(57)【要約】  石炭製品のアップグレードのためのプロセスが提供される。プロセスは、（ｉ）精製石炭組成物を提供する工程であって、組成物が、固体粒子の形態であり、固体粒子の少なくとも約９０体積％（％ｖｏｌ）が、直径約５００μｍ以下である、工程と、（ｉｉ）精製石炭組成物を固体石炭原料と組み合わせて、組み合わされた固体−固体ブレンドのアップグレードされた石炭製品を作製する工程と、を含む。精製石炭製品を調製するためのさらなるプロセスが提供される。プロセスは、石炭を含む出発物質を得る工程と、出発物質を、実質的に全ての粒子が直径５００ミクロン（μｍ）以下である粒子組成物に縮小するように、出発物質を少なくとも１つの微細粉砕段階に供する工程と、粒子状組成物を少なくとも１つのフロス浮選段階に曝露して、粒子状組成物内に含まれる炭化水素系物質を鉱物から分離する工程であって、少なくとも１つのフロス浮選段階の間、炭化水素系物質が、少なくとも１つのフロス浮選段階から生成および分離されたフロスと関連付けられる、工程と、少なくとも１つのフロス浮選段階から分離されたフロスを水で洗浄して、炭化水素系物質を放出する工程と、炭化水素系物質を少なくとも１つの脱水段階に供して、１２％ｍ未満の灰分、２５％ｍ未満の含水量を有する、粒子状精製石炭製品を得る工程であって、粒子状精製石炭製品内に含まれる粒子が、１００μｍ未満のｄ９０を有する、工程と、を含む、プロセス。記載されたプロセスを介して入手可能な精製石炭材料を含む、ペレット化またはブリケット化された石炭などの製品も提供される。
2022502546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭製品のアップグレードのためのプロセスであって、
（ｉ）精製石炭組成物を提供する工程であって、前記組成物が、固体粒子の形態であり、前記固体粒子の少なくとも約９０体積％（％ｖｏｌ）が、直径約５００μｍ以下である、工程と、
（ｉｉ）前記精製石炭組成物を固体石炭原料と組み合わせて、組み合わされた固体−固体ブレンドのアップグレードされた石炭製品を作製する工程と、を含む、プロセス。
【請求項２】
前記精製石炭組成物が、前記固体粒子から構成されるペレットに形成される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記精製石炭組成物が、精製石炭ペレット内に含まれ、前記ペレットが、全製品（％ｍ）の質量パーセントで多くとも約１２％ｍの灰、任意選択的に８％ｍ未満の灰、好適には５％ｍ未満の灰を含む、請求項１または２に記載のプロセス。
【請求項４】
前記ペレットが、多くとも約２５％ｍの水、任意選択的に２０％ｍ未満の水、好適には１０％ｍ未満の水を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項５】
前記ペレットが、多くとも天然の有機硫黄含量に、追加の無機硫黄の全製品の０．５％ｍ以下に達する総硫黄含量を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項６】
前記ペレットが、多くとも約０．０５％ｍの塩素を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項７】
前記固体石炭原料が、原料炭、微粉炭噴射石炭（ＰＣＩ）、燃料炭、劣質炭、および石炭粉砕原料からなる群のうちの１つ以上から選択される、請求項１〜６のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項８】
前記組み合わされた固体−固体ブレンドが、前記組み合わされた固体−固体ブレンドの総質量に基づいて、前記精製石炭組成物の多くとも約１％ｍ、約５％ｍ、約１０％ｍ、約２０％ｍ、約３０％ｍ、約４０％ｍ、約５０％、約６０％ｍ、約７０％ｍ、約８０％ｍ、約９０％ｍ、約９５％ｍおよび約９９％ｍのいずれか１つを含み、残りは単一または複数の供給源からの固体石炭原料で構成される、請求項１〜７のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項９】
前記組み合わされた固体−固体ブレンドが、前記組み合わされた固体−固体ブレンドの総質量に基づいて、前記精製石炭組成物の少なくとも約０．０１％ｍおよび多くとも約９９％ｍを含み、残りが単一の供給源からの固体石炭原料から構成される、請求項１〜８のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１０】
前記組み合わされた固体−固体ブレンドが、前記組み合わされた固体−固体ブレンドの総質量に基づいて、前記精製石炭組成物の少なくとも約０．０１％ｍおよび多くとも約９９％ｍを含み、残りが複数の供給源からの固体石炭原料から構成される、請求項１〜７のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１１】
石炭製品のアップグレードのためのプロセスであって、
ａ）石炭微粉の第１の供給源から第１の精製石炭組成物を提供する工程であって、前記組成物が、ペレットに圧縮される固体粒子の形態であり、前記固体粒子の少なくとも約９０体積％（％ｖｏｌ）が、直径約５００μｍ以下である、工程と、
ｂ）前記第１の供給源とは異なる石炭微粉の第２の供給源から第２の精製石炭組成物を提供する工程であって、前記第２の組成物が、ペレットに圧縮される固体粒子の形態であり、前記固体粒子の少なくとも約９０体積％（％ｖｏｌ）が、直径約５００μｍ以下である、工程と、
ｃ）前記第１および第２の組成物を組み合わせて、組み合わされた固体−固体ペレット化ブレンドされたアップグレードされた石炭製品を作製する工程と、を含む、プロセス。
【請求項１２】
前記組み合わされた固体−固体ブレンドアップグレード石炭製品が、
前記製品の総質量に基づいて、
少なくとも約１％ｍ、約２％ｍ、約３％ｍまたは約４％ｍ；および多くとも約６％ｍ、約７％ｍ、約８％ｍまたは約１０％ｍの灰、
天然の有機硫黄含量を少なくとも約０．１％ｍ、または約０．２％ｍ；および多くとも約０．５％ｍ、約１．５％ｍ、約３％ｍ、または約５％ｍ上回る追加の無機硫黄、ならびに
少なくとも約２％ｍ、約３％ｍまたは約４％ｍ、および多くとも約９％ｍ、約１２％ｍ、約１５％ｍ、約２０％または約２５％ｍの水、のうちの１つ以上を含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１３】
精製石炭組成物を固体石炭原料と組み合わせて含む石炭製品であって、前記精製石炭組成物が、粒子の形態であり、さらに、前記精製石炭組成物粒子の少なくとも９５体積％（％ｖ）が、直径約５００μｍ以下であり、前記石炭製品が、前記ブレンドされた石炭製品の総重量に基づいて、多くとも約８０質量％（％ｍ）の精製石炭組成物を含むことを特徴とする、石炭製品。
【請求項１４】
前記混合石炭製品が、典型的には少なくとも９５％ｖ、任意選択的に少なくとも９８％ｖ、好適には少なくとも９９％ｖの前記粒子が直径約２５０μｍ以下である精製石炭組成物を含む、請求項１３に記載の石炭製品。
【請求項１５】
前記ブレンドされた石炭製品が、典型的には少なくとも９５％ｖ、任意選択的に少なくとも９８％ｖ、好適には少なくとも９９％ｖの前記粒子が直径約１００μｍ以下である精製石炭組成物を含む、請求項１３に記載の石炭製品。
【請求項１６】
精製石炭製品を調製するためのプロセスであって、前記プロセスが、
ａ．石炭を含む出発物質を得る工程と、
ｂ．前記出発物質を、実質的に全ての粒子が直径５００ミクロン（μｍ）以下である粒子状組成物に縮小するように、前記出発物質を少なくとも１つの微細粉砕段階に供する工程と、
ｃ．前記粒子状組成物を少なくとも１つのフロス浮選段階に曝露して、前記粒子状組成物内に含まれる炭化水素系物質を鉱物から分離する工程であって、前記少なくとも１つのフロス浮選段階の間、前記炭化水素系物質が、前記少なくとも１つのフロス浮選段階から生成および分離されたフロスと関連付けられる、工程と、
ｄ．少なくとも１つの前記フロス浮選段階から分離されたフロスを水で洗浄して、前記炭化水素系物質を放出する工程と、
ｅ．前記炭化水素系物質を少なくとも１つの脱水段階に供して、１２％ｍ未満の灰分、２５％ｍ未満の含水量を有する、粒子状精製石炭製品を得る工程であって、前記粒子状精製石炭製品内に含まれる粒子が、１００μｍ未満のｄ９０を有する、工程と、を含む、プロセス。
【請求項１７】
前記出発物質が、石炭尾鉱池の貯水池または先端からの廃棄物、石炭生産処理からの拒否物質、および劣質炭からなる群のうちの１つ以上から選択される原料を含む、請求項１６に記載のプロセス。
【請求項１８】
前記微細粉砕段階が、ボールまたはビーズミルで実行され、典型的には、前記出発物質が、微細粉砕段階の間に、実質的に全ての前記粒子が直径２５０μｍ、１５０μｍ、１００μｍ、９０μｍ、および好適には８０μｍ以下、任意選択的に直径７０μｍ以下である粒子組成物に処理される、請求項１７に記載のプロセス。
【請求項１９】
前記フロス浮選段階が、２０％ｍ未満、好適には１５％ｍ未満、典型的には１０％ｍ未満、および任意選択的に５％ｍ未満の固体から液体への負荷で実行される、請求項１６〜１８のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項２０】
前記脱水段階が、前記炭化水素系物質を、機械的脱水、サイクロン脱水、遠心脱水、および熱脱水からなる群のうちの１つ以上から選択される脱水に供することを含み、任意選択的に、前記脱水段階は、前記炭化水素系物質を少なくとも２つの異なる脱水段階に供することを含み得る、請求項１６〜１９のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項２１】
前記プロセスによって得られる前記粒子状精製石炭製品が、１２％ｍ未満、任意選択的に８％ｍ未満、典型的には５％ｍ未満、好適には２％ｍ未満の灰分を有する、請求項１６〜２０のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項２２】
前記プロセスによって得られる前記粒子状精製石炭製品が、２５％ｍ未満、好適には２０％ｍ未満、任意選択的に１０％ｍ未満、典型的には８％ｍ未満の含水量を有する、請求項１６〜２１のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項２３】
前記粒子状精製石炭製品内に含まれる前記粒子が、１００μｍ未満、好適には７０μｍ未満、任意選択的に５０μｍ未満のｄ９０を有する、請求項１６〜２２のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項２４】
請求項１６〜２３のいずれか一項に記載のプロセスによって得られる粒子状石炭製品であって、前記粒子状精製石炭製品が、＜２％ｍの灰分、＜７％ｍの含水量を有し、前記粒子状精製石炭製品内に含まれる前記粒子が、７０μｍ未満のｄ９０を有する、粒子状石炭製品。
【請求項２５】
前記製品が、ブリケットに形成される、請求項２４に記載の粒子状石炭製品。
【請求項２６】
精製石炭組成物を含むペレット化石炭製品であって、前記精製石炭組成物が、微粉化粒子の形態であり、前記製品が、
前記製品の総質量に基づいて、
多くとも約０．５％ｍ、約１％ｍ、約２％ｍ、約３％ｍ、または約４％ｍの灰と、
多くとも約０．１％ｍ、約０．２％ｍ、または約０．５％ｍの天然の有機硫黄含量を超える追加の無機硫黄と、
多くとも約５％ｍ、約８％ｍ、約１２％ｍ、約１５％、または約２０％ｍの水と、
を含み、
さらに、前記精製石炭組成物粒子の少なくとも９５体積％（％ｖ）が直径約５００μｍ以下であることを特徴とする、ペレット化石炭製品。
【請求項２７】
前記製品が、典型的には少なくとも９７％ｖ、任意選択的に少なくとも９８％ｖ、好適には少なくとも９９％ｖの前記粒子が直径約２５０μｍ以下、任意選択的に１００μｍ以下である精製石炭組成物を含む、請求項２６に記載のペレット化石炭製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体炭化水素、特に石炭の処理および利用の分野にある。特に、本発明は、鉱物の抽出および採掘活動に由来する廃石炭微粉の修復および利用の分野にある。
【背景技術】
【０００２】
炭鉱、特に多層露天掘鉱床および関連する石炭処理および調製プラントは、原料炭および微粉炭噴射（ＰＣＩ）石炭の高い仕様を満たすために必要な高品質の層が利用できるため、生産量と市場価格が制限されている。これらの制限は、急速に減少している世界的な資源基盤からのこの重要な化学原料のより低く効率の悪い生産につながっている。国際的に取引されている燃料炭の製品仕様が厳しくなると、石炭産業の生産量も低下し、効率が低下する。より厳しい環境基準の結果として、石炭処理プラントはまた、尾鉱池、貯水池または先端に廃石炭製品を貯蔵する能力においてますます制限されている。
【０００３】
