(57)【要約】  可搬性可燃性気体浮遊物は、キャリアガス内に浮遊している固形燃料粒子を含有する。固形燃料粒子は、輸送中に浮遊している状態を維持するために十分に小さな粒子サイズを有する。キャリアガスには、反応性気体と不活性気体とが含まれる。固形燃料粒子には、石炭由来の固形炭素質物質が含まれる。固形燃料粒子の別例には、バイオマス、精製されたバイオ製品、および可燃性ポリマー粒子が含まれる。可燃性気体浮遊物は、従来の気体状炭化水素燃料に匹敵する大気圧におけるエネルギー密度を有するように調整することができる。気体状可燃性燃料は、２〜１００ａｔｍ（２０３〜１０１３２ｋＰａ）の範囲の圧力に加圧することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリアガスと、
前記キャリアガス内に浮遊している固形燃料粒子と、からなる可搬性可燃性気体浮遊物であって、
前記固形燃料粒子は、４０μｍ未満の粒子サイズを有する、可搬性可燃性気体浮遊物。
【請求項２】
前記キャリアガスは、空気、酸素、およびそれらの混合物から選択される、請求項１に記載の可搬性可燃性気体浮遊物。
【請求項３】
前記固形燃料粒子は、２７８０Ｋｃａｌ／ｋｇ（５０００ＢＴＵ／Ｉｂ）より大きな熱量を有する、請求項１に記載の可搬性可燃性気体浮遊物。
【請求項４】
前記固形燃料粒子は、５００ｋｇ／ｍ３より大きな密度を有する、請求項１に記載の可搬性可燃性気体浮遊物。
【請求項５】
前記固形燃料粒子は、２７８０Ｋｃａｌ／ｋｇ（５０００ＢＴＵ／Ｉｂ）より大きな熱量と、５００ｋｇ／ｍ３より大きな密度とを有する、請求項１に記載の可搬性可燃性気体浮遊物。
【請求項６】
前記固形燃料粒子は、石炭由来の固形炭素質物質からなる、請求項１に記載の可搬性可燃性気体浮遊物。
【請求項７】
前記石炭由来の固形炭素質物質は、１重量％未満の石炭由来の鉱物質を含有する、請求項６に記載の可搬性可燃性気体浮遊物。
【請求項８】
前記石炭由来の固形炭素質物質は、０．５重量％未満の硫黄を含有する、請求項６に記載の可搬性可燃性気体浮遊物。
【請求項９】
前記石炭由来の固形炭素質物質に結合する分散剤をさらに含む、請求項６に記載の可搬性可燃性気体浮遊物。
【請求項１０】
前記分散剤は有機酸からなる、請求項９に記載の可搬性可燃性気体浮遊物。
【請求項１１】
前記分散剤はクエン酸である、請求項１０に記載の可搬性可燃性気体浮遊物。
【請求項１２】
前記分散剤は、直鎖状、環状、飽和型、または不飽和型のカルボン酸およびポリカルボン酸から選択される、請求項１０に記載の可搬性可燃性気体浮遊物。
【請求項１３】
前記固形燃料粒子は、バイオマス廃棄物からなる、請求項１に記載の可搬性可燃性気体浮遊物。
【請求項１４】
前記固形燃料粒子は、砂糖、スターチ、及びセルロースから選択される精製されたバイオ製品からなる、請求項１に記載の可搬性可燃性気体浮遊物。
【請求項１５】
前記固形燃料粒子は、可燃性有機ポリマー粒子からなる、請求項１に記載の可搬性可燃性気体浮遊物。
【請求項１６】
前記固形燃料粒子は、３０μｍ未満の平均粒子サイズを有する、請求項１に記載の可搬性可燃性気体浮遊物。
【請求項１７】
前記固形燃料粒子は、２０μｍ未満の粒子サイズを有する、請求項１に記載の可搬性可燃性気体浮遊物。
【請求項１８】
前記固形燃料粒子は、１０μｍ未満の粒子サイズを有する、請求項１に記載の可搬性可燃性気体浮遊物。
【請求項１９】
前記固形燃料粒子は、５μｍ未満の粒子サイズを有する、請求項１に記載の可搬性可燃性気体浮遊物。
【請求項２０】
前記可燃性気体浮遊物は、２０３〜１０１３２ｋＰａ（２〜１００ａｔｍ）の範囲の圧力を有する、請求項１に記載の可搬性可燃性気体浮遊物。
【請求項２１】
