Водоугольная суспензия

 

Изобретение относится к жидким углеродсодержащим топливам. Цель - повышение стабильности суспензии. Суспензия на основе воды содержит следующее соотношение компонентов, мас. % : углеродсодержащие частицы 65 или 70

стабилизатор 0,06-0,1

поверхностно-активное вещество 0,5 или 0,6

пеногаситель 0,05 или 0,35

формальдегид 0,135 или 0,15

вода до 100. В качестве стабилизатора она содержит метилгуаровую смолу или ее смесь с ксантановой смолой при массовом соотношении от 2:3 до 3:2, или смесь оксипропилгуаровой смолы с ксантановой смолой при их массовом соотношении от 1:9 до 6:4. 6 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСГ1У БЛИК

0% (11) <511 4 С 10 L 1/32

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТV массе.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3997404/23-04 (22) 26.12.85 (31) 686787; 795521 (32) 27.12.84; 12.11.85 (33) US (46) 30.06.89. Бюл. В 24 (71.) Хенкель Корпорейшн (US) (72) Уоррен В. Хауленд, Роберт

Е.Арквет и Шан-Рен-By (US) (53) 665.75(088.8) (56) Патент США N3 4436528, кл. 44-51, 1984.

Патент США У 4375358, кл. 44-51, 1983.

Изобретение относится к водоугольным суспенэиям.

Цель изобретения — повьппение стабильности суспензии, которая должна быть стабильна в динамических условиях при перекачивании и погрузке и в статических условиях хранения в

В качестве углеродсодержащих твердые частицы используют уголь, кокс, графит и т.п. Можно также использовать антрацит и полуантрацит, битуминозные топлива со средним и высоким содержанием летучих соединений и лигнитные угли.

Используемый в изобретении уголь может быть получен в сухой или влак(54) ВОДОУГОЛЬНАЯ СУСПЕНЗИЯ (57) Изобретение относится к жидким углеродсодержащим топливам. 1!ель— повншение стабильности суспенэии, Суспензия на основе воды содержит следующее соотношение компонентов, мас,7.: углеродсодержащие частицы 65 или 70; стабилизатор 0,06-0,1; поверхностно-активное вещество 0,5 или 0,6; пеногаситель 0,05 или 0,35; формальдегид 0,135 или 0,15 вода до 100.

В качестве стабилизатора она содержит метилгуаровую емолу или ее смесь с ксантановой смолой при массовом соотношении 2:3 — 3:2, или смесь оксипропилгуаровой смолы с ксантановой смолой при их массовом соотношении

1:9-6:4. 6 табл. ной форме и смешан с жидкостью с образованием суспензии уголь — жидкость. Уголь для получения фракции частиц маленького размера предпочти" тельно подвергать влажному помолу известными способами для предотвращения пыпеобраэования и опасности взрыва. Фракцию угля, подвергаемую влажному иэмельчению, можно измельчать либо в присутствии рассчитанного нужного количества воды, либо ее можно смешивать с дополнительным количеством воды, достаточным для .того, чтобы ее можно было легко пере- качивать по трубопроводам и затеи смешивать с более крупнозернистой фракцией распыпенного угля с получением суспенэии уголь — вода.

1491344

Тип нодь, используемой н качестне основы воды н суспенэии уголь — вода по данному изобретению, может соответствовать любой доступной воде, такой как рудничная, артезианская, речная или озерная вода или обессоленная океанская вода с достаточно низким содержанием минеральных солей. 10

Представленные примеры иллюстрируют эффективность данной водоугольной суспензии.

Пример ы 1-8. В каждом примере используют одинаковые относи- 15 тельные количества частиц угля, воды, пеногасителя, поверхностно-активного агента и суммарного полимера.

Изменяют только долю или относительное количество каждого полимерного 20 компонента.

Каждую смесь получают по следующей методике. Поверхностно-активный агент тщательно растворяют н воде и раствор переносят в стержневую мельни 25 цу. К этому раствору прибавляют пеногаситель и частицы угля. Мельницу закрывают и 2 ч вращают для достижения папного диспергирования угля. К аликвотам полученной таким образом 30 .угольно-нодной смеси прибавляют пред варительно полученные смеси полимерон т.е. ксантана и оксипропилгуаровой смапы) н виде порошка с использонанием лопастной мешалки, вращающей.35 ся со скоростью 4-800 об/мин..

