炭の 自然発火性抑制の試み - Kyoto University Research Information

The　Japan
The
Japan　Institute
工nstitute
of Energy
Energy
of
1− 4− 2
穏 和 な 溶剤 処 理 に よ る低 品位 炭 の 自然 発 火 性抑制 の 試 み
（
京都 大 ）
O
藤 墳 大裕
蘆 田 隆一
、
SupPression　of se 且f」ignition
tendency of low　rank
OHiroyasuFUjlTSUKA
三 浦 孝一
、
RyuichiASHIDA
，
ofChemical
（Department
by　mild
coals
treatment
solvent
Kouichi MIURA
，
Engineering　Kyoto University）
，
SYNOPSIS
We have　reccntly
conditions
a novcl
presented
．
This　method
temperatures
method
consists
dewater　but　upgrade
which
of treatment of coals in　non
」
Australian
brown　coal by　the　proposed　method
li
賦1ewater
and
什actions　was
had thc heatingvalue
remarkably
that ofraw
due　to　their　small pore　surface
suppressed
−
to　high　rank
corresponding
se ］
f ignition
tendency of the solvent
of thc extracted
．
It
was fbund　that　the treated　coal
the　seH しignition
tendency
，
this　method
丘om
contained
tendcncy　of the
extracted
coaL The　self−ignition
area which
minimizes
oxygen
than　the　pyrolyzed　coal ，
which
費actions ．
However
prepared　from　an
of the solvent
to　them ．
The
was
access
caused
by　the coating
higher　than
treated　coal was
still
slightly　coa 】
．
treated　coal ）を 調 製
褐炭 な
どの
低 品 位 炭 は 世 界 中 に 広 く分 布
が 豊 富で あ るが
，一般
め
・長 期 間 貯 蔵
炭地 以 外 で は 殆 ど利 用 され
，低 品 位
埋蔵 量
し
に 高含水 率 で 乾燥 状態で は 高
自 然 発 火 性 を示 す の で 長 距 離輸 送
困 難 で あ り産
その た
obtained
treated　coal　was sma11er 嶝
い
it
can suppress
｛br　thc samples
examined
mild
at
1−methylnaphthalene ，
as is　whether
low　rank coals．
ln　this
study ，
self ignition
tendencies were
seH ：ignition
of fbr　this　mcthod
°
coals under
−polar
solvents ，
such
bclow 350 C ．
One of the　remaining problems　to　be　solved
low rank
can nbt oniy 炭を利 用す るた めに
は
て
い
が
な い
、
脱水 処 理 お
よ び 自然 発 火 性 抑 制 処 理 を 行 う こ とが 必 要 不 可 欠 で
あ る ．さ ら に ，エ ネ ル
ギ ー源
と して の
有効 利 用 を考
した ．ま た
で
1 時 間処理
で ろ
て溶剤 中で 熱
，
つ
1 1Limpges1
．
a ．
f，
の Loy Yang 炭 （オ ース トラ リア 産
約 15g − d．
1 に 示 す SUS 製 オ ー トク レ ープ に 充 填
褐 炭 ）を Fig．
し ，溶 剤 と し て 1一
メ チ ル ナ フ タ レ ン （1−MN ）を 約
300cm3 導 入 し た ．そ の 後 ，350 C に 昇 温 し 1 時 間 保
持 し ，室 温 ま で 冷 却 す る こ とで 処 理 炭 （STC ；Solvent
°
，
