石炭の基礎 - 石炭エネルギーセンター

石炭の基礎
２０１３年１月２２日
出光興産（株）
1
PROPERTY OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD. TO BE REPRODUCED AND USED ONLY IN ACCORDANCE WITH WRITTEN PERMISSION OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD.
石炭とは
石炭は黒色あるいは黒褐色の可燃性堆積岩であり、多少の水及び無機物（鉱
石炭は黒色あるいは黒褐色の可燃性堆積岩であり
多少の水及び無機物（鉱
物等；燃焼後に灰となる）を含む常温で固体の有機物（C,H,O,N,S主体)である。
主に炭素含有量の差によって、物理的・化学的構造が大きく変化する。
石炭の外観
無機鉱物
瀝青炭の化学構造モデル（産業技術総合研究所）
有機物
水
分
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2
石炭の成因（１）
木材の堆積
木材堆積
水中での熟成
地熱・地圧・時
地熱
地圧時
間による石炭化
炭層の生成
沼沢地・海浜などで繁茂した植
物が枯死して水中に浸漬し、さ
らに新たに生育した植物が枯
死して沈積する現象を繰り返す
ことで厚さが増加。空気が遮断
された状態で微生物の分解作
用で腐食物に変化し、泥炭とな
る（泥炭化）
る（泥炭化）。
水面の上下により、砂や泥が
堆積物の上に沈積し、これを
被覆。
泥炭はさらに地熱地圧によ
泥炭はさらに地熱、地圧によ
り、脱水、脱炭酸、脱メタン化
作用により石炭へ変化（石炭
化）。
色が褐色から黒色さらには
色が褐色から黒色、さらには
光沢を帯びるようになる。
さらの木材の集積。泥炭化。
石炭化を繰り返すことで、炭
層が生成。
１の瀝青炭の炭層を形成
１ｍの瀝青炭の炭層を形成
するためにはその約20倍、
20ｍ程度の厚さの木材堆積
物が必要と言われている。
褐炭
亜瀝青炭
瀝青炭
無煙炭
石炭化の進行によるによる色調の変化と名称
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石炭の成因
石炭の成因（
（2）
20
2.0
OH
CH3
O
反応線
脱水
脱炭酸
脱メタン
木材
（CxHyOz)
2
OH
CH3
CHO
HC O
CH
CH
2
HO
2
HO
O
CH2CC
H
CH
CH
OH
CO
OH
1.5
H/C
C原子数比
比
O
CH
C
H2
亜瀝青炭
褐炭
O
瀝青炭亜瀝青炭
1.0
O
泥炭
O
無煙炭
褐炭
ｲﾝﾄﾞﾈｼｱ
ロシア
豪州
中国
米国
木材
亜炭
05
0.5
無煙炭
木材の構成元素である炭素、水素、酸素に着
目し、その変化過程をO/C,H/Cで見ると、
①酸素+水素→水（脱水反応）
②酸素+炭素→炭酸ガス（脱炭酸反応）
③炭素+水素→メタン（脱メタン反応）
0.0
0.0
0.2
データ出所；出光CDB
0.4
0.6
O/C原子数比
0.8
瀝青炭
1.0
で石炭化が進行する。
炭素含有率の上昇
一方、炭素の骨格から見ると、石炭化反応の進
行に従って、芳香族分子の重縮合が進む。
Krevelenのコールバンド
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4
石炭化度が石炭の諸物性に及ぼす影響（（1）
石炭化度が石炭の諸物性に及ぼす影響
400
350
日本炭
海外炭
300
15
250
孔隙率％
内部表面積ｍ
ｍ2/ｇ
20
200
150
100
10
5
50
0
60
70
80
C%
90
石炭化度と内部表面積の関係
100
0
79
83
87
C%
91
95
石炭化度と孔隙率の関係
出典、石炭化学と工業
5
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石炭化度が石炭の諸物性に及ぼす影響（２）
石炭化度が石炭の諸物性に及ぼす影響
（２）
4 0.0
3 5.0
褐炭
亜瀝青炭
瀝青炭
無煙炭
褐炭
3 0.0
3 00.0
0
2 5.0
2 0.0
豪州
ｲﾝﾄﾞﾈｼｱ
中国
米国
ﾛｼｱ
その他
1 5.0
1 0.0
5.0
0.0
瀝青炭
無煙炭
豪州
ｲﾝﾄﾞﾈｼｱ
中
中国
米国
ﾛｼｱ
その他
2 5.0
水分（wt%,ad)
発熱量（M
MJ/kg,ｍｍｍff)
3 5.0
亜瀝青炭
2 0.0
1 5.0
1 0.0
5.0
0.0
6 0.0
7 0.0
8 0.0
90 .0
炭素含有量(% ,daf）
d f）
1 00 .0
出典、出光CDB
6 0.0
7 0.0
8 0.0
90 .0
炭素含有量( % d f）
炭素含有量(wt%,daf）
1 00 .0
出典、出光CDB
炭素含有量が上昇するにつれ、水分含有量が低下、合わせて酸素含有量
炭素含有量が上昇するにつれ
水分含有量が低下合わせて酸素含有量
が低下（先述）することで、発熱量（mmmfベース）は増加する。
一方、無煙炭領域に入ると、水素の脱離が支配的になるため（先述）発熱量
は低する
は低下する。
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石炭化度が石炭の諸物性に及ぼす影響（３）
2 .00
3 .50
褐炭
1 .80
瀝青炭
無煙炭
豪州
ｲﾝﾄﾞﾈｼｱ
中国
米国
ﾛｼｱ
その他
1 .40
1 .20
褐炭
3 .00
窒素含有
有量（ wt%,daf)
1 .60
硫黄含有
有量（ wt% ,db)
亜瀝青炭
1 .00
0 .80
0 .60
亜瀝青炭
瀝青炭
無煙炭
豪州
ｲﾝﾄﾞﾈｼｱ
中国
米国
ﾛｼｱ
その他
2 .50
2 .00
1 .50
1 .00
0 .40
0 .50
0 .20
0 .00
0 .00
6 0.0
7 0.0
80 .0
90 .0
炭素含有量( t% ,daf）
炭素含有量(wt%
d f）
1 00 .0
出典、出光CDB
6 0.0
7 0.0
8 0.0
90 .0
炭素含有量( t% d f）
炭素含有量(wt%,daf）
1 00 .0
出典、出光CDB
硫黄、窒素含有量は石炭化度に依存しない。これは、両元素が元々根源植
硫黄
窒素含有量は石炭化度に依存しないこれは両元素が元々根源植
物及び堆積環境に由来するものであり、その後の石炭化過程に支配されない
ことを意味している。
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PROPERTY OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD. TO BE REPRODUCED AND USED ONLY IN ACCORDANCE WITH WRITTEN PERMISSION OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD.
