LU84164A1 - AQUEOUS COAL SUSPENSION - Google Patents
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Description
NNOT
' - Suspension aqueuse de charbon'- Aqueous suspension of coal
La présente invention concerne une suspension aqueuse de charbon. Plus particutlculièrement,1'Invention concerne une suspension aqueuse de charbon extrêmement con-5 centrée qui peut être utilisée soit pour faciliter le transport du charbon soit directement comme combustible.The present invention relates to an aqueous suspension of carbon. More particularly, the invention relates to an extremely concentrated aqueous carbon suspension which can be used either to facilitate transport of the coal or directly as fuel.
L'art antérieur suggère un grand nombre de procédés pour préparer des suspensions aqueuses de charbon.The prior art suggests a large number of methods for preparing aqueous suspensions of carbon.
Le brevet U.S. n° 3 762 887 décrit une suspen-U.S. Patent No. 3,762,887 describes a suspension
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10 slon de charbon dont les tailles particulaires correspondent aux tamis Tyler de module 4 à 325 (4,699 mm à 0,043 mm) dans laquelle la concentration du charbon atteint un maximum de 69# en volume.10 carbon slon whose particle sizes correspond to Tyler sieves of module 4 to 325 (4.699 mm to 0.043 mm) in which the concentration of carbon reaches a maximum of 69 # by volume.
Dans la suspension du brevet U.S. en question, 15 la plupart des particules de charbon ont une taille correspondant aux tamis Tyler de module compris entre 4 et 28 (entre 4,649 mm et 0,589 mm)jet cela signifie que des tailles supérieures à 4 mm sofit atteintes.In the suspension of the US patent in question, most of the carbon particles have a size corresponding to Tyler sieves with a module of between 4 and 28 (between 4,649 mm and 0,589 mm) jet this means that sizes greater than 4 mm are reached .
La suspension du brevet U.S. ci-dessus a sensi-20 blement deux inconvénients, à savoir des particules de charbon qui sont le plus souvent de taille plutôt grande et une concentration en charbon relativement faible. Ces deux inconvénients, et particulièrement le premier, signifient que la suspension ne peut être utilisée directement comme combusti-25 ble que dans un équipement spécial tel que des brûleurs à cyclone et que, par conséquent, elle ne peut être utilisée dans les équipements classiques de combustion.The suspension of the above U.S. patent has substantially two disadvantages, namely, carbon particles which are most often of rather large size and a relatively low carbon concentration. These two drawbacks, and particularly the first, mean that the suspension can be used directly as a fuel only in special equipment such as cyclone burners and that, therefore, it cannot be used in conventional equipment. combustion.
4 11 faut également remarquer que même avec un équipement spécial de combustion, c'est-à-dire avec un temps 30 d'arrêt prolongé du type décrit lusqu'a présent, il existe toujours l’inconvénient d'avoir à décharger le charbon imtrû-lé en meme temps que la fumée et/ou les cendres en cas d'un mauvais fonctionnement pour une raison quelconque.4 It should also be noted that even with special combustion equipment, i.e. with an extended downtime of the type described hitherto, there is still the disadvantage of having to unload the coal. get in at the same time as smoke and / or ash if it malfunctions for any reason.
La demande de brevet allemande n° 2 823 568 35 décrit une suspension aqueuse de charbon ayant une taille particulaire inférieure à 100 μπκGerman patent application No. 2 823 568 35 describes an aqueous suspension of carbon having a particle size of less than 100 μπκ
La préparation de cette suspension est toute- fois compliquée du fait que, lorsque ladite préparation est 1 » 2 * * effectuée simultanément avec la séparation des produits inertes du charbon par l'action d'un poly-électrolyte qui charge électriquement les particules de charbon d'unefaçon différente des particules inertes, le charbon doit être dls-5 persé dans l'eau à une concentration ne dépassant pas 10 $ en poids, avec comme conséquence que, après la séparation des produits Inertes, la suspension du charbon doit être concentrée, avec des inconvénients facilement inimaginables produits par le faible rendement du filtre dû aux particules 10 fines de charbon et par les coûts de la séparation relativement élevés.The preparation of this suspension is however complicated by the fact that, when the said preparation is 1 * 2 * * carried out simultaneously with the separation of the inert products of carbon by the action of a polyelectrolyte which electrically charges the particles of carbon In a different way from inert particles, the carbon must be dls-5 persé in water at a concentration not exceeding 10 $ by weight, with the consequence that, after the separation of the inert products, the suspension of the carbon must be concentrated , with easily unimaginable drawbacks produced by the low efficiency of the filter due to the fine particles of carbon and by the relatively high costs of separation.
