DE3148762A1

DE3148762A1 - "zusammensetzung und verfahren zur verhinderung einer spontanen entzuendung von kohle"

Info

Publication number: DE3148762A1
Application number: DE19813148762
Authority: DE
Inventors: Edward James 68127 Omaha Nebr. Burns
Original assignee: Internorth Inc
Current assignee: Internorth Inc
Priority date: 1981-04-03
Filing date: 1981-12-09
Publication date: 1982-10-28
Also published as: GB2096167A; BE891715A; AU7885681A; CA1175175A; GB2096167B; US4331445A

Description

PATENTANWALT
OR. RICHARD KNEiSSL

Widanmayeretr. 46
D-8000 MÜNCHEN 22

Tel. 089/295125 9. Dez. 19

J

InterNorth, Inc., Omaha, Nebraska / V.St.A.

Zusammensetzung und Verfahren zur Verhinderung einer spontanen Entzündung von Kohle

. 3U8762

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Beschreibung

Die zu erwartende Abnahme der Verfügbarkeit von Primärbrennstoffen hat die Aufmerksamkeit auf Vorräte von minderwertigen Kohlen (subbituminösen Kohlen und Ligniten) gelenkt, die einen Heizwert von weniger als 13000 BTU/lb aufweisen. In den Vereinigten Staaten, insbesondere in den Kontinentalstaaten westlich des Mississippi-Flusses gibt es schätzungsweise 485 Milliarden Tonnen von subbituminösen Kohlen und 478 Milliarden Tonnen von Lignit. Die Produktion und Verwendung von solcher minderwertiger Kohle aus dem Westen bringt sowohl technische als auch wirtschaftliche Probleme mit sich. Ein ernsthaftes Problem, das mit dem Abbau, dem Transport und der Lagerung von minderwertigen Kohlen verknüpft ist, liegt in der spontanen Entzündung. Brände aufgrund spontaner Entzündung von Koh-Ie können an der Abbaufläche von Bergwerken, beim Transport der Kohle oder bei der Lagerung der Kohle auftreten. Im Untertagebau stellen sie erhebliche Gefahren dar.

Die spontante Entzündung, ein übliches Problem bei einigen europäischen und russischen Kohlen, war mehr als 100 Jahre Gegenstand von Forschungen. Diese Forschungen haben einige wichtige Faktoren der spontanen Entzündung aufgeklärt, wie z. B. die Änderung des Feuchtigkeitsgehalts der Kohle, die Luftströmungsgeschwindigkeit, die Teilchengröße, die Temperatur, den Pyritgehalt, geologische Faktoren und die Abbaupraxis. Gegenwärtig gibt es aber keinen einfachen und allgemein anwendbaren Test auf Entzündbarkeit, keine allgemein anerkannte Einstufung der Entzündbarkeit und kein einfaches wirksames Verfahren zur Verhinderung einer spontanen Entzündung. Die Vorsichtsmaßnahmen basieren normalerweise auf der Unterdrückung der Faktoren, welche eine spontane Entzündung begünstigen, wie z. B. die'-"Ansammlung von feinen Kohleteilchen, eine unzureichende Wärmeabfuhr und Unterschiede im Feuchtigkeitsgehalt der Luft und der Kohle.

Die Kontrolle der spontanen Entzündung basiert üblicher-

weise auf Erfahrung und umfaßt die Abbaupraxis, um das Risiko zu verringern und eine beginnende Verbrennung vor dem Eintritt eines Brandes aufzudecken.

Die Erfindung schafft ein einfaches und relativ billiges Verfahren zur Verringerung der Neigung zur spontanen Entzündung von Kohle. Die Verfahren zur Verhinderung einer solchen Entzündung, die gegenwärtig in Gebrauch sind, bestehen in einer Verdichtung der Kohlehaufen, um den Sauerstoff in dem Raum rund um die Kohleteilchen zu verringern, in der Kontrolle der Alterung der Kohle durch Reaktion von warmer Kohle mit Luft und anschließende Abkühlung, und in der Lagerung der Kohle in bestimmten Behältern.

