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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Trennung von suspendierten Feststoffen und von agglomerierten anderen Feststoffen in jeweils suspendierenden und verbindenden Flüssigkeiten, umfassend die Zubereitung einer Aufschlämmung von teilchenförmigem Material in einer suspendierenden Flüssigkeit, welches Material Teile aufweist, die sich gegenüber der verbindenden Flüssigkeit lyophob verhalten und Teile, die sich ebenfalls gegenüber der verbindenden Flüssigkeit lyophil verhalten, das Einwirkenlassen von Schallenergie auf die Mischung, wodurch das Material in der suspendierenden Flüssigkeit in die lyophoben und in die lyophilen Teilchen getrennt wird, die Zugabe der verbindenden Flüssigkeit zur beschallten Mischung zur Agglomerierung der lyophilen Materialteilchen und der verbindenden Flüssigkeit und das Abtrennen der suspendierenden Flüssigkeit mit den lyophoben Materialteilchen.
2. Verfahren gemäss Anspruch 1, in welchem die Mischung aus verbindender Flüssigkeit und beschallter Mischung mittels Beschallung bewegt wird, um die Agglomeration der verbindenden Flüssigkeit mit den lyophilen Teilchen zu beschleunigen und um eine Reduzierung der zugegebenen Menge an verbindender Flüssigkeit im Vergleich zu der ohne diese Beschallung benötigten Menge an verbindender Flüssigkeit zu erreichen.
3. Verfahren gemäss Anspruch 2, in welchem weitere verbindende Flüssigkeit zur agglomerierten Mischung - nachdem die lyophoben in der suspendierenden Flüssigkeit abgeschieden worden sind - gegeben wird.
4. Verfahren gemäss Anspruch 3, in welchem die zuletzt erhaltene Mischung beschallt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 zur Herstellung eines Brennstoffes aus Kohle, Öl und Wasser, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: a) Bereitstellen einer Aufschlämmung aus Wasser und Kohleteilchen, wobei Asche an den Kohleteilchen haftet, b) Einwirken mit Schallenergie auf die Aufschlämmung und zwar mit der Intensität, die nötig ist, Kavitation und das Wegbrechen von Asche von den Kohleteilchen, um deren Grösse zu verringern, zu bewirken, c) Zugeben einer relativ kleinen Menge Öl, vorzugsweise zwischen 1 und 3 Gew.-% der Kohleteilchen, zur mit Schallenergie beeinwirktenAufschlämmung, um so kugelige Agglomeration des Öls und der Kohleteilchen und die Abscheidung von Wasser und der von den Kohleteilchen weggebrochenen Asche in der Mischung zu bewirken, e) Einwirken von Schallenergie auf die Mischung aus Aufschlämmung und 01,
um den Prozess der kugeligen Agglomeration zu verstärken durch Beschleunigung des Prozesses, bei dem die relativ kleine Menge Öl zugegeben worden ist, f) Abtrennen des Wassers sowie aller nicht-aggregierten Teilchen von Asche, die von den Kohleteilchen weggebrochen ist, von den Kohleteilchen unter Rückbelassung eines Wasseranteils und g) Zugeben von Öl zur agglomerierten Masse, um so einen stabilen Brennstoff aus Kohle, Öl und Wasser zu erhalten, welche Masse 10 bis 20 Gewichtsprozent Wasser, 30 bis 40 Gewichtsprozent Öl und etwa 50 Gewichtsprozent Kohle enthält.
6. Verfahren gemäss den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung von agglomerierter Masse und Öl weiter beschallt wird, um den Kohlen/Öl/Wasser/ Brennstoff zusätzlich zu stabilisieren und um Wasser daraus abzutrennen und aus der Masse austreten zu lassen.
7. Verfahren gemäss Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohle aus der Mine vorerst grob auf eine Korngrösse gemahlen wird, die einem Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,833 bis 0.246 mm entspricht, um daraus Verunreinigungen freizusetzen, dass Wasser zur Bildung einer Aufschlämmung zugesetzt wird, worauf die Aufschlämmung einem Trennprozess unterworfen wird zur Abtrennung der Verunreinigungen von den Kohleteilchen, dass den Kohleteilchen Wasser zugesetzt wird und dass diese Aufschlämmung weiter auf Kohlenteilchen-Korngrösse gemahlen wird, die einem Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,147 bis 0,052 mm entspricht, worauf diese Aufschlämmung gemäss dem Verfahren von Anspruch 5 behandelt wird.
Die hier beschriebene Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trennung von suspendierten Feststoffen und von agglomerierten anderen Feststoffen in jeweils suspendierenden und verbindenden Flüssigkeiten.
Im US-Patent 3 941 552 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem eine Mischung aus Wasser, Öl und Kohle einer intensiven Schallenergieeinwirkung unterworfen wird, welche im folgenden als Beschallung bezeichnet werden wird. Die Beschallung in der gennannten US-Patentschrift genügt, um so Kavitation bei den Feststoffen herbeizuführen und dadurch die Mischung zu stabilisieren. Diese Mischung kann gelagert, gepumpt und auch sonst gleich verwendet werden, wie ein Brennstoff.
