NO155627B - Vandig suspensjon av kullpartikler. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en vandig suspensjon av kullpartikler, omfattende en polyelektrolytt og eventuelt et stabiliseringsmiddel, og det særegne ved den vandige suspensjon i henhold til oppfinnelsen er at kullpartiklene har en størrelse som ikke overstiger 300 mikrometer og er delt i 2 grupper med forskjellige størrelser, idet kullpartiklene i den første gruppe har en gjennomsnittlig størrelse mellom 210 og 60 mikrometer, kullpartiklene i den annen gruppe har en gjennomsnittlig størrelse mellom 1/6 og 1/20 av den gjennomsnittlige størrelse av partiklene i den første gruppe, og at partiklene i den første gruppe representerer minst 40 vekt% av de totale kullpartikler, foretrukket omtrent 60 vekt% av de totale kullpartikler.

Disse og andre trekk ved oppfinnelsen fremgår av patentkrav-ene.

Oppfinnelsen tar i første rekke sikte på vandige kullsuspensjoner med meget høy konsentrasjon og oppfinnelsen kan anvendes enten for å lette kulltransport eller direkte anvendelse som et brennstoff.

Det er tidligere foreslått mange metoder for fremstilling av vandige kullsuspensjoner .

US-patentskrift 3.762.887 beskriver en kullsuspensjon med partikkelstørrelse fra 4 til 325 mesh (Tyler-sikt) hvori kull-konsentrasjonen maksimalt når 69 volumprosent. I suspensjonen i samsvar med det nevnte US-patentskrift har det meste av kullpartiklene en partikkelstørrelse mellom 4 og 28 mesh (Tyler-sikt) og dette betyr at størrelser på mer enn 4 mm forekommer.

Suspensjonen i samsvar med det nevnte US-patentskrift har to vesentlige ulemper, nemlig kullpartikler som for det meste har ganske stor størrelse, og en forholdsvis lav kullkonsentra-sjon. Disse to ulemper, og spesielt den første, betyr at suspensjonen bare kan anvendes direkte som et brennstoff i spesielt utstyr som f.eks. syklonbrennere og at den derfor ikke kan anvendes i konvensjonelt forbrenningsutstyr.

Det bemerkes også at selv med spesielt forbrenningsutstyr, dvs. med en lang oppholdstid i utstyr av den nevnte type, er det bestandig en ulempe med at man må tømme ut ubrent kull sammen med røk og/eller aske i tilfelle av en eller annen slags svikt i anlegget.

Tysk patentansøkning 2.823.568 beskriver en vandig kullsuspensjon med partikkelstørrelse mindre enn 100 mikrometer. Fremstillingen av denne suspensjon er imidlertid komplisert ved det forhold at når fremstillingen gjennomføres samtidig med separeringen av inerte bestanddeler fra kullet ved innvirk-ning av en poly-elektrolytt som elektrisk opplader kullpartiklene forskjellig fra de inerte partikler, må kullet disper-geres i vann, med en konsentrasjon som ikke overstiger 10 vekt%, med den følge at det etter separering av de inerte bestanddeler må kullsuspensjonen konsentreres med klare ulemper bevirket av den lave filter-virkningsgrad som skyldes de fine kullpartikler og med forholdsvis høye separasjonsomkost-ninger.

Det er nå funnet at ulempene med den tidligere kjente teknikk som beskrevet lett kan unngås ved å velge kullpartiklene i to passende forskjellige størrelsesområder. Til suspensjonen tilsettes videre en poly-elektrolytt valgt fra en gruppe for-bindelser med spesiell kjemisk struktur.

En kullsuspensjon i samsvar med oppfinnelsen omfatter således partikler av en første gruppe med gjennomsnittlig størrelse mellom 210 og 60 mikrometer, med maksimal størrelse ikke over 300 mikrometer, og partikler av en annen gruppe med gjennom-snittsstørrelse mellom 1/6 og 1/20 av den gjennomsnittlige partikkelstørrelse i den første gruppe. Den gjennomsnittlige partikkelstørrelse i hver enkelt av gruppene er definert som den størrelse som tilsvarer 50% av kumulativ vektfordeling innen angjeldende gruppe.

Partiklene i den første gruppe representerer som nevnt minst 40 vekt% av de totale partikler og foretrukket omtrent 60 vekt% av de totale partikler.

Da den kumulative partikkelstørrelses-fordelingskurve representerer resultanten av to fraksjoner, dvs. to separate grupper av kullpartikler, må kurven når den avsettes på en bilogaritmisk skala (log-log diagram) fremvise en flat sone mellom verdiene som representerer de gjennomsnittlige størrel-ser av komponentfraksjonene, idet en flat sone betyr en del av kurven hvor den deriverte, ved beregning på en bilogaritmisk skala (log-log diagram) er mindre enn 0,4, foretrukket mindre enn eller lik 0,1, og mest foretrukket 0.

