DE2422606B2 - Verfahren zum transportieren von getrockneter kohle durch leitungssysteme - Google Patents

Description

oder einem Gemisch derselben angewandt wird. tels Vermischen von groben Kohleteilchen, und zwar

6. Verfahren nach einem der vorangehenden 25 Gew.% in einer Größe von größer als 1,17 mm, Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu und feinen Kohleteilchen, und zwar 20 Gew.% kleiner etwa 20 Vol.%, bezogen auf das Gesamtvolumen 30 als 0,044 mm. Die vermischten Kohleteilchen stellen der Aufschlämmung, eines oberflächenaktiven 50 Gew.% der Aufschlämmung dar.

Mittels beigemischt wird. Nach der US-PS 3377 107 werden teilchenförmige

7. Verfahren nach den Ansprachen 1 bis 5, da- Feststoffe in einer Pipeline transportiert vermittels durch gekennzeichnet, daß der Aufschlämmung kontinuierlichem Einführen zylinderförmiger Stopfen entweder vor oder während des Transportes der- 35 aus einer halbstarrtn Paste in einen Strom der Trägerseiben ein Gas beigemischt wird. flüssigkeit.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch ge- Nach der US-PS 3389714 wird eine verbesserte kennzeichnet, daß als Gas ein niederer Kohlen- Transportierung von Aufschlämmungen in Pipelines wasserstoff mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen ange- dadurch erzielt, daß eine inerte und nicht mischbare wandt wird. 40 Flüssigkeit beigemischt wird zwecks Verringern der

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Viskosität der Aufschlämmung.

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nach der US-PS 3637263 wird die Kohle in feine Kohleteilchen zum Transport mit einem Feststoff und grobe Fraktionen aufgetrennt, jede Fraktion unüberzogen werden. ter Anwenden eines anorganischen Feststoffträgers

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch ge- 45 aufgeschlämmt und jede Aufschlämmungsfraktion kennzeichnet, daß als Feststoff Calciumcarbonat getrennt und abwechselnd durch die Pipeline geangewandt wird. pumpt.

11. Verfahren nach einem der vorangehenden Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahren zu verschaffen vermittels dessen es möglich Kohle vor dem Transport ausreichend so fein ver- 50 wird, Kohle in Form einer Aufschlämmung durch Leimahlen wird, daß wenigstens 95% der Kohle tungssysteme bzw. Pipelines in einer Weise zu transdurch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von portieren, die die mit dem Stand der Technik verbun-1,17 mm hindurchgehen. denen Nachteile vermeidet, die im wesentlichen darin

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch ge- zusehen sind, daß zum einen immer wieder ein Absitkennzeichnet, daß die Kohle so fein vermählen 55 zen der Kohleteilchen in den Leitungssystemen erfolgt wird, daß sich der durchschnittliche Durchmesser unter Verstopfen derselben, und zum anderen in den der Kohleteilchen auf etwa 25 bis etwa 300 Mi- relativ hohen Kosten derartiger Transportsysteme krön beläuft. nach dem Stand der Technik, soweit sie überhaupt

durchführbar waren.

⁶° Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis

zugrunde, daß feinverteilte Kohle sowohl unter Anwenden einer organischen Flüssigkeit, wie z. B. Rohöl, als auch Wasser in wirtschaftlicher Weise dann

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trans- transportiert werden kann, wenn aus der Kohle vor

portieren von getrockneter Kohle als Aufschlämmung ⁶S dem Transport das sogenannte »freie Wasser« als durch Leitungssysteme, wobei die Aufschlämmung auch das sogenannte »gebundene Wasser« in einem

eine pumpfähige Konsistenz bildet. bestimmten nach unten begrenzten Prozentsatz ent-

Der Transport von Kohle in Form einer Auf- fernl worden ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nun dadurch gekennzeichnet, daß eine Kohle für den Transport verwendet wird, aus der wenigstens 70 Gew.% des »freien Wassers« und wenigstens 40 Gew.% des »gebundenen Wassers« entfernt worden sind.

Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Das Aufschlämmen der Kohle in einem flüssigen Träger führt zu keinerlei Austausch des gebundenen Wassers in der Kohle. Das Entfernen des gebundenen Wassers erhöht die Kohlekonzentration in der Aufschlämmung und bedingt verbesserte Wirtschaftlichkeit des Transportes.