石炭の分類
項目
分類
石炭化度
泥炭（Peat)、褐炭（Lignite)、亜瀝青炭（Sibbituminous)、瀝青炭
（Bituminous)、無煙炭（Anthracite)
用途
一般炭（Thermal coal)、原料炭（Coking coal)
石炭生成
石炭
成
陸植炭（Humic coal)、残留炭（Liptobioliths)、腐泥炭（Sapropelic
coal)、炭質頁岩（Coaly
l) 炭質頁岩（C l shale)
h l )
Coking Property 弱粘結炭、準強粘結炭、強粘結炭
Caking Property 非粘結炭、微粘結炭、粘結炭
組織
粒度
輝炭、暗炭、炭母
微粉炭（3mm以下）、粉炭（3-13mm）、小塊炭（13-25mm）、中塊炭
（
（25-37mm）、塊炭（38-50mm）、切込炭（ROM)
）塊炭（
）切込炭（
)
GOST（ロシア）の方式 SS炭、J炭、KJ炭、K炭、OS炭、T炭
ASTM（米国）の方式
（米国）の方式瀝青炭
瀝青炭A,B,Cなど
, , など
各国規格
ISOの方式
JIS（日本）の方式
AS(豪州)の方式
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石炭の生成
石炭
の生成--世界の主要炭田と地質時代
世界の主要炭田と地質時代古生代
百万年
中生代
石炭紀
ペルム紀
三畳紀
ジュラ紀
白亜紀
第三紀
Carboniferous
Permian
Triassic
Jurassic
Cretaceous
Tertiary
３６０
２９０
豪州
２４０
ロシア
１３８
６３
華北・華南
ﾋﾞｸﾄﾘｱ
東北内蒙古
西部
ｱﾊﾟﾗﾁｱ・内陸
ｱﾊ
ﾗﾁｱ内陸
南ア
２
南ﾔｸｰﾄ･ｶﾝｽｸｱﾁﾝｽｸ
南ﾔｸ
ﾄｶﾝｽｸｱﾁﾝｽｸ
ドネツ・クズネツ
中国
２０５
モアトン・スラット
ボーエン・シドニー
米国
新生代
ﾅﾀｰﾚ･ﾄﾗﾝﾊﾞｰﾙ州
カナダ
西部(山地・山麓）
ネシア
主要植物
ｽﾏﾄﾗ･ｶﾘﾏﾝﾀﾝ
シダ類
(鱗木・封印木・蘆
木））
初期裸子植物
(コルダﾞ木）
菌類、藻類、コケ
褐炭
初期松柏類
（松、もみ）
シダ類
コルダ木
シダ類
コルダ木
松柏類
裸子植物
(コルダ木・イチョウ
目松柏類）
目・松柏類）
裸子植物
(コルダ木・イチョ
ウ目松柏類）
ウ目・松柏類）
裸子植物
（杉・セコイア）
被子植物
日本の石炭は新生代
石炭の成長には植物の堆積時期(生まれ）と堆積環境（育ち）が影響。
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石炭の賦存地域と埋蔵量
確認可採埋蔵量;8 609億トン
確認可採埋蔵量;8,609億トン
(無煙炭+瀝青炭; 4,048、亜瀝青炭2,608、褐炭,1,954)
その他（ 7.3 ％）
ｾﾙﾋﾞｱ（ 1.6
1 6 ％）
南ア（3 .5％）
ｶｻﾞﾌｽﾀﾝ（3 .9％）
ｳｸﾗｲﾅ（3 .9％）
中東（0 .1％）
1％）
米国（ 27 .6％）
ｱﾌﾘｶ（3.7
ﾘ（
％）
）
北米（ 28 .5％）
欧州（ 30 .8％）
南米（1 .5％）
ﾄﾄﾞｲﾂ（
ｲﾂ（ 4.7
4 7 ％）
ｲﾝﾄﾞ（7 .0％）
豪州（ 8.9
8 9 ％）
ﾛｼｱ（ 18 .2％）
中国（ 13 .3％）
3％）
国別確認可採埋蔵量の分布
ｱｼﾞｱ･ｵｾｱﾆｱ
（3 5.5
5 5 ％）
地域別確認可採埋蔵量の分布
出典; WEC2010
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可採年数（埋蔵量//生産量）の変化
可採年数（埋蔵量
4 00
4.0
60 0.0
00
3 00 .00
Oil
R/P; Reserve/ Production ratio
40 0.0
Ntural gas
30 0.0
2.0 0
20 0.0
Oil
1.0 0
Ntu ral gas
2 00 .0
Coal
R/P( - )
3 00
3.0
Provved reservess(Billion TOE
E)
Production(B
P
Billion TOE)
50 0.0
Coal
Coal
1 00 .0
Ntu ral gas
10 0.0
Oil
0.0 0
0.0
'0 0
'0 2
'04
Year
'06
'08
0 .0
'0 0
'02
'04
'0 6
'0 8
Year
出典九州大学石炭等化石資源中核人材育成事業資料
出典；九州大学石炭等化石資源中核人材育成事業資料
R/Pは確認可採埋蔵量を現在の生産量で割った値であり、可採年数を示す指標である。近年、天
然ガス、石油、石炭は共に生産量が伸びている。天然ガス、石油の残存可採埋蔵量は新規発見が
あり可採年数は維持されているが石炭については新規炭鉱の開発遅れや生産量の急増によ
あり、可採年数は維持されているが、石炭については、新規炭鉱の開発遅れや生産量の急増によ
り急激に減少しているため、ここ数年急激に減少している。供給安定性の確保のためには、新たな
鉱山開発が急務となっている。
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エネルギー供給における石炭の位置づけ
14.0
100%
4%
11%
一次エネル
ルギー種別消費構成比（％）
80%
15%
27%
17%
70%
56%
60%
50%
24%
23%
52%
70%
27%
25%
23%
9% 30%
5%
24%
17%
29%
40%
8%
4%
30%
13%
20%
40%
37%
30%
10%
18%
46%
36%
33%
41%
34% 34%
種別消費量(１０
一次エネルギー種
一
０億トン/石油換算
算）
90%
12.0
10.0
30.8%