可燃性気体浮遊物を形成するために、キャリアガスに固形燃料粒子を懸濁する工程と、
前記可燃性気体浮遊物を２０３〜１０１３２ｋＰａ（２〜１００ａｔｍ）の輸送に適した圧力に加圧する工程とからなり、
前記固形燃料粒子は、輸送中にキャリアガス中に浮遊しているまま維持することができるために十分に小さなサイズを有する、可燃性気体浮遊物を輸送する方法。
【請求項２２】
前記固形燃料粒子は、石炭由来の固形炭素質物質からなり、４０μｍ未満の粒子サイズを有する、請求項２１に記載の可燃性気体浮遊物を輸送する方法。
【請求項２３】
前記固形燃料粒子は、石炭由来の固形炭素質物質からなり、２０μｍ未満の粒子サイズを有する、請求項２１に記載の可燃性気体浮遊物を輸送する方法。
【請求項２４】
可燃性気体浮遊物を形成するために、キャリアガス中に固形燃料粒子を浮遊させる工程と、
前記固形燃料粒子の沈降速度を上回る速度で気体燃料分配パイプラインの中を貫通して前記可燃性気体浮遊物を流す工程と、
からなる可燃性気体浮遊物を輸送する方法。
【請求項２５】
前記固形燃料粒子は、石炭由来の固形炭素質物質からなり、３０μｍ未満の平均粒子サイズを有し、前記速度は、３．２５×１０−２ｍ／ｓを上回る、請求項２４に記載の可燃性気体浮遊物を輸送する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固形燃料粒子の可搬性可燃性気体浮遊物に関する。気体浮遊物は、キャリアガスに浮遊する固体燃料粒子からなる。気体は、空気、酸素、それらの混合物などの反応性の気体であってもよいし、または窒素などの不活性の気体であってもよい。固体燃料粒子の気体浮遊物は、従来の気体状炭化水素燃料に類似するエネルギー特性を有するように構成することができる。
【背景技術】
【０００２】
可燃性燃料のエネルギー密度とは、燃焼によって生成される体積単位あたりの熱エネルギー量の尺度である。以下の表１は、標準状態における４つの一般的な可燃性気体の典型的な体積エネルギー密度を示す。標準状態とは、２０℃で１気圧であると理解される。
【０００３】
表１  選択した可燃性気体の体積エネルギー密度
【０００４】
【表１】
2020514520.tif 000003
従来の可燃性気体に代わる手頃な代用品を提供することは、当該分野における進歩である。また、可燃性気体に求められるエネルギー要件を満たす為に必要に応じて体積エネルギー密度を変更することができる可燃性気体を提供することも当該分野における進歩である。また、従来の可燃性気体に匹敵する可搬性可燃性気体を提供することも当該分野における進歩である。
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、固体燃料粒子の可搬性可燃性気体浮遊物に関する。可燃性気体浮遊物は、キャリアガスを体積において優位に含有し、この中に従来の気体炭化水素燃料に匹敵するエネルギー密度を有する可燃性気体を提供する為に固形燃料粒子が浮遊している。気体状の炭化水素燃料の非限定的な例には、天然ガス、メタン、エタン、プロパン、ブタン、およびそれらのガス誘導体が含まれる。キャリアガスは、反応性または不活性である。反応性気体の非限定的な例には、空気、酸素、およびそれらの混合物が含まれる。不活性気体の非限定的な例には、窒素が含まれる。
【０００６】