Gebundenes Wasser ist definiert als das Wasser, ¹S das nicht in natürlicher Weise bei Normaltemperatur und Normaldruck aus der Kohle verdampft. Somit gehört zu dem gebundenen Wasser das Hydrationswasser, das Kristallisationswasser und weitere Wasserarten, die der Kohlematrix zugeordnet sind und nicht ^ao durch ein normales, bei niedriger Temperatur durchgeführtes Trocknungsverfahren entfernt werden können. Hierzu gehört weiterhin jegliches Wasser, das in den in der Kohle vorhandenen Verunreinigungen vorliegt. Freies Wasser ist definiert als Wasser, das nicht ^a5 gebunden ist. Eine angemessenere Beschreibung des freien Wassers besteht darin, daß es sich um das Wasser handelt, das physikalisch von der Kohle durch mechanische Trennverfahren und anschließendes Trocknen an der Luft abgetrennt wird. 3<>

Der gesamte Feuchtigkeitsgehalt einschließlich sowohl des gebundenen als auch des freien Wassers beläuft sich in der Kohle in typischer Weise auf mehr als 15 Gew.%. Etwa 5 bis etwa 50% des gesamten Feuchtigkeitsgehaltes liegen als gebundenes Wasser vor. Erfindungsgemäß wird die Kohle in einem derartigen Ausmaß und ausreichend lange erhitzt, um 0 bis 100 Gew.% des freien Wasser? urid wenigstens etwa lübisetwa 100Gew.%des gebundenen Wassers zu entfernen. Vorzugsweise werden mehr als 10 Gew.% des freien Wassers und mehr als 40 Gew.% des gebundenen Wassers entfernt. Stärker bevorzugt werden mehr als 50 Gew.% des freien Wassers und mehr als 60 Gew.% des gebundenen Wassers und insbesondere bevorzugt 70 Gew.% des freien Wassers und mehr als 80 Gew.% des gebundenen Wassers entfernt. Das Wasser in der Kohle kann ebenfalls, vermittels weiterer Entwässerungsverfahren, d. h. einer chemischen Behandlung, entfernt werden.

Die behandelte Kohle kann gesiebt und pulverisiert, lediglich pulverisiert, pelletisiert oder in anderer Weise agglomeriert oder überhaupt nicht in irgendeiner anderen Weise behandelt werden. Die rohe Kohle kann ebenfalls, wie weiter oben beschrieben, oder während des Trocknens behandelt werden. Die Aufeinanderfolge der Arbeitsschritte einer Teilchenvergrößerung, Teilchengrößentrennung und Trocknen der Kohle läßt sich leicht auf die spezielle aufzuschlämmende Kohle durch den Fachmann anpassen.

Die Kohle wird sodann durch einen anorganischen oder organischen Träger aufgeschlämmt. Die Aufschlämmung kann etwa 5 bis 90 Gew.% Kohle, vorzugsweise etwa 20 bis etwa 70 Gew.% Kohle, und stärker bevorzugt etwa 40 bis etwa 60 Gew.% Kohle enthalten. Der Träger ist vorzugsweise so ausgewählt, daß derselbe nicht durch die Kohle während des Aufschlämmens oder des Transportes gebunden wird, z. B. Wasser, wenn der Träger anorganisch ist.

Zu geeigneten organischen Trägern gehören erfindungsgemäß Rohöl, raffinierte Rohölfraktionen z. B. »Fertigbenzin« und Düsentreibstoff-sowie teilweise raffinierte Rohölfraktionen - z. B. Benzin, Gasöle, Naphthas und Kerosin. Vorzugsweise ist der organische Träger Rohöl oder eine teilweise raffinierte Rohölfraktion.

Vor dem Aufschlämmen weist die Kohle vorzugsweise einen durchschnittlichen Durchmesser von etwa 0,1 Mikron bis etwa 5 mm und stärker bevorzugt etwa 25 bis 300 Mikron und insbesondere bevorzugt etwa 75 bis etwa 150 Mikron auf. Es ist bevorzugt, daß 95% der Kohle vor der Aufschlämmung kleiner als 1,17 mm sind. Natürlich können die Durchmesser der Kohleteilchen auch außerhalb der angegebenen Bereiche liegen.