Den kumulative partikkelstørrelsesfordeling må derfor være slik at der alltid er to partikkelstørrelser d^ og d_ som ligger mellom de gjennomsnittlige diametere av de to fraksjoner, for hvilken den numeriske verdi av det følgende uttrykk

er mindre enn 0,4, foretrukket mindre enn eller lik 0,1 og mest foretrukket 0.

(%CM1) og (%CM2) indikerer de totale prosentandeler av vekten av partikler med størrelse mindre enn d^ henhv. d^. Den numeriske verdi av uttrykket er klart uavhengig av måleenhet-en (mikrometer eller millimeter) hvori partikkelstørrelsene uttrykkes.

Disse forhold er illustrert for to eksempelvise kumulative partikkelstørrelsesfordelinger i vedføyde fig. 1 og 2 som illustrerer forholdene ved to eksempelvise kullpulversuspen-sjoner, henholdsvis i henhold til etterfølgende utførelses-eksempler 23 og 10, og viser to konkrete former av kurven for kumulativ prosentandel i forhold til partikkelstørrelse avsatt i et log-log diagram.

Ordinataksen representerer %CM, og abscisseaksen representerer diametre i mikrometer.

Fra fig. 1 kan det sees at den gjennomsnittlige partikkel-størrelse i den første gruppe er 83 mikrometer, den gjennomsnittlige partikkelstørrelse i den annen gruppe er 11 mikrometer, d^ er 44 mikrometer, d£ er 25 mikrometer, %CMl er 40 og %CM2 er 40 (eksempel 23).

Fra fig. 2 kan det sees at den gjennomsnittlige partikkel-størrelse i den første gruppe er 82 mikrometer, den gjennomsnittlige partikkelstørrelse i den annen gruppe er 7,2 mikrometer, d^ er 50 mikrometer, d^ er 20 mikrometer, %CMl er 69,6 og %CM2 er 63,6 (eksempel 10).

Med henvisning til de etterfølgende data i utførelseseksemp-lene, viss det for forståelse og bruk av disse data og kurvene til følgende forklaring: for f.eks. gjennomsnittsstørrelsen av partiklene i den annen gruppe i eks. 23 og i sammenheng med den tilhørende fig. 1 går man fram på den måte at i og med at den annen gruppe utgjør 40% av total, trekker man en linje parallell med abscissen i samsvar med den halve verdi av CM2 (nemlig 20%) og forlenger linjen til skjæringspunktet med kurven og derfra trekkes en linje parallell med ordinaten til gjennomsnittlig partikkel-størrelse for den annen gruppe. Likeledes, for å oppnå gjennomsnittsstørrelsen av partiklene i den første gruppe trekkes en linje parallell med abscissen fra 30% ordinat (1/2 av 60%) til skjæring med kurven og derfra parallelt med ordinaten til gjennomsnittlig partikkelstørrelse for partiklene i den første gruppe.

For fig. 2 (eks. 10) gjelder de samme forhold.

Denne avhenger av arten av kullet og perioden kan f.eks. være av størrelsesorden 1 måned. Det er viktig å bemerke at den vandige kullsuspensjon i samsvar med oppfinnelsen også omfatter eventuelle inerte bestanddeler som følger kullet. På denne måte vil fremstillingen av kullsuspensjoner i samsvar med oppfinnelsen være forskjellig fra andre metoder som krever forutgående separering av de inerte bestanddeler, idet kull-vannsuspensjonene fremstilles bare etter den sistnevnte operasjon. Følgelig vil ikke inerte bestanddeler utgjøre noen hindring for fremstilling av en stabil, fluid suspensjon med høy konsentrasj on.

Suspensjonskonsentrasjonen kan oppnå meget høye verdier, f.eks. 80 vekt% kull eller ennå mer.

Med hensyn til den type av vann sem anvendes for fremstilling av kullsuspensjonene i samsvar med oppfinnelsen, er det overraskende funnet at dette vann kan være av en hvilken som helst type og således kan vanlig ferskvann eller avmineralisert vann eller endog saltvann inneholdende opptil 40 g/l eller mer av oppløste salter, og spesielt sjøvann, anvendes.