In der US-PS 2 184 621 ist ein Verfahren zur Behandlung von Kohle beschrieben, wodurch ihre Neigung zur Zersetzung aufgrund von Grusbildung oder spontaner Entzündung verringert wird. Die Kohle wird mit einer kristallisierbaren Lösung behandelt, die aus Paraffinwachs und einem flüssigen Kohlenwasserstoff besteht. Es wird berichtet, daß die

Lösung eine ausreichende Fluidität aufweist, um in Risse und Poren der Kohle einzudringen und abzudichten, und um eine Oxidation durch die Elemente zu verhindern. Jedoch muß das Wachs/Kohlenwasserstoff-Gemisch heiß aufgebracht werden und ist nicht mit Oberflächenfeuchtigkeit mischbar. Diese Faktoren können zu einer unvollständigen Abdeckung führen, wodurch eine Oxidation und sogar eine Entzündung möglich wird. Beim .erfindungsgemäßen Verfahren sind die Polyethylenoxidlosungen vollständig mit Oberflächenfeuchtigkeit mischbar und sollten bei Raumtemperaturen (mehr als 0⁰C) aufgebracht werden. Dies begünstigt eine gleichförmigere und kontinuierliche Beschichtung und somit eine besser Widerstandsfähigkeit gegenüber Oxidation.

Ein anderes bekanntes Verfahren zur Verhinderung einer spontanen Verbrennung von Kohle liegt im Aufspritzen eines Latexkautschuks auf die Kohle. Weder dieses Verfahren noch das

im vorstehenden Absatz beschriebene Verfahren ist so wirksam wie die Verwendung von Polyethylenoxidlösungen.

Vorgeschlagen wird gemäß der Erfindung also eine Zusammensetzung zur Verhinderung einer spontanen Entzündung von Kohle, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß sie aus mindestens ungefähr 2 % Polyethylenoxid und im übrigen aus Wasser besteht. Vorgeschlagen wird weiterhin ein Verfahren zur Verringerung der Neigung zur spontanen Verbrennung von Kohle, welches dadurch ausgeführt wird, daß man die Kohle mit der oben beschriebenen Zusammensetzung in Berührung bringt und hierauf trocknet. Es wird bevorzugt, daß die Zusammensetzung auf die Kohle aufgesprüht wird.

Polyethylenoxid ist ein kristallines, thermoplastisches, wasserlösliches Polymer der allgemeinen Formel HOCH₂ (CH₂OCH₂J_nCH₂OH oder H(OCH₂CH₂)_n0H. Es wird berichtet, daß die Endgruppen nur im Falle von niedermolekularen Arten Hydroxylgruppen sind. Anders als die meisten 0 Polymersysteme ist Polyethylenoxid im Handel in einem außerordentlich großen Bereich von Molekulargewichten erhältlich, und zwar von Ethylenoxid, Diethylenglykol usw. angefangen bis zu Polymeren, die Molekulargewichte von mehreren Millionen haben. Die niedrigermolekularen Mitglieder der Reihe mit η bis zu 130 (Molekulargewicht von ungefähr 200 bis ungefähr 6000) sind im allgemeinen als Polyethylenglykole bekannt, während die höheren Mitglieder (Molekulargewicht mehr als 6500 bis 100000 und bis zu mehreren Millionen) als Polyethylenoxid, Polyoxyethylen oder Polyoxiran bekannt sind. Die bevorzugten Polyethylenoxidpolymere für die Verwendung gemäß der Erfindung besitzen ein Molekulargewicht von mindestens ungefähr 200000, wobei es nach oben theoretisch kein Maximum gibt. Die höhermolekularen (Polyethylenoxid) und niedrigermolekularen (Polyethylenglykol) Mitglieder dieser Reihe unterscheiden sich hinreichend in ihren Eigenschaften,

so daß zwei Klassen gebildet werden. Die Mitglieder der niedrigeren Reihe bilden verhältnismäßig viskose Flüssigkeiten bis wachsartige Feststoffe, während die höheren Mitglieder richtige Thermoplasten sind, welche in zähe Formgegenstände überführt werden können. Die Eigenschaftsunterschiede dieser beiden Klassen rühren hauptsächlich vom großen Unterschied im Molekulargewicht und von der verhältnismäßig höheren Wichtigkeit der Endgruppen in den niedermolekularen Klassen her.