8.0
6.0
48.9%
4.0
12.9%
2.0
19%
0%
0.0
’70 ’74 ’78 ’82 ’86 ’90 ’94 ’98 ’02 ’06 ’10
年度
石油
石炭
ガス
原子力
水力
その他
石油
石炭
ガス
原子力
水力
その他
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コールチェーン
品質調整
原炭採掘
貯炭
内陸輸送
鉄道
粉砕
露天堀
坑内堀
選炭
バジ
バージ
積込み
加
加工
CWM
トラック
港湾貯炭
改質
鉱山
需要家
パイプライン輸送
内航輸送
需要家
トラック輸送
バルクターミナル
積込み
外航輸送
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石炭の採掘（１）
露天堀
主作業は炭層を覆っている表土を除去（剥土）することにあり、剥土方式が即ち採
掘方式である。
ドラッグライン
ブルドザ
ブルドーザー
穿孔機
穿孔機
スクレーパー
ハイウォール
リクラメー
ション
炭
層
ローウォール
ペイローダ
ダンプト
ラック
パワーショベル
パワ
ショベル
ドラッグライン
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石炭の採掘（2
石炭の採掘（
2）
坑内堀
技術的、経済的に露天堀では採炭できない場合には坑内堀が用いられる。坑内堀
には炭層の賦存状態（炭層厚、褶曲の有無等）により柱房式（中小規模）と長壁式
（大規模）が採用されている。
長壁採炭法
柱房式採炭法
ｺﾝﾃｨﾆｭｱｽ･ﾏｲﾅｰ
シャトルカー
ドラムカッター
自走枠
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石炭の採掘（3
石炭の採掘（
3）
露天堀は坑内堀に比べて低コストで採掘でき、実収率が高く、安全性も高いため、条
件が満たされれば、露天堀が採用される。露天堀か坑内堀かを決定する要素は採掘
コスト、石炭生産量、剥土処理量で決まる。
露天堀の経済的限界を示す指標として剥土比が一般的に用いられる。
剥土比＝剥土量（ｍ3）/原炭（ｔ）
通常一般炭で剥土比が7～10、原料炭で12～15程度と言われ、それを上回る場合は
坑内堀が採用されるが剥土コスト（機器の性能）やリクラメーションコスト
坑内堀が採用されるが、剥土コスト（機器の性能）やリクラメ
ションコスト、精炭価格
精炭価格
によっては、大きく変化する。
露天掘りの利点
露天堀の欠点
 出炭量が大で採炭費が安い
 地表が荒れる（リクラメーションコストが大）
 出炭の調整が可能
 初期投資費用が大
 採炭実収率が大
 経済的には深さに制限（剥土比）
 支柱、充填、昼間照明が不要
 作業が気候に左右されやすい（風雨、積雪等）
 坑内より安全で衛生的
 坑内ほどの熟練者を必要としない。
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石炭の品質調整
目的
原炭（ROM)を品質の安定した発熱量の高い商品に仕上げたり、需要家のニーズに合っ
たスペック（粒度灰分量等）に納めるべく加工処理を行う
たスペック（粒度、灰分量等）に納めるべく加工処理を行う。
１．粒度調整
粉砕・篩い分けにより所定粒度（通常50ｍｍ以下）に調整
2．選炭（脱灰）
石炭（比重約1.4）と鉱物（比重約2.5）の比重差や界面化学特性の差を利用
して石炭と鉱物を選別分離





鉱物除去による発熱量の増加
灰分量の低減
異物（鉄片等金属類、不発雷管等）の除去
粘土除去によるハンドリング性の改善
硫黄分低減
硫黄分の低減
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PROPERTY OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD. TO BE REPRODUCED AND USED ONLY IN ACCORDANCE WITH WRITTEN PERMISSION OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD.
選炭
粉砕
分級
選別
重液バス
適応粒径（ｍｍ）
スパイラル
浮選
ブラッドフォードブレーカ
バタックジグ
ジグ
1
湿式サイクロン
再粉砕
重液サイクロン
10
バウムジグ
振動ﾌﾙｲ
重液バス
100
0.1
0.01
浮選
0 001
0.001
精炭
選炭プロセス例
廃石
選炭機
粒径別適応可能選炭機
出典；九州大学石炭等化石資源中核人材育成事業資料
粉砕により石炭と鉱物の単体分離を促進する。
選炭機に応可能な粒に分級する
選炭機に適応可能な粒径に分級する。
石炭と鉱物の比重差、界面化学的特性の差により分離選別する。
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重液選別
原理
0.9
水(比重１））
水(比重
3.0
2.5
0.9
2.5
重液(比重2 7）
重液(比重2.7）
3.0
重液バス
重液：一般に高比重の粉末を水に懸濁し調整
重液：
般に高比重の粉末を水に懸濁し調整
重液材：フェロシリコン（FeSi)、磁鉄鉱（Fe3O4)など
出典；九州大学石炭等化石資源中核人材育成事業資料
PROPERTY OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD. TO BE REPRODUCED AND USED ONLY IN ACCORDANCE WITH WRITTEN PERMISSION OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD.
