DE112010000986T5

DE112010000986T5 - Behandlung von Kohie mit niedrigem Inkohlungsgrad

Info

Publication number: DE112010000986T5
Application number: DE112010000986T
Authority: DE
Inventors: Louis Wibberley
Original assignee: Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization CSIRO
Current assignee: Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization CSIRO
Priority date: 2009-01-13
Filing date: 2010-01-13
Publication date: 2012-12-20
Also published as: WO2010081191A1; US20110277380A1; AU2010205896B2; AU2010205896A1

Abstract

Es handelt sich um ein Verfahren zum Behandeln von Kohle, bei dem Kohle, in Form von Partikeln in einer wässrigen Aufschlämmung, unter Druck erwärmt wird, um gebundenes Wasser aus den Kohlepartikeln wenigstens teilweise freizusetzen, wobei das gebundene Wasser als flüssiges Wasser freigesetzt wird. In einem Aspekt werden die Kohlepartikel der Aufschlämmung mit Hilfe des Wassers der Aufschlämmung hydraulisch gemahlen, während der Druck der Aufschlämmung durch das Mahlen reduziert wird. In einem zweiten Aspekt wird der mineralische und/oder der anorganische Anteil von der Aufschlämmung mit Hilfe eines Flotationsverfahrens abgetrennt, das die Blasenbildung nach Senkung des Drucks der Aufschlämmung ausnützt. Es werden auch entsprechende Vorrichtungen offenbart.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung liegt in einem verbesserten Verfahren zum Verarbeiten von Kohle, insbesondere, aber nicht ausschließlich Kohle mit niedrigem Inkohlungsgrad, wie beispielsweise Victoria-Braunkohle oder indonesische oder deutsche Lignite. Das Verfahren umfasst eine hydrothermale Behandlung und kann in einer vorteilhaften Anwendung dazu verwendet werden, eine Aufschlämmung zu erzeugen, die als Kraftstoff für Diesel- oder andere Verbrennungsmotoren verwendet werden kann. Ein solcher Kraft- oder Brennstoff, der manchmal als Kohle-Wasser-Aufschlämmung-Kraft- oder Brennstoff (coal water fuel, CWF) bezeichnet wird, könnte auch für andere Verbrennungseinrichtungen, wie beispielsweise Boiler und Öfen, die einen flüssigen Brennstoff mit niedrigem Ascheanteil erfordern, eingesetzt werden.
Hintergrund der Erfindung
Es herrscht ein schnell wachsender Druck für stabile Quellen von CO₂-Emissionen, wie beispielsweise Kraftwerke, eine schrittweise Reduktion der Treibhausgas-(greenhouse gas, GHG)Emissionen zu erreichen. Ein Verfahren, um dies zu erzielen, besteht darin, die Wärmeeffizienz bei der Verwertung der Kohle zu steigern.
Bei herkömmlichen Techniken, die ein Befeuern von Boiler mit Kohle mit niedrigem Inkohlungsgrad als pulverisiertem Brennstoff beinhalten, beinhaltet dies gewöhnlich, den Wasseranteil der Kohle vor der Verbrennung zu verringern. Ein Verfahren zum teilweisen Entwässern von Kohle ist eine hydrothermale Behandlung. Ein Schema dieses Verfahrens ist in 1 gezeigt.
Bei dem in 1 gezeigten herkömmlichen hydrothermalen Entwässerungsprozess wird Kohle 10 mit niedrigem Inkohlungsgrad auf üblicherweise bis 1 mm gemahlen 12, und dann in einem Aufschlämmungsbehälter 16 mit Wasser 14 gemischt, wobei eine pumpfähige Aufschlämmung 18 erzeugt wird. Die Aufschlämmung wird mit Druck beaufschlagt 20 und erwärmt 22 und für eine Dauer von etwa 20–30 Minuten in einem hydrothermalen Reaktor 24 gehalten (üblicherweise bei 250–350°C und bei einem Druck oberhalb des Sättigungsdrucks, um ein Kochen zu vermeiden). Nach dem Erwärmen wird die Aufschlämmung abgekühlt 26, der Druck wird reduziert 28 und die während der Behandlung entstandenen Gase, z. B. CO₂, werden in einem Abscheider 30 entfernt. Die Aufschlämmung wird, soweit dies umsetzbar ist, mit Hilfe einer Zentrifuge 34 und/oder mit Hilfe von Verdickungsmitteln 36 entwässert. Üblicherweise wird die Aufschlämmung dann weiter gemahlen (nicht gezeigt), um eine finale Aufschlämmung 40 zu erhalten, die eine für Verbrennungsprozesse geeignete Partikelgrößenverteilung der Kohlepartikel aufweist. Obwohl die finale Kohle 40 eine dicke Aufschlämmung ist, liegt ihr Wasseranteil gewöhnlich wenigstens 10% unter dem Wasseranteil der zugeführten unbehandelten Kohle, und dies führt zu einer Steigerung der Wärmeeffizienz von Boiler und ähnlichen Verbrennungseinrichtungen. Der Hauptvorteil des hydrothermalen Prozesses ist, dass das Wasser der Kohle als Flüssigkeit entfernt wird, sodass latente Wärmeverluste vermieden werden, die auftreten würden, wenn die gleiche Menge an Wasser mittels Trocknung entfernt werden würde.
