DE112018002546T5

DE112018002546T5 - Agglomeration von ultrafeinen Kohleteilchen

Info

Publication number: DE112018002546T5
Application number: DE112018002546.2T
Authority: DE
Inventors: James S. Swensen; Jonathan K. Hodson; John G. Gritt; Nathan A. Chapman; Paul R. Samario; Michael R. Hodson; Simon K. Hodson
Original assignee: Earth Tech Usa Ltd; Earth Technologies Usa Ltd
Current assignee: Earth Tech Usa Ltd; Earth Technologies Usa Ltd
Priority date: 2017-05-16
Filing date: 2018-03-09
Publication date: 2020-01-30
Also published as: CN110753746A; AU2018268727A1; US10526556B2; CA3063067A1; US11162042B2; GB2575413B; WO2018212824A1; GB2575413A; GB201916215D0; US20180334628A1; US20200140773A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Agglomeraten von ultrafeinen Kohleteilchen umfassend Mischen einer filmbildenden Agglomerationshilfe (FFAA) mit einer Menge an ultrafeinen Kohleteilchen, um ultrafeine Kohleteilchen, die mit der FFAA beschichtet sind, herzustellen. Die FFAA hat eine niedrigere Oberflächenenergie relativ zu der Oberfläche der ultrafeinen Kohleteilchen. Die FFAA wird mit den ultrafeinen Kohleteilchen in einer Menge von weniger als 3 Gew.-% der ultrafeinen Kohleteilchen, bezogen auf eine trockene Basis, gemischt. Agglomerate von ultrafeinen Kohleteilchen, die mit der filmbildenden Agglomerationshilfe beschichtet sind, werden unter Verwendung von Rütteln, Pelletierung und/oder Brikettierung gebildet. Die Agglomerate weisen eine Größe von mindestens 2 mm auf. Die ultrafeinen Kohleteilchen weisen eine Größe von weniger als 100 µm auf. Die Agglomerate weisen eine Zerreibbarkeit in der Schleuderprüfung von weniger als 3 % auf. Die Zerreibbarkeit in der Fallprüfung beträgt ebenfalls weniger als 3 %.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Offenbarung bezieht sich auf Agglomerate von ultrafeinen Kohleteilchen und auf Verfahren zur Ausbildung einer solchen Agglomeration.
HINTERGRUND
Traditionell abgebaute Kohle wird für den Transport auf eine Größe zwischen 0,5 Inch und 2 Inch gebrochen. Die Kohle wird auf diese Größe gebrochen und gewaschen, um ein Produkt bereitzustellen, das für den Langstreckentransport nominell frei von Staub ist. An jedem Übergabepunkt tritt ein bestimmtes Maß von Bruch und Zerreibung auf, wodurch feine Staubteilchen entstehen. Standardprüfverfahren, wie etwa die Fallprüfung (Drop Shatter Test) und die Trommelprüfung (Tumbler Test) wurden entwickelt, um den Abrieb der Kohle während dieser Prüfverfahren zu messen, und diese Prüfverfahren werden als ein Maß für die Robustheit der Kohle gegenüber Transport und Handhabung betrachtet. Die Ergebnisse beider Tests werden als ein Prozentwert (%) der Zerreibbarkeit ausgedrückt, die ein Maß für die Menge an Material ist, das nach dem Handhabungstest als zu klein betrachtet wird.
ASTM D440-07 ist ein Standardprüfverfahren der Fallprüfung für Kohle. Die Fallprüfung ist ein Mittel, um die Fähigkeit einer Kohle, Bruch standzuhalten, wenn sie im Bergwerk oder beim Transport zum Kunden gehandhabt wird. Sie ist am besten geeignet, um die Widerstandsfähigkeit gegenüber Bruch, wenn sie in Lagen gehandhabt wird, wie etwa von der Verladevorrichtung zum Förderwagen, vom Ladebandausleger zum Triebwagen, von der Schaufel zur Rutsche usw., zu messen.
ASTM D441-01 ist ein Standardprüfverfahren der Trommelprüfung für Kohle. Die Trommelprüfung für Kohle misst die Anfälligkeit der Kohle, in kleinere Teilchen zu brechen, wenn sie wiederholter Handhabung im Bergwerk oder nachfolgend durch den Großhändler oder Konsumenten unterworfen wird.
Die normalen industriellen Klassier- und Brechprozesse erzeugen viele feine Kohleteilchen (0,3 mm bis 2 mm) und ultrafeine Kohleteilchen (<0,3 mm und insbesondere weniger als 0,1 mm). Die Handhabung und der Transport von feinen und ultrafeinen Kohleteilchen haben sich als schwierig erwiesen. Wenn sie in Pulverform verfrachtet wird, wird während des Transports zu viel Staub freigesetzt, was in Produktverlusten und in Verschmutzung durch teilchenförmige Substanz resultiert. Beides wird als negativ betrachtet. Wenn sie Regen ausgesetzt werden, absorbieren diese kleinen Teilchen eine Menge Wasser und verwandeln sich in Matsch, was es schwierig macht, sie aus den Triebwagen oder anderen Transportbehältern zu entladen. Folglich werden feine und ultrafeine Kohleteilchen im Allgemeinen als Abfall nahe des Kohlebergwerks gesammelt.
Da dieses Problem seit vielen Jahren bekannt war, haben verschiedene Techniken gezeigt, dass Agglomerate des feinen Kohlepulvers erzeugt werden können, im Allgemeinen als Kohlebrikett oder auch als Kohlepellet bekannt. Diese Agglomerate werden mit bindenden Materialien, wie etwa Stärken, Lignosulfonaten, Teeren, Pechen, Asphalten und anderen Bindemitteln hergestellt. Eine frühe Zusammenfassung der Kohlebriketttechnik für einen breiten Bereich von Teilchengrößen mit dem Titel „Binder for Coal Briquets“ wurde 1908 von James E. Mills et al. Veröffentlicht. In diesem Dokument behaupten Mills et al., dass für viele Teere, Peche und Asphalte 3 bis 5 Gew.-% einen zufriedenstellenden Kohlebrikett ergeben könnten, wenn der Großteil der Teilchen größer als etwa 1 mm ist und wenn auch einige feinere Teilchen vorhanden sind, um den Zwischenraum zwischen den größeren Teilchen zu füllen. Die Menge an Bindemittel, die benötigt wird, um ein Agglomerat herzustellen, das fest genug ist, um während des Transports nicht zu viel Abrieb zu erfahren, wird oft als mehr als 5 % und so viel wie 10 % und 15 % zitiert, wenn die Teilchengröße weniger als 0,1 mm beträgt. Bei solchen hohen Beladungsmengen übersteigen die Kosten des eingesetzten Bindemittels den Marktwert.

Mills et al. behaupten auf Seite 17: „Die Tatsache, dass das Bindemittel unverändert in dem Brikett vorliegt, wobei seine Aufgabe lediglich darin besteht, die Körner zu beschichten, die Freiräume zwischen den Körnern zu füllen, und dass es durch seine adhäsiven und kohäsiven Eigenschaften das Brikett zusammenhält, führen zu den folgenden Schlussfolgerungen. Die benötigte Menge an Bindemittel wird von der Größe der zu beschichtenden Oberfläche abhängen und die Größe der Oberfläche wird von der Größe der Körner, ihrer Dichte (das heißt die Dichte der trockenen Kohle) und von den Kapillarporen in der Kohle abhängen. Das theoretische Verhältnis zwischen der Größe der zu beschichtenden Oberfläche, der Größe der Körner und der Dichte der Kohle kann leicht berechnet werden.“ Es wurde dann das Verhältnis gezeigt, dass die zu beschichtende Gesamtoberfläche beträgt

\frac{3 w}{r d}

worin w das Gewicht, r der Teilchenradius und d die Kohledichte ist. Tabelle 1 unten wurde von Mills et al. angeführt, um zu zeigen, wie Teilchengröße die relative Oberfläche der zu beschichtenden Teilchen beeinflusst. Tabelle 1. Relative Oberfläche für Teilchen unterschiedlicher Größen (aus Mills et al., Seite 17, 1908)

Anzahl der Maschen pro Inch	Durchmesser (mm)	Durchmesser (µm)	Relative Größe der Oberfläche
1	25,40	25.400	1,00
2	12,70	12.700	2,00
4	5,35	5.350	4,00
10	2,00	2.000	12,70
20	1,00	1.000	25,40
30	0,67	670	37,90
40	0,50	500	50,80
50	0,31	310	81,90
80	0,23	230	110
100	0,17	170	150
200	0,085	85	300
-----	0,005	5,00	5.080
-----	0,0025	2,50	10.160
-----	0,00075	0,75	33.900
-----	0,00025	0,25	101.600

Mills et al. diskutieren ferner auf Seite 17 bis 19 den Einfluss der Teilchengröße auf die benötigte Menge an Bindemittel:

„Die Variation in der Größe der Kohlekörner hat einen noch größeren Einfluss auf die benötigte Bindemittelmenge. Die Tabelle unten zeigt die relative Größe der zu beschichtenden Oberfläche im Kohlegrus mit unterschiedlichen Feinheitsgraden.
„Es wird somit erkannt werden, dass Kohlegrus, der gerade ein 20-Mesh-Sieb passiert, eine 6,35-fach größere zu beschichtende Oberfläche aufweist wie das gleiche Gewicht von Grus, der zerkleinert wurde, um ein Sieb mit ¼-Inch-Mesh [4-Mesh] zu passieren, und dass Kohle, die ein 200-Mesh-Sieb passiert, die 75-fache Oberfläche von Kohle hat, die gerade das ¼-Inch-Mesh [4-Mesh] passiert. Der allerfeinste Staub mit einem Durchmesser von 0,00025 Millimeter hat die 25.400-fache Oberfläche von Kohle, die gerade das ¼-Inch-Mesh [4-Mesh] passiert.
„Diese Überlegung ist nicht rein theoretisch. Die Bemerkung von Wagner [Eng. And Min. Jour., Band 71, 1901, Seite 329], dass 20 % Pech benötigt werden, um bestimmten feinen Kohlestaub zu brikettieren, ist für ihre praktische Tragweite veranschaulichend. Der Feinheitsgrad des verwendeten Kohlegrus ist einer der Hauptfaktoren bei der Bestimmung des Prozentanteils von Bindemittel, der notwendig ist, um ein zufriedenstellendes Brikett zu erzeugen.
„Feine Vermahlung des Kohlegrus gibt dem Brikett eine glattere Oberfläche, die gegenüber Wetter beständiger ist, aber diese Qualitätssteigerung des Briketts wird üblicherweise bei zu hohen Kosten erreicht, was dem zusätzlichen benötigten Bindemittel, wie oben erklärt, zuzuschreiben ist.“
„Kapillarporen erhöhen die Größe der zu beschichtenden Oberfläche und die Menge an zu füllendem Freiraum...“
„Es ist in diesem Zusammenhang interessant festzustellen, dass bei allen Bindemitteln der Zusammenhalt in den Briketts zuerst zunimmt, aber langsam mit der Zunahme des Bindemittelanteils. Dann erhöht sich der Zusammenhalt plötzlich sehr rasch und die Briketts werden fest. Dann, wenn ein Überschuss an Bindemittel zugegeben wird, ist die Zunahme der Festigkeit wiederum gering. Die Erklärung liegt natürlich in der Tatsache, dass zuerst nicht genug Bindemittel vorhanden ist, um alle Kohlekörner zu beschichten, und dann wenig Zusammenhalt vorhanden sein kann. Wenn ausreichend Bindemittel zugegeben wurde, um die Körner zu beschichten, erhöht sich die Festigkeit rasch. Nachdem die Körner gut mit Bindemittel beschichtet sind, gibt es bei der Verwendung von zusätzlichem Bindemittel nur wenig weiteren Gewinn in der Festigkeit.“
Die Bindemittelmenge wird von der Menge des zu füllenden Freiraums abhängen. Es sollte immer genug von der feineren Kohle und Kohlenstaub vorhanden sein, um die Räume zwischen den größeren Körnern zu füllen, oder es wird Bindemittel benötigt, um diese Räume zu füllen. Somit hat Wagner auch herausgefunden, dass eine sehr große Menge an Bindemittel benötigt wurde, um Kohlegrus einer einheitlichen Größe zu binden..."

