DE2520523C3 - Verfahren zur Entschwefelung von Kohle - Google Patents
Verfahren zur Entschwefelung von KohleInfo
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Description
ü)
SO3M
(d) x-sulfonierte Fettsäure R—CH-COOH
SO3H
(e) \-sulfonierter Fettester R-CH-COOR'
SO3M
(f) Dialkylsuccinat
R-O- OC-CfN CH-COOR
SO3M
(g) Feltsäurebenzimida/olin
R-CO-C ι
NH i
(h) Succinamidalkylestersulfonat
MO3S- CH CONH R
CH2 COOM
(ι) Polyoxyäthylcnalkylather
R O (CH2CH2O)nH
(jI Polyoxväthylenalkylphenoläther
O - (CH2CH2O)11H
(k) Polyoxyäthylenpolyolfeltester
(CH2CH2O)11 CHCOOR
CH2COOR
30
40
(1) Polyoxyäthylenalkylamin
(CH2CH2O)nH
RN
(CH2CH2O)nH
(m) Alkylpyridiniumhalogenid
R X
R X
(n) Alkylphosphat R · OPO(OM)2
(o) Alkylarylphosphat
(o) Alkylarylphosphat
ft—ΟΡΟ—(OM)2
(p) Salze der Fettsäure
CH3 -(CHj)n-COOM
worin R und R' für Alkylgruppen mit ungefähr
IO bis 20, insbesondere bis 15 Kohlenstoffatomen stehen, M für NH4 und Alkalimetalle, insbesondere
Natrium oder Kalium, X für ein Halogen, insbesondere für Chlor, Brom oder Jod, steht und 11 eine
ganze Zahl von I insbesondere 3 bis ungefähr 10 darstellt.
2. Verfahren gemäß Anspruch I. dadurch gekennzeichnet,
daß die polare Verbindung weniger als 25 Kohlenstoffatome aufweist.
3. Verfahren gemäß Anspruch I. dadurch gekennzeichnet,
daß auf I Gewichtsteil Kohlepulver 3 bis 5 Gewichtsteile wäßrige Lösung angewendet
werden.
Die E-.rfindung betrifft ein Verfahren zur Entschwefelung
von minderwertiger Kohle mit hohem Schwefelgehalt und insbesondere ein Verfahren zur
Entschwefelung von Kohle /ur Schaffung geeigneter Kohle /ur Verwendung als Material für trockene
so Destillation In der DE-OS 22 02 620 ist ein Verfahren zur Behandlung
von Kohle mit Oxydationsmitteln beschrieben. Bei dieser Arbeitsweise wird der in der Kohle enthaltene
molekulare und sulfidische Schwefel /ti SO2
oder /u Sulfaten oxydiert Aus W G u m /. »Kurzes Handbuch der Brennstoff- und Feuerungstechnik".
1962. Seiten I5K bis 161 sowie aus »Freiberger Forschungshefte«.
A 277. 1964. Seite K)K ist bekannt. Kohle mit Reduktionsmitteln /u behandeln. Bei dieser
Methode wird der in oxydierter Form vorliegende
Schwefel sowie der molekulare Schwefel in die sulfidische Form überführt, beispielsweise zu H2S reduziert.
In »Bitumen. Teer, Asphalte, Peche«, 1953.
Seile 259 ist die Behandlung der Kohle mit unge-
b5 sättigten Kohlenwasserstoffen beschrieben. Hierbei
wird vermutlich der molekulare Schwefel und ein Teil des sulfidischen Schwefels, nämlich der nicht als
unlösliches Metallsulfid vorliegende sulfidische Sch wc-
fei, tin die Doppelbindungen des ungesättigten Kohlenwasserstoffs
addiert.
