DE2619678A1 - Verfahren zur herstellung eines brennstoffs - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines brennstoffs

Info

Publication number
DE2619678A1
DE2619678A1 DE19762619678 DE2619678A DE2619678A1 DE 2619678 A1 DE2619678 A1 DE 2619678A1 DE 19762619678 DE19762619678 DE 19762619678 DE 2619678 A DE2619678 A DE 2619678A DE 2619678 A1 DE2619678 A1 DE 2619678A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
coal
oil
water
amount
excess
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE19762619678
Other languages
English (en)
Inventor
Eric Charles Cottell
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CONVAIR INVESTMENTS Ltd
Original Assignee
CONVAIR INVESTMENTS Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US05/518,509 external-priority patent/US3941552A/en
Priority to DE2548509A priority Critical patent/DE2548509C2/de
Application filed by CONVAIR INVESTMENTS Ltd filed Critical CONVAIR INVESTMENTS Ltd
Priority to DE19762619678 priority patent/DE2619678A1/de
Publication of DE2619678A1 publication Critical patent/DE2619678A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D11/00Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/34Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space by ultrasonic means or other kinds of vibrations
    • F23D11/345Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space by ultrasonic means or other kinds of vibrations with vibrating atomiser surfaces
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10LFUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L1/00Liquid carbonaceous fuels
    • C10L1/32Liquid carbonaceous fuels consisting of coal-oil suspensions or aqueous emulsions or oil emulsions
    • C10L1/324Dispersions containing coal, oil and water
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23KFEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K1/00Preparation of lump or pulverulent fuel in readiness for delivery to combustion apparatus
    • F23K1/02Mixing solid fuel with a liquid, e.g. preparing slurries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)

