DE2750876A1

DE2750876A1 - Verfahren zum verbessern der waermeausbeute bei der verbrennung eines fluessigen kohlenwasserstoffbrennstoffes

Info

Publication number: DE2750876A1
Application number: DE19772750876
Authority: DE
Inventors: Ronald Joseph Kopko; Robert Lee Stambaugh
Original assignee: Rohm and Haas Co
Current assignee: Rohm and Haas Co
Priority date: 1976-11-19
Filing date: 1977-11-14
Publication date: 1978-05-24
Also published as: NL7712521A; JPS5364206A; BE860964A; FR2371639A1; IT1091481B; NO773920L; ZA776771B; CA1104822A; FR2371639B1; FI773382A; SE7711950L; GB1569344A

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbessern der Wärmeausbeute bei der Verbrennung eines flüssigen Kohlenwasserstoffbrennstoffes zur Erhöhung der Verbrennungseffizienz.

Flüssige Kohlenwasserstoffbrennstoffe sind als solche nicht brennbar. Sie müssen vielmehr zuerst verdampft oder mit Luft oder Sauerstoff vermischt werden, um zu brennen, Ein mittleres Destillat oder schwerere Erdölfraktionen besitzen niedrige Dampfdrücke, so daß eine wirkungsvolle Zerstäubung ein kritisches Merkmal der Verbrennung solcher Brennstoffe in versprühtem Zustand ist. Durch die Zerstäubung werden feine Brennstoffteilchen erzeugt, deren große Oberflächen zu einer raschen Verdampfung des Brennstoffs und zu einer effizienten Verbrennung führen.

Aber auch bei einer wirkungsvollen Zerstäubung kann eine stöchiometrische Verbrennung nicht erreicht werden. Eine Erklärung dafür ist darin zu sehen, daß keine vollständige Mischung in der zur Verfügung stehenden Zeit und in der vorhandenen Einrichtung möglich ist. Um eine vollständige Verbrennung zu erzielen, ist .es deshalb erforderlich, dem System überschüssige Luft zuzuführen. Die Verwendung von überschüssiger Luft ermöglicht zwar eine vollständige Verbrennung und fördert dadurch auch die Effizienz der Verbrennung, doch kann zu viel Luft auch eine Erniedrigung der Wärmeausbeute bewirken. Der gesamte Sauerstoff, der in dem Verbrennungsvorgang nicht benötigt wird, und auch der Stickstoff der Luft werden erwärmt und führen infolge dessen Wärme aus dem System ab. Außerdem nimmt mit zunehmendem Überschuß an Luft die Geschwindigkeit der Strömung durch das System zu und die für den Wärmeübergang zur Verfügung stehende Zeit wird kürzer. Zur Herbeiführung einer wirkungsvollen Verbrennung und einer hohen Wärmeausbeute ist deshalb ein empfindliches Gleichgewicht zwischen Zerstäubung und Luftüberschuß kombiniert mit optimal konstruierten Verbrennungskammern und Einrichtungen zur Gewinnung der erzeugten Wärme einzuhalten.

