Суспензия угля

 

Изобретение относится к водоугольным суспензиям, которые могут быть перекачаны по трубопроводам. Цель изобретения - повышение стабильности вязкости суспензии. Для этого смешивают измельченный уголь, диспергант, воду или ее смесь с С<SB POS="POST">1</SB>-С<SB POS="POST">3</SB>-спиртами [массовое соотношение (70-98,55):(1,45-30)] и пеногаситель. В качестве дисперганта используют соединение формулы @ , где R<SB POS="POST">1</SB> и R<SB POS="POST">2</SB>-H, и/или C<SB POS="POST">9</SB>-C<SB POS="POST">12</SB>-алкил, или фенилэтил

N=30-200

R<SB POS="POST">3</SB>=-C(O )-A-C(O )-OH

A=-CH=CH-<SP POS="POST">.</SP>-CH(SO<SB POS="POST">3</SB>H)-CH<SB POS="POST">2</SB>-

@ в качестве пеногасителя - 25%-ный водный раствор силиконового масла, или полипропиленгликоль, или 2,4,7,9-тетраметил-5-децин-4,7-диол. Суспензия включает следующие компоненты, мас.% уголь 60-75

диспергант 0,1-2,5

пеногаситель 0,023-0,031

воду или ее смесь с С<SB POS="POST">1</SB>-С<SB POS="POST">3</SB>-спиртамиостальное. Этот состав обеспечивает водоугольной суспензии вязкость (после 7 ч перекачки), равную 1100-1600 мПа<SP POS="POST">.</SP>с (при начальной вязкости 2300 и 4000 мПа<SP POS="POST">.</SP>с), причем эта вязкость постоянна в течение 36 ч. 7 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А3 (19(SU (11( (50 4 С 10 ? 1/32

6Я".ОЯЗЫЗ

Г :(- ; -:,,%0Ы6

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ с(о)Он C(0)0H с(о1он - -с(о>он

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4028100/23-04 (22) 08.09.86 (3 1) Р 3538984.2 (32) 02. 11. 85 (33) РЕ (46) 23.09.89. Бюл. У 35 (71) Хюльс А.Г. (ПЕ) (72) Гейнц Ример и Вернер фридрих (DE) (53) 662.8 (088.8) (56) Патент США И 4457702, кл. 44-51, 1984.

Заявка ФРГ Р 3240309, кл. С 10 L 1/32, 1984. (54) СУСПЕНЗИЯ УГЛЯ (57) Изобретение относится к водоугольным суспензиям, которые могут быть перекачаны по трубопроводам.

Цель изобретения — повышение стабильности вязкости суспензии.Для этого смешивают измельченный уголь,диспергант, воду или ее смесь с С -С спиртами массовое аоотношение (7098,55):(1,45-30)) и пеногаситель. В качестве дисперганта используют соединение формулы

" C)-о сн;сн;о)-„в„

Изобретение относится к.суспензии угля в воде и может найти применение в трубопроводном транспорте.

Цель изобретения — повышение стаI бильности вязкости суспензии.

Пример 1.

А. 351 r 987;ного диизононил-фено-. ла и 3 r гидроокиси натрия в качест2 где К, и Кг — Н, и/или Ся-С,г -anzmc ° нли фенилэтил; n = 30-200; И вЂ”

-С (0) -А-С (0) -OH, А — -СН=СН-;

-СН(ЯО Н)-СНг-; О i I i в качестве пеногасителя 25Ж-ный водный раствор силиконового масла, или а

Ж полипропиленгликоль, или 2,4,7,9-тетраметил-5-децин-4,7-диол. Сус.пензия включает следующие компоненты, мас.7.: уголь 60-75; диспергант

О, 1-2,5; пеногаситель 0,023-0,031 воду или ее смесь с С W>-сниртамиостальное. Этот состав обеспечивает .

1 водоугольной суспензии вязкость (после 7 ч перекачки), равную 11001600 мПа с (при начальной вязкости

2300 и 4000 мПа с), причем эта вязкость постоянна в течение 36 ч.

7 табл. ве катализатора подают в автоклав и о в атмосфере азота нагревают до 130 С.