D'une façon tout à fait surprenante, les auteurs de la présente Invention ont découvert que les inconvénients de l'art antérieur décrits jusqu'ici pouvaient 15 être facilement palliés en choisissant les particules de charbon dans deux gammes dimensionnelles différentes appropriées, et en ajoutantà la suspension un polyélectrolyte choisi parmi une classe de composés ayant une structure chimique particulière.Surprisingly, the authors of the present invention have discovered that the disadvantages of the prior art described hitherto can be easily overcome by choosing the carbon particles in two suitable different dimensional ranges, and adding to the suspension a polyelectrolyte chosen from a class of compounds having a particular chemical structure.
20 Selon l'invention, la suspension de charbon comprend des particules d'un premier groupe ayant une taille moyenne comprise entre 210 et 60 pm, la taille maximum ne dépassant pas 300 pm, et des particules d'un second groupe ayant une taille moyenne comprise entre 1/6 et 1/20 de la 25 taille moyenne des particules du premier groupe, la taille moyenne des particules d'un groupe quelconque donné étant celle correspondant à 50$ de la distribution cumulée de la masse de ce groupe donné.According to the invention, the carbon suspension comprises particles of a first group having an average size of between 210 and 60 µm, the maximum size not exceeding 300 µm, and particles of a second group having an average size between 1/6 and 1/20 of the average particle size of the first group, the average particle size of any given group being that corresponding to 50 $ of the cumulative distribution of the mass of this given group.
Les particules du premier groupe représente au 30 moins 40$ en poids du total, et de préférence environ 60 f en poids de la totalité des particules.The particles in the first group represent at least $ 40 by weight of the total, and preferably about 60% by weight of the total of the particles.
I Comme la courbe de distribution granule-métrique cumulée représente la résultant de deux fraction (c'est-à-dire des deux groupes séparés de particules de charbon) elle 35 doit montrer, quand elle est portée sur une échelle bilogarithmique (diagramme log-log), une zone plate entre les valeurs représentant les tailles moyennes des fractions eons-tltuantes, zone plate désignant une partie de la courbe où 3 ‘ - la dérivée, quand elle es calculée sur une échelle blloga- rlthmlque (diagramme log-log), est Inférieure à 0,4, de préférence Inférieure ou égale à 0,1 et mieux égale à zéro.I As the cumulative granule-metric distribution curve represents the result of two fractions (i.e. two separate groups of carbon particles) it must show, when plotted on a bilogarithmic scale (log- log), a flat area between the values representing the average sizes of the eons-tltuantes fractions, flat area designating a part of the curve where 3 '- the derivative, when it is calculated on a loglog scale (log-log diagram) , is less than 0.4, preferably less than or equal to 0.1 and better still equal to zero.
La distribution granulométrlque cumulée doit 5 par conséquent être telle, qu'il y ait toujours deux tailles particulaires d^ et dg situées entre les diamètres moyens des deux fractions, pour lesquelles la valeur numérique de * l'expression ci-après : log (#CMl) - log (#CM2) ' i n log d-L - log dg est Inférieure à 0,4, de préférence .Inférieure ou égale à 0,1 et encore mieux égale à zéro.The cumulative particle size distribution must therefore be such that there are always two particle sizes d ^ and dg located between the mean diameters of the two fractions, for which the numerical value of * the following expression: log (# CMl) - log (# CM2) 'in log dL - log dg is less than 0.4, preferably. Less than or equal to 0.1 and even better equal to zero.
(#CMl) et (#CM2) Indiquent les pourcentages ^ totaux de la masse des particules ayant une taille Inférieure à d^ et dg Respectivement.(#CMl) and (# CM2) Indicate the total percentages ^ of the mass of the particles having a size Less than d ^ and dg respectively.
