NO151593B - Brennbar blanding bestaaende av en stabilisert kulloppslemming og fremgangsmaate for dens fremstilling - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en brennbar blanding bestående av en stabilisert kulloppslemming og fremgangsmåte for dens fremstilling.

Spesielt angår oppfinnelsen fremstilling ut fra et kullholdig utgangsmateriale som foruten kull også omfatter forurensninger, av en blanding som inneholder kull i så ren form som mulig.

Som bekjent inneholder f.eks. stenkull, i likhet med mange

andre råmaterialer, forurensninger som bl.a. omfatter organisk bundet svovel, diverse metallsulfider og andre metall-forurensninger, samt jord- og leirpartikler. Disse forurensninger har skadelig innvirkning på miljøet, og dersom sten-

kull skulle anvendes som brensel, bør derfor utslipp av forurensningene i miljøet forhindres. Tidligere har forbrenning av kull skjedd uten annen forutgående rensing av kullet enn vasking, og man har derfor vært henvist til å fjerne forurensningene fra forbrenningsgassene, hvilket har krevet store og kostbare røkgassrenseanlegg. Av denne grunn har man bl.a. mer og mer gått over til å benytte olje som energi-kilde istedenfor kull.

Ettersom forbrenning av flytende brensel, slik som olje,

krever annerledes utformede forbrenningsanordninger enn faste brensler, har overgangen til olje vanskeliggjort tilbake-gang til faste brensler og ytterligere forverret karbonets konkurransekraft med oljen.

Siden imidlertid kull, og da spesielt stenkull, utgjør en betydelig energireserve, er det meget ønskelig å forsøke å

unngå de ovenfor nevnte ulemper og derved gi kull en øket konkurransekraft i forhold til det flytende brensel, slik som ol je.

For å eliminere kullets ulempe som fast brensel er det

tidligere foreslått å overføre kull til et flytende brensel ved å findele og dispergere det i forskjellige bærevæsker,

slik som vann og hydrokarboner. Herved forbedres kullets håndterbarhet, og den ellers eksisterende risiko for eksplosjon og selvantennelse elimineres. Dessuten elimineres de miljø-ulemper i form av f.eks. nedsmussing, som er forbundet med håndtering av faste karbonbrensler.

Blant tidligere forslag for å bringe kull til flytende form ved dispergering i et bæremedium, slik som vann, kan nevnes svensk patentsøknad nr. 7613478-2. Til forskjell fra foreliggende oppfinnelse underkastes imidlertid her brenslet en forberedende hydrotermisk behandling for å fjerne bundet vann i brenselet, foruten at et konvensjonelt overflateaktivt middel tilsettes til det behandlede brensel for dispergering.

Videre beskriver britisk patent nr. 1.469.319 en fremgangsmåte til transport av kull i form av væskeoppslemming og også i dette patent angis en forberedende varmebehandling for å fjerne bundet vann fra kullet. Det angis videre at konvensjonelle overflateaktive stoffer, slik som anionaktive i alkylarylsulfonater, kan tilsettes.

Fra US-patent nr. 3.762.887 er det dessuten kjent et væske-formig brensel bestående av partikkelformet kull og vann. Ifølge dette patent mangler tilsetning av dispergeringsmiddel.

Ifølge den kjente teknikk elimineres således en del av karbonets ulemper som fast brensel, men noen rensing av kullråmateriale tilveiebringes ikke. Det er imidlertid meget viktig også å forsøke å tilveiebringe en rensing av kullmaterialet ettersom en av de viktigste grunner for at kull ikke benyttes i større omfang som energiråvare, er nettopp det faktum at det inneholder så meget forurensninger at det er uegnet sett fra et miljøsynspunkt.

Ifølge foreliggende oppfinnelse har man nå lykkes å eliminere alle de ovenfor angitte ulemper med kull som brensel. Således overføres kull ifølge oppfinnelsen til et flytende brensel ved dispergering i vann, hvorved kullets håndterbarhet med hensyn til transport og lagring forberedes, og den ellers forekonitiende risiko for eksplosjon og selvantennelse elimineres. Dessuten oppnås en rensing av kullråmateriale , hvorved behovet for kostbare og ruvende røkgassrenseanlegg minskes eller elimineres, og i.ian oppnår et til-fredsstillende brensel sett fra et miljøsynspunkt.