In der noch hängigen parallelen Patentanmeldung US Serial No 915851 vom 15. Juni 1978 wird eine Methode zur Verbesserung der Eigenschaften von Kohle beschrieben, bei welcher Methode die Kohle in verkleinerter Form mit Wasser gemischt wird und die Mischung beschallt wird. Dadurch wird die Teilchengrösse der Kohlepartikel erniedrigt, wobei die Wirkung vorausgesetzt wird, dass die Zerstörung der Kohleteilchen durch Kavitation geschieht. Während des Vorganges werden die Pyrite und die Asche aus den Kohleteilchen gelöst und können, immer gemäss dem gekannten Verfahren, zusammen mit Wasser abgetrennt werden. Bei der Ausführung der Erfindung gemäss dem oben genannten US 3 941 552 kann es vorkommen, dass das Endprodukt gräulich aussieht und anscheinend instabil ist und zwar bezüglich der wasserigen Phase die mit der Zeit aus der Mischung auszuscheiden scheint.
Wenn auch durch ganz genaues Einhalten dere Anteilgrenzen von Wasser, Ol und Kohle die Mischung gemäss dem genannten US Patent stabilisiert werden kann, stellt eben dieses genannte genaue Einhalten für grosstechnische Produktionen einen nicht zu vernachlässigenden Nachteil dar. Speziell trifft dies zu, wenn die Reihenfolge der Zugabe verändert wurden.
Was aber tatsächtlich geschah war das folgende: Kohle und Öl sind natürlicherweise lyophob, d.h. wasserabstossend. Das Öl wirkte beim Verfahren als verbindende Flüssigkeit, um die Kohle zu benetzen. Sobald nun die Mischung gerührt oder bewegt wurde, agglomerierten Öl und Kohle und stiessen dabei das Wasser ab. Auch nach der Beschallung der Wasser/Kohle/Öl Mischung wurde zudem festgestellt, das auch nach Abscheiden des Wassers die agglomerierte Masse einen grossen Restteil an Asche aufwies.
Die Ausscheidung von Asche aus der Mischung ist natürlich wichtig und aufgrund der oben beschriebenen Beobachtungen wurde entschieden, das Verfahren so zu modifizieren, dass die Kohleteilchen dabei in ihren Eigenschaften verbessert würden. Das modifizierte Verfahren sollte umfassen: eine grobe Mahlung, eine anschliessende Flotation oder andere Auftrennung, eine weitere Nassmahlung zu sehr klei
nen, gleichförmigen Partikelteilchen, eine Beschallung und schliesslich eine Agglomeration, um die Mischung vor den End-Verfahrensschritten ohne Asche und Wasser zu erhalten. Es wurde auch klar, dass das Verfahren, falls es richtig modifiziert sein sollte, Beschallungsschritte an verschiedenen Punkten des Verfahrens enthalten muss. Dadurch wird die Reduktion der Partikelteilchen verbessert und die Verbesserung der Eigenschaften wird erhöht. Ebenso sollte die Agglomerierung des Materials viel mehr für die Abtrennung von Feststoffen aus dem suspendierenden Medium eingesetzt werden. Ein Verfahren für das Abtrennen von Feststoffen mittels Agglomeration wird in der US-Patentschrift 3 268 071 vom 29. August 1966 beschrieben.
Dieses Verfahren ist ein solches, welches für die Agglomeration und Separation von Mischungen von zwei verschiedenen, physikalisch getrennten Feststoffteilchenmaterialien geeignet ist. Diese Feststoffe können z. B. Mineralien und Metalle umfassen und in einem wässerigen, suspendierenden Medium vorliegen. Eines der Teilchen verhält sich dabei hydrophob und das andere hydrophil im Medium. Nun wird im Verfahren der genannten US-Patentschrift eine verbindende Flüssigkeit zur Mischung gegeben, welche verbindende Flüssigkeit bevorzugterweise nur die hydrophoben Anteile der Materialien benetzt. Dadurch wird eine Schicht der genannten Flüssigkeit über die hydrophoben Teilchen gebildet.
Die resultieren- de Mischung wird dann einer mechanischen Bewegung unter turbulenten Bedingungen ausgesetzt, um so die benetzten hydrophoben Feststoffteilchen zu flokulieren und die so gebildeten Flokulate zu kugeligen Agglomeraten zu kompaktieren. Diese kompakten Agglomerate sind dichter als die suspendierende Flüssigkeit und können daraus beispielsweise mittels Absieben getrennt werden.
In der kanadischen Patentschrift 1 020 880 vom 15. November 1977 wird eine Mikroagglomerationsmethode verwendet für das Ersetzen eines flüssigen Suspendierungsmediums in einer Mischung aus teilchenförmigen Material und dem genannten Medium. Die Methode umfasst die Bereitstellung einer Mischung aus Teilchen, welche oberflächlich zum Teil durch eine Agglomerierungsflüssigkeit nicht benetzt werdern können. Zur Mischung wird nun eben eine solche agglomerierende Flüssigkeit gegeben und zwar in einem spezifischen Verhältnis zum Feststoffgehalt der Mischung. Die Zugabe dieser agglomerierenden Flüssigkeit geschieht zur wesentlichen Ersetzung der suspendierenden Flüssigkeit in der ersten Mischung. Die Mischung wird dann nach der Zugabe der agglomerierenden Flüssigkeit gerührt und zwar so lange, bis das teilchenförmige Material als Mikroagglomerat vorliegt und so abgetrennt werden kann.