固形燃料粒子は、輸送および使用中において浮遊状態を維持するために十分に小さな粒子サイズを有する。これは、固形燃料粒子の密度と、固形燃料が浮遊するキャリアガスの密度との双方によって影響を受ける。固形燃料粒子は、一般に６０マイクロメートル（μｍ）未満の粒子サイズを有し、好適には４０μｍ未満である。いくつかの非限定的な実施形態では、固形燃料粒子は、３０μｍ未満の粒子サイズを有する。いくつかの非限定的な実施形態では、固形燃料粒子は、２０μｍ未満の粒子サイズを有する。固形燃料粒子は、１０μｍ未満の粒子サイズを有し得る。固形燃料粒子は、５μｍ未満の粒子サイズを有し得る。いくつかの実施形態では、固形燃料粒子は、２０μｍ未満の平均粒子サイズを有する。いくつかの非限定的な実施形態では、固形燃料粒子は、１０μｍ未満の平均粒子サイズを有する。別の非限定的な実施形態では、固形燃料粒子は、５μｍ未満の平均粒子サイズを有する。固形燃料粒子は、２．５μｍ未満の平均粒子サイズを有し得る。
【０００７】
固形燃料粒子は、エネルギーを与えるエネルギー性の、すなわち可燃性の一定の燃料物質の微細化された粒子からなる。固形燃料粒子は、エネルギー性の、すなわち可燃性の単一の燃料物質源、またはエネルギー性の、すなわち可燃性の異なる複数の燃料物質の混合物または混和物から得てもよい。非限定的な一実施形態では、固形燃料粒子は、石炭由来の炭素質物質などの微細な石炭粒子からなる。固有の鉱物質を実質的に欠くほどにサイズが十分に小さい場合には、石炭由来の炭素質物質は、石炭由来の固形炭化水素と呼ばれる。いくつかの実施形態は、固形燃料粒子は、石炭由来の固形炭化水素粒子からなる。
【０００８】
いくつかの実施形態では、石炭由来の固形炭素質物質は、減じられた量の石炭由来の鉱物質と減じられた量の硫黄とを含有する。非限定的な一実施形態では、石炭由来の固形炭素質物質が含有する石炭由来の鉱物質は、１重量％未満である。非限定的な一実施形態では、石炭由来の固形炭素質物質が含有する硫黄の含有量は、０．５重量％未満である。
【０００９】
本明細書で説明するキャリアガス中に浮遊している固形燃料粒子は、マイクロクリーンカーボン燃料（μＣＣＦ）と呼ばれることがある。
微粒子の凝集を抑制する為に石炭由来の固形炭素質物質と共に分散剤を用いてもよい。非限定的な一実施形態では、分散剤は、有機酸である。分散剤は、直鎖状、環状、飽和型、不飽和型のカルボン酸およびポリカルボン酸から選択された有機酸であってよい。現在の好適な一実施形態では、分散剤は、クエン酸である。非限定的な一実施形態では、分散剤は、リグノスルホネートをベースとする界面活性剤である。使用され得る別の分散剤には、ポリエチレンオキシド分散剤などの非イオン性分散剤が含まれる。
【００１０】
固形燃料粒子は、有機物廃棄物などの有機物質から得てもよい。別の実施形態では、固形燃料粒子は、バイオマス廃棄物から得られる。加えて、固形燃料粒子は、砂糖、スターチ、セルロース、小麦粉などの精製されたバイオ製品であってもよい。さらには、固形燃料粒子は、ポリマー、例えば、任意の炭素質物質などの天然、または合成の固形燃料化合物からなってもよい。
【００１１】
本発明の目的は、従来の気体状炭化水素燃料に匹敵する体積エネルギー密度を有する固体燃料粒子の可燃性気体浮遊物を提供することである。
非限定的な一実施形態では、固形燃料粒子は、３０μｍ未満のサイズと２７８０ｋｃａｌ／ｋｇ（５０００Ｂｔｕ／ｌｂ）を超えるエネルギー密度を有する。別の非限定的な実施形態では、固形燃料粒子は、３０μｍ未満のサイズと５００ｋｇ／ｍ３を超える密度とを有する。さらに別の非限定的な実施形態では、固形燃料粒子は、２７８０ｋｃａｌ／ｋｇ（５０００Ｂｔｕ／Ｉｂ）を超えるエネルギー密度と５００ｋｇ／ｍ３を超える密度を有する。当然のことながら、固形燃料粒子のサイズ、エネルギー密度、および密度の値は、様々であり得る。例えば、瀝青炭は、ドライベースで、６９５０〜８３３９ｋｃａｌ／ｋｇ（１２，５００〜１５，０００Ｂｔｕ／Ｉｂ）のエネルギー密度を有するが、低いランクの石炭やバイオソリッドは、ドライベースで、５５５９〜７２２７ｋｃａｌ／ｋｇ（１０，０００〜１３，０００Ｂｔｕ／Ｉｂ）のエネルギー密度を有する。固形燃料に結合した水は、エネルギー密度を低下させる。部分的に酸化された固形燃料粒子は、酸化されていない燃料粒子に比べて低い燃料密度を有する。
