DD202449A5 - Waessrige kohle-aufschlaemmung - Google Patents

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DD202449A5
DD202449A5 DD82240046A DD24004682A DD202449A5 DD 202449 A5 DD202449 A5 DD 202449A5 DD 82240046 A DD82240046 A DD 82240046A DD 24004682 A DD24004682 A DD 24004682A DD 202449 A5 DD202449 A5 DD 202449A5
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DD
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coal slurry
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coal
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grain
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DD82240046A
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Enzo Ferroni
Gabriella Gabrielli
Piero Baglioni
Francesco Ferrini
Enrico Carniani
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Snam Progetti
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
    • C10L1/32—Liquid carbonaceous fuels consisting of coal-oil suspensions or aqueous emulsions or oil emulsions
    • C10L1/326—Coal-water suspensions

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  • Colloid Chemistry (AREA)
  • Emulsifying, Dispersing, Foam-Producing Or Wetting Agents (AREA)
  • Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)
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  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine waessrige Kohle-Aufschlaemmung, die als Brennstoff oder fuer den Transport geeignet ist. Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer Kohle-Aufschlaemmung m. hohem Kohlegehalt, die wirtschaftl., insb. ohne hohen Energieaufwand, herstellbar ist u. die in uebl. Verbrennungsanlagen verbrannt werden kann. Erfindungsgemaess besteht d. Kohle-Suspension (Kohleschlamm) aus 2 Kornfraktionen, wobei die erste Fraktion eine mittlere Groesse von 60 bis 210 mym mit maximal 300 mym und die zweite Kornfraktion eine Groesse entsprechend 1/6 bis 1/20 der mittleren Groesse der ersten Fraktion aufweist. Die Kurve der kumulativen Korngroessenverteilung im doppeltlogarithmischen Diagramm weist einen ebenen Bereich auf. Die Suspension enthaelt auch einen nicht-oberflaechenaktiven kationischen Polyelektrolyten mit einem Molekulargewicht > 500 und gegebenenfalls ein organisches Gel als Stabilisator.

Description

24 0 0 4 6 8 Ap c °9 c/24°045/s
60 858/11
Wäßrige Kohle-Aufschlämmung Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen wäßrigen Kohleschlamm oder Kohle-Suspension vorzugsweise sehr hoher Konzentration, der sich entweder direkt als Brennstoff verwerten läßt oder transportiert werden kann»
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Es sind die verschiedensten Suspensionen oder Aufschlämrnungen bekannt; so ist es aus der US-PS 3 762 887 bekannt, einen Kohleschlamm mit einer Konzentration von maximal 69 Vol.-Sü herzustellen, wobei die Kohle eine Feinheit von 43 pm bis 4,7 mm (4 bis 325 mesh) besitzt» Der Hauptteil der Kohle hat eine Feinheit von 0,59 bis 4,7 mm (4 bis 28 mesh), und das bedeutet, daß Korngrößen über 4 mm vorliegen.
Diese bekannte Aufschlämmung hat zwei Nachteile, nämlich relativ grobe Kohle und relativ geringe Kohle-Konzentration, Diese zwei Nachteile, insbesondere der erste, bedeutet, daß die Suspension direkt als Brennstoff nur in Spezialeinrichtungen, wie Zyklonbrennern, verfeuert werden kann, sich jedoch nicht für übliche Verbrennungsanlagen eignet. Selbst mit Spezialeinrichtungen, d. h. für lange Verweilzeiten, kommt es doch immer zu einem Austrag von nicht verbrannter Kohle mit Rauch und/oder Asche infolge irgendeines Funktionsfehlers«
240046 8
22.10.1982 AP C 09 C/240 046/8 - 2 - 60 858/11
Aus der DE-AS 28 23 568 sind Kohleschlämme mit einer Feinheit <C 100 ym bekannt. Deren Herstellung ist jedoch kompliziert durch die Tatsache, daß sie gleichzeitig mit der Abscheidung von Bergen aus der Kohle (inserts) stattfindet durch Einwirkung eines Polyelektrolyten, welcher die Kohleteilchen elektrisch anders auflädt als die inerten Teilchen; dazu muß die Kohle in Wasser in einer Konzentration von nicht mehr als 10 Gew#-% dispergiert werden» was zur Folge hat, daß nach Abtrennung der Berge die Kohle-Suspension konzentriert werden muß, was - wie leicht verständlich zu einer schlechten Filtrierbarkeit aufgrund der feinen Kohleteilchen und zu relativ hohen Trennkosten führt·
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist die ,Bereitstellung einer neuartigen wäßrigen Kohle-Aufschlämmung, welche die Nachteile der bekannten Aufschlämmungen nicht aufweist und insbesondere eine sehr hohe Kohlekonzentration aufweist*
Darlegung, des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wäßrige Kohleaufschlämiiiung mit den gewünschten Eigenschaften durch eine geeignete Zusammensetzung, insbesondere geeignete Korngröße der Kohle, zu erreichen.
