DE3927567A1 - Verwendung von hydrophob modifizierten celluloseethern in waessrigen kohleaufschlaemmungen und die so erhaltenen, stabilisierten kohleaufschlaemmungen - Google Patents
Verwendung von hydrophob modifizierten celluloseethern in waessrigen kohleaufschlaemmungen und die so erhaltenen, stabilisierten kohleaufschlaemmungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung von hydrophob modifi
zierten Celluloseethern, die mit hydrophobierenden Gruppen mit
mindestens 6 Kohlenstoffatomen aus der von Alkyl,
Alkoxycarbonyl, Alkyliminocarbonyl, 3-Alkoxy-2-hydroxypropyl
und 2-Alkyl-2-hydroxyethyl gebildeten Gruppe substituiert
sind, als Stabilisatoren für Aufschlämmungen von Kohle in
Wasser.
Kohle ist immer noch eine der wichtigsten Energiequellen der
Welt. Zur Erleichterung ihres Transports wird sie häufig zu
wäßrigen Aufschlämmungen mit hohem Feststoffgehalt aufgear
beitet. Dabei wird sie im allgemeinen auf eine mittlere
Teilchengröße von etwa 50 µm naß vermahlen, in einem Flotati
onsverfahren gereinigt und in Wasser suspendiert. Während
dieser Aufbereitungsstufen werden Hilfsstoffe zugesetzt, die
die Dispersion der Kohleteilchen unterstützen, die Reinigung
der Kohle fördern oder eine zu starke Schaumbildung verhin
dern.
Für die Lagerung und den Transport von wäßrigen Kohleauf
schlämmungen ist ihre Stabilität besonders wichtig. Um eine
Stabilität der Aufschlämmung von mindestens einer Woche zu
erhalten, ist es erforderlich, dieser polymere Stabilisatoren
zuzusetzen. Hierfür sind verschiedene Stabilisatoren be
schrieben worden, z. B. Hydroxyethylcellulose, quartäre,
N-substituierte Celluloseether, Hydroxypropylcellulose,
Xanthangum, Guargum sowie modifizierte Derivate desselben wie
Carboxymethyl-hydroxypropyl- oder Hydroxypropyl-Guargum,
Polyacrylsäure, Polyvinylalkohol und Stärke. Die vorgenannten
und weitere polymere Stabilisatoren sind in den US-Patenten
42 42 098, 44 36 528 und 44 41 889 sowie in der PCT-Anmeldung
WO 84/01 387 beschrieben. Die mit den vorgenannten Additiven
erzielbaren Stabilitäten von wäßrigen Kohleaufschlämmungen
sind jedoch unzureichend; so kommt es bei langen Transportwe
gen und/oder Lagerzeiten zur Sedimentbildung oder zu einer
erheblichen Abnahme der Viskosität der Aufschlämmungen.
Demgemäß ist die Erfindung auf die Verwendung spezieller,
hydrophob modifizierter Celluloseether zur Stabilisierung von
wäßrigen Kohleaufschlämmungen gerichtet, die eine langandau
ernde Stabilität der Kohleaufschlämmungen gewährleisten. Diese
Aufgabe wird durch die Verwendung der eingangs genannten,
hydrophob modifizierten Celluloseether, die mit
hydrophobierenden Gruppen mit mindestens 6 Kohlenstoffatomen
aus der von Alkyl, Alkoxycarbonyl, Alkyliminocarbonyl, 3-
Alkoxy-2-hydroxypropyl und 2-Alkyl-2-hydroxyalkyl gebildeten
Gruppe substituiert sind, gelöst.
