CS250217B2

CS250217B2 - Aqueous suspension of coal

Info

Publication number: CS250217B2
Application number: CS823732A
Authority: CS
Inventors: Enzo Ferroni; Gabriella Gabrielli; Piero Baglioni; Francesco Ferrini; Enrico Carniani
Original assignee: Snam Progetti
Priority date: 1981-05-21
Filing date: 1982-05-20
Publication date: 1987-04-16
Also published as: NL8202068A; LU84164A1; CA1179131A; ES513187A0; NO155627B; FR2506323A1; IL65724A0; ES8307525A1; PL132052B1; GB2099451A; AU8350282A; PH19379A; DE3218503A1; NO155627C; FR2506323B1; DE3218503C2; NO821667L; RO86574B; DK228082A; AU551347B2

Description

Vynález se týká vodné suspenze uhlí. Zejména se vynález týká vodné suspenze uhlí o velmi vysoké koncentraci, která může být použita buď pro· usnadnění transportu uhlí nebo přímo jako palivo.

Doposud se navrhovalo mnoho způsobů pro· přípravu vodných suspenzí uhlí.

Patent · USA 3 762 887 popisuje suspenzi uhlí, která má velikost částic od 4 do 325 mesh (Tylerova · soustava sít), ve které koncentrace uhlí dosahuje maximálně 69 % objemových. V této suspenzi podle výše uvedeného· patentu USA většina částic uhlí má velikost částic mezi 4 až 28 mesh [Tylerova soustava sít), a to znamená, že se dosahuje velikostí více než 4 mm.

Suspenze podle výše uvedeného patentu USA má v podstatě dvě nevýhody, a to že částice uhlí mají většinou dost velkou velikost, a dosahuje se relativně nízké koncentrace uhlí. Tyto dvě nevýhody a zejména ta první znamenají, že suspenze může být použita přímo jako palivo pouze ve speciálním zařízení, jako jsou cyklónové hořáky, a nemůže být tudíž použita v obvyklém spalovacím zařízení.

Mělo· by být také poznamenáno, že dokonce u speciálního zařízení s dlouhou dobou prodlení existuje vždy nevýhoda, že se vypouští nespálené uhlí spolu s kouřem a/nebo popelem v případě nesprávné činnosti z jakékoli příčiny.

V přihlášce vynálezu NSR č. 2 823 568 se popisuje vodná suspenze uhlí o velikosti částic menší než 100 mikrometrů. Příprava této suspenze je však komplikována skutečností, že se příprava provádí současně se separací nespalitelných látek od uhlí působením polyelektrolytu, který elektricky nabíjí částice uhlí rozdílně od částic nespalitelných látek, přičemž uhlí musí být dispergováno ve vodě v koncentraci nepřevyšující 10 % hmotnostních s tím následkem, že po oddělení nespalitelných látek musí být suspenze uhlí koncentrována, se snadno představitelnými nevýhodami vyvolanými nízkou filtrační účinností způsobenou jemnými částicemi uhlí a relativně vysokými náklady separace.

Nyní bylo překvapivě zjištěno, že tyto nevýhody dosavadního stavu techniky, jak byly dosud popsány, mohou být snadno odstraněny volbou částic uhlí ve dvou vhodně rozdílných velikostních rozsazích a přidáním polyelektrolytu k suspenzi, který je zvolen ze skupiny sloučenin příslušné chemické struktury.

Podstata vodné suspenze uhlí, vhodné zejména pro spalování a transport jako tekutiny spočívá v tom, že obsahuje až 80)· % hmotnostních částic uhlí ve vodě, které mají velikost nejvýše 300 mikrometrů a jsou rozděleny do> dvou skupin rozdílných velikostí, přičemž částice uhlí první skupiny mají průměrnou velikost 60· až 210 mikrometrů a částice uhlí druhé skupiny mají průměrnou velikost 1/20 až 1/6 průměrné velikosti částic uhlí první skupiny a obsah částic uhlí první skupiny představuje 40· % hmotnostních až 60 °/o hmotnostních z celkového množství částic uhlí, přičemž vodná suspenze dále obsahuje 0,1 až 1 % hmotnostní povrchově neaktivního aniontového polyelektrolytu o molekulové hmotnosti vyšší než 500.

Částice první skupiny tedy představují alespoň 40 % hmotnostních celkového množství a výhodně asi 60 % hmotnostních všech částic.