Es wurde überraschender Weise festgestellt, daß die Nachteile der bekannten Verfahren durch Wahl zweier Kornfraktionen und Zugabe eines bestimmten Polyelektrolyten in die Suspension vermieden werden können.
240046 8
22.10.1982 AP C 09 C/240 045/8 - 3 - 60 858/11
Nach aer Erfindung hat die erste Kohlefraktion eine mittlere Größe von 60 bis 210 ^m mit einem Maximum nicht über 300 ^m und die zweite Kornfraktion 1/6 bis 1/20 der mittleren Teilchengröße der ersten Kornfraktion» Die mittlere Korngröße einer Kornfraktion ist die Größe entsprechend 50 % der kumulativen Massenverteilung der jeweiligen Fraktion,
Die Teilchen der ersten Fraktion stellen zumindest 40 Gew.-%, vorzugsweise etwa 60 Gew,-%, der gesamten Teilchen dar.
Da die kumulative Teilchengrößen-Verteilungskurve das Resultat von zwei Fraktionen ist, d. h. zwei getrennten Gruppen von Kohleteilchen, muß sie im doppelt-logarithmischen Diagramm eine flache Zone zwischen den Werten der entsprechenden mittleren Größen der Fraktionen ergeben. Eine flache Zone bedeutet einen Teil der Kurve, in der die Ableitung - berechnet im doppelt-logarithmischen Maßstab <0,4, vorzugsweise - O1I1 insbesondere 0t beträgt.
Die kumulative Teilchengrößen-Verteilung muß derart sein, daß immer zwei Teilchengrößen d* und d2 zwischen den mittleren Durchmessern aer zwei Fraktionen liegen, für die der Ziffernwert nach folgender Gleichung
log {% CHl) - log (% CM2) log ..Ci1 - log d2
<0,4, vorzugsweise = 0,1, insbesondere etwa 0, beträgt.
% CMl bzw. % CM2 geben die Gesamtanteile der Masse von Teilchen mit einer Große < d,. bzw. < d^.an.
22.10,1982
λ AP C 09 C/240 046/8
24 0 0 4 6 Qi - 4 - 60 858/11
Der numerische Wert dieser Gleichung ist offensichtlich unabhängig von der Dimension ( /Jra oder mm), in welcher die Teilchengröße angegeben wird.
Neben obigen Kohle-Fraktionen enthält der erfindungsgemäße Schlamm einen nicht-oberflächenaktiven anionischen PoIyelektrolyten, insbesondere enthaltend eine alkylsubstituierte mehrkerhige aromatische Gruppe, mit einem Molekulargewicht > 500f vprzugsweise 800 bis 3 000, Ein Beispiel dafür sind einwertige kationische Salze polymerisierter Alkylnaphthalinsulfonsäuren mit einem Molekulargewicht von etwa 2 000, ("DAXAD 15 und DAXAD 19" sowie "Reoplast 203"). Die Menge an Polyelektrolyt in der Aufschlämmung liegt im allgemeinen zwischen 0,1 und 1 Gew.-%, vorzugsweise 0,3 bis 0,5 Gew.-^, insbesondere etwa 0,4 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Aufschlämmung. Es ist wesentlich darauf hinzuweisen, daß der Elektrolyt vorzugsweise in Form einer konzentrierten wäßrigen Lösung zugesetzt wird. Die Elektrolyt-Lösung wird entweder dem Wasser vor dem Dispergieren der beiden Kohle-Fraktionen zugesetzt oder der wäßrigen Suspension der zweiten Kohle-Fraktion, wenn diese beispielsweise durch Naßmahlen hergestellt wird, bevor die erste Kohle-Fraktion zugefügt wird.
Die erfindungsgemäße Suspension kann auch einen Stabilisator in Form eines organischen Gels, z. B. ein Polysaccharid (wie "Kelzan"), enthalten.
Die Stabilisatormenge in der Suspension soll 0,01 bis 0,03 Gew.-%, vorzugsweise etwa 0,02 Gew.-%, betragen. Die Zugabe des Stabilisators geschieht zusammen mit oder naott dem Polyelektrclyten.
