DE2608474A1

DE2608474A1 - Verfahren zum verringern der absetzrate zerkleinerter, poroeser feststoffe in einer wasser-feststoffe-aufschlaemmung

Info

Publication number: DE2608474A1
Application number: DE19762608474
Authority: DE
Inventors: William B Gogarty; Jun Lavaun S Merrill
Original assignee: Marathon Oil Co
Current assignee: Marathon Oil Co
Priority date: 1975-04-18
Filing date: 1976-02-27
Publication date: 1976-10-28
Also published as: CA1047073A; GB1510283A; IT1056776B; ATA285076A; HU172985B; BR7601825A; US4008924A; FR2307734A1; AR210597A1; IN145195B; AU1315276A; AT346451B

Description

Es werden zerkleinerte Feststoffe mit einer spezifischen Dichte von größer als 1,0 und einer Porosität von größer als etwa 10% in Suspension in einer Flüssigkäts-Feststoffe-Aufschlämmung dadurch gehalten, daß die Poren der Feststoffe mit einer Substanz gesättigt werden, die eine spezifische Dichte von kleiner als 1,0 aufweist.

Die Erfindung betrifft ein Verfären zum Transportieren, z.B. in einem Leitungssystem, einer wässrigen Aufschlämmung, die zerkleinerte Feststoffe enthält.

Das Transportieren von Feststoffteilchen durch Pipelines ist ein wirtschaftlich interessantes Verfahren zur Bewegung von Massengütern über lange Entfernungen geworden. Dieses Verfahren hat sich als wirksam für den Transport von Kohle, Schwefel, Wachs und anderen Fettstoffen erwiesen, die in Teilchenform umgewandelt werden können. Das Feststoffmaterial wird allgemein durch Pulverisierung, Scheren oder andere Abbauverfahren zerkleinert, in einem flüssigen Trägermedium suspendiert und sodann unter Druck in ein Leitungssystem, z.B. eine Pipeline eingedrückt. Wenn die Dichte des zerkleinerten Materials wesentlich größer als diejenige des flüssigen Trägers ist, neigen die Teilchen dazu, sich auf dem Boden der Pipeline abzusetzen, insbesondere dort wo der Fluß der Aufschlämmung behindert wird oder an niedrigen Stellen in der Pipeline. Dieses Problem ist besondes ausgeprägt, wenn der Fluß durch die

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Pipeline unterbrochen wird oder wenn das zerkleinerte Material dazu neigt, sich zu agglomerieren. Das Absetzen der Feststoffteilchen kann zu einem Verstopfen, Blockieren der Pumpen und erheblicher Druckgardienten innerhalb der Pipeline führen. Es ist mögich, eine homogene Flüssigkeits-Feststoff-Aufschlämmung dadurch zu approximieren, daß der Fluß der Aufschlämmung unter turbulenten Fließbedingungen gehalten wird (z.B. bei einer Reynolds Zahl von größer als etwa 4000); jedoch ergeben sich zwangsläufig hohe Pumpkosten .

Die US-PS 3 432 209 lehrt das Verringern der Absetzrate anorganischer Salze in einer Aufschlämmung aus Erdöl und anorganischem Salz dadurch, daß der Aufschlämmung ein anionisches Sulfonat-Dispergiermittel zugesetzt wird. Das Dispergiermittel haftet an den Salzkörnern, wodurch die Dichte des Komplexes verringert wird.

Die ÜS-PS 3 264 038 lehrt ein Schützen eines Feststoffes gegenüber einer Trägerflüssigkeit dadurch, daß der Feststoff mit einem Material überzogen wird, das in dem Flüssigkeitsträger unlöslich ist und sich mit demselben nicht umsetzt.

Die US-PS 3 359 040 lehrt das Absorbieren von Wasser auf der Oberfläche eines festen pulverförmigen Materials und sodann Vermischen des Feststoffes mit einem Khlenwaseerstoffträger.

Die US-PS 3 637 263 lehrt den Transport einer Wasser-Kohle-Aufschlämmung vermittels Einarbeiten in die Aufschlämmung eines anorganischen, feinverteilten, wasserunlöslichen, festen Trägers, der eine spezifische Dichte von größer als 1,6 aufweist.

