DK146184B - Fremgangsmaade til fremstilling af et braendstof indbefattende pulveriseret, renset kul, vand og dispergeringsmiddel - Google Patents

Description

146 m

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til ud fra et kulholdigt udgangsmateriale, som udover kul også indbefatter forureninger, at fremstille en stabiliseret kulopslæmning indeholdende kul i pulveriseret, renset form, sammen med vand og dispergeringsmiddel.

Som bekendt indeholder fx stenkul ligesom mange andre råmaterialer forureninger, som blandt andet indbefatter organisk bundet svovl, diverse metalsulfider og andre metalforureninger, samt jord og lerpartikler. Disse forureninger har skadelig virkning på miljøet og hvis stenkul anvendes som brændsel bør man derfor forhindre udslip af forureningerne til omgivelserne. Tidligere har afbrænding af kul foregået uden anden forudgående rensning af kullet end vask, og man har derfor været henvist til at fjerne forureningerne fra forbrændingsgasserne, hvilket har krævet store og kostbare røggasrensningsanlæg. Blandt andet af denne grund er man mere og mere gået over til at udnytte olie som energikilde i stedet for kul.

Eftersom forbrænding af flydende brændsler, såsom olie, kræver anderledes udformede forbrændingsanlæg end faste brændsler, har overgangen til olie vanskeliggjort en tilbagegang til faste brændsler og yderligere forværret kullets konkurrenceevne overfor olien.

Da imidlertid kul, og navnlig stenkul, udgør en betydelig energireserve, er det i høj grad ønskeligt at forsøge at undgå de ovenfor nævnte ulemper og derved give kullet en forøget konkurrenceevne i forhold til flydende brændsler, såsom olie.

For at eliminere kullets ulempe som fast brændsel har det tidligere været foreslået at overføre kul til et flydende brændsel ved at finfordele og dispergere det i forskellige bærevæsker såsom vand eller kulbrinter. Herved forbedres kullets håndterbarhed og den ellers foreliggende risiko for eksplosion og selvantændelse elimineres. Desuden elimineres miljøulemperne i form af fx tilsmudsning som præger håndteringen af faste kulbrændsler.

Blandt tidligere forslag på at bringe kul i en flydende form ved dispergering i et bæremedium, såsom vand, kan nævnes CA patentskrift nr. 1.072.330.Til forskel fra den foreliggende opfindelse underkastes brændslet imidlertid her en forberedende hydro-termal behandling for at fjerne bundet vand i brændslet, og desuden sættes et konventionelt overfladeaktivt middel til det behandlede brændsel til dispergering.

2 146184

Desuden beskriver det britiske patentskrift nr. 1 469 319 en fremgangsmåde til transport af kul i form af væskeopslæmning, og også i dette patentskrift angives en forberedende varmebehandling for at fjerne bundet vand fra kullet. Det angives desuden at der kan tilsættes konventionelle overfladeaktive stoffer, såsom anion-aktive alkylaryIsulfonater.

Fra det amerikanske patentskrift nr. 3 762 887 kendes desuden et væskeformigt brændsel bestående af partikelformet kul og vand. Ifølge dette patentskrift savnes tilsætning af dispergeringsmiddel.

Ifølge den kendte teknik elimineres således en del af kullets ulemper som fast brændsel, men der tilvejebringes ikke nogen rensning af kulråmaterialet. Det er imidlertid overordentligt vigtigt også at forsøge at tilvejebringe en rensning af kulmaterialet, da en af de vigtigste grunde til at kul ikke udnyttes i større omfang som energiråvare netop er at det indeholder så mange forureninger at det er uegnet set fra et miljøsynspunkt.

Det er opfindelsens formål at forbedre de ovennævnte forhold.

Ifølge den foreliggende opfindelse er det nu lykkedes at eliminere alle de ovennævnte ulemper med kul som brændstof. Således overføres kul ifølge opfindelsen til et flydende brændsel ved dispergering i vand, hvorved kullets håndterbarhed med hensyn til transport og lagring forbedres og den ellers foreliggende risiko for eksplosion og selvantændelse elimineres. Desuden opnås en rensning af kulråmaterialet, hvorved behovet for kostbare og pladskrævende røggasrensningsanlæg formindskes eller elimineres og der tilvejebringes et set fra et miljøsynspunkt tilfredsstillende brændsel.

Formålet med den foreliggende opfindelse opnås ved at man ved dispergeringen af et kulholdigt udgangsmateriale, som udover kul også indbefatter forureninger, tilsætter et dispergeringsmiddel, som ved selektiv adsorption tilvejebringer en forskellig opladning af kulpartiklerne og forureningspartiklerne, og at denne forskellige opladning udnyttes til at fraskille kullet.