22.10.1982
ο / η η / C ο ΑΡ c °9 c/24° 045/8
L· 4 U U H U Q - 5 - 6G 858/11
Der Stabilisator wird vorzugsweise nur dann angewandt, wenn die Kohle-Suspension nach längerer Zeit angewandt wird. Dies hängt auch von der Art der Kohle ab, und die Zeit kann in der Größenordnung von 1 Monat liegen. Es wird darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße wäßrige Kohle-Suspension auch beliebige inerte Stoffe oder Berge, die die Kohle begleiten, enthalten kann. In dieser Hinsicht unterscheidet sich die Kohle-Suspension nach der Erfindung vom Stand der Technik, wo die vorherige Abscheidung der inerten Stoffe oder Berge erforderlich ist und erst nach dieser Trennung die Kohle/Wasser-Suspension gebildet wird. Mit anderen Worten stellen nach der Erfindung Begleitminerale oder Berge kein Hindernis dar zur Herstellung einer stabilen fließfähigen Suspension hoher Kohle-Konzentration.
Die Kohle-Konzentration in äer Suspension kann sehr hohe Werte erreichen, beispielsweise - 80 Gew.-/o.
Was nun das für die Suspension anzuwendende Wasser anbelangt, konnte überraschenderweise festgestellt werden, daß dieses keinen Beschränkungen unterliegt und normales Frischwasser, entmineralisiertes Wasser oder selbst Salzwasser bis hinauf zu etwa 40 g/l oder darüber gelösten Salzen, insbesondere auch Seewasser, zur Anwendung gelangen können.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Kohle-Suspension geschieht durch folgende Verfahrensstufen:
1. Mahlen (und Klassieren) der Kohle auf zwei Kornfraktionen, und zwar trocken oder naß - also in Gegenwart von Wasser -, um entweder zwei Kornfraktionen durch
22.10,1982
Π fV / C Q AP C 09 C/240 046/8
4 U U 4 ϋ U - 6 - 60 858/11
Trockenmahlen zu erhalten oder eine wäßrige Aufschlämmung von zwei Kohlefraktionen. Für gröberes Korn wird Trockenmahlen und für feineres Korn Naßmahlen bevorzugt. Der Polyelektroiyt kann während des Naßmahlens vorhanden sein;
2. die beiden Kornfraktionen werden in den angegebenen Mengenverhältnissen gemischt;
r ·
3· der Polyelektroiyt wird entweder dem Wasser zugesetzt oder wenn die feineren Kohleteilchen naß gemahlen worden sind, der wäßrigen Suspension der feinen Fraktion;
4. es werden die entsprechenden Mengen entweder der beiden Kornfraktionen zu einer wäßrigen Lösung des Polyelektrolyten gegeben, oder aber die gröbere Kohle-Fraktion wird der Aufschlämmung der bereits Polyelektroiyt enthaltenden feinen Kohle-Fraktion zugesetzt;
5. gegebenenfalls wird der Stabilisator entweder zusammen mit dem Elektrolyten eingebracht oder nach dessen Zugabe, jedoch vor dessen Zugabe zum Gemisch der Kohle-Fraktionen; der Stabilisator kann auch der Grob-Fraktion zugesetzt werden oder nachdem die beiden Fraktionen bereits in Wasser eingetragen sind,
Ausführunqsbeispiel
Die Erfindung wird an folgenden Beispielen weiter erläutert.
Beispiele
Herkunft und Charakterisierung oer Kohlen finden sich in Tabelle 1. Die Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Suspensionen ist für die Beispiele 1 bis 23 in der Tabelle 2 zusammengefaßt.