【００１２】
非限定的な一実施形態において、キャリアガスは、空気であり、固形燃料粒子は、石炭由来の固形炭素質物質であって１０μｍ未満の粒子サイズを有し、固形燃料粒子の可燃性気体浮遊物は、大気圧で、６３０４〜３０２６０Ｋｃａｌ／ｍ３（２５，０００〜１２０，０００Ｂｔｕ／ｍ３）の範囲の体積エネルギー密度を有する。
【００１３】
非限定的な一実施形態では、可燃性気体浮遊物は、２０３〜１０１３２ｋＰａ（２〜１００ａｔｍ）の範囲の圧力を有する。加圧することにより、加圧ガス分配パイプラインを介して可燃性気体浮遊物を搬送することができる。例えば、中国では、天然ガスは、約６０８０ｋＰａ（６０ａｔｍ）の圧力で分配される。米国では、天然ガスは、約１０１３２ｋＰａ（１００ａｔｍ）の圧力で分配される。
【００１４】
可燃性気体浮遊物を搬送する方法は、可燃性気体浮遊物を形成する為に、固形燃料粒子をキャリアガスに浮遊させる工程を備える。可燃性気体浮遊物は、搬送に適した圧力に加圧されてよい。そのような圧力は、一般に長距離輸送では、約６０８０〜１０１３２ｋＰａ（６０〜１００ａｔｍ）の範囲である。住宅用のガス分配ラインは、約１０１〜７０９ｋＰａ（１〜７ａｔｍ）の範囲である。家庭へのガスの分配は、約１７２４Ｐａ（０．２５ｐｓｉ）に下方調節されることが多い。
【００１５】
可燃性気体浮遊物を搬送する方法の非限定的な一実施形態では、可燃性気体浮遊物は、９０体積％を超えるキャリアガスを含有し、固体燃料粒子は、石炭由来の炭素質物質であって、３０μｍ未満の粒子サイズを有する。
【００１６】
上記およびその他の特徴並びに本発明の利点を容易に理解可能にする為に、上記発明の概要のより詳細な説明を、添付の図面に示す特別な実施形態を参照して説明する。これらの図面は、本発明の単なる一般的な実施形態を示すものであって、本発明を限定するものと考えてはならないことを理解したうえで、以下の添付の図面を用いてさらなる詳細を記載し説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】粒子のサイズに基づいて固形燃料粒子を分離する為にいくつかの実施例で使用されるサイクロンの概略を示す図。
【図２】図１に示すサイクロンの頂部から出てきた微粒子の粒子径とサイクロンの底部から出てきたより大きな粒子の粒子径によって区別した体積量を示すグラフ。図２は、サイクロンの中に送り込まれる石炭粒子の粒子サイズ分布も示す。
【図３】粒子サイズで固形燃料粒子を分離する為にいくつかの実施例で使用されるサイクロンの概略を示す図。
【図４】図３に示すサイクロンの頂部から出てきた微粒子の粒子径とサイクロンの底部から出てきたより大きな粒子の粒子径によって区別した体積量を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明は、固形燃料粒子からなる可燃性気体浮遊物に関する。固形燃料粒子の気体浮遊物は、従来の気体状炭化水素燃料に類似するエネルギー特性を有するように構成することができる。
【００１９】
