(57)【要約】【課題】  石炭の安全（自然発火防止）かつ経済的な大量輸送を可能にする石炭の輸送方法を提供する。【解決手段】  常温大気圧下で気体状態の物質を液化させた液体状態の物質を、石炭に添加し、スラリーにして輸送する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
常温大気圧下で気体状態の物質を液化させた液体状態の物質を、石炭に添加し、スラリーにして輸送する石炭の輸送方法。
【請求項２】
前記物質はＤＭＥ（ジメチルエーテル）あるいはＬＰＧ（液化石油ガス）であることを特徴とする請求項１に記載の石炭の輸送方法。
【請求項３】
前記石炭は脱水処理されることを特徴とする請求項１又は２に記載の低品位炭の輸送方法。
【請求項４】
前記石炭は褐炭、瀝青炭、無煙炭などで、その粒度分布は４８メッシュ篩通過量９９％以上であることを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載の石炭の輸送方法。
【請求項５】
前記石炭と前記液体状態の物質との質量比（石炭／液体状態の物質）は、５／５〜２／８の範囲に設定されることを特徴とする請求項１ないし４いずれかに記載の石炭の輸送方法。
【請求項６】
前記液体状態の物質が添加された石炭に、さらに界面活性剤が添加されることを特徴とする請求項１ないし５いずれかに記載の石炭の輸送方法。
【請求項７】
前記請求項１ないし６いずれかに記載のスラリーを輸送後、減圧、昇温、あるいは減圧及び昇温して前記石炭と気体状態の物質とに分離し、それぞれを利用する石炭の輸送及び利用方法。
【請求項８】
前記請求項１ないし６いずれかに記載のスラリーを輸送後、スラリーのまま製鉄用高炉、火力発電所ボイラーあるいは各種加熱炉に吹き込んで、燃料あるいは還元剤として利用する石炭の輸送及び利用方法。
【請求項９】
常温大気圧下で気体状態の物質を液化させた液体状態の物質を、石炭に添加したスラリーを輸送する貨車、ローリー、又は船。
【請求項１０】
常温大気圧下で気体状態の物質を液化させた液体状態の物質を、石炭に添加したスラリーを貯蔵する貯蔵タンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭を陸上又は海上で輸送する輸送方法、並びに輸送した石炭を利用する利用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭は世界的に広く分布し、可採埋蔵量が豊富で安価であることから、エネルギー供給上重要な役割を果たしている。現在利用されている石炭は、瀝青炭が主体で、発電用一般炭や鉄鋼用原料はそのほとんどが低灰分・低水分の高品位炭（無煙炭、瀝青炭）である。世界の石炭生産量（１９９３年）を石炭品位別に見ると、高品位炭３１．７億トンに対し、低品位炭１３．０億トン（亜瀝青炭３．７億トン、褐炭９．３億トン）と低品位炭の生産量はその資源量の割には小さい。
【０００３】
低品位炭の中の褐炭は、世界石炭埋蔵量の３０〜５０％という膨大な可採埋蔵量がありながら、1)水分含有率が例えば３０〜７０％と高い、2)発熱量が例えば３５００〜４５００kcal/kg-乾燥基準と低い、3)自然発火及び発塵しやすい、などの理由から、現在まで充分な利用がなされていない。しかし褐炭は、灰分が乾燥基準で例えば５％以下、硫黄分が乾燥基準で例えば０．５％以下であり、高品位炭に比べて灰分や硫黄分が半分以下に低いという長所を有する。
【０００４】
低品位炭の、水分が多く、発熱量が低いという欠点を改善するために、脱水プロセスが各国で開発されつつあり、一部はすでに実用化されている。例えば、褐炭の水分を蒸発させて脱水する蒸発法には、1)低圧飽和蒸気を用いて、熱交換器による間接加熱により水分を蒸発させるスチームチューブドライヤー、2)油中スラリー化した石炭を加熱して、水分を蒸発させる油中改質が開発されている。また、褐炭の水分を蒸発させずに脱水する非蒸発法には、3)高温・高圧下で飽和水蒸気により、石炭表面のカルボキシル基を分解し、水分を蒸発させずに脱水するフライスナー、4)高温・高圧下で有機溶剤中に水分を溶解し、室温で飽和濃度を超えた水分を回収する溶剤置換等が開発されている。