После удаления фенолята и води дозами добавляют 634 r окиси этилена при

130-170 С. Получают растворимый в воде продукт с точкой плавления 5153 С, имеющий формулу

4 вого эфира подвергают взаимодействию с 2 1,8 r ангидрида пиромеллитовой кислоты. Получают водорастворимый продукт с точкой плавления 37-40 С,имеющий следующую формулу

Б. 386,6 r простого диалкилфенолиалкиленгликолевого эфира со стадии А подают в емкость с мешалкой и в атмосфере азота при начальной о температуре 80 С подвергают взаимодействию с 19,2 r добавляемого порциями ангидрида триметиллитовой кислоты. При этом добавление ангидрида осуществляют так, чтобы начальная температура повышалась только до

100 С. После добавления рассчитанного количества ангидрида содержимое реактора в течение 2 ч. держат еще при 80 С. После охлаждения получают растворимый,в воде продукт с точкой плавления 44-46оС, имеющий формулу

О (Н СН2 Pj С сррН

10 1

C0ÎÍ

COOH

Пример 5 (сравнительный).

Повторяют пример 1Б с той разницеи, что 773,2 r простого .диалкилфенолиалкиленгликолевого эфира подвергают взаимодействию с 21,8 г ангидрида пиромеллитовой кислоты. Получают водорастворимый продукт с точкой плав20 ленин 43-4боС, имеющий следующую формулу („ ") О о

О сн -сн - О/с g-pg

С вЂ” 0 - Г.Н - CH ô 0

О О (СФИ и

0 0

p fcH;cH;o+»c с он

0

Н0

Пример 2. Повторяют пример

1Б с той разницей, что 386,6 r простого диалкилфенолполиалкиленгликоле- 30 вого эфира подвергают взаимодействию с 15,4 г ангидрида гексагидрофталевой кислоты. Получают растворимый в воде о ,продукт с точкой плавления 44-46 С, имеющий следующую формулу

40

Пример 3. Повторяют пример

1Б с той разницей, что 386,6 г простого диалкилфенолполиалкиленгликолевого эфира подвергают взаимодействию 45 с 14,8 r фталевого ангидрида. Получают растворимый в воде продукт с точкой плавления 48-50 С, имеющий формулу

55 Пример 4. Повторяют пример

1Б с той разницей, что 386,6 r простого диалкилфенолполиалкиленгликолеС Ни у

0-(СН -СН,-0 Н

Мн -ОО. СН,-СН,-О) —,С

0 ОН

Пример 6.

А. 94 г фенола в присутствии 1 г -толуолсульфокислоты подвергают взаимодействию с 208 г стирола, медленно повышая температуру до 130-160 С..

Затем температуру поддерживают при

150-160 С в течение 60 мин. После охо лаждения до 120 С добавляют 3 r ïîрошковой гидроокиси калия и нагревао ют до 130-160 С, пропуская азот. В атмосфере азота в реактор дозами по- дают 3520 r окиси этилена при 130о

160 С. Получают растворимый в воде продукт с точкой плавления 48-50 С, имеющий формулу

Б. 382,2 r простого аралкилфенолполиалкиленгликолевого эфира со стадии А. подвергают взаимодействию с

19,2 г ангидрида триметиллитовой кислоты описанным в примере 1Б образом. Получают водорастворимый продукт с точкой плавления 47-49 С, имео ющий формулу

0 0

Q нсоОо- он;сн;о с с-он

НО 0

Пример 7. Повторяют пример

1Б с той разницей, что 386,6 r npoc5 151 того диалкилфенолполиалкиленгликолевого эфира подвергают взаимодействию с 9,8 г ангидрида малеиновой кислоты.

