低品位炭の改質と高濃度スラリー化

• 研究課題/領域番号: 08044154
• 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
• 研究分野: エネルギー学一般・原子力学
• 研究機関: 神戸大学 (1997-1998); 山口大学 (1996)
• 研究代表者: 薄井 洋基 神戸大学, 工学部, 教授 (20107725)
• 研究分担者: SUWONO A. バンドン工科大学, 工学部, 教授 ; BHATTACHARYA エスエヌ 王立メルボルン工科大学, 工学部, 教授 ; TIU C. モナシュ大学, 工学部, 助教授 ; CHAMBERS J. ニューカッスル大学, 工学部, 教授 ; 前田 滋 鹿児島大学, 工学部, 教授 (90041566) ; TIU Carlos Monash Univ., Dept.Chem.Eng., Associate Professor ; ROBERTS A.W. ニューカッスル大学, バルク固体取扱工学研究所, 所長 教授 ; 佐伯 隆 山口大学, 工学部, 助手 (30253165) ; 大木 章 鹿児島大学, 工学部, 助教授 (20127989) ; BHATTACHARYA エス.エヌ 王立メルボルン工科大学, 工学部, 教授 ; BOGER D.V. メルボルン大学, 工学部, 教授 ; CHAMBERS A.J ニューカッスル大学, 工学部, 教授
• 研究期間 (年度): 1996 – 1998
• 研究課題ステータス: 完了 (1998年度)
• 配分額: 5,500千円 (直接経費: 5,500千円); 1998年度: 1,800千円 (直接経費: 1,800千円); 1997年度: 1,800千円 (直接経費: 1,800千円); 1996年度: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
• キーワード: 石炭 / エネルギー / 低品位炭 / スラリー / 改質 / 添加剤 / 表面改質

研究概要

低品位炭の有効利用はエネルギー源の分散活用、エネルギー単価の低減のために有利であると考えられ、多くの研究がなされて来た。しかしながら、山元での利用は地理的な制約からその使用量に制限があり、大量の利用を考えるとするならば安全で安価な輸送とハンドリング技術の確立が必要である。低品位炭の中でも石炭化度が低く、揮発分の含有量が多い亜炭、褐炭などは埋蔵量が多く低価格にもかかわらず、自然発火性が高いこと、水分含有量が高いことなどのために遠隔地まで輸送して利用する量が多くないのが現状である。
乾燥により水分を除去し、更に300〜400℃程度の熱処理をして表面改質をし、一部タールコーティングを行なう方法が乾式の改質プロセスとしては最も徹底した方式であると思われる。本研究では、神戸大学・山口大学のグループが真空乾燥とタールコーティング組み合わせプロセスにより低品位炭の改質を行ない、実用可能なコストでの改質が可能であることを示した。また、インドネシアのバンドン工科大学では低品位炭の過熱水蒸気とタールコーティング組み合わせプロセスにより行い、低コストで実用規模の改質炭を得ることが出来ることを示した。しかしながら、このような方法で改質したものでも、自然発火性が完全に押さえられるたという報告は少ない。(自然発火性の評価が困難なことにも起因するが)乾式で改質した低品位炭を水スラリーに使用することは、一度蒸発させた水分をスラリーの溶媒としての水として系に加えることとなり、スラリー製造プロセスと組み合わせた全体の製造コストの評価が重要となる。このようなトータルシステムの経済性評価は今後の残された課題である。
石炭-水スラリーを製造することを前提として、湿式の改質プロセスも開発されてきた。これは水分を蒸発させずに水と石炭が共存した状態で300〜400℃程度に温度を上昇させ、低品位炭の表面改質を行なおうとするものである。このような方式は水熱処理プロセス(HWD;Hot Water Drying Process またはHTD;Hydro-Thermal Dewatering Process)とよばれる。HWDプロセスは各国で開発されているが、本研究グループでは鹿児島大学とMonash大学が担当して研究を行なった。鹿児島大学では高温高圧の改質反応器で低品位炭の改質を行ない、その表面特性がどのように改質されるかを明らかにした。また、Monash大学ではHWDにより改質されたものを、もう一段階機械的圧縮により改質を行なうプロセスを検討した。その結果得られる改質炭-水スラリーの高濃度化が可能となることが示された。改質炭のスラリー化用添加剤については山口大学・神戸大学のグループが広範囲の添加剤について検討し,改質炭用の添加剤選定指針を与えた。しかしながら、改質方法により表面特性は大きく異なるので、それぞれの改質プロセスの適応した添加剤の検討が今後も続けられるべきである。