【０００５】
低品位炭は高品位炭に比べて自然発火しやすい。これは低品位炭が、含酸素官能基が多く、細孔が発達しているため表面積が多く、反応性に富んでいるからである。脱水した低品位炭は特に自然発火しやすく、脱水低品位炭を山積みしたり、船に積み込んだりすると、内部が発熱して燃焼するという問題が発生する。このため、脱水低品位炭をハンドリング（貯蔵・輸送）するプロセスにおいて、自然発火防止対策が必要になる。
【０００６】
低品位炭の実際の使用を考慮すると、低品位炭を脱水するプロセスと共に、その後の低品位炭を効率的にハンドリングするプロセスも重要になってくる。石炭をハンドリングするための一般的な方法の一つとして、石炭を成型してブリケットにする方法や、水に石炭を添加してスラリーにしてパイプ輸送するＣＷＭ法(Coal-Water-Mixture)などが開発されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしブリケット法では、成型に相当なコストがかかる上、１００％の自然発火防止のために相応の設備が必要になる。ブリケットにすると比表面積が小さくなって自然発火する確率が低くなるが、船及びヤードでバラ積みして１００％自然発火しないとは限らない。またＣＷＭ法は経済性の面で問題があり、本格的な実用化には至っていない。
【０００８】
そこで本発明は、従来技術では不可能であった低品位炭の安全（自然発火防止）かつ経済的な大量輸送及び利用を可能にする石炭の輸送及び利用方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、常温大気圧下で気体状態の物質を液化させた液体状態の物質を、石炭に添加し、スラリーにして輸送する。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載の石炭の輸送方法において、前記物質はＤＭＥ（ジメチルエーテル）あるいはＬＰＧ（液化石油ガス）であることを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の石炭の輸送方法において、前記石炭は脱水処理されることを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１ないし３いずれかに記載の石炭の輸送方法において、前記石炭は褐炭、瀝青炭、無煙炭などで、その粒度分布は４８メッシュ篩通過量９９％以上であることを特徴とする。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項１ないし４いずれかに記載の石炭の輸送方法において、前記石炭と前記液体状態の物質との質量比（石炭／液体状態の物質）は、５／５〜２／８の範囲に設定されることを特徴とする。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項１ないし５いずれかに記載の石炭の輸送方法において、前記液体状態の物質が添加された石炭に、さらに界面活性剤が添加されることを特徴とする。
【００１５】
請求項７の発明は、前記請求項１ないし６いずれかに記載のスラリーを輸送後、減圧、昇温、あるいは減圧及び昇温して前記石炭と気体状態の物質とに分離し、それぞれを利用する石炭の輸送及び利用方法である。
【００１６】
請求項８の発明は、前記請求項１ないし６いずれかに記載のスラリーを輸送後、スラリーのまま製鉄用高炉、火力発電所ボイラーあるいは各種加熱炉に吹き込んで、燃料あるいは還元剤として利用する石炭の輸送及び利用方法である。
