Verfahren zur Herstellung von stabilen wässerigen Heiz-(Brenn-)stoff-Emulsionen und -Suspensionen

Abstract

 Bei dem anmeidungsgemässen Verfahren werden Brennstoff und das Wasserin einem Desintegrator mit 3 bis 10 Stiftreihen bei einer Durchgangsgeschwindigkeit von 100 bis 300 m/sek behandelt. Im Ausgangsgemenge ist ein genügender Anteil an Brennstoff vorhanden, um bei Verbrennung der gebildeten stabilen Emulsionen bzw. Suspensionen eine Verbrennungstemperatur sicherzustellen, die zur thermischen Dissoziation des Wassers in Wasserstoff und Sauerstoff ausreicht, sodaß letzterer den Verbrennungsvorgang des Brennstoffes unterstützt, während ersterer mit der Umgebungsluft unter Lieferung von Wärmeenergie verbrennt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von stabilen wässerigen Brennstoff-Emulsionen oder-Suspensionen von zur Verbrennung in normalen Brennern geeigneter Viskosität, wobei die an sich unmischbaren Bestandteile unter Einwirkung von mechanischer Energie miteinander vereinigt werden.

[0002] Die Behälter für als Treibstoff verwendete öle, z.B. Dieselöl sowie für andere, mit Wasser unmischbare Treibstoffe müssen von Zeit zu Zeit gereinigt werden. Dabei werden die Behälter oder Tanks häufig mit heißem Wasser bzw. Heißdampf gereinigt. Nach der Reinigung fällt ein ölschlamm mit erfahrungsgemäß bis etwa 30 % Wasser an, in jedem Falle ein mehr oder weniger Wasser enthaltendes heterogenes Gemisch von wasserunlöslicher Flüssigkeit und Wasser.

[0003] Wenn man nicht in Kauf nehmen will, dieses Gemisch in aufwendiger Weise in Spezialanlagen zu verbrenner,so muß es, da es auf übliche Weise nicht verbrannt werden kann, verworfen werden. Dies wiederum schafft Umweltprobleme, da diese Produkte nicht als solche deponiert oder gar in den Vorfluter abgelassen werden können, sondern einer besonderen, wiederum aufwendigen Behandlung bedürfen, bis ihre Deponie in Übereinstimmung mit den geltenden Umweltschutzbestimmungen möglich bzw. erlaubt ist.

[0004] Die vorliegende Erfindung hat sich nun zur Aufgabe gemacht, ein Verfahren zu schaffen, mit Hilfe dessen es gelingt, die erwähnten wasserhältigen Ölschlämme u.dgl. Gemenge jedoch auch frische Heizöle sowie andere, einschließlich fester Treib- bzw. Brennstoffe zusammen mit Wasser in den Zustand einer stabilen Emulsion bzw. Suspension überzuführen, welche in üblichen ölbrenner0 bzw. Kesselanlagen verbrennbar ist.

[0005] Dies erfolgt erfindungsgemäß, indem unmischbare Gemenge aus Brennstoff und Wasser in einem Desintegrator mit 3 bis 10 Stiftreihen bei einer Durchgangsgeschwindigkeit von 100 bis 300 m/sek behandelt werden, wobei im Ausgangsgemenge ein genügender Anteil an Brennstoff vorhanden ist, um bei Verbrennung der gebildeten stabilen Emulsionen bzw. Suspensionen eine Verbrennungstemperatur sicherzustellen, die zur thermischen Dissoziation des Wassers in Wasserstoff und Sauerstoff ausreicht, sodaß letzterer den Verbrennungsvorgang des Brennstoffes unterstützt, während ersterer mit der Umgebungsluft unter Lieferung von Wärmeenergie verbrennt.

[0006] Als Desintegratoren wird eine Art von Schlagstiftmühlen bezeichnet, die bereits auf den verschiedensten technischen Gebieten Anwendung gefunden hat, z.B. auf dem Gebiet der Baustoffherstellung oder der Düngematerial-Aufschließung. Es hat sich gezeigt, daß durch die intensive mechanische Behandlung, die ausschließlich mit diesen Einrichtungen realisierbar ist, eine am besten als "Aktivierung" bezeichnete Veränderung der physikalischen und wohl auch der chemischen Eigenschaften der behandelten Materialien stattfindet, die sich beispielsweise in veränderten Löslichkeits- und Mischungseigenschaften, Abbindeeigenschaften usw. äußert. Der genaue Mechanismus der zu diesen Veränderungen führt, ist im einzelnen noch nicht aufgeklärt. Man nimmt an, daß die im Desintegrator erfolgende außerordentlich intensive Schlag- und Stoßeineinwirkung zu Veränderungen in der molekularen Feinstruktur des behandelten Materials führt. Im Falle der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Behandlung von Wasser-Treibstoff (bzw. Brennstoff)-Gemengen hat es sich überraschender Weise gezeigt, daß bei der Durchsatzgeschwindigkeit des Materials durch den Desintegrator von 100 - 300 m/sek und bei Anwendung eines Desintegrators mit 3 - 10 Stiftreihen die erwähnte Emulsion aus den an sich nicht mischbaren Komponenten erhaiten wird und über 5 - 6 Tage stabil bleibt, wobei die Emulsion zufolge ihrer günstigeren Viskosität in jeder Kesselanlage mittels gewöhnlichen Brenners verbrannt werden kann.

