Источник: Nano Dispersions Technology, Inc., Bldg. 231, City of Knowledge, Clayton, Panama. Department of Aerospace Engineering and Mechanics, University of Minnesota, Minneapolis, Minnesota 55455, USA and Department of Mechanical and Aerospace Engineering, University of California, Irvine, California 92617, USA.
http://www.aem.umn.edu/people/faculty/joseph/archive/docs/390.pdf
В этой работе описываются колоидные растворы частиц угля в воде (CCW), то есть водоугольные дисперсии, которые производятся посредством мокрого измельчения угля. Эти дисперсии являются новым материалом, поскольку угольные частицы не оседают, а зависают в среде под воздействием броуновского движения. Подобные водноугольные жидкие растворы использовали и прежде – средний размер дисперсных частиц в них составлял более, чем пятнадцать микронов. Эти дисперсии не коллоидные, поскольку частицы оседают быстро под действием силы тяжести, осветляя при этом воду. Новый материал, такой как дисперсии колоидных частиц угля, может быть применен для улучшения существующих угольных технологий и развития идей для создания новых.
В данной работе мы обсуждаем дисперсии коллоидных частиц угля в воде (в дальнейшем назвавшее CCW). Это дешевый материал, который можно легко и в больших количествах произвести путем мокрого измельчения угля. Дисперсные частицы угля в подобных дисперсиях не оседают под действием силы тяжести, а зависают в воде под действием броуновского движения. Подобные водноугольные жидкие растворы использовали и прежде – средний размер дисперсных частиц в них составлял более, чем пятнадцать микронов. Эти дисперсии не коллоидные, поскольку частицы оседают быстро под действием силы тяжести, осветляя при этом воду. Новый материал, такой как дисперсии колоидных частиц угля, может быть применен для улучшения существующих угольных технологий и развития идей для создания новых.
Поскольку каменный уголь дешев и довольно распространен (по сравнению с природным газом и нефтью), его глобальное потребление, вероятно, вскоре возрастет, как описано в Ansolabehere et al (2007). Низкий уровень стоимости и широкая доступность делает уголь особенно привлекательным в плане, разрабатываемом экономикой для удовлетворения ее энергетических потребностей.
Тем не менее, горение угля представляет угрозу окружающей среде – выбросы вредных веществ; уменьшение выброса вредных, загрязняющих окружающую среду веществ при горении угля – главная и основная цель чистых топливоугольных технологий. Анализ, проведенный в работе, нацелен на внедрение технологии CCW в промышленность как чистой топливоугольной технологии.
В последующей работе мы опишем разработку и производство коллоидных или нано суспензий угля в воде. На первый взгляд это топливо могло бы считаться водоугольным топливом, но его свойства отличаются от свойств любого угольного жидкого раствора известного до сих пор и оно может считаться новым материалом, пока тестируется. Наличие в этом материале частиц колоидной крупности привносит свойства, которые отсутствуют в водоугольном топливе, например, неоседание дисперсных частиц даже после нескольких месяцев хранения. Броуновское движение и переплетения частицы предотвращают оседание.
Макро-разновидность топлива - та же самая форма топлива, дисперсия частиц. Поток суспензии может контролироваться с большой точностью (это плюс при газификации угля) и время горения частиц уменьшено вместе с увеличением частичной реактивности (Davies et ал., 1999).
В дальнейшем будет описано, что этот материал отличается от других типов измельченного угля (DOE-Report NETL, 2001). Последний не имеет значимого количества сверхмикронных частиц, по сравнению с материалом, который описывается в данной работе. Коллоидные суспензии угля в воде при сжигании характеризуются минимальным выбросом вредных веществ.
Первый шаг к ультрачистому водоугольному топливу - обогащение. Существует множество хорошо себя зарекомендовавших углеобогатительных технологий, осуществляемых посредством множества разных методов. Физическое обогащение обычно используется для уменьшения уровня зольности приблизительно до 8%; углеобогатительные и подготовительные фабрики включают широкий массив оборудования для разделения твердого-жидкого материала. Тип процесса может значительно изменяться в зависимости от поступаемого на фабрику исходного угля. В общих чертах, обогащение угля включает разделение материала осаждением в тяжелых средах или пеной флотацией. Эффективность процесса определяется степенью разделения угля и породы. Процесс, описанный в этой работе, основан на измельчении угля до коллоидных размеров в присутствии воды. Этот процесс призван помочь улучшить разделение минералов и повысить как физические, так и химические обогатительные операции, которые чувствительны к размеру частиц. Пенная флотация и снижение зольности химическими методами - примеры обогатительных процессов, на эффективность которых влияет крупность угольных частиц.
Большие жесткие угольные частицы, как известно, изнашивают стенки цилиндра дизельных двигателей и лопастей турбины (Wibberley et ал., 2008). Это означает, что обогащение угля - недостаточно, для того чтобы предотвратить износ. Угольные частицы должны быть тонкодисперсными. Именно суспезии коллоидных частиц угля содержат большое количество тонкодисперсных частиц.
Эта характеристика важна и полезна не только с точки зрения свойств частиц оседать и общей устойчивости. Она может также помочь установить закономерности горения. По идее, наболее тонкие частицы помогают гореть более крупным в процессе сжигания топлива. Еще одна специфическая особенность исследуемого нами топлива состоит в том, что наиболее тонкие частички и вода образуют так называемую «псевдожидкость», которая препятствует оседанию крупнодисперсных частиц.