FI72276C - Foerfarande foer anrikning av kol, anrikad kolprodukt och anlaeggning foer dess framstaellning. - Google Patents

Description

1 72276

Menetelmä hiilen rikastamiseksi, rikastettu hiilituote ja laitteisto sen valmistamiseksi Tämä keksintö koskee parannettua menetelmää hiilen 5 rikastamiseksi ja epäpuhtauksien poistamiseksi siitä sekä rikastettua hiilituotetta ja laitteistoa sen valmistamiseksi .

Maailman tunnetut hiilivarat ja muiden kiinteiden hiilipitoisten polttoaineiden varat ovat huomattavasti suu-10 remmat kuin tunnetut maaöljy- ja luonnonkaasuvarat yhteensä. Tästä hiilen ja sen sukuisten kiinteiden hiilipitoisten materiaalien suuresta runsaudesta huolimatta ei näihin polttoaineisiin, varsinkaan hiileen ensisijaisena energialähteenä ole useimmiten turvauduttu. Kun aikaisemmin on ollut 15 saatavissa halvempia, puhtaammin palavia polttoaineita, kuten maaÖljyä ja luonnonkaasua, niin hiili on energialähteenä saanut enimmäkseen sivuosan.

Kuitenkin nykyiset maailmantapahtumat ovat pakottaneet kiinnittämään uudelleen huomiota maapallon energiatar-20 peeseen ja sen tyydyttämiseen ja tarvittaviin energialähteisiin. Toteaminen, että maaöljy- ja luonnonkaasuvarat on pian tyhjennetty ja että maaöljyn ja luonnokaasun taivaita hipovat pinnat sekä niiden alueiden levottomuus, joilla näitä luonnonvaroja on suurimmat määrät, on synnyttänyt uutta 25 kiinnostusta kiinteiden hiilipitoisen materiaalien, varsinkin hiilen käyttöön pääasiallisina energialähteinä.

Tämän johdosta on tehty suuria ponnistuksia hiilen ja sen sukuisten kiinteiden hiilipitoisen materiaalien saamiseksi maaöljyn tai luonnonkaasun kanssa samanarvoi-30 siksi tai paremmiksi energialähteiksi. Hiilen tapauksessa on esimerkiksi tehty huomattavia ponnisteluja sen tuotantoon, kuljetukseen ja polttamiseen liittyvien ympäristöongelmien ratkaisemiseksi. Esimerkiksi hiilen kaivostoimintaan liittyviä terveydellisiä ja turvallisuusvaroja on merkittä-35 västi vähennetty uudella hiilikaivostoimintaa koskevalla lainsäädännöllä. Lisäksi on tutkittu ja kehitetty lukuisia 2 72276 menetelmiä hiilen saamiseksi puhtaammin palavaksi, sopivammaksi polttaa ja helpommin kuljetettavaksi.

Hiilen muuttaminen kaasu- tai nestemuotoon ovat kaksi tällaista tunnettua menetelmää. Yksityiskohtaisia kuvauksia 5 erilaisista menetelmistä hiilen saattamiseksi kaasu- tai nestemuotoon on esitetty esimerkiksi teoksessa Encyclopedia of Chemical Technology, Kirk-Othmer, 3. painos (1980), voi. 11, sivut 410-422 ja 449-473. Näissä menetelmissä tarvitaan kuitenkin tyypillisesti huomattava määrä energiaa sekä myös 10 korkeita lämpötiloja ja paineita kestävä laitteisto, mikä vähentää niiden laajempaa käyttöä ja arvoa.

Menetelmiä hiilen saattamiseksi helpommin nestemuotoon on myös kehitetty. Eräs tällainen menetelmä on US-pa-tenttijulkaisun nro 4 033 852 (Horowitz et ai.) kohteena.

15 Tässä menetelmässä osa hiilen pinnasta modifioidaan kemiallisesti liuotinväliaineessa, jonka vaikutuksesta hiili saadaan helpommin liuottimeen nestemuotoon kuin luonnontilassa oleva hiili ja voidaan ottaa talteen uuttamalla nestemäisenä viskoosisena tuotteena.

20 Kaasu- ja nestemuotoon saattamisen lisäksi tunnetaan myös muita menetelmiä hiilen muuttamiseksi polttamisen ja kuljetuksen kannalta sopivampaan muotoon. Kirjallisuudessa on kuvattu esimerkiksi hiili/öljy- ja hiili/vesiseosten valmistus. Tällaisilla hiilen nestemäisillä seoksilla on huo-25 mättäviä etuja. Niiden ollessa helpommin kuljetettavia kuin kuiva, kiinteä hiili, ne ovat myös helpommin varastoitavia ja niiden räjähdysvaara itsesytytyksen vuoksi on vähäisempi. Lisäksi hiilen ollessa nestemäisessä muodossa, se on sopivampaa polttoainetta tavanomaisiin polttoöljyjä käyt-30 täviin laitteistoihin. Tämä mahdollisuus helpottaa suuresti polttoöljyä pääasiallisena energialähteenä käyttävän laitteiston muuttamista hiiltä käyttäväksi. Tyypillisiä hiili/ öljy- ja hiili/vesiseoksia ja niiden valmistusta on kuvattu US-patenttijulkaisuissa nro 3 762 887, 3 617 095, 4 217 109, 35 4 101 293 ja GB-patenttijulkaisussa nro 1 523 193.

Kuitenkin riippumatta siitä, missä muodossa hiili lopullisesti käytetään, hiili tai hiilipolttotuote on

II

3 72276 puhdistettava, koska se sisältää olennaisia määriä rikki-ja typpiyhdisteitä ja mineraaliaineksia, kuten huomattavia määriä metalliepäpuhtauksia. Polton aikana nämä leviävät ympäristöön rikkidioksidina, typen oksideina ja metalliyh-5 diste-epäpuhtauksina. Jos hiili hyväksytään ensisijaiseksi energialähteeksi, niin ympäristön saastumisen välttämiseksi se on puhdistettava joko puhdistamalla hiilen palamistuot-teet tai hiili ennen polttamista.

Näin ollen sekä fysikaalisia että kemiallisia puh-10 distusmenetelmiä (rikastusmenetelmiä) on tutkittu. Yleensä fysikaalisessa puhdistusmenetelmässä hiili jauhetaan epäpuhtauksien vapauttamiseksi, jolloin hiilen hienousastee.1-la säädetään epäpuhtauksien vapautumisaste. Koska kuitenkin hiilen käsittelyssä kustannukset nousevat eksponentiaali-15 sesti hienousasteen mukaan, niin hiukkasten koon pienentämisellä on olemassa taloudellinen optimiarvo. Hiilen jauhaminen erittäin hienorakeiseksi ei myöskään aina ole tehokas keino kaikkien epäpuhtauksien poistamiseksi. Perustuen fysikaalisiin ominaisuuksiin, joita hiilen ja epäpuhtauksien 20 erotuksessa käytetään, fysikaaliset hiilen puhdistusmenetelmät jaetaan tavallisesti neljään ryhmään: painovoimaan perustuvat menetelmät, vaahdotusmenetelmät, magneettiset ja sähköiset menetelmät. Päinvastoin kuin fysikaaliset hiilen puhdistusmenetelmät, kemialliset hiilen puhdistusmenetel-25 mät ovat vasta kehityksensä alkuvaiheessa. Tunnettuja kemiallisia hiilen puhdistusmenetelmiä ovat esimerkiksi hiilen hapettava rikinpoisto (rikki muutetaan ilman hapen avulla vesiliukoiseen muotoon), ferrisuolauutto (pyriitti-rikin hapetus ferrosulfaatilla) ja vetyperoksidi-rikkihap-30 pouutto. Myös muita menetelmiä on esitetty edellä mainitussa teoksessa Encyclopedia of Chemical Technology, voi.

6, s. 314-322.

Vaikka edellä olevasta ilmenee, että hiilen saattamiseksi energialähteenä sopivampaan käyttömuotoon on tehty 35 huomattavia ponnisteluja, niin edelleen on tarpeen ja toivottua suorittaa tutkimuksia ennen kuin hiili, hiiliseok-set ja muut kiinteät hiilipitoiset polttoainelähteet voidaan 4 72276 hyväksyä suuressa mittakaavassa ensisijaisiksi energialähteiksi .

Esillä olevan keksinnön kohteena on siten menetelmä, jolle on tunnusomaista, että hiili saatetaan vesipitoisessa 5 väliaineessa kosketuksiin pintakäsittelyseoksen kanssa, joka sisältää polymeroituvaa monomeeria, polymerointikatalysaat-toria ja nestemäistä orgaanista kantaja-ainetta, joka on muu kuin polttoöljy. Tällä käsittelyllä saadaan hydrofobinen, oleo-fiilinen hiilituote, joka soveltuu tuhkan ja rikin lisäpois-10 toon vesierotustekniikalla. Tuloksena oleva tuote on erittäin sopiva rikastettujen hiilisuspensioiden ja/tai puhdistetun kappalemuodossa olevan hiilen valmistamiseen.

Lisäksi keksinnön erään toisen aspektin mukaan esitetään parannettu menetelmä hiilen rikastamiseksi pintakä-15 sittelemällä kemiallisesti hiiltä vesipitoisessa väliaineessa hiilen saamiseksi hydrofobiseksi ja oleofiiliseksi, sitten erottamalla hydrofobinen ja oleofiilinen hiilifaasi tuhkaa sisältävästä vesifaasista, ottamalla hydrofobinen ja oleofiilinen hiilifaasi talteen, jolle menetelmälle on 20 tunnusomaista, että kemiallisesti pintakäsitelty hydrofobinen ja oleofiilinen hiili sekoitetaan vesipitoisen pesu-väliaineen kanssa käyttäen suurta leikkausvoimaa, jolloin siitä vapautuu lisää tuhkaa ja muita hydrofiilisia epäpuhtauksia vesipitoiseen väliaineeseen ja hydrofobinen hiili-25 faasi kelluu vesifaasin pinnalla ja erotetaan vesifaasista.

Liitteenä olevissa kuvioissa kuvio 1 esittää esillä olevan keksinnön mukaista juoksukaaviota kiinteän hiilipi-toisen materiaalin, kuten hiilen rikastamiseksi.

Kuviossa 2 on esitetty juoksukaaviona edullinen me-30 netelmä kiinteän hiilipitoisen materiaalin, kuten hiilen rikastamiseksi esillä olevan keksinnön mukaisesti.

Kuviossa 3 on edelleen eräs edullinen menetelmä keksinnön soveltamiseksi.

Kuviossa 4 on kuvattu tyypillinen astia, jota voi-35 daan käyttää esillä olevan keksinnön menetelmän suorituksessa.

Il 5 72276

Esillä olevan keksinnön mukaisesti tuotetaan vahvasti rikastettu hiilituote menetelmällä, jossa hiilihiukkasia pintakäsitellään vesipitoisessa väliaineessa pintakäsittely-seoksella, joka sisältää polymeroituvaa monomeeria, poly-5 merointikatalysaattoria ja nestemäistä orgaanista kantaja-ainetta, joka on muu kuin polttoöljy. Tällä käsittelyllä hiilihiukkaset saadaan hydrofobisiksi ja oleofiilisiksi. Keksinnön mukaisella menetelmällä saadaan siten vahvasti rikastettua h.iilituotetta, jonka vesipitoisuus on suhteellisen alhainen ja josta voidaan 10 edelleen poistaa vettä (kuivaus) huomattavassa määrin ilman lämpöenergiaa. Keksinnön mukaisesti valmistetun hiilen tuhkapitoisuus on alennettu alhaiselle tasolle ja rikkipitoiset mineraalit on poistettu. Lisäksi lopullisen hiilituot-teen lämpöarvo (joule-sisältö) on parantunut, ja tuotetta 15 voidaan polttaa kiinteänä tai yhdessä polttoöljyn tai veden kanssa muodostettuna, erittäin edullisena rikastettuna hii-liseoksena tai -suspensiona, joka on helppo kuljettaa ja palaa puhtaasti.

Tässä käytettynä ilmaisulla "rikastus" tarkoitetaan 20 puhdistusmenetelmiä, joissa tuotteesta, kuten hiilestä, poistetaan epäpuhtauksia ja hiilen talteenottomenetelmiä esimerkiksi hiilenkäsittelylaitosten poistovirrasta ja menetelmiä hiilipitoisten virtojen tai suspensioiden konsentroi-miseksi tai veden poistamiseksi niistä, kuten esimerkiksi 25 veden poistamiseksi hiilisuspensioputkistoissa.

Eräässä keksinnön toteutusmuodossa syöttömateriaali-na käytetään epäpuhdasta kaivoshiiltä tai muuta kiinteää hiilipitoista ainetta, joka edullisesti ensin jauhetaan hienojakoiseksi (pieni partikkelihalkaisija) siihen kaivostoi-30 minnan yhteydessä jääneen ei toivotun kiviaineksen, raskaan ruhkan ym. materiaalin poistamiseksi. Hiili jauhetaan ja alkupuhdistetaan tavallisesti veden läsnäollessa, johon hiili suspendoidaan ja/tai jolla hiili kastellaan siten, että se saadaan juoksevaksi. Hiilen jauhamiseen käytetään tavan-35 omaisia laitteistoja, kuten kuula- tai tankomyllyä, murskaimia ym.

6 72276

On yleensä toivottua, joskaan ei välttämätöntä, käyttää esillä olevassa keksinnössä jauhamisvaiheessa tiettyjä vedenkäsittelylisäaineita. Tällaiset lisäaineet saavat tuhkan hydrofiilisemmaksi, mikä helpottaa niiden erottamista, 5 kuten jäljempänä kuvataan. Tyypillisiä tähän tarkoitukseen sopivia lisäaineita ovat tavanomaiset epäorgaaniset ja orgaaniset dispergointiaineet, pinta-aktiiviset aineet ja/tai kostutusaineet. Edullisia lisäaineita tähän tarkoitukseen ovat esimerkiksi natriumkarbonaatti, natriumpyrofosfaatti 10 jne.

Jauhamalla saatu hiili/vesisuspensio on tyypillisesti sellainen, jossa hiilen ja veden painosuhde on noin 0,5:1 - noin 1:5, edullisesti noin 1:3. Jos edellä kuvattuja vedenkäsittelylisäaineita käytetään, niin niiden käyttö-15 määrä on pieni, tavallisesti esimerkiksi noin 0,25 - 5 pai-no-% kuivan hiilen painosta laskettuna. Vaikka yleisesti tiedetään, että mitä hienommaksi hiili jauhetaan, sitä enemmän epäpuhtauksia vapautuu, niin hienontamisesta saatu hyöty määräytyy taloudellisen optimin mukaan. Joka tapauksessa 20 keksinnön tarkoituksiin hiiltä ei yleensä jauheta kuin noin 48-325 meshin hienousasteeseen, edullisesti siten että noin 80 % hiukkasista on noin 200 meshiä (Tyler-standardiseula).

Keksinnön mukaisessa menetelmässä voidaan käyttää mitä tahansa hiilityyppiä. Niitä ovat tyypillisesti esimer-25 kiksi bitumihiili, ruskohiili, antrasiitti, ligniitti tms. Keksinnön mukaisessa menetelmässä voidaan myös käyttää muita kiinteitä hiilipitoisia polttoaineita, kuten öljylius-ketta, tervahiekkaa, koksia, grafiittia, kaivosjätettä, hiiltä jätekasoista, hiilen käsittelyn hienoja jakeita, 30 hienoa hiilijauhetta kaivosaltäistä ja seulonnasta, hiili-pitoista jäteainetta jne. Siten ilmaisuun "hiili" katsotaan sisältyvän myös muita kiinteitä hiilipitoisia polttoaineita tai polttoainevirtoja.

Keksinnön mukainen rikastusprosessi suoritetaan 35 saattamalla hiili/vesisuspensio, joka sisältää hienojakoista hiiltä, kosketuksiin pintakäsittelyseoksen kanssa, joka sisältää polymeroituvaa monomeeria, polymerointikata-

II

7 72276 lysaattoria ja vähäisen määrän nestemäistä orgaanista kantaja-ainetta .

Pintakäsittelyseoksen polymerointireaktioon voidaan käyttää mitä tahansa polymeroituvaa monomeeria. Vaikkakin 5 käytön kannalta mukavampia ovat monomeerit, jotka ovat nesteitä huoneen lämpötilassa, niin voidaan myös käyttää kaasumaisia monomeereja, jotka ovat olefiinisesti tyydvtty-mättömiä ja siten pystyvät polymeroitumaan samanlaisten tai erilaisten molekyylien kanssa. Keksinnössä käytettäviksi 10 sopivia monomeereja voidaan siten esittää kaavalla XCH=CHX', jossa X ja X' ovat kumpikin erikseen vetyatomeja tai erilaisia orgaanisia radikaaleja tai epäorgaanisia substitu-entteja. Tällaisista monomeereista esimerkkeinä voidaan mainita etyleeni, propyleeni, butyleeni, tetrapropyleeni, 15 isopreeni, butadieeni, kuten 1,4-butadieeni, pentadieeni, dlsyklopentadieeni, oktadieeni, olefiiniset petroli fraktiot, styreeni, vinyylitolueeni, vinyylikloridi, akrylonitriili, metakrylonitriili, akryyliamidi, metakryyliamidi, N-metylo-liakryyliamidi, akroleiini, maleiinihappo, maleiinihappo-20 anhydridi, fumaarihappo, abietiinihappo tms.

Edullisia monomeereja keksinnön tarkoituksiin ovat tyydyttymättömät karboksyylihapot, niiden esterit, anhydri-

O

11 dit tai suolat, varsinkin kaavan RC-OR' mukaiset yhdisteet, 25 jossa kaavassa R on olefiinisesti tyydyttymätön orgaaninen ryhmä, edullisesti noin 2-30 hiiliatomia sisältävä ja R' on vety, suolanmuodostava kationi, kuten alkalimetalli-, maa-alkalimetalli- tai ammoniumkationi tai tyydyttynyt tai ety-leenityydyttymätön hiilivetyryhmä, joka edullisesti sisäl-30 tää 1 - noin 30 hiiliatomia ja joka on substituoimaton tai substituoitu yhdellä tai useammalla halogeeniatomilla karbok-syylihapporyhmällä ja/tai hydroksyyliryhmällä, joissa hydrok-syyliryhmien vetyatomit voivat olla korvattuja tyydyttyneillä ja/tai tyydyttymättömillä asyyliryhmillä, jotka 35 viimeksi mainitut sisältävät edullisesti noin 8-30 hiili-atomia. Edellä olevan rakennekaavan mukaisesti monomeereista voidaan erikseen mainita tyydyttymättömät rasvahapot, Ä 72276 o kuten öljyhappo, linolihappo, linoleenihappo, risinoleiini-happo, niiden mono-, di- ja triglyseridit ja muut tyydyt-tymättömien rasvahappojen esterit, akryylihappo, metakryy-lihappo, metyyliakrylaatti, etyyliakrylaatti, etyyliheksyy-5 liakrylaatti, tert-butyyliakrylaatti, oleyyliakrylaatti, metyylimetakrylaatti, oleyylimetakrylaatti, stearyyliakry-laatti, stearyylimetakrylaatti, lauryylimetakrylaatti, vi-nyyliasetaatti, vinyylimyristaatti, vinyylilauraatti, tyy-dyttymättömät kasviöljyt, soijapapuöljy, hartsihapot, de-10 hydratoitu risiiniöljy, linssiöljy, oliiviöljy, maapähkinäöljy, mäntyöljy, maissiöljy jne. Keksinnön tarkoituksiin on varsinkin mäntyöljyn ja maissiöljyn todettu antavan edullisia tuloksia. Erityisen edullinen on maissiöljy. On myös selvästi ymmärrettävä, että voidaan käyttää edellä olevan 15 kaavan mukaisia yhdisteitä sisältäviä koostumuksia, jotka lisäksi sisältävät esimerkiksi tyydyttyneitä rasvahappoja, kuten palmitiini- tai steariinihappoa ym. Monomeereina voi myös olla alifaattisia ja/tai polymeerisiä maaöljytuottei-ta.

20 Polymeroituvan monomeerin määrä vaihtelee riippuen halutusta pintakäsittelyn asteesta. Monomeerin määrä on kuitenkin yleensä noin 0,005 - noin 0,1 paino-% kuivan hiilen painosta laskettuna.

Hiilen rikastuksessa pintakäsittelyyn keksinnön mu-25 kaisesti käytettävät katalysaattorit ovat tavallisia tällaisissa polymerointireaktioissa käytettyjä katalysaattoreita. Niitä ovat esimerkiksi anioniset, kationiset ja va-paaradikaalikatalysaattorit. Edullisia ovat vapaaradikaali-katalysaattorit tai -katalysaattorisysteemit (joista myös 30 käytetään nimitystä additiopolymerointikatalysaattorit, vi-nvylipolymerointikatalysaattorit ja polymerointi-initiaatto-rit). Sopivista vapaaradikaalikatalysaattoreista voidaan esimerkkeinä mainita epäorgaaniset ja orgaaniset peroksi-dit, kuten bentsoyyliperoksidi, metyylietyyliketoniperoksi-35 di, tert-butyylihydroperoksidi, vetyperoksidi, ammonium-persulfaatti, di-tert-butyyliperoksidi, tert-butyyliper-bentsoaatti, peretikkahappo sekä ei-peroksidiset vapaaradi- li 9 72276 kaali-initiaattorit, kuten diatsoyhdisteet, esimerkiksi 1,1'-bisatsoisobutyronitriili jne.

Keksinnön tarkoituksiin voidaan tyypillisesti käyttää mitä tahansa katalyyttistä määrää (esim. 0,5 kg/t kui-5 vaa hiiltä) edellä kuvattuja katalysaattoreita.

Vapaaradikaalipolymerointisysteemeissä käytetään lisäksi tavallisesti vapaaradikaali-initiaattoreita, jotka auttavat vapaaradikaalireaktion alkuunpääsyssä. Tähän tarkoitukseen voidaan käyttää mitä tahansa tunnettua vapaaradi-10 kaali-initiaattoria, esimerkiksi US-patenttijulkaisussa nro 4 033 852 kuvattuja. Näistä jotkut sisältävät vesiliukoisia suoloja, kuten natriumperkloraattia tai -perboraattia, nat-riumpersulfaattia, kaliumpersulfaattia, ammoniumpersulfaat-tia, hopeanitraattia, jalometallien, kuten platinan ja kul-15 lan vesiliukoisia suoloja, sulfiitteja, nitriittejä ja muita hapettavia anioneja sisältäviä yhdisteitä, kuten raudan, nikkelin, kromin, kuparin, elohopean, aluminiumin, koboltin, mangaanin, sinkin, arseenin, antimonin, tinan, kadmiumin vesiliukoisia suoloja ym. Erityisen edullisia ini-20 tiaattoreita keksinnön mukaisesti käytettäviksi ovat vesiliukoiset kuparisuolat, so. kupro- tai kuprisuolat, kuten kupariasetaatti, kuparisulfaatti ja kuparinitraatti. Kaikkein parhaat tulokset on saatu käytettäessä kuprinitraattia, CuiNO^^· Muita käytettäviksi sopivia initiaattoreita on 25 esitetty US-patenttihakemuksessa sarja-nro 230 063 (haettu 1981-01-29) . Tällaisia initiaattoreita ovat mm. orgaanisten ryhmien metallisuolat, tyypillisesti orgaanisten happojen metallisuolat tai niitä sisältävät koostumukset, esim. naftenaatit, tallaatit, oktanoaatit jne. sekä muut 30 orgaaniset liukoiset metallisuolat, jolloin metallina voi olla kupari, kromi, elohopea, aluminium, antimoni, arseeni, koboltti, mangaani, nikkeli, tina, lyijy, sinkki, harvinainen maametalli tai niiden seos sekä näiden metallien seos ja näiden metallien kaksoissuola. Erityisen hyviä ja syner-35 gistisiä tuloksia on saatu kupari- ja kobolttisuolojen yhdistelmällä, varsinkin kuprinitraatin ja kobolttina ftenaa-tin yhdistelmällä.

___ - τ~ ίο 72276 Tässä käytettäväksi sopivan vapaaradikaali-initi-aattorin määrä on mikä tahansa katalyyttinen määrä ja yleensä tämä määrä on noin 10-1000 ppm (miljoonasosaa) initiaattorin metallia laskettuna kuivan hiilen määrästä, 5 edullisesti 10-200 ppm.

Keksinnön mukainen pintakäsittelyreaktioseos sisältää myös nestemäistä orgaanista kantaja-ainetta. Tätä orgaanista nestemäistä kantaja-ainetta käytetään paremman kosketuksen saamiseen hiilihiukkasten pinnan ja polymeroin-10 tireaktioväliaineen kesken. Sopivia keksinnön mukaisesti käytettäviä nestemäisiä orgaanisia kantaja-aineita ovat hiilivedyt, esimerkiksi bentseeni, tolueeni, ksyleeni, hiilivetyfraktiot, kuten nafta ja maaöljyn keskifraktiot (kp. 100-1080°C); dimetyyliformamidi, tetrahydrofuraani, 15 tetrahydrofurfuryylialkoholi, dimetyylisulfoksidi, meta- noli, etanoli, isopropyylialkoholi, asetoni, metyylietyy-liketoni, etyyliasetaatti jne. sekä näiden seokset.

Keksinnön mukaisesti käytetyssä pintakäsittely-seoksessa olevan nestemäisen orgaanisen kantaja-aineen 20 määrä on noin 0,25-5 paino-% kuivan hiilen painosta laskettuna .

Keksinnön mukainen pintakäsittelyreaktio suoritetaan vesipitoisessa väliaineessa. Tähän tarkoitukseen käytetty veden määrä on yleensä noin 65-95 paino-% las-25 kettuna hiilisuspension painosta.

Pintakäsittelyreaktion olosuhteet vaihtelevat tietenkin riippuen kulloinkin käytetyistä reaktanteista ja halutuista tuloksista. Yleensä voidaan kuitenkin käyttää mitä tahansa sellaisia polymerointiolosuhteita, joissa tu-30 lokseksi saadaan hydrofobisen tai olefiilisen pinnan muodostuminen hiilelle. Tarkemmin määriteltynä tyypillisissä reaktio-olosuhteissa lämpötila on noin 10-90°C, paine on normaalipaine tai lähellä sitä ja kontaktia ikä, so. reaktioaika on noin yhdestä sekunnista noin 30 minuuttiin, edul-35 lisesti noin yhdestä sekunnista noin kolmeen minuuttiin.

Pintakäsittelyreaktio suoritetaan edullisesti noin 15-80°C:ssa 11 72 276 normaalipaineessa noin kahden minuutin kuluessa. Yleensä kuitenkin pidemmillä reaktioajoilla saadaan täydellisempi reaktio.

Keksinnön mukaisen menetelmän suorituksessa hiili 5 voidaan saattaa kosketuksiin pintakäsittelyaineiden kanssa erilaisin menetelmin. Eräässä menetelmässä vesipitoinen jauhettu hiilisuspensio syötetään suihkutuselimen, esim. suut-timen kautta ja pintakäsittelyaineet, so. polymeroituva rao-nomeeri, polymerointikatalysaattori, initiaattori ja nes-10 temäinen kantaja-aine, lisätään vesipitoiseen hiilisuih-keeseen. Saatu suihkeseos viedään sitten kokonaisuudessaan rikastusastiassa olevaan vesiväliaineeseen. Tämän menetelmän edullisessa suoritusmuodossa rikastusatiassa olevaa pinta-käsiteltyä vesipitoista hiiliseosta kierrätetään samassa 15 astiassa syöttämällä seosta uudelleen astiaan ainakin yhden suihkutuselimen kautta.

Toisessa menetelmässä vesipitoinen hiilisuspensio ja pintakäsittelyaineet, so. polymeroituva monomeeri, polymerointikatalysaattori, initiaattori ja nestemäinen orgaa-20 ninen kantaja-aine sekoitetaan esisekoitustankissa ja saatu seos suihkutetaan, esim. suuttimen kautta rikastustankissa olevaan vesipitoiseen väliaineeseen. Kolmannessa menetelmässä edellä kuvatulla toisella menetelmällä rikastusastiassa muodostettua pintakäsiteltyä vesipitoista hiiliseosta 25 kierrätetään samaan astiaan syöttämällä seosta uudelleen vähintään yhden suuttimen kautta.

Kun pintakäsittelyreaktio on suoritettu, niin hydrofobiset ja oleofiiliset hiilipartikkelit nousevat nestemäisen massan pinnalle. Tuhka, joka edelleen on hydrofiilinen, 30 laskeutuu pohjalle ja poistetaan vesifaasissa. Edellä kuvatussa polymeroituvalla pintakäsittelyseoksella suoritetussa reaktiossa saatu hiili on erittäin hydrofobista ja oleofiilista ja nousee siten helposti pinnalle ja erottuu vesifaasista, jolloin vesipesu tapahtuu helposti ja hiili 35 saadaan talteen hyvällä saannolla. Pinnalle noussut hydrofobinen hiili voidaan myös helposti erottaa vesifaasista (erotukseen voidaan käyttää esimerkiksi kuorintaseulaa), 12 72276 joka sisältää tuhkaa, rikkiä ja muita hiilestä poistettuja epäpuhtauksia. Haluamatta sitoutua mihinkään teoriaan pin-takäsittelypolymerointireaktiossa uskotaan, että hiilen pinnalle muodostuu polymeerinen orgaaninen päällyste polymee-5 rin molekyylisivuketjujen liittyessä oksastumalla hiilimole-kyyleihin.

Esillä olevan keksinnön mukaisessa menetelmässä pinta-käsitellylle hiilelle suoritetaan edullisesti vähintään yksi lisäpe-suvaihe, jossa hiilifaasi tai -faasit dispergoidaan hyvin 10 sekoittaen uudelleen, esim. käyttäen suurinopeuksista se-koitinta, tuoreeseen pesuveteen. Edullisesti alunperin pin-takäsitelty hiili lisätään pesuveteen atomisointipaineella suihkesuuttimen kautta, jossa muodostuu erittäin pieniä pisaroita ilmaan, jotka suunnataan voimalla tuoreen vesimas-15 san pintaan. Tällä tavoin systeemiin tulee mukaan jonkin verran ilmaa.

Suihkutettaessa pesuvesi ja käsitelty hiilifaasi sekoittuvat suihkesuuttimen ylipaineen tuottamalla suuri-nopeuksisella sekoituksella ja/tai leikkauksella. Tällä 20 tavalla hydrofobiset hiilihiukkaset suihkutetaan läheiseen kosketukseen pesuveden kanssa suihkesuuttimen yhden tai usemman reiän kautta, jolloin pesuvesihauteeseen joutuu ilmakuplia sekä suihkeen kulkiessa suuttimen lävitse, että sen osuessa ilma-vesirajapintaan.

25 US-patenttihakemuksissa sarja-nro 230 058 ja 230 059 (molemmat jätetty 1981-01-29) on kuvattu erityisen tehokas menetelmä ja laite käsiteltyjen hiilihiukkasten erottamiseen ei toivotusta tuhkaa ja rikkiä sisältävästä vesifaa-sista käyttämällä ilmastussuihketekniikkaa, jossa muodoste-30 taan hiilivaahtofaasi suihkuttamalla tai injektoimalla käsitelty hiili-vesisuspensio puhdistusveden pintaan. Näissä hakemuksissa kuvatulla laitteistolla ja menetelmällä hii-lisuspensio injektoidaan veteen vähintään yhden valitun suihkesuuttimen kautta, joka on edullisesti onton kartion 35 tyyppinen, paineella noin 103-138 kPa sellaiselta etäisyydeltä veden pinnasta, että suihkeeseen liittyy ilmaa ja li 13 72276 saadaan vaahtomainen hiilipartikkeleita sisältävä faasi, joka kelluu veden pinnalla ja voidaan kuoria siitä pois.

Edellä kuvatun hiilisuspension pesu voidaan suorittaa pelkän veden läsnäollessa esimerkiksi noin 10-90°C:ssa, 5 edullisesti noin 30°C:ssa käyttäen noin 99-65 paino-% vettä laskettuna kuivan hiilen painosta. Vaihtoehtoisesti pesuveteen voidaan lisätä joitakin tai kaikkia edellä kuvatuista pintakäsittelyaineksista, nimittäin polymerisoitu-vaa monomeeria, katalysaattoria, initiaattoria ja neste-10 mäistä orgaanista kantaja-ainetta. Lisäksi pesuolosuhteet, kuten lämpötila, kosketusaika jne. näitä aineita käytettäessä voivat olla samat kuin pesuolosuhteet käytettäessä pelkkää vettä tai pesuolosuhteet voivat olla samat kuin edellä kuvatut hiilen pintakäsittelyssä käytetyt. Pesuvaiheissa 15 voidaan tietenkin myös haluttaessa käyttää vedenkäsittely-lisäaineita.

Pesun ja/tai lisänä suoritetun pintakäsittelyn jälkeen rikastettu hiili voidaan kuivata alhaiseen vesipitoisuuteen yksinkertaisin mekaanisin keinoin, kuten linkoamal-20 la, paine- tai vakuumisuodatuksella jne., jolloin vältetään jäännösveden poistamisessa lämpöenergian tarve. Keksinnön mukaisella menetelmällä valmistettu rikastettu hiili sisältää tavallisesti noin 0,5 - 10 paino-% tuhkaa laskettuna kuivan hiilen painosta. Lisäksi rikkipitoisuus on 25 noin 0,1 - 4 paino-%, edullisesti noin 0,3 - 2 paino-% kuivan hiilen painosta laskettuna ja vesipitoisuus on noin 2-25 paino-%, edullisesti noin 2-15 paino-% kuivan hiilen painosta.

Tässä vaiheessa rikastettu hiili soveltuu korkea-30 energiseksi alhaisen tuhka- ja rikkipitoisuuden omaavaksi polttoaineeksi. Näin rikastettua hiiltä voidaan käyttää suoran polton polttimessa. Vaihtoehtoisesti rikastettu hiukkasmainen hiili voidaan sekoittaa kantaja-aineen kanssa, kuten öljyn kanssa erittäin pysyväksi rikastetuksi hii-35 lisuspensioksi, kuten hiili/öljyseokseksi (coal-oil mixture = COM). Öljy, edullisesti polttoöljy, kuten polttoöljy nro 2 tai 6, sekoitetaan rikastetun hiilen kanssa missä tahansa 14 72276 halutussa suhteessa. Tällainen suhde on tyypillisesti noin 0,5 - 1,5 paino-osaa hiiltä yhtä öljyn paino-osaa kohti. Edullinen painosuhde on 1:1.

Keksinnön mukaisesti valmistettu rikastettu kiinteä 5 hiilituote voidaan myös dispergoida uudelleen vesisysteemiin, jolloin sitä voidaan pumpata putkistoja myöten. Haluttaessa vesipitoiseen dispersioon voidaan stabiiliuden parantamiseksi lisätä tiettyjä metalli-ioneja pH:n säätämiseksi arvoon yli 7. Tähän tarkoitukseen sopivat käytettäviksi alkali- ja/ 10 tai maa-alkalimetallien, kuten natriumin, kaliumin, kalsiumin, magnesiumin ym. hydroksidit ja oksidit. Edullisesti käytetään natriumhydroksidia.

Seuraavassa viitataan oheisiin piiroksiin ja varsinkin kuvioon 1, jossa on kuvattu keksinnön mukainen menetelmä 15 lähtien esimerkiksi aluksi raa'an kaivoshiilen jauhamisesta jauhinvyöhykkeessä 10 veden läsnäollessa vesi/hiilisuspension muodostamiseksi, jolloin vesi haluttaessa sisältää käsittelyä helpottavia lisäaineita. Tähän vesipitoiseen hiilisuspensioon sekoitetaan johdossa 6 pintakäsittelyreagensseja ja/tai lisä-20 aineita, jotka syötetään johtoon 6 tankeista 1, 2, 3 ja 4 johtoa 5 myöten ja näin käsitelty hiilisuspensio johdetaan rikas-tusvyöhykkeeseen 12. Tankit 1, 2, 3 ja 4 sisältävät esimerkiksi polymeroituvaa monomeeria, vapaaradikaalikatalysaattoria, vapaaradikaali-initiaattoria ja nestemäistä orgaanista kan-25 taja-ainetta. Raakaa kaivoshiiltä syötetään vyöhykkeeseen 10 johdon 23 kautta ja vedenkäsittelylisäaineita voidaan lisätä johdon 25 kautta. Ei toivottu materiaali, kuten kiviaines, poistetaan johtoa 27 myöten.

Rikastusvyöhykkeessä 12 vesi on yleensä pääasiallinen 30 aineosa. Käsitelty hiilisuspensio, joka on syötetty vyöhykkeeseen 12 johtoa 6 myöten, on hydrofobinen ja oleofiilinen ja sekoittamisen jälkeen esimerkiksi suurinopeuksisella se-koittimella tai suihkuatomisoijalla hiilisuspensio kohoaa helposti veden pintaan muodostaen hiilivaahtofaasin ja vesifaa-35 sin vyöhykkeeseen 12. Vyöhykkeestä 12 hiilivaahtofaasi voidaan helposti poistaa (esimerkiksi kuorimalla) johtoa 47 myöten; näin on saatu rikastettu, so. puhdistettu keksinnön 15 72276 mukainen hiilituote, jonka tuhka-, rikki- ja vesipitoisuus on alennettu. Haluttaessa johdosta 47 saatu puhdas hiili voidaan edelleen kuivata poistamalla siitä vettä. Vyöhykkeeseen 12 jäänyt vesifaasi sisältää tuhkaa, rikkiä ja muita hydro-5 fiilisiä epäpuhtauksia ja voidaan poistaa vyöhykkeestä 12 johtoa 11 myöten.

Vaihtoehtoisesti keksinnön mukainen menetelmä voidaan suorittaa (katso kuvio 1) lisäämällä pintakäsittelyreagens-sit ja/tai lisäaineet vesipitoiseen hiilisuspensioon suoraan 10 vyöhykkeessä 12. Tällöin nämä reagenssit voidaan johtaa vyöhykkeeseen johtoa 31 (monomeeri), 33 (vapaaradikaalikataly-saattori), 35 (vapaaradikaali-initiaattori), 37 (vesi) ja 39 (nestemäinen orgaaninen kantaja-aine) kautta. Hiilisuspen-sio syötetään vyöhykkeeseen 12 johdon 6 kautta ja sekoitetaan 15 sitten reagenssien kanssa vyöhykkeessä 12. Toisessa menetelmässä, joka kuvattiin edellä, pintakäsittelyreagenssit voidaan lisätä johdon 6 kautta tulevaan hiilisuihkeeseen.

Kuviossa 2 on esitetty keksinnön mukainen menetelmä jatkuvatoimisena alkaen raa'an kaivoshiilen syöttämisestä ja 20 päättyen keksinnön mukaisesta rikastetusta hiilituotteesta valmistetun hiili/öljyseoksen saamiseen. Raakahiili (kuvio 2) jauhetaan ensin jauhamisvyöhykkeessä 10A veden kanssa, joka haluttaessa sisältää käsittelylisäaineita, jolloin saadaan vesipitoinen hiilisuspensio. Tämä hiili/vesisuspensio syöte-25 tetääm sekoitusvyöhykkeeseen 11 johtoa 9 myöten ja siihen sekoitetaan vyöhykkeessä 11 pintakäsittelyreagensseja ja lisäaineita, reagenssi- ja/tai lisäainetankeista IA, 2A, 3A ja 4A johtoa 8A myöten. Tankit IA, 2A, 3A ja 4A sisältävät esimerkiksi polymeroituvaa monomeeria, vapaaradikaalikatalysaat-30 toria, vapaaradikaali-initiaattoria ja nestemäistä orgaanista kantaja-ainetta. Raaka kaivoshiili syötetään vyöhykkeeseen 10A johtoa 23A myöten, vesi johtoa 21A myöten ja veden käsittelypaineet voidaan lisätä vyöhykkeeseen 10A johtoa 25A myöten. Sekoitusvyöhykkeessä 11 saatu seos, joka sisältää 35 aluksi saadun kemiallisesti käsitellyn hydrofobisen ja oleo-fiilisen hiilen, johdetaan sitten ensimmäiseen rikastusvyö-hykkeeseen 12A johtoa 29 myöten.

ie 722 7 6

Vaihtoehtoisesti edellä kuvattuja pintakäsittelyli-säaineita (tai lisämäärä pintakäsittelylisäainetta), so. polymeroituvaa monomeeria, polymerointikatalysaattoria, nestemäistä orgaanista kantaja-ainetta, voidaan lisätä 5 suoraan vyöhykkeeseen 12A (tai vyöhykkeisiin 14 ja 16) esimerkiksi johtoja 31A (monomeeri), 33A (vapaaradikaalikata-lysaattori), 35A (vapaaradikaali-initiaattori) , 37A (vesi), 39A (nestemäinen orgaaninen kantaja-aine) myöten tai ne voidaan sekoittaa etukäteen jauhemaisen hiilen suspension 10 kanssa johdoissa, jotka johtavat rikastusvyöhykkeisiin tai vyöhykeastioihin. Siinä tapauksessa, että pintakäsittely-reagenssit/1isäaineet lisätään suoraan vyöhykkeeseen 12A, hiilisuspensio vyöhykkeestä 10A voidaan lisätä suoraan vyöhykkeeseen 12A johtoja 9A ja 29 myöten. Kuten edellä on 15 kuvattu, rikastusastian hiilisuspensio voidaan lisäksi kierrättää jokaisen astian kautta erikseen paremman sekoittumisen ja erottumisen saamiseksi.

Vyöhykkeessä 12A oleva hiili on erittäin hydrofobista ja oleofiilista ja esimerkiksi hyvän sekoittamisen 20 jälkeen suurinopeuksisella sekoittajalla tai suihkuatomi-soijalla saadaan hiilivaahtofaasi, joka otetaan talteen. Flokkuloidun hiilen erottamiseen ja taiteenottamiseen voidaan edullisesti käyttää seulaa. Haluttaessa talteenotettu hiili voidaan johtaa johtoja 47 ja 49 myöten pesuvai-25 heisiin (esim. vyöhykkeet 14 ja 16), joissa sekoittamalla vyöhykkeestä 12A saatua hydrofobista hiiltä suurinopeuksi-silla sekoittajilla tai muilla laitteilla, kuten suihkuato-misoijalla, vesifaasiin saadaan vapautumaan lisää tuhkaa.

Vedellä kostutettu tuhkasuspensiofaasi, joka myös 30 muodostuu vyöhykkeessä 12A, voidaan ottaa talteen ja johtaa jäte- ja vesitalteenottoon, jonka jälkeen vesi voidaan uudelleenkierrättää prosessissa, kuten kuviosta 2 voidaan nähdä.

Vaihtoehtoisesti, kuten edellä esitettiin, lisää 35 tuhkaa ja rikkiä poistetaan rikastetusta hiilivaahtofaasis-ta sarjalla vastavirtavesipesuvaiheita, so. pesuvyöhyk-keistä 14 ja 16 saatu vesifaasi voidaan uudelleenkierrättää 17 72 2 76 aikaisempaan pesuvyöhykkeeseen, kuten kuviosta 2 myös ilmenee. Kuten edellä esitettiin, veden lisäksi vyöhykkeet 12A, 14 ja 16 voivat myös sisältää joitakin tai kaikkia edellä mainituista kemiallisista pintakäsittelylisäaineista. Lopul-5 lisesti pesty ja pintakäsitelty hiili poistetaan vyöhykkeestä 16 johtoa 57 myöten ja voidaan kuivata erittäin alhaiselle vesitasolle esimerkiksi linkoamalla. Lingossa erotettu vesi voidaan myös saattaa jälleen kiertoon, kuten kuviossa 2 nähdään. Talteenotettua kuivaa hiilituotetta voidaan 10 käyttää suoraan sellaisenaan kiinteänä polttoaineena tai se voidaan sekoittaa kantaja-aineen kanssa erittäin edulliseksi rikastetun hiilen suspensioksi, kuten nestemäiseksi hiili/ öljypolttoaineseokseksi.

Kuviossa 3 on esitetty toinen edullinen keksinnön 15 suoritusmuoto. Siinä raaka kaivoshiili viedään jauhamisvyö-hykkeeseen 70 johtoa 103 myöten ja jauhetaan johdon 101 kautta tulevan veden kanssa. Vesi sisältää edullisesti käsittely-lisäaineita, kuten epäorgaanista tai orgaanista pinta-aktiivista ainetta, kostutusainetta, dispergointiainetta, tms., 20 joka parantaa veden vaikutusta. Tyypillisiä orgaanisia pin-ta-aktiivisia aineita (kuten Triton^ X-100) ovat anioniset, kationiset ja ei-ioniset aineet. Keksinnössä käytettävä edullinen lisäaine on natriumpyrofosfaatti. Käsittelyaineita voidaan lisätä vyöhykkeeseen 70 esimerkiksi johtoa 105 myö-25 ten. Vesipitoinen hiilisuspensio johdetaan vyöhykkeestä 70 sekoitusvyöhykkeeseen 82 johdon 81 kautta ja siihen sekoitetaan siellä reagenssit/lisäaineet tankeista IB, 2B, 3B ja 4B, jotka sisältävät esimerkiksi polymeroituvaa monomeeria, va-paaradikaalikatalysaattoria, vapaaradikaali-initiaattoria 30 ja nestemäistä orgaanista kantaja-ainetta.

Vyöhykkeessä 82 muodostettu vesipitoinen kemiallisesti käsitelty hydrofobinen ja oleofiilinen hiilisuspensioseos syötetään ensimmäiseen vesipesuvyöhykkeeseen 72 johtoa 107 myöten ja suurella leikkausenergialla suuttimen D kautta, 35 jolloin suuren virtausnopeuden ja leikkausvoinan uskotaan hajottavan hiilifaasivirran hienoiksi pisaroiksi, jotka puolestaan kulkevat pesuvyöhykkeen 72 ilmakerroksen lävitse is Tilli, törmäten ja tunkeutuen voimalla tankissa tai tankeissa olevaan veteen. Haluttaessa voidaan vielä vyöhykkeessä (ja/tai vyöhykkeissä 74 ja 76) lisätä jälleen pintakäsittelyreagens-seja ja/tai lisäaineita esimerkiksi johtojen 109 (polymeroi-5 tuva monomeeri), 111 (vapaaradikaalikatalysaattori), 113 (vapaaradikaali-initiaattori), 115 (vesi) ja 117 (nestemäinen orgaaninen kantaja-aine). Vyöhykkeeseen 72 saatu hydrofobinen ja oleofiilinen hiilifaasi syötetään sitten johtoa 47 myöten seuraavaan vesipesusarjaan.

10 Hakija ei halua sitoutua mihinkään reaktiomekanismi- teoriaan, kuitenkin keksinnön mukaisella menetelmällä saavutettavien tulosten käsittely saattaa auttaa siinä esitettyjen ilmiöiden ymmärtämistä. Sekoittamisen käyttäen suurta leikkausvoimaa (esim. suutin D) uskotaan auttavan hiili/öljy-15 vesiflokkien hajoamista dispergoitujen partikkelien tunkeutuessa voimalla tankissa olevan veden pintaan, jolloin tuhka ja epäpuhtaudet vapautuvat hiiliflokkien välitiloista. Hii-liflokit rikkoutuvat tällöin niin, että tuhka ja muut epäpuhtaudet vapautuvat ja joutuvat vesifaasiin ja erotetaan 20 siten hiilipartikkeleista. Hienojakoiset hiilipartikkelit, joiden pintoja nyt luultavasti ympäröi polymeeri ja nestemäinen orgaaninen kantaja-aine, sisältävät nyt sorboituneena ilmaa atomisoiduissa partikkeleissa suuttimessa aikaansaadun leikkausvoiman ansiosta. Pintakäsittelyn ja sorboidun ilman 25 yhdistelmä saa aikaan hiilen näennäisen tiheyden alenemisen, jollon se kohoaa veden pintaa erilliseksi hiilivaahtokerrok-seksi. Hiilihiukkaset saavat siten tiheyden, joka on pienempi kuin veden tiheys, ne hylkivät vettä lisääntyneen hydrofobi-suuden ansiosta ja kohoavat nopeasti veden pinnalle.

30 Edellä kuvatulla menetelmällä saadaan paitsi olennai sesti parantunut tuhkanpoisto käsitellystä hiilituotteesta, myös hiileen sulkeutuneen ilman ja hiilen pinnan parantuneiden hydrofobisten ja oleofiilisten ominaisuuksien vuoksi selvästi parantunut rikastetun hiilen kokonaissaanto lopul-35 lisessa talteenotossa.

Hydrofiilinen tuhka jää vesifaasiin ja laskeutuu painovoiman vaikutuksesta tankin pohjalle, josta se poistetaan 19 72276 vyöhykkeestä 72 tuhka/vesivirtana 119 tankin pohjalta. Mahdolliset vähäiset hienojakoisen hiilen määrät, jotka eivät täysin erottuneet, voidaan siirtää vesifaasin kanssa (tuhka/ vesipoistovirta) hienon tiilen talteenottovyöhykkeeseen 121 5 (kuvio 3). Talteensaatu hienojakoinen hiili voidaan saattaa jälleen kiertoon johtoa 123 myöten vyöhykkeen 70 vesipitoiseen hiilisuspensioon.

Vyöhykkeessä 72 suoritettu pesuprosessi voidaan toistaa käyttäen vastavirtapesua, jolloin hiili kulkiessaan sar-10 jassa rikastusvyöhykkeiden 74 ja 76 kautta johtoja 47 ja 49 myöten (kuvio 3) saadaan puhtaampaan tilaan. Samalla puhdas pesuvesi tulee vähitellen sisältämään yhä enemmän vesiliukoisia ja hydrofiilisia kiinteitä epäpuhtauksia, jotka ovat pesussa joutuneet veteen.

15 Kuten edellä kuvattiin, erittäin hyvin sekoitettu vyö hykkeestä 72 tuleva tuhka/vesisuspensio, joka sisältää jonkin verran hiilipartikkeleita, johdetaan hienon hiilen talteenottovyöhykkeeseen 121, jossa saadaan erotettua ja poistettua prosessista korkean tuhkapitoisuuden ja alhaisen vesipitoi-20 suuden omaavat kiinteät aineet ja hienojakoinen hiili saatetaan uudelleen kiertoon. Pesuvettä voidaan edelleen käsitellä kohdassa 125 veden laadun kontrolloimiseksi ennen veden uudel-leenkierrättämistä. Puhdistettu vesi pannaan uudelleen kiertoon alkuperäiseen vesi/hiilisuspensioon tai muuhun kohtaan 25 prosessissa, jossa mahdollisesti tarvitaan täydennystä materiaalivirtaan .

Kuten kuviosa 3 nähdään, vyöhykkeistä 72 ja 74 saadut hiilivaahtofaasit voidaan viedä lisäpesuavaiheisiin suulakkeiden E ja F kautta. Tällä tavoin hiilipartikkelit ato-30 misoidaan uudelleen. Suulakkeissa hiilihiukkasten saama suuri nopeus ja suulakkeiden leikkausvoima saa jälleen pesuveden kosketuksiin hiiliflokeissa mahdollisesti vielä olevan tuhkan kanssa ja siten jokainen pesuvaihe osaltaan auttaa tuhkan irtoamista vesifaasiin. Vyöhykkeissä 72, 74 ja 76 35 vesifaasien pinnalle kohoaa kussakin tankissa flokkuloitu-nut hiili/öljy/ilmamassa.

20 7 2 2 7 6

Vyöhykkeestä 76 saatu lopullinen hiilivaahtofaasi syötetään kuivaamista varten johtoa 57 myöten linkoon. Rikastettu, puhdas hiilifaasi saadaan siitä huomattavan kuivana ilman lämpöenergian käyttöä, mikä johtuu oletettavasti ve-5 den ja suuren hiili/öljypinnan alentuneesta vetovoimasta ja siitä, että vesi on fysikaalisesti sulkeutuneena flokkuloitu-neiden kuivien hiilihiukkasten välissä.

Kuivaa hydrofobista puhdistettua hiiltä voidaan käyttää edullisesti tällaisen suuren energiasisällön ja vähäisen 10 tuhka- ja rikkipitoisuuden omaavana kiinteänä polttoaineena, josta käytetään seuraavassa nimitystä tuote I. Tätä kiinteää polttoainetta voidaan käyttää suorassa kuumennuksessa tai siitä voidaan muodostaa edellä kuvatulla tavalla rikastettu hiilisuspensio.

15 Kuviossa 4 on esitetty yksikkö 55, joka sopii käytet täväksi vaahdotusastiana keksinnön mukaisen menetelmän kaikissa pesu- ja/tai puhdistusvyöhykkeissä. Tässä yksikössä vesipitoinen hiilisuspensio, so. hiilen, veden ja edullisesti pintakäsittelyreagenssien tai lisäaineiden seos suihkutetaan 20 astiaan johtoja 29 myöten suuttimien 61 kautta. Lisää pinta-käsittelyreagensseja tai lisäaineita tai muita haluttuja aineosia voidaan myös lisätä johtoja 31, 33, 35, 37 ja 39 myöten. Tässä astiassa hiilivaahto kuoritaan astian pääasiallisen sisällön päältä keräysyksikköön ja voidaan viedä sieltä seu-25 raavaan vyöhykkeeseen johtoa 147 pitkin. Astiaan jäävä pääsisältö, vesipitoinen tuhkafaasi poistetaan esimerkiksi johtoa 41 myöten.

On ymmärrettävä, että kuvioissa 1-3 esitetyt vyöhykkeet voivat sisältää yhden ainoan astian tai vyöhykkeen tai 30 useampia astioita tai vyöhykkeitä järjestettyinä siten, että ne sopivat edellä kuvatun keksinnön mukaisen menetelmän suoritukseen .

Jotta alan ammattimies paremmin voisi soveltaa esitettyä keksintöä käytäntöön, esitetään keksinnön valaisemi-55 seksi seuraava esimerkki, joka ei rajoita sen suojapiiriä.

Il 21 72276

Esimerkki

Ksyleenin käyttö kantaja-aineena hiilen rikastusmenetelmässä 500 g A-82 Splashdam-hiiltä, jonka karkeus on 28 mes-hiä, jauhetaan 33,3 % kiinteätä ainetta sisältävänä vesiseok-5 sena normaalissa laboratoriokuulamyllyssä kierrosnopeudella 60 1/min 9,5 minuuttia, jolloin saatu hiukkaskokojakautuma on: 100 % -300 mikronia, 80 % -74 mikronia. Samalla kun seosta sekoitetaan suurten leikkausvoimien alaisena siihen lisätään 2,5 ml 5-prosenttista vetyperoksidiliuosta (vastaa määrää 10 0,25 kg I^C^/tonni), 5,0 ml kuparinitraatin 5-prosenttista liuosta (0,5 kg Cu(NO^)2/tonni) ja 0,5 ml maissiöljyä (1,0 kg/tonni). Seosta vakioidaan 30 sekunnin ajan kierrosnopeudella 7000 1/min, minkä jälkeen lisätään 5,0 ml ksyleeniä (10 kg/tonni) samalla sekoittaen nopeudella 3000 kierrosta 15 minuutissa. Vakioidaan 1 minuutin ajan nopeudella 7000 kierrosta minuutissa. Seos syötetään rikastusastiaan ja vaahdotetaan butoksietoksipropanolin (0,152 kg/tonni) kanssa, joka lisätään ennen vaahdon poistamista. Tuote ja jäännös analysoidaan tuhkan ja hiilen prosentuaalisten osuuksien suhteen. 20 Tulokset on esitetty seuraavassa taulukossa.

Tuote: märkäpaino 626,90 g, kuivapaino 468,28 g Jäännös: märkäpaino 34,00 g, kuivapaino 22,49 g.

Taulukko 25 A-82 Splashdam-hiili yhdessä ksyleenin kanssa

Tuote Jäännös Syöttö Näyteen kuivapaino, g 468,28 22,49 490,77

Saanto, paino-% 95,42 4,58 100,00

Tuhkapitoisuus, % 4,45 48,54 6,47 30 Hiilipitoisuus, % 95,55 51,46 93,53

Tuhkaa, g 20,84 10,92 31,76

Hiiltä, g 447,44 11,57 459,01

Talteenotetun tuhkan osuus, % 65,62 34,38 100,00 35 Talteenotetun hiilen osuus, % 97,48 2,52 100,00

Claims (7)

22 72276

1. Menetelmä hiilen rikastamiseksi, tunnettu siitä, että hiili sekoitetaan vesipitoisessa väliaineessa 5 pintakäsittelyseoksen kanssa, joka sisältää polymeroituvaa monomeeria, polymerointikatalysaattoria ja nestemäistä orgaanista kantaja-ainetta, joka on muu kuin polttoöljy, jolloin hiili saadaan hydrofobiseksi ja oleofiiliseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n -10 n e t t u siitä, että pintakäsitellylle hydrofobiselle ja oleofiiliselle hiilelle lisäksi suoritetaan vähintään yksi vesipesu tiettyjen epäpuhtausmäärien poistamiseksi ja tuloksena oleva rikastettu hiilituote otetaan talteen.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, 15 tunnettu siitä, että hydrofobiselle ja oleofiili- selle hiilelle suoritetaan vähintään yksi vesipesu saattamalla mainittu kemiallisesti käsitelty hiili suurileikkausvoi-masekoitukseen vähintään yhden vesipitoisen pesuväliaineen kanssa.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että mainittu kemiallisesti käsitellyn hiilen suurileikkausvoimainen sekoitus vesipitoisen pesuväliaineen kanssa suoritetaan suihkuttamalla hiiltä mainittuun vesipitoiseen pesuväliaineeseen atomisointipaineella suih-25 kutussuuttimen kautta.

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polymeroituva monomeeri on maissiöljy, katalysaattori on vetyperoksidi ja vapaa-radikaali-initiaattori on kuprinitraatti.

6. Rikastettu hiilituote, tunnettu siitä, että se on pintakäsitelty, hydrofobinen ja oleofiilinen hiilituote, jonka tuhkapitoisuus on alennettu noin 0,5-10 paino-%:ksi kuivan hiilen painosta laskettuna.

7. Laitteisto rikastetun hiilituotteen valmistami-35 seksi, tunnettu siitä, että se sisältää peräkkäisenä yhdistelmänä: li 23 722 7 6 hiilen jauhamisvyöhykkeen (10A,70) vesi/hiilisus-pension muodostamiseksi hiiliraaka-aineesta; välineen (9,81) vesi/hiilisuspension syöttämiseen mainitusta hiilen jauhamisvyöhykkeestä sekoitusvyöhykkee-5 seen (11,82); sekoitusvyöhykkeen (11,82), jossa on vesipitoisessa väliaineessa olevan hiilen pintakäsittelyn aikaansaavien kemiallisten reaktanttien mitattujen määrien lisäämiseen käytettävät elimet (8A,8B); 10 välineen (29,107) pintakäsitellyn hiilen viemiseen mainitusta sekoitusvyöhykkeestä (11,82) vesipesun käsittävään rikastusvyöhykkeeseen (12A,72), ja vähintään yhden vesipesun käsittävän rikastusvyöhykkeen (12A,14,16;72,74,76), jossa siihen viedyt ainekset tai sii-15 nä olevat ainekset sekoitetaan suurella leikkausvoimalla. 24 72276