PL125850B1

PL125850B1 - Method of producing dispersion of solid fuel in oil and water

Info

Publication number: PL125850B1
Application number: PL1980226237A
Authority: PL
Original assignee: British Petroleum Co
Priority date: 1979-08-15
Filing date: 1980-08-14
Publication date: 1983-06-30
Also published as: JPS5628291A; AU6133280A; DE3066980D1; ZA804725B; EP0025279B1; ZA804726B; PL226236A1; EP0025278A2; KR830003567A; EP0025279A2; AU6133380A; KR830003569A; EP0025278A3; JPS5636592A; PL226237A1; EP0025279A3

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania dyspersji stalego paliwa w oleju i wodzie.Zawiesiny wegla w oleju sa znane, np. z brytyjskiego opisu patentowego nr 975 687. Zawiesiny te, jakkolwiek zachowuja sie w rurociagach prawie jak niesedymentujace ciecze newtonowskie, po odstaniu rozdzielaja sie. Zatem nadaja sie do uzycia bezposrednio po wytworzeniu lub po przetlo- czeniu rurociagami, lecz nie nadaja sie do transportowania ani do magazynowania.W brytyjskim opisie patentowym nr 1 523 193 jest opisany i zastrzezony sposób wytwarzania dyspersji wegla w oleju o równomiernym rozproszeniu, który polega na rozdrobnieniu wegla w srodowisku zlozonym zasadniczo z oleju napedowego i/lub ciezszej frakcji ropy naftowej, az do zmniejszenia wymiarów czastek do wielkosci ponizej 10 mikronów, przy czym zawartosc wegla w dyspersji wynosi 15 do 55% wagowych wyrazonych jako procent wagowy calej dyspersji i az do uzyskania trwalej dyspersji po zaprzestaniu rozdrabniania.Z brytyjskiego opisu patentowego nr 1548402 znany jest sposób wytwarzania plynnego paliwa, który polega na zmieszaniu wegla o wielkosci ziaren do 6mm z woda w ilosci do 30% wagowych w stosunku do mieszaniny wegla i wody, wprowadzeniu zwilzonego wegla do mieszal¬ nika, w którym miesza sie go z cieklym paliwem weglowodorowym, przy czym zawartosc wegla w mieszaninie jest nie wieksza niz 50% wagowych i przepuszczeniu tak wytworzonej mieszaniny przez mlyn walcowy, w którym miele sie ziarna wegla na czastki o wielkosci najwyzej 500 mikronów, uzyskujac plynne paliwo.W tym opisie patentowym stwierdzono, ze dla uzyskania produktu o zadanej postaci istotne jest to, ze wode i wegiel miesza sie przed dodaniem cieklego paliwa weglowodorowego, mianowicie dla uzyskania klaczkowatej struktury czastek wegla w oleju, w której woda korzystnie zwilza czesc powierzchni kazdej czastki wegla i laczy ja z innymi czastkami wegla. Stwierdzono takze, ze jezeli mieszanie przeprowadza sie w innej kolejnosci, jak np. wedlug opisu patentowego Stanów Zjedno¬ czonych Ameryki nr 1431 225, tworzy sie emulsja wody w oleju, czastki wegla nie sa zwilzone woda i produkt jest w duzo mniejszym stopniu stabilizowany na osiadanie. Wedlug brytyjskiego opisu patentowego nr 1 548402, podczas dodawania wody do zawiesiny wegla w cieklym paliwie weglo¬ wodorowym tworzy sie po prostu emulsja w weglowodorze, która nie pomaga w uzyskaniu dlugo utrzymujacej sie trwalosci.2 125850 Z wyzej cytowanego opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 1431 225 znany jest sposób wytwarzania plynnego paliwa, w którym stale paliwo rozdrabnia sie do wielkosci ziarna okolo (200mesh) 76 mikronów lub mniejszej. Nastepnie miesza sie sproszkowane paliwo z cieklym paliwem, dodaje sie wode i miesza sie mieszanine do wytworzenia emulsji. Opis ten potwierdza, ze w pewnych warunkach istnieje tendencja do powstawania nietrwalej emulsji i rozdzielania siejej na skladniki i aby temu przeciwdzialac mozna dodac srodek stabilizujacy, taki jak mydlo.Nieoczekiwanie okazalo sie, ze mozna poprawic trwalosc dyspersji stalego paliwa w oleju takiego typu jak w brytyjskim opisie patentowym nr 1 523 193 dodajac wode po rozdrobnieniu stalego paliwa. Zwlaszcza poprawie ulega trwalosc w zakresie temperatur 60do 100°C. Odpowied¬ nio zmniejsza sie czas