研究成果

• [文献書誌] Hiromoto, Usui: "Prediction of Slurry Viscosity by a Thirotropy Model for Dispersion Systems" Proc 6^<th>ICBMH. Wollongong, Australia, 25-28 September. 257-263 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Hiromoto Usui et al.: "Upgrading of Low Rank Coal by a Combined Process of Vacuum Drying and Tar Coating" Proc Int. Conf. on Upgrading and Slurrification of Low Rank Coals, Kobe. 2-3 September. 53-60 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Akira Ohki et al.: "Change in Chemical Structure and Properties of Low- Rank Coals During Hydrothermal Process" Proc. Int. Conf. on Upgrading and Slurrification of Low-Rank Coals, Kobe, 2-3 September. 16-24 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] C.Tiu et al.: "A New Upgrading Process for Low-Rank Coal" Proc. Int. Conf. on Upgrading and Slurrification of Low Rank Coals, Kobe, 2-3 September. 25-39 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] A.Suwono: "Up-grading the Low Rank Coal by Steam Drying and its Application For Preparation of CWM" Proc. Int. Conf. on Upgrading and Slurrification of Low Rank Coals, Kobe, 2-3 September. 128-137 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Takashi Saeki et al: "Study on Additives for Coal Water Mixtures (CWM) with Upgraded Low Rank Coals" 日本エネルギー学会誌. 77(6). 492-502 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] H.Usui, T.Tachikawa, T.Saeki and K.Katagiri: "Rheology of Low Rank Coal Slurries Prepared by An Upgrading Process" Coal Preparation J.Vol.18. 119-128 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] H.Usui and T.Saeki: "Storage and Transportation of Coal Water Mixtures" Proc.5^<th> World Congr.Chem.Eng., 46-X,San Diego. (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] H.Usui: "Prediction of Slurry Viscosity by a Thixotropy Model for Dispersion System" Proc.6^<th> Int.Conf.on Bulk Materials Storage, Handling and Transportation, Wollongong, Australia. 257-263 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] H.Usui, T.Tachikawa, T.Saeki and K.Katagiri: "Upgrading of Low Rank Coals by a Combined Process of Vacuum Drying and Tar Coating" Proc.of Int.Conf.on Upgrading and Slurrification of Low Rank Coals, Kobe. 53-60 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.saeki, T.Tatsukawa and H.Usui: "Study on Additives for Coal Water Mixture (CWM) with Upgraded Low Rank Coals" Nihon Energy Gakkaishi(J.Japan Institute of Energy. 77. 492-502 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] X.-F.Xie, A.Ohki, T.Nakajima, H.Oda and S.Maeda: "Surface Properties of Coals Upgraded by Hydrothermal Treatment" Nihon Energy Gakkaishi(J.Japan Institute of Energy. 77. 487-484 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] A.Ohki, X.-F.Xie, T.Nakajima, T.Itahara and S.Maeda: "Change in Chemical Structure and Properties of Low Rank Coals during Hydrothermal Process" Proc.of Int.Conf.on Upgrading and Slurrification of Low Rank Coals, Kobe. 16-24 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] A.Ward, T.Bunn and J.Chambers: "Transportation of Fly Ash-The Bayswater Ash Disposal System" Proc.Int.Symp.on Upgrading and Slurrification of Low Rank Coals, Kobe. 102-115 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] J.Guo, C.Tiu, S.Hodges and P.H.T.Uhlherr: "Hydrothermal-Mechanical Dewatering of" Proc.of Int.Conf..on Upgrading and Slurrification of Low Rank Coals, Kobe. 25-39 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] J.Guo, C.Tiu, S.Hodges and P.H.T.Uhlherr: "A New Upgrading Process for Low Rank Coal" Proc.CHEMECA'98, Port Douglas, Australia, Paper No.206. (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] A.G.Chryss and S.N.Bhattachaya: "Maximum Packing Concentration of Coal Water Mixtures" Proc.Int.Symp.on Upgrading and Slurrification of Low Rank Coals, Kobe. 61-68 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] A.G.Chryss and S.N.Bhattacharya: "Prediction of the Rheological Behavior of a Bi-Modal System of Irregularly Shaped Particles" Proc.8^<th> National Conf.on Rheology, Adelaide, Australia. 