Die US-PS 3 389 714 lehrt ein Erhöhen der Piampfähigkeit viskoser Flüssigkeiten und Flüssigkeit-Feststoff-Aufschlämmungen vermittels Zusatz eines Fluids zu der Flüssigkeit und Halten der Flüssigkeit unter einer ausreichenden Temperatur und Druck zwecks Halten des Fluids in einem gasförmigen Zustand. Das gasförmige Fluid wird in der Flüssigkeit adsorbiert, wodurch die Viskosität derselben verringert wird.

Nach dem Stand der Technik sind auch Verfahren zum Verringern der Neigung einiger Teilchenarten für das Ausbilden von Agglomeraten in den Flüssigkeits-Feststoff-Aufschlämmungssystemen bekannt geworden.

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ORIGINAL INSPEGTiO

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So lehrt z.B. die US-PS 3 269 401 ein Erleichtern des Flusses eines wachsenthaltenden Öls durch Pipelines dadurch, daß in dem öl bei erhöhtem Druck und über dem Stockpunkt des Öls ein Gas aufgelöst wird, das Stickstoff, Kohlendioxid, Kamingas, Kohlenwasserstoffe mit weniger als 3 Kohlenstoffatomen und Gemische derselben sein kann. Wenn der Fluß durch die Pipeline unterbrochen wird, erfolgt eine Verringerung des Drucks in der Pipeline unter den Trennpunkt, wodurch dich das Gas von dem öl in Form kleiner Bläschen trennt. Diese Bläschen assoziieren dann mit den vorliegenden und neu gebildeten Wachskristallen und hierdurch wird die Ausbildung mechanisch fester Wachsstrukturen verhindert.

Die US-PS 3 292 647 lehrt ein wachsenthaltendes öl bei einer Temperatur unter dem Stockpunkt des Wachses ausreichenden Scherkräften zu unterwerfen, wodurch die Wachsstruktur in feine Dispersion aufgebrochen wird, sowie ein Gas in das Öl einzudrücken, wodurch ein erneutes Wachstum der Wachskristalle verhindert wird.

Der Stand der Technik lehrt jedoch in keinem Fall eine Arbeitsweise zum Verringern der effektiven Dichte poröser Feststoffe in einer Flüsiigkeits-Feststoff-Aufschlämmung.

Erfindungsgemäß werden Feststoffe mit einer spezifischen Dichte von größer als 1,0 und einer Porösität von größer als etwa 10% in Suspension in einer Flüssigkeits-Feststoff-Aufschlämmung dadurch gehalten, daß die Feststoffe auf einen durchschnittlichen Durchmesser von kleiner als etwa 2000 Mikron zerkleinert, die Poren der zerkleinerten Feststoffe mit einer Flüssigkeit gesättigt werden, die eine spezifische Dichte von kleiner als etwa 1,0 aufweist, z.B. ein einfacher flüssiger Kohlenwasserstoff und sodann die zerkleinerten Feststoffe in der Flüssigkeit auigeschlämmt werden, wobei die Flüssigkeit vorzugsweise Wasser ist für den nachfolgenden Transpott. Die Flüssigkeit niedriger Dichte sollte nicht mit der Trägerflüssigkeit mischbar sein und verbleibt so mit den Feststoffteilchen assoziiert, wodurch die effektive Dichte der Teilchen bezüglich der Trägerflüssigkeit verringert wird.