ジグ選別
原理
vt 
g ( p   f )
18 
Dp
2
vs ：終端速度 [m/s]
Dp ：粒子径 [m]
ρp ：粒子の密度 [kg/m3]
ρf ：流体の密度 [kg/m3]
g ：重力加速度 [m/s2]
η ：流体の粘度 [Pa･s]
石炭の密度を1.4、鉱物の密度を2.5と仮定す
ると鉱物の沈降速度は石炭の約4倍となる。
ジグ選別機
出典；九州大学石炭等化石資源中核人材育成事業資料
20
PROPERTY OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD. TO BE REPRODUCED AND USED ONLY IN ACCORDANCE WITH WRITTEN PERMISSION OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD.
浮選
石炭は、疎水性であり水にぬれにくく、油にぬれやすい。ほとんどの鉱物質は親水性であり水
石炭は
疎水性であり水にぬれにくく油にぬれやすいほとんどの鉱物質は親水性であり水
にぬれやすく、油にぬれにくい。この固体―液体間または固体―気体間のぬれ性質の差を利
用し、0.5mm以下の微粉に適用されるコールクリーニング法が、浮選（flotation）である。
気泡
80
接触角大＝疎水性大
接触角
60
40
20
出典；九州大学石炭等化石資
源中核人材育成事業資料
0
80
親水性が高い低石炭化度炭（褐炭、
亜瀝青炭等）には適応不可。
82
84
86 88
C(%)
90
92
94
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21
世界の石炭生産量
8,000
7,000
石炭生産量（百万トン）
6,000
5,000
4,000
3,000
2,000
1,000
0
'00
'02
'04
'06
'08
Year
中国
豪州
南アフリカ
米国
インドネシア
その他
インド
ロシア
'10e
出展；IEA Coal Information(2011)
10年間で世界の石炭生産量は1.6倍に増えた。
特イドネシ（倍）中国（倍）イド（倍）生産が大きく上昇
特にインドネシア（4.4倍）中国（2.4倍）、インド（1.7倍）の生産が大きく上昇し
た。
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22
石炭の物流
石炭の
物流
内陸輸送
陸輸送
鉱
山
内航輸送
外航輸送
輸
中継基地
輸出基地
船型
貨車
港湾出荷
港湾
荷
ケープ
内航船
バージ
沖積
パナマックス
トラック
トラック
ハンディー
ベルトコンベア
ベルトコンベア
スモール
ニューキャッス積出港
ケープサイズ
ケ
プサイズ
出光バルク
ターミナル
国
内
石
炭
需
要
家
輸送手段
輸送手段
内航船；
5400DWT
鉄道
インドネシア沖積
パナマックス
サイズ
内航船；
900DWT
バージ
ベルトコンベア
15ｔダンプトレーラ
トラック
23
PROPERTY OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD. TO BE REPRODUCED AND USED ONLY IN ACCORDANCE WITH WRITTEN PERMISSION OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD.
Amount of ex
xported coal (M
Mt)
石炭貿易量
1000
Major trade movement off coal
800
(Million tonnes)
Russia
600
76.6
400
7.8
7.0 Europe
200
101.4
47.4
31.2
'02
Au st r alia
R u ssia
US A
Ch in a
'04
ye ar
'06
I n do n e sia
Co lu mbia
S o u th Afr ic a
Othe rs
148.6
24.9
10.1
Indonesia
28.6
1000
26.1
5.7
73.9
Colombia
28.5
8.2
85.4
5.4
252.2
Australia
27.3
S. & N.
America
Importer
出典; IEA Coal Information 2009
600
400
200
0
'00
Japan
Ge r man y
31.2
7.1
120.1
Exporter
800
35.3
10.5 73.7
USA
202.6
7.1
South Africa
N. America
78
7.8
298.8
5.5
46.2
8.1
185.6
61.8
国別石炭輸出量推移
Amountt of imported co
oal (Mt)
32.0
Africa &
M. East
'08e
14.3
7.0
31.5
10.8
Japan
Other
Asia
15.9
38.5
'00
C
Canada
d
10 2
10.2
Kazakhstan
27.1 China
297.4
35.3
0
Poland
Korea
Ch in a
'02
'04
ye ar
Taiwan
UK
'06
'08e
I n dia
O th e r s
2008年度における石炭生産量52億ﾄﾝの内、貿易に供されたものは、約9.4
億トン(16%)であった。
輸出量の内、豪州とインドネシアで4.5億万ﾄﾝと48%を占める。特に、近年イ
輸出量の内、豪州とインドネシアで4 5億万ﾄﾝと48%を占める。特に、近年イ
ンドネシアの輸出量が急激に伸びている。
輸入量の内、日本、韓国、台湾、インドのアジア4カ国で4.1億万ﾄﾝと44%を
占める。特に、中国、インドの輸入量が急速に伸びている。日本は最大の輸
入国であるが、全輸入量に占める割合は徐々に低下してきており、資源確
保競争の激化も懸念される。
国別石炭輸入量推移
PROPERTY OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD. TO BE REPRODUCED AND USED ONLY IN ACCORDANCE WITH WRITTEN PERMISSION OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD.