[0007] Was die Zusammensetzung der zu bearbeitenden Gemenge betrifft, so ist lediglich zu beachten, daß sie genügend an der brennbaren Komponente enthalten, um sicherzustellen, daß die entstehende Verbrennungstemperatur ausreicht, das vorhandene Wasser zu dissoziieren, d.h. in. Wasserstoff und Sauerstoff zu zerlegen, wobei letzterer im weiteren Verbrennungsvorgang verbraucht wird und eine bessere Verbrennung zur Folge hat, während der Wasserstoff mit der Umgebungsluft verbrennt. Die in letzterem Vorgang freigesetzte Wärme erhöht den Heizwert der gebildeten stabilen Emulsion; dieser Vorgang ist ein komplexer, hier wurde er vereinfacht dargestellt. Versuche haben gezeigt, daß in der Tat der Heizwert einer 10 % Wasser enthaltenden, erfindungsgemäß hergestellten Emulsion demjenigen des reinen betreffenden Brennstoffes gleich ist.

[0008] Aus Vorstehendem geht auch hervor, daß das erfindungsgemäße Verfahren nicht allein bei der Aufarbeitung von Altölen bzw. Rückständen von der Reinigung anwendbar ist, sondern allgemein für die Herstellung von stabilen wasserhältigen Brennstoffemulsionen. Es ist klar, daß dieses Verfahren einen bedeutenden Fortschritt auf dem Gebiet der Energieeinsparung darstellt. Wasserhältige Heizölemulsionen, wie sie erfindungsgemäß erhältlich sind, können so z.B. auch für den Betrieb kalorischer Kraftwerke eingesetzt werden.

[0009] Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können nicht nur Gemenge nichtmischbarer Flüssigkeiten der Behandlung im Desintegrator zur Gewinnung stabiler Emulsionen unterworfen werden,sondern es können dieser Behandlung auch Aufschlämmungen von festen Brennstoffen, etwa staubförmiger Stein- oder Braunkohle zur Bildung mehr oder weniger stabiler Suspensionen unterzogen werden, die dann in der angegebenen Weise und mit dein erwähnten Vorteilen als flüssiger Brennstoff verwendbar sind. Es kann so z.B. eine relativ stabile Suspension von = 90 % Kohle und = Wasser im Desintegrator unter den vorangegebenen Bedingungen erhalten werden.

[0010] Schließlich sei erwähnt, daß es auch in den Rahmen der Erfindung fällt, die Emulsions- bzw. Suspensionsbildung durch Zusatz an sich bekannter Emulgatoren zu den aufzuarbeitenden Gemengen zu unterstützen.

[0011] Die Verwendung von Emulgatoren allein erlaubt allerdings nicht die Herstellung von Emulsionen bzw. Suspensionen mit vergleichbarer Stabilität in großtechnischem Maßstab wie die im Desintegrator erzeugten Produkte.

[0012] Die Behandlung von beliebigen kondensierten Phasen oder Gemischen in der unter dem Namen "Desintegrator" bekannten Einrichtung, die etwa auch als "modifizierten Stiftmühle" bezeichnet werden kann, unterscheidet sich von der Behandlung in anderen Zerkleinerungseinrichtungen bzw. nach bekannten Zerkleinerungsverfahren nicht bloß quantitativ in vorhersehbarer bzw. vorausberechenbarer Weise, sondern hinsichtlich der erzielten Wirkungen qualitativ. Die Bearbeitung im Desintegrator stellt eine neue Art der mechanischen Bearbeitung dar, die eine Reihe von unerwarteten Vorteilen z.B. in wirkungsmäßiger und energie- ökonomischer Hinsicht bringt.

[0013] Die Fig. 1 und 2 zeigen den prinzipiellen Aufbau eines Desintegrators im Schnitt bzw. in Seitenansicht.

[0014] Der Desintegrator ist prinzipiell wie folgt aufgebaut. Auf zwei Wellen 27 und 28 sind mit fluchtenden Achsen je eine Mahlscheibe 29 und 30 endständig befestigt. Eine dieser Mahlscheiben ist nahe der Scheibenmitte mit Durchtrittsöffnungen 34 für das zu zerkleinernde Material versehen. Den Durchtrittsöffnungen ist eine Prall- und Leitplatte 39 vorgesetzt. Vor den Durchtrittsöffnungen 34 befindet sich der Raum 35, durch den das zu erkleinernde Material aufgegeben wird. Dichtringe 36 verhindern, daß dieses Material an der Außenseite der Mahlscheibe 29 unter Umgehung der Mahl- und Schlagstifte in den Reihen 31, 32 und 33 in den Austragsraun 38 durch die Austragsöffnung 37 gelangt. Die Mahlscheiben sind voneinem Gehäuse 40 umgeben, welches entlang dem Flansch 40' geöffnet werden kann. In der Zeichnung ist erkennbar gemacht, daß die Schlagstifte abwechselnd gegenläufig bewegt werden. Dadurch ergeben sich sehr hohe Schlaggeschwindigkeiten.