Description

  • Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffs
  • Zusatz zu Patentanmeldung P 25 48 509.0 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffs in Form einer Dispersion aus feinverteilter Kohle und Wasser sowie Öl, indem man Kohleteilchen mit einer Teilchengröße von weniger als 100 /u zuerst in Wasser unter Bildung einer Aufschlämmung suspendiert, die Suspension anschließend mit Öl versetzt und das erhaltene Gemisch dann kräftig vorzugsweise unter Anwendung von Schall mit einer Intensitätsdichte von über 11,625 Watt pro cm2 in Bewegung hält, wodurch man eine stabile Dispersion erhält, aus der man einen sich eventuell in Form einer getrennten Phase abscheidenden Ölüberschuß abtrennt, wodurch man eine Kohle-Wasser-Ol-Emulsion erhält, die lagerungsstabil ist und mit einer Flamme verbrennt, die einer Öl flamme und keiner Kohlenstaubflamme entspricht, nach Patentanmeldung P 25 48 509.0, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man eine Kohle mit einem Wassergehalt verwendet, der der Wassermenge in der fertigen Suspension entspricht oder nurmehr die Ergänzung durch eine geringere weitere Wassermenge hierzu erforderlich macht, und dieses Ausgangsmaterial dann vor oder nach Zusatz des benötigten Öls unter Bildung der für das Gemisch erforderlichen Teilchengröße der Kohleteilchen vermahlt.
  • Die Verbrennung von Kohle erfolgt gewöhnlich entweder in einem Kohlebett oder, falls diese pulverisiert und atomisiert ist, in Form feiner Teilchen. Enthält die Kohle wesentliche Mengen Schwefel, dann wird dieser während der Verbrennung in Schwefeloxide, vorwiegend Schwefeldioxid, überführt. Diese Schwefeloxide führen oft zu einer starken Luftverunreinigung. Es wurden deshalb in den letzten Jahren in den Vereinigten Staaten und auch anderen Ländern einschneidende Vorschriften erlassen, welche Konzentrationen an Schwefeloxiden in die Amosphäre abgeführt werden dürfen. Man braucht daher entweder eine Kohle mit niedrigerem Schwefelgehalt, etwa einem Schwefelgehalt von 1 % oder darunter, oder man muß die Kohle zur Entfernung von überschüssigem Schwefel entsprechend behandeln. Beides ist mit großen Nachteilen verbunden. Es wurde daher bereits vorgeschlagen, feinverteilten Kalk oder Kalkstein mit der Kohle zu vermischen, wobei dann während des Verbrennungsverfahrens, das stets mit Sauerstoffüberschuß durchgeführt wird, eine ziemliche Menge Schwefeldioxid oxydiert wird und so Calciumsulfat entsteht. Das dabei erhaltene stückige Calciumsulfat kann in üblicher Weise abgetrennt werden, beispielsweise auf elektrostatischem Weg. Die Verbrennung ist jedoch nicht so vollständig, wie man dies haben möchte. Bei Verwendung einer Kohle mit hohem Schwefelgehalt braucht man einen sehr großen Überschuß an Kalk, da sonst die Schwefeloxide nicht ausreichend entfernt werden.
  • Gegenstand der Erfindung ist daher die Schaffung eines verbesserten Kohlebrennstoffs der eingangs genannten Art. Es sollen damit vor allem die Probleme einer Explosionsgefahr bei Kohlestaub-Verbrennungsanlagen vermieden werden, zu denen es kommt, wenn man diese Anlage nicht extrem sauber führt.
  • Die erfindungsgemäß als Ausgangsmaterial verwendete Rohkohle mit einem hohen Wassergehalt wird zur Bildung des zum kräftigen Bewegen oder vorzugsweise Beschallen erforderlichen Gemisches gegebenenfalls unter Zusatz von weiterem Wasser und dem benötigtem Öl, beispielsweise gewöhnlichem Heizöl, so vermahlen, daß sie über eine Teilchengröße von unter 100 /u verfügt, wobei ein ziemlicher Teil hiervon normalerweise viel feiner ist, nämlich bis zu einer Teilchengröße von 1 /u reicht. Dies entspricht etwa der gleichen Kohleform, die auch bei der Kohlepulververbrennung verwendet wird. Die wasserhaltige Kohle kann vor oder nach Zusatz von weiterem Wasser und gewünschtenfalls auch zusammen mit dem benötigten Öl auf die erforderliche Teilchengröße vermahlen werden. Die auf diese Weise erhaltene Aufschlämmung wird dann kräftig gerührt, was vorzugsweise durch Beschallen erfolgt. Die Frequenz beim Beschallen liegt normalerweise im Ultraschallbereich, beispielsweise zwischen 20 000 und 30 000 Hertz, oder auch bei höheren Frequenzen. In der Praxis erfolgt die Durchmischung zwar häufig mit Ultraschall, es können jedoch auch Hochschallfrequenzen eingesetzt werden, beispielsweise Frequenzen von 15 000 bis 20 000 Hertz. Unter der allgemeinen Angabe Schall werden daher vorwiegend hörbare Frequenzen und auch Ultraschallfrequenzen verstanden. Eine intensive Durchmischung, die zu einer starken Hohlraumbildung führt, ist unbedingt notwendig, und dieses Verhalten wird als Intensität und nicht als Kraft gemessen. Beim erfindungegemäßen Verfahren sollte die Intensität wenigstens 11,625 Watt pro cm2 betragen. Normalerweise wird bei 2 Intensitäten von etwa 38,75 bis 54,25 Watt pro cm oder etwas darunter gearbeitet. Es gibt zwar eine definierte untere Grenze für die Schallintensität, unterhalb der keine zufriedenstellenden Brennstoffe gebildet werden, eine scharfe Obergrenze besteht je-2 doch nicht. Bei einer Intensität von über 54,25 Watt pro cm kommt es jedoch nicht mehr zu einer besonderen Verbesserung, und bei höheren Intensitäten erhöhen sich lediglich die Kosten bei der Brennstoffherstellung, ohne daß dies mit einer wesentlichen Verbesserung verbunden ist. Die obere Intensitätsgrenze ist somit keine scharfe physikalische Grenze, sie wird jedoch von wirtschaftlichen Überlegungen automatisch vorgegeben.