24
国別石炭輸入推移
120 000
120,000
100,000
輸入量 (千 t）
80 000
80,000
60,000
40 000
40,000
20,000
0
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
2005
1970
1975
1980
1985
豪州
カナダ
中国
南アフリカ
1995
2000
2005
年度
年度
米国
1990
ｲﾝﾄﾞﾈｼｱ
国別原料炭輸入推移
ロシア
米国
豪州
カナダ
中国
南アフリカ
ｲﾝﾄﾞﾈｼｱ
ロシア
国別一般炭輸入推移
出典；ｴﾈﾙｷﾞｰ・経済統計要覧08
一般炭の供給国は豪州、中国、インドネシア、ロシア4カ国で95％以上を占める。
中国炭は2003年まで急速に伸びたが、以降は中国政府の国内重視もあって、
減少している。
25
PROPERTY OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD. TO BE REPRODUCED AND USED ONLY IN ACCORDANCE WITH WRITTEN PERMISSION OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD.
石炭用途
一般炭
発電用ボイラ
直接利用
産業用ボイラ
高炉吹込（PCI)
セメントキルン
加工
CWM
CCS
ガス化
転換
原料炭
乾留
発電ボ
発電用ボイラ
産業用ボイラ
複合発電
化学原料
液化
液体燃料
ク
コークス
タール
鉄鉱石還元剤
ガス
ガス燃料
化学原料
石炭の用途別消費実態
ｷﾙﾝ
5.6％
原料炭
ｺｰｸｽ原料
31.3％
産業用ﾎﾞｲﾗ
20.6％
国内石炭総消費量
１億8千万ﾄﾝ
（２００８年）
一般炭消費量
事業用ﾎﾞｲﾗ
ﾗ
44.7％
一般炭
１億８百万ﾄﾝ
（２００８年）
事業用ﾎﾞｲﾗ
73.8％
ＰＣＩ
8 2％
8.2％
ｷﾙﾝ
3.4％産業用ﾎﾞｲﾗ
12.4％
出典；石油等消費動態統計調査等
石炭年間総消費量1億8千万トンの内、一般炭がおよそ60％、原料炭（含む
PCI用）が40％を占める。
一般炭消費量の内75％は発電事業用ボイラ用途であり、一般産業用ボイラ
般炭消費
発電事業用
ラ用途あり、般産業用
ラ
用途20％を合計した94％がボイラ燃料用となっている。
27
PROPERTY OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD. TO BE REPRODUCED AND USED ONLY IN ACCORDANCE WITH WRITTEN PERMISSION OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD.
石炭の品質（１）
石炭の品質は様々な過程において機器に影響を与える。同じ銘柄であってもロットが
石炭の品質は様々な過程において機器に影響を与える
同じ銘柄であってもロットが
異なれば、影響度合いも変化する。
使用前に迅速且つ的確な評価が必要
28
PROPERTY OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD. TO BE REPRODUCED AND USED ONLY IN ACCORDANCE WITH WRITTEN PERMISSION OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD.
輸入炭品質の変遷
ＳｕｂＢ（0 .2％）
ＳｂA（ 2.0
ＳｕｂA（
2 0 ％）
ｌｖb（3 .7％）
ｍｖb（ 1.0 ％）
ＳｕｂＢ（1 .2％）
ｌｖb（2 .9％）
ｍｖb（2 .9％）
9％）
ＳｕｂＡ（ 14 .0％）
ｈｖＣｂ（ 17 .2％）
一般炭契約量
６.７千万ﾄﾝ
６
７千万ﾄﾝ
（２０００年）
ｈｖＣｂ（ 23 .1％）
ｈｖＡｂ（4 4.6
4 6 ％）
ｈｖＢｂ（ 31 .2％）
分類はASTMに準拠
出典；COAL MARKET SURVEY、出光CDBより作成
一般炭契約量
１億１千万ﾄﾝ
（２００８年）
ｈｖＡｂ（3 5.8 ％）
ｈｖＢｂ（2
（ 3.1 ％）
）
Ｌｖｂ（低揮発分瀝青炭）；発熱量32.56MJ/ｋｇ以上（ｍｍｍｆ）＆VM14-22%((ｄｍｍｆ）
Ｌ
ｂ（低揮発分瀝青炭）発熱量32 56MJ/ｋ以上（
ｆ）＆VM14 22%((ｄ
ｆ）
Ｍｖｂ(中揮発分瀝青炭）；発熱量32.56MJ/ｋｇ以上（ｍｍｍｆ）＆VM22-31%((ｄｍｍｆ）
hvAb(高揮発分瀝青炭A)；発熱量32.56MJ/ｋｇ以上（ｍｍｍｆ）＆31%(以上(ｄｍｍｆ）
ｈｖBb(高揮発分瀝青炭B);発熱量30.24-32.56MJ/ｋｇ
ｈｖCb(高揮発分瀝青炭C)；発熱量26.752-30.24MJ/ｋｇ
subA（亜瀝青炭A);24.42-26.75MJ/kg（ｍｍｍｆ）
SubB(亜瀝青炭B);22.10-24.42MJ/kg（ｍｍｍｆ）
(亜瀝青炭 )
（
）
近年、輸入国の多様化に伴い、輸入炭品質は大きく変化した。
特に、高水分低発熱量で、自然発熱し易く、ボイラ効率の低下に繋がる高揮
、高
、然
、
効
高揮
発分瀝青炭Cあるいは亜瀝青炭の輸入比率が上昇している（インドネシア炭の
急増による効果が大きい）。
PROPERTY OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD. TO BE REPRODUCED AND USED ONLY IN ACCORDANCE WITH WRITTEN PERMISSION OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD.