69-72 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] A.Suwono and Hamdani: "Characteristics of CWM Prepared from Steam Drying Upgraded Low Rank Coal" Proc.FTEC'97 Yogyakarta, Indonesia. 619-623 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] A.Suwono and Hamdani: "Upgrading the Indonesian Low Rank Coal by Superheated Steam Drying with Tar Coating Process and its Application for Preparation of CWM" Proc.Int.Symp.on Upgrading and Slurrification of Low Rank Coals, Kobe. 128-137 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Saeki, T.Tachikawa and H.Usui: "A study on Upgrading Process and Slurrification for Low Rank Coals" Proc.6^<th> Asian Conf.on Fluidized-Bed and Three-Phase Reactor, Cheju Island, Korea. 383-388 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Hiromoto Usui: "Prediction of Slurry Viscosity by a Thixotropy Model for Dispersion Systems" Proc.6^<th> 1CBMH,Wollongong,Australia,. 257-263 (1998)
• [文献書誌] Hiromoto Usui et al.: "Upgrading of Low Rank Coal by a Combined Process of Vacuum Drying and Tar Coating" Proc.Int.Conf.on Upgrading and Slurrification of Low Rank Coals,Kobe,2-3 September. 53-60 (1998)
• [文献書誌] Akira Ohki et al.: "Chage in Chemical Structure and Properties of Low-Rank Coals During Hydrothermal Process" Proc.Int.Conf.on Upgrading and Slurrification of Low Rank Coals,Kobe,2-3 September. 16-24 (1998)
• [文献書誌] C.Tiu et al.: "A New Upgrading Process for Low-Rank Coal" Proc.Int.Conf.on Upgrading and Slurrification of Low Rank Coals,Kobe,2-3 September. 25-39 (1998)
• [文献書誌] A.Suwono: "Up-grading the Low Rank Coal by Steam Drying and its Application For Preparation of CWM" Proc.Int.Conf.on Upgrading and Slurrification of Low Rank Coals,Kobe,2-3 September. 128-137 (1998)
• [文献書誌] Takashi Saeki et al.: "Study on Additives for Coal Water Mixtures (CWM) with Upgraded Low Rank Coals" 日本エネルギー学会誌. 77(6). 492-502 (1998)
• [文献書誌] H.Usui et al.: "Rheology of Low Rank Coal Slurries Prepared by an Upgrading Process" Coal Preparation J.18(3). 119-128 (1997)
• [文献書誌] A.Ohgi et al.: "Coal Properties of Upgrading Low Rank Coals by Hot Water Drying Method" Proc.9^<th> Int.Conf.on Coal Sci.487-490 (1997)
• [文献書誌] T.Saeki et al.: "Ship Transportation of Coal Water Mixtures" Proc.Int.Comf.on Fluid & Thermal Energy Conversion. 407-411 (1997)
• [文献書誌] C.Tiu et al.: "Hydrothermal-Mechanical Dewatering of Brown Coal Slurries" Proc.4^<th> Annual Conf.of CRC. 27-32 (1997)
• [文献書誌] J.Chambers et.al.: "Transportation of Ore Concentrate" Int.Materials Handling Conf.22-24 (1997)
• [文献書誌] A.Suwono et al.: "Characterization of CWM Prepared from Steam Drying Upgraded Low Rank Coal" Proc.Int.Comf.on Fluid & Thermal Energy Conversion. 619-623 (1997)
• [文献書誌] H.Usui: "CWM in Japan (pp.15-36を分担執筆)" NEDO,IEA-CLM Int.Cooperation Committee, 416 (1997)
• [文献書誌] S.Maeda: "CWM in Japan (pp.8-14を分担執筆)" NEDO,IEA-CLM Int.Cooperation Committee, 416 (1997)
• [文献書誌] Hiromoto Usui et al.: "Rheology of Low rank Coal Slurries Prepared by Upgrading Process" Proc.Eng.Found.Symp.On Rheology in Mineral Industry.TII-3 (1997)
• [文献書誌] Hiromoto Usui et al.: "Sedimentation Stability and Rheology of Coal Water Mixtures Prepared by Upgrading Process" Proc.Eng.Found.Symp.On Rheology in Mineral Industry.TII-7 (1997)
• [文献書誌] Maeda S.et al.: "Upgrading of Low-Rank Coals by Surface Coating Method and Hot Water Drying Method." Proc.5^<th> China-Japan Symp.On Coal and C1 Chem.167-170 (1996)
• [文献書誌] D.V.Boger et al.: "Improving Clay-Based Tailings Diposal : A Case Study on Coal Tailings" AlChEJ.Vol.43. 200-207 (1997)
• [文献書誌] C.Tiu et al.: "Rheological Properties and Some Applications for Rhamsan Cum and Xanthan Cum Solutions." Polym.Int.Vol40. 155-168 (1996)
• [文献書誌] A.Suwono et al.: "Coal Characteristies Obtained from Steam Drying Upgraded Low Rank Coal." J.Mech,Eng.Indonesia. Vol.25. 125-130 (1996)
• [文献書誌] C.Tiu and K.C.Tam: "Water Soluble Polymers-Rheological Properties-Polymeric Materials Encyclopedia," CRC Press, 22 (1996)