  • Wenn die obigen Bedingungen der Energiedichte erfüllt sind, dann spielt es keine Rolle, wie die Schallenergie erzeugt wird, und die Erfindung ist daher auch auf keine besondere Vorrichtung beschränkt. Ein sehr praktischer Schallgenerator ist eine sogenannte Schall- oder Ultraschallsonde. Longitudinalschwingungen werden in üblicher Weise durch eine piezoelektrische oder durch eine magnetostriktive Vorrichtung erzeugt. Der geeingete Schallgenerator wird dann mit einem festen Geschwindigkeitstransformator gekoppelt, der gelegentlich auch als akustischer Transformator bezeichnet wird, der sich zum Ende hin verjüngt, und zwar vorzugsweise exponentiell, und in einer Fläche endet, die wesentlich kleiner ist als die mit dem Schallgenerator gekoppelte Fläche. Nach dem Gesetz der Erhaltung der Energie bewegt sich die Oberfläche durch die Verteilung der Schwingungen über die kleinere Oberfläche dann wesentlich rascher. Dies führt zu einer wesentlich höheren Energiedichte. Da die Gesamtkraft von einer größeren Oberfläche auf eine kleinere Oberfläche übertragen wird, bezeichnet man eine derartige Vorrichtung in Analogie zu elektrischen Transformatoren, mit denen sich eine Spannung erhöhen läßt, ebenfalls als Transformator. Schallsonden der oben beschriebenen Art sind im Handel erhältlich, und ein Gerät dieser Art wird beispielsweise von Branson Instruments unter der Bezeichnung Sonifier vertrieben. Mit dieser Apparatur zur Erzeugung von Schall mit hoher Energiedichte (dieser Ausdruck sollte nicht mit Schallkraft verwechselt werden) läßt sich die erforderliche Schallenergieintensität äußerst wirtschaftlich und befriedigend produzieren. Ein derartiges Gerät wird beim erfindungsgemäßen Verfahren daher bevorzugt eingesetzt.
  • Der Gegenstand der Erfindung unterscheidet sich vom Stand der Technik jedoch natürlich nicht durch die genaue Art und Weise, wie die schwingende Oberfläche mit Energie gespeist wird.
  • Durch das Durchmischen mit Schall hoher Intensität dürfte Wasser in die Poren der porösen Kohleteilchen getrieben und dann eine Wasser-in-Ol-Emulsion gebildet werden. Es handelt sich dabei jedoch um keine wirkliche Emulsion, da man es sowohl mit einer Suspension der feinen Kohleteilchen als auch einer Disperion aus Öl und Wasser zu tun hat. Das auf diese Weise erhaltene Produkt, bei dem es sich um eine etwas viskose Flüssigkeit handelt, verhält sich jedoch nicht so wie eine typische Emulsion. Bei einer typischen Wasser-in-Ol-Emulsion läßt sich die kontinuierliche Ölphase unter Bildung einer stärker verdünnten Emulsion mit weiterem Öl verdünnen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren kommt es bei Verwendung eines Ölüberschusses jedoch zur Abtrennung von Öl in Form einer separaten Phase, und in diesem Fall einer überstehenden Phase. Unter Einsatz eines genauen Verhältnisses aus Kohle, Wasser und Öl läßt sich theoretisch zwar ein Produkt herstellen, bei dem sich überhaupt keine ölphase abscheidet, in der Praxis ist ein derartiges Vorgehen jedoch nicht zweckmäßig, da die Abscheidung zu kritisch ist. Es ist daher viel besser, mit einem geringen Ölüberschuß zu arbeiten und die überstehende Phase abzutrennen und rückzuleiten. Das beim erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Produkt ist, wie oben angeführt, technisch gesehen zwar keine Wasser-in-Öl-Emulsion, es verfügt jedoch über Eigenschaften, die denen einer solchen Emulsion ähneln. So bleibt beispielsweise nach Entfernen einer überstehenden ölphase das zurückbleibende Gemisch aus Öl und Wasser in und um die Kohleteilchen herum stabil, und man kann das Produkt über eine ausreichende Zeit lagern, ohne daß es zu einer weiteren Abscheidung der Bestandteile kommt. Das Produkt wird aus diesem Grund daher auch als eine Emulsion bezeichnet, obwohl es technisch gesehen eigentlich keine wirkliche Emulsion ist. Es handelt sich dabei jedoch um eine Dispersion aus den Kohleteilchen und winzigen Wassertröpfchen, die, wie oben angeführt, stabil ist. Verbrennt man den erfindungsgemäß hergestellten Brennstoff, dann verbrennt dieses Material sehr sauber mit einer Flamme, deren Farbe und Charakteristiken eher einer ölflamme als einer Pulverkohleflamme entsprechen. Während der Verbrennungsvorgänge kommt es offensichtlich zu keiner physikalischen Bildung von Kohleteilchen. Der genaue Verbrennungsmechanismus wurde jedoch nicht völlig untersucht.
  • Das genaue Verhältnis aus Kohle, Wasser und Öl ist nich kritisch, was sich als vorteilhaft erweist. Es hängt etwas von der Dichte des Öls und dem Wassergehalt der jeweiligen Kohle ab. Ein hervorragendes praktisches Verhältnis besteht aus etwa 20 Teilen Kohle auf wasserfreier Basis, 15 Teilen Öl und 10 Teilen Wasser.
  • Bei diesem Produkt setzt sich als überstehende Flüssigkeit nur eine geringe Menge Öl ab, und man erhält eine sehr stabile Dispersion. Man kann jedoch auch etwas mehr Öl verwenden, und dies empfiehlt sich gelegentlich sogar, da sich die abgeschiedene ölphase ohne weiteres rückleiten läßt. Das oben angegebene Verhältnis aus den einzelnen Bestandteilen stellt daher ein Beispiel für ein typisches geeignetes Produkt das. Falls ein Überschuß an Wasser vorhanden ist, dann kann sich als getrennte Phase auch eine bestimmte Menge Wasser abscheiden. Zweckmäßigerweise soll jeder Überschuß jedoch in Form von Öl vorliegen.
  • Die kräftige Bewegung durch Schall dient auch noch einer weiteren Funktion. Es wird nämlich hierdurch die Teilchengröße der Kohle herabgesetzt, was möglicherweise darauf zurückzuführen ist, daß sich die Kohleteilchen während des kräftigen Rührens aneinander reiben. Das genaue Ausmaß der Teilchengrößenverringerung hängt sowohl von der Energiedichte der Schalldurchmischung als auch vom Charakter der jeweiligen Kohle ab. Eine stärker brüchige Kohle wird natürlich stärker zerkleinert, der am Ende erhaltene Teilchengrößenbereich liegt jedoch immer zwischen etwa 1 /u und etwa 100 /u.