Die erfindungsgemäß zu verwendenden hydrophob modifizierten
Celluloseether können aus bekannten, unmodifizierten ionischen
oder nicht-ionischen Celluloseethern erhalten werden. Ein
typischer Vertreter für ionische Celluloseether ist die
Carboxymethylcellulose; bevorzugt werden erfindungsgemäß
jedoch hydrophob modifizierte Celluloseether eingesetzt, die
nicht-ionisch sind. Besonders bevorzugt sind dabei nicht-io
nische Celluloseether aus der von Methylcellulose,
Methylhydroxyethylcellulose, Ethylhydroxyethylcellulose,
Hydroxypropylcellulose und Methylhydroxypropylcellulose
gebildeten Gruppe, die jeweils mit den hydrophobierenden
Gruppen substituiert sind. Weiterhin besonders bevorzugt im
Rahmen der Erfindung sind mit hydrophobierenden Gruppen
substituierte Hydroxyethylcellulosen.
Die erfindungsgemäß zu verwendenden hydrophob modifizierten
Celluloseether sind bekannte Verbindungen; so sind z. B. mit
Alkylgruppen, mit 2-Alkyl-2-hydroxyalkyl-Gruppen und mit
Alkoxycarbonylgruppen hydrophob modifizierte Celluloseether
aus dem US-Patent 42 28 277 bekannt. 3-Alkoxy-2-hydroxy
propyl-modifizierte Celluloseether sind in der EP-A 02 95 628
sowie in dem entsprechenden US-Patent 48 45 207 beschrieben.
Auf den gesamten Inhalt der vorstehend genannten Anmeldungen
bzw. Patente wird hier Bezug genommen.
Die erfindungsgemäß zu verwendenden, hydrophob modifizierten
Celluloseether weisen gemäß einer weiteren vorteilhaften
Ausführungsform der Erfindung 6 bis 25 Kohlenstoffatome in den
hydrophobierenden Gruppen auf. Besonders bevorzugt ist wei
terhin die Verwendung von hydrophob modifizierten
Hydroxyethylcellulosen, die einen mittleren molaren
Hydroxyethyl-Substitutionsgrad (MS OC2H4OH) im Bereich von 1,5
bis 3,5 aufweisen.
Die Herstellung bzw. Struktur der erfindungsgemäß zu verwen
denden hydrophob modifizierten Celluloseether wird im fol
genden erläutert.
Die im Rahmen der Erfindung besonders bevorzugten
Celluloseether entstehen bei der Umsetzung der
unmodifizierten Celluloseether mit Alkylierungsmitteln,
z. B. mit Alkylbromiden entsprechender Kettenlänge, insbe
sondere mit 6 bis 25 und bevorzugt mit 12 bis 22 Kohlen
stoffatomen. Es können auch technische Gemische derartiger
Alkylbromide eingesetzt werden.
Die Alkylgruppen können verzweigt oder insbesondere
geradkettig sein; typische Beispiele sind Hexyl, Heptyl,
Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl, Dodecyl, Tetradecyl,
Hexadecyl, Octadecyl, Eicosyl, Docosyl, Tetracosyl und
Pentacosyl; Hexadecyl (Cetyl) ist besonders bevorzugt.
Sie sind ebenfalls im Rahmen der Erfindung besonders
bevorzugt und entstehen bei der Umsetzung von
unmodifizierten Celluloseethern mit Alkoxyglycidylethern.
Dabei bildet sich ein 3-Alkoxy-2-hydroxypropylsubstituent
an den Celluloseethern aus, wobei die Alkoxygruppen 3 bis
22, insbesondere 4 bis 8 Kohlenstoffatome aufweisen
können. Bezüglich typischer Vertreter der in den
Alkoxygruppen enthaltenen Alkylresten wird auf die obige
Aufstellung verwiesen; ein besonders bevorzugter,
hydrophobierender Substituent ist die 3-n-
Butoxy-2-hydroxypropyl-Gruppe.
Sie entstehen bei der Umsetzung von unmodifizierten
Celluloseethern mit Acylierungsmitteln, z. B. mit
geradkettigen oder verzweigten aliphatischen Carbonsäuren,
insbesondere Fettsäuren und Säurechloriden oder -bromiden
derselben mit 6 bis 25 Kohlenstoffatomen.
Sie werden erhalten, wenn man die unmodifizierten
Celluloseether mit Epoxiden der entsprechenden Kohlen
stoffzahl umsetzt; dabei werden die Celluloseether mit
einem α-Hydroxyalkylrest substituiert.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfin
dung weisen die mit Alkylgruppen hydrophob modifizierten
Celluloseether einen Alkylgruppengehalt im Bereich von 0,01
bis 5, insbesondere von 0,1 bis 1,5 Gew.-%, bezogen auf das
Gesamtgewicht der unmodifizierten Celluloseether, auf, wobei
weiterhin bevorzugt ist, daß so modifizierte Hydroxyethyl
cellulosen eine Viskosität im Bereich von 150 bis 700 mPas
nach Brookfield (1%ige wäßrige Lösung, 25°C, 6 U/min)
aufweisen.
Weiterhin besonders bevorzugt sind mit 3-Alkoxy-2-hydroxy
propyl-Gruppen modifizierte Celluloseether mit einem Gehalt
der 3-Alkoxy-2-hydroxypropyl-Gruppen im Bereich von 0,1 bis
20, insbesondere von 0,2 bis 8,0 Gew.-%, bezogen auf das
Gesamtgewicht der unmodifizierten Celluloseether. Es ist
weiterhin bevorzugt, daß mit 3-Alkoxy-2-hydroxypropyl-Gruppen
modifizierte Hydroxyethylcellulosen eine Viskosität im Bereich
von 1500 bis 4000 mPas nach Brookfield (1%ige wäßrige
Lösung, 25°C, 30 U/min) aufweisen.
Gemäß weiteren vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung
werden die hydrophob modifizierten Celluloseether den Auf
schlämmungen in einer Menge von 0,001 bis 1,0, insbesondere
von 0,01 bis 1,0 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der
nicht stabilisierten Aufschlämmung, zugesetzt, wobei die
Aufschlämmungen einen Feststoffgehalt im Bereich von 40 bis
80, insbesondere von 55 bis 75 Gew.-% aufweisen.
Die Erfindung betrifft weiterhin wäßrige Kohleaufschlämmungen,
enthaltend mit hydrophobierenden Gruppen substituierte
Celluloseether als Stabilisatoren sowie gegebenenfalls übliche
Additive wie Netzmittel, Entschäumer, Salze, Basen, Konser
vierungsmittel und dergleichen. Bezüglich dieser Additive wird
auf die Offenbarung der zum Stand der Technik genannten
Veröffentlichungen hingewiesen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausfüh
rungsbeispiele und Vergleichsversuche näher erläutert.
Die Versuche wurden an einer Wearmouth-Feinkohle mit einer
Teilchengrößenverteilung zwischen 5 und 250 µm, wobei 80
Gew.-% der Kohleteilchen kleiner als 74 µm waren, durchge
führt. Die Feinkohle wurde in Wasser mit einem Netzmittel
(Dinonylphenol-polyglykolether mit im Mittel 100 Ethylenoxy
gruppen) unter Ausbildung einer 60 Gew.-% Feststoffe enthal
tenden Aufschlämmung suspendiert. Zu gleichen Anteilen der so
erhaltenen Suspension wurden jeweils 0,05 Gew.-% verschie
dener, nachfolgend erläuterter Stabilisatoren gemäß der
Erfindung und gemäß dem Stand der Technik gegeben.
Die Viskosität der Aufschlämmungen wurde eine Stunde und -
nach Aufrühren - 28 Tage nach dem Ansetzen gemessen
(Brookfield RVT, 100 U/min, Spindel 4, 25°C).
Ebenfalls nach 28 Tagen wurde die eingetretene Sedimentation
von Kohleteilchen bestimmt und mit den Noten 1 bis 4 bewertet
(1=keine Sedimentation, keine Phasenauftrennung; 2=geringe
Mengen an weichem Sediment, leicht redispergierbar, keine
Phasentrennung; 3=große Mengen an weichem Sediment und/oder
kleine Mengen an hartem Sediment, mäßig redispergierbar,
leichte Phasentrennung; 4=großen Mengen an hartem Sediment,
schlecht redispergierbar, starke Phasentrennung).
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt. Die einge
setzten Stabilisatoren waren die folgenden:
- A) mit Cetylgruppen hydrophob modifizierte Hydroxyethylcellulose, Cetylgruppengehalt 0,5 Gew.-%, bezogen auf unmodifizierte Hydroxyethylcellulose, molarer Substitutionsgrad der Hydroxyethylgruppen=3,2; Viskosi tät 600 mPas (Brookfield, 1%ige wäßrige Lösung, 25°C, 6 U/min);
- B) mit 3-n-Butoxy-2-hydroxypropyl-Gruppen modifizierte Hydroxyethylcellulose; Gehalt an 3-n-Butoxy-2-hydroxy propyl-Gruppen 4,0 Gew.-%, bezogen auf unmodifizierte Hydroxyethylcellulose, molarer Substitutionsgrad der Hydroxyethylgruppen 3,2; Viskosität: 2500 mPas (Brookfield, 1%ige wäßrige Lösung, 25°C, 30 U/min).
- C) Hydroxyethylcellulose (handelsüblich, Fa. Aqualon GmbH, Natrosol® 250 HHR);
- D) Carboxymethylcellulose (handelsüblich, Fa. Aqualon GmbH, Blanose® 7H4);
- E) Hydroxyethyl-Guar, handelsüblich;
- F) Hydroxypropyl-Guar, handelsüblich;
- G) Carboxymethyl-Guar, handelsüblich;
- H) Hydroxypropylcellulose, handelsüblich, Fa. Aqualon GmbH, Klucel® H;
- I) Xanthangum, handelsüblich.
Aus der Tabelle 1 ergibt sich, daß das Produkt B der Erfindung
das beste Ergebnis von allen getesteten Stabilisatoren lie
fert. Das Produkt A der Erfindung ist den Vergleichsprodukten
C und I gleichwertig. Nachteilig ist jedoch bei dem Ver
gleichsprodukt C die starke Viskositätsänderung nach einer
Lagerzeit der Aufschlämmung von 28 Tagen.
Das Beispiel 1 wurde mit einem Teil der dort untersuchten
Stabilisatoren und einem Feinkohlengemisch polnischer Herkunft
wiederholt, wobei die Stabilisatoren in einer Menge von 0,02
Gew.-% der Aufschlämmung zugesetzt wurden. Weiterhin wurde
hier gleichzeitig auch die Sedimenthöhe nach 28 Tagen be
stimmt, indem die Eindringtiefe eines Stabes in das Sediment
gemessen und der erhaltene Wert von der Gesamthöhe der Auf
schlämmung in dem Meßgefäß abgezogen wurde.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefaßt. Die Abkür
zungen für die getesteten Stabilisatoren sind die gleichen wie
im Beispiel 1. Die Viskositäten wurden in mPas nach Brookfield
RVT, 25°C, 50 U/min, Spindel 5, bestimmt.
Die Produkte der Erfindung erwiesen sich in diesem Test
hinsichtlich der Höhe des nach 28 Tagen ausgebildeten Sedi
ments als den Vergleichsprodukten C (Hydroxyethylcellulose)
und I (Xanthangum) überlegen.
Claims (18)
1. Verwendung von hydrophob modifizierten Celluloseethern,
die mit hydrophobierenden Gruppen mit mindestens 6 Koh
lenstoffatomen aus der von Alkyl, Alkoxycarbonyl,
Alkyliminocarbonyl, 3-Alkoxy-2-hydroxypropyl und 2-
Alkyl-2-hydroxyalkyl gebildeten Gruppe substituiert sind,
als Stabilisatoren für Aufschlämmungen von Kohle in
Wasser.
2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Celluloseether nichtionisch sind.
3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Celluloseether aus der von Methylcellulosen,
Methylhydroxyethylcellulose, Ethylhydroxyethylcellulose,
Hydroxypropylcellulose und Methylhydroxypropylcellulose
gebildeten Gruppe, jeweils substituiert mit den hydropho
bierenden Gruppen, ausgewählt sind.
4. Verwendung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Celluloseether mit den
hydrophobierenden Gruppen substituierte Hydroxyethyl
cellulosen sind.
5. Verwendung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die hydrophob modifizierten Hydroxyethylcellulosen einen
mittleren molaren Hydroxyethyl-Substitutionsgrad (MS
OC2H4OH) im Bereich von 1,5 bis 3,5 aufweisen.
6. Verwendung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die hydrophobierenden Gruppen
6 bis 25 Kohlenstoffatome aufweisen.
7. Verwendung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die hydrophob modifizierten
Celluloseether den Aufschlämmungen in einer Menge von
0,001 bis 1,0, insbesondere von 0,01 bis 1,0 Gew.-%,
bezogen auf das Gesamtgewicht der nicht stabilisierten
Aufschlämmung, zugesetzt werden.
8. Verwendung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschlämmungen einen
Feststoffgehalt im Bereich von 40 bis 80, insbesondere 55
bis 75 Gew.-% aufweisen.
9. Verwendung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die hydrophobierenden Gruppen
Alkylgruppen mit 12 bis 22 Kohlenstoffatomen sind.
10. Verwendung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die mit Alkylgruppen hydrophob
modifizierten Celluloseether einen Alkylgruppengehalt im
Bereich von 0,01 bis 5, insbesondere von 0,1 bis 1,5
Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der modifizierten
Celluloseether, aufweisen.
11. Verwendung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß mit Alkylgruppen hydrophob
modifizierte Hydroxyethylcellulosen eine Viskosität im
Bereich von 150 bis 700 mPas nach Brookfield (1%ige
wäßrige Lösung, 25°C, 6 U/min) aufweisen.
12. Verwendung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die hydrophobierenden Gruppen
Cetylgruppen sind.
13. Verwendung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die hydrophobierenden Gruppen
3-Alkoxy-2-hydroxypropylgruppen sind.
14. Verwendung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
die 3-Alkoxy-2-hydroxypropylgruppen 3 bis 22, insbesondere
4 bis 8 Kohlenstoffatome in der Alkoxygruppe aufweisen.
15. Verwendung nach mindestens einem der Ansprüche 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet, daß die mit 3-Alkoxy-2-hydroxy
propylgruppen hydrophob modifizierten Celluloseether einen
Gehalt der 3-Alkoxy-2-hydroxypropylgruppen im Bereich von
0,1 bis 20, insbesondere von 0,2 bis 8,0 Gew.-%, bezogen
auf unmodifizierte Celluloseether, aufweisen.
16. Verwendung nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, daß mit 3-Alkoxy-2-hydroxy
propylgruppen hydrophob modifizierte Hydroxyethyl
cellulosen eine Viskosität im Bereich von 1500 bis 4000
mPas nach Brookfield (1/%ige wäßrige Lösung; 25°C, 30
U/min) aufweisen.
17. Verwendung nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, daß die hydrophobierenden Gruppen
3-n-Butoxy-2-hydroxypropylgruppen sind.
18. Wäßrige Kohleaufschlämmungen, enthaltend mit hydropho
bierenden Gruppen substituierte Celluloseether nach
mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17, sowie gegebenen
falls übliche Additive wie Netzmittel, Entschäumer, Salze,
Basen und dergleichen.
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|---|---|---|---|
| DE3927567A DE3927567C2 (de) | 1989-08-21 | 1989-08-21 | Verwendung von hydrophob modifizierten Celluloseethern in wäßrigen Kohleaufschlämmungen und die so erhaltenen, stabilisierten Kohleaufschlämmungen |
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|---|---|
| DE3927567C2 (de) | 1998-07-02 |
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