LU84164A1 - Suspension aqueuse de charbon - Google Patents
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Description
N
' - Suspension aqueuse de charbon
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.
L'art antérieur suggère un grand nombre de procédés pour préparer des suspensions aqueuses de charbon.
Le brevet U.S. n° 3 762 887 décrit une suspen-
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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.
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.
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.
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.
La demande de brevet allemande n° 2 823 568 35 décrit une suspension aqueuse de charbon ayant une taille particulaire inférieure à 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.
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.
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.
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.
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.
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.
(#CMl) et (#CM2) Indiquent les pourcentages ^ totaux de la masse des particules ayant une taille Inférieure à d^ et dg Respectivement.
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.
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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.
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.
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.
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.
La concentration de la suspension peut atteindre même des valeurs très élevées, par exemple 80# en poids, ou davantage de charbon.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
La présente Invention est illustrée par les exemples ί descriptifs et non limitatifs ci-après.
| Exemples de su^enslons de charbon préparées selon la présente | invention ί i t I-.-,. » -* \
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• · legende dml : taille moyenne des particules du premier groupe (pm) dm? : taille moyenne des particules du second groupe pm 5 Cwl ï pourcentage pondéral de particules du premier groupe (par rapport à la matière sèche;
Cw2 : pourcentage pondéral des particules du second groupe(par rapport à la matière sèche)
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 aqueuse
A/- : viscosité entre 300 et 700 cP
15 B/- : viscosité supérieure à 700 et allant jusqu’à 1000 cP.
C/- : viscosité supérieure à 1000 cP
-/N : comportement plastique Newtonien ou faible de
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 Jours
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.
L’axe des ordonnées représente et l’axe des 30 abscisses représente les diamètres en 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).
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) . ^
Claims (5)
1. Suspension aqueuse de charbon, caractérisée par le fait qu'elle comprend des particules de charbon dans l’eau qui ont une taille ne dépassant pas 300 pm et qui sont 5 divisées en deux groupes de tailles différentes, et qu'elle renferme également un polyélectrolyte et éventuellement un stabilisant.
2. Suspension aqueuse de charbon selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les particules de char- 10 bon du premier groupe ont une taille moyenne comprise entre 210 et 60 pm.
3. Suspension aqueuse de charbon selon les revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait que les particules de charbon du second groupe ont une taille moyenne comprise 15 entre 1/6 et 1/20 de la taille moyenne des particules du premier groupe.
4. Suspension aqueuse de charbon selon les revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait que les particules du premier groupe représentent au moins k0% en poids de la tota- 20 lité des particules.
5. Suspension aqueuse de charbon selon la revendication 4, caractérisée par le fait que les particules du premier groupe représentent environ 60^ en poids de la totalité des particules.
6. Suspension aqueuse de charbon selon l'une quel conque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la courbe de distribution granulométrique cumulée, * quand elle est portée sur une échelle bllogarithmique, comprend une zone plate située entre les valeurs représentant 30 les tailles moyennes des deux groupes de particules ce tailles différentes.
7. Suspension aqueuse de charbon selon la revendication 6, caractérisée par le fait que la courbe de distribution granulométrique cumulée est telle, qu'elle comprend deux 35 valeurs de tailles particulaires, d, et eu, situées entre les i- 2 diamètres moyens des deux groupes de particules, pour les-quelles la valeur numérique de l’expression 11 « * . (a) log (#CM1) - log (#CM2) log à1 - log d? * est Inférieure à 0,4, expression dans laquelle #CMl et % CM2 Indiquent les pourcentages totaux de la masse de par-5 tlcules ayant des tailles Inférieures à d^ et d^,respectivement .
8. Suspension aqueuse de charbon selon la revendication 7, caractérisée par le fait que la valeur numérique de lfexpression (a) est inférieure ou égale à 0,1.
9. Suspension aqueuse de charbon selon la revendica tion 8, caractérisée par le fait que la valeur numérique de l'expression (a) est zéro.