Mills et al. werden oben umfangreich zitiert, um auf die die Untersuchungen und das Verständnis aus den früheren 1900ern hinzuweisen, die zeigten, dass, wenn die Teilchengröße reduziert wird, die Oberfläche des Teilchens exponentiell ansteigt. Es wurde auch verstanden, dass, wenn die Teilchengröße abnimmt, die Bindemittelmenge, die benötigt wird, um ein festes und kohärentes Brikett zu bilden, signifikant zunimmt. Sie verstanden, dass die Oberfläche der Teilchen mit dem Bindemittel beschichtet werden muss und dass das Bindemittel anfangen musste, den Freiraum zwischen den Teilchen zu füllen, um ein festes Agglomerat zu bilden. Sie schlossen, dass Bindemittelmengen so hoch wie 20 % benötigt wurden, um kohärente Briketts aus einem sehr feinen Kohlepulver herzustellen. Des Weiteren beobachteten sie, dass für einheitliche Teilchengrößen, wo nicht genug Feinteilchen vorhanden waren, die die Räume zwischen größeren Teilchen füllten, mehr Bindemittel benötigt wurde.
So war die Verwendung von Bindemitteln zur Herstellung von Kohlebriketts nach dem Stand der Technik in 1908. Es gab wenig Verbesserung in der Kohlebrikett- und Kohlepellettechnologie seit dieser Zeit. Tatsächlich argumentieren Mills et al., dass die Bindemittelkosten und die große Menge an benötigtem Bindemittel, um ein festes Kohleagglomerat herzustellen, wahrscheinlich Kohleagglomeration, insbesondere aus feinem Kohlepulver, nicht kosteneffizient machen könnten.
Ein ausgereiftes Beispiel eines Produkts, vergleichbar mit Kohlebriketts, das häufig am Markt verkauft wird, sind Holzkohlebriketts. Stärke ist oft das Bindemittel der Wahl. 5 % bis 15 % (bezogen auf Gewicht) Stärke werden als Bindemittel benötigt. Führ ein thermisches Kohleprodukt, das im Einzelhandel für zwischen 40 $ bis 100 $ pro Tonne verkauft wird, sind die Kosten des Bindemitteleinsatzes von 25 $ bis 75 $ pro Tonne Kohleprodukt unerschwinglich hoch. Das Ergebnis ist, dass Kohleagglomerate (zum Beispiel Pellets oder Briketts) mit solch hohen Kosten des Bindemitteleinsatzes nur in hochpreisigen Nischenmärkten, wie etwa Kohle für die Wohnraumbeheizung, oder andere Kleinhandelsanwendungen verkauft werden können.
Es wäre ein Fortschritt in der Technik, Agglomerate von ultrafeinen Kohleteilchen und Verfahren zur Ausbildung einer solchen Agglomeration bereitzustellen, die kommerziell durchführbar und kosteneffizient sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Offenbarung bezieht sich auf Agglomerate von ultrafeinen Kohleteilchen und auf Verfahren zur Bildung einer solchen Agglomeration. Die offenbarten Verfahren liefern starke und kohärente Agglomeration von ultrafeinen Kohleteilchen in Formen wie Briketts und Pellets bei niedrigen Bindemittelmengen. Die Agglomerate sind ausreichend fest und haltbar, um transportabel und in allen Märkten, wo Kohle verwendet wird, absatzfähig zu sein. Somit erzeugen die offenbarten Agglomerate neue Vermarktungsmöglichkeiten für ultrafeine Kohleteilchen. Ferner stellen die offenbarten Agglomerate und Agglomerationsverfahren einen Weg bereit, um ein wesentliches Problem bei der Kohleherstellung zu eliminieren, und zwar die Sammlung von feinen Kohleteilchen als Abfall.
Agglomerate von ultrafeiner Kohle können hergestellt werden, indem eine filmbildende Agglomerationshilfe (FFAA) mit einer Menge von ultrafeinen Kohleteilchen vermischt wird, um ultrafeine Kohleteilchen zu bilden, die mit der filmbildenden Agglomerationshilfe beschichtet sind. Agglomerate werden dann aus den ultrafeinen Kohleteilchen, die mit der filmbildenden Agglomerationshilfe beschichtet sind, gebildet. Die Agglomerate haben eine Größe von mindestens 2 mm. Agglomerate können durch jedes bekannte oder neue Verfahren zur Agglomeration feiner Teilchen gebildet werden, einschließlich Pelletextrusion, Brikettierung, Rütteln und Kombinationen davon.
Die ultrafeinen Kohleteilchen haben eine Teilchengröße von weniger als 100 µm. In einigen Ausführungsformen haben die ultrafeinen Kohleteilchen eine Teilchengröße von weniger als 50 µm. In anderen Ausführungsformen haben die ultrafeinen Kohleteilchen eine Teilchengröße von weniger als 25 µm. In noch anderen Ausführungsformen haben die ultrafeinen Kohleteilchen eine Teilchengröße von weniger als 10 µm.
Die filmbildende Agglomerationshilfe ist im Wesentlichen hydrophob mit einer im Vergleich zur Oberfläche der ultrafeinen Kohleteilchen, die mit der FFAA beschichtet ist, niedrigeren Oberflächenenergie. Dies ermöglich, dass die FFAA die Kohleteilchen effizient beschichtet. Die FFAA ist ein kohlenstoffbasiertes Polymer. Die FFAA kann ein natürliches oder pflanzenbasiertes Polymer sein. Die FFAA kann ein synthetisiertes Polymer sein. Die FFAA kann aus Stärken, Cellulose, Lignin und Lignosulfonaten, Polyvinylacetaten, Polyurethanen und Polyharnstoffen und Copolymeren von Polyurethan/Polyharnstoffen, Acrylpolymeren, umfassend aber nicht beschränkt auf Polymethacrylsäure, Polyacrylamid, Polyacrylsäure und Copolymere von Acrylsäure und Acetaten, Copolymere von Acrylsäure und Polyvinylalkoholen, lonomeren, wie zum Beispiel Ethylen-Methacrylsäure (Surlyn), sulfoniertem Perfluorkohlenstoff (Nafion) und Polystyrolsulfonat, Polyvinylacetat mit gepfropften natürlichen und synthetischen Nanofasern ausgewählt sein. Die FFAA kann hydrophile funktionelle Gruppen enthalten, um die wässrige Löslichkeit zu fördern.
In einigen Ausführungsformen enthält die filmbildende Agglomerationshilfe eine Mischung von zwei oder mehr unterschiedlichen FFAAs und wobei die Mischung mit den ultrafeinen Kohleteilchen in einer Menge von weniger als 3 Gew.-% der ultrafeinen Kohleteilchen auf einen trockenen Basis vermischt wird. Die unterschiedlichen FFAAs können ausgewählt werden, um verschiedene Eigenschaften der FFAAs auszugleichen, wie etwa Festigkeit, Rheologie, Wasserbeständigkeit und Kosten.
Die filmbildende Agglomerationshilfe wird mit den ultrafeinen Kohleteilchen in einer Menge von weniger als 3 Gew.-% der ultrafeinen Kohleteilchen, bezogen auf eine trockene Basis, vermischt. In einigen Ausführungsformen wird die FFAA mit den ultrafeinen Kohleteilchen in einer Menge von weniger als 2 Gew.-% der ultrafeinen Kohleteilchen, bezogen auf eine trockene Basis, vermischt. In anderen Ausführungsformen wird die FFAA mit den ultrafeinen Kohleteilchen in einer Menge von weniger als 1 Gew.-% der ultrafeinen Kohleteilchen, bezogen auf eine trockene Basis, vermischt.
In einer nicht beschränkenden Ausführungsform wird die filmbildende Agglomerationshilfe mit feuchten ultrafeinen Kohleteilchen, wie etwa einem Filterkuchen, unter Bedingungen hoher Scherung vermischt, um zu bewirken, dass die FFAA die Oberfläche der ultrafeinen Kohleteilchen beschichtet. In einer anderen nicht beschränkenden Ausführungsform wird die filmbildende Agglomerationshilfe mit einer wässrigen Aufschlämmung von ultrafeinen Kohleteilchen unter Bedingungen hoher Scherung vermischt, um die Oberfläche der ultrafeinen Kohleteilchen zu beschichten. Die wässrige Aufschlämmung kann 15 Gew.-% bis 50 Gew.-% Feststoffe enthalten. Die Aufschlämmung mit FFAA-beschichteten ultrafeinen Kohleteilchen wird dann entwässert, um FFAA-beschichtete ultrafeine Kohleteilchen mit einem Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 35 Gew.-% herzustellen.
Eine Vielzahl von unterschiedlichen mechanischen Entwässerungstechniken kann angewandt werden, um überschüssiges Oberflächenwasser von den ultrafeinen Kohleteilchen zu entfernen. Nicht beschränkende Beispiele solcher Entwässerungstechniken umfassen Zentrifugen für grobe und feine Kohle, Vakuumfiltration und Kammer- oder Rahmenfilterpressen für feine und ultrafeine Größenfraktionen.
Zentrifugen sind im Wesentlichen die Industrieversionen der Haushaltswäscheschleudern. Kohle wird in einen rotierenden konischen Korb eingefüllt, der aus Profildraht mit Öffnungen im Bereich von 0,5 bis 0,25 mm, in Abhängig von der Anwendung, konstruiert ist. Die Zentrifugalkraft treibt das Wasser durch das Bett, während axiale Vibration, unterstützt durch das Gefälle des Korbs, die entwässerte Kohle zur Entladung bewegt. Zentrifugen sind wirksam, um den Großteil des Wassers zu entfernen.
Unbehandelte Aufschlämmungen und Flotationskonzentrate werden typischerweise unter Verwendung von Vakuumfiltration oder Kammer- oder Rahmenfilterpressen entwässert. Vakuumfiltration kann an horizontalen Bandfiltern oder Rotationstrommel- oder Scheibenfiltern angewandt werden. In beiden Fällen wird ein Vakuum an ein Filtertuch angelegt, was den Filterkuchen an dem Filtermedium (Filtertuch) hält und das Wasser durch das Filtertuch zieht. Im Falle der Rotationstrommel- oder Scheibenfilter sitzt der untere Teil der Trommel in einem Tank, der die Aufschlämmung aufnimmt. Wenn die Trommel rotiert, werden die Feststoffe an das Filtertuch durch das Vakuum gezogen, und sobald sie aus dem Bad sind, tritt die Entwässerung ein. Ein Schaber auf der Außenseite der Trommel entfernt den Kuchen von der Trommel. Im Falle des horizontalen Bandfilters wird die Aufschlämmung auf ein Band geladen, wobei der Filterkuchen wird zunehmend trockener wird, bis der Kuchen am Ende des Bandes herunterfällt. Kammer- und Rahmenfilterpressen können Arbeit durch Druck erreichen, der auf die vertieften Platten angewandt wird, um das Wasser aus dem Kuchen zu drücken.
Die Agglomerate können durch Rütteln der feuchten ultrafeinen Kohleteilchen, die mit der FFAA beschichtet sind, gebildet werden, um Agglomerate mit einer Größe von mindestes 2 mm zu bilden. Die Agglomerate können gebildet werden, indem die feuchten ultrafeinen Kohleteilchen, die mit der FFAA beschichtet sind, extrudiert werden, um Pelletagglomerate zu bilden. Die Agglomerate können gebildet werden, indem die ultrafeinen Kohleteilchen, die mit der FFAA beschichtet sind, brikettiert werden, um Brikettagglomerate zu bilden. Pellet- und Brikettagglomerate können weiterverarbeitet werden, indem die Agglomerate gerüttelt werden. Es wurde beobachtet, dass Vibration die Agglomerate verdichtet und hilft, Zwischenraumwasser für die nachfolgende Trocknung freizusetzen.
Die Agglomerate von ultrafeinen Kohleteilchen können eine Mischung aus zwei oder mehr Quellen von ultrafeinen Kohleteilchen enthalten. Dies ermöglicht, dass die Agglomerate Kohleeigenschaften besitzen, die eine Mischung der Kohleeigenschaften der verschiedenen ultrafeinen Kohleteilchen darstellen, die miteinander vermischt wurden. Somit kann das Agglomerat eine oder mehrere Eigenschaften besitzen, die äquivalent zur Kohle sind, aus welcher die ultrafeinen Kohleteilchen stammen, wobei die Kohleeigenschaften ausgewählt sind aus flüchtigen Bestandteilen, Aschechemie und Inkohlungsgrad.
Die ultrafeinen Teilchen können weniger als 10 Gew.-% aus Kohle stammender mineralischer Substanz enthalten, die in Form von inhärenter mineralischer Substanz oder freien aus Kohle stammenden mineralischen Substanzteilchen vorhanden ist. In anderen Ausführungsformen enthalten die ultrafeinen Kohleteilchen weniger als 5 Gew.-% aus Kohle stammender mineralischer Substanz, die in Form von inhärenter mineralischer Substanz und freien aus Kohle stammenden mineralischen Substanzteilchen vorliegt. In wiederum anderen Ausführungsformen enthalten die ultrafeinen Kohleteilchen weniger als 3 Gew.-% aus Kohle stammender mineralischer Substanz, die in Form von inhärenter mineralischer Substanz und freien aus Kohle stammenden mineralischen Substanzteilchen vorliegt. In wiederum anderen Ausführungsformen enthalten die ultrafeinen Kohleteilchen weniger als 1 Gew.-% aus Kohle stammender mineralischer Substanz, die in Form von inhärenter mineralischer Substanz oder aus freien aus Kohle stammenden mineralischen Substanzteilchen vorhanden ist.
Die ultrafeinen Kohleteilchen können weniger als 1 Gew.-% Schwefel enthalten. In anderen Ausführungsformen enthalten die ultrafeinen Kohleteilchen weniger als 5 Gew.-% Schwefel.
Agglomerate von ultrafeinen Kohleteilchen, die hierin offenbart sind, haben Größendimensionen von größer als 2 mm, wobei eine filmbildende Agglomerationshilfe in einer Menge von weniger als 3 Gew.-% der Gesamttrockenmasse des Agglomerats vorhanden ist, wobei die ultrafeinen Kohleteilchen eine Teilchengröße von weniger als 100 µm aufweisen.
Basierend auf beobachteten Schleuder- und Fallzerreibbarkeitsprüfungen kann man erwarten, dass die Agglomerate von ultrafeinen Kohleteilchen die Form und strukturelle Integrität während des Transports beibehalten. Zerreibbarkeit in der Schleuderprüfung ist geringer als 3 %. In anderen nichtbeschränkenden Ausführungsformen ist die Zerreibbarkeit in der Schleuderprüfung geringer als 2 %. In noch anderen nichtbeschränkenden Ausführungsformen ist die Zerreibbarkeit in der Schleuderprüfung geringer als 1 %. Die Zerreibbarkeit in der Fallprüfung ist geringer als 3 %. In anderen nichtbeschränkenden Ausführungsformen ist die Zerreibbarkeit in der Fallprüfung geringer als 2 %. In noch anderen nichtbeschränkenden Ausführungsformen ist die Zerreibbarkeit in der Fallprüfung geringer als 1 %.
Agglomerate von ultrafeinen Kohleteilchen, die hierin offenbart sind, absorbieren vorzugsweise weniger als 2 Gew.-% Wasser nach Aussetzen an Wasser für zwei Wochen. In einigen nichtbeschränkenden Ausführungsformen absorbieren die Agglomerate weniger als 1 Gew.-% Wasser nach Aussetzen an Wasser für zwei Wochen.
Um die Wasserbeständigkeit zu erhöhen, kann das Agglomerat von ultrafeinen Kohleteilchen eine wasserabweisende Oberflächenbeschichtung aufweisen, die in einer Menge von weniger als 0,5 Gew.-% des Agglomerats auf einer trockenen Basis vorhanden ist. Die wasserabweisende Oberflächenbeschichtung kann in einer Menge von weniger als 0,1 Gew.-% des Agglomerats auf einer trockenen Basis vorhanden sein.
Figurenliste

