DE2942122A1

DE2942122A1 - Suspension und verfahren zur herstellung

Info

Publication number: DE2942122A1
Application number: DE19792942122
Authority: DE
Inventors: Jun Edgar Williams Sawyer
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: Floridin Co Berkeley Springs Wva Us
Priority date: 1978-10-26
Filing date: 1979-10-18
Publication date: 1980-05-08
Also published as: FR2439814B2; JPS5560593A; GB2040307A; US4251230A; FR2439814A2; JPS5651200B2; BE879650R; DE2942122C2

Description

Die Priorität der Anmeldung Nr. 955065 vom 26. Oktober 1978 in den Vereinigten Staaten von Amerika wird beansprucht.

Die Erfindung betrifft Suspensionen von Kohlenstoffhaltigen Feststoffteilchen wie Kohlestaub in einer brennbaren Flüssigkeit, die gegen Sedimentation stabilisiert sind, wobei die Suspensionen so stabil sind, daß sie über größere Strecken transportiert werden können. Die Erfindung betrifft insbesondere auch ein Verfahren zur Herstellung derartiger Suspensionen.

In der Hauptanmeldung P 28 27 168.3 wird eine Suspension eines brennbaren Feststoffes in einer organischen Flüssigkeit sowie die Herstellung der Suspension beschrieben, wobei bei niedriger Scherkraft die Viskosität der Suspension verhältnismäßig hoch und bei hoher Scherkraft verhältnismäßig niedrig ist. Die Suspension besteht dabei aus 35 bis 70 Gewichtsprozent an brennbaren teilchenförmigen» Feststoff, 28 bis 56 Gewichtsprozent an organischer Flüssigkeit, 0,5 bis 3 Gewichtsprozent an gelbildendem Ton sowie 0,1 bis 1 Gewichtsprozent an organischem Oberflächenbehandlungsmittel.

Die ständig steigenden Kosten von Heizöl als Energiequelle und die vorhergesagte Erschöpfung dieser Quelle legen den Verbrauch anderer fossiler Brennstoffe als Heizölersatz nahe. Der Oberfluß an Kohle und ihre leichte Zugänglichkeit stellen geradezu eine Notwendigkeit dar, Heizöl wo auch immer möglich direkt durch Kohle zu ersetzen.

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Eine Reihe von Faktoren haben den unmittelbaren Ersatz von Heizöl durch Kohle jedoch bisher behindert. Einer der Faktoren ist die Schwierigkeit des Transports von Kohle in großen Mengen vom Gewinnungsort zu dem Ort, an dem sie gebraucht wird. Ein weiterer wichtiger in Betracht zu ziehender Faktor ist die Auswirkung der Nebenprodukte der Kohleverbrennung auf die Umwelt. Das Problem des Kohletransports über große Strecken wird in der US-Patentanmeldung Serial No. 595 471 vom 14. Juli 1975 behandelt. Darin wird die Ausbildung einer stabilen Suspension von fein verteiltem Kohlestaub in Wasser zum Zweck eine erfolgreichen Transports über lange Strecken in Rohrleitungen beschrieben. Ein dritter Faktor von wesentlicher Bedeutung ist die Notwendigkeit, eine ölverbrennungsanlage in eine entsprechende Anlage zum Verbrennen von Kohle umzuwandeln.

Um die Auswirkungen der Kohleverbrennung auf die Umwelt zu verringern, wird die Kohle nicht direkt als Ersatz von Heizöl als Energiequelle eingesetzt, sondern sie ersetzt nur teilweise das Heizöl und wird in Kombination mit diesem verbrannt. Der Zusatz von fein verteiltem Kohlestaub in einer* brennbaren organischen Flüssikeit ist aus der US-Patentschrift 1 390 228 vom 06. September 1921 bekannt. Diese Patentschrift beschreibt die Anwendung von nahezu 30% fein pulverisiertem Kohlestaub als Zusatz zu Heizöl und lehrt den Zusatz von Fett auf der Basis von Kalk-Harz als Mittel zur Suspendierung des fein verteilten Kohlestaubs in dem öl. Um die Mischung aus Kohlestaub und Heizöl in Rohrleitungen über lange Strecken zu transportieren, wird mechanische Leistung verbraucht, um die Kohlestaubaufschlämmung in der Rohrleitung weiter zubewegen, und diese muß in bestimmten Abständen anwendet werden, damit die Aufschlämmung in Bewegung bleibt bis zum Bestimmungsort.

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Obgleich eine Vielfalt von Mitteln vorgeschlagen wurde, mit deren Hilfe fein pulverisierter Kohlestaüb in unterschiedlichen Sorten von Heizöl suspendiert werden kann, erwiesen sich die vorhandenen Suspensionen aufgrund der unterschiedlichen und strengen Anforderungen bezüglich der Lagerung, des Abpumpens und des Versprühens der Suspension bisher als kommerziell unbrauchbar. Eindicker, die dem Heizöl zugesetzt wurden, um die Kohlenstaiubteilchen in Suspension zu halten, vertrugen sich nicht mit den Fließeigenschaften der Kohlestaub-Heizöl-Mischung und verhinderten einen Transport der Suspension durch Rohrleitungen sowie ein Versprühen derselben zu feinen, gut brennenden Tröpfchen in der Zerstäubungskammer.

Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, die in der Hauptanmeldung P 28 27 168.3 beschriebene Suspension und deren Herstellungsweise noch zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst, zweckmäßige Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung ermöglicht somit eine wirtschaftlich herstellbare Suspension von Kohlenstoffteilchen, wie z.B.

Kohlestaub, in einer brennbaren Flüssigkeit, bestehend aus

stqff
einem Kohlenwasser wie z.B. Heizöl, die pseudoplastische Fließeigenschaften zeigt. Die Suspension besitzt gute Stabilität bei niedrigen Scherraten und gute Abpumpbarkeit und gute Sprühbarkeit bei höheren Scherraten. Der Zusatz niedriger Konzentrationen einer Mischung aus gelbildendem Ton und einem Oberflächenbehandlungsmittel zu der Kohle-Heizöl-Suspension ergibt stabile Suspensionen, die über . längere Zeiten ohne Absetzen gelagert werden können und doch über große Strecken leicht mit Hilfe von Pumpen weiterbefördert werden können, ohne daß eine besonders hohe Leistung erforderlich ist und ohne daß die Eigenschaften bezüglich einer stabilen Suspension verlorengehen. Ferner können sie

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durch eine Brennerdüse mit Leichtigkeit während des Verbrennungsvorgangs versprüht werden, so daß auf leichtere Brenner umgestellt werden kann.

Die Kohlestaubsuspensionen nach der genannten US-Patentanmeldung stellen Suspension in Wasser dar, die über einen längeren Zeitraum stabil sind und die leicht über lange Strecken gepumpt werden können. Die Kohlestaub-Wasser-Suspensionen mit sorgfältig geregelten Mengen an gelbildendem Ton zeigen pseudoplastische Fließeigenschaften. Im Ruhezustand haben die Suspensionen eine beachtliche Gelstruktur. Bei niedrigen Scherraten zeigen die Suspensionen hohe Viskosität und sind sehr stabil, so daß, wenn sie nicht abgepumpt werden, z.B.,wenn sie in den Rohrleitungen stehen oder in Tankwagen transportiert werden, die Kohlestaubteilchen in Suspension bleiben. Bei höheren Scherraten, wie sie z.B. während des Transports, Mischens, Pumpens und Versprühens auftreten, zeigen die Suspensionen niedrige Viskosität. Um die in Zusammenhang mit fein pulversisiertem Kohlestaub in organischen Systemen auftretenden Probleme zu lösen, wurde herausgefunden, daß das Einarbeiten von geringen Mengen gelbildendem Tons und eines Oberflächenbehandlungsmittels dazu führte, daß die Kohlestaub-Heizöl-Suspensionen pseudoplastische Eigenschaften aufweisen. Um eine stabile, homogen gelierte Dispersion von Kohlestaubteilchen in öl zu bilden, wurden Mischungen aus gelbildenden Tonen und unterschiedlichen Oberflächenbehandlungsmitteln untersucht, um Systeme zu finden, in denen sowohl die Kohle als auch der Ton bei nachfolgender Ausflockung in dem öl dispergiert werden können.

Obgleich die Erfindung darauf abzielt, stabile Suspensionen von Kohlestaub in organischen Flüssigkeiten zum Zweck der Herstellung einer brauchbaren Brennmischung aus Kohle in öl herzustellen, die stabil ist und gute Abpumpeigenschaften

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besitzt, stellt dies nur ein Beispiel dar. Die Erfindung findet leicht Anwendung in Verbindung mit anderen brennbaren Feststoffpulvern. Hierhin gehören Kohlenstoffhaltige Substanzen, die durch Pulverisieren in kleine Teilchen übergeführt werden können, wie z.B. Anthrazit, Halbanthrazit, bituminöse und halbbituminöse Kohlen, Holzkohle, Anthrazitstaub und Schlamm, Butimenschlake, Koks, Glisonit-Asphalt, Braunkohle, Fettkohle und andere halbfossile Materialien.

Die Erfindung findet weiterhin Anwendung unter Zusatz von anderen brennbaren Flüssigkeiten. Im Allgemeinen können alle flüssigen Kohlenwasserstoffe, die brennbar und mit anderen wie öle, Teerstoffe und Pech mischbar sind, als Suspensionsmittel bei der Ausbildung eines transportierbaren Brennstoffes aus Kohlenstoffteilchen Verwendung finden. Beispielsweise können derartige flüssige Kohlenwasserstoffe wie Heizöl, Kerosin, flüssige Destillationsrückstände und Destillationsöle oder Teer, wobei unter den Destillationsöl oder Teer der Rückstand verstanden wird, der nach dem Cracken von Parafinen unter Druck als Rückstand verbleibt. Verschiedene flüssige Kohlenwasserstoffe können beigemischt werden.

Die Suspensionen werden auf zwei verschiedene Weisen hergestellt. Das erste Verfahren besteht in der Herstellung einer Gelvorstufe, bei der der Ton und das organische Oberflächenbehandlungsmittel zuerst in hoher Konzentration in Heizöl geliert und dann zur Herstellung der entgültigen Zusammensetzung in weiteres Heizöl und die Kohle eingerührt werden. Als gelbindender Ton wird ein coliidales Attapulgitprodukt verwendet. Es kann auch JBentonit, Sepiolit und Palygorskit eingesetzt werden.

Das zweite Verfahren, die direkte Herstellung, besteht in der Zusammengabe von Heizöl, organischen Oberflächenbe-

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ORIGINAL (NSPECTEO

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handlungsmitteln, Ton und Kohlestaub unter Rühren in einem Schnellaufmischer. Bei allen geprüften Beispielen ergab die Methode der Gelvorstufe höhere Viskosität in der entgültigen Mischung in Abhängigkeit von der Menge an Ton und Oberflächenbehandlungsmittel. Zu Bestimmung der Stabilität der Suspensionen über einen längeren Zeitraum hinweg wurden die Ablesungen der Viskositätswerte zunächst nach 24 Stunden und schließlich am Ende einer Woche vorgenommen. Die Suspensionen wurden in Behältern gelagert und visuell nach längeren Zeitabschnitten'untersucht. In den folgenden Beispielen wurde Bitumenkohle mit einem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen von 40% und einem Aschegehalt von 7% in einer Raymond-Kugelmühle so gemahlen, daß 88% der Teilchen unter 0,074 mm lagen. Mobil-Heizöl Nr. 2 wurde als organische Flüssigkeit verwendet, und MIN-U-GEL 200, ein colloidales Attapulgit-Produkt der Pennsylvania Glass Sand Corporation, diente als Ton. Zur Bestimmung der rheologischen Eigenschaften der Suspensionen wurde die Viskosität in einem Brookfield-Viskometer bei zwei verschiedenen Geschwindigkeiten gemessen. Eine Viskosimeter-Geschwindigkeit von 10 Umdrehungen pro Minute wurde zur Bestimmung der Viskosität der Suspension bei niedrigen Scherraten gewählt. Das Viskosimeter wurde auch bei 100 Umdrehungen pro Minute zur Anzeige der Fließeigenschaften bei höheren Scherraten abgelesen. Die Viskositätswerte der Suspension bei 10 Umdrehungen pro Minute ergaben eine gute Anzeige für die Stabilität der Suspension gegen Absetzen. Die Viskositätswerte bei 100 Umdrehungen pro Minute geben einen Hinweis auf die Pumpbarkeit und die Sprühbarkeit. Ein guter Hinweis auf die gewünschten rheologischen Eigenschaften der Suspensionen ist das "thixotrope Verhältnis", das definiert ist durch das Verhältnis der Ablesunq in cP (c.p.s.) bei 10 Umdrehunaen oro Minute zu der Ablesunq bei 100 Umdrehungen pro Minute. Der Tiefstwert der Viskosität bei 100 Umdrehungen pro Minute liegt bei 150OcP mit einem thixotropen "Verhältnis von ca. 2:1 für gute Fließeigenschaften

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ohne Absetzen. Die Beobachtung der Absetzung läßt sich am besten visuell durchführen, da die Gelstärke und der das Zusammenbacken verhindernde Effekt des zugesetzten Tons den Grad des Zusammenbackens bestimmt, der beobachtet werden kann, wenn die Suspension eine bestimmte Zeit ohne Durchmischen stehengelassen werden.

GelStufensuspensionen

In den folgenden zwei Beispielen sind die drei Gelvorstufen wie folgt zusammengesetzt:

Gewichtsprozent

öl 352 g 88

Oberflächenbehandlungsmittel 8 g 2

Ton 40 g 10

Gesamt _{400 g 100}

Die Tonkonzentration für die Gelvorstufe wurde auf 10 Gewichtsprozent der Gesamtmenge festgelegt und das Verhältnis von Ton zu Oberflächenbehandlungsmittel auf 5:1 fixiert. Als Obefflächenbehandlungsmittel wurden die nachstehend
angeführten Substanzen verwendet:

Varine 0 (Northern Petrochemical Company). Dieses Oberflächenbehandlungsmittel ist ein Reaktionsprodukt aus ölsäure und Amino-Ä'thyläthanolamin. Es wird zu den Imidazolinen gezählt.

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ORlQMAL INSPECTED

-I₁-

E.W. Sawyer - 6*

Monazolin T (Mona Industries Inc.) Dieses Oberflächenbehandlungsmittel ist ein Reaktionsprodukt aus Tallöl-Fettsäure und Aminoäthyläthanolamin und ebenfalls zu den Imidazolinen zu zählen.

Tergitol NPX (Union Carbide Corporation). Dieses Oberflachcnbehandlungsmittel besteht aus Dodecylphcnol, das mit 8 bis 9 Mol Äthylenoxid kondensiert ist.

Die beiden ersten Substanzen sind cationische Mittel, während das Tergitol NPX ein nichtionischer Stoff ist. Zur Bestimmung der Eigenschaften der nachstehenden Suspensionen wurden visuelle Beobachtungen zusammen mit der Bestimmung der Viskosität mittels des Brookfild-Viskosimeters durchgeführt. Die Gelvorstufen, die auf den zuvor gegebenen Zusammensetzungen basierten, sind mit A, B und C bezeichnet entsprechend dem bei der Ausbildung der Gel-vorstufe verwendeten Oberflächenbehandlungsmittel. Dabei bedeuten: Λ = Monazolin T, B = Tergitol NPX und C = Varine 0.

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ο u> O O

CD O

OD

	Gesamt	Ton	50	Beispiel I	%	60 S	200	S	g	40	Ansatz	1	Ansatz	g	1	2
	Oberflächenbehand-		Kontrolle	Gew.%		300	Gew.%	g	60	Gelvorstufe	B (60 %)	Gelvorstufe	g		β (so %:
	lungsnittel	250 g	50	-		-		Gew. %		_2		Gew.%
χ	Ibn/Obe rflächenbe-	250 g	50	500	g		100 g	20	200	g	40
öl⁺	hand lur.gsrü ttel	-	-	0		0	300 g	60	250	g	50
Kohlestaub		500 g					100 g	20	50		10
Gelvorstufe	setzt	O	O	0		0	500 g		500	g
						10 g	2,0	5		1,0
	O	O	-		-
					2 g	0,4	1	0,2
-	-
dünn,				5/1		5/1
	sich schnell ab	zu dick.		dünr

+ Wenn Gelvorstufen verwendet wurden, wurde zusätzlich Öl zu den Gelvorstufen hinzugefügt. Bei Ansatz 1 betrug die Gesamtölmenge 31,6 %, bei Ansatz 2 48,8 %.

Auswertunq

	Viskosität cP 10/100 U/min	-	4000/1080
	Beginn	schwerer Schlamm	schwerer Schlartm
ι	24 Stunden	abgesetzt zu hartem Kuchen	abgesetzt zu hartem Kuchen
Ia) I	1 Woche

1000/180

900/140 _λ kein Sediment, 10 % SN

200/108 _, kein Sediment, 20 % SN

+SN = klare, überstehende Flüssigkeit

IN)

E.W. Sawyer - 6 ^x

Die Ansätze 1 und 2 aus Beispiel 1 zeigen an, daß die Kohle-Staubkonzentration von 60 % mit einem Zusatz von 2 % Ton zu einer Suspension führt, die zum Abpumpen zu dick ist. Der Ansatz aus Beispiel 1 besitzt eine Kohlestaubkonzentration von 50 % und eine Tonkonzentration von 1 % und führt zu einer Suspension, die ziemlich dünn war und deren Viskosität, obgleich sie zu Beginn schon niedrig war, nach einer Woche noch weiter merklich abnahm unter Bildung von 20 % klarer, überstehender Flüssigkeit. Die folgenden Ansätze wurden mit drei Oberflächenbehandlungsmitteln vorgenommen, um Ergebnisse bei dazwischenliegenden Kohlestaubkonzentrationen zu erhalten.

	Öl	Ton	150 g	Beispiel	2	150 g	B Gew.%	Ansatz 5	C Gew.S
	Gelvorstufe	Cberflächenbehand-	75 g		Ansatz 4	75 g	30	Gelvorstufe	30
	Kohlestaub	lungsmittel	275 g	A Gew.% Gelvorstufe	275 g	15	150 g	15
Ansatz 3	Gesamt	Tai/Oberflächenbe-	500 g	30	500 g	55	75 g	55
Gelvorstufe	handlungsmittel	7,5 g	15	7,5 g		275 g
	55		1,5	500 g	1,5
1,5 g		1,5 g		7,5 g
	1,5		0,3		0,3
5/1		5/1		1,5 g
0,3
			5/1

Brookfield-Viskosität cP

Beginn 10/100 U/min

24 Stunden 10/100 U/min

1 Woche

7200/870

7600/900 kein Sediment wenig SN

84O0/1010 kein Sediment 1 % SN⁺

12.000/1560

12.200/1540 kein Sediment wenig SN⁺

11,700/1580 kein Sediment 2 % SN⁺

+SN = klare, überstehende Flüssigkeit

6400/1560

5000/880 kein Sediment 3 % SN⁺

4200/800 wenig Schlanni 5 % SN⁺

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Die Ansätze 3, 4 und 5 in Beispiel 2 besitzen eine Kohlestaubkonzcntration von 55 % und eine Konzentration an zugesetztem Ton von 1,5 %; sie besitzen gute rheologische Eigenschaften bei allen drei geprüften Gelvorstufen.

Direkte Zusammensetzung

Die folgenden Beispiele wurden durch unmittelbares Zusammengeben von Öl, Kohlestaub, Ton und Oberflächenbehandlungsmittel ohne Gelvorstufe hergestellt. Die rheologischen Eigenschaften wurden mit Hilfe eines Brookfield-Viskosimeters und visualler Beobachtungen wie in den obigen Beispielen bestimmt.

Beispiel 3 Ansatz 6 Gew.% Ansatz 7 Gew.% Ansatz 8 Gew.%

Öl	216	g	43,2	216	g	43,	2	172	,8	g	43,	2
Varine 0	1,5	g	0,3	-		-		-			-
Monazolin T	-		-	1,5	g	o,	3	-			-
Tergitol NPX	-		-	-		-		1	,2	g	0,	3
Ton	7,5	g	1,5	7,5	g	1,	5	6	,0	g	1,	5
Kchlestaub	275	g	55,0	275	g	55,	0	220		g	55,	0
Ges.amt	500	g		500	g			500		g
Ton/Oberflächcnbe- handlunysmittel	5/1			5/1				5/1

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Beispiel 3 (Fortsetzung) Brookfield-Viskositätät cP

Ansatz 6 Ansatz 7 Ansatz 8

Beginn

10/1 CX) U/min 600/180 1250/275 2200/4GO

dünn dünn mittlere V.i:jkos.i.t«il

24 .Stunden 700/316 800/275 1060/300

10/100 U/min kein Sediment kein Sediment kein Sediment

10 % SN⁺ 5 % SN⁺ 5 % SN

1 Woche 800/220 . 1200/305 , 1150/330 ,

10/100 U/min wenig Schlaimr weniq Sediument^ wenig Sediment*"

20 % SN⁺ 10 % SN 10 % SN⁺

+SN = klare, überstehende Flüssigkeit ■f = leicht erneut in dispergierten Zustand zu bringen

Beispiel 3 zeigt, daß die Suspensionen zu dünn waren, um eine gute Stabilität über die Testzeit von einer Woche zu gewährleisten. Das wird deutlich durch das Auftreten einer geringen Schlamm- und Sedimentbildung in den Ansätzen 6, 7 und 8 nach einer Woche. Es muß jedoch gesagt werden, daß, obwohl etwas Kohlestaub sich nach einer Lagerzeit von einer Woche abgesetzt hat, dieser leicht wieder zu dispergieren war und keinen harten Kuchen darstellte.

Die zwei folgenden Beispiele zeigen den Effekt von veränderten Tpnprozenten, Ton/Oberflächenbehandlungsmittel-Verhältnissen und Prozenten an Kohlestaub auf die rheologischen Eigenschaften der resultierenden Suspensionen.

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Cberflächenbehandlungsmittcl

Oberflächcnbehandlungsmittel

Kohlentaub

Gesamt

Ton/Ober flächenbehandlungsmittel

Be i s	piel	4	■ 5 5 O O	187,5 2,5 10,0 300,0	g g g g	Gew.?,	Ansatz 11 1erqitoi NPX	6 g 9 g 5 g 0 g	Gcw.%
		500,0	g	37,5 0,5 2,0 60,0	190, 1, 7, 300,	Og	38,12 0,38 1,5 60,0
Ansatz 9 Ansatz 10 Mcnazolin T Gew.% Monazolin T			500,
212,5 g 42, 2,5 g 0, 10,0 g 2, 275,0 g 55,
500,0 g

4/1

4/1 4/1

Brookfieüd-Viskosität cP

Beginn
10/100 U/min

1500/360 dünn 10.200/2500
dick

11.600/3480 dick

24 Stunden
10/100 U/min

1500/440

5 % SN⁺

kein Sediment 12.400/2880

2 % SN⁺ kein Sediment

8800/2840

2 % SN⁺

kein Sediment

Ansatz Tergitol

Beispiel

Ansatz Mcnazo-Ansatz 14
Tergitol

NPX

Gew.% lin T Gew.% NPX Gew.

. Ansatz 15

MonaZO-

lin T Gew.%

Öl 190 g 38,0

Cberflächcnbehand-

lungsmittel 2,5 g 0,5

Ton 7,5 g 1,5

g 38,0 216,25 g 43,25 216,25 g 43,25

2,5 g 0,5 7,5 g 1,5 1,25 g 0,25
7,5 g 1,5

1,25 g 0,25 7,5 g 1,5

Kohlestaub 300 g 60,0 300 g 60,0 275 g 55,0 275 g 55,0

500 g

Ton/Oberflächenbehandlungsmittel 3/1 3/1

Brookfiold-Viskosität cP

500

6/1 500

6/1

Beginn 10800/3720 4800/1200 4800/920

10/100 U/min dick mitteldünn dünn

24 Stunden 124OO/>-4O0O 7600/188Ο 2200/600

10/100 U/niin Spuren SN⁺ 1 % SN⁺ 5 % SN⁺ Gel 2400/520
dünn

1800/520
5 % SN⁺

+SN = klare, überstehende Flüssigkeit - 17 -

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Gemäß der vorliegenden Erfindung lassen sich andere Oberflächenaktive Mittel in Verbindung mit den gelbildenden Tonen zur Stabilisierung der Suspensionen von Kohlestaub in brennbaren Kohlenwasserstoffen einarbeiten. Derartige organische Mttel sind Alkanolamide von Carbonsäuren. Als Beispiele hierfür seien genannt: Monoäthanolamin, Diäthanolamin, Mono-Isopropanolamin und Diisopropanolamin. Als Säurekomponenteh können Fettsäuren mit 12 bis hinauf zu 18 C-Atomen, d.h. also von der Laurinsäure bis zur Stearinsäure, verwendet werden. Ungesättigte Fettsäuren wie säure sind ebenfalls einsetzbar. Die Alkanolamide der Carbonsäuren haben den Vorteil, daß sie gegenüber den in den Beispielen beschriebenen Oberflächenbehandlungsmittel billiger sind. Sie lassen sich vorab herstellen oder können in der Öl-Kohle-Mischung in -sito gebildet werden. In letzterem Fall wird die Fettsäure und das Amin dem Heizöl zugegeben, dieses dann erhitzt und der Tonunter Rühren zugefügt, gefolgt von dem ebenfalls unter Rühren ablaufenden Zusatz des Kohlepulvers. Die Reaktion mag dabei wie folgt ablaufen;

^HOC2^H4^NH2^+C17^H33^COOH C₁₇H₃₃COONH₃C₂H₄OH -» C₁₇H₃

Sowohl das Monoäthanolaminsalz der Fettsäure wie auch das Amid derselben wirken als Dispergiermittel für den Ton und die Kohle, jedoch gibt nur das Amid eine Gelstruktur mit dem Ton. Die Gelstruktur bewirkt eine Suspendierung der dispergierten Kohlenstaubteilchen und stabilisiert die Kohle-Heizöl-Mischung .

Um den Zusatz von Amin und Fettsäure zu erleichtern, kann das Salz als 10% Lösung (oder Emulsion) in Wasser als Vorstufe hergestellt werden. Dies geschieht durch Einbringen der berechneten Menge an Alkananolamin in Wasser und Zugabe der

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Fettsäure unter Rühren. Enthält die verwendete Fettsäure bei Raumtemperatur feste Anteile, so läßt sich die Reaktionsgeschwindigkeit erhöhen, und zwar durch

1. durch Erhitzen der Säure Bis zum Flüssigwerden,

2. Erhitzen des Wassers auf 65° bis 71° oder

3. Zusammenfassen beider Vorgänge.

Selbst bei flüssigen Fettsäuren ist vorteilhaft, das Wasser zu erhitzen. Unter Rühren wird dann die 10% Lösung oder Emulsion von Salz dem heißen Heizöl zugefügt, der Ton hinzugegeben und zum Schluß die gemahlene Kohle eingerührt. Der Wasserüberschuß samt dem durch die Amidbildung entstandenen Wasser entweicht währen der Verfahrensschritte, Ein Beispiel einer stabilisierten Mischung ist nachstehend als Beispiel 6 angegeben:

Beispiel 6: Eine 10% Lösung von Monoäthanolaminsalz von ölsäure wurde unter Anwendung der folgenden Mischung hergestellt: Wasser 90,0 g

Monoäthanol-

amin 1,1 g

ölsäure 8,9 g

100,0 g

Wobei das Verhältnis von Amin zu Säure durch Bestimmung des Neutralisationsäquivalenz (angenähert 10:2,2) eingestellt wurde. Das Wasser wurde dabei auf 65° erhitzt.Danach wurde unter Rühren das Amin und anschließend sofort die ölsäure zugesetzt. Zur Herstellung einer 50% Kohlenstaubsuspension in einem Heizöl Nr. 6 wurde 1% colloidaler Attapulgitton zusammen mit 0,25% Oberflächenbehandlungsmittel zugefügt (Verhältnis Ton zu Oberflächenbehandlungsmittel 4:1)."Dabei wurde das Heizöl ebenfalls auf 65°C erhitzt. Die Lösung aus Oberflächenbehandlungsmittel, Ton und Kohle wurde unter Rühren in einem speziellen Mischer zugesetzt, die Endtemperatur der Mischung lag bei 87⁰C.

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Die Zusammensetzung lautete wie folgt:

Heizöl Nr. 6	(Ton)	mm φ)	487,5	g
OBM gelöst	(0,074	25	g
MIN-U-GEL FG		10	g
Bitumenkohle		500	g

Gesamtmenge an Nichtflüchtigem 1000

Auswertung:
Beginn:

Brookfield Visk., cP 10U/min / 100 U/min

2600/1960

Gelagert: 24 Stunden bei 71⁰C Visk. 10/100 ü/min Beschaffenheit

Gelagert: 1 Woche bei 71 ⁰C

Visk. 10/100 U/min Beschaffenheit

3400/2500 kein Absetzen

3600/2720 kein Absetzen

Gelagert:

2 Wochen bei 71⁰C Visk. 10/100 ü/min Beschaffenheit

4600/3520 kein Absetzen

Gelagert:

1 Monat bei 71° Beschaffenheit

4000/3550 kein Absetzen

OBM = Oberflächenbehandlungsmittel

Andere Zusammensetzungen zur Stabilisierung von 50% Kohle-Öl -Mischungen, bei denen ölsäure Monoäthanolamid und Ton Verwendung finden, wobei das Verhältnis von Ton zu oberflächenaktiven Mitteln schwankt, sind in den Beispielen 7 bis 19 und Vergleiche in den Beispielen 20 bis 22 angegeben.

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UO

^ Beispiel

U Q)

(0
CA

Anfangsviskosität 10/100 U/min

Viskosität nach 24 Stunden 10/100 U/min Absetzen

Viskosität nach 3 Tagen 10/100 U/min Absetzen

20.

kein Ton kein OBM

1100/930

2100/1740 stark

2100/1800 stark

Vergleich

ü
kein Ton

0.25% OBM 1700/1240

2400/1880 gummiartig

2500/2000 sehr stark

kein Ton kein OBM

1200/1090

2200/1990 dick

2100/1810 dick

Viskosität nach 1 Woche 10/100 U/min Absetzen

2300/1710 stark

2800/2450 sehr stark

2400/2150 dick

OBM = Oberflächenbehandlungsmittel

CjJ

1% Ton

vo

S-I (L) >i

(C

Beispiel Ton/OBM

3/1

Anfangsviskosität

10/100 U/min 3600/2320

Viskosität nach 1 Woche

10/100 U/min Absetzen Thioxctropieverhältnis

4200/3200 kein

1

8
4/1

2600/1960

3600/3520 kein

1.03

9 57T

2000/1280

2800/2340 kein

1 .20

10 6/1

2000/1420

3000/2520 kein

.19

0,75% Ton

Beispiel

Ton/OBM 3/1

Anfangsviskositat

10/100 U/min 2200/1920

Viskosität nach 1 Woche

10/100 U/min

Absetzen Thicxotropieverhältnis

Beispiel

2800/2000 kein

1

16 3/1

Ton/OBM Anfangsviskosität

10/100 U/min 2200/1720 Viskosität nach 1 Woche 2000/1660

Absetzen kein

Thoxctropie-

verhäitrus 1.20

12
TTT

2000/1440

2200/1800 kein

1.22

17
4/1

0,50 Ton

2000/1520

1800/16-40 kein

1 10

I · t w

13 57T~

1880/1280

2000/1720 kein

1 .16

18 5/1

1800/1560

1800/1640 kein

1.10

14 6/1

1 .19

19 6/1

1600/1420

1600/1480 kein

1 .08

15

.X t

1600/1380 2000/1720

2000/1680 2000/1800 kein kein

1

rf-

-as-

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Die 10%' Lösungen von öl-^sauren Salzen von Diäthanolamin _f Monoisopropanolamin und Diisopropanolamin lassen sich in der in Beispiel 6 für Monoäthanolamin und ölsäure beschriebenen Weise herstellen und zur Erzielung ähnlicher Ergebnisse einsetzen.

Wie oben bereits erwähnt, wird das Verhältnis von Alkanolamin zu Fettsäure durch Bestimmung des Neutralisationsäquivalenz bestimmt. Andere Fettsäuren mit 12 bis 18 C-Atomen sowie ungesättigte Fettsäuren wie Linolsäure können anstelle der ölsäure im Beispiel 6 eingesetzt werden und liefern ähnliche Ergebnisse wie die oben beschriebenen Beispiele. Es ist für den Fachmann naheliegend, eine Vielzahl von Kombinationen aus den beschriebenen Fettsäuren und Alkanolamiden bei dem Verfahren nach der Erfindung anzuwenden, es ist lediglich erforderlich, daß Verhältnis von Amin zu Säure durch Bestimmung des Neutralisationsäquivalenz festzulegen.

Aufschlemmungen aus Kohlestaub und Heizöl mit guten rheologischen Eigenschaften über einen längeren Zeitraum hinweg lassen sich durch sorgfältige Wahl der Gesamtmenge an Feststoffteilchen, der Tonmenge, der Art des Oberflächenbehandlungsmittels und des Verhältnisses von Oberflächenbehandlungsmittel zu Ton erzielen. Das Verfahim der Gelvorstufe, bei der der Ton und das Oberflächenbehandlungsmittel zunächst in hoher Konzentration in öl geliert und dann in zusätzliches öl und in Kohle eingerührt werden, ergibt für die gleiche Menge an Kohle und Oberflächenbehandlungsmittel höhere Viskositäten in der Endmischung als wenn der Ton und das Obefflächenbehandlungsmittel direkt der Kohle und dem öl ohne die Gclvorstufe zugefügt worden. Die Bei niedrigen Scherraten gemessenen hohen Viskositäten der getesteten Bcispjde zeigen an, daß sich stabile, über einen längeren Zeitraum hinweg beständige Suspensionen aus Kohlestaub in Heizöl herstellen lassen. Die verhältnismäßig niedrigen

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INSPECTED

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Viskositäten der Kohlestaub-Heizölsuspensionen bei höheren Scherraten sind eine gute Anzeige dafür, daß die gleichen Suspensionen bei den höheren Scherbedingungen leicht abgepumpt und versprüht werden können.

Die Verwendung von Kohlestaubsuspensionen zwischen 50 und 60 Gewichtsprozent beruht auf idealen Verbrennungsbedingungen. Da der BTU-Wirkungsgrad für handelsübliches Heizöl ca. den doppelten Wert des äquivalenten Gewichts der Kohle hat, würde ein 50%iger Zusatz an Kohlestaub zu ca. 75% des ,Wirkungsgrads für ein entsprechendes Gewicht an Heizöl allein führen. Da die Suspension aus Kohlestaub und Heizöl eine: Flennnic erzeugt, deren Eigenschaften zwischen denen einer Flamme aus Heizöl oder Kohle allein liegen, lassen sich die resultierenden Eigenschaften leicht durch Veränderung der Konzentration von Kohlestaub in der Köhlestaub-Heizöl-Suspension steuern. Damit die Suspension sich zur Anwendung in den meisten handelsüblichen Brennern gut eignet, sollte der Anteil an Kohlestaub zwischen 35 und 70 Gewichtsprozent und die entsprechenden Anteile an Heizöl zwischen 56 und 28 Gewichtsprozent liegen. Um Suspension mit entsprechend langer thermischer Stabilität von Kohlestaub in Heizöl herzustellen, muß die Menge an zugesetztem Oberflächenbehandlungsmittel zusammen mit der Menge an Ton entsprechend eingestellt werden. Für Kohlestaub zwischen 35 und 70 Gewichtsprozent sollte die Tonkonzentration zwischen 0,5 und 3 Gewichtsprozent liegen, je nach der Menge air suspendierter Kohle. Die Konzentration des Oberflächenbehandlungsmittels sollte in Abhängigkeit von der zwischen 35 und 70 Gewichtsprozent schwankenden Kohlemenge zwischen 0,1 und 1 Gewichtsprozent variieren. Das Verhältnis von Ton zu Oberflächenbehandlungsmittel bei den vorgeschlagenen Bereichen sollte zwischen 3:1 und 7:1 liegen, je nachdem, welche Menge an Kohlestaub innerhalb eines gewissen Bereichs

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suspendiert ist, und entsprechend der Menge des natürlich vorkommenden Tons in dem Kohlestaub.

Man muß berücksichtigen, daß Abänderungen in der Tonmenge und dem Verhältnis von Ton zu Oberflächenbehandlungsmittel erforderlich sein' können, wenn andere kohlenstoffhaltigen Feststoffteilchen und brennbare flüssige Kohlenwasserstoffe als die obengenannten verwendet werden.

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OR'GHNAL INSPECTED

Claims

Patentansprüche

1. Suspension eines brennbaren Feststoffes in einer organischen Flüssigkeit, wobei bei niedriger Scherkraft die Viskosität verhältnismäßig hoch und bei hoher Scherkraft verhältnismäßig niedrig ist, die nach der Hauptanmeldung P 28 27 168.3 sich aus 35 bis 70 Gewichtsprozent Feststoff, 28 bis 56 Gewichtsprozent organische Flüssigkeit, 0,5 bis 3 Gewichtsprozent an gelbildendem Ton, der die organische Flüssigkeit in den Gelzustand versetzt.und 0,1 bis 1 Gewichtsprozent an organischem Oberflächenbehandlungsmittel, das den brennbaren Feststoff und den Ton in der Suspension dispergiert,zusammensetzt, dadurch gekennzeichnet, daß

der brennbare Feststoff aus kohlenstoffhaltigen Teilchen besteht, und

daß das organische Oberflächenbehandlungsmittel ein Alkanolamid einer Carbonsäure ist.

2. Suspension nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

das Alkanolamid durch Reaktion eines Alkanolamine mit einer Carbonsäure hergestellt ist.

3. Suspension nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

das Alkanolamin ein Monoäthanolamin, Diäthanolamin, Monoisopopanolamin oder Diisopopanolamin ist.

4. Suspension nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

die Carbonsäure eine der Säuren ist, die 12 bis 18 C-Atome enthält. Q30019/0719

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5. Suspension nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

der flüssige Kohlenwasserstoff Heizöl, Mineralspiritus, Kerosin, Kohleteer, Destillationsöl oder eine Mischung der Stoffe ist.

6. Suspension nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die kohlenstoffhaltigen Feststoffteilchen Koks, Kohle oder Asphalt sind.

7. Suspension nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

es sich bei der Kohle um Braunkohle, Bitumen, Anthrazit oder Fettkohle handelt.

8. Suspension nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

der Kohlestaub eine Teilchengröße zwischen 0,74 und 0,15 mm aufweist.

9. Suspension nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

die Kohle einen flüchtigen Anteil von 40% und einen
Aschegehalt von 1% aufweist.

10. Suspension nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß 88% des Kohlcstaubes feiner ist als 0,074 nun.

11. Suspension nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

es sich bei dem Ton um Attapulgit, Bentonit, Sepiolit
oder Paligorskit bzw. .Mischungen dieser Tone handelt.

12. Verfahren zur Herstellung einer Suspension nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte

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COPY

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Herstellung von Alkanolamid durch Reaktion von Alkanolamin mit einer Carbonsäure und Zusetzen von Amid, gelbildenden Ton und kohlenstoffhaltigen Feststoffteilchen zu einem flüssigen Kohlenwasserstoff.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß

das Verhältnis von Ton zu Amid zwischen 3 zu 1 und 7 zu 1 liegt.

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COPV