発電のために国際的に販売および取引されている燃料炭は、典型的には、高灰分（少なくとも１５〜２０％ｍ乾燥ベース）、高硫黄含量（１〜２％ｍ乾燥ベース）、適度に高い含水量（１０〜１５％ｍ以上）、および比較的粗い粒度分布（＜５０ｍｍ）である。石炭電力プラントのボイラは、粉砕されたＰＣＩ燃料（すなわち、典型的には２０〜１２０μｍのサイズ範囲の乾燥石炭粒子）を利用し、燃料炭の粉砕、乾燥、微粉砕に大量のエネルギーを消費する。燃焼中に発生する灰は、スラグ灰またはフライアッシュのいずれかとして除去する必要がある。どちらの場合も、灰は運用効率を低下させ、廃棄のための環境コストと商業コストを負担する。電力ステーションは、排煙脱硫技術を利用して、大気への硫黄酸化物の排出を最小限に抑える。このような脱硫技術の運用コストは、石炭原料の硫黄含量に比例する。
【０００４】
灰分が多い炭層は、多くの地質学的保護区から世界中に豊富にあり、時には厚い層が広い地理的領域にわたって持続するが、上記の問題のために多くは経済的に利用可能ではない。
【０００５】
石炭微粉および微微粉を含む超微粉は、採掘および調製プロセス中に大きな石炭の塊から生成される石炭の小さな粒子である。石炭微粉は石炭と同じエネルギーポテンシャルを保持するが、製品の粒子状の性質により市場投入および輸送が困難になるため、一般に廃棄物と見なされる。米国だけでも、鉱業によって毎年７０００万〜９０００万トンもの石炭微粉が廃棄物の副産物として生産されており（Baruva, P., Losses in the coal supply chain, IEA Clean Coal Centre Rep.CCC/212, p.26, December 2012, ISBN 978-92-9029-532-7（非特許文献１））、その大部分は未使用のままである。したがって、石炭微粉は一般に、大きな廃石捨場を形成する炭鉱の近くの廃物として廃棄されるか、環境汚染を回避するために慎重な将来の管理を必要とする大きな池に含まれる。
【０００６】
それにもかかわらず、石炭微粉は、特に炭素が豊富な炭化水素の安価で豊富な供給の可能性を提供する可能性がある（M.Lewitt, Opportunities for fine coal utilisation, IEA Clean Coal Centre Rep.CCC/185, July 2011, ISBN 978-92-9029-505-1（非特許文献２））。しかしながら、その自然な状態では、石炭微粉は典型的には、かなりのレベルの灰形成成分および水を含んでいるため、多くの従来の用途には不適である。従来の考え方では、直径１５０μｍ未満の微粉の脱水および／または乾燥および脱灰のコストは、一般に、得られる製品の実際の燃料価値を超えるとされてきた（Muzenda, E., Potential uses of South African Coal Fines: A Review, 3rd International Conference on Mechanical, Electronics and Mechatronics Engineering (ICMEME’2014) March 19-20 Abu Dhabi (UAE), p.37（非特許文献３））。得られる混合燃料油の単位体積あたりのコストを削減するために、高度に処理された石炭微粉を燃料油に添加することが知られている（例えば、米国特許第９７７７２３５号明細書（特許文献１）を参照）。さらに、高度に処理された石炭微粉を原油に添加して、蒸留後の分別製品に寄与することができる（国際公開２０１７／１７４９７３号（特許文献２）として公開された国際特許出願を参照）。どちらの場合も、石炭微粉は液体炭化水素と混合されて、固体微粉のみの場合よりも高い知覚商業価値を備えた混合物を生成する。
【０００７】
石炭廃棄物の微粉（＜５００ミクロン）および超微粉（＜１５０ミクロン）を石炭ペレットに変換するための商業プロセスが開発された、例えば、南アフリカのＣｏａｌ  Ｔｅｃｈ石炭凝集技術（http://www.coaltechenergy.com/（非特許文献４））である。別の例（米国特許第５２４２４７０号明細書（特許文献３））は、粒子の少なくとも約５０パーセントが約４８メッシュ（３００ミクロン）よりも小さく、表面水分含量が２〜２０重量％および１４〜２４重量％であり、上部粒子サイズが約２８メッシュ（７００ミクロン）の混合物中の石炭粒子を請求している。総水分は、表面水分および固有の細孔内内部水分の合計であり、歴青炭の場合、それ自体が１％ｍ〜１０％ｍの範囲であることに注意されたい。これらのプロセスは、ペレット化プロセスを支援するためにいくらかの水を保持するが、典型的には３０〜５０％ｍの範囲の灰分に関して石炭廃棄物をアップグレードすることも、粒子サイズを縮小することもない。
【０００８】
石炭廃棄物微粉スラリーは、フロス浮選によって灰分を下げ（すなわち＜１０％ｍ）、水分を部分的に＜２０％ｍまで除去し、超微粒子を使用して石炭粉末を形成する（https://mineralsrefining.com/およびLuttrell, G. Yoon, R-H et al.、 Hydrophobic-hydrophilic separation (HHS) process for the recovery and dewatering of ultrafine coal, https://mineralsrefining.com/wp-content/uploads/2015/09/SME-2016-Gupta-et-al-HHS-Process-a.pdf（非特許文献５））。他（米国特許出願第２０１６／００８２４４６号明細書（特許文献４））は、より粗い粒子サイズ、すなわち＜７５０ミクロンで動作する。これら全てのアプローチに共通する特徴は、最も粗い粒子のみを除去してその場で利用できる微粉スラリーを利用することである。それらは、鉱物含量（灰分として評価）、粒子サイズ分布、および水分含量の観点から、利用のための明確な製品品質目標を欠いている。さらに、そのようなアプローチは、主に資源特性によって推進されてきたが、フロス浮選分離中に鉱物が放出され、電力部門での製品利用に適したレベルの灰分、粒子サイズ、および水分含量を達成できる最適な石炭粒子サイズへの粉砕の重要性はほとんどまたは全く考慮されていない。
【０００９】
石炭ランクおよびマセラル組成（微視的に認識できる、石炭の個々の有機成分）は、原料炭の利用率を評価するための重要な追加特性である。フロス浮選技術は、より価値のあるビトリナイトマセラルの濃縮につながる可能性がある（米国特許第８５９１６０７号明細書（特許文献５））が、これは大部分が偶発的で、規模が小さく、実際には利用されていない。
【００１０】
石炭の国際貿易が確立された今、発電に使用する石炭の選択は、もはや最寄りの鉱山で生産することができる品質に依存するだけではない。発電会社は、石炭の品質が電力プラントの変動コストに大きく影響することを認識しているため、その結果、石炭トレーダとの移転価格契約の背後にある基礎を提供するために燃料評価ツールが開発された（Coal and Biomass Characterisation for a Power Generator, Uniper Technologies, Nottingham, UK, Coal Research Forum, Imperial College London, 20 April 2016.http://www.coalresearchforum.org/CRF%202016ICL/W%20Quick,%20Uniper,%20ICL,%2020-04-16.pdf（非特許文献６））。
【００１１】
経済的および技術的考慮事項を最適化するための石炭のブレンドは、現在、単一の鉱山または石炭処理プラントからの石炭の利用よりも一般的である（Tilman, D.A., Duong, D.N.B. and Harding, N.S, Solid Fuel Blending, Elsevier, 2012. ISBN 978-0-12-380932-2（非特許文献７））。最適な石炭ブレンドの設計は、排出量、効率、保守および可用性、試薬および副産物による環境への影響を最適化する必要性に影響され、これは国際貿易石炭仕様で使用される石炭品質パラメータの範囲から評価される。
【００１２】
石炭は、炭鉱、調製プラント、積み替えポイントまたは顧客の電力ステーションまたはコークス炉でブレンドされる。選択されるブレンド方法は、現場の条件、ブレンドのレベル、保管およびブレンドされる量、必要な精度、およびブレンドされた石炭の最終用途によって異なる。典型的には、電力ステーションでは、完全に機械化されたシステムを使用したスタッキング方法に従う（Sloss, L.L., Blending of coals to meet power station requirements, Report ref. CCC/238, IEA Clean Coal Centre, London, July 2014, ISBN 978-92- 9029-559-4（非特許文献８））。
【００１３】
石炭は燃料に使われるだけではない。それらは、様々な冶金および化学的プロセスの主要な炭素源である。冶金用コークス製造の化学的プロセスに利用できる優良原料炭の世界的な不足により、原料炭ブレンドにより多くの非伝統的な成分を含める必要が生じている。（Obayashi, Y., and Sheldrick, A., Japan steelmakers scramble for coking coal to make up Debbie losses, Reuters Business News, 21 April 2017, http://uk.reuters.com/article/uk-japan-steel-shortage/japan-steelmakers-scramble-for-coking-coal-to-make-up-debbie-losses-idUKKBN17N16J, （非特許文献９）およびBounds, A., Global demand for coking coal set to revive Cumbria ,mining, Financial Times, 19 Jun 2017, https://www.ft.com/content/b054c570-528e-11e7-bfb8-997009366969（非特許文献１０））。したがって、従来の冶金用コークス源だけでは満たすことができない、鉄鋼およびアルミニウム製造に使用するための高品質の試薬が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許第９７７７２３５号明細書
【特許文献２】国際公開２０１７／１７４９７３号
【特許文献３】米国特許第５２４２４７０号明細書
【特許文献４】米国特許出願第２０１６／００８２４４６号明細書
【特許文献５】米国特許第８５９１６０７号明細書
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】Baruva, P., Losses in the coal supply chain, IEA Clean Coal Centre Rep.CCC/212, p.26, December 2012, ISBN 978-92-9029-532-7
【非特許文献２】M.Lewitt, Opportunities for fine coal utilisation, IEA Clean Coal Centre Rep.CCC/185, July 2011, ISBN 978-92-9029-505-1
【非特許文献３】Muzenda, E., Potential uses of South African Coal Fines: A Review, 3rd International Conference on Mechanical, Electronics and Mechatronics Engineering (ICMEME’2014) March 19-20 Abu Dhabi (UAE), p.37
【非特許文献４】http://www.coaltechenergy.com/
【非特許文献５】https://mineralsrefining.com/およびLuttrell, G. Yoon, R-H et al.、 Hydrophobic-hydrophilic separation (HHS) process for the recovery and dewatering of ultrafine coal, https://mineralsrefining.com/wp-content/uploads/2015/09/SME-2016-Gupta-et-al-HHS-Process-a.pdf
【非特許文献６】Coal and Biomass Characterisation for a Power Generator, Uniper Technologies, Nottingham, UK, Coal Research Forum, Imperial College London, 20 April 2016.http://www.coalresearchforum.org/CRF%202016ICL/W%20Quick,%20Uniper,%20ICL,%2020-04-16.pdf
