DD288758A5 - Dispersionen von kohle in wasser - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft Dispersionen von Kohle in Wasser, die aus Kohlefeststoffen mit einer Teilchengroesze gleich oder kleiner als 300 mm und 0,3 bis 0,9 * eines Stabilisier- und Fluidifikations-Additivs bestehen, sowie Verfahren zu ihrer Herstellung. Die erfindungsgemaeszen Dispersionen sind bei der Lagerung waehrend industriell verwendbarer Zeitraeume bestaendig und fluid genug, um es zu ermoeglichen, dasz sie durch Pumpen durch Rohre befoerdert werden koennen.{Dispersionen; hoher Feststoffgehalt; Kohle; Wasser; Stabilisier- und Fluidifikations-Additiv}
Description
Die Erfindung wird auf dem Gebiet der Verfahrenschemie angewandt.
Gegenwärtig basiert die Energieerzeugung hauptsachlich auf der Verbrennung von entweder flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen, wie Erdöl und Naturgas. Die Verwendung von Kohle für solche Zwecke bringt Schwierigkeiten mit sich, die sich von dem Transport, der Lagerung und Verbrennung dieses Materials herleiten. Daher werden in Anbetracht der weiten Zugänglichkeit der Kohle und der großen Extraktionskapazität viele Anstrengungen auf die Erforschung von Techniken zur Umwandlung von Kohle in eine nützlichere Energiequelle gerichtet. So wurden beispielsweise die Kohlevergasung (trockene Destillation) sowie Kohleverflüssigungstechniken (Hochdruckhydriorung) erforsch'.
Gemäß einer weiteren Technik wird die Kohle in Form von festen Teilchen in einem flüssigen Medium dispergier', um eine Dispersion, insbesondere eine wäCrige Dispersion, zu bilden. Bezüglich der Kohle als solcher kann es eine wäßri'je Dispersion ermöglichen, daß beträchtliche technische Vorteile erreicht werden, indem sie leichter zu lagern und zu transpoi tieren ist und eine niedrigere ökologische Belastung auf die Umgebung darstellt.
Weiterhin kann es bei Lieferung der Kohle in einer flüssigen Form möglich werden, diese Kohle ohne eine vorherige Wasserabtrennung auf einer ähnlichen Anlage, wie derjenigen, die für die Verbrennung von Heizöl verwendet wird, zu verbrennen.
Um jedoch in der Praxis solche Vorteile zu erreichen, sind hoch-kohlehaltige, homogene Kohledisporsionen erforderlich, welche nach einer gewissen Lagerungszeit stabil sind (d. h. sich nicht absetzen) sowie fluid und pumpfähig sind, damit es möglich wird, daß diese innerhalb von Rohren geführt und innerhalb der Verbrennungskammer zerstäubt werden.
Um die Transport- und Verbrennungserfordernisse zu erfüllen, wurde bisher meistens so gearbeitet, daß die Größe und Verteilung der Kohleteilchen in der Dispersion gesteuert und zu diesen Dispersionen Additive (Zusätze) gegeben wurden, die fähig sind, die Eigenschaften der Lagerungsstabilität und Pumpfähigkeit zu schaffen.
Die vorgeschlagenen Additive gehören verschiedenen Verbindungsklassen an, z. B.: Verdickungs-Additive, wie Xanthangummi, Guärgummi-Derivate und Polyethylenoxid (U.S. 4242098); Polyelektrolyt-dispergierende Additive, wie Ammonium- oder Alkalimetallsalze von Polycarbonsäuren oder Polyphosphate (U.S. 4217109); und nichtionische Polyoxyalkylenoberflächenaktive Additive (U.S. 4358293).
Der hauptsächliche Nachteil der Additive des Standes der Technik besteht in ihrer wesentlichen Unfähigkeit, hochkohlehaltige Dispersionen von Kohle in Wasser, welche gleichzeitig bei der Lagerung stabil sind und mit für oan Transport geeigneten Fluiditätswerten ausgestattet sind, zu erzeugen.
Weiterhin sind verschiedene nichtionische Polyoxyalky Ion-Additive nicht in der Lage, wäßrige Suspensionen zu erzeugen, wenn sie der Kohle während des Schrittes der Naßvermahlung dieser Kohle zugesetzt werden.
Die Erfindung stellt wäßrige Dispersionen mit einem hohen Feststoffgehalt bereit, die bei der Lagerung während industriell verwendbarer Zeiträume beständig und fluid genug sind, um es zu ermöglichen, daß sie durch Pumpen durch Rohre befördert werden.