rozdrabniania niezbedny do wytworzenia dyspersji o zadanej trwalosci.Wedlug wynalazku sposób wytwarzania dyspersji o równomiernym rozproszeniu sypkiego stalego paliwa, oleju i wody, zawierajacej 15 do 55% wagowych stalego paliwa, polega na tym, ze stale paliwo rozdrabnia sie w srodowisku oleju, bez dostepu powietrza, az do zmniejszenia sredniego wymiaru czastek stalego paliwa do wielkosci w zakresie 1 do 15 mikronów, korzystnie 2 -r 8 mikronów, do wytworzonej dyspersji stalego paliwa i oleju dodaje sie wode i homogenizuje sie wytworzona mieszanine stalego paliwa, oleju i wody.Odpowiednie sypkie stale paliwa obejmuja wegiel o róznym stopniu uweglenia, wegiel rafino¬ wany rozpuszczalanikiem, koks weglowy i koks naftowy. Korzystnie stalym paliwem jest wegiel bitumiczny.Korzystnie do procesu rozdrabniania dostarcza sie stale paliwo wstepnie rozdrobnione na czastki nie wieksze niz 250 mikronów.Jako odpowiedni olej stosuje sie frakcje oleju opalowego pochodzacego z ropy naftowej, o lepkosci nie wiekszej niz 6,0Xl0~4m2/s w temperaturze 50°C, korzystnie nie wiekszej niz 3,7 X 10"4m2/s w temperaturze 50°C. Zadana lepkosc mozna uzyskac przez rozcienczenie w razie potrzeby, np. olejem napedowym.W przypadku stosowania ciezszych frakcji oleju opalowego moze byc konieczne podgrzanie ich w celu nadania dostatecznej plynnosci umozliwiajacej zastosowanie ichjako cieklego srodowis¬ ka rozdrabniania.Ilosc dodawanego stalego paliwa korzystnie jest w zakresie 30 do 45% wagowych calkowitego ciezaru dyspersji stalego paliwa, oleju i wody.Ilosc dodawanej wody jest odpowiednio w zakresie 1 do 15% korzystnie 5 do 10% calkowitego ciezaru dyspersji stalego paliwa, oleju i wody.Homogenizowanie mozna przeprowadzic w szybkoobrotowym mieszalniku wirowym.Rozdrabnianie mozna prowadzic w dostepnych w handlu mlynach kulowych, np. w mieszad¬ lowych, wibracyjnych lub bebnowych mlynach kulowych.Gdy stosuje sie mlyn kulowy mieszadlowy lub wibracyjny, wstepnie rozdrobniony wegiel korzystnie miesza sie wstepnie z olejem przed rozdrobnieniem, np. w szybkoobrotowym mieszal¬ niku wirowym.Czas rozdrabniania zalezy od rodzaju mlyna. Jednak zwykle wynosi on okolo polowy czasu, który jest potrzebny do wytworzenia dyspersji o podobnej trwalosci, gdy wody pózniej sie nie dodaje. Np. gdy stosuje sie kulowy mlyn mieszadlowy czas rozdrabniania mozna zredukowac od okolo 6 do 3 minut.Rozdrabnianie musi byc prowadzone bez dostepu powietrza. Takie warunki mozna latwo uzyskac w przypadku kulowych mlynów wibracyjnych i mieszadlowych przez calkowite wypelnie¬ nie mlyna.Gdy stosuje sie mlyn kulowy, pozadane jest oczywiscie uzywanie kul wykonanych z materialu niereagujacego ze stalym paliwem oraz nie scierajacych sie nawzajem ani nie scierajacych wewne¬ trznej powierzchni mlyna podczas rozdrabniania. Mlyny kulowe zwykle zawieraja kule stalowe i szklane i takie mlyny nadaja sie do stosowania w sposobie wedlug wynalazku.Dyspersje zwykle przygotowuje sie, stosuje sie i magazynuje sie w podwyzszonej temperaturze i w tych warunkach dyspersje wytworzone sposobem wedlug wynalazku sa bardziej trwale niz odpowiednie dyspersje wytworzone bez dodawania wody.Dyspersje wytworzone sposobem wedlug wynalazku nadaja sie do stosowania w wielkich piecach, w piecach do wypalania klinkieru cementowego, w kotlach przemyslowych, okretowych.125 850 3 Trwalosc dyspersji stalego paliwa, oleju i wody jest funkcja trzech waznych parametrów — sposobu rozdrabniania, koncowych wymiarów czastek i stezenia substancji stalej w oleju i popra¬ wiona jest przez czwarty parametr — dodawanie wody po rozdrobnieniu. Jezeli wszystkie cztery parametry sa wlasciwie dobrane uzyskuje sie dyspersje o wiekszej trwalosci w temperaturach podwyzszonych i pokojowej.W temperaturze pokojowej dyspersja jest w postaci slabego, tiksotropowego zelu, w