Das Verfahren der hydrothermalen Behandlung bewirkt den Ablauf einer Reihe von Dehydratations- und Decarboxylierungsreaktionen in der Kohle, durch welche (chemisch) gebundenes Wasser und etwas Kohlenstoffdioxid (aus der Zersetzung von Hydroxid- und Carboxylgruppen) freigesetzt werden. Da diese Reaktionen die Zersetzung von hydrophilen Gruppen beinhalten, wird die Kohle immer hydrophober und der Inkohlungsgrad der Kohle steigt wesentlich an.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Energieeffizienz des vorstehend beschriebenen Prozesses zu verbessern und/oder die Qualität und die Tauglichkeit des Kraftstoffes für Dieselmotoren zu verbessern.
Es wird nicht davon ausgegangen, dass die in der vorliegenden Beschreibung gemachten Angaben am Prioritätstag zum allgemeinen Wissensstand gehörten. Ebenso ist es nicht sinnvoll, anzunehmen, dass ein Fachmann diese am Prioritätstag bereits erforscht oder verstanden hatte oder sie als relevant angesehen oder in irgendeiner Weise kombiniert hätte.
Zusammenfassung der Erfindung
In einem ersten Aspekt der Erfindung werden – statt den Druck der Aufschlämmung aus dem hydrothermalen Reaktor abzusenken und die gelösten Gase als Abgase abzuführen – die Kohlepartikel der Aufschlämmung mit Hilfe des Wassers aus der Aufschlämmung hydraulisch gemahlen, vorzugsweise mikronisiert, und der Druck der Aufschlämmung wird weggenommen.
In ihrem ersten Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Behandeln von Kohle bereit, bei dem die Kohle – in Form von Partikeln in einer wässrigen Aufschlämmung – unter Druck erwärmt wird, so dass gebundenes Wasser wenigstens teilweise aus den Kohlepartikeln freigesetzt wird, wobei das gebundene Wasser als flüssiges Wasser freigesetzt wird. Während der Druck der Aufschlämmung durch das Mahlen gesenkt wird, werden die Kohlepartikel der Aufschlämmung mit Hilfe des Wassers aus der Aufschlämmung hydraulisch gemahlen und vorzugsweise mikronisiert.
In einer Anwendung des Verfahrens der Kohleentwässerung wird die Aufschlämmung – nach dem Abkühlen und hydraulischen Mahlen – so behandelt, dass wenigstens ein Teil des gesamten flüssigen Wassers der Aufschlämmung abgetrennt wird.
In diesem ersten Aspekt stellt die Erfindung ferner eine Vorrichtung zum Behandeln von Kohle bereit, welche umfasst: eine hydrothermalen Reaktoranordnung zum Erwärmen der Kohle, in Form von Partikeln in einer wässrigen Aufschlämmung, unter Druck, um gebundenes Wasser wenigstens teilweise aus den Kohlepartikeln freizusetzen, wobei das gebundene Wasser als flüssiges Wasser freigesetzt wird, und ein Mittel zum hydraulischen Mahlen, welches die Aufschlämmung aus dem hydrothermalen Reaktor aufnimmt und – während der Druck der Aufschlämmung durch das Mittel zum Mahlen reduziert wird – die Kohlepartikel der Aufschlämmung mit Hilfe des Wassers aus der Aufschlämmung hydraulisch vermahlt, vorzugsweise mikronisiert.
Die Vorrichtung kann ferner Mittel zum Abkühlen der Aufschlämmung und Mittel zum Behandeln der Aufschlämmung nach dem Abkühlen und dem hydraulischen Mahlen aufweisen, um wenigstens einen Teil des gesamten flüssigen Wassers der Aufschlämmung abzutrennen.
Das hydraulische Mahlen kann in einer hydraulischen Strahlmühle oder in einer ähnlichen Einrichtung erfolgen. Hierdurch können der Energieverbrauch des Gesamtprozesses um etwa 40 kWh/t Kohle (Trockengewicht) und die Kosten für die Ausstattung verringert werden, da das Ausmaß der Mikronisierung, das sonst bei Verwenden herkömmlicher Mühlen erforderlich wäre, reduziert werden kann. Ein hydraulisches Mikronisieren erhöht aufgrund der höheren Scher- und hydraulischen Kräfte, die auf die Partikel wirken, sowie gleichzeitig von Schock- und Kavitationseffekten auch die Freisetzung an mineralischem Material. Die größere Freisetzung aufgrund der Mikronisierungs- und anderer Mahleffekte erhöht auch die Effektivität der sich anschließenden Reinigungsphase.