[0015] Das Material wird zentral-axial zugegeben und vom Sog der durchströmenden Luft bzw. gegebenenfalls eines Schutzgases und der Zentrifugalkraft erfaßt und nach außen geschleudert. Hiebei gerät es in den Schlagbereich der innersten Stiftreihe und erfährt eine nahezu tangentiale Beschleunigung, die von der nächstäußeren, gegenläufigen Stiftreihe in eine entgegengesetzte, ebenfalls nahezu tangentiale Beschleunigung umgewandelt wird. Dies wiederholt sich von Siiftreihe zu Stiftreihe, bis die Teilchen den Bereich der Rotoren verlassen.

[0016] Beispiel:

Mit Hilfe eines Desintegrators mit insgesamt sechs Stiftreihen und bei einer Geschwindigkeit zwischen 230 und 250 m/sek (Höchstgeschwindigkeit), wurden Emulsionen mit 10 % bzw. 20 % bzw. 30 % Wasserzusatz hergestellt. In In allen Fällen wurden Emulsionen erhalten, die bei der Verwendung in einem gewöhnlichen Brenner einer Kesselanlage überall eine verbesserte Ausnutzung des Brennstoffes infolge der Wirkung des gebildeten, in stata nascendi vorliegenden Sauerstoffes im Vergleich mit dem reinen Brennstoff (Öl) bei einer Verbrennung in normaler Luft mit Stickstoffzusatz usw. erzielt hätte. Die Wirkungsgraderhöhung betrug in allen Fällen einige Prozente, was recht beträchtlich ist. überdies können zähflüssige öle verwendet werden, deren Viskosität durch den Wasserzusatz auf den geeigneten, eine vollständige Verbrennung erlaubenden Wert eingestellt wird.

[0017] Im allgemeinen haben Versuche gezeigt, daß bei Zugabe von Wasser dem Heizöl nach Aktivierung in einem Desintegrator bestimmter Ausstattung und bei bestimmten Geschwindigkeiten der Heizwert der Mischung infolge besserer und vollständigerer Verbrennung größer als beim anteiligen Heizöl ist.

[0018] Nachstehend wird dies an Hand von Versuchsergebnissen gezeigt.

[0019] Es wurde ein Brennstoff-Wasser Gemisch in einem Desintegrator mit 7 Rotor-Stiftreihen behandelt.

[0020] Der Behandlung wurden folgende Gemische unterworfen:

[0021] Die Bestimmung des Heizwertes erfolgte wie üblich im Kalorimeter (Sauerstoffbombe).

[0022] Die obigen Ergebnisse zeigen, daß durch das erfindungsgemäße Verfahren erhaltenen stabilen wässerigen Brennstoff- emulsionen eine beträchtliche Erhöhung ihres Heizwertes gegenüber dem aus ihrer Zusammensetzung errechenbaren Mittelwert aufweisen. Neben der Erzielung der Stabilität ergibt sich somit durch das erfindungsgemäße Verfahren eine bedeutende Energieersparnis bzw. eine beträchtliche verbesserte Energieausnützung.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von stabilen wässerigen Brennstoff-Emulsionen oder -Suspensionen von zur Verbrennung in normalen Brennern geeigneter Viskosität, wobei die an sich unmischbaren Bestandteile unter Einwirkung von mechanischer Energie miteinander vereinigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß unmischbare Gemenge aus Brennstoff und Wasser in einem Desintegrator mit 3 bis 10 Stiftreihen bei einer Durchgangsgeschwindigkeit von 100 bis 300 m/sek behandelt werden, wobei im Ausgangsgemenge ein genügender Anteil an Brennstoff vorhanden ist, um bei Verbrennung der gebildeten stabilen Emulsionen bzw. Suspensionen eine Verbrennungstemperatur sicherzustellen, die zur thermischen Dissoziation des Wassers in Wasserstoff und Sauerstoff ausreicht, sodaß letzterer den Verbrennungsvorgang des Brennstoffes unterstützt, während ersterer mit der Umgebungsluft unter Lieferung von Wärmeenergie verbrennt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemenge aus einem mit Wasser unmischbaren flüssigen Brennstoff und Wasser im Desintegrator behandelt wird, um eine stabile Emulsion zu bilden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Brennstoff Heizöl verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Brennstoff Altöl verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemenge aus einem in Wasser unlöslichen, festen feinzerteilten Brennstoff und Wasser im Desintegrator behandelt wird, um eine stabile Suspension zu bilden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Brennstoff Kohlenstaub verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgangsgemenge ein Emulgator zugesetzt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgangsgemenge ein Gemisch von Emulgatoren zugesetzt wird.

Zeichnung