【非特許文献７】Tilman, D.A., Duong, D.N.B. and Harding, N.S, Solid Fuel Blending, Elsevier, 2012. ISBN 978-0-12-380932-2
【非特許文献８】Sloss, L.L., Blending of coals to meet power station requirements, Report ref. CCC/238, IEA Clean Coal Centre, London, July 2014, ISBN 978-92- 9029-559-4
【非特許文献９】Obayashi, Y., and Sheldrick, A., Japan steelmakers scramble for coking coal to make up Debbie losses, Reuters Business News, 21 April 2017, http://uk.reuters.com/article/uk-japan-steel-shortage/japan-steelmakers-scramble-for-coking-coal-to-make-up-debbie-losses-idUKKBN17N16J
【非特許文献１０】Bounds, A., Global demand for coking coal set to revive Cumbria ,mining, Financial Times, 19 Jun 2017, https://www.ft.com/content/b054c570-528e-11e7-bfb8-997009366969
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、特に炭鉱産業の副産物としての廃棄物微粉のさらなる蓄積を低減することにおいて、先行技術に存在する問題に対処する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明者らは、石炭尾鉱池、貯水池または先端からの廃棄物、現在の石炭生産処理からの拒否物質（例えば、増粘剤のアンダーフローまたは尾鉱のアンダーフロー廃棄物の流れ）、およびこれまで経済的に利用できなかった高灰分含量の劣質層石炭からアップグレードされた、ペレット化またはブリケット化され得る非常に高品質（低灰分、硫黄および含水量）の精製石炭製品の利用を提供するプロセスを開発した。
【００１８】
精製石炭製品は、次の例示的な非限定的な用途において有用性を示す。
使用する仕様要件を満たすために採掘された石炭の品質をアップグレードするように設計された、石炭生産処理のブレンド成分として、
化学原料として（冶金用コークス製造用の原料炭または鉄鋼製造用の高炉への微粉炭噴射［ＰＣＩ］）、
発電用、
熱工業用または家庭用、
これらの用途のいずれかのスタンドアロン製品として、および
運用効率の向上、硫黄酸化物、粒子状元素、微量元素の排出量の削減、単位エネルギーあたりの二酸化炭素排出量の削減、燃料費の削減を目的とした、電力プラントのブレンド成分またはスタンドアロン原料として。
【００１９】
したがって、第１の態様では、本発明は、石炭製品のアップグレードのためのプロセスであって、
（ｉ）精製石炭組成物を提供する工程であって、組成物が、固体粒子の形態であり、固体粒子の少なくとも約９０体積％（％ｖｏｌ）が、直径約５００μｍ以下である、工程と、
（ｉｉ）精製石炭組成物を固体石炭原料と組み合わせて、組み合わされた固体−固体ブレンドのアップグレードされた石炭製品を作製する工程と、を含む、プロセスを提供する。
【００２０】
特定の実施形態では、精製石炭組成物は、固体粒子から構成されるペレットに形成される。精製石炭組成物は、総製品の質量パーセント（％ｍ）で多くとも約１２％ｍの灰、任意選択的に８％ｍ未満の灰、好適には５％ｍ未満の灰を含む精製石炭ペレット内に含まれる。
【００２１】
一実施形態によれば、精製石炭ペレットは、多くとも約２５％ｍの水、任意選択的に２０％ｍ未満の水、好適には１０％ｍ未満の水、典型的には２％ｍ未満の水を含む。好適には、ＰＣＰは、多くとも約３％ｍの全硫黄および、任意選択的に最大で約０．１％ｍの塩素、好適には最大で約０．０５％ｍの塩素を含む。
【００２２】
典型的には、精製石炭組成物は、多くとも天然の有機硫黄含量に加えて０．５％ｍ以下の追加の無機硫黄に相当する総硫黄含量を含む精製石炭ペレット内に含まれる。
【００２３】
一実施形態によれば、固体石炭原料は、原料炭、微粉炭噴射石炭（ＰＣＩ）、燃料炭および石炭粉砕原料からなる群のうちの１つ以上から選択される。
【００２４】
本発明の特定の実施形態では、組み合わされた固体−固体ブレンドは、組み合わされた固体−固体ブレンドの総質量に基づいて、精製石炭組成物の多くとも約１％ｍ、５％ｍ、１０％ｍ、２０％ｍ、３０％ｍ、４０％ｍ、５０％、および６０％ｍのいずれかを含み、残りは単一または複数の供給源からの固体石炭原料で構成されている。
【００２５】
本発明の特定の実施形態では、組み合わされた固体−固体ブレンドは、精製石炭組成物の少なくとも約０．０１％ｍおよび多くとも約６０％ｍを含み、残りは、組み合わされた固体−固体ブレンドの総質量に基づく単一の供給源からの固体石炭原料で構成されている。
【００２６】
本発明のさらに別の実施形態では、組み合わされた固体−固体ブレンドは、精製石炭組成物の少なくとも約０．０１％ｍおよび多くとも約６０％ｍを含み、残りは、組み合わされた固体−固体ブレンドの総質量に基づく複数の供給源からの固体石炭原料で構成されている。
【００２７】
第２の態様では、本発明は、石炭製品のアップグレードのためのプロセスであって、
ａ）石炭微粉の第１の供給源から第１の精製石炭組成物を提供する工程であって、前記組成物が、ペレットに圧縮される固体粒子の形態であり、少なくとも約９０体積％（％ｖｏｌ）の前記固体粒子の直径が、約５００μｍ以下である、工程と、
ｂ）前記第１の供給源とは異なる石炭微粉の第２の供給源からの第２の精製石炭組成物を提供する工程であって、前記第２の組成物が、ペレットに圧縮される固体粒子の形態であり、少なくとも約９０体積％（％ｖｏｌ）の前記固体粒子の直径が、約５００μｍ以下である、工程と、
ｃ）前記第１および第２の組成物を組み合わせて、組み合わされた固体−固体ペレット化ブレンドされたアップグレードされた石炭製品を作製する工程と、を含む、プロセスを提供する。
【００２８】
本発明のさらなる実施形態によれば、前述の態様および実施形態のいずれかの組み合わされた固体−固体ブレンドアップグレード石炭製品は、以下のうちの１つ以上を含む。
製品の総質量に基づいて、少なくとも約１％ｍ、２％ｍ、３％ｍおよび４％ｍ；および多くとも約６％ｍ、７％ｍ、８％ｍおよび１０％ｍの灰、ならびに
天然の有機硫黄含量を少なくとも約０．１％ｍ、０．２％ｍおよび；多くとも約０．５％ｍ、１．５％ｍ、３％ｍ、および５％ｍ上回る追加の無機硫黄、ならびに
少なくとも約２％ｍ、３％ｍまたは４％ｍ；および多くとも約９％ｍ、１０％ｍ、１１％ｍ、１２％、または１３％ｍの水。
【００２９】
本発明の特定の実施形態では、前記精製石炭組成物は、前記精製石炭組成物を前記固体石炭原料と組み合わせる工程（ｉ）の前に脱水工程に供される。
【００３０】
本発明の特定の実施形態では、前記精製石炭組成物は、前記精製石炭組成物を前記固体石炭原料と組み合わせる工程（ｉ）の前に、灰除去工程に供される。
【００３１】
本発明の第３の態様は、固体石炭原料と組み合わせた精製石炭組成物を含むブレンドされた石炭製品を提供し、前記精製石炭組成物は粒子の形態であり、少なくとも９５体積％（％ｖ）の前記精製石炭組成物粒子の直径は約５００μｍ以下であり、前記ブレンドされた石炭製品は、前記ブレンド石炭製品の総重量に基づいて、多くとも約９９％ｍの精製石炭組成物を含む。本発明の特定の実施形態では、前記ブレンドされた石炭製品は、典型的には少なくとも９５％ｖ、任意選択的に少なくとも９８％ｖ、好適には少なくとも９９％ｖの粒子が直径約２５０μｍ以下、任意選択的に１００μｍ以下である精製石炭組成物を含む。
【００３２】
本発明の実施形態では、固体石炭原料と組み合わせた精製石炭組成物を含むブレンドされた石炭製品が提供され、前記精製石炭組成物は粒子の形態であり、少なくとも９５％ｖ、任意選択的には少なくとも９９％ｖの粒子が直径約２５０μｍ以下、好適には１００μｍ以下、典型的には２０μｍ以下であるという点においてさらに特徴付けられている。
【００３３】
本発明の第４の態様は、精製石炭製品を調製するためのプロセスであって、該プロセスは、
ａ．石炭を含む出発物質を得る工程と、
ｂ．前記出発物質を、実質的に全ての粒子が直径５００ミクロン（μｍ）以下である粒子組成物に縮小するように、前記出発物質を少なくとも１つの微粉砕段階に供する工程と、
ｃ．前記粒子状組成物を少なくとも１つのフロス浮選段階に曝露して、前記粒子状組成物内に含まれる炭化水素系物質を鉱物から分離する工程であって、前記少なくとも１つのフロス浮選段階の間、前記炭化水素系物質が、少なくとも１つのフロス浮選段階から生成および分離されたフロスと関連付けられる、工程と、
ｄ．前記少なくとも１つのフロス浮選段階から分離された前記フロスを水で洗浄して、前記炭化水素系物質を放出する工程と、
ｅ．炭化水素系物質を少なくとも１つの脱水段階に供して、１２％ｍ未満の灰分、２５％ｍ未満の含水量を有する、粒子状精製石炭製品を得る工程であって、前記粒子状精製石炭製品内に含まれる前記粒子が、７０μｍ未満のｄ９０を有する、工程と、を含む、プロセスを提供する。
【００３４】
本発明の特定の実施形態では、前記出発物質は、石炭尾鉱池、貯水池または先端からの廃棄物；石炭生産処理からの拒否物質；および灰分が多い劣質層炭からなる群のうちの１つ以上から選択される原料を含む。
【００３５】
さらなる実施形態によれば、前記微粉砕段階は、ボールミルまたはビーズミルで実行される。典型的には、前記出発物質は、微粉砕段階で、実質的に全ての前記粒子が直径２５０μｍ以下、１５０μｍ以下、１００μｍ以下、９０μｍ以下および；好適には直径８０μｍ以下；任意選択的に直径７０μｍ以下である粒子組成物に処理される。
【００３６】
本発明の特定の実施形態では、前記フロス浮選段階は、２０％ｍ未満、好適には１５％ｍ未満、典型的には１０％ｍ未満、および任意選択的に５％ｍ以下の固体から液体への負荷で実行される。
【００３７】
さらに別の実施形態では、前記脱水段階は、前記炭化水素系物質を、機械的脱水、サイクロン脱水、遠心脱水、および熱脱水からなる群のうちの１つ以上から選択される脱水に供することを含む。任意選択的に、前記脱水段階は、前記炭化水素系物質を少なくとも２つの異なる脱水段階に供することを含み得る。
【００３８】
本発明の一実施形態によれば、前記プロセスによって得られる前記粒子状精製石炭製品は、１２％ｍまたは８％ｍ未満、任意選択的に５％ｍ未満、典型的には２％ｍ未満、好適には１％ｍ未満の灰分を有する。さらなる実施形態では、前記プロセスによって得られる前記粒子状精製石炭製品は、２５ｍ％または２０ｍ％未満、典型的には１５％ｍ、好適には１２％ｍ未満、任意選択的に１０％ｍ未満、典型的には８％ｍ未満の含水量を有する。実施形態では、前記粒子状精製石炭製品内に含まれる前記粒子は、１００μｍまたは７０μｍ未満、典型的には５０μｍ未満、好適には４０μｍ未満、任意選択的に２０μｍ未満のｄ９０を有する。
【００３９】
本発明の第５の態様は、本明細書に記載のプロセスによって得られる粒子状精製石炭製品を提供し、前記粒子状精製石炭製品は、灰分が＜２％ｍ、典型的には＜１％ｍ、含水量が＜７％ｍであり、前記粒子状精製石炭製品内に含まれる前記粒子は、７０μｍ未満、典型的には５０μｍ未満のｄ９０を有する。典型的には、前記粒子状石炭製品は、ブリケットに成形される。
【００４０】
本発明の第６の態様は、精製石炭組成物を含むペレット化石炭製品を提供し、前記精製石炭組成物は、微粉化粒子の形態であり、前記製品は、
前記製品の総質量に基づいて、多くとも約０．５％ｍ、約１％ｍ、約２％ｍ、約３％ｍ、および約４％ｍの灰と、
多くとも約０．１％ｍ、約０．２％ｍ、および約０．５％ｍの前記天然の有機硫黄含量を超える追加の無機硫黄と、
多くとも約５％ｍ、約８％ｍ、約１２％ｍ、約１５％、および約２０％ｍの水と、を含み、
さらに、前記精製石炭組成物粒子の少なくとも９５体積％（％ｖ）が直径約５００μｍ以下であることを特徴とする。本発明の特定の実施形態では、前記ペレット化された石炭製品は、典型的には少なくとも９７％ｖ、任意選択的に少なくとも９８％ｖ、好適には少なくとも９９％ｖの、前記粒子が直径約２５０μｍ以下、任意選択的に１００μｍ以下である精製石炭組成物を含む。本発明は、本明細書において開示されているが、上記で明示的には規定されていない、特徴のさらなる組み合わせに供され得ることが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