In einem zweiten Aspekt der Erfindung wird mit Hilfe eines Flotationsverfahrens, das die Blasenbildung von freigesetztem Gas nach Senkung des Drucks der Aufschlämmung ausnützt, der mineralische und/oder der anorganische Anteil von der Aufschlämmung abgetrennt.
In ihrem zweiten Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Behandeln von Kohle bereit, bei dem die Kohle, in Form von Partikeln in einer wässrigen Aufschlämmung, unter Druck erwärmt wird, um Gase und gebundenes Wasser wenigstens teilweise aus den Kohlepartikeln freizusetzen, wobei das gebundene Wasser als flüssiges Wasser freigesetzt wird. Der mineralische und/oder der anorganische Anteil wird mit Hilfe eines Flotationsverfahrens, das die Blasenbildung der freigesetzten Gase nach Senkung des Drucks der Aufschlämmung ausnützt, von der Aufschlämmung abgetrennt.
In ihrem zweiten Aspekt stellt die Erfindung ferner eine Vorrichtung zum Behandeln von Kohle bereit, welche umfasst: eine hydrothermale Reaktoranordnung zum Erwärmen der Kohle, in Form von Partikeln in einer wässrigen Aufschlämmung, unter Druck, um Gase und gebundenes Wasser wenigstens teilweise aus den Kohlepartikeln freizusetzen, wobei das gebundene Wasser als flüssiges Wasser freigesetzt wird; und einen Flotationsabscheider, um die Aufschlämmung aus der hydrothermalen Reaktoranordnung aufzunehmen und den mineralischen und/oder den anorganischen Anteil mit Hilfe eines Flotationsverfahrens, das die Blasenbildung der freigesetzten Gase nach Reduktion des Drucks der Aufschlämmung ausnützt, von der Aufschlämmung abzutrennen.
Vorzugsweise werden beide Aspekte der Erfindung in einem einzigen Kohlenbehandlungsverfahren umgesetzt, und besonders bevorzugt ist der zweite Aspekt nach dem Mikronisieren der Kohle gemäß dem ersten Aspekt vorgesehen.
Vorteilhafterweise bewirkt das Flotationsverfahren eine Flotation der Kohlepartikel. Das Bilden von Gasblasen im freigesetzten Gas (vorwiegend CO₂) nach der Senkung des Drucks der Aufschlämmung, z. B. durch kontrolliertes Entwickeln der gelösten Gase (vorwiegend CO₂), kann 35% oder mehr der Gasblasen bereitstellen, die zum Abtrennen der Kohle erforderlich sind, wobei der Stromverbrauch für die Flotation durch Verringern des Aufwands zur Bildung feiner Gasblasen durch Einpumpen von Luft oder Kompression reduziert wird. Das Ausmaß der CO₂-Entwicklung kann durch Steuern der Temperatur der Flotation, der Tiefe der Zelle, des Überdrucks in der Zelle sowie gleichzeitig durch Ultraschall und andere Techniken, die zum Stimulieren der Bläschenbildung von Gasblasen in Flüssigkeiten verwendet werden, bestimmt werden.
Das Flotationsverfahren kann weiter durch Steuern des Drucks der in die Flotationszellen eintretenden Aufschlämmung verbessert werden. Der Ausgangsdruck der hydraulischen Mikronisiereinrichtung wird kontrolliert, damit in den Flotationszellen eine mit Druck beaufschlagte Aufschlämmung bereitgestellt wird, wobei die Energie des Drucks der Aufschlämmung weiter dazu verwendet wird, Blasen zu erzeugen, wie dies bei strahlbasierten Flotationseinrichtungen vorgesehen ist.
Das Flotationsverfahren aus dem zweiten Aspekt der Erfindung kann weiter gesteigert werden durch die Zugabe von oberflächenaktiven Substanzen (z. B. Kohlenwasserstoffen wie beispielsweise Diesel) – entweder vor oder nach dem hydrothermalen Reaktor – und/oder durch Zugabe anderer Gase (z. B. Luft).
Nach dem Mikronisieren aus dem ersten Aspekt der Erfindung oder der Flotation gemäß dem zweiten Aspekt kann die gereinigte Kohle teilweise entwässert werden. Dies kann mit Hilfe einer Reihe von Verfahren, einschließlich Verfahren unter Verwenden von Zentrifugen und/oder Verdickungsmitteln/Absetzern, erreicht werden.
Die finale Kohle kann, wenn erforderlich, weiter mikronisiert werden, zur Vorbereitung der Verwendung in Dieselmotoren oder anderen Verbrennungseinrichtungen.