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ORIGINAL INSPECTED

Für das erfindungsgemäße Verfahren geeignete Feststoffe können beliebige Feststoffe sein, die eine spezifische Dichte von größer als etwa 1,0, eine durchschnittic he Porösität von größer als 10% aufweisen, und die weiterhin sich nicht mit der Trägerflüssigkeit umsetzen und in derselben unlöslich sind. Beispiele für bevorzugte Feststofie sind Kohle hoher Porösität, erhitzte oder kalzinierte Kohle, insbesondere Kohle, aus der die flüächtigen Anteile entfernt wordensind, vergaste Kohle, Kohlegrude, Koks, in der Retorte behandelter Ölschiefer, poröse Gesteinsgemische derselben? Kohle ist hier so definiert, daß die unterschiedlichen Klassifikationen der Kohle, wie Lignit, Braunkohle und Anthrazit eingeschlossen sind. Insbesondere bevorzugte Feststoffe sind Kohle und Koks. Die Feststoffe sollten eine spezifische Dichte von größer als etwa 1,0, stärker bevorzugt von größer als etwa 1,2 und insbesondere bevorzugt von größer als etwa 1,4 aufweisen. Die Feststoffe sollte eine Porösität von etwa 10% bis etwa 80%, stärker bevorzugt von etwa 20 bis etwa 70% und insbesondere bevorzugt von etwa 30 bis etwa 60% auf der Volumengrundlage des Feststoffes aufweisen, um so ausreichende Mengen eines Materials niedriger Dichte festzuhalten unter wesentlichem Verringern der effektiven Dichte des zerkleinerten Feststoffe nach Aufschlämmen in der Trägerflüssigkeit. Das Feststoffmaterial wird pulverisiert, geschert oder in anderer Weise auf eine durchschnittliche Teilchengröße von etwa 0,1 bis etwa 2000 Mikron, stärker bevorzugt auf etwa 25 bis etwa 1000 Mikron und insbesondere bevorzugt auf etwa 75 bis etwa 500 Mikron abgebaut. Das Verfahren ist auf jede Teilchengröße anwendbar, die mit einer Flüssigkeit als eine Aufschlämmung transportiert werden kann, wenn auch das Vorliegen wesentlicher Mengen von Teilchen größer als etwa 2000 Mikron zu einem Verstopfen, Blockieren usw. des Leitungssystems durch die sich ergebende Aufschlämmung führen kann. Es ist bevorzugt, daß 95% der zerkleinerten Feststoffe durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 1,2 mm hindurchgehen.

Die Poren der zerkleinerten Feststoffe werden sodann im wesentlichen gesättigt, d.h. vorzugsweise zu wenigstens etwa 75%, mit einem Fluid, das eine spezifische Dichte von kleiner als etwa 1,0, stärker bevorzugt von kleiner als etwa 0,8 und insbesondere bevorzugt von kleiner als etwa 0,8 aufweist, das im Inneren der

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Poren des Feststoffes bei der sich anschließenden Aufschläinmung mit der Trägerflüssigkeit zurückgehalten wird. Das Fluid ist vorzugsweise mit der Trägerflüssigkeit nicht mischbar und weist stärker bevorzugt gute Festhalteeigenschaften in den Poren des Feststoffes auf, und hierbei ist insbesondere bevorzugt, daß dasselbe die Poren der Feststoffe benetzt. Zu bevorzugten Fluids gehören flüssige Kohlenwasserstoffe und substituierte Abkömmlinge derselbn, wie z.B. Kohlenwasserstoffe mit weniger als 5 Kohlenstoffatomen in dem Molekül, und bezüglich der letzteren können erhöhte Druckwerte erforderlich sein, um die Kohlenwasserstoffe in einem flüssigen Zustand in den Poren der Teilchen zu halten. Beispiele von besonders bevorzugten Kohlenwasserstoffen sind Pentan, Hexan, Benzol usw. Zu weiteren geeigneten Kohlenwasserstoffen gehören Rohöl, teilweise raffinierte Fraktionen des Rohöls und raffinierte Fraktionen des Rohöls. Das Fluid sollte nicht mit Konzentrationen und/oder unter Bedingungen in der Pipeline dergestalt vorliegen, daß bezüglich der Pumpanlagen des Pipelinesystems auftretende Kavitationen zu einer erheblich nachteiligen Einwirkung auf die Pumpfähigkeit der Aufschlämmung führen.

Bezüglich der praktischen Ausführung kann die Sättigung der Poren für die zerkleinerten Feststoffe mit dem Fluid niedriger Dichte dadurch erreicht werden, daß die zerkleinerten Feststoffteilchen in dem entsprechenden Produkt, z.B. der Flüssigkeit, etwa 5 Minuten lang dadurch gekocht werden, daß vor dem Inberührungbringen des zerkleinerten Feststoffes mit dem Fluid ein Vakuum z.B. dadurch erzeugt wird, daß heiße Teilchen in den kalten Kohlenwasserstoff eingeschüttet werden oder indem das Fluid mit den Feststoffen unter Vakuumbedingungen in Berührung gebracht wird, bzw. die Poren der Feststoffteilchen so behandelt werden, daß sich eine Verbesserung der Adsorption und/oder des Festhaltens des Fluids ergibt, oder indem man andere auf dem einschlägigen Gebiet bekannte Verfahren anwendet. Ein einfaches Vermischen der Teilchen mit dem flüssigen Kohlenwasserstoff bei etwa der gleichen Temperatur wird allgemein nicht ausreichend sein, um ein Festhalten einer ausreichenden Menge des Fluids innerhalb des porösen Feststoffes zu bedingen.