微細な石炭粒子などの微細固形燃料粒子は、空気中に浮遊させた状態で輸送することができる。空気中の微細固形燃料粒子の混合物は、パイプラインで輸送されて熱を生成して仕事をする為に使用する側で燃焼される時に、可燃性気体のようにふるまう。輸送に使用されるそのような混合物は、物質の新しい組成物である。以下に示す表２は、標準状態の空気中に浮遊している微細固形燃料粒子の混合物の例の重量パーセント、体積パーセント、および体積エネルギー密度の概要である。粉炭を以下の表にある微細固形燃料粒子として使用した。石炭微粒子は、１．２ｋｇ／ｍ３の密度と、８０６１Ｋｃａｌ／ｋｇ（１４，５００Ｂｔｕ／Ｉｂ）の熱量とを有する。天然ガスは、最も一般に使用される可燃性気体である。上記５０重量％の微細固形燃料粒子の混合物は、９８６０Ｋｃａｌ／ｍ３（３９，１２０Ｂｔｕ／ｍ３）の体積エネルギー密度を有し、これは、天然ガスに類似する。５０重量％の固形燃料粒子の体積パーセントは、０．１％である。重量と体積の割合が増えるにしたがって、空気中に微細固形燃料粒子を浮遊させることによって形成される可燃性気体の体積エネルギー量は、増大し続ける。９５重量％の固形燃料粒子の混合物の体積パーセントは、わずか１．９％で、体積エネルギー密度は、１８４０４９Ｋｃａｌ／ｍ３（７２９，８７７Ｂｔｕ／ｍ３）であり、これは、標準状態における天然ガスの体積エネルギー量よりも約２０倍大きい。
【００２０】
【表２】
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固形燃料粒子の可燃性気体浮遊物は、浮遊している固形燃料粒子とキャリアガスの混合物で構成される複数の相からなる燃料組成物である。キャリアガスは、反応性でもよいし不活性でもよい。反応性気体の非限定的な例には、空気、酸素、およびそれらの混合物が含まれる。不活性気体の非限定的な例の１つは、窒素である。
【００２１】
固形燃料粒子は、エネルギー性の、すなわち可燃性燃料物質の微細化された粒子からなる。非限定的な一実施形態では、固形燃料粒子は、石炭微粒子からなる。より詳細には、石炭微粒子は、石炭由来の炭素質物質からなる。固有の鉱物質をほぼ欠くほどに十分に小さなサイズに粉砕された場合には、石炭由来の炭素質物質は、石炭由来の固形炭化水素として存在する。非限定的な別の実施形態では、固形燃料粒子は、石炭由来の固形炭化水素粒子からなる。
【００２２】
別の実施形態では、固形燃料粒子は、有機物質廃棄物を含む有機物質から形成される。さらに別の実施形態では、固形燃料粒子は、バイオマス廃棄物から形成される。バイオマス廃棄物の非限定的な例には、おがくず、伐採植物、木質チップ、植物の茎などが含まれる。さらには、固形燃料粒子は、精製されたバイオ製品であってもよい。精製されたバイオ製品の非限定的な例には、砂糖、スターチ、セルロース、小麦粉などが含まれる。さらには、固形燃料粒子は、任意の合成固形燃料化合物からなってもよい。合成固形燃料化合物の非限定的な例には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ゴムなどのポリマーが含まれる。合成固形燃料化合物は、ポリマー廃棄物を含む有機物質廃棄物であってもよい。ポリマー廃棄物の非限定的な例には、タイヤ、ポリプロピレン食料品バッグ、および発泡スチレンが含まれる。
【００２３】
固形燃料粒子は、エネルギー性の、すなわち可燃性の単一の燃料物質源から形成されてもよい。代替的には、固形燃料粒子は、エネルギー性の、すなわち可燃性の複数の異なる燃料物質の混合物または混和物から形成されてもよい。
【００２４】
固形燃料粒子は、容易に浮遊可能であり、かつ保管したり輸送したり使用する現実的な期間においてキャリアガス中で浮遊を維持することができるサイズを有する。ストークスの式は、レイノルズ数が小さい場合（例えば、とても小さな球体粒子である場合）に、粒子が流体または気体の中を通過する際の摩擦力または抗力を定義する。抗力が重力加速度力に等しいとすると、とても小さな粒子の終端速度を計算することができる。この場合は、穏やかな空気の抗力以外の力は存在しないと仮定する。したがって、直径が約２５０ミクロン未満である場合には、以下のストークスの式を用いて、空気または他の気体または液体中における所与の密度の球体の沈降速度を計算することができる。
