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Dokumentenidentifikation DE4336111A1 27.04.1995
Titel Netzmittel zur Staubbindung
Anmelder Landgraf, Peter, 53797 Lohmar, DE
Erfinder Landgraf, Peter, 53797 Lohmar, DE
DE-Anmeldedatum 22.10.1993
DE-Aktenzeichen 4336111
Offenlegungstag 27.04.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.04.1995
IPC-Hauptklasse E21F 5/16
IPC-Nebenklasse C09K 3/22   
IPC additional class // B01F 17/42,17/56  
Zusammenfassung In den zur Staubbindung im deutschen Steinkohlenbergbau vorgeschriebenen Produkten wurde bis vor einigen Jahren ein Netzmittel vom Typ eines Alkylphenylpolyglykolethers eingesetzt. Nach Umstellung auf ein ökologisch günstigeres Produkt behielt man die alte Rezeptur bei.
Eine Nachprüfung ergab nun, daß durch Veränderung der Rezeptur Kostenersparnisse bei den Staubbindemitteln von bis zu 4,5 Millionen DM möglich sind.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft den wirtschaftlichen Einsatz von Netzmitteln zur Bindung von flugfähigem Kohlenstaub unter Tage.

Die Staubbindung im Kohlenbergbau ist erforderlich, um einen maximalen Schutz im Falle einer Staub- oder Gasexplosion zu gewährleisten.

Sie wird im deutschen Steinkohlenbergbau mittels hygroskopischen Salzen wie Calciumchlorid und Magnesiumchlorid in Form von Pulver, Schuppen, Paste und Lösung durchgeführt.

Um eine Staubbindung mit diesen hygroskopischen Salzen durchführen zu können, ist der Einsatz von Netzmitteln unbedingt erforderlich.

Seit Beginn des Einsatzes von hygroskopischen Salzen setzte man hierzu Netzmittel vom Typ eines Nonylphenylpolyglykolethers ein.

Größtenteils wurden diese dann aber vor einigen Jahren durch biologisch besser abbaubare Netzmittel vom Typ des Fettalkoholpolyglykolethers abgelöst. Diese Netzmittel haben unter anderem auch die Eigenschaft einer sehr schnellen Staubbindung, wie sie beim Einsatz von flüssigen Staubbindemitteln wie netzmittelhaltigen Calciumchlorid- oder Magnesiumchloridlösungen unbedingt erforderlich ist.

Neben dieser Staubbindegeschwindigkeit wird als zweite Komponente bei der Zulassung zum Einsatz von Staubbindemitteln die sogenannte Staubbindekapazität gefordert. Diese sagt aus, wie groß die Menge an Kohlenstaub ist, die durch das im Staubbindemittel enthaltene Netzmittel gebunden werden kann.

Wie bereits in der Dissertationsarbeit von Herrn Dr. Hamm an der Technischen Universität Berlin aus dem Jahre 1969 festgestellt wurde, sind die früher eingesetzten Netzmittel vom Typ des Nonylphenylpolyglykolethers nur in einer Konzentration bis zu 1% wirtschaftlich einsetzbar. Darüber hinaus ist das Verhältnis von den relativ hohen Netzmittel kosten zu der effektiven Nutzung in Form der Staubbindekapazität nicht geeignet, einen höheren Gehalt an Netzmitteln einzusetzen.

Daher wurde auch bei den seit mehreren Jahren bereits eingesetzten Netzmitteln vom Typ des Fettalkoholpolyglykolethers davon ausgegangen, daß sich hierbei die Staubbindeverhältnisse beim Einsatz höherer Netzmittelkonzentrationen ebenso darstellen.

Überraschenderweise zeigte es sich aber nun, daß beim Einsatz des Netzmittels vom Typ eines Fettalkoholpolyglykolethers eine erhebliche wirtschaftliche Verbesserung möglich ist.