1 zeigt einen Graph der mittleren Festigkeit von Briketts, die unter Variation der Menge einer Polyvinylacetat(PVAC)-FFAA in dem Agglomerat hergestellt wurden.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Diese Beschreibung bezieht sich auf Agglomerate von ultrafeiner Kohle. Eine filmbildende Agglomerationshilfe (FFAA) wird verwendet, um kohärente und starke Agglomerate von ultrafeinen Kohleteilchen zu erzeugen, während die Menge, die für diesen Zweck verwendet wird, minimiert wird. Die filmbildende Agglomerationshilfe ist vorwiegend hydrophob mit einer im Vergleich zur Oberfläche der ultrafeinen Kohleteilchen, die mit der FFAA beschichtet ist, niedrigeren Oberflächenenergie.
Um einen Klebstoff an eine Oberfläche anzuhaften, benötigt der Klebstoff eine niedrigere Oberflächenenergie als die Oberfläche, an welche er angehaftet wird. Ein Film oder eine Flüssigkeit mit einer niedrigeren Oberflächenenergie relativ zu der Oberfläche, die bedeckt werden soll, kann vollständige Bedeckung der Oberfläche mit weniger Material, zum Beispiel einem dünneren Film oder einer dünneren flüssiger Schicht, erreichen. Zum Beispiel wird ein Tropfen Wasser auf einem 10 mm x 10 mm Glasträger die gesamte Oberfläche mit einer dünnen Schicht aus Wasser bedecken. Das Glas hat eine höhere Oberflächenenergie als das Wasser, was es dem Wasser erlaubt, sich mit einem niedrigen Berührungswinkel auf seiner Oberfläche auszubreiten. Ein Tropfen Wasser, der auf die gleiche Größe eines Polyethylenträgers gegeben wird, bildet einen Tropfen auf der Polyethylenoberfläche mit einem hohen Berührungswinkel. Das Polyethylen hat eine niedrigere Oberflächenenergie als Wasser, was bewirkt, dass Wasser einen Tropfen mit einem hohen Berührungswinkel bildet. Es würde viele Tropfen Wasser benötigen, um den 10 mm x 10 mm Polyethylenträger komplett zu bedecken, und die Wasserschicht wäre sehr dick.
Wenn eine FFAA mit einer im Vergleich zur Oberfläche der ultrafeinen Kohleteilchen niedrigeren Oberflächenenergie sorgfältig auf Kohleteilchen in einer geeigneten Menge aufgebracht wird, bedeckt oder beschichtet ein sehr dünner Film die Oberfläche der Kohleteilchen. Dieser Film dient dazu, die Schmierung des Teilchensystems zu unterstützen und wirkt als ein Rheologiemodifikationsmittel, um Fließen zu ermöglichen, wenn es für die Ausformung der Agglomeration benötigt wird. Dieser Film ermöglicht auch, dass die Teilchen aneinanderhaften, um ein festes und kohäsives Agglomerat zu erzeugen.
Ein Verfahren zur Ausbildung eines festen und kohäsiven Agglomerats, das aus ultrafeinen Kohleteilchen besteht, ist es, zu bewirken, dass ein adhäsiver Film die Oberfläche der ultrafeinen Kohleteilchen in solch einer Art beschichtet, dass es einen adhäsiven Film an jedem Punkt gibt, wo die Teilchen sich berühren. Der adhäsive Film, der die Teilchen beschichtet, muss nicht dick sein, er muss nur an Teilchen-Teilchen-Berührungspunkten vorhanden sein. Je dünner der Film ist, desto weniger Filmmaterial wird benötigt, um feste und kohäsive Kohleagglomerate aus ultrafeinen Kohleteilchen zu bilden. Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, gilt, dass je niedriger die Oberflächenenergie oder je hydrophober die FFAA ist, desto dünner kann der Film sein, der durch die FFAA auf den Oberflächen der feinen Teilchen gebildet wird, um vollständige oder nahezu vollständige Bedeckung der Oberfläche der Teilchen zu erreichen.
Kohlemolekularstruktur sind große und komplexe kohlenstoffbasierte Makromoleküle, die aus verknüpften polyaromatischen Kohlenwasserstoffen und polycyclischen Kohlenwasserstoffen bestehen. Von Natur aus sind die polyaromatischen Kohlenwasserstoffe Alkene, zum Beispiel enthalten sie Doppelbindungen. Obwohl Alkene unpolar in ihrer Natur sind, sind sie polarer als Alkane. Funktionelle Gruppen, die andere Atome enthalten (z. B. O, S, N, P, B, etc.), in den polyaromatischen Kohlenwasserstoffen, wie etwa, aber nicht beschränkt auf Thiole, Thiophene, Thione, Sulfonate, Alkohole, Ester, Ether, Carbonsäuren, Amine, Amide, Imine, Pyrrolidone, Phophodiester, Phosphine, Borate, Borsäure usw., dienen, um der Kohlemolekularstruktur Polarität zu verleihen.
Auswählen einer filmformenden Agglomerationshilfe, die eine niedrigere Oberflächenenergie als die zu agglomerierenden Kohleteilchen aufweist, wird die Menge an FFAA, die benötigt wird, um die ultrafeinen Kohleteilchen zu beschichten und nachfolgend die ultrafeinen Kohleteilchen zu agglomerieren, minimieren.
Mills et al., die oben zitiert wurden, behaupten, dass die Briketts und Agglomerate anderer Formen mit hohen Bindemittelbeladungsniveaus (z. B. 5 Gew.-% bis 20 Gew.-% oder höher) beginnen, die Eigenschaften des Bindemittels, das verwendet wird, anzunehmen. Zum Beispiel würde ein Pellet, das mit 10 Gew.-% Kohleteer hergestellt ist, brüchig in seiner Natur sein und ähnlich wie festes Kohleteer in Stücke zerbrechen. Wenn das Bindemittel beginnt, die freien Räume zwischen den Teilchen zu füllen, beginnen die Agglomerate die Eigenschaften des Bindemittels anzunehmen. Die Agglomerate jedoch, die hierin offenbart sind, füllen nicht die freien Räume zwischen den Teilchen mit FFAA. In der Tat ist es eine Aufgabe der offenbarten Erfindung, die Füllung der freien Räume zwischen den Teilchen mit FFAA zu vermeiden. In dieser Art behalten die Agglomerate die Eigenschaften der Kohleteilchen, die die Agglomerate ausmachen, und nicht die Eigenschaften der FFAA. Dies ist ein wesentliches Merkmal, da der Markt keine Kohleagglomerate möchte, die nicht die Eigenschaften von Kohle aufweisen.
Beispiele für FFAAs und wie sie mit ultrafeiner Kohle vermischt werden
Im Allgemeinen sind FFAAs kohlenstoffbasierte Polymere, entweder von Pflanzen (z. B. Stärken, Cellulose, Lignin und Lignosulfonate) oder synthetisch (z. B. Polyvinylacetate, Polyurethane und Polyharnstoffe und Copolymere von Polyurethan/Polyharnstoffen, Acrylpolymere einschließlich, aber nicht beschränkt auf Polymeth acrylsäure, Polyacrylamid, Polyacrylsäure und Copolymere von Acrylsäure und Acetaten, Copolymere von Acrylsäure und Polyvinylalkoholen, lonomere, wie etwa Ethylen-Methacrylsäure (Surlyn), sulfonierter Perfluorkohlenwasserstoff (Nafion) und Polystyrolsulfonat, Polyvinylacetat mit gepfropften natürlichen und synthetischen Nanofasern.
Vorzugsweise wird die FFAA auf feuchte Teilchen in einem Verfahren auf Wasserbasis aufgebracht, so dass Trocknen der Teilchen, um Wasser vor Anwendung der FFAA vollständig zu entfernen, nicht notwendig ist. Die feuchten Teilchen liegen typischerweise entweder in Form einer wässrigen Aufschlämmung oder eines Filterkuchens vor, in Abhängigkeit von ihrem Feuchtigkeitsgehalt. Obwohl der Großteil der FFAA Eigenschaften niedriger Oberflächenenergie (z. B. aliphatisch und/ oder aromatisch) haben mag, kann die Molekularstruktur auch etwas Funktionalität mit höherer Oberflächenenergie oder hydrophile Funktionalität (z. B. Alkohole, Ketone, Ether, Ester, usw.) aufweisen, um zu ermöglichen, dass die FFAA in wässrige Lösung geht. Wenn die FFAA wegen ihrer zu niedrigen Oberflächenenergie oder da sie zu hydrophob ist, nicht leicht in wässrige Lösung geht, kann sie als eine wässrige kolloidale Suspension von FFAA, stabilisiert mit oberflächenaktiven Substanzen, bereitgestellt werden.
Die FFAA kann entweder zu einem Filterkuchen oder einer Aufschlämmung von ultrafeinen Kohleteilchen unabhängig von ihrem Feuchtigkeitsgehalt gegeben werden. Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, hat die FFAA, wenn sie mit ultrafeinen Kohleteilchen unter Bedingungen hoher Scherung aus entweder einem Filterkuchen oder einer Aufschlämmung vermischt wird, eine höhere Affinität für die festen Oberflächen der Teilchen als für das Wasser. Das Ergebnis ist, dass man beobachtet hat, dass sich mehr als 95 % und üblicherweise mehr als 98 % der FFAA an die hydrophoben Kohleteilchen binden, anstatt im Wasser zu verbleiben, wenn sie intensiver Vermischung oder Rühren ausgesetzt werden.
In einer nichtbeschränkenden Ausführungsform wird die filmbildende Agglomerationshilfe mit einer wässrigen Aufschlämmung von ultrafeinen Kohleteilchen unter Bedingungen hoher Scherung vermischt, wobei die wässrige Aufschlämmung 15 Gew.-% bis 50 Gew.-% Feststoffe enthält und wobei die Aufschlämmung mit der Agglomerationshilfe auf einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 35 Gew.-% entwässert wird.
Ultrafeine Kohleteilchen und Gehaltsmengen von Asche (mineralischer Substanz)
Die ultrafeinen Kohleteilchen, die für die hierin diskutierte Agglomeration verwendet werden, können aus einer Vielzahl von Quellen stammen: Flözkohle, Rohförderkohle, Kohleprodukt aus Kohleaufbereitungsanlagen, ultrafeiner Kohleabfall usw. Wenn der aschebildende oder mineralische Substanzgehalt (im Folgenden als Asche oder mineralische Substanz bezeichnet) nicht so niedrig wie gewünscht ist, kann ein Qualitätsverbesserungsschritt, wie etwa Vermahlen oder Schaumflotationstrennung, angewandt werden, um den Aschegehalt auf das gewünschte Niveau zu reduzieren. Aschegehalt so niedrig wie 0,1 Gew.-% kann für viele Kohlen durch Vermahlung gefolgt von Schaumflotation der ultrafeinen Kohleteilchen erreicht werden. Ein nichtbeschränkendes Beispiel von Schaumflotation ist in US-Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. 2016/0082446 des Anmelders mit dem Titel „Flotation Separation of Fine Coal Particles from Ash-Forming Particles“ offenbart, die hierin durch Inbezugnahme aufgenommen wird.
Vermischte FFAA
Zwei oder mehr FFAAs können vermischt werden, um ein Agglomerat mit gewünschten Eigenschaften herzustellen. Eine mögliche Eigenschaft kann die maximale Festigkeit sein. Eine andere Eigenschaft können minimale Kosten sein. Die Eigenschaft kann eine optimierte Ausgewogenheit von Festigkeit und Kosten sein. Andere Eigenschaften, die gesteuert, modifiziert oder ausgeglichen werden können, umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Rheologie- und Wasserbeständigkeit.
Rüttelagglomeration
Vibration wurde als eine Agglomerationstechnik verwendet. FFAA wurde mit einer wässrigen Aufschlämmung von ultrafeinen Kohleteilchen vor Entwässerung in einer Filterpresse auf 30 Gew.-% Feuchtigkeitsgehalt vermischt. Der resultierende Filterkuchen wurde direkt auf einem Rütteltisch, der mit 30 Hz betrieben wurde, zerbröseit. Die Krümel agglomerierten miteinander zu kugelförmigen Agglomeraten. Diese kugelförmigen Agglomerate wurden von dem Rütteltisch in einer kontinuierlichen Art und Weise entnommen. Sie wurden thermisch bei 110°C 90 Minuten lang entwässert. Es zeigte sich, dass die Frequenz, mit der Vibration bewirkt wurde, in einem Bereich von einigen Herz bis in den Ultraschallbereich funktionierte.
Die Dichte des Filterkuchens war niedriger als die der getrockneten Agglomerate, die aus dem Filterkuchen, der Vibration ausgesetzt war, gebildet wurden. Die gleiche Zunahme in der Dichte nach Aussetzen an Vibration wurde für extrudierte Pellets beobachtet, die getrocknet wurden, im Vergleich zu extrudierten Pellets, die nachfolgend Vibrationsagglomeration unterworfen wurden und dann getrocknet wurden. Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, hängt der Grund für die Zunahme der Dichte, wenn Filterkuchen, Filterkuchenkrümel oder vorgeformte Agglomerate, wie etwa Briketts oder extrudierte Pellets, Rüttelagglomeration ausgesetzt werden, mit den thixotropen oder Scherverdünnungseigenschaften des Materials zusammen. Die Gegenwart der FFAA dient dazu, das thixotrope Verhalten zu verstärken, z. B. tritt thixotropes Verhalten bei niedrigerem Feuchtigkeitsgehalt auf, als es ohne die FFAA beobachtet werden kann.
Thixotrope Eigenschaften von Filterkuchen aus feinen und ultrafeinen Kohleteilchen wurden in US-Patent Nr. 9,587,192 des Anmelders, mit dem Titel „Vibration Assisted Vacuum Dewatering of Fine Coal Particles“ beobachtet. Das Patent offenbart das beobachtete thixotrope Verhalten des Materials unter Vibration und die Theorie, dass „Wenn Scherkraft oder Vibration auf den Kuchen angewandt wird, wird einiges Wasser, das an die Oberfläche der Teilchen gebunden ist, von der Oberfläche der Teilchen freigesetzt und füllt die freien Räume zwischen den Teilchen. Dieses Wasser wirkt als Fließhilfe und erlaubt, dass sich die Teilchen in Bezug aufeinander bewegen, was in der beobachteten Scherverdünnung und dem Fließen unter Vibration resultiert. Wenn Vibration angewandt wird, wird einiges Wasser von der Oberfläche der Teilchen freigesetzt und wandert an die Kuchenoberflächen.“ Spalte 8, Zeilen 33-41.
Es wird geglaubt, dass ein ähnliches Phänomen bei der offenbarten Rüttelagglomeration auftritt, so dass, wenn Vibration auf Krümel des Filterkuchens angewandt wird, die Filterkuchenkrümel thixotrope oder Scherverdünnungseigenschaften zeigen. Die einzelnen Krümel bilden ein kohäsives Agglomerat, das Anzeichen von Fließen oder Teilchenbewegung innerhalb des Agglomerats zeigt, während es Vibration ausgesetzt ist. Ein Wasserfilm kann auf der Oberfläche des Agglomerats erkannt werden, und das Agglomerat ist bei Berührung nass, ähnlich zu dem Wasser, das auf der Filterkuchenoberfläche, die Vibration ausgesetzt wurde, in dem zuvor erwähnten Patent beobachtet wird. Wenn die kugelförmigen Agglomerate, die aus den Filterkuchenkrümeln hergestellt wurden, in Kontakt miteinander kommen, können sie wechselwirken, um größere Agglomerate zu bilden.
Wie zuvor festgestellt, können auch voragglomerierte Formen (z. B. Pellets, Briketts usw.) Vibration ausgesetzt werden. Dieses Aussetzen kann wenig oder keine Änderung in der Gestalt der voragglomerierten Formen bewirken, wenn das Aussetzen an die Vibration kurz ist. Und dennoch wird sogar bei einem Aussetzen für ein paar Sekunden Teilchenbewegung oder -fluss innerhalb des Agglomerats beobachtet, ähnlich zu der oben erläuterten Bildung von kugelförmigen Agglomeraten aus Filterkuchenkrümeln. Ein Wasserfilm ist auf der Oberfläche des Agglomerats zu erkennen, und das Agglomerat ist bei Berührung nass.
Wenn entweder vorgeformte Agglomerate oder die kugelförmigen Agglomerate, die durch Aussetzen an Vibration gebildet wurden, Vibration für ein längere Vibrationsaufenthaltsdauer ausgesetzt werden, dann wurde beobachtet, dass die kleineren Agglomerate zusammenfließen und größere Agglomerate bilden. Die Formen können größere Kugeln, größere flache Scheiben, längliche Formen usw. sein.
Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, löst sich, wenn die Agglomerate Vibration ausgesetzt werden, Wasser, das an der Oberfläche der Teilchen gebunden ist, von der Oberfläche und tritt in die Zwischenräume ein. Das zusätzliche Zwischenraumwasser unterstützt den vibrationsinduzierten Fluss der Teilchen in Bezug aufeinander innerhalb des Agglomerats. Ferner bewirkt die Zufuhr von Schwingungsenergie, dass sich die Teilchen in Bezug aufeinander bewegen und ein dichter gepacktes Teilchensystem bilden. Dies ist ähnlich zum Schütteln eines Eimers mi Steinen und Kieseln und der Beobachtung, dass sich das Volumen verringert, wenn die Steine in Bezug gegeneinander gleiten, um eine dichtere Packung innerhalb des Eimers zu bilden. Die Verdichtung der Agglomerate, die durch die Zufuhr von Schwingungsenergie hervorgerufen wird, bewirkt, dass das Wasser aus der Masse des Agglomerats zur Oberfläche des Agglomerats gedrückt wird, wo es als ein dünner Film auf der Oberfläche des Agglomerats zu erkennen ist.
Vermischte Agglomerate
Agglomerate besitzen die allgemeinen Eigenschaften der ultrafeinen Kohleteilchen, die verwendet werden, um die Agglomerate herzustellen. Agglomerate von ultrafeinen Kohleteilchen können mit einzigartigen und vorbestimmten Merkmalen oder Eigenschaften hergestellt werden, indem zwei oder mehr unterschiedliche Quellen von ultrafeinen Kohleteilchen mit verschiedenen Kohlemerkmalen und -eigenschaften vermischt werden . Nichtbeschränkende Beispiele von Kohlemerkmalen oder - eigenschaften, die gesteuert oder vorbestimmt werden können, umfassen den Gehalt an Asche (mineralische Substanz), den Gehalt an flüchtiger Substanz, Fluidität, Macerale, Base-zu-Säure-Verhältnis, Schwefelgehalt usw. Agglomerate von ultrafeinen Kohleteilchen, die in dieser Art und Weise gebildet werden, sind eine wesentliche Verbesserung in der Technik und sie können einen gesteigerten Marktwert besitzen.
Die folgenden nichtbeschränkenden Beispiele sind angeführt, um verschiedene Ausführungsformen, die sich auf die offenbarten Agglomerate von ultrafeinen Kohleteilchen und Verfahren zu ihrer Herstellung beziehen, zu veranschaulichen. Es ist zu verstehen, dass diese Beispiele weder umfassend noch erschöpfend für die vielen Arten der Ausführungsformen sind, die gemäß der hier offenbarten Erfindung durchgeführt werden können.
BEISPIEL 1