Die Effektivität der Flotation und der Entwässerung kann durch Steuern der Bedingungen der hydrothermalen Behandlung vorteilhaft verbessert werden, um die hydrophoben Eigenschaften der Oberfläche der Kohle zu kristallieren. Eine erhöhte Temperatur wird die Freisetzung organischer Materie erhöhen, wobei die Kohlepartikel vorzugsweise mit der organischen Materie beschichtet werden, sodass die Hydrophobizität der Kohle zunimmt.
In einer alternativen Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung ist das Flotationsverfahren eine reverse Flotation, bei der der mineralische und/oder der anorganische Anteil flotiert werden und die Flotation der Kohle durch die während des Erwärmens unter Druck gebildeten Huminsäuren unterdrückt wird.
In dieser alternativen Ausführungsform senken die Huminsäuren die natürliche Hydrophobizität der hydrothermal behandelten Kohle, wodurch die Flotation der Kohle unterdrückt wird und eine selektive Flotation der mineralischen und/oder der anorganischen Bestandteile möglich ist. Üblicherweise würden Reagenzien zugesetzt werden, um die mineralischen Oberflächen hydrophober zu machen, zum Beispiel Dodecyltrimethylammoniumbromid. Bei einer herkömmlichen vorwärts ablaufenden Flotation werden Reagenzien wie Diesel oder Kerosin dazu verwendet, die Oberfläche der Kohle hydrophob zu machen.
In dieser alternativen Ausführungsform muss nur ein geringer Anteil an Material (der mineralischen Bestandteile) aus der hydrothermal behandelten Kohle-Wasser-Aufschlämmung entfernt werden, sodass der Verbrauch an Reagenzien, Flotationsluft (oder anderen Gasen) und der zum Durchführen des Flotations-Abscheidungs-Prozesses erforderliche Energieverbrauch reduziert werden.
Durch das Nichterhöhen der Hydrophobizität der Kohle ist ein Ausflocken der Kohlepartikel auch weniger wahrscheinlich, was den zusätzlichen Vorteil hat, dass die Viskosität der resultierenden Kohle-Wasser-Kraftstoff-Aufschlämmung verringert wird. Dies unterstützt die Atomisierung, bei der der Kraftstoff in Dieselmotoren oder Verbrennungseinrichtungen eingespritzt wird, oder erlaubt eine höhere Beladung mit Feststoffteilchen bei einer gegebenen Viskosität.
Wie hierin verwendet, sollen der Begriff „umfassen” und Variationen des Begriffs, wie beispielsweise „umfassend”, „umfasst” und „umfasste”, – außer, wenn der Begriff im Kontext anderweitig zu verstehen ist – in keiner Weise weitere Additive, Bestandteile, ganze Zahlen oder Schritte ausschließen.
Kurze Beschreibung der Figuren
Die Erfindung wird nun nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben, in denen:
1 eine schematische Abbildung eines herkömmlichen hydrothermalen Entwässerungsprozesses zum teilweisen Entwässern von Kohle mit niedrigem Inkohlungsgrad zeigt;
2 eine schematische Abbildung einer Vorrichtung und eines Verfahrens zur hydrothermalen Behandlung gemäß einer Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung zeigt;
3 eine schematische Abbildung einer Vorrichtung und eines Verfahrens zur hydrothermalen Behandlung gemäß einer Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung zeigt;
4 eine ähnliche Ansicht ist, die eine alternative Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung zeigt; und
5 eine schematische Abbildung eines Prozesses zeigt, der beide Aspekte der Erfindung umfasst.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
In dem beispielhaften Verfahren der Erfindung, das in 2 gezeigt ist, wird Kohle 110 mit einem niedrigen Inkohlungsgrad, zum Beispiel Braunkohle oder Lignit, mit einem Wasseranteil von 62%, in einer Mühle 112 zu einer Größe von üblicherweise bis 1 mm verarbeitet. Die auf diese Weise verarbeiteten Kohlepartikel werden in einen Aufschlämmungsbehälter 116 überführt, in welchem die Kohle mit Wasser 114 vermischt wird, wobei eine pumpfähige Aufschlämmung 118 erzeugt wird, die zum Beispiel 75% Wasser enthält. Die Aufschlämmung wird mittels einer Hochdruckpumpe 120 aus dem Behälter 116 abgezogen und durch eine Heizeinrichtung 122 in einen hydrothermalen Reaktor 124 geleitet, der zum Beispiel ein Autoklav sein kann. Hier wird die Kohleaufschlämmung, entsprechend einer herkömmlichen hydrothermalen Behandlung, für eine Dauer von 20–30 Minuten in einem erwärmten Zustand auf einer Temperatur in einem Bereich von 250–350°C und auf einem Druck von oberhalb des Sättigungsdrucks gehalten, sodass das aus der Kohle freigesetzte Wasser nicht kocht. Die Pumpe 120, die Heizeinrichtung 122 und der Reaktor 124 bilden zusammen eine hydrothermale Reaktoranordnung 125. Das Verfahren der hydrothermalen Behandlung bewirkt den Ablauf einer Reihe von Dehydratations- und Decarboxylierungsreaktionen in der Kohle, bei welchen (chemisch) gebundenes Wasser und etwas Kohlenstoffdioxid (aus der Zersetzung von Hydroxid- und Carboxylgruppen) wenigstens teilweise freigesetzt oder frei werden.
