DE2708969A1

DE2708969A1 - Kohle-oel-dispersion

Info

Publication number: DE2708969A1
Application number: DE19772708969
Authority: DE
Inventors: Roger John Russel Cairns
Original assignee: BP PLC
Current assignee: BP PLC
Priority date: 1976-03-05
Filing date: 1977-03-02
Publication date: 1977-09-08
Also published as: AU2287477A; AU506660B2; ZA771186B; FR2343039A1; FR2343039B1; DE2708969C2; GB1523193A; BE852096A; US4330300A; PL111049B1

Description

VONKREISLER SCHÖNWALD MEYE* EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING

PATENTANWÄLTE Dr.-Ing. von Kreisler f 1973

Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln Dr.-Ing. Th. Meyer, Köln Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden Dr. J. F. Fues, Köln Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln Dipl.-Chem. Carolo Keller, Köln Dipl.-Ing. G. Selling, Köln

Ke/To.

5 KÖLN 1 , 1. März 1977

DEICHMANNHAUS AM HAUPlUAMNHOF

THE BRITISH PETROLEUM COMPANY LIMITED, Britannic House, Moor Lane, London, EC2Y 9BU (England)

Kohle-Öl-Dispersionen

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Kohle-Öl-Dispersionen.

Aufschlämmungen von Kohle in öl sind schon früher beschrieben worden, beispielsweise in der GB-PS 975 687. Während diese Aufschlämmungen sich in Rohrleitungen ähnlich sich nicht absetzender Newtonscher-Flüssigkeiten verhalten, scheiden sie sich beim Stehen ab. Aus diesem Grunde sind diese Aufschlämmungen für den unmittelbaren Gebrauch nach der Herstellung oder für den Transport in Rohrleitungen geeignet, nicht aber zur Lagerung oder für den Transport durch Tanker.

Es wurde nunmehr überraschenderweise ein Verfahren für die Herstellung von beständigen Kohle-Öl-Dispersionen, die sowohl gepumpt als auch gelagert werden können, gefunden.

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Telelon: 102 21) 23*541-4 · Telex: 8882307 dopa d ■ Telegramm: Dompalenl Köln

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren für die Herstellung einer Kohle-Öl-Dispersion zur Verfügung gestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß Kohle in einem Gasöl oder einer schwereren Erdölfraktion solange vermählen wird, bis sich beim Abstoppen des Mahlvorganges eine beständige Dispersion ergibt.

Unter "beständige Dispersion" wird eine Dispersion verstanden, die sich nicht in Schichten ihrer Bestandteile beim Stehen bei Umgebungstemperatur während mindestens 6 Monaten trennt.

Der Mahlvorgang kann in einer schwingenden oder rüttelnden Kugelmühle durchgeführt werden.

Es ist zweckmäßig, während des Mahlvorganges die Luft soweit als möglich auszuschließen. Dies kann im Falle einer schwingenden Kugelmühle leicht erreicht werden, indem die Mühle zunächst mit dem öl und dann mit den Kugeln und der Kohle gefüllt wird. Ein geeignetes Verfahren besteht darin, die Mühle zunächst mit dem öl zu füllen, dann die Hälfte der Kugeln, dann die Kohle und schließlich den Rest der Kugeln zuzugeben. Im Falle einer rüttelnden Kugelmühle sollten zunächst die Kugeln eingefüllt werden, worauf dann das öl und schließlich die Kohle zugegeben werden.

Wird eine Kugelmühle verwendet, ist es selbstverständlich angebracht, Kugeln aus einem Material zu verwenden, das nicht mit der Kohle reagiert und das sich während des Mahlvorganges nicht übermäßig abnutzt. Kugelmühlen enthalten normalerweise Stahl- oder Glaskugeln, und diese können für den vorliegenden Zweck verwendet werden. Bevorzugt werden Kugeln aus einem Hartstahl.

Ein Magnetfilter kann verwendet werden, um kleine Stahlteilchen aus der Mischung zu entfernen. Außerdem kann

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ein Kreislaufsystem Verwendung finden, in dem die Aufschlämmung durch ein äußeres Magnetfilter gepumpt und dann zu der Mühle zurückgeführt wird.

Vorzugsweise wird als Kohle in dem Mahlverfahren eine bituminöse Kohle mit einer Teilchengröße von weniger als 250.um verwendet.

Vorzugsweise wird der Mahlvorgang fortgesetzt, bis die Teilchengröße auf weniger als 10,um herabgesetzt ist, was üblicherweise eine Zeit von 6 Minuten nicht überschreiten wird. Teilchen, die größer sind als 10,um neigen dazu, sich beim Lagern leicht abzusetzen.

Vorzugsweise wird die Kohle in einer solchen Menge verwendet, daß eine Kohle-Öl-Dispersion mit bis zu 55 Gew.-% Kohle, bezogen auf das Gewicht der Gesamtdispersion, erhalten wird. Besonders bevorzugt wird die Kohle in einer Menge verwendet, die ausreichend ist, um eine Dispersion mit mindestens 15 Gew.-% Kohle zu erhalten. Wenn die Kohle-Konzentration 55 Gew.-% überschreitet, kann die erhaltene Dispersion zu feststoffähnlich sein, um noch gepumpt werden zu können.