Die gemäß der Erfindung verwendeten Polyethylenoxidpolymere können durch herkömmliche Verfahren hergestellt werden, wie z. B. durch Suspensionspolymerisation oder Kondensation von Ethylenoxid. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung wird dadurch hergestellt, daß man die richtige Menge Polyethylenoxid in einer gemessenen Menge Wasser auflöst. Dies kann durch jedes herkömmliche Verfahren bewerkstelligt werden. Es wurde jedoch gefunden, daß ein einfaches Mischen des Polyethylenoxids mit warmem Wasser (30 bis 7 0⁰C) ausreicht, die gewünschte Zusammensetzung zu erzeugen.

Wie bereits festgestellt besteht die erfindungsgemäße Zusammensetzung aus mindestens ungefähr 2 % Polyethylenoxid und im übrigen aus Wasser. Wenn weniger als ungefähr 2 % Polyethylenoxid verwendet werden, dann ist die Neigung zur spontanen Zündung zu hoch. Theoretisch gibt es kein Maximum, aber üblicherweise sind mehr als 20 % nicht nötig.

Das bevorzugte Verfahren zur Behandlung von Kohle, um die Neigung zur spontanen Entzündung zu verringern, besteht darin, die oben beschriebene Lösung auf die Kohle zu sprühen, so daß diese die Kohle vollständig bedeckt. Ein weiteres bevorzugtes Verfahren besteht darin, daß man die Kohle vollständig in eine Lösung von Polyethylenoxid und

Wasser, die eine Konzeneration im angegebenen Bereich aufweist, eintaucht. Es ist wichtig, daß die Kohle vollständig mit der Zusammensetzung beschichtet wird. Wenn.das Eintauchverfahren verwendet worden ist, dann wird als nächstes die Polyethylenoxidlösung von der Kohle abdekantiert. Es kann jede Einrichtung zur Entfernung der Lösung aus der Kohle verwendet werden mit der Ausnahme von Waschen mit Wasser. Abschließend wird die Kohle .mindestens ungefähr 2 h Raumbedingungen ausgesetzt, damit die Flüssigkeit abdampfen kann.

Es wird angenommen, daß gemäß der Erfindung die erwünschte Verringerung der Neigung zur spontanen Entzündung dadurch zustande kommt, daß die Kohle vor Sauerstoff geschützt wird und die flüchtigen Kohlenwasserstoffe in der Kohle eingesperrt werden, wodurch deren Oxidation verhindert wird.

Das folgende Beispiel erläutert die Erfindung.

Beispiel

Das in diesem Beispiel verwendete Polyethylenoxid war Union Carbide POLYOX WSR-1105. Es hatte ein annäherndes Molekulargewicht von 900000 und eine 5 %ige Lösung desselben besaß eine Viskosität von 800 bis 17600 Centipoise bei 25⁰C. Lösungen von 1 %, 2 %, 3 % und 4 % Polyethylenoxid in Wasser wurden durch Einmischen der entsprechenden Menge Polyethylenoxid in die richtige Menge warmes Wasser (50⁰C) hergestellt. 10g Lignitkohle wurden zu einer jeden Lösung zugegeben, und das Gemisch wurde 15 min kräftig gerührt. Nach dem Mischen wurde die Polyethylenoxidlösung abdekantiert, worauf die Kohle in offener Luft bei Raumtemperatur 24 h trocknen gelassen wurde.

