骨材として利用するために最適な組成、土壌改良材及び屋上緑化資材として利用するために最適な組成、石炭ガス化スラグの微粒化や繊維化を可能とする最適な組成を有する石炭ガス化スラグを製造することが可能となる。しかも、廃棄物焼却残渣という廃棄物を用いて石炭ガス化スラグの組成調整を行うようにしているので、石炭ガス化スラグの生産コストの上昇を抑えると共に、廃棄物焼却残渣の廃棄処理を行う必要が無くなり、廃棄物焼却残渣の廃棄処理コストを削減することができる。さらに、廃棄物焼却残渣は石炭ガス化スラグに取り込まれて不溶出性となるため、重金属等の溶出による環境汚染を防ぐことが可能となる。また、石炭ガス化スラグの組成を調整することにより、石炭ガス化スラグの流動性が高まる場合がある。この場合には、ガス化炉の運転範囲の拡大にも寄与することが可能となる。
【００２１】
請求項４記載の石炭ガス化スラグの製造方法によれば、石炭ガス化スラグのシリカ（ＳｉＯ２）の含有率を５０〜６０重量％に調整し、且つアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の含有率を１０〜３０重量％に調整しているので、この石炭ガス化スラグを焼成し発泡させて得られる粒体の絶乾比重が１．６ｇ／ｃｍ３以下で且つ吸水率が６％以下となる。したがって、人工軽量骨材としての利用に非常に適した石炭ガス化スラグを製造することが可能となる。
【００２２】
請求項５記載の石炭ガス化スラグによれば、この石炭ガス化スラグは、石炭ガス化処理に供される一般的な灰組成の燃料石炭を石炭ガス化処理する際に、廃棄物である石炭灰を供給して石炭ガス化スラグの組成調整を行うことにより得られるものであるから、石炭ガス化スラグの生産コストの上昇が抑えられ、且つ石炭灰の廃棄処理コストが削減される。しかも、石炭ガス化スラグのシリカ（ＳｉＯ２）の含有率が５０〜６０重量％であり、且つアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の含有率が１０〜３０重量％であるから、この石炭ガス化スラグを焼成し発泡させて得られる粒体の絶乾比重が１．６ｇ／ｃｍ３以下で且つ吸水率が６％以下となり、人工軽量骨材としての利用に非常に適した石炭ガス化スラグである。また、石炭ガス化スラグを上記組成範囲とした場合、石炭ガス化スラグの流動性が高まる場合があり、この場合にはガス化炉の運転範囲の拡大にも寄与することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００２４】
本発明の石炭ガス化スラグの製造方法は、燃料石炭をガス化炉に供給して石炭ガス化処理を行う際に、燃料石炭の灰成分とは組成の異なる石炭灰をガス化炉に供給する工程を含むようにして、石炭ガス化処理により発生する石炭ガス化スラグを所望の組成に調整するようにしている。
【００２５】
石炭ガス化処理は、石炭ガス化複合発電システムのガス化炉において行われる。ここで、石炭ガス化複合発電システムとは、燃料石炭（微粉炭）をガス化炉内に投入し、ガス化剤（酸素、酸素富化空気または空気）の存在下、例えば１２００〜１６００℃、２〜３ＭＰａの条件にて石炭ガス化処理を行い、発生した可燃性ガスを燃焼させてガスタービンを回転させ、ガスタービンの排熱を利用して蒸気タービンを回転させて発電を行う発電システムである。
【００２６】
石炭ガス化処理を行うガス化炉１は、例えば、図１に示す加圧２段噴流床方式の石炭ガス化炉である。このガス化炉１は、下部のコンバスタ３と上部のリダクタ４の２室が圧力容器２内に設置されて構成される。排出口５からは溶融スラグ（石炭ガス化スラグ）６が流下する。炉出口７からは生成ガスとチャーが排出され、チャーはサイクロンセパレータ８により捕集される。コンバスタ３には、燃料石炭を供給するコンバスタ微粉炭バーナ９およびサイクロンセパレータ８により捕集されるチャーを供給するコンバスタチャーバーナ１０が設置され、空気を供給する空気供給部１１が設置される。リダクタ４には、石炭を供給するリダクタ微粉炭バーナ１２が設置される。