La valeur numérique de l'expression est nettement indépendante de l'unité de mesure (micromètre ou mllli-mètre)avec laquelle les tailles particulaires sont exprimées. 2q En plus du charbon ayant les tailles cl-dessus, la suspension de charbon selon la présente Invention contient un polyélectrolyte anionique non-tenslo-actlf, comprenant en particulier des groupes aromatiques polynucléaires substitués par des radicaux alkyle, et ayant un poids moléculaire supérieur à 500 et de préférence compris entre 800 et 3000.The numerical value of the expression is clearly independent of the unit of measurement (micrometer or mlll-meter) with which the particle sizes are expressed. 2q In addition to the coal having the sizes above, the carbon suspension according to the present invention contains a non-tenslo-actlf anionic polyelectrolyte, comprising in particular polynuclear aromatic groups substituted by alkyl radicals, and having a molecular weight greater than 500 and preferably between 800 and 3000.
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En particulier, les sels cationiques monovalents des acides * alkylnaphtalènesulfoniques polymérisés ayant un poids moléculaire d'environ 2000 peuvent être cités, et parmi ceux-ci, les composés chimiques connus sous les marques "DAXAD 15i! et "DAXAD lQ" de W.R. Grâce, et "REOPLAST 203" de Fratelli Lamberti S.p.A. . La quantité de polyélectrolyte dans les suspensions est comprise généralement entre 0,1 et 1% en poids, de préférence entre 0,3 et 0,5# en poids et encore mieux d'environ 0,4# en poids par rapport à la suspension ^ totale. Il est important de noter que le polyélectrolyte est ajouté de préférence sous la forme d'une solution aqueuse . concentrée. La solution de polyélectrolyte est ajoutée soit à l'eau avant la dispersion des particules de charbon des 4 ' - deux groupes, soit à la suspension aqueuse des particules de charbon du second groupe, quand celle-ci est préparée par exemple par broyage humide, avant l’addition des particules du premier groupe.In particular, the monovalent cationic salts of the polymerized alkylnaphthalenesulfonic acids * having a molecular weight of approximately 2000 can be mentioned, and among these, the chemical compounds known under the trade marks "DAXAD 15i! And" DAXAD lQ "from WR Grâce, and "REOPLAST 203" by Fratelli Lamberti SpA. The amount of polyelectrolyte in the suspensions is generally between 0.1 and 1% by weight, preferably between 0.3 and 0.5 # by weight and even better around 0 , 4 # by weight relative to the total suspension. It is important to note that the polyelectrolyte is preferably added in the form of a concentrated aqueous solution. The polyelectrolyte solution is added either to water before dispersion carbon particles of the 4 '- two groups, or to the aqueous suspension of the carbon particles of the second group, when the latter is prepared for example by wet grinding, before the addition of the particles of the first group.
5 La suspension selon l’invention peut contenir égale ment un stabilisant du type gel organique choisi de préférence parmi les polysaccharides tels que ceux connus sous le nom de "ELZAN" de Kelco.5 The suspension according to the invention may also contain a stabilizer of the organic gel type preferably chosen from polysaccharides such as those known under the name of "ELZAN" from Kelco.
Le stabilisant, à raison de 0,01 à 0,03# en poids de 10 la suspension totale et, de préférence, à raison de 0,02# en poids, peut être ajouté en même temps que le polyélectrolyte ou après celui-ci.The stabilizer, in an amount of 0.01 to 0.03 # by weight of the total suspension and, preferably, in an amount of 0.02 # by weight, can be added at the same time as or after the polyelectrolyte .