【００２５】
【数１】
2020514520.tif 000005
ここで、ｄは、球体の幾何学的直径（ｍ）であり、
Ｗｓは、球体の密度（ｋｇ／ｍ３）であり、
Ｗａは、空気の密度（ｋｇ／ｍ３）であり、
ｇは、重力加速度（ｍ／ｓ２）であり、
ηは、流体の粘度（ｋｇ／（ｍｓ））である。
【００２６】
表３は、ストークスの式に基づくモデルを用いて、Ｗｓ＝１２００ｋｇ／ｍ３、Ｗａ＝１．２ｋｇ／ｍ３、ｇ＝９．８ｍ／ｓ２、η＝１．８１×１０−５ｋｇ／（ｍｓ）とした時の、０．５ミクロン〜６０ミクロンの直径について計算した標準状態の空気中おける球形粒子の沈降速度を示す。
【００２７】
【表３】
2020514520.tif 000006
浮遊中の粒子の沈降速度を上回る速度で可燃性気体浮遊物が移動することにより粒子の浮遊は維持される。
【００２８】
ストークスの式および上記説明から、粒子は、密度が低ければ低いほど、沈降速度は小さくなると考えられる。小さくて高密度の固形燃料粒子に比べて、より大きな粒子サイズとより低い密度を有する固形燃料粒子をキャリアガスに浮遊させることは可能である。したがって、異なる種類およびサイズの固形燃料粒子を可燃性気体燃料に浮遊させて浮遊を維持することができる。
【００２９】
上記のように、固形燃料粒子は、６０μｍ未満、より好適には４０μｍ未満の粒子サイズでなければならない。非限定的な一実施形態では、固形燃料粒子は、３０μｍ未満の直径を有する。別の実施形態では、固形燃料粒子は、２０μｍ未満の直径を有する。さらに別の実施形態では、固形燃料粒子は、１０μｍ未満の直径を有する。一実施形態では、固形燃料粒子は、５μｍ未満の直径を有する。いくつかの実施形態では、固形燃料粒子は、２０μｍ未満の平均粒子サイズを有する。いくつかの非限定的な実施形態では、固形燃料粒子は、１０μｍ未満の平均粒子サイズを有する。別の実施形態では、固形燃料粒子は、５μｍ未満の平均直径を有する。さらに別の非限定的な実施形態では、固形燃料粒子は、２．５μｍ未満の平均粒子サイズを有する。非限定的な実施形態では、固形燃料粒子の９９％は、４０μｍ未満である。別の非限定的な実施形態では、固形燃料粒子の９９％は、全て２０μｍ未満である。別の非限定的な実施形態では、固形燃料粒子の９９％は、全て１０μｍ未満である。別の非限定的な実施形態では、サイズがさらに大きくかつ密度がさらに低い固形燃料粒子も使用可能である。
【００３０】
固形燃料粒子が浮遊している状態で維持される期間は、可燃性気体浮遊物の目的とする用途によって様々である。例えば、可燃性気体浮遊物を即時利用する目的で調製する場合には、浮遊期間は、数秒間、数分間、数時間などのように短くてもよい。これに対して、可燃性気体浮遊物を一定期間保管する場合には、実用的な浮遊期間は、数日間、数週間、数か月間などの単位になりうる。固形燃料粒子のサイズが微細であればあるほど、大きなサイズの固形燃料粒子に比べてより長期間にわたって浮遊状態が維持されると考えられる。約１０μｍのサイズを有する粒子は、数分間から数時間浮遊が維持され得るが、約２．５μｍのサイズを有する粒子は、数日から数週間浮遊が維持され得る。
【００３１】
開示している一実施形態では、キャリアガスは、空気からなり、浮遊している固形燃料粒子は、石炭由来の炭素質物質を含有する石炭微粒子からなる。空気と混合される石炭粒子の量は、大気圧で約５体積％以下である。石炭粒子の平均粒子サイズは、３０μｍ未満である。
【００３２】