【００１７】
請求項９の発明は、常温大気圧下で気体状態の物質を液化させた液体状態の物質を、低品位炭に添加したスラリーを輸送する貨車、ローリー、又は船である。
【００１８】
請求項１０の発明は、常温大気圧下で気体状態の物質を液化させた液体状態の物質を、石炭に添加したスラリーを貯蔵する貯蔵タンクである。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の発明によれば、液体状態の物質で低品位炭の表面が空気に接触することがないように覆われるので、石炭が自然発火することがない。また液体状態の物質は常温、常圧にすれば簡単に気化分離できるため石炭と別々に利用することができる。
【００２０】
請求項２の発明において、スラリー媒体として液体ＤＭＥあるいは液体ＬＰＧを選定したのは、1)いずれもマイルドな条件で液化が可能であり、2)脱水した石炭との密度差が小さく、輸送時の固液分離（沈殿）の問題が少ないこと、3)輸送後の利用としてはスラリーとしてそのまま利用、あるいは常温、常圧にすれば簡単に気化分離できるため石炭と別々に利用することができるためである。
【００２１】
脱水処理した石炭は特に自然発火しやすいので、請求項３の発明のようにスラリー輸送するのが有効である。また脱水処理することで、大量の水分を輸送することがないので、輸送効率を向上させることができる。
【００２２】
混合燃料成分としての石炭としては、請求項４に記載のように、褐炭、瀝青炭、無煙炭などで、その粒度分布は４８メッシュ篩通過量９９％以上であることが好ましいが、より好ましくは２００メッシュ篩通過量７５％以上が適当である。
【００２３】
混合燃料中の石炭と液体の混合割合は必要とされる安定性に依存するが、石炭／液体の重量比は請求項５に記載のように５／５〜２／８の範囲に設定するのが好ましい。石炭が混合中６割を越えると混合燃料の排出が困難となり、２割を下回ると安定性がわるくなるとともに経済的に不利となる。
【００２４】
また、本発明の石炭スラリー混合燃料は沈殿が少なく分散性が優れているが、請求項６に記載のように界面活性剤を添加することでさらに分散性を高めることができる。界面活性剤はイオン性の活性剤がよく、特に分子内にスルホン酸基、硫酸基を有するもの、燐酸エステル、高級脂肪酸等の塩が有効である。
【００２５】
請求項７の発明のように、輸送したスラリーを、減圧、昇温、あるいは減圧及び昇温して石炭と気体状態の物質とに分離し、それぞれを利用してもよいし、請求項８の発明のように、スラリーのまま製鉄用高炉、火力発電所ボイラーあるいは各種加熱炉に吹き込んで、燃料あるいは還元剤として利用してもよい。
【００２６】
また本発明は、請求項９の発明のように、常温大気圧下で気体状態の物質を液化させた液体状態の物質を、石炭に添加したスラリーを輸送する貨車、ローリー、又は船として構成してもよいし、請求項１０の発明のように、常温大気圧下で気体状態の物質を液化させた液体状態の物質を、石炭に添加したスラリーを貯蔵する貯蔵タンクとして構成してもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下本発明の一実施形態における輸送及び利用方法について説明する。本実施形態では、石炭として水分含有率が高い褐炭を使用する。褐炭は主に豪州、米国、ロシア、インドネシア、ドイツ等に埋蔵され、その可採埋蔵量は石炭の全体可採埋蔵量（約６０００億トン）の約３０％強（約２０００億トン）ともいわれている。
【００２８】
褐炭は以下1)〜4)の特性を有する。1)水分含有率が例えば３０〜７０％と極めて高い、2)発熱量が例えば３５００〜４５００kcal/kg-乾燥基準と低い、3)自然発火及び発塵しやすい、4)灰分、硫黄分が低く、揮発分、酸素分が高い、4)乾燥後の燃焼性が良い。褐炭は水分が多く、輸送効率があまりにも低いため、これまで山元でしか利用されていないことが多かった。