Le stabilisant n’est de préférence utilisé que lorsque la suspension de charbon doit être utilisée après une période 15 prolongée. Celle-ci dépend de la nature du charbon et, par exemple, cette période peut être de l'ordre de 1 mois. Il est important de noter que la suspension aqueuse de charbon selon la présente invention comprend également des produits inertes quelconques accompagnent le charbon. De cette façon, le pro-20 cédé pour préparer la suspension de charbon selon la présente Invention diffère des autres procédés qui exigent une séparation préalable des produits inertes, les suspensions charbon-eau n’étant préparées qu'après cette dernière opération. Par conséquent, les produits inertes ne constituent pas un obsta-25 cle à la préparation d’une suspension fluide, stable, très concentrée.The stabilizer is preferably used only when the carbon slurry is to be used after an extended period. This depends on the nature of the coal and, for example, this period can be of the order of 1 month. It is important to note that the aqueous suspension of carbon according to the present invention also includes any inert products accompanying the carbon. In this way, the pro-20 assigned to prepare the coal suspension according to the present invention differs from other processes which require a prior separation of the inert products, the coal-water suspensions being only prepared after this last operation. Consequently, inert products do not constitute an obstacle to the preparation of a fluid, stable, very concentrated suspension.
La concentration de la suspension peut atteindre même des valeurs très élevées, par exemple 80# en poids, ou davantage de charbon.The concentration of the suspension can even reach very high values, for example 80% by weight, or more than carbon.
30 En ce qui concerne le type d’eau à utiliser pour prépa rer la suspension de charbon selon la présente Inventiontles inventeurs ont découvert d’une façon tout à fait surprenante que cette eau peut être d’un type quelconque, et ainsi de l’eau normalement douce ou de l’eau déminéralisée ou même de l’eau 35 salée contenant jusqu’à 40 g/1, ou davantage, de sels dissous, et en particulier de l’eau de mei; peuvent être utilisées.As regards the type of water to be used for preparing the carbon suspension according to the present invention, the inventors have discovered, quite surprisingly, that this water can be of any type, and thus of the normally soft water or demineralized water or even salt water containing up to 40 g / l, or more, of dissolved salts, and in particular mei water; can be used.
Le procédé de préparation de 3a suspension de charbon 'v selon la présente invention a été décrit en partie jusqu'ici, 4 5 et comprend les stades essentiels suivants : 1) broyage du charbon à deux niveaux de tailles particulaires, ledit broyage étant effectué soit à sec soit par vole humide (c’est-à-dire en présence d’eau) pour obtenir soit ajouté un ^eux groujje^de particules de charbon dans le cas du m0t broyage à sec/des bouillies aqueuses des deux groupes de particules de charbon dans le cas de broyage par vole hu-v mlde, le broyage étant cependant effectué de préférence à sec pour obtenir les particules de tallte plus grandes, et 10 par vole humide pour obtenir les particules de tailles plus petites; le polyélectrolyte peut être présent pendant le broyage par voie humide.The process for the preparation of the coal suspension according to the present invention has been described in part hitherto, and comprises the following essential stages: 1) grinding the coal to two levels of particle size, said grinding being carried out either dry either by wet flies (that is to say in the presence of water) to obtain either added a ^ them groujje ^ of coal particles in the case of dry grinding / aqueous slurries of the two groups of particles of coal in the case of grinding by flies hu-v mlde, the grinding being however carried out preferably in the dry to obtain the larger tall particles, and by wet flies to obtain the particles of smaller sizes; the polyelectrolyte may be present during wet milling.
2) Mélangeage des deux groupes de particules dans les proportions décrites, une fols préparés tous deux à sec ou tous 15 deux par voie humide.2) Mixing of the two groups of particles in the proportions described, a flask both prepared dry or both wet.
3) Addition du polyélectrolyte soit à l’eau soit, si seules les particules de charbon de tailles plus petites sont préparées par voie humide, à la suspension auqueuse desdites particules de charbon de tailles plus petites.3) Addition of the polyelectrolyte either to water or, if only the particles of coal of smaller sizes are prepared by the wet process, to the suspension with which said particles of coal of smaller sizes.