Получают растворимый в воде продукт с точкой плавления 46-48 С, имеющий формулу

О- СНТ-СН -0 8сС-СН=CH — СООИ

0720

Пример 11. Повторяют пример

1Б с той разницей, что 386,6 r простого диалкнлфенолполиалкиленгликолевого эфира подвергают взаимодействию с 16,8 r метилгексагидрофталевого ангидрида. Получают водорастворимый продукт с точкой плавления 46—

48 С, который имеет формулу

Пример 8. К 396,4 г продукта примера 7, интенсивно перемешивая, о быстро добавляют при 55 С 42,2 г 25%— ного водного раствора бисульфита натрия, рН которого гидроокисью натрия предварительно доводилась до 9,7, и

380 г воды, предварительно нагреваемых до 50 С. При 55 С в течение

90 мин смесь дополнительно размешивают. После охлаждения продукта реакции до комнатной температуры избыток бисульфита натрия определяют йодометрией и добавлением эквимолярного кЬличества перекиси водорода переводят в сульфат натрия. Добавлением

50%-ной гидроокиси натрия значение рН кислого целевого продукта доводят до 5-6. Получают продукт формулы л 1 2 0-(СН вЂ” СН -О) — С вЂ” СН -НС вЂ” COOH

c,,n i

Б03Н

Пример 9. Повторяют пример

1Б с той разницей, что 386,6 г просто го диалкилфенолполиалкиленгликолевого эфира подвергают взаимодействию с

15,2 r тетрагидрофталевого ангидрида.

Получают водорастворимый продукт с .точкой плавления 42,5-45 С, который имеет формулу

И

% О. СН -СН„-О);;С С 3

0=-C

НО

Пример 10. Повторяют пример 1Б с той разницей, что 386,6 г простого диалкилфенолполиалкиленгликолевого эфира подвергают взаимодействию с 16,6 г метилтетрагидрофталевого ангидрида. Получают водорастворимый продукт с точкой плавления

47-48 OÑ который имеет. формулу

Q,С (СН -СН С)-С СН

НО

10 О э

С СН;СН;О)-С

Пример 12. Повторяют пример

1Б с той разницей, что 386,6 г простого диалкилфенолполиалкиленгликолевого эфира подвергают взаимодействию с 21,0 r диангидрида циклопентатетракарбоновой кислоты. Получают водорастворимый продукт с точкой плавления

42-44СС, который имеет формулу

О-(СН;СН;О С СООП

НО-С Со®

ll

О

В примерах 13-24 описаны свойства водоугольных суспензий. Для приготовления суспензий используют следующие угли:

Уголь I (данные относятся к безводному углю), содержащий, мас.Х!

Зола 7,3

Летучие компоненты 32,7

40 Сера 1,14

Углерод 80,1

Водород 4,92

Азот 1,56

Кислород

45 (рассчит.) 5,0

Состав золы, мас.X: SiO> 40,9, AlgO 26,4; Pe Op 1!,4; TiOg 1,0;

СаО 6,6; HgO 3,3; Na>0 1,4; К О 3,0;

Бо 5,7," Р о - 0,6.

Гранулометрический состав: фракция, мкм Содержание, X с150 100 (106 99,2 (75 97,5

55 (53 90,0 с38 76,9

<27 60,0

4.19 45,8 с13 35,1

1510720

97,1

94,1

91,2

80,3

69,7

56,6

44,7

36,7

<212

<150 (106 (75 (53 (38

<27

<19

<13

5 i (9,4 23,7

<6,6 14,4 (4,7 7,5

Уголь II (данные относятся к безводному углю), содержащий, мас,7.:

Зола 19, 17

Летучие компоненты 37;20

Сера 0,37

Углерод 64,8

Водород 4,92

Азот 2,2

Кислород (рассчит.) 14,6

Состав золы, мас.7: 810 52,42;

А1 0З 21,98; Ге О 9,96; Т О 0,80;

СаО 3,55, И80 2,35; Na<0 0,46; К О 2,41 S 1,36 P 0,14 °

Гранулометрический состав:

Фракция,,мкм Содержание, 7.

ñ212 t 00

<150 92 (106 82,4

<75 70,9

<53 56,1 38 44,2 (27 34,8 (19 25,0 (13 17,3 (9,4 11,7 сб,б 7,1 (4,7 3,4

Уголь III (данные относятся к безводному углю), содержащий, мас.7.:

Зола 10,3

Летучие компоненты 32,3

Сера 0,58

Углерод 72,3

Водород 4,5

Азот 1,9

Кислород (рассчитано) 11,2

Состав золы, мас.7: SiO@ 34,27, Alg0g 28,38; Ге О 9,84; TiO 1,42;

СаО 10,51 Hg0 2,56;Na О 0,36; К О

0,40, S 5,53; P 0,23.