którym stale czastki oddzialywujace wzajemnie z olejem tworza siatke fizyczna wzmocniona przez wode, która wiaze ze soba stale czastki. Jest to równomierna struktura, z której stale czastki nie moga wypasc, poniewaz stanowia czesc tej struktury.Taka struktura jest niepodobna do dotychczasowych dyspersji stalego paliwa, oleju i wody, które stanowily dyspersje czastek wegla zwilzonych woda zawieszonych w oleju lub dyspersje czastek wegla zawieszonych w emulsji oleju i wody.Chociaz w podwyzszonej temperaturze charakter zelu jest mniej widoczny, wystepuja takie same oddzialywania, które powoduja zwiekszenie trwalosci dyspersji.Jezeli czastki stalego paliwa rozdrabnia sie w oleju przy dostepie powietrza, nastapi ich utlenienie i niekorzystne oddzialywanie. Jezeli wielkosc czastek jest zbyt duza, sily beda niewystar¬ czajace, aby zapewnic trwalosc dyspersji. Krytyczne jest takze stezenie czastek stalego paliwa.Jezeli jest za niskie, dyspersja bedzie nietrwala. Jezeli jest za wysokie, dyspersja bedzie za malo plynna, aby nadawala sie do przepompowywania. Woda zwieksza trwalosc dyspersji poprzez zlozony mechanizm, który prawdopodobnie polega na tworzeniu mostków miedzy stalymi czastkami.Przedmiot wynalazku ilustuja nastepujace przyklady.Przyklad I. Jako olej opalowy zastosowano olej opalowy o lepkosci 3,7XlO"4m2/s w temperaturze 50°C, o nastepujacych wlasnosciach: Zawartosc siarki Zawartosc wody Ciezar wlasciwy 15,6°C/ Lepkosc kinematyczna % wag. — 2,3 % wag. — 0,10 15,6°C — 0,996 60°C — 2,47X10"4m2/s 80°C — 0,74X10"* m2/s 100°C — 0,37X10"4mVs Jako wegiel stosowano wegiel bitumiczny z terenów weglowych Durham, klasy 501 o nastepu¬ jacych wlasnosciach i zakresach wymiarów czastek (wysuszony na powietrzu): Zawartoscwegla % wag. — 78,1 Zawartoscwodoru % wag. — 4,87 Zawartoscazotu % wag. — 1,7 Zawartoscchloru % wag. — 0,25 Zawartoscwody % wag. — 2,3 Zawartosc popiolu w 810°C % wag. ,— 5,1 + 500mikronów % wag. — 0,1 -500 + 212mikronów % wag. — 1,6 -212+ 75mikronów % wag. —21,0 -75+ 53mikrony % wag. — 14,2 <53 mikrony * % wag. — 63,1 24,3 kg oleju opalowego ogrzano do 35°C i stopniowo dodano 15,2 kg sproszkowanego wegla, ciagle mieszajac w szybkoobrotowym mieszalniku wirowym. Nastepnie wytworzona zawiesine przepompowano z szybkoscia 2,5 l/min, co odpowiada minimalnemu czasowi przebywania 3 minuty, do poruszajacego sie mlyna kulowego sprzedawanego pod nazwa Dyno Mili, typ KD15 przez firme Willy Bachofen Maschinefabrik, Bazylea, Szwajcaria.Komora mielenia, która stanowil poziomy cylinder o pojemnosci 15 litrów, zawierala 60 kg kul stalowych o srednicy 2 mm. Kule byly poruszane za pomoca mieszadel tarczowych zamontowa-4 125 850 nych na poziomym wale obracajacym sie równolegle do osi cylindra z predkoscia 1635obr/min i nadajacym tarczom predkosc obwodowa 15m/sek. Odbierano wyplywajacy z mlyna produkt.Srednia wielkosc czastek wegla wynosila w przyblizeniu 5 mikronów. 300 g próbke dyspersji wegla w oleju opalowym, wytworzonej w powyzszy sposób ogrzano do okolo 30°C. Dodano 26,1 g wody i mieszano w szybkoobrotowym mieszalniku wirowym przez 6 minut. Dyspersja o koncowym skladzie 35% wagowych wegla, 8% wagowych wody i 57% wago¬ wych oleju opalowego, nie wykazywala zadnych oznak osiadania wegla po odstaniu przez 3 miesiace w temperaturze pokojowej. £o odstaniu przez 24 godziny w 100°C dyspersja okazala sie takze zupelnie trwala.Dla porównania wytworzono dyspersje wegla w oleju opalowym zawierajaca 35% wagowych wegla i 65% wagowych oleju opalowego (tzn. bez dodawania wody). Wstepnie zmieszana zawiesine rozdrobniono w mlynie KD15 Dyno Mili w warunkach takich samych jak wyzej. Chociaz dyspersja byla trwala przez 3 miesiace w temperaturze pokojowej, wykazywala jednak oznaki nietrwalosci po 24 godzinach w 100°C, gdy tworzyla sie warstwa gestego osadu. Srednia