本発明は、添付の図面を参照することによってさらに例示される。
【００４２】
【図１Ａ】（ａ）炭鉱調製プラントＡでの精製石炭製品ペレット（ＰＣＰペレットと呼ばれる）を利用した典型的なブレンド操作の概略図を示す。
【図１Ｂ】（ｂ）港Ｂでの精製石炭製品ペレット（ＰＣＰペレットと呼ばれる）を利用した典型的なブレンド操作の概略図を示す。
【図１Ｃ】（ｃ）電力プラントＣおよびコークス炉Ｄでの精製石炭製品ペレット（ＰＣＰペレットと呼ばれる）を利用した典型的なブレンド操作の概略図を示す。
【図２Ａ】（ａ）７．５％ｍ、４．０％ｍおよび１．６％ｍの３つの異なるグアーガム濃度でのＰＣＰペレットの衝突試験からのフラグメントのシミュレートされたふるい分析を示す。
【図２Ｂ】（ｂ）７．５％ｍ、４．０％ｍおよび１．６％ｍの３つの異なるグアーガム濃度でのＰＣＰペレットの吸水結果を示す。
【図３】ドイツの石炭火力電力プラントで計算された正味電力効率のグラフを、ブレンドされた石炭製品（精製石炭製品−ＰＣＰと呼ばれる）と様々な国の参照石炭との比較として示す。
【図４】本発明の一実施形態のプロセスの流れ図を示す。
【図５】本発明のさらなる実施形態のプロセスの流れ図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
本明細書で引用される全ての参考文献は、参照によりその全体が組み込まれる。別段の定義がない限り、本明細書で使用される全ての技術用語および科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。
【００４４】
本発明をより詳細に説明する前に、本発明の理解を助けるいくつかの定義が提供される。
【００４５】
本明細書で使用される「含む」という用語は、規定される要素のうちのいずれかが必ず含まれ、他の要素も同様に任意選択的に含まれ得ることを意味する。「から本質的になる」は、任意の規定される要素が必ず含まれ、列挙される要素の基本的および新規の特性に実質的に影響を及ぼす要素が除外され、他の要素が任意選択的に含まれ得ることを意味する。「からなる」は、列挙される要素以外の全ての要素が除外されることを意味する。これらの用語の各々によって定義される実施形態は、本発明の範囲内である。
【００４６】
「石炭」という用語は、本明細書では、これらに限定されないが、無煙炭；歴青炭；亜歴青炭；および亜炭を含む褐炭（ＩＳＯ  １１７６０：２００５で定義）などの硬い石炭を含む、容易に可燃性の堆積鉱物由来の固体炭化水素系物質を示すために使用される。「天然」または「原料」石炭とは、大規模な処理が行われておらず、抽出の時点から実質的に変化しない物理的組成（例えば、マセラル含量）を含む石炭を指す。対照的に、「石炭由来製品」、「石炭代替製品」および「精製石炭組成物」という用語は、本明細書では、前記石炭の物理的および／または化学的組成に変化をもたらす１つ以上のプロセスに供された様々な石炭を指すために使用され、石炭は、抽出の時点、すなわち自然の状態から大幅に変化する。
【００４７】
本明細書で使用される場合、「灰」という用語は、ほとんどのタイプの化石燃料、特に石炭に見られる無機（例えば、非炭化水素）鉱物成分を指す。灰は、石炭の燃焼後に残る固形残留物に含まれ、フライアッシュと称されることもある。石炭の供給源および種類は非常に多様であるため、灰の組成と化学的性質も様々非常に多様である。しかしながら、典型的な灰分は、二酸化ケイ素、酸化カルシウム、酸化鉄（ＩＩＩ）、酸化アルミニウムなどのいくつかの酸化物を含む。石炭は、その供給源に応じて、ヒ素、ベリリウム、ホウ素、カドミウム、クロム、コバルト、鉛、マンガン、水銀、モリブデン、セレン、ストロンチウム、タリウム、およびバナジウムなど、後続の灰に含まれる可能性のある１つ以上の物質が微量にさらに含まれ得る。
【００４８】
本明細書で使用される「低灰分石炭」という用語は、他の業界標準の石炭と比較した場合に低い灰形成成分の割合を有する天然炭を指す。典型的には、低灰分天然炭または原料炭は、約１２％ｍ未満の灰分で構成される。「脱灰石炭」という用語、または関連する用語「脱塩石炭」は、本明細書では、その自然の天然状態と比較して無機鉱物の割合が少ない石炭を指すために使用される。灰分は、ASTM D3174-12 Standard Test Method for Ash in the Analysis Sample of Coal and Coke from Coalに記載されているように、石炭組成物の近似分析によって決定され得る。本発明の実施形態では、１０％ｍ未満、８％ｍ未満、５％ｍ未満および２％ｍ未満または１％ｍ未満の精製石炭製品中の灰分が得られる。実際、本発明者らは、プロセスを非商業的にする収率レベルを犠牲にする必要なしに、約５０％ｍの灰分である出発物質から約１％ｍ未満の非常に低い灰分を有する製品が得られることを全く予想外に発見した。
【００４９】
劣質炭は、石炭層の品質の地質調査（例えば、UK coal survey, 1937）で使用される用語であり、１５．１％ｍを超えて４０．０％ｍ未満の石炭帯または石炭層の固有の灰を指す。劣質炭からなる石炭帯または石炭層は、石炭自体の中に密接に混合された鉱物を含み、その結果、従来の石炭処理技術を使用して精製することは非常に困難である。
【００５０】
本明細書で使用される場合、「石炭微粉」という用語は、最大粒子サイズが通常１．０ｍｍ未満である粒子形態の石炭を指す。「石炭超微粉」または「超微粉炭」または「超微粉」という用語は、最大粒子サイズが典型的には０．５ｍｍ（５００ミクロン（μｍ）、約０．０２インチ）未満の石炭を指す。「石炭微微粉」または「微微粉石炭」または「微微粉」という用語は、最大粒子サイズが通常２０μｍ未満の石炭を指す。
【００５１】
最も好適には、原料として利用される石炭微粉の粒子サイズは、最大でも１０００μｍまたは５００μｍであり得る。より好適には、最大粒子サイズは、最大でも３００μｍ、２５０μｍ、２００μｍ、１５０μｍ、または１００μｍであり得る。
【００５２】
粒子サイズの典型的な尺度は、最大粒子サイズと、その粒子サイズを下回る試料内の粒子の体積比率のパーセンテージ値または「ｄ」値を引用することである。好適には、上記の最大粒子サイズのいずれかに関連する「ｄ」値は、ｄ９９、ｄ９８、ｄ９５、ｄ９０、ｄ８０、ｄ７０、ｄ６０、またはｄ５０であり得る。
【００５３】
最も好適には、本発明のプロセスによって生成される精製石炭製品の最大粒子サイズカットオフは、最大でも９５μｍ、９０μｍ、８５μｍ、８０μｍ、７５μｍ、６０μｍ、５０μｍ、４０μｍ、３０μｍ、２０μｍ、１８μｍ、１５μｍ、１２μｍ、１０μｍ、または５μｍであり得る。最小粒子サイズは、０．０１μｍ、０．１μｍ、０．５μｍ、１μｍ、２μｍ、３μｍ、または５μｍであり得る。任意の「ｄ」値は、これらの粒子サイズのいずれかに関連付けられ得る。精製石炭製品の望ましい物理的および化学的特性を最大化するために、製品の粒子サイズが比較的均一で小さいことが一般的である。例えば、本発明の特定の実施形態では、精製石炭製品は、＜１００μｍ、＜９０μｍ、＜７０μｍ、＜５０μｍ、任意選択的に＜２０μｍのｄ９０を有する。好適には、微粉精製石炭製品は、＜７０μｍ、＜６０μｍ、＜５０μｍ、＜４０μｍ、＜２０μｍ、および任意選択的に＜１０μｍのｄ９９を有する。
【００５４】
本明細書で使用される場合、「含水量」という用語は、試料内の水の総量を指し、濃度または質量パーセント（％ｍ）として表される。この用語が石炭試料の含水量を指す場合、それは石炭の固有または残留含水量、および環境から吸収された水または水分を含む。本明細書で使用される場合、「脱水石炭」という用語は、その自然状態の絶対比率よりも低い水の絶対比率を有する石炭を指す。「脱水石炭」という用語は、天然に存在する水の割合が低い石炭を指すためにも使用され得る。含水量は、ASTM D3302 / D3302M-17 Standard Test Method for Total Moisture in Coalに記載されるように、天然または精製石炭組成の分析によって決定され得る。
【００５５】
本明細書で使用される「炭化水素系物質」という用語は、炭化水素を含む物質を指す；炭化水素は、実質的に水素と炭素の元素からなる有機化合物である。炭化水素系物質は、脂肪族および芳香族炭化水素を含み得る。
【００５６】
本明細書で使用される場合、石炭および他の炭化水素系物質の「天然有機硫黄含量」という用語は、有機分子構造に存在する硫黄含量、典型的にはチオール、チオエーテル、チオフェンおよび他の芳香族硫黄複素環式種を指す。一般に、有機硫黄は物理的処理方法では除去できず、水素化および水素化分解などの化学的プロセスでのみ除去できる。これは、総硫黄含量と、黄鉄鉱、遊離硫黄、および硫酸塩を含む鉱物硫黄種との差として間接的に測定される（ASTM D2492-02(2012) Standard Test Method for Forms of Sulfur in Coal）。本発明のプロセスは、高硫黄炭または中硫黄炭などの炭化水素系出発物質から鉱物硫黄種を枯渇させるのに有用性を示し得る。
【００５７】
炭鉱、特に多層露天掘鉱床および関連する石炭処理および調製プラントは、原料炭および微粉炭噴射（ＰＣＩ）石炭の高い仕様を満たすために必要な高品質の層が利用できるため、生産量と市場価格が制限される。これらの制限は、急速に減少している世界的な資源基盤からのこの重要な化学原料のより低く効率の悪い生産につながっている。国際的に取引されている燃料炭の製品仕様が厳しくなると、石炭産業の生産量も低下し、効率が低下する。より厳しい環境基準の結果として、石炭処理プラントはまた、尾鉱池、貯水池または先端に廃石炭製品を貯蔵する能力においてますます制限されている。
【００５８】
発電のために国際的に販売および取引されている燃料炭は、典型的には、高灰分（少なくとも１５〜２０％ｍ乾燥ベース）、高硫黄含量（１〜２％ｍ乾燥ベース以上）、中程度の高含水量（１０〜１５％ｍ以上）、比較的粗い粒度分布（＜５０ｍｍ）である。石炭電力プラントのボイラは、粉砕されたＰＣＩ燃料（すなわち、典型的には２０〜１２０ミクロンのサイズ範囲の乾燥石炭粒子）を利用し、燃料炭の粉砕、乾燥、微粉砕に大量のエネルギーを消費する。燃焼中に発生する灰は、スラグ灰またはフライアッシュのいずれかとして除去する必要がある：どちらの場合も、灰は運用効率を低下させ、廃棄のための環境コストと商業コストを負担する。電力ステーションは、排煙脱硫技術を利用して、大気への硫黄酸化物の排出を最小限に抑える；このような脱硫技術の運用コストは、石炭原料の硫黄含量に比例する。
【００５９】
灰分が多い炭層は世界中に豊富にあり、厚い層が広範囲に続くこともあるが、上記の問題のために非常に多くの炭層が経済的に利用可能ではない。
【００６０】
一実施形態では、本発明者らは、精製石炭製品を、別様に規格外の低グレードまたは中グレードの石炭原料とブレンドする方法およびプロセスで前記精製石炭製品を利用して、熱および／またはコークス化およびＰＣＩ石炭に必要な厳格な基準内にある石炭製品を製造する。好適には、前記精製石炭製品は、ペレット化された石炭製品内に含まれ得、天然原料炭とのブレンドは、所定の質量のペレットを所定の質量の天然原料炭と組み合わせてブレンドされた製品を生成することを含む。前記出発物質（例えば、ペレットおよび原料）の相対的な比率は、ブレンドされた製品の望ましい最終的な化学的および物理的特性に基づいて決定され得る。非限定的な例として、必要な灰分、水、硫黄および／または塩素含量を達成するために、ペレット化された精製石炭製品をどれだけ加える必要があるかが決定されることによって、低グレード原料炭が所望の仕様にアップグレードされ得る。このようにして、前記精製石炭製品は、最終的な石炭製品の添加剤（マイナーフラクションとして存在する場合）またはブレンド成分（メジャーフラクションとして存在する場合）として機能することができる。
【００６１】
増粘剤のアンダーフロー、貯水池、尾鉱池またはチップなどの石炭廃棄物源、および他の方法では経済的に抽出できない劣質炭層に由来する精製石炭ペレットは、現在、そのような高品質（総発熱量が５５００ｋｃａｌ／ｋｇを超える非常に低い灰分、水分、硫黄およびリン含量、受領時基準で、場合によってはコークス化特性も）で製造できるように、それらはブレンドされ得る。
ａ．以下の国際販売に使用される仕様制限を達成する。
ｉ．高価値で希少な冶金用原料炭。
ｉｉ．中間値の微粉炭噴射（ＰＣＩ）石炭、および
ｉｉｉ．燃料炭。
ｂ．ＰＣＰの有益な特性を利用して低品質の炭層または他の石炭を含めることにより、石炭処理プラントが総生産量を増加させ、生産効率を改善し、鉱山の寿命を延ばすことを可能にする。
ｃ．ＰＣＰの有益な特性を利用して、通常の石炭生産からの仕様の不足を補うことにより、石炭処理プラントが価格ペナルティを最小限に抑えることを可能にする。
【００６２】
前記精製石炭ペレットは、いくつかのプロセス段階で調製され得る。
粒子サイズを十分に小さくして効率的な分離を可能にするための粉砕、
石炭を鉱物から分離するための水性媒体中でのフロス浮選、
機械的手段により水を除去するための圧力下でのろ過およびエアブロー、