Гранулометрический состав:

Фракция, мкм Содержание, 7.

50 (9,4 26,8

<б,б 17,3 (4,7 9,2

Пример 13. 5,0 г 507.-ного растворенного в состоящем из 20 мас.7 изопропанола и 80 мас.7. воды растворителе, соединения (в дальнейшем: добавка) согласно примеру 1Б, значение рН которого предварительно доводят до 7,0 гидроокисью натрия и

0,15 г обычного пеногасителя (257.— ная водная эмульсия силиконового масла), добавляют к 127,52 r питьевой

0 воды (жесткостью 13 согласно промьшшенному стандарту ФРГ) . Размешивая в течение 5 мин в лабораторном смесителе, снабженном двумя противоположными вращающимися мешалками, добавляют 367,22 r угля II (соответственно 350 r сухого угля). Получают водную суспензию угля следующего состава, мас.7.: уголь II 70, вода

28,977, иэопропанол 0,5, добавка 0,5, пеногаситель 0,023. Для испытания стабильности к напряжению на сдвиг измеряют вязкость суспензии вискозиметром фирмы Брукфильд (тип ЕЧТ) с шпинделем Nr.3 при 6 и 60 об.

Вследствие неньютоновских реологи ческих свойств водных суспензий угля постоянные значения при соответствующих скоростях оборота измерительного шпинделя получаются только по истечении определенного времени (при" мерно через 2 мин).

Так как начальная вязкость водной суспензии в состоянии покоя может иметь значение на практике, для характеристики стабильности к срезающей нагрузке берут первое считываемое при 6 об/мин значение вязкости (далее "начальная вязкость") . В качестве измеренного при 60 об/мин значения вязкости (далее "конечная вязкость") берут ту величину вязкости, которая отсчитывается после установления постоянного значения.

Данные по .конечной вязкости пред" ставляют собой результат 5 измерений.

Описанная водная суспензия угля ймеет следующую характеристику: начальная вязкость при 6 об/мин

1800 мПа с,конечная вязкость при

60 об/мин 940 мПа"с.

Пример 14. Повторяют пример 13 с той разницей, что приготовляют суспензию угля следующего состава, мас.7.: уголь II 65, вода

1510720 суспензию угля следующего состава, мас.Ж: уголь II 65, вода 34,147, изопропанол 0,5, указанная в табл.3 добавка 0,325 и пеногаситель 0,028.

При этом добавку используют в виде раствора, значение рН которого добавлением гидроокиси калия, аммиака, 1-фенил-1-аминобутана или 4-трет—

-бутилциклогексиламина устанавливают до 7.

Данные по стабильности к напряжению на сдвиг суспенэии указаны в табл.3.

34, 147, изопропанол 0,5, укаэанная в табл. 1 добавка 0,325 и пеногаситель 0,028.

Стабильность к напряжению на сдвиг.5 суспензии указана в табл.1.

Таблица 1

Стабильность к сдвигу

t0

Начальная онечная

Добавка по примеру (Мг) вязкость, мПа ° с язкость мПа ° с

Таблица 3

Добавка по

Средство для нейтрализаци раствора добавки табильность к апряжению на двиг примеру

Конечачальная вязяз-.-,. ость, мПа с кость> мПа.с

КОН 1200

1100 .1 -фе пил-1-аминобутан 800

1-фе нил-1-аминобутан 1600

1-фенил-1-аминоэтан 2300

4-трет-бутил-циклогексиланин 2300

1Б

1Б

1Б

6Б

620

Добавка — простой аралкилиолиалкиленгликолевый эфир

520

760

CH (oO- н

6Б

1010

6Б

СИЗ

Сравнением указанных в табл. 1 результатов подтверждается достижение цели изобретения.

П,р и м е р 15. Повторяют пример 14 с той разницей, что приготовляют суспензии, содержащие 65 мас.7. угля Х, или угля III и указанные в табл.2 добавки.

620

Пример 17. Повторяют пример

14 с той разницей, что приготовляют

40 суспензию угля, содержащую указанное в табл. 4 количество добавки по примеру 1Б.