Ultrafeine Kohleteilchen mit weniger als 5 Gew.-% Gehalt an aschebildender mineralischer Substanz wurden durch einen Schaumflotationsverfahren unter Verwendung von ultrafeinem Kohleabfall als Einsatzgut hergestellt. Der Kohleschaum wurde dann in einer Filterpresse entwässert, um etwa 30 Gew.-% Feuchtigkeit aufzuweisen. Der Filterkuchen wurde in einen Mischer gegeben, der auf das zu vermischende Material hohe Scherung ausübt. Nichtbeschränkende Beispiele, wie hochscherende Vermischung des Filterkuchens erzeugt werden kann, umfassen Kratzen gegen die Seitenwände des Mischers mit einer Rührschaufel, Zwingen des Materials durch Leiträder mit den Rührflügeln und Bearbeiten des Kuchens mit Hochgeschwindigkeitshäckslern. Unterschiedliche filmbildende Agglomerationsmittel wurden bei einem Kontrollbeladungsniveau von 2 Gew.-% getestet. Jede dieser FFAAs ist mit Wasser kompatibel und geht entweder in Wasser in Lösung oder bildet Emulsionen in Wasser. Die Tabelle unten zeigt, % Zerreibbarkeit bei der Schleuderprüfung und % Zerreibbarkeit bei der Fallprüfung für Pellets mit einem Durchmesser von 9 mm und einer Länge von 9 mm bis 18 mm für Kohle 1 und Kohle 2. Die Pellets wurden durch Extrusion aus einem Filterkuchenmaterial hergestellt, das in einem Hochschermischer des Typs Hobart vermischt worden war, mit etwa 30 Gew.-% Feuchtigkeit und 2 Gew.-% FFAA. Die Pellets hatten einen Gleichgewichtsfeuchtigkeitsgehalt von unterhalb 5 Gew.-% vor der Prüfung. Tabelle 2

