Hiilivesiliete
I. Fysikaaliset ominaisuudet ja toiminnot
Hiili-vesiliete on liete, joka on valmistettu hiilestä, vedestä ja pienestä määrästä kemiallisia lisäaineita. Käyttötarkoituksen mukaan hiili-vesiliete jaetaan korkean pitoisuuden omaavaan hiili-vesilietepolttoaineeseen ja Texaco-uunin kaasutukseen tarkoitettuun hiili-vesilietteeseen. Hiili-vesilietettä voidaan pumpata, sumuttaa, varastoida ja sytyttää ja polttaa vakaassa tilassa. Noin 2 tonnia hiili-vesilietettä voi korvata 1 tonnin polttoöljyä.
Poltettava hiili-vesiliete on tehokkaampi, energiansäästöisempi ja ympäristöystävällisempi, mikä on tärkeä osa puhdasta hiiliteknologiaa. Hiili-vesilietettä voidaan kuljettaa pitkiä matkoja putkilinjakuljetuksina pienillä investoinneilla ja käyttökustannuksilla. Se voidaan polttaa suoraan ilman kuivatusta terminaaliin saapumisen jälkeen, ja varastointi- ja kuljetusprosessi on täysin suljettu.
Vesi aiheuttaa lämpöhäviötä eikä pysty tuottamaan lämpöä palamisprosessissa. Siksi hiilen pitoisuuden tulisi saavuttaa suhteellisen korkea taso -- yleensä 65–70 %. Kemiallisia lisäyksiä on noin 1 %. Veden aiheuttama lämpöhäviö on noin 4 % hiili-vesilietteen lämpöarvosta. Vesi on väistämätön raaka-aine kaasutuksessa. Tästä näkökulmasta hiilen pitoisuutta voidaan alentaa 62–65 %:iin, mikä voi johtaa happipolton lisääntymiseen.
Poltto- ja kaasutusreaktioiden helpottamiseksi hiili-vesilietteellä on tiettyjä vaatimuksia hiilen hienoudelle. Polttoaineeksi tarkoitetun hiili-vesilietteen hiukkaskoon yläraja (läpäisynopeus vähintään 98 %) on 300 μm, ja alle 74 μm:n (200 mesh) pitoisuuden on oltava vähintään 75 %. Kaasutukseen tarkoitetun hiili-vesilietteen hienous on hieman karkeampaa kuin polttoaineeksi tarkoitetun hiili-vesilietteen. Hiukkaskoon yläraja saa olla 1410 μm (14 mesh), ja alle 74 μm:n (200 mesh) pitoisuuden on oltava 32–60 %. Jotta hiili-vesilietettä olisi helppo pumpata ja sumuttaa, sillä on myös juoksevuusvaatimuksia.
Huoneenlämmössä ja leikkausnopeudella 100 s näennäisen viskositeetin ei yleensä tarvitse olla yli 1000–1500 mPas. Pitkän matkan putkikuljetuksissa käytettävän hiili-vesilietteen näennäisen viskositeetin on oltava enintään 800 mPa·s alhaisessa lämpötilassa (vuoden alin lämpötila maan alla oleville putkille) ja leikkausnopeuden 10 s⁻¹. Lisäksi hiili-vesilietteen viskositeetin on oltava virtaavassa tilassa alhaisempi, mikä on kätevää käyttää; virtauksen pysähtyessä ja staattisessa tilassa sillä voi olla korkea viskositeetti helppoa varastointia varten.
Hiili-vesilietteen stabiilius varastoinnin ja kuljetuksen aikana on erittäin tärkeää, koska hiili-vesiliete on kiinteän ja nestemäisen faasin sekoitus, ja kiinteä ja nestemäinen aine on helppo erottaa toisistaan. Siksi on välttämätöntä, ettei varastoinnin ja kuljetuksen aikana synny "kovaa saostumaa". Niin sanottu "kova saostuma" viittaa sakkaan, jota ei voida palauttaa alkuperäiseen tilaansa sekoittamalla hiili-vesilietettä. Hiili-vesilietteen kykyä ylläpitää suorituskykyä, jossa ei synny kovaa saostumaa, kutsutaan hiili-vesilietteen "stabiilisuudeksi". Huono stabiilius vaikuttaa vakavasti tuotantoon, kun saostumista tapahtuu varastoinnin ja kuljetuksen aikana.