Tabelle 1
Provenienz
kCJ/kg (kcal/kg) Feuchte %
Asche % Flüchtiges %
gebundener Kohlenstoff % 52
Schwefel %
22.10.1982
AP C 09 C/240 046/8
60 858/11 CD
Polen 1 Polen 2 China Kanada Südafrika
25 122 (6 000) 1,73 25 122 (6 000) 0*93 25 122 (6 000) 0,36 25 122 (6 000) 1 25 540 (6 100) 2,4
12 15,6 19 10 12,8
33 31 28*4 31 22,1
52 49 50 62 56,4
0,8 0,8 1*6 1 0,64
CD OO
Kohle dml (/Jm) di (pm) dm2 d2 (jjm) Tab ell e 2 CM2 {%) Konzentrat DAXAD 22. AP 60 10.1982 C 09 C/240 046/8 858/11 Visko sität Stabi lität fs C
Polen 1 210 172 20 70 44 (%) 0,4 lon Α/Ν W/l c
Bei spiele ti 210 172 20 70 CwI {%) CMl Cw2 m 44 70 0,4 15 /ο) Kelzan C/B W/30
1 It 210 177 20 70 55 45 45 33,5 69 0,4 O Α/Ν W/l C
2 ti 210 179 15 75 55 45 45 39,5 69 0,4 0,02 Α/Ν W/l
3 Il 150 127 15 70 65 35 35 40 69 0,4 O Α/Ν Y/l C
4 Polen 2 210 175 20 70 60 40 40 39 69 0,4 O Α/Ν W/l
5 210 175 20 70 60 40 40 39 69 0,4 O Β/Ν X/30
6 - tt 210 179 15 75 60 40 40 39,5 69 0,4 O Α/Ν W/l
7 It 210 179 15 75 60 40 40 39 > 5 69 0,4 0,01 Α/Ν W/30 OO
8 tt 82 50 7,2 20 60 40 40 63,6 69 0,5 O Α/Ν W/l \
9 China 150 127 8 40 60 40 40 39*5 69 0,5 OjOl C/B W/l
10 210 172 15 60 40 69,6 60 1 39,8 77 0,5 O C/B W/l
11 It 210 172 20 70 60 40 40 45 75 ,5 0,3 O C/B W/30
12 1 210 172 20 70 60 40 40 40 73, 0,3 O Β/Ν W/l
13 Kanada 210 172 20 70 55 45 45 44,7 73 0,4 0,01 Α/Ν X/l
14 60 40 40 70 O
15 55 45 45 O
Kanada dml di dm2 (ym) Tabelle 2 CwI ι \/o) (Fort SQtzuncj) CM2 7 22 AP 60 DAXAD 15 .10.1982 C 09 C/240 858/11 046/8 W/30 C I
It 210 172 20 55 44, Konzentration 0,4 x/i C
It 210 172 15 d2 (Jim! 55 CMl Cw2 45 7 (X) 0,4 Kelzan Visko- Stabi- sität lität X/l O (
Südafrika 150 127 15 70 55 45 45 44, 6 70 0,4 0,02 C/B W/l
Bei- Kohle spiele tt 210 175 15 70 60 45 45 39, 6 69 0,5 O A/N W/30 O
16 M 210 175 15 70 60 45 45 39, 6 69 0,4 O. A/N W/l
17 M 210 175 15 70 60 40 40 39, 74 0,4 O C/B W/l
18 IR 150 127 15 70 60 40 40 40 72 0,3 0,01 C/B W/l
19 83 44 11 70 60 40 40 40 72 0,5 O B/N
20 70 40 40 69 O A/l
21 25 40 40 70 O A/N
22
23
24 0 04 6 8
- ίο -
22.10.1982
AP C 09 C/240 046/8 60 858/11
Legende zu den labeilen
dml dm2 CwI Cvv2
A/ B/ C/ /N
/B W/ x/
/30
mittlere Korngröße der ersten Fraktion
{pm)
mittlere Korngröße der zweiten Fraktion
ipn) .
Gevvichtsanteil der ersten Fraktion (trocken)
Gevvichtsanteil der zweiten Fraktion (trocken) :
Viskosität 350 bis 700 (cP) mPa.s Viskosität > 700 bis 1 000 (cP) mPa.s Viskosität >1 000 (c'P) tnPa.s Newtonsches oder schwach Bingharasches plastisches Verhalten
Bingharasches plastisches Verhalten hervorragende Stabilität gute Stabilität annehmbare Stabilität Stabilität bestimmt nach 1 Tag Stabilität bestimmt nach 30 Tagen
22.10.1982
/ Π ΓΙ / C Ω AP C 09 C/240 046/8
4 U U 4 D O - 11 - 60 858/11
Die Fig. 1 und 2 zeigen mögliche Formen der Kurven kumulativer Anteile gegenüber der Korngröße im doppeltlogarithmischen Diagramm.
Auf der Ordinate ist die Konzentration und auf der Abszisse die Korngröße in jum angegeben.
Aus Fig. 1 ergibt sich, daß die mittlere Korngröße der ersten Fraktion 83 ^m und der zweiten Fraktion 11 μτα ist, während d1 44 p, d~ 25 ^m, die Konzentration an erster Fraktion 40 und an zweiter Fraktion ebenfalls 40 % beträgt (Beispiel 23),
Aus Fig. 2 entnimmt man, daß die mittlere Korngröße der ersten Fraktion 82 ^m und der zweiten Fraktion 7,2 pm, d. 50 ^m und dp 20 um beträgt, während die Konzentration der ersten Fraktion 69,6 und der zweiten Fraktion 63,6 % ist (Beispiel 10).