Die hydrothermal behandelte Aufschlämmung 127 wird abgekühlt 126 und dann zu einer hydraulischen Strahlmühle 128 geführt, in der das das Hochdruckaufschlämmungswasser auf kontrollierte Weise freigesetzt wird, wodurch eine kontrollierte Druckminderung bewirkt wird, und welche verwendet wird, um die Kohlepartikel der Aufschlämmung hydraulisch zu mikronisieren.
Die die Strahlmühle 128 verlassende Aufschlämmung 129, deren Druck reduziert ist, nimmt dabei mikronisierte Kohlepartikel mit, d. h. Kohle, bei der > 80% durch ein 40 μm-Sieb durchgehen.
Andere Partikel der Aufschlämmung, z. B. mineralische und anorganische Partikel, können, wenn überhaupt, noch kleiner vermahlen werden.
Anschließend läuft das Verfahren auf herkömmliche Weise ab. Die sich während der Behandlung entwickelnden Gase, vorwiegend Kohlenstoffdioxid, werden in einem Gasabscheider 130 entfernt und als Abgas 131 abgeführt. Der Aufschlämmungsanteil 132 wird durch eine Zentrifuge 134 und Verdickungsmittel 136 geführt, sodass eine mikronisierte Endaufschlämmung 140 mit einem Wasseranteil von etwa 50% erhalten wird.
Das Einführen des Schrittes 128 des hydraulischen Mikronisierens ist effektiv zur Reduzierung des Energieverbrauchs des Gesamtprozesses um geschätzt 40 kWh/t Kohle (Trockengewicht) und zur Verringerung des ansonsten prozessabwärts erforderlichen Mikronisierens. An der speziellen Stelle in dem in 2 veranschaulichten Prozess verbessert der Schritt 128 des hydraulischen Mikronisierens die Freisetzung von mineralischem Material aufgrund der hohen Scher- und hydraulischen Kräfte, die auf die Partikel wirken, sowie gleichzeitig der Schock- und Kavitationseffekte, wodurch die Effektivität der anschließenden Reinigungsschritte erhöht wird.
3 veranschaulicht eine alternative Modifikation des herkömmlichen Schemas aus 1 gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung.
Kohle 210 mit einem niedrigen Inkohlungsgrad, zum Beispiel Braunkohle oder Lignit, mit einem Wasseranteil von 62%, wird in einer Mühle 212 zu einer Größe von üblicherweise bis 1 mm verarbeitet. Die auf diese Weise verarbeiteten Kohlepartikel werden in einen Aufschlämmungsbehälter 216 überführt, in welchem die Kohle mit Wasser 214 vermischt wird, wobei eine pumpfähige Aufschlämmung 218 erzeugt wird, die zum Beispiel 75% Wasser enthält. Die Aufschlämmung wird mittels einer Hochdruckpumpe 220 aus dem Behälter 216 abgezogen und durch eine Heizeinrichtung 222 in einen hydrothermalen Reaktor 224 geleitet, der zum Beispiel ein Autoklav sein kann. Hier wird die Kohleaufschlämmung, entsprechend einer herkömmlichen hydrothermalen Behandlung, für eine Dauer von 20–30 Minuten in einem erwärmten Zustand auf einer Temperatur in einem Bereich von 250–350°C und auf einem Druck von oberhalb des Sättigungsdrucks gehalten, sodass das aus der Kohle freigesetzte Wasser nicht kocht. Die Pumpe 220, die Heizeinrichtung 222 und der Reaktor 224 bilden zusammen eine hydrothermale Reaktoranordnung 225. Das Verfahren der hydrothermalen Behandlung bewirkt den Ablauf einer Reihe von Dehydratations- und Decarboxylierungsreaktionen in der Kohle, bei welchen (chemisch) gebundenes Wasser und etwas Kohlenstoffdioxid (aus der Zersetzung von Hydroxid- und Carboxylgruppen) wenigstens teilweise freigesetzt oder frei werden.
Wie bei dem herkömmlichen Verfahren wird die Aufschlämmung abgekühlt 226 und der Druck der Aufschlämmung wird in einer Druckminderungseinrichtung 228 reduziert. Die sich anschließende Phase erfolgt auf herkömmliche Weise in einem Abscheider (30 in 1), um Abgase, vorwiegend Kohlenstoffdioxid, die sich während des Prozesses aufgrund der vorstehend angegebenen Decarboxylierungsreaktionen entwickelt haben, zu entfernen. Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ist als Abscheider 230 ein Flotationsabscheider vorgesehen, bei dem das Kohlenstoffdioxid und geringere Anteile anderer Gase, die in der Aufschlämmung enthalten sind, dazu verwendet werden, eine verstärkte Abscheidung der Kohle vom mineralischen Material bereitzustellen, wobei die durch die kontrollierte Entwicklung der gelösten Gase verursachten feinen Blasen genutzt werden.
