DE2708969C2

DE2708969C2 - Verfahren zur Herstellung einer stabilen Kohle-Öl-Dispersion

Info

Publication number: DE2708969C2
Application number: DE2708969A
Authority: DE
Inventors: Roger Russel Pyrford Woking Surrey Cairns
Original assignee: BP PLC
Current assignee: BP PLC
Priority date: 1976-03-05
Filing date: 1977-03-02
Publication date: 1983-02-10
Also published as: AU2287477A; AU506660B2; ZA771186B; FR2343039A1; DE2708969A1; FR2343039B1; GB1523193A; BE852096A; US4330300A; PL111049B1

Description

Aufschlämmungen von Kohle in öl sind schon früher beschrieben worden, beispielsweise in der GB-PS -o 9 75 687. V, 'lrend diese Aufschlämmungen sich in Rohrleitungen ähnlich sich nicht absetzender Newtonscher-Flüs5igkeiten verhalten, scheiden sie sich beim Stehen ab. In ersfer Linie ist dies darauf zurückzuführen, daß die gebildeten Suspensionen und Dispersionen ^ keine ausreichende Stabilität besitzen und die Kohleteilchen sich nach vergleichsweise kurzer Zeit wieder absetzen, wodurch die Dispersionen zwar für den unmittelbaren Gebrauch nach ihrer Herstellung oder den Transport in Rohrleitungen, nicht aber für den w Transport durch Tanker geeignet sind; völlig ungeeignet sind die Dispersionen aber für die längere Lagerung. Es ist zwar möglich, stabile Suspensionen dadurch zu erhalten, daß die Kohleteilchen bis in den kolloidalen Bereich hinein vermählen werden, wie dies beispielswei· J* se aus der DE-PS 3 98 155 bekannt ist, doch ist auch in solchen Fällen die zusätzliche Verwendung eines Schi'tzkolloids erforderlich, um die Herstellung einer kolloiden Kohledispersion zu erleichtern. In der DE-PS 8 87 560 wird zwar die Herstellung einer angeblich »o stabilen Fließkohle beschrieben, wobei so fein gemahlen werden soll, daß praktisch alle Kohleteilchen Korngrößen von 5 bis 15 um aufweisen. Die Praxis hat aber gezeigt, daß auch bei diesem Verfahren keine Dispersion von nichtkolloiden Kohleteilchen in einem « Öl gewonnen wird, die eine für praktische Zwecke ausreichende Stabilität aufweist, die über mehrere Monate erhalten bleibt, so daß die Dispersion nicht nur über einen längeren Zeitraum ohne Absitzen gelagert, sondern nach dieser Lagerung auch noch transportiert w und als Brennstoff ohne Schwierigkeiten eingesetzt werden kann.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine KchlfiÖI-Dispersion verfügbar zu machen, die laisächlich über mehrere Monate stabil bleibt und als stabile Dispersion transportiert und gelagert werden kann. Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung einer stabilen Kohle-Öl-Dispcrsion mit einer Kohleteilchengröße, welche durch Mahlung von Kohle in Heizöl auf weniger als ΙΟμηι herabgesetzt «> wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Kohle-Öl-Dispcrsion 15 bis 55(jew.-% Kohle enthält und die Vermahlung der Kohle unter l.uftsiijsschluß durchgeführt wird.

Als stabil im Sinne der Erfindung wird eine Dispersion <" verstanden, die sich beim .Stehen bei Umgebungstemperatur während mindestens sechs Monaten nicht in Schichten ihrer Bestandteile trennt.

Der Mahlvorgang kann in einer schwingenden oder rüttelnden Kugelmühle durchgeführt werden, wobei der Luftausschluß im Falle einer schwingenden Kugelmühle leicht erreicht wird, indem diese zunächst mit dem öl und dann mit den Kugeln und der Kohle gefüllt wird. Besonders vorteilhaft ist es, die Mühle zunächst mit dem Öl zu füllen, dann die Hälfte der Kugeln, darauf die Kohle und schließlich den Rest der Kugeln zuzugeben. Im Falle einer rüttelnden Kugelmühle sollten zunächst die Kugeln eingefüllt werden, worauf dann das öl und schließlich die Kohle zugegeben werden. Wird eine Kugelmühle verwendet, ist es selbstverständlich, Kugeln aus einem Material zu verwenden, das weder mit der Kohle reagiert noch sich während des Mahlvorganges übermäßig abnutzt, nämlich Stahl- oder Glaskugeln, vorzugsweise Hartstahlkugeln. Um kleine Stahlteilchen aus der Mischung zu entfernen, kann ein Magnetfilter verwendet werden, zweckmäßig in einem Kreislaufsystem, wobei die Dispersion durch ein äußeres Magnetfilter gepumpt und dann zur Mühle zurückgeführt wird.

Als Heizöl wird vorteilhaft ein Heizöl mit einer Viskosität bei 38° C von nicht mehr als 3500 Sekunden Redwood Nr. 1 verwendet Die erwünschte Viskosität kann, wenn erforderlich, durch Verschneiden eingestellt werden. Derartige Kohle-Heizöt-Dispersionen sind insbesondere geeignet zur Verwendung in Hochöfen, Zementöfen und Kraftwerken.

Auch Dieselöl kann zum Einsatz kommen, und die Dispersionen können dann als Treibstoff für Dieselmotoren niedriger Geschwindigkeit Verwendung finden. In diesem Falle sollten die Kohleteilchen ausreichend klein sein, um nicht als Schleifmittel zu wirken, d. h. sie sollten kleiner als 2 μιτι sein.

Im Falle bestimmter schwererer Heizölfraktionen kann es notwendig sein, diese zu erhitzen, um sie ausreichend beweglich für die Verwendung als Mahlnossigkeit zu machen.

Beispiel I

Ein schweres Heizöl und eine Botswana-Kohle werden als Komponenten der Dispersion verwendet. Das Heizöl war ein Heizöl mit einer Viskosität von 3500 Sekunden Redwood Nr. I, das mit einem Gasöl mit einer Viskosität von 35 Sekunden Redwood Nr. I verschnitten war unter Bildung eines Produktes mit einer Viskosität von 950 Sekunden Redwood Nr. I. Es hatte die folgenden Eigenschaften:

Stockpunkt	2l°C
kinematische Viskosität bei
985⁰C	l7,9cSt
76,7° C	37.8 cSt
60⁰C	77,2 cSt
spezifisches Gewicht 15,6"CM5,6"C	0.953
Wassergehalt	0.6 Gew.-%

Die Kohle stammte aus dem Morupule-Kohlegebiet, Reference C 6388; Box cut Reference ADA.

Sie hatte die folgenden Werte bei der Elementaranalyse, jeweils in Gew.-%:

C	59.7
H	2.9
C)	11.3
S	2,6
N	I.J5
Aschcgehiilt	22.5

Die Kohle wurde vor dem Vermählen in Gegenwart des Heizöles bis zu einer Teilchengröße von weniger als 250 μπι Durchmesser vorgemahlen.

Die Vermahlung erfolgte in einer mit einem Rührer ausgestatteten Kugelmühle der Firma Willy Bachofen s Maschinenfabrik, Basel, Schweiz, Typ KDL, mit einem Zylinder mit einem inneren Durchmesser von 7,7 cm und einer Länge von 15 cm, der mit seiner Achse in Horizontalstellung befestigt war; die Achse wies drei Scheiben mit einem Durchmesser von 6,4 cm auf. Der m Zylinder war mit 50OmI Stahlkugeln, die einen Durchmesser von 1 mm hatten, gefüllt.

Ein Liter auf 60⁰C erwärmtes Heizöl und 660 g gemahlene Kohle wurden in einem hochtourigen Vortex-Mischer während 5 Minuten dispergiert. Ein ιϊ Liter dieses Gemisches wurde durch die oben beschriebene Mühle innerhalb von 3 Minuten hindurchgepumpt, was einer Pumpgeschwindigkeit von 333 ml/ Minute entspricht. Die Achse rotierte mit einer Geschwindigkeit von 4500 UpM, was einer Scheibenum- >u fangsgeschwindifkeit von 15 m/Sekunde entspricht.

Das Produkt wurde dann gesammelt und durch die Mühle innerhalb von 63 Minuten, also mit einer niedrigeren Fließgeschwindigkeit hindurchgegeben. Dieses Verfahren wurde dreimal mit der anfänglichen Fließgeschwindigkeit wiederholt, so daß das Produkt insgesamt fünfmal durch die Mühh hindurchgeleitet wurde mit einer Gesamtverweilzeit in dem System von 183 Minuten. Die Verweilzeit des Gemisches in der Mahlkammer der Mühle betrug etwa 6 Minuten. v>

Das erhaltene Produkt war eine dicke, schwarze, glänzende, homojcne, halbflüssige Masse, die 41 Gew.-%(32 Vol.-%) Kohle enthielt. Die Teilchengröße der Kohle war auf einen Durchmesser von etwa 2 μπι reduziert worden. Die Dispersion haue einen Stock- j; punkt von 27'C. Sie stellte ein thixotropes Material mit einem fettähnlichen Aussehen dar. Rheologische Messungen wiesen darauf hin, daß sie sich gesetzmäßig wie eine Flüssigkeit mit einer unmeßbar kleinen Fließgrenze verhält. w

Die Dispersion war 11 Monate nach der Herstellung noch beständig. Während dieser Zeit hatte die Umgebungstemperatur zwischen 18" und 33⁰C geschwankt.

Beispiel 2 ⁴ⁱ

Eine Probe einer Illinois-Kohle Nr. 6 wurde in einer weiteren Probe des Heizöles des Beispieles I mit einer Viskosität von 950 Sekunden Redwood Nr. 1 dispergiert. Die Kohle hatte gemäß Elementaranalyse die w folgenden Werte, jeweils in Gew.-%:

C	71,1
H	4,7
O	103
S	3,15
N	1,4
Aschegehalt	10,0

Die Kohle wurde vor dem Vermählen in Gegenwart des Heizöles bis zu einer TeilchengröQe von weniger als 400 μπι Durchmesser vorgemahlen. Der Mahlvorgang wurde in einer größeren, mit einem Rührer ausgestatteten Kugelmühle Typ KD 5 der Firma Willy Bachofen Maschinenfabrik durchgeführt.

Etwa i8,25 Liter Heizöl und 4,9 kg vorgemahlene Kohle wurden unter Verwendung eines geeigneten Mischers, beispielsweise eines Taumelscheibenmischer, 7 Minuten unter Bildung einer groben Dispersion dispergiert. Diese wurde zunächst mit 68 Liter pro Stunde durch die Kugelmühle gepumpt und dann mit 34 Liter pro Stunde rezykliert. Die Gesamtverweilzeit in der Mahlkammer der Mühle betrug 6,6 Minuten. Die e: haltene Dispersion enthielt 28 Gew.-% Kohle und haue eine durchschnittliche Teilchengröße von etwa 2,5 μπι.

Obwohl das Produkt unter Verwendung einer anderen Kohle und in einem größeren Maßstab hergestellt worden war, hatte es ähnliche Eigenschaften und Aussehen wie das im Beispiel 1 beschriebene Produkt Die Stabilität konnte nicht über eine solch lange Zeit untersucht werden, doch war nach 3 Monaten noch kein Anzeichen einer Trennung der Dispersion zu erkennen.

Vergleichsbeispiel

Das verwendete öl war eine Anthracenölprobe aus der Kohlepyrolyse, die bis zu einem Endwasserstofigehalt von 8 Gew.-% hydriert worden war. Die Viskosität dieses Öles betrug etwa 3 cSt bei 37,8°C.

Als Kohle wurde die Illinois-Kohle Nr. 6 verwendet, deren Einzelheiten im Beispiel 2 angegeben sind. Die Mahlung erfolgte in der Kugelmühle Typ KDL Die Mahlkammer war mit 500 ml Flußstahlkugeln, Durchmesser 1 mm, gefüllt.

4660 g des hydrierten Anthracenols wurden mit 1553 g der vorgemahlenen Kohle unter Verwendung eines hochtourigen Vortex-Mischers innerhalb 5 Minuten bei Umgebungstemperatur dispergiert. Das Gemisch wurde dann sofort durch die Kugelmühle mit einer Geschwindigkeit von rund 100 ml/Minute gepumpt und im zweiten Durchgang mit einer Geschwindigkeit von 200 ml/Minute und schließlich im dritten Durchgang mit einer Geschwindigkeit von 130 ml/Minute rezykliert. Die Gcsamtve, weil/.eit in der Mahlkammer betrug 7 bis 8 Minuten. Die erhaltene Dispersion, die 25 Gew.-% Kohle, bezogen auf das Gesamtgewicht, enthielt, hatte eine durchschnittliche Teilchengröße von rund 2 μπι.

Nach einer Lagerzeit von 3 Monaten bei Umgebungstemperaturen begann die Kohle sich abzuscheiden, erkennbar an der Bildung eines dicken Schlammes von rund 6,35 mm auf dem Boden des Behälters.

Das Vergleichsbeispiel zeigt, daß mit einem öl, das nicht eine viskose Erdölfraktion darstellt. Dispersionen gewonnen werden, die nicht beständig sind.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer stabilen Kohle-Öl-Dispersion mit einer Kohleteilchengröße, welche durch Mahlung von Kohle in Heizöl auf weniger als ΙΟμπι herabgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle-Öl-Dispersion 15 bis 55Gew.-% Kohle enthält und die Vermahlung der Kohle unter Luftausschluß durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Heizöl mit einer Viskosität von nicht mehr als 3500 Sekunden Redwood Nr. 1 verwendet wird.

II)