【００２７】
ここで、石炭ガス化処理を行うガス化炉は、この噴流床ガス化炉に限定されるものではなく、他の方式のガス化炉、例えば日立社製Ｈｙｃｏｌ型ガス化炉やＳｈｅｌｌ社製ガス化炉等を用いることも可能である。
【００２８】
燃料石炭の灰成分とは組成の異なる石炭灰をガス化炉１に供給する方法は特に限定されるものではない。例えば、石炭灰を予め燃料微粉炭の供給管内で混合してガス化炉１に供給するようにしてもよいし、ガス化炉１のコンバスタ微粉炭バーナ１０に石炭灰混合設備を施して燃料微粉炭と共に供給してもよいし、石炭灰供給部をコンバスタ３に別途設けて、石炭灰の供給を行うようにしてもよい。
【００２９】
例えば、シリカの含有率が燃料石炭の灰成分よりも多い石炭灰を用いることで石炭ガス化スラグのシリカ含有率を高めることができる。また、アルミナの含有率が燃料石炭の灰成分よりも多い石炭灰を用いることで石炭ガス化スラグのアルミナ含有率を高めることができる。他方、シリカの含有率が燃料石炭の灰成分よりも少ない石炭灰を用いることで石炭ガス化スラグのシリカ含有率を低減させることができる。また、アルミナの含有率が燃料石炭の灰成分よりも少ない石炭灰を用いることで石炭ガス化スラグのアルミナ含有率を低減させることができる。勿論、シリカとアルミナに限らず、石炭ガス化スラグ中のシリカとアルミナ以外の主要成分である酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）及び酸化カルシウム（ＣａＯ）の含有率の調整を行うことも可能である。
【００３０】
燃料石炭に対する石炭灰の供給量は、燃料石炭の灰成分の重量及び組成と石炭灰の重量及び組成とにより、製造される石炭ガス化スラグが所望の組成となるよう適宜決定される。燃料石炭の灰成分の重量並びに元素組成は、石炭購入時のスペックとして容易に入手できるが、不明な場合には、ＪＩＳ−Ｍ８８１５に準じて分析した灰組成に基づき決定することができる。石炭灰の組成についても、不明な場合には、ＪＩＳ−Ｍ８８１５に準じて分析した灰組成に基づき決定することができる。尚、石炭灰は、１種類だけ供給して所望の組成に調整してもよいが、２種類以上の石炭灰を組み合わせて供給することにより、所望の組成に調整するようにしてもよい。
【００３１】
ここで、燃料石炭の灰成分とは組成の異なる石炭灰として、石炭火力発電設備で発生したフライアッシュを用いることが好ましい。石炭ガス化複合発電においては、石炭火力発電では単味燃焼が難しい低灰融点炭を燃料石炭とすることができるという利点がある。換言すれば、石炭火力発電に用いられる燃料石炭は、高灰融点であることが要求されるため、燃料石炭中の灰成分のシリカ及びアルミナの含有率が石炭ガス化複合発電に用いられる燃料石炭中の灰成分のシリカ及びアルミナの含有率よりも高い。したがって、石炭火力発電設備で発生したフライアッシュをガス化炉１に供給することで、石炭ガス化処理により発生する石炭ガス化スラグのシリカ及びアルミナの含有率を高めて、所望の組成に調整することができる。
【００３２】
他にも、石炭火力発電設備で発生したシンダアッシュやクリンカアッシュを用いることができるが、この場合には、これらを細粉とすることが好ましい。細粉とすることによりガス化炉中で石炭灰が融解し易くなり、発生する石炭ガス化スラグの組成をガス化処理の初期から所望の組成に調整し易くなる。尚、燃料石炭の灰成分とは組成の異なる石炭灰は、石炭火力発電設備で発生した石炭灰に限定されるものではなく、あらゆる設備で発生した石炭灰を適宜使用することができる。例えば、高炉から発生した石炭灰を用いることも可能である。
【００３３】