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Im Hinblick auf die Beschränkungen, die sich bei der Konstruktion der Verbrennungseinrichtungen ergeben, sind im Verlauf der Jahre erhebliche Anstrengungen für eine chemische Modifizierung der Verbrennung angestellt worden. Es gibt mindestens zwei Wege, um dieses Problem von der chemischen Seite anzupacken. Der erste Weg stellt eine Modifizierung des ZerstäubungsVerfahrens und der zweite eine katalytische Beeinflussung der Verbrennung selbst dar. Eigenschaften der Flüssigkeiten, die die Teilchengröße beim Zerstäubungsverfahren beeinflussen, schließen die Dichte, die Oberflächenspannung und die Viskosität ein. Von diesen Eigenschaften scheinen die Beeinflussung der Dichte und der Viskosität nicht vielversprechend zu sein. Die Dichte kann nicht wesentlich durch Zusätze beeinflußt werden. Die Viskosität kann andererseits sehr leicht durch geringe Zusätze von Polymeren erhöht werden, aber die erhöhte Viskosität würde zu größeren Teilchen des Zerstäubungsproduktes führen und dadurch in die entgegengesetzte Richtung für eine verbesserte Verbrennung leiten. Die Oberflächenspannung läßt sich durch geringe Gehalte von Zusätzen leicht beeinflussen, und dies scheint deshalb der aussichtsreichste Ansatz zu sein. Es sind eine Vielzahl von Vorschlägen zur Verbesserung der Verbrennungseffizienz in dieser Richtung gemacht worden, obwohl offensichtlich nicht immer diese Zusammenhänge erkannt wurden. So hat man beispielsweise polare Verbindungen, wie Alkohole, Ester oder Ketone, Amine, organische Phosphate und Nitrate und Sulfonate oder Carboxylate von Alkalien oder Erdalkalien oder (Alkyl)ammonium für diesen Zweck vorgeschlagen. Derartige Ansätze haben sich nicht als besonders wirkungsvoll herausgestellt und werden im allgemeinen in der Technik nicht verwendet.

Eine Verbesserung der Verbrennungseffizienz durch katalytische Effekte ist ebenfalls in großem Ausmaß versucht worden. Am häufigsten wurden für diesen Zweck Salze von Übergangsmetallen und Carbonsäuren, insbesondere Naphthenate

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oder Sulfonate vorgeschlagen, ferner Chelate von Übergangsmetallen, Carbonyl-, Cyclopentadienyl- oder andere Coordinationsverbindungen der Übergangselemente und auch Bleitetraäthyl. Es ist zwar allgemein anerkannt, daß derartige Verbindungen mindestens in einem gewissen Umfang wirksam sind, sie enthalten aber alle Asche und hinterlassen deshalb Ablagerungen in dem Verbrennungssystem. Die Abwägung zwischen der verbesserten Verbrennung gegen die durch die Ablagerungen hervorgerufenen zusätzlichen Wartungskosten geht im allgemeinen zu Ungunsten der Benutzung solcher Zusätze aus, so daß eine große Verwendung dieser Zusätze aus diesem Grund gescheitert ist.

Die chemische Modifizierung der Verbrennung ist infolgedessen höchstens bescheiden gewesen, so daß ein großas Interesse an weiteren Verbesserungen auf diesem Gebiet besteht.

Durch neue Untersuchungen, die in Zusammenhang mit dieser Erfindung stehen, sollte erneut versucht werden über die "Viskosität" die Teilchengröße und/oder Teilchengrößenverteilung des zerstäubten flüssigen Brennstoffs zu beeinflussen. Wie bereits ausgeführt wurde, würde die Zugabe von Polymeren in die verkehrte Richtung gehen und die Verbrennung nicht günstig beeinflussen. Eine solche Betrachtung der Verwendung der Polymeren berücksichtigt aber nur die Erhöhung der Viskosität und übersieht, daß Polymere den Flüssigkeiten nicht-newton'sche Eigenschaften verleihen, woraus sich manchmal seltsame und unerwartete Eigenschaften ergeben. Mindestens drei Anwendungen haben in den letzten Jahren Aufmerksamkeit erregt.

Es ist eine Vielzahl von Polymeren beschrieben worden, die die Menge des gebildeten "Streunebels" (stray mist) bei Nebelschmiermittelsystemen herabsetzen. Zu solchen Polymeren gehören Poly(meth)acrylate, Polyisobutylen und PoIy-

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styrole und Olefincopolymere, insbesondere Copolymere von Äthylen-Propylen-Typ.

Aus der begrenzten Literatur für dieses Gebiet kann man herleiten, daß das allgemeine Phänomen hier ein gemeinsames Merkmal von öllöslichen Polymeren ist, wobei man selbstverständlich berücksichtigen muß, daß die Struktur des Polymeren für eine Optimierung wesentlich ist. Der Mechanismus dieser Wirkung ist zwar definiert worden, doch handelt es sich offensichtlich nicht um ein Viskositätsphänomen, sondern um viskoelastische Eigenschaften der Flüssigkeiten. Außerdem wird angenommen, daß diese Polymeren wirken, da sie die Größe und Verteilung der Aerosolteilchen beeinflussen.