In der kanadischen Patentschrift 1 039 059 vom 26. August 1978 wird eine andere Methode zur Abtrennung von allem organischem Material aus Kohle gelehrt. Diese Methode umfasst die Bereitstellung der das anorganische Material enthaltenden Kohle in Teilchenform, und zwar als Suspension in einem flüssigen Kohlenwasserstofföl. Die Suspension wird dann mit wässeriger agglomerierender Flüssigkeit gemischt, welche mit dem flüssigen Kohlenwasserstofföl ummischbar sind. Das ganze wird gemischt, wobei diejenigen Teilchen, welche eine hydrophile Oberfläche aufweisen, sich in der agglomerierenden Flüssigkeit ansammeln und agglomerieren, während mindestens der grösste Teil der Kohleteil- chen im flüssigen Kohlenwasserstofföl dispergiert bleibt.
So kann dann das anorganische Material mindestens vom grössten Teil der flüssigen Kohle/Kohlenwasserstofföl-Suspension abgetrennt werden.
In allen genannten Veröffentlichungen zum Stand der Technik ist normalerweise die suspendierende Flüssigkeit Wasser und die verbindende oder benetzende Flüssigkeit eine organische Flüssigkeit, bevorzugterweise eine in Wasser unlösliche organische Flüssigkeit und zudem eine solche, welche eine hohe Oberflächenspannung gegenüber der suspendierenden Flüssigkeit aufweist. Typische verbindende Mittel sind Benzol und aliphatische Kohlenwasserstoff Lösungsmittel wie Varsol , Kerosen, Petroleum-Schmieröl flüssiges chloriertes Diphenyl, Brennöl und Kombinationen der genannten Stoffe. Die suspendierende Flüssigkeit kann natürlich eine organische Flüssigkeit enthalten, wobei in diesem Fall Wasser die bevorzugte verbindende Flüssigkeit sein würde.
Aber auch im zweiten Fall können Glycol, Formamid, Phenol, hydroxylierte organische Flüssigkeiten und andere Flüssigkeiten, welche im wesentlichen im suspendierenden Medium unlöslich sind, als verbindende oder benetzende Flüssigkeit eingesetzt werden. Es muss darauf hingewiesen werden, dass in den Methoden gemäss dem Stand der Technik immer das teilchenförmige Material, welches agglomeriert werden soll, und die agglomerierende Flüssigkeit gemischt werden, worauf die Mischung dann gerührt wird und zwar solange, bie Agglomerierung geschieht. Erst dann wird die suspendierte Flüssigkeit abgetrennt.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird gekennzeichnet durch die im Anspruch 1 angegebene Kombination von Ver fahrensschritten - vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen - Das Verfahren umfasst einen möglichen, ersten Schritt, bei dem die Kohle grob gemahlen wird. Anschliessend werden die wichtigsten Verunreinigungen daraus abgetrennt und die so vorgereinigte Kohle wird nass weitergemahlen. Diese Verkleinerung geschieht in einer suspendierenden Flüssigkeit. Nun folgt die erste Beschallung, um erstens die Teilchengrösse der suspendierenden Kohlenpartikel zu verkleinern und zweitens deren Güte durch Abtrennung aus den Kohleteilchen von Asche und anderen Verunreinigungen, vor allem Pyrit, zu bewirken.
Eine minimale Menge an agglomerierender Flüssigkeit kann nun zur beschallten Aufschlämmung gegeben werden und diese Mischung wird nun, wiederum bevorzugterweise durch Schallenergie so stark beeinflusst, dass Kavitation in den Feststoffteilchen der Mischung eintritt. Es ist dabei festgestellt worden, dass mit der Beschallung während des Agglomerierungsschrittes dazu weniger Agglomerierungsflüssigkeit benötigt wird.
Nach der Einwirkung durch Schallenergie auf die Mischung kann dieselbe abgesiebt werden, um so die suspendierende Flüssigkeit abzutrennen. Dem soerhaltenen Produkt kann dann noch mehr verbindende oder benetzende Flüssigkeit zugegeben werden, um so das Endprodukt so erhalten.
Als erster, möglicher Schritt zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist wie gesagt eine grobe Mahlung der Kohle auf eine Korngrösse, die einem Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,833 bis 0,246 mm entspricht, vorgesehen. Diese Mahlung genügt, um den grössten Teil der Verunreinigungen freizusetzen. Nun wird der grobgemahlenen Kohle Wasser zugesetzt, und zwar in einer Menge von 10 bis 50 Gewichtsprozent Wasser im Gemisch. Daraus wird dann eine Aufschlämmung hergestellt. Aus der Aufschlämmung wird, mittels eines bekannten Trennverfahren, der Schaumflottierung, der grösste Teil der in der Kohle noch verbleibenden Verunreinigungen abgetrennt. Dies bedeutet, dass wesentlich weniger Energie verwendet werden muss, um die Kohle genügend fein zu mahlen und dass die Mühlenausrüstung weniger abgenutzt wird, da die abrasiven Partikel entfernt werden.
Zudem wird, durch die Behandlung dieser groben Kohleteilchen, praktisch kein Verlust an Feinmaterial eintreten. Dieser Feinanteil ist zwar für konventionelle Brennverfahren ungünstig; für die folgende Agglomeration im erfindungsgemässen Verfahren ist er jedoch günstig.