また、石炭灰の代わりに、廃棄物焼却残渣を用いることもできる。廃棄物焼却残渣としては、例えば、自治体が運営するゴミ（一般廃棄物）処理場から排出される一般廃棄物スラグが挙げられるがこれに限定されるものではない。廃棄物焼却残渣の組成については、上述したＪＩＳ−Ｍ８８１５に準じて分析した灰組成に基づき決定し、燃料石炭に対する混合量を適宜決定することができる。尚、廃棄物焼却残渣のみを用いる場合には限定されず、石炭灰と廃棄物焼却残渣を併用してもよい。
【００３４】
石炭ガス化スラグの組成は、石炭ガス化スラグの有効利用を図るために最適な組成、例えば、人工軽量骨材として利用するために最適な組成、土壌改良材及び屋上緑化資材として利用するために最適な組成、石炭ガス化スラグの微粒化や繊維化を可能とする最適な組成に適宜調整される。
【００３５】
例えば、石炭ガス化スラグの組成をシリカ（ＳｉＯ２）の含有率が５０〜６０重量％で、且つアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の含有率が１０〜３０重量％になるように調整することで、この石炭ガス化スラグを焼成し発泡させて得られる粒体（軽量骨材）の絶乾比重が１．６ｇ／ｃｍ３以下で、且つ吸水率が６％以下となることが電力中央研究所報告Ｗ０３０４０において報告されている。したがって、ＪＩＳ Ａ ５００２「構造用軽量コンクリート骨材」の区分Ｍで規定される絶乾密度（１．３〜１．８ｇ／ｃｍ３）を満足する。また、吸水率が６％以下であるから、軽量骨材の使用時におけるフレッシュコンクリートの品質管理を容易なものとすることができると共に、軽量骨材の粒子内に侵入する水分の量が少なくなるため、優れた耐凍結融解性（凍結と融解とが繰り返し交互に起きることによる機械的強度の低下の生じやすさ）を発揮することができる。また、この軽量骨材を含むモルタル等の水硬性組成物を、ポンプ及びホースを用いて施工場所に圧送する場合において、軽量骨材の吸水による流動性の低下が生じないので、ポンプ等における閉塞が生じ難くなり、円滑に作業することが可能となる。
【００３６】
シリカ（ＳｉＯ２）の含有率が５０〜６０重量％であり、且つアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の含有率が１０〜３０重量％である石炭ガス化スラグは、例えば、以下に説明する方法により得ることができる。即ち、石炭ガス化複合発電設備においては、石炭火力発電設備では単味燃焼が難しい低灰融点炭を燃料石炭として用いることができるという利点がある。例えば、灰成分のシリカの含有率が５０重量％未満である燃料石炭や、灰成分のアルミナの含有率が１０重量％未満である燃料石炭、または、灰成分のシリカの含有率が５０重量％未満であり、且つ灰成分のアルミナの含有率が１０重量％未満である燃料石炭が選択されることが多い。そこで、このような燃料石炭をガス化炉に供給して石炭ガス化処理を行う際に、燃料石炭の灰成分よりもシリカ（ＳｉＯ２）及びアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のうちのいずれか一方あるいは双方の含有率が高い石炭灰を前記ガス化炉に供給することにより得ることができる。燃料石炭に対する石炭灰の供給量は、燃料石炭の灰成分の供給量及び組成と石炭灰の組成とにより、製造される石炭ガス化スラグが所望の組成となるよう適宜決定される。ここで、石炭火力発電設備から排出されるフライアッシュは、ガス化炉に供される燃料石炭の灰成分よりもシリカ（ＳｉＯ２）及びアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のうちのいずれか一方あるいは双方の含有率が高い石炭灰であることから、石炭灰として石炭火力発電設備から排出されるフライアッシュを用いることが好ましい。