Protože kumulativní distribuční křivka velikosti částic představuje výslednici dvou frakcí (to je · dvou separátních skupin částic uhlí), musí vykazovat · po vynesení v bilogaritmickém měřítku (log-log graf) plochou zónu mezi hodnotami představujícími průměrné velikosti složek frakcí, přičemž plochá zóna znamená část křivky, v které derivace, když se vypočítá v bilogaritmickém měřítku (log-log graf) je menší než 0,4, výhodně menší nebo rovna 0,1 a výhodněji nula.

Kumulativní distribuční velikost částic musí být tudíž taková, že existují vždy dvě velikosti částic di a d2 ležící mezi průměrnými průměry těchto dvou frakcí, pro které číselná hodnota následujícího výrazu log (% CM1) — log · (θ/o CM2) log di — log dz je menší než 0,4, výhodně menší než 0,1 nebo rovna 0,1 a výhodněji nula. Výrazy (% CM1) a (%CM2) označují celkové procentuální množství hmoty částic o · velikosti menší než di a případně d2.

Číselná hodnota tohoto výrazu je samozřejmě nezávislá na jednotkách měření (mikrometrech nebo milimetrech), ve kterých je velikost částic vyjádřena.

Kromě uhlí výše uvedených velikostí suspenze uhlí podle vynálezu obsahuje povrchově neaktivní aniontový aktivní polyelektrolyt, zejména obsahující alkylsubstituované polynukleární aromatické skupiny a mající molekulovou hmotnost větší · než 500 a výhodně 800 až 3 000.

Zejména mohou 'být uvedeny jednomocné kationtové soli polyalkylnaftalensulfonových kyselin o· molekulové hmotnosti kolem 2 000 (DAXAD 15 a DAXAD 19 od firmy W. R. Grace a Reoplast 203 od firmy Fratelll Lamberti

S. p. A.).

Množství polyelektrolytu v suspenzích je obvykle mezi 0,1 až 1 % hmotnostním, výhodně mezi 0,3 až 0,5 % hmotnostními a výhodněji asi 0,4 % hmotnostního s ohledem na celou suspenzi. Je důležité poznamenat, že polyelektrolyt se přidává výhodně ve formě koncentrovaného vodného roztoku. Roztok · polyelektrolytu se přidává buď do· vody před dispergací částic uhlí obou skupin, nebo do vodné suspenze části uhlí druhé skupiny, když je připravena napři250227 klad rozmělňováním za mokra před přidáním částic první skupiny.

Suspenze podle vynálezu může také obsahovat stabilizátor typu organického· gelu výhodně zvolený z polysacharidů (Kelzan nebo Kelco, což je ochranná známka pro polysacharid, známý jako- xanthanová pryskyřice vytvářená fermentací. Působí jako hydrofilní koloid k zahuštění, suspendování a stabilizaci systémů tam, kde jsou ostatní koloidy nevhodné).

Stabilizátor v množství mezi 0,01 až 0,03 procenta hmotnostního z celkové suspenze a výhodně 0,02 % hmotnostního se může přidat současně s elektrolytem nebo po přídávku elektrolytu.

Stabilizátor se použije jen když se suspenze uhlí má použít po dlouhé době. Závisí to· na původu uhlí a například tato doba může -být řádově 1 měsíc. Je důležité poznamenat, že vodná suspenze uhlí podle předloženého vynálezu také obsahuje nespalitelné látky, které doprovázejí uhlí. Tím. se tedy způsob pro. přípravu suspenze uhlí podle vynálezu liší od jiných způsobů, které vyžadují předběžnou separaci nespalitelných látek, přičemž vodná suspenze uhlí se připravuje jen po této zmíněné operaci. Tudíž nespalitelné látky netvoří překážku pro výrobu stabilní tekuté suspenze o vysoké koncentraci.

Koncentrace suspenze může dokonce dosáhnout velmi vysokých hodnot, například 80 % hmotnostních uhlí nebo· vyšší.

S ohledem na druh vody, která se má použít pro přípravu suspenze uhlí podle vynálezu, bylo překvapivě zjištěno, že může být jakéhokoli druhu, jako je normální čistá voda nebo demineralizovaná voda ne'bo dokonce slaná voda obsahující až 40 g nebo více rozpuštěných -solí na litr a zejména mořská voda.

Způsob pro přípravu suspenze uhlí podle předloženého vynálezu obsahuje následující podstatné stupně:

1.

Rozmělňování uhlí do dvou· velikostních skupin, přičemž toto rozmělňování -se provádí buď za sucha, nebo za mokra (to - je v přítomnosti vody), čímž se získají buď dvě skupiny částic uhlí v případě suchého rozmělňování, nebo vodné břečky těchto dvou -skupin v případě mokrého rozmělňování, přičemž rozmělňování se však výhodně provádí za -sucha, čímž se získávají částice větších rozměrů, a za mokra pro získání částic menších rozměrů; během mokrého rozmělňování může být přítomen polyelektrolyt.