Das Ausmaß der Entwicklung der Gase, insbesondere von CO₂, kann durch Steuern der Temperatur der Flotation, der Tiefe der Flotationszelle, des Überdrucks in der Flotationszelle sowie gleichzeitig Ultraschall und andere Techniken, die zum Stimulieren der Bläschenbildung von Gasblasen in Flüssigkeiten verwendet werden, gesteuert werden: die Grundlagen dieser Techniken sind Fachleuten im Bereich der Abscheidung mittels Flotation bekannt.
Üblicherweise umfasst der Flotationsabscheider 230 mehrere Flotationszellen. Das Flotationsverfahren kann durch Steuern des Drucks der in die Flotationszellen eintretenden Aufschlämmung weiter gesteigert werden, indem in Verbindung mit den Flotationszellen auf kontrollierte Weise ein Druckminderer 228 eingesetzt wird.
Der Aufschlämmungsanteil 232, der die aus dem Abscheider 230 rückgewonnene Kohle, die der Flotation unterworfen wurde, enthält, wird durch eine Zentrifuge 234 und Verdickungsmittel 236 geführt, sodass eine mikronisierte finale Aufschlämmung 240 mit einem Wasseranteil von etwa 50% erhalten wird. Gase, vorwiegend CO₂, die aus dem Flotationsabscheider 230 rückgewonnen wurden, werden als Abgase 231 abgeführt, während der mineralische und/oder der anorganische Anteil den rückgewonnen festen Rückstand 233 bildet.
Falls es zur Durchführung einer selektiven Flotation des Anteils der Kohlepartikel notwendig ist, können Reagenzien, wie beispielsweise Diesel oder Kerosin, verwendet werden, um die Oberfläche der Kohle hydrophob zu machen. Ferner kann, wie vorstehend bereits erwähnt wurde, die Effektivität der Entwässerung mittels Flotation vorteilhaft verbessert werden, wenn die Bedingungen der hydrothermalen Behandlung gesteuert werden, um die hydrophoben Eigenschaften der Oberfläche der Kohle zu kontrollieren sind. Eine erhöhte Temperatur wird die Freisetzung von organischen Substanzen steigern, wodurch die Kohlepartikel vorzugsweise beschichtet werden können und ihre Hydrophobizität damit erhöht wird.
Bei einem gegebenen Wasseranteil der Aufschlämmung wird ein teilweises Entfernen mineralischer Bestandteile ebenfalls den Wärmewert der Kohle erhöhen, im Vergleich zu demjenigen Wert, der mit einer unbehandelten Kohle erreicht werden würde.
4 veranschaulicht ein alternatives Schema, das besonders geeignet ist für Kohle mit niedrigem Inkohlungsgrad, wie beispielsweise Victoria-Braunkohle oder indonesische oder deutsche Lignite. In diesem Fall wird der Flotationsabscheider 330 stromabwärts des Druckminderers 328 mit einem reversen Flotationsablauf betrieben, wobei man sich die aus der Kohle mit einem niedrigen Inkohlungsgrad während des hydrothermalen Schritts im Reaktor 324 gebildeten Huminsäuren zu Nutze macht. Huminsäuren verringern die natürliche Hydrophobizität der hydrothermal behandelten Kohle, wodurch sie die Flotation der Kohle unterdrücken und eine selektive Flotation der mineralischen und/oder der anorganischen Bestandteile ermöglichen. Üblicherweise werden Reagenzien dazugegeben, um die Oberflächen der mineralischen und/oder der anorganischen Substanzen hydrophober zu machen: ein solches Reagenz, das verwendet werden kann, ist Dodecyltrimethylammoniumbromid. Bei dieser Anordnung muss nur ein kleiner Teil des Materials, die mineralischen und/oder der anorganischen Bestandteile, aus der hydrothermal behandelte Kohle-Wasser-Aufschlämmung entfernt werden (im Gegensatz zum festen Hauptbestandteil, Kohle, in den vorwärts ablaufenden Flotationsschema in 3), wodurch der Gesamtverbrauch an Reagenzien, Flotationsgasen und der Energieverbrauch, der zum Durchführen des Flotationsabscheidungsprozesses erforderlich ist, reduziert werden.
Ein weiterer Vorteil im Schema aus 4 ist, dass ein Ausflocken der Kohlepartikel, die weniger hydrophob sind, weniger wahrscheinlich ist, was den zusätzlichen Vorteil mit sich bringt, dass die Viskosität der resultierenden Kohle-Wasser-Aufschlämmung verringert wird. Wenn die Aufschlämmung im stromabwärts als Kraftstoff für Dieselmotoren oder Verbrennungseinrichtungen verwendet wird, wird dies die Atomisierung unterstützen oder eine höhere Beladung mit Feststoffteilchen bei einer gegebenen Viskosität zulassen.