29
石炭の品質（２）
項目
単位
基準
全水分
発熱量
高位
固有水分
灰分
工業分
析
揮発分
固定炭素
全硫黄
炭素
水素
元素分
窒素
析
硫黄
酸素
HGI
FT
灰融点
SiO2
Al2O3
TiO2
Fe2O3
CaO
MgO
灰組成
Na2O
K2O
P2O5
Wt%
kcal/kg
wt%
wt%
wt%
wt%
wt%
wt%
wt%
wt%
wt%
wt%
℃
wt%
wt%
wt%
wt%
wt%
wt%
wt%
wt%
wt%
wt%
wt%
AR
AD
AD
AD
AD
AD
AD
DAF
DAF
DAF
DAF
DAF
-
MnO
SO3
豪州瀝豪州瀝中国瀝ﾈｼｱ亜瀝
青炭A 青炭B 青炭A 青炭A
9.6
10.4
9.6
28
7,150 6,830 7,150
5,900
18
1.8
30
3.0
18
1.8
14
15.3
14.4
15.3
8
34.9
25.8
34.9
40
48.0
56.8
48.0
38
0 55
0.55
0 46
0.46
0 55
0.55
08
0.8
83.75 85.20 83.75
73.01
5.89
4.79
5.89
7.21
2.01
1.63
2.01
1.20
0 46
0.46
0 33
0.33
0 46
0.46
1 01
1.01
7.89
8.04
7.89
17.80
46
57
46
50
1370 1,500
1370
1,350
59 68 51.67
59.68
51 67 59.68
59 68
62 23
62.23
23.05 35.01 23.05
24.00
1.23
1.99
1.23
0.53
5.79
3.82
5.79
5.89
3.80
1.76
3.80
0.90
1.41
0.56
1.41
1.43
0.23
0.20
0.23
2.00
1.24
0.73
1.24
1.03
0.32
0.60
0.32
0.11
0.05
0.02
0.05
0.05
2.62
0.66
2.62
1.20
 発熱量→
発熱量石炭供給量に影響
 全水分→ハンドリング性、乾燥能
力、熱効率に影響
 固有水分→酸素含有量と同じく石
炭化度の指標の一つで、自然発熱
性に影響
性
影響
 灰分→灰中未燃分、灰処理に影響
 揮発分→燃焼性と効率（着火, 炎
の形状、燃え切り、灰中未燃分）に
状燃切
中未燃分）
影響する
 全硫黄→SOｘ発生量に影響。パイ
ライト硫黄は自然発熱性にも影響。
 窒素分→含有量と形態がNOｘ発
生量に影響
 HGI→粉砕性に影響（燃焼性）
 灰組成→スラッギング、ファウリン
グ等に影響
30
PROPERTY OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD. TO BE REPRODUCED AND USED ONLY IN ACCORDANCE WITH WRITTEN PERMISSION OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD.
石炭品質の問題点-ロット別品質の変動70.0
平
平均値からの偏
偏差（％）
60.0
発熱量(ad)
Coal A
Coal B
HGI
2 009 年
200 0年
年
Coall A
C
Coal B
灰分(ad）
Coal A
Coal B
50.0
40.0
30 0
30.0
20.0
10.0
0.0
- 10.0
- 20.0
- 30.0
2 000 年
2 009年
年
2000 年
20 09年
70.0
平均値か
からの偏差（％
％）
60.0
硫黄分(d)
Coal A
Coal B
窒素分(daf)
Coal A
Coal B
燃料比
Coal A
Coal B
50.0
40.0
30.0
20.0
10 0
10.0
0.0
-10.0
-20.0
-30.0
2000 年
2 009 年
20 00年
20 09年
2000 年
200 9年
出典、出光CDB
PROPERTY OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD. TO BE REPRODUCED AND USED ONLY IN ACCORDANCE WITH WRITTEN PERMISSION OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD.
31
石炭の品質がハンドリング性に及ぼす影響
石炭の
品質がハンドリング性に及ぼす影響
搬送時のトラブル
石炭をハンドリングする際にもっとも頻繁に発生するトラブルとして、ホッパーからの排出
不良やベルトコンベアへの固着がある。石炭の排出性と固着性には、物理的・化学的要因
が複雑に影響しており、石炭性状から予測評価することは困難である。しかしながら、的確
な評価試験を行うことにより排出性と固着性を評価することが出来る。
〔バケットエレベータ〕
（１）バケットへの付着
（２）回転軸への付着
（３）ケーシングへの付着
（４）底部への堆積
〔貯槽〕
（１）付着
（２）閉塞
（３）ラトホル
（３）ラットホール
（４）偏流
〔ベルトコンベア〕
（１）ベルトへの付着
（２）ローラーへの付着
（３）蛇行
（４）落炭
（５）ベルトの損傷
損傷
〔投入口〕
（１）グリズリへの付着
（２）グリズリの閉塞
（３）バンカーへの付着
〔シュート〕
（１）付着
（２）閉塞
（３）摩耗
〔振動スクリーン〕
（１）網目への付着
（２）網目の閉塞
（３）壁面への付着
〔フライトコンベア〕
（）ケシグ
（１）ケーシングへの付着
付着
（２）ケーシングの摩耗
（３）チェーンの浮き上がり
（４）チェーンの摩耗
PROPERTY OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD. TO BE REPRODUCED AND USED ONLY IN ACCORDANCE WITH WRITTEN PERMISSION OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD.