So konnte bei der Staubbindeprüfung, angelehnt an den von der Versuchsgrube Tremonia in Dortmund festgelegten Testmodus, mit einer 30%igen Calciumchloridlösung und einer Erhöhung des Netzmittelgehalts von 1% auf 3% festgestellt werden, daß die Kapazität der Staubbindefähigkeit der Lösung sich um 120% bei 60% rel. Feuchte und sogar um 170% bei 90% rel. Feuchte verbesserte.

Die Verbesserung bei der rel. Feuchte von 90% ist um so bemerkenswerter, wenn man weiß, daß normalerweise d. h. bei einer 1% netzmittelhaltigen Lösung, die Staubbindekapazität sogar niedriger ist als bei einer rel. Feuchte von 60%.

Hierdurch kann an folgendem Beispiel eine Wirtschaftlichkeitsberechnung aufgestellt werden:

Beispiel 1a 60% rel. Feuchte

Bedarf an flüssigen Staubbindemitteln: 40 000 jato

Kosten des Staubbindemittels: 160 DM/t

Anteilige Netzmittel kosten bei 1% Zusatz: 20 DM/t

Die Kosten für den Jahresbedarf an flüssigen Staubbindemitteln betragen 40 000 t × 160 DM = 6 400 000 DM.

Durch den Einsatz des patentmäßig vorgeschlagenen Produkts mit einem von 1% auf 3% erhöhtem Gehalt an Netzmittel vom Typ eines Fettalkoholpolyglykolethers verringert sich der Jahresbedarf auf:

40 000 t × 100/220% = 18 182 t.

Die Kosten betragen nun: 18 182 t × 160 DM = 2 909 120 DM.

Durch die vorgeschlagene Netzmittelerhöhung von 1% auf 3% entstehen Mehrkosten von: 18 182 t × 40 DM = 727 273 DM, so daß in der Summe Jahreskosten von:



anfallen.

Durch die patentgemäß vorgeschlagene Netzmittelerhöhung kann also beispielgemäß bei einer rel. Feuchte von 60%, eine jährliche Kostenersparnis an Staubbindelösung in einer Höhe von:



erwartet werden.

Beispiel 1b 90% rel. Feuchte

Bei 90% rel. Feuchte verringert sich der Jahresbedarf auf:

4000 jato × 100%/270% = 14 815 jato.

Die Kosten betragen nun: 14 815 t × 160 DM = 2 370 400 DM.

Durch die vorgeschlagene Netzmittelerhöhung von 1% auf 3% entstehen Mehrkosten von: 14 815 t × 40 DM = 592 600 DM, so daß in der Summe Jahreskosten von:



anfallen.

Durch die patentgemäß vorgeschlagene Netzmittelerhöhung kann also beispielgemäß bei einer rel. Feuchte von 90% eine jährliche Kostenersparnis an Staubbindelösung in einer Höhe von



erwartet werden.

Beim Auflösen von konzentriertem Calciumchloridpulver (ca. 80%ig) zu einer 30%igen netzmittelhaltigen Lösung kann ebenfalls von einer Kostenersparnis ausgegangen werden, wenn der Netzmittelgehalt des Pulvers von 3,0% auf 8,0% erhöht wird.

Die Netzmittelkonzentration im Pulver von 3% ist auf eine hygienische Einschränkung, bedingt durch die über viele Jahre übliche Ausbringungsmethode des Pulvers durch Verblasen, zurückzuführen.

Diese Ausbringungsmethode wird heutzutage in der Praxis nicht mehr durchgeführt, da das Staubbindepulver ausschließlich unter Tage mit Wasser zu einer Staubbindelösung verarbeitet wird, und daher die hygienischen Einschränkungen entfallen können.

Folgende Rechnung kann aufgestellt werden:

Beispiel 2a 60% rel. Feuchte

Aus einem angenommenen Jahresbedarf von 2500 t Pulver können 6668 t einer 30%igen Calciumchloridlösung mit einer Netzmittelkonzentration von ca. 1,1% hergestellt werden.

Durch Erhöhung der Netzmittelkonzentration auf 8,0% entsteht eine Calciumchloridlösung mit einem Netzmittelgehalt von 3,0%.