	% Zerreibbarkeit in der Schleuderprüfung bei 2 Gew.-% FFAA
Filmbildendes Agglomerationsmittel	Kohle 1	Kohle 2
Geliertes Kornmehl	0,95%	0,87%
Gelierte Weizenstärke	0,92%	0,83%
Polyvinylacetat	0,81%	0,72%
Polyethylenoxid	0,88%	0,79%
Emulsion auf Acrylbasis	0,79%	0,71%
Methylhydroxycellulose	0,80%	0,72%
Carboxymethylcellulose	0,81%	0,70%

% Zerreibbarkeit der Stammkohle in Schleuderprüfung	12,4%	15,8%
HGI der Stammkohle	63	84
Flüchtige Substanz der Stammkohle (Gew.-%)	34%	23%
Freier Quellindex der Stammkohle	4	8
Aschegehalt der Kohleteilchen (Gew.-%)	5%	5%
Relative Oxidation (ASTM D5263)	91	95
d99 Teilchengröße (µm)	47	39
Mittlere Teilchengröße (µm)	12,1	9,8

Tabelle 3

	% der 2 Gew.-% Zerreibbarkeit in Fallprüfung bei FFAA
Filmbildendes Agglomerationsmittel	Kohle 1	Kohle 2
Geliertes Kornmehl	0,86%	0,75%
Gelierte Weizenstärke	0,83%	0,73%
Polyvinylacetat	0,74%	0,62%
Polyethylenoxid	0,81%	0,69%
Emulsion auf Acrylbasis	0,71%	0,62%
Methylhydroxycellulose	0,73%	0,61%
Carboxymethylcellu lose	0,72%	0,60%
% Zerreibbarkeit der Stammkohle in der Fallprüfung	4,4%	5,5%
HGI der Stammkohle	63	84
Flüchtige Substanz der Stammkohle (Gew.-%)	34%	23%
Freier Quellindex der Stammkohle	4	8
Aschegehalt der Kohleteilchen (Gew.-%)	5%	5%
Relative Oxidation (ASTM D5263)	91	95
d99 Teilchengröße (µm)	47	39
Mittlere Teilchengröße (µm)	12,1	9,8

BEISPIEL 2

Ultrafeine Kohleteilchen mit weniger als 5 Gew.-% Gehalt an aschebildender mineralischer Substanz wurden durch ein Schaumflotationsverfahren unter Verwendung von ultrafeinem Kohleabfall als Einsatzgut hergestellt. Der Kohleschaum wurde dann in einer Filterpresse entwässert, um etwa 30 Gew.-% Feuchtigkeit aufzuweisen. Der Filterkuchen wurde in solch einer Art und Weise getrocknet, um ein Pulver zu erzeugen. Polyethylen niedriger Dichte wurde in einem geeigneten organischen Lösungsmittel gelöst. Die Polyethylenlösung wurde mit trockenem Pulver von Kohle 1 oder Kohle 2 in unterschiedlichen Beladungsniveaus vermischt, so dass 2 %, 1 % und 0,5 % und 0,25 %, bezogen auf Gewicht, mit den feinen Kohleteilchen unter Bedingungen hoher Scherung vermischt wurden. Der vermischte Kuchen wurde zu Briketts gepresst. Die Briketts wurden bei 110°C 90 Minuten lang getrocknet. Die Ergebnisse in % Zerreibbarkeit bei der Schleuderprüfung und % Zerreibbarkeit bei der Fallprüfung für diese Briketts sind unten gezeigt. Tabelle 4

	% Zerreibbarkeit in der Schleuderprüfung mit Polyethylen-FF AA
Gew.-% filmbildendes Agglomerationsmittel	Kohle 1	Kohle 2
0,25%	2,81%	2,70%
0,50%	0,94%	0,82%
1,00%	0,85%	0,75%
2,00%	0,79%	0,68%
% Zerreibbarkeit der Stammkohle in der Schleuderprüfung	12,4%	15,8%
HGI der Stammkohle	63	84
Flüchtige Substanz der Stammkohle (Gew.-%)	34%	23%
Freier Quellindex der Stammkohle	4	8
Aschegehalt der Kohleteilchen (Gew.-%)	5%	5%
Relative Oxidation (ASTM D5263)	91	95
d99 Teilchengröße (µm)	47	39
Mittlere Teilchengröße (µm)	12,1	9,8

Tabelle 5

	% Zerreibbarkeit in der Fallprüfung mit Polyethylen-F FAA
Gew.-% filmbildendes Agglomerationsmittel	Kohle 1	Kohle 2
0,25%	2,49%	2,46%
0,50%	0,83%	0,74%
1,00%	0,74%	0,69%
2,00%	0,69%	0,60%

% Zerreibbarkeit der Stammkohle in der Fallprüfung	4,4%	5,5%
HGI der Stammkohle	63	84
Flüchtige Substanz der Stammkohle (Gew.-%)	34%	23%
Freier Quellindex der Stammkohle	4	8
Aschegehalt der Kohleteilchen (Gew.-%)	5%	5%
Relative Oxidation (ASTM D5263)	91	95
d99 Teilchengröße (µm)	47	39
Mittlere Teilchengröße (µm)	12,1	9,8

BEISPIEL 3
Ultrafeine Kohleteilchen mit weniger als 5 Gew.-% Gehalt an aschebildender mineralischer Substanz wurden durch ein Schaumflotationsverfahren unter Verwendung von ultrafeinem Kohleabfall als Einsatzgut hergestellt. Die feinen Kohleteilchen wurden im Kohleschaumzustand bei 25 Gew.-% Feststoffen gehalten. FFAAs wurden in die feinen Kohleteilchen im Zustand der flüssigen Suspension (Kohleschaum oder -aufschlämmung) unter Rühren eingemischt, was eine schnelle und effiziente Vermischung gewährleistete. Ein solches Verfahren ist ein Hochschermischer mit einem Hackmesser. Ein anderes Verfahren verwendet einen Dispersionsmischer, wie etwa einen Mischer des Typs Silverson. Ein anderes ist ein Chargen- oder Inline-Hochscheremulgiermischer. Dieses Verfahren hält die Kohleteilchen einzeln und diskret, um so eine Oberflächenbeschichtung auf alle Feinteile mit der oder den gewählten FFAA(s) in einer effizienten Art und Weise aufzubringen. Jede dieser FFAAs ist mit Wasser kompatibel und geht entweder in Wasser in Lösung oder bildet Emulsionen in Wasser.

Der Kohleschaum mit der eingemischten FFAA wurde dann entwässert. Eine Entwässerungsmethode ist vibrationsunterstütztes Vakuumentwässern von feinen Kohleteilchen, um den Zielfeuchtigkeitsgehalt für den Agglomerationsschritt, der folgt, zu erreichen. Ein anderes Verfahren ist eine Filterpresse. In dem Filterpressenverfahren kann das Ausdrücken des Kuchens, Kernausblasen und Kuchentrockenblasen angewendet werden wie benötigt, um den Zielfeuchtigkeitsgehalt für den nachfolgenden Agglomerationsschritt zu erreichen. Der entwässerte Filterkuchen war ein Einsatzgut für einen Agglomerationsschritt. Da die FFAA bereits auf die Oberfläche der Kohleteilchen aufgebracht war, war weiteres mechanisches Mixen unnötig. Optionale Kuchenhomogenisierung kann bei dem nachfolgenden Agglomerationsschritt günstig sein. Filterkuchen aus Kohle 1 mit 28 Gew.-% Feuchtigkeit wurde extrudiert, um Pellets mit einem Durchmesser von 9 mm mit einem Aspektverhältnis von 1 bis 2, z. B. 9 mm bis 18 mm lang zu erzeugen. Diese Pellets wurden dann thermisch bei 110°C 90 Minuten lang entwässert. Der Feuchtigkeitsgehalt war unterhalb von 5 Gew.-%. Die Ergebnisse in % Zerreibbarkeit bei der Schleuderprüfung und in % Zerreibbarkeit bei der Fallprüfung für diese Pellets sind unten gezeigt. Alternativ könnten auch Brikettagglomerate mit dem Kuchen, der die FFAA enthält, gebildet werden. Tabelle 6

	% Zerreibbarkeit der Kohle 1 in der Schleuderprüfung
Gew.-% filmbildendes Agglomerationsmittel	Gelierte Weizenstärke	Polyvinylacetat	Emulsion auf Acrylbasis	Methylhydroxycellulose
0,25%	2,83%	2,71%	2,73%	2,70%
0,50%	0,95%	0,83%	0,82%	0,82%
1,00%	0,87%	0,77%	0,76%	0,75%
2,00%	0,83%	0,72%	0,71%	0,72%

% Zerreibbarkeit der Stammkohle in der Schleuderprüfung	12,4%
HGI der Stammkohle	63
Flüchtige Substanz der Stammkohle (Gew.-%)	34%
Freier Quellindex der Stammkohle	4
Aschegehalt der Kohleteilchen (Gew.-%)	5%
Relative Oxidation (ASTM D5263)	91
d99 Teilchengröße (µm)	47
Mittlere Teilchengröße (µm)	12,1

Tabelle 7

	% Zerreibbarkeit der Kohle 1 in der Fallprüfung
Gew.-% filmbildendes Agglomerationsmittel	Gelierte Weizenstärke	Polyvinylacetat	Emulsion auf Acrylbasis	Methylhydroxycellulose
0,25%	2,59%	2,41%	2,47%	2,44%
0,50%	0,87%	0,73%	0,74%	0,73%
1,00%	0,78%	0,68%	0,70%	0,68%
2,00%	0,73%	0,62%	0,62%	0,61%

% Zerreibbarkeit der Stammkohle in der Fallprüfung	4,4%
HGI der Stammkohle	63
Flüchtige Substanz der Stammkohle (Gew.-%)	34%
Freier Quellindex der Stammkohle	4
Aschegehalt der Kohleteilchen (Gew.-%)	5%
Relative Oxidation (ASTM D5263)	91
d99 Teilchengröße (µm)	47
Mittlere Teilchengröße (µm)	12,1

BEISPIEL 4

Kohleschaum aus einem Schaumflotationsverfahren mit 20 Gew.-% Feststoffen ohne eine eingemischte FFAA wurde vakuumfiltriert. Kohleschaum mit 20 Gew.-% Feststoffen und 2,0 Gew.-% Polyvinylacetat(PVAC)-FFAA eingemischt wurde vakuumfiltriert. Kohleschaum mit 20 % Feststoffen und 2,0 Gew.-% Acrylemulsion-FFAA eingemischt wurde vakuumfiltriert. Geklärtes Wasser (oder Filtrat) wurde aus jedem Durchlauf gesammelt und auf gelöstes Material untersucht. Die Ergebnisse sind unten in Tabelle 8 gezeigt. 95 % des in die Schaumaufschlämmung eingemischten PVAC blieben in dem Filterkuchen. 98 % der Acrylemulsion blieben in dem Filterkuchen. Tabelle 8

	FF AA
	PVAC	Acryl
Beschreibung	Masse (kg)	Masse (kg)
Kohleteilchen	0,800	0,800
Wasser	0,200	0,200
Gesamt FFAA	0,012	0,012
Tatsächliche Masse FFAA auf Kohleteilchen	0,01139	0,01178

	Gew.-%	Gew.-%
FFAA-Beladung (FFAA / Kohleteilchen)	1,5%	1,5%
Tatsächliche FFAA Beladung (Masse FFAA auf Kohle / Kohle)	1,424%	1,473%
	Masse (g)	Masse (g)
Gelöste Feststoffe vor FFAA	0,20	0,20
Gelöste Feststoffe nach FFAA	0,81	0,42
Gelöste FFAA	0,61	0,22
Gesamt verwendete FFAA	12,00	12,00

	Gew.-%	Gew.-%
% FFAA, die in Wasser gelöst blieb	5,1%	1,8%
% FFAA, die die Kohleteilchen beschichtete	94,9%	98,2%

BEISPIEL 5

Kohleschaum aus einem Schaumflotationsverfahren mit 35 Gew.-% Feststoffen ohne eine FFAA eingemischt wurde vakuumfiltriert. Kohleschaum aus einem Schaumflotationsverfahren mit 35 Gew.-% Feststoffen und 2,0 Gew.-% PVAC FFAA eingemischt wurde vakuumfiltriert. Kohleschaum aus einem Schaumflotationsverfahren mit 35 % Feststoffen und 2,0 Gew.-% Acrylemulsion-FFAA eingemischt wurde vakuumfiltriert. Geklärtes Wasser (oder Filtrat) wurde aus jedem Durchgang gesammelt und auf gelöstes Material untesucht. Die Ergebnisse sind unten in Tabelle 9 gezeigt. 98 % des in die Kohleschaumaufschlämmung eingemischten PVAC blieben in dem Filterkuchen. 99 % der Acrylemulsion blieben in dem Filterkuchen. Tabelle 9

	FFAA
	PVAC	Acrylic
Beschreibung	Masse (kg)	Masse (kg)
Kohleteilchen	0,650	0,650
Wasser	0,350	0,350
Gesamt FFAA	0,00975	0,00975
Tatsächliche Masse FFAA auf Kohleteilchen	0,00956	0,00965
	Gew.-%	Gew.-%
FFAA-Beladung (FFAA / Kohleteilchen)	1,5%	1,5%
Tatsächliche FFAA Beladung (Masse FFAA auf Kohle / Kohle)	1,472%	1,485%

	Masse (g)	Masse (g)
Gelöste Feststoffe vor FFAA	0,35	0,35
Gelöste Feststoffe nach FFAA	0,54	0,45
Gelöste FFAA	0,19	0,10
Gesamt verwendete FFAA	9,75	9,75

	Gew.-%	Gew.-%
% FFAA, die in Wasser gelöst blieb	1,9%	1,0%
% FFAA, die die Kohleteilchen beschichtete	98,1%	99,0%

BEISPIEL 6
Rütteln wurde als eine Agglomerationstechnik verwendet. 1,0 Gew.-% PVAC-FFAA wurde mit einer Kohleschaumaufschlämmung von Kohle 2 mit einem Feststoffgehalt von 20 Gew.-% vermischt. Die Kohleschaumaufschlämmung wurde dann mit einer Filterpresse zu einem Filterkuchen mit 30 Gew.-% Feuchtigkeit entwässert. Der Filterkuchen wurde direkt auf einem Rütteltisch, der bei 30 Hz betrieben wurde, zerbröselt. Die Krümel agglomerierten miteinander zu kugelförmigen Agglomeraten. Diese kugelförmigen Agglomerate wurden dann auf kontinuierlicher Basis von dem Rütteltisch entnommen. Sie wurden thermisch bei 110°C 90 Minuten lang entwässert. Die Frequenz der vibrationsinduzierten Agglomeration kann von einigen wenigen Herz bis in den Ultraschallbereich reichen.
Die Dichte des trockenen Filterkuchens ohne Vibration betrug 0,8 g/cc. Die Dichte der Filterkuchenkrümel nach Vibration, Agglomeration und Trocknen betrug 0,95 g/cc. Die Anwendung von Vibration auf die Agglomerate resultierte in 18,8 % Steigerung der Dichte.
BEISPIEL 7
Rütteln wurde als eine Agglomerationstechnik verwendet. Eine Kohleschaumaufschlämmung von Kohle 2 wurde mit einer Filterpresse zu einem Filterkuchen mit 30 Gew.-% Feuchtigkeit entwässert. 1,0 Gew.-% PVAC-FFAA wurde mit dem Filterkuchen von Kohle 2 mit 30 Gew.-% Feuchtigkeit unter Bedingungen hoher Scherung in einem Mischer des Typs Hobart vermischt. Der Filterkuchen wurde extrudiert, um pelletförmige vorgeformte Agglomerate herzustellen. Die Pellets wurden auf einen Rütteltisch, der bei 30 Hz betrieben wurde, überführt. Die Pellets agglomerierten miteinander zu kugelförmigen Agglomeraten. Diese kugelförmigen Agglomerate wurden auf einer kontinuierlichen Basis von dem Rütteltisch entnommen. Sie wurden thermisch bei 110°C 90 Minuten lang entwässert.
Die Dichte der trockenen extrudierten Pelletagglomerate ohne angewandte Vibration betrug 0,85 g/cc. Die Dichte der Pelletagglomerate nach Vibration und Trocknen betrug 0,95 g/cc. Die Anwendung von Vibration auf die Agglomerate resultierte in 11,8 % Steigerung der Dichte.
BEISPIEL 8

Luftgetrocknete Agglomerate mit PVAC oder einer Acrylemulsion als FFAA wurden auf Wasserreabsorption untersucht, indem sie 24 h in Wasser getaucht wurden. Unterschiedliche Mengen von FFAA wurden getestet, um zu zeigen, wie die FFAA-Menge die Wasserreabsorption beeinflusst. Es wurde beobachtet, dass die Agglomerate im Allgemeinen weniger als 8 Gew.-% Wasser nach 24 h Eintauchen in Wasser absorbierten. In anderen Ausführungsformen absorbierten die Agglomerate weniger als 5 Gew.-% Wasser nach 24 h Eintauchen in Wasser. Es wurde festgestellt, dass die Agglomerate, die mit Acryl-FFAA hergestellt wurden, gegenüber der Reabsorption von Wasser beständiger sind als die Agglomerate, die mit Polyvinylacetat-FFAA hergestellt wurden. Tabelle 10

	Gew.-% absorbiertes Wasser nach 24-stündigem Eintauchen in Wasser
Gew.-% filmbildendes Agglomerationsmittel	Polyvinylacetat	Emulsion auf Acrylbasis
0,25%	8,09%	4,36%
0,50%	7,80%	4,28%
1,00%	7,26%	4,15%
2,00%	6,21%	3,87%

BEISPIEL 9
Nachdem die Agglomerate einen thermischen Entwässerungsschritt (110°C für 90 Minuten) verlassen, können sie mit einem dünnen feuchtigkeitsabweisenden Film beschichtet werden, indem die warmen Agglomerate durch einen Tauchbeschichter oder Sprühbeschichter geführt werden, um einen dünnen feuchtigkeitsabweisenden Film auf der Oberfläche der Agglomerate zu bilden. Eine bevorzugte Trägerflüssigkeit zur Bildung des dünnen wasserabweisenden Films ist Wasser, aber es könnte ein organisches Lösungsmittel sein.
In diesem Beispiel wurde eine Acrylemulsion in Wasser oder PVAC in Wasser verwendet, um die Oberfläche der Pellets mit einem dünnen wasserabweisenden Film zu beschichten. Der Film wurde durch die Wärme getrocknet, die von den Pellets freigesetzt wurde, als sie abgekühlt wurden. Die Pellets könnten auch durch eine erwärmte Trommel mit strömender heißer Luft, ein erwärmtes Förderband mit strömender heißer Luft usw. geführt werden, um rasch zu trocknen und den wasserabweisenden Film nach dem Tauch- oder Sprühprozess zu fixieren. Dieses Verfahren könnte beliebig oft wiederholt werden, um Mehrfachschichten auf der Agglomeratoberfläche anzubringen, wie gewünscht und/oder benötigt. In einer hier bevorzugten Ausführungsform werden die Pellets 1 bis 4 Mal durch Sprüh-, Vorhang- oder Tauchbeschichtungsschritte geführt. Es wurde festgestellt, dass jeder Beschichtungsschritt etwa 0,02 bis 0,03 Gew.-% zu der Gesamttrockenmasse der Pellets addiert.
Wasserabsorptionstests mit Agglomeraten mit 0,5 Gew.-% Polyvinylacetat oder 0,5 Gew.-% Emulsion auf Acrylbasis als FFAA wurden in dem Agglomerationsschritt verwendet. Die Agglomerate wurden bis zu viermal mit dünnen wasserbeständigen oder wasserabweisenden Filmen beschichtet, die auf der Oberfläche der Agglomerate bei jedem Beschichtungsschritt abgeschieden wurden. Agglomerate mit PVAC als FFAA wurden mit einem dünnen Film von PVAC beschichtet. Agglomerate mit Acrylemulsion als FFAA wurden mit einem dünnen Film von Acrylemulsion beschichtet. Agglomerate mit PVAC als FFAA wurden mit einem dünnen Film der Acrylemulsion beschichtet. Agglomerate mit Acrylemulsion als der FFAA wurden mit einem dünnen Film von PVAC beschichtet.
Man ließ die Agglomerate einen Gleichgewichtsfeuchtigkeitsgehalt bei 85 % relativer Feuchtigkeit erreichen, der 1,8 Gew.-% Feuchtigkeit betrug. Man ließ die Agglomerate zwei Wochen lang mit Wasser durchtränken. Der Feuchtigkeitsgehalt wurde dann wieder gemessen. Die Agglomerate mit Wasserabstoßungsvermögen absorbierten weniger als 4 Gew.-% Wasser nach Aussetzen an Wasser für zwei Wochen. In einer anderen Ausführungsform absorbierten die Agglomerate mit Wasserabstoßungsvermögen weniger als 3 Gew.-% Wasser nach Aussetzen an Wasser für zwei Wochen. In einer weiteren Ausführungsform absorbierten die Agglomerate mit Wasserabstoßungsvermögen weniger als 2 Gew.-% Wasser nach Aussetzen an Wasser für zwei Wochen. In wiederum einer anderen Ausführungsform absorbierten die Agglomerate mit Wasserabstoßungsvermögen weniger als 1 Gew.-% Wasser nach Aussetzen an Wasser für zwei Wochen. Um zu bewirken, dass die Agglomerate mit PVAC-FFAA weniger als 1 Gew.-% Zunahme im Feuchtigkeitsgehalt über den Zwei-Wochen-Zeitraum aufwiesen, betrugen die PVAC-Filme etwa 0,06 Gew.-% bis 0,08 Gew.-% des gesamten trockenen Agglomerats. Um zu bewirken, dass die Agglomerate mit der Acrylemulsion-FFAA weniger als 1 Gew.-% Zunahme im Feuchtigkeitsgehalt über den Zwei-Wochen-Zeitraum aufwiesen, betrugen die Acrylemulsionsfilme etwa 0,03 Gew.-% bis 0,05 Gew.-% des gesamten trockenen Agglomerats.
BEISPIEL 10
Kohlebrikettierung ist das Verfahren zum Verdichten von Kohleteilchen in eine ausgeformte Gestalt, wie etwa Blöcke, Briketts, Pellets usw. Das Brikettierverfahren erzeugt feste, dichte Agglomerate aus den Kohleteilchen, was ermöglicht, dass die Agglomerate mit wenig Staubbildung oder Bruch verschifft und gehandhabt werden können. Im Allgemeinen werden Agglomerate über ein übliches Brikettierverfahren gebildet, indem die Kohleteilchen mit einem Bindemittel bei unterschiedlichen Feuchtigkeitsgehaltsniveaus vermischt werden und dann die Bindemittel/Teilchen-Mischung in einer Form oder Matrize über Verdichtung zu einem Agglomerat geformt wird. Bei dem normalen oder allgemeinen Brikettieren von Kohleteilchen beträgt die Menge an Bindemittel üblicherweise zwischen 5 Gew.-% und 15 Gew.-%, auf einer trockenen Basis der Endmasse des Agglomerats.
Ultrafeine Kohleteilchen mit weniger als 5 Gew.-% Gehalt an aschebildender mineralischer Substanz auf einer trockenen Basis und mit etwa 80 Gew.-% Feuchtigkeit wurden über Schaumflotation hergestellt. Eine wässrige FFAA, PVAC oder Acrylemulsion, wurde in den Kohleschaum mit einem Hochscheremulgiermischer bei unterschiedlichen Beladungsniveaus eingemischt. Der Emulgiermischer bewirkte, dass die Kohleteilchen und FFAA wechselwirkten, so dass die FFAA rasch und effizient die Kohleteilchen beschichtete.
Der Emulgiermischer umfasste ein rotierendes Blatt, das sich mit sehr hohen Geschwindigkeiten innerhalb eines kreisförmigen Stators mit Spalten in dem Blatt und dem Stator dreht. Die Kohleschaumaufschlämmung wird in die Öffnung am Boden des ringförmigen Stators eingezogen und durch die schmalen Lücken zwischen dem Rotor und dem Stator bei hohen Geschwindigkeiten und hoher Scherung getrieben. Diese Kraft treibt die FFAA und Kohleteilchen dazu, innig miteinander wechselzuwirken, was in einem dünnen Film von FFAA resultiert, der auf der Oberfläche der ultrafeinen Kohleteilchen abgeschieden wurde.
Die Kohleschaumaufschlämmung mit der dünnen FFAA-Beschichtung auf den ultrafeinen Kohleteilchen wurde dann durch mechanische Mittel auf das niedrigste mögliche Niveau entwässert, das üblicherweise zwischen 20 und 30 Gew.-% Feuchtigkeit betrug, in Abhängigkeit der Teilchengröße und des Inkohlungsgrads. Entwässerung wurde üblicherweise entweder mit einer Filterpresse oder durch vibrationsunterstützte Vakuumentwässerung durchgeführt.
In diesem Beispiel wurde der Kohleschaum, der mit FFAA vermischt war, unter Verwendung einer vibrationsunterstützten Vakuumentwässerungsapparatur im Labormaßstab entwässert. Die Kohleschaumaufschlämmung, die mit FFAA vermischt war, wurde auf die Vakuumentwässerungsapparatur gegossen. Kohleschaum wurde auf die Entwässerungsapparatur gegossen, bis ein ½ Inch dicker Kuchen gebildet wurde. Wenn sich in dem Filterkuchen Risse bildeten, wurde Vibration auf die Kuchenoberfläche angewandt. Die Risse in dem Kuchen werden geheilt, da die Vibration Fließen induzierte. Das vibrationsinduzierte Fließen brachte Wasser an die Oberfläche des Kuchens, das von dem Kuchen mit Hilfe des Vakuumentwässerungsverfahrens entfernt wurde. Ein Filterkuchen wurde mit etwa 30 Gew.-% Feuchtigkeit hergestellt, worin die Kohleteilchen mit FFAA vor der Entwässerung beschichtet sind.
Der Filterkuchen wurde direkt in die brikettbildende Form gegeben. Die Form bestand aus einem Zylinder, der an beiden Enden offen war, und einer Metallplatte, die mit dem Zylinder verschraubt war. Filterpapier wurde über die Platte gelegt und bedeckte die Öffnung des Zylinders, bevor die Platte und der Zylinder miteinander verschraubt wurden, um die Form zu bilden. Zwei Drittel des Volumens der zylindrischen Form wurden mit dem Filterkuchen gefüllt. Ein Kolben mit engen Toleranzen in der zylindrischen Form wurde in die Form mit einer hydraulischen Presse getrieben. Als sich der Druck aufbaute, wurde der Filterkuchen im Inneren zu einem Agglomerat, das eine zylindrische Form hatte, verdichtet. 12 Tonnen Druck wurden angewandt. Berücksichtigt man den 2-lnch-Durchmesser der zylindrischen Form, wurde ein Druck von etwa 8.400 psi verwendet, um den Kohlefilterkuchen zu einem zylindrischen Brikettagglomerat zu komprimieren. Der hohe Druck verdichtete die Kohleteilchen in dem Filterkuchen zu einem Agglomerat, indem der Zwischenraum zwischen Teilchen verringert wurde. O-Ringe an dem Ende des Kolbens dichteten den Kolben gegen die inneren Wände der zylindrischen Form. Bei dem Druck, der beim Brikettieren auftrat, wurde etwas Wasser zwischen dem Boden der Form und der Bodenplatte ausgetrieben. Das Filterpapier stellte sicher, dass nur Wasser ausgetrieben wurde und die Kohleteilchen innerhalb der Form blieben. Der Endfeuchtigkeitsgehalt betrug üblicherweise etwa 17 Gew.-% bis 20 Gew.-% der Agglomerate. Das Brikett wurde dann auf weniger als 5 Gew.-% Feuchtigkeit in einem Trockenofen bei 100°C für etwa eine Stunde getrocknet.
Die Biegefestigkeit der Kohleagglomerate wurde gemessen. Die Agglomerate wurden geschnitten und zu rechteckigen Stäben geschliffen. Die Stäbe wurden dann in eine Biegefestigkeitsvorrichtung eingelegt und unter Verwendung eines Druckfestigkeitsanalysators (Stable Microsystems TA-XT2i) zerbrochen, um die maximale Kraft beim Bruch zu messen. Die maximale Spannung beim Bruch wurde unter Verwendung der Rohdaten, die mit dem Strukturanalysator erhalten wurden, und der Biegespannungsgleichung berechnet. Die Gleichung wurde auf die Form normalisiert. Je höher die Spannung beim Bruch, desto größer die Festigkeit des Agglomerats.
1 zeigt die mittlere Festigkeit von Briketts, die mit unterschiedlichen Mengen einer PVAC-FFAA in dem Agglomerat hergestellt wurden. Die Bruchspannung stieg in einer linearen Art und Weise an, wenn mehr FFAA zugegeben wurde. Prozent FFAA wurde auf Basis von trockener FFAA zu trockenem Kohlepulver gemessen.
Die beschriebenen Ausführungsformen und Beispiele sind in jedem Bezug nur als veranschaulichend und nicht als beschränkend zu betrachten. Der Umfang der Erfindung wird deshalb durch die angefügten Ansprüche angegeben anstatt durch die vorstehende Beschreibung. Alle Änderungen, die sich innerhalb der Bedeutung und des Bereichs der Äquivalenz der Ansprüche ergeben, gelten als von ihrem Umfang umfasst.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 9587192 [0046]

Claims

Verfahren zur Herstellung von Agglomeraten von ultrafeinen Kohleteilchen umfassend: Mischen einer filmbildenden Agglomerationshilfe mit einer Menge von ultrafeinen Kohleteilchen, um ultrafeine Kohleteilchen zu bilden, die mit der filmbildenden Agglomerationshilfe beschichtet sind, wobei die ultrafeinen Kohleteilchen eine Teilchengröße von weniger als 100 µm aufweisen, wobei die filmbildende Agglomerationshilfe eine niedrigere Oberflächenenergie relativ zu der Oberfläche der ultrafeinen Kohleteilchen aufweist, wobei die filmbildende Agglomerationshilfe mit den ultrafeinen Kohleteilchen in einer Menge von weniger als 3 Gew.-% der ultrafeinen Kohleteilchen, bezogen auf eine trockene Basis, vermischt wird, und Bilden von Agglomeraten der ultrafeinen Kohleteilchen, die mit der filmbildenden Agglomerationshilfe beschichtet sind, wobei die Agglomerate eine Größe von mindestens 2 mm aufweisen.
Verfahren zur Herstellung von Agglomeraten von ultrafeinen Kohleteilchen gemäß Anspruch 1, wobei die ultrafeinen Kohleteilchen eine Teilchengröße von weniger als 50 µm aufweisen.
Verfahren zur Herstellung von Agglomeraten von ultrafeinen Kohleteilchen gemäß Anspruch 1, wobei die ultrafeinen Kohleteilchen eine Teilchengröße von weniger als 25 µm aufweisen.
Verfahren zur Herstellung von Agglomeraten von ultrafeinen Kohleteilchen gemäß Anspruch 1, wobei die filmbildende Agglomerationshilfe mit den ultrafeinen Kohleteilchen in einer Menge von weniger als 2 Gew.-% der ultrafeinen Kohleteilchen, bezogen auf eine trockene Basis, vermischt wird.
Verfahren zur Herstellung von Agglomeraten von ultrafeinen Kohleteilchen gemäß Anspruch 1, wobei die filmbildende Agglomerationshilfe mit den ultrafeinen Kohleteilchen in einer Menge von weniger als 1 Gew.-% der ultrafeinen Kohleteilchen, bezogen auf eine trockene Basis, vermischt wird.
Verfahren zur Herstellung von Agglomeraten von ultrafeinen Kohleteilchen gemäß Anspruch 1, wobei die filmbildende Agglomerationshilfe ein kohlenstoffbasiertes Polymer ist.
Verfahren zur Herstellung von Agglomeraten von ultrafeinen Kohleteilchen gemäß Anspruch 1, wobei die filmbildende Agglomerationshilfe hydrophile funktionelle Gruppen aufweist, um wässrige Löslichkeit zu fördern.
Verfahren zur Herstellung von Agglomeraten von ultrafeinen Kohleteilchen gemäß Anspruch 1, wobei die filmbildende Agglomerationshilfe eine Mischung aus zwei oder mehr unterschiedlichen filmbildenden Agglomerationshilfen enthält und wobei die Mischung mit den ultrafeinen Kohleteilchen in einer Menge von weniger als 3 Gew.-% der ultrafeinen Kohleteilchen, bezogen auf eine trockene Basis, vermischt wird.
Verfahren zur Herstellung von Agglomeraten von ultrafeinen Kohleteilchen gemäß Anspruch 1, wobei die filmbildende Agglomerationshilfe mit einem feuchten Filterkuchen aus ultrafeinen Kohleteilchen unter Bedingungen hoher Scherung vermischt wird.
Verfahren zur Herstellung von Agglomeraten von ultrafeinen Kohleteilchen gemäß Anspruch 1, wobei die filmbildende Agglomerationshilfe mit einer wässrigen Aufschlämmung von ultrafeinen Kohleteilchen unter Bedingungen hoher Scherung vermischt wird, wobei die wässrige Aufschlämmung 15 Gew.-% bis 50 Gew.-% Feststoffe enthält und wobei die Aufschlämmung mit der Agglomerationshilfe bis zu einem Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 35 Gew.-% entwässert wird.
Verfahren zur Herstellung von Agglomeraten von ultrafeinen Kohleteilchen gemäß Anspruch 1, wobei die Agglomerate gebildet werden, indem ultrafeine Kohleteilchen, die mit der filmbildenden Agglomerationshilfe beschichtet sind, gerüttelt werden, um Agglomerate mit einer Größe von mindestens 2 mm zu bilden.
Verfahren zur Herstellung von Agglomeraten von ultrafeinen Kohleteilchen gemäß Anspruch 1, wobei die Agglomerate gebildet werden, indem die ultrafeinen Kohleteilchen, die mit der filmbildenden Agglomerationshilfe beschichtet sind, extrudiert werden, um Pelletagglomerate zu erhalten.
Verfahren zur Herstellung von Agglomeraten von ultrafeinen Kohleteilchen gemäß Anspruch 1, wobei die Agglomerate gebildet werden, indem die ultrafeinen Kohleteilchen, die mit der filmbildenden Agglomerationshilfe beschichtet sind, brikettiert werden, um Brikettagglomerate zu bilden.
Verfahren zur Herstellung von Agglomeraten von ultrafeinen Kohleteilchen gemäß Anspruch 1, das ferner den Schritt des Rüttelns der Agglomerate umfasst.
Verfahren zur Herstellung von Agglomeraten von ultrafeinen Kohleteilchen gemäß Anspruch 1, wobei die ultrafeinen Kohleteilchen eine Mischung aus zwei oder mehr Quellen von ultrafeinen Kohleteilchen enthalten.
Agglomerat von ultrafeinen Kohleteilchen, wobei die Agglomerate Größendimensionen von mehr als 2 mm aufweisen, wobei eine filmbildende Agglomerationshilfe in einer Menge von weniger als 3 Gew.-% der Gesamttrockenmasse des Agglomerats vorhanden ist, wobei die ultrafeinen Kohleteilchen eine Teilchengröße von weniger als 100 µm aufweisen.
Agglomerat von ultrafeinen Kohleteilchen gemäß Anspruch 16, wobei das Agglomerat eine Zerreibbarkeit in der Schleuderprüfung (Tumbler Test) von weniger als 3 % aufweist.
Agglomerat von ultrafeinen Kohleteilchen gemäß Anspruch 16, wobei das Agglomerat eine Zerreibbarkeit in der Fallprüfung (Drop Shatter Test) von weniger als 3 % aufweist.
Agglomerat von ultrafeinen Kohleteilchen gemäß Anspruch 16, wobei die ultrafeinen Kohleteilchen eine Teilchengröße von weniger als 50 µm aufweisen.
Agglomerat von ultrafeinen Kohleteilchen gemäß Anspruch 16, wobei die ultrafeinen Kohleteilchen eine Teilchengröße von weniger als 25 µm aufweisen.
Agglomerat von ultrafeinen Kohleteilchen gemäß Anspruch 16, wobei die filmbildende Agglomerationshilfe in einer Menge von weniger als 2 Gew.-% der ultrafeinen Kohleteilchen auf einer trockenen Basis vorhanden ist.
Agglomerat von ultrafeinen Kohleteilchen gemäß Anspruch 16, wobei die filmbildende Agglomerationshilfe in einer Menge von weniger als 1 Gew.-% der ultrafeinen Kohleteilchen auf einer trockenen Basis vorhanden ist.
Agglomerat von ultrafeinen Kohleteilchen gemäß Anspruch 16, wobei das Agglomerat weniger als 8 Gew.-% Wasser nach Aussetzen an Wasser für 24 h absorbiert.
Agglomerat von ultrafeinen Kohleteilchen gemäß Anspruch 16, wobei das Agglomerat ferner eine wasserabweisende Oberflächenbeschichtung aufweist, die in einer Menge von weniger als 0,5 Gew.-% des Agglomerats auf einer trockenen Basis vorhanden ist.
Agglomerat von ultrafeinen Kohleteilchen gemäß Anspruch 24, wobei das Agglomerat weniger als 4 Gew.-% Wasser nach Aussetzen an Wasser für zwei Wochen absorbiert.
Agglomerat von ultrafeinen Kohleteilchen gemäß Anspruch 16, wobei die filmbildende Agglomerationshilfe ein kohlenstoffbasiertes Polymer ist.
Agglomerat von ultrafeinen Kohleteilchen gemäß Anspruch 16, wobei das Agglomerat eine oder mehrere Kohleeigenschaften aufweist, die äquivalent zu der Kohle sind, aus welcher die ultrafeinen Kohleteilchen stammen, wobei die Kohleeigenschaften ausgewählt sind aus flüchtiger Substanz, Aschechemie und Inkohlungsgrad.
Agglomerat von ultrafeinen Kohleteilchen gemäß Anspruch 16, wobei die ultrafeinen Kohleteilchen eine Mischung aus zwei oder mehr Quellen von ultrafeinen Kohleteilchen enthalten.