Claims (19)

1. Wäßrige Kohle-Aufschlämmung, gekennzeichnet durch eine • maximale Korngröße der Kohle von 300 pm und zwei Kornfraktionen der Kohle, enthaltend einen Polyelektrolyten und gegebenenfalls einen Stabilisator,
2/ η π / C Q ΑΡ c °9 c/240
4UUHU Ö -14- 60 858/11
2. Kohle-Aufschlämmung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die mittlere Größe der ersten Kornfraktion 60 bis 210 ^m beträgt.
3. Kohle-Aufschlämoung nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß die mittlere Größe der zweiten Kornfraktion 1/6 bis 1/20 der mittleren Größe der ersten Kornfraktion
beträgt«
4. Kohle-Aufschlämmung nach den Punkten 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Konzentration der ersten Kornfraktion zumindest 40 Gew,-% beträgt.
5. Kohle-Aufschlämmung nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Konzentration der ersten Kornfraktion etwa
60 Gew.-% beträgt.
6. Kohle-Aufschlämmung nach den Punkten 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die kumulative Korngrößen-Verteilungskurve im doppelt-logarithmischen Diagramm einen flachen Bereich zwischen Werten der mittleren Größen der beiden Kornfraktionen aufweist.
7. Kohle-Auf schlämrnung nach Punkt 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Kurve der kumulativen Korngrößen-Verteilung derart ist, daß zwei Kornfraktionen d. und d2 mit mittleren Durchmessern, die sich aus der Gleichung
22.10,1982
O / Π Π / C Ο AP C 09 C/240 046/8
L 4 U U 4 D O - 13 - 60 858/11
log {% CMl) - log (% CH2) log ά± - log ^2
mit < 0,4 ergeben, vorliegen, worin % CMl bzw. % CM2 den Gesamtanteil der Teilchenmasse mit einer Größe < cL bzw. ^d2 bedeutet,
8. Kohle-Aufschlämmung nach Punkt 7, gekennzeichnet dadurch, daß der Ziffemwert der Gleichung ^ 0,1 ist,
9. Kohle-Aufschlämmung nach Punkt 8, gekennzeichnet dadurch, daß der Ziffernwert der Gleichung ^0 ist.
10. Kohle-Aufschlämmung nach den Punkten 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß der Polyelektrolyt eine anionische Substanz ohne oberflächenaktive Eigenschaften ist,
11, Kohle-Aufschlämmung nach Punkt 10, gekennzeichnet dadurch, daß der Polyelektrolyt eine alkylsubstituierte mehrkernige aromatische Verbindung ist,
12, Kohle-Aufschlämmung nach Punkt 10 oder 11, gekennzeichnet dadurch, daß der Polyelektrolyt ein Molekulargewicht > 500, vorzugsweise 800 bis 3 000, besitzt,
13. Kohle-Aufschlämmung nach den Punkten 1 bis 12, gekennzeichnet dadurch, daß der Polyelektrolyt ein einwertiges kationisches Salz polymerisierter Alkylnaphthalinsulfonsäure mit einem Molekulargewicht von ^* 2 000 ist.
14» Kohle-Aufschlämmung nach den Punkten 1 bis 13, gekenn- zeichnet dadurch, daß der Polyelektrolyt in einer Menge von 0,1 bis 1, vorzugsweise 0,3 bis 0,5 Gew,-%* in der Suspension vorliegt.
22.10.1982
15« Kohle-Aufschlämmung nach Punkt 14, gekennzeichnet dadurch, daß der Polyelektrolyt in einer Menge von etwa 0,4 Gew»-% in der Suspension vorliegt.
16» Kohle-Aufschlämmung nach den Punkten 1 bis 15, gekennzeichnet dadurch, daß der Stabilisator in einer Menge von 0,01 bis 0,03 Gevi.-% in der Suspension vorliegt.
17» Kohle-Aufschlämmung nach Punkt 16, gekennzeichnet dadurch, daß der Stabilisator in einer Menge von etwa 0,02 -Gew.-So vorliegt,
18. Kohle-Aufschlämmung nach den Punkten 1 bis 17, gekennzeichnet dadurch, daß der Stabilisator ein organisches Gel, vorzugsweise ein Polysaccharid, ist·
19· Kohle-Aufschlämmung nach den Punkten 1 bis 18, gekennzeichnet dadurch, daß das Wasser Salzwasser, insbesondere Seewasser, ist.
Hi^LSi Zeichnungen
DD82240046A 1981-05-21 1982-05-20 Waessrige kohle-aufschlaemmung DD202449A5 (de)

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