Dadurch ergibt sich folgende Rechnung:

Bedarf an Pulver: 2500 jato

Aus diesem Pulver hergestellte Lösung: 6668 jato

Kosten des Pulvers: 600 DM/t

Anteilige Netzmittelkosten bei einem Gehalt von 3,0%: 60 DM/t.

Unter Annahme der oben genannten Zahlen kann nun folgende Rechnung aufgestellt werden:

Die Kosten für den Jahresbedarf an pulverförmigen Staubbindemitteln betragen:

2500 t × 600 DM = 1 500 000 DM, wobei die 2500 t Pulver den entstehenden 6668 t Lösung gleichzusetzen sind.

Durch den Einsatz des patentmäßig vorgeschlagenen Produkts mit einem von 3% auf 8% erhöhtem Gehalt an Netzmittel vom Typ eines Fettalkoholpolyglykolethers verringert sich der Jahresbedarf auf:

2500 t × 100%/220% = 1136 t.

Die Kosten betragen nun 1136 t × 600 DM = 681 600 DM.

Durch die vorgeschlagene Netzmittelerhöhung von 3% auf 8% entstehen Mehrkosten an Netzmitteln von: 1136 jato × 100 DM = 113 600 DM, so daß in der Summe Jahreskosten von



anfallen.

Durch die patentgemäß vorgeschlagene Netzmittelerhöhung kann also beispielgemäß bei einer rel. Feuchte von 60% eine jährliche Kostenersparnis an Staubbindepulver in einer Höhe von:



erwartet werden.

Beispiel 2b 90% rel. Feuchte

Bei 90% rel. Feuchte verringert sich der Jahresbedarf auf:

2500 t × 100%/270% = 926 t.

Die Kosten betragen nun 926 t × 600 DM = 555 600 DM.

Durch die patentgemäß vorgeschlagene Netzmittelerhöhung von 3% auf 8% entstehen Mehrkosten an Netzmittel von 926 jato × 100 DM = 92 600 DM, so daß in der Summe Jahreskosten von



anfallen.

Durch die patentgemäß vorgeschlagene Netzmittelerhöhung kann also beispielgemäß eine jährliche Kostenerparnis an Staubbindepulver in einer Höhe von:



erwartet werden.

Beispiel 3a 60% rel. Feuchte

Die mit einem angenommenen Jahresbedarf von 2000 t zur Zeit eingesetzten Staubbindeschuppen haben einen Netzmittelgehalt von 1,5%. Beim Auflösen der Schuppen zu einer 30%igen Calciumchloridlösung entsteht hieraus eine Lösung mit einem Netzmittelgehalt von ca. 0,6%.

Durch Erhöhung der Netzmittelkonzentration von 1,5% auf 13% entsteht eine 30%ige Calciumchloridlösung mit einer Netzmittelgehalt von 3%.

Die durch Erhöhung der Netzmittelkonzentration in der Lösung verbesserte Staubbindefähigkeit beträgt hierbei sogar 320%.

Dadurch ergibt sich folgende Rechnung:

Bedarf an Schuppen: 2000 jato

Aus diesen Schuppen hergestellte Lösung: 5200 jato

Kosten der Schuppen: 600 DM

Anteilige Netzmittelkosten bei einem Gehalt von 1,5%: 30 DM

Unter Annahme der oben genannten Zahlen kann nun folgende Rechnung aufgestellt werden:

Die Kosten für den Jahresbedarf an schuppenförmigen Staubbindemitteln betragen:

2000 t × 600 DM = 1 200 000 DM wobei die Schuppen den entstehenden 5200 t Lösung gleichzusetzen sind.

Durch den Einsatz des patentgemäß vorgeschlagenen Produkts mit einem von 1,5% auf 13% erhöhtem Gehalt an Netzmittel vom Typ des Fettalkoholpolyglykolethers verringert sich der Jahresbedarf auf:

2000 t × 100%/320% = 625 t.

Die Kosten betragen nun 625 t × 600 DM = 375 000 DM.

