DE1920205B2 - Verfahren zur herstellung eines fuer den betrieb eines druckzerstaeubers geeigneten fluessigen kraftstoffes - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines für den Betrieb eines Druckzerstäubers geeigneten flüssigen Kraftstoffes auf der Basis von Kohlenwasserstoffen.

Ein kohlenwasseraoffhaltiger Kraftstoff kann nur aus so Kohlenwasserstoffen bestehen, er kann aber auch aus Kohlenwasserstoffen zusammengesetzt sein, denen noch Asphaltene, Rußteilchen, koksartige Teilchen oder Kohleteilchen zugesetzt worden sind. Bei den Kohlenwasserstoffen handelt es sich üblicherweise um Mineralölfraktionen, die aus Destillatfraktionen, Rücksuindsfraktionen oder Mischungen solcher Fraktionen zusammengesetzt sind. Darüber hinaus ist es auch möglich, Rohöl als solches zu verwenden.

Es ist in der Praxis weit verbreitet, Kraftstoffe in 6c einem Druckzerstäuber zu verwenden. Der.Kraftstoff gelangt dabei unter hohem Druck von beispielsweise bis zu 150 kg/cm² zu einem Zerstäuber, wodurch sich kleinste Flüssigkeitströpfchen bilden, die dann aus dem Zerstäuber austreten und beispielsweise in eine 6; Verbrennungskammer eintreten. Die Temperatur des Kraftstoffes in dem Zerstäuber wird derart gewählt, HaR die Viskosität der Beschickung niedrig genug ist, Auf diese Weise werden alle sauerstoffhaltig^ Be-Sandteile entfernt und oxidative Angriffe auf den Kraftstoff ausgeschaltet. Die Entgasung erfolgt im Wkuum die AbSättigung mit CO₂ zweckmäß.g ,n einer Bodenkolonne. Eine solche Maßnahme laßt sich mit emem hocSviskosen Kraftstoff praktisch nicht durch-

^fÜDa^esⁿerf.ndungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines für den Betrieb eines Druckzerstäuber, geeigneten flüssigen Kraftstoffes auf der Basis von Kohlen-Wasserstoffen ist dadurch gekennzeichnet daß m dem Kraftstoff ein Nichtkohlenwasserstoff in Gas- oder Dm !form in einer Menge von höchstens 9*% at£ eelöst wird, bezogen auf die maximale Löslichkeit unter den in der Zuleitung direkt vor dem Zerstäuber herrschenden Temperatur- und Druckbedingungen Tm Rahmen der Erfindung bedeutet der Ausdruck »Nichtkohlenwasserstoff«, daß das betreffende Gas bzw der Dampf kein Kohlenwasserstoff ist

Mittels der neuartigen Maßnahme gemäß der brf.ndung ist es möglich, die Viskosität in bemerkenswertem Ausmaß herabzusetzen. Es hat sich gezeig daß die Viskosität eines Kraftstoffes auf einen Wert vermindert werden kann, der etwa 'Λ des ursprunglichen Wertes, gemessen bei der gleichen Temperatur, ist. Demzufolge können die gewünschten V.skos.tatswerte nunmehr bei einer Temperatur erzielt werden, bei der die Viskosität unter den üblichen Bedingungen

viel zu hoch wäre. . , , r

Dies bedeutet außerdem, daß es mittels des erlindungsgemäßen Verfahrens möglich ist d;e Minima temperatur um 40 C zu verringern, die andererseits erforderlich wäre, um einen Kraftstoff überhaupt in einem Druckzerstäuber handhaben zu können.

Darüber hinaus hat sich gezeigt, daß das aufgelöste Gas auch eine günstige Wirkung auf die Zerstäubung des Kraftstoffes hat. Da der Druck in dem Zerstäuber sehr schnell abnimmt, nimmt auch die Löslichkeit des Gases entsprechend ab. Das auf diese Weise freigesetzte Gas trägt mit dazu bei, daß die Flüssigkeitströpfchen in einem größeren Ausmaß aufgespalten werden. In dieser Beziehung ist es jedoch von großer Bedeutung, daß in dem Druckzerstäuber keine Bildung von Gasblasen stattfindet

Infolge der wiederholten kurzen Unterbrechungen des Kraftstoffflusses zu dem Zerstäuber würde nämlich sonst die erzeugte Flamme unregelmäßig brennen. Dieses Verfahren kann sogar dazu führen, daß die Flamme ganz erlischt Infolge der Druckminderung in dem Zerstäuber treten in dem Kraftstoff Bedingungen auf, bei denen die Gaslösung nicht mehr langer stabil ist Das Gas wird daher aus der Lösung freigesetzt. Die Verweilzeit des Kraftstoffes in derjenigen Zone, wo der Druck in dem Zerstäuber abnimmt ist jedoch sehr kurz. Während dieses kurzen Zeitraumes beginnt gerade erst der Vorgang des Gasaustrittes aus der Lösung. Indem man nun erfindungsgemäß die Menge des in dem Kraftstoffaufzulösenden Gases so wählt, daß diese höchstens 95% beträgt, bezogen auf die maximale Löslichkeit unter den in der Zuleitung direkt vor dem Zerstäuber herrschenden Temperatur- und Druckbedingungen, wird die Bildung von Gasblasen in dem Zerstäuber selbst verhütet, so daß die Flammenstabilität nicht beeinträchtigt wird. Auf diese Weise wird außerdem sichergestellt, daß das gelöste Gas nicht nur dazu dient, die Viskosität herabzusetzen, sondern auch den Zerstäubungsvorgang selbst fördert.

Die maximal lösliche Gasmenge hängt außer von der Temperatur und dem Druck auch von der Art des eingesetzten Gases und von der Art des Kraftstoffes ab. Diese maximal lösliche Menge läßt sich experimentell bestimmen, und daraus kann die erforderliche Gasmenge berechnet werden.

Gewünschtenfalls kann der Kraftstoff mit dem Gas druckbeaufschlagt und dann in einem druckfesten Gefäß oder Vorratsbehälter gelagert werden.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann das Gas bei einer niedrigeren Temperatur und/oder einem niedrigeren Druck in dem Kraftstoff aufgelöst werden, als sie in der Leitung direkt vor dem Druckzerstäuber herrschen, worauf der so beladene Kraftstoff anschließend erhitzt und/oder der Druck erhöht wird. Auf diese Weise ist es möglich, die aufzulösende Gasmenge direkt entsprechend dem Kraflstofffluß einzuregeln. Im allgemeinen nimmt die Löslichkeit des Gases mit steigender Temperatur ab und mit steigendem Gasdruck zu. Durch richtige Auswahl der Bedingungen, unter de.ien das Gas in dem Kraftstoff gelöst wird, ist es möglich, auch die Menge des tatsächlich gelösten Gases unter denjenigen Bedingungen, wie sie in der Zuleitung vor dem Zerstäuber herrschen, richtig einzuregeln. Bestimmte Gasmengen, die möglicherweise freigesetzt werden, können bei einem Druck aus der Leitung abgezogen werden, der nur wenig geringer ist als der unmittelbar vor dem Zerstäuber herrschende Druck. Wenn daher der Flüssigkeitsdruck weiter erhöht wird, ist die Lösung nicht langer gesättigt. Es ist auch möglich, den Kraftstoff bei <,_? einem Druck mit dem Gas zu sättigen, der etwas niedriger ist als der, der in der Zuleitung direkt vor dem Zerstäuber herrscht, wobei jedoch die Sättigungstemperatur derjenigen in der Zuleitung entspricht Wenn dann der Flüssigkeitsdruck weiter erhöht wird, ist die Lösung unter den neuen Bedingungen nicht mehl gesättigt

Für die Zwecke der Erfindung kann ein beliebiges Gas einer Substanz verwendet werden, die kein Kohlenwasserstoff ist, wobei der gelöste Stoff auch in Dampftörm angewendet werden kann. Vorzugsweise wird das Gas durch Verbrennen des zerstäubten Kraftstof'es erhalten.

St:hr günstige Ergebnisse werden erzielt wenn das betreffende Gas Wasserdampf ist Weiterhin werden günstige Ergebnisse auch mittels Kohlendioxyd oder mit Wasserstoff erhalten, wie sich aus den nachstehenden Beispielen ergibt. Es ist weiterhin möglich, derartige Gase in Kombination miteinander einzusetzen. Durch die Auflösung von Wasserdampf oder Kohlendior.yd wird nicht nur die gewünschte Herabsetzung der ^viskosität und eine Verbesserung des Zerstäubungsvorganges bewirkt, sondern gleichzeitig wird auc ι die Rußbildung während der Verbrennung herabgesetzt.

Fills als Gas Wasserdampf verwendet wird, kann die?es dem Kraftstoff als Wasser zugesetzt werden, vorzugsweise in Form kleinster Tröpfchen, und zwar bei einer tieferen Temperatur, als sie in der Zuleitung unmittelbar vor dem Druckzerstäuber herrscht. Die Tenperatur wird anschließend zwecks vollständiger Verdampfung des Wassers auf den gewünschten Wert erhöht, wobei derjenige Anteil des Wasserdampfes, der sich möglicherweise nicht in dem Kraftstoff gelöst hat, vor der Einspeisung des letzteren m den Zerstäuber ent'ernt wird. Eine derartige Arbeitsweise bietet auch vom technischen Standpunkt aus große Vorteile, da Wasser billig ist und außerdem eine leichte Dosierung ern öglicht.

Fills es möglich ist, die Temperatur- und Druckbedingungen derart zu wählen, daß der kritische Punkt des betreffenden Gases überschritten wird, dann besteht keine Gefahr mehr, daß sich aus dem Gas Flüssigkeit bildet. Für Wasser liegt der kritische Punkt bei 374 ( und einem Druck von 218 kg/cm². Diese Werte sind sehr hoch; sie können aber trotzdem praktisch für Kraftstoffe verwendet werden, die sich unter diesen Bedingungen nicht oder nur sehr wenig zersetzen.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens werden insbesondere bei Verbrennungsprozessen unter Veiwendung sehr schwerer Kraftstoffe offensichtlich.

Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Handhabung von rußhaltigcn Kraftstoffen. Au" diese Weise wird es möglich, denjenigen Ruß, der durch Teilverbrennung des zerstäubten Kraftstoffes erhalten worden ist, wiederum im Kreislauf in denjen gen Kraftstoff zurückzuleiten, aus dem er hergestellt worden ist. Beispielsweise läßt sich diese Ausführungsform der Erfindung bei einem Verfahren zur He-stellung von Kohlenmonoxyd und Wasserstoff enthaltenden Gasen durch Teilverbrennung einer kohlenwasserstoffhaltigen Beschickung mit einem sauerstoflhaltigen Gas in einem Reaktor bei einem Druck oberhalb von 1 kg/cm² anwenden. Bei einem Verfahren dieser Art läßt sich eine Rußbildung nur sehr schwer verhindern. Üblicherweise wird der Ruß durch eine Wäsche mit einer Flüssigkeit, beispielsweise mit Wasser aus dem gebildeten Gasstrom entfernt. Aus der so erhaltenen Rußaufschlämmung läßt sich der Ruß beispielsweise durch Agglomerieren mit einem Kohlenwasserstoffabtrennen. Derartige Agglomerate können

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dann in Form feinverteilter Teilchen wiederum in die Beschickung eingespeist werden, so daß ein Kraftstoff erhalten wird, der kleinste Kohlenstofftcilchen enthält Hierdurch wird jedoch die Viskosität des Kraftstoffs beträchtlich erhöht Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es nun, die Viskosität beträchtlich herabzusetzen, so daß es andererseits möglich wird, die dem Kraftstoff wieder einverleibte Rußmenge beträchtlich zu erhöhen, bis die durch die Zerstäubung gesetzten Viskositätsgrenzen erre.cht werden.

Beispiel 1

Bei verschiedenen Temperaturen wird die Viskosität einer kohlenwasserstofihaltigen Beschickung gemessen, die aus flüssigen Kohlenwasserstoffen, Asphaltenen und Bitumen besteht

Anschließend wird eine Probe dieser Beschickung einem Kohlendioxyddruck von 95 kg/cm^: ausgesetzt und, nachdem mehrere Stunden verstrichen sind, wird die Viskosität bei dem gleichen Kohlendioxyddruck von 95 kg/cnr und bei verschiedenen Temperaturen gemessen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle zusammengestellt.

Temperatur. (

Viskosität in cP
Beschickung

Beschickung mit
gelöstem COi

255
260
270
280
290
300

6600
4700
29(Xi
1670
1100
720

2040

1250

820

580

400

Durch Auflösen von Kohlendioxyd wird also die Viskosität dieses sehr schweren Kraftstoffes um beinahe den Faktor 2 herabgesetzt Wenn man in einer graphischen Darstellung den Logarithmus der Viskosität als Funktion der reziproken absoluten Temperatur aufträgt, so erhält man Gerade. Aus dem Verlauf dieser Geraden ergibt sich, daß eine Viskosität von H)OcP mittels des Kraftstoffes bei einer Temperatur von 350 i (l/T) und für die Beschickung mit gelöstem CO_: bei 341 C (l/T) erreicht wird.

