DE2727943C2

DE2727943C2 - Festbrennstoff/Wasser-Aufschlämmung

Info

Publication number: DE2727943C2
Application number: DE2727943A
Authority: DE
Inventors: John Carleton Pomona Calif. Ahlborn; Jerrold Ray Diamond Bar Calif. Denchfield; Harry Clarence San Diego Calif. Wiese
Original assignee: Texaco Development Corp
Current assignee: Texaco Development Corp
Priority date: 1976-06-24
Filing date: 1977-06-22
Publication date: 1984-03-29
Also published as: NL7706933A; IN145515B; DE2727943A1; JPS53581A; GB1522575A; FR2355904A1; BR7703805A; YU99977A; GR63649B

Description

Die Erfindung betrifft Aufschlämmungen fester Brennstoffe in Wasser mit einem hohen Feststoffgehalt und verbesserter Pumpfähigkeit, worin insbesondere mindestens 50 Gew.-% der Festbrennstoff-Partikel ein Sieb mit einer lichten Maschinenweite von 0,074 mm passieren. so

Die meisten festen Brennstoffe, wie abgebaut, enthalten schwankende Wassermengen, die in manchen Fällen bis zu 40 G ew.-% betragen oder sogar noch höher liegen, wenn es sich um minderwertigere Festbrennstoffe handelt. Dieses Wasser ist ein unerwünschter Bestandteil des Brennstoffes, besonders im Falle von Brennstoffen mit hohem Wassergehalt. Ist der abgebaute Festbrennstoff mit der Eisenbahn zum Verbraucher zu transportieren, bedeutet ein hoher Wassergehalt, daß eine große Menge nichtbrennbaren Materials ohne Heizwert mittransportiert werden muß. Wird der Festbrennstoff als Aufschlämmung durch eine Pipeline transportiert, trägt das in den Poren des Feststoffes eingeschlossene Wasser zur Bildung der Aufschlämmung nicht bei. Auch hier hat man unnütze Transportkosten.

Der notwendige Wasseranteil zur Bildung einer pumpbaren Aufschlämmung hängt von den Oberflächeneigenschaften des Festbrennstoffs ab. So hat beispielsweise der durch Partialoxidation von kohlenstoffhaltigem Material gebildete Ruß eine derart große ίο Oberfläche, daß ein über einige wenige Gew.-% dieses Rußes hinausgehender Wassergehalt zu einer nichtp-umpbaren Aufschlämmung führt.

Wird eine Aufschlämmung einem Gasgenerator als Beschickung zugeführt, ist es notwendig, den Festbrennstoff derart zu vermählen, daß der Hauptanteil desselben ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,074 mm passiert. Dadurch sind die Teilchen klein genug, um im wesentlichen vollständig während der kurzen Verweildauer in der Vergasungszone in Oxide des Kohlenstoffs umgewandelt zu werden. Gewöhnlich jedoch muß die Aufschlämmung vor dem Erreichen der Vergasungszone durch verschiedene Anlagcnteile, wie z. B. Wärmetauscher und Kompressoren, auf ihrem Weg von der Aufschlämmungs- in die Gaserzeugungszone μ befördert werden. Die Aufschlämmung muß daher gut pumpbar sein. Eine Aufschlämmung, welche aus Feststoffteilchen besteht, die ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,074 mm passieren, muß etwa 55 bis 60 Gew.-% Wasser enthalten. Eine derartige AufschyBnmung beeinträchtigt aber den Betrieb des Vergasers, da der sehr hohe Wasseranteil die Temperatur der Reaktionszone in einem solchen Ausmaß erniedrigt, daß der thermische Wirkungsgrad deutlich herabgesetzt wird. Der Wasseranteil in einer Festbrennstoff/Wasser-Aufschlämmung als Beschickung für einen Gasgenerator soll daher zwischen etwa 40 und 50 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 40 und 45 Gew.-% betragen.

Die DE-PS 15 58 969 offenbart ein Verfahren zum Transportieren von Feststoffteilchen in einer wäßrigen Trägerflüssigkeit, welche eine Aromatonsulfonat und ein Äthylenoxidpolymerisat von hohem Molekulargewicht enthält.

Die US-PS 33 41 256 betrifft ein Verfahren zur Herstellung thixotroper viskoser Flüssigkeiten und Gele als Medien zum Transport mineralischer Feststoffe. Es wird eine hochviskose wäßrige Transportflüssigkeit aus Magnesiurnsulfat-Hydrat unter Zusatz von basischen Alkali- und Erdalkalimetallverbindungen bereitgestellt.

Gemäß der DE-OS 24 22 606 wird Kohle nach Zermahlung zur Entfernung gebundenen Wassers einer Temperaturbehandlung unterzogen und sodann gegebenenfalls unterZusatz von oberflächenaktiven Mitteln sowie suspendierenden Mitteln und auch Mitteln, die die Viskosität und den Schleppwiderstand verringern, aufgeschlämmt.

Der Stand der Technik behilft sich somit, Trägerflüssigkeiten bereitzustellen bzw. die Kohle zur Entfernung gebundenen Wassers einer aufwendigen Temperaturbehandlung zu unterziehen und diverse zusätzliche Hilfsmittel der Aufschlämmung zuzusetzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die Vergasung geeignete pumpfähige Festbrennstoff/Wasser-Aufschlämmungen mit einem hohen Festbrennstoffgehalt bereitzustellen. Die Aufschlämmungen sollen im wesentlichen Feststoff-Partikel enthalten, vorzugsweise solche, die ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,074 mm passieren. Der Wassergehalt soll zwischen 40 und 50 Gew.-% liegen und die Viskosität so niedrig sein, daß eine ausreichende Pumpfähigkeit gegeben ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Bereitstellung einer Aufschlämmung gelöst, die einen Gehalt von 0,1 bis 5,0 Gew.-% NH₄OH bezogen auf deren Gesamtgewicht aufweist. Dab<;i ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, daß die Aufschlämmung einen Gehalt von 0,2 bis 3,0 Gew.-% NH₄OH aufweist. Vorzugsweise enthält die Aufschlämmung auch anionische oberflächenaktive Mittel, die aus einem Salz einer organischen Sulfonsäure in einem Anteil zwischen 0,01 und 3,0 Gew.-% bestehen. Die Anteile beziehen sich jeweils auf das Gewicht der fertigen Aufschlämmung.

Es können beliebige Festbrennstoffe, wie beispielsweise Braunkohle, Moorkohle, Steinkohle, Anthrazit und Koks, sowie Mischungen derselben, erfindungsgemäß verwendet werden. Das Verfahren ist vorzugsweise auf den Einsatz minderwertiger Kohlen, wie beispielsweise Braun- und Moorkohle, ausgelegt.

Es wurde gefunden, daß NH₄OH anderen Basen, wie z. B. KOH, überlegen ist.

Es kann jedes oberflächenaktive Mittel zugesetzt werden. Es wurde allerdings gefunden, daß anionische oberflächenaktive Mittel, die aus einem Alkali- oder

NH₄OH
NH₄OH + A
NH₄OH
NH₄OH + A
NH₄OH + A
KOH
KOH+ A
NH₄OH + B

einem Erdalkalimetallsalz einer organischen Sulfon- Fortsetzung

säure bestehen, für die Zwecke der Erfindung anderen

Typen oberflächenaktiver Mittel überlegen sind. Bei- Additiv

spiele für geeignete oberflächenaktive Mittel sind die

Calcium-, Natrium- und Ammoniumsalze organischer -, Sulfonsäure, wie 2,6-Dihydroxynaphthalinsulfonsäure und Ligninsulfonsäure. In diesem Zusammenhang wird Ammonium als Alkalimetall angesehen. Die oberflächenaktiven Mittel sollen in einem Anteil in der Aufschlämmung zwischen 0,01 und 3,0 Gew.-%, bezogen m auf die fertige Aufschlämmung, bevorzugt zwischen 0,1 und 2,0 Gew.-%, vorhanden sein.

Das Ammoniak kann als Gas zugegeben werden. Es löst sich dann im Wasser der Aufschlämmung unter Bildung von NH₄OH. Vorzugsweise wird konzentriertes \-, Amnioniumhydroxid zugegeben.

In den nachfolgenden Beispielen wird alles der Aufschlämmung zugesetzte Wasser bei der Berechnung des Gesamtgewichtes der Aufschlämmung berücksichtigt. In einigen Fällen wurde auch Festbrennstoff der Aufschlämmung zugesetzt, um den Prozentgehalt an Festbrennstoff zu Vergleichszwecken konstant zu halten.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern. Wenn auch in den Beipielen Ammoniak und das oberflächenaktive Mittel nach Bildung der Aufschlämmung zugesetzt wurden, kann die erfindungsgemäße Aufschlämmung auch mit ammouiakalischem Wasser hergestellt oder Ammoniak gleichzeitig mit dem Festbrennstoff dem Wasser zugesetzt werden. Auch das oberflächenaktive Mittel kann vor oder während der j₀ Zugabe von Ammoniak zum Wasser gegeben werden.

Beispiel 1

Die in diesem Beispiel verwendete getrocknete Kentucky-Kohle hatte folgende Siebch.i ikteristik:

Tabelle I

Gew.-% der
Aufschlämmung

Viskosität (cP)

0,33
1,93

1,93; 0,03
0,97

0,97; 0,03
0,97; 0,03
1,93

1,93; 0,03
0,97; 0,33

105 140 124 155 115 105 214 195 96

A: Na-Ligninsulfonat B: Na-SaIz der 2,6-DihydroxynaphihalinsuIfonsäure Beispiel 2

In diesem Beispiel wurde die Kohle des Beispiels 1 verwendet und eine Aufschlämmung mit 49,1 Gew.-% Feststoff, bezogen auf Trockenbasis, hergestellt. Die Viskosität dieser Aufschlämmung und die Viskositäten der mit verschiedenen Additiven versehenen Aufschlämmungen sind nachfolgend wiedergegeben:

Siebgröße (mm lichte Maschenweite)

Gew.-%

Tabelle III	Gew.-% der	Viskosität (cP)
Additiv	Aufschlämmung
	_	144
_	0,23	114
NH₄OH	0,23; 0,10	99
NH₄OH + C	0.10	106
C

0,420
0,250
0,177
0,149
0,098
0,074
0,063
0,044
- 0,044

0,08

0,12

0,28

1,92

3,56

7,28

22,20

64,48

Eine Aufschlämmung mit 51,9 Gew.-% trockener Kohle wurde hergestellt und verschiedene Additive in getrennten Portionen zugegeben. Die Viskositäten wurden mit einem STORMER-Viskosimeter bestimmt.

Tabelle II C: Ammoniumligninsulfonat

Die Ergebnisse zeigen, daß hinsichtlich der Viskositätserniedrigung der Aufschlämmung NH₄OH unerwarteterweise KOH überlegen ist und daß auch bessere

4.5 Ergebnisse erhalten werden, wenn die Kombination NH₄OH/oberflächenaktives Mittel eingesetzt wird. Durch die Verwendung dieser Additive ist es möglich, den Feststoffgchalt der Festbrennstoff/Wasser-Aufschlämmung zu erhöhen und trotzdem die Pumpbarkeit

5c: zu erhalten. B e i s ρ i e ! 3

In diesem Beispiel wurde Kentucky-Steinkohle mit folgender Siebcharakteristik eingesetzt:

Tabelle IV

Siebgröße (mm lichte Maschenweite) Gew.-% Rückstand

Additiv

A
A
A
A

Gew.-% der
Aufschlämmung

0,03
0,13
0,20
0.33

Viskosität (cP)

214
194
152
145
108

60

0,420 0,250 0,149 0,098 0,074 0,063 0.044

0,16

3,32 10,0 11,12 40.36

Fortsetzung

Siebgröße (mm lichte Maschenweite) Gew.-% Rückstand

0,037 15,56

- 0,037 19,48

Die STORMER-Viskositäten der wäßrigen Aufschlämmung^-n in verschiedenen Zusammensetzungen ergaben:

Tabelle V

ergibt. Die Ergebnisse zeigen auch, daß KOH im Gegensatz zum Ammoniak einen Viskositätsanstieg bewirkt, wenn es einer ein oberflächenaktives Mittel enthaltenden Aufschlämmung zugesetzt wird.

Beispiel 4

Es wurde die gleiche Kohle wie im Beispiel 1 verwendet Die STORMER-Viskositäten der Wasseraufschlämmungen verschiedener Zusammensetzung sind in Tabelle VI angegeben:

Tabelle VI

Gew.-%

trockener

Feststoff

Additiv Gew.-% der Viskosität (cP)

Aufschlämmung

Gew.-%

trockener

Feststoff

769 683 695

510 427 486

A und C haben die in den Tabellen II und III angegebenen Bedeutungen.

Die Ergebnisse zeigen, daß die Zugabe eines oberflächenaktiven Mittels die Viskosität der Aufschlämmung erniedrigt. Überraschend ist, daß die Ammoniakzugabe zu einer ein oberflächenaktives Mittel enthaltenden Aufschlämmung eine weitere Viskositätserniedrigung

55	-	-	0,1
55,06	KOH	0,2
55.14	KOH/C	0,6;
52,8	-	-	0,1
52,8	KOH	0,2
52,8	KOH/C	0,2;	0,2
52,8	A	0,2
52,8	KOH/A	0,2;

Additiv

Gew.-% der
Aufschlämmung

Viskosität (cP)

51,9	-	-
20 51,9	(NH₄JjS	1,83
51,9	(NH₄)JCO₃	2,0
51,9	NH₄OH	1,93

214
220
234
140

Aus der Tabelle VI ergibt sich eine Viskositätsabnahme der Aufschlämmung bei NH^OH-Zugabe und eino Viskositätszunahme der Aufschlämmung bei Zugabe von (NH₄)₂S oder (NH₄)₂CO₃.

Die Ergebnisse der Beispiele weisen also aus, daß NH₄OH unerwarteterweise dem KOH hinsichtlich der Viskositätsverminderung einer Aufschlämmung überlegen ist und daß eine Kombination von NH₄OH mit einem oberflächenaktiven Mittel zu noch besseren Ergebnissen führt. Durch die Verwendung von NH₄OH allein oder beider Additive ist es also möglich, den Feststoffgehalt einer FestbrennstofT/Wasser-Aufschlämmung unter Erhaltung der Pumpfähigkeit zu erhöhen.

Claims

Patentsprüche:

1. Festbrennstoff/Wasser-Aufschlämmung mit einem hohen Feststoffgehalt und verbesserter Pumpfähigkeit, worin insbesondere mindestens 50 Gew.-% der Festbrennstoff-Partikei ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,074 mm passieren, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 0,1 bis 5,0 Gew.-% NH₄OH bezogen auf das Gesamtgewicht der Aufschlämmung.

2. Aufschlämmung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 0,2 bis 3,0 Gew.-% NH₄OH.

3. Aufschlämmung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 0,01 bis 3,0 Gew.-% eines Salzes einer organischen Sulfonsäure als anionischem, oberflächenaktivem Mittel.

4. Aufschlämmung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Gehalt an Alkali- oderErdalkaiisaizcii einer Sulföüääure, insbesondere von 2,6-Dihydroxynaphthalinsulfonsäure oder Ligninsulfonsäure.