Etwa zur gleichen Zeit wurde entdeckt, daß Polymere einen sehr starken Einfluß auf die Verbreitung von feinverteilten flüssigen Brennstoffen haben, wenn dieser Brennstoff einer starken Stoßbeanspruchung ausgesetzt wird. Diese Erscheinung ist von Interesse, wenn man bei Flugzeugunfällen versucht, die Bildung einer brennbaren Nebelwolke zu begrenzen. Polymere, die auf diesem Gebiet eine Wirkung haben sollen, schließen Polyisobutylen, Äthylen-Propylen-Copolymere, Polymere und Copolymere von Alkylstyrolen, OlefinSchwefeldioxid-Polymere, Poly(alpha-olefine) mit Cg_₂₀ und hydrierte Styrol-Isopren-Copolymere und im allgemeinen polare Polymere ein, die in der Lage sind, zwischenmolekulare Assoziationsbindungen zu bilden. Erneut scheint diese Wirkung von allen hochmolekularen Polymeren auszugehen. Ferner scheint das Phänomen nicht nur durch die Viskosität bedingt zu sein, sondern mehr von den viskoelastischen Eigenschaften der Brennstoffe abzuhängen.

In Jüngerer Zeit sind Beobachtungen auf einem dritten verwandten Gebiet hinzugekommen. Es wurde berichtet, daß hochmolekulare Polybutene den Sprühnebel herabsetzen, der bei

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den industriellen Vorgängen des Metallschneidens auftritt. Bei diesem Anwendungsgebiet sollen einige bestimmte Typen von Polymeren nicht wirksam sein. Diese anderen Polymeren besitzen aber ein niedrigeres Molekulargewicht als die wirksamen Polybutene, so daß angenommen werden kann, daß sie nicht unbedingt gleich hohe viskoelastische Eigenschaften verleihen als die hochmolekularen Polybutene.

Aus jedem dieser drei Phänomene und insbesondere aus der Zusammenfassung der drei Erscheinungen läßt sich herleiten, daß ein in einer Flüssigkeit gelöstes Polymere dessen Zerstäubungs- oder Vemebelungseigenschaften beeinflußt. Die Polymeren können offensichtlich einen Einfluß auf die Teilchengröße und möglicherweise auch auf die Teilchengrößenverteilung des Nebels ausüben. Es ist bekannt, daß bei der sogenannten Sprühverbrennung sowohl die Größe des Aerosols als auch die Teilchengrößenverteilung die Verbrennungsgeschwindigkeit beeinflussen. Die Verwendung von Polymeren zur Steuerung der Teilchengröße des zerstäubten Brennstoffs schafft infolgedessen neue Möglichkeiten für die Verbesserung der Verbrennungseffizienz.

Gegenstand der Erfindung ist deshalb ein Verfahren zum Verbessern der Wärmeausbeute bei der Verbrennung eines flüssigen Kohlenwasserstoffbrennstoffes, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man in einer Heizeinheit einen flüssigen KohlenwasserStoffbrennstoff, in dem ein hochmolekulares Polymeres gelöst oder dispergiert ist, im versprühten Zustand verbrennt*

Durch dieses Verfahren wird die Verbrennungseffizienz wesentlich verbessert. Es wird angenommen, daß die Verbesserung auf den viskoelastischen Eigenschaften der Brennstoffe beruht, doch besteht nicht die Absicht, die Erfindung an diesen oder einen anderen Mechanismus zu binden·

Bei der Erfindung kommt eine Vielzahl von Polymeren in Betracht, und es kann praktisch ein beliebiges in Kohlenwasser-

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stoffen lösliches Polymeres verwendet werden. Wesentliche Parameter der Polymeren sind ihre Löslichkeitseigenschaften, ihr Molekulargewicht und ihre Konzentration in dem Brennstoff.