Beispiel 2

Eine Probe des gleichen Kraftstoffes wie im Beispiel 1 wird einem Wasserstoff ruck von 220 kg/cnr ausgesetzt, und dann werden die gleichen Messungen ausgeführt wie im Beispiel 1 beschrieben. Die Ergebnisse sind nachstehend in derTabelle zusammengefaßt

_ς Temperatur, C

Viskosität in cP
Beschickung

Beschickung mit gelöstem I)₂

280
290
300

1580

1050

720

1350 700 370

Auch in diesem Fall kann man den Logarithmus der Viskosität gegen die reziproke absolute Temperatur auftragen. Dann ergibt sich, daß eine Viskosität von 100 cP für die Beschickung bei einer Temperatur von 358 C" erreicht wird, dagegen für die Beschickung mit gelöstem H₃ bei einer Temperatur von 321 (. . Dies bestätigt die beträchtliche Viskositätsverminderung, die erfindungsgemiiß erzielt wird.

Beispiel 3

:> Eine Probe des gleichen Ausgangsmaterials wie im Beispiel 1 wird einem Wasserdampfdruck von 60 kg/cm ausgesetzt, und dann werden die entsprechenden Viskositätsmessungen durchgeführt deren Ergebnisse in der nachstehenden Tabelle zusammengefaßt sind

Temperatur. (

Viskosität in cP
Beschickung

Beschickung mit gelöstem IN)

255
260
270

280
290
300

6600
4700
2900
1670
1100
720

3050 2100 1190

330 220

Auch in diesem Fall ergibt eine graphische Darstellung die wesentliche Herabsetzung der Viskosität mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Eine Viskosität von 100 cP wird für die Beschickung bei einer Temperatur von 350 ( erreicht, dagegen für die Beschickung mit gelöstem H_:O bei einer Temperatur von 316 C . so Die in den Beispielen 1 -3 angegebenen Viskositäten sind in cPangegeben. Da jedoch die Flüssigkeitsdichten nur wenig von dem Wert 1 abweichen, unterscheiden sich auch die Viskositätenwerte in cS nur wenig von denen in cP.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines für den Betrieb eines Druckzerstäuber geeigneten flüssigen Kraftstoffes auf der Basis von Kohlenwasserstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kraftstoff ein Nichtkohlenwasserstoff in Gas- oder Dampfform in einer Menge von höchstens ^ος% aufgelöst wird, bezogen auf die maximale Löslichkeit unter den in der Zuleitung direkt vor dem Zerstäuber herrschenden Temperatur- und Druckbedingungen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas oder der Dampf bei einer niedrigeren Temperatur und/oder einem niedrigeren Druck in dem Kraftstoff gelöst wird, als sie

in der Zuleitung direkt vor dem Druckzerstäuber herrschen, und daß die Temperatur- und Druckbedingungen des gas- oder dampfbeladenen Kraftstoffes denjenigen in der Zuleitung direkt vot dem Zerstäuber vor Einspeisen in den letzteren angepaßt werden, wobei gegebenenfalls freigesetzte Gasoder Dampfmengen vor der letzten Druckstufe entfernt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserdampf oder Kohlendioxyd in dem Kraftstoff gelöst wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Wasser in den unter Druck stehenden Kraftstoff bei einer Temperatur zugemischt wird, die niedriger als die in der Zuleitung direkt vor dem Druckzerstäuber herrschende Temperatur ist, worauf der wasserbeladene Kraftstoff mindestens bis auf die Verdampfungstemperatur des Wassers erhitzt und der gegebenenfalls nicht gelöste Wasserdampf vor Einspeisen des Kraftstoffes in den Zerstäuber entfernt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff durch Teilverbrennung von zerstäubtem flüssigem Kraftstoff erzeugten Ruß enthält.

ermöglichen. Man strebt nterhalb lOOcS und vorzugs-_Die Temperatur, auf die kann, ist jedoch begrenzt Grenze diejenige Tem-Z

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LTSer^re^bKSo¥e° die den Anforderungen be-Steh der Viskosität nicht entsprechen be. den Ästen noch zulässigen Temperaturen n.chtgehandnocnsicii ι Tatsache ist von großem Nachteil,

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