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Verfahren zur Herstellung von aschearmen oder aschefreien Kohle-Öl-Dispersionen
Dispersionen von Stein- oder Braunkohle in Öl, sogenannte Fließkohlen, wie sie für
Schiffsfeuerungen, als Ausgangsstoff zur Hydrierung usw. verwendbar sind, wurden
bisher vielfach so hergestellt, daß man die Kohle mit dem Öl in geeigneten Mahlvorrichtungen
vermahlt. Soll die Fließkohle aschefrei oder aschearm. sein, so muß dabei der Anreibung
mit Öl eine Entaschung durch Schwimmaufbereitung oder eine Behandlung mit Säure,
eine Filtration und anschließende Trocknung vorausgehen. Dieser mehrstufige Reinigungsvorgang
ist mit einem erheblichen Kraft- und Wärmeaufwand verbunden. Die Verarbeitung von
Kohlen, die Asche in s chwer zu entfernender Form enthalten, würde darüber hinaus
eine mehrfache Behandlung notwendig machen, die im allgemeinen die Verarbeitung
minderwertiger Kohlesorten, insbesondere auch die von Bratkohlen, unwirtschaftlich
machen.
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Ferner sind Verfahren bekanntgeworden, nach denen Kohle mit etwa der
gleichen Gewichtsmenge Öl und Wasser angeteigt wird. In Vorrichtungen, die den bei
den Schwimmaufbereitungsverfahren angewandten ähnlich sind, wird durch einen überschuß
von Wasser unter kräftiger Durchmischung ein als Amalgam bezeichnetes Kohle-Öl-Gemisch
zum Aufschwimmen gebracht und von dem Wasser abgezogen. Bei dieser Behandlung soll
sich außer dem großen Teil der Asche auch die Hauptmenge des Wassers _ abscheiden.
Dieses Verfahren ist z. B. unter dem Namen Trent-Verfahren bekanntgeworden und gilt
gemeinsam mit dem Elmoreverfahren,das die gl@eich@e Arbeitsweise auf Erze anwendet,
als Vorläufer der heutigen Schwimmaufbereitungsverfahren.
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Alle diese Verfahren, die übrigens heute zugunsten der Sch,#vimmaufbereitungsverfahren
nahezu sämtlich verlassen worden sind, hatten den Nachteil, daß nach der erstmaligen
Bildung des Amalgams aus Kohle und Öl eine weitere Einwirkung irgendwelcher Art
auf die Kohle nicht mehr möglich ist. Es gelingt deswegen nicht mehr, durch Zerteilung
der Paste neue Ascheteilchen freizulegen, so daß selbst bei Nacheinanderschaltung
mehrerer Apparate und bei Verwendung großer Spülwassermengen die Trennung unvollkommen
ist und unwirtschaftlich bleibt. Ferner ist die Verwendung einer Knetmaschine zur
Mischung von Fettkohle, Magerkohle und Öl und Bildung einer pastenförmigen Masse
für Brikettierzwerke
bekannt. Jedoch wird hierbei ohne Wasserzusatz
gearbeitet und tritt demgemäß eine Entaschung nicht ein. Weiterhin ist zur Herstellung
eines ölbrennstoffes das Durcheinanderkneten von gemahlenen Brennstoffen mit einer
reichlichen Menge Mineralöl und von Naßtorf mit 8o bis goo/o Wassergehalt bekannt,
wobei die Masse durch das Kneten in den Zustand von bildsamem Ton übergeführt werden
soll. Jedoch erfolgt hierbei auch keine Entaschung und soll das Wasser durch Trocknen
im Stapel oder Erhitzen ausgetrieben werden.
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Es wurde nun gefunden, daß man aschearme, unter Umständen nahezu aschefrei:e
Dispersionen von Kohle in Öl in einem einzigen Arbeitsgang auf folgende Weise herstellen
kann: Die in Wasser auf einer beliebigen Mahlvorrichtung, etwa einer Rohr-oder Schwingmühle,
naß gemahlene Kohle wird in Form einer dicken Paste in einer Knetvorrichtung mit
Öl zu einer zusammenhängenden zähen und plastischen Masse umgeknetet. Bei dieser
Knetbehandlung scheidet sich zunächst der größere Teil des in der Kohlepaste enthaltenen
Wassers nahezu vollständig ab und kann abgezogen werden. Gleichzeitig geht auch
ein erheblicher Anteil der Asche mit der wäßrigen Phase ab. Nach eingangs erfolgter
Phasentrennung wird die Knetung so weitergeführt, daß der zähe plastische Zustand
des Kneterzeugnisses dauernd aufrechterhalten wird. Unter Zusatz von geringen Wassermengen,
die die austretende Asche wegspülen, wird durch die Scherkräfte der Knetbewegung
eine dauernde kräftige Durchmischung der viskosen Ölpaste mit dem Spülwasser erzwungen.
Gleichzeitig werden innerhalb der Kohle-Öl-Paste dauernd neue Oberflächen freigelegt.
Nur so ist es möglich, daß die spezifisch benetzende Wirkung von Wasser auf die
Asche und vom Öl auf die Kohle immer auf neue Teilchen der P-,ohkohle zur Geltung
kommt. Es gelingt so, die Asche aus der Kohle-öl-Paste in verhältnismäßig kleinen
Knetmaschinen bei geringem Energieaufwand und mit kleinen Spülwassermengen fast
vollständig zu entfernen. Das Wesen des Verfahrens beruht also darauf, daß man unter
Verwendung von Knetvorrichtungen, z. B. nach Werner-Pfleiderer oder in Knetschnecken,
dafür Sorge trägt, daß ein Aufschwimmen der Paste im Wasser vermieden wird. Es muß
vielmehr dauernd eine zähe plastische und zusammenhängende Masse einer mechanischen
Knetwirkung ausgesetzt werden, damit die zur Spülung verwendete geringe Wassermenge
dauernd durch die Knetwerkzeuge und die von ihnen erzeugten Scherkräfte in die plastische
Masse hineingepreßt und mit gelöster und fein verteilter Gangart beladen durch die
gleichen Kräfte der Knetbewegung wieder ausgequetscht wird.
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In welchem Maße das Durchkneten der Kohlepaste eine bessere Entaschung
als das bloße Rühren etwa nach dein oben:erwähnten Trent-Verfahren zeigt, soll nachstehend
an Hand von Vergleichsversuchen gezeigt werden. Für diese Versuche wurde beide Male
eine Kohle mit 8,5°'o_ Asche benutzt. Nach dem neuen Verfahren wurden i oo Teile
gümahlene Kohle mit je 6o Teilen öl und Wasser in einer Schneckenpresse je zwei
Minuten geknetet. brach jedem Kneten wurde das. die Asche enthaltende Wasser entfernt
und 3o Teile frisches Wasser zugegeben. Die Aschegehalte nach jeder Knetung sind
in der untenstehenden Aufstellung verzeichnet. .
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Im Gegensatz dazu wurde die gleiche Kohle in einem großen überschuß
an Wasser suspendiert und mit etwa 7o% 0l zur Amalgamierung gebracht. Dieses Amalgam
wurde dann noch zweimal mit frischem Wasser unter Rühren gewaschen. Die Aschegehalte
sind ebenfalls in der Aufstellung enthalten:
| Knetung nach ' Flotation nach |
| vorlie-endem ' dem Trent- |
| Verfahren Verfahren |
| Asche |
| z. Behandlung .... 4,5 6,o |
| - .... 2,3 5,8 |
| 3. - .... 1,4. 5>5 |
Es zeigt sich also, daß schon durch einmaliges kurzes Kneten eine weit bessere Entaschung
möglich ist als selbst durch mehrfache Behandlung nach dem Trent-Verfahren. Da in
der Praxis die Dauer der Knetung aber erheblich länger als zwei Minuten betragen
wird, so ist meist schon nach cinm@aliger Behandlung eine hinreichende Entas-chung
erreicht, die durch das Trent-Verfahren nicht möglich ist.
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Durch Zusätze, welche die Benetzbarkeit der Kohle durch Öl steigern
und die durch Wasser herabsetzen, wie Tetrahydronaphthalin, Benzol usw., kann man
den Knetvorgang, der je nach den Eigenschaften der Kohle und des öls nur wenige
Minuten in Anspruch nimmt, noch erheblich beschleunigen. Die durch den Knetvorgang
bewirkte Wasserabscheidung kann man auch durch Anwendung von Wärme und gegebenenfalls
von Vakuum noch verbessern.
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Mit Rücksicht auf die Zähflüssigkeit der zur Verarbeitung kommenden
Masse kam,
es ferner zweckmäßig sein, das Öl dem Verfahren stufenweise
hinzuzufügen.
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Das dem Umkneten vorgeschaltete Vermahlen in wäßriger Phase bietet
die Möglichkeit, gleichzeitig noch besondere chemische Behandlungen, wie Entschwefelung,
Enteisenung usw., vorzunehmen.
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Das Verfahren ist vorzugsweise geeignet für die Herstellung von Fließkohle,
weiterhin aber auch zur Herstellung von aschearn-:er Staubkohle, indem das in der
Paste vorhandene Öl abgedampft wird; in diesem Falle wird man. zuvor zur Verknetung
zweckmäßig niedrigsiedende Öle verwenden. Man kann auf diesem Wege auch aus stark
gangarthaltigen Graphitrohstoffen Dispersionen von Graphit in Schmierölen herstellen,
wie sie für die Schnlieralg von bewegten Maschinenteilen geeignet sind.
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Für das Verfahren der Erfindung sind im übrigen sowohl Graphit wie
auch Anthrazitkohlen, Steinkohlen, Braunkohlen, Kokse und Halbkokse geeignet, vor
allen Dingen aber aschereiche Abfallkohlen, wie sie in den Wäschen der Kohlenaufbereitungen
anfallen. Das Verfahren hat gegenüber der bisherigen Arbeitsweise zur Herstellung
von Fließkohle den Vorteil, daß man für' die Herstellung aschefreier oder aschearm.er
Fließkohle die Naßmahlung verwenden kann, wodurch gegenüber der Trockenmahlung bei
wesentlicher Energieersparnis eine größere Feinheitsleistung erzielt wird.
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Gegenüber den bekannten Aufbereitungsverfahren zeichnet sich das vorliegende
Verfahren dadurch aus, daß es unter Entfernung des größten Teils der Asche und des
Wassers nur verhältnismäßig kleine Geräteräume, geringen Energieaufwand und kleine
Wassermengen erfordert.
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Beispiele -i. Eine Abfallschlammkohle mit 221;'o Asche wird auf einer
Rohrmühle unter Zusatz von Wasser fein gemahlen. In an sich bekannten Knetmaschinen,
wie nach Werner-Pfleiderer, Knetschnecken u. dgl., wird die Kohle in Form wäßriger
Paste mit der gleichen Gewichtsmenge eines Mineralöls verknetet. Nach wenigen Minuten
scheidet sich da:> Wasser mit dein größten Teil der Asche ab. Es entsteht eine Kohle-Öl-Dispersion
mit nur i % Asche.
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2. Eine Steinkohle mit einem Aschegehalt von 8,3 % wird nach dem in
Beispiel i beschriebenen Verfahren bearbeitet. Die entstehende Kohle-Öl-Dispersion
zeigt einen Aschegehalt von nur i 0/ö.
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3. - Ein. Braunkohlenschw elkoks mit 19, z 0,10 Asche wird in einer
Schwingmühle bei Gegenwart'von Wasser etwa 15 Stunden fein gemahlen. Hierauf wird
die entstandene wäbrige Paste des Braunkohlenschwelkokses in einem Werner-Pfleiderer-Kneter
mit der gleichen Gewichtsmenge eines Mineralöls verknetet. Zugleich mit dem Abscheiden
des Wassers tritt der größte Teil der Asche aus und "wird durch Abschlämmen mit
Wasser entfernt. Es wird eine Braunkohlenschwelkoks-Ol-Dispersion von .4.1 % Asche
erhalten.
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q.. ioo Gewichtsteile einer trockenen Steinkühle mit einem As,chegehalt
von I4,.10;0 werden. mit 5o Gewichtsteilen Wasser in an sich bekannten Knetvorrichtungen
zu einer Paste verarbeitet. Nach Zusatz von i oo Gewichtsteilen eines Rohöls scheiden
sich innerhalb weniger Minuten 4o Gewichtsteile Wasser zugleich .mit dem größten
Teil der Asche ab. Die Ascheabscheidung wird durch anschließendes Spülen mit etwa
15o bis Zoo Gewichtsteilen Wasser bei dauerndem Kneten zu Ende geführt. Es entstehen
etwa 210 Gewichtsteile einer Kohle-Öl-Paste mit nur i 0,/o Asche und einem Wassergehalt
von 51110-