DE2422606C3 - Verfahren zum Transportieren von getrockneter Kohle durch Leitungssysteme - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Transportieren von getrockneter Kohle als Aufschlämmung durch Leitungssysteme, wobei die Aufschlämmung eine pumpfähige Konsistenz bildet.

Der Transport von Kohle in Form einer Aufschlämmung in Wasser ist bekannt. Einige der bekannten Verfahren bedingen eine Teilchengrößentrennung der Kohle und sodann Aufschlämmen der bevorzugten Teilchengrößen in einer Flüssigkeit sowie Pumpen derselben in einer Pipeline. Es sind organische und anorganische Zusatzmittel für eine verbesserte Suspension der Kohle in Trägerflüssigkeiten angewandt worden.

Der einschlägige Stand der Technik wird durch die nachfolgend abgehandelten Veröffentlichungen wiedergegeben:

Nach der US-PS 2430085 wird eine Kohle für den Transport in Tankwagen dadurch konditioniert, daß dieselbe eine relativ grobe Zerkleinerung mit einer

¹S Teilchengröße eines Durchmessers von etwa 18 mm erfährt und sodann kurzzeitig einem Trocknen bei einer Temperatur von 260° C zugeführt wird.

Nach der US-PS 2791471 wird Kohle in einer Pipeline transportiert vermittels Zerkleinern und Größenklassifizierung der Kohle, Herstellen einer Wasseraufschlämm ung der Kohle und Pumpen der Aufschlämmung. Die in der Aufschlämmung angewandte Kohle liegt zu weniger als 25 Gew.% mit einer Teilchengröße von 1,17 mm oder größer vor.

*5 Nach der US-PS 3 168350 wird Kohle in einer Kohle-Wasser-Aufschlämmung transportiert vermittels Vermischen von groben Kohleteilchen, und zwar 25 Gew.% in einer Größe von größer als 1,17 mm, und feinen Kohleteilchen, und zwar 20 Gew.% kleiner als 0,044 mm. Die vermischten Kohleteilchen stellen 50 Gew.% der Aufschlämmung dar.

Nach der US-PS 3 377 107 werden teilchenförmige Feststoffe in einer Pipeline transportiert vermittels kontinuierlichem Einführen zylindtrförmiger Stopfen aus einer halbstarren Paste in einen Strom der Trägerflüssigkeit.

Nach der US FS 3 389714 wird eine verbesserte Transportierung von Aufschlämmungen in Pipelines dadurch erzielt, daß eine inerte und nicht mischbare Flüssigkeit beigemischt wird zwecks Verringern der Viskosität der Aufschlämmung.

Nach der US-PS 3637263 wird die Kohle in feine und grobe Fraktionen aufgetrennt, jede Fraktion unter Anwenden eines anorganischen Feststoffträgers aufgeschlämmt und jede Aufschlämmungsfraktion getrennt und abwechselnd durch die Pipeline gepumpt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu verschaffen vermittels dessen es möglich wird, Kohle in Form einer Aufschlämmung durch Leitungssysteme bzw. Pipelines in einer Weise zu transportieren, die die mit dem Stand der Technik verbundent η Nachteile vermeidet, die im wesentlichen darin zusehen sind, daß zum einen immer wieder ein Absitzender Kohleteilchen in den Leitungssystemen erfolgt unter Verstopfen derselben, und zum anderen in den relativ hohen Kosten derartiger Transportsysteme nach dem Stand der Technik, soweit sie überhaupt durchführbar waren.

Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß feinverteilte Kohle sowohl unter Anwenden einer organischen Flüssigkeit, wie /. B. Rohöl, als auch Wasser in wirtschaftlicher Weise dann transportiert werden kann, wenn ;uis der Kohle vor dem Transport das sogenannte · treu· Wasser« als auch das sogenannte »gebundene Wasser« in einem bestimmten nach unten begrenzten Prozentsat/, entfernt worden ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nun dadurch gekennzeichnet, daß eine Kohle für den Transport verwendet wird, aus der wenigstens 70 Gew.% des »freien Wassers« und wenigstens 40 Gew.% des »gebundenen Wassers« entfernt worden sind.

Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Das Aufschlämmen der Kohle in einem flüssigen Träger führt zu keinerlei Austausch des gebundenen Wassers in der Kohle. Das Entfernen des gebundenen Wassers erhöht die Kohlekonzentration in der Aufschlämmung und bedingt verbesserte Wirtschaftlichkeit des Transportes.

Gebundenes Wasser ist definiert als das Wasser, '5 das nicht in natürlicher Weise bei Normaltemperätur und Normaldruck aus der Kohle verdampft. Somit gehört zu dem gebundenen Wasser das Hydrationswasser, das Kristallisationswasser und weitere Wasserarten, die der Kohlematrix zugeordnet sind und nicht durch ein normales, bei niedriger Temperatur durchgeführtes Trocknungsverfahren entfernt werden können. Hierzu gehurt weiterhin jegliches Wasser, das in den in der Kohle vorhandenen Verunreinigungen vorliegt. Freies Wasser ist definiert als Wasser, das nicht gebunden ist. Eine angemessenere Beschreibung des freien Wassers besteht darin, daß es sich um das Wasser handelt, das physikalisch von der Kohle durch mechanische Trennverfahren und anschließendes Trocknen an der Luft abgetrennt wird.

Der gesamte Feuchtigkeitsgehalt einschließlich sowohl des gebundenen als auch des freien Wassers beläuft sich in der Kohle in typischer Weise auf mehr als 15 Gew.%. Etwa 5 bis etwa 50% des gesamten Feuchtigkeitsgehaltes liegen als gebundenes Wasser vor. Erfindungsgemäß wird die Kohle in einem derartigen Ausmaß und ausreichend lange erhitzt, um 0 bis 100 Gew.% des freien Wassers und wenigstens etwa 10 bis etwa 100 Gew.% des gebundenen Wassers zu entfernen. Vorzugsweise werden mehr als 10 Gew.% des freien Wassers und mehr als 40 (Jew.% des gebundenen Wassers entfernt. Stärker bevorzugt werden mehr als 50 Gew.% des freien Wassers und mehr als 60 Gew. % des gebundenen Wassers und insbesondere bevorzugt 70 Gew.% des freien Wassers und mehr als 80 Gew.% des gebundenen Wassers entfernt. Das Wasser in der Kohle kann ebenfalls, vermittels weiterer Entwässerungsverfahren, d. h. einer chemischen Behandlung, entfernt werden.

Die behandelte Kohle kann gesiebt und pulverisiert, lediglich pulverisiert, pelletisiert oder in anderer Weise agglomeriert oder überhaupt nicht in irgendeiner anderen Weise behandelt werden. Die rohe Kohle kann ebenfalls, wie weiter oben beschrieben, oder während des Trocknens behandelt werden. Die Aufeinandcrfolge der Arbeitsschritte einer Teilchenvergrößerung, Teilchengrößentrennung und Trocknen der Kohle läßt sich leicht auf die spezielle aufzuschlämmende Kohle durch den Fachmann anpassen.

Die Kohle wird sodann durcn einen anorganischen oder organischen Träger aufgeschlämmt. Die Aufschlämmung kann etwa 5 bis 90 Gew.% Kohle, vorzugsweise etwa 20 bis etwa 70 Gew.% Kohle, und stärker bevorzugt etwa 40 bis etwa (1O Gew.% Kohle enthalten. Der Träger ist vorzugsweise so ausgewählt, daß derselbe nicht durch die Kohle während des Aufschlämmens oder des Transportes gebunden wird, z. B. Wasser, wenn der Träger anorganisch ist.

Zu geeigneten organischen Trägern gehören erfindungsgemäß Rohöl, raffinierte Rohölfraktionen z. B. »Fertigbenzin« und Düsentreibstoff - sowie teilweise raffinierte Rohölfraktionen - z. B. Benzin, Gasöle, Naphthas und Kerosin. Vorzugsweise ist der organische Träger Rohöl oder eine teilweise raffinierte Rohölfraktion.

Vor dem Aufschlämmen weist die Kohle vorzugsweise einen durchschnittlichen Durchmesser von etwa 0,1 Mikron bis etwa 5 mm und stärker bevorzugt etwa 25 bis 300 Mikron und insbesondere bevorzugt etwa 75 bis etwa 150 Mikron auf. Es ist bevorzugt, daß 95% der Kohle vor der Aufschlämmung kleiner als 1,17 mm sind. Natürlich können die Durchmesser der Kohleteilchen auch außerhalb der angegebenen Bereiche liegen.

Es können oberflächenaktive Mittel in die Aufschlämmung entweder während des Aufschlämmen oder in die Aufschlämmungsbestandteile vor dem eigentlichen Aufschlämmen eingearbeitet werden. Geeignet sind Volumenmengen voi. etwa 0,0001 bis etwa 20 Vol.% und vorzugsweise etwa 0,001 bis etwa 10 Vol.% und stärker bevorzugt etwa 0,01 bis etwa 1 Vol.% bezogen auf den Träger. Wenn ein organischer Träger angewandt wird, kann das oberflächenaktive Mittel der Kohle entweder oleophobe oder oleophile Eigenschaften vermitteln in Abhängigkeit von den angestrebten Dispersionscharakteristika. Beispiele für geeignete oberflächenaktive Mittel in Zusammenhang mit einem organischen Träger sind u. a. Fettsäuren - z. B. diejenigen, die etwa 10 bis etwa 20 Kohlenstoffatome aufweisen - und vorzugsweise die einwertige Kationen enthaltenden Salze derselben. Sorbitanmonolaurat stellt ein Beispiel für ein geeignetes oberflächenaktives Mittel dar. Vorzugsweise ist das oberflächenaktive Mittel ein Erdölsulfonat und vorzugsweise ein derartiges, das ein einwertiges Kation - z. B. Na⁺ -oder Ammonium aufweist, und vorzugsweise besitzt dasselbe ein durchschnittliches Äquivalenzgewicht von etwa 200 bis etwa 600 und stärker bevorzugt von etwa 250 bis etwa 500 und insbesondere bevorzugt von etwa 350 bis etwa 420. Wenn ein wäßriger Träger angewandt wird, kann derselbe entweder hydrophobe oder hydrophile Eigenschaften der Kohle vermitteln. Es ist bevorzugt, daß das oberflächenaktive Mittel der Kohle hydrophobe Eigenschaften vermittelt. Durch Anwenden eines hydrophoben oberflächenaktiven Mittels wird die spätere Auftrennung der Aufschlämmung in deren Kohle- und Wasserbestandteile unterstützt. Weiterhin wird jedwede Neigung der Kohle oder deren Verunreinigungen, Anteile des wäßrigen Trägers zu absorbieren, hintenangehalten.

Die Aufschlämmung kann ebenfalls chemische Mittel enthalten, durch die die Suspension der Kohleteilchen erleichtert wird, und so können der Aufschlämmung z. B. hochmolekulare Polymere zugesetzt werden. Weitere die Viskosität verringernde Mittel und den Schleppwiderstand verringernde Mittel können der Aufschlämmung beigemischt werden, um so zweckmäßige Eigenschaften zu vermitteln.

Es kann sich weiterhin als zweckmäßig erweisen, die Koh'eteilchen mit Gasen, Feststoffen oder anderen zweckmäßigen Mitteln zu überziehen, um so ein Agglomerieren zu inhibieren, hohe Aufschlämmungstemperaturen während des Transportes zu ermöglichen, usw. Beispiele für Feststoffe, die als Überzugsmittel geeignet sind, sind u. a. diejenigen, wie sie

in der US-PS 3468986 offenbart sind. Zu speziellen Beispielen gehören anorganische und organische Salze von Metallen der Gruppen II, III, IV-A, V, Vl, VII und VIII des Periodischen Systems, synthetische Kunststoffe wie Zelluloseazetat, Polystyrol, Polyäthylen, Polyvinylazetat und ähnliche Kunststoffe, sowie weitere Materialien wie Ton - z. B. Bentonit, Kaolin, Fullererde und weitere Aluminiumsilikate, Kalkstein, usw. Kalziumkarbonat ist ein bevorzugtes Überzugsmaterial. Beispiele für geeignete Gase sind u. a. Luft, niedere Kohlenwasserstoffe mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen und Naturgas.

Der pH-Wert des Trägers, z. B. Wasser, "sowie weitere Eigenschaften des Trägers und der Umwelt können so vorgesehen werden, daß die Sorbtion von Feststoffen oder Gas auf das Kohleteilchen erleichtert wird. Der Überzug kann dadurch aufgebracht werden, daß das Teilchen mit einem wäßrigen oder nicht-wäßrigen Sprühmittel oder Bad oder Kombination derselben in Berührung gebracht wird. Bei Anwenden eines Wasserbades kann das Gas oder der Feststoff in Konzentrationen von etwa 10 bis etwa 200000 ppm und vorzugsweise etwa 100 bis etwa 100000 ppm vorliegen. Natürlich wird die Löslichkeit des Gases oder des Feststoffes in einem Wasserbad die Konzentration bestimmen. Es ^;--t zweckmäßig, daß wenigstens etwa eine mono-molekulare Schicht des Gases oder des Feststoffes auf die Kohleteilchen aufgeb. acht wird.

Die Aufschlämmung kann in Masse, z. B. Tankwaggon, Tanklastwagen, Tankschiff, transportiert werden, wird jedoch vorzugsweise in einer Leitung, wie einer Pipeline, zum Transport gebracht. Natürlich kann die Leitung oder das Pipelinesystem Tankbatterien aufweisen, d. h. einen Sammel- oder Haltetank, der der Anlage zugeordnet ist. Wenn das letztere vor-I iegt, kann es sich als zweckmäßig erweisen, für ein Mischen oder In-Bewegung-Halten Sorge zu tragen, um so das Halten der Kohle in Suspension zu erleichtern.

Die Aufschlämmung kann unter laminaren, transitionalen - z. B. bei einer Reynolds-Zahl von etwa 2000 bis etwa 4000 - oder turbulenten Fließbedingungen in der Leitung oder einer Kombination derselben transportiert werden, wo das Transportsystem dies ermöglicht. Turbulente Fließbedingungen können dort bevorzugt sein, wo man anstrebt, die Kohleteilchen in einem »homogen« dispergieren Zustand zu halten.

Beispiel 1

Eine einen hohen flüchtigen Anteil enthaltende C bituminöse Kohle - A.S.T.M.-Klassifizierungsverfahren-enthält 21,5 Gew.% »gesamten« Feuchtigkeitsgehalt, dieser Wert wird bestimmt vermittels Trocknen oiner Probe dieser Kohle auf ein konstantes Gewicht unter Anwenden einer Temperatur von 20° C, wobei das A.S.T.M.-Verfahren mit der Bezeichnung D 271-71 in Anwendung kommt. Eine weitere Probe dieser nicht getrockneten Kohle wird gemäß dem A.S.T.M.-Verfahren D 2961-71T getrocknet - d. h. eine Stunde lang bei 104 bis 110° C in einem Ofen mit erzwungenem Luftumlauf - und es wird hierbei festgestellt, daß ein Feuchtigkeitsgehalt von 12,1 Gew.% vorliegt. Dieser Wert entspricht angenähert 100% des »freien« Wassers der Kohle, so daß das zurückgehaltene »gebundene« Wasser sich auf angenähert 9,4 Gew.% beläuft - das »gesamte« minus »freie« Wasser der Kohle. Die gleiche Probe wird sodann bei 150° C im gleichen Ofen eine Stunde lang getrocknet. Es wird hierbei ein weiterer Gewichtsverlust von 7,0 Gew.% gemäß der nicht getrockneten Kohle festgestellt. Somit führt das zweite Trocknen zu der Entfernung von angenähert 74% des »gebundenen« Wassers der Kohle.

Unter Ausbilden einer Aufschlämmung werden 50 Gew.% Wasser zu der angenähert 74% »gebundenen« wasserfreien Kohle zugesetzt. Die Aufschlämmung wird durch 8,5 m eines 1,27-cm-Rohres in einer

ίο geschlossenen Schleife vermittels einer Zentrifugalpumpe transportiert. Die durchschnittliche Temperatur der Aufschlämmung im Inneren des Rohres beläuft sich auf 21° C. Es liegt ein ΟΟ-,-Gasüberdruck von etwa 2 Atmosphären vor. Nach 15ümaligem Um-

•5 lauf durch die Schleife wird die Aufschlämmung uniersucht und es wird festgestellt, daß die Teilchen wenig Zerkleinerung erfahren haben. Eine Schlammanalyse zeigt, daß die gleiche für das Ausbilden der Aufschlämmung zugesetzte Wassermenge aus der Aufschlämmung vermittels physikalischer Abtrennung des Wassers von der Kohle, an das sich ein Erhitzen der Kohle eine Stunde lang bei einer Temperatur von 105 bis 110° C angeschlossen hat, zurückgewonnen werden kann. Dies zeigt an, daß das ursprünglich aus der Kohie entfernte gebundene Wasser späterhin nicht durch die Kohle bei dem Aufschlämmen und Transportieren derselben zurückgehalten wird.

Beispiel 2

Es wird die gleiche getrocknete und pulverisierte, einen hohen flüchtigen Anteil enthaltende C bitumonöse Kohle nach Beispiel 1 mit Kerosin aufgeschlämmt unter Ausbilden einer 50 Gew.% Feststoffe enthaltenden Aufschlämmung. I>ie Aufschlämmung wird durch die gleiche Schleife wie im Beispiel 1 unter den gleichen Bedingungen und eine gleiche Anzahl mal durch dieselbe transportiert. Es wird festgestellt, daß die Teilchen wenig Zerkleinerung erfahren haben.

Eine Schlammanalyse zeigt, daß die gleiche für das Ausbilden der Aufschlämmung zugesetzte Kerosin-Menge aus der Aufschlämmung zurückgewonnen werden kann, vermittels physikalischer Abtrennung des Kerosins von der Kohle, wobei sich bezüglich der Kohlebehandlung eine Erwärmung angeschlossen hat, wie in Beispiel 1 dargelegt.

Dies zeigt, daß das ursprünglich aus der Kohle während des Erhitzern entfernte gebundene Wasser späterhin nicht in der Kohle durch Kerosin ersetzt wird.

Beispiel 3

Eine sub-bituminöse A Kohle aus Wyoming wird unter Anwenden des Verfahrens aus Beispiel 1 untersucht und hierbei festgestellt, daß ein gesamter Feuchtigkeitsgehalt von 16,5% vorliegt, wobei der »gebundene« Wassergehalt 10,0% beträgt. Die Transportkosten dieser Kohle in einem Stahlrohr mit einem Durchmesser von 46 cm und einer Länge von 115 km beläuft sich auf etwa DM 180,- pro t unter Anwenden einer 50 Gew.%igen Wasser-Kohle-Aufschlämmung. Vermittels Trocknen der Kohle unter Entfernen von etwa 100% des freien Wassers und etwa 80% des gebundenen Wassers, werden die Transportkosten pro t der tatsächlich (ransportierten ivohleumetwa8%oderDM 14,50 pro t der gesamten verarbeiteten Kohle verringert. Bei einem Durchsatz von 5 Millionen t pro Jahr ergeben sich jährliche Ersparnisse an Transportkosten in der Größenordnung von 72 Millionen DM.

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Transportieren von getrockneter Kohle als Aufschlämmung durch Leitungssysteme, wobei die Aufschlämmung eine pumpfähige Konsistenz bildet, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kohle für den Transport verwendet \vird, aus der wenigstens 70 Gew.% des »freien Wassers« und wenigstens 40 Gew.% des »gebundenen Wassers« entfernt worden sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kohle verwendet wird, aus der wenigstens 70 Gew.% des »freien Wassers« und wenigstens 80 Gew.% des »gebundenen Wassers« entfernt worden sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschlämmung durch Wasser gebildet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschlämmung durch einen flüssigen Kohlenwasserstoff gebildet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als flüssiger Kohlenwasserstoff als solcher aus der Gruppe Rohöl, raffinierte Rohölfraktionen, teilweise raffinierte Rohölfraktionen oder einem Gemisch derselben angewandt wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu etwa 20 Vol.%, bezogen auf das Gesamtvolumen der Aufschlämmung, eines oberflächenaktiven Mittels beigemischt wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufschlämmung entweder vor oder während des Transportes derselben ein Gas beigemischt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Gas ein niederer Kohlenwasserstoff mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen angewandt wird.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohleteilchen zum Transport mit einem Feststoff überzogen werden.

K). Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Feststoff Calciumcarbonat angewandt wird.

11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle vor dem Transport ausreichend so fein vermählen wird, daß wenigstens 95% der Kohle durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 1,17 mm hindurchgehen.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle so fein vermählen wird, daß sich der durchschnittliche Durchmesser der Kohleteilchen auf etwa 25 bis etwa 300 Mikron beläuft.