DE2642201A1

DE2642201A1 - Brennstoffgemisch und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2642201A1
Application number: DE19762642201
Authority: DE
Inventors: Leonard James Keller
Original assignee: Keller Corp
Current assignee: Keller Corp
Priority date: 1975-09-22
Filing date: 1976-09-20
Publication date: 1977-03-31
Also published as: FR2324712B1; FR2324712A1; AU496795B2; DE2642201C2; AU1718276A; GB1514888A; BR7606243A; US4045092A; ZA761049B; MX143658A; CA1073676A

Description

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Brennstoff gemisch, das es ermöglicht, billigen Brennstoff, wie beispielsweise Kohle, aus einer abgelegenen Lagerstätte völkreicheren Verbrauchsmärkten zugänglich zu machen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein verbessertes Brennstoffgemisch, das sämtliche erwünschten Eigenschaften einer echten Suspension hat und bei welchem trotzdem sämtliche Bestandteile brennbar sind, und zwar mit wenigen oder überhaupt keinen Schadstoffen in den Abgasen.

Seit frühester Zeit hat der Mensch auf vielerlei Art versucht,

ORlG)NAtINSPECTED

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Energie zu gewinnen. Zu der Industriellen Revolution in den Vereinigten Staaten im 19. Jahrhundert kam es, wenigstens teilweise, weil billige Energiequellen leicht verfügbar waren.

In jüngerer Zeit haben jedoch zwei Entwicklungen in den Vei— einigten Staaten eine Wiederaufwertung der herkömmlichen Technologie gebracht. Die erste ist die bemerkenswerte Aufmerksamkeit, die der Verbesserung unserer Umwelt, der Verringerung der Luftverunreinigung und dgl. gewidmet wird. Die zweite ist die sogenannte Energieknappheit, die durch die Verknappung der Lieferungen von Erdgas, Benzin und anderen Mineralölprodukten deutlich geworden ist. Eine ausgezeichnete Besprechung dieser herkömmlichen Energiequellen und ihrer Mängel befindet sich in dem Aufsatz "Hydrogen: Its Future in the Nation's Energy Economy" von W. E. Winsche, K. C. Hoffman und F. J. Salzano in SCIENCE vom 29. Juni 1973, Band 180, Nr. 4093. Darin führen die Autoren den projektierten Bedarf an in großem Maßstab zur Verfügung stehenden billigen Energiequellen an, wie beispielsweise der Kernspaltung, der solaren oder geothermischen Quellen. In diesem Aufsatz nennen die Autoren die Nachteile von verschiedenen herkömmlichen Energiequellen und preisen die Eigenschaften von Wasserstoff als einem potentiellen zukünftigen Brennstoff, da er keine Luftverunreinigung verursacht.

Es wird zunehmend deutlicher, daß gewisse ölreiche Gebiete

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der Erde in der Lage sind, einen unverhältnismäßig großen wirtschaftlichen und politischen Einfluß auszuüben, wenn kein Ersatz für die erdölhaltigen Brennstoffe gefunden wird. Ein in großem Rahmen zur Verfugung stehender Ersatz für die erdölhaltigen Brennstoffe ist Kohle. Darüberhinaus enthält die Kohle in vielen Fällen weniger Schwefel und andere Schadstoffe als die erdölhaltigen Brennstoffe. Die Kosten des Abbaus und des Transports der Kohle über große Entfernungen haben es mit sich gebracht, daß die Kohle bislang nicht mit dem Erdöl konkurrieren konnte, da Erdöl zu einem Preis von etwa 3 Dollar pro Barrel zur Verfugung stand. Mit der Zunahme des Erdölpreises auf 5 Dollar und mehr pro Barrel wird die Kohle als eine Brennstoffquelle zunehmend konkurrenzfähig. Sie könnte besonders konkurrenzfähig sein, wenn ein Weg gefunden werden könnte, die Kohle billig zu transportieren. Beispielsweise liefert Kohle Energie zu einem Preis von etwa 50 Pfennig pro 252 000 kcal (10 BTU). Große Kohlereserven stehen in den Vereinigten Staaten zur Verfügung, insbesondere in Alaska, Wyoming, Utah und den zentralen Staaten, und es gibt die Braunkohlenlagerstätten in Texas. Wie erwähnt, hat der Transport von Kohle unverhältnismäßig hohe Kosten und Schwierigkeiten verursacht. Es gibt eine Vielzahl von Vorschlägen, mit denen versucht worden ist, das Transportproblem zu losen. Beispielsweise ist es bekannt, wässerige Aufschlämmungen von Kohle zu transportieren, die bis zu 60 Gew.-% Kohle enthalten. Dieser sogenannte Wassertransport ist

aber nachteilig, da die flüssige Phase Wasser ist und damit nicht

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- unist. Wenn die sich ergebende Aufschlämmung benutzt wird, senkt sie die Verbrennungstemperaturen zu stark weil die Wasserphase verdampft werden muß. Wenn die Kohleteilchen klein genug sind, um für den sogenannten Wassertransport in Suspension zu bleiben, ergibt sich die Schwierigkeit, an dem Verbrauchsort die Trennung der Kohle von der Aufschlämmung zu erreichen. Aus diesen Gründen hat dieses Verfahren keinen großen kommerziellen Erfolg gehabt.

Den am nächsten kommenden Stand der Technik bildet die US-PS 1 681 335, in welcher stabile teigige Kohlemassen in einer Flüssigkeit, wie beispielsweise Methanol oder Isobutylalkohol, die bei der katalytischen Reduktion der Kohlenoxide unter Druck erhalten werden, beschrieben sind. Die teigigen Massen werden vorzugsweise durch den Zusatz von anorganischen oder organischen Basen stabilisiert, die in dem Alkohol lösbar sind, beispielsweise Alkalimetallhydroxide, Ammoniak, Methylamin, Pyridin, Anilin und dgl. Diese teigigen Kohlennassen können nicht über große Entfernungen durch Rohrleitungen gepumpt werden und haben weitere Nachteile, die sie für die moderne Technologie der Kohlegewinnung aus abgelegenen Lagerstätten ungeeignet machen.

Es ist somit zu erkennen, daß trotz des dringenden Bedarfes

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an mehr Brennstoffen und der leichten Verfügbarkeit billiger Brennstoffe in gewissen abgelegenen Gebieten bislang kein vollkommen zufriedenstellendes Brennstoffgemisch bekannt geworden ist* das es ermöglichen würde, diese Brennstoffe in den volkreicheren Verbrauchsgebieten verfügbar zu machen. Insbesondere hat die Erfahrung gezeigt, daß ein Brennstoffgemisch, welches die Erfordernisse der heutigen Technologieerfüllt, folgende Merkmale haben sollte, die die bislang bekannten Brennstoffe nicht haben:

1 . Das Brennstoffgemisch sollte eine kolloidale Fest/Flüssig Lösung oder ein Suspensoid sein und sich so verhalten, als wäre es eine Flüssigkeit, und genau entweder von einer Aufschlämmung, in welcher die Suspension der Teilchen durch Turbulenz aufrechterhalten wird, oder von einer kolloidalen Suspension unterscheidbar sein, in welcher die Teilchen aufgrund ihrer äußerst geringen Größe und infolgedessen aufgrund der Bröwnschen Molekularbewegung in Suspension gehalten werden.

2.. Der flüssige Brennstoff sollte einen kritischen Anteil an Feststoffen in der Flüssigkeit haben, so daß er thixotrope rheologische Scherverflüssigungseigenschaften aufweist. Das Brennstoffgemisch wird zu einer Aufschlämmung, wenn ein zu geringer Anteil an Feststoffen benutzt wird, und wird zu einer teigigen oder einer dauerhaft scherbeständigen angefeuchteten

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Masse j wenn ein zu hoher Anteil an Feststoffen benutzt wird.

So Das Brennstoffgemisch sollte seine thixotropen rheologischen Scherverdunnungseigenschaften über lange Zeitspannen behalten, wenn es in Ruhe gelagert wird,, und es sollte leicht durch schwaches Rühren in einen im wesentlichen homogenen Zustand gebracht werden können, im Gegensatz zu der starken Turbulenz, die erforderlich ist, um eine relativ homogene Suspension einer Aufschlämmung aufrechtzuerhalten»

4. Das Brennstoffgemisch sollte keine gel erzeugenden chemischen Mittel oder kolloiderzeugenden chemischen Mittel zum Aufrechterhalten einer stabilen Suspension des Teilchenmaterials in dem Suspensoid erfordern, sondern sollte die Benutzung solcher chemischer Mittel sowie von Mitteln, die für andere Zwecke hinzugefügt werden, ermöglichen, ohne daß der thixotrope Charakter des Suspensoids zerstört wird.

5, Das Brennstoffgemisch sollte kritische Teilehengrößen, Formen _s Oberflächeneigenschaften und dgl. haben, so daß es eine niedrige Absetzgeschwindigkeit unterhalb eines gewissen kritischen Maximalwerts hat,, damit die gewünschten thixotropen Scherverflüssigungseigenschaften kontrolliert und. erreicht werden können, die das Pumpen bei einer niedrigen Scheinviskosität ohne Absetzen der festen Brennstoffteilchen ermöglichen.

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6, Die thixotropen Eigenschaften des Brennstoff gemisches sollten durch mechanische Behandlung gesteigert werden, die durch Behandlung der festen Teilchen des Brennstoffes: in Gegenwart der Flüssigkeit erfolgt»

7 ο Das Brennstoffgemisch sollte eine mechanische Stabilisierung des Suspensoids durch die Größe _s die Gestalt und die Art der Teilchen bewirken und eine geeignete Größe des Zwischenraums zwischen den Teilchen oder des Volumens zur Aufnahme einer kleineren Menge an teuererem flüssigem Brenn= stoff erzeugen j, damit sich ein höherer Gehalt an den billigeren Feststoffen ergibt» Trotzdem soll das Brennst off gemisch eine leicht handhabbare flüssige Form mit geringer effektiver Viskosität haben»

8, Das Brennstoffgemisch sollte in unter niedrigem Druck stehenden dichten Behältern gelagert und durch herkömmliche Einrichtungen j zu welchen Rohrleitungen gehören, leicht transportiert werden können, ohne daß große Wassermengen für Kohle/Wasser-Aufschlämmung-Rohrleitungen erforderlich sind oder die übermäßigen Kosten der Erzeugung von synthetischen Kohlenwasserstofflussigkeiten aus Kohle für den Rohrleitungstransport anfallen.

9. Das Brennstoffgemisch sollte für eine Vielzahl von Verwendungszwecken an dem Verbrauchsort leicht in flüssige und feste Bestandteile trennbar sein und es sollte den festen

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Brennstoff mit dessen optimalem Feuchtigkeitsgehalt enthalten <,

10. Das Brennstoffgemisch sollte bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes von Wasser lagerbar oder transportierbar sein ο

11 ο Das Brennstoff gemisch sollte durch erdverlegte Rohrleitungen bei Temperaturen gepumpt werden können«, die unterhalb des Gefrierpunktes von Wasser liegen, um das Auftauen von Eis_a Tundra oder gefrorenem Boden zu verhindern oder um das Gefrieren von benachbartem Material zu erreichen sowie um den gefrorenen Zustand aufrechtzuerhalten.

12. Der flüssige Brennstoff sollte die Zufuhr von großen Mengen an Alkoholen zusammen mit der Kohle ermöglichen, wobei die Alkohole entweder direkt als Brennstoff oder als ein Ersatz für Ausgangsmaterialien und Rohstoffe für chemische Anlagen für Brennstoff, chemische oder petro— chemische Industrien oder zur billigen Umwandlung in Benzin verwendbar sein sollten.

Ziel der Erfindung ist es, ein Brennstoffgemisch und ein Herstellungsverfahren zu schaffen, durch welches eines oder mehrere der vorgenannten Merkmale erreicht werden, was mit den bekannten Gemischen und Verfahren nicht möglich war.

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Insbesondere ist es Ziel der Erfindung_s ein Brennstoffgemisch und ein Herstellungsverfahren zu schaffen, durch wetcheä mehrere der oben angegebenen und durch den Stand der Technik nicht erreichten Merkmale erzielt werden»

Ferner ist es ein besonderes Ziel derErfindüng, ein Brennstoffgemisch und ein HersteUungsverfäh schaffen, durch welches sieh samtliche der oben angegebenen erwünschten Merkmale, die durch den Stand der -Technik nicht erreicht werden, erreichen lassen.

Die Erfindung schafft ein Brennstoffgemisch, das leicht transportiert und gelagert werden kann und das keine Schadstoffemission verursacht und ein brennbares, pseudothixofcropes Flüssig/Fest-Suspensoid oder eine kolloidale Fest/Flüssig—Lösung umfaßt, das bzw, die einen kritischen Anteil an brennbaren kohlenstoffhaltigen Teilchen mit einer kritischen⁷ Absetzgeschwindigkeit enthält,. welche im wesentlichen gleichförmig in einer Lösung von Methylbrennstoff dispergiert sind_s die Methanol, Wasser und andere alkohollösliche Bestandteile enthält j die aus den brennbaren kohlenstoffhaltigen Teilchen herausgelöst worden sind»'Die brennbaren kohlenstoffhaltigen Teilchen sind in einem Anteil von 50 Gew.-% vorhanden· Die brennbaren kohlenstoffhaltigen Teilchen sind so groß und so geformt^, daß sich eine Absetzgeschwindigkeit in: Wasser v°η weniger als 2_a5 cm/s haben,

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und sie werden in Gegenwart des Methanols verarbeitet, beispielsweise in dem M ethyl brennst off, so daß sie durch das Methanol auf allen Oberflächen benetzt sind. Die brennbaren kohlenstoffhaltigen Teilchen werden in dem Flüssig/Fest-Suspensoid durch gleichmäßiges schwaches Rühren bei der Lagerung in Suspension gehalten und sie werden, wenn sie durch eine Rohrleitung gepumpt werden, nicht entmischt. Das Suspensoid hat rheologisch'e Scherverflüssigungseigenschaften, so daß es mit einer scheinbaren Viskosität, die niedriger ist als seine Viskosität im Ruhezustand, pumpbar ist.

In besonderen Ausführungsformen umfassen die brennbaren kohlenstoffhaltigen Teilchen suspendierte teilchenförmige Kohle. Die Kohle ist für eine wirksame Verbrennung ausreichend zerkleinert worden und umfaßt Teilchen mit einer Größe von 2,38 mm, wobei die Mehrzahl der Teilchen eine Größe von nicht mehr als 150 um in der Querabmessung hat. Das Suspensoid enthält die besondere Menge an besonderen, in der Größe bemessenen Kohleteilchen, so daß es ein geeignetes Verhältnis von Oberflächeninhalt zu Volumen hat. Wenn ein zu großer Oberflächeninhalt vorhanden ist, wird ein übermäßig hoher Anteil des teuereren flüssigen Methylbrennstoffes im Verhältnis zu dem der billigeren Kohle oder des festen Brennstoffes benötigt. Da der Methylbrennstoff etwa drei- bis zehnmal soviel kostet wie die feste

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Kohle, sind hoheAnteile■ "desselben unerwünschte Insbesondere sollte die Menge der Kohle mit einer. Größe von weniger als 10uunri nicht mehr als 1 % betragen,da das Verhältnisdespberflächeninhalts; zum Volumen bei dieser Größe: 100 :i beträgt.

Die Erfindung schafft also ein billiges Brennstoffgemisch■,_- das leicht transportiertund gelagert werden kann und das keine öder-nur &ine sehr geringe Schadstoffemission verursacht . Eis fst gekennzeichnet- durch ein brennbares, pseudothixotropes Flüssig/Fisst-Süspensoid, das einen kritischen Anteil von kohleteilchen;mit einer kritischen Äbsetzgeschwindigkeit enthält, die im wesentlichen gleichförmig in einer Lösung aus Methylbrennstoff -dispergiert sind, welche Methanol, Wasser und andere alköhoilösliche Bestandteile; der Kohle enthält. Die: eine kritische Größe aufweisenden und kritisch geformtenKohleteilchen werden in Gegenwart des Methylbrehnstoffes verarbeitet-_t damit sie auf sämtlichen Oberflächen benetzt Werden> so daß die Kohleteilchen durch, gleichmäßiges schwaches■ Rühren bei der Lagerung in Suspension.gehalten werden und bet dem Durchstronnen einer Rohrleitung keine Entmischung erfolgt. Das _S.uspensoid hat rheologische ScherverflüssigüngseigenscHaften, so daß es mit einer scheinbaren Viskosität pumpbar ist, die niedriger ist als seine Viskosität im Ruhezustand. ^ * ^;

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Mehrere Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schema einer Ausführungsform der

Erfindung, und

Fig. 2 ein Schema einer weiteren Ausführungs

form der Erfindung.

Der hier verwendete Ausdruck "brennbare kohlenstoffhaltige Teilchen" bedeutet irgendeines der brennbaren, Kohlenstoff enthaltenden Materialien, die die Teilchen bilden, welche die beschriebenen niedrigen Absetzgeschwindigkeiten haben und das durch Scher— oder Schubbeanspruchung flüssigwerdende Fest/Flüssig-Suspensoid bilden, das den hohen Anteil an den billigeren Feststoffen hat, wie oben als erfindungswesentlich angegeben* Zu diesen Materialien gehören Kohlenstoff enthaltende Schiefergesteine} Ruß; Pech; der Abraum, der die Waschverluste enthält, die sich bei der Kohlewäsche ergeben; und, als wichtigstes, Kohle. Da Kohle das wichtigste Material hinsichtlich der Behebung der Energiekrise in manchen industrialisierten Gebieten des Landes ist, wird die Erfindung in bezug auf diese Ausführungsform ausführlich beschrieben.

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Die Kohle, die bei der Erfindung benutzt wird, kann
jede im Handel erhältliche Kohle sein, die von der
relativ reinen und einen hohen Kohlenstoffgehalt aufweisenden Anthrazitkohle über die Fettkohle bis zu den weniger
erwünschten Weichkohlen, Braunkohlen und dgl. reicht.

Der Abbau und die Aufbereitung der Kohle sind ausführlich in der ENCYCLOPEDIA OF CHEMICAL TECHNOLOGY von Kirk-Othmer, zweite Auflage, Herausgeber Anthony Standen, Interscience Publishers, New York, 1969, Band 5, S. 606-676 beschrieben, worauf hier Bezug genommen wird. Die Kohle wird in einem Kohlebergwerk entweder im Tagebau oder
untertage abgebaut, je nachdem, wie es für die betreffende Lagerstätte am geeignetsten ist. Diese Abbauverfahren sind bekannt und auf Seite 660 der genannten Enzyklopädie von Kirk-Othmer beschrieben.

Die Aufbereitung von Kohle ist auf Seite 661 der genannten Enzyklopädie von Kirk-Othmer beschrieben. Ein Vorteil
dieses Verfahrens besteht darin, daß bei ihm die feinsten Teilchen benutzt werden können, die früher nicht verwendet werden konnten, weil die Kunden Staubkohle abgelehnt haben. Die genaue Art der Kohlen in den Kohlenlagerstätten in verschiedenen Staaten ist bislang noch nicht vollständig ermittelt worden, obgleich die Lagerstätten als ausgedehnt bekannt sind. Wenn eine Kohle eine große Menge an Fusinit

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enthält, wird sie äußerst bröcklig sein und während ihrer Aufbereitung zur Konzentration in den Feingrößenbereichen neigen. Das ist bei der Durchführung der Erfindung hilfreich, da die feinsten Teilchen direkt einer Aufschlämmanlage oder Aufschlämm vorrichtung zugeführt werden können, wodurch die Menge an zusätzlicher Arbeit verringert wird, die zur Feinstmahlung oder Pulverisierung der Kohle zur Bildung der Aufschlämmung mit dem Methyl brennstoff erforderlich ist. Ebenso werden beträchtliche Mengen an Vitrinit leicht in feine Größen von weniger als einem Millimeter zerbrechen, wodurch die Arbeit verringert wird, die eine zusätzliche Verringerung der Größe und Zerkleinerung mit sich bringt und die zur Erzielung der gewünschten Teilchengröße aufgewandt werden muß. Bekanntlich wird bei der Herstellung der feinen Teilchen die Arbeitsmenge durch den Hargrove-Index angegeben. Insbesondere gibt ein niedriger Hargrove-Index an, daß mehr Energie in der Feinstmahlanlage zur Erzeugung des Kohlenstaubes erforderlich ist. Es ist klar, daß viele der Kohlen, wie beispielsweise die Kohle aus Alaska, einen relativ hohen Hargrove-Index haben und deshalb zu ihrer Feinstmahlung relativ wenig Energie erfordern.

Das Reinigen der Kohle kann bei diesem Prozeß ebenfalls ein kleineres Problem sein, da bei diesem Prozeß feinste Teilchen zur Erzielung der vorteilhaften thixotropen Eigenschaften benutzt werden können, die der Brownschen Molekularbewegung der feinsten Teilchen in dem Endsuspensoid zugeordnet

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sind. Wenn die Kohle zu reinigen ist_s beispielsweise für eine im folgenden beschriebene Kohlevergasungsan-= lage, kann jedes der herkömmlichen Verfahren angewandt werden» Beispielsweise werden für die feinsten Teilchen häufig Waschtische benutzt. Die Reinigungsverfahren sind auf Seite 662 der oben angegebenen Enzyklopädie von Kirk-Othmer beschrieben« Die Kohle kann trockengereinigt werden, um das Trocknen zu eliminieren» Häufig ergibt sich aber eine Staubbildung durch die l_uft_a die bei dem Trockenreinigungsvorgang durch die schwingenden perforierten Tische hindurchgeblasen wird» Vorzugsweise wird eine Schaumflotation bei jeder durchgeführten Reinigungsoperation benutzt, insbesondere um die feinsten Teilchen zu bewahren» Wenn es erwünscht ist, den Gehalt an in der gereinigten Kohle enthaltenem Wasser zu reduzieren, muß eine Entwässerung durchgeführt werden. Wie im folgenden noch ausführlicher dargelegt, kann die Kohle auf einen für den Endzweck optimalen Feuchtigkeitsgehalt gebracht werden. Beispielsweise hat sich ein Feuchtigkeitsgehalt von 6 bis 8 Gew.-% als optimal für die Verbrennung herausgestellt. Gewöhnlich kann ein gewisser Wasseranteil toleriert werden und tatsächlich vorteilhaft sein, weil das Methanol dazu neigt, Wasser aufzunehmen oder aufzulösen. Tatsächlich wird das Methanol das Wasser und andere alkohollösliche Verunreinigungen auflösen oder aufnehmen und häufig eine direkte Größenvei— ringerung von gewissen geringwertigen Kohlen, wie beispielsweise

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Braunkohle und dgl., ermöglichen. Mit anderen Worten, die Auflösung der Verunreinigungen durch das Methanol bewirkt automatisch, daß die geringwertigen Kohlen in kleinere Teilchen zerfallen _s da das Wasser zum Zusammenhalten der feinen Teilchen in den größeren Kohlestücken erforderlich erscheint. Somit können bei der Entwässerung einfach schwingende Siebe oder Zentrifugen benutzt und das Erfordernis einer thermischen Trocknung vermieden werden« Eine thermische Trocknung kann jedoch angewandt werden, wenn die Kohle einer Kohlevergasungsanlage zuzuführen ist j wie sie zur Erzeugung des Methylbrennstoffes benutzt wird ο

Der Ausdruck "Methylbrennstoff*¹, der hier benutzt wird, umfaßt Methanol und reicht in der Reinheit von dem im wesentlichen reinen Zustand bis zu den Rohalkoholen, die durch die Vergasung einer Kohle erzeugt werden, an die sich eine "Methanol"- oder Alkohol synthese anschließt. Der Methylbrennstoff kann also Methanol oder ein Gemisch der niederen Alkohole umfassen, die 1 bis 4 Kohlenstoffatome enthalten. Der Methylbrennstoff kann an einem Ort in unmittelbarer Nähe des Kohleabbaus erzeugt werden oder er kann in ein Gebiet transportiert werden, in welchem das Flüssig/Fest-Suspensoid nach der Erfindung zubereitet wird.

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Die Kohlevergasung ist ebenfalls in der oben angegebenen Enzyklopädie von Kirk-Othmer sowie in zahlreichen anderen Publikationen beschrieben, auf die hier Bezug genommen wird. Es ist in jüngerer Zeit über eine Unzahl von Entwicklungen berichtet worden, die die Kohlevergasung allein sowie auch Verfeinerungen, wie die Methansynthese, erleichtern. Beispielsweise hat allein das OIL AND GAS JOURNAL eine Vielzahl solcher Berichte in den Jahren 1972 bis 1973 gebracht, vgl. 24. Juli 1972 den Bericht über die Senkung der Kosten von Ersatzgas für Erdgas (SNG) um die Hälfte; 16. Oktober 1972 bezüglich des Vergasungsverfahrens in sequentiellen Schritten;' und 22. Januar 1973 bezüglich des "The Lurgi Process Route Makes SNG from Coal", S. 90-92, einschließlich Flußdiagrammen und eines Vergasungsgefäßquerschnittes. Bei diesen veröffentlichten Verfahren wird Dampf und/oder industrieller Sauerstoff zur Herstellung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff gemäß der Gleichung I verwendet:

HOH (Darnpf)-K)₂+3C (Kohle) 3C0+H₂ (I)

Ein Teil des Gases wird einer katalytischen Kohlenoxid-Konvertierung mit Dampf ausgesetzt, um Wasserstoff zur Wasserstoffanreicherung gemäß der Gleichung II zu erzeugen:

.-■■ OCHHOH (Dampf) CO 4H (II)

Das C0_ wird aus dem gasförmigen Produkt herausgewaschen und es bleibt Wasserstoff zurück. Der Wasserstoff wird

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den gasförmigen Produkten von Gleichung I beigemischt, um ein Synthesegas zu erzeugen, das das gewünschte Verhältnis von H zu CO hat, bevor es zur Synthese des Methanols zu der Methanolsyntheseanlage gesandt wird.

In der Methanolsyntheseanlage werden die betreffenden Bestandteile, wie das Kohlenmonoxid und der Wasserstoff, vereinigt, um das Methanol synthetisch herzustellen. Diese Methanolsynthese ist auf den S. 370-398 von Band 13 der oben angegebenen Enzyklopädie von Kirk-Othmer beschrieben, auf die hier Bezug genommen wird. Gewöhnlich kommen das Kohlenmonoxid und der Wasserstoff zuerst aus dem Synthesegas, das durch die Kohlevergasung in der Kohlevergasungsanlage erhalten worden ist. Wie erwähnt, müssen das Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenmonoxid, die Temperatur und der Druck sorgfältig kontrolliert werden, damit sich bessere Methanolausbeuten ergeben. Beispielsweise begünstigt in einem herkömmlichen Verfahren die Thermodynamik die Methanbildung, wenn versucht wird, den Wasserstoff und das Kohlenmonoxid mit einem Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenmonoxid von mehr als etwa 2 zu vereinigen. Trotzdem lassen sich Ausbeuten von T 2 bis 15 % von der theoretisch möglichen Ausbeute bei Einzeldurchgängen erzielen, wobei von bis zu 26 % berichtet wird. Darüberhinaus können die betreffenden Abgase in den Kreislauf zurückgeleitet werden, um ausgezeichnete Ergebnisse zu erzielen. Beispielsweise, wenn die Methanbildung erfolgt,

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ist das Methan, das erzeugt wird, ein ausgezeichneter Bestandteil für die Synthese von Methanol. Durch die neueren Verfahren, beispielsweise durch das Niederdruckverfahren der Fa. Imperial Chemical Industries Ltd. (ICI), das ca. 1966 bis 1967 entwickelt worden ist, lassen sich bessere Ergebnisse erzielen. Die Methanolsynthesereaktion kann nun über einem verbesserten Katalysator

ο ο

bei niedrigen Temperaturen von 95 C bis 150 C und

2 bei einem Druck von nur 210 kp/cm öder weniger ausgeführt werden, im Gegensatz zu den älteren herkömmlichen Ver-

o fahren, bei welchen eine Temperatur von 205 C und

2
ein Druck von 562 kp/cm erforderlich waren. Der Druck kann niedriger sein, wenn die Temperatur höher ist.

Das neue ICI-Niederdruckverfahren wird kommerziell angewandt und ist in druckschriftlichen Veröffentlichungen beschrieben, auf die hier Bezug genommen wird, so daß sich eine ausführliche Beschreibung erübrigt . Beispielsweise berichtet Jim Morrison in einem Aufsatz "Here's How ICI Synthesizes Methanol at Low Pressure", OIL AND GAS JOURNAL, Band 66, S. 106-109, 12. Februar 1968, über eine kommerzielle Anlage. Das ICI-Niederdruckverfahren, über das dort berichtet wird, arbeitete mit Dampf-Naphta-Reforming, war aber mit jeder Quelle an Kohlenmonoxid und Wasserstoff in den richtigen Verhältnissen betreibbar.

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Es wurde ein Kupferkatalysator an Stelle des üblichen Zink-Chrom-Katalysators benutzt und es wurde bei

ο
einer Temperatur von 250 C und mit einem Druck von

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nur 50 kp/cm gearbeitet. Bei dem Verfahren, das wirtschaftliche Verfeinerungsschritte einschließt, wird das Methanol mit einer Reinheit von 99,85 % erzeugt. Wenn das Methanol als Brennstoff benutzt werden soll, kann eine geringere Reinheit zugelassen werden, was sogar noch wirtschaftlicher ist. Die Synthese von Methanol aus Methan ist ebenfalls in der oben angegebenen Enzyklopädie von Kirk-Qthmer beschrieben, auf die hier ebenfalls Bezug genommen wird. Ungeachtet des angewandten Verfahrens wird sehr wenig Energie entweder in der Kohlevergasungsanlage oder in der Methanolsyntheseanlage vergeudet, da irgendwelche Energiequellen, wie beispielsweise Abgase, die nicht in den Kreislauf zurückgeleitet werden, entweder in einer Energieerzeugungsanlage direkt, in der Kohlevergasungsanlage oder in der Methanolsyntheseanlage sowie an anderer Stelle in dem Gesamtsystem benutzt werden können.

Die Erfindung wird anhand einer Betrachtung des Verfahrens der Zubereitung des Brennstoff gemisches und anhand der anschließenden Betrachtung besonderer Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 besser verständlich.

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Das Verfahren umfaßt, insgesamt betrachtet, die folgenden Schritte. Zuerst werden die Kohleteüchen mit einer geeigneten Feinheit hergestellt. Insbesondere haben sie eine Größe bis zu etwa 2,4 mm, wobei die Mehrzahl der Teilchen eine-"Größe bis zu 150 um hat. In jedem Fall haben die Kohleteilchen eine Absetzgeschwindigkeit von weniger als 2,5 cm/s in Wasser. Die Kohleteilchen werden in Gegenwart des M ethyl brennstoff es, der das Methanol enthält, behandelt, so daß das Wasser und andere alkohollösliche Verunreinigungen aus der Kohle herausgelöst werden und die Oberfläche der Köhleteilchen aktiviert und benetzt wird. Dieser Schritt ist offenbar erforderlich, obwohl die Gründe dafür noch nicht vollkommen geklärt sind.

Schließlich ist ein brennbares pseudothixotropes Flüssig/Fest-Suspensiod hergestellt, in welchem die behandelten Kohle— teilchen, bei deren Behandlung die alkohllöslichen Verunreinigungen herausgelöst worden sind, im wesentlichen gleichförmig verteilt in der Methylbrennstofflösung enthalten sind, die die aus den Kohleteilehen herausgelösten alkohollöslichen Verunreinigungen enthält. Das Suspensoid enthält 50 bis 80 Gew.-% der behandelten Kohleteüchen und hat rheologische Scherverflüssigungseigenschaften, so daß es mit einer Scheinviskosität pumpbar ist, die niedriger ist als seine Viskosität im Ruhezustand. Außerdem kann das Suspensoid über große Entfernungen gepumpt und/oder gelagert werden und es behält trotzdem seine rheologische Scher— verflüssigungs- und Fließeigenschaft. Die Kohleteilchen werden in

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dem Suspensoid durch gleichmäßiges schwaches Rühren in Suspension gehalten, und zwar auch bei der Lagerung, und sie werden, selbst nach ruhiger Lagerung, durch ein relativ starkes Rühren oder durch irgendeine Art von erzeugter Turbulenz leicht in ein gleichmäßiges Suspensoid umgewandelt.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun anhand von Fig. 1 näher beschrieben. Kohle wird aus einer Quelle, beispielsweise einem Vorratsbehälter 11, durch einen geeigneten Brecher 13 hindurchgeführt, in welchem sie auf den gewünschten Feinheitsgrad zerkleinert wird. Vorzugsweise haben die Kohleteilchen, die von dem Brecher 13 geliefert werden, maximale Querabmessungen von etwa 6 mm. Jede herkömmliche, im Handel erhältliche Brech- und Mahlanlage kann für den Brecher 13 verwendet werden. Dazu gehören Walzenbrecher, Hammermühlen, Käfigmühlen, Kugelmühlen und dgl. Es kann hier eine billige und wirksame Anlage benutzt werden, da der Bedarf an Feinheit nicht groß ist.

Bei Bedarf kann die gemahlene Kohle in einem Trockner 14 getrocknet werden. Der Trockner 14 ist ein geschlossener Trockner, in welchem das Wasser wiedergewonnen werden kann. Das wiedergewonnene Wasser kann in einer Alkohlherstellungsanlage oder für andere Zwecke in einer entfernten Anlage, wo Wasser knapp ist, benutzt werden. Die Trocknungsanlage ist von herkömmlicher Bauart und sie kann je nach Wunsch

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entweder mit durch Kohlenfeuerung erzeugter Wärme oder mit anderer geeigneter Wärme betrieben werden. Das Wasser tritt gewöhnlich in Dampfform aus, so daß es durch für den Ort geeignete Anlagen leicht kondensiert werden kann. Beispielsweise kann an Orten mit kühlerer Temperatur, wie beispielsweise in Alaska, Wasserdampf durch geeignete Rohrleitungen leicht kondensiert werden , wohingegen an anderen Orten Lamellenwärmeaustauscher mit Gebläsen oder dgl., die Umgebungskühlluft an dem darin enthaltenen Wasserdampf vorbeiblasen, erforderlich sein können.

Andererseits kann die zerkleinerte Kohle direkt der Aufschlämmvorrichtung 15 über Fördereinrichtungen oder dgl., die durch eine Leitung 17 dargestellt sind, zugeführt werden. Bei Bedarf kann selbstverständlich eine Kombination benutzt werden, bei welcher ein Teil der Kohle getrocknet und ein Teil nicht getrocknet wird. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, den Feuchtigkeitsgehalt der Kohle für den Endzweck maßzuschneidern. Beispielsweise, wenn sie auszuscheiden und zu verbrennen ist, wird sie vorzugsweise auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 6 bis 8 Gew.-% gebracht. Überraschenderweise kann der Methylbrennstoff später abgeschieden werden, so daß die Kohle mit diesem optimalen Feuchtigkeitsgehalt zurückbleibt.

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Der Methylbrennstoff wird der Aufschlämmvorrichtung 15 aus einer geeigneten Quelle, wie beispielsweise einem Behälter 19, zugeführt. Gewöhnlich handelt es sich bei dem Behälter 19 um einen Lagertank. Es können bei Bedarf aber auch Tanklastwagen oder dgl. benutzt werden.

In der Aufschlämmvorrichtung 15 werden die teilchenförmige Kohle und der Methylbrennstoff in dem gewünschten Verhältnis gemischt und dann zur Lagerung einem Lagerbehälter 21 zugeführt. In der Aufschlämmvorr ichtu ng wird eine Aufschlämmung gebildet, obwohl die Aufschlämmung nicht über lange Strecken gepumpt werden kann und obwohl die Kohleteilchen dazu neigen, sich bei der Lagerung abzusetzen. Es handelt sich einfach um eine Mischvorrichtung, in welcher der Alkohol und die Kohleteilchen miteinander vermischt und in den Lagerbehälter 21 gepumpt werden. Vorzugsweise werden weniger als 50 Gew.-% Kohle in der Aufschlämmung verwendet, wobei der größere Teil der Aufschlämmung aus dem Methylbrennstoff besteht, der Methanol enthält. Die Aufschlämmung aus der Kohle und dem Methylbrennstoff wird für die gewünschte Zeitspanne gelagert, beispielsweise von einem bis zu mehreren Tagen oder Wochen. Vorzugsweise ist der Behälter 21 fluiddicht, so daß der Alkohol nicht verdampft und die Lagerung unendlich lange ausgedehnt werden kann. Wenn das sich durch Scher- oder Schubbeanspruchung verflüssigende Flüssig/Fest—Suspensoid nach der Erfindung hergestellt werden soll, wird die Aufschlämmung der

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Feinstmahlanlage 23 zur weiteren Verringerung der Größe der Kohleteilchen über eine Leitung 25 zugeführt. Dem Transport durch die Leitung 25 zu der Feinstmahlanlage geht, wenn sich die Kohle abgesetzt hat, ein kräftiges Umrühren der Aufschlämmung voran, um die Kohleteilchen in dem Methylbrennstoff wieder in Suspension zu bringen. Das Umrühren kann durch herkömmliche Rührer in dem Lagerbehälter 21 erfolgen. Bevor sich die Kohleteüchen wieder absetzen können, wird die Aufschlämmung durch die Leitung 25 gepumpt, und zwar mittels herkömmlicher Pumpen, die zur Handhabung solcher Aufschlämmungen vorgesehen sind, beispielsweise durch Bohrschmantpumpen oder Zementpumpen, die bei Erdölbohrungen verwendet werden. Die Feinstmahlänlage 23 kann irgendeine geeignete Brech- und Mahl- oder Zerkleinerungsvorrichtung sein, die Kohleteüchen mit der gewünschten Größe erzeugt. Es kann sich dabei um die rotierenden Mühlen, die Läufer— oder Kugelmühlen, handeln. Ein besonders bevorzugter Mühlentyp ist die Feinprallmühle mit gegenläufig rotierenden Käfigen, da sich mit dieser Mühle nahezu die optimale Teilchengröße und Verteilung erreichen lassen. Die vorherrschende Größe wird selbstverständlich durch die Muhlendrehgeschwindigkeit, die Zufuhrgeschwindigkeit und den Verdünnungsgrad der zugeführten Aufschlämmung gesteuert.

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Das von der Feinstmahlanlage 23 gelieferte Material wird dann über eine Leitung 27 einem geeigneten Sieb 29 zugeführt. Dieser Transport kann über geeignete Rinnen, durch Hindurchpumpen durch Rohrleitungen, oder dgl. erfolgen. Das Sieb 29 ist so gewählt, daß die durch einen Eindicker 31 hindurchgehenden Kohleteilchen eine für eine gute Verbrennung ausreichende Feinheit haben, wenn eine spätere Entmischung vorzunehmen und die Kohle als Staubkohle zu verbrennen ist. Im allgemeinen hat das Sieb 29 eine lichte Maschenweite irgendwo zwischen 1 mm und 0,59 mm obwohl auch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 2,36 mm benutzt werden kann. Das Sieben dient außerdem zum kontinuierlichen Überwachen der Leistung der Feinstmahlanlage, da die Kohleteilchen mit Übergröße von dem Sieb über eine Leitung 33 zu der Feinstmahlanlage 23 zurückgeleitet werden. Da im wesentlichen der gesamte flüssige Methylbrennstoff durch das Sieb 29 hindurch zu dem Eindicker 31 gelangt, können die Kohleteilchen mit Übergröße durch geeignete Förderer oder dgl. zurückgeleitet werden. Die Kohleteilchen mit Übergröße können wahlweise dem Lagerbehälter 21 , der Leitung 25 oder direkt der Feinstmahlanlage 23 zugeführt werden.

Das durch das Sieb hindurchgehende Material und die Flüssigkeit stömen, wie dargestellt, zu dem Eindicker 31 oder werden zu diesem gepumpt, in welchem der überschüssige Methylbrennstoff als Eindicker-Überlauf abgeführt wird. Der Überlauf wird zu dem

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Lagerbehälter 21 zurückgeleitet, wie durch eine Leitung 35 angegeben. Bei Bedarf kann der Überlauf zu dem Einlaß der Aufschlämmvorrichtung 15 zurückgeieitet werden, wie durch eine gestrichelte Linie 37 angegeben. Bei dem Eindicker 31 kann es sich insbesondere um eine Zentrifuge, entweder eine Schälzentrifuge oder eine Siebschleuder, oder um irgendeine andere Trennvorrichtung zum Trennen der Aufschlämmung in einen Überlauf und einen "Unterlauf" handeln. Der Überlauf ist im wesentlichen obenstehende Flüssigkeit. Der Unterlauf ist das Flüssig/Fest-Supsensoid nach der Erfindung.

Ein solcher Eindicker ist im Handel erhältlich und braucht hier nicht näher beschrieben zu werden. Eine geeignete Art einer Siebschleuder ist in der US-PS 3 433 312 beschrieben, auf die bezüglich hier nicht erläuterter Einzelheiten Bezug genommen wird.

Der Unterlauf aus dem Eindicker 31 wird gelagert, beispielsweise in einem Lagerbehälter 39. In dem sich durch Scherbeanspruchung verflüssigenden, thixotropen Flüssig/Fest-Suspensoid, welches der Unterlauf darstellt, werden die festen Teilchen durch eine Kombination von schwachem Rühren oder langsamem Bewegen und der Brown'sehen Molekularbewegung im wesentlichen gleichmäßig dispergiert gehalten. Das Suspensoid enthält vorzugsweise von 50 bis 80 Gew.-% der Kohleteilchen mit der oben angegebenen Größe, so daß es die Theologische Scherverflüssigungseigenschaft und andere erwünschte thixotrope Eigenschaften hat. Das

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Suspensoid kann solange wie nötig gelagert werden, da der Lagerbehälter 39 vorzugsweise verschlossen und fluiddicht ist, um das Verdampfen des Methylbrennstoffes oder irgendeines Bestandteils desselben zu verhindern.

Es ist in dieser Hinsicht bemerkenswert, daß der Methylbrenn— stoff, ungeachtet der Tatsache, ob es sich um relativ reines Methanol oder um einen kommerziell hergestellten Alkohol handelt, der einen überwiegenden Methanolanteil enthält, das Wasser und andere alkohollösliche Verunreinigungen aus der Kohle herauslöst, so daß die flüssige Komponente des Suspensoids selbst eine Lösung ist. Die flüssige Lösung kann auf irgendeinem Weg, der noch nicht ganz geklärt ist, mit der Kohle zusammenwirken, so daß sich in Verbindung mit der kritischen Teilchengröße, der Teilchenform und dem Teilchengehalt die oben angegebenen rheologischen Eigenschaften ergeben.

In jedem Fall wird das Suspensoid zu einem Bestimmungsort transportiert, beispielsweise unter Verwendung der dargestellten Rohrleitung oder unter Verwendung von Schiffen, Lastkähnen, Eisenbahntankwagen, Tanklastwagen oder von anderen geeigneten Einrichtungen.

Wenn das thixotrope Suspensoid in die Rohrleitung gepumpt wird, kann sein Druck an verschiedenen Stellen längs der Rohrleitung, wenn diese eine ausreichende Länge hat, durch herkömmliche Pumpvorrichtungen erhöht werden. Beispielsweise können Zentrifugalpumpen mit herkömmlichen verschleißbeständigen

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Überzügen, wie etwa Siliciumcarbid oder Steint, auf den Flügelrädern in den Pumpvorrichtungen zum Pumpen des Suspensoids durch die Rohrleitung zu einem Bestimmungsort verwendet werden. Wahlweise können selbstverständlich Verdrängerpumpen benutzt werden, wie sie bei dem Pumpen von Bohrschmant oder einer Zementaufschlammung verwendet werden. Die Rohrleitung ist eine herkömmliche Pipeline, die durch Zusammenschweißen von schmiedeeisernen Rohren entsprechend den üblichen Maschinenbau norm en und Kriterien hergestellt worden ist. Druckausgleichsbehälter und Pumpvorrichtungen können mit der Rohrleitung über geeignete Absperrorgane verbunden sein. Ein Bestimmungsort kann eine Verbrauchsanlage oder eine Lageranlage umfassen. Ferner kann der Bestimmungsort eine Kombination derselben umfassen, beispielsweise Anlagen zum Beladen von Schiffen, Eisenbahntankwagen oder Tanklastwagen zum Versand zu noch entfernteren Orten oder anderen Teilen der Welt. Gewöhnlich wird es in den kontinentalen Vereinigten Staaten oder auf dem nordamerikanischen Kontinent als vorteilhaft angesehen, eine Rohrleitung bis zum Bestimmungsort zu verwenden, da der hydraulische Transport das billigste Transportverfahren ist.

An dem endgültigen Gebrauchsort kann das Flüssig/Fest—Suspensoid als ein Brennstoff zum Heizen, zum Gebrauch in einem Kraftwerk oder für ein Verfahren verwendet werden. Andererseits kann es in seine Bestandteile Kohle und Methylbrennstoff getrennt werden und die Kohle kann als ein Brennstoff für einen Stromversorgungs— oder Industrieprozeß oder bei der

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Herstellung von Synthesegas oder dgl., das entweder einen niedrigen oder einen mittleren Wärmeinhalt hat, oder sogar für ein synthetisches Erdgas benutzt werden. Der Methylbrenn- oder kraftstoff kann für eine Vielzahl von Verwendungszwecken benutzt werden, zu welchen gehören: Spitzenlastgasturbinen, Stromerzeugung in kombiniertem Zyklus, Benzinzusatz, entweder als ein Streckmittel oder zur Umwandlung in Benzin entsprechend kürzlich patentierten Verfahren, als ein Erdgas—

brennstoffzusatz mit etwa 7 335 kcal/m , in Brennstoffzellen oder als ein Rohprodukt für die chemische Industrie. Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist, wie erwähnt, daß der Methylbrennstoff bei niedrigen Temperaturen von der Kohle getrennt werden kann, die von der Zusammensetzung abhängen und etwas oberhalb von 65 C liegen, so daß Kohle mit nahezu ihrem optimalen Feuchtigkeitsgehalt für die Verbrennung zurückbleibt.

In herkömmlichen Rohrbündelgefäßen kann das Suspensoid durch die Rohre strömen und anschließend kann der Methylbrennstoff schnell abdestülliert werden, ohne daß er sich mit den heißen Gasen in den Rohrbündelgefäßen vermischt. Deshalb erhält man aus dem Schnelldestillations- oder Kondensatgefäß relativ unverunreinigten . M ethyl brennstoff.

Das Voraufschlämmen und Lagern der Kohle-Alkohol-Aufschlämmung bewirken beträchtliche Verringerungen an erforderlicher Mahlleistung, und zwar wegen des Eindringens des Alkohols in dem Methylbrennstoff in die Kohleteilchen. Darüberhinaus

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bewirkt das Vorfertigen und Lagern der Kohle-Alkohol-Aufschlämmung, daß die einzelnen Kohleteilchen bei ihrer späteren Zerkleinerung erwünschtere Formen annehmen, wie linsenförmige, flache und unregelmäßige Formen, durch die sich niedrigere Absetzgeschwindigkeiten ergeben.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten zur Verringerung der Größe und zur Steuerung der Kenndaten der erzeugten Kohleteilchen, um eine maximale Erzeugung von langgestreckten, flachen und unregelmäßig geformten Teilchen einschließlich einer großen Vielfalt von Teilchenformen für eine noch perfektere Scherverdünnungsthixotropie zu erreichen. Eine zufriedenstellende Ausführungsform ist in Fig. 2 dargestellt. Die Kohle aus dem Behälter 11 wird in dem Brecher 13 zerkleinert. Die zerkleinerte Kohle wird einem Walzenverdichter 45 entweder direkt über die Leitung 17 oder über den Trockner 14 zugeführt, wie oben mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben. Der Walzenverdichter 45 wird druckgespeist und bildet eine ebene, tafelartige Kohleplatte. Bei diesem Prozeß treten große innere Scher- und Reißkräfte während der Verdichtung und in dem dadurch hervorgerufenen Feststoffstrom auf. Das Material wird wesentlich umgeformt, so daß sämtliche ursprünglichen Trennebenen, Zwischenräume, Einzelteilchen und Trenngrenzflächen zerstört und umorientiert werden. Diese Umorientierung tendiert zur Bildung von schieferartigem Material mit im wesentlichen parallelen Ebenen. Die Kohleplatten werden dann von dem Walzenverdichter 45 zu einem Shredder 47 geleitet. In dem Shredder 47 werden

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die Kohleplatten pulverisiert, um aus der ursprünglichen Kohle unterschiedliche Arten von Teilchen herzustellen. Insbesondere werden die einzelnen Teilchen vorwiegend langgestreckt, flach und unregelmäßig sein, was zur mechanischen Stabilisierung des Flüssig/Fest—Suspensoids erwünscht ist. Insbesondere kann der Shredder 47 eine Hammermühle oder eine Feinprallmühle sein, die die gewünschten Teilchen bildet. Die sich ergebenden Kohleteilchen werden dann der Aufschlämmvorrichtung 15 zugeführt, wo der übrige Teil des Verfahrens im wesentlichen in der oben mit Bezug auf Fig. 1 beschriebenen Weise abläuft.

Wenn das sich ergebende Flüssig/Fest-Suspensoid gleichmäßig leicht gerührt wird, ergibt sich eine Gesamtmassenbewegung, durch die die Homogenität des Suspensoids erreicht wird. Falls gewünscht oder erforderlich, kann das Suspensoid bei der Lagerung vollständig stillstehen und dann unmittelbar vor der Entnahme aus dem Lagerbehälter homogen gemacht werden.

Durch gewisse Arten von Vibration kann ein zunehmendes Zusammenbrechen der mechanischen kolloidalen Fest/Flüssig-Lösung oder des Fest/Flüssig-Kolloids bewirkt und eine Rüttel— wirkung hervorgerufen werden. Die Rüttelwirkung kann eine Verdichtung und einen Verlust der rheologischen Scherverflüssigungseigenschaft des Fluids bei zeitlich ausgedehnter Lagerung zur Folge haben. Glücklicherweise kann jedoch das Flüssig/ Fest—Suspensoid leicht in seinen vorherigen pseudothixotropen

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Suspensöidzustand, in welchem es durch Scherbeanspruchung verflüssigbar ist, zurückgebracht werden, indem es einfach umgerührt oder bewegt wird. Oft wird die Masse in einen FIuidzustand zurückversetzt, indem sie einfach in Vibration versetzt wird. Diese Vibration muß selbstverständlich hinsichtlich Intensität, Frequenz und Richtung von derjenigen wesentlich verschieden sein, die die Verdichtung in dem ersten Fall bewirkt hat.

Auf Wunsch können weitere Zusätze benutzt werden, die dem Flüssig/Fest—Suspensoid noch vollkommenere thixotrope rheologische Scherverflüssigungseigenschaften geben. Zu den geeigneten Zusätzen gehören die herkömmlichen Scherverflüssigungszusätze, die brennbar sind, und aus ZeUulosefasern gewonnen werden. Typischerweise kann es sich bei diesen um Carböxymethylzellulose, Car boxy äthylzellul öse, Carboxymetnyl· hydroxyäthylzellulose, Stärke und dgl. handeln. Andere Scherverflüssigungszusätze können leicht in der Bohrschmant— und Wasserflutungstechnologie gefunden werden, die auf Öl feldern angewandt werden.

Darüberhinaus können chemische Zusätze für andere Zwecke benutzt werden. Beispielsweise kann Calciumhydroxid benutzt werden, um den Schwefel in der Schlacke oder Asche festzuhalten, damit er nicht im Anschluß an die Verbrennung als Schadstoffgas emittiert wird. ■

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Die folgenden Beispiele veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung, die zufriedenstellende Ergebnisse gebracht haben.

Beispiel I

Anthrazitkohle wurde zerkleinert, um Teilchen mit einer Größe von bis zu 4,75 mm herzustellen, und diese -Teilchen wurden mit Methanol gemischt und für eine Zeit von etwa zwei Wochen gelagert. Anschließend wurde die Kohle in Gegenwart des Alkohols weiter zerkleinert und derart gesiebt, daß dt e gesamte Kohle durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 1 mm hindurchging und die Mehrzahl der Teilchen durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,15 mm hindurchging. Überschüssige Alkohollösung des Wassers und anderer alkohoUöslicher Verunreinigungen aus der Kohle wurde dekantiert, so daß etwa 70 Gew.-% Kohle in dem Gemisch zurückblieben.

Das sich ergebende Gemisch schien eine schwarze Masse zu sein und sah wie ein Feststoff aus. Wenn es jedoch einer Scherbeanspruchung oder Schubspannung ausgesetzt wurde, wurde seine Viskosität viel kleiner und es wurde fließfähig wie eine Flüssigkeit. Bei dem Test auf geeigneten rheologischen Testgeräten, wie beispielsweise einem rotierenden Zylinder, wobei die Scherbeanspruchung konstant blieb, erwies sich das Flüssig/Fest-Suspensoid als echt thixotrop und zeigte die Scherverflüssigung, bei welcher die Schubspannung mit der Zeit und mit der Beanspruchung abnahm.

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Es ist bemerkenswert, daß, wenn dieses Gemisch vollständig getrocknet wurde und die sich ergebenden Kohleteilchen wieder mit Methanol vermischt wurden, ohne irgendeine Bearbeitung oder Behandlung in Gegenwart des Methanols vorzunehmen, nicht dieselben rheologischen Eigenschaften erzielt wurden. Die Gründe dafür sind noch nicht vollkommen geklärt.

Es wurden mehrere andere Gemische verwendet, bei welchen Rohalkohol benutzt wurde, wie er sich bei der Methanolsynthese sowie bei änderen Verfahren ergibt. Eine Vielzahl von Kohlen, die im wesentlichen die angegebenen Teilchengrößen hatten und im wesentlichen in derselben Weise mit einem besonderen Methylbrennstoff behandelt wurden, mit welchem sie getestet wurden, bildeten alle Flüssig/Fest-Suspensoide, die die rheologischen Scherverflüssigungseigenschaften haben und leicht in eine halbflüssige Form umgewandelt werden können, in der sie gepumpt werden können, und zwar auch nach einer ruhigen Lagerung, bei der sie wie ein Feststoff erschienen. Es hat sich gezeigt, daß Feststoffchargen \/on bis zu 80 Gew.-% Kohle möglich und dieselben rheologischen Scherverflüssigungseigenschaften erzielbar sind. Bei mehr als etwa 80 Gew.-% beginnt sich eine angefeuchtete Masse zu bilden, die sich dem Strömen widersetzt, wenn eine Scherbeanspruchung ausgeübt wird. Bei' weniger als etwa 50 Gew.-% an Feststoffen wird die Aufschlämmung zu verdünnt, um die Scherverflüssigungseigenschaften aufweisen zu können.

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Das Flüssig/Fest-Suspensoid kann als solches mit sehr geri nger Schadstoffemission verbrannt werden. Andererseits können die Bestandteile getrennt werden und jeder kann mit seinen vorteilhaften Eigenschaften verbrannt werden, insbesondere wenn die Kohle einen niedrigen Schwefelgehalt hat.

Beispiel II

Dieses Beispiel zeigt, daß die Bestandteile des Brennstoffgemisches getrennt werden können und ihre ursprünglichen Eigenschaften im wesentlichen beibehalten.

Die Anthrazitkohle des Beispiels I wurde bis auf ihren optimalen Feuchtigkeitsgehalt von 7 Gew.-% getrocknet und dann mit Methylbrennstoff vermischt, der hauptsächlich Methanol enthielt, um das Suspensoid nach der Erfindung zu bilden. Nach Turbulenz, Scherbeanspruchung. Lagerung und dgl. für mehrere Wochen wurde der Methylbrennstoff

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bei etwa 67 C durch Verdampfen aus der Kohle ausgetrieben.

Die Kohle hatte im wesentlichen ihre ursprünglichen Eigenschaften einschließlich ihres optimalen Feuchtigkeitsgehalts.

Die Erfindung verspricht auf lange Sicht eine deutliche Verbesserung der Energiesituation in den Vereinigten Staaten und anderswo in der Welt. Billiger Brennstoff kann erzeugt und exportiert werden und an einem Verbrauchsort einen billigen Brennstoff bilden, der etwa 50 % des gegenwärtigen Preises

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von Rohöl kostet, wobei trotzdem der sich ergebende Brennstoff eine geringere Schadstoffemission zur Folge hat, da er einen sehr niedrigen Schwefelgehalt haben wird. Außerdem verbrennt das durch Scherbeanspruchung verflüssigbare Flüssig/Fest -Suspensoid aus Kohle und M ethyl brennstoff mit einer Flamme mit niedrigerer Temperatur, so daß im Vergleich mit herkömmlichen Brennstoffen weniger Stickstoffoxide erzeugt werden und infolgedessen die Luft weniger verschmutzt wird. Die Kohle ist sehr billig, wenn der hydraulische Transport in dem Suspensoid auf Methylbrenn— stoffbasis benutzt wird, wie bei der Erfindung. Der Methylbrennstoff, der in dem Suspensoid benutzt wird, verbrennt mit einer klaren, farblosen Flamme und im wesentlichen ohne Schadstofferzeugung. Der Methylbrennstoff ist hauptsächlich Methanol, das eine Oktanzahl in dem Bereich von 92 bis 106 hat. Als ein Hochleistungskraftstoff kann es mit etwa einem Zehntel der Emissonen von Benzin oder ähnlichen schadstoff emittier enden Kraftstoffen verbrannt werden. Das Methylbrennstoff-Kohle-Suspensoid bietet bei der Lagerung und beim Versand keine Probleme und es kann in herkömmlichen Brennstofftanks aufbewahrt und mit herkömmlichen Einrichtungen transportiert werden.

Oben sind zwar Verfahren beschrieben worden, bei welchen die Verringerung der Größe im Anschluß an die Lagerung einer Aufschlämmung aus Alkohol und Kohleteilchen erfolgt, es können

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jedoch auch andere Verfahren benutzt werden. Beispielsweise kann eine Größenverringerung der trockenen Kohle vorgenommen werden, daran muß sich aber eine Verstärkung oder Behandlung in Gegenwart des Alkohols anschließen. Beispielsweise ist es möglich, den Methylbrennstoff beim Durchgang durch eine Läufermühle mit den Teilchen der zerkleinerten Kohle zu verwenden, um die gewünschte Verstärkung zu erhalten.

Aus den vorstehenden Darlegungen ist ersichtlich, daß die Erfindung ein Brennstoffgemisch schafft, das eines, mehrere oder sämtliche oben als erwünscht und bislang durch den Stand der Technik nicht erreichbar genannten Merkmale hat.

1 . Sie schafft ein Brennstoffgemisch aus billigen brennbaren kohlenstoffhaltigen Teilchen, in welchem die Grundbestandteile Kohlenstoffteilchen und Methylbrennstoff sind, der Methylalkohol allein oder vermischt mit Äthylalkohol und höherwertigen Alkoholen, Wasser und andere alkohollösliche Bestandteile der Teilchen, wie beispielsweise Kohle, enthält.

2. Die Erfindung schafft ein Brennstoffgemisch mit einem oder mehreren der oben angegebenen Merkmale 1 bis 8.

3. Es wird ein Brennst off gemisch geschaffen, in welchem ein suspendierter, teilchenförmiger kohlenstoffhaltiger Feststoff ausreichend klein ist, so daß eine wirksame Verbrennung

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möglich ist, ob die Verbrennung als Brennstoff in Form einer kolloidalen Flüssig/Fest-Lösung oder durch gesonderte Verbrennung der Kohle in Form von Staubkohle erfolgt.

4. Außerdem schafft die Erfindung ein Brennstoffgemisch, das die Merkmale 9 bis 12 aufweist.

5. Insbesondere schafft die Erfindung ein Brennstoffgemisch, in welchem die Menge an teilchenförmigen"! Material, das auf eine sehr feine Teilchengröße mit einem hohen Verhältnis von Öberflächeninhalt zu Teilchenvolumen erkleinert ist, minimiert ist, um eine überschüssige Menge an Alkohol oder Alkoholen in dem Methylbrennstoff, der zum Bedecken der Teilchenoberfläche erforderlich ist, zu verhindern. Ein übermäßiger Oberflächeninhalt pro VoIu men einheit von teilchenförmiger Kohle würde das Verhältnis von Kohle zu Alkohl begrenzen, das erzielt werden kann, und würde deshalb die Wirtschaftlichkeit des Brennstoffes nachteilig: beeinflussen. Die Einheitskosten von Alkohol sind etwa drei- bis etwa zehnmal so groß wie die von Kohle. Infolgedessen sollte weniger als ein Prozent der Feststoffe eine Teilchengröße von weniger als TO um haben. Teilchengrößen unterhalb von etwa 0,1 xim können aufgrund der Brown'sehen Molekulärbewegung teilweise vorteilhaft sein, es ist aber nicht erwünscht, sehr viel Material in diesem Bereich zu erzeugen, da sogar bei 0,001 mm das Verhältnis von Flächeninhalt zu Volumen 1 000 : 1 beträgt.

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Claims

Patentansprüche:

1 . Brennst off gemisch, das leicht transportiert und gelagert werden kann und eine geringe Schadstoffemission verursacht, mit einem brennbaren, pseudothixotropen Flüssig/Fest-Suspensoid, das einen kritischen Anteil von brennbaren kohlenstoffhaltigen Teilchen mit einer kritischen Absetzgeschwindigkeit im wesentlichen gleichförmig verteilt in einer Lösung aus Methylbrennstoff enthält, der Methanol, Wasser und andere alkohollösliche Bestandteile der kohlenstoffhaltigen Teilchen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die kohlenstoffhaltigen Teilchen in einem Anteil von 50 bis 80 Gew.-% vorhanden sind, daß die kohlenstoffhaltigen Teilchen so groß und so gestaltet sind, daß sie eine Absetzgeschwindigkeit in Wasser von weniger als 2,5 cm/s haben, und in Gegenwart des Methanols behandelt

werden, so daß sie durch das Methanol auf allen Oberflächen benetzt sind, daß die kohlenstoffhaltigen Teilchen in dem Flüssig/ Fest-Suspensoid durch gleichmäßiges schwaches Rühren bei der Lagerung in Suspension gehalten und beim Pumpen durch eine Rohrleitung nicht ausgeschieden werden, und daß das Suspensoid Theologische Scherverflüssigungseigenschaften hat, so daß es mit einer Scheinviskosität, die niedriger ist als seine Viskosität im Ruhezustand, und über große Entfernungen pumpbar ist und lagerbar ist und trotzdem seine Fließfähigkeit behält.

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ORiGINAL IMSPECTED
2. Brennstoffgennisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die brennbaren kohlenstoffhaltigen Teilchen eine Größe bis zu 2,36 mm haben, wobei die Mehrzahl der Teilchen eine Größe bis zu 0,15 mm hat.
3. Brennstoffgennisch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssig/Fest-Suspensoid einen Scherverflüssigungszusatz enthält, durch den es ausgeprägtere Scherverflüssigungseigenschaffcen erhält.
4. Brennstoffgennisch nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Zusatz enthält zum Festhalten von Schwefel in der Schlacke und Asche während der Verbrennung.
5. Brennstoffgemisch nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß es auf eine Temperatur von weniger als 0 C abgekühlt wird, um durch eine unterird Rohrleitung in gefrorener Erde gepumpt zu werden.
6. Brennstoffgemisch nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß nicht mehr als 1 % der brennbaren kohlenstoffhaltigen Teilchen Größen von weniger als 0,01 mm in den Querabmessungen hat.
7. Brennstoffgemisch nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß einige brennbare kohlenstoffhaltige Teilchen eine Größe

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von weniger als 0,0001 mm zur Verbesserung der Thixotropie und der Suspension durch Brown'sehe Molekularbewegung haben.
8. Verfahren zum Herstellen des Brennstoffgemisches nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a. Herstellen von brennbaren kohlenstoffhaltigen Teilchen mit einer Größe bis zu 2,36 mm, wobei die Mehrzahl der kohlenstoffhaltigen Teilchen eine Größe bis zu 0,15 mm und Absetzgeschwindigkeiten von nicht mehr als 2,5 cm/s in Wasser hat;

b. Behandeln der brennbaren kohlenstoffhaltigen Teilchen in Gegenwart von Methylbrennstoff, der Methanol enthält, so daß Wasser und andere alkohollösHche Verunreinigungen herausgelöst und die Oberflächen der brennbaren kohlenstoffhaltigen Teilchen aktiviert und benetzt werden; und

c. Herstellen eines brennbaren, pseudothixotropen Flüssig/ Fest-Suspensoids, das die behandelten brennbaren kohlenstoffhaltigen Teilchen, bei deren Behandlung die alkohollöslichen Verunreinigungen herausgelöst worden sind, im wesentlichen gleichförmig verteilt in der Methylbrennstofflösung enthält, die die aus den brennbaren kohlenstoffhaltigen Teilchen herausgelösten alkohollöslichen Verunreinigungen enthält, wobei das

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Suspensoid 50 bis 80 Gew.-% der behandelten brennbaren kohlenstoffhaltigen Teilchen enthält und rheologische Schei— Verflüssigungseigenschaften hat, so daß es mit einer Schein-, viskosität, die niedriger ist als ihre Viskosität im Ruhezustand, und über große Entfernungen pumpbar und lagerbar ist, wobei es trotzdem seine Fließfähigkeit behält und wobei die brennbaren kohlenstoffhaltigen Teilchen durch gleichmäßiges Rühren bei der Lagerung in Suspension gehalten werden. ' ~~~
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die brennbaren kohlenstoffhaltigen Teilchen Kohle umfassen, daß die Schritte a. und b. ausgeführt werden, indem die Kohle grobzerkleinert, die grobzerkleinerte Kohle mit dem Methylbrennstoff aufgeschlämmt wird und die sich ergebende Aufschlämmung gelagert wird, und daß anschließend die Kohle in dem Methylbrennstoff feinzerkleinert, die feinzerkleinerte Kohle gesiebt, Kohleteilchen mit Übergröße zur Lagerung zurückgeleitet und der Schritt c. ausgeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschlämmung weniger als etwa 50 Gew.-% Kohle enthält und eingedickt wird, indem der überschüssige Methylbrennstoff durch einen Überlauf zur Lagerung zurückgeleitet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die brennbaren kohlenstoffhaltigen Teilchen Kohle umfassen

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und daß die Schritte a. und b. in folgenden Schritten ausgeführt werden:

a. Grobzerkleinern der Kohle;

b. Verdichten der grobzerkleinerten Kohle zu Platten und dgl., um die Kohleteilchen anders zu fassen;

c. Umwandeln der verdichteten Kohle in schieferartige Kohleteilchen, die eine gewünschte plattenartige Eigenschaft dünner Teilchen mit im wesentlichen parallelen Bruchflächen haben, so daß sie die gewünschte niedrige Absetzgeschwindigkeit haben;

d. Aufschlämmen der grobzerkleinerten schieferartigen Kohleteilchen mit dem Methylbrennstoff, um eine Aufschlämmung herzustellen;

e. Lagern der sich ergebenden Aufschlämmung;

f. anschließendes Feinzerkleinern der Kohle in dem Methylbrennstoff und Sieben der feinzerkleinerten Kohle, wobei Kohleteilchen mit Übergröße zur Lagerung zurückgeleitet werden; und

g. Ausführen des Schrittes c..
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschlämmung weniger als 50 Gew.-% der Kohleteilchen enthält und eingedickt wird, indem überschüssiger Methylbrennstoff über einen Überlauf zur Lagerung zurückgeleitet wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch

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gekennzeichnet, daß die kohlenstoffhaltigen Teilchen Kohle umfassen und daß das die Kohleteilchen in Methylbrennstoff enthaltende Suspensoid auf eine Temperatur unterhalb von O C abgekühlt und durch eine unterirdische Rohrleitung gepumpt wird, wodurch das Schmelzen von gefrorenen Materialien, wie etwa Tundra, längs der Rohrleitung vermieden wird.

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