【００３７】
尚、上記の石炭ガス化スラグの組成はあくまでも一例に過ぎず、この組成範囲を逸脱する範囲に石炭ガス化スラグの組成を調整することを否定するものではない。例えば、石炭ガス化スラグを人工軽量骨材として利用する場合、絶乾密度が１．３〜１．８ｇ／ｃｍ３で且つ吸水率が２０％程度であっても充分使用に耐えうる場合があるので、石炭ガス化スラグを、この要求を満たす組成範囲に適宜調整するようにしてもよい。また、上記組成範囲に調整した石炭ガス化スラグを土壌改良材や屋上緑化資材として用いてもよいが、土壌改良材や屋上緑化資材の場合、ある程度の発泡性と排水性とが確保されればよく、絶乾比重が１．６ｇ／ｃｍ３超で、且つ吸水率が６％超であっても、充分使用に耐えうる場合があるので、上記組成範囲を逸脱した範囲に石炭ガス化スラグの組成を調整して、土壌改良材や屋上緑化資材として利用しても良い。
【００３８】
次に、石炭ガス化スラグの繊維化あるいは微粒化について説明する。繊維化された石炭ガス化スラグは、断熱材や緩衝材としての有効利用を図ることができる。また、微粒化された石炭ガス化スラグは、ハンドリング性の高いセメント混和材としての有効利用を図ることができる。
【００３９】
石炭ガス化スラグの繊維化あるいは微粒化は、例えば、特開２００６−１２４２５３及び電力中央研究所報告Ｔ０１０２４，Ｔ０３０６６に記載の技術に基づいて行うことができる。
【００４０】
具体的には、液体微粒化法により石炭ガス化スラグの繊維化あるいは微粒化を行う。例えば、図２に示す繊維化及び微粒化装置１５を用いることにより実施することができる。
【００４１】
繊維化及び微粒化装置１５は、おおまかには、石炭ガス化処理により発生する石炭ガス化スラグ６を溶融させるか、又は溶融状態に維持するための溶融室１６と、溶融室１６からの溶融スラグに対して液体微粒化法を適用して繊維化あるいは微粒化するためのアトマイザ１７とにより構成される。
【００４２】
溶融室１６は、例えば、高周波誘電コイル１９により加熱されて、溶融室１６の石炭ガス化スラグ６が溶融されるか、または、溶融状態に維持される。溶融室１６は断熱材２４により囲まれている。
【００４３】
アトマイザ１７は、溶融スラグ放出ノズル２０と流体噴流ノズル２１を有し、流体噴流ノズル２１は溶融スラグ放出ノズル２０に近接していて、溶融スラグ６に対して液体微粒化法を適用しうる位置に配置される。流体噴流ノズル２１には流体供給口２１ａが備えられている。溶融スラグ放出ノズル２０への溶融スラグ６の供給は、開閉プラグ２３により制御される。
【００４４】
または、図３に示すように、アトマイザ１７の溶融スラグ放出ノズル２０と流体噴流ノズル２１との間に流体噴流のための低熱伝導率の整流ガイド２２を設けて、流体噴流ノズル２１が整流ガイド２２に近接していて、溶融スラグ６に対して液体微粒化法を適用しうる位置に配置するようにしてもよい。
【００４５】
流体噴流ノズル２１は、ガス（例えばアルゴン、ヘリウム、窒素、水蒸気）噴流ノズルであっても、液体（例えば水）噴流ノズルであってもよい。
【００４６】
図２に示すアトマイザ１７により、流体噴流ノズル２１から流体が噴出されて流体噴流圧力が増加し、溶融スラグ吸引力が単調増加して溶融スラグ放出ノズル２０から溶融スラグが吸引され、石炭ガス化スラグの繊維化あるいは微粒化を図ることができる。また、図３に示すアトマイザ１７により、より高い断熱性能が得られると共に、広い流体噴流圧力範囲で溶融スラグ吸引力が増大する。
【００４７】
ここで、繊維化を行う場合には、高温粘度が高い石炭ガス化スラグを用いる。微粒化を行う場合には、高温粘度が低い石炭ガス化スラグを用いる。
【００４８】
「高温粘度」とは、石炭ガス化スラグが溶融状態にある際の粘度である。
【００４９】