機械的完全性を提供するためのペレットへの圧縮、および
水を５％ｍ以下に減らすための熱乾燥。
【００６３】
精製石炭ペレットを原料炭、ＰＣＩ石炭、および燃料炭をブレンドする生産処理ストリームは、市場仕様を達成するために必要な次のパラメータの一部または全ての最終製品品質を改善し、そのような仕様の不足によるペナルティを最小限に抑え、石炭処理プラントが低品質のストリームを含めることができるようにして、生産量を増加させるか、または鉱山の寿命を延ばす。
【００６４】
典型的には、ブレンドされた石炭製品を必要な仕様に合わせるという目的を達成するには、製品がいくつかの確立されたパラメータを満たしていることを確認する必要がある。灰、および／または水分、および／またはリン、および／または硫黄、および／または炭素、および／または灰中の酸化ナトリウムの含量を減らすことは、廃棄物を減らし、エネルギー効率を改善するための重要な要件である。最終ブレンド製品の発熱量、および／または膨潤、および／または膨張、および／または流動性の指標を増加させることも望ましい。最後に、ブレンドされた製品は、揮発性物質含量、および／または岩石学的組成、および／または粉砕性、および／またはコークス強度反応性の目標を達成する必要がある。
【００６５】
本発明の特定の実施形態によれば、本発明のプロセスおよび方法は、サプライチェーン内の以下の場所のいずれかで行われ得る。
鉱山で
備蓄からの異なる品質の製品の選択的なスタックおよび回収によって、
ベルト上または列車の荷降ろし置き場に、様々な仕様の製品備蓄をブレンドすることによって、
入港時にトラックまたは列車の積荷を受領時に船の到着用に指定された備蓄にブレンドすることにより、港のストックヤードで、
様々な備蓄からの様々な量をブレンドすることによる船の積み込み中、および
トラック、列車、または船で供給される様々な備蓄からブレンドすることにより、顧客のストックヤードで。
【００６６】
本発明の一実施形態では、精製石炭ペレットを石炭粉砕機原料にブレンドすることは、発電または発熱のための蒸気発生プロセス中の燃焼プラント効率の改善およびコスト削減に寄与する。
【００６７】
本発明の製品およびプロセスの結果として明らかになる主な利点は、以下により詳細に示されている。
【００６８】
配送コストの削減
典型的な無煙炭の灰分と水分含量を減らすと、同等の取引石炭よりも約２５％高いエネルギー密度のＰＣＰが得られる。これは、サプライチェーン全体の配送コストを２５％節約することに直接つながる。石炭の取り扱い性は、バルク石炭がシュートおよびバンカーを通って流れる能力、またはコンベヤ間で移動する能力などを表す。流動特性に影響を与える２つの最も重要なパラメータは、自由水分と微粉含量である；どちらの場合も、特に組み合わせて高い値をとると、取り扱いが非常に困難である石炭につながる可能性がある。ひどい場合には、石炭が鉄道貨車または石炭バンカーに詰まる可能性があり、詰まりを取り除くにはかなりの時間と労力が必要である。ＰＣＰは事実上１００％石炭微粉であり、ペレットを形成することによってのみ石炭を効率的に処理することができる。精製石炭ペレットの取り扱い性は、石炭の取り扱い性とは異なる可能性がある。実際、均一なサイズの石炭ペレットは、通常、天然の原料炭よりも優れた流動特性を示すことが期待される。
【００６９】
原料炭を粉砕燃料（ＰＦ）の粒子サイズに粉砕する際の粉砕エネルギーの減少
石炭の粉砕の容易性は、一般にハードグローブ粉砕性指数（ＨＧＩ）として測定される。取引されている石炭のＨＧＩは典型的には４５〜６５の範囲であり、数値が低いほど粉砕が困難な石炭であることを示す。ＰＣＰでの試験では、ＨＧＩ値が６７および７４であることが示されており、これは、粉砕が容易な石炭に相当する。実際、事前にペレット化された石炭の粒度分布は、取引された石炭を粉砕した後に必要なものと類似しているため、電力プラントでＰＣＰまたはＰＣＰを含むブレンドから微粉炭を製造するのに必要なエネルギーは比較的少ないことは明らかである。
【００７０】
粉砕機への入口空気の予熱が少ない
ボイラに送られる前に石炭を乾燥させるために、典型的には、一次燃焼用空気は予熱される。この時点で、石炭中の水分の７０％が蒸発し、水分含量が約３％の粉砕燃料（ＰＦ）になる。これは、ＰＦがパイプラインを通ってボイラに自由に流れるのに十分なほど乾燥している。ミルの入口空気温度は、ミルの設計および石炭の水分に応じて、１５０〜４００℃の範囲で変化する。しかしながら、ＰＣＰの水分含量はすでに非常に低いため、燃料をさらに乾燥させる必要はなく、その結果、それに応じてミルへの吸気温度を下げることができる。南アフリカ、オーストラリア、インドの石炭が石炭を十分に乾燥させるには、１４０〜１８０℃のミル入口温度が必要だが、ＰＣＰ、およびＰＣＰのかなりの割合を占めるブレンドは、はるかに低いミル入口温度を必要とする。１００％ＰＣＰ組成物の場合、わずか７９℃の低い入口温度が必要である。
【００７１】
燃焼効率の向上
石炭の燃焼には２つの段階がある；脱気は急速に発生し（＜０．１秒）、結果として生じるチャーはボイラを通過するときに燃焼するのに数秒かかる。燃焼効率は、石炭の熱容量のどれだけがボイラ内で燃焼されるかを表す。取引された石炭の場合、約１％の未燃炭素効率損失から効率損失がある。より小さな石炭粒子を使用することにより、より速いバーンアウトが得られる。ＰＣＰを燃焼するときのＰＦサイズ分布は、標準的な石炭を燃焼するときに見られるよりもかなり優れている。特定の実施形態では、直径が１５０μｍを超える粒子のパーセンテージは５％未満である可能性が高く、したがって、ＰＣＰおよびＰＣＰ含有ブレンドを燃焼させるときに非常に高い燃焼効率が可能である。
【００７２】
ボイラ効率の向上
電力プラントでのボイラ効率の最大の損失は、煙道ガスで失われる熱であり、煙道ガスは典型的には、約１３０℃でエアヒーターから排出される。ペレットには約２％の水分しかないため、煙道ガスの水分で失われる熱はＰＣＰの方が低くなる。また、灰内で失われる熱は、ＰＣＰの方が標準的な天然炭よりも低くなるが、これは比較的小さな影響である。
【００７３】
スラッギングおよび汚損の低減
溶けた灰の堆積物の堆積はスラッギングとして知られており、ボイラの可用性の損失を引き起こす；それは、高レベルの鉄またはカルシウムを含む石炭に関連している。高硫黄の米国の石炭は、高レベルの鉄も含んでいるため、特にスラグが発生しやすいことが知られている。ＰＣＰは、灰に含まれる鉄、カルシウム、ナトリウムのレベルが非常に低いため、スラッギングのリスクが非常に低くなる。ボイラまたはエアヒーターのバックエンドゾーンでの灰の堆積は、汚損として知られている。米国の高硫黄炭も、ＰＣＰよりも空気加熱器の汚損のリスクが高いことを示す。
【００７４】
腐食の低減
湯沸かし器の壁の腐食は、特に高レベルのアルカリ金属と組み合わされた場合、石炭中の高レベルの塩素に関連している。石炭中の硫黄も腐食のリスクを高めるが、塩素ほどではない。米国の高硫黄炭は、硫黄および塩素の含量が高いため、ボイラ腐食のリスクが最も高くなる。ＰＣＰおよびブレンドを含むＰＣＰでは、製造プロセスによって塩素含量の大部分が除去され、アルカリ金属のレベルもわずかに低下するため、腐食リスクが大幅に低減される。
【００７５】
侵食によるボイラ管の早期故障のリスクの低減
このような侵食は、チューブを通過する研磨灰の流れによって引き起こされる。このリスクは、石炭灰の量および研磨性、および煙道ガスの速度に依存する。インドの石炭には非常に高レベルの研磨灰が含まれているため、これはインドの電力プラントで特に重大な問題であり、固有の石炭を燃焼するインドの電力プラントは典型的には、侵食リスクを管理するために特別に適合させる必要がある。このような侵食のリスクは、ＰＣＰおよびブレンドを含むＰＣＰの石炭灰レベルが低いことによって大幅に減少し、プラントの可用性が大幅に向上する。
【００７６】
炉底灰と粉砕燃料灰の量が少ない
石炭の灰分を減らすと、明らかに、副産物として生成される炉底灰および粉砕燃料灰の量が少なくなる。ＰＣＰおよびブレンドを含むＰＣＰは、本質的に灰の生成が少なくなる。これは、通常セメント製造のために灰を販売するのに十分な地元市場がない電力プラントにとって有益であり、そうでなければ商業的費用を負担し、廃灰を処分する環境問題を引き起こす。
【００７７】
セメント用に販売された灰の炭素含量が少ない
前述のように、電力プラントは可能な限り、処分費用の発生を回避するために外部企業に灰を販売することを目指している。石炭灰の最も一般的な用途は、コンクリート製造におけるセメント代替物質としてである。ヨーロッパでは、ｓｔａｎｄａｒｄ  ＥＮ４５０は、この市場に適格となるために達成しなければならない品質要件を規定している；これらの中で最も重要なのは、「Ｇｒａｄｅ  Ａ」の基準を満たすために、灰中の炭素レベルが５％未満である必要があることである。灰中炭素は、燃焼効率および石炭灰含量の関数である。ＰＣＰおよびブレンドを含むＰＣＰで観察された燃焼効率の改善は、灰中炭素レベルを低くすることができることを意味する。わずかな灰が生成されることも、より大きな経済的価値がある。
【００７８】
排煙脱硫コストの削減
ほとんどの石炭火力電力プラントでの硫黄酸化物の排出制限は、燃焼中に生成されるレベルよりも低いため、排煙脱硫（ＦＧＤ）技術が一般的に導入されている。これの最も一般的な変形は石灰石−石膏ＦＧＤであり、これにより煙道ガスが石灰石（ＣａＣＯ３）スラリーと混合され、石膏（ＣａＳＯ４．２Ｈ２Ｏ）が副産物として生成される。ＰＣＰは硫黄含量が低く、石炭硫黄含量を減らすとＳＯ２排出量に直線的な影響を与えるため、ＦＧＤプロセスに必要な石灰石が少なくなり、試薬への支出が削減される。さらに、ＦＧＤはかなりの量の電力を消費し、かなりのメンテナンス要求があるが、ＰＣＰで動作する場合は両方とも削減される。
【００７９】
二酸化炭素の排出量の削減
ＣＯ２排出量は、燃焼した炭素の量に直接関係しており、絶対単位効率が１％増加すると、ＣＯ２排出量が２．５％削減される（効率が４０％の石炭電力プラントの場合）。ＰＣＰおよびブレンドを含むＰＣＰは、燃料の水分含量が低く、ユニットの運転効率が高いため、ＣＯ２排出量の大幅な削減を提供する。以下の例でモデル化され、図１に示されているドイツの無煙炭電力プラントの場合、ＣＯ２排出量は、米国の高硫黄炭よりもＰＣＰの方が５％少ないと予測されている。この５％の削減のうち、約３．５％は燃料としてのＰＣＰのＣＯ２排出強度が低いことによるものであり、１．５％はプラント効率が高いことによるものである。
【００８０】
補助消費電力の削減
補助電力は、電力プラント内でミル、ファン、ポンプなどの運転に使用される電力である。典型的には、電力プラントで生成された電力の約５〜８％が補助電力として消費されるため、電力網にエクスポートすることはできない。ＰＣＰは、これまでに説明した全ての補助的な利点の直接的な結果として、補助電力消費を大幅に削減できる。特に、ＰＣＰおよびＰＣＰを含むブレンドの事前粉砕状態では、処理能力が低下し、燃料と廃灰の処理要求が低くなる。
【００８１】
一実施形態では、本発明は、部分的に低グレード炭から誘導されるが、内陸および国際貿易のためのコークス化、微粉炭噴射（ＰＣＩ）および燃料炭製品での使用に適したブレンドされた石炭製品を提供する。ブレンドされた石炭製品は、アップグレードされた石炭製品であり、そうでなければ高グレードのみに制限される用途に、別様に不経済なグレードの石炭を使用することができる。このような用途には、冶金用コークスプラント、高炉、石炭火力電力ステーションおよび産業用石炭火力加熱プラントの原料として含まれる。
【００８２】
ターミナル、港、または鉱山の石炭備蓄には、３つの主要な機能がある。
トラック積み込み、船積み、処理プラントの継続的な稼働を保証するために、ブレンドされた原料を十分に確保することによる緩衝。
完成した杭が必要な組成を表すような重量比率で、異なる化学的および／または物理的特性を持ついくつかの原炭原料の統合。
前記杭の全長にわたって各原料を何層にも広げて均質化することで、前記杭の投入物の特性の平均と比較して、杭の断面の化学的または物理的物質特性の違いを最小限に抑える。
【００８３】
典型的な混合操作の３つの例を、図１（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に概略的に示す。
ａ．炭鉱調製プラントでは、いくつかの層（この場合は４つ）からの原炭の備蓄が鉱山Ａに近い調製プラントでブレンドされる。近くに建設されたＰＣＰプラントＡは、鉱山Ａの石炭調製プラントからの現在の廃棄物（増粘剤のアンダーフロー）と尾鉱池（単数又は複数）からの過去の廃棄物をＰＣＰに処理する。ＰＣＰは、トラックホッパーまたはワゴンから移動コンベヤベルトに供給され、石炭調製プラントからの洗浄済み石炭ストリームと合流する（必要な完全な取引仕様を満たしていない可能性がある）；得られたブレンドされた洗浄済みの石炭は、取引仕様を満たす。
