DE3114272A1 - Wachsartige polymerisate enthaltende kohle-dieselkraftstoff-suspensionen - Google Patents
Wachsartige polymerisate enthaltende kohle-dieselkraftstoff-suspensionenInfo
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Description
- : -:- 31U272
<* " Oberhausen IJ, 03.04.1981
PLD rcht-eib - R 1907 -
V/achsartige Polymerisate enthaltende Kohle-Dieselkraftstoff -Suspensionen
Die vorliegende Erfindung betrifft Kohle-Dieselkraftstoff-Suspensionen,
die durch Zusatz von Copolymerisatwachsen
stabilisiert sind.
Verschiedene Untersuchungen haben gezeigt, daß Kohle-Dieselkraftstoff-Suspensionen
aufgrund ihres hohen Wärmeinhaltes mit hohem thermischen Wirkungsgrad als
Brennstoffe zum Antrieb von Dieselmotoren, zum Aufheizen von Dampfkesseln, zur Wärmeerzeugung in Hochöfen
eingesetzt werden können. Knapp werdende Rohstoffe wie das Mineralöl und seine Derivate können dabei durch
Kbhle, die weltweit verfügbar ist, gestreckt werden.
Ein liachteil derartiger Suspensionen ist, daß sie sich selbst wenn die Kohle feinst gemahlen ist, innerhalb
kurzer Zeit in Folge Sedimentation der Kohlepartikel auftrennen. Hieraus resultieren Lagerungs- und
Transportproblerne, da die Teilchen zu einer Verstopfung
der Transportierung führen können. Diese Sedimentationserscheinungen
gilt es durch geeignete Additive zu vermeiden.
Ein Hilfsmittel, das Kohle-Dieselkraftstoff-Suspensionen
stabilisieren soll, muß eine ganze Reihe verschiedener Voraussetzungen erfüllen. Von ihm wird nicht nur ge-
31U272
fordert, daß es sich leicht in Dieselkraftstoff löst, es darf auch die in der Verbrennungskammer erzeugten
Abscheidungen nicht wesentlich erhöhen, da sie das einwandfreie Funktionieren des sich hin- und herbewegenden
Kolbens stören. Damit das Additiv für den Kraftstoff geeignet ist, muß es nicht nur die feinteilige
Kohle in Dispersion halten, sondern darf auch selbst beim Eintritt in die Verbrennungskammer keine
Ablagerungen bilden·
10 Es bestand daher die Aufgabe, Kohle-Dieselkraftstoff-Suspensionen
zu entwickeln, die durch Zusatz geeigneter Additive stabilisiert werden und daher problemlos
gefördert werden können, die überdies das Verhalten des Motors nicht negativ beeinflussen.
überraschenderweise wird diese Aufgabe gelöst durch Kohle-Dieselkraftstoff-Suspensionen, die 10 bis 30
Gew.-% (bezogen auf die gesamte Suspension) Kohle in Form von Partikeln einer Größe von weniger als
100 /u und minfestens 0,2 Gew.-%,(bezogen auf die ge->
^O samte Suspension) eines wachsartigen Olefin-Homopolymerisates
und/oder eines Ethylenmischpolymerisates enthalten.
Unter Dieselkraftstoffen im Sinne der vorliegenden Erfindung werden Benzinfraktionen eines ßiedebereiches
25 von etwa 80 bis 35O0C, vorzugsweise 150 bis 25O0C,
verstanden.
Zur Herstellung der Suspensionen sind Stein- und Braunkohlen der verschiedensten Herkunft geeignet, insbesondere
aschearme Kohlen. Die Kohle muß zur Erzeugung 30 stabiler Suspensionen und zur möglichst vollständigen
- if.- R 1907
Ausnutzung ihres Kohlenstoffgehaltes sehr fein gemahlen
werden. Die einzelnen Feststoffpartikel müssen daher eine Größe unterhalb 100 yu, insbesondere
zwischen 20 bis 90 /u aufweisen. Die Mahlung erfolgt
in Mühlen bekannter Bauart. Bewährt haben sich Stift-» Zahn- und ITüllkörpermühlen. Die" Kohle kann
trocken gemahlen und anschließend mit dem Dieselkraftstoff vermischt werden. Nach einer anderen, bevorzugten
Arbeitsweise zur Suspensionsbereitung mahlt man die Kohle in Gegenwart des Dieselkraftstoffes,
wobei man das Verhältnis zwischen Kohle und Dieselkraftstoff so einstellen kann, trie es in der fertigen
Suspension vorliegen soll. Die Suspensionen enthalten 5 bis 50 Gew.-% Kohle, bezogen auf die gesamte Suspension.
Höhere Gehalte sind wegen der Beeinträchtigung des Fließverhaltens ungeeignet.
Um ein Absetzen der Feststoffpartikel zu verhindern,
fügt man der Suspension erfindungsgemäß wachsartige Polymerisate in einer Menge von mindestens 0,2 Gew.-%,
bezogen auf das System Feststoff/Kohlenwasserstoffgemisch, zu. Zunehmende Polymerisatkonzentrationen verbessern
die Stabilität (gemessen durch die Absizgeschwindigkeit)
der Suspension bis zum Erreichen eines Grenzwertes, der bei gegebener Teilchengröße abhängig
ist von der Art des Polymerisats und der Kohle. Dieser Grenzwert wird von der Feststoffkonzentration nur unwesentlich
beeinflußt, d.h. die Absetzgeschindigkeit ist nur in geringerem Maße abhängig von der Konzentration
der Feststoffpartikel in der Suspension. Neben der Löslichkeit bestimmt dieser Grenzwert die aus wirtschaftlichen
Gründen vertretbare Maximalkonzentration des wachs art igen Polymerisats. Sie beträgt z.B. "bei einer
- 4
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PestStoffkonzentration von 10 Gew.-% und einer Mahlfeinheit
des Peststoffes von < 32 /u etwa 2 Gew.-%.
Die in den erfindungsgemäßen Kohle-Dieselkraftstoff-Suspensionen
eingesetzten wachsartigen Polymerisate weisen Molekulargewichte zwischen 500 und 10 000 auf.
Steigendes Molekulargewicht vermindert die Löslichkeit des Polymerisats im Dieselkraftstoff und erniedrigt die
stabilisierende Wirkung.
Als wachsartige Polymerisate sind sowohl Olefin-Homopolymerisate
als auch Ethylen-Mischpolymerisate geeignet. Besonders bewährt als Homopolymerisate haben
sich ataktische Polyolefine, z.B. Poly-α-buten, PoIya-hexen,
Poly-a-octen, Poly-a-decen und Poly-a-dodecen*
Die Ethylen-Mischpolymerisatwachse können neben Ethylen
noch eines oder mehrere folgender Comonomeren enthalten, wobei der Ethylenanteil im Copolymerisat mindestens
60 % beträgt: CL-Cg-Alkene; Ester von C^-C-^-Alkencarbonsäuren
sowie ferner beispielsweise Vinyl- und Alkenylester; Vinyl- und Alkenylether; Vinyl- und Alkenylalkohole;
N-Vinyl- und K-Alkeny!verbindungen, wie U-Vinylpyrrolidon,
H-Vinylcarbazol, H-Vinylcaprolactam; Acryl-
und Methacrylamide; Acryl- und Methacrylsäure; Acryl- und Methacrylnitrile; Alkenylhalogenide wie Vinylfluorid
und Vinylidenfluorid; Vinyl- und Alkenylketone. Außer
äthylenisch ungesättigten Verbindungen können auch
andere copolymerisierbare Stoffe, z.B. Kohlenmonoxid und Schwefeldioxid mit einpolymerisiert werden.
Besonders bewährt haben sich Ethylen/Vinylacetat- sowie
Ethylen/Acrylsäure-Copolymerwachse mit Comonomergehalten
von 2 bis 30 Gew.-% und Molgewichten zwischen 500 und
10 000.
Die Herstellung der Homo- und Copolymerisate erfolgt nach bekannten Verfahren z.B. durch Hochdruckpolymerisation
bei 1900 bis 4000 bar und I5O bis 35O°Cin
Gegenwart von radikalischen Initiatoren oder aber durch Niederdruckpolymerisation in Gegenwart von
Ziegler-Natta-Katalysatoren.
In Tabelle 1 ist das Ergebnis von Sedimentationsversuchen zusammengestellt.
Die Versuche werden in I5OO ml-Meßzylindern durchgeführt.
Gemahlene Kohle bestimmter Kornfeinheit wird hierzu in einer von 180 bis 2600C siedenden Benzinfraktion
suspendiert und der zeitliche Verlauf der Trennschicht zwischen klarer und trüber Phase gemessen.
Zur Auswertung wird aus der Anfangsneigung der Absetzkurven
die Sedimentationsgeschwindigkeit berechnet.
| Bei- Polyme spiel Art |
Ethylen- Copolym. |
rwachs MoI- gewich Comono- · nergehalt (Si) |
3000 | Polymer- konz. (Gew.%) |
Kohle- konz. (ffew.^) |
Mahlfein heit der Kohle (# *rj>2j)x) |
Sedimenta geschwind (ram/min) mit Add |
tione- igkeit (SG) ohne itiv |
SG ohne Additiv |
| 1 | »1 | 30 % VAC*' | 5000 | 1,0 | 10 | C, 14 | 2,78 | SG mit Additiv | |
| 2 | I! | 3 % VAC*' | 3000 | 1,0 | 10 | 100 | 0,64 | 1,48 | 20 |
| 3 | Il | 5 ;i AS ; | 2000 | 1,0 | 10 | 100 | 0,41 | 1,43 | 2,3 |
| k | It | 3D jb VAC* } | 3000 | 1,3 | 10 | 34 | C,046 | 5,61 | |
| 5 | Il | 30 # VAC*^ | 3000 | 1,8 | 10 | 100 | 0,096 | 1,48 | 122 |
| 6 | Il | 30 % VAC*^ | 3000 | 0,45 | 10 | 54 | 0,19 | 2,78 | 15 |
| 7 | Polyhexei | 30 $ VAC* ■* | 1,0 | 30 | 54 | 0,15 | 0,34 | 15 | |
| 8 | Il | 0,5 | 10 | 54 | 0,20 | 2,78 | 2,3 | ||
| 9 | - | 1,0 | 10 | 54 | 0,14 | 2,78 | 14 | ||
| 20 |
*) VAC = Vinylacetat
*♦) AS = Acrylsäure
*♦) AS = Acrylsäure
"■'■-■■ -:- 31U272
- 2 - B 1907
Die Versuche zeigen, daß durch Zusatz von wachsartigen
Olefin-HoEiopolymerisaten oder Ethylenmischpolymerisaten
die Sedimentationsgeschwindigkeit von Kohlepaxi;ikeln in einer hochsiedenden Bensinfraktion
erheblich herabgesetzt wird. Die ßediinentationsgeschwindigkeit
ist von der Mahlreinheit der Kohle abhängig, grobkörnige Kohle setzt sich erwartungsgemäß
schneller ab als feinkörnige Kohle, jedoch wird auch im Falle- gröberer Kohlepartikel die Sedimentation
durch Zugabe von Polymerwachsen deutlich verzögert» Die ßedimentationsgeschwindiglceit wird weiterhin durch
die V/achskonzentration beeinflußt, höhere Konzentrationen
verringern die ßedimentationsgeschwxndigkeit
stärker als niedrige Konzentrationen« Nach Erreichen einer bestimmten Grenzkonzentration führt aber eine
weitere Erhöhung der Wachskonzentration nicht mehr zu einer Beeinflussung der ßedxmentationsgeschwindigkeit.
Claims (4)
1. Kohle-Dieselkraftstoff-Suspensionen, die 10 bis 30 Gew»-% (bezogen auf die gesamte Suspension)
Kohle in Form von Partikeln einer Größe von weniger als 100/u und mindestens 0,2 Gew.-% (bezogen auf
die gesamte Suspension) eines wachsartigen Homobzw. Copolymerisat3 enthalten.
2. Kohle-Dieselkraftstoff-Suspensionen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die wachsartigen Polymerisate ein Molekulargewicht zwischen 500 und
10 000 aufweisen.
3. Kohle-Dieselkraftstoff-Suspensionen nach Anspruch
1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Homopolymerisate ataktische Pöly-oc-Olefine von C^- bis C.o-
-cc-Olefinen sind.
4. Kohle-Dieselkraftstoff-Suspensionen nach Anspruch
1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Copolymerisate Ethylen/Vinylacetat- oder Ethylen/Acrylsäure-Copolymerwachse
mit einem Comonomergehalt von 2 bis 40 Gew.-% sind.
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