粒子の凝集を抑える為に石炭微粒子に分散剤を添加してもよい。非限定的な一実施形態では、分散剤は、有機酸である。分散剤は、直鎖状、環状、飽和型、または不飽和型のカルボン酸およびポリカルボン酸から選択し得る。現在における好適な一実施形態では、分散剤は、クエン酸である。別の非限定的な実施形態では、分散剤は、リグノスルホネートをベースとする界面活性剤である。使用可能な別の分散剤の種類は、ポリエチレンオキシド分散剤などの非イオン性分散剤である。
【００３３】
開示する固形燃料粒子の可燃性気体浮遊物に関するいくつかの実施形態を例示する為に、以下に非限定的な実施例を挙げる。これらの実施例は、本発明に基づいて実施することができる実施形態の全てではないし網羅するものでもないことに留意されたい。
【００３４】
実施例１
石炭微粒子が穏やかな空気中でストークスの式から予測されるように沈降するか否かを調べる実験を計画した。最初に、石炭粒子を小さなサイクロンの中に通過させて所定のサイズを有する石炭微粒子を得た。サイクロンは、サイズに基づいて水流または空気流中の粒子を分級する為に使用される装置である。
【００３５】
図１に、この実験で用いたサイクロンを示す。このサイクロンは、約４．７ｍｍの底部開口部と１４．５ｍｍの頂部開口部を有し、高さは１０５ｍｍであった。分速１．９リットルで動作する小さな真空ポンプをサイクロンの頂部ポートに結合した。底部ポートから出てくる大きな粒子は、キャップまたはグリットポットで回収した。サイクロンの頂部から空気流中に出てくる小さな粒子は、真空ポンプの中に入る前に微細フィルター紙上に回収した。図２は、サイクロンの頂部から出てきた小さな粒子とサイクロンの底部から出てきた大きな粒子についての粒子サイズ分析グラフである。図２には、サイクロンの中に送り込まれた石炭粒子の粒子サイズ分布も示されている。頂部から出てきた微粒子の平均粒子サイズは、４．４μｍであった。また、サイクロンの底部から出てきた大きな粒子の平均粒子サイズは、１８．８μｍであった。
【００３６】
次に、サイクロンを図３に示すようにセットした。この実施形態では、箱の中と懸濁粒子とを視認することができるように、サイクロンを出てくる微粒子を、２面に直径３．８１ｃｍ（１．５インチ）の窓を有する５．７２ｃｍ（２．２５インチ）長の内壁を有するステンレス鋼の立方体状の箱の中を通過させた。真空ポンプの空気の体積流量は、分速１．９リットルであった。サイクロンからステンレス鋼の箱までと、ステンレス鋼の箱から真空ポンプまで延びる管類の内径は、６．９ｍｍであった。真空ポンプの空気の体積流量に基づいて計算したところ、管内の気流速度は、０．８５ｍ／ｓであった。箱内の気流速度は、容器の断面積が大きい為に減速し、０．００９６ｍ／ｓと算出された。
【００３７】
表３によれば、空気中に浮遊している直径６０μｍの粒子の沈降速度は、０．１２ｍ／ｓであり、３０μｍの粒子の沈降速度は、０．０３３ｍ／ｓであり、２０μｍの粒子の沈降速度は、０．０１４ｍ／ｓであり、１０μｍの粒子の沈降速度は、０．００３６ｍ／ｓである。図２から、供給した粒子の一部は、３０μｍと６０μｍの粒子である。管内の気流速度は、この範囲の粒子の沈降速度よりも大きい為、管内を輸送することができる。しかしながら、箱内の空気の速度は、上記粒子の沈降速度よりも小さい。したがって、３０ミクロンより大きな粒子は、この実験のセットアップの空気の体積流量を有する箱内において浮遊状態にあるとは考えられない。
【００３８】
表３によれば、１０μｍの粒子の沈降速度は、０．００３６ｍ／ｓである。箱の中の気流速度は、０．００９６ｍ／ｓであり、これは、１０μｍの粒子の沈降速度よりも大きい。したがって、空気を分速１．９リットルの体積流量で箱の中を貫通して流した場合には、１０μｍ以下の粒子は、箱内で浮遊状態にあると考えられた。
【００３９】