溶 な 成 分 （Residue ）， ス
テ
フ イ
処理温度では溶剤可
す
にお
，脱 水 ・改 質 が 進 行 す る こ と を
明 ら か に し た ［1 2］．本 研 究 で は ，こ の 低 品 位 炭 改 質
法 が 自然 発 火 性 の 抑 制 に も有 効 か 否 か を 検 討 し た ．
ま た ，処 理 前 後 で の 石 炭の 構 造 変 化 か ら 自然 発 火 の
い て も検 討 し た ．
要因に
2． 実 験
こ とに よ り
こ とで
過す る
溶 だが
処理 す る
した後 ，
処理 温 度 で 溶 剤 に 不
研 究 室 で は
い
350 °
C
処理 温 度 お よ び 室温
え た 場 合 ，改 質 に よ る 発 熱 量 の 向 上 が 望 ま れ る ．本
，低 品 位 炭 を 350 °
C
，
，常 温
で
析出
分 （Deposit ）
る 成
お よび 常温 に お い て
uble
（So ］
の
3つ
ラ ク シ
の
フ
＿6oo
ョ
ン
邑
さ ら に ，比
バ
．
800
）
に 分離 し た
ー
・ー
リザ
Fig．
1 装 置 の 概 略図
も溶 剤 に 可 溶 な 成 分
1 2tD
＝
．
s ｛、
瀦
o・
6
！出
4
．鬘
監
。。
。、
耳、 。
。
較 実験 の た
め ，石
炭を
He 雰
囲 気
下にお
い
て
鬘
t−
α
02
。
°
，。
1。。
Ttme 匝
Fig ．
2 温度 プ
t5。
ロ
、。。
、，。
nl
フ ァ
イル お よび
重 量 変 化 の 例 （STC ）
一22 一
一
NNII-Electronic
工 工 Eleotronio
Library Service
Library
The　Japan
The
Japan　Institute
工nstitute
of Energy
Energy
of
YIじ1d　HHV 細 孑L 表 面積
’
sP
〔
巧廴炭 Jk準 ／　kgtkgtoal 処 理 炭 基 準 ）
〔
daf
MJ
／
kg
d
a f
m21g
sarnplc
1　［
】【
］
’
．
−
−．
’
SampleRawco
254
副
STCRes
085
dueD
¢
0
卩OSLtSDI
．
’40
0 02 04
Domposltlon
Elornental
Fig ．
3 各試 料 の
°
350 C で 1 時 間 熱 分
06
08 coal
za
91nvig2g1
ldi1
自然 発 火 性
の
03
0 30 6D 90 120
Tlme ［
mlnl
Fig．
5．各 試 料 の
る aliphatic
炭 素
の
酸 素吸 着量 の 経 時 変 化
割 合 も 増 加 した ．
各 試 料 の 酸 素 吸 着 量 の 経 時 変 化 と no
に示 す ．
Residue お よ び Char は no が そ れ
−
よび細 孔表 面積
製 した．
，
〇　a 解 し て 得 ら れ た 試 料 （Char ）を 調
ao
三
1
− ．
d
f］
元 素 組 成 ，収 率 ，発 熱 量 お
k81kg
［
32221610
蒭 五
巳
230 ／274 2062
評 価 は 熱天 秤 を用い て 行 っ た ．
Fig．
2
に そ の 例 を 示 す ，Residue，
Deposit お よ び
STC
に は
−0 ／g −sample
mg
と原 炭 の 約 2 倍 に な っ
の
5
値 を Fig ．
2．
3 2．
2
一
た ． 方 ，抽
ぞれ
，
出 され た 成 分 で あ る Deposit お よ び Soluble は
微 量 の 溶 剤 が 含 ま れ て い る た め ，250 °
C ま で 昇 温 し，
値が
残 存 す る 溶 斉1」を 取 り除 い た 後 ，65 C ま で 冷 却 し た ．
大 幅 に 自 然 発 火 性 が 抑 制 さ れ た ．ま た ，STC
°
一一
方 ，Soluble
お
持 した
で
．そ の
ス
で
02 ／He 雰 囲 気 に 切
％
30
min 保
り替 え
65°
C
し た ．こ の 保 持 時 間 中 の 重 量 変 化 お よ
2 時 間 保持
びガ
Char は まず 65 C
よび
後 ，22
°
生 成 量 か ら酸 素 吸 着 量 （no ）を 求 め ， 自然 発
O．
3 1 ．
O mg −0 ／g−sample
，
値 が原 炭
の
Depositお
ら なか
っ
の そ
よび
no
の
と非 常 に 小 さ くな り，
は
no
れ よ り も 少 し 大 き く ，Residue
，
Soluble よ
り推 算 し た
，細 孔 表 面 積 S
た
軌
］
？