20 4) Addition de quantités appropriées soit des deux groupes mélangés de particules de charbon à la solution aqueuse de polyélectrolyte, soit des particules de charbon de tailles plus grandes à la suspension aqueuse des particules de charbon de tailles plus' petites contenant le polyélectro-25 lyte.4) Adding appropriate amounts of either the two mixed groups of carbon particles to the aqueous polyelectrolyte solution, or larger carbon particles to the aqueous suspension of the smaller carbon particles containing the polyelectro-25. lyte.
i _ 5) Eventuellement addition du stabilisant soit avec le poly- j électrolyte, ou après l’addition de celul-cl, mais avant j . l’addition des particules de charbon mélangées des deux ; groupes ou des particules de tailles plus grandes, soit une I 30 fols que les deux groupes de particules de charbon ont été déjà introduits dans l’eau.i _ 5) Optionally addition of the stabilizer either with the poly- j electrolyte, or after the addition of celul-cl, but before j. adding the particles of coal mixed together; larger groups or particles, one I 30 times that the two groups of carbon particles have already been introduced into the water.
La présente Invention est illustrée par les exemples ί descriptifs et non limitatifs ci-après.The present invention is illustrated by the following descriptive and nonlimiting examples.
| Exemples de su^enslons de charbon préparées selon la présente | invention ί i t I-.-,. » -* \| Examples of Coal Substrates Prepared According to This | invention ί i t I -.- ,. "- * \
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Cw2 : pourcentage pondéral des particules du second groupe(par rapport à la matière sèche)Cw2: weight percentage of particles in the second group (relative to dry matter)
Cw : pourcentage pondéral de charbon dans la sus pension aqueuse 10 Cw "DAXAD 15m : pourcentage pondéral de "DAXAD" dans la suspen- | sion aqueuse ! Cw "KELZAN : pourcentage pondéral -de "KELZAN" dans la sus pension aqueuseCw: weight percentage of coal in the aqueous suspension 10 Cw "DAXAD 15m: weight percentage of" DAXAD "in the aqueous suspension! Cw" KELZAN: weight percentage -of "KELZAN" in the aqueous suspension
A/- : viscosité entre 300 et 700 cPA / -: viscosity between 300 and 700 cP
15 B/- : viscosité supérieure à 700 et allant jusqu’à 1000 cP.15 B / -: viscosity greater than 700 and up to 1000 cP.
C/- : viscosité supérieure à 1000 cPC / -: viscosity greater than 1000 cP
-/N : comportement plastique Newtonien ou faible de- / N: Newtonian or weak plastic behavior of
Blngham 20 -/B : comportement plastique de Blngham W/- : stabilité excellente X/- : bonne stabilité Y/- : stabilité acceptable -/1 : stabilité mesurée après 1 Jour 25 -/30 : stabilité mesurée après 30 JoursBlngham 20 - / B: plastic behavior of Blngham W / -: excellent stability X / -: good stability Y / -: acceptable stability - / 1: stability measured after 1 Day 25 - / 30: stability measured after 30 Days
Les figures 1 et 2 montrent les formes possibles de la courbe des pourcentages cumulés par rapport à la taille particulaire reportée sur une échelle log-log.Figures 1 and 2 show the possible shapes of the curve of cumulative percentages compared to the particle size plotted on a log-log scale.
L’axe des ordonnées représente et l’axe des 30 abscisses représente les diamètres en μπι.The ordinate axis represents and the abscissa axis represents the diameters in μπι.
D’après la figure 1, on peut voir eus la paille moyenne des particules du premier groupe est de 83 pm, la taille moyenne des particules du second groupe est de 11 pm, d-^ est égal à 44 pm, est égal à 25 μπι, £ OKI est 40 et % CM2 est 40 35 (exemple 23).From Figure 1, we can see that the average straw of the particles of the first group is 83 pm, the average size of the particles of the second group is 11 pm, d- ^ is equal to 44 pm, is equal to 25 μπι, £ OKI is 40 and% CM2 is 40 35 (example 23).
D’après la figure 2 on peut voir que la taille moyenne des particules du premier groupe est de 82 pm, la taille moyenne des particules du second groupe est 7,2 pm, d·^ vaut 50 pm, ; * vaut 20 pm; % CMl est 69,6 et $É CM2 est 63,6 (exemple 10) . ^From Figure 2 we can see that the average size of the particles in the first group is 82 pm, the average size of the particles in the second group is 7.2 pm, d · ^ is 50 pm,; * is 20 pm; % CMl is 69.6 and $ É CM2 is 63.6 (example 10). ^
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