本明細書で説明しかつ図３に示した実験のセットアップを実施したところ、サイクロンの上部から出て箱の中に移動する粒子の平均粒子サイズは、４．４μｍであった。箱の背部のウインドウから光を入射した。粒子は、箱に入る管の容積から箱の容積に広がるため、気流の中を移動する粒子を観察することができた。ポンプが、オンである限り、粒子は、サイクロンに送られ、粒子は、箱の中に入って箱の底部に沈降することなく箱から出てきた。
【００４０】
ポンプをオフにすると、空気の流れは停止した。その後、粒子は、箱の底部にゆっくりと漂っていることが観察された。粒子が１ｃｍ移動するのにかかる時間を計測したところ約１０秒であった。これは、０．００１ｍ／ｓの沈降速度に対応する。この沈降速度は、計算した直径５μｍの粒子の沈降速度０．０００９ｍ／ｓに一致する。
【００４１】
次に、吸引管で箱の中に粒子を送り込むために、サイクロンを実験のセットアップから除去した。上記のように、３０μｍと６０μｍの粒子は、管内を搬送されて箱の中に入った後すぐに沈降すると考えられた。供給物中の約１０μｍの範囲の粒子は、箱内の気流速度が沈降速度を上回る為に箱内で浮遊したままであると考えられた。
【００４２】
実験のセットアップからサイクロンを除去することにより供給物を箱の中に直接導入した場合には、より高密度の粒子を箱内で視認することができた。真空ポンプを停止して気流速度をゼロにすると、粒子は、より迅速に沈降し、直径が大きいことを示した。粒子が１ｃｍ移動するのに必要な時間は、約０．８秒であった。これは、０．０１２ｍ／ｓの沈降速度に対応する。体積流量と断面積から計算した箱内の気流速度は、０．００９６ｍ／であった。これは、計測した沈降速度の０．０１２ｍ／ｓよりもやや低い値である。沈降速度を視覚的に測定する方法は、あまり正確ではない可能性がある。しかしながら、２つの速度が同じオーダーであってかつ互いに近ければ、粒子の沈降速度よりも気流速度が大きい場合には、粒子は、気体流の中で浮遊状態で維持されるという仮説を確認することができる。計算によれば、１０μｍの直径の粒子の沈降速度は、０．００３６ｍ／ｓである。したがって、粒子は、平均して１０μｍより大きく３０μｍより小さいはずである。実際に、１８．２５μｍの直径を有する粒子は、標準状態において空気中で０．０１２ｍ／ｓの沈降速度を有すると思われる。
【００４３】
実施例２
より大きなサイクロンを粉末捕捉システムの一部として使用した。円錐の大きな寸法と小さな寸法はそれぞれ、２７．５ｃｍ、７．３ｃｍであった。サイクロンの高さは、６１ｃｍであった。図４は、サイクロンの底部の小さな開口部から出てきた大きな粒子と、サイクロンの頂部から出る空気流と共に運び出されてきた小さな粒子の粒子径によって区別した体積量を示すグラフである。平均粒子サイズはそれぞれ、２１．４μｍ、６．２μｍである。上記の実施例１において説明した小さなサイクロンを用いる実験で使用したものよりも大きな粒子を原料とした。平均粒子サイズを有する微粒子は、管の側壁に有意に沈降することなく、金属製の管内を約１５ｍ（５０フィート）以上輸送された。管が静電荷のために微粒子の薄いフィルムでコートされると、損失は無視することができた。
【００４４】
説明した実施形態および実施例は、全ての点において、単なる例示であって、限定的であると考えてはならない。したがって、本発明の範囲は、上記説明よりもむしろ添付の請求項によって示される。請求項の意味および均等の範囲内で行われる全ての変更は、本願の範囲内に包含されるものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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