II. Yleiskatsaus hiili-vesilietteen valmistustekniikkaan
Hiili-vesiliete vaatii korkeaa hiilipitoisuutta, hienoa hiukkaskokoa, hyvää juoksevuutta ja hyvää stabiiliutta kovan saostumisen välttämiseksi. Kaikkien edellä mainittujen ominaisuuksien saavuttaminen samanaikaisesti on vaikeaa, koska jotkut niistä ovat toisiaan rajoittavia. Esimerkiksi pitoisuuden nostaminen lisää viskositeettia ja juoksevuutta. Hyvä juoksevuus ja alhainen viskositeetti huonontavat stabiiliutta. Siksi on tarpeen seurata pitoisuutta reaaliajassa.Lonnmetrikädessä pidettävä tiheysmittaritarkkuus on jopa 0,003 g/ml, mikä mahdollistaa tarkan tiheysmittauksen ja lietteen tiheyden tarkan säädön.
1. Valitse raaka-aine hiili selluloosaa varten oikein
Jatkokäyttäjien vaatimusten täyttämisen lisäksi sellunvalmistukseen käytettävän kivihiilen laadussa on kiinnitettävä huomiota myös sen sellunvalmistusominaisuuksiin - sellunvalmistuksen vaikeuteen. Joistakin kivihiilistä on helppo valmistaa korkean pitoisuuden omaavaa hiili-vesilietettä normaaleissa olosuhteissa. Toisten kivihiilten kohdalla korkean pitoisuuden omaavan hiili-vesilietteen valmistaminen on vaikeaa tai vaatii monimutkaisempaa sellunvalmistusprosessia ja korkeampia kustannuksia. Sellunvalmistuksessa käytettävien raaka-aineiden sellunvalmistusominaisuuksilla on suuri vaikutus sellunvalmistuslaitoksen investointeihin, tuotantokustannuksiin ja hiili-vesilietteen laatuun. Siksi kivihiilen sellunvalmistusominaisuuksien laki tulisi hallita ja sellunvalmistukseen käytettävä raaka-ainehiili tulisi valita todellisten tarpeiden sekä teknisen toteutettavuuden ja taloudellisen järkevyyden periaatteiden mukaisesti.
2. Arvostelu
Hiili-vesiliete ei vaadi ainoastaan määritellyn hienouden saavuttamista hiilihiukkaskoon osalta, vaan myös hyvän hiukkaskokojakauman, jotta erikokoiset hiilihiukkaset voivat täyttää toisensa, minimoida hiilihiukkasten väliset raot ja saavuttaa korkeamman "pinoamistehokkuuden". Vähemmän rakoja voi vähentää käytetyn veden määrää ja on helppo valmistaa korkean pitoisuuden omaavaa hiili-vesilietettä. Tätä tekniikkaa kutsutaan joskus "lajitteluksi".
3. Sellunvalmistusprosessi ja -laitteet
Annettujen raakahiilen hiukkaskoko-ominaisuuksien ja jauhatusolosuhteiden vallitessa, miten hiili-vesilietteen lopputuotteen hiukkaskokojakauma saadaan aikaan korkeampi "pinoamistehokkuus", vaaditaan kohtuullinen jauhatuslaitteiden ja massanvalmistusprosessin valinta.
4. Suorituskykyä vastaavien lisäaineiden valinta
Jotta hiili-vesilietteestä saataisiin korkea pitoisuus, alhainen viskositeetti sekä hyvä reologia ja stabiilius, on käytettävä pieniä määriä kemiallisia aineita, joita kutsutaan "lisäaineiksi". Lisäaineen molekyylit vaikuttavat hiilihiukkasten ja veden väliseen rajapintaan, mikä voi vähentää viskositeettia, parantaa hiilihiukkasten dispersiota veteen ja parantaa hiili-vesilietteen stabiiliutta. Lisäaineiden määrä on yleensä 0,5–1 % hiilen määrästä. Lisäaineita on monenlaisia, eikä niiden kaava ole kiinteä, vaan se on määritettävä kokeellisen tutkimuksen avulla.
Julkaisun aika: 13. helmikuuta 2025