  • Die erhaltene Dispersion ist zwar ziemlich viskos, jedoch immer noch leicht fließfähig. Sie muß daher vor der Einspeisung in den Brenner nicht erhitzt werden. Dies bietet einen Vorteil gegenüber dem Verbrennen hochviskoser Brennölrückstände, die vor ihrer Atomisierung in einem Brenner durch Dampf erhitzt werden müssen. Hierin liegt ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens. Man kann bei ihm nämlich ohne eine Heizvorrichtung auskommen, und erhält trotzdem das gleiche Ergebnis.
  • Für die tatsächliche Atomisierung in einem Brenner kann jeder geeignete bekannte Brenner verwendet werden. Eine derartige Brennerform ist eine Schallsonde, an deren Ende die Brennstoffdispersion atomisiert wird.
  • Verwendet man eine Kohle mit niedrigem Schwefelgehalt, dann hält sich die Schwefeloxidemission aus dem Ofen innerhalb der zulässigen Grenzen. Der erfindungsgemäße Brennstoff kann in diesem Fall lediglich aus pulverisierter Kohle, Öl und Wasser bestehen.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich in sehr einfacher und wirtschaftlicher Weise die Bildung großer Mengen an Schwefeloxiden unterdrücken. Dies ermöglicht den Einsatz von Kohle mit hohem Schwefelgehalt, was sonst aufgrund der zu starken Umweltverschmutzung nicht möglich wäre. Möchte man die Schwefeloxidemission noch weiter herabsetzen, dann dispergiert man in dem Wasser vorzugsweise feinpulverisierten Kalk oder Kalkstein. Solche Materialien werden im allgemeinen als Kalk bezeichnet und können beim erfindungsgemäßen Verfahren entweder vor oder nach Zugabe des Öls eingesetzt werden. Vorzugsweise erfolgt der Kalk zusatz praktisch gleichzeitig mit der Einspeisung in das Schallemulgiergerät. Gewöhnlich pulverisierter Kalk wird normalerweise in Form einer Wasseraufschlämmung eingespeist, und die hierdurch eingeschleuste Wassermenge muß daher bei der Gesamtwassermenge im Endprodukt berücksichtigt werden. Der zugeführte pulverisierte Kalk bildet einen Teil der Suspension, ist stabil und setzt sich beim Stehen nicht ab. Hierdurch werden normalerweise weitere zusammenhängende Probleme unterbunden, und dies stellt einen zusätzlichen Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens dar, bei dem die Menge an Schwefeloxiden herabgesetzt werden soll.
  • Bei der Verbrennung von Kohle mit hohem Schwefelgehalt ist Kalk das bevorzugte Alkali. Der Einsatz von Kalk bietet eine Reihe praktischer Vorteile, wie der geringen Gestehungskosten und der Tatsache, daß das in der Flamme entstandene Calciumsulfat in Wasser nur sehr begrenzt löslich ist. Es können jedoch auch andere Alkalien verwendet werden, wie beispielsweise Natriumcarbonat. Die meisten dieser anderen Alkalien bilden jedoch Sulfate, die in Wasser ziemlich löslich sind. Bei der Verbrennung von Brennstoff entsteht immer Wasserdampf, und dieser kann zu Problemen führen. Insbesondere kann es hierdurch an einer bestimmten Stufe der Gasbehandlung zu einer Temperaturerniedrigung kommen, wodurch flüssiges Wasser kondensiert. In einem solchen Fall kann das Wasser dann mit Alkalien, deren Sulfate in Wasser verhältnismäßig gut löslich sind, etwas pastenartige Massen bilden.
  • Hierdurch wird eine elektrostatische Abscheidung erschwert, da hierbei die zu entfernenden Teilchen normalerweise trocken sein müssen. Die Möglichkeit einer Abscheidung pastenartiger Sulfate besteht auch in anderen Teilen der Vorrichtung zur Behandlung des Verbrennungsgases. In diesem Fall ist die Reinigung mit weiteren Kosten verbunden, und dies ist einer der Gründe, warum Kalk als Alkali bevorzugt wird. Wie bereits oben angegeben, können jedoch auch andere Alkalien verwendet werden, und die Erfindung ist daher insgesamt gesehen nicht auf den Einsatz von Kalk beschränkt, obwohl dieser das bevorzugte Material darstellt.
  • Die Entfernung von Schwefeloxiden hängt von der Mange an Kalk oder sonstigem Alkali ab. Der Kalk sollte normalerweise im Überschuß gegenüber dem auf den Schwefelgehalt der Kohle bezogenen stöchiometrischen Wert eingesetzt werden. Je mehr Kalk verwendet wird, umso weiter wird der Schwefeloxidgehalt herabgesetzt.
  • Durch einen Kalküberschuß von 50 % lassen sich beispielsweise 50 % der vorhandenen Schwefeloxide in Form von Calciumsulfat entfernen oder binden. Bei Verwendung von mehr Kalk wird der Schwefeloxidgehalt weiter herabgesetzt. Eine Kalkmenge von etwa 80 % entspricht dem zweifachen stöchiometrischen Verhältnis. Die weitere Schwefelentfernung mit noch mehr Kalk verläuft langsamer, da die diesbezügliche Kurve dann asymptotisch wird. Ein über dem doppelten stöchiometrischen Verhältnis liegender Kalküberschuß ist daher nicht wirtschaftlich. Bei Verwendung einer Kohle mit einem ziemlich hohen Schwefelgehalt ergibt eine etwa 80-prozentige Verringerung der Schwefelmenge einen Brennstoff, der den gesetzlichen Vorschriften einer zulässigen Umweltverschmutzung genügt.
  • Kalk ist zwar kein sehr teures Material, die Kosten des Verfahrens werden jedoch hierdurch trotzdem erhöht. Bei Einsatz einer Kohle mit niedrigerem Schwefelgehalt führt daher gelegentlich eine Entfernung von 50 % Schwefel bereits zu einem Brennstoff, der den Bedingungen einer zulässigen Umweltverschmutzung genügt, und in einem solchen Fall kann man auch einen geringeren Überschuß an Kalk verwenden. Die diesbezüglichen Fragen hängen von wirtschaftlichen Überlegungen ab, und es gibt keine scharfe obere Grenze. Theoretisch läßt sich Calciumsulfat (Gips), das durch elektrostatische Abscheidung oder sonstwie gewonnen wird, verkaufen. Die Kosten zur Erzeugnung des gewonnenen Gipses können jedoch höher sein als der eingentliche Verkaufspreis, so daß der Einsatz eines geringeren Kalküberschusses immer dann wirtschaftlicher ist und natürlich auch angestrebt wird, wenn dies die Bestimmungen der Umweltverschmutzung zulassen.
  • Die Erfindung wird anhand der Zeichnung weiter erläutert.
  • In ihr zeigen: Figur 1 eine graphische Darstellung einer Kohledispersion in einem Bett mit einem Ofen.
  • Figur 2 eine Kurve, die die Schwelfeldioxidentfernung bei verschiedenen Kalkmengen bis zu einem Überschuß von 50 % zeigt.