wielkosc czastek wegla wynosila 4,7 mikrona, co zmierzono za pomoca optycznej techniki mikroskopowej.Przyklad II. Jako olej opalowy stosowano olej opalowy o lepkosci 3,7X 10"4m2/s w tem¬ peraturze 50°C. Stosowany wegiel byl czerpany z róznych partii wegla z Durham, stosowanego w przykladzie I. Wlasnosci analityczne wegla i oleju opalowego byly podobne do wlasnosci tych materialów stosowanych w przykladzie I.Wstepna mieszanke 84 kg sproszkowanego wegla w 156 kg oleju opalowego wytworzonojak w przykladzie I. Taka zawiesine zawierajaca 35% wagowych wegla, przepompowano z szybkoscia 5,8 l/min, co odpowiada czasowi przebywania 6,9 minuty, do kulowego mlyna wibracyjnego sprzedawanego pod nazwa Palla 20U przez firme Humboldt-Wedag, Kolonia, RFN. Mlyn ten skladal sie z dwóch poziomych cylindrów, które stanowily komory mielenia. W górnej komorze znajdowalo sie 140 kg stalowych cylinderków o srednicy 0,635 cm. i dlugosci 1,27 cm, w dolnej — 140 kg stalowych kul o srednicy 0,635 cm. Srednica drgan przy maksymalnym nastawieniu mlyna wynosila 10-12 mm. Odebrano produkt i nastepnie przepuszczono go przez mlyn KD 15 Dyno Mili z szybkoscia 3,0 l/min, uzyskujac czas przebywania 2,5 minuty. Inne warunki w mlynie Dyno Mili byly takie same jak w przykladzie I.Produkt wyplywajacy z mlyna Dyno Mili mial srednia wielkosc czastek 6,3 mikrona i nie wykazywal zadnych oznak osiadania po przechowywaniu w temperaturze pokojowej przez 3 miesiace lecz po 24 godzinach w 100°C dyspersja byla nietrwala i wytworzyl sie osad wegla. 200g próbke tej dyspersji ogrzano do okolo 30°C i dodano do niej 16g wody destylowanej.Mieszanine mieszano stosujac szybkoobrotowy mieszalnik wirowy w ciagu 6 minut. Mieszanina o koncowym skladzie 32,2% wagowych wegla, 7,4% wagowych wody i 60,4% wagowych oleju opalowego, byla trwala po 24 godzinach w 100°C i nie wykazywala zadnych oznak osiadania wegla.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania równomiernie rozproszonej dyspersji sypkiego stalego paliwa w oleju i wodzie, zawierajacej 15 do 55% wagowych stalego paliwa, znamienny tym, ze stale paliwo rozdrabnia sie w srodowisku oleju, bez dostepu powietrza, az do zmniejszenia sredniego wymiaru czastek stalego paliwa do wielkosci w zakresie 1 do 15 mikronów, do wytworzonej dyspersji stalego paliwa i oleju dodaje sie wode i homogenizuje sie wytworzona mieszanine stalego paliwa, oleju i wody. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze sredni wymiar czastek stalego paliwa zmniejsza sie do wielkosci w zakresie 2 do 8 mikronów. 3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze dyspersja zawiera 1 do 15% wagowych wody. 4. Sposób wedlug zastrz. 3, znamienny tym, ze dyspersja zawiera 5 do 10% wagowych wody. 5. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jako sypkie stale paliwo stosuje sie wegiel, wegiel rafinowany rozpuszczalnikiem, koks weglowy lub koks naftowy. 6. Sposób wedlug zastrz. 5, znamienny tym, ze jako sypkie stale paliwo stosuje sie wegiel bitumiczny.125850 5 7. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stale paliwo wstepnie rozdrabnia sie na czastki o wymiarach nie wiekszych niz 250 mikronów przed rozdrabnianiem w srodowisku oleju. 8. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jako olej stosuje sie frakcje oleju opalowego pochodzacego z ropy naftowej o lepkosci nie wiekszej niz 6,0X 10"4m2/s w temperaturze 50°C. 9. Sposób wedlug zastrz. 8, znamienny tym, ze jako olej stosuje sie frakcje oleju opalowego pochodzacego z ropy naftowej o lepkosci nie wiekszej niz 3,7X 10"4m2/s w temperaturze 50°C. 10. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze rozdrabnianie prowadzi sie w mlynie kulowym. 11. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze homogenizacje przeprowadza sie szybkoobro¬ towym mieszalniku wirowym. PL PL