022 367i81
084
1．
z
・
。
t5］
o
凵
bleChar
daf
【
噛 02
酪
【コ
8303187喜 。1 5
碍 ロ
1Q
諺
・丶
受 O−
O ・
05
26 61313660
［3 308
mg
［
25
］741
050 2921145
監
na
−019−sampl
卩
に
〃o
の
値 と殆 ど 変
注 目 す る と ，抽 出 物 で
あ る Depositお よ び Solubleは Sp が 非 常 に 小
さい 値 に
．こ の こ とか ら Solubleの 自然 発 火 性 が 抑 制
され た の は ，a ］iphatic炭 素 の 増 加 に よ り 自然 発 火 の
1− EllSWing
の
調
製
した
試
料
元
素
分
析
収
率
，
発
熱
量
お
よ
び
CO2
サ
イ トは 増 加 し た が ，細 孔 表 面 積 の 減 少 に よ り酸 素
，
3 に 示 す ． の ア ク セ ス が 抑 制 さ れ た た め と 考 え ら れ る ．ま た ，
吸 着 等 温 線 よ り 求 め た 細 孔 表 面 積 5p を Fig．
い ず れ の 処 理 炭 も 完 全 に 脱 水 され て お り ，処 理 炭 基
Deposit の 自然 発 火 性 が 著 し く抑 制 さ れ た は aliphatic
火性
の
．
評 価指 標 に 用 い た
準 の 発 熱 量 も約 30MJIkg
向 上 し た ．特 に ，STC
は
な
と高 品位 炭 と 同程度 ま で
Char と収 率 が あ ま り変 わ
ら な い が ，Char よ り も 酸 素 含 有 量 が 小 さ く な
め
，発 熱 量 が
大幅 に 向上
較 し て も 原 炭 よ り も大 き
っ
たた
，原 炭 基 準 の 発 熱 量 で 比
た ．つ ま り 提 案 法
くな
し
っ
，
1蠡
謄徽萪
の
i30NMR
ル
ペ
ス
の
ピ ーク が 殆
基
て carboxyl
の
自然 発 火 性
一つ
の
い
の
よび
表 面 は
Residue よ
細 孔 を 覆 っ て い る と考 え
り も小 さ く
Solub］e が
られ る が ，
自然 発
Dcposit
や
火 性 は 原 炭 よ り も や や 高 く， さ ら な る 自然 発 火 性 抑
々
が 提 案 し た 低 品 位 炭 の 脱 水 他 改質 に 有効 な溶
．提 案 法 に
よ り得 ら れ た 処 理 炭 は 、完 全 に 脱 水
抽 出 物 は 細 孔 表 面 積 が 小 さい た め に 酸 素 の
が 抑 制 され
ア クセ
，大 幅 に 自 然 発 火 性 が 抑 制 さ れ た r
分 離 せ ず に 処 理 の み を行
っ
．
ス
方，
た 石 炭 （STC ）は 自 然 発
火 性 が 原炭 と同 程 度 で あ り，
Residueで は 原 炭 よ り も
冨
大 き くな っ た ．こ れ ら の 成 分 の 利 用 に は さ ら な る 自
然 発 火 性 抑 制 が 求 め られ る ．
E
参考 文 献
200 t50 100 50 要 因 の Ch 。。、i。al　Sh ；ft［ppm
と 考 え られ て
Sp も原 炭 お
套
E
し た が ，Soluble で は
て お り
Residue の
した
擁量
の 処 理 炭
aromatic 炭 素 が 増 加
，STC
っ
され ，
高 品 位 炭 と同 等 に な る ま で 発 熱 量 が 向 上 し た
反 応 が 進 行 し た と考
ず れ
の
な
弖
分解
え ら れ る ．ま た ，い
ま た ，STC
剤 処理 法 が 自然発 火 性 の 抑 制 に も有効 か 否 か を 検 討
ど見 ら
れ ず ，処 理 中 に お い
炭 素 の 減 少 と細 孔 表 面 積 の 減 少 に よ る と考 え られ る ．
我
を 示 す ．い ず れ の
基
，
藍
麟
ク ト
処 理 炭 も carboxyl
た
制 が 求 め られ る ．
は 熱 量 の 損 失 を 伴 わ 罵
な
っ
4
Fig，
各 試料
の
0　−40
］
．
Miura ．
et at ．
ACS Div ．
EuelChem ．
54−2 （2009 ） 212
，
，
−
2
X
．
Li
et
at
．
．
4CS
L
）
iv
．
Fuel
Chem
．
55
2
． （2010 ）　870
［］
， ．
卩】K
炭 素形 態 分布
一23一
一
NNII-Electronic
工 工 Eleotronio
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