2.

Smíchání těchto dvou -skupin částic v popsaných podílech, když -se obě skupiny připraví za sucha nebo za mokra.

3.

Přidání polyelektrolytu ‘buď do vody, nebo v případě, že se částice uhlí menšího rozměru připravují za mokra, do vodné suspenze uvedených částic uhlí menšího rozmaru.

4.

Přidání vhodných množství buď těchto dvou smíchaných skupin částic uhlí -do vodného roztoku kopolyelektrolytu, nebo částic uhlí většího rozměru do vodné suspenze částic uhlí menšího rozměru -obsahující polyelektrolyt.

5.

Případné přidání stabilizátoru buď s polyelektrolytem, nebo po -přídavku polyelektrolytu, ale před -přídavkem -smíchaných částic uhlí těchto dvou skupin, nebo částic větší velikosti, nebo potom, když dvě skupiny částic uhlí byly již -přidány do vody.

Dále jsou uvedeny příklady provedení pro lepší znázornění vynálezu, ale bez jeho omezení.

Příklady suspenzí připravených podle vynálezu.

^‘WWviastnosti zkoušených uhlí

Druh uhlí	Polské 1	Polské 2	Čínské	Kanadské	Jihoafrické
L. C. V. (Kcal/kg)	6 000	6 000	6 000	6 000	6 100
vlhkost %	1,73	0,93	0,36	1	2,4
popel %	12	15,6	19	10	12,8
prchavá hořlavina %	33	31	28,4	31	22,1
vázaný uhlík %	52	49	50	62	56,4
síra %	0,8	0,8	1,6	1	0,64

250237

НООгНгНгНН^Н CO r4

ΖηΖΖΖΖΖΖΖΖΗΜΡαΖΖ®ΖΖ»ΜΖΗΖ <ω<<<^ω<<ε<ωωθ(Ώ<ω<<ωυ£ί<<

CM rH Y-i cd °, Po cd οοοο θ' о о ООО гЧ СМ г-1

О СО о о о о о~ о о о о о о о

Хф тф тр i кф Ю ΙΌ LD СО СО ’ςτ ΙΌ тН ТН 00^ UD θ' о о о' о о о О О О θ' о θ' cd о о о θ' θ' о со θ' о~

o

03

CD

CO

CD

C73

CD

!>

ID

ID CO

CO

o

CD

41

CM

CD

O

Ьч

CD

CO

b.

CD

O

CD

а 'cd

cd cd

4сл 'cd tí

5- ι o ó '>>

>

><

\i-1 а

д 0 t-i

Q

TD cd )5-ч

CH

Til ^1 io io mi co cd o 41 co oo 41 o

ЮЬПЮОООООООООЮОЮЬСЮЮООООО

00 vjH Ml 41 41 4I M¹ O Ml 41 41 41 41 4¹ 41 41 41 41 41 l O LQ ID O O O CD

4» 41 CO 4’ 41 4< 41

CD

OOCOOOlOoLOtOLniDOOOOO

4^ 41 O 41 4' 41 ^-( 4< 41 41 41 41 41 4‘ 41 41

LO IO ю о о о а о О О О О ID о Ю ID ID ID o o o o O

LO ID O CD CO CO CO CD co 41 CD CO ID co LO LO m ID CD CO CO CO co

o

Ю

o

ID

O

o

CD

O

o

CO

o

CD

ID

r>.

!>

t>x

CM

41

CD

O·

o.

CM

O

CD

а

ID

CD

o

LD

LQ t>. 00 LD

O

o

ID

i—1

CM

rH

r4

CM

r4

rH τ— I

CM

cm

r4

rH

r4

rH

r4

rH

гЧ

гЧ гЧ

γ-Ι

гЧ

см

СМ

см

'Ф

'03

'ф

'Ф

'ф 44

'Ф 44

'Φ

'Φ 'Ф

'ф

'Ф

'ф

44

сл

44

44 44

44

сл

уз Р

сл

тз

73

УЭ

уз сл

уз

УЗ

У)

уз

У)

УЗ

3

д

со

cd

ctí

О Рч

О О р. Пч

о Р

О Рч

о Рч

О Рч

3 Рч

>ω

>6

5

S

Р ctí 44

Р Ctí 44

Р ctí 44

viskozita větší než 0,7 Pa . s a až 1,0 Pa . s —/1 — stabilita měřená po 1 dnu viskozita větší než 1,0 Pa . s

Newtonské nebo slabě Binghamské plastické chování -/30 — stabilita měřená po 30 dnech

rH CM 00 41 ID CD m

СОЬчООООгЧСЧОО гЧгЧгЧгЧСМ^СМСЧ

Obr. 1 a 2 znázorňují možné tvary křivky kumulativní procentáže oproti velikosti částic vynesené v log-log měřítku.