Das Polymere wird in dem Brennstoff bevorzugt in einer Gewichtskonzentration von 10 bis 5000 ppm, insbesondere 100 bis 1000 ppm, verwendet.

Das Molekulargewicht des Polymeren liegt in der Regel im Bereich von 10 000 bis 15 000 000, bevorzugt größer als 50 000, insbesondere 50 000 bis 10 000 000.

Geeignete Polymere schließen folgende Polymeren ein: Polyisobutylen, Poly(l-buten), Poly(alpha-olefine), Äthylen-Propylen-Copolymere, Äthylen-Propylen-Dien-Terpolymere, Styrol-Butadien-Copolymere, Styrol-Isopren-Copolymere oder ihre hydrierten Analogen, Polybutadien, Polyisopren, alkylierte Polystyrole, wie t-Butylstyrol oder Copolymere von diesem Monomeren, ataktisches Polypropylen, Polyäthylen von niedriger Dichte, Poly(meth)acrylate und Copolymere von (Meth)acrylaten und Polymere und Copolymere von Fumarsäureestern. Andere in Kohlenwasserstoff lösliche Polymere von ausreichend hohem Molekulargewicht, die dem Fachmann ohne weiteres bekannt sind, sind ebenfalls brauchbar.

Bevorzugt ist das bei der Erfindung verwendete Polymere ein Kohlenwasserstoffpolymeres, insbesondere Polyisobutylen oder ein Äthylen-Propylen-Copolymeres mit einem mittleren Gewichtsmolekulargewicht von 10 000 bis 10 000 000, insbesondere 50 000 bis 1 000 000.

Die bei der Erfindung verwendbaren hochmolekularen Polyisobutylene, Polyäthylene von niedriger Dichte, ataktischen Polypropylene und anderen Poly(alpha-olefine) erhält man ohne weiteres in bekannter Weise und mit ausreichend hohem

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Molekulargewicht bei Verwendung von sauren Katalysatoren oder Ziegler-Katalysatoren. Die Herstellung derartiger Polymeren ist in der Technik gut bekannt und Polymere mit mittlerem Gewichtsmolekulargewichten von 20 000 bis 10 000 000 stehen jedermann zur Verfügung.

Auch die Copolymeren aus Äthylen und Propylen sind in einem weiten Bereich des Äthylen-Propylenverhältnisses leicht erhältlich. Im allgemeinen sind Copolymere dieser Art mit einem hohen Äthylengehalt, insbesondere mit einem Anteil an Äthyleneinheiten von etwa 50 bis 80 Mol%, besonders geeignet. Es können jedoch auch Copolymere mit einer Zusammensetzung außerhalb dieses Bereichs verwendet werden. So können z.B. Copolymere mit einem niedrigeren Äthylengehalt wirtschaftliche Vorteile bieten, ohne eine wesentliche Verschlechterung der Eigenschaften herbeizuführen. Andererseits können Copolymere mit höheren Äthylenanteilen, beispielsweise bis zu etwa 95 Mol%, auch gut brauchbar sein, vorausgesetzt, daß ihre MikroStruktur so gesteuert wird, daß sie in dem Brennstoff löslich sind.

Die Äthylen-Propylen-Polymeren können auch niedrige Anteile, im allgemeinen weniger als etwa 10%, an nicht-konjugierten Dienen, wie 1,4-Hexadien, Dicyclopentadien oder Äthylidennorbornen enthalten. Die im Zusammenhang mit dem Äthylen- und Propylenednheiten zuvor gemachten Angaben hinsichtlich der Effekte und der Verhältnisse gelten auch bei diesen Polymeren.

Die Styrol-Butadien- und Styrol-Isopren-Copolymeren können entweder statistisch sein oder können auch Block-Copolymere sein. Im Falle der statistischen Copolymeren enthalten die Produkte bevorzugt 30 bis 50 Gew.% an Dieneinheiten. Das mittlere Gewichtsmolekulargewicht der Copolymeren sollte möglichst hoch sein und kann bevorzugt im Bereich von 30 bis 10 000 000 schwanken. Falls es sich um Block-Copolymere

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handelt, können sie zwei oder mehrere Blöcke enthalten. Im allgemeinen liegt das Molekulargewicht der Styrolblöcke im Bereich von 5000 bis 50 000, wogegen die Dienblöcke Molekulargewichte im Bereich von 10 000 bis 1 000 000 haben« Jedes der verschiedenen Styrol-Dien-Copolymeren kann teilweise oder vollständig hydriert sein.