Конкретная идентификация компонентов угольной суспензии, их количество указано в табл .1.

Перемешивание проводят в течение 40

30 мин, После статического выдерживания в течение 16-24 ч смеси снова

30 мин перемешивают на лопастной мешалке. После этого для каждого образца Определяют реОЛОГические снойст 45 ва суспензий: реологию быстрого сдвига (100 с ) и реологию медленного сдвига (0,10 и 1,02 с ).

Значения объемной вязкости для каждой суспенэии при указанных скоростях сдвига приведены в табл.2.

Затем образцы статически выдерживают при 25 С в течение 4 нед. После этого двумя различными способами определяют стабильность суспенэий с точ. 55 ки зрения соединения частиц и плотности слоя. С интервалами в 1 нед после получения суспенэий определяют профили вязкости для каждой суспензии. Череэ 4 нед испытания результаты измерения профилей вязкости показывают увеличение объемной вязкости для всех образцов но нремени, но отсутствие сущестненного понышения вязкости как функции глубины контейнера для всех образцов, т.е ° очень незначительное оседание суспенэий.

После этого определяют сопротивление каждой суспензии погружению стеклянного стержня 6,35 мм, имеющего дополнительный вес 77 г. Стержень помещают на нити вертикально над поверхностью суспензии и дают ему погрузиться н суспензию.

Сопротивление погружению представлено н табл.3 как процент погружения (1001 означает, что стержень погрузился до дна контейнера, OX означает, что стержень не может пройти через поверхность суспензии).

Как видно из табл.2, образцы, содержащие смеси ксантана и оксипропилкизельгура как правило (эа исключением данных по высокоскоростному сдвигу для примера 2), обнаруживают меньшую объемную вязкость, чем образцы, содержащие только ксантан или только оксипропилкизельгур. Этот результат является неожиданным с точки зрения синергетического эффекта, нормапьно ожидаемого в случае ксантана и оксипропилкизельгура. Данные табл.3 показывают, что использование смеси ксантана и оксипропилкизельгура 50/50 приводит к получению суспензии, имеющей превосходную стабильность, измеренную в единицах погружения стержня в суспензию.

П р е р 9, Основную, нестабилиэированную смесь угля с водой, имеющую хорошую текучесть, получают диспергированием распыпенного угля (PCj в водном растворе поверхностыоактивного агента, куда добавляют также пеногаситель на основе углеводорода. Смещивающий аппарат состоит из цилиндрического сосуда, в котором имеются 4 отбойные перегородки, расположенные под углом 90 . Четырехлоо пастная мешалка размещена в центре сосуда. Мешалку вращают со скоростью

1000 об/мин, а распыпенный уголь медленно подают в водный раствор поверхностно-активного агента. После загрузки всего угля перемешинание продолжают еще 30 мин. Добавляют формальдегид для защиты всех ингредиентов. 5 1491344 6 от биологического роста, который может ют на ночь, снова перемешивают Т .з мин о разлагать присутствующие реагенты. и затем измеряют вязкость прн 25,0 С.

После измерения вязкости по. 220 r каждой репептуры переносят в стеклянСостав основной нестабилизи ованестабилизирован- „ые сосуды емкостью 227 г, дно котойой смеси уголь — вода, иэ которой рых изнутри сделано плоским с поготовят все рецептуры, указан в табл. 4. мощью твердого полимера. Рецептурам дают отстояться при комнатной темпа10 ратуре в течение 10 нед. Количество

К аликвотам этой смеси прибавля- осадка, накапливающегося со временем, ют полимерные стабилизаторы в коли- определяют погружением в суспенэию чествах, укаэанных в табл,5. Полимер небольшог о (шириной 6,35 мм) шпатеприбавляют в виде сухого| порошка ля иэ нержавеющей стали, причем кронепосредственно в смесь уголь — вода 1 ме собственного веса на шпатель дейпри перемешивании средней интенсив- ствует лишь очень небольшое усилие ности. Перемешивание продолжают в те-, руки. Глубину, на которой отмечаетчение 30 мин для достижения полного ся существенно возросшее сопротивлерастворения и равномерного распре- ние погружению, записывают. Процент деления полимера. Рецептуры оставля- 20 осаждения рассчитывают по формуле

I Общая высота образца) — глубина погружения шпателя) (общая высота образца) 25

40

Х

D,S, лимер

Степень замещения

65,0 или 70,0

Значения эффективной объемной вязкости при скорости сдвига 57,6 с и . процент осаждения через 4,8 и 10 нед статического хранения представлены в табл.5,6 (концентрация полимера указана в частях на 100 ч, смеси уголь — вода; соотношения примешиваеMblx компонентов являются весовыми).

Если используют примешиваемые компоненты, то концентрация полимера рассчитывается от общего количества смеси.

В табл.5 и 6 для композиции использованы следующие сокращения:

Гуаровая смола С

0ксипропилгуаров ая смол а

D.S. 0,1 HPG-1

D.S. = 0,22 HPG-2

D.S. 0,4 HPG-4

Метилгуаровая смола

D.S. = 0,13 MG-1

D.S. m m0,31 MG-3

Ксантановый биопоИз табл.6 видно, что при повышении содержания метилгуаровой смолы в добавке ее эффективность как стабилизатора возрастает, особенно при

X/Ì 40/60, что весьма неожиданно; эффективность метилгуаровой смолы зависит от степени замещения или степени метилирования; смесь метилгуаровой смолы и ксантана более эффективна для предотвращения осаждения, чем смесь ксантана и гуаровой смолы, а также, чем взятые индивидуально ксантан, метилгуаровая смола, оксипропилгуаровая смола или гуаровая смола, эта смесь особенно эффективна при отношении ксантана и метилгуаровой смолы, равном 40:60 и при степени замещения метилом 0,13, как индивидуальный компонент метилгуаровая смола более эффективна, чем гуаровая смола или оксипропилгуаровая смола.

Формула изобретения

Водоугольная суспензия на основе воды с добавлением углеродсодержащих частиц, формальдегида, пеногасителя, поверхностно-активного вещества на основе оксиалкилированных алкилфенолов и стабилизатора, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повьппения стабильности суспенэии, в качестве стабилизатора она содержит метилгуаровую смолу или ее смесь с ксантановой смолой при массовом соотношении 2:3-3:2, или смесь окси" пропилгуаровой смолы с ксантановой смолой при их массовом соотношении

1:9-6:4 при следующем соотношении компонентов, мас.Х:

Углеродоодержащие частицы

1491344

Приоритетпоприз,накам.

27.!2.84 — смесь оксипропилгуаровой смолы с ксантановой смолой;

l2.11.85 — метилгуаровая смола или ее смесь с ксантановой смолой.

Т ° бинц ° 1 свойства снеси уголь - вода

0,06-0,1

Стабилизатор

Поверхностно-активное вещество

Пеногаситель

Формапьдегид

Вода

0,5 или 0,6

0,05 или 0.,35

0,135 или 0,15

До 100

Состав и реологические

Содернание, вес.I, по примеру

3 4 5 6 7 Ь

Конюнензм

1 2

33,80

33980

33,80

33,80

33980

33,80

33980

Э3,80

0,60

0,35

0,10

0,60 0,60

0,35 0,35

0,09 0,08

0,60

0,35

0,06

0,60

0,35

0 05

0,60

О,Э5

0,04

0,60

0,07

0,60

0,3$

О 00 синропилгуароаая снолй

371-ный 4орнальдегид

0,00 0,01 0,02 0 03 0,04 0,05 0,06 0,I0

0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 O,IS 0,15

Ф

Уголь, равнолочмй текин образом, что 90Х частиц иневт размер неньяий 200 нея пря нросеиааяян черев сито.

° 4

Деионивированная вода.

144

Онсяалхнлироваиный алхилфенол (игепол СО-990) .

° аи

Пеногаситель на углеводородной основе — коллоид 691.

Таолица2

Реологические свойства суспензии

Пример

Вязкость, сП, при следующих скоростях сдвига, с

О,IO 1,02 100

I Таблица 3

Стабильность суспензии

Пример

Погружение сrepass через

4 нед, Х

Частицы угла

Вода

Поверхяостиоайтнвиый агент а ° 4 °

Пеногаситель

Ф

Ксаитановал снола

1 75200

2 .64400

3 70400

4 6200

5 62000

6 66800

7 67200

8 84400

2

4

6

32560

2381

2071

1943

1928

2114

16,5

27,8

75,9

22,8

53,2

59,5

34,2

I 491 3444

Та блица 4

КонцентраКомпоненты

Распыленный уголь размер 80-85-200

70,0

Этоксилированный нонилфенольный поверхностно-активный

0,50

0,05

О, 135

Вода (дистиллированная) 29,315

Таблица5

Эффективная вязкость при 57,6 с и процент накопившегося осадка через — (4,8 и 10 нед статического хранения при нормальных условиях для стабилизированных смесей уголь — вода

Эффективная вязкость, мПа ° с, и концентрация, Х г полимера через, нед

Полимерная композиция

0,060 0,075 0,060 0,075

0,060 0,075 0,060 0,075

Основная смесь

221 78

78 а Таблицаб

Эффективная вязкость при 57,6 с " и процент накопившегося осадка через 4,8 и 10 нед статического хранения при нормальных условиях для стабилизированных смесей уголь — вода

Эффективная вязкость, мПа с, и концентрация,Z, полимера через, нед

Добавл яеПолимерная композиция мые смеси вес. /вес.

О 4

0,075 0,060

0,060 0,075 0,060 0,075 0,060 0,075

Х/G

Х/С

Х/HPG-1

50/50 1250 1640 1,2 0 13,6 0 17,3 4,9

60/40 1300 1740 2,5 О 10,0 4,9 16,3 7,4

50/50 1730 1970 2,5 О 13,6 О 14,8 11,1

С

HPG-1

HPG-2

HPG-4

MG- 1

МС-3

Х агент

Пеногаситель

Формальдегид

1040 1370 29, 3 2,4

1580 I 950 7,5 3, 7

1630 1930 3,6 О

1310 1490 13,4 О

1440 1770 9,9 2,5

1490 1620 9,8 О

1240 1460 О О ция в расчете на вес всей смеси, Х.

57,3 30,1 75,6

26,3 13,6 37,3

32,5 24,4 51,8

61,0 12,2 72,0

23,4 13,8 30,9

23,2 13,6 30,5

0 О 17,1

80,8

16,0

37,8

32,9

l7 ° 5

29,6

12

1491344

Продолжение табл.Ь

Эффективная вязкость, мПа ° с, и концеитрацияЛ полимера через, иед

Робавляе мне смеси вес./вес

Поаимериа х ОмпОзици

) I

Д6Р,О

0,060 0,075 0,060 0,075

0,060 0,075

Составитель Н. Богданов а

Техред А. Кравчук

Редактор М Келемеш

Корректор M. Самборская

Заказ 3765/59

Тираж 446

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям н открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Гагарина, 101

Х/HPG-1

R/HPG-2

Х/НРС-2

Х/HPG-4

Х/HPG-4

Х/MG-1

Х/MG-1

Х/MG-1

Х/MG-3 . Х/MG-3

Х/MG-3

60/40 1580 1950 1, 2

50/50 1450 1870 10

60/40 1550 1820 0

50/50 1400 1850 0

60/40 1380 1560 0

40/60 690 880 0

50/50 1400 1790 0

60/40 1500 1590 1,2

40/60 1660 — 1,2

50/50 1520 1800 О

60/40 420 450 2,4

14,6

8,5

9,8

14,6

12,3

12,3

14,8

l4,8

12,5

13,4

0 24,4 7,5

0 207 0

0 195 0

0 35,4 0

0 17,3 7,6

0 6,8 0

0 16,0 9,9

4,9 25,9 13,6

2,5 24,7 8,6

7,4 21,3 14,8

6,2 22,0 13,6