Ifølge opfindelsen tilvejebringes en fremgangsmåde til ud fra et kulholdigt udgangsmateriale, som udover kul også indbefatter forureninger, at fremstille en stabiliseret kulopslæmning indeholdende kullet i pulveriseret, renset form, sammen med vand og et dispergeringsmiddel, og fremgangsmåden er ejendommelig ved at udgangsmaterialet blandes med vand, pulveriseres og at der samtidigt uem med eller efter pulveriseringen tilføres et dispergeringsmiddel, som ved selektiv adsorption tilvejebringer en afvigende opladning af kulpartiklerne og forureningspartiklerne og at denne afvigende opladning udnyttes til at separere kullet fra forureningerne og til at stabilisere kulopslæmningen.

Opfindelsen realiseres særlig godt ved anvendelse af de ejendommelige træk der fremgår af de uselvstændige krav.

Eksempler på dispergeringsmiddeltyper der foretrækkes ifølge opfindelsen er polyelektrolytter og polyfosfater. Derimod synes konventionelle overfladeaktive stoffer, såsom alkylarylsulfonater, at mangle evne til at oplade kulpartikler og forureningspartikler på afvigende måde og sådanne overfladeaktive stoffer omfattes derfor ikke af opfindelsen.

Til at underbygge forståelsen af opfindelsen skal fremstillingen af et flydende kulpulverpræparat ifølge opfindelsen beskrives nærmere i det følgende.

Stenkul af egnet slags blandes med vand og pulveriseres til en lille partikelstørrelse. Pulveriseringen udføres hensigtsmæssigt ved vandformaling både med hensyn til eksplosionsrisiko og energiforbrug. For senere at kunne komme til de forureninger som medfølger kulmaterialet bør pulveriseringen ske til en partikelstørrelse der går under 100μ, fortrinsvis under 50μ. For. videre at kunne skabe en så stabil dispersion af kullet i vandet som muligt bør partikelstørrelsen være mindre end 40μ. En partikelstørrelse der går under 40μ er også velegnet set fra et forbrændingssynspunkt, da man derved opnår en forbrænding som ligner den man får hos olie. Det er dog ikke hensigtsmæssigt at drive pulveriseringen alt for langt, dels da det kræver stor energi og dels fordi kolloide partikler med en størrelse på mindre end 1μ vanskeliggør den efterfølgende rensning.

Kulindholdet i kul-vand-blandingen indreguleres under formalingen til en værdi på ca. 1-20 vægt%, hensigtsmæssigt cirka 10 vægt%.

Til dispergering af kullet i vandet tilsættes et dispergeringsmiddel. Dette dispergeringsmiddel kan i og for sig tilsættes efter vådformalingen, men for at støtte formalingsoperationen er det hensigtsmæssigt at dispergeringsmidlet tilsættes sammen i forbindelse med formalingen.

Som tidligere nævnt har dispergeringsmidlet ved opfindelsen evne til at oplade kulpartikler og forureningspartikler på afvigende måde og det vælges fortrinsvis blandt polyelektrolytter og poly- 4 146184 fosfater. Eksempler på velegnede polyelektrolytter er alkalimetalsalte og ammoniumsalte af polykarboxylsyrer, som fx polyakrylsyre. Særlige eksempler på egnede polyelektrolytter er de dispergerings-midler der sælges i form af en 40%'s vandopløsning under varemærket DISPEX®, såsom DISPEX® A40 (ammoniumsalt af polykarboxylsyre), DISPE}^® N40 (natriumsalt af polykarboxylsyre) og DISPExf® G40 (natriumsalt af polyakrylsyre). Blandt disse har DISPE2^ A40 og G40 vist sig at være særligt velegnede i forbindelse med opfindelsen.

Mængden af tilsat dispergeringsmiddel afhænger af det pågældende dispergeringsmiddel som finder anvendelse. Alment kan det siges at indholdet af dispergeringsmiddel skal være tilstrækkeligt til at skabe en så stabil dispersion som mulig af kullet. Generelt bør dispergeringsmiddelindholdet ligge inden for området 0,02-4 vægt%, regnet på vandet, hvortil det kan tilføjes at indhold på under 0,02 vægt% giver næppe mærkbar virkning, mens indhold over cirka 4 vægt% er uøkonomiske. Optimale mængder i det enkelte tilfælde kan let efterprøves af fagmanden på området.

Hvis dispergeringsmidlet, som nævnt ovenfor, tilsættes sammen med eller efter pulveriseringen af kullet (dvs. ved et kulstofindhold på ca. 10 vægt%), har et hensigtsmæssigt indhold af dispergeringsmidlet vist sig at være 0,04-0,4 vægt%, fortrinsvis cirka 0,12 vægts.

Som tidligere nævnt har de særlige dispergeringsmidler, der anvendes ved den foreliggende opfindelse, den egenskab at de oplader partiklerne i kulmateriale-vandblandingen elektrisk, hvorved kulpartiklerne og forureningspartiklerne oplades i forskellig grad. Denne egenskab udnyttes ved opfindelsen for at separere forureningspartiklerne fra kulpartiklerne. Separeringsvirkningen på grund af den forskellige opladning kan kombineres og forstærkes med konventionelle separationsmetoder.

For at rense kul/vand-blandingen ledes den fortyndede blanding til et sedimenteringsanlæg, fx et lamelfilter, hvor blandingen får lov til at sedimentere. På grund af at kulpartiklerne ved opladningen får en højere ladning end forureningspartiklerne vil forureningspartiklerne komme til at sedimentere hurtigere end kulpartik-lerne. Herved renses kul/vand-blandingen således fra forureningspartiklerne .

Da kulmaterialet desuden indeholder magnetiske forureninger US 184 5 i form af fx pyritsvovl er det også hensigtsmæssigt at udføre en magnetisk separation. Denne i og for sig kendte operation kan kombineres med sedimenteringen i form af et for- eller efterbehandlingstrin.

Ved hjælp af den ovenfor beskrevne selektive separeringsteknik kan mere end halvdelen af svovl og andre forureninger fjernes. Således er der ved en kombination af selektiv sedimentering og magnetisk separering fjernet alt pyritisk svovl og svovlindholdet er sænket fra 0,7 til 0,3%.

I stedet for den ovenfor beskrevne selektive sedimentering kan udskillelsen af forureningerne tilvejebringes ved flotation.

På grund af forureningernes lavere opladning sammenlignet med kullet får nemlig forureningerne større tendens til at aggrere og de dannede aggregater kan floteres.

En yderligere alternativ fremgangsmåde til at opnå separation mellem kullet og forureningerne på grund af deres forskellige opladningsgrad er at udnytte deres forskellige vandringshastighed i et elektrisk felt. På grund af den store elektriske modstand i væsken kræver imidlertid en sådan separationsfremgangsmåde en forholdsvis stor mængde energi.

I tilslutning til den ovenfor beskrevne dispergerings- og rensningsbehandling udføres hensigtsmæssigt en koncentrering af den rensede kul/vand-blanding ved at en del af vandet fjernes for at forøge blandingens kulindhold. Hvis blandingen skal transporteres, fx ved pumpning i rør, er udfra et viskositetssynspunkt et kulindhold på cirka højst 40% hensigtsmæssigt. Skal blandingen derimod forbrændes direkte bør kulindholdet forhøjes til cirka 50-80 vægt%, fortrinsvis cirka 55-70 vægt%. Hvis blandingen skal lagres før forbrænding kan kulindholdet forøges yderligere, hvorefter blandingen før forbrændingen fortyndes med vand til et angivet passende kulindhold.

Det vand som fjernes ved forøgelse af kulindholdet indeholder en del dispergeringsmiddel og kan for at give den bedste økonomi derfor hensigtsmæssigt tilbageføres i processen som tilsatsvand til vådformalingen efter eventuel fælning af opløste forureninger. Herved undgås udslip af dispergeringsmiddel i miljøet samtidigt med at tilsætningen af nyt dispergeringsmiddel formindskes.

Som antydet ovenfor kan kul/vand-blandingens vandindhold reguleres alt efter behov ved borttagning eller tilsætning af vand.

6 146184

Til lagring eller transport i bulk kan vandindholdet således nedbringes til et minimum, mens derefter vandindholdet atter kan forøges til rørtransport af blandingen eller forbrænding. Denne mulighed for at manipulere blandingens vandindhold alt efter behov forøger dens håndterbarhed og økonomi og indebærer væsentlige fordele.

Hvis blandingens vandindhold forøges ved tilsætning af vand bør dette vand indeholde dispergeringsmiddel således at blandingens koncentration af dispergeringsmiddel holdes i det væsentlige uforandret.

Samtlige ovenfor omdiskuterede fremgangsmådetrin til fremstilling af den færdige kul/vand-blanding udføres af økonomiske grunde hensigtsmæssigt ved normal omgi vel s es temperatur. Nogen større indvirkning af temperaturen har ikke kunnet konstateres, bortset fra at temperaturen naturligvis må ligge over vandets frysepunkt.

En vis indvirkning af blandingens pH-værdi har derimod kunnet konstateres. Alment kan blandingens pH-værdi ligge ved cirka 5-10. Tilsætning af alkali til en pH-værdi på cirka 7-10 har imidlertid vist sig at have en mærkbar stabiliserende indvirkning på den færdige, koncentrerede kul/vand-blanding.