Darlegung des Wesens dor Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dispersion von Kohle in Wasser bereitzustellen, welche ein Additiv enthält, das In der Lage ist, wäßrigen Kohledispersionen mit einem hohen Kohlogehalt Stabilität und Fluidität zu vorleihen.
DIo Erfindung betrifft eine wäßrige Dispersion von Kohle, die das oben orwähnto Additiv enthält, welches bereits beschrieben
Insbesondere können diese Dispersionen 60 bis 75Gew.-% Kohlefeststoffe mit einer Teilchengröße im allgemeinen gleich oder niedriger als 300Mm und 0,3 bis 0,9Gew.<% des Stabilisier- und Fluldifikations-Additivs gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten, wobei die restlichen Prozente durch Wasser gebildet werden.
Bei der bevorzugten, praktischen Durchführungsform sind die Kohlefeststoffe In einer Menge in der Größenordnung von 68 bis 72 Gew.-% enthalten, und der Additiv-Gehalt liegt im Bereich von etwa 0,4 bis 0,7 Gew.-%.
Die wäßrigen Dispersionen der Kohlefeststoffe können mittels normaler, im Stand der Technik bekannter Verfahren hergestellt werden. Jedoch werden bei einer bevorzugten Form der praktischen Durchführung die Dispersionen mittels eines Verfahrens hergestellt, das folgonde Bohandlungsschritte umfaßt:
(a) Vormahlung der Kohle unter trockenen Bedingungen, um eine vorgemahlene Kohle mit einer maximalen Teilchengröße von etwa 6mm zu erzeugen;
(b) Naßvermahlen eines Teils der vorgemahlenen Kohle, was.in Gegenwart des Stabilisier- und Fiuidifikations-Additivs durchgeführt wird, um eine wäßrige Dispersion mikronislerter Kohlefeststofftellchen mit einer mittleren Größe der Teilchen in der Größenordnung von 6 bis 12 pm zu erzeugen;
(c) Zugabe des restlichen Teils der vorgomahlenen Kohle zu dieser Dispersion und Erzielung der entstandenen Dispersion mit einem Vollendwalzwerk, gegebenenfalls gefolgt von einem Homogenisierungsschritt in diesem Mischer.
Bei der Herstellung der Dispersionen der vorliegenden Erfindung können jegliche Typen von Kohle vorwendet werden, sowohl von hoher als auch niedriger Qualität, subbituminöse oder bituminöse Kohlen, Anthrazit, die gegebenenfalls Vorbehandlungen zum Zwacke der Entfernung der Inertstoffe unterworfen wurden (Aufbereitung). Die Erfindung vvi'd nachstehend an einigen Beispielen näher erläutert.
Ausführungsbeispiele
Die nachfolgend benutzten Additive wurden, wie in der o.g. Stamrnanmeldung beschrieben, hergestellt. Bei den Additiven ist die mittlere Zahl der reagierten Ethylenoxid-Moleküle für jede Hydroxygruppe des verwendeten Styrol-Allylalkohol-Copolymeren angegeben.
Additiv | Ethylenoxld/Hydroxygruppen |
Verhältnis | |
A-1 | 115/1 |
A-2 | 155/1 |
A-3 | 90/1 |
A-4 | 180/1 |
A-5 | 70/1 |
A-6 | 40/1 |
B-1 | 155/1 |
B-2 | 115/1 |
B-3 | 90/1 |
B-4 | 180/1 |
B-5 | 250/1 |
Die Additive von A-1 bis A-6 stammen von Styrol-Allylalkohol-Copolymeren, wie vorstehend als (A)-Copolymeres angegeben, und die Additive von B-1 is B-5 stammen von dem Styrol-Allylalkohol-Copolj meren, wie vorstehend als (B)-Copolymeres angegeben ist.
Um die obigen Additive auszuwerten, werden konzentrierte, wäßrige Dispersionen von Kohle hergestellt, welche eines der oben erwähnten Additive enthalten, und es werden Viskositätsmessungen bei verschiedenen Geschwindigkeitsgradienten mittels des Haake RV12-Rotationsviskosimeters, ausgestattet mit einem MVI-Sensor und einem M 500-Meßkopf, durchgeführt.
Insbesondere werden in einem Becher von 200ml 70g der Kohleprobe, gemahlen auf eine Korngröße unterhalb 250 pm, eingewogen. Eine wäßrige Lösung des zu prüfenden Additivs wird dann zugesetzt, so daß folgende Gesamtmengen vorhanden
Kohle: 68 bis 70Gew.-%
Additiv: 0,5Gew.-%
Wasser: Auffüllen auf 100%.