Таблица 4

Количество

Таблица 2

45 добавки, мас.Х

Уголь Добавка (Nr) по примеру (Нг) табильность к наряжению на сдвиг

Конечная ачальная вязкость, мПа с язкость, мПа ° с чальная онечная зкость, мПа. с язкость, мПа с

1500

0,10

0,26

0,39

0,455

55 1,65

2,5

Известная добавка

2,5

4000

1500

390

Х 1Б

III 1Б

I 6Б

III 6Б

Пример 16. Повторяют пример

13 с той разницей, что приготовляют

10о00

>4000

1Б

3

5

6Б

8

11

12 х+ (согласно известной добавке) 600 .2300

1 100

5400

1360

Стабильность к напряжеию на сдвиг

1510720

Содержание, мас. 7.

Стабильность к напряжен. на сдвиг

Начальная онечная вязкость, мПа с язкость, мПа .с

1600 !

9800

>2000

Добавка по примеру 1Б с длиной цепи в согл формуле

30 вязкость, мПа ° с вязкость мПа с

890 .1200

2200

200

Конечная вязкость мПа с 55 альная кость, а с

85/15

70/30

420

590

Пример 18 ° Повторяют пример

14 с той разницей, что приготовляют суспензию угля, содержащую 60—

75мас,% угля II. Кроме того, добав* угля II добавки пеногасителя

60 0,34 0,0294

68 0,34 0,0294

70 0 35 0,0301

71 0,355 0,0305

)2 0,36 0,0310

75 0,36 0,03 10

Пример 19. Повторяют пример

14 с той разницей, что приготовляют суспензию, содержащую указанную в примере 1Б добавку, которая однако содержит 30, 50, 100, 120 и 200 ед. простого полиалкиленгликолевого эфира. Результаты опыта указаны в табл. 6.

Таблица 6

Стабильность к напряжению на сдвиг

Начальная Конечная

Пример 20. Повторяют пример

14 с той разницей, что приготовляют суспензию угля, содержащую вместо смеси воды и изопропанола смесь воды и метанола в соотношении, указанном в табл. 7. В качестве добавки используют, добавку по примеру 1Б. Результаты опыта указаны в табл. 7.

Таблица 7 абильность к напря- 50 нию на сдвиг ку по примеру 1Б и пеногаситель используют в указанных в табл. 5 количествах. Результаты опыта указаны в табл.5.

Таблица 5

Пример 21. Стабильность суспензий угля после длительной нагрузки на сдвиг.

Подвергаемые более длительной нагрузке водные суспензии угля, приготовленные с применением угля II, особенно склонны к сгущению. Суспензии с добавкой согласно формуле сохраняют свойство текучести и после длительного времени воздействия нагрузки на сдвиг, причем вязкость по сравнению с исходным значением немного повышена. С целью установления режима, наиболее близкого к условиям практики, следующие опыты проводят в рукавном насосе (тип Деласко PMA 10) при скоростях потока приблизительно 0,7 м/с. Во избежание потерь за счет испарения исследуемые водные суспензии угля в закрытой системе постоянно циркулируют через рукавный насос. а) При применении водной суспензии угля, содержащей 65 мас.7. угля

II, 0,65 мас.7. добавки согласно примеру 1Б (значение рН добавлением

Na0H устанавливают до 7,0) и 0,03 мас.Ж указанного в примере 13 пеногасителя, получают следующие результаты вязкости в начале опыта: начальная вязкость 2300 мПа с, конечная вязкость

1100 мПа с.

По истечении 7 ч работы насоса вязкость достигает следующих постоянных значений: начальная вязкость

3600 мПа с конечная, вязкость

12600 мПа с.

По истечении 36 ч опыт прекращают потому, что вязкость больше не изменяется.

1510720

15

После 5-часового перерыва по окончании опыта повторный ввод в действие насоса возможен без всяких затруднений. б) Повторяют пример 21 а с той

5 разницей, что используют суспензию, содержащую 0,65 мас.X добавки примера 6Б (значение рН установлено до 7,0 в водном растворе добавлением NBOH) .