Claims

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania równomiernie rozproszonej dyspersji sypkiego stalego paliwa w oleju i wodzie, zawierajacej 15 do 55% wagowych stalego paliwa, znamienny tym, ze stale paliwo rozdrabnia sie w srodowisku oleju, bez dostepu powietrza, az do zmniejszenia sredniego wymiaru czastek stalego paliwa do wielkosci w zakresie 1 do 15 mikronów, do wytworzonej dyspersji stalego paliwa i oleju dodaje sie wode i homogenizuje sie wytworzona mieszanine stalego paliwa, oleju i wody.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze sredni wymiar czastek stalego paliwa zmniejsza sie do wielkosci w zakresie 2 do 8 mikronów.

3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze dyspersja zawiera 1 do 15% wagowych wody.

4. Sposób wedlug zastrz. 3, znamienny tym, ze dyspersja zawiera 5 do 10% wagowych wody.

5. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jako sypkie stale paliwo stosuje sie wegiel, wegiel rafinowany rozpuszczalnikiem, koks weglowy lub koks naftowy.

6. Sposób wedlug zastrz. 5, znamienny tym, ze jako sypkie stale paliwo stosuje sie wegiel bitumiczny.125850 5

7. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stale paliwo wstepnie rozdrabnia sie na czastki o wymiarach nie wiekszych niz 250 mikronów przed rozdrabnianiem w srodowisku oleju.

8. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jako olej stosuje sie frakcje oleju opalowego pochodzacego z ropy naftowej o lepkosci nie wiekszej niz 6,0X 10"4m2/s w temperaturze 50°C.

9. Sposób wedlug zastrz. 8, znamienny tym, ze jako olej stosuje sie frakcje oleju opalowego pochodzacego z ropy naftowej o lepkosci nie wiekszej niz 3,7X 10"4m2/s w temperaturze 50°C.

10. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze rozdrabnianie prowadzi sie w mlynie kulowym.

11. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze homogenizacje przeprowadza sie szybkoobro¬ towym mieszalniku wirowym. PL PL