Die Masse wird mittels eines mit zwei Metallflügeln ausgestatteten Rührers 1 min bei 650U/min und 2min bei 1200U/min gerührt.
Die so erhaltene Dispersion wird In den äußeren Meßzylinder dos Viskosimeters eingeführt, be! der kontrollierten Temperatur von 20°C gehalten, und nach einer Verweilzelt von 3 min werden die Werte der öcherbeanspruchung bei verschiedenen Geschwindigkeitsgradienten (von ObIe 150sec~') gemessen. Die so erhaltenen Versuchswerte werden mit Hilfe der Ostwaldschon Kraft-Gleichung
T = K-Y" 4
τ = Scherbeanspruchung (Pa)
γ =· Geschwindigkeitsgradient (see'1)η = NewtonscherVerhaltensindex,und mit Hilfe der Bingham-Gleichung
τ = Scherbeanspruchung (Pa)
γ = Geschwindigkeitsgradient (see"1)η8 - plastische Viskosität (Pa · see),
verarbeitet.
lineare Regression berechnet, die in den folgenden Tabellen zusammengestellt sind. Woiterhin sind in den Tabellen die Werte für
die scheinbare Viskosität® (ηιρρ) in Pa sec bei 30,60,100 und 150sec~' angegeben. ® (apparent viscosity)
Beisplol 2
flüchtige Substanzen 36,11 %
fixierter Kohlenstoff (durch Differenz) 54,21 Gew.-%
Diese Kohle wird auf die folgende Endkorngröße gemahlen. Mm Zurückgehaltenes Material, %
1 | 96 |
2 | 91 |
3 | 87 |
4 | 82,5 |
6 | 76,5 |
8 | 72,1 |
10 | 68 |
16 | 59,9 |
24 | 50,5 |
32 | 44 |
48 | 35 |
64 | 28 |
96 | 19 |
126 | 12 |
180 | 7,5 |
192 | 3,0 |
250 | 0,0 |
flüchtige Substanzen 30,5%
fixierter Kohlenstoff (durch Differenz) 59,98Gew.-%
-4- 288
angegeben.
flüchtige Substanzen
fixierter Kohlenstoff (durch Differenz)
37,63% 15,32% 47,05 Gew.-%
flüchtige Substanzen
fixierter Kohlenstoff (durch Differenz)
28,95% 12,94% 58,11Gew.-%
Test | Additiv | OSTWALD | K | K | BINGHAM | Πβ | Πβ | Πιρρ | Πιρρ | Π·ρρ | Πιρρ |
Nr. | η | 0,693 | 0,679 | T0 | 0,259 | 0,329 | ßOsec"1) | (60S6C"1) | dOOsec"1) | (150 sec"1) | |
1 | A-6 | 0,822 | 0,445 | 0,680 | 4,2 | 0,303 | 0,339 | 375 | 339 | 308 | 276 |
2 | A-5 | 0,930 | 0,759 | 0,933 | 1,7 | 0,251 | 0,265 | 348 | 335 | 325 | 308 |
3 | Λ-3 | 0,854 | 0,928 | 0,879 | 3,8 | 0,288 | 0,351 | 347 | 326 | 300 | 260 |
4 | A-1 | 0,793 | 0,728 | 1,162 | 6,2 | 0,284 | 0,350 | 448 | 40» | 360 | 310 |
CJl | A-2 | 0,835 | 0,498 | 0,754 | 4,9 | 0,302 | 0,307 | 405 | 380 | 348 | 298 |
6 | A-4 | 0,912 | 0,571 | 0,807 | 2,3 | 0,229 | 0,280 | 371 | 353 | 336 | 296 |
7 | B-3 | 0,842 | 0,671 | 1,120 | 4,12 | 0,178 | 0,295 | 327 | 311 | 284 | 240 |
8 | B-2 | 0,764 | 0,736 | 0,986 | 4,3 | 0,279 | 0,375 | 310 | 240 | 260 | 225 |
9 | B-1 | 0,830 | 0,759 | 0,993 | 5,1 | 0,272 | 0,303 | 405 | 380 | 343 | 298 |
10 | B-4 | 0,823 | 0,557 | 0,813 | 5,4 | 0,289 | 0,380 | 405 | 384 | 345 | 288 |
11 | B-5 | 0,849 | 3,4 | 374 | 355 | 332 | 298 | ||||
Tabelle 2 | OSTWALD | BINGHAM | |||||||||
Test | Additiv | η | To | Π·ΡΡ | Πιρρ | Πιρρ | Π·ΡΡ | ||||