32
石炭の品質がハンドリング性に及ぼす影響
石炭の
品質がハンドリング性に及ぼす影響
ハンドリングトラブル要因
＜石炭面の要因＞
＜設備面の要因＞
石炭に起因するトラブル要因としては以下の項目があげられ
る。①水による凝集 ②粒径分布（微粒子による凝結）
③微粒子の偏在 ④粘土質の存在
設備面に起因するトラブル要因を図示する。
石炭表面に付着した水分はハンドリング性に大きく影響し、必
要以上に水分が多い場合には石炭同士の凝集や設備壁面へ
の付着が起こりやすくなる。特に降雨により全水分が上昇した
付着が起りやすくなる特に降雨により全水分が上昇した
際には注意が必要である。また粒径分布が広く微粉を含んで
いるほどホッパ内での密充填されやすいため、排出不良が起
こる危険性が高い。粘土質（モンモリロナイト）を多く含む炭種
気
も、水分を含んで膨潤し、粘り気を生じるため、石炭が固着しや
すくなる。
微粒子
水分増加
①貯槽の形状
①シュートの形状
②貯槽内面の材質
②シュート内面の材質
③傾斜角
③傾斜角
④払出口の寸法
④ 払出口の寸法
⑤払出方法
⑤払出方法(ﾌｨｰﾀﾞｰ）の選定
ﾀﾞ）の選定
⑤バイブ
⑤バイブレーターの選定
タの選定
⑥バイブレーターの選定
⑥エアーブラスター
シュート壁
⑦エアーブラスター
⑦エアーノッカー
水分
⑧エアノッカ
⑧エアーノッカー
粘土質
(ﾓﾝﾓﾘﾛﾅｲﾄ)
水分増加
シュート壁
水分
水膜付着により、石炭同士
や壁への付着が発生
水分を含んだ粘土がバインダー
となって固着しやすくなる
PROPERTY OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD. TO BE REPRODUCED AND USED ONLY IN ACCORDANCE WITH WRITTEN PERMISSION OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD.
33
石炭の品質がハンドリング性に及ぼす影響
石炭の
品質がハンドリング性に及ぼす影響
デュラム試験
付着凝集力試験
貯槽等からの排出性を評価する試験で、傾斜角４５°
のステンレス製ホッパーに水分をあらかじめ調整した
石炭を１２ｋｇ投入した後、１０秒間予備振動させホッ
パー下部にあるシャッターを開き、石炭全量が完全に
落下するまでの時間を測定
付着凝集力試験は主としてベルトコンベア乗り継ぎ部
のシュートにおける石炭同士の固着性を評価する試験
である。付着凝集力が大きい石炭は、シュート壁にあ
たった際に強固な固着物を形成する可能性が高い。
34
PROPERTY OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD. TO BE REPRODUCED AND USED ONLY IN ACCORDANCE WITH WRITTEN PERMISSION OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD.
石炭の品質が自然発熱性に及ぼす影響
石炭の
品質が自然発熱性に及ぼす影響
炭質の影響
（1）酸化熱
（2）湿潤熱
雨
気象条件の影響
① 季節（
季節（外気温度）
気温度）
（3）硫酸イオン生成熱
② 風速
貯炭状態の影響
酸素
① 空隙率
② 積み付け高さ
（１）酸化熱（主原因）
石炭+Ｏ２→ＣＯ＋Ｈ２Ｏ＋2500ｃａｌ/g-coal
・石炭パイルが低い場合放熱＞発生熱
（2）湿潤熱
石炭/Ａｉｒ→石炭/Ｈ２Ｏ＋5cal/g-coal
（3）硫酸イオン生成熱（パイライトの分解）
熱
・石炭パイルが高い場合発生熱＞放熱
石炭（ＦｅＳ２）+Ｈ２Ｏ＋Ｏ２
2+
2－
cal/g-coal
coal
→ Ｆｅ +ＳＯ4 +1 cal/g
※ RDF、木チップでは発酵も考慮する必要あり
熱
PROPERTY OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD. TO BE REPRODUCED AND USED ONLY IN ACCORDANCE WITH WRITTEN PERMISSION OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD.
35
石炭の品質が自然発熱性に及ぼす影響
石炭の
品質が自然発熱性に及ぼす影響
無煙炭の炭素構造
亜瀝青炭炭素構造
亜瀝青炭の炭素構造
酸素が吸着するサイトが多いため、
酸素が吸着するサイトが少ないため、
酸
酸化しやすい。
す
酸化熱しにくい
酸化熱しにくい。
O2
O OH
10Å
O
HO
O
OH
O
O
HO
N=2
O
N=3
O
CO,CO2
O
O
S
O
O
O
H
S
OH
HO
OH
O
H
O
O
HO
O
S
O
O
OH
N
N
OH
V=
NO N
O O
S
36
PROPERTY OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD. TO BE REPRODUCED AND USED ONLY IN ACCORDANCE WITH WRITTEN PERMISSION OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD.
石炭の品質が自然発熱性に及ぼす影響
石炭の
品質が自然発熱性に及ぼす影響
100
90
自然発火への対応
自然発熱対策を行うと共に
直ちに消費するなどの対策を実施
温度, ℃
温
80
70
自然発熱対応
積極的に自然発熱対策を行う
60
発熱の監視
炭層の温度測定回数を増やし、
可能であれば、発熱対策を実施
50
通常管理；炭層の温度測定を行う
40
状態①
状態②
状態③
30
0
30
60
90
貯炭期間, 日
120
150
状態① 石炭の温度上昇速度の方が、石炭層の冷える温度よりも大きく、温度が上昇し
始めている。
状態② 水分の蒸発により、温度上昇が一時的に抑えられている。石炭中の水分量によ
り、
温度上昇が抑えられる期間が決まる。
状態③ 温度上昇により、「煙突効果」（熱された空気が、周囲の空気を吸い込み、新しい
空気を供給する）が生じて、急激な温度上昇から、自然発火に至る。
PROPERTY OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD. TO BE REPRODUCED AND USED ONLY IN ACCORDANCE WITH WRITTEN PERMISSION OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD.
37
石炭の品質が自然発熱性に及ぼす影響
石炭の
品質が自然発熱性に及ぼす影響
自然発熱性評価試験装置
測定方法
石炭（-0.25mm）1g
N2
110℃でN2→O2へ切替
O2
断熱
断熱
酸素に切り替えて、温度上昇を記録
PROPERTY OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD. TO BE REPRODUCED AND USED ONLY IN ACCORDANCE WITH WRITTEN PERMISSION OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD.