10. Suspension aqueuse de charbon selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le polyélectrolyte est 15 anionique et non-tensio-actif.
11. Suspension aqueuse de diarbon selon la revendication 10, caractérisée par le fait que le polyélectrolyte anionique non-tenslo-actif comprend des groupes aromatiques polynucléaires substitués par des radicaux alkyle.
12. Suspension aqueuse de charbon selon les reven dications 10 et 11, caractérisée par le fait que le polyélectrolyte a un poids moléculaire dépassant 500 et, de préférence, compris entre 800 et 3000.
13. Suspension aqueuse de charbon selon l'une quel-. 25 conque des revendications 1, 10, 11 et 12, caractérisée par le fait que le polyélectrolyte est choisi parmi les sels cationiques monovalents des acides alkylnaphtalène-sulfonlaues „ polymérlsés ayant un poids moléculaire d'environ 2000.
14. Suspension aqueuse de charbon sébn l'une quel-30 conque des revendications 1, 10, 11 et 13, caractérisée par ! le fait que la quantité de polyélectrolyte est comprise entre 0,1 et 1%, et de préférence entre 0,3 et 0,5 ί en poids de la suspension totale.
15. Suspension aqueuse de charbon selon la revendlca-35 tlon 14, caractérisée par le fait que la quantité de polyélectrolyte est d'environ 0,4£ en poids de la suspension totale.
16. Suspension aqueuse de charbon selon la revendl- 112 • . cation 1, caractérisée par le fait que le stabilisant est présent en une quantité comprise entre 0,01 et 0,03$ en poids de la suspension totale. l7. Suspension aqueuse de charbon selon la reven-5 dlcatlon 16, caractérisée par le fait que le stabilisant est présent en une quantité de 0,02$ en poids de la suspension totale.
18. Suspension aqueuse de charbon selon l'une . quelconque des revendications 1, 16 et I7, caractérisée par 10 le fait que le stabilisant est un gel organique, de préférence un polysaccharide. I9. Suspension aqueuse de charbon selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que l’eau est de l’eau salée.
20. Suspension aqueuse de charbon selon la revendica tion I9, caractérisée par le fait que l’eau salée est de l’eau de mer.
21. Procédé pour la préparation de suspension aqueuse de charbon selon l’une quelconque des revendications pré-20 cédentes caractérisé par le fait qu’il comprend : 1. le broyage de charbon à deine niveaux de tailles ; particulaires, ledit broyage étant effectué soit à sec soit I par voie humide (c’est-à-dire en présence d’eau) pour obte- I nlr soit les deux groupes de particules de charbon dans le 25 cas de broyage à sec, soit des bouillies aqueuses des deux groupes de particules de charbon dans le cas du broyage par voie humide, le broyage étant toutefois réalisé de préférence à sec pour obtenir les particules de tailles plus, granddes, et par voie humide pour obtenir les particules de I 30 tailles plus petites; les polyélectrolyte peut être présent ! pendant le broyage humide. I 2) Le mélangeage des deux groupes de particules I dans les proportions décrites une fols préparés tous deux ! à sec ou tous deux par voie humide. I 35 3) L’addition du polyélectrolyte soit à l’eau soit, I si seules les particules de charbon de tailles plus petites I ε sont préparées par voie humide, à la suspension aqueuse ! 'desdites particules de charbon de tailles plus petites. 13 ‘ * 4) L’addition en 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 par- 5 tlcules de charbon de tailles plus petites contenant le polyélectrolyte .
5. L'addition éventuelle du stabilisant soit avec * le polyélectrolyte, ou après l’addition du polyélectrolyte, mais avant l’addition des particules de charbon mélangées des « 10 deux groupes ou des particules de tailles plus grandes, soit après que les deux groupes de particules de charbon ont - été déjà Introduits dans l'eau. - * "Ht ^ / m ► i
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