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Nach der Sättigung der Feststoffteilchen mit dem Fluid niedriger Dichte werden die Teilchen in einem flüssigen Träger aufgeschlämmt, wobei es sich vorzugsweise um eine anorganische Trägerflüssigkeit, z.B. Wasser, handelt. Die Trägerflüssigkeit sollte nicht mit dem Fluid niedriger Dichte mischbar sein. Die Aufschlämmung kann etwa 5 bis etwa 70%, vorzugsweise etwa 20 bis etwa 60% und stärker bevorzugt etwa 30 bis etwa 50% auf der Gewichtsgrundlage der zerkleinerten Feststoffe enthalten. Die behandelten zerkleinerten Feststoffe sind vorzugsweise nicht mit der Trägerflüssigkeit umsetzbar und in derselben unlösbar. Aufgrund wirtschaftlicher Überlegungen und der Verfügbarkeit des flüssigen Trägers wird Wasser allgemein die bevorzugte Trägerflüssigkeit sein, wenn auch für den Fachmann natürlich andere Äquivalente auf der Hand liegen.

Die Aufschlämmung kann in Masse transportiert werden, z.B. durch einen Tankwaggon, Tanklastwagen oder Tankschiff, wird jedoch vorzugsweise unter Druck durch ein Leitungssystem, wie eine Pipeline, transportiert. Da die erfindungsgemäß behandelten zerkleinerten Feststoffe eine Dichte aufweisen, die stärker angenähert an diejenige der Trägerflüssigkeit als lediglich der Feststoffe ist, kann die Aufschlämmung leichter durch eine Pipeline unter Laminaroder Transitionalfließbedingungen über erhebliche Zeitspannen hin transportiert werden, ohne daß es zu einem wesentlichen Absetzen der Flüssigkeitsteilchen kommt. Weiterhin und bedingt durch die niedrige scheinbare Dichte der zerkleinerten Feststoffe wird die fließende Aufschlämmung einen verringerten Druckabfall unter allen Fließbedingungen zeigen. Dort wo es die Bedingungen zulassen, kann jedoch auch ein Transport unter turbulenten Fließbedingungen kurzfristig zur Ausführung kommen, um so die Homogenität der Aufschlämmung wieder herzustellen.

Das Sättigen der Poren des Feststoffes vor dem Aufschlämmgen der Feststoffe in der Trägerflüssigkeit bedingt auch die weitere günstige Wirkung eines Verhinderns der Sorption des Trägers durch die Feststoffteilchen, wodurch eine unzweckmäßige Zunahme der

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Aufschlämmungskonzentration und Benetzen der Teilchen durch die Trägerflüssigkeit in Fortfall kommt.

Nach Erreichen des Bestimmungsortes kann die Aufschlämmung vermittels allgemein bekannter Verfahrensweisen getrennt werden. Wenn jedoch das feste Material Kohle, Koks oder ähnliche feste Brennstoffe darstellt, sowie das Fluid niedriger Dichte ein flüssiger Kohlenwasserstoff ist, ist es nicht erforderlich das Fluid niedriger Dichte von dem festen Brennstoff abzutrennen, da beide Bestandteile gleichzeitig für Heizzwecke, usw. angewandt werden können.

Der Erfindungsgegenstand wird nachfolgend anhand eines Ausführungsioeispiels erläutert:

Beispiel

Es wird eine 2,28 kg Probe einer Braunkohle aus Beulah Seam, Nord-Dakota, USA, dergestalt pulverisiert, daß 95% der sich ergebenden Teilchen durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 1,2 mm hindurchgehen. Die Teilchen werden bei einer Temperatur von 1000 C 1 Stunde lang verkohlt. Die sich ergebenden Grudeteilchen besitzen eine durchschnittliche Porösität von 45% und werden in einem Behälter mit einem gleichen Volumen an η-Hexan gebracht. Das Ge misch wird zum Sieden erhitzt, 5 Minuten lang am Sieden gehalten und man läßt sodann abkühlen. Das überschüssige η-Hexan wird von dem Gemisch abgegossen. Die gesättigten Grudeteilchen werden sodann mit Wasser aufgeschlämmt und in einer Pipeline mit einem Durchmesser von 2,5 cm mit der kritischen Geschwindigkeit der Aufschlämmung transportiert. Der Druckabfall in der Pipeline für die n-Hexangesattigten Teilchen ist 12% geringer als für die mit Wasser gesättigten Teilchen bei der gleichen Konzentration. An dem Bestimmungsort wird das Wasser von den Teilchen vermittels Zentrifugieren getrennt. Die Teilchen werden sodann erhitzt und ein erheblicher Teil des eingeschlossenen η-Hexans zurückgewonnen.

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Claims

Patentansprüche

ί 1.^erfahren zum Transportieren zerkleinerter Feststoffteilchen mit einer spezifischen Dichte von gößer als etwa 1,0 und einer Porosität von größer als etwa 10% in einem flüssigen Träger als eine Aufschlämmung, dadurch gekennzeichnet , daß die Poren der Peststoffe mit einem Fluid im wesentlichen gesättigt werden, das eine spezifische Dichte von kleiner als etwa 1,0 aufweist und mit den Flüssigkeitsträger nicht mischbar ist, bevor die Feststoffe in dem Träger aufgeschlämmt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Feststoffe Kohle, teilweise vergaste Kohle, vergaste Kohle, kalzinierte Kohle, Retorten-Ölschiefer, Koks, Kohlegrude oder Gemische derselben angewandt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Feststoffe angewandt werden, die eine spezifische Dichte von größer als etwa 1,2 aufweisen.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennz eichnet, daß als Fluid ein flüssiger Kohlenwasserstoff angewandt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Flüssigkeit angewanfl-fc. wird, die eine spezifische Dichte von kleiner als etwa 0,9 aufweist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als flüssiger Träger Wasser angewandt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschlämmung durch eine Pipeline transportiert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufschlämmung angewandt wird, die etwa 5 bis etwa 70% auf der Gewichtsgrundlage der Feststoffe enthält.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Feststoffe angewandt werden, die auf eine durchschnittliche Teilchengröße von etwa 0,1 bis etwa 2000 Mikron zerkleinert worden sind. 609844/0293 -9-
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennz eichnet, daß die Aufschlämmung in einem Pipeline-System transportiert wird, und das Fluid nicht mit Konzentrationen und unter Bedingungen in der Pipeline dergestalt vorliegt, daß die Kavitation der Pumpvorrichtung innerhalb des Systems zu einer erheblichen Nachteiligen Einwirkung auf die Pumpfähigkeit der Aufschlämmung führt.
11. Verfahren zum Transport von Feststoffen mit einer spezifischen Dichte von größer als etwa 1,0 und einer durchschnittlichen Porosität von größer als etwa 10% unter Zerkleinern der Feststoffe auf eine durchschnittliche Teiächengrößevon etwa 0,1 bis etwa 2000 Mikron, Aufschlämmen der Feststoffe in einem wässrigen Träger und sodann Transportieren der Aufschlämmung durch eine Pipeline, dadurch gekennzeichnet , daß die Poren der Feststoffe mit einer Flüssigkeit gesättigt werden, die eine spezifische Dichte von kleiner als etwa 1,0 aufweist bevor ein Aufschlämmen der Feststoffe in dem Träger erfolgt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Flüssigkeit angewandt wird, die mit dem wässrigen Träger nicht mischbar ist.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssigkeit ein flüssiger Kohlenwasserstoff angewandt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Flüssigkeit angewandt wird, die eine spezifische Dichte von kleiner als etwa 0,9 aufweist.
15. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Feststoffe Kohle, teilweise vergaste Kohle, vergaste Kohle, kalzinierte Kohle, Retorten-Ölschiefer, Koks, Grude oder Gemische derselben angewandt werden.
16. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß Feststoffe angewandt werden, die eine spezifische Dichte von größer als etwa 1,2 aufweisen.

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-ΙΟΙ 7. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennz eichnet, daß eine Aufschlämmung aagewandt wird, die etwa 5 bis etwa 70% auf der Gewichtsgrundlage der Feststoffe enthält.

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