  • Figur 3 ein Fließbild einer Anlage zur Atomisierung der Kohledispersion unter Bildung einer Flamme.
  • Figur 4 eine halbgraphische Darstellung einer Ultraschallsonde.
  • In den Figuren 1 und 2 wird eine Versuchsapparatur beschrieben, bei der die Kohledispersion in einem Bett verbrannt wird. Die Herstellung der Kohledispersion erfolgt durch Vermahlen eines Gemisches aus 30 Teilen Kohle mit einem Wassergehalt von 50 % unter Zugabe von 15 Teilen Öl, beispielsweise Heizöl Nr. 2, auf den für Kohle erforderlichen Teilchengrößenbereich und nachfolgendes Behandeln des dabei erhaltenen Gemisches durch kräftiges Ultraschallrühren bei einer Energiedichte zwischen 38,75 und 2 54,25 Eltt pro cm . Für eine rasche Dispergierung spielt die Stärke der mit der schwingenden Oberfläche in Berührung stehenden Flüssigkeit eine Rolle, und hierzu wird beispielsweise eine Ultraschallsonde verwendet, wie sie zusammen mit Figur 4 beschrieben wird. Die Stärke der Flüssigkeitsschicht bildet keine scharfe kritische Grenze, diese Schicht sollte normalerweise jedoch wesentlich dünner sein als der Durchmesser der schwingenden Oberfläche. Wird die Flüssigkeitsschicht wesentlich stärker, dann wird der Durchsatz geringer, obwohl man auch bei ausreichender Zeit eine zufriedenstellende Dispersion bei einer ziemlich starken Flüssigkeitsschicht erhält. Ein derartiges Vorgehen ist jedoch nicht wirtschaftlich. Die Stärke der Schicht der Suspension zwischen der schwingenden Oberfläche und dem Behälter muß natürlich selbstverständlich größer sein als die Abmessung des größten Kohleteilchens. Der Teilchengrößenbereich für die Kohleteilchen beträgt, wie oben angegeben, etwa 1 /u bis etwa 100/u. Eine exakte Messung läßt sich in der Praxis zwar nicht durchführen, die Dispersion erscheint jedoch ziemlich gleichförmig.
  • Die Erfindung ist auf keine besondere wasserhaltige Kohle beschränkt. Typische geeignete Kohlen sind eine bituminöse Kohle aus dem Osten der Vereinigten Staaten mit einem Schwefelgehalt von 1 bis 2 % und eine West-Kentucky-Kohle mit einem etwas höheren Schwefelgehalt.
  • Zur Herstellung einer Kohledispersion, bei deren Verbrennung es zu einer geringeren Schwefeloxidbildung kommt, führt man etwa gleichzeitig mit dem Öl eine Aufschlämmung von pulveresiertem Kalk in Wasser ein. Die in dieser Aufschlämmung enthaltene Wassermenge muß natürlich auch bei der Gesamtwassermenge berücksichtigt werden. Verwendet man eine Kohle mit sehr niedrigem Schwefelgehalt, dann kann man mit einem Kalküberschuß von etwa 50 % der stöchiometrisch erforderlichen Menge arbeiten. Bei Einsatz einer Kohle mit höherem Schwefelgehalt für die das erfindungsgemäße Verfahren besonders geeignet ist, sollte der Kalküberschuß etwa das Zweifache der stöchiometrisch erforderlichen Menge betragen.
  • In Figur 1 ist mit 1 der Versuchsofen angegeben, der, wie gezeigt, über in einem elektrischen Heizmantel befindliche Drähte geheitzt wird. Für diesen Versuch wird als Ofen ein zylindrischer Ofen mit etwa 3,5 cm Durchmesser verwendet. Die Kohledispersion wird in den Ofen eingebracht und bildet auf einem geeigneten Verbrennungsrost 2 ein Bett. Der Ofen wird mit Luft gespeist, wobei die Luftmenge etwa der entspricht, wie sie für die wirtschaftlichste Verbrennung erforderlich ist, was für einen geringen Luftüberschuß gilt. Die aus dem Verbrennungsbett kommenden Gase gehen über eine entsprechende Leitung zunächst in ein mit Glaswolle gefülltes Testrohr 3. In diesem Rohr werden einige Feststoffe und sonstige Verunreinigungen entfernt, worauf die Gase in einen Wasserwaschturm 4 weitergeleitet werden, der beim vorliegenden Versuch Wasser mit etwa 3 % Wasserstoffperoxid enthält. Die Gase gelangen anschließend in eine Falle 5 und dann in eine Wasserfalle 6, wobei es sich in beiden Fällen um mit Seitenleitungen versehene Kolben handelt. Die Falle 6 enthält Glaswolle. Die Gase werden durch ein Teilvakuum, das von irgendeiner nicht gezeigten Vorrichtung stammt, durch die Anlage gezogen. Der Gasstrom wird über ein Rotameter 7 gemessen. Die bei diesen Versuchen erhaltenen Ergebnisse gehen aus der folgenden Tabelle I hervor.
  • T a b e l l e I Entfernung von SiO2 durch Kalkstein aus einer Kohle-Öl-Wasser-Suspension 16n Versuch Art der Kohle¹ Öl H2O² Kalkstein Verbrannter NaOH Prozentuale Nr. Verbrennung (g) (g) (g) (g) Brennstoff (SO2-Ti- SO2-Ent-(g) trat, ml) fernung 1 Bett 20 20 5 0 9,5 6,3 0 20 20 5 0,48 10,0 4,4 33 2 Bett 20 20 10 0 8 7 0 20 20 10 0,48 7 4,5 26 3 Bett 20 20 10 0 10 9 0 20 20 10 1,5 10 4,9 44 4 Bett 20 20 10 0 6 4,8 0 20 20 10 1,5 6 2,5 50 5 Atomisierte 20 15 10 0 6,9 4,8 0 20 20 10 1,5 6 2,4 50 sprühung 1 auf wasserfreier Basis 2 Wasser aus der wasserhaltigen Kohle, gegebenenfalls zugesetztem Wasser und gegebenenfalls zugesetzter Kalkaufschlämmung In der Tabelle I ist eine Reihe von Versuchen angegeben, die unter Verwendung verschiedener Mengen Öl, wasserhaltiger Kohle und gegebenenfalls weiterem Wasser durchgeführt werden und jeweils entweder keinen feinverteilten Kalk oder die in Tabelle I angegebene Menge an Kalk enthalten. Ferner gehen aus dieser Tabelle die jeweils verbrannten Brennstoffmengen hervor, wobei die Menge an Schwefeloxiden durch Titration mit einer Natriumhydroxidlösung bestimmt wird.
  • Bei den ersten vier Versuchen erfolgt eine Verbrennung in einem Bett. Beim fünften Versuch wird der Brennstoff am Ende einer Ultraschallsonde atomisiert. Die prozentual entfernte Menge an Schwefeldioxid, die bis zu 50 % reicht, ist im Verhältnis zur eingesetzten Kalkmenge in Figur 2 angegeben. Wird der Kalküberschuß größer als es der zweifachen stöchiometrisch erforderlichen Menge entspricht, dann flacht die Kurve ab und wird bei einer Entfernung von etwa 80 % asymptotisch. Die Kurve ist somit bei eimem derartigen Bereich eine S-Kurve.