Auch Polymere von konjugierten Dienen, wie Butadien oder Isopren, die eine Vielzahl von Strukturen besitzen können, sind bei der Erfindung im allgemeinen brauchbar. Diese Polymeren können entweder von dem 1,A- oder 1,2-Typ sein und die 1,4-Polymeren können entweder eine eis- oder transKonfiguration besitzen. Polymere mit einem hohen cis-1,4-Anteil sind bevorzugt. Auch diese Polymeren können teilweise oder vollständig hydriert sein.

Poly(meth)acrylate oder Polymere von anderen ungesättigten Estern, wie Fumaraten, die ebenfalls eine Vielzahl von Strukturen besitzen können, sind auch wirksam. In den Estergruppen kann eine beliebige Kombination im Bereich von ^1-24 ^vorhanden sein und diese Alkylreste können entweder linear oder verzweigt sein. Wenn eine Mischung verwendet wird, sollte die mittlere Länge der Kohlenstoffkette mindestens 6 Kohlenstoffatomen und bevorzugt 8 bis 10 Kohlenstoffatomen entsprechen. Die Gewichtsmolekulargewichte sollten zwischen 50 000 und 15 000 000 liegen.

Es wurde festgestellt, daß, wenn gemäß der Erfindung die mit Polymeren modifizierten Treibstoffe in üblichen Vorrichtungen für die Sprühverbrennung verbrannt werden, eine Verbesserung der Wärmeausbeute gegenüber dem Basisbrennstoff ohne Polymeres von 1 bis 6%, in der Regel $ bis 5%, erreicht wird.

Als flüssiger Kohlenwasserstoffbrennstoff kann ein beliebiger Kohlenwasserstoffbrennstoff benutzt werden, der sich für die Sprühverbrennung eignet. Geeignete Brennstoffe sind

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Benzin, Methanol, Kerosin, Dieseltreibstoff, Heizöle des Typs Nr. 1, Nr. 2, Nr. 4, Nr. 5 oder Nr. 6 und Turbinentreibstoff. Es sind auch Brennstoffe geeignet, die verbrauchte Schmieröle enthalten.

Die bei der Erfindung benutzten Brennstoffe können andere übliche Zusätze enthalten. Beispiele dafür sind Mittel zur Erniedrigung des Gefrierpunktes, Antioxidanzien, Rostinhibitoren, Stabilisatoren, Metalldesaktivatoren, Injektordetergenzien, Mittel zur Vermeidung von Ablagerungen im Ansaugsystem, Vergaserdetergenzien, Korrosionsinhibitoren, Schlammdispergiermittel, Demulgatoren, Schlackenmodifiziermittel und ähnliche Verbrennungsmodifiziermittel.

Zur Bestimmung der Verbrennungseffizienz wurden zwei verschiedene Tests verwendet. Der erste und einfachere Test ist der Test für die Erniedrigung der Rauchbildung. Der zweite umfangreichere Test ist der Test für die Wärmeausbeute. Bei jedem Untersuchungsfall war die Fähigkeit des Zusatzes zur Erniedrigung der Rauchbildung mit einer Verbesserung der Wärmeausbeute verbunden. Deshalb wurde der erste Test zur allgemeinen Auswahl verwendet, wogegen der zweite Test zur Quantifizierung der Ergebnisse diente.