Fremgangsmåten for fremstilling av kullsuspensjonene

i samsvar med oppfinnelsen er delvis beskrevet i det foregående og omfatter følgende hovedtrinn:

1) Kullene males til to partikkelstørrelsesgrupper idet malingen enten gjennomføres tørt eller vått (dvs. i nærvær av vann)til å gi den ene eller den annen av de to grupper av kullpartikler i tilfellet med tørrmaling, eller vandige dispersjoner av de to grupper av kullpartikler i tilfellet med våtmaling, idet malingen dog fortrinnsvis gjennom-føres tørt til å oppnå partiklene med den store størrelse og våtmales til å gi partiklene med den mindre størrelse. Polyelektrolytten kan være tilstede under våtmalingen. 2) De to grupper av partikler blandes sammen i de angitte mengdeforhold uansett om de er fremstilt på tørr eller våt måte. 3) Polyelektrolytten tilsettes enten til vannet, eller hvis bare kullpartiklene med mindre størrelse fremstilles ved våtmaling, til den vandige suspensjon av de nevnte kullpartikler med mindre størrelse. 4) Det tilsettes passende mengder av hvilke som helst av de to blandede grupper av kullpartikler til den vandige polyelektrolyttoppløsning eller kullpartiklene med den store størrelse til den vandige suspensjon av kullpartiklene av den mindre størrelse inneholdende polyeelektrolytten. 5) Eventuelt tilsettes stabiliseringsmidlet enten sammen med polyelektrolytten eller etter tilsetning av polyelektrolytten men før tilsetningen av de blandede kullpartikler av de to grupper eller av gruppene med den store størrelse, eller etter at de to grupper av kullpartikler allerede er blitt blandet inn i vannet.

Oppfinnelsen skal illustreres nærmere ved hjelp av

de følgende eksempler på kullsuspensjoner fremstilt i samsvar med oppfinnelsen.

Claims (12)

1. Vandig suspensjon av kullpartikler, omfattende en poly-elektrolytt og eventuelt et stabiliseringsmiddel, karakterisert ved at kullpartiklene har en størrelse som ikke overstiger 300 mikrometer og er delt i 2 grupper med forskjellige størrelser, idet kullpartiklene i den første gruppe har en gjennomsnittlig størrelse mellom 210 og 60 mikrometer, kullpartiklene i den annen gruppe har en gjennomsnittlig størrelse mellom 1/6 og 1/20 av den gjennomsnittlige størrelse av partiklene i den første gruppe, og at partiklene i den første gruppe representerer minst 40 vekt% av de totale kullpartikler, foretrukket omtrent 60 vekt% av de totale kullpartikler.

2. Suspensjon som angitt i krav 1, karakterisert ved at den kumulative partikkel-størrelses-fordelingskurve ved avsetning i et bi-logaritmisk diagram omfatter en flat sone som ligger mellom verdiene som representerer de gjennomsnittlige størrelser av de to grupper av partikler med forskjellige størrelser.

3. Suspensjon som angitt i krav 2, karakterisert ved at den kumulative partikkel-størrelses-fordelingskurve er slik at den omfatter to partik-kelstørrelsesverdier, d^ og d^, som ligger mellom de gjennomsnittlige diametre for de to grupper av partikler og for hvilke den numeriske verdi av uttrykket er mindre enn 0,4, hvor %CM1 og %CM2 angir de totale prosent-andler av vekten av partikler med størrelser mindre enn d^ henhv. d^.

4. Suspensjon som angitt i krav 3, karakterisert ved at den numeriske verdi av uttrykket (a) er mindre enn eller lik 0,1, eventuelt at den numeriske verdi av uttrykket (a) er 0.

5. Suspensjon som angitt i krav 1, karakterisert ved at poly-elektrolytten er anionisk og ikke-overflateaktiv.

6. Suspensjon som angitt i krav 5, karakterisert ved at den ikke-overflateaktive anioniske poly-elektrolytt omfatter alkylsubstituerte poly-nukleære aromatiske grupper.

7. Suspensjon som angitt i krav 5 eller 6, karakterisert ved at poly-elektrolytten har en molekylvekt som overstiger 500, og foretrukket er mellom 800 og 3000.

8. Suspensjon som angitt i krav 1 eller 5-7, karakterisert ved at poly-elektrolytten er et en-verdig, kationisk salt av en polymerisert alkyl-naftalen-sulfonsyre med molekylvekt omtrent 2000.

9. Suspensjon aom angitt i krav 1 eller 5-8, karakterisert ved at poly-elektrolyttmengden ligger mellom 0,1 og 1 vekt% og foretrukket mellom 0,3 og 0,5 vekt% av hele suspensjonen, spesielt omtrent 0,4 vekt% av hele suspensjonen.

10. Suspensjon som angitt i krav 1, karakterisert ved at stabiliseringsmidlet er tilstede i en mengde på mellom 0,01 og 0,03 vekt% av hele suspensjonen, spesielt omtrent 0,02 vekt%.

11. Suspensjon som angitt i krav 1 eller 10, karakterisert ved at stabiliseringsmidlet er en organiske gel, foretrukket et polysakkarid.

12. Suspensjon som angitt i krav 1-11, karakterisert ved at vannet er saltvann særlig vanlig sjøvann.