Nr. | 0,865 | 3,3 | ßOsec"1) | (60 sec"1) | dOOsec"1) | (150SeC"1) | |||||
1 | A-6 | 0,873 | 3,5 | 429 | 308 | 363 | 347 | ||||
2 | A-5 | 0,781 | 6,7 | 437 | 400 | 380 | 352 | ||||
3 | A-3 | 0,835 | 5,4 | 420 | 401 | 345 | 290 | ||||
4 | A-1 | 0,789 | 7,9 | 494 | 4G2 | 416 | 373 | ||||
CJl | A-2 | 0,832 | 3,5 | 536 | 503 | 442 | 378 | ||||
6 | A-4 | 0,814 | 5,5 | 428 | 386 | 353 | 312 | ||||
7 | B-3 | 0,768 | 8,1 | 418 | 386 | 350 | 295 | ||||
8 | B-2 | 0,828 | 6,3 | 493 | 443 | 397 | 318 | ||||
9 | B-1 | 0,794 | 7.3 | 5"ö | 497 | 450 | 398 | ||||
10 | B-4 | 0,862 | 4,5 | 480 | 445 | 395 | 325 | ||||
11 | B-5 | 505 | 469 | 437 | 400 |
Test | Additiv | OSTWALD | K | K | BINQHAM | 0,431 | 0,274 | Π·ΡΡ | Πιρρ | Π·ρρ | Πιρρ |
Nr. | η | 1,735 | 1,205 | To | 0,458 | 0,303 | (30 sec"1) | (60 sec"1) | (10086C-1) | dSOsec-1) | |
1 | Α-Θ | 0,733 | 1,174 | 0,787 | 7,5 | 0,415 | 0,317 | 690 | 540 | 504 | 485 |
2 | A-5 | 0,819 | 1,688 | 0,934 | 6,0 | 0,394 | 0,285 | 630 | 540 | 608 | 496 |
3 | A-3 | 0,737 | 2,28 | 1,049 | 6,4 | 0,441 | 0,288 | 687 | 556 | 503 | 467 |
4 | A-1 | 0,673 | 3,611 | 1,520 | 10,6 | 0,451 | 0,325 | 714 | 569 | 529 | 450 |
5 | A-2 | 0,578 | 1,935 | 0,869 | 9,55 | 0,392 | 0,233 | 740 | 670 | 528 | 512 |
6 | A-4 | 0,720 | 2,116 | 0,906 | 7,4 | 0,638 | 0,254 | 700 | 595 | 627 | 486 |
7 | B-3 | 0,686 | 2,41 | 1,065 | 9,9 | 0,462 | 0,293 | 720 | 660 | 495 | 463 |
8 | B-2 | 0,670 | 1,578 | 0,973 | 8,93 | 0,384 | 0,249 | 770 | 610 | 523 | 480 |
9 | B-4 | 0,772 | 2,94 | 0,868 | 8,4 | 0,320 | 712 | 610 | 550 | 606 | |
10 | B-5 | 0,637 | 0,770 | 15,6 | BINQHAM | 796 | 682 | 657 | 470 | ||
Tabelle 4 | OSTWALD | T0 | |||||||||
Test | Additiv | η | 6,96 | Πιρρ | Π·ΡΡ | Πιρρ | Πιρρ | ||||
Nr. | 0,731 | 4,08 | ßOsec-') | (60S8C-1) | (100 SOC-1) | dSOsec-') | |||||
1 | A-6 | 0,820 | 3,38 | 483 | 399 | 350 | 310 | ||||
2 | A-5 | 0,786 | 6,47 | 426 | 375 | 345 | 320 | ||||
3 | A-3 | 0,766 | 9,3 | 427 | 378 | 355 | 333 | ||||
4 | A-1 | 0,704 | 3,37 | 468 | 410 | 362 | 315 | ||||
5 | A-2 | 0,808 | 5,59 | 534 | 460 | 390 | 330 | ||||
6 | A-4 | 0,756 | 6,71 | 430 | 393 | 366 | 335 | ||||
7 | B-3 | 0,744 | 6,19 | 357 | 358 | 315 | 276 | ||||
8 | B-2 | 0,785 | 5,67 | 441 | 385 | 331 | 284 | ||||
9 | B-1 | 0,778 | 4,03 | 465 | 410 | 370 | 320 | ||||
10 | B-4 | 0,837 | 398 | 358 | 315 | 276 | |||||
11 | B-5 | 436 | 395 | 366 | 340 |
In den Tabellen 1 bis 4 sind die Werte der scheinbaren Viskosität (n,(pp) der Dispersionen als mPa · s bei solchen verschiedenen Geschwindigkeitsgradienten, wie gezeigt, angegeben. Aus diesen Viskositätswerten kann man ableiten, daß das nichtionische Additiv gemäß der vorliegenden Erfindung ein guter Fluldifizierer (Flüssigmacher) für alle Typen der verwendeten Kohle ist.
maximalen Größe von 3mm zu erhalten.
hergestellt.