高温粘度の高低を決定するパラメータの一つは、石炭ガス化スラグの組成である。したがって、本発明により、組成を調整して得られた石炭ガス化スラグの高温粘度を実測し、繊維化あるいは微粒化に最適な石炭ガス化スラグの組成を適宜決定することができる。
【００５０】
また、高温粘度の高低の判断は、石炭ガス化処理により発生する石炭ガス化スラグの形状から判断することもできる。例えば、高温粘度の高い石炭ガス化スラグは、ヒゲ状・針状の粒子が多くなる。一方、高温粘度の低い石炭ガス化スラグは、太い柱状で流下し、水砕されて粒状になる。したがって、本発明により、石炭ガス化スラグの組成を調整して得られたスラグの形状を観察し、繊維化あるいは微粒化に最適な石炭ガス化スラグの組成を適宜決定することもできる。
【００５１】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、フライアッシュ等の石炭灰を用いるだけでは石炭ガス化スラグを所望の組成に調整することができない場合には、添加剤を補助的に適宜使用するようにしても良い。例えば、シリカを多く含む添加剤として珪砂を添加してフライアッシュ中のシリカの含有率を高めるようにしても良いし、アルミナを多く含む添加剤として粘土粉を添加してフライアッシュ中のアルミナの含有率を高めるようにしても良い。また、石灰等を添加剤として用いることにより、カルシウムの含有率を調整して石炭ガス化スラグの流動性を高め、ガス化炉の運転範囲を拡大するようにしても良い。また、コストを大幅に上昇させない範囲でシリカやアルミナ等を含む鉱石を添加剤として使用することも可能である。
【実施例】
【００５２】
以下実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００５３】
（実施例１）
石炭ガス化処理に供する燃料石炭として中国Ｄ炭を用い、これに豪州Ｎ炭フライアッシュと珪砂とを混合して石炭ガス化スラグの組成調整を実施し、加熱発泡特性について検討した。
【００５４】
燃料石炭である中国Ｄ炭の灰成分の組成を分析した結果、主要４成分（ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＣａＯ）の灰成分全体に対する含有率が、ＳｉＯ２が３０．７重量％、Ａｌ２Ｏ３が１２．０重量％、Ｆｅ２Ｏ３が１０．６重量％、ＣａＯが３３．８重量％であることが確認された。
【００５５】
豪州Ｎ炭フライアッシュの灰成分の組成を分析した結果、主要４成分（ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＣａＯ）の灰成分全体に対する含有率が、ＳｉＯ２が４８．７重量％、Ａｌ２Ｏ３が３３．２重量％、Ｆｅ２Ｏ３が６．４重量％、ＣａＯが３．９重量％であることが確認された。
【００５６】
珪砂の灰成分の組成を分析した結果、主要４成分（ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＣａＯ）の灰成分全体に対する含有率が、ＳｉＯ２が９６．０重量％、Ａｌ２Ｏ３が２．６重量％であり、Ｆｅ２Ｏ３とＣａＯは含まれていないことが確認された。
【００５７】
中国Ｄ炭に対する豪州N炭フライアッシュ及び珪砂の混合比は、中国Ｄ炭５００ｋｇに対して豪州N炭フライアッシュ２０ｋｇ及び珪砂１５ｋｇとし、混合後の試料の総重量を５３５ｋｇとした。
【００５８】
中国Ｄ炭５００ｋｇ中に含まれている灰成分は２９ｋｇ（５．８重量％）であり、混合後の試料に含まれている灰成分は６４ｋｇ（１３．０重量％）であった。
【００５９】
この試料を石炭ガス化炉（電力中央研究所）で石炭ガス化処理して１時間毎に石炭ガス化スラグを採取し、前の試験で生成された石炭ガス化スラグの炉壁残留分の影響を除くため、組成が安定した条件から２回の採取分（試料１及び試料２）について組成分析を行った。
【００６０】