Die beiden Aspekte der Erfindung können vorteilhaft gemeinsam umgesetzt werden. Ein solches Verfahren ist in 5 gezeigt, wo gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, außer dass ihnen eine 4 vorsteht. Bei dieser Konfiguration wird die mikronisierte Kohleaufschlämmung 429, die die hydraulische Strahlmühle 428 verlässt, direkt in den Flotationsabscheider 430 eingebracht, der in diesem Fall eine vorwärts ablaufende Flotation ausführt. Die Verwendung der hydraulischen Strahlmühle ermöglicht eine verstärkte Steuerung des Ausgangsdrucks der hydraulischen Mikronisiereinrichtung, sodass wiederum eine mit Druck beaufschlagte Aufschlämmung für die Flotationszellen bereitgestellt wird und die Energie des Drucks der Aufschlämmung zur Erzeugung von Blasen verwendet wird, wie dies bei strahlbasierten Flotationseinrichtungen vorgesehen ist.
Es ist leicht zu erkennen, dass eine noch weitere Ausführungsform der Erfindung ein Schema umfasst, welches der 5 ähnelt, in der beide Aspekte der Erfindung verwendet werden, in der der Flotationsabscheider jedoch mit einer reversen Flotation betrieben wird, wie dies in 4 dargestellt ist.
Im Rahmen eines allgemeinen Überblicks wird erwartet, dass die Verwendung des ersten Aspekts der Erfindung ohne den zweiten Aspekt insbesondere bei Kohle mit niedrigem Ascheanteil anwendbar sein sollte. Der alleinige Einsatz einer Flotationsabscheidung, welche den zweiten Aspekt der Erfindung darstellt, ohne den ersten Aspekt wäre geeignet, wenn eine Mikronisierung nach dem Transport der Aufschlämmung an den Ort des Motors bevorzugt ist und wenn eine zum Ermöglichen einer Reinigung mittels Flotation ausreichende Freisetzung der mineralischen Bestandteile ohne Mikronisierung erfolgt ist. Da die Energie des Drucks nicht zum Mikronisieren der Kohle verwendet wurde, steht in diesem Fall eine höhere Druckenergie aus der Aufschlämmung zur Energieversorgung der Flotation zur Verfügung.
Das kombinierte Verfahren, bei dem beide Aspekte der Erfindung zum Einsatz kommen, ist geeignet, wenn sowohl eine Mikronisierung als auch eine Reinigung der Kohle erforderlich sind.
Wie vorstehend bereits erwähnt wurde, kann die Kohle-Wasser-Aufschlämmung, die mit dem Verfahren der Erfindung erhalten wurde, bei dem entweder einer oder beide Aspekte umgesetzt werden, als Kraftstoff für Dieselmotoren oder andere Verbrennungseinrichtungen, wie beispielsweise Boiler und Öfen, geeignet sein.

Claims

Verfahren zum Behandeln von Kohle, bei dem Kohle, in Form von Partikeln in einer wässrigen Aufschlämmung, unter Druck erwärmt wird, um gebundenes Wasser aus den Kohlepartikeln wenigstes teilweise freizusetzen, wobei das gebundene Wasser als flüssiges Wasser freigesetzt wird, wobei die Kohlepartikel der Aufschlämmung mit Hilfe des Wassers der Aufschlämmung gemahlen werden, während der Druck der Aufschlämmung durch das Mahlen verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Aufschlämmung nach dem Abkühlen und dem hydraulischen Mahlen so behandelt wird, dass wenigstens ein Teil des gesamten flüssigen Wassers der Aufschlämmung abgetrennt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kohlepartikel der Aufschlämmung mit der hydraulischen Mahleinrichtung mikronisiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Aufschlämmung der Kohlepartikel als Kraftstoff für einen Dieselmotor verwendet werden kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei durch das Erwärmen und den Druck auch Gase aus den Kohlepartikeln freigesetzt werden und wobei der mineralische und/oder der anorganische Anteil von der Aufschlämmung mittels eines Flotationsverfahrens, das die Blasenbildung der freigesetzten Gasen nach Senkung des Drucks der Aufschlämmung ausnützt, abgetrennt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das freigesetzte Gas vorwiegend CO₂ ist.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, welches das Steuern des Drucks der Aufschlämmung zum Optimieren des Flotationsverfahrens beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7, wobei das Flotationsverfahren eine Flotation der Kohle bewirkt.
Verfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7, wobei das Flotationsverfahren eine reverse Flotation ist, bei der der mineralische und/oder der anorganische Anteil einer Flotation unterzogen werden und die Flotation der Kohle infolge von während des Erwärmens unter Druck gebildeten Huminsäuren unterdrückt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Kohle eine Kohle mit einem niedrigen Inkohlungsgrad, wie beispielsweise Braunkohle oder Lignit, ist.