Formålet med foreliggende oppfinnelse oppnås ved at man

ved dispergeringen av et karbonholdig utgangsmateriale, som foruten karbon også inneholder forurensninger, tilsetter et dispergeringsmiddel som ved selektiv adsorpsjon tilveiebringer en forskjellig oppladning av kullpartiklene og forurensningspartiklene, og at denne forskjellige oppladning utnyttes for å separere kullet.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det således tilveiebragt

en brennbar blanding bestående av en stabilisert kulloppslemming, og denne er kjennetegnet ved at den innbefatter pulverisert og renset kull, vann og et dispergeringsmiddel, idet dispergeringsmiddelet er en polyelektrolytt som ved selektiv adsorpsjon tilveiebringer en forskjellig oppladning av partikler av kull og andre stoffer for dannelse av nevnte rensede kull og opprettholdelse av stabiliteten i oppslem-mingen.

i

Ifølge oppfinnelsen er det også tilveiebragt en fremgangsmåte for fremstilling av nevnte stabiliserte kulloppslemming, og denne fremgangsmåten er kjennetegnet ved at et kullholdig utgangsmateriale, hvilket i tillegg til kull også inneholder urenheter, blandes med vann, pulveriseres og, i forbindelse

med eller etter pulveriseringen, tilføres et dispergeringsmiddel i form av en polyelektrolytt og som ved selektiv adsorpsjon tilveiebringer en forskjellig oppladning av kullpartiklene og urenhetspartiklene, og at denne forskjelige oppladning utnyttes for å separere karbonet fra urenheter og for å stabilisere kulloppslemmingen.

Oppfinnelsen utføres spesielt fordelaktig med anvendelse

av de kjennetegn som fremgår av underkravene.

Eksempel på foretrukne typer av dispergeringsmiddel som anvendes i foreliggende oppfinnelse er polyelektrolytter. Derimot synes konvensjonelle overflateaktive stoffer, slik

som alkylarylsulfonater, å mangle evne til å opplade karbonpartikler og forurensningspartikler forskjellig, og slike overflateaktive stoffer omfattes derfor ikke av ,oppfinnelsen.

For å lette forståelsen av oppfinnelsen vil fremstilling av

en flytende karbonpulverblanding ifølge oppfinnelsen beskri-

ves nærmere i det følgende.

i

Stenkull av egnet type blandes med vann og pulveriseres

til liten partikkelstørrelse. Pulveriseringen utføres hensiktsmessig ved våtmaling både med hensyn til eksplosjonsrisiko og energiforbruk. For senere å kunne komme til de forurens-) ninger som ledsager kullmaterialet, bør pulveriseringen foretas til en partikkelstørrelse på under 100 ym, fortrinnsvis under 50 ym. For videre å kunne skape en så stabil dispersjon av kullet i vannet som mulig bør partikkelstørrelsen være mindre enn 40 ym. En partikkelstørrelse på under 40 ym er

; også hensiktsmessig fra et forbrenningssynspunkt ettersom man

da oppnår en forbrenning som ligner den hos olje. Det er dog ikke hensiktsmessig å drive pulveriseringen altfor langt, dels ettersom det kreves stor energi, dels av den grunn at kollo-idale partikler med en størrelse på under 1 ym vanskeliggjør i den etterfølgende rensing.

Kullinnholdet i kullvannblandingen innstilles ved malingen til en verdi på 1-20 vekt-%, fortrinnsvis ca. 10 vekt-%.

;For dispergering av karbonet i vannet tilsettes et dispergeringsmiddel. Dette dispergeringsmiddel kan i og for seg tilsettes etter våtmalingen, men for å lette malingsopera-

sjonen er det foretukket at dispergeringsmiddelet tilsettes i forbindelse med malingen.

Som omtalt ovenfor har dispergeringsmiddelet som anvendes i foreliggende oppfinnelse evne til å opplade kullpartikler og forurensningspartikler forskjellig og velges fortrinnsvis blant polyelektrolytter. Eksempler på egnede polyelektrolytter er alkalmetall- og ammoniumsalter av polykarboksyl-

syrer, slik som f.eks. polyakrylsyre. Spesielle eksempler på egnede polyelektrolytter er de dispergeringsmidler som selges i form av 40% vannoppløsning under varebetegnelsen "DISPEX", slik som "DISPEX A40" (ammoniumsalt av polykarboksylsyre), "DISPEX N40" (natriumsalt av polykarboksylsyre) og "DISPEX G40" (natriumsalt av polyakrylsyre). Av disse har "DISPEX A40" og "DISPEX G40" vist seg å være spesielt egnede ved oppfinnelsen.