3,2kg AISI420 Stahlkugeln, Durchmesser = 31,75" im
4,8kg AISI420 Stahlkugeln, Durchmesser = 25,40mm
3,2kg AISI420 Stahlkugeln, Durchmesser = 12,70mm
4,8kg AISi 420 Stahlkugeln, Durchmesser = 9,53mm
und einer Mühle mit den Innenabmessungen von 240 χ 203mm. (AISI = American iron and steel institute
1,8kg des Gemisches der obigen Zusammensetzung werden vermählen bei einer Umlaufgeschwindigkeit dor Kugelmühle von70U/min.
vermindert ist.
der mittlere Durchmesser der Kohleteilchen 8,4Mm betränt. Die Charakteristika dieser Dispersion sind in Tabelle 5 angegeben.
der mittlere Durchmesser der Kohleteilchen 7,9pm beträgt. Die Charakteristika dieser Dispersion sind in Tabelle 5 auiycführt.
der mittlere Durchmesser dor Kohleteilchen 8,3pm beträgt. Die Charakteristika dieser Dispersion sind in Tabelle 5 angegeben.
Test | OSTWALD | η | BINGHAM | Πβ | Πιρρ | Πιρρ | Πιρρ |
Nr. | K | 0,516 0,627 0,749 0,735 | T0 | 0,181 0,103 0,132 0,103 | (30sec~1) | dOOsec'1) | {150 sec"1) |
β 7 8 9 | 2,21 0,669 0,485 0,423 | 6,15 2,0 2,0 | 385 170 200 175 | 240 121 150 120 | 223 118 148 116 |
verwendet wurde, es ermöglicht, daß wäßrige Dispersionen aus mikronislerter Kohle erhalten werden, welche stabil und fluidgenug sind.
vorgemahlener Kohle, bezogen auf das Gewicht, in der Größenordnung von 40/60 vermischt werden, und die entstandene
einige Minuten auf einer Hochgeschwindigkeitsmühle mit stlftförmlgon Brechern (Chemical engineer's handbook by John
innerhalb des Mischers.
fluid sind.
Claims (3)
- -1 - 288 768 Patentansprüche:1. Dispersionen von Kohle in Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 60 bis 76Gew.-% Kohlefeststoffen mit einer Teilchengröße im allgemeinen gleich oder niedriger als 300 μιτι und 0,3 bis 0,9Gew.-% eines Stabilisier- und Fluidifikations-Ariditivs, welches das Produkt von der Polyethoxylierung eines Styrol-Allylalkohol-Copolymeren ist, worin dieses Copolymere ein mittleres Molekulargewicht in dem Bereich von 500 bis 5000 hat und wenigstens zwei Hydroxygruppen pro Molekül enthält, und dieses Polyethoxylierungsprodukt im Durchschnitt wenigstens 20 kondensierte Einheiton Ethylenoxid für jede Hydroxygruppe enthält, bestehen, wobei die restlichen Prozente Wasser sind.
- 2. Dispersionen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlefeststoffe in einer Menge von 68 bis 72Gew.-% und das Additiv in einer Menge in dem Bereich von etwa 0,4 bis 0,7 Gew.-% enthalten sind.
- 3. Verfahren zur Herstellung einer Dispersion von Kohlefeststoffen in Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Behandlungen umfaßt:(a) Vormahlen der Kohle unter trockenen Bedingungen, um eine vorgemahlene Kohle mit einer maximalen Teilchengröße von etwa 6mm zu erzeugen;(b) Naßvermahlen einesTeils der vorgemahlenen Kohle, durchgeführt in Anwesenheit des Additivs gemäß den Ansprüchen 1 und 2, um eine wäßrige Dispersion von mikronisierten Kohlefeststoffen mit einer mittleren Teilchengröße in der Größenordnung von 6 bis 12μητ> zu erhalten;(c) Zugabe des restlichen Teils der vorgemahlenen Kohle zu dieser Dispersion und Homogenisieren der erhaltenen Dispersion und Verbessern der entstandenen Dispersion durch Homogenisieren in einem geeigneten Mischer.
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