Вязкость в начале опыта: начальная вязкость 2500 мПа с, конечная вязкость 1430 мПа с.

По истечении 7 ч работы насоса вязкость устанавливается при следующих постоянных значениях: началь. ная вязкость 4000 мПа с, конечная вязкооть 1600 мПа с.

Опыт прекращают по истечении 36 ч потому, что вязкость не изменяется.

После 5-часового перерыва по окончании опыта повторный ввод в действие насоса возможен без всяких затруднений 25

Сравнительный пример (согласно известной суспензии). Повторяют пример 21 а с той разницей, что в качестве добавки используют

0,65 мас.7 указанного в табл. 1 30 соединения I. Вязкость в начале опыта: начальная вязкость 6000 мПа"с, конечная вязкость 1650 мПа с.

По истечении 90 мин опыт должен прекращаться потому, что сгущение материала не позволяет дальнейшую

35 циркуляцию суспензии в насосе. То же самое наблюдается в течение до

120 мин при использовании добавки в количествах от i, 1 до 1,5 мас.X.

Пример 22.

А. 258 г изододецилфенола и 3 г гидроокиси натрия в качестве катализатора подают в автоклав и в атмоо сфере азота нагревают до 130-170 С.

После удаления фенолята и воды дозами

45 добавляют 3520 г окиси этилена при

130-170 С. Получают растворимый в воде продукт с точкой плавления 5557 С, имеющий следующую формулу ф "н" - о- сн;сн;о н

Б. Повторяют пример 1Б с той разницей, что 377,8 г простого изододецилфенолполигликолевого эфира стадии

А подвергают взаимодействию с 14,8 г фталевого ангидрида. Получают водорастворимый продукт с точкой плано ления 32-34 С, имеющий формулу

О - О он -Сн-о с ВО

С00Н

Пример 23 ° Повторяют пример 14 с той разницей, что испытывают суспензию угля, содержащую

0,325 мас.i: добавки по примеру 22Б.

При этом начальная вязкость составляет 3150 мПа с, а конечная вязкость (1070 мПа с.

Пример 24. Повторяют пример

14 с ..той разницей, что приготовляют суспензию угля следующего состава, мас, 7.: уголь II 65, вода 34,147, изопропанол 0,5, добавка по примеру

1Б 0,325 и полипропиленгликоль с молярной массой 2000 0,028 или 2,4,7,9-тетраметил-5-децин-4,7-диол в качестве пеногасителя. При этом начальная вязкость составляет 630 и

690 мПа с соответственно, а конечная вязкость 440 и 600 мПа4с соответственно.

Таким образом, использование предлагаемой добавки позволяет получать водоугольную суспензию, обладающую стабильностью вязкости в течение времени, необходимого для ее перекачки насосами.

Формула изобретения

Суспензия угля, содержащая измельченный уголь, диспергант на основе производного фенолполиалкиленового эфира, воду или смесь воды со спиртами С -С в массовом соотношении

70-98,55:1,45-30 и пеногаситель, отличающаяся тем, что, с целью повышения стабильности вязкости суспензии, в качестве дисперганта она содержит соединение общей формулы

Где R и R g — Водород и/или алкил с 9 или 12 атомами уг-, лерода или фенилзамещенный этил, 16

1510720

15.СООН СООН

СООН С00Н п 30-200;

R - радикал формулы 0 0

Н ((-С-А-С-ОН

5 .и в качестве пеногасителя — 257-ный водный раствор силиконового масла, или полипропиленгликоль, или 2,4,7, 9-тетраметил-5-децин-4,7-диол при следующем соотношении компонентов, 1Q мас.7:

Измельченный уголь. 60-75

Укаэанный диспергант 0» 1-2,5

Указанный пеногаситель 0,023-0,031

15 Вода или смесь воды со спиртами С -Сд До 100 где А - "СН СН-; -СН - СН -;

ЯОЗН

1 4. сн со он

Составитель М.Богданова

Редактор В.Данко Техред Л,Олийнык Корректор Н.Борисова

Заказ 5832/58

Тираж 446

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5,Производственно-издательский комбинат "Патент", r.ужгород, ул. Гагарина, 101