【００２９】
褐炭の輸送方法について説明する。まず、高品位炭なみの燃焼性能と輸送効率を達成すべく、褐炭を山元で脱水処理する。褐炭を脱水処理する方法には、上述したように、水分を蒸発させて脱水する蒸発法や水分を蒸発させずに脱水する非蒸発法を採用することができる。蒸発法としては、例えば、褐炭を摂氏２００℃弱の重油で揚げることにより、水分を３％程度まで落とす方法を使用することができる。非蒸発法としては、無極性溶剤を用いて、水の形態を液状に保持したまま脱水する溶剤置換法が新しい概念として注目されている。無極性溶剤は常温では水を殆ど溶解しない。しかし、高圧下で無極性溶剤を蒸発させず、液体状態を保持したまま昇温すると、水を少量ながら溶解する。この性質を応用し、高温高圧の無極性溶剤に石炭の水分を溶解させた後、無極性溶剤を常温に冷却して、無極性溶剤に溶けきれない水分を分離する。この無極性溶剤として、化学式ＣＨ3ＯＣＨ3で表されるＤＭＥ（ジメチルエーテル）を用いる技術も開発されつつある。
【００３０】
脱水された褐炭は、製鉄所又は火力発電所等の消費地へ輸送（陸上及び海上）される。脱水褐炭を輸送する際、常温大気圧下で気体状態の物質を液化させた液体状態の物質を脱水褐炭に添加し、スラリーにする。液化させた物質が気化することなく、脱水褐炭の表面を覆っている限り、脱水褐炭が自然発火することはない。
【００３１】
このような物質（スラリー媒体）としては、液体ＤＭＥあるいは液体ＬＰＧを選定する。スラリー媒体として、液体ＤＭＥあるいは液体ＬＰＧを選定したのは、1)いずれもマイルドな条件で液化が可能であり（常圧での沸点：ＤＭＥ＝−２５℃、ＬＰＧ（プロパン）＝−４０℃）であり、既存のＬＰＧ輸送手段（貨車、ローリー、船）を大幅な改造なしに転用できること、2)脱水した褐炭との密度差が小さく（ＤＭＥ＝０．６７ｇ／ｃｍ3、プロパン＝０．４９ｇ／ｃｍ3）、輸送時の固液分離（沈殿）の問題が少ないこと、3)輸送後の利用としては、スラリーとしてそのまま利用、あるいは常温、常圧にすれば簡単に気化分離できるため、低品位炭と別々に利用することができるためである。スラリーの固液比（固体の重量／液体の重量）は、液体が褐炭を覆って自然発火させないように、また陸上げ等するときにパイプラインで輸送できる粘性を有するように決定される。この観点から、スラリーの固液比は例えば１／１０〜２／１に設定される。
【００３２】
スラリーを輸送する輸送手段には、貨物を運送するための鉄道車両である貨車、貨物自動車であるローリー、液体貨物を運搬する船であるタンカーを用いることができる。脱水された褐炭をこれらの輸送手段（例えばローリー⇒貨車⇒タンカー）を用いて山元から消費地に輸送する。消費地で陸上げされたスラリーは貯蔵タンクに貯蔵される。輸送手段において気体を液化させておくのには、常温で圧縮する圧力式、冷却且つ圧縮する低温圧力式、又は常圧下で冷却する低温式がある。
【００３３】
なお上記実施形態では、脱水した褐炭を輸送する例について説明したが、輸送効率が低下するのを度外視すると褐炭は脱水されていなくてもよい。液体ＤＭＥに褐炭を添加して固液比の低いスラリーにすると、液体ＤＭＥの脱水作用により褐炭中の水分が除去されるので、輸送中に褐炭を脱水することができる。また褐炭以外にも、瀝青炭、無煙炭など種々の石炭種が使用される。
【００３４】
褐炭の利用方法について説明する。陸上げされたスラリーは、製鉄所又は火力発電所のヤード内の貯蔵タンクに輸送される。この貯蔵タンクでは、スラリーを減圧、昇温、あるいは減圧及び昇温して気体ＤＭＥ又は気体ＬＰＧと、褐炭とに分離する。気体ＤＭＥ又は気体ＬＰＧは回収された後、燃料等として製鉄所又は発電所内外で再利用される。一方褐炭は、製鉄所において、高炉にＰＣＩ炭と混合されて吹き込まれたり、コークス炉の非粘結炭として利用されたりする。また発電所においては、火力発電所ボイラー用の石炭として利用される。