Im erfindungsgemässen Verfahren wird schliesslich ein Brennstoff erreicht, welcher ungefähr 50% Kohle, zwischen 30 und 40% Öl und zwischen 10 und 20% Wasser enthält.
Dazu wird also die oben erhaltene Aufschlämmung, in der die Kohle ungefähr ein Drittel des Gewichtes ausmacht, vorerst beschallt, um so A#sche und Pyrite von den Kohleteilchen wegzubrechen. Öl wird nun als verbindende Flüssigkeit zugegeben. Die weitere Beschallung dieser Mischung führt zu einer Agglomerierung von Kohle und Öl. Diese Mischung wird abgetrennt, wodurch Wasser, Asche und Verunreinigungen von der agglomerierten Masse separiert werden. Die agglomerierte Masse, die immer noch einiges Wasser enthält, wird nochmals bis zum gewünschten Gehalt mit Öl versetzt.
Je nach Gehalt an Wasser in der agglomerierten Kohle, wird die Endbeschallung oder auch Endbestrahlung des Brennstoffes wegen weiterer Kavitation ein wenig Wasser frei setzen, welches aus der sonst stabilen Mischung abgeschieden wird. Es ist aber festgestellt worden, dass dieses Wasser aus der Mischung austritt. Dies bedeutet, dass wenn diese Mischung beispielsweise durch eine Leitung gepumpt wird, sich zwischen der Leitung und dem Material eine Wasserschicht bildet, welche den Durchgang dieser thixotropen Flüssigkeit durch die Leitung erleichtert.
Der Restwassergehalt in der agglomerierten Kohle kann genau kontrolliert werden durch die Menge und den Typ des Ols, welches im Agglomerationsprozess gleich nach der ersten Beschallung und vor der zweiten Beschallung zugegeben wird.
Es ist festgestellt worden, dass die benötigte Menge Öl in die Mischung für die Agglomeration kleiner ist, weenn beschallt wird, als wenn mit Verfahren gearbeitet wird, wie sie dem Stand der Technik entsprechen. In den zuletzt#genann- ten Verfahren werden bis zu 30 Gewichtsprozente Ol und mehr beim Agglomerierungsschritt verwendet. Im erfindungsgemässen Verfahren können weniger als 10% Öl zugesetzt werden. Der Vorteil dieses Verfahrens ist natürlich, dass dadurch der Preis des Produktes wesentlich tiefer liegt.
Das erfindungsgemäss Verfahren wird nun anhand der beigelegten Figur erläutert.
Wenn auch die Erfindung im folgenden hauptsächlich hinsichtlich der Herstellung vom Kohle/Öl/Wasser-Brenn- stoffen besprochen werden wird, ist es klar, dass die Verwendung von Schallenergie im Zusammenhand mit Kugelagglomeration nicht auf Mischungen von Kohle, Öl und Wasser beschränkt ist. Diese Kombination ist nützlich im Zusammenhang mit der Kugelagglomeration auch von anderen Stoffen und für die entsprechenden Trennverfahren wie beispielsweise diejenigen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind. Solche bekannten Verfahren, die sich mit der erfindungsgemässen Kombination verbessern lassen, sind also diejenigen, bei denen Feststoffe aus ihrer auspendierenden Flüssigkeit abgetrennt werden sollen durch Zugabe von verbindender Flüssigkeit, so dass die lyophoben der Teilchen aus der Suspension abtrennen, und zwar nach der Agglomeration.
Es ist festzustellen, dass falls Wasser die suspendierende Flüssigkeit ist, eine organische Flüssigkeit, bevorzugterweise eine solche, die im Wasser unlöslich ist, die verbindende Flüssigkeit ist und auch umgekehrt. Das Ziel ist, dass die verbindende Flüssigkeit mit dem Feststoff in der suspendierenden Flüssigkeit agglomerieren soll, wonach die suspendierenden Flüssigkeit von der agglomerierten Masse getrennt werden kann.
Es liegt im Bereich dieser Erfindung, die erste Mischung aus suspendierender Flüssigkeit und Feststoff zu beschallen, und dann die Beschallung wiederum nach der Zugabe des Agglomerierungsmediums einzusetzen. Auch die in den weiteren Verahrensschritten erhaltenen Mischungen können be schallt werden, z. B. diejenige Mischung die am Schluss mit mehr agglomerierender Medium erhalten wird.
Speziell jetzt und hinsichtlich der Figur, wurde die Erfindung dazu benutzt, um Kohlen/Öl/Wasser-Brennstoff herzustellen.
Die Kohle (1) kann zuerst grob gemahlen (2) und dann mit Wasser (3) versetzt werden (4). Hierauf tritt eine erste Abscheidung (6) von Verunreinigungen mit dem Wasser ein, und zwar mittels Schaumfiottierung (5). Andere konventionelle Trennmethoden können aber auch verwendet werden.
Die vorgereinigte Kohlenwasseraufschlämmung wird dann nass vermahlen (8), und zwar bis zu einem Mahlgrad der Kohleteilchen, der einem Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,147 bis 0,052 mm entspricht.
Wenn dieser erste, nur eventuell nötige Schritt nicht ausgeführt wird, kann Wasser in einem Behälter (9) gegeben werden und dort mit verkleinerter Kohle gemischt werden.
Die Kohle liegt mit Vorteil in der Grössenordnung von 50 bis 100 um oder weniger vor, wenn auch Teilchengrössen von über 200 um immer noch für das Verfahren geeignet sind. Die Mischung wird so vorbereitet, dass sie ungefähr 60 Gewichtsprozente Wasser und ungefähr 40 Gewichtsprozen- te Kohle enthält. Dann wird sie mit einem Rührwerk gerührt, und von dort als Aufschlemmung in den Beschallungsreaktor (10) gepumpt.
Dieser Beschallungsreaktor ist ein solcher, wie er in einer der folgenden US-Patentschriften beschrieben ist: 3 941 552, 3 715 104 oder 3 749 318. Nun wird die Aufschlämmung einer intensiven Schallenergieeinwirkung unterworfen. Diese ist so stark, dass Kavitation im Feststoff verursacht wird.
Die Einwirkung soll solange dauern, um die Teilchengrössen zu zerkleinern, so dass dabei Pyrit und auch Achse von den Ascheteilchen abbrechen. Zu dieser Aufschlämmung kann nun ein Teil des Agglomerierungsmediums (11) gegeben werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Aufschlemmung vorerst in einen Behälter (15) gepumpt, in dem dann eine Menge Agglomerierungsmittel (14) zugegeben wird. Diese liegt im vorliegenden Fall zwischen einem und drei Gewichtsprozente der Kohle in der Aufschlämmung. Die Aufschlämmung mit dem Agglomerierungsmedium wird nun gerührt und, gemäss der Erfindung, bevorzugterweise nochmals beschallt (17) und zwar mit einer genügend hohen Intensität, um wiederum Kavitation zu bewirken.
Der anschliessende Agglomerierungsschritt wird durch Beschallung sehr beschleunigt, wodurch dieser Vorgang einmal schneller ist und weniger Agglomerierungsmedium braucht im Vergleich zu den herkömmlichen Rührmethoden, wenn solche anstelle dieses anschliessenden Agglomera tionsschrittes verwendet werden.
Nach der Beschallung der Mischung, welche die Wasserkohleaufschlämmung und das Agglomerierungsöl umfasst, enthält die agglomerierte Masse von Kohle und Öl auch eine Mischung aus Wasser und Asche, welche lyophil gegenüber dem Agglomerierungsmedium - aber nicht gegenüber dem Wasser - ist. Die Mischung (18) wird nun abfiltriert, so dass das Wasser und die Asche abgetrennt werden.
Gewonnen wird also die Masse aus Kohle und Öl.
Die abgeschiedene (12) Wasser/Asche Phase (13) kann wieder in den Prozess zurückgeführt werden, wobei vor der Wiederaufgabe des Wassers die darin enthaltene Asche in an sich bekannter Weise abgetrennt werden kann.
Tatsächlich enthält die agglomerierte Masse immer noch eine kleine Menge Wasser, was für die gewünschten Eigenschaften des Endproduktes absolut annehmbar ist. Dieses kann 10 bis 20 Gewichtsprozente Wasser enthalten. Zur oben erhaltenen, agglomerierten Masse wird nun soviel Öl zugegeben, um eine Mischung aus Kohle, Öl und Wasser zu erhalten, welche ungefähr aus 50 Gewichtsprozent Kohle, aus zwischen 30 und 40 Gewichtsprozent aus Öl und aus zwischen 10 und 20 Gewichtsprozente Wasser besteht. Die so erhaltene Mischung kann nun gerührt oder nochmals beschallt werden, und sie kann anschliessend gelagert, gepumpt und behandelt werden wie sonst ein Brennstoff.
Eine weitere Beschallung nach all diesen Verfahrensschritte führt zu einem Abscheiden von Wasser aus der Mischung, welches Wasser aber auf die Aussenseite der Masse migriert und so beim Pumpen durch Leitungen beispielsweise den Wider stand verringert.
Es sind im Labor viele Versuche durchgeführt worden, um die genaue Proportionen der Bestandteile der erfin dungsgemässen erhaltenen Masse festzusetzen. Auch sind sehr viele Untersuchungen ausgeführt worden, um festzu stellen, bei welchen Agglomerierungsschritten welche Öl ein zusetzen ist. Diese Untersuchungen führten zu einem Opti mum im Endprodukt bezüglich der Viskosität und der Thi xotropie. In einem anderen Experiment wurde untersucht, welches Öl zur kugeligen Agglomeration beiträgt. In diesem Experiment wurden jeweils 100 Gramm Kohle mit einem Teilchengrösse von etwa 70 Mm mit 200 Gramm Wasser gemischt. Die erhaltene Aufschlämmung wurde beschallt. Zur so erhaltenen, beschallten Aufschlämmung wurden zuerst zwei Gramm eines Ols (Nr. 2) gegeben und die Mischung neuerdings beschallt. Die Agglomeration schien nicht einzutreten.
Dann wurden zwei weitere Gramm des gleichen Öls (Nr. 2) zugegeben und die Mischung wurde noch einmal beschallt. Immer noch war keine kugelige Agglomeration zu beobachten. Nun wurden nochmals zwei weitere Gramm des gleichen Öls (Nr. 2) zugegeben und die erhaltene Mischung noch einmal beschallt. Nun erst geschah kugelige Agglomeration. Diese Mischung wurde nun durch ein Sieb gegeben, wo das Wasser mit der Asche austrat. Zur agglomerierten Masse wurden 40 Gramm eines anderen Öls (Nr. 6) gegeben, und die Mischung nun gerührt. Das erhaltene Endprodukt zeigte gute Eigenschaften bezüglich der Tixotropie des Materials.
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PATENT CLAIMS
1. A method for separating suspended solids and agglomerated other solids in each of suspending and connecting liquids, comprising the preparation of a slurry of particulate material in a suspending liquid, the material comprising parts which are lyophobic to the connecting liquid and parts which also behave lyophilically to the connecting liquid, exposing the mixture to sonic energy, thereby separating the material in the suspending liquid into the lyophobic and lyophilic particles, adding the connecting liquid to the sonicated mixture to agglomerate the lyophilic material particles and the like connecting liquid and the separation of the suspending liquid with the lyophobic material particles.
2. The method according to claim 1, in which the mixture of connecting liquid and sonicated mixture is moved by sonication in order to accelerate the agglomeration of the connecting liquid with the lyophilic particles and to reduce the amount of connecting liquid added compared to that without it Sonication to achieve the required amount of connecting liquid.
3. The method according to claim 2, in which further connecting liquid is added to the agglomerated mixture - after the lyophobic has been separated in the suspending liquid.
4. The method according to claim 3, in which the last mixture obtained is sonicated.
5. The method according to claim 3 for the production of a fuel from coal, oil and water, characterized by the following process steps: a) providing a slurry of water and coal particles, with ash adhering to the coal particles, b) acting on the slurry with sound energy with the intensity necessary to cause cavitation and the breaking away of ash from the coal particles in order to reduce their size, c) adding a relatively small amount of oil, preferably between 1 and 3% by weight of the coal particles, to the Sound energy affected slurry so as to cause spherical agglomeration of the oil and coal particles and the separation of water and the ash broken away from the coal particles in the mixture, e) effect of sound energy on the mixture of slurry and 01,
to intensify the process of spherical agglomeration by accelerating the process in which the relatively small amount of oil has been added, f) separating the water and all non-aggregated particles of ash that has broken away from the coal particles from the coal particles, leaving behind a water fraction and g) adding oil to the agglomerated mass so as to obtain a stable fuel from coal, oil and water, which mass contains 10 to 20 weight percent water, 30 to 40 weight percent oil and about 50 weight percent coal.
6. The method according to claims 4 and 5, characterized in that the mixture of agglomerated mass and oil is further sonicated in order to additionally stabilize the coal / oil / water / fuel and to separate water from it and to let it escape from the mass.
7. The method according to claim 5, characterized in that the coal from the mine is initially coarsely ground to a grain size which corresponds to a sieve with a mesh size of 0.833 to 0.246 mm in order to release impurities that water is added to form a slurry the slurry is then subjected to a separation process to separate the contaminants from the coal particles, water is added to the coal particles, and this slurry is further ground to a coal particle size that corresponds to a sieve with a mesh size of 0.147 to 0.052 mm, whereupon this slurry is treated according to the method of claim 5.
The invention described here relates to a method for separating suspended solids and agglomerated other solids in each of suspending and connecting liquids.
US Pat. No. 3,941,552 describes a method in which a mixture of water, oil and coal is subjected to an intensive acoustic energy effect, which is referred to below as sonication. The sonication in the US patent is sufficient to cause cavitation in the solids and thereby stabilize the mixture. This mixture can be stored, pumped and used in the same way as a fuel.
In the still pending parallel patent application US Serial No 915851 dated June 15, 1978, a method for improving the properties of coal is described, in which method the coal is mixed in a reduced form with water and the mixture is sonicated. As a result, the particle size of the coal particles is reduced, the effect being assumed that the coal particles are destroyed by cavitation. During the process, the pyrites and the ashes are released from the coal particles and can always be removed together with water according to the known method. When carrying out the invention according to the above-mentioned US Pat. No. 3,941,552, it may happen that the end product looks grayish and apparently is unstable with respect to the aqueous phase, which appears to separate out of the mixture over time.
Even if the mixture can be stabilized according to the US patent mentioned by very precise adherence to the proportion limits of water, oil and coal, this exact adherence is a not insignificant disadvantage for large-scale production. This is especially true if the order of the Encores have been changed.
But what actually happened was the following: Coal and oil are naturally lyophobic, i.e. water repellent. During the process, the oil acted as a connecting liquid to wet the coal. As soon as the mixture was stirred or agitated, oil and coal agglomerated and pushed off the water. Even after sonication of the water / coal / oil mixture, it was also found that the agglomerated mass still had a large amount of ash after the water had been separated off.
The removal of ash from the mixture is of course important and based on the observations described above, it was decided to modify the process so that the properties of the coal particles would be improved. The modified procedure should include: a coarse grinding, a subsequent flotation or other separation, a further wet grinding too small
NEN, uniform particle particles, sonication and finally agglomeration in order to obtain the mixture without ash and water before the final process steps. It also became clear that, if properly modified, the process must include sonication steps at various points in the process. As a result, the reduction of the particle particles is improved and the improvement in the properties is increased. Likewise, the agglomeration of the material should be used much more for the separation of solids from the suspending medium. A method for the separation of solids by agglomeration is described in U.S. Patent 3,268,071 dated August 29, 1966.
This method is one which is suitable for the agglomeration and separation of mixtures of two different, physically separated solid particle materials. These solids can e.g. B. include minerals and metals and are present in an aqueous, suspending medium. One of the particles is hydrophobic and the other hydrophilic in the medium. Now, in the process of the aforementioned US patent, a connecting liquid is added to the mixture, which connecting liquid preferably wets only the hydrophobic portions of the materials. As a result, a layer of said liquid is formed over the hydrophobic particles.
The resulting mixture is then subjected to mechanical movement under turbulent conditions in order to flocculate the wetted hydrophobic solid particles and to compact the floculates thus formed into spherical agglomerates. These compact agglomerates are denser than the suspending liquid and can be separated from them, for example, by sieving.
Canadian Patent 1,020,880 dated November 15, 1977 uses a microagglomeration method to replace a liquid suspension medium in a mixture of particulate material and said medium. The method comprises the provision of a mixture of particles which on the surface cannot be wetted in part by an agglomerating liquid. Such an agglomerating liquid is now added to the mixture in a specific ratio to the solids content of the mixture. This agglomerating liquid is added to substantially replace the suspending liquid in the first mixture. The mixture is then stirred after the addition of the agglomerating liquid until the particulate material is in the form of a microagglomerate and can thus be separated off.
Canadian Patent 1,039,059, issued August 26, 1978, teaches another method for separating all organic material from coal. This method involves providing the coal containing the inorganic material in particulate form as a suspension in a liquid hydrocarbon oil. The suspension is then mixed with aqueous agglomerating liquid which can be mixed with the liquid hydrocarbon oil. The whole is mixed, whereby those particles which have a hydrophilic surface accumulate and agglomerate in the agglomerating liquid, while at least the majority of the coal particles remain dispersed in the liquid hydrocarbon oil.
The inorganic material can then be separated from at least most of the liquid coal / hydrocarbon oil suspension.
In all of the cited prior art publications, the suspending liquid is normally water and the connecting or wetting liquid is an organic liquid, preferably a water-insoluble organic liquid and also one which has a high surface tension with respect to the suspending liquid. Typical connecting agents are benzene and aliphatic hydrocarbon solvents such as Varsol, kerosene, petroleum lubricating oil, liquid chlorinated diphenyl, fuel oil and combinations of the substances mentioned. The suspending liquid can of course contain an organic liquid, in which case water would be the preferred connecting liquid.
But also in the second case, glycol, formamide, phenol, hydroxylated organic liquids and other liquids which are essentially insoluble in the suspending medium can be used as the connecting or wetting liquid. It must be pointed out that in the methods according to the state of the art, the particulate material which is to be agglomerated and the agglomerating liquid are always mixed, whereupon the mixture is stirred for as long as agglomeration takes place. Only then is the suspended liquid separated.
The method according to the invention is characterized by the combination of process steps specified in claim 1 - advantageous further developments result from the dependent claims - the method comprises a possible first step in which the coal is roughly ground. The most important impurities are then separated off and the coal thus pre-cleaned is wet-ground. This reduction takes place in a suspending liquid. Now the first sonication follows, firstly to reduce the particle size of the suspended carbon particles and secondly to effect their quality by separating them from the coal particles from ash and other impurities, especially pyrite.
A minimal amount of agglomerating liquid can now be added to the sonicated slurry and this mixture is now, again preferably influenced by sound energy so strongly that cavitation occurs in the solid particles of the mixture. It has been found that with the sonication during the agglomeration step less agglomeration liquid is required.
After exposure to sound energy on the mixture, the mixture can be screened off so as to separate the suspending liquid. Even more connecting or wetting liquid can then be added to the product thus obtained in order to obtain the end product.
As said, the first possible step for carrying out the method according to the invention is a coarse grinding of the coal to a grain size which corresponds to a sieve with a clear mesh size of 0.833 to 0.246 mm. This grinding is sufficient to release most of the contaminants. Now water is added to the coarsely ground coal in an amount of 10 to 50 percent by weight of water in the mixture. A slurry is then made from this. Most of the impurities still remaining in the coal are separated from the slurry by means of a known separation process, the foam floatation. This means that much less energy has to be used to grind the coal enough and that the mill equipment is less worn because the abrasive particles are removed.
In addition, the treatment of these coarse coal particles will result in practically no loss of fine material. This fine fraction is unfavorable for conventional combustion processes; however, it is favorable for the following agglomeration in the process according to the invention.
In the process according to the invention, a fuel is finally obtained which contains approximately 50% coal, between 30 and 40% oil and between 10 and 20% water.
For this purpose, the slurry obtained above, in which the coal makes up about a third of the weight, is initially sonicated, in order to break ash and pyrites away from the coal particles. Oil is now added as the connecting liquid. Further sonication of this mixture leads to an agglomeration of coal and oil. This mixture is separated, whereby water, ash and impurities are separated from the agglomerated mass. The agglomerated mass, which still contains some water, is again mixed with oil to the desired content.
Depending on the water content in the agglomerated coal, the final sonication or final irradiation of the fuel will release a little water due to further cavitation, which is separated from the otherwise stable mixture. However, it has been found that this water emerges from the mixture. This means that when this mixture is pumped through a line, for example, a water layer forms between the line and the material, which facilitates the passage of this thixotropic liquid through the line.
The residual water content in the agglomerated coal can be precisely controlled by the amount and type of oil which is added in the agglomeration process immediately after the first sonication and before the second sonication.
It has been found that the amount of oil required in the mixture for agglomeration is smaller when sonicated than when working with methods which correspond to the prior art. In the last # mentioned processes up to 30 weight percent oil and more are used in the agglomeration step. In the process according to the invention, less than 10% oil can be added. The advantage of this process is, of course, that the price of the product is significantly lower.
The method according to the invention will now be explained with reference to the attached figure.
Although the invention will be discussed primarily with regard to the manufacture of coal / oil / water fuels, it is clear that the use of sound energy in conjunction with ball agglomeration is not limited to mixtures of coal, oil and water. This combination is useful in connection with ball agglomeration of other substances and for the corresponding separation processes such as, for example, those which are known from the prior art. Such known methods, which can be improved with the combination according to the invention, are therefore those in which solids are to be separated from their spouting liquid by adding connecting liquid, so that the lyophobic particles separate from the suspension, specifically after the agglomeration.
It should be noted that if water is the suspending liquid, an organic liquid, preferably one that is insoluble in water, is the connecting liquid and vice versa. The aim is that the connecting liquid should agglomerate with the solid in the suspending liquid, after which the suspending liquid can be separated from the agglomerated mass.
It is within the scope of this invention to sonicate the first mixture of suspending liquid and solid, and then use the sonication again after adding the agglomerating medium. The mixtures obtained in the further process steps can be sonicated, for. B. the mixture that is obtained at the end with more agglomerating medium.
Especially now and with respect to the figure, the invention has been used to make coal / oil / water fuel.
The coal (1) can first be roughly ground (2) and then mixed with water (3) (4). This is followed by a first separation (6) of impurities with the water, namely by means of foam floating (5). However, other conventional separation methods can also be used.
The pre-cleaned hydrocarbon slurry is then wet milled (8), to a degree of grinding of the coal particles, which corresponds to a sieve with a clear mesh size of 0.147 to 0.052 mm.
If this first step, which may only be necessary, is not carried out, water can be placed in a container (9) and mixed there with reduced coal.
The coal is advantageously on the order of 50 to 100 µm or less, although particle sizes of over 200 µm are still suitable for the process. The mixture is prepared so that it contains approximately 60 percent by weight water and approximately 40 percent by weight coal. Then it is stirred with a stirrer, and from there it is pumped as a slurry into the sonication reactor (10).
This sonication reactor is one as described in one of the following US Pat. Nos. 3,941,552, 3,715,104 or 3,749,318. The slurry is now subjected to intense acoustic energy. This is so strong that cavitation is caused in the solid.
The effect should last as long as to shred the particle sizes, so that pyrite and also the axis break off from the ash particles. Part of the agglomeration medium (11) can now be added to this slurry. In a preferred embodiment of the invention, the slurry is first pumped into a container (15), in which a quantity of agglomerating agent (14) is then added. In the present case, this is between one and three percent by weight of the coal in the slurry. The slurry with the agglomeration medium is then stirred and, according to the invention, preferably sonicated again (17) with a sufficiently high intensity to again cause cavitation.
The subsequent agglomeration step is greatly accelerated by sonication, which makes this process faster and less agglomeration medium is required compared to the conventional stirring methods if such are used instead of this subsequent agglomeration step.
After sonication of the mixture comprising the hydrocarbon slurry and the agglomerating oil, the agglomerated mass of coal and oil also contains a mixture of water and ash which is lyophilic to the agglomerating medium - but not to the water. The mixture (18) is now filtered off, so that the water and the ash are separated off.
So the mass is obtained from coal and oil.
The separated (12) water / ash phase (13) can be returned to the process, and the ash contained therein can be separated off in a manner known per se before the water is re-applied.
In fact, the agglomerated mass still contains a small amount of water, which is absolutely acceptable for the desired properties of the end product. This can contain 10 to 20 percent by weight of water. So much oil is now added to the agglomerated mass obtained above to obtain a mixture of coal, oil and water, which consists approximately of 50 weight percent coal, between 30 and 40 weight percent oil and between 10 and 20 weight percent water. The mixture obtained in this way can now be stirred or sonicated again, and it can then be stored, pumped and treated like any other fuel.
A further sonication after all these process steps leads to a separation of water from the mixture, which water, however, migrates to the outside of the mass and thus, for example, reduces the resistance when pumping through lines.
Many tests have been carried out in the laboratory to determine the exact proportions of the constituents of the mass obtained in accordance with the invention. A large number of investigations have also been carried out in order to determine which agglomeration steps and which oil is to be added. These investigations led to an optimum in the end product with regard to viscosity and thiotropy. Another experiment investigated which oil contributed to the spherical agglomeration. In this experiment, 100 grams of coal with a particle size of about 70 µm were mixed with 200 grams of water. The resulting slurry was sonicated. Two grams of an oil (No. 2) were first added to the sonicated slurry thus obtained and the mixture was sonicated recently. The agglomeration did not appear to occur.
Then two more grams of the same oil (# 2) were added and the mixture was sonicated again. There was still no spherical agglomeration to be observed. Now another two grams of the same oil (No. 2) were added and the mixture obtained was sonicated again. Only now did spherical agglomeration occur. This mixture was then passed through a sieve where the water came out with the ashes. 40 grams of another oil (# 6) was added to the agglomerated mass and the mixture was stirred. The end product obtained showed good properties with regard to the tixotropy of the material.