Vorzugsweise ist das Öl ein Heizöl, insbesondere ein Heizöl mit einer Viskosität von nicht mehr als 3500 Sekunden Redwood Nr. 1. Die erwünschte Viskosität kann, wenn erforderlich, durch Verschneiden eingestellt werden. Derartige Kohle-Heizöl-Dispersionen sind geeignet zur Verwendung in Hochöfen, Zementöfen und Kraftwerken.

Auch Dieselöl kann zum Einsatz kommen, und die Dispersionen können dann als Treibstoff für Dieselmotore niedriger Geschwindigkeit Verwendung finden. In diesem Falle sollten die Kohleteilchen ausreichend klein sein, um nicht als Schleifmittel zu wirken, d.h. sie sollten kleiner als

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2 ,um sein.

Im Falle bestimmter schwererer Heizölfraktionen kann es notwendig sein, diese zu erhitzen, um sie ausreichend beweglich für die Verwendung als Mahlflüssigkeit zu machen.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Ein schweres Heizöl und eine Botswana-Kohle werden als Komponenten der Dispersion verwendet. Das Heizöl war ein Heizöl mit einer Viskosität von 3500 Sekunden Redwood Nr.1, das mit einem Gasöl mit einer Viskosität von 35 Sekunden Redwood Nr. 1 verschnitten war unter Bildung eines Produktes mit einer Viskosität von 950 Sekunden Redwood Nr. Es hatte die folgenden Eigenschaften:

Stockpunkt 21°C

kinematische Viskosität bei 98,9°C 17,9 cSt

76,7°C 37,8 cSt

60°C 77,2 cSt spezifisches Gewicht 15,6°C/15,6°C 0,953

Wassergehalt 0,6 Gew.-%

Die Kohle stammte aus dem Morupule-Kohlegebiet, Reference C 6388; Box cut Reference ADA.

Sie hatte die folgenden Werte bei der Elementaranalyse, jeweils in Gew.-%:

C 59,7

H 2,9

0 11,3

S 2,6

^{N X}'³⁵

Aschegehalt 22,5

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-JR -

Die Kohle wurde vor dem Vermählen in Gegenwart des Heizöles bis zu einer Teilchengröße von weniger als 250,um Durchmesser vorgemahlen.

Die Vermahlung erfolgte in einer mit einem Rührer ausgestatteten Kugelmühle, die von der Firma Willy Bachofen Maschinenfabrik, Basel, Schweiz, unter dem Warenzeichen "Dyno-Mill" Typ KDL bezogen wurde. Die Mühle wies einen Zylinder mit einem inneren Durchmesser von 7,7 cm und einer Länge von 15 cm auf, der mit seiner Achse in Horizontalstellung befestigt war; die Achse wies drei Scheiben mit einem Durchmesser von 6,4 cm auf. Der Zylinder war mit 500 ml Stahlkugeln, die einen Durchmesser von 1 mm hatten, gefüllt.

Ein Liter auf 60°C erwärmtes Heizöl und 660 g gemahlene Kohle wurden in einem hochtourigen Vortex-Mischer während 5 Minuten dispergiert. Ein Liter dieses Gemisches wurde durch die oben beschriebene Mühle innerhalb von 3 Minuten hindurchgepumpt, was einer Pumpgeschwindigkeit von 333 ml/Minute entspricht. Die Achse rotierte mit einer Geschwindigkeit von 4500 UpM, was einer Scheibenumfangsgeschwindigkeit von 15 m/Sekunde entspricht.

Das Produkt wurde dann gesammelt und durch die Mühle innerhalb von 6,5 Minuten, also· mit einer niedrigeren Fließgeschwindigkeit hindurchgegeben. Dieses Verfahren wurde dreimal mit der anfänglichen Fließgeschwindigkeit wiederholt, so daß das Produkt insgesamt fünfmal durch die Mühle hindurchgeleitet wurde mit einer Gesamtverweilzeit in dem System von 18,5 Minuten. Die Verweilzeit des Gemisches in der Mahlkammer der Mühle betrug etwa 6 Minuten.

Das erhaltene Produkt war eine dicke, schwarze, glänzende, homogene, halbflüssige Masse, die 41 Gew.-% (32 Vol.-%) Kohle enthielt. Die Teilchengröße der Kohle war auf einen

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Durchmesser von etwa 2.um reduziert worden. Die Dispersion hatte einen Stockpunkt von 27°C. Sie stellte ein thixotropes Material mit einem fettähnlichen Aussehen dar. Rheologische Messungen wiesen darauf hin, daß sie sich gesetzmäßig wie eine Flüssigkeit (a power law fluid) mit einer unmeßbar kleinen Fließgrenze (yield stress) verhält. Die Dispersion war 11 Monate nach der Herstellung noch beständig. Während dieser Zeit hatte die Umgebungstemperatur zwischen 18° und 33°C geschwankt.

Beispiel 2

Eine Probe einer Illinois-Kohle Nr. 6 wurde in einer weiteren Probe des Heizöles des Beispieles 1 mit einer Viskosität von 950 Sekunden Redwood Nr. 1 dispergiert. Die Kohle hatte gemäß Elementaranalyse die folgenden Werte, jeweils in Gew.-%:

C 71,1

H 4,7

0 10,5

S ' 3,15

N 1,4

Aschegehalt 10,0

Die Kohle wurde vor dem Vermählen in Gegenwart des Heizöles bis zu einer Teilchengröße von weniger als 400 ,um Durchmesser vorgemahlen. Der Mahlvorgang wurde in einer größeren, mit einem Rührer ausgestatteten Kugelmühle durchgeführt, die unter der Bezeichnung "Dyno-Mill" Typ KD5 von der Firma Willy Bachofen Maschinenfabrik bezogen worden war.

Etwa 18,25 Liter (4 gallons) Heizöl und 4,9 kg vorgemahlene Kohle wurden unter Verwendung eines geeigneten Mischers, beispielsweise eines Taumelscheibenmischers (pitched circular disc mixer),7 Minuten unter Bildung einer groben Dispersion dispergiert. Diese wurde zunächst durch die

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a'"

Dyno-Mühle mit 68 Liter pro Stunde gepumpt und dann mit 34 Liter pro Stunde rezykliert. Die Gesamtverweilzeit in der Mahlkammer der Mühle betrug 6,6 Minuten. Die erhaltene Dispersion enthielt 28 Gew.-% Kohle und hatte eine durchschnittliche Teilchengröße von etwa 2,5,um.

Obwohl das Produkt unter Verwendung einer anderen Kohle und in einem größeren Maßstab hergestellt worden war, hatte es ähnliche Eigenschaften und Aussehen wie das im Beispiel 1 beschriebene Produkt. Die Stabilität konnte nicht über eine solch lange Zeit untersucht werden, doch war nach 3 Monaten noch kein Anzeichen einer Trennung der Dispersion zu erkennen.

Beispiel 3

Das verwendete öl war eine Anthracenölprobe aus der Kohlepyrolyse, die bis zu einem Endwasserstoffgehalt von 8 Gew.-% hydriert worden war. Die Viskosität dieses Öles betrug etwa 3 cSt bei 37,8°C.

Als Kohle wurde die Illinois-Kohle Nr. 6 verwendet, deren Einzelheiten im Beispiel 2 angegeben sind. Die Mahlung erfolgte in der Dyno-Mühle Typ KDL. Die Mahlkammer war mit 500 ml Flußstahlkugeln, Durchmesser 1 mm, gefüllt.

4660 g des hydrierten Anthracenöles wurden mit 1553 g der vorgemahlenen Kohle unter Verwendung eines hochtourigen Vortex-Mischers innerhalb 5 Minuten bei Umgebungstemperatür dispergiert. Das Gemisch wurde dann sofort durch die Dyno-Mühle mit einer Geschwindigkeit von rund 100 ml/Minute gepumpt und im zweiten Durchgang mit einer Geschwindigkeit von 200 ml/Minute und schließlich im dritten Druchgang mit einer Geschwindigkeit von 130 ml/Minute rezykliert. Die Gesamtverweilzeit in der Mahlkammer betrug 7 bis 8 Minuten. Die erhaltene Dispersion, die 25 Gew.-% Kohle, bezogen auf das Gesamtgewicht, enthielt, hatte eine durchschnittliche

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Teilchengröße von rund 2,VUn.

Nach einer Lagerzeit von 3 Monaten bei Umgebungstemperaturen begann die Kohle sich abzuscheiden, erkennbar an der Bildung eines dicken Schlammes von rund 6,35 mm auf dem Boden des Behälters.

Beispiel 3 ist als Vergleichsbeispiel zu werten und nicht als ein Beispiel gemäß der Erfindung. Es zeigt, daß mit einem öl, das nicht eine viskose Erdölfraktion darstellt, Dispersionen gewonnen werden, die nicht beständig sind.

χ·

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung einer Kohle-Öl-Dispersion, dadurch gekennzeichnet, daß Kohle in einem Gasöl oder einer schwereren Erdölfraktion solange vermählen wird, bis sich beim Abstoppen des Mahlvorganges eine beständige Dispersion ergibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mahlvorgang in einer schwingenden oder rüttelnden Kugelmühle durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mahlvorgang unter Luftausschluß durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bituminöse Kohle mit einer Teilchengröße von weniger als 250 ,um vermählen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mahlung fortgesetzt wird, bis die Teilchengröße der Kohle auf weniger als 10,um herabgesetzt worden ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle in einer solchen Menge zugegeben wird, daß eine Kohle-Öl-Dispersion mit bis zu 55 Vol.-% Kohle/ Vol.-% Gesamtdispersion erhalten wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle in einer solchen Menge zugegeben wird, daß eine Kohle-Öl-Dispersion mit mindestens 15 Gew.-% Kohle erhalten wird.

ORIGinml INSPECTED 709836/0889
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Erdölfraktion ein Heizöl verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Heizöl mit einer Viskosität von nicht mehr als 3500 Sekunden Redwood Nr. 1 verwendet wird.

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