  • Figur 3 ist eine graphische Darstellung eines teilweisen Fließbildes einer technischen Anlage. Die Verbrennung erfolgt hierbei durch Atomisierung des Brennstoffes mit einer Ultraschallsonde. Die wasserhaltige Kohle wird, wie in der Zeichnung gezeigt, in einer Kugelmähle und einem Pulverisiergerät 8 zerkleinert und auf eine Teilchengröße von weniger als 100 /u gebracht, wobei einige Teilchen auch nur 1 /u groß sind. Anschließend wird die Kohle über einen Vibrationsförderer 9 in einen zusätzlichen Wasserstrom eingespeist, der mit gesteuerter Geschwindigkeit in einen Schlammtank 10 fließt. Die weitere Aufschlämmung erfolgt mit einem herkömmlichen Flügelrührer, wobei eine entsprechende Entlüftungsleitung ins Freie führt. Der Schlamm wird dann über eine mit einem Regler versehene Leitung aus dem Schlammtank 10 abgezogen und über eine mit einem Regler 11 versehene Leitung mit Öl vermischt, wobei nach der Ölzuleitung ebenfalls über eine mit einem Regler 11 versehene Leitung ein Kalkschlamm zugesetzt wird. Das Mengenverhältnis aus Kalk und Schwefel in der Kohle beträgt etwa das Zweifache der stöchiometrisch erforderlichen Kalkmenge.
  • Der auf diese Weise erhaltene Schlamm wird dann in einem Vormischer 16 gerührt, in dem eine Ultraschallsonde der in Figur 4 beschriebenen Art bei 20 000 bis 22 000 Hertz betrieben wird, wobei das Ende der Sonde von der Vorderseite des Reaktors 13 in einem solchen Abstand angeordnet ist, daß man eine Flüssigkeitsstärke erhält, die wesentlich geringer ist als der Querschnitt des Endes der Sonde. Eine kräftige Schallbewegung unter Hohlraumbildung führt zu einer Energieintensität von etwa 38,75 bis 54,25 2 Watt pro cm . Die auf diese Weise entstandene stabile Dispersion strömt dann in einen Separator 14, der mit einer Trennwand 15 versehen ist. Diese Trennwand erlaubt das Überfließen einer bestimmten Menge an überstehendem Öl in eine Kammer, aus der es über eine Rückleitung 16 in einen Vormischer 12 geführt wird.
  • Das Gemisch aus Kohle-Wasser-Ol-Kalk strömt dann in ein weiteres Ultraschallgerät 17, und wird durch dieses vom Ende der Ultraschallsonde in einen Brenner 18 atomisiert. Es wird darin verbrannt, und die dabei erhaltenen Rauchgase werden zur Abtrennung der Feststoffe in einen Trockner, Gips- und Aschesammler 19 auf elektrostatischer Basis geleitet. In diesem elektrostatischen Abscheider wird feinverteiltes Calciumsulfat abgetrennt, das man gewinnen und verkaufen kann. Ausgehend von einer Kohle mit einem Schwefelgehalt von 2 bis 3 % erhält man eine Schwefeldioxidentfernung von etwa 80 %, wodurch die Rauchgase solchen Bedingungen entsprechen, daß sie in die Atmosphäre entlassen werden dürfen.
  • Figur 4 ist eine halbschematische Darstellung einer typischen Ultraschallsonde 20. Die Ultraschallschwingungen mit 20 000 bis 22 000 Hertz stammen von einem elektrischen Strom mit der gleichen Frequenz, der über die gezeigte Leitung eingespeist wird. Die Schwingung wird in einer piezoelektrischen Anordnung 21 erzeugt, mit der das breite Ende 22 eines aus Stahl bestehenden Geschwindigkeittransformators gekoppelt ist, der sich in seinen Abmessungen exponentiell auf ein Endstück 23 mit kleinem Durchmesser verringert. Durch dieses Endstück wird die Dispersion im Ultraschallreaktor 13 bei Figur 3 in Bewegung gehalten. Mit einer ähnlichen Sonde kommt es zu einer Atomisierung im Ultraschallatomisator 17 bei Figur 3.
  • Durch Verbrennung des atomisierten Brennstoffes entsteht eine Flamme, die klar ist, zu einer völligen Verbrennung führt und nicht aussieht wie die von einer Verbrennung pulverisierter Kohle herrührende Flamme. Die Qualität der Flamme und die vollständige Verbrennung rührt möglicherweise von der Gegenwart von Wasser in der Brennstoffdispersion her. Die Verbrennung läuft so vollständig ab, daß es, wenn überhaupt, nur zu einem äußerst geringen Heizverlust durch das vorhandene Wasser kommt, das beim Brennen der Dispersion natürlich in Dampf verwandelt wird.
  • Die oben beschriebene Rührart ist natürlich die bevorzugte Rührung unter Einsatz von Schallreaktoren. Eine zufriedenstellende Rührung läßt sich jedoch auch durch andere Mittel als durch Schall erreichen. Hierzu eignen sich beispielsweise auf dem Scherprinzip beruhende Maschinen, wie Kolloidmühlen und sonstige Homogenisatoren, und auch andere Vorrichtungen, bei denen sich Oberflächen, die entweder glatt oder rauh sind, in engem Abstand voneinander gegenseitig bewegen, Pumpen mit engen Pumpflächen, Zentrifugalmaschinen, Zerkleinerungsmühlen, Schlagmühlen und dergleichen. In jedem Fall muß, wie oben im Zusammenhang mit der bevorzugten Schallrührung beschrieben, die Schalldichte hoch sein, wobei sich die Energiedichte jedoch bei einigen nicht auf Schall beruhenden Vorrichtungen nur schwer direkt messen läßt. Wie bei der bevorzugten Schallrührung braucht man auch hier im wesentlichen keine oberflächenaktiven Mittel oder Emulgiermittel zusetzen. Sind nämlich größere Mengen oberflächenaktiver Mittel vorhanden, dann verteilt sich in dem Öl ständig eine überschüssige Menge der feinen Wassertröpfchen, so daß es in der Flamme nicht zu der gewünschten Serie von Mikroexplosionen kommt. Für solchen Mikroexpolsionen braucht man Tröpfchen im Bereich von etwa 2 /u bis 20 /u. Teilchen die wesentlich kleiner sind als 2 explodieren nich. Sind solche Teilchen daher in überschüssiger Menge vorhanden, dann reduziert sich hierdurch die Qualität der Flamme und die Effizienz des Brennvorgangs. Auf den Zusatz von oberflächenaktiven Mitteln wurde nur deshalb hingewiesen, weil einige Öle, wie Rückstandsbrennöle, geringe Mengen oberlächenaktiver Materialien enthalten, und solche Öle können natürlich auch beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden.
  • L e e r s e i t e