A. Test für die Erniedrigung der Rauchbildung

Der Effekt der Zusatzstoffe zur Reduzierung des aus Heizöl Nr. 2 in einer üblichen Hausheizeinheit wurde bestimmt unter Verwendung einer Modifizierung der Arbeitsweise, wie sie beschrieben ist in ASTM-D-2156-65 (1975 Annual Book of ASTM Standards, Part 24, Petroleum Products and lubricants (II), Published by American Society for Testing and Materials, Philadelphia, Pa.). Der bei dieser Untersuchung verwendete Ofen war ein mit öl geheizter "New Yorker Unipac"-Boiler mit Flammretention, Modell S-165-AP. Die Boilertemperatur wurde durch Zirkulieren von Wasser durch einen Wärmeaustauscher mit einem Gehäuse und einem Rohr aufrecht erhalten.

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Bevor irgendwelche Rauchmessungen durchgeführt wurden, wurde der Boiler auf eine Temperatur von mindestens 60°C gebracht, indem der unmodifizierte Brennstoff verbrannt wurde. Der Zug über dem Feuer wurde auf 0,025 bis 0,050 cm Wasser eingestellt. Dann wurde eine Rauchprobe unter Verwendung eines Rauchtesters von dem in ASTM-D-2156-65 beschriebenen Typ genommen. Die Luft wurde so eingestellt, daß eine Rauchpunktzahl von 2-3 erreicht wurde. Der Brenner wurde dann abgestellt und auf den Testbrennstoff umgestellt. Der Brenner wurde erneut gezündet und der Wasserumlauf wurde eingestellt, um die überschüssige Wärme aufzufangen. Es wurden Rauchmessungen nach 10, 20 und 30 Minuten durchgeführt, um sicherzustellen, daß die Gleichgewichtsbedingungen erreicht waren. Periodisch wurde wieder auf den nicht-modifizierten Basisbrennstoff umgestellt, um die Bezugsgröße zu kontrollieren.

B. Test für die Wärmeausbeute

Die Ausrüstung für diesen Test ist die gleiche wie bei dem Test für die Erniedrigung der Rauchbildung. Vor dem Anzünden des Brenners wurden etwa 22,7 1 des Testbrennstoffs abgewogen. Der Brenner und der Zeitmesser wurden gleichzeitig abgestellt. Während dieses Kaltstarts war die Wasserumlaufpumpe des Boilers nicht in Betrieb. Der Zug oberhalb des Feuers wurde bei 0,025 bis 0,050 cm Wasser gehalten. Nach einer Heizung von 5 Minuten wurde eine Rauchmessung in der bereits geschilderten Weise durchgeführt. Die Umlaufpumpe wurde aktiviert und kontinuierlich betrieben, sobald die Wassertemperatur im Boiler 93⁰C erreicht hatte.

Während einer Testdauer von 2 Stunden wurden Messungen entsprechend den Angaben in Tabelle I durchgeführt. Am Ende des Tests wurde der Zeitmesser und der Brenner abgestellt. Die Menge des zurückbleibenden Brennstoffs wurde ermittelt und es wurde der mittlere Brennstoffverbrauch berechnet. Dann wurde die Effizienz der Wärmeausbeute berechnet, indem die Werte für die im Wasser des Wärmeaustauschers gewonnene Wärme

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und der gesamte Wärmedurchsatz des Boilers zugrunde gelegt wurden. Ein Bezugsversuch mit dem Basisbrennstoff wurde entweder vor oder nach jedem Versuch mit einem Testbrennstoff durchgeführt.

Bei der Beschreibung der Erfindung, die in den folgenden Beispielen noch näher erläutert wird, sind alle Angaben über Teile und Prozentsätze Gewichtsangaben, falls nicht etwas anderes festgestellt wird.

Beispiel 1

Es wurden dreifache Tests gemäß dem beschriebenen Test für die Wärmeausbeute unter Verwendung eines Heizöls Nr. 2 bei Zusatz von 1000 ppm eines Äthylen-Propylen-Copolymeren vom mittleren Molekulargewicht von etwa 80 000 mit einem Gewichtsverhältnis der Monomeren von 62:38 durchgeführt. Die nachstehenden Ergebnisse zeigen eine Verbesserung der mittleren Wärmeausbeute im Vergleich zum Basisbrennstoff von etwa 1,6%.