試料１の灰成分の組成を分析した結果、主要４成分（ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＣａＯ）の灰成分全体に対する含有率が、ＳｉＯ２が５５．３重量％、Ａｌ２Ｏ３が１４．０重量％、Ｆｅ２Ｏ３が６．６重量％、ＣａＯが１６．３重量％であることが確認された。
【００６１】
試料２の灰成分の組成を分析した結果、主要４成分（ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＣａＯ）の灰成分全体に対する含有率が、ＳｉＯ２が５５．９重量％、Ａｌ２Ｏ３が１３．８重量％、Ｆｅ２Ｏ３が６．０重量％、ＣａＯが１６．０重量％であることが確認された。
【００６２】
したがって、図４に示すように、豪州Ｎ炭フライアッシュと珪砂との添加により、加熱発泡特性が良好となる石炭ガス化スラグの組成比の範囲、即ち、石炭ガス化スラグのシリカ含有率が５０〜６０重量％で且つアルミナ含有率が１０〜３０重量％の範囲内に調整可能であることが明らかとなった。尚、本実験では、珪砂を補助的に添加したが、ＳｉＯ２の含有率が高いフライアッシュを用いることで、石炭ガス化スラグを所望の組成に調整することが可能であると考えられる。
【００６３】
次に、試料１及び試料２について、正確な温度設定が可能なマッフル炉を用い、大気雰囲気下において、９００℃〜１１５０℃で加熱して加熱発泡試験を行った。結果を図５に示す。図５中の■は豪州Ｎ炭フライアッシュと珪砂を混合せず中国Ｄ炭５００ｋｇのみを用いて石炭ガス化処理を行うことにより得られた石炭ガス化スラグの加熱発泡特性の評価を行った結果である。また、○は試料１の加熱発泡試験結果であり、△は試料２の加熱発泡試験結果である。中国Ｄ炭５００ｋｇのみを用いた石炭ガス化スラグでは、いずれの焼成温度においても絶乾密度が１．６ｇ／ｃｍ３よりも大きくなり、良好な発泡性は得られないことが確認された。一方、試料１及び試料２については、１０５０℃以上の温度に加熱することで、細骨材としての使用に好適な絶乾密度である１．６ｇ／ｃｍ３以下となった。したがって、石炭ガス化複合発電に供する燃料石炭にフライアッシュ等の石炭灰を混合することで、石炭ガス化スラグの組成比を調整することができ、人工軽量骨材等として有効利用を図ることが可能になることが明らかとなった。また、中国Ｄ炭のみを用いたスラグよりも、試料１及び試料２の石炭ガス化スラグの方が流動性が高いことが確認された。これは、燃料石炭にフライアッシュを添加することによって、石炭ガス化スラグのＣａＯ成分が相対的に低下し、ＣａＯの含有率が流動性の高まる含有率に調整されたことに起因するものと推定される。つまり、本発明により石炭ガス化スラグの組成を調整することにより、炭種によっては石炭ガス化スラグの流動性を高めて、ガス化炉の運転範囲を拡大する効果を奏することが明らかとなった。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】ガス化炉の一例を示す構成図である。
【図２】繊維化及び微粒化装置を示す概略図である。
【図３】繊維化及び微粒化装置の他の例を示す概略図である。
【図４】中国Ｄ炭に豪州N炭フライアッシュと珪砂とを混合して組成調整された石炭ガス化スラグの組成を示す図である。
【図５】中国Ｄ炭に豪州N炭フライアッシュと珪砂とを混合して組成調整された石炭ガス化スラグの加熱発泡特性試験の結果を示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１  ガス化炉
６  溶融スラグ（石炭ガス化スラグ）
【図１】
2008266038.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図４】
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