Durch die vorgeschlagene Netzmittelerhöhung von 1,5% auf 13% entstehen Mehrkosten an Netzmitteln von 625 t × 230 DM = 143 750 DM, so daß in der Summe Jahreskosten von:



anfallen.

Durch die patentgemäß vorgeschlagene Netzmittelerhöhung kann also beispielgemäß eine jährliche Kostenerparnis an Staubbindeschuppen in einer Höhe von:



erwartet werden.

Beispiel 3b 90% rel. Feuchte

Bei 90% rel. Feuchte verringert sich der Jahresbedarf auf:

2000 t × 100%/400% = 500 t.

Die Kosten betragen nun 500 t × 600 DM = 300 000 DM.

Durch die patentgemäß vorgeschlagene Netzmittelerhöhung von 1 ,5% auf 13% entstehen Mehrkosten an Netzmitteln von 500 t × 230 DM = 115 000 DM, so daß in der Summe Jahreskosten von



anfallen.

Durch die patentgemäß vorgeschlagene Netzmittelerhöhung kann beispielgemäß eine jährliche Kostenersparnis an Staubbindeschuppen in einer Höhe von:



erwartet werden.

Die Kostenersparnis, bei Anwendung der patentgemäß erhöhten Netzmittelkonzentrationen in der Summe der beispielgemäß eingesetzten Staubbindeproduktmengen, kann bei 60% rel. Feuchte 4 149 657 DM und bei 90% rel. Feuchte 5 073 800 DM betragen. Da bei der Luftfeuchtigkeit unter Tage in den mit hygroskopischen Staubbindemitteln zu behandelnden Bereichen eher mit einer höheren relativen Feuchte zu rechnen ist, kann mit einer Kostenersparnis in der Summe der Staubbindemittel von ca. 4 500 000 DM gerechnet werden.

In der Praxis ist nur mit Problemen bei der Netzmittelerhöhung in den Staubbindeschuppen zu rechnen, da hierbei z.Zt. noch Schwierigkeiten bei der Aufnahme des Netzmittels auf den Schuppen bestehen.

Die patentgemäße Veränderung des Netzmittels ist durch die vom Hygieneinstitut empfohlene Zulassung auf einen Netzmittelgehalt von 3% in der Lösung beschränkt.

Eine Erhöhung um weitere Prozentpunkte ließe ein noch günstigeres Bild der Kostenersparnis erwarten.

Eine ähnlich günstige Rechnung wie mit den Fettalkoholpolyglykolethern ließe sich auch mit Tensiden aus nachwachsenden Rohstoffen, sogenannten Alkylpolyglykosiden aufstellen, die aber z.Zt. noch erheblich mehr kosten.

Nicht in diese Berechnung eingegangen sind die Kostenersparnisse, die durch eine durchaus mögliche Personalverringerung, bedingt durch geringeren Materialbedarf, im Bereich der Staubbindung unter Tage zu erwarten sind.


Anspruch[de]
  1. 1. Einsatz des Netzmittels vom Typ eines Fettalkoholpolyglykolethers in Staubbindemitteln in Konzentrationen > 1,0%, insbesondere > 2,0%.
  2. 2. Einsatz des Netzmittels vom Typ eines Fettalkoholpolyglykolethers gemäß Anspruch 1, in flüssigen Staubbindemitteln in Konzentrationen > 1,0%.
  3. 3. Einsatz des Netzmittels vom Typ eines Fettalkoholpolyglykolethers gemäß Anspruch 1, in pulverförmigen Staubbindemitteln in Konzentrationen > 3,0%.
  4. 4. Einsatz des Netzmittels vom Typ eines Fettalkoholpolyglykolethers gemäß Anspruch 1, in schuppenförmigen Staubbindemitteln in Konzentrationen > 1,5%.
  5. 5. Einsatz des Netzmittels vom Typ eines Fettalkoholpolyglykolethers gemäß Anspruch 1, in Konzentrationen > 1% in Staubbindemitteln, deren Form sich von den unter 2-4 erwähnten Produktformen unterscheidet.
  6. 6. Einsatz des Netzmittels nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Netzmittel um ein Alkylpolyglycosid handelt.






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