Die genannten Verfahren des Standes der Technik, bei denen die Kohle oxydativ oder reduktiv behandelt
wird, erfordern jedoch sehr viel Energie, die entweder in den Reagenzien selbst gespeichert ist oder unter den
Verfahrensbedingungen zugeführt werden muß, beispielsweise beim Abrösten in der Hitze oder bei der
Reduktion mit Wasserstoff oder anderen gasförmigen Reduktionsmitteln. Die Behandlung der Kohle mit
ungesättigten Kohlenwasserstoffen weist den Nachteil auf, daß diese Arbeitsweise nur die Entfernung von
atomarem bzw. molekularem Schwefel und eventuell von kleinen Mengen sulfidischem Schwefel erlaubt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, minderwertige Kohle mit hohem Schwefelgehalt
zu entschwefeln, um Kohle mit einem geringen Schwefelgehalt bereitzustellen, wodurch es möglich
wird, die behandelte Kohle als Material für die Trokkendestillationsindustrie
zu verwenden, in der bislang der Bedarf auf Kohle mit geringem Schwefelgehalt als
Rohmaterial beschränkt war. Diese Aufgabe wird durch die Maßnahmen des Anspruchs I gelöst.
Die beim erfindungsgemäßen Verfahren gebrauchten, polaren Verbindungen sind nachfolgend aufgeführt.
Die hier verwendeten Begriffe »nichtpolare und polare Gruppen« werden nicht in st-engem Sinn angewendet.
Insbesondere steht die nichtpolarc Gruppe für eine nichtpolare oder wenig polare Gruppe, und
die polare Gruppe bedeutet eine stark polare Gruppe.
Zur Erläuterung dieser Begriffe werden nachstehend Beispiele für nichtp^lare und polare Gruppen aufgeführt:
Nichtpolare Gruppen:
1. Alkylgruppe R-
2. Alkylgruppe, die Carboxylat enthält
R - CO · O- R-
3. Alkylgruppe. die eine Ätherbindung enthält
-R O-R-
4. Alkylgruppe. die eine Säureamidverknüpfung enthält
R CO·NH -R-
5. Phenylgriippe I
6 Alkylphcnylgruppe
R /
7 \lk\ln.iphthiilingruppe
8. Alkyldiphenylgrtippc
9. Alkylbenzimidazolgruppe
-R-C
10. Cyclopentylgruppe
A-bietinsäurering
Polare Gruppen:
1. Sulfatgruppe -OSO3H(M)
2. Sulfongruppe
SO3H(M)
SO3H(M)
COOH(M)(R)
COOH(M)(R)
3. Carboxylgruppe
-COOH(M)(R)
4. Sulfocarboxylalgruppe
HSO3-CH · COO
CH2COOH(M)(R)
5. Carbonylgruppe > CO
6. Phosphatgruppe
-OPO(OH)2 -OPO(OMl:
-OPO(OH) -OPO(OM)
7. Amid - NH2 -NH2-HX
(Amid-halogenwasserstoffgruppe)
8. Imidgruppe - NH
9. Säureamidgruppe
CONH;l CONH - CO N < )
10. Mercaptogruppe —SH
11. Thiocarbonylgruppe > CS CS SH
(Thiocarbonylmereaptogruppe)
12. Cyanogruppe —CN
13. Thiocyanaigruppe —CNS
14. Nitrogruppe —NO2
15. Hydroxylgruppe (-OH)n η' = 1 bis 6 5
16. Halogengruppe —X
17. Älherverknünfung
18. Polyäthylenoxydgruppe
(---CH2-CH2-O-In
19. Polyäthylenamidgruppe
(—CH2—CH, — NH—)„
20. Quaternäre Ammoniumgruppe
— N-
halogeniertc quaternäre Ammoniumgruppe
—N —
■X
e) \-sulfonierter Fellesler R—CH-COQR'
SO3M
Γ) Dialkylsuccinat
R—0 · OC-CH2-CH-COOR
SO3M
10
20
25
30
g) Fettsäurebenzimidazolin
R-CO-C
h) Succinamidalkylestersulfonal
MO3S-CH-CONH-R
CH2 -COOM
i) Polyoxyäthylenalkyläthei
R-O-(CH2CH2O)nH
j) Polyoxyäthylenalkylphenolälher R-
Sulfocarbonyl-quaternäre Ammoniumgruppe
i
-SO3-N-CO- „
-SO3-N-CO- „
H
21. Sulfonierte tertiäre Amidgruppe
21. Sulfonierte tertiäre Amidgruppe
I 40
— N —
I
SO3H(M)
I
SO3H(M)
Die Erfindung umfaßt folgende polare Verbin- 45
düngen:
a) Alkylsulfat R-OSO3M
-O— (CH2CH2O)nH
k) Polyoxyäthylenpolyoylfekester