Gesonderte Proben einer jeden der gesondert behandelten

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Kohlen wurden bei verschiedenen Temperaturen Entzündungsbedingungen ausgesetzt. Die Zeit bis zum Eintreten einer Entzündung wurde festgehalten.

% PEO 330⁰C 34O⁰C 35O⁰C 36O⁰C 370⁰C 38O⁰C 39O⁰C

16 12

	53	Sekunden bis	—	zur Entzündung	18,5
0 (Ver gleich)	47	33	37	25	25
1	keine Ent zündung	37	41	30	25
2	71	55	33	30	18,5
3	48	45	20	25	7
4	33	12

₁c Es wurde auch eine Methode zur Vorhersage der Neigung zur spontanen Entzündung von Kohle entwickelt. An jeder Probe wurde eine thermogravimetrische Analyse ausgeführt, indem sie in einen Perkin-Elmer TGS-II eingebracht und reiner Sauerstoff mit 30 cm³/min durch die Ofenkammer strömen ge-

__n lassen wurde. Die Proben wurden dann auf die Testtemperatur von 320°C/min erhitzt, wobei die Zeit festgehalten wurde, bis eine Entzündung eintrat. Das Verfahren wurde für jede Kohlenprobe bei verschiedenen Temperaturen wiederholt. Die resultierenden Daten für jede Probe wurde in die

„[- Arrhenius-Gleichung eingebracht und gegen den Logarithmus der Zeit aufgetragen. Die erhaltene Linie wurde dann bis zur Nähe der Raumtemperatur extrapoliert (25°C), und die erwartete Zeitdauer wurde festgehalten. Die relative spontane Entzündungswahrscheinlichkeit ergibt sich dann durch Division mit dem Logarithmus (Basis ro) der erwarteten Zeitdauer.

Die relative spontane Entzündungswahrscheinlichkeit besitzt eine direkte Beziehung zur spantanen Entzündung. In anderen Worten heißt das, je niedriger die Zahl ist, desto weniger Wahrscheinlichkeit besteht, daß unter Raumbedingungen

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eine Entzündung stattfindet. Die Vergleichsprobe besaß eine relative Entzündungswahrscheinlichkeit von 0,125. Die mit 1 % PEO behandelte Probe besaß eine relative Ent zündungswahrscheinlichkeit von 0,164. Die mit 2 % PEO behandelte Probe besaß eine relative Entzündungswahrscheinlichkeit von 0,108. Schließlich besaß die mit 4 % PEO behandelte Probe eine relative Entzündungswahrschein lichkeit von 0,074. Es ist also ersichtlich, daß durch Behandlung der Kohle mit einer Lösung von Polyethylenoxid einer Konzentration von mehr als 2 % die relative spontane Entzündungswahrscheinlichkeit verringert wird und daß hierdurch die Neigung der Kohle zur spontanten Entzündung abnimmt.

Claims

3U8762 Pat-entansprüche

1. Zusammensetzung zur Verhinderung einer spontanen Entzündung von Kohle, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus mindestens ungefähr 2 % Polyethylenoxid und im übrigen aus Wasser besteht.

2. Verfahren zur Verringerung der Neigung der spontanen
Entzündung von Kohle, dadurch gekennzeichnet, daß man
die Kohle mit einer Zusammensetzung in Berührung bringt, die aus mindestens ungefähr 2 Gew.-% Polyethylenoxid

und im übrigen aus Wasser besteht, und daß man hierauf die Kohle trocknet.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle in die Zusammensetzung eingetaucht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Trocknen dadurch bewerkstelligt wird, daß man die
behandelte Kohle in offener Luft bei Umgebungstemperatur während mindestens ungefähr 2 h trocknen läßt.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung auf die Kohle gesprüht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Trocknen dadurch bewerkstelligt wird, daß man die

behandelte Kohle in offener Luft bei Umgebungstemperatur während mindestens 2 h trocknen läßt.