Vorrichtung zum Behandeln von Kohle, umfassend: eine hydrothermalen Reaktoranordnung zum Erwärmen von Kohle, in Form von Partikeln in einer wässrigen Aufschlämmung, unter Druck, um gebundenes Wasser aus den Kohlepartikeln wenigstens teilweise freizusetzen, wobei das gebundene Wasser als flüssiges Wasser freigesetzt wird, und Mittel zum hydraulischen Mahlen zum Aufnehmen der Aufschlämmung aus dem hydrothermalen Reaktor und zum hydraulischen Mahlen der Kohlepartikel der Aufschlämmung mit Hilfe des Wassers der Aufschlämmung, während der Druck der Aufschlämmung durch die Mahleinrichtung reduziert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, ferner aufweisend Mittel zum Kühlen der Aufschlämmung und Mittel prozessabwärts dieser Kühlmittel und des Mittels zum hydraulischen Mahlen, um wenigstens einen Teil des gesamten flüssigen Wassers der Aufschlämmung abzutrennen.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Mittel zum hydraulischen Mahlen ein Mikronisieren der Kohlepartikel bewirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, 12 oder 13, ferner aufweisend einen Flotationsabscheider zum Aufnehmen der Aufschlämmung der hydraulisch vermahlenen Kohle und zum Abtrennen des mineralischen und/oder des anorganischen Anteils aus der Aufschlämmung mit Hilfe eines Flotationsverfahrens, das die Blasenbildung der Gase nach Senkung des Drucks der Aufschlämmung ausnützt, wobei die Gase aus den Kohlepartikeln in der hydrothermalen Reaktoranordnung freigesetzt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei das Mittel zum hydraulischen Mahlen eine hydraulische Strahlmühle ist.
Verfahren zum Behandeln von Kohle, bei dem die Kohle, in Form von Partikeln in einer wässrigen Aufschlämmung, unter Druck erwärmt wird, um Gase und gebundenes Wasser aus den Kohlepartikeln wenigstens teilweise freizusetzen, wobei das gebundene Wasser als flüssiges Wasser freigesetzt wird, wobei der mineralische und/oder der anorganische Anteil von der Aufschlämmung mittels eines Flotationsverfahrens abgetrennt wird, das die Blasenbildung der freigesetzten Gase nach Senkung des Drucks der Aufschlämmung ausnützt.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Aufschlämmung nach dem Abkühlen und dem Flotationsverfahren so behandelt wird, dass wenigstens ein Teil des gesamten flüssigen Wassers der Aufschlämmung abgetrennt wird.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei das Flotationsverfahren eine Flotation der Kohle bewirkt.
Verfahren nach Anspruch 16, 17 oder 18, wobei das freigesetzte Gas vorwiegend CO₂ ist.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei das Flotationsverfahren eine reverse Flotation ist, bei der der mineralische und/oder der anorganische Anteil einer Flotation unterzogen werden und die Flotation der Kohle infolge von während des Erwärmens unter Druck gebildeten Huminsäuren unterdrückt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, welches das Steuern des Drucks der Aufschlämmung zum Optimieren des Flotationsverfahren beinhaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, wobei die Kohle eine Kohle mit einem niedrigen Inkohlungsgrad, wie beispielsweise Braunkohle oder Lignit, ist.
Vorrichtung zum Behandeln von Kohle, aufweisend: eine hydrothermale Reaktoranordnung zum Erwärmen von Kohle, in Form von Partikeln in einer wässrigen Aufschlämmung, unter Druck, um Gase und gebundenes Wasser aus den Kohlepartikeln wenigstens teilweise freizusetzen, wobei das gebundene Wasser als flüssiges Wasser freigesetzt wird, und einen Flotationsabscheider zum Aufnehmen der Aufschlämmung aus der hydrothermalen Reaktoranordnung und zum Abtrennen des mineralischen und/oder des anorganischen Anteils aus der Aufschlämmung mit Hilfe eines Flotationsverfahrens, das die Blasenbildung der freigesetzten Gase nach Senkung des Drucks der Aufschlämmung ausnützt.
Vorrichtung nach Anspruch 23, ferner aufweisend Mittel zum Kühlen der Aufschlämmung und Mittel prozessabwärts dieser Kühlmittel und des Flotationsabscheiders, um wenigstens einen Teil des gesamten flüssigen Wassers der Aufschlämmung abzutrennen.
Vorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, wobei der Flotationsabscheider dazu ausgelegt ist, eine Flotation der Kohle zu bewirken.
Vorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, wobei der Flotationsabscheider für eine reverse Flotation ausgelegt ist, bei der der mineralische und/oder der anorganische Anteil einer Flotation unterzogen werden und die Flotation der Kohle infolge von während des Erwärmens unter Druck gebildeten Huminsäuren unterdrückt wird.