Claims (6)

  1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffs in Form einer Dispersion aus feinverteilter Kohle und Wasser sowie Öl, indem man Kohleteilchen mit einer Teilchengröße von weniger als 100 /u zuerst in Wasser unter Bildung einer Aufschlämmung suspendiert, die Suspension anschließend mit Öl versetzt und das erhaltene Gemisch dann kräftig vorzugsweise unter Anwendung von Schall mit einer Intensitätsdichte 2.
    von über 11,625 Watt pro cm in Bewegung hält, wodurch man eine stabile Dispersion erhält, aus der man einen sich eventuell in Form einer getrennten Phase abscheidenden Ölüberschuß abtrennt, wodurch man eine Kohle-Wasser-Ol-Emulsion erhält, die lagerungsstabil ist und mit einer Flamme verbrennt, die einer ölflamme und keiner Kohlenstaubflamme entspricht, nach Patentanmeldung P 25 48 509.0, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Kohle mit einem Wassergehalt verwendet, der der Wassermenge in der fertigen Suspension entspricht oder nurmehr die Ergänzung durch eine geringere weitere Wassermenge hierzu erforderlich macht, und dieses Ausgangsmaterial dann vor oder nach Zusatz des benötigten Öls unter Bildung der für das Gemisch erforderlichen Teilchengröße der Kohleteilchen vermahlt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Kohle mit einem Schwefelgehalt verwendet, die bei Verbrennung zu einer Menge an Schwefeloxiden führt, die über der aus Umweltverschmutzungsgründen zulässigen Menge liegt, wobei man neben dem Zusatz von Öl zu der Aufschlämmung aus Kohle und Wasser eine Dispersion mit soviel feinverteiltem Alkali zugibt, daß die Menge an Alkali wenigstens etwa einem 50-prozentigen Überschuß gegenüber der auf Basis des Schwefelgehalts der Kohle erforderlichen stöchiometrischen Menge entspricht, den auf diese Weise erhaltenen Brennstoff atomisiert und verbrennt und das dabei entstandene und im Rauchgas befindliche Sulfat entfernt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Alkali pulverisierten Kalk oder pulverisierten Kalkstein verwendet.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Alkalimenge verwendet, die, bezogen auf den Schwefelgehalt der Kohle, wenigstens der Zweifachen erforderlichen stöchiometrischen Menge entspricht.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Kohle in einem Gewichtsüberschuß gegenüber dem im fertigen Brennmaterial vorhandenen Wasser verwendet.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man nicht unter Einsatz von Schall rührt, sondern durch eine Schereffekte hervorrufende Relativbewegung aus Flüssigkeit und entsprechenden Oberflächen.
DE19762619678 1974-10-29 1976-05-04 Verfahren zur herstellung eines brennstoffs Ceased DE2619678A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2548509A DE2548509C2 (de) 1974-10-29 1975-10-29 Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffs
DE19762619678 DE2619678A1 (de) 1974-10-29 1976-05-04 Verfahren zur herstellung eines brennstoffs