Mengden av tilsatt dispergeringsmiddel er avhengig av det spesielle dispergeringsmiddel som benyttes. Generelt kan det sies at innholdet av dispergeringsmiddel skal være tilstrekke-lig for å skape en så stabil dispersjon av kullet -som mulig. Generelt bør dispergeringsmiddelinnholdet ligge innen området 0,02-4 vekt-%, beregnet på vannet, hvorved det kan tillegges at innholdet under 0,02 vekt-% gir liten merkbar effekt, mens 'innholdet over ca. 4 vekt-% er uøkonomiske. Optimale mengder for det enkelte tilfellet kan lett utprøves av fagmannen på

området. Fortrinnsvis er dispergeringsmiddelet til stede i en mengde på 0,2-0,8 vekt-% av vannet ved et vanninnhold på 30 vekt-%.

)Dersom dispergeringsmiddelet som omtalt ovenfor, tilsettes i forbindelse med eller etter pulveriseringen av kullet (dvs. ved et kullinnhold på ca. 10 vekt-%), har man funnet at et egnet forhold av dispergeringsmiddelet er 0,04-0,4 vekt-%, fortrinnsvis ca. 0,12 vekt-%.

>

Som tidligere nevnt har de spesielle dispergeringsmidler som anvendes ved foreliggende oppfinnelse den egenskap at de opp-lader partiklene i kullmaterial-vannblandingen elektrisk, hvorved kullpartiklene og forurensningspartiklene opplades i forskjellig grad. Denne egenskap utnyttes ved oppfinnelsen for å separere forurensningspartiklene fra kullpartiklene. Separeringseffekten på grunn av forskjellig oppladning kan kombineres og forsterkes med konvensjonelle separerings-metoder.

For å rense kull-vannblandingen ledes den fortynnede blandingen til en sedimenteringsanordning, f.eks. et lamellfilter, der blandingen får sedimentere. Ved at kullpartiklene ved oppladningen får en høyere ladning enn forurensningspartiklene vil forurensningspartiklene sedimentere hurtigere enn kullpartiklene. Herved renses kull-vannblandingen således for forurensningspartikler.

Ettersom kullmaterialet dessuten inneholder magnetiske forurensninger i form av f.eks. pyrittsvovel, er det også fore-trukket å utføre en magnetisk separasjon. Denne i og for seg kjente operasjon kan kombineres med sedimenteringen i form av et for- eller etterbehandlingstrinn.

Ved hjelp av den ovenfor beskrevne selektive separerings-teknikk kan mer enn halvparten av svovel og andre forurensninger fjernes. Således har man ved kombinasjon av selektiv sedimentering og magnetisk separering fjernet alt pyrittisk svovel og svovelinnholdet er senket fra 0,7% til 0,3%.

Istedenfor den ovenfor beskrevne selektive sedimentering kan fraskilling av forurensningene tilveiebringes ved fIotasjon. På grunn av forurensningenes lavere oppladning sammenlignet med kullet får nemlig forurensningene større tendens til å aggregere, og de dannede aggregater kan floteres.

En ytterligere alternativ måte for oppnåelse av separasjon mellom kullet og forurensningene p.g.a. deres forskjellige oppladningsgrad, er å utnytte deres forskjellige vandrings-hastighet i et elektrisk felt. Med hensyn til den store elektriske motstand i væsken krever imidlertid en slik separasjonsmetode forholdsvis stor mengde energi.

I tilknytning til den ovenfor beskrevne dispergerings- og rensebehandling foretas fortrinnsvis en konsentrering av den rensede kull-vannblanding ved at en del av vannet fjernes på

i og for seg kjent måte for å øke blandingens kullinnhold. Dersom blandingen skal transporteres, f.eks. ved pumping i rør, er fra et viskositetssynspunkt et karboninnhold på

maks. 40% egnet. Skal blandingen derimot forbrennes direkte, bør kullinnholdet forhøyes til 50-80 vekt-%, fortrinnsvis 55-70 vekt-%. Dersom blandingen skal lagres før forbrenning, kan kullinnholdet økes ytterligere, hvorved blandingen før forbrenningen fortynnes med vann til angitt egnet kullinnhold .

Det vann som fjernes ved forhøyelse av kullinnholdet, inneholder en del dispergeringsmiddel og kan for gunstig økonomi derfor hensiktsmessig tilbakeføres til prosessen som tilsats-vann for våtmalingen etter eventuell utfelling av oppløste forurensninger. Herved unngås utslipp av dispergeringsmiddel i miljøet, samtidig som tilsatsen av nytt dispergeringsmiddel gjøres så liten som mulig.