38
石炭の品質が
石炭の品質がNO
NOｘ
ｘ発生性に及ぼす影響
試験炉におけるＮ分とNOx濃度の関係
RUN 1
RUN 2
RUN 3
RUN 4
RUN 5
400
300
200
100
0
0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4
Fuel N [wt%
[wt%, d.a.f]
d a f]
300
NOx濃度 [[ppm, O2 6%%換算]
N
NOx濃度 [pppm, O2 6%%換算]
N
500
実機におけるＮ分とNOx濃度の関係
490 T/H
110 T/H
70 T/H
270 T/H
260
220
180
140
100
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
Fuel N [%, d.a.f]
従来の評価方法：窒素分が多いほどNOx濃度は高い
従来の評価方法
窒素分が多ほど
濃度は高
39
PROPERTY OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD. TO BE REPRODUCED AND USED ONLY IN ACCORDANCE WITH WRITTEN PERMISSION OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD.
石炭の品質が
石炭の品質がNO
NOｘ
ｘ発生性に及ぼす影響
基本的なNOx生成の考え方
•Thermal
Thermal NOx（空気中O2とN2の反応） <10%
•Prompt NOx（CHラジカルと空気中N2の反応） <5%
•Fuel
F l NOx（石炭中窒素と空気中O
NO （石炭中窒素と空気中O2の反応）>85%
火炉出口
ボイラ壁
NOx
N2
NO
NOx
N?
微粉炭
バーナー
N 2 NOx
石炭が燃焼する時、石炭中の窒素分
石炭が燃焼する時
石炭中の窒素分
はすべて反応してNOxに転換するわ
けではない
石炭中窒素分の８～１２％程度しか
NOxに転換しない。
問題は、窒素分量ではなく、窒素の
問題は
窒素分量ではなく窒素の
何割がNOxに転換するか
40
PROPERTY OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD. TO BE REPRODUCED AND USED ONLY IN ACCORDANCE WITH WRITTEN PERMISSION OF IDEMITSU KOSAN CO., LTD.
石炭の品質が
石炭の品質がNO
NOｘ
ｘ発生性に及ぼす影響
NO 生成のメカニズム
NOx生成のメカニズム
原炭
燃焼初期
燃焼中期
炉出口
N2
NO
NH3
+NH3
+O2
+HCN
N
NO
HCN
+O2
Char-N
NO
+O2
石炭の品質が
石炭の品質がNO
NOｘ
ｘ発生性に及ぼす影響
X線光電子分光分析による窒素結合形態の分析
5000
Inte
ensity [coun
nt/sec]
Bituminous coal AA
(N=1.9%, daf)
4000
石炭銘柄
N
ピロール型窒素
ピリジン型窒素
3000
NH
アミン型窒素
N
2000
1000
406
404
402
400
Binding energy [eV]
398
AA
AE
AC
BW
HV
QS
EG
AD
BA
RO
UB
YL
窒素含有量
各窒素形態含有割合 [%]
アミン型
ピロール型
ピリジン型
wt% d.a.f
%
%
%
2.25
1.82
1 40
1.40
1.84
1.76
1.03
1.20
1.74
1.82
1.08
0.90
0 56
0.56
11.7
10.5
92
9.2
4.1
8.2
6.2
2.8
6.3
7.2
11.6
14.2
14 2
14.2
55.4
62.9
63 6
63.6
73.6
69.7
66.4
80.2
67.9
68.9
59.2
52.8
51 3
51.3
32.9
26.6
27 2
27.2
22.3
22.1
27.4
17.0
25.8
23.9
29.2
33.0
34 5
34.5
396
NH3、HCN、チャーN生成のメカニズム
• アミン型Nは、NH3に転換する。
リジ型
、
転換する。
• ピリジン型Nは、HCNに転換する。
• ピロール型Nは、チャーNとなる。
還元
NOx
実測転換率
評価インデックスの開発
評価インデック
の開発
42
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石炭の品質が
石炭の品質がNO
NOｘ
ｘ発生性に及ぼす影響
20
NOx転換率（%）
NOx転換率（%）
20
15
10
5
15
10
5
0.5
1.0
1.5
石炭中の窒素分量（wt%, DAF）
2.0
0
5
10
15
20
NOx INDEX
43
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石炭の転換技術（１）
合成
合成ガス
・部分酸化
・自己熱改質
・水蒸気改質
天然ガス
H2
CO
ﾌｨｯｼｬｰ合成
ガソリン
ナフサ
灯油
軽油
・水素化分解
・改質
H2/CO=2
蒸留
H2O
O2
石炭
DME
ｼﾞﾒﾁﾙｴｰﾃﾙ
H2
CO
ガス化
H2/CO=2
メタノール
ﾒﾀﾉｰﾙ
・部分酸化
部分酸化
H2/CO=2～3
H2
CO2
蒸留
直接液化
芳香族炭化水素
乾留
冶金用コークス
低温ガス化
(熱分解)
固体燃料
精製
原油
流れ
ガス
液
固体
蒸留
分解
改質
脱硫
その他
LPG
ガソリン
ナフサ
灯油
軽油
重油
アスファルト
石油コークス
その他
出典；九州大学石炭等化石資源中核人材
育成事業資料
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44
石炭の転換技術（２）--石油供給コスト曲線
石炭の転換技術（２）
140
Deepwater
And ultra
deepwater
100
80
60
40
20
0
Produced
0
1000
Oil
shale
EOR
Arctic
CO2-EOR
C
Production cost (dollars-200
08)
120
GTL
CTL
Heavy oil
And
bitumen
Other
Conventional
oil
MENA
2000
3000
4000
5000
6000
Resource (billion barrels)
7000
8000
9000
10000
出典; IEA’s WEO 2008
45
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ご清聴感謝します
清聴謝
す
46
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