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US05/518,509 US3941552A (en) 1974-10-29 1974-10-29 Burning water-in-oil emulsion containing pulverized coal
DE19762619678 DE2619678A1 (de) 1974-10-29 1976-05-04 Verfahren zur herstellung eines brennstoffs

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE2619678A1 true DE2619678A1 (de) 1977-11-17

Family

ID=33098862

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2548509A Expired DE2548509C2 (de) 1974-10-29 1975-10-29 Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffs
DE19762619678 Ceased DE2619678A1 (de) 1974-10-29 1976-05-04 Verfahren zur herstellung eines brennstoffs

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2548509A Expired DE2548509C2 (de) 1974-10-29 1975-10-29 Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffs

Country Status (1)

Country Link
DE (2) DE2548509C2 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2933760A1 (de) * 1979-08-21 1981-03-12 Kurt Dipl.-Ing. 6380 Bad Homburg Bojak Quasi-fluessiger brennstoff auf kohlenstaub-basis
DE102007034253A1 (de) * 2007-07-16 2009-01-22 Technische Universität Dresden Verfahren zur Kohleverflüssigung

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE690829C (de) * 1935-06-14 1940-05-08 I G Farbenindustrie Akt Ges Verfahren zur Herstellung von aschearmen bzw. aschefreien Kohle-OEl-Dispersionen
DE887560C (de) * 1943-05-01 1953-08-24 Bergwerksverband Zur Verwertun Verfahren zur Herstellung von Fliesskohle
US3941552A (en) * 1974-10-29 1976-03-02 Eric Charles Cottell Burning water-in-oil emulsion containing pulverized coal

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE411409C (de) * 1923-11-29 1925-03-27 Moritz Joseph Heitmann Brennstoff fuer OElmotoren
DE818436C (de) * 1948-10-02 1951-10-25 Siemens Schuckertwerke A G Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffgemisches
DE822032C (de) * 1950-01-24 1951-11-22 Johann Christian Groeber Dr Kraftstoff fuer Brennkraftmaschinen

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE690829C (de) * 1935-06-14 1940-05-08 I G Farbenindustrie Akt Ges Verfahren zur Herstellung von aschearmen bzw. aschefreien Kohle-OEl-Dispersionen
DE887560C (de) * 1943-05-01 1953-08-24 Bergwerksverband Zur Verwertun Verfahren zur Herstellung von Fliesskohle
US3941552A (en) * 1974-10-29 1976-03-02 Eric Charles Cottell Burning water-in-oil emulsion containing pulverized coal

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2933760A1 (de) * 1979-08-21 1981-03-12 Kurt Dipl.-Ing. 6380 Bad Homburg Bojak Quasi-fluessiger brennstoff auf kohlenstaub-basis
DE2947788A1 (de) * 1979-08-21 1981-07-23 Kurt Dipl.-Ing. 6380 Bad Homburg Bojak Quasi-fluessiger brennstoff auf kohlenstaub-basis
DE102007034253A1 (de) * 2007-07-16 2009-01-22 Technische Universität Dresden Verfahren zur Kohleverflüssigung

Also Published As

Publication number Publication date
DE2548509C2 (de) 1987-01-29
DE2548509A1 (de) 1976-05-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CH616701A5 (de)
DE2555401A1 (de) Papierfuellstoff
CH643880A5 (de) Stabilisierte kohlenbruehe und verfahren zu deren herstellung.
DE2050073A1 (de) Verfahren zui Abtrennung von festen Teilchen aus einer wässrigen Suspension solcher Teilchen und Vorrichtung zur Durchfuhrung eines solchen Verfahrens
DE2619678A1 (de) Verfahren zur herstellung eines brennstoffs
DE69306772T2 (de) Verbrennungsverfahren einer wässrig-ölhaltigen emulsion
DE1932642B2 (de) Verfahren zum streichen von papier unter verwendung eines modifizierten calciumcarbonatpigmentes und papierstreichmasse zur durchfuehrung des verfahrens
DE2709882C2 (de) Verfahren zur Herstellung von wasserfreien kohlenstoffhaltigen Teilchen aus einer Suspension von kohlenstoffhaltigen Feinstoffen in Wasser und Anlage zur Durchführung des Verfahrens
DE1961455B2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung gleichmäßig mercerisierter Alkalicellulose
DE1225792B (de) Verfahren zur Herstellung von Ofenruss
DE1103122B (de) Verfahren zur Herstellung kautschukhaltiger Papiere, Pappen u. dgl.
AT372972B (de) Brennbare wasser-in-oel-emulsion, enthaltend pulverisierte kohle
DE3434220C2 (de)
DE2821021A1 (de) Verbrennungsverfahren
DE1467493B1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Gemisches von Russen
DE2024851A1 (de) Verbrennbare Feueranzünder
DE2816469C2 (de) Verfahren zur thermischen Spaltung von Abfallschwefelsäure
DE3216420A1 (de) Verfahren zur spaltung von verduennter schwefelsaeure
DE493563C (de) Verfahren zum Vermischen von Fluessigkeiten oder Schmelzen, zur Durchfuehrung von Reaktionen zwischen fluessigen Stoffen und zur Herstellung disperser Systeme
DE69420815T2 (de) Verfahren zur Umwandlung von einem kompakten Abfallprodukt aus der petrochemischen Industrie
AT87675B (de) Verfahren zur Herstellung eines kolloidalen Brennstoffes.
EP0013547A1 (de) Verfahren zur Herstellung von stabilen wässerigen Heiz-(Brenn-)stoff-Emulsionen und -Suspensionen
DE2033961C3 (de) Verfahren zum Entschwefeln von sauren Raffinationsrückständen
DE1138025B (de) Verfahren zum Trocknen von Kieselsaeure- und Silicatfuellstoffen
DE571470C (de) Verfahren zur Herstellung von waessrigen Kautschukdispersionen

Legal Events

Date Code Title Description
8110 Request for examination paragraph 44
8128 New person/name/address of the agent

Representative=s name: SPOTT, G., DIPL.-CHEM. DR.RER.NAT., PAT.-ANW., 800

8131 Rejection