【００３５】
褐炭の利用方法にはこの他にも、スラリーを輸送後、分離することなくそのまま高炉、火力発電所ボイラーあるいは各種加熱炉に吹き込んで、燃料あるいは還元剤として利用する方法もある。
【実施例】
【００３６】
液体ＤＭＥ（1atm,-30℃,空気混入率=2%）と脱水褐炭（TM=4%）を石炭／ＤＭＥの重量比が４／６からなる混合燃料スラリーを製造し、混合燃料スラリーの分散性、輸送性および燃焼性について調べた。試料は表１に示すような混合燃料スラリー、脱水褐炭および瀝青炭を用いた。脱水褐炭および瀝青炭は48メッシュ篩通過量約99％で、200メッシュ篩通過量約80％の粒度の試料を用いた。混合燃料スラリーの分散性試験は、混合燃料スラリーを所定量、冷却タンク内に貯蔵し、タンク上部からレベル計を装入し、レベル計が静止した点を石炭の沈殿層表面とし、その沈殿量から分散性を判断した。混合燃料を１週間放置した後も、沈殿層が検出されず分散性が良く、安定な混合燃料スラリーであることが確認された。
【００３７】
混合燃料スラリーおよび脱水褐炭の燃焼性は、高炉の羽口近傍を模した微粉炭燃焼試験設備を用いて燃焼挙動を調査した。また、高炉操業で通常使用されている瀝青炭についても合わせて燃焼試験を行った。図１は微粉炭燃焼試験用の反応炉を示す断面図であり、１は、反応炉本体、２は、反応炉本体１に設けられた羽口、３は、羽口２に接続されたブローパイプ、４は、ブローパイプ３内に挿入された微粉炭吹込み用ランス、５は、反応炉本体１内に充填されたコークス、６は、ブローパイプ３に形成された３個の微粉炭採取プローブ用孔であり、ランス４の先端から２００ｍｍ、３００ｍｍ、４００ｍｍの位置にそれぞれ設けられている。７は、ブローパイプ３から反応炉本体１内に吹き込まれる熱風、７は、羽口２先端に形成されたレースウェイ、９は、反応炉本体１からの排ガスを示す。
【００３８】
このような反応炉本体１内に充填されたコークス５に熱風を吹き込んだ。この熱風は、ブローパイプ４の上流側からＬＰＧを空気によって燃焼させ、更に、酸素を混合して得られた、高炉におけると同様な酸素濃度のものであった。そして、表１に示すような石炭又は混合燃料スラリーをブローパイプ３内に吹き込んだ。そして、３個の微粉炭採取プローブ用孔６の各々に微粉炭採取プローブを挿入して、燃焼過程の微粉炭をサンプリングし、分析して、微粉炭の燃焼率を各試料毎に調べた。燃焼率の定義は、下記(1) 式に示すように、可燃分の消費率として計算した。このときの試験条件を表２に示し、試験設備諸元を表３に示す。
【００３９】
【数１】
2005187603.tif 000002
【００４０】
【表１】
2005187603.tif 000003
【００４１】
【表２】
2005187603.tif 000004
【００４２】
【表３】
2005187603.tif 000005
【００４３】
このようにして行った燃焼試験結果を、図２に示す。なお、この試験条件での微粉炭の吹込み量は、実際の高炉においては200kg/t に相当する。
図２から明らかなように、褐炭および混合燃料スラリーの燃焼性は、通常の微粉炭と比較して高い燃焼効率を得ることができることが分かった。
【００４４】
また、混合燃料スラリーの燃焼試験のためにスラリータンクからの燃焼試験装置までの搬送および連続的吹き込み試験を実施したが、輸送ラインやブローパイプでの詰まりもなく輸送性にも問題がないことがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】微粉炭燃焼試験用の反応炉を示す断面図。
【図２】燃焼試験結果を示すグラフ。
【図１】
2005187603.tif 000006
【図２】
2005187603.tif 000007