Kohle-Wasser-Suspension
I. Physikalische Eigenschaften und Funktionen
Kohle-Wasser-Suspension ist eine Mischung aus Kohle, Wasser und geringen Mengen chemischer Zusätze. Je nach Verwendungszweck wird zwischen hochkonzentrierter Kohle-Wasser-Suspension und Kohle-Wasser-Suspension für die Vergasung von Texaco-Öfen unterschieden. Kohle-Wasser-Suspension kann gepumpt, zerstäubt, gelagert, entzündet und in einem stabilen Zustand verbrannt werden. Etwa 2 Tonnen Kohle-Wasser-Suspension können 1 Tonne Heizöl ersetzen.
Kohle-Wasser-Suspensionen für die Verbrennung zeichnen sich durch hohe Verbrennungseffizienz, Energieeinsparung und Umweltvorteile aus und sind ein wichtiger Bestandteil sauberer Kohletechnologie. Sie lassen sich mit geringem Investitions- und Betriebsaufwand über weite Strecken per Pipeline transportieren. Nach Ankunft am Terminal können sie ohne vorherige Entwässerung direkt verbrannt werden, wodurch der Lager- und Transportprozess vollständig geschlossen ist.
Wasser verursacht Wärmeverluste und kann im Verbrennungsprozess keine Wärme erzeugen. Daher sollte die Kohlekonzentration relativ hoch sein – im Allgemeinen 65–70 %. Chemische Zusätze betragen etwa 1 %. Der durch Wasser verursachte Wärmeverlust entspricht etwa 4 % des Heizwerts der Kohle-Wasser-Suspension. Wasser ist ein unvermeidlicher Rohstoff bei der Vergasung. Aus diesem Grund kann die Kohlekonzentration auf 62–65 % gesenkt werden, was jedoch potenziell die Sauerstoffverbrennung erhöhen kann.
Um Verbrennungs- und Vergasungsreaktionen zu ermöglichen, muss die Kohle-Wasser-Suspension bestimmte Anforderungen an die Feinheit der Kohle erfüllen. Die obere Grenze der Partikelgröße der Kohle-Wasser-Suspension für Brennstoffzwecke (Partikelgröße mit einer Durchlassrate von mindestens 98 %) beträgt 300 µm, und der Anteil an Partikeln unter 74 µm (200 Mesh) muss mindestens 75 % betragen. Die Feinheit der Kohle-Wasser-Suspension für die Vergasung ist etwas gröber als die der Kohle-Wasser-Suspension für Brennstoffzwecke. Die obere Grenze der zulässigen Partikelgröße beträgt 1410 µm (14 Mesh), und der Anteil an Partikeln unter 74 µm (200 Mesh) liegt zwischen 32 % und 60 %. Um die Kohle-Wasser-Suspension leicht pump- und zerstäuben zu können, muss sie außerdem über die erforderliche Fließfähigkeit verfügen.
Bei Raumtemperatur und einer Scherrate von 100 s⁻¹ sollte die scheinbare Viskosität im Allgemeinen 1000–1500 mPa·s nicht überschreiten. Die für den Ferntransport in Pipelines verwendete Kohle-Wasser-Suspension darf bei niedrigen Temperaturen (der niedrigsten Jahrestemperatur für erdverlegte Rohrleitungen) und einer Scherrate von 10 s⁻¹ eine scheinbare Viskosität von maximal 800 mPa·s aufweisen. Darüber hinaus ist es erforderlich, dass die Kohle-Wasser-Suspension im fließenden Zustand eine niedrigere Viskosität aufweist, um die Handhabung zu vereinfachen. Im ruhenden Zustand kann sie hingegen eine höhere Viskosität aufweisen, um die Lagerung zu erleichtern.
Die Stabilität von Kohle-Wasser-Suspensionen während Lagerung und Transport ist von entscheidender Bedeutung, da es sich um ein Gemisch aus festen und flüssigen Phasen handelt, die sich leicht trennen lassen. Daher ist es unerlässlich, dass sich während Lagerung und Transport keine „harten Ausfällungen“ bilden. Unter „harten Ausfällungen“ versteht man Ausfällungen, die sich durch Umrühren der Kohle-Wasser-Suspension nicht wieder in ihren ursprünglichen Zustand zurückversetzen lassen. Die Fähigkeit der Kohle-Wasser-Suspension, diese Eigenschaft beizubehalten und keine harten Ausfällungen zu bilden, wird als ihre Stabilität bezeichnet. Eine unzureichende Stabilität der Kohle-Wasser-Suspension kann die Produktion erheblich beeinträchtigen, sobald es während Lagerung und Transport zu Ausfällungen kommt.
II. Überblick über die Technologie zur Herstellung von Kohle-Wasser-Suspensionen
Kohle-Wasser-Suspensionen erfordern eine hohe Kohlekonzentration, eine feine Partikelgröße, gute Fließfähigkeit und gute Stabilität, um harte Ausfällungen zu vermeiden. Es ist schwierig, all diese Eigenschaften gleichzeitig zu erfüllen, da sie sich teilweise gegenseitig einschränken. Beispielsweise führt eine Erhöhung der Konzentration zu einer Zunahme der Viskosität und einer Verschlechterung der Fließfähigkeit. Gute Fließfähigkeit bei gleichzeitig niedriger Viskosität verschlechtert die Stabilität. Daher ist eine kontinuierliche Konzentrationsüberwachung unerlässlich.LonnmeterHanddichtemessgerätweist eine Genauigkeit von bis zu 0,003 g/ml auf, wodurch eine genaue Dichtemessung und präzise Kontrolle der Dichte der Suspension möglich ist.
1. Die Rohkohle für die Zellstoffherstellung richtig auswählen.
Neben der Erfüllung der Anforderungen nachgelagerter Abnehmer muss bei der Kohlequalität für die Zellstoffaufbereitung auch auf die Aufschlusseigenschaften – also die Schwierigkeit des Aufschlusses – geachtet werden. Manche Kohlen lassen sich unter normalen Bedingungen leicht zu hochkonzentriertem Kohle-Wasser-Suspension verarbeiten. Bei anderen Kohlen ist dies schwieriger oder erfordert einen komplexeren und kostspieligeren Aufschluss. Die Aufschlusseigenschaften der Rohstoffe haben einen großen Einfluss auf die Investitionskosten, die Produktionskosten und die Qualität der Kohle-Wasser-Suspension in der Zellstoffaufbereitungsanlage. Daher ist es wichtig, die Gesetzmäßigkeiten der Kohleaufschlusseigenschaften zu verstehen und die Rohkohle entsprechend den tatsächlichen Bedürfnissen sowie den Prinzipien der technischen Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit auszuwählen.
2. Benotung
Für die Herstellung von Kohle-Wasser-Suspensionen ist nicht nur die Feinheit der Kohlepartikel erforderlich, sondern auch eine gute Partikelgrößenverteilung. Dadurch können sich Kohlepartikel unterschiedlicher Größe gegenseitig ausfüllen, die Zwischenräume zwischen den Partikeln werden minimiert und eine höhere Stapelwirkung erzielt. Weniger Zwischenräume reduzieren den Wasserverbrauch und ermöglichen die Herstellung hochkonzentrierter Kohle-Wasser-Suspensionen. Dieses Verfahren wird auch als „Körnung“ bezeichnet.
3. Zellstoffaufbereitungsverfahren und -ausrüstung
Unter den gegebenen Eigenschaften der Rohkohlepartikelgröße und den Mahlbarkeitsbedingungen erfordert die Erzielung einer höheren "Stapeleffizienz" der Partikelgrößenverteilung des Endprodukts Kohle-Wasser-Suspension eine vernünftige Auswahl der Mahlanlage und des Aufschlussverfahrens.
4. Auswahl von leistungsmäßig passenden Additiven
Um eine Kohle-Wasser-Suspension mit hoher Konzentration, niedriger Viskosität, guten rheologischen Eigenschaften und Stabilität herzustellen, müssen geringe Mengen chemischer Zusätze, sogenannte Additive, verwendet werden. Die Moleküle der Additive wirken an der Grenzfläche zwischen den Kohlepartikeln und dem Wasser, wodurch die Viskosität reduziert, die Dispersion der Kohlepartikel im Wasser verbessert und die Stabilität der Kohle-Wasser-Suspension erhöht wird. Die Additivmenge beträgt üblicherweise 0,5 % bis 1 % der Kohlemenge. Es gibt zahlreiche verschiedene Additive, deren Zusammensetzung nicht festgelegt ist und experimentell ermittelt werden muss.
Veröffentlichungsdatum: 13. Februar 2025
