FI75862C - Kol/vattendispersion. - Google Patents

Description

1 75862

Hiili-vesi-dispersio

Esillä oleva keksintö kohdistuu juoksevaan polttoaineeseen, joka sisältää nesteeseen dispergoitua hiilijauhetta 5 ja jonka varastoitavuus on erittäin hyvä ja joka soveltuu siirrettäväksi ja energian tuottamiseen. Tarkemmin määriteltynä kohdistuu keksintö dispersioon, joka muodostuu ainakin osaksi vettä olevasta nesteestä, jauhetusta hiilestä ja lisäaineesta, jolloin hiilipitoisuus nousee vähintään 60 paino-10 prosenttiin.

Hiilidispersio on huomattavasti ympäristöystävällisem-pi ja helpommin käsiteltävissä kuin kiinteässä muodossa oleva hiili ja sen avulla voidaan poistaa määrätyt hankaluudet kuljetuksissa ja varastoinnissa. Se on suositeltava myös ta-15 loudellisista näkökohdista.

Perusta hiilidispersioiden käyttöön on hiilen suunniteltu kasvava käyttö perusenergialähteenä sekä suurissa että pienissä laitoksissa sähkön ja lämmön tuotantoa varten. Kiinteässä muodossa olevan hiilen käyttö on tällöin useista syis-20 tä hankalaa ja hiilen muuttamista juoksevaan muotoon pidetään tämän vuoksi yleisesti mielenkiintoisena menetelmänä. Hiilen muuttaminen kemiallisesti juoksevaksi tuotteeksi, ns. nesteytys, on edelleenkin kilpailukyvytön öljyn suhteen eikä sen katsota voivan vaikuttaa maailmanlaajuiseen energianhuol-25 toon kuin pelkästään rajoitetusti ennen vuotta 2 000. Hiilen kemiallinen muuttaminen kaasumaiseksi tuotteeksi, ns. kaasutus, näyttää olevan lupaavampi menetelmä hiilen käyttämiseksi hyödyksi. Kuitenkin myös tässä menetelmässä on huomattavia teknillisiä vaikeuksia huolimatta suuresta panostuksesta 30 teknilliseen kehitykseen.

Fysikaalinen muuntaminen on toinen menetelmä hiilen muuttamiseksi juoksevaan muotoon ja keksintö kohdistuu tähän menetelmään. Tämä tapahtuu dispergoimalla nesteeseen, joka voi olla pelkästään vettä tai muodostua yhdistelmästä jonkin 35 orgaanisen polttoaineen, kuten polttoöljyn, metanolin jne. kanssa.

2 75862

Esillä oleva keksintö kohdistuu ensi sijassa hiili-jauheen dispersioon vedessä.

Eräs vaikeus valmistettaessa hiili/vesi-polttoainetta on, että poistettaessa epäpuhtauksia, usein kemiallisten li-5 säaineiden avulla, muuttuu hiilen pintarakenne ja siten hii-liosasten dispergointi voi seuraavissa menetelmävaiheissa vaikeutua.

Stabiloitaessa hiili/vesi-dispersioita, jotka määritelmän mukaisesti ovat termodynaamisesti epästabiileja, alen-10 netaan keksintöä sovellettaessa laskeutumis- ja kasaumien muodostumisnopeuksia muodostamalla estokerros, joka vastustaa osasten välistä kiinnittymistä. Tämä torjuva vaikutus voidaan saada kolmen pääperiaatteen avulla: sähköstaattinen ja steerinen stabilointi sekä stabilointi hydraatiovoimien 15 avulla. Stabilointi muuttaa osasten energiaa ja/tai muodostaa voimakkaan estokerroksen niiden läheisyyteen. Näiden periaatteiden lisäksi voidaan lisäämällä pieniä määriä orgaanisia lisäaineita stabiloida suuria hiiliosasten pitoisuuksia vesiliuoksessa.

20 Pyrkimys muodostaa uusia kolloidisia järjestelmiä vaatii, että järjestelmään muodostetaan sellaisia ominaisuuksia, jolloin osasten väliset vetovoimat minimoituvat ja muodostetaan torjuva estokerros flokkulointia ja sitä seuraa-vaa laskeutumista vastaan. Jokin steerisen stabiloinnin muo-25 to hydrofiilisten polymeerien avulla antaa edulliset edellytykset hiili/vesi-dispersioiden pitkäaikaiselle stabiloinnille .

Hiili/vesi-polttoaineen valmistusmenetelmään liittyy usein jokin epäorgaanisten aineosien puhdistustapa.

30 Hiili jauhetaan ensin yhdessä tai useammassa myllys sä polydisperssiin osaskokojakaumaan. Kaikki osaset ovat pienempiä kuin noin 300 mikrometriä ja noin 35 % kokonaismäärästä on pienempää kuin 40 mikrometriä.

Hiili/vesi-polttoaineen valmistus esillä olevan kek-35 sinnön mukaan käsittää päämenetelmävaiheen hiilen vaahdo-tusrikastuksen, jolloin selektiivisen hydrofobioinnin ja 3 75862 varausten vaikutuksesta hiili eroaa epäpuhtauksista. Tällöin käytetään erityyppisiä reagensseja, jotka säännöllisesti muodostuvat alifaattisten alkoholien seoksista vaahdonmuo-dostajien kanssa. Muita hiilen vaahdotukseen soveltuvia rea-5 gensseja ovat amfoteerisiä ioneja sisältävät pinta-aktiiviset aineet ja veteen liukenemattomat öljyt yhdessä vaahdon muodostajien ja alkyylisulfosukkinaattien hivenmäärien kanssa.

Vaahdotuskäsittelyn jälkeen poistetaan hiilestä vesi mekaanisesti esimerkiksi pyörivän tyhjiösuodattimen avulla.

10 Pinta-aktiivisten aineiden käyttöä poistettaessa vesi hiilestä on tutkittu sekä laboratorio- että alkutuotantomitta-kaavassa. On löydetty kaksi pinta-aktiivisten aineiden päätyyppiä, jotka parantavat vedenpoistoastetta: 1) pinta-aktiiviset aineet, jotka muuttavat veden 15 pintajännitystä, 2) hydrofobioivia ominaisuuksia omaavat aineet.

Ensimmäisestä päätyypistä ovat anioniset pinta-aktiiviset aineet osoittautuneet sopivammiksi. Esimerkkejä käyttökelpoisista pinta-aktiivisista aineista ovat alkyyli- 20 aryylisulfonaatit ja alkyylisulfosukkinaatit.

Viimeisessä menetelmävaiheessa hiili/vesi-polttoainetta valmistettaessa lisätään dispergointiainetta ja mahdollisesti stabilisaattoria. Aikaisemmin tunnettujen disper-gointiaineiden joukosta mainittakoon esimerkiksi anioniset 25 polynaftaleenisulfonaatit, polykarboksyylihapot ja ei-ioni-set etyleenioksidijohdannaiset.

On ennestään tunnettua, että dispergointiaineen kokonaismäärä laskettuna painoprosentteina koko dispersiosta on täysin riippuvainen dispersion fysikaalisista ominaisuuksis-30 ta. Dispergointiaine muodostaa hiiltä lukuun ottamatta erään suurista kustannustekijöistä dispersioita valmistettaessa.

On myös osoittautunut, että eri hiilet vaativat erityyppisiä dispergointiaineita, minkä vuoksi esillä oleva keksintö esittää yhden tavan aikaansaada hiiliosasten dis-35 pergoituminen samaa perusyhdistetyyppiä käyttäen, mutta vaihtelevilla varauksilla. Erikoisen tehokas dispergointi- 4 75862 aine muodostetaan hydrofobisen aromaattisen osan ja yhden tai useamman hydrofiilisen etyleenioksidiketjun ympärille.

Varaus molekyyleissä voi olla anioninen, kationinen tai edullisesti amfoteerinen. Varaus molekyyleillä vaihtelee 5 hiilen oman pintavarauksen mukaan.

Tämäntyyppisistä amfoteerisistä yhdisteistä valitaan sopivasti amfoteerinen alkyyliaryylietoksilaatti, kuten esimerkiksi natriumnonyylifenetoksimetyylitauridi. Yhdiste valmistetaan yksinkertaisimmin nonyylifenolietoksilaatin pääte-10 hydroksidiryhraän ja sulfonyylikloridin välisen reaktion avulla, jolloin saadun halidin annetaan reagoida natriummetyy-litauridin kanssa.

Yhdisteen yleinen kaava on 15 C H Ar - 0 (C0H .0) C H,N(CH_)C H.SO-.Na xy 2 4 n a b 3 c d 3

Muita amfoteerisiä yhdisteitä, jotka muodostavat erinomaisia dispergointiaineita määrätyille hiilille, ovat etoksiloidut kvaternääriset typpisulfaatit. Tämäntyyppisiä 20 yhdisteitä myy kaupallisesti GAF tavaramerkillä PC-37.

Kationiset yhdisteet, jotka ovat keksinnön mukaan käyttökelpoisia, perustuvat ensi sijassa pyridiiniin ja ki-noliiniin. Yhteistä näille kaikille on aromaattinen rengas-rakenne, jossa on hydrofobisia ominaisuuksia. Pyridiini rea-25 goi eetterien kanssa ja muodostaa alkoksimetyylipyridiini-tyyppisiä yhdisteitä. Tunnusomaista näille kationisille dis-pergointiaineille on edelleen se, että ne sisältävät vähintään 50 etyleenioksidiyksikköä.

Anionisten dispergointiaineiden joukosta, joiden 30 käyttö mm. niiden korkean hinnan vuoksi on vähäisempää, voidaan kuitenkin mainita esimerkiksi alkyyliaryylietoksilaa-tin suolat. Tämäntyyppisiä anionisia yhdisteitä käytetään eniten hydrofiilisiä hiililaatuja varten.

Kaikkien keksinnön mukaisten dispergointiaineiden 35 moolipaino on suurempi kuin 1 500 ja ne liukenevat veteen.

5 75862

Keksintöä esitellään seuraavassa havaintoesimerkin avulla.

1) Misellejä muodostamatonta ja siten verrattain vaikealiukoista, amfoteeristä pinta-aktiivista ainetta, esimer- 5 kiksi lesitiiniä tai alkyylibetaiinia, emulgoidaan veteen juoksevaksi kiteiseksi faasiksi. Emulsio (0,03 paino-% hiilestä) lisätään polttoaineen valmistusmenetelmän jauhatus-vaiheisiin. Yhteen jauhatusvaiheeseen välittömästi ennen vaahdotusvaihetta lisätään valmiste, joka sisältää lesitii-10 niä, heksadekaania ja metyyli-isobutyyliketonia suhteessa 1:5:2. Kokonaislisäysmäärät ja koostumukset voivat vaihdella eri hiililaaduille (0,01 - 0,05 paino-% hiilestä). Vaahdo-tuskäsittelyn jälkeen lisätään pieni määrä alkyylisulfosuk-kinaattia (10-50 g/tonni hiiltä) vedenpoistoasteen paranta-15 miseksi suodatuksessa. Suodatuskakku sisältää 15-22 % kosteutta.

2) Noin 90 g menetelmästä saatua kosteaa, puhdistettua hiilisuodatuskakkua (22,2 %) homogenisoidaan ja sekoitetaan hyvin 0,25 g:n kanssa dispergointiainetta (liuotettuna 20 veteen), joka muodostuu nonyylifenoksipolyetyleenioksietano-lin ammoniumsuolasta ja jonka moolipaino on noin 5 000.

Muuttamalla vesiliuoksen pitoisuutta dispergointiai-neen suhteen säädetään saatu hiilipitoisuus seoksessa 70 %:ksi. Tällä tavalla saatujen dispersioiden ominaisuudet ovat erin-25 omaiset kuljetuksen ja suoran polton suhteen juoksevana polttoaineena.

Valmistettaessa hiili/vesi-polttoainetta käyttäen lähtömateriaalina hydrofobista hiiltä käytetään amfoteerisiä tai kationisia dispergointiaineita vastaavalla tavalla.

30 Varastointikeston ja stabiliteetin saavuttamiseksi yhteenkasvun ja laskeutumisen estämiseksi voidaan dispersioihin lisätä geelin muodostavia aineita. Geeliytyminen voi olla joko reversiibeli tai irreversiibeli. Palautumaton gee-liytyminen voidaan aikaansaada esimerkiksi pienillä määrillä 35 polysakkaridia, ksantaani-kumia, guar-kumia, alginaattia tai jollain modifioidulla tärkkelyksellä yhdessä jonkin metalli- 6 75862 ionin, esimerkiksi alumiinin tai boorin kanssa. Palautuvaa geeliytymisprosessia voidaan ohjata muuttamalla lämpötilaa tai pH-arvoa.

Hiili/vesi-dispersion palautumaton geeliytys voidaan 5 tehdä esimerkiksi eri savilaaduilla, bentoniitilla, kiinan-savella jne. Saadun polttoainetuotteen reologia on nyt selvästi pseudoplastinen.

Hiili/vesi-polttoaine on osoittautunut erittäin hyväksi öljyn korvaajaksi sekä lämmön että vesihöyryn tuotannos-10 sa. Polttoaine on puhdistunut suureksi osaksi epäorgaanisista epäpuhtauksista ja ympäristönäkökohtien ja käsittelysyi-den vuoksi suositeltava tavanomaiseen hiilitekniikkaan verrattuna .

Claims (7)

7 75862

1. Dispersio, joka sisältää vettä, lisäaineita ja jauhettua hiiltä, jonka pinta on modifioitu amfoteeristen 5 tai muiden hydrofobioivasti vaikuttavien aineiden avulla, jolloin hiilipitoisuus nousee vähintään 55 %:iin dispersion painosta, ainakin yksi dispersioon sisältyvistä lisäaineista on ionisesti pinta-aktiivinen polymeeri, joka sisältää ainakin yhden hydrofobisen osan, joka omaa affiniteetin hiili-10 pintaan sekä ainakin yhden vesiliukoisen osan, joka perustuu etyleenioksidiin, jonka moolipaino on suurempi kuin 1 000, tunnettu siitä, että lisäaine, jolla on amfoteerinen varaus, sisältää amfoteerisiä ryhmiä imidatsoliinijohdannaisesta, betaiinijohdannaisesta, amfoteerisestä aminohappo-15 johdannaisesta tai lesitiinijohdannaisesta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen dispersio, tunnettu siitä, että lisäaine on etoksiloidun kvaternääri-sen typpiyhdisteen amfoteerinen suola tai amfoteerinen al-kyyliaryylietoksilaatti.

3. Dispersio, joka sisältää vettä, lisäaineita ja jauhettua hiiltä, jonka pinta on modifioitu amfoteeristen tai muiden hydrofobioivasti vaikuttavien aineiden adsorption avulla, jolloin hiilipitoisuus nousee vähintään 55 %:iin dispersion painosta, ainakin yksi dispersioon sisältyvistä 25 lisäaineista on ionisesti pinta-aktiivinen polymeeri, joka sisältää ainakin yhden hydrofobisen osan, joka omaa affiniteetin hiilipintaan sekä ainakin yhden vesiliukoisen osan, joka perustuu etyleenioksidiin, jonka moolipaino on suurempi kuin 1 000, tunnettu siitä, että hydrofobinen osa 30 muodostuu yhdestä tai useammasta aromaattisesta ryhmästä ja lisäaine, jolla on kationinen varaus, on etoksiloitu syklinen alkyyliammoniumyhdiste.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen dispersio, tunnettu siitä, että lisäaine perustuu tyydyttymättömään, 35 heterosykliseen yhdisteeseen, joka sisältää vähintään yhden ryhmistä pyridiini, kinoliini, isokinoliini, bentsindatsoli, 8 75862 bentstiatsoli, bentstriatsoli, pyrrolidiini, imidatsoli tai näiden ryhmien johdannaisen.

5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen dispersio, tunnettu siitä, että lisäaine perustuu tyydyttyneeseen 5 typpiyhdisteeseen, joka sisältää ainakin yhden ryhmistä pi-peridiini, morfoliini tai niiden johdannaisen.

6. Dispersio, joka sisältää vettä, lisäaineita ja jauhettua hiiltä, jonka pinta on modifioitu amfoteeristen tai muiden hydrofobioivasti vaikuttavien aineiden adsorption 10 avulla, jolloin hiilipitoisuus nousee vähintään 55 %:iin, ainakin yksi dispersioon sisältyvistä lisäaineista on ioni-sesti pinta-aktiivinen polymeeri, joka sisältää ainakin yhden hydrofobisen osan, joka omaa affiniteetin hiilipintaan sekä ainakin yhden vesiliukoisen osan, joka perustuu ety- 15 leenioksidiin, jonka moolipaino on suurempi kuin 1 000, tunnettu siitä, että hydrofobinen osa muodostuu yhdestä tai useammasta aromaattisesta ryhmästä ja että lisäaine, jolla on anioninen varaus, on alkyyliaryylioksietyleeni-oksialkoholin suola.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen dispersio, tun nettu siitä, että lisäaine on alkyylifenoksipolyetylee-nioksietanolin ammoniumsuola. 9 75862