ｂ．港のストックヤードで、洗浄済み石炭の備蓄は、いくつかの石炭調製プラント（この場合は港Ｂにある４つ）から道路、鉄道、またははしけで受領され、ブレンドされた備蓄に混合される。ＰＣＰはまた、ＰＣＰプラントから典型的には道路、鉄道、またははしけで港に輸送され、雨水からの水分の取り込みを最小限に抑えるために、できれば屋根付きのホッパー、サイロ、または貯蔵容器に保管される。ＰＣＰは、個々の洗浄済み石炭を層状に積み重ねる従来のスタッカと、輸出用の船に積み込む前のリクレーマを使用して、ブレンドされた備蓄に混合され得る。代替的に、従来のコンベヤブレンドの移動ベルト上で、ＰＣＰがトラックホッパーまたはワゴンからベルトに供給されて前記備蓄から洗浄済み石炭のブレンドと合流する。このようにして、洗浄済み石炭５、６、７および８からのブレンドは、国際貿易仕様を満たすようにアップグレードされ得る。スタッカは石炭またはＰＣＰなどのバルク物質を備蓄に積み上げるが、リクレーマは前記物質を回収するために使用され得る。それらは通常、前記ストックヤードの備蓄の間を鉄道で移動する。
ｃ．電力プラントまたはコークスプラントで、洗浄済み石炭の備蓄は、船からのいくつかの貨物から道路、鉄道またははしけによって、鉄道、道路またははしけ（この場合は電力プラントＣまたはコークス炉Ｄで４つの貨物）によって受領され、ブレンドされた備蓄に混合される。ＰＣＰはまた、道路、鉄道、船またははしけでプラントに輸送され、雨水からの水分の取り込みを最小限に抑えるために、できれば屋根付きのホッパーまたは貯蔵容器に保管される。ＰＣＰは、従来のスタッカおよびリクレーマを使用してブレンドされた備蓄と混合するか、コンベヤベルトブレンドを介して混合してから、ユーティリティボイラＣで燃焼する前に乾燥および粉砕するか、コークス炉Ｄに装入物として充填する。このようにして、洗浄済み石炭からのブレンド９、１０、１１および１２は、前記ユーティリティボイラＣの運転効率またはコークス炉Ｄで製造される前記冶金用コークスの品質を改善するために、最適化されたブレンドを満たすようにアップグレードされ得る。
【００８４】
精製石炭ペレットを石炭調製プラント内、および石炭火力電力プラントと産業用ボイラの両方で他の原料と混合するための好適なブレンド機器は、スタッカ、リクレーマ、フィーダ、およびコンベヤを含む。好適な製造元としては、ThyssenKrupp Robins, Inc., 6400 South Fiddler’s Green Circle, Suite 700,Greewood Village, Colorado 80111-4985, USA、Bedeschi Mid-West Conveyor, 8245 Nieman Road, Lenexa, KS 66214, USA、Feeco Int., 3913 Algoma Road, Green Bay, WI 54311-9707 USA, Nepean, 23 Graham Hill Road, Narellan, NSW 2567 Australia、およびFLSmidth, Vigerslev Alle 77, 2500 Valby, Denmarkが挙げられる。
【００８５】
本発明のさらなる実施形態では、第１の天然石炭源に由来する第１のＰＣＰを、前記第１の天然石炭源とは異なる第２の天然石炭源に由来する少なくとも第２のＰＣＰと組み合わせて含むブレンドされた製品が提供される。任意選択的に、少なくとも前記第１の天然石炭源は、低グレード炭を含む。好適には、前記第２の天然石炭源は、前記第１の天然石炭源と比較してより高いグレードの石炭を含む。代替的な実施形態では、前記第１および第２の天然石炭源の両方が低グレード石炭源である。典型的には、前記第１および／または第２の天然石炭源は、池の尾鉱または処理プラントの増粘剤のアンダーフローに存在するものなどの廃石炭微粉を含む。
【００８６】
本発明はさらに、灰分、灰中炭素含量、硫黄含量、及び石炭原料中の塩素含量からなる群のうちの１つ以上を削減するための添加剤としてのＰＣＰの使用を提供する。
【００８７】
本発明はさらに、石炭原料における燃焼効率を高めるための添加剤としてのＰＣＰの使用を提供する。
【００８８】
本発明の実施形態では、微粉化されたＰＣＰを調製するためのプロセスが提供される。図４に示されているように、原料出発物質（１０）が１つ以上の微細粉砕段階（２０）に供されるプロセスが提供される。出発物質（１０）は、典型的には、低グレード物質、廃棄物、生産アンダーフローなどの残留石炭廃棄物から選択される。出発物質（１０）は潜在的に高い価値のある炭化水素系物質を含むが、それはかなりの量の灰、硫黄および水を含み得、従来の目的のためにそれを限定的に使用する。１つ以上の微細粉砕段階（２０）は、高度に不均一な出発物質（１０）を、典型的には最大でも約１００μｍのｄ１００を有する細かく粉砕された製品に変換する。細かく粉砕された製品は、灰を構成する親水性鉱物物質から石炭内の疎水性炭化水素系物質を選別するために使用される少なくとも１つのフロス浮選工程（３０）に供される。前記炭化水素系物質から灰を分離した後、前記フロスの中に含まれる前記精製微粉石炭物質は、水で徹底的に洗浄される（４０）。得られた前記精製石炭製品物質は、機械的、熱的、および／または回転乾燥技術（５０）を含み得る１つ以上のプロセスを使用して脱水される（５０）。含水量を１０％ｍ未満に低減することが好ましく、任意選択的に５％ｍ未満を得ることができ、典型的には２％ｍ未満の含水量が本発明の実施形態に従って達成される。微粒子化された精製石炭製品（６０）は、粉末状態に維持され得るか、またはそれがペレット化またはブリケット形成を促進する結合剤と組み合わされる追加の処理に供され得る。代替的に、前記精製石炭製品（６０）は、貯蔵または他の場所にポンプ輸送され得るスラリーを形成するために、精製されたまたは精製されていない油（例えば、残さ燃料油、ディーゼルまたは原油）などの液体炭化水素と組み合わされ得る。
【００８９】
本発明の実施形態によるプロセスは、図５に示され、複数の石炭微細粉砕工程（２０、２１）、ならびに複数のフロス洗浄（４０、４１）および脱水（５０、５１）工程を提供し、希望する仕様を満たす精製石炭製品を製造する。図５に示される実施形態では、石炭粉砕段階（２０、２１）は、最大でも約１００μｍのｄ１００を有する製品を得るための第１の通過粉砕、続いて約５μｍのｄ８０を有するより微細な製品を得るための第２の粉砕段階を含み、これは浮選工程（３０）に渡される。脱水工程（５０、５１）の前に前記フロスを広範囲に洗浄するために（４０、４１）、複数の量の水が利用される。メンブレンフィルタプレスと遠心乾燥またはサイクロン乾燥、および熱処理の組み合わせにより、本発明の実施形態の微粒子化精製石炭製品に特徴的な必要な低含水量閾値を満たすために好適な脱水を行うことができる（６０）。
【００９０】
本発明は、次の非限定的な実施例によってさらに例示される。
【実施例】
【００９１】
石炭微粉の脱塩および脱水は、超微粉および微粉粒子用に特別に設計されたフロス浮選分離と、機械的および熱的脱水技術の組み合わせによって達成され得る。
【００９２】
全ての実施例において、石炭代替製品として使用される前記精製石炭ペレットは、いくつかのプロセス段階で調製される。
貯水池、尾鉱池または生産尾鉱のアンダーフローに由来する石炭廃棄物スラリー、例えばクイーンズランド州中揮発性歴青炭Ａの代表的な試料が採取される。
【００９３】
粒子サイズの縮小
次いで、サンプリングされた物質は、ｄ８０＝３０〜５０ミクロン（または一部の石炭ではより細かい）の粒子サイズに縮小され、５〜８％の目標灰分への効率的な分離を実現する。これを達成するために、原料を水で希釈して固形分を２０〜４０％の範囲にし、原料の上部サイズに応じてボールミルまたはビーズミルで粉砕する。製品は約１００ミクロンのサイズ範囲でスクリーニングされる。状況によっては、エネルギー使用を最適化するために、分散剤添加剤（例えば、Borregaard, 1701 Sarpsborg, Norwayによって製造されたBorresperse、UltrazineおよびVanisperseなどのリグニンベースの分散剤）が含まれる。好適な機器は、Metso Corporation, Fabianinkatu 9 A, PO Box 1220, FI-00130 Helsinki, FIN-00101, Finland, Glencore Technology Pty. Ltd., Level 10, 160 Ann St, Brisbane QLD 4000, Australia,およびFLSmidth, Vigerslev Alle 77, 2500 Valby, Denmarkによって製造されている。
【００９４】
灰の除去
典型的には、灰分を目標レベルまで下げるために、浮選の１つの段階（１つのより粗い工程およびいくつかのよりクリーンな工程）が実行される。鉱物が主にサブ１０ミクロンサイズの領域内に拡散する一部の石炭では、さらに粉砕した後、複数の浮選段階が必要になり得る。
【００９５】
精製石炭は、貯水池、尾鉱池、および貯水池と尾鉱池に向けられた生産アンダーフローからの様々な石炭廃棄物原料から製造されてきた。これらは、石炭紀、ペルム紀、白亜紀の地質年代の米国、オーストラリア、南アフリカ、インドの石炭と、低揮発性歴青炭から亜歴青炭までの石炭ランクを含む、表１参照。灰分が２４％ｍ〜７０％ｍの範囲の原料を使用し、約３０μｍの粒子サイズ（ｄ８０）に粉砕した後、洗浄段階を経ると、灰分が大幅に少なくなり、５〜１０％ｍ程度の製品もあるが、ほとんどの場合１０〜３０％ｍの灰分になる。約１０μｍの粒子サイズ（ｄ８０）への２回目の粉砕とそれに続く洗浄段階により、０．６％ｍ〜１０．２％ｍの範囲の灰分を含む製品が得られ、その多くは低灰分ブレンドフィードとして使用するのに十分な灰分が含まれていない。最後に、約５μｍの粒子サイズ（ｄ８０）への３回目の粉砕とそれに続く洗浄段階により、０．７％ｍ〜３．１％ｍの非常に低い範囲の灰分を含む精製製品が得られる。
【００９６】
場合によっては、灰分が４．２％ｍ〜１０．２％ｍの範囲の処理済み石炭も同じ方法で精製されている。得られた製品の灰分は、ステージ１で１．２％ｍ〜６．２％ｍ、ステージ２で０．６％ｍ〜３．７％ｍ、ステージ３で０．２％ｍ〜２．８％ｍであった。
【００９７】
表１は、様々なランク、地理的起源、地質年代および供給源タイプの様々な石炭について、ステージ１、ステージ２およびステージ３のフロス浮選原料および洗浄済み製品の特性を示す。行１２および行１７の例などの亜歴青炭は、歴青炭よりも疎水性が低く、フロス浮選による親水性成分および疎水性成分の分離の有効性が低下する。フロス浮選での回収および分離は、典型的には、低グレード炭では非常に貧弱であるため、亜歴青炭から灰分が２．３％ｍと低い、適度でありながら有意な収率（３２〜４７％ｍ）の製品を得ることに成功したことは驚くべきことであった。
【表１】
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【００９８】
石炭スラリーは、典型的には５〜２０％ｍの範囲の固形分に水でさらに希釈され、タンクに収集され、泡立て剤（例えば、メチルイソブチルカルビノールおよび松根油）および捕集材（例えば、ディーゼル燃料または他の炭化水油、およびNasaco International Co., Petite Rue 3, 1304 Cossonay, SwitzerlandからのNasmin AP7））として知られる浮選剤は、制御された線量率を使用して添加される。微粒子セパレータ（例えば、FLSmidth, Vigerslev Alle 77, 2500 Valby, Denmark, Metso Corporation, Fabianinkatu 9 A, PO Box 1220, FI-00130 Helsinki, Finland,およびGTEK Mineral Technologies Co. Ltd.によって製造された浮遊試験機）が充填された密閉された空気圧縮機からのプロセス水およびろ過された空気を使用して、親水性鉱物物質から疎水性炭素物質を選別する。炭化水素粒子を含むフロスがタンクから溢れ出し、このフロスは開いた上部の側溝に集められる。鉱物パルプは排出されるまで分離タンクに保持されるが、脱塩された石炭スラリーは、ペレット化工程にポンプで送られる前に脱気される。
【００９９】
硫黄の除去
表１は、試験した一連の試料の硫黄除去に対するプロセスの影響も示す。硫黄は、石炭中に鉱物黄鉄鉱、鉱物硫酸塩および有機結合硫黄（例えば、天然有機硫黄）として含まれている。結果は、原料および第３段階の製品の総硫黄（Ｓｔ）と有機硫黄（Ｓｏ）について示されている。さらに、全硫黄および有機硫黄含量（Ｓｔ−Ｓｏ）の差、つまり鉱物硫黄成分が計算されている。本プロセスは、無機硫黄のみを除去し、有機硫黄は除去しない。ミネラル硫黄成分が第３段階の製品でどれほど低く、ほとんどが０．０３〜０．１０％ｍの範囲内にあるかは注目に値するが、０．４４％ｍまではより高い値も得られる。（Ｓｔ−Ｓｏ）の値が高いほど、サブミクロンの鉱物ドメインが大量に含まれている試料を表す。対照的に、アンダーフロー、貯水池、尾鉱池の原料の原料ミネラル硫黄含量（Ｓｔ−Ｓｏ）値は、ほとんどの製品の値よりもはるかに高く、多くの場合０．９％ｍを超えている。
【０１００】
脱水
次いで、フロス浮選からの濃縮物をフィルタプレスまたはチューブプレスで実際の粒子サイズに応じて２０〜５０％ｍの目標範囲まで脱水し、押出機用の原料を生成するために、圧力または真空下で、時にはエアブローを使用して、機械的手段によって水を除去する。好適なフィルタプレス機器は、Metso, FI-00130 Helsinki, Finland, FLSmidth, Valby, Denmark,およびOutotec. Rauhalanpuisto 9, 02230 Espoo, Finlandによって製造されている。
【０１０１】
場合によっては、凝集剤（または増粘剤、例えば、NalcoChampion, 1 Ecolab Place, St. Paul, MN 55102-2233, USAによって製造されたアニオンポリアクリルアミド添加剤）を添加して、沈降特性およびアンダーフロー密度を最適化する。手順を最適化するために、沈降試験を実施して沈降速度を測定し、沈降曲線を生成して、アンダーフロー密度を時間とともに追跡する。
【０１０２】
ろ過速度および結果として生じるケーキの水分によっては、ろ過も必要になり得る。手順原料の固形分％（増粘／非増粘）を最適化するために、原料の粘度、ｐＨ、ろ過圧力を測定する。ケーキの排出およびブラインド性能を評価した後、ろ布を選択する。好適なろ布は、Clear Edge Filtration, 11607 E 43rd Street North, Tulsa, Oklahoma 74116 USAによって製造されている。
【０１０３】
状況によっては、デカンター遠心分離機をプロセス設計に組み込んで、フィルタプレスの前に固形分を濃縮することができる。好適な機器は、Alfa Laval Corporate AB, Rudeboksvagen 1, SE-226 55 Lund, Swedenによって製造されている。
【０１０４】
追加処理
精製石炭製品は、例えば、製品が液体油に混合されて固体−液体ブレンドを形成する場合に、微粒子化された粒子形態で利用され得る。
【０１０５】
ペレットまたはブリケットを製造するためのさらなる処理が必要な場合は、押出機を使用して微粉炭のウェットケーキを固体形状の物品に圧縮し、機械的完全性を提供する。好適なペレット化押出機器は、Erich NETZSCHGmbH & Co. Holding KG, Gebruder-Netzsch-Straβe 19, 95100 Selb, Germany, およびBonnot Co., 1301 Home Avenue, Akron, Ohio 44310, USAによって製造されている。
【０１０６】
微粉石炭ウェットケーキは、有機バインダ添加剤（デンプン、ポリビニルアセテート粉末、モラセス、アラビアガム、リグノスルホン酸塩、カルナウバワックス、グアーガムなど）の有無にかかわらず押出機に供給され、ペレット化を最適化するためにウェットケーキと混合される。混合物は、典型的には、ペレットの直径を決定するいくつかの円形または菱形の穴を含むダイを通して圧力下で強制される。ペレットの長さは、簡単な切断デバイスによって制御される。
【０１０７】
代替的に、ピンミキサまたはディスクペレタイザを使用して、石炭凝集体を形成することができる。好適な凝集機器は、Feeco Int., 3913 Algoma Road, Green Bay, WI 54311-9707 USAによって製造されている。
【０１０８】
微粉石炭ウェットケーキは、有機バインダの有無にかかわらず、ピンミキサに供給される。ロッドまたはピンで固定された単一のロータシャフトによって作製された高速回転動作は、成分を完全に混合し、物質がミキサの長さを移動するにつれて凝集体を形成し始める。
【０１０９】
微粉石炭ウェットケーキは、有機バインダの有無にかかわらずディスクペレタイザに供給され、ディスクペレタイザは、材料を回転ディスク上に転がし、有機結合剤および原料を連続的に添加する。湿った微粉は、粘着性になり、物質が転がるにつれて追加の微粉を拾う。ペレットが合体して目的のサイズに達すると、均一で丸いペレットが遠心力によって回転ディスクから出る。
【０１１０】
代替的に、ロールタイプのブリケットマシンを使用して、ウェットケーキを成形ブリケットに圧縮することができる。好適なブリケッティング機器は、K.R. Komarek Inc., 548 Clayton Ct., Wood Dale, IL 60191, USAによって製造されている。
【０１１１】
微粉石炭ウェットケーキは、ロール間を通過する物質の質量を制御する単純な重力タイプのフィーダ、スクリューまたはオーガータイプのフィーダを介して、有機バインダの有無にかかわらず供給される。ウェットケーキは、反対方向に回転する２つのロールの間に油圧を加えることによって圧搾され、典型的には、一方のロールは固定され、もう一方は移動可能だが、油圧シリンダーによって拘束される。ロールの表面に切り込まれた空洞またはくぼみは、ブリケットを形成する。
【０１１２】
代替的に、圧縮成形ブリケット機を使用して、ウェットケーキを成形ブリケットに圧縮することができる。好適なブリケッティング機器は、Ruf Maschinenbau GmbH & Co. KG, Hausener Str. 101, 86874 Zaisertshofen, Germanyによって製造されている。
【０１１３】
微粉石炭ウェットケーキは、有機バインダの有無にかかわらずブリケッティングマシンのホッパーにロードされ、搬送スクリューによってプリチャージチャンバーに輸送される。プレスラムは物質を型に圧縮し、ブリケットを最終的な形状と密度に成形する。往復する型が横に動き、次のブリケットが形成されるときにブリケットが排出される。
【０１１４】
乾燥
次いで、ＰＣＰ製品または脱灰石炭ペレット（石炭凝集体または石炭ブリケット）を熱乾燥して、水を５％ｍ未満に減らし、それらをベルトペレットドライヤーに運び、そこで酸素を奪われた高温プロセス空気が微微粉石炭ペレットに直接吹き付けられる。好適な機器は、STELA Laxhuber GmbH,Ottingerstr.2, D-84323 Massing, GermanyまたはGEA Group Aktiengesellschaft, Peter-Muller-Str.12, 40468 Dusseldorf, Germany)によって製造されている。
【０１１５】
ペレット／ブリケット（ＰＣＰ）は、耐衝撃性、耐摩耗性、耐破砕性、耐水性など、いくつかの標準試験を通じてマテリアルハンドリング特性の観点から評価される。
【０１１６】
実施例１−押し出しによる精製石炭ペレットの調製
米国の中揮発性歴青炭を処理する調製プラントからのアンダーフローリジェクトストリームから採取した灰分５２．６％ｍの試料をボールミルで粉砕して、ｄ８０  ３６μｍ（すなわち、粒子の８０％が直径３６μｍ未満である）の粉砕サイズを達成し、１００μｍでスクリーニングされた。これは、泡立て剤として数滴のＭＩＢＣを備えたフロス浮選装置で処理された。有機石炭粒子を含むフロスを収集し、脱気し、水分５０％および６０％に脱水した；得られた灰分は７．６％ｍであった。
【０１１７】
グアーガムをバインダとして使用し、１．６、４．０、１番目の７．５％ｗ／ｗの比率で、超微粉石炭をブレンドして、約５００，０００センチポアズの目標粘度のスラリーを形成し、次いでＮｅｔｚｓｃｈ製の押出機を使用してペレットに形成した。ペレットは直径１０〜２５ｍｍの範囲で、長さは最大５０ｍｍであった。原料スラリー固形分は４０〜７０％ｗ／ｗの範囲であった。次いで、ペレットを６０〜７０℃のオーブンで乾燥させた。
【０１１８】
ペレットの評価は、耐衝撃性および耐水性の試験で実施された。
耐衝撃性は、ＡＳＴＭ  Ｄ４４０標準試験方法の石炭落下物試験方法の変形を使用して、ペレットの破片を測定する前に、高さ２ｍから鋼板にペレットを２回落下させて測定した。十分な試料が入手できなかったため、ＡＳＴＭ  ４４０が推奨する２３ｋｇよりもはるかに小さい試料サイズが試験された。ペレットは２回試験された。収集されたフラグメントは、Zeiss Discovery.V8実体顕微鏡で検査され、Zeiss AxioVisionソフトウェアを使用してサイズが測定された。各ペレットは２０〜３０個のフラグメントに分割され、フラグメントの直径は２〜１９ｍｍの範囲であった。フラグメントのフェレット最小直径を測定し、様々なグアーガム濃度で調製したＰＣＰペレットからフラグメントのふるい粒子分布をシミュレートするために、ＡＳＴＭ  Ｄ４４０で指定されたふるいサイズを表すフェレット最小直径を選択し、これは図２（ａ）に示される。
耐水性は、ペレットを最大１時間水中に沈め、ペレットの質量増加を測定し、ペレットの完全性を１０分ごとに確認することで評価した。ペレットを乾燥させた後、グアーガムの各濃度で１回の試験を実施した。図２（ｂ）は、様々なグアーガム濃度でのＰＣＰペレットの吸水結果を示す。
耐水性指数が計算された（例えば、Richards, S.R., Physical testing of Fuel Briquettes, Fuel Processing Technology, 25 (1990) 89-100を参照）：−
ＷＲＩ＝１００−３０分後の水分増加の質量％。
１．６、４．０、７．５の濃度で４７％ｍ、６３％ｍ、６１％ｍのＷＲＩ値が得られた。
【０１１９】
実施例２−廃棄物由来のＰＣＰと低グレードの天然原料とのブレンド
冶金用原料炭を酸素欠乏環境で加熱して、高炉で鉄鉱石を製錬する際の還元剤として使用するのに十分な強度および反応性のコークスを製造する。特別な特性が必要であり、オーストラリアのハードコーキング石炭の取引仕様を以下の表２（列１）に示す。原料炭は高品質の燃料炭の約２倍の価値がある。さらに、原料炭は世界的に不足している。
【０１２０】
表２は、オーストラリアのクイーンズランド州からの中揮発性歴青炭Ａの採掘中に得られた廃棄物の２つの試料をアップグレードした後に生成された精製石炭製品（ＰＣＰ）の特性も示す：一方は、尾鉱池から、他方は、石炭処理プラントの増粘剤アンダーフロー廃棄物ストリームから採取された。増粘剤は、固形物を水から沈殿させることによって石炭廃棄物の流れを脱水するために使用される大きな円形タンクである。増粘されたスラリーはタンクの底から汲み出され、結果として生じる増粘剤のアンダーフローは、尾鉱池または貯水池または他の手段に汲み上げることによって処分される。
【表２】
2022502546.tif 000004
【０１２１】
廃棄物の流れ自体の特性を表２（列３および５）に示し、この鉱山からの典型的な天然石炭製品（列２）も示している。
【０１２２】
上記のようにＰＣＰを製造することにより、ＰＣＰが由来する天然炭よりも大幅に高い品質仕様を達成することが可能である。この場合、池の尾鉱（列４）および増粘剤のアンダーフロー（列６）からのＰＣＰの灰分、硫黄分、水分含量はそれぞれ４．２〜５．５％ｍ、０．５％ｍ、２％ｍであり、灰分、硫黄分、水分含量と比べて遜色なく、典型的な生産用石炭Ａの含量はそれぞれ９．７％ｍ、０．６％ｍ、９．５％ｍである（列２）。そのようなＰＣＰは、ギーゼラー流動性（熱可塑性の尺度）を除くオーストラリアのハードコーキング石炭の全ての仕様を満たしているため、典型的な製品炭Ａと同じ方法で取引できる。したがって、増粘剤のアンダーフローおよび／または池の尾鉱をＰＣＰに処理することにより、このサイトからの高価値の原料炭Ａの生産は、石炭抽出の効率の向上によって大幅に増加させることができる。
【０１２３】
製品炭Ｂ（列７）は、灰分、硫黄分、リン分、水分含量など、いくつかのパラメータについてオーストラリアのハードコーキング石炭（列１）の必要な仕様を超えている。石炭Ｂが、池の尾鉱（列８）または増粘剤のアンダーフロー（列９）から製造されたＰＣＰと質量で均等に（１：１）ブレンドされる場合−石炭代替製品（ＣＲＰ）と呼ばれる−結果として得られるブレンドの全ての仕様パラメータがオーストラリアのハードコーキング石炭の仕様（列１）を満たす。
【０１２４】
実施例３