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Beispiel 1

	Zusatz	Brennstoff zusatz Liter/h	Theoretische Wärme kcal/h (BTU/h)	(174 900)
ohne	Zusatz	4,788	44 075	(175 400)
mit	Zusatz	4,799	44 201	(174 700)
ohne	Zusatz Zusatz	4,780	44 024	(173 200) (175 200)
co mit CO ¹^ ohne	Zusatz	4,739 4,796	43 646 44 150	(176 500)
omit		4,830	44 478
co cn

Gewonnene Wärme kcal/h (BTU/h)

30 316 (120 300) 30 719 (121 900)

30 215 (119 900) 30 442 (120 800)

29 761 (118 100)

30 593 (121 400)

Effizienz

68,8 69,5

68,6 69,7

67,4 68,8

In Gegenwart des Polymeren wurde auch der Rauch von einer Rauchpunktnummer von 2,5 auf 1 reduziert, wobei der überschüssige Sauerstoff von 4,5 auf 3,9% erniedrigt wurde.
Beide Ergebnisse bestätigen eine verbesserte Verbrennung.

Relative Verbesserung

1,096

1,696

2,1%

cn O CO

Tabelle I

Schema für die Messungen für die Wärmeausbeute Testzeit - Min. 30 50 60 70 80 90 100 110

Barometrischer Druck X X X , X Raumtemperatur XXX χ Schornsteinzug X XXXXX XXX Zug über dem Feuer X > X X X X χ χ χ

_β Schornsteintemperatur XXXXXX XXX

to Temperatur für

oo Wassereingang Boiler XXXXXXXXX

ro Wasserausgang Boiler XXXXXX XXX

-* Kühlwasser zum . '

"^ Wärmeaustauscher XXXXXXXXX η

^ Kühlwasser vom . '

Wärmeaustauscher XXXXXX XXX ' Wassertemperatur im Hauptteil des Boilers XXXXXX XXX Rauchniveau XXX χ

Kühlwasserströmungsgeschwindigkeit XXXXXX XXX

Rauchgasanalyse - CO₂ XXX

' O₂ X X X ^J

CO X X X er

Beispiel 2

Es wurde ein Äthylen-Propylen-l^-Hexadien-terpolymeres mit einem Gewichtsverhältnis von Äthylen zu Propylen von etwa 55:45 und einem Gehalt von 1,4-Hexadien von etwa 4 Gew.% und einem mittleren Gewichtsmolekulargewicht von etwa 850 000 in einem Heizöl Nr. 2 bei einer Konzentration von 200 ppm geprüft. Die Verbesserung der Wärmeausbeute lag bei 3,3%. Die Rauchbildung wurde durch den Polymerzusatz von 3,5 auf 1,5 reduziert und der Sauerstoff-Überschuß von 4,4% auf 4,0% reduziert.

Beispiel 3

Ein Polyisobutylen mit einem mittleren Molekulargewicht von 1 750 000 wurde zweimal dem Test für die Wärmeausbeute bei einer Konzentration im Brennstoff von 150 ppm unterworfen. Die Verbesserung der Wärmeausbeute lag bei 5,7 bis 6,1%. Die Einzelheiten sind der folgenden Tabelle II zu entnehmen.

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	Brennstoff zusatz Liter/h	Tabelle II	Gewonnene Wärme kcal/h	Effizienz	Relative Verbesserung
	4,784	Theoretische Wärme kcal/h	31 122	70,6
ohne Zusatz	4,663	44 050	32 054	74,6	5,7%
mit Zusatz OO	4,727	42 941	30 593	70,3
O «5 ohne Zusatz	4,637	43 520	31 853	74,6	6,1%
W ^ mit Zusatz		42 689
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Beispiel 4

Das Polymere von Beispiel 1 wurde erneut unter Verwendung eines Flammdiffusors mit einem Endkonus geprüft, dessen Öffnung größer war als der übliche von 4,76 mm. Die relative Verbesserung gegenüber dem Basisbrennstoff betrug 4,8%. Die Reduktion der überschüssigen Luft bis zur Erreichung des Rauchniveaus des Basisbrennstoffs führte zu einer weiteren Verbesserung der Wärmeausbeute bis auf 6,1%.

Beispiel 5

Ein Polyisobutylen vom mittleren Gewichtsmolekulargewicht von "5 5.00 000 ergab bei Zusatz von 25 ppm eine Verbesserung der Wärmeausbeute von 2,5% unter Verwendung eines üblichen Diffusorkonus¹. Bei Benutzung des modifizierten Konus von Beispiel 4 lag die Verbesserung der Wärmeausbeute bei 4,1%.

Beispiel 6

Das Äthylen-Propylen-Copolymere von Beispiel 1 wurde erneut bei 125 ppm dem Wärmeausbeutetest unterworfen. Die relative Verbesserung der Wärmeausbeute gegenüber dem Basisbrennstoff lag bei zwei verschiedenen Tests bei 2,5% bzw. 2,9%.

Beispiel 7

Ein Äthylen-Propylen-Copolymeres mit einem Äthylengehalt von 59 Gew.% und einem mittleren Gewichtsmolekulargewicht von 150 000 wurde bei 300 ppm in einem Heizöl Nr. 2 dem Test für die Erniedrigung der Rauchbildung unterworfen. Der Basisbrennstoff gab einen Rauchpunkt Nr. 2,5., wogegen der mit dem Polymeren modifizierte Brennstoff einen Wert von <1 bei diesem Test zeigte.

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Beispiel 8

Ein Polymethacrylat mit gemischten Alkylgruppen, die 14 16 18 *^{n s}°l^cnen Verhältnissen einschlossen, daß der Mittelwert Cq betrug, wurde bei 2000 ppm dem Test für die Erniedrigung des Rauchs unterworfen. Das Polymere hatte ein mittleres Viskositätsmolekulargewicht von 1 650 000. Der Basisbrennstoff gab einen Rauchpunkt Nr. 3, wogegen der mit dem Polymeren behandelte Brennstoff einen Rauchpunkt von 1 bis 1,5 ergab.

Beispiel 9

Ein Polymethacrylat mit gemischten Alkylgruppen von

C, _{ΊΟ ΊΧ} .,/, -,(- in solchem Verhältnis, daß der Mittelwert 1,12, Ii, Im·, Ip »

C₁₀ betrug, erniedrigte bei einer Konzentration von 4000 ppm die Rauchbildung bei dem bereits geschilderten Test um 1,5 Zahlen gegenüber dem Basisbrennstoff. Das Polymere hat ein Molekulargewicht von 60 000.

Beispiel 10

Ein Polyisobutylen von einem mittleren Viskositätsmolekulargewicht von 10 000 ergab bei 1800 ppm einen Rauchpunkt von 1»5 gegenüber einem Rauchpunkt von 4 für den Basisbrennstoff.

Beispiel 11

Ein Polybutadien mit einer cis-l,4-Struktur wurde bei 300 ppm dem Test für die Erniedrigung der Rauchbildung unterworfen. Der Basisbrennstoff ergab einen Rauchpunkt von 4 bis 5, wogegen der mit Polymerem behandelte Brennstoff einen Rauchpunkt von 1 bis 2 ergab.

Beispiel 12

Ein Styrol-Fumarat-Copolymeres zeigte bei 3300 ppm einen Rauchpunkt von 1 bis 2 im Vergleich zu einem Rauchpunkt von

Beispiel 13

Ein Äthylen-Propylen-Copolymeres mit einem Gewichtsverhältnis von Äthylen zu Propylen von etwa 10:90 und einem mittleren Viskositätsmolekulargewicht von etwa 225 000 wurde dem Test für die Erniedrigung der Rauchbildung bei einer Konzentration von 500 ppm unterworfen. Durch die Zugabe des Polymeren wurde der Rauchpunkt des Basisbrennstoffes von 3 bis 3,5 auf 0,5 bis 1 reduziert.

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Claims

Priorität: 19. November 1976. USA Serial Number 743 366 Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verbessern der Wärmeausