FI76591C - Pumpbar vattenuppslamning av fast braensle och foerfarande foer framstaellning av detta. - Google Patents

Description

76591 ^ Kiinteän polttoaineen pumpattava vesiliete ja menetelmä sen valmistamiseksi

Pumpbar vattenuppslamning av fast bränsle och förfarande f8r framställning av detta 5

Esillä oleva keksintö koskee kiinteän polttoaineen pumpattavaa vesilietettä, joka polttoaine on jauhetun hiillpitoisen jauheen muodossa sekä 10 menetelmää tällaisen lietteen valmistamiseksi.

Perusprobleemana kiinteäpolttoaine/neste-seoksien siirtämisessä esimerkiksi lietetankkereissa tapahtuvassa kuljetuksessa ja ennen kaikkea putkistoissa on vaikeus valmistaa erittäin konsentroituja helposti pumpattavia 1® seoksia.

Aikaisemmin tunnetun tekniikan mukaisesti jollainen on esitetty US-pa-tenttijulkalsulssa 3.762.887, 3.073.652, 3.168,350, 3.524.682, 3.842.013 ja 4.282.006 sekä sovelletun teknologian mukaisesti (esim. Black Mesa 20 putkisto Arizona/Nevadassa) ei ole kyetty välttämään seuraavassa esitettyjä vaikeuksia.

Tavanomaisesti sovelletun tekniikan mukaisesti käytetään varsin karkean hiilen ja veden seosta, joka kuljetuksen aikana pidetään turbulenssissa 25 ns. kimmosuspensiona. Tästä on tuloksena on, että pumppauskustannukset tulevat olemaan verraten korkeat, johon on lisättävä kolme ratkaisevaa epäkohtaa, nimittäin: 1) Seos on epästabiili siten, että vesi ja hiili erkanevat toisistaan 30 helposti, mikä tekee vaikeaksi pumpata seosta ylöspäin.

2) Suuret määrät vettä tarvitaan hiilen kuljettamiseen sen muodostaessa 50 Z:n seoksen veden kanssa, mikä voi johtaa ympäristön saastumiseen, kun hiili on kuljetettava alueelta, missä vettä on vähän.

35 3) Kun putkilinjan päässä seosta ei voida joko kuljettaa edelleen tai käyttää ilman, että siitä poistetaan suuri määrä vettä suurin kustan- 2 76591 ^ nuksin, vaikeuksia syntyy sen veden käyttämisessä, joka on hiilen kemiallisesti saastuttamaa.

Sellaiset parannukset, joita on ehdotettu, lähinnä US-patentissa 4.282.006 5 ovat tähdänneet seoksen kiintoainepitoisuuden lisäämiseen käyttäen pienempää hiukkaskokoa ja kontrolloitua hiukkaskokojakaumaa sekä tiettyjä kemiallisia lisäaineita alentamaan viskositeettia ja lisäämään pumpattavuutta. Tästä huolimatta näillä aineseoksilla on huomattavia epäkohtia ennen kaikkea niiden rheologisten ominaisuuksien suhteen. Alneseokset ovat luonteel-10 taan niinsanotusti pseudoplastisesti juoksevia, mikä tarkoittaa, että tietty leikkausvoima tarvitaan saattamaan seos lepotilasta lilkkelle. Tilapäinen pysähdys sellaisten aineseosten pumppauksessa aiheuttaa tuhoisia vaikeuksia, kun pumppaus jälleen aloitetaan.

15 Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on välttää yllämainitut tunnetussa tekniikassa esiintyvät puutteet aikaansaamalla pumpattava kiinteän polttoaineen vesiliete, joka liete sisältää hiillpitolsen aineksen karkeiden rakeiden lisäksi erityistä kantavaa nestettä karkearakeista hilllpltols-ta materiaalia varten. Periaatteessa tämä kantava neste sisältää erittäin 20 konsentroitua hiililietettä, jolla on korkea hienoksijauhetun hiilipitoi-sen materiaalin pitoisuus ja alhainen vesipitoisuus. Yhdistämällä karkearakeinen hiilipltolnen materiaali uudenlaisen kantavan nesteen kanssa saavutetaan joukko etuja.

25 Kiintoainepitoisuus lietteessä, joka olennaisesti sisältää hiillpitolsen materiaalin muodossa olevaa polttoainetta, on vähintään 65 paino-%, mikä tarkoittaa, että vedetöntäminen el ole tarpeen kuljetuksen jälkeen ja että ominaiskuljetuskustannukset tulevat olemaan pienet. Edelleen vesilietteellä on alhainen näennäinen viskositeetti, mikä johtaa pieniin pumppaus-30 kustannuksiin.

Vesilietteellä on Newton rheologlset ominaisuudet so. pumppausvastus on käytännöllisesti katsoen riippumaton lelkkausvoimasta. Edelleen vesiliete on stabiili, mikä tarkoittaa, että kiintoaine ei pyri erottumaan nestees-35 tä ja vastaavetl vesiliete on varsin sopiva ylöspäin pumpattavaksi.

Kantavan nesteen kiintoaine on sopivlmmin hiillpitolsen materiaalin puh- 3 76591 ^ distettu fraktio, joka edelleen alentaa ominaiskuljetuskustannuksla ja liete on vielä enemmän sopiva polttoaineeksi ilman kuljetuksen jälkeistä vedenpoistoa.

5 Tämän keksinnön mukaisessa vesisuspensiossa karkearakeinen hlilipitolnen materiaali suspendoldaan näennäisesti raskaampaan nesteeseen so. keksinnön mukaiseen kantavaan nesteeseen ja voidaan siten kuljettaa vähäisemmässä turbulensissa ja huomattavasti pienemmässä vesipitoisuudessa kuin siinä tapauksessa, että kantava neste on vettä.

10

Keksinnön tunnusomaiset piirteet ilmenevät oheisista vaatimuksista.

Hiilipitoinen materiaali, joka keksinnössä on mukana sekä kantavassa nesteessä että siihen suspendoidussa karkearakeisessa fraktiossa, on valit-15 tavissa erilajisistä hiilipitoisista materiaaleista, kuten bltumlhiiles-tä, ruskohiilestä antrasiitti- ja ligniittihlilestä, puuhiilestä ja öljy-koksista.

Karkearakeinen hiilipitoinen materiaali, joka suspendoldaan kantavaan nes-20 teeseen, koostuu karkeista rakeista, joiden hlukkaskoko on aina 25 mm asti. Ilman ensin tapahtuvaa karkearakeisen materiaalin lajittelua on valkeata estää tietyn pienen hlenorakeisen materiaalin osuuden kulkeutumista mukana, mutta yleisesti karkearakeisen hlillpitoisen materiaalin vähimmäis-hiukkaskoko on vähintään 1 mm. Karkearakeisen hillipltolsen materiaalin 25 fraktio keksinnön mukaisessa vesilietteessä voi sinänsä olla vain muutamia painoprosentteja, mutta normaalisti se muodostaa olennaisen osan vesilietteestä ja sopivlmmln sen määrä on 20-40 paino-% laskettuna vesilietteen kokonaispainosta.

30 Yllämainitun karkearakeisen hillipltolsen materiaalin lisäksi keksinnön mukainen pumpattava vesiliete sisältää myös uudenlaista ja erityistä kantavaa nestettä, jota selostetaan yksityiskohtaisemmin jäljempämä.

Ensin on kuitenkin tässä yhteydessä mainittava, että ennestään on tunnet-35 tu valmistaa lietteitä jauhetusta kiinteästä polttoaineesta ja stabiloida nämä lietteet suuremmassa tai pienemmässä määrin erilaisten lisäaineiden avulla. Esimerkkinä ennestään tunnetusta tekniikasta on US-patentti- a 76591 ^ julkaisu 4.217.109, jossa on esitetty hiili/vesiliete, joka sisältää dis-pergointialnetta, joka selektiivisen adsorption kautta antaa hiilihiukka-sille ja muuta materiaalia oleville hiukkasille erilaisen varauksen, jolloin hiilen puhdistaminen ja myöskin suspension stabilointi helpottuu.

5 Tämän US-patenttijulkaisun mukainen dispergolntialne voi olla polyelek-trolyyttejä tai polyfosfaatteja.

Edelleen on ennestään tunnettua julkaistusta PCT-hakemuksesta PCT/US80/ 01419 valmistaa erittäin konsentroitu hiili/vesiliete säätelemällä hii- 10 Ien hiukkaskokojakaumaa erityisellä tavalla ja lisäämällä pinta-aktiivi-sia kemikaaleja, jotka myötävaikuttavat hiilihiukkasten ominaispintava-raukseen. Pinta-aktiiviset kemikaalit, joita käytetään, ovat kaupallisesti saatavissa olevia dispergointiaineita. Lietteen ominaisuudet ovat suuresti riippuvia tarkasta hiukkaskokojakaumasta ja yksityisten hiukkasten 15 pintavarauksesta, joka saavutetaan lisäämällä tarkat määrät dlspergointi-ainetta. Käytännössä on kuitenkin erittäin vaikeata tolstettavasti saavuttaa kaupallisessa mitassa vaadittu täsmällinen hiukkaskokojakauma tai säilyttää lietteen ominaisuudet, kun lietteen ionikontaminaatio lisääntyy esimerkiksi johtuen laitteiden korroosiosta tai hiilen liukenemista.

20

Edelleen on aikaisemmin tunnettu ranskalaisesta patenttijulkaisusta 1.308.112 aikaansaada viskositeetin aleneminen matalasakeukslsissa hiili-suspensioissa käyttämällä alkeenloksldi-aduktla, jossa hydrofiilinen osa sopivimmln sisältää 5-35 eteenioksidi-yksikköä.

25

Brittiläinen patenttijulkaisu 1.429.934 koskee menetelmää hiukkasmateriaa-lin dispergoimisesta nesteeseen käyttäen blokkisekapolymeeriä, joka koostuu blokeista, jotka ovat joko nesteeseen liukoisia tai liukenemattomia. Poly(t-butyylistyreeni) on mainittu esimerkkinä liukenevasta blokista.

30 Hlukkasmateriaalin on erittäin hienojakoista ja sopivimmln sen hiukkas-koko 50 A - 10 jim. Eräs esimerkki hiukkasmateriaalista on kaasunokl.

US-patenttijulkaieu n:o 4.358.293, joka on julkaistu November 9, 1982 ja vastaava EPC-hakeraus n:o 82300448.6, julkaisu n:o 0 057 576, julkaistu 35 11.8., 1982, on esitetty hiilen vesidispersiot, joissa on käytetty dispergointiaineena ionisoitumatonta pinta-aktiivista ainetta, jossa on vähintään 100 kertautuvaa eteenioksidi-yksikköä.

5 76591 Tämän keksinnön mukainen kantava neste poikkeaa ennestään tunnetusta tekniikasta siinä, että se koostuu erittäin konsetroidusta jauhetun hiilipi-toisen materiaalin vesilietteestä so. vesilietteestä, jonka kiintoainepi-toisuus on 65-90 paino-5, sopivimmin 70-80 paino-%, jossa kantavassa nes-5 teessä on erityistä lisäainetta vesiliukoisen pinta-aktiivisen yhdisteen muodossa, joka on alkeenioksidi-adukti, jossa on hydrofobinen osa ja hydrofiilinen osa sanotun hydrofiilisen osan käsittäessä vähintään yhden polyalkeenioksidi-ketjun, jonka pituus 40-200 alkeenioksidi-yksikköä.

10 Käsite pinta-aktiivinen tarkoittaa tässä, että alkeenioksidi-aduktin 0,1 %:sen vesiliuoksen pintajännitys 20°C:n lämpötilassa on alle 50 dyne/ cm mitattuna Du Nouyn rengasmenetelmällä. Alkeenioksidi-aduktit, joiden pintajännitys on 40-49 dyne/cm ovat erityisen sopivia.

15 Pinta-aktiivinen eteenioksidi-adukti, jossa on hydrofobinen osa ja hydrofiilinen osa edellä mainitussa koostumuksessa tekee mahdolliseksi saavuttaa erittäin konsentroidun polttoalnelietteen eteerinen stabilointi keksinnön mukaisesti siten, että eteenioksidi-aduktin hydrofobinen osa adsorboituu polttoalnehlukkasen pintaan, kun taas hydrofiilinen osa etee-20 nioksidi-aduktin polyeteenioksidi-ketju sitoo vesikerroksen polttoaine-hiukkasen pinnalle. Jos jokaisen hiukkasen pinta on adsorboidun alkeenioksidi-aduktin peittämä, jokaista hiukkasta vesilietteessä ympäröi tällainen sidottu vesikerros tai vaippa. Tämä vesikerros jokaisen polttoai-nehlukkasen ympärillä vähentää vesilietteen sisäistä kitkaa niin, että 25 hiukkaset voivat liikkua toistensa ohi liukuen, johon liikkeeseen eivät vaikuta hiukkasten väliset attraktiovoimat. Lisäksi esillä olevan keksinnön mukainen eteerinen stabilisaatio on vain vähän arka vesilietteessä olevien erilaisten suolojen konsentraatiotason vaihteluille. On korostettava, että kantava neste, kuten edellä on mainittu, on erittäin kon-30 sentroitu vesiliete so. liete, jonka kiintoalnepitoisuus on vähintään 65-90 paino-%, sopivimmin 70-80 paino-%. Tämä tarkoittaa, että vesi muodostaa vain vähäisen osan lietteestä ja sen pitoisuus on alle 35 paino-%, sopivimmin 20-30 paino-%. Keksijöiden tietämän mukaan aikaisemmin ei ole tunnettua valmistaa hiilipitoisesta materiaalista vesilietteitä, joiden 35 kiintoalnepitoisuus on yli 65 paino-% ja samanaikaisesti säilyttää lietteellä riittävä pumpattavuus ja stabiilisuus.

6 76591

Kuitenkin on nyt yllättäen havaittu, että nämä probleemat voidaan eliminoida lisäämällä erityistä vesiliukoista pinta-aktiivista yhdistettä, joka koostuu alkeenioksidi-aduktista, jossa on hydrofobinen osa ja hydrofii-linen osa sanotulle pinta-aktiiviselle yhdisteelle ollessa tunnusomaista, 5 että hydrofiilinen osa koostuu vähintään yhdestä polyalkeenioksidi-ketjus-ta, jonka pituus on vähintään 40 alkeenioksidi-yksikköä so. hydrofiilinen osa käsittää vähintään yhden hydrofiilisen ketjun, jolla on tietty minimi-pituus. On havaittu, että tämä hydrofiilisen ketjun minimipituus on välttämätön ehto sille, että saadaan stabiili ja matalaviskoottinen so. pum-10 pattava kantava neste, jonka kiintoainepitoisuus ylittää 65 paino-%. Itseasiassa hydrofiilisen ketjun pituudelle ei ole ylärajaa, mutta käytännöllisistä ja taloudellisista syistä on sopivinta tämän keksinnön yhteydessä rajoittaa ketjun pituudeksi enintään 200 alkeenioksidi-yksikköä. Parhaat tulokset esillä olevaa keksintöä sovellettaessa on saatu alkeenioksidi-15 adukteilla, jotka käsittävät 50-150 alkeenioksidi-yksikköä hydrofiilises-sa ketjussa. Edelleen on erityisen sopivaa, että alkeenioksidi-yksiköt ovat eteenioksidi-yksiköitä.

Keksijät ovat todenneet, että kantavan nesteen stabiilisuus so. sen kyky 20 vastustaa veden erottumista kiintoaineesta lietteen varastoinnin ja kuljetuksen aikana mukaanluettuna altistus lietteen tärinälle saavuttaa enimmäisarvonsa, kun hydrofiilisen ketjun alkeenioksidi-yksiköiden määrä on suositelluissa rajoissa. Siten jos hydrofiilinen ketju on liian lyhyt (alkeenioksidi-yksiköiden luku on alle 40), erottumista ja sedimentaatio-25 ta tapahtuu, jos liete on tärinän alaisena muutamia päiviä. On myös havaittu, että kantavan nesteen stabiilisuus alenee, kun hydrofiilisen ketjun pituus lisääntyy yli 200 vieläpä vain yli 150 alkeenioksidi-yksikön.

Yllä selostetun hydrofiilisen osan lisäksi keksinnön mukainen pinta-ak-30 tiivinen yhdiste käsittää myös hydrofobisen osan, joka edistää adsorptiota jauhetun hiilipitoisen materiaalin pinnalle.

Esillä olevan keksinnön mukaiset yhdisteet voidaan saada aikaan lisäämällä alkeenioksidia, jossa on 2-4 hiiliatomia, orgaaniseen yhdisteeseen, jo-35 ka koostuu vedystä ja hiilestä ja valinnaisesti hapesta tai rikistä ja jossa on 1-20 vetyä, jotka reagoivat eteenioksidin, propeenioksidin tai buteenioksidin kanssa sillä tavalla, että saadaan ionisoitumaton pinta- 7 76591 ^ aktiivinen yhdiste, jossa on alkeenloksldl-ketju, jossa on vähintään 40 alkeenioksidi-yksikköä. Tämän tyyppiset yhdisteet voidaan esittää yleisellä kaavalla r Ί

5 R ! Y (A) H i I

> n _ m jossa R on orgaanisen yhdisteen radikaali, Y on happi tai rikki, A on alkeenloksidlryhmä, jossa 2-4 hiiliatomia, n on kokonaisluku 40-200, sopivimmin 50-150 ja m on kokonaisluku 1-20 ja jossa vähintään 40 ker-10 tautuvaa alkeenioksidi-yksikköä esim. eteenioksidi-yksikköä muodostavat ketjun.

Jos R on johdettu pienmolekyylisestä yhdisteestä tai yhdisteestä, jolla on riittämätön hydrofobinen luonne, on tarpeellista lisätä propeenioksi-15 dia ja/tai buteenloksidia muodostamaan blokki aikaansaamaan täten riittävän suuri hydrofobinen radikaali niin, että se myötävaikuttaa lopullisen yhdisteen riittävään pinta-aktiivisuuteen.

Toinen mahdollisuus on modifioida yhdiste I lisäämällä siihen hydrofobi-20 nen ryhmä, jossa tapauksessa on kuitenkin otettava huomioon, että uuden lopullisen yhdisteen täytyy sisältää vähintään yksi polyalkeeniglykoli ketju, joka koostuu vähintään 40 alkeenloksldiryhmästä.

Orgaaninen yhdiste, johon alkeeniuoksidi lisätään, voi sisältää hydrok-25 syyli- ja/tai karboksyyliyhdisteltä, joissa on yksi tai useampia reaktio-kykyisiä ryhmiä ja jotka sisältävät 1-40 hiiliatomia tai oligomeerisia tai polymeerisiä yhdisteitä, joissa on useita hydroksyyli- ja/tai karbok-syyliryhmlä. Esimerkkejä sopivista yhden reaktiokykylsen ryhmän sisältävistä hydroksyyli- ja karboksyyliyhdisteistä ovat metanoli, etanoli, pro-30 panoli, butanoli, heksanoli, sykloheksanoll, etikkahappo, propilnlhappo, butaanihappo, heksaanihappo ja 2-etyyliheksaanihappo. Esimerkkejä hydroksyyli- ja karboksyyliyhdisteistä, jossa on useita reaktiokykyisiä ryhmiä, ovat glyseroli, trimetylolpropaani, buteeniglykoli, butaanitrioli, hek-saanitrloli, pentaerytritoll, sorbitoli, sorbltaanl, sakkaridit, kuten 35 sakkaroosi, glukoosi, arablnoosi, fruktoosi, mannoosi, dekstroosi, laktoosi ja maltoosi, merlpihkaliappo, glutaarihappo, adlpllnihappo, sebaslini-happo, ftaallhappo, isoftaalihappo, dodekaanidlkarboksyyllhappo ja resor- 6 76591 sinoli.

Erityisen sopivia alkeenioksidi-adukteja, jotka perustuvat useita reak-tiokykyisiä ryhmiä sisältäviin yhdisteisiin, ovat ns. blokkisekakopoly-meerit, jotka koostuvat eteenioksldia, propeenioksidia ja valinnaisesti buteenioksidia sisältävistä blokeista. Propeenioksidi tai vaihtoehtoises-5 ti buteenioksidin osan tai osien molekyylipainon olisi sopivimmin oltava rajoissa 1500-4000, kun taas polyeteenioksidi osan tai osien molekyyli-painon pitäisi sopivimmin olla 2000-10000.

Muita esimerkkejä yhdisteistä, jotka koostuvat kaavan I mukaisesti ovat ΙΟ alkoksyloidut rikkiyhdisteet, joiden yleinen kaava on

R3 - S - (A) H II

n 3 jossa R tarkoittaa hiilivetyryhmää, jossa on 1-24 hiiliatomia tai sopi-15 vimmin ryhmää (AJ^H, jokainen A tarkoittaa alkeenioksidiryhmää, jossa on 2-4 hiiliatomia ja n on vähintään 40, sopivimmin 50-200.

Tapauksessa jolloin orgaaninen yhdiste on karboksyylihappo, jossa on 10-24 hiiliatomia tai aromaattinen hydroksyyliyhdiste, jossa 12-54 hiili-20 atomia, hydrofobiset ryhmät ovat riittävän suuria antamaan yhdisteelle riittävä pinta-aktiivisuus, josta syystä hydrofobisen osan kasvattaminen lisäämällä propeenioksidia ja/tai buteenioksidia ei ole tarpeen. Nämä yhdisteet voidaan esittää yleisellä kaavalla

25 RO(CH-CH-O) H III

l L n jossa R tarkoittaa alifaattista tai asyyliryhmää, jossa on 10-24, sopivimmin 14-24 hiiliatomia tai substituoitua aryyliryhmää, jossa kaikkiaan 12-54, sopivimmin 14-42 hiiliatomia ja n on 45-200. Erityisen sopivia 30 ovat yhdisteet, joissa on n vähintään 40, mutta vähemmän kuin 100 tai joissa n on 40-200, jolloin jälkimmäisessä tapauksessa eteenioksidiyksi-köiden suhde hiiliatomien lukuun ryhmässä R on 3,5-6,0, kun R on alifaat-tinen tai asyyliryhmä ja 3,0-5,5 kun R on substituoitu aryyliryhmä.

35 Esimerkkejä sopivista tätä tyyppiä olevista orgaanisista yhdisteistä ovat 9 76591 desyylialkoholi, lauryylialkoholi, myrisylalkoholi, setyylialkholi, stea-ryylialkoholi, eikosylalkoholi, oleylalkoholi, syklododekanoli, syklohek-sanedekanoli, oktylfenoli, nonylfenoli, dodekylfenoli, heksadesylfenoli, dibutylfenoli, dioktylfenyyli, dinonylfenoli, didodecylfenoli, diheksa-5 desylfenoli, trinonylfenoli, kapriinihappo, lauriinihappo, myristiinihap-po, palmitiinihappo, steariinihappo, oleiinihappo, linoolihappo ja ara-kiinihappo.

Keksinnön mukaisen erityisen pinta-aktiivisen yhdisteen selostamisseksi 10 esitetään vielä seuraavat esimerkit käyttökelpoisista yhdisteistä.

<f> - <CH2CH20)nH R2 20

0-(CH2CH20)n ” H

©"is 25 jossa tarkoittaa alkyyliryhmää, R2 tarkoittaa alkyyliryhmää tai vetyä ja n on joko vähintään 40 mutta vähemmän kuin 100, edullisesti vähintään 50 mutta vähemmän kuin 100 ja sopivimmin 50-90 tai n on 40-200, sopivim-min 50-150, jolloin jälkimmäisessä tapauksessa eteenioksi-yksiköiden suh-30 de hiiliatomien lukuun substituoidussa fenyyliryhmässä on 3,0-5,5. Di-substituoidut yhdisteet ovat erityisen sopivia ja erityisesti ne, joissa R^ ja R2 ovat nonyyliryhmiä.

Lisäesimerkkeinä alkeenioksidi-adukteista, joita voidaan käyttää tämän 35 keksinnön yhteydessä, ovat polyalkylfenoli, polymetyleeni tai polyalkyl-naftaleenipolymetyleeniyhdisteet, joissa jotkin tai kaikki OH ryhmät ovat alkoksiloituja 40-200 alkeenioksidiryhmillä, sopivimmin eteenioksidiryh- 10 76591 ^ millä. Kun kaikki OH ryhmät ovat alkoksiloituja polyalkylfenolipolymety-leeniyhdisteet ovat yleisen kaavan IV mukaisia

5 <A)nH (A) H

j 11 n - * 1 1 I R o

Jm R

15 jossa R = alkyyliryhmä, jossa on 1-20 hiiliatomia n = 40-200 m = 1-20 20

Kuten ylläolevasta selviää, esillä olevassa keksinnössä käytetty disper-golntiaine on normaalisti lonlsoltumaton so. sillä ei ole varausta. Joissakin tapauksissa on kuitenkin sopivaa lisätä ionlsoitumattoman aineen yhteydessä ionista dispergointlalnetta, jonka hydrofobinen osa johtaa 25 sähköstaattisten attraktiovoimien kautta parantuneeseen adsorptioon polttoainehiukkasiin. Riippuen siltä onko hiilipitoisen polttoaineen pinta sähköisesti varautunut negatiivisesti vai positiivisesti, tällainen adosrption lisääntyminen sähköstaattisen attraktion kautta voidaan saavuttaa tekemällä pinta-aktiivinen yhdiste, erityisesti sen hydrofobinen 30 osa kationiseksi tai anioniseksi.

Ioninen pinta-aktiivinen aine voidaan periaatteessa valita vapaasti tunnetuista ionisista pinta-atiivista yhdisteistä. Eräät sopivimmat tyypit anionisista yhdisteistä, joita on yleisesti saatavissa ovat seuraavlen 35 kaavojen mukaisia 11 76591

R-COOH; R-OSO^H; R-SO^H

ROOC-CH2 ^ 5 R00C-CH-S03H (RO)nP(OH)3-n jossa R tarkoittaa hydrofobista ryhmää, jossa 8-22 hiiliatomia ja n on 10 kokonaisluku 1 tai 2; tai näiden suolaa alkalimetallin, alkalisen maame-tallin, ammoniumin tai amliniyhdisteen kanssa. Anlonisista pinta-aktii-visista aineista voidaan erityisesti mainita alkylarylsulfonaatit seu-raavan kaavan mukaisesti 15 -s°3h 20 jossa R^, R2 ja R3 toisistaan riippumatta tarkoittavat alkyyliryhmää, jossa on 1-18 hiiliatomia tai vetyä edellyttäen, että hiiliatomien kokonaismäärä alkyyliryhmässä 6-22 tai tämän suolaa alkalimetallin, maa-alkalime-25 tallin, ammoniumin tai amliniyhdisteen kanssa.

Muita sopivia anionisia pinta-aktiivisia aineita ovat alifaatlt, esim. alkyylit, sulfaatit ja fosfaatit, jotka voidaan esittää yleisillä kaavoilla 30 0 R-OSO-H ja (RO) P(0H), 3 J n 3-n 35 jossa R on suora tai haaroittunut, tyydytetty tai tyydyttämätön alifaat-tinen ryhmä, jossa on 10-22 hiiliatomia ja n on kokonaisluku 1 tai 2 tai 12 76591 niiden suola alkalimetallin, maa-alkalimetallin, ammnoniumin tai amiini-yhdisteen kanssa. Erityisinä esimerkkeinä alkylsulfaateista voidaan mainita laurylsulfaatti, myrisylsulfaatti, stearylsulfaattl ja oleylsulfaat-ti.

5

Muita anionisia pinta-aktiivisia yhdisteitä ovat eetterisulfaatit ja eet-terifosfaatit yleisten kaavojen

R(OC H. ) OSO^H R(OC H„ ) OPO.H

n 2n p 3 n 2n p . 2 10 0Ri mukaisesti, joissa R on suora tai haaroittunut, tyydytetty tai tyydyttämätön alifaattinen ryhmä, jossa on 8-27 hiiliatomia, monoaIkylinen, di-15 alkylinen tai trialkylinen substituoitu fenyyliryhmä, joka sisältää kaikkiaan 6-18 hiiliatomia alkyyliryhmässä tai alkyylisykloalkyyliryhmä, joka sisältää 8-22 hiiliatomia, on alkeeniglykoliketju, jossa n tar koittaa kokonaislukua 2, 3 ja/tai 4, p on kokonaisluku 1-10, R^ tarkoittaa vetyä tai mitä tahansa yllä mainituista ryhmistä R tai RCOIM^) 20 tai näiden suoloja alkalimetallin , maa-alkalimetallin, ammoniumin tai amiiniyhdisteen kanssa.

Sopivia kationisia pinta-aktiivisia aineita ovat sellaiset, joissa on vähintään yksi pitkä hydrofobinen ketju liittyneenä tertiääriseen tai 25 kvaternääriseen tyypiryhmään. Näiden täytyy olla veteen liukoisia tai dispergoituvia.

Esimerkkejä sellaisista kationisista pinta-aktiivista aineista ovat kvaterinääriset ammoniumyhdisteet, joissa on yksi tai kaksi hydrofobis-30 ta ryhmää, joissa 8-22 hiiliatomia seuraavan yleisen kaavan mukaan

Rl\ R2^ R4 35 13 76591 ^ jossa tarkoittaa suoraa tai haaroittunutta, tyydytettyä tai tyydyttämätöntä alifaattlsta ryhmää, jossa on 8-22 hiiliatomia tai substituoituma-tonta tai substituoitua fenyylialkyyliryhmää, jossa on kaikkiaan 7-22 hiiliatomia fenyylialkyyliryhmässä tai alkyylisykloalkylryhmä, jossa on 5 kaikkiaan 8-22 hiiliatomia ja ja R^ tarkoittavat riippumatta toisistaan metyyli-, etyyli- tai hydroksyylietyyliryhmää ja R2 tarkoittaa R^ tai R^ ryhmää. A on anioni.

Muita sopivia katlonlsia aineita ovat tertlääriset ammoniumyhdlsteet ylel-10 sen kaavan mukaan rjr2n(r3) jossa Rj, R^ ja R2 tarkoittaa samaa kuin yllämainituissa kaavolsaa kvater-15 näärisen ammonlumyhdlsteen osalta.

Erityisen sopivia ionlsia plnta-aktiivisia aineita ovat ne, jossa on ioni-nen ryhmä yhdisteen hydrofobisessa osassa so. välittömästi yhdisteen hydrofobiseen osaan liittyvänä tai sisältyvänä sekä vapaasti liittyvän ioni-20 soitumattoman alkeenloksidiketjun. Tällaiset loniset yhdisteet auttavat eteerisen stabiliteetin lisääntymistä, koska ne sisältävät vesiliukoisen eteenioksidlketjun.

Multa erityisen sopivia ionlsia pinta-aktllvisia aineita esittää kaava 25 R1-N-(B)m(A)n H I m n i2 X 2 30 jossa R ja R toisistaan riippumatta tarkoittavat alifaattlsta ryhmää, jossa on 1-24 hiiliatomia tai ryhmää (B) (A) H m n 35 jossa B tarkoittaa okslalkeenlryhmää, jossa on 3 tai 4 hiiliatomia, A tarkoittaa oksleteeniryhmää, m on 0-50, n on kokonaisluku 2-150, edullisesti 5-100, soplvimmin 10-90 tai sen kvaternäärinen yhdiste.

u 76591 1 2

Ryhmät R , R ja (B) (A) H on suhteutettava toisiinsa niin, että saadaan m n aikaan pinta-aktiivinen aine. Muita yhdisteitä, jotka ovat läheisesti samaa tyyppiä ovat ne, joita esittävät seuraavat kaavat 5

*1^^^ (S)b(A)aH

10 /<W>« H(A> a<B> b//' h{A) Ί oa 15 jossa Rj on alifaattinen ryhmä, jossa 8-24 hiiliatomia tai ryhmä H(A) (B), , A on oksieteeniryhmä, B on oksialkeeniryhmä, jossa on 3-4 ä d hiiliatomia, A on vähintään 40, sopivimmin 50-150, B on luku 10-24, n on 20 luku 2-6 ja m on luku 1-3.

Esimerkkejä tällaisista yhdisteistä ovat reaktiotuotteet alkeenidiamii-neista, dialkeenitriamiineista tai trialkeenitetramiineista, joihin pro-peenioksidi ja/tai buteenioksidi ja eteenioksidi on lisätty niin, että 25 saadaan molekyylipaino noin 14000-20000 ja eteenioksidipitoisuus määrältään 70-80 paino-Z.

Multa sopivia yhdisteitä ovat yleisen kaavan mukaiset

30 (p(CH2CH20)nH

R2 0 Z1 <IX> R1 35 is 76591 jossa Rj ja ovat vety tai alkyyliryhmä, jossa on 1-22 hiiliatomia edellyttäen, että R^ ja R£ ryhmien hiiliatomien luvun summa on vähintään 6 ja tarkoittaa ryhmää -SO^H, -Cl^NHR^R^X tai -CI^NR^R^R^X , jossa R^, R^ ja R^ ovat alkyyli- ja/tai hydroksialkyyliryhmiä, joissa on 1-4 hiili-5 atomia ja X on anioni ja n on 40-200, edullisesti 50-150 ja sopivimmin 60-90 tai sen suola.

Näissä viimeksimainituissa yhdisteissä R^ ja R£ ovat tavallisesti vetyä tai butyyli, oktyyli, nonyyli tai dodesyyliryhmä. Näillä yhdisteillä on 10 ionisoitumattomien pinta-aktiivisten eteenioksidi-aduktien yhteydessä erittäin suotuisat ominaisuudet ja on mahdollista tätä yhdistelmää käyttäen valmistaa kiinteän polttoaineen vesiliete, jolla on hyvin korkea kiintoainepitoisuus, tyydyttävä stabiilisuus ja alhainen viskositeetti.

15 Sopivin yhdistelmä on se, jossa ioninen ainesosa sisältää tertiäärisen typpiyhdisteen.

Pinta-aktiivisten aineiden konsentraatio keksinnön mukaisessa vesilietteessä on kaikkiaan 0,02-2 paino-% vesilletteem painosta. Sopivimmin 2o keksinnön mukaisen pinta-aktlivisen yhdisteen konsentraatio on 0,05-0,08 % lietteen painosta.

Käytetyn ionisen plnta-aktiivisen aineen määrä suhteessa ionisoitumattoman pinta-aktiivisen aineen määrään riippuu hiukkasten plntavarauksen 25 suuruudesta. Tavallisesti ionista ainetta lisätään 0,1-33, edullisesti 0,5-25, sopivimmin 2-8 paino-% pinta-aktiivisten lisäaineiden kokonaismäärästä.

Keksinnön mukaisen yllämainitun erityisen pinta-aktlivisen yhdisteen li-30 säksi kantavassa nesteessä voi myös olla muita tavanomaisia lisäaineita, kuten mikrobien vaikutusta estäviä aineita, vaahdonestoaineita, lisäaineita pH-säätöön ja tavanomaisia stabilointiaineita, jotka lisäävät keksinnön mukaisen pinta-aktiivisen yhdisteen vaikutusta tai aikaansaavat jonkin lisävaikutuksen.

35

Tavanomaisten stabilointiaineiden lisääminen on erityisen sopivaa, jos dispersantin hydrofiilinen osa on verraten lyhyt. Esimerkkejä tavanomai- 16 76591 sista stabilointiaineista ovat suojakolloidit, kuten xanthan gum, sellu-loosajohdannaiset kuten karboksimetyyliselluloosa, etyylihydroksietyyli-selluloosa, hydroksietyyliselluloosa, savet, kuten attapulgiitti, sepio-liitti, bentoniitti, alumiinihydroksidi, silikageeli, selluloosasuspen-5 slot, kaasunoki, tärkkelys ja tärkkelysjohdannaiset.

Mikäli muita lisäaineita on käytettävä erityisen pinta-aktiivisen yhdisteen lisäksi sääntönä on, että tavanomaista stabilointiainetta on lisättävä niin, että sen konsentraatio on korkeintaan 1 paino-%, sopivimmin 10 korkeintaan 0,2 paino-%, kun taas vaahdonestoainetta olisi lisättävä korkeintaan konsentraatioon 0,1 paino-%, kaikki laskettuna kuljetusnesteen painosta. pH:n säätöön tarkoitettua lisäainetta, joka sopivimmin on alka-limetallihydroksidi, kuten natriumhydroksidi, lisätään sellainen määrä, että lietteen pH saadaan alkaliselle puolelle esimerkiksi yli arvon pH = 15 10, jolloin eliminoidaan korroosioprobleemat kuljetus- ja varastolait- teissa.

Lisäksi keksinnön mukainen vetinen kuljetusneste sisältää pääasiallisena ainesosana kiinteätä polttoainetta jauhetun hiilipitoisen materiaalin 20 muodossa. Kuten aikaisemmin on mainittu, hiilipitoinen materiaali voi olla esim. bitumihiili, antrasiittihiili, ruskohiili, ligniittlhiili, puuhiili ja öljykoksi. Jos jätetään huomiotta lisäaineiden edustama kiin-toainepitolsuus, kantavan nesteen sisältämä jauhetun hiilipitoisen materiaalin määrä on sama kuin kantavan nesteen kiintoainepitoisuus, jolloin se 25 on 65-90 paino-%, sopivimmin 70-80 paino-% laskettuna kuljetusnesteen kokonaispainosta. Jauhettuun hiilipitoiseen materiaaliin ei tarvitse kohdistaa mitään käsittelyä sen hydrofobisuuden muuttamiseksi.

Jauhetun hiilipitoisen materiaalin hiukkaskoolla on tärkeä osa tämän kek-30 sinnön mukaisen kantavan nesteen stabiilisuuden suhteen. Jotta päästään optimihiukkaskokoon, useat näkökohdat on otettava huomioon. Ennen kaikkea epäpuhtaat kiinteät polttoaineet, kuten hiili on rikastettava epäorgaanisten epäpuhtauksien eliminoimiseksi orgaanisesta materiaalista. Hiuk-kaskoko on valittava siten, että se sallii tyydyttävän epäpuhtauksien 35 vapautumisen. Toiseksi on suositeltavaa, että polttoainelietteiden hiukkas-koko suositeltavaa ei ylitä 100-250 ^im, jotta varmistetaan täydellinen polttoainehiukkasten palaminen liekissä. On myöskin toivottavaa pitää 17 76591 100 pm suurempien hiukkaseen fraktion osuus pienenä, jolloin minimoidaan polttimen ja vastaavien kantavan nesteen käsittelylaitteiden kuluminen. Kolmanneksi hiukkaskoon jakauman täytyy luonnollisesti olla sellainen, että se tekee mahdolliseksi niin suuressa määrin kuin mahdollista kulje-5 tusnesteen minimaaliseen vesipitoisuuden, minimaalisen viskositeetin ja maksimaalisen stabiilisuuden.

Esillä olevan keksinnön mukaisen erityisen pinta-aktiivisen yhdisteen suotuisten ominaisuuksien ansiosta viimeksi mainittu vaatimus, joka koskee 10 hiukkaskoon jakaumaa, ei ole niin kriittinen kuin normaalisti on asian laita silloin, kun kyseessä ovat erittäin konsentroidut kiinteiden polttoaineiden vesilietteet ja keksintö sallii tietyn vaihtelun hiukkaskoon jakaumassa, mikä on normaalia kaupallisissa tuotanto-olosuhteissa ilman, että tällä olisi haitallista vaikutusta kantavan nesteen viskositeettiin 15 tai stabiiliteettiin. Erityisesti on todettu, että esillä olevan keksinnön osalta hiukkaskoon pitäisi olla rajoissa 0,1-350 pm, sopivimmin 1-250 pm. Parhaitten tulosten saavuttamiseksi hiukkaskoon ei kuitenkaan tulisi ylittää noin 200 pm.

20 Eräissä sovellutuksissa, kuten poltettaessa polttoaineen kuljetusnestettä leijukerrosmenetelmällä tai ruiskutettaessa kantavan nestettä masuuneihin jauhetun hlllipitoisen materiaalin hlukkaskoko ei ole erityisen kriittinen ja polttoaineen kuljetusneste voi sisältää verraten suuria hiukkasia ilman, että niistä aiheutuu vaikeuksia. Kuitenkaan hiukkaskokoa noin 0,5 25 mm el pidä ylittää johtuen hiukkasten sedimentoitumisvaarasta, jota voi esiintyä, jos hiukkaset ovat liian suuria.

Keksintöä on yllä selitetty siltä kannalta, mikä koskee kiinteän polttoaineen vesipitoista kantavaa nestettä.

30

Menetelmää vesipitoisen kuljetusnesteen valmistamiseksi esillä olevan keksinnön mukaisesti selostetaan nyt bitumihiilen muodossa olevan kiinteän polttoaineen osalta. Perusteknologia on sama muillekin kiinteille polttoaineille, kuten ruskohiilelle, antrasiitti- ja ligniittihiilelle, 35 puuhiilelle ja.öljykoksille jne., vaikkakaan näitä polttoalnelajeja ei käsitellä joka suhteessa samalla tavalla. Niinpä tietyt kiinteät polttoaineet eivät tarvitse sellaista puhdistusvaihetta, jota on selostettu ja 18 76591 1 sovellettu jäljempänä esitetyn hiilen osalta, kun taas jotkut polttoaineet, joiden affiniteetti veteen nähden on suuri (puuhiili, ligniittihiili jne.) vaativat pintakäsittelyn hydrofobisten ominaisuuksien lisäämiseksi ja joissakin tapauksissa eri hiililajlen mekaaniset ominaisuudet vaativat 5 jauhatuslaitteen, joka on erilainen kuin alempana selostettu laitteisto bitumihiiltä varten.

Sopiva lähtömateriaali on bltumihiill, joka on jossain määrin murskattu ja eslrikastettu tavanomaiseen tapaan niin, että hiilessä olevan epäorgaa-10 nisen aineen pitoisuus kosteutta lukuunottamatta on alennettu noin 5-20 palno-%:iin. Näin saatu tuote on sen jälkeen hienonnettu tavanomaiseen tapaan hlukkaskokoon, joka on sopiva ensimmäistä jauhatusvalhetta varten, joka soplvimmin on märkäjauhatusprosessi kuula- tai tankomyllyssä.

15 Tässä ensimmäisessä jauhatusvalheessa saavutetaan kolme tavoitetta: 1. Jauhatus sellaiseen enimmäishlukkaskokoon, joka tekee mahdolliseksi hiilessä olevien epäorgaanisten epäpuhtauksien vapautumisen riittävässä määrin.

20 2. Jauhatus mahdollisimman suureen hlukkaskokoon, joka on sopiva aiottua käyttöä varten, so. kokoon, joka voi palaa täydellisesti reaktiovyöhykkees-sä esimerkiksi lieskassa.

25 3. Jauhatus sellaisen hiukkaskokojakauman saavuttamiseksi, joka on sopiva polttoaineen Teologisille ominaisuuksille.

Ehdot, jotka on täytettävä tavoitteiden 1 ja 2 saavuttamiseksi, määryty-vät toisaalta hiilen minerologiasta ja toisaalta sovellutusmenetelmästä.

30 Kuten alemmin on mainittu, hiukkaskokoa noin 0,5 mm el tulisi ylittää ja tavallisesti se ei ylitä 350 pm. Tavallisesti on suositeltavaa, että suurin hiukkaskoko on noin 100-200 pm.

Mitä tulee hiukkaskoon jakaumaan on hyvin tunnettu tosiasia, että koko-35 jakauma hiukkasjoukossa voidaan optimoida niin, että hiukkasjoukon huokosten määrä, so. tilavuus, jota kiintoaine el täytä, saadaan minimoiduksi. Esillä oleva keksintö ei ehdottomasti vaadi mitään erityistä jakaumaa 19 7 65 91 sellaisen aineseoksen aikaansaamiseksi, jolla on alhainen vesipitoisuus, matala viskositeetti ja tyydyttävä stabiilisuus. Muutamilla hiilllajeilla tehdyt tutkimukset osoittavat, että riippuen sekä hiilen lajista että jauhatusmenetelmästä, hiukkasjoukossa voidaan todeta jauhatusprosessin 5 jälkeen erilaisia hiukkasmuodon koostumuksia. Tämä merkitsee, että jokaiselle hiililajille ja jokaiselle jauhatusprosessille, so. siihen kuuluvine jauhatusjärjestelmineen ja jauhintyyppeineen on olemassa tietty kokojakauma, joka antaa tulokseksi optimaalisen vesipitoisuuden ja viskositeetin ja jonka asiantuntija voi kokeilemalla todeta.

10

Lisäksi aineseokseen kuuluvien hiukkasten geometria voi vaikuttaa Teologiaan ja stabiilisuuteen. Siten on mahdollista valita tietyt jauhintyy-pit jauhatusjärjestelmään niin, että saadaan esimerkiksi Sama-akseliset hiukkaset tai levymäiset ja hiutaletyyppiset hiukkaset dominoiviksi, jol-15 loin siten vaikutetaan aineseoksen lopullisiin ominaisuuksiin tavalla, joka on suotuisa kutakin erityistä sovellutusta varten.

Tämän keksinnön eräs tärkeä näkökohta on kuitenkin, että stabiloivat ja viskositeettia alentavat kemialliset lisäaineet, jotka antavat alhaisen 20 vesipitoisuuden omaavia käyttökelpoisia polttoaineita, eivät ole kriittisesti riippuvaisia tietyistä kokojakaumista. Toisaalta on suotuisaa aikaansaada tunnettujen periaatteiden mukaan sellaiset kokojakaumat, jotka antavat aineseokselle mahdollisimman suuren kiintoainepitoisuuden ja muitakin etuja on saavutettavissa säätelemällä hiukkasten muotoa.

25

Eri jauhintyyppien taipumuksesta antaa erilaisia hiukkasgeometrioita voidaan esittää seuraavia esimerkkejä: - Vasaramylly: Sama-akseliset hiukkaset ovat vallitsevina 30 jauhettaessa bitumihliltä.

- Märkäjauhatus tankomyllyssä: Epäsäännöllisesti terävät ja neulamaiset hiukkaset ovat vallitsevina jauhettaessa bitumihliltä.

35 - Szego-mylly: Jauhettaessa bitumihliltä saadaan litteitä (General Comminution, Inc. hiutalemaisia hiukkasia.

Toronto, Kanada) 20 76591 ^ Muutamia esimerkkejä sopivista kokojakaumista ovat seuraavat: 1. Bitumihiili, United Coal Companies, Virginia, USA (Widow Kennedy Seam) 5 Koostumus: Kiinteää hiiltä 65 %

Haihtuvia komponentteja 28 %

Mineraalisia komponentteja 7 Z

Seuraava hiukkaskoon jakauma on saavutettu lopullisissa kuljetusnestelssä, 10 joiden sisältämä kiintoaineen osuus on 83,5 % asti (kiintoaineen kokonaisosuus, paino-% kuiva-aineesta): Vähemmän kuin 200 pm 100 %

" 150 pm 91 Z

15 " 100 pm 78 %

" 75 Jim 71 Z

" 45 pm 58,5 Z

" 25 pm 47 Z

20 2. Bitumihiili, Cape Breton Development Co., Nova Scotia, Kanada (Harbour Seam):

Koostumus Kiinteätä hiiltä 63,5 Z

Haihtuvia komponentteja 34,0 Z

25 Mineraalisia komponentteja 2,5 Z

Seuraava hiukkaskoon jakauma on tuloksena lopullisissa kuljetusnestelssä, jotka sisältävät kiintoaineen osuutena aina 78 Z asti (palno-Z kuiva-aineesta) : 30

Vähemmän kuin 200 pm 100 Z

" 150 pm 91 Z

" 100 pm 78 Z

" 75 pm 71 Z

35 " 45 pm 58,5 Z

" 25 pm 47 Z

2i 76591 ^ Tavallisimmassa tapauksessa ensimmäisessä jauhatusvalheessa käytetään märkäjauhatusta kuulamyllyssä ja/tai tankomyllyssä. Tämä el sulje pois mahdollisuutta käyttää multa tavanomaisia jauhintyyppejä, jotka ovat ammattimiehelle tunnettuja ja jotka voidaan valita riippuen kunkin hiilila-5 jin karakteristisista jauhautumisominaisuuksista. Jauhatusjärjestelmä, joka käsittää yhden jauhlmen tai useita sekä lajittelulaitteet, on suunniteltu sillä tavalla, että aikaisemmin mainitut ehdot 1-3, tulevat täytetyiksi. Jotta saavutettaisiin sopiva kokojakauma, jauhatusjärjestelmä on suunniteltava erityisellä tavalla, koska vain poikkeustapauksissa 10 läpäisy yhden tai useamman samaa tyyppiä olevan jauhlmen kautta johtaa sopivaan jakaumaan. Useimmissa tapauksissa parhaat tulokset saavutetaan jauhatusjärjestelmässä, joka perustuu erilaisten fraktioiden erotteluun, jolloin on mahdollista vaikuttaa ehkäisevästi kyseisen hiilen luontaiseen taipumukseen antaa määrätynlainen kokojakauma.

15

Eräs vaikeuksista, jolta esiintyy näissä jauhatusprosesselssa, johtuu siitä, että niiden antamassa hiukkaskoon jakaumassa on pääasiallisesti keskimääräistä kokoa olevia hiukkasia niin, että jakauma tulee olemaan lilan kapea, mikä merkitsee, että kiinteän aineen tilavuuskonsentraatio 20 tulee olemaan riittämätön. Tämä voidaan korjata suunnittelemalla jauhatusjärjestelmä esimerkiksi seuraavalla tavalla.

Hiili johdetaan yhdessä veden kanssa kuulamyllyyn märkäjauhatusta varten. Jauhatustuloe, joka on karkeampaa kuin lopullinen tuote ensimmäisestä 25 jauhatusvaiheesta, johdetaan seulalle, joka läpäisee materiaalin, jonka hlukkaskoko on toivottua maksimikokoa pienempi. Karkea materiaali, joka ei läpäise seulaa, johdetaan toiseen kuulamyllyyn, jossa saadaan aikaan hiukkaskoon pieneneminen lisäämään lopullisen jauhatustuotteen hienoa fraktiota. Pyörrepuhdistin, joka on sijoitettu kuulamyllyn jälkeen, 30 erottaa myllystä tulevan jauhatustuotteen hienoksi ja karkeaksi fraktioksi ja karkeampi materiaali palautetaan kuulamyllyyn. Hieno fraktio johdetaan takaisin seulalle, jolloin saadaan lopullinen jauhatustuote, jolla on seulan määräämä maksimikoko ja joka sisältää sekä karkeampia että hienompia hiukkasia toivotussa suhteessa.

Yllä mainittu esimerkki el luonnollisestikaan ole ainoa ajateltavissa 35 22 76591 oleva ratkaisu jauhatusjärjestelmäksi ensimmäistä jauhatusvaihetta varten ja se on vain tarkoitettu esittämään, kuinka sopiva jauhatustulos voidaan saavuttaa käyttämällä tavanomaista jauhatusteknologlaa. Ammattimies, joka tuntee yllä selostetut hiukkaskokoa ja hlukkaskoon jakaumaa 5 koskevat periaatteet samoin kuin käytettävissä olevan hiililajin ominaisuudet, kykenee kokeilemaan ja suunnittelemaan toimivat jauhatusjärjestelmät tunnettujen jauhintyyppien perusteella.

Ensimmäisestä jauhatusvaiheesta tuleva jauhatustuote, joka on saatettu 10 vesisuspensioksi, voidaan sitten, jos on tarpeellista, johtaa erotuspro-sessiin, jossa epäorgaaniset komponentit erotetaan pääasiallisesti orgaanisista kiinteän polttoaineen komponenteista. Erotusprosessi tavanomaisesti käsittää vaahdotuksen yhdessä tai useammassa vaiheessa jolloin joko 15 i) orgaaniset komponentit nousevat pintaan käyttäen hyväksi niiden luontaista kelluvuutta tai jos tämä on riittämätön vaahdotusreagentin avulla, joita ovat keroseeni tai polttoöljy, jotka edistävät kelluvuutta. Samanaikaisesti pyriitti voidaan passivoida lisäämällä esimeriksi FeCl^, kalsiumioneja tai muita lisäaineita, jotka vähentävät pyriitin affiniteet-20 tia ilmakupliin. Tällä tavoin suoritetun puhdistuksen on havaittu hiilen lajista riippuen antavan 1-5 % tuhkapitoisuuksia hlllikonsentraateissa.

tai 25 ii) vaahdotus suoritetaan käänteisesti siten, että hiili passivoidaan ja epäorgaaniset komponentit vaahdotetaan pois käyttäen hydrofobisoivia lisäaineita, jotka selektiivisesti tekevät epäorgaaniset lisäaineet hydrofobisiksi.

30 Vaahdotus voidaan myös suorittaa vaiheittain jauhatusvaiheiden välillä, jolloin saadaan välituotteita niin, että epäorgaanista ainesta vapautuu enemmän ja lopullisen konsentraatin puhtaus lisääntyy.

Paitsi vaahdotusta puhdistusprosessi voi myös käsittää muita fysikaalisia 35 erotusprosesseja, kuten intensiivisen magneettisen erottelun ja muita tunnettuja puhdistusprosesseja, joita voidaan käyttää vesifaasissa oleville hienoille hiukkasille.

23 76591 ^ Vaahdotus voi johtaa tiettyihin muutoksiin hiukkaskoon jakaumassa verrattuna ensimmäisestä jauhatusvaiheesta tulevaan jauhatustuotteeseen. Tämän vuoksi on määrätyissä tapauksissa suoritettava toinen jauhatusvaihe tietylle hiukkaskonsentraatln osavlrtaukselle pääasiassa, jotta kompensoi-5 täisiin hienoimpien hiukkasten hävikki hiukkaskoostumuksesta.

Jauhlntyypin valinta riippuu siitä, onko tarpeellista jauhaa tietty osa materiaalista, joka osa tavallisesti on 5-25 % koko määrästä, tiettyyn makslmihiukkaskokoon, eikä tämä tuota valkeuksia alan ammattimiehelle, 10 joka tietää toivotun lopullisen hiukkaskoon jakauman.

Ensimmäisestä jauhatusvaiheesta tai mahdollisesta toisesta jauhatusvaiheesta tuleva konsentraatti on klintoalnepitoisuudeltaan noin 20-50 paino-% tavallisesti noin 25 paino-%. Konsentraatti on tämän vuoksi ve-15 detönnettävä vesipitoisuuteen, joka soplvlmmin on yksi tai kaksi prosenttiyksikköä alempi kuin lopullisen alneseoksen vesipitoisuus, koska lisäaineet, joita käytetään edullisimmin lisätään vesiliuosten muodossa.

Vedenpoisto suoritetaan normaalisti kahdessa vaiheessa, so. seostamalla 20 ja sen jälkeen suodattamalla joko tyhjösuodattimessa tai suodatuspuristi-messa. Joissakin tapauksissa saostimessa voidaan käyttää flokkulanttla edellyttäen, että se ei vaikuta keksinnön mukaisen kuljetusnesteen koostumuksessa käytettyihin lisäaineisiin.

25 jos halutaan saavuttaa erittäin alhaisia vesipitoisuuksia esimerkiksi alle 20 % painosta, vedenpoistoa voidaan täydentää sekoittamalla mukaan kuivaa jauhettua ja riittävän puhdasta hiilituotetta.

Vedenpoiston jälkeen ja sen tuloksena saatuun suodoskakkuun lisätään yhtä 30 tai useampaa lisäainetta mukaanluettuna ainakin keksinnön mukainen pinta-liuoksen muodossa suodoskakkuun. Sekoitusprosessi ja -laitteet on suunniteltu sillä tavalla, että seos tulee olemaan niin homogeeninen kuin mahdollista ja että hiukkasten pinnat tulevat olemaan mahdollisimman täydellisesti lisäaineen peittämlnä.

Vedenpoiston jälkeen ja lisäaineen tultua lisätyksi aineseos on pumpattavissa, ja se pumpataan varastosäiliöihin edelleen toimitettavaksi käyttä- 35 2« 76591 1 jälle.

Keksinnön selostamiseksi edelleen esitetään seuraavat esimerkit lietteistä, jotka keksinnön mukaisesti ovat käyttökelpoisia kantavina nesteinä 5 hilllpitolsen materiaalin karkeille hiukkasille, joiden raekoko on jopa 25 mm. Näissä esimerkeissä esitetty jauhettu hiillpitoinen materiaali kantavan nesteen lietteessä oli bltumihiiltä peräisin It-USA:sta lähemmin sanottuna tuottajalta United Coal Companies, Virginia, USA (Widow Kennedy Seam). Tämän hiilen koostumus on selostettu aikaisemmin. Tankomyl-10 lyssä ja kuulamyllyssä tapahtuneen märkäjauhatuksen jälkeen saatiin hiukkasia, joiden hiukkasjakauma on sekin aikaisemmin selostettu. Hiilijauheen 2 ominaisplnta oli A,5 m /g, mikä määritettiin 6ET menetelmällä typen adsorption perusteella.

15 Esimerkkll

Liete valmistettiin - 68,0 paino-osasta hiilijauhetta - 0,35 paino-osasta 75/25 plnta-aktlivlsen aineen seosta sisältäen 20 etoksyloitua dinonylfenolla ja kvaternääristä etokeyloitua kookospähkinäsi j yamiinia - 31,65 paino-osaa vettä

Lietteen valmistamiseksi kuiva hlllijauhe sekoitettiin veden kanssa, jon-25 ka jälkeen 75/25 seos ionisoltumatonta ja ionista pinta-aktiivista ainetta vesilietteenä lisättiin, jolloin saatiin liete, jonka kokonaisklintoal-nepltoisuus oli 68 %.

Lietteen rheologieet arvot määritettiin Contraves Reomat 115 vlskoslmet-50 rillä. Taulukossa 1 on esitetty tulokset, jotka saatiin kiihdytyksessä 2,21 minuutin aikana arvosta 0 arvoon 450 s *, 5,0 minuutin ajan 450 s * ja hidastettaessa 2,21 minuutin ajan.

35 25 76591 TAULUKKO 1

Leikkausvoima Näennäinen viskositeetti (cP) (s *) Kiihdytettäessä Hidastettaessa 5 ___ 32.6 117 55 100 118 63 200 119 68 300 120 72 10 450 112 75

Esimerkki 2

Liete valmistettiin 15 - 81,0 paino-osasta hiiltä - 0,77 paino-osasta esimerkin 1 mukaista pinta-aktiivisen aineen 75/25 seosta - 18,23 paino-osasta vettä 20 Lietteen valmistamiseksi meneteltiin samalla tavalla kuin esimerkissä 1. Rheologiset ominaisuudet Ilmenevät taulukosta 2.

TAULUKKO 2 25 Leikkausvoima Näennäinen viskositeetti (cP) (s S Kiihdytettäessä Hidastettaessa 32.6 1240 810 100 1200 780 30 200 1280 800 300 1410 900 450 1600 1090

Ylläolevien esimerkki 1 ja esimerkki 2 mukaisesti valmistetut lietteet 35 kokeiltiin käytännössä staattisen ja tärinänalaisen varastoinnin aikana sekä 4 viikkoa kestäneessä laivakuljetuksessa. Veden erottumista kiintoaineesta ei voitu havaita.

26 76591 1 Esimerkit 3-11

Lisäaineet, joiden määrät on esitetty taulukossa 3, liuotettiin 30 ml:aan vettä, jonka kovuus oli l,2°dH, jonka jälkeen 70 g hiilijauhetta lisät-5 tiln ja sekoitettiin lasipuikolla 1 minuutin ajan. Suspension ulkonäköä arvosteltiin sitten käyttäen skaalaa 1-4, jolloin 1 = Kuiva (kiinteä), 2 111 Vlskoottinen. Pumpattavuus epätyydyttävä.

10 3 Nestemäinen. Sopiva pumpattavaksi.

4 = Helposti juoksevaa. Erinomainen pumpattavuus.

Suspensio säilytettin sitten 48 tunnin ajan suljetussa dekanterllasissa, jonka jälkeen erityisesti sen sedlmentaatiostabiilisuutta tarkasteltiin.

15

Taulukossa 3 esimerkit 3-11 tarkoittavat esillä olevan keksinnön mukaisia hillllietteitä, kun taas näytteet A-G ovat vertailua varten. Esimerkit osoittavat selvästi sen vaikutuksen, joka saadaan, jos etyleenioksidl-ketjuun kuuluu tämän keksinnön mukaisesti määrätty määrä kertautuvia yksi-20 köitä.

25 30 35 27 7 6591 1 TAULUKKO 3

Esi- Lisäaine Lisäaineen määrä Ulkonäkö 48 tunnin merkki (g) jälkeen (pisteet) 5_________ 3 Nonyylifenoli + 40EO 0,3 3 4 Nonyylifenoli + 50EO 0,3 3 5 Nonyylifenoli + 70EO 0,3 4 6 Nonyylifenoli + 90EO 0,3 4 10 7 Dinonyylifenoli + 70E0 0,3 4 8 Dinonyylifenoli + 80EO 0,3 4 9 Dinonyylifenoli + 100EO 0,3 4 10 Dinonyylifenoli + 100EO 0,1 3 11 Setyyli/stearyyli + 80E0 0,3 4 15

Vertailu A Ei lisäainetta 0 1 B Nonyylifenoli + 8P0 + 20EO 0,3 2 20 C Dinonyylifenoli + 16P0 + 20EO 0,3 2

Huom: Taulukossa 1 E0 tarkoittaa "etyleenioksi" ja PO tarkoittaa "propyleenioksi".

25 Esimerkit 12-16

Lietteet valmistettiin herkästi haihtuvasta bitumihiilestä (toimittaja Cape Breton Development Co.,Sydney, Nova Scotia) jauhettuna kokoon alle 200 mikron, vedestä ja dinonyylifenolietyleenioksidi-aduktista taulukon 30 4 mukaisesti.

35 28 76591 1 Hiiltä: 71,6 paino-% vettä 28,0 paino-%, lisäainetta 0,4 paino-%.

5 Lietteiden viskositeetit mitattiin Contrave Rheomat 115 viskosimetrilla käyttäen leikkausvolmaa 451 s Tulokset arvosteltiin ja luokiteltiin skaalassa 1-4, jossa 1 tarkoittaa viskositeettia yli 600 centlpolse, 10 2 tarkoittaa viskositeettia välillä 500-600 centlpolse, 3 tarkoittaa viskositeettia välillä 400-500 centlpolse, 4 tarkoittaa viskositeettia alle 400 centlpolse.

TAULUKKO 4 Etoksyloltu dlnonyylifenoli 15

Kertautuvien etyleenioksi- Viskositeetti Arvostelu yksiköiden luku 451 (S S (1-4) H) 32 (vertailu) 520 2 20 12) 40 428 3 13) 56 364 4 14) 72 312 4 15) 80 332 4 16) 96 338 4 25

Viskositeettiarvot yli 500 ovat epätyydyttäviä.

Seuraavat esimerkit kuvaavat tämän keksinnön mukaista pumpattavaa lietettä.

30

Esimerkki 17

Vaihtelevat määrät ltäkanadalalsta bitumlhilltä (toimittaja Harbour Seam, Cape Breton Development Corp., Sydney N.S.), jonka raekoko oli suurempi 35 kuin 3 ja pienempi kuin 10 mm lisättiin sekoittamalla hllli/veelliete kantavaan nesteeseen, joka oli olennaisesti esimerkin 15 mukainen. Seu- 29 76591 la-analyysit alkuperäisestä hiili/vesilietteestä, joka oli valmistettu samantyyppisestä hiilestä osoittivat, että 100 paino-% läpäisi seulan, jonka aukot olivat 250 pm 5 99,9 " 200 pm 98.7 " 160 pm 91,9 " 125 pm 78.8 " 90 pm 70,1 " 71 pm 10 65,1 " 63 pm 54,0 " 40 pm

Lietteiden viskositeetit 25°C:ssa määritettiin yhden minuutin kestävän kierrätyksen jälkeen nopeudella 6 rpm Brookfield LVT viskosimetrissa 15 käyttäen sekoitinta 3. Tulokset on esitetty allaolevassa taulukossa.

Karkeita rakeita Kosteus Lietteen viskositeetti suh- (3-10 mm) liettee- paino-% teessä lietteen viskositeet- sä paino-% tiln ilman karkeiden rakeiden 20 lisäystä 0 29,2 1,00 5 27,8 1,05 10 26,4 1,07 25 15 25,0 1,09 17,5 24,4 1,09 20 23,7 1,24 25 22,3 1,38 30 20,9 1,56 30

Alkuperäinen hilli/vesilietteen muodostama kantava neste so. ilman karkeita rakeita haihdutettiin eri määriin ja sen viskositeetti mitattiin Brookfield vlskosimetrllla 25°C:ssa. Tulokset on esitetty allaolevassa taulukossa.

35 30 7 65 91 1 Lietteen kosteus Lietteen viskositeetti suhteessa paino-X haihduttamattoman lietteen visko siteettiin 5 28,6 1,18 27,4 1,56 26,6 2,24 24,9 4,02 10 Taulukosta voidaan nähdä, että suhteellinen viskositeetti oli huomattavasti suurempi samassa vesipitoisuudessa verrattuna karkeita rakeita sisältäviin lietteisiin, joiden kosteuspitoisuus oli sama.

Yritettiin valmistaa niin konsentroitu liete kuin mahdollista samasta 15 hiillhiukkaskoostumuksesta ja käyttäen samoja lisäaineita kuin siinä, josta alkuperäinen liete oli valmistettu. Ei ollut mahdollista valmistaa juoksevia lietteitä vesipitoisuuden ollessa alle 23-24 paino-Z.

Esimerkit osoittivat myöskin, että oli mahdotonta valmistaa lietettä, joka 20 sisältää ainoastaan karkeita rakeita dispergoituna faasina vesipitoisuuden ollessa sama kuin alkuperäisessä kantavassa nesteessä ilman karkeiden rakeiden lisäämistä.

Esimerkki 18 25

Vaihtelevia määriä karkeita hiilirakeita (samoin kuin esimerkissä 17) lisättiin hiill/vesllletteen muodostamaan kantavaan nesteeseen, joka oli samanlainen kuin esimerkissä 17. Nämä lietteet siirrettiin säiliöön, jonka pohjaan oli yhdistetty 3,80 m pitkä pystysuora putki läpimitaltaan 30 0,05 m. Putki oli varustettu sen alapäähän sijoitetulla venttiilillä. Mää- 3 ritettiin aika, joka tarvittiin 32 dm tyhjennykseen eri lietteitä. Tulokset on esitetty allaolevassa taulukossa.

35 3i 76591 3

Karkeita rakeita Lietteen kosteus 32 dm lietemäärän valut- (3-10 mm) paino-% tamlseen tarvittu aika paino-% (s) 5 0 30,1 20 6 28,4 24 8 27,8 26 10 27,2 29 12 26,7 32 10 14 26,1 35 16 25,5 40 18 25,0 44

Taulukosta voidaan nähdä, että tämän keksinnön mukaisella lietteellä, 15 jossa oli karkeita hiilirakeita, oli tyydyttävä pumpattavuus. Kuitenkin aika, joka kului haihdutetun hllli/vesllietteestä muodostetun kantavan nesteen kulkeutumiseen putken läpi, oli huomattavasti pitempi ylläesitetyssä taulukossa mainituissa kosteuspitoisuuksissa lietteillä, jotka sisälsivät karkeita hiukkasia.

20 25

Claims (8)

32 76591 ^ Patenttivaatimukset

1. Kiinteän polttoaineen pumpattava vesiliete, jonka muodostaa jauhettu hillipitoinen materiaali, tunnettu siltä, että vesiliete slsäl- 5 tää hiilipltoisen materiaalin karkeita rakeita, joiden raekoko on ainakin 1 mm aina 25 mm asti, sanottujen rakeiden ollessa suspendoltulna kantavaan nesteeseen, jonka klintoalnepitoisuus on 65-90 paino-% ja joka sisältää vettä ja jauhettua hlilipltoista materiaalia, jonka hiukkaskoko on korkeintain 0,5 mm, ja 0,02-2 palno-% vähintään yhtä lisäainetta, 10 jossa on vesiliukoista ionisoitumatonta pinta-aktiivista yhdistettä, joka on alkeenloksidi-aduktl, jossa on hydrofobinen osa ja hydrofiillnen osa, sanotun hydrofUlisen osan käsittäessä vähintään yhden polyalkeeni-oksidi-ketjun, jonka pituus on 40-200 alkeenioksidi-yksikköä, jonka _3 pinta-aktilvisen yhdisteen pintajännitys on alle 50 x 10 N/m 15 (50 dyn/cm) 0,1 % vesiliuoksen muodossa lämpötilassa 20°C mitattuna Du Nouyn rengasmenetelmällä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen pumpattava vesiliete, tunnettu siitä, että se sisältää karkearakeista hlilipltoista materiaalia määräl- 20 tään 20-40 % vesilietteen kokonaispainosta.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen pumpattava vesiliete, tunnettu siltä, että kantavan nesteen plnta-aktlivlnen lisäaine lisäksi sisältää ionlsen pinta-aktlivlsen aineen. 25

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen pumpattava vesiliete, tunnettu siltä, että kantava neste sisältää 0,05-0,8 palno-% vesiliukoista pinta-aktiivista yhdistettä.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen pumpattava vesiliete, tunnettu siitä, että kantava neste sisältää vesiliukoisen ioni-soitumattoman pinta-aktilvisen yhdisteen lisäksi muita lisäaineita, jolta voivat olla stabilointiaineet, vaahdonestoalneet, lisäaineet pH:n säätöön ja mikrobien vaikutusta estävät aineet.

6. Menetelmä pumpattavan vesilietteen valmistamiseksi kiinteästä polttoaineesta, jonka muodostaa jauhettu hillipitoinen materiaali, t u n - 35 33 76591 ^ n e t t u siitä, että valmistetaan kantava neste, jonka kiintoainepi- toisuus on 65-90 palno-% ja joka sisältää vettä ja jauhettua hiilipltoista materiaalia, jonka hiukkaskoko on korkeintaan 0,5 mm ja 0,02-2 paino-% vähintään yhtä lisäainetta, joka sisältää vesiliukoista ionlsoltumatonta 5 pinta-aktiivista yhdistettä, jonka pintajännitys 0,1 % vesiliuoksen muodossa ja lämpötilassa 20°C on alle 50 x 10 ^ N/m (50 dyn/cm) mitattuna du Noviyn rengasmenetelmällä, ja jonka muodostaa alkeenioksidi- adukti, jossa on hydrofobinen osa ja hydrofilllnen osa, sanotun hydroflilisen osan käsittäessä vähintään yhden polyalkeenioksidi-ketjun, jonka pituus 10 on 40-200 alkeenioksldi-yksikköä, ja lisätään näin valmistettuun kantavaan nesteeseen hiilipitoisen materiaalin karkeita rakeita, joiden raekoko on ainakin 1 mm aina 25 mm asti.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 15 että kantava neste on valmistettu menetelmällä, joka käsittää seuraavat valheet a) hiilipitoisen lähtöaineen märkäjauhatus yhdessä veden kanssa kiinto-alnepitoisuuden ollessa 20-50 palno-Z vähintään yhdessä jauhatusvaiheessa, 20 b) hillipitoisessa lähtöaineessa olevan epäorgaanisen materiaalin erottaminen, jos on tarpeen, sanotun lähtöaineen hllllpitoisesta materiaalista, c) hiilipitoisen materiaalin vedentöntäminen kiintoainepitoisuuten, joka 25 on olennaisesti yhtä suuri kuin lopullisen kantavan nesteen kiintoaine- pitoisuus, d) kantavan nesteen lisäaineen lisääminen ja sanotun lisäaineen sekoittaminen vedetönnettyyn hiilipltoiseen materiaaliin. 30

8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen menetelmä, tunnettu siltä, että kantavaan nesteeseen lisätään karkearakeista hiilipltoista materiaalia määrältään 20-40 % vesilietteen kokonaispainosta. 35 34 76591 Ί Patentkrav