精製石炭ペレットは、これまで経済的に利用できなかった、灰分が多い劣質多層石炭からも製造され得る。そのような石炭の例は、オーストラリアのクイーンズランド州のボーエン盆地全体で４００〜４５０メートル（総厚）のシーケンスを形成する二畳紀後期のフォートクーパー石炭層（ＦＣＣＭ）である。ＦＣＣＭは、鉱物の凝灰岩および炭素質泥岩が挟まれた石炭層で構成され、上部のバーングローブ層、下部のフェアヒル層およびブラックアレイ頁岩を含む一連の中間メイン層に細分される（Ayaz, S.A., Rodrigues, S., Golding, S.D., Esterle, J.S., Compositional variation and palaeoenvironment of the volcanolithic Fort Cooper Coal Measures, Bowen Basin, Australia, International Journal of Coal Geology(2016), doi:10.1016/j.coal.2016.04.）。これらは高ビトリナイトを含む厚い層であり、典型的には体積で７０％を超え、原料炭生産鉱山と同じ地質学的順序と場所で発生し（Permana, A.K., Ward C.R. and Gurba, L.W., Maceral Characteristics and Vitrinite Reflectance Variation of The High Rank Coals, South Walker Creek, Bowen Basin, Australia, Indonesian Journal of Geology, Vol.8 No.2 June 2013:63-74, http://oaji.net/articles/2014/1150-1408500933.pdf）、それにもかかわらず、灰分が４０〜６０％ｍの範囲で非常に高いため、従来の石炭調製方法を使用して処理するのは不経済である。
【０１２５】
オーストラリアのクイーンズランド州でのＦＣＣＭ測定から得られた原料試料を１．７ｍｍのサイズでスクリーニングし、１．７ｍｍのスクリーンを通過するまで特大サイズを粉砕し、１．７ｍｍ未満の試料を組み合わせてブレンドし、サブサンプルに分割した。灰分が６０．６％ｍ乾燥ベースのサブサンプルを粉砕し、フロートセル内で、ｄ８０＝〜４０μｍ（試験１Ａ）、ｄ８０＝〜１５μｍ（試験１Ｂ）、ｄ８０＝〜１０μｍ（試験１Ｃ）、ｄ８０＝〜５μｍ（試験１Ｄ）の連続粒子サイズでの粉砕および希釈洗浄のいくつかの段階によって分離された。結果は、以下の表に示される。灰分が７５．４％ｍ乾燥ベースの第２の試料を同様に処理し、ｄ８０＝〜３０μｍ（試験２Ａ）、ｄ８０＝〜６μｍ（試験２Ｂ）、ｄ８０＝〜５μｍ（試験２Ｃ）の連続粒子サイズで洗浄した。
【０１２６】
したがって、灰分が５％ｍ未満の精製石炭は、中程度（第１の試料）および非常に高い（第２の試料）石炭収率で調製されている。１１および１５μｍのｄ８０値で、灰分が約８％ｍの前記第１の試料で、より高い収率が得られた。そのような試料は硫黄含量が低く（０．５５〜０．７９％ｍ）、顕著な膨潤特性を示す（ＣＳＮ  ４〜６）。
【表３】
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【０１２７】
乾燥ベースで４９．２％ｍの灰分を含むジャールカンド州のインド二畳紀の石炭の試料を同様に処理し、ｄ８０＝〜２０μｍ（試験３Ａ）、ｄ８０＝〜１０μｍ（試験３Ｂ）、ｄ８０＝〜５μｍ（試験３Ｃ）の連続粒子サイズで洗浄した。高い（＞８０％ｍ）石炭収率は、灰分がわずか９％ｍのｄ８０＝〜１０μｍと、灰分が５％未満のｄ８０＝〜５μｍの両方で得られた。
【表４】
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【０１２８】
ビトリナイトのランダム反射率の値は、両方の石炭が原料炭の範囲に近い高揮発性歴青炭であることを示す。
【０１２９】
Ａ．微粉炭噴射（ＰＣＩ）−ＰＣＰの混合ブレンド
微粉炭噴射（ＰＣＩ）は、高炉に補助炭素源を提供して金属鉄の生産をスピードアップし、コークス生産の必要性を減らす。その結果、エネルギーの使用および排出を削減できる。そのような石炭には、特別な特性要件と高い価値がある：典型的には、高品質の燃料炭よりも約５０％多くなる。
【０１３０】
以下の表５は、サウスウェールズの廃棄物チップからの半無煙炭（石炭Ｃ）および米国の貯水池からの低揮発性歴青炭（石炭Ｄ）をアップグレードした後に生成されたＰＣＰの特性を示す。
【表５】
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【０１３１】
廃棄物の流れ自体の特性（列２および４）、各廃棄物からのアップグレードされたＰＣＰ石炭代替製品（列３および４）、および典型的なＰＣＩ取引仕様の実施例（列１）が示されている。結果として得られるＰＣＰは、サウスウェールズの石炭の硫黄およびリンの含量がＰＣＩで使用するにはわずかに高すぎ、どちらのＰＣＰも最適な揮発性物質の範囲に適合しないことを除いて、必要なＰＣＩ仕様に近い特性を備えている。２つのＰＣＰを質量で等しく（１：１）混合することにより（列６）、結果として得られるブレンド特性は全てＰＣＩ仕様（列１）を満たす。その結果、石炭廃棄物は、燃料炭として利用できる品質（表４）だけでなく、様々な石炭ランクおよび品質の供給源からブレンドすることにより、より価値の高いＰＣＩ石炭製品にアップグレードされた。
【０１３２】
Ｂ．燃料炭
燃料炭は主に発電に使用され、地域で合意された仕様に従って国際的に取引されている。そのようなオーストラリアの２つの取引仕様、１つは日本（列１）、もう１つは中国（列２）は、以下の表６に示される。中国の燃料炭は、典型的には、中国よりも１トンあたり約２０米ドル安く取引されており、その低価格は、灰分および発熱量に対する品質要件の低さを反映している。
【表６】
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【０１３３】
表６は、石炭処理プラントの増粘剤アンダーフロー廃棄物ストリーム（列５）から採取された、オーストラリアのニューサウスウェールズ州から高揮発性歴青炭をアップグレードした後に製造されたＰＣＰ石炭代替製品の特性を示す。この鉱山からの廃棄物の流れ（列４）および典型的な製品（列３）の特性も示されている。典型的な製品である石炭ＥおよびアップグレードされたＰＣＰはどちらも、日本と中国のオーストラリアの仕様を満たしている。したがって、増粘剤のアンダーフロー廃棄物をＰＣＰに処理することにより、このサイトからの石炭Ｅの生産を、石炭抽出の効率を高めることによって増加させることができる。
【０１３４】
このサイトの別の石炭層である石炭Ｆを処理した後、日本または中国のオーストラリア仕様で要求される品質よりも品質が低くなる：灰分、水分、硫黄の含量の不足、および発熱量が得られる（列６）。処理された石炭Ｆが廃石炭Ｅ増粘剤アンダーフローから製造されたＰＣＰと質量で均等に（１：１）ブレンドされる場合（列７）、結果として得られるブレンドの全ての仕様パラメータは、日本と中国の両方のオーストラリア仕様を満たす。したがって、ＰＣＰへの増粘剤のアンダーフローを処理することにより、このサイトからの国際的に取引可能な石炭の生産を、それ自体で劣質の追加の石炭層を含めることによって増加させることができる。
【０１３５】
実施例４
米国の北アパラチア燃料炭の取引仕様は、以下の表７（列１）に示されている。
【０１３６】
表７は、米国ケンタッキー州の高揮発性歴青炭を石炭貯水池から採取した石炭Ｇにアップグレードした後に製造されたＰＣＰ石炭代替製品の特性も示す（列４）。この採掘地域からの廃棄物の流れ（列３）および典型的な製品（列２）の特性も示されている。典型的な製品炭およびアップグレードされたＰＣＰは、現在、米国の北アパラチアの燃料炭の仕様の両方を満たしている。したがって、ＰＣＰの貯水池に貯蔵されている石炭廃棄物を処理することにより、取引される燃料炭としての使用に適した製品を製造することができる。
【表７】
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【０１３７】
処理後、別の採掘現場からの石炭（石炭Ｈ）は、米国の北アパラチアの燃料炭仕様で要求される品質よりも品質が低くなる：灰分、水分、揮発性物質、硫黄含量の不足、および発熱量（列５）が得られる。石炭Ｈが石炭Ｇ貯水池から製造されたＰＣＰと質量で均等に（１：１）ブレンドされる場合（列６）、結果として得られるブレンドの全ての仕様パラメータは、米国の北アパラチアの燃料炭仕様を満たす。したがって、石炭貯水廃棄物からのＰＣＰを混合することにより、それ自体で劣質の石炭を国際的に取引可能な石炭基準にアップグレードすることができる。
【０１３８】
実施例５
精製石炭ペレットを発電用の石炭粉砕機原料にブレンドする
大規模な石炭火力電力プラントは複雑であるため、運転経験に基づいて燃料品質の変化が技術的および経済的に与える影響を評価するためのコンピューターモデルが開発された。そのようなモデルの１つは、Uniper Technologies(www.uniper.energy-Uniper SE, Dusseldorf, Germany)によって開発された燃料評価ツールであり、ここで説明する精製石炭製品ペレット（ＰＣＰ）の利点を定量的に評価するために使用されている。燃料の購入と配送、効率、メンテナンスおよび可用性、排出量、試薬および副産物への影響を含むプラント内の利用を含む、発電プロセス全体がモデル化される。燃料評価ツールは、燃料品質の変化に起因する典型的な最新の電力プラントの性能への影響を説明することができる。
【０１３９】
精製石炭代替製品（灰分４．３％、水分２．０％、揮発性物質３５．８％、総発熱量３３．２ＭＪ／ｋｇ、総硫黄０．８％、塩素０．０５％−全て受領時基準）は、様々な地域に典型的な４つの電力プラント構成、すなわち米国、ドイツ、インドの２つについて評価され、米国（イリノイ、アパラチアン、パウダーリバー盆地）、コロンビア、ロシア、南アフリカ、インドネシアおよびインドからのさまざまな一般的に取引されている石炭原料と比較され、；各電力プラントの構成は約２００のユーザー入力で記述され、各電力プラントの最も重要なパラメータを表８に示す。
【表８】
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【０１４０】
総電力プラント（ユニット）効率は、主に前述の３つの要因、ボイラ効率、補助電力需要および蒸気温度（タービン効率）によって決定される。ＰＣＰは、ボイラ効率および補助電力需要の両方に有益な影響を及ぼし、これにより、ペレットを燃焼させる際のユニット効率が高くなることが示されている。図３は、ドイツの無煙炭電力プラントの計算された効率を示す（ＮＣＶユニットの効率が示される）。コロンビア、ロシア、米国の高硫黄および南アフリカの石炭と比較してユニット効率が大幅に向上しているため、発電量１ＭＷｈあたりの石炭消費量が直接削減される。これは、全体の発電プロセスを通じてコスト削減とＣＯ２削減を実現する。
【０１４１】
石炭の品質を改善することで、プラントのメンテナンス要件も軽減される。ＰＣＰおよびブレンドを含むＰＣＰは一貫した高品質の燃料であるため、単位発電あたりに必要な石炭のトン数が少なくなるため、石炭プラントおよび製粉システム内の損耗が大幅に改善される。また、一部の石炭が岩または金属などの混入物で汚染されていることもかなり一般的である。これらの混入物は、特に工場内での摩耗率に不釣り合いな影響を与える可能性がある。処理する必要のある試薬および副産物のトンが少ない排煙脱硫プラントでも、運用およびメンテナンスの節約が期待される。同様に、ＰＣＰの灰処理のコストは大幅に削減され、例えば、電力プラントからエンドユーザーまたは処分場に灰を移動する大型トラックの数が大幅に削減される。
【０１４２】
ユニットの可用性とは、必要に応じてグリッドに電力を供給する能力を指す。プラントで問題が発生した場合、修理のためにユニットを完全にシャットダウンする必要があるか（「強制停止」）またはユニットは動作を継続するが、出力は低下する（「強制ディレーティング」）。どちらの場合も可用性の喪失を表しており、電力を売ってお金を稼ぐ機会が失われるため、通常、これに関連するコストが発生する。燃料評価ツールを使用して実行された４つの研究では、関係する電力プラントの可用性の損失につながる多くの主要な技術的問題が浮き彫りになった。ＰＣＰは、強制ディレーティングおよび強制停止の発生率を低下させると予想される。ユニットの可用性が向上すると予想されるプラントエリアは、ミル、ボイラ（腐食、侵食、スートブロワーの侵食などによる下部チューブの故障）、灰処理プラント、およびＦＧＤプラントである。
【０１４３】
本発明の特定の実施形態を本明細書において詳細に開示してきたが、これは例として、かつ例示のみを目的として行われたものである。前述の実施形態は、本発明の範囲に関して限定することを意図するものではない。本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明に対して様々な置換、変更、および修正を行うことができることが本発明者によって企図される。
【図１Ａ】
2022502546.tif 000011
【図１Ｂ】
2022502546.tif 000012
【図１Ｃ】
2022502546.tif 000013
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
2022502546.tif 000015
【図３】
2022502546.tif 000016
【図４】
2022502546.tif 000017
【図５】
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【国際調査報告】
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