SE436136B - Kol-vattendispersion med additiv bestaende av zwitterjonisk tensid och dermed samverkande hydrofila polymerer - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 40 91o4a4s-of Viskositeten hos den optimala blandningen är vid 57-63 % kol cirka 5 P, vilket är betydligt högre viskositet än den man vill haj Dessutom är sedimentationsstabiliteten undermålig.

Enligt svenska patentskriften 7805632-2 är en kolvatten- dispersion känd, vid vilken stabiliserande verkan mot sedi- mentering åstadkommes genom konventionella polyelektrolyter, bland annat polyfosfat, enligt samma principer som beskrives i ovannämnda ryska skrift. Också i detta fall är stabiliteten med avseende på sedimentation inte tillfredsställande. Även i den amerikanska patentskriften 4242098 beskrivas en kolvattendispersion, vid vilken stabiliseringen åstadkommes genom tillsats av ett antal lösliga polymerer (polyetylenoxid, polyakrylamider etc). Denna dispersion innebär en förbättring i förhållande till de båda förutnämnda dispersionerna.

Teorin för micellers och mikroemulsioners termodynamik har nyligen utarbetats, och denna liksom teorin för så kallade termodynamiskt stabila suspensioner, erhållna genom samverkande effekt på en reduktion av partikelns ytenergi av tvâ eller fle- ra adsorberade ämnen, utgör till väsentlig del grund för före- liggande uppfinning, vilken avser en långtidsstabil dispersion av finfördelat kol ( rekt förbränning med tillgänglig teknik för ultraljuddisperge- ring av viskösa och slurryformade bränslen, som kan tillåtas ha en hög halt av partiklar (60-80 %), som har reologiska egen- skaper, vilka tillåter pumpning och transport i pipelines med starkt reducerad friktion, och som framför allt har väsentligt förbättrad stabilitet med avseende på såväl flockulering som sedimentering. Detta uppnås enligt uppfinningen genom den dis- persion som är definierad i patentkravet l.

Vid stabilisering av kolvattendispersioner, som defini- tionsmässigt är termodynamiskt instabila, nedbringas vid till- lämpning av uppfinningen sedimentations- och aggregationshastig- heterna genom skapande av en barriär, som motverkar partikel- ' attraktion. Denna repulsiva effekt åstadkommes genom tva huvud- principer: elektrostatisk och sterisk stabiliserind. Stabilise- ringen förändrar partiklarnas energi och/eller skapar en hög barriär för deras närmande. Utifrån dessa principer kan man genom tillsats av små mängder organiska additiv stabilisera höga 10 15 20 25 30 35 40 halter av kolpartiklar i en vattenlösning. _ Att söka skapa nya kolloidala system kräver att systemet bibringas sådana egenskaper, att attraktionskraften mellan par- tiklarna minimeras och en repulsiv barriär mot flockulering och efterföljande sedimentation utvecklas. Någon form av sterisk stabilisering med hjälp av hydrofila polymerer skapar gynnsamma förutsättningar för långtidsstabilisering av kolvattendispersio- I DEF» Uppfinningen skall beskrivas närmare i det följande med av- seende på ett antal exempel.

Exempel I l. En svârlöslig anjonisk tensid, som har stor affinitet till ytan på kolpartiklar och ger den en starkt negativ ladd- ning, löses i vatten, vars temperatur ligger någon grad över Krafftpunkten. Tensiden bör av ekonomiska skäl ha sin Krafft- punkt vid ca 25°C och väljes lämpligen bland alkylsulfater, eteralkoholsulfater och alkylarylsulfonater. Speciellt lämpliga tensider är exempelvis C1~H2,(0CH2CH2)1_20S03Na C1SH33(ÛCHZCH2)1-L,ÜSÛ3NÖ Lecitin Koncentrationen av tensiden är optimalt ca 0,2 viktprocent, ba- serad på dispersionens totalvikt. 2. Efter tensidens fullständiga upplösning tillsättes pul- veriserat kol (stenkol), Lämpliga storleksfraktioner av kol- pulvret ligger mellan 30 figh 200 p. Partikelstorleken kan väljas efter den stabilitet som önskas. Ju mindre partikelstorleken är, desto större blir stabiliteten, men det är ofta dyrt att mala ned kol mot submikrona partikelstorlekar..Partikelkoncentratio- nen kan varieras inom ett brett område. Ekonomiska och tekniska aspekter gör, att partikelkoncentrationen får optimeras från fall till fall. Speciellt intressanta är kolvattendispersioner med torrsubstanshalter mellan 65 och 75 %, eftersom dessa disper- sioner har goda reologiska egenskaper för exempelvis transport i pipelines. g ' " Efter tillsättningen av kolpulvret tillåtes temperaturen sjunka någon grad under Krafftpunkten, varvid tensiden fäster på de hydrofoba kolpartikelytorna. Därigenom blir kolpartiklarnas _8104645-0 --. -..-..._. --..-.-_......_.... -.-.. ........c...-._...,.._-_...._... __... ._ ._ _ ___... 10 15 20 25 30 35 40 81046 45-0 yta, som har svagt negativ egenladdning, kraftigt negativ. 3. Efter denna adsorptionsproéess tillsättes två eller flera hydrofila anjoniska och nonjoniska polymerer till dis- persionen för åstadkommande av någon form av sterisk barriär och nedsättning av friktionen mellan partiklarna. Exempelvis kan man välja bland polyetrar, polysackarider, polyalkoholer, poly- akrylater, polyfosfater och polysulfonater. Speciellt lämpliga enligt uppfinningen är polyvinylalkohol, polyvinylpyrolidon, po- lyetylenoxid, polystyrensulfonat, polyetylensulfonat, natrium- karboximetylcellulosa och polyakrylamid. s Det har kunnat konstateras, att genom tillsättningen av de hydrofila polymererna utvecklas ett delvis hydrofobt polymerten- sidkomplex t ex som konsekvens av uppkomsten av vätebindningar mellan hydrofila grupper, innefattande polymererna och den ad- sorberade tensiden, och därigenom erhålles en effektiv sterisk barriär mellan kolpartiklarna. En annan effekt enligt uppfin- ningen är, att polymertensidkomplexet_minskar frikticnskraften markant, vilket starkt reducerar pumpningskostnaderna. Disper- sionen uppvisar goda reologiska egenskaper och stabiliteten mot sedimentering är utomordentligt god. ' Exempel II g g l§ En icke micellbildande och sålunda relativt svårlöslig tensid löses först upp i ett organiskt lösningsmedel. Lämpliga tensider är anjoniska alkylsulfosuccinater och zwitterjonisk lecitin. Lösningsmedlet kan utgöras av exempelvis oktanol, hexa-- dekan eller metanol och kan på lämpligt sätt återvinnas eller kan utgöra en obetydlig viktsandel av dispersionen. 2. Tensidlösningen tillsättes en dispersion av pulverise- rat kol och vatten av samma beskaffenhet som enligt exempel I. 3. Samma moment som enligt 3 i ex I utföres.

Exempel III En icke joniserad organisk förening, som kan utgöras av exempelvis fettsyror och speciellt fenylsubstituerade fettsyror, löses i ett organiskt lösningsmedel, exempelvis oktanol, hexa- dekan eller metanol, varefter kolpulver av samma beskaffenhet som i exempel I tillsättes. Lösningsmedlet avlägsnas därefter och återvinnes. Den erhållna torrsubstansen tillföres vatten, varefter jonisering sker genom ändring-av dispersionens pH-värde genom tillsättning av exempelvis natriumhydroxid eller kalcium- hydroxid. Därefter utföres momentet 3 enligt exemplet I. -v-a . . -flmæxsainfizeh _ 10 15 20 25 30 35 40 Exempel IV Kolpartiklarnas egenladdning är som nämnts svagt negativ från början, och partiklarna kan också bibringas en positiv laddning i stället för att den negativa laddningen förstärkas såsom i exemplen I-III. En tensid, som kan utgöras av alkyl- metylammoniumbromid eller någon alkylaminhydroklorid t ex C12H25NH2HCl löses i vatten, vars temperatur ligger någon grad över Krafftpunkten. g Efter tensidens fullständiga upplösning utföres momenten 2 och 3 enligt exempel I, men med tillsats av två eller flera hydrofila katjoniska 0Ch nonjoniska polymerer, Exempelvis kan man välja bland polyalkoholer, polyetrar och polymerer, som in- nehåller kvartärt kväve, såsom polyimin.

Exempel 1 0 Positiv laddning åstadkommas på kolpartiklarna genom att man förfar enligt exempel II men med en tensid, som utgöres av dialkylammoniumbromid eller katjonaktiva aminer med långa ked- jor eller deras salter, t ex aminer av tallolja. Momenten 2 och 3 enligt exempel II utnyttjas i tillämpliga delar, men med an- vändning av de polymerer i moment 3, som angivits ovan i exem- pel IV.

Alla polymerföreningar som tillsättes dispersionen enligt uppfinningen har höga molekylvikter (50.000 - 4.000.000). Kon- centrationen av polymerer i viktprocent baserat på totalvikten kan varieras mellan 0,l och 5 Z men är ekonomiskt optimal vid uwaiz. I Med avsikt att göra dispersionen mera attraktiv såsom ett miljövänligt oljesubstitut kan om så önskas i samtliga exempel ovan något salt av alkali eller de alkaliska jordartsmetallerna sättas till dispersionen. Saltet kan lämpligen vara kalcium- hydroxid eller dolomitmjöl. Saltet neutraliserar uppkomna sura gaskomponenter vid bränslets oxidation och kan avskiljas i en partikelavskiljare.

För att förhindra vattnets avdunstning från kolvattendis- persionen kan till denna sättas ett medel, som bildar ett mono- molekylärt skikt i fasgränsytan. Ett sådant medel är cetylalko- hol eller hexadekanol. ' I vissa fall kan oorganiska makromolekyler stabilisera sys- temet ytterligare dock med stor risk för förändring av de reo- 8104645~0 81046 45-0 logiska egenskaperna. Det kan trots detta vara nödvändigt i vis- sa sammanhang. Silikater och kiselföreningar kan användas för ändamåiet. ' Uppfinningen innebär väsentliga fördelar gentemot tidigare känd teknik att stabilisera kolpartiklar i vattenlösning. Tack vare en utomordentlig sedimentationsstabilitet i kombination med gynnsamma reologiska egenskaper för pumpning är den erhåll- na dispersionen väl lämpad för att på ändamålsenligt sätt trans- portera kol i ledningar eller pipelines för användning inom exempelvis kemisk industri och för direkt energiproduktion.

Claims (6)

10 15 20 25 811046 45- 0 ~ 7 PATENTKRAV

1. ¶ 1. Dispersion, bestående av vatten, pu1veriserat ko1 med en partike1stor1ek i interva11et 1 - 200¿um och additiv, där ko1ha1ten ti11åtes variera me11an 60 och 80 viktprocent och mängden additiv uppgår ti11 0,1 - 5 viktprocent; k ä n n e t e c k n a d av att som additiv ingår i disper- sionen en zwitterjonisk tensid och minst tvâ därmed sam- verkande hydrofiia po1ymerer för âstadkommande av en stabi- 1iserande verkan och f1ytegenskaper.

2. Dispersion enïigt krav 1, k ä n n e t euc k n a d av att den zwitterjoniska tensiden är 1ecitin.

3. Dispersion en1igt krav 1, k ä n n e tee c k n a d av att en av de hydrofi1a po1ymererna är en po1ysackarid.

4. Dispersion enligt krav 1 och 3, k ä n n e t e c k - n a d av att po1ysackariden är karboximety1ce11u1osa.

5. Dispersion en1igt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att den andra po1ymeren innehå11er po1yety1enoxidkedjor.

6. Dispersion en1igt krav>1, k ä n n e t e c k n a d därav att en av de hydrofi1a po1ymererna är ett sa1t av po1ystyrensu1fonsyra. 10 15 20 25 30 35 8104645-o e SAMMANDRAG _ Dispersion, bestående av vatten och meïïan 60 och 80 víktprocent pulveríserat ko1 med en part1ke1stor1ek i íntervalïet 1 - 200,mu. Dessutom ingår i dispersionen 0,1 - 5 viktprocent addítiv, innefattande en zwítterjonísk tensid och minst två därmed samverkande hydrofila poïymerer, för âstadkommande av en stabiïiserande verkan och fïyt- egenskaper. ¶ ' I