Pořadnice představuje % CM a souřadnice představuje průměry v mikrometrech.

Z obr. 1 je zřejmé, že průměrná velikost částic první skupiny je 83 mikrometrů, průměrná velikost částic druhé skupiny je 11 mikrometrů, di je 44 mikrometrů, d2 je 25 mikrometrů, % CM1 je 40 a % CM2 je 40 [příklad 23).

Z obr. 2 je zřejmé, že průměrná velikost částic první skupiny je 82 mikrometrů, průměrná velikost částic druhé skupiny je 7,2 mikrometrů, di je 50 mikrometrů, dž je 20 mikrometrů, % CM1 je 69,6 a % CM2 je 63,6 [příklad 10).

Claims

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

1. Vodná suspenze uhlí vhodná zejména pro spalování a transport jako tekutina, vyznačená tím, že obsahuje až 80 % hmotnostních částic uhlí ve vodě, které mají velikost nejvýše 300 mikrometrů a jsou rozděleny do dvou skupin rozdílných velikostí, přičemž částice uhlí první skupiny mají průměrnou velikost 60 až 210 mikrometrů a částice uhlí druhé skupiny mají průměrnou velikost 1/20· až 1/6 průměrné velikosti částic uhlí první skupiny a obsah částic uhlí první skupiny představuje 40 % hmotnostních až 60· % hmotnostních z celkového množství částic uhlí, přičemž vodná suspenze dále obsahuje 0,1 až 1 % hmotnostní povrchově neaktivního aniontového polyelektrolytu o molekulové hmotnosti vyšší než 500.
2. Vodná suspenze uhlí podle bodu 1 vyznačená tím, že mezi hodnotami představujícími průměrné velikosti částic dvou skupin rozdílných velikostí v kumulativní distribuční křivce velikosti částic, vynesené v bilogaritmickém měřítku, je obsažena plochá zóna.
3. Vodná suspenze podle bodu 2 vyznačená tím, že kumulativní distribuční křivka velikosti částic je taková, že obsahuje dvě hodnoty velikosti částic di a dg ležící mezi průměrnými průměry těchto· dvou skupin částic, pro které je číselná hodnota výrazu (a) log.[% CM1)_—log (% CM2) log di — log d2_ menší, než 0,4, kde % CM1 a % CM2 označují celkové procentuální množství hmoty částic, které mají velikosti menší než di a Ú2.
4. Vodná suspenze uhlí podle 'bodu 3 vyznačená tím, že číselná hodnota výrazu [a) je nejvýše 0,1.
5. Vodná suspenze uhlí podle bodu 3 nebo 4 vyznačená tím, že číselná hodnota výrazu (a) je rovna nule.
6. Vodná suspenze uhlí podle 'bodu 1 vyznačená tím, že povrchově neaktivní aniontový polyelektrolyt obsahuje alkylsubstituované polynukleární aromatické skupiny.
7. Vodná suspenze uhlí podle bodů 1 a 6 vyznačená tím, že polyelektrolyt má molekulovou hmotnost v rozmezí 800 až 3 000.
8. Vodná suspenze uhlí podle bodů 1, 6 a 7 vyznačená tím, že polyelektrolyt je zvolen ze skupiny solí jednomocných kationtů mají molekulovou hmotnost u hodnoty 2 000.
9. Vodná suspenze uhlí podle bodu 1 vyznačená tím, že obsah polyelektrolytu je v rozmezí 0,3 až 0,5 % hmotnostního.
10. Vodná suspenze uhlí podle bodu 9 vyznačená tím, že obsah polyelektrolytu je 0,4 % hmotnostního.
11. Vodná suspenze uhlí podle bodu 1 vyznačená tím, že obsahuje stabilizátor, kterým je organický gel, výhodně polysacharid v množství mezi 0,1 až 0,03 % hmotnostního z celkového množství suspenze.
12. Vodná suspenze uhlí podle bodu 11 vyznačená tím, že stabilizátor je přítomen

2 5 3 217 &T.........

v množství 0,02 % hmotnostního z celkového množství suspenze.
13. Vodná suspenze uhlí podle kteréhokoli z předcházejících bodů 1 až 12 vyznačená tím, že vodou je slaná voda obsahující až 40 g rozpuštěných solí na litr.
14. Vodná suspenze uhlí podle 'bodu 13 vyznačená tím, že slanou vodou je mořská voda.