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Kohle wird üblicherweise in einem "Bett", oder, wenn sie pulverisiert und zerstäubt vorliegt, in Form von feinen Teilchen verbrannt. Wenn die Kohle merkliche Mengen an Schwefel enthält, wird dieser in Schwefeloxyde umgewandelt, hauptsächlich in Schwefeldioxyd, wenn die Kohle ver- brennt. Schwefeloxyde stellen eine sehr ernste Verschmutzung der Atmosphäre dar, und in den vergangenen Jahren sind in den USA sehr strenge Vorschriften für die Konzentration an Schwefel- oxyden in Gasen festgesetzt worden, welche in die Atmosphäre abgelassen werden dürfen. Man brauchte also Kohle mit niedrigem Schwefelgehalt oder die Kohle muss zur Entfernung von Schwefel behandelt werden. In beiden Fällen stellt dies eine erhebliche Belastung dar.
Es ist deshalb vor- geschlagen worden, feinverteilten Kalk oder Kalkstein der Kohle zuzumischen, und in diesem Fall wird während des Verbrennens ein beträchtlicher Anteil des Schwefeldioxyds oxydiert, da ja immer ein Sauerstoffüberschuss vorliegt, und es wird Calciumsulfat gebildet.
Die Entfernung des teilchenförmigen Calciumsulfat kann nach üblichen Verfahren, etwa durch elektrostatische Abscheidung erfolgen. Die Verbrennung ist jedoch nicht so vollständig, wie es erwünscht wäre, und wenn man nicht einen sehr grossen Kalküberschuss verwendet, kann bei stark schwefelhältigen Kohlen die Menge des entfernten Schwefeloxyds ungenügend sein.
Die Erfindung betrifft einen verbesserten Brennstoff auf Kohlebasis, wobei Probleme wie das des Explosionsrisikos in Anlagen, die pulverisierte Kohle verwenden, wenn sie nicht peinlich sau- ber gehalten werden, vermieden werden.
Erfindungsgemäss wird pulverisierte Kohle einer Teilchengrösse von weniger als 100 pm ver- wendet ; ein wesentlicher Anteil ist gewöhnlich noch feiner, bis herunter zu 1 pm. Dies ist etwa die Form von Kohle, wie sie beim Verbrennen von pulverisierter Kohle verwendet wird. Wenn man die winzigen Kohleteilchen unter dem Mikroskop betrachtet, dann erscheint die Oberfläche ganz porös. Die pulverisierte Kohle wird mit Wasser angeteigt und dann wird Öl zugesetzt, z. B. gewöhn- liches Heizöl, und die Aufschlämmung wird dann stark gerührt, vorzugsweise mit Hilfe von Schall- schwingungen. Die Frequenz derselben liegt gewöhnlich im Ultraschallbereich, z. B. bei 20000 bis
30000 Hz, oder sogar bei noch höheren Frequenzen. Obwohl in der Praxis häufig Rühren mit Ultra- schall angewendet wird, können hohe Frequenzen hörbaren Schalls, z.
B. 15000 bis 20000 Hz eben- falls angewendet werden. Deswegen wird in der folgenden Beschreibung ganz allgemein von "Schall" gesprochen, und es werden darunter sowohl Schwingungen hörbaren Schalls als auch von Ultra- schall verstanden. Es ist zu beachten, dass ein sehr intensives Rühren, welches starke Kavitation erzeugt, erforderlich ist, und dass diese starke Einwirkung als Intensität und nicht als Kraft gemessen wird.
Die erfindungsgemäss angewendete Intensität sollte wenigstens 11625 W/cm2 betragen. Gewöhnlich finden Intensitäten von etwa 38, 75 bis 54, 25 W/cm2 oder etwas weniger Anwendung. Während es eine definierte Untergrenze für die Schallintensität gibt, unterhalb welcher befriedigende Brennstoffgemische nicht erhalten werden, gibt es keine scharfe Obergrenze. Man erzielt indessen oberhalb 54, 25 W/cm" und höher keine merkliche Verbesserung, und die Anwendung höherer Intensitäten vermehrt nur die Kosten der Brennstofferzeugung ohne damit erreichte Verbesserung. In andern Worten, die Obergrenze ist keine scharfe physikalische Grenze, sondern wird durch wirtschaftliche Erwägungen bestimmt.
Solange die Energiedichte den vorstehend auseinandergesetzten Anforderungen entspricht, macht es keinen grossen Unterschied, wie die Schallenergie erzeugt wird und die Erfindung ist auch auf keine bestimmte Einrichtung beschränkt. Ein sehr brauchbarer Schallgenerator ist eine sogenannte Schall- oder Ultraschallsonde. Die Longitudinalschwingungen werden wie üblich erzeugt, entweder durch eine piezoelektrische, eine magnetostriktive Einrichtung od. dgl. Der eigentliche Schallgenerator wird dann mit einem festen Geschwindigkeitsumformer, manchmal auch akustischer Transformator genannt, gekoppelt, welcher sich stark, vorzugsweise exponentiell, verjüngt, und in einer Oberfläche von viel geringerer Fläche endet, als es die mit dem Schallgenerator gekoppelte ist.
In Übereinstimmung mit dem Gesetz der Erhaltung der Energie erfordert die Verteilung der Schwingungen über die kleinere Oberfläche, dass diese Oberfläche sich viel schneller bewegt. Das führt zu einer viel höheren Energiedichte und da die gesamte Kraft von einer grösseren Fläche auf eine kleinere Fläche übertragen wird, verwendet man den Ausdruck "Transformator" in Übereinstimmung mit elektrischen Transformatoren, welche die Spannung erhöhen können.
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hoher Schallenergiedichte - was nicht mit Schallkraft verwechselt werden sollte-ist eine sehr wirtschaftliche und zufriedenstellende Type zur Erzeugung der erforderlichen Schallenergieintensi- tät.
Gemäss einem spezielleren Aspekt der Erfindung ist die Verwendung dieser Type von Instrument mitumfasst, aber natürlich ist die genaue Art, wie der schwingenden Oberfläche Energie zugeführt wird, nicht dasjenige, was die Erfindung im Wesen vom bekannten Stand der Technik unter- scheidet.
Das Rühren mit hoher Schallintensität scheint Wasser in die Poren der porösen Kohleteilchen zu treiben und dann eine Wasser-in-Öl-Emulsion zu erzeugen. Es ist dies keine echte Emul- sion, weil sie die Suspension von winzigen Kohleteilchen ebenso wie eine Dispersion von Öl und
Wasser einschliesst. Indessen ist das Verhalten des erhaltenen Produktes, das eine etwas vis- kose Flüssigkeit ist, nicht das einer typischen Emulsion. Bei einer typischen Wasser-in-Öl-Emulsion kann die kontinuierliche Ölphase mit mehr Öl verdünnt werden, um eine verdünntere Emulsion zu erzeugen. Im Falle der Erfindung trennt sich bei Verwendung eines Ölüberschusses das Öl als separate Phase ab, in diesem Falle als überstehende Phase.
Obwohl es theoretisch möglich ist, bei Einhaltung eines genauen Verhältnisses von Kohle, Wasser und Öl ein Produkt herzu- stellen, das keine Ölphase ausscheidet, ist dies vom praktischen Standpunkt aus unerwünscht, weil diese Bedingungen zu kritisch sind, und es ist viel besser, mit einem kleinen Ölüberschuss zu arbeiten, um die überstehende Phase abzutrennen und in den Prozess zurückzuführen. Obwohl wie vorstehend ausgeführt, das erfindungsgemäss erhaltene Produkt technisch keine Öl-in-Wasser- - Emulsion ist, hat es manche Eigenschaften, die einer solchen ähnlich sind. So bleibt z. B. nach Entfernung einer überstehenden Ölphase das verbleibende Öl und Wasser innerhalb und um die Kohleteilchen stabil, und das Produkt kann einige Zeit ohne weitere Trennung der Komponenten gelagert werden.
Aus diesem Grund wird das Produkt in der Beschreibung als Emulsion bezeichnet, obwohl es technisch keine echte Emulsion ist. Es stellt vielmehr eine Dispersion von Kohleteilchen und winzigen Wassertröpfchen dar und ist, wie oben ausgeführt, stabil. Wenn das Produkt oder der Brennstoff gemäss der Erfindung verbrannt wird, brennt es bzw. er sehr rein mit einer Flamme, deren Farbe und Charakteristiken eher einer Ölflamme als einer Flamme entsprechen, wie sie beim Verbrennen pulverisierter Kohle auftritt.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffes in Form einer Dispersion von feinverteilter Kohle, Wasser, Öl und gegebenenfalls basischer Substanz zur Bildung von Schwefeloxyden ist dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchengrösse der Kohlepartikel weniger als 100 um beträgt, dass ferner die Kohle, das Wasser und das Öl zur Bildung einer flüssigen Dispersion miteinander vermischt werden und die erhaltene Flüssigkeit dann einem heftigen Rühren in einem solchen Ausmass unterworfen wird, dass Kavitation entsteht, vorzugsweise mit Schallwellen mit einer Intensitätsdichte von mehr als 11625 W/cm2, wobei eine stabile Dispersion gebildet wird, in welcher sich die Kohle nicht absetzt, während sich ein allfälliger Ölüberschuss als getrennte Phase absetzen kann und gewünschtenfalls als solche entfernt wird.
Der exakte physikalisch-chemische Mechanismus des Verbrennungsvorganges ist nicht bekannt ; jedenfalls soll die Erfindung nicht an eine bestimmte Theorie gebunden sein.
Hervorgehoben muss werden, dass das genaue Verhältnis von Kohle zu Wasser zu Öl nicht kritisch ist, was einen Vorteil darstellt. Dieses Verhältnis variiert etwas mit der Dichte des Öls und der Art der eingesetzten Kohle. Auch ist die Reihenfolge des Vermischens der Komponenten für den erfindungsgemäss angestrebten Erfolg ohne Bedeutung. Das Wesen der Erfindung besteht vielmehr in der besonderen Art des Vermischens, wie vorstehend auseinandergesetzt und erklärt.
Ein beispielsweises, nicht beschränkendes, jedoch ausgezeichnete Ergebnisse lieferndes Kom-
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le Wasser. Dieses scheidet nur wenig Öl als überstehende Flüssigkeit ab und bildet eine sehr stabile Dispersion. Es kann aber etwa mehr Öl verwendet werden ; in manchen Fällen ist dies erwünscht, weil das abgetrennte Öl leicht rückgeführt werden kann. Es ist zu beachten, dass es bei Vorliegen eines Überschusses an Wasser gleichfalls zur Abscheidung eines Teiles des Wassers
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als getrennte Phase kommen kann. Für die praktische Durchführung ist es gewöhnlich erwünscht, einen allfälligen Überschuss in Form von Öl vorliegen zu haben.
Das starke Rühren mit Schallenergie erfüllt auch eine zusätzliche Aufgabe. Es vermindert die Teilchengrösse der Kohle, möglicherweise weil während des heftigen Rührens die Kohleteilchen aufeinanderstossen. Das genaue Ausmass der Verminderung der Teilchengrösse hängt sowohl von der
Energiedichte des Schallrührens und von der Art der besonderen Kohlensorte ab. Eine zerbrechli- che Kohle wird natürlich etwas mehr zerkleinert werden, aber der schliesslich vorhandene Grössen- bereich liegt immer noch zwischen etwa 1 und etwa 100 pm.
Obwohl die Dispersion ziemlich viskos ist, fliesst sie noch immer leicht und muss vor der Zu- fuhr zum Brenner nicht erhitzt werden. Das stellt einen Vorteil gegenüber brennbaren hochviskosen
Brennölen dar, welche mit Dampf erhitzt werden müssen, bevor sie in einem Brenner zerstäubt werden. Das ist einer der erfindungsgemäss erzielten Vorteile, weil er gestattet, die Heizeinrichtung wegzulassen, ohne auf die damit erzielte Wirkung verzichten zu müssen.
Die tatsächliche Zerstäubung in einem Brenner macht nicht den Unterschied der Erfindung vom bekannten Stand der Technik aus und es kann jede geeignete Brennerform verwendet wer- den. Eine solche Form ist eine Schallsonde, welche an ihrem Ende die Brennstoffdispersion zer- stäubt.
Wenn die verwendete Kohle einen so niedrigen Schwefelgehalt aufweist, dass die SO 2 -Emission aus einer Ofenanlage innerhalb der gesetztlichen Normen liegt, dann kann der erfindungsgemässe
Brennstoff nur aus pulverisierter Kohle, Öl und Wasser bestehen ; durch die Erfindung wird es jedoch auch möglich, eine grosse Menge an Schwefeloxyden auf sehr einfache und wirtschaftliche Art zu entfernen. Das eröffnet die Möglichkeit der Verwendung von billiger, hochschwefelhaltiger Kohle, welche sonst den Umweltschutzbestimmungen nicht entsprechen würde. Wenn es erwünscht ist, die S02 - Emission zu vermindern, kann vorzugsweise feinzerteilter Kalk (caca) oder Kalkstein im Wasser dispergiert werden.
Allgemein wird von "Kalk" gesprochen und dieser kann im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens entweder vor oder nach der Zufuhr von Öl zugesetzt werden ; vorzugsweise erfolgt der Zusatz im wesentlichen gleichzeitig bei der Zufuhr zur Schall-Emulgiervorrichtung.
Es ist zu beachten, dass die Zufuhr des Kalks gewöhnlich in der Form einer wässerigen Aufschlämmung erfolgt, und deren Wassergehalt muss bei der Festlegung der Gesamtwassermenge im Produkt in Betracht gezogen werden. Wenn der pulverisierte Kalk zugesetzt wird, bildet er einen Teil der Suspension, ist stabil und setzt sich beim Stehen nicht ab. Dadurch entstehen keinerlei Probleme und es handelt sich um einen weiteren, erfindungsgemäss erzielten Vorteil, wo es sich um die Verminderung von Schwefeloxyden handelt.
Kalk ist das bevorzugte alkalische Material, das verwendet wird, wenn man Kohle hohen Schwefelgehaltes verbrennt. Er hat viele praktische Vorteile, wie niedrige Kosten und die Tatsache, dass das in der Flamme erzeugte Calciumsulfat in Wasser nur wenig löslich ist. Andere Alkalien können verwendet werden, wie z. B. Natriumcarbonat. Die meisten dieser andern Alkalien bilden in Wasser beträchtlich lösliche Sulfate. Da beim Verbrennen immer Wasserdampf gebildet wird, kann dies Probleme aufwerfen, insbesondere da an bestimmten Stellen des Ofens die Gasbehandlungstemperaturen vermindert werden und flüssiges Wasser sich kondensieren kann. In einem solchen Falle kann es pastöse Massen mit jenen Alkalien bilden, deren Sulfate ziemlich leicht wasserlöslich sind.
Das macht die elektrostatische Ausfällung schwieriger, da es gewöhnlich erforderlich ist, dass die Ausfälleinrichtung trockene Teilchen entfernt.
Es besteht auch in andern Teilen der Gasverbrennungsanlage die Möglichkeit, dass sich pastöse Sulfatablagerungen bilden. Das erfordert zusätzliche Reinigungskosten und ist einer der Gründe, warum Kalk das bevorzugte Alkali ist. Es können aber auch andere Alkalien verwendet werden, und in ihrem weitesten Umfang ist die Erfindung nicht auf Kalk beschränkt, obgleich es sich dabei um das bevorzugte Material handelt.
Das Ausmass der Entfernung von Schwefeloxyden hängt von der Menge an Kalk oder anderem Alkali ab. Der Kalk soll normalerweise im stöchiometrischen Überschuss über die aus dem Schwefelgehalt der Kohle errechnete Menge vorliegen. Je mehr Kalk verwendet wird, desto grösser ist die Verminderung des Schwefelgehaltes. So werden z. B. mit einem 50%igen Überschuss 50% der Schwefel-
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oxyde entfernt oder. besser gesagt als Calciumsulfat fixiert. Bei Verwendung von mehr Kalk wird die Verminderung des Schwefeloxyds grösser und erreicht etwa 80%, wenn der Kalk in der doppelt stöchiometrischen Menge vorliegt.
Die zusätzliche Entfernung von Schwefel mit noch mehr Kalk ge- schieht langsamer, da sich die Kurve einem Grenzwert asymptotisch nähert, und deswegen sind gewöhnlich grössere Überschüsse als die doppelte stöchiometrische Menge ökonomisch nicht interes- sant. Bei einer Kohle mit ziemlich hohem Schwefelgehalt bringt eine etwa 80%ige Verminderung den
Brennstoff innerhalb der Umweltschutznormen. Obwohl Kalk kein kostspieliges Material ist, trägt es doch zu den Kosten bei, und in manchen Fällen, bei Kohlen mit niedrigerem Schwefelgehalt, bringt eine 50%ige Verminderung des Schwefeloxyds den Brennstoff in den Bereich der Umwelt- schutznormen und in solchen Fällen können geringere Kalküberschüsse verwendet werden. Das ist eine wirtschaftliche Frage und es gibt keine scharfe Obergrenze.
Theoretisch kann das
Calciumsulfat (oder Gips), der durch die elektrostatische Ausfällung gewonnen wird, oder auch auf andere Weise, verkauft werden. Die Kosten der Wiedergewinnung des Gipses können jedoch höher als der Verkaufspreis sein, so dass, wenn es nicht aus Gründen des Umweltschutzes notwendig ist, im Sinne einer grösseren Wirtschaftlichkeit kleinere Kalkmengen ein Vorteil sind, und deren Verwendung fällt natürlich in den Rahmen der Erfindung.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Versuchsofens, in welchem die Kohledispersion in einem "Bett" verbrannt wird ; Fig. 2 ist eine Kurve, welche das Ausmass der Entfernung von SO. für verschiedene Kalkmengen bis zu einem Überschuss von 50% zeigt, Fig. 3 ist ein schemati- sches Fliessdiagramm einer praktischen Anlage für das Zerstäuben der Kohledispersion zwecks Bil- dung einer Flamme und Fig. 4 ist eine halb-schematische Darstellung einer Ultraschallson- de.
Die Fig. l und 2 beziehen sich auf eine Versuchseinrichtung, in welcher die Kohledisper- sion in einem "Bett" verbrannt wird. Die Kohledispersion wird gemäss einer typischen Ausführungs- form hergestellt, indem man 20 Teile Kohle in 10 Teile Wasser dispergiert, 15 Teile Öl, beispiels- weise Heizöl, zusetzt und das Produkt einer starken Ultraschallbehandlung mit einer Energie- dichte von zwischen 38, 75 und 54, 25 W/cm2 aussetzt. Um eine schnelle Dispersion zu erzielen, ist die Dicke der Flüssigkeitsschicht, welche mit der schwingenden Oberfläche in Berührung steht, beispielsweise bei einer Ultraschallsonde, von Bedeutung. Eine solche Sonde wird tieferstehend im Zusammenhang mit Fig. 4 beschrieben.
Die Dicke der Flüssigkeitsschicht ist nicht streng kri- tisch, sie sollte gewöhnlich aber beträchtlich geringer sein, als der Durchmesser der schwingenden Oberfläche. Wenn die Dicke der Flüssigkeit sehr viel grösser wird, dann wird der Ausstoss herabgesetzt, obwohl, wenn genügend Zeit zur Verfügung steht, eine zufriedenstellende Dispersion auch in einer dicken Flüssigkeitsschicht hergestellt werden kann ; dies ist jedoch vom wirtschaftlichen Standpunkt aus unerwünscht.
Selbstverständlich muss die Dicke der Suspensionsschicht zwischen der schwingenden Oberfläche und dem Behälter grösser sein als die Dimension der grössten Kohleteilchen. Wie bereits oben angegeben, beträgt der besondere Grössenbereich zwischen 1 und 100 pm. Obwohl es schwierig ist, eine genaue Messung zu erhalten, erscheint die Dispersion ziemlich gleichmässig zu sein.
Die Erfindung ist nicht auf eine besondere feinverteilte Kohle beschränkt. Typische Kohlearten in den zu beschreibenden Ausführungsformen sind eine bituminöse Kohle aus dem Osten der USA mit einem Schwefelgehalt von 1 bis 2% und eine westliche Kentucky-Kohle mit geringfügig mehr Schwefel.
Um eine Kohledispersion herzustellen, bei welcher die Schwefeloxyderzeugung beim Verbrennen vermindert wird, setzt man gepulverten Kalk in wässeriger Aufschlämmung zu etwa der gleichen Zeit zu wie das Öl. Das Wasser in dieser Aufschlämmung muss natürlich für den Wasseranteil berücksichtigt werden. Wenn es sich um eine Kohle mit sehr geringem Schwefelgehalt handelt, kann ein etwa 50% iger stöchiometrischer Kalküberschuss verwendet werden. Für Kohlen mit höherem Schwefelgehalt, für welche die Erfindung von besonderem Vorteil ist, soll ein etwa zweifacher stöchiometrischer Überschuss verwendet werden. In Fig. 1 ist der Versuchsofen --1-- gezeigt und er wird elektrisch vorerhitzt, wie durch die zu einem elektrischen Heizmantel führenden Drähte angedeutet ist.
In der Versuchsanordnung war der Ofen ein zylindrischer Ofen von etwa 3, 5 cm Durchmesser.
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Die Kohledispersion wird eingeführt und bildet ein "Bett" in einer geeigneten Brennwanne --2--. Luft wird zugeführt wie gezeigt und die Luftmenge sollte die für eine möglichst wirtschaftliche Verbrennung entsprechende sein, d. h. ein leichter Luftüberschuss. Die Gase aus dem
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welcher bei der Versuchsanordnung Wasser mit einem 3% Wasserstoffperoxyd enthielt. Dann gehen die Gase zu einer Falle 5-- und zu einer Wasserfalle --6--, beide in der Form von Kolben mit Seitenarmen, wobei der letztere Glaswolle enthält. Die Gase werden durch ein Teilvakuum durchgesaugt, wie in den Zeichnungen angedeutet, wobei das Vakuum durch irgendeine (nicht dargestellte) Einrichtung erzeugt werden kann. Der Durchfluss wird mit Hilfe eines Rotameters --7-- gemessen.
Die Ergebnisse der Tests sind in der folgenden Tabelle wiedergegeben :
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Tabelle I : Entfernung von SO : durch Kalkstein in einer Kohle-Öl-Wasser-Suspension
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<tb>
<tb> Versuch <SEP> Art <SEP> der <SEP> Verbrennung <SEP> Kohle <SEP> Öl <SEP> H2O <SEP> Kalkstein <SEP> Verbrannter <SEP> Brennstoff <SEP> 16N <SEP> NaOH+) <SEP> SO <SEP> :
<SEP> Entfernung <SEP>
<tb> Nr. <SEP> (Gramm) <SEP> (Gramm) <SEP> (Gramm) <SEP> (Gramm) <SEP> (Gramm) <SEP> ml <SEP> %
<tb> 1 <SEP> Bett <SEP> 20 <SEP> 20 <SEP> 5 <SEP> 0 <SEP> 9,5 <SEP> 6,3 <SEP> 0
<tb> 20 <SEP> 20 <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 48 <SEP> 10, <SEP> 0 <SEP> 4, <SEP> 4 <SEP> 33
<tb> 2 <SEP> Bett <SEP> 20 <SEP> 20 <SEP> 10 <SEP> 0 <SEP> 8 <SEP> 7 <SEP> 0
<tb> 20 <SEP> 20 <SEP> 10 <SEP> 0, <SEP> 48 <SEP> 7 <SEP> 4, <SEP> 5 <SEP> 26 <SEP>
<tb> 3 <SEP> Bett <SEP> 20 <SEP> 20 <SEP> 10 <SEP> 0 <SEP> 10 <SEP> 9 <SEP> 0
<tb> 20 <SEP> 20 <SEP> 10 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 10 <SEP> 4, <SEP> 9 <SEP> 44
<tb> 4 <SEP> Bett <SEP> 20 <SEP> 20 <SEP> 10 <SEP> 0 <SEP> 6 <SEP> 4,8 <SEP> 0
<tb> 20 <SEP> 20 <SEP> 10 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 2, <SEP> 4 <SEP> 50
<tb> 5 <SEP> Zerstäubter <SEP> Brenn- <SEP> 20 <SEP> 15 <SEP> 10 <SEP> 0 <SEP> 6, <SEP> 9 <SEP> 2,
<SEP> 5 <SEP> 0
<tb> stoff-Spray <SEP> 20 <SEP> 15 <SEP> 10 <SEP> 1,5 <SEP> 16 <SEP> 3, <SEP> 0 <SEP> 50
<tb>
Titration der im Wäscher L vorliegenden Oxysäuren des Schwefels
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Wie ersichtlich, gibt die Tabelle I die Ergebnisse einer Reihe von Versuchen wieder, die mit wechselnden Mengen von Öl und Wasser durchgeführt wurden, wobei in jedem Fall entweder kein feinverteilter Kalk oder die in der Tabelle I angegebene Menge vorhanden war. In der Tabelle ist auch die Menge des verbrannten Brennstoffes wiedergegeben ; die Schwefeloxyde wurden durch Titration mit Natriumhydroxydlösung bestimmt.
Bei den ersten Versuchen erfolgte die Verbrennung in einem Bett ; beim fünften Versuch wurde der Brennstoff vom Ende einer Ultraschallsonde her versprüht. Das Ausmass der Entfernung von Schwefeloxyden gegen die Kalkmenge ist in Fig. 2 im Diagramm bis zu einem 50% igen stöchiometrischen Kalküberschuss aufgetragen. Wenn der Überschuss grösser als die zweifache stöchiometrische Menge wird, verflacht die Kurve und nähert sich bei einer Entfernung von 80% asymptotisch einer Geraden. In diesem Bereich ist die Kurve tatsächlich eine S-Kurve. Fig. 3 ist die schematische Darstellung eines praktischen Fliessdiagramms für eine grosse Anlage. In diesem Fall wird die Verbrennung durchgeführt, indem der Brennstoff von einer Ultraschallsonde versprüht wird.
Wie in den Zeichnungen gezeigt, wird Kohle in einer Kugelmühle sowie in einer Pulverisiereinrichtung --8-- pulverisiert und auf eine Teilchengrösse von weniger als 100 pm zerkleinert, wobei einige Teilchen eine Grösse von nur 1 pm aufweisen.
Die Kohle wird dann mit Hilfe eines Schwingförderers --9-- einem in geregelter Menge fliessenden Wasserstrom zugeführt, der in einen Aufschlämmungstank --10-- geht. Das Aufschlämmen wird mit Hilfe eines üblichen Propellers bewerkstelligt, wobei ein Luftauslass für Entlüftung sorgt.
Die Aufschlämmung passiert sodann eine Regeleinrichtung und durch eine Regeleinrichtung --11-- gesteuert wird Öl eingeführt. Ein wenig später passiert eine Kalkaufschlämmung die Regeleinrichtung --11--. Das Verhältnis von Kalk zum Schwefel in der Kohle ist ungefähr das zweifach stöchiometrische. Die Aufschlämmung wird sodann in einem Vormischer --12-- vorgemischt.
Die vorgemischte Aufschlämmung wird sodann in eine Schall-Dispergiereinrichtung --13-- eingeführt, wobei es sich um eine Ultraschallsonde handelt, die mit 20000 bis 22000 Hz arbeitet, und von der Art ist, wie sie in der tieferstehend zu besprechenden Fig. 4 dargestellt ist. Das Ende der Sonde befindet sich im Abstand von der Vorderseite des Behälters --13--, so dass eine Flüssigkeitsschicht von einer Dicke entsteht, die wesentlich geringer ist als der Durchmesser der Querschnittsfläche des Endes der Sonde.
Intensive Beschallung mit Kavitation erfolgt bei einer Energieintensität von etwa 38, 75 bis 54, 25 W/cm'. Es wird eine stabile Dispersion erhalten, welche in eine mit einem Über- lauf --15-- versehene Trenneinrichtung --14-- fliesst. Dieser Überlauf lässt etwas vom überstehenden
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--16-- esschall-Sondengehäuse-17-- und wird vom Ende der Ultraschallsonde in eine Verbrennungskam- mer -18-- zerstäubt. Es wird verbrannt und die Abgase gehen durch eine Teilchentrennanlage in Gestalt einer elektrostatischen Trenneinrichtung Diese entfernt feinverteiltes Calciumsulfat, das wiedergewonnen und verkauft werden kann. Bei Kohle mit einem Schwefelgehalt von 2 bis 3% beträgt das Ausmass der Entfernung von Schwefeldioxyd etwa 80%, wodurch die Abgase den Bestimmungen des Umweltschutzes entsprechen.
Fig. 4 ist eine halb-schematische Darstellung einer typischen Ultraschallsonde-20-. Ultraschallschwingungen von 20000 bis 22000 Hz entstehen aus elektrischem Strom der gleichen Frequenz, dessen Zuleitung durch Drähte dargestellt ist. Die Schwingungen entstehen in einer piezoelektrischen Einheit --21--, mit welcher das breite Ende --22-- eines stählernen Geschwindigkeits-
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gleichartige Sonde bewirkt die Zerstäubung, wie bei --17-- in Fig. 3 angedeutet.
Die Verbrennung des zerstäubten Brennstoffes erzeugt eine Flamme, die klar ist, eine vollständige Verbrennung bewirkt und nicht so aussieht, wie die Flamme bei der Verbrennung von pulverisierter Kohle. Es ist möglicherweise die Anwesenheit von Wasser im Brennstoff, welche die Beschaffenheit der Flamme und eine sehr vollständige Verbrennung bewirkt. Die Verbrennung ist so vollständig, dass durch die Gegenwart von Wasser nur ein geringer oder überhaupt kein Verlust an Heizwirkung eintritt. Das Wasser wird beim Verbrennen natürlich verdampft. Während das be-
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schriebene Rühren vorzugsweise das Schallrühren ist, kann eine befriedigende Rührwirkung auch auf andere Art erzielt werden ; so können z. B.
Maschinen mit Scherwirkung wie Kolloidmühlen u. a. Homogenisiervorrichtungen verwendet werden ; ebenso andere Einrichtungen, in denen entweder glatte oder rauhe Oberflächen sich rasch relativ zueinander bewegen und sich im geringen Abstand voneinander befinden ; Pumpen, welche durch enge Zwischenräume zwischen Oberflächen pumpen sowie Zentrifugen, Reibmühlen, Schlagmühlen u. dgl. In jedem Fall soll, wie dies im Zusammenhang mit dem bevorzugten Schallrühren beschrieben worden ist, die Energiedichte hoch sein, obwohl es bei manchen andern als Beschallungseinrichtungen schwierig ist, die Energiedichte direkt zu messen.
Wie beim bevorzugten Schallrühren werden im wesentlichen keine oberflächenaktiven Stoffe oder Emulgatoren zugesetzt, weil bei Gegenwart genügender Mengen an oberflächenaktiven Stoffen ein übermässiger Anteil der winzigen Wassertröpfchen dauernd im Öl dispergiert wird und diese Tröpfchen daher nicht in einer Aufeinanderfolge von Mikroexplosionen in der Flamme explodieren. Derartige Mikroexplosionen erfordern Tröpfchen in der Grössenordnung von etwa 2 bis 20 pm. Teilchen, die wesentlich kleiner als 2 pm sind, explodieren nicht, und wenn solche in übermässiger Menge vorliegen, wird die Qualität der Flamme und die Wirksamkeit des Brennvorganges vermindert. Auf den Zusatz von oberflächenaktiven Stoffen wurde deswegen Bezug genommen, weil manche Öle z. B.
Rückstandsbrennöl, in ihrer Zusammensetzung kleine Mengen oberflächenaktiver Materialien enthalten, und derartige Öle beim erfindungsgemässen Verfahren verwendet werden können. PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffes in Form einer Dispersion mit Hilfe von Ultra- schall von feinverteilter Kohle, Wasser, Öl und gegebenenfalls basischer Substanz zur Bildung von Schwefeloxyden, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchengrösse der Kohlepartikel weniger als
100 pm beträgt, dass ferner die Kohle, das Wasser und das Öl zur Bildung einer flüssigen Disper- sion miteinander vermischt werden und die erhaltene Flüssigkeit dann einem heftigen Rühren in einem solchen Ausmass unterworfen wird, dass Kavitation entsteht, vorzugsweise mit Schallwellen mit einer Intensitätsdichte von mehr als 11625 W/cm2,
wobei stabile Dispersion gebildet wird, in welcher sich die Kohle nicht absetzt, während sich ein allfälliger Ölüberschuss als getrennte Phase absetzen kann und gewünschtenfalls als solche entfernt wird.