Som antydet ovenfor kan kull-van nblandingens vann-

innhold reguleres alt etter behov ved borttaging eller tilsetning av vann. For lagring eller transport i bulk kan således vanninnholdet bringes ned til et minimum, mens deretter vanninnholdet igjen kan økes for rørtransport av blandingen eller forbrenning. Denne mulighet til å manipulere blandingens vanninnhold etter behov øker dens håndterbarhet og økonomi, og innebærer vesentlige fordeler.

Dersom blandingens vanninnhold økes ved tilsetning av vann, bør dette vann inneholde dispergeringsmiddel slik at blandingens konsentrasjon av dispergeringsmiddel holdes vesent-lig uforandret.

Samtlige av de ovenfor omtalte fremgangsmåtetrinn for fremstilling 'av den ferdige kull-vannblanding utføres av økonomiske grunner hensiktsmessig ved normal omgivelsestemperatur. Noen større innvirkning av temperaturen er ikke konstatert, bort-sett fra at temperaturen naturligvis bør ligge over vannets frysepunkt.

En viss innvirkning av blandingens pH-verdi har derimot

kunnet konstateres. Generelt kan blandingens pH-verdi ligge ved ca. 5-10. Tilsetning av alkali til en pH-verdi på ca. 7-10 er imidlertid funnet å ha en merkbar stabiliserende innvirkning på den ferdige, konsentrerte kull-vannblanding.

Claims (18)

1. Brennbar blanding bestående av en stabilisert kulloppslemming, karakterisert ved at den innbefatter pulverisert og renset kull, vann og et dispergeringsmiddel, idet dispergeringsmiddelet er en polyelektrolytt som ved selektiv adsorpsjon tilveiebringer en forskjellig oppladning av partikler av kull og andre stoffer for dannelse av nevnte rensede kull og opprettholdelse av stabiliteten i opp-slemmingen.

2. Blanding ifølge krav 1, karakterisert ved at partikkelstørrelsen på det pulveriserte kull er mindre enn 100 ym.

3. Blanding ifølge krav 2, karakterisert ved at partikkelstørrelsen er mindre enn 50 ym. i

4. Blanding ifølge krav 3, karakterisert ved at partikkelstørrelsen er mindre enn 4 0 ym.

5. Blanding ifølge et hvilket som helst av kravene > 1-4, karakterisert ved at det pulveriserte kull utgjør 50-80 vekt-% av blandingen.

6. Blanding ifølge et hvilket som helst av kravene

1-5, karakterisert ved at dispergeringsmiddelet utgjør 0,02-4 vekt-% av vannet.

7. Blanding ifølge krav 6, karakterisert ved at dispergeringsmiddelet utgjør 0,2-0,8 vekt-% av vannet ved et vanninnhold på ca. i 30 vekt-%.

8. Blanding ifølge hvilket som helst av kravene 1-7, karakterisert ved at den har en pH-verdi på 7-10.

9. Fremgangsmåte til fremstilling av en stabilisert kulloppslemming, karakterisert ved at et kullholdig utgangsmateriale hvilket i tillegg til kull også inneholder urenheter, blandes med vann, pulveriseres og, i forbindelse med eller etter pulveriseringen, tilføres et dispergeringsmiddel i form av en polyelektrolytt og som ved selektiv adsorpsjon tilveiebringer en forskjellig oppladning av kullpartiklene og urenhetspartiklene, og at denne forkjel-lige oppladning utnyttes for å separere kullet fra urenheter og for å stabilisere kulloppslemmingen.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at kullutgangsmaterialet pulveriseres til en partikkelstørrelse på under 100 ym.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at kullutgangsmaterialet pulveriseres til en partikkelstørrelse på mindre enn 50 ym.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved at kullutgangsmaterialet pulveriseres til en partikkelstørrelse på mindre enn 40 ym.

13. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 9-12, karakterisert ved at separeringen av kullet og forurensningene utføres ved minst en av metodene sedimentasjon, separasjon under innvirkning av magnetfelt.- separasjon under innvirkning av elektrisk felt, samt fIotasjon.

14. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 9-13, karakterisert ved at kullinnholdet før separeringen er høyst ca. 10 vekt-%, og at det i forbindelse med separeringen eller deretter økes til høyst 80 vekt-% ved borttaging av vann på i og for seg kjent måte.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 14, karakterisert ved at kullinnholdet økes til minst ca. 50 vekt-%.

16. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 9-15, karakterisert ved at dispergeringsmiddelet tilføres i en mengde av 0,02-4 vekt-% av vannet.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 15, karakterisert ved at dispergeringsmiddelet tilføres i en mengde på 0-04-0,4 vekt-%.

18. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 9-17, karakterisert ved at blandingens pH-verdi justeres til 7-10.