(CH2CH2O)n-CHCOOR
CH2COOR
1) Polyoxyäthylenalkylamin
(CH2CH2O)nH
RN
\
(CH2CH2O)nH
\
(CH2CH2O)nH
m) Alkylpyridiniumhalogenid
R X
R X
b) Alkylsulfonal
i) R-SO3M
ü) R —CH-R
i) R-SO3M
ü) R —CH-R
SO3M
(c) Alkylarylsulfonat
(c) Alkylarylsulfonat
50
i) R~f J)-SO3M
ii) R-
-SO3M
χ/ν
d) ^-sulfonierte Fettsäure R—-CH-COOH
SO3H
60
65
n) Alkylphosphat R ■ OPO(OM)2 o) Alkylarylphosphal
R-h JT J-OPO(OM)2
p) Salze der Fettsäure CH3-(CH2Jn-COOM
Die Alkylgruppen R und R' enthalten jeweils üblicherweise 10 bis 20 Kohlenstoffatome (vorzugsweise
10 bis 15 KohlenstofTatome). Alkylgruppen mit bis 13 Kohlenstoffatomen, beispielsweise Lauryl,
sind am bevorzugtesten. Die wiederkehrenden Gruppen η sind üblicherweise 1 bis 10 Einheiten, wobei der
Bereich von η = 3 bis 10 bevorzugter und der Bereich
von 5 bis 10 am meisten bevorzugt ist. M steht für NRt
oder ein Alkalimetall, wobei Natrium und Kalium unter den Alkalimetallen den ersten und zweiten Vorzug
genießen. X ist ein Halogen. Die bevorzugten Halogene, aufgeführt in der Reihenfolge der Bevorzugung,
sind Chlor, Brom und Jod.
Die Gruppen R und/oder R' und die Werte der ganzen Zahl /i können vorzugsweise so gewählt werden,
daß die zuvor aufgeführten Verbindungen weniger als 25 Kohlenstoffatome enthalten. Die in den Beispielen
verwendeten Verbindungen fallen in die bevorzugten Werte für n.
Als Rohkohle ist erfindungsgemäß Braunkohle am besten geeignet. Obgleich frei wählbar, ist es bevorzugt,
wenn die Teilchengröße der Rohkohlen-Pulver zwischen ungefähr 0,30 mm und 0,074 mm liegt. Größere
Teilchen werden ebenfalls entschwefeln jedoch aufgrund der größeren Masse in bezug auf die Oberfläche
mit einem geringeren Wirkungsgrad. Teilchen, die
dungsgcmäße Verfahren wirksam behandelt. Jedoch könnten die zusätzlichen Kosten für die erforderliche
Zerkleinerung, umein Pulver mit weniger als 0,074 mm herzustellen, wirtschaftlich nicht tragbar sein.
Das erfindungsgemäße Kohleentschwcfelungsverfahren
umfaßt die nachfolgenden Stufen: Man taucht Pulver der obenerwähnten Rohkohle in eine wäßrige
Lösung irgendeiner der oben aufgeführten polaren Verbindungen mit einer vorgegebenen Konrentration
von beispielsweise 0,01 bis 1,0% während einer Zeitspanne ein, die ausreicht, um den Schwcfelgehalt
wesentlich zu verringern.
Die wäßrige Lösung enthält vorzugsweise eine Konzentration an polaren Verbindungen zwischen ungerähr
0,01 und 0,06%, wobei 0,03 bis 0,06% am meisten bevorzugt sind. Die Temperatur der wäßrigen Lösung
ist vorzugsweise Umgebungstemperatur, wobei Temperaturen bis heraufzu etwa 40"C, d. h. Null bis 400C
bevorzugt sind. Die Eintauchzeil liegt vorzugsweise zwischen ungefähr 90 und 120 Minuten. Ein längeres
Eintauchen (das kostspieliger ist) verbessert ansehet
ncnd nicht das Produkt, und ein kürzeres Eintauchen ■i könnte nicht ausreichend sein, um den Schwefelgehait
ausreichend zu verringern.
Es ist bevorzugt, daß die Kohlepulver ein Gewichlsvcrhältnis
zur wäßrigen Lösung der polaren Verbindung von 1 :3 bis 5 aufweisen. Die aus der Lösung
ίο entnommenen Kohlepulver werden gewaschen, um
Verunreinigungen zu entfernen und anschließend getrocknet. Wie zuvor beschrieben ist das erfindungsgemäße
Kohleentschwefelungsverfahrcn sehr einfach
und wirtschaftlich.
Die effindungsgemäß hergestellte Kohle ist für
viele Zwecke, z. B. als Aktivkohle, brauchbar.
Man taucht mehrere 2-kg-Chargen von Braunkohlcpulver
mit 0,074 mm Korngröße jeweils in wäßrige Lösungen, die jeweils 8 kg wiegen und die in der
nachfolgenden Tabelle 1 angegebenen 8 Arten polarer Verbindungen enthalten. Das Eintauchen wird 100 Minuten
fortgesetzt, während man bisweilen rührt. Die jeweiligen Lösungen der polaren Verbindung besitzen
die in der nachfolgenden Tabelle I gegenüber den entsprecheri.fcn
polaren Verbindungen angegebenen Konzentrationen und Temperaturen. Nach Beendigung
des Eintauchens werden die Braunkohlepulver entfernt, lOmal mit 10 Liter laufendem Wasser gewaschen
und 12 Stunden bei 150°C getrocknet, wobei man entschwefelte
Kohle erhält. Die nachfolgende Tabelle II nennt den Schwefelgehalt, den Aschengehalt und den
Heizwert der Kohlepulver vor und nach der Entschwefelungsbehandlung durch die zuvor genannten
8 Arten polarer Verbindungen.
Beispiel Nr. | Polare Verbindungen | Konzentration einer | Temperatur einer | 9 |
wäßrigen Lösung, | polaren Verbindung | Ϊ | ||
die eine polare | in Lösung, in die | I | ||
Verbindung enthält | die Kohlepulver | i | ||
eingetaucht werden | ||||
(Gew.-%) | {°Q | j | ||
1 | Laurylsulfat | 0,14 | 20 | |
2 | Lc.arylsulfat | 0,04 | 40 | |
3 | Oleylsulfat | 0,13 | 20 | |
4 | Oleylsulfat | 0,02 | 35 | |
5 | Natrium-oleyl-methylaminoäthansulfonat | 0,11 | 20 | |
6 | Natrium-oleyl-methylaminoäthansulfonat | 0,01 | 35 | |
7 | Natriumdibutylnaphthalinsulfonat | 0,10 | 20 | |
8 | Natriumdibutylnaphthalinsulfonat | 0,05 | 35 | |
9 | Polyoxyäthylendodecylphenoläther | 0,11 | 20 | |
10 | Polyoxyäthylendodecylphenoläther | 0,03 | 35 | \ |
11 | Sorbitmonolauratpolyglycoläther | 0,10 | 20 | |
12 | Sorbitmonolauratpolyglycoläther | 0,05 | 35 | I |
13 | Oleylsarcosid | 0,15 | 20 | |
1 Λ | Oleylsarcosid | 0,04 | 35 | |
15 | Natrium-difn-octylJ-sulfosuccinat | 0,05 | 20 | |
16 | Natrium-diin-octy^snlfosuccinat | 0,02 | 35 | |
Probe Nr.
Schwefelgehalt
(Gew.-%)
Aschegehalt
(Gew.-%)
Heizwert
(Joule/g)
Unbehandelte | 11,63 | 41,88 | 17 874 |
Kohle | 11,56 | 40,24 | 18 253 |
1 | |||
2 | |||
Entschwefelte | 5,22 | 34,59 | 21 348 |
Kohle | 5,39 | 34,93 | 21 287 |
1 | 5,34 | 35,11 | 21408 |
2 | 5,63 | 35,61 | 21 169 |
3 | 5,28 | 34,63 | 21 355 |
4 | 5,23 | 34,71 | 21 236 |
5 | 5,39 | 34,77 | 21 420 |
6 | 5,44 | 35,91 | 21 295 |
7 | 5,30 | 35,47 | 21 395 |
8 | 5,34 | 35,44 | 21 395 |
9 | 5,29 | 36,02 | 20 971 |
10 | 5,28 | 34,88 | 21 339 |
II | 5,31 | 35,17 | 21 353 |
12 | 5,28 | 35,15 | 21 413 |
13 | 5,47 | 36,67 | 21 015 |
14 | 5,40 | 35,20 | 21 292 |
15 | |||
16 | |||
Anmerkung:
1) Analyse auf trockener Basis durchgeführt.
2) Die Proben Nr. 1 bis 16 der entschwefelten Kohle wurden jeweils mit der in der obigen Tabelle 1 angegebenen wäßrigen
Lösung der polaren Verbindungen behandelt.
Tabelle II zeigt, daß die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren entschwefelte Kohle einen weitaus
geringeren Schwefelgehalt und Aschengehalt und eine etwas erhöhte Kalorienzahl als diejenige Kohle aufweist,
die nicht entschwefelt wurde; dies beweist, daß die genannte entschwefelte Kohle zur Verwendung
insbesondere als Material fürdieTrockendestillationsindustrie
gut geeignet ist.
Das erfindungsgemäße Lösungsprinzip beruht auf der Behandlung der Kohle mit polaren Verbindungen,
d. h. mit Verbindungen, die aus einem Iipophilen und
einem hydrophilen Teil bestehen. Mit diesen Verbindüngen gelingt es, sowohl den neutralen, molekularen
Schwefel als auch den oxydierten Schwefel, d. h. Schwefel der als Sulfat vorliegt, Und reduzierten
Schwefel, d. h. Schwefel der in sulfidischer Form vorliegt, zu entfernen. Hierbei darf es sich natürlich nicht
um ein völlig unlösliches Sulfid wie Pyrit (Eiscndisulfid) handeln.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemäß zu verwendenden
Verbindungen ist zwar noch nicht vollkommen geklärt, man nimmt jedoch an, daß der lipo-
j5 phile Teil der polaren Verbindungen vorwiegend den
neutralen, molekularen Schwefel zu solubilisieren vermag, da der Schwefel eine relativ große Affinität zu
organischen Verbindungen hat, während der hydrophile Teil der erfindungsgemäß einzusetzenden Verbindungen
den ionischen Schwefel, d. h. den sulfidischen Schwefel und den Sulfuischwefei zu suivaiisieren
und zu solubilisieren vermag.
Wenn die entschwefelte Kohle in der Luft auf ungefähr
500' C erhitzt wird, tritt kein Geruch nach SO2
auf (atomarer Schwefel beginnt zu brennen und wird zu SO2, wenn er in der Luft auf 360r C erhitzt wird),
und die Asche der behandelten Kohle wird um ungefähr 5% derjenigen der nicht behandelten Kohle vermindert.
Im Hinblick auf diese Tatsache wurde festgcstellt, daß minderwertige Kohle mit einem Gehalt von
Ungefähr 11 % Schwefel durch die Einwirkung der erfindungsgemäßen polaren Verbindungen ungefähr 5%
Schwefel als wasserlösliches Sulfid verliert, wobei die verbleibenden 5% Schwefel in der behandelten Kohle
als wasserunlösliches Sulfid vorliegen.
Demgemäß ist die entschwefelte Kohle als Material für die trockene Destillation am besten geeignet, da
alle in der Kohle enthaltenen Schwefelverbindungen bei starker Erhitzung in der Luft in SO2 übergeführt
werden.
Es wurde ferner festgestellt, daß, wenn die entschwefelte
Kohle nochmals mit denselben erfindungsgemäßen Verbindungen behandelt wird, die Verminderung
des überschüssigen Schwefels innerhalb der Fehlergrenze verbleibt. Dies beweist, daß bereits eine
einzige Entschwefelung des Rohmaterials zu befriedigenden Ergebnissen führt.
Claims (1)
1. Verfahren zur Entschwefelung von Kohle, wobei man feinzerkleinerte Kohle mit in Wasser
gelösten Agenzien behandelt, anschließend mit Wasser wäscht und die Kohle dann trocknet,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Kohle mit einer wäßrigen Lösung behandelt wird, die 0,01 bis 1 Gew.-% einer polaren Verbindung
enthält, und zwar
(a) Alky !sulfat R-OSO3M
(b) Alkylsulfonat
i) E—SO3M
ii) R—CH-R
i) E—SO3M
ii) R—CH-R
SO3M
(cj Alkylarylsuifonat
(cj Alkylarylsuifonat
i) — R—l· ^)—SO3M
15
20
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Legal Events
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |