DE3218503C2 - Stabile wässrige Kohle-Aufschlämmung - Google Patents
Stabile wässrige Kohle-AufschlämmungInfo
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Abstract
Eine als Brennstoff oder für den Transport geeignete Kohle-Suspension (Kohleschlamm) besteht aus zwei Kornfraktionen, wobei die erste Fraktion eine mittlere Größe von 60 bis 210 μm mit maximal 300 μm und die zweite Kornfraktion eine Größe entsprechend 1/6 bis 1/20 der mittleren Größe der ersten Fraktion aufweist. Die Kurve der kumulativen Korngrößenverteilung im doppelt-logarithmischen Diagramm weist einen ebenen Bereich auf. Die Suspension enthält auch einen nicht-oberflächenaktiven kationischen Polyelektrolyt mit einem Molekulargewicht > 500 und gegebenenfalls ein organisches Gel als Stabilisator.
Description
log(% CM 1) - log (% CM 2) K 04
log d\ - log A
log d\ - log A
vorliegen, worin % CM1 bzw. % CM 2 den Gesamtanteil der Teilchenmasse mit einer Größe
< rf, bzw. < d2 bedeutet, und daß der Polyelektrolyt eine anionische Substanz ohne oberflächenaktive Eigenschaften ist.
2. Kohle-Aufschlämmung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyelektrolyt eine alkylsubstituierte
mehrkernige aromatische Verbindung ist.
3. Kohle-Aufschlämmung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyelektrolyt ein
Molekulargewicht > 500, vorzugsweise 800 bis 3000, besitzt.
4. Kohle-Aufschlämmung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyelektrolyt ein einwertiges
kationisches Salz polymerisierter Alkylnaphthalinsulfonsäure mit einem Molekulargewicht von
-2000 ist.
5. Kohle-Aufschlämmung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyelektrolyt in einer
Menge von 0,1 bis 1 Gew.-% in der Suspension vorliegt.
6. Kohle-Aufschlämmung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stabilisator in einer
Menge von 0,01 bis 0,03 Gew.-% in der Suspension vorliegt
7. Kohle-Aufschlämmung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stabilisator ein organisches
Gel, vorzugsweise ein Polysaccharid, ist.
8. Kohle-Aufschlämmung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser Salzwasser, insbesondere
Seewasser, ist.
Die Erfindung betrifft eine stabile wäßrige Kohleaufschlämmung vorzugsweise sehr hoher Konzentration, die
sich entweder direkt als Brennstoff verfeuern läßt oder - da sie pumpbar ist - transportiert werden kann.
Es sind die verschiedensten Kohle-Suspansionen oder Aufschlämmungen bekannt; so ist es aus der US-PS 62 887 bekannt, einen Kohleschlamm mit einer Konzentration von maximal 69 Vol.-% herzustellen, wobei die Kohle eine Feinheit von 43 μΐη bis 4,7 mm (4 bis 325 mesh) besitzt. Der Hauptteil der Kohle hat eine Feinheit von 0,59 bis 4,7 mm (4 bis 28 mesh), und das bedeutet, daß Korn > 4 mm vorliegt.
Es sind die verschiedensten Kohle-Suspansionen oder Aufschlämmungen bekannt; so ist es aus der US-PS 62 887 bekannt, einen Kohleschlamm mit einer Konzentration von maximal 69 Vol.-% herzustellen, wobei die Kohle eine Feinheit von 43 μΐη bis 4,7 mm (4 bis 325 mesh) besitzt. Der Hauptteil der Kohle hat eine Feinheit von 0,59 bis 4,7 mm (4 bis 28 mesh), und das bedeutet, daß Korn > 4 mm vorliegt.
Diese bekannte Aufschlämmung hat zwei Nachteile, nämlich relativ grobe Kohle und relativ geringe Kohle-Konzentration.
Diese zwei Nachteile, insbesondere erster, bedeutet, daß die Aufschlämmung nur in Spezialeinrichtungen,
wie Zyklonbrennern, direkt verfeuert werden kann, sich jedoch nicht für übliche Verbrennungsanlagen
eignet.
Selbst mit diesen Spezialeinrichtungen mit einer langen Verweilzeit des Kohlekorns unter Brennbedingungen
kommt es doch immer zu einem Austrag von nicht verbrannter Kohle mit dem Rauch und/oder mit der Asche
infolge irgendeines Funktionsfehlers.
Aus der DE-AS 28 23 658 sind Aufschlämmungen mit einer Kohlefeinheit
< 100 μηι bekannt. Sie erhält man aus der Trennung der Kohle von den Bergen und anderen Begleitmaterialien wie Silicaten, Tonen und Carbonaten
und anderen aschebildenden Verunreinigungen mit Hilfe eines Polyelektrolyten in Form einer Polycarbonsäure
bzw. deren Salz oder eines Polyphosphats in Verbindung mit einem oberflächenaktiven Stoff wie Alkylarylsulfonat,
welcher die Kohleteilchen elektrisch anders auflädt als die inerten Teilchen. Dieses Aufbereitungsverfahren
beruht also auf der unterschiedlichen elektrischen Aufladung der Kohle und der Begleitprodukte und
ermöglicht die sedimentative Abtrennung. Dazu ist jedoch Voraussetzung, daß die Kohlekonzentration gering
ist, so daß nach Abtrennung der Begleitprodukte und Berge eine Konzentrierung notwendig wird. Dies ist
jedoch aufwendig, da die Filtrierbarkeit einer solchen verdünnten feinen Kohleaufschlämmung recht schlecht
ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kohleaufschlämmung der anmeldungsgemäßen Gattung
anzugeben, die eine hohe Kohle-Konzentration zuläßt und sich auch in üblichen Verbrennungsanlagen verfeuern
läßt. ^j
Diese Aufgabe wird mit den im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Mitteln gelöst. ||
Bevorzugte Polyelektrolyten und ein eventuell zusätzlicher Stabilisator sind in den Unteransprüchen angege- j$
ben. ά
Der numerische Wert der Gleichung ist unabhängig von der Dimension (μπι oder mm), in welcher die Teil- |
chengröße angegeben wird. |
Der Polyelektrolyt ist insbesondere eine Verbindung, enthaltend eine alkylsubstituierte mehrkernige aromatische
Gruppe mit einem Molekulargewicht > 500, vorzugsweise 800 bis 3000, z. B. einwertige kationische Salze
polymerisierter Alkylnaphthalinsulfonsäuren mit einem Molekulargewicht von etwa 2000. Die Menge an Polyelektrolyt
in der Aufschlämmung liegt im allgemeinen zwischen 0,1 und 1 Gew.-%, vorzugsweise 0,3 bis
0,5 Gew.-%, insbesondere bei etwa 0,4 Gew.-%, bezogen auf die »esamte Aufschlämmung. Es ist wesentlich,
daraufhinzuweisen, daß der Polyelektrolyt vorzugsweise in Form einer konzentrierten wäßrigen Lösung zugesetzt
wird. Die Polyelektrolyt-Lösung wird entweder dem Wasser vor Dispergieren der beiden Kohle-Fraktionen
zugesetzt oder der wäßrigen Suspension der zweiten Kohle-Fraktion, wenn diese beispielsweise durch Naßmahlen
hergestellt wird, bevor die erste Kohle-Fraktion zugefügt wird.
Die erfindungsgemäße Aufschlämmung kann auch 0,01 bis 0,03 Gew.-% eines Stabilisators, vorzugsweise
etwa 0,02 Gew.-%, in Form eines organischen Gels, z. B. ein Polysaccharid, enthalten. Die Zugabe des Stabilisators
geschieht zusammen mit oder nach dem Polyelektrolyten.
Der Stabilisator wird nur dann angewandt, wenn die Kohle-Suspension erst nach längerer Zeit verwendet werden
soll. Abhängig von der Art der Kohle; die Zeit kann in der Größenordnung von 1 Monat liegen.
Die erfindungsgemäße Kohle-Aufschlämmung kann auch beliebige inerte Stoffe oder Berge enthalten. Auch
in dieser Hinsicht unterscheidet sich die erfindungsgemäße Kohle-Aufschlämmung vom Stand der Technik, wo
die vorherige Abscheidung der inerten Stoffe und Berge erforderlich ist und erst nach dieser Trennung die
Kohle/Wasser-Suspension gebildet wird. Mit anderen Worten stellen für die erfindungsgemäße Aufschlämmung
Begleitminerale oder Berge kein Hindernis dar.
Die Kohle-Konzentration in der Aufschlämmung kann sehr hohe Werte erreichen, beispielsweise
>80Gew.-%.
Was nun das für die Aufschlämmung anzuwendende Wasser anbelangt, konnte überraschenderweise
festgestellt werden, daß dieses keinen Beschränkungen unterliegt und n.ormales Frischwasser, entmineralisiertes
Wasser oder selbst Salzwasser bis hinauf zu einer Konzentration ä 40 g/l gelöste Salze, insbesondere auch
Seewasser, zur Anwendung gelangen kann.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Kohle-Aufschlämmung geschieht durch folgende Verfahrensstufen:
1. Mahlen (und Klassieren) der Kohle auf zwei Kornfraktionen, und zwar trocken oder naß - also in Gegenwart
von Wasser —, um entweder zwei Kornfraktionen durch Trockenmahlen zu erhalten oder eine wäßrige
Aufschlämmung von zwei Kohlefraktionen. Für gröberes Korn wird Trockenmahlen und für feineres Korn
Naßmahlen bevorzugt. Der Polyelektrolyt kann während des Naßmahlens vorhanden sein;
2. die beiden Kornfraktionen werden in den angegebenen Mengenverhältnissen gemischt;
3. der Polyelektrolyt wird entweder dem Wasser zugesetzt oder - wenn die feineren Kohle-Teilchen naß
gemahlen worden sind - der wäßrigen Suspension der feinen Fraktion;
4. es werden die entsprechenden Mengen entweder der beiden Kornfraktionen zu einer wäßrigen Lösung des
Polyelektrolyten gegeben, oder aber die größere Kohle-Fraktion wird der Aufschlämmung der bereits Polyelektrolyt
enthaltenden feinen Kohle-Fraktion zugesetzt;
5. gegebenenfalls wird der Stabilisator entweder zusammen mit dem Polyelektrolyt eingebracht oder nach
dessen Zugabe, jedoch vor dessen Zugabe zum Gemisch der Kohle-Fraktionen; der Stabilisator kann auch
der Grob-Fraktion zugesetzt werden oäer nachdem die beiden Fraktionen bereits in Wasser eingetragen
sind.
Die Erfindung wird an folgenden Beispielen weiter erläutert.
Herkunft und Charakerisierung der Kohlen findet sich in Tabelle 1. Die Zusammensetzung der erfindungsgemäßen
Aufschlämmung ist für die Beispiele 1 bis 23 in der Tabelle 2 zusammengefaßt.
Provenienz | Polen 1 | Polen 2 | China | Kanada | Südafrika |
kJ/kg | 25 122 | 25 122 | 25 122 | 25 122 | 25 540 |
Feuchte % | 1,73 | 0,93 | 0,36 | 1 | 2,4 |
Asche % | 12 | 15,6 | 19 | 10 | 12,8 |
Flüchtiges % | 33 | 31 | 28,4 | 31 | 22,1 |
Gebundener Kohlenstoff % | 52 | 49 | 50 | 62 | 56,4 |
Schwefel % | 0.8 | 0.8 | 1.6 | 1 | 0.64 |
Bei- Kohle | dm 1 d\ | dm 2 | Λ Cw 1 | CM\ | Cw 2 | CM 2 | Cw | PoIy- | PoIy- | Vis | Stabi |
spiele | Ge | elek- | sac- | kosi | lität | ||||||
samt | trolyl | cha- | tät | ||||||||
rid | |||||||||||
(μΠί) (μΠ!; | (μπι) | (μΐϊΐ) (%) | (%) | (%) | (%) | (%) | (%) | (%) |
Polen 1
desgl.
desgl.
desgl.
desgl.
Polen 2
desgl.
desgl.
desgl.
desgl.
China
desgl.
desgl.
desgl.
Kanada
desgl.
desgl.
desgl.
Südafrika
desgl.
desgl.
desgl.
desgl.
210
210
210
210
150
210
210
210 179
210 179
82 50
150
210
210
210
210
150
210
210
210 179
210 179
82 50
150
210
172
172
177
179
127
175
175
172
177
179
127
175
175
127
172
172
20
20
20
15
15
20
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15
Ij
20
20
15
15
20
20
15
Ij
70 70 70 75 70 70 70 75 75
7,2 20
210
210
210
210
210
150
210
210
210
150
83
210
210
210
210
150
210
210
210
150
83
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172
172
172
172
127
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175
175
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44
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175
175
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44
15
20
20
20
20
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15
15
15
15
15
11
20
20
20
20
15
15
15
15
15
15
11
40 60 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 25
55 55 65 60 60 60 60 60 60 40 60 60 55 60 55 55 55 55 60 60 60 60 60
45 45 35 40 40 40 40 40 40
45 45 35 40 40 40 40 40 40
69,6 60 40 40 40 40
45 40 45 45 45 45 40 40 40 40 40
45 40 45 45 45 45 40 40 40 40 40
Legende zu der Tabelle 2
dm 1 mittlere Korngröße der ersten Fraktion (um)
dm2 mittlere Korngröße der zweiten Fraktion (μίτι)
OvI Gewichtsanteil der ersten Fraktion (trocken)
Cw 2 Gewichtsanteil der zweiten Fraktion (trocken)
A/ Viskosität 350 bis 700 mPa · s
B/ Viskosität > 700 bis 1000 mPa · s
C/ Viskosität > 1000 mPa · s
/N Newton'sches oder schwach Bingham'sches plastisches Verhalten
/B Bingham'sches plastisches Verhalten
W/ hervorragende Stabilität
X/ gute Stabilität
Y/ annehmbare Stabilität
/1 Stabilität bestimmt nach 1 Tag
/30 Stabilität bestimmt nach 30 Tagen
33,5
39,5
40
39
39,5
39,5
63,6
39,5
39,8
45
40
44,7
44,7
45
44,7
39,6
39,6
39,6
40
40
70
69
69
69
69
69
69
69
69
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77
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69
69
69
69
69
69
69
69
69
77
75
0,4
0,4
0,4
0,4
0,4
0,4
0,4
0,4
0,4
0,5
0,5
0,5
73,5 0,3
0,4
0,4
0,4
0,4
0,4
0,4
0,4
0,4
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0,5
0,5
73,5 0,3
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0,4
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0,4
0,4
0,4
0,4
0,3
0,5
0,02
0,01
0,01
0,01
0,02
0,01
A/N
C/B
A/N
A/N
A/N
A/N
B/N
A/N
A/N
A/N
C/B
C/B
C/B
B/N
A/N
C/B
A/N
A/N
C/B
C/B
B/N
A/l
A/N
W/l
W/30
W/l
W/l
Y/l
W/l
X/30
W/l
W/30
W/l
W/l
W/l
W/30
W/l
X/l
W/30
X/l
X/l
W/l
W/30
W/l
W/l
W/l
Claims (1)
1. Stabile pumpbare oder direkt verfeuerbare wäßrige Kohleaufschlämmung, enthaltend einen Polyelektrolyt
und gegebenenfalls einen Stabilisator, dadurch feekennzeichnet, daß die Kohle eine maximale
Korngröße von 300 um hat und 2 Kornfraktionen vorliegen, von denen die erste Fraktion in einer Menge von
zumindest 40 Gew.-,« enthalten ist und eine mittlere Korngröße von 60 bis 210 μπι besitzt, die zweite Fraktion
eine mittlere Korngröße von 1A bis '/20 der mittleren Korngröße der ersten Fraktion hat und die mittlere
Korngröße 50% der kumulativen Korngrößenverteilung entspricht und die kumulative KorngröSen-Verteilungskurve
im doppelt-logarithmischen Diagramm einen flachen Bereich zwischen Werten der mittleren
Größen der beiden Kornfraktionen aufweist und derart ist, daß die zwei Kornfraktionen dx und </3 mit mittlerem
Durchmesser
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