Es können oberflächenaktive Mittel in die Aufschlämmung entweder während des Aufschlämmens oder in die Aufschlämmungsbestandteile vor dem eigentlichen Aufschlämmen eingearbeitet werden. Geeignet sind Volumenmengen von etwa 0,0001 bis etwa 20 Vol.% und vorzugsweise etwa 0,001 bis etwa 10 Vol.% und stärker bevorzugt etwa 0,01 bis etwa 1 Vol.% bezogen auf den Träger. Wenn ein organischer Träger angewandt wird, kann das oberflächenaktive Mittel der Kohle entweder oleophobe oder oleophile Eigenschaften vermitteln in Abhängigkeit von den angestrebten Dispersionscharakteristika. Beispiele für geeignete oberflächenaktive Mittel in Zusammenhang mit einem organischen Träger sind u. a. Fettsäuren - z. B. diejenigen, die etwa 10 bis etwa 20 Kohlenstoffatome aufweisen - und vorzugsweise die einwertige Kationen enthaltenden Salze derselben. Sorbitanmonolaurat stellt ein Beispiel für ein geeignetes oberflächenaktives Mittel dar. Vorzugsweise ist das oberflächenaktive Mittel ein Erdölsulfonat und vorzugsweise ein derartiges, das ein einwertiges Kation - z. B. Na⁺ - oder Ammonium aufweist, und vorzugsweise besitzt dasselbe ein durchschnittliches Äquivalenzgewicht von etwa 200 bis etwa 600 und stärker bevorzugt von etwa 250 bis etwa 500 und insbesondere be\orzugt von etwa 350 bis etwa 420. Wenn ein wäßriger Träger angewandt wird, kann derselbe entweder hydrophobe oder hydrophile Eigenschaften der Kohle vermitteln. Es ist bevorzugt, daß das oberflächenaktive Mittel der Kohle hydrophobe Eigenschaften vermittelt. Durch Anwenden eines hydrophoben oberflächenaktiven Mittels wird die spätere Auftrennung der Aufschlämmung in deren Kohle- und Wasserbestandteile unterstützt. Weiterhin wird jedwede Neigung der Kohle oder deren Verunreinigungen, Anteile des wäßrigen Trägers zu absorbieren, hintenangehalten.

Die Aufschlämmung kann ebenfalls chemische Mittel enthalten, durch die die Suspension der Kohleteilchen erleichtert wird, und so können der Aufschlämmung z. B. hochmolekulare Polymere zugesetzt werden. Weitere die Viskosität verringernde Mittel und den Schleppwiderstand verringernde Mittel können der Aufschlämmung beigemischt werden, um so zweckmäßige Eigenschaften zu vermitteln.

Es kann sich weiterhin als zweckmäßig erweisen, die Kohleteilchen mit Gasen, Feststoffen oder anderen zweckmäßigen Mitteln zu überziehen, um so ein Agglomerieren zu inhibieren, hohe Aufschlämmungstemperaturen während des Transportes zu ermöglichen, usw. Beispiele für Feststoffe, die als Überzugsmittel geeignet sind, sind u. a. diejenigen, wie sie

in der US-PS 3468986 offenbart sind. Zu speziellen Beispielen gehören anorganische und organische Sdze von Metallen der Gruppen II, III, IV-A, V, VI, VII und VIII des Periodischen Systems, synthetische Kunststoffe wie Zelluloseazetat, Polystyrol, Polyäthylen, Polyvinylazetat und ähnliche Kunststoffe, sowie weitere Materialien wie Ton - z. B. Bentonit, Kaolin, Fullererde und weitere Aluminiumsilikate, Kalkstein, usw. Kalziumkarbonat ist ein bevorzugtes Überzugsmaterial. Beispiele für geeignete Gase sind u. a. Luft, niedere Kohlenwasserstoffe mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen und Naturgas.

Der pH-Wert des Trägers, z. B. Wasser, sowie weitere Eigenschaften des Trägers und der Umwelt können so vorgesehen werden, daß die Sorbtion von Feststoffen oder Gas auf das Kohleteilchen erleichtert wird. Der Überzug kann dadurch aufgebracht werden, daß das Teilchen mit einem wäßrigen oder nicht-wäßrigen Sprühmittel oder Bad oder Kombination derselben in Berührung gebracht wird. Bei Anwenden eines Wasserbades kann das Gas oder der Feststoff in Konzentrationen von etwa 10 bis etwa 200000 ppm und vorzugsweise etwa 100 bis etwa 100000 ppm vorliegen. Natürlich wird die Löslichkeit des Gases oder des Feststoffes in einem Wasserbad die Konzentration bestimmen. Es ist zweckmäßig, daß wenigstens etwa eine mono-molekulare Schicht des Gases oder des Feststoffes auf die Kohleteilchen aufgebracht wird.

Die Aufschlämmung kann in Masse, z. B. Tankwaggon, Tanklastwagen, Tankschiff, transportiert werden, wird jedoch vorzugsweise in einer Leitung, wie einer Pipeline, zum Transport gebracht. Natürlich kann die Leitung oder das Pipelinesystem Tankbatterien aufweisen, d. h. einen Sammel- oder Haltetank, der der Anlage zugeordnet ist. Wenn das letztere vorliegt, kann es sich als zweckmäßig erweisen, für ein Mischen oder In-Bewegung-Halten Sorge zu tragen, um so das Halten der Kohle in Suspension zu erleichtern.

Die Aufschlämmung kann unter laminaren, transitionalen - z. B. bei einer Reynolüs-Zahl von etwa 2000 bis etwa 4000 - oder turbulenten Fließbedingungen in der Leitung oder einer Kombination derselben transportiert werden, wo das Transportsystem dies ermöglicht. Turbulente Fließbedingungen können dort bevorzugt sein, wo man anstrebt, die Kohleteilchen in einem »homogen« dispergierten Zustand zu halten.

Beispiel 1

Eine einen hohen flüchtigen Anteil enthaltende C bituminöse Kohle - A.S.T.M.-Klassifizierungsverfahren -enthält 21,5 Gew.% »gesamten« Feuchtigkeitsgehalt, dieser Wert wird bestimmt vermittels Trocknen einer Probe dieser Kohle auf ein konstantes Gewicht unter Anwenden einer Temperatur von 20° C, wobei das A.S.T.M.-Verfahren mit der Bezeichnung D271-71in Anwendung kommt. Eine weitere Probe dieser nicht getrockneten Kohle wird gemäß dem A.S.T.M.-Verfahren D 2961-71T getrocknet - d. h. eine Stunde lang bei 104 bis 110° C in einem Ofen mit erzwungenem Luftumlauf - und es wird hierbei festgestellt, daß ein Feuchtigkeitsgehalt von 12,1 Gew.% vorliegt. Dieser Wert entspricht angenähert 100% des »freien« Wassers der Kohle, so daß das zurückgehaltene »gebundene« Wasser sich auf angenähert 9,4 Gew.% beläuft - das »gesamte« minus »freie« Wasser der Kohle. Die gleiche Probe wird sodann bei 150° C im gleichen Ofen eine Stunde lang getrocknet. Es wird hierbei ein weiterer Gewichtsverlust von 7,0 Gew.% gemäß der nicht getrockneten Kohle festgestellt. Somit führt das zweite Trocknen zu der Entfernung von angenähert 74% des

s »gebundenen« Wassers der Kohle.

Unter Ausbilden einer Aufschlämmung werden 50 Gew.% Wasser zu der angenähert 74% »gebundenen« wasserfreien Kohle zugesetzt. Die Aufschlämmung wird durch 8,5 m eines 1,27-cm- Rohres in einer

ίο geschlossenen Schleife vermittels einer Zentrifugalpumpe transportiert. Die durchschnittliche Temperatur der Aufschlämmung im Inneren des Rohres beläuft sich auf 2 Γ C. Es liegt ein COj-Gasüberdruck von etwa 2 Atmosphären vor. Nach 150maligem Um-

lauf durch die Schleife wird die Aufschlämmung untersucht und es wird festgestellt, daß die Teilchen wenig Zerkleinerung erfahren haben. Eine Schlammanalyse zeigt, daß die gleiche für das Ausbilden der Aufschlämmung zugesetzte Wassermenge aus der

Aufschlämmung vermittels physikalischer Abtrennung des Wassers von der Kohle, an das sich ein Erhitzen der Kohle eine Stunde lang bei einer Temperatur von 105 bis 110° C angeschlossen hat, zurückgewonnen werden kann. Dies zeigt an, daß das ursprünglich

aus der Kohle entfernte gebundene Wasser späterhin nicht durch die Kohle bei dem Aufschlämmen und Transportieren derselben zurückgehalten wird.

Beispiel 2

Es wird die gleiche getrocknete und pulverisierte, einen hohen flüchtigen Anteil enthaltende C bitumonöse Kohle nach Beispiel 1 mit Kerosin aufgeschlämmt unter Ausbilden einer 50 Gew.% Feststoffe enthaltenden Aufschlämmung. Die Aufschlämmung wird durch die gleiche Schleif e wie im Beispiel lunter

den gleichen Bedingungen und eine gleiche Anzahl mal durch dieselbe transportiert. Es wird festgestellt, daß die Teilchen wenig Zerkleinerung erfahren haben.

Eine Schlammanalyse zeigt, daß die gleiche für das Ausbilden der Aufschlämmung zugesetzte Kerosin-Menge aus der Aufschlämmung zurückgewonnen werden kann, vermittels physikalischer Abtrennung des Kerosins von der Kohle, wobei sich bezüglich der Kohlebehandlung eine Erwärmung angeschlossen hat, wie in Beispiel 1 dargelegt.

Dies zeigt, daß das ursprünglich aus der Kohle während des Erhitzens entfernte gebundene Wasser späterhin nicht in der Kohle durch Kerosin ersetzt wird.

Beispiel 3

Eine sub-bituminöse A Kohle aus Wyoming wird unter Anwenden des Verfahrens aus Beispiel 1 untersucht und hierbei festgestellt, daß ein gesamter Feuchtigkeitsgehalt von 16,5% vorliegt, wobei der »gebundene« Wassergehalt 10,0% beträgt. Die Transportkosten dieser Kohle in einem Stahlrohr mit einem Durchmesser von 46 cm und einer Länge von 115 km beläuft sich auf etwa DM 180,- pro t unter Anwenden einer 50 Gew.%igen Wasser-Kohle-Aufschlämmung. Vermittels Trocknen der Kohle unter Entfernen von etwa 100% des freien Wassers und etwa 80% des gebundenen Wassers, werden die Transportkosten pro t der tatsächlich transportierten Kohle um etwa 8 % oder DM 14,50 pro t der gesamten verarbeiteten Kohle verringert. Bei einem Durchsatz von 5 Millionen t pro Jahr ergeben sich jährliche Ersparnisse an Transportkosten in der Größenordnung von 72 Millionen DM.

Claims (5)

schlämmung in Wasser ist bekannt. Einige der bePatentansprüche: kannten Verfahren bedinge« eine Teilchengroßen- trennung der Kohle und sodann Aufschlämmen der

1. Verfahren zum Transportieren von getrock- bevorzugten Teilchengrößen in einer Flüssigkeit sowie neter Kohle als Aufschlämmung durch Leitungs- 5 Pumpen derselben in einer Pipeline, bs sina organisysteme, wobei die Aufschlämmung eine pumpfä- sehe und anorganische Zusatzmittel fur eine verbeshige Konsistenz bildet, dadurch gekennzeich- serte Suspension der Kohle in Tragerflussigkeiten annet, daß eine Kohle für den Transport verwendet gewandt worden.

wird, aus der wenigstens 70 Gew.% des »freien Der einschlägige Stand der Technik wird durch die

Wassers« und wenigstens 40 Gew.% des »gebun- 1° nachfolgend abgehandelten Veröffentlichungen wie-

denen Wassers« entfernt worden sind. dergegeben:

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- Nach der US-PS 2430085 wird eine Kohle für den kennzeichnet, daß eine Kohle verwendet wird, aus Transport in Tankwagen dadurch konditioniert, daii der wenigstens 70 Gew.% des »freien Wassers« dieselbe eine relativ grobe Zerkleinerung mit einer und wenigstens 80 Gew.% des »gebundenen Was- 15 Teilchengröße eines Durchmessers von etwa 18 mm sers« entfernt worden sind. erfährt und sodann kurzzeitig einem Trocknen bei ei-

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch ner Temperatur von 260° C zugeführt wird,
gekennzeichnet, daß die Aufschlämmung durch Nach der US-PS 2791471 wird Kohle in einer Wasser gebildet wird. Pipeline transportiert vermittels Zerkleinern und

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch *° Größenklassifizierung der Kohle, Herstellen einer gekennzeichnet, daß die Aufschlämmung durch Wasseraufschlämmung der Kohle und Pumpen der einen flüssigen Kohlenwasserstoff gebildet wird. Aufschlämmung. Die in der Aufschlämmung ange-

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch ge- wandte Kohle liegt zu weniger als 25 Gew.% mit einer kennzeichnet, daß als flüssiger Kohlenwasserstoff Teilchengröße von 1,17 mm oder größer vor.

als solcher aus der Gruppe Rohöl, raffinierte Roh- *5 Nach der US-PS 3168350 wird Kohle in einer

ölfraktionen, teilweise raffinierte Rohölfraktionen Kohle-Wasser-Aufschlämmung transportiert vermit-