石炭スラリーの調製・輸送技術の開発

• 研究課題/領域番号: 05044105
• 研究種目: 国際学術研究
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 共同研究
• 研究機関: 山口大学
• 研究代表者: 薄井 洋基 山口大学, 工学部, 教授 (20107725)
• 研究分担者: BHATTACHARYA エス.エヌ. 王立メルボルン工科大学, 工学部, 助教授 ; BOGER D.V. メルボルン大学, 工学部, 教授 ; TIU C. モナシュ大学, 工学部, 助教授 ; CHAMBERS A.J ニューカッスル大学, 工学部, 教授 ; ROBERTS A.W. ニューカッスル大学, 工学部, 教授 ; 中倉 英雄 山口大学, 工学部, 助教授 (10116733) ; 大木 章 鹿児島大学, 工学部, 助教授 (20127989) ; 前田 滋 鹿児島大学, 工学部, 教授 (90041566) ; S.N. Bhattac 王立メルボルン工科大学, 工学部, 助教授 ; D.V. Boger メルボルン大学, 工学部, 教授 ; C. Tiu モナシュ大学, 工学部, 助教授
• 研究期間 (年度): 1993 – 1994
• 研究課題ステータス: 完了 (1994年度)
• 配分額: 4,000千円 (直接経費: 4,000千円); 1994年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円); 1993年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
• キーワード: Coal / Slurry / CWM / Fuel / Additive / Rheology / Suspension / 石炭 / 石炭利用技術 / 石炭スラリー / レオロジー / サスペンション / スラリー輸送 / 粒子沈降安定性 / パイプライン

研究概要

本研究の実績は次の三項目[(1)石炭スラリーの調製技術、(2)石炭スラリーの輸送技術、(3)石炭スラリー中の添加剤挙動とスラリー化機能]に分けられるので、以下において各項目別に概要を述べる。
(1)石炭スラリーの調整技術
石炭スラリーの調整技術は粉砕による最適粉度分布の調整、添加剤の開発によるスラリーの低粘度化と安定化などにより、高濃度の石油代替燃料を製造することにある。本研究においても粘度分布の調整に関する議論をBattacharya教授が微細粒子中に懸濁された粗粒子の挙動と関連させて議論し、スラリーの調整と輸送に関して有益な結果を得た。薄井は粒子分散系のチキソトロピーモデルを新たに提案し、石炭スラリーの調整時におけるスラリーの物性評価を簡便なレオロジー測定のみで行うことが出来る事を示した。提案された方法によりスラリーの時間依存流動性のみならずスラリーの安定性まで評価できる事が明らかにされた。Boger教授は鉱物質の微小粒子懸濁スラリー系におけるレオロジーを詳細に検討し、安定性に大きく寄与する降伏値と調整条件(pH、添加剤濃度等)の分散系レオロジーに及ぼす影響を明らかにした。
以上の様な石炭スラリーの調整技術における諸問題を解決するために、各研究者が連絡を取り合い研究を進めてきたが、石炭スラリー製造技術に関する有益な結果を得ると共に、両国のスラリー関連の研究者の相互理解をはかることが出来た。
(2)石炭スラリーの輸送技術
石炭スラリーの輸送技術中、特に問題となるのは輸送中の石炭の沈降によるトラブルである。石炭粒子の沈降は適当な安定化剤を添加する事によって防止する事が検討されており、商業プラントでも各種の安定化剤が使用されている。薄井らは微生物由来の天然多糖類中、特殊な分子構造を持ったものが石炭・水スラリーの沈降防止用安定化剤として優れている事を発見し、その安定化機構を検討した。又、石炭粒子の沈降は粒子間結合の破壊によって引き起こされると考えられるが、タンカー船倉内又は貯蔵タンク内の流れによる剪断破壊の効果を定量的に評価することが重要である。Tiuは剪断場の下での濃厚シリカサスペンジョンの沈降を検討した。
Chambersらはフライアッシュの水スラリーをパイプライン輸送する事によって火力発電所の石炭灰の処理を行う事を検討しており、また中倉との共同研究によってフライアッシュの捕集に関する研究も行っている。Battacharyaは石炭-液体二酸化炭素スラリーの調整と輸送に関する研究を行い、石炭輸送プロセスに対する新しい提案を行った。
以上の様に石炭スラリーの輸送に関して、多面的な検討を行い、各種石炭スラリーの輸送に関する新しい技術提案を行った。
(3)石炭スラリー中の添加剤挙動とスラリー化性能
石炭スラリーは、その燃料としての効率上、石炭粉末を65-70%含み,これを媒体である水中に効果的に分散させなければならない。この為、強力な固体分散能をもつ界面活性剤の添加が必須となる。このような添加剤としては、ポリスチレンスルホン酸塩のようなポリアニオン系の高分子電解質がよく用いられるが、水溶液中に微量に存在するポリアニオン化合物の分析法が確立していないため、添加剤の石炭スラリー中での吸着挙動はこれまでにほとんど検討されていなかった。前田、大木らは特殊なイオン選択性電極を用いることによりこの様なポリアニオン化合物を水溶液中で簡便迅速に測定する方法を開発した。このイオン選択性電極を用いて石炭スラリー水相中の添加剤濃度を測定し、添加剤のスラリー中での吸着挙動を明らかにした。Tiuらは、水溶性ポリマーや高分子電解質のレオロジーを研究しており、高分子鎮の会合状態が粘度等スラリーのレオロジーに大きく影響する事を明らかにした。
以上のような石炭スラリー中の添加剤の挙動とスラリー化性の検討における諸問題を解決するために、各研究者が連絡を取り合い研究を進め、お互いの得意分野を効率的に活用し有意義な結果を得ることができた。

研究成果

• [文献書誌] T.Saeki,H.Usui and M.Ogawa: "Dynamic Stability of Coal Water Mixtures" Int.J.Soc.Mater.Eng.for Resources. 2. 78-85 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] H.Usui: "Thixotropy Model for CWM Rheology" Proc.IEA-CLM Workshop '94 Tsukuba. 30-38 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] H.Usui,S.Morita,T.Saeki,t.Tsujino and H.Ikeki: "Development of Thermal Preconditioning Process for a Coal Water Mixture" 化学工学論文集. 20. 952-958 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Saeki,H.Usui and M.Ogawa: "Effect of Molecular Structure of Polysaccharide on the Stability of Coal-Water Mixtures" J.Chem.Eng.Japan. 27. 773-778 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] A.Ohki,K.Naka and S.Maeda: "Adsorption of Dispersants by Chinese and Australian Coals,and Coal-Water Mixture Characteristics" Proceedings of the 4th Japan-China Symposium on Coal and C1 Chemistry. 343-348 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] A.Ohki,K.Fukuhara,S.Fukuda,K.Naka and S.Maeda: "Adsorption of Dispersants on Australian Coals and Coal-Water Mixture Characteristics" International Journal of the Society of Materials Engineering for Resources. 2. 64-70 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] S.Maeda,A.Ohki,H.Komuta,H.Kaminokado and K.Naka: "Influence of Chemical Properties of Particle Surface on the Performance of Model-COM(Oil-Limestone Slurry)" Proceedings of New Horizon in Resource Handling and Ggo-Engineering;MMIJ/AusIMM Joint Symposium,Ube.99-105 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] A.Ohki,K.Naka and S.Maeda: "Adsorption of Dispersants on Coal Particles and CWM Characteristics" Proceedings of IEA-CLM Workshop '94, Tsukuba.76-83 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] L.Xu,A.J.Chambers and H.Nakakura: "Investigation of Mechanism of Fabric Cleaning" Proc.of MMIJ/AusIMM Joint Symposium,Ube,Japan. 151-160 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] N.Dynon,A.J.Chambers and H.Nakakura: "Pressure Loss in Mechanically Shaken Fabric Filters" Proc.of MMIJ/AusIMM Joint Symposium,Ube,Japan. 169-176 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] A.J.Cahmbers: "The Hunter Valley Coal Chain" International J Soc.Mater.Eng for Resources. 2. 126-133 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] S.Keys and A.J.Chambers: "Scaling Pneumatic Conveying Characteristics for Pipeline Pressure" Australian National Conf.on Bulk Materials Handling. 205-213 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.F.Bunn and A.J.Chambers: "Pipeline Transport of Power Station Ash as a High Mass Concentration Slurry" 18th Int.Tech.Conf.on Coal Utilization & Fuel System.Clear-water. 721-732 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] K.C.Tam and C.Tiu: "Improved Correlation for Shear-Dependent Viscosity of Poly-electrolyte Solutions" J.Non-Newtonian Fluid Mech.46. 275-288 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] W.Z.Shen,C.Tiu and P.H.T.Uhlherr: "Sedimentation of Concentrated Silica Suspensions under Shear" MMIJ/AusIMM Joint Symposium '94 Ube. 73-80 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] A.K.Podolsak and C.Tiu: "Flow Behavior of Creosote-in-Water Emulsion through Straight and Square Wave Capillary Tubes" Int.J.Soc.Mat.Eng.for Resources. 2. 53-63 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] D.V.Boger,Y.K.Leong,P.J.Scales,T.W.Healy and R.Buscall: "Rheological Evidence of Adsorbate Mediated Short Range Steric Forced in Concentrated Dispersions" J.Chem.soc.Faraday Trans.89(14). 2473-2478 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] D.V.Boger,Y.K.Leong,G.B.Christie and D.E.Mainwaring: "Rheology of Low Viscosity,High Concentration Brown Coal Suspensions" Rheol.Acta.32. 277-285 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] D.V.Boger and P.V.Liddell: "The Influence of Processing on the Rheology of Titanium Dioxide Pigment Suspensions" Ind.& Eng.Chem Research. 107-109 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] D.V.Boger: "Exploitation of Surface Chemistry in the Flow and Compression of Particulate Fluids" New Horizons in Resource Handling and Geo-Engineering:. 34-47 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] S.N.Battacharya,S.H.Ng and L.Pullum: "Transportation of Coal-Liquid Carbon Dioxide Slurries" Proc.MMIJ/AusIMM Joint Symposium,Ube,Japan. 2. 47-52 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] S.N.Bhattacharya,C.Chin and J.O'Donnell: "Transport of Coarse Particles in a Fine Suspension Medium" Int.J.Soc.of Materials Eng.for Resources.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Saeki, H.Usui and M.Ogawa: "Dynamic Stability of Coal Water Mixtures" Int.J.Soc.Mater.Eng. for Resources. 2. 78-85 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] H.Usui: "Thixotropy Model for CWM Rheology" Proc. IEA-CLM Workshop '94, Tsukuba. 30-38 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] H.Usui, S.Morita, T.Saeki, T.Tsujino and H.Ikeki: "Development of Thermal Preconditioning Process for a Coal Water Mixture" Kagakukougaku Ronbunshu (in Japanese). 20. 952-958 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Saeki, H.Usui and M.Ogawa: "Effect of Molecular Structure of Polysaccharide on the Stability of Coal-Water Mixtures" J.Chem.Eng. Japan. 27. 773-778 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] A.Ohki, K.Naka and S.Maeda: "Adsoeption of Dispersants by Chinese and Australian Coals, and Coal-Water Mixture Characteristics" Proceedings of the 4th Japan-China Symposium on Coal and C1 Chemistry, Osaka, May. 343-348 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] A.Ohki, K.Fukuhara, S.Fukuda, K.Naka and S.Maeda: "Adsorption of Dispersants on Australian Coals and Coal-Water Mixture Characteristics" International Journal of The Society of Materials Engineering for Resources.2. 64-70 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] S.Maeda, A.Ohki, H.Komuta and K.Naka: "Influence of Chemical Properties of Particle Surface on the Performance of Model-COM (oil-Limestone Slurry)" Proceedings of New Horizon in Resource Handlingand Ggo-Engineering ; MMIJ/AusIMM Joint Symposium, Ube. 99-105 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] A.Ohki, K.Naka and S.Maeda: "Adsorption of Dispersants on Coal Particles and CWM Characteristics" Proceedings of IEA-CLM Workshop '94, Tsukuba. 76-83 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] L.Xu, A.J.Chambers and H.Nakakura: "Investigation of Mechanism of Fabric Cleaning" Proc. of MMIJ/AusIMM Joint Symposium, Ube, Japan. 151-160 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] N.Dynon, A.J.Chambers and H.Nakakura: "Pressure Loss in Mechanically Shaken Fabric Filters" Proc. of MMIJ/AusIMM Joint Symposium, Ube, Japan. 169-176 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] A.J.Cahmbers: "The Hunter Valley Coal Chain" International J Soc.Mater.Eng for Resources. 2. 126-133 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] S.Keys and A.J.Chambers: "Scaling Pneumatic Conveying Characteristics for Pipeline Pressure" Australian National Conf.on Bulk Materials Handling. 205-213 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.F.Bunn and A.J.Chambers: "Pipeline Transport of Power Station Ash as a High Mass Concentration Slurry" 18th Int.Tech.Conf. on Coal Utilization & Fuel System, Clearwater. 721-732 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K.C.Tam and C.Tiu: "Improved Correlation for Shear-Dependent Viscosity of Poly-electrolyte Solutions" J.Non-Newtonian Fluid Mech.46. 275-288 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] W.Z.Shen, C.Tiu and P.H.T.Uhlherr: "Sedimentation of Concentrated Silica Suspensions under Shear" MMIJ/AusIMM Joint Symposium '94 Ube. 73-80 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] A.K.Podolsak and C.Tiu: "Flow Behavior of Creosote-in-Water Emulsion through Straight and Square Wave Capillary Tubes" Int.J.Soc.Mat.Eng. for Resources. 2. 53-63 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] D.V.Boger, Y.K.Leong, P.J.Scales, T.W.Healy and R.Buscall: "Rheological Evidence of Adsorbate Mediated Short Range Steric Forced in Concentrated Dispersions" J.Chem.Soc.Faraday Trans. 89 (14). 2473-2478 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] D.V.Boger, Y.K.Leong, G.B.Christie and D.E.Mainwaring: "Rheology of Low Viscosity, High Concentration Brown Coal Suspensions" Rheol.Acta.32. 277-285 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] D.V.Boger and P.V.Liddell: "The Influence of Processing on the Rheology of Titanium Dioxide Pigment Suspensions" Ind.& Eng.Chem Research. 33. 2437-2442 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] D.V.Boger: "Exploitation of Surface Chemistry in the Flow and Compression of Particulate Fluids" New Horizons in Resource Handling and Geo-Engineering :. 107-109 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] S.N.Battacharya, S.H.Ng and L.Pullum: "Transportation of Coal-Liquid Carbon Dioxide Slurries" Proc. MMIJ/AusIMM Joint Symposium, Ube, Japan. 34-47 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] S.N.Bhattacharya, C.Chin and J.O'Donnell: "Transport of Coarse Paricles in a Fine Suspension Medium" Int.J.Soc. of Materials Eng. for Resources. 2. 47-52 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Hiromoto Usui and Takashi Saeki: "The Combined Use of Polystyrene Sulfonic Acid and Poly-sodium-acrylic Acid for the prepara.of Dynamically Stable Coal Water Mixtures." Freight Pipelines,ed.by G.F.Round,Elsevier. 184-192 (1993)
• [文献書誌] Takashi Saeki and Hiromoto Usui: "Coagulation and Dispersion Characteristics of Coal Water Mixtures in Higher Temperature Range." J.Chem.Eng.Japan,. 26. 59-63 (1993)
• [文献書誌] Hideo Nakakura,Masao Sambuichi and Kunihisa Osasa: "Centrifugal Filtration Process of Galatinous Slurry." Proc.6th World Filtration Congress. 348-351 (1993)
• [文献書誌] A.Ohki,K.Naka and S.Maeda: "Adsorption of Dispersants by Chinese and Australian Coals,and Coal-Water Mixture Characteristics." The 4th Japan-China Symposium on Coal and Cl Chemistry Proceedings. 343-348 (1993)
• [文献書誌] S.Maeda: "Adsorption of Dispersants on Coal Particles and Coal Water Mixture Characteristics." Proc.Japan-Australia-China Joint Symposium on Preparation and Transportation of Coal Slurries.24-29 (1993)
• [文献書誌] A.Ohki,K.Fukuhara,S.Fukuda,K.Naka and S.Maeda: "Adsorption of Dispersants on Australian Coals and Coal-Water Mixture Characteristics." International Journal of the Society of Material Engineering for Resources.submitted.
• [文献書誌] Bunn,T.F.and Chambers,A.J.: "Experiences with Dense Phase Hydraulic Conveying of Vales Point Fly Ash." International Journal of Storing,Handling and Processing Powder. 5. 35-44 (1993)
• [文献書誌] Bunn,T.F.and Chambers,A.J.: "Pipeline Transport of Power Station Ash as a High Mass Concentration Slurry." Proc.Eighteenth International Technical Conference on Coal Utilisation & Fuel Systems,Clearwater. 721-732 (1993)
• [文献書誌] C.Tiu,K.L.Nguyen and M.De Guzman: "Non-Newtonian Behaviour of Kraft Black Liquors." Appita. 46. 203-206 (1993)
• [文献書誌] A.K.Podolsak and C.Tiu: "Flow Behaviour of Creosote/Water Emulsion in Circular and Square-Wave Channels." Int.J.Soc.of Mat.Eng.for Resources. in press. (1994)
• [文献書誌] Boger,D.V.and T.W.Healy: "Exploitation of Surface Chemistry in the Flow and Compression of Particulate Fluids." Proc.The 1994 MMIJ/AusIMM Joint Symp.2-4 October. submitted. (1994)
• [文献書誌] Bhattacharya,S.N.,Chin,C.,Pullum,L.and O'Donnell,J.: "Transport of Coarse Particles in a Fine Suspension Medium." Proc.of Japan-Australia-China Joint Symp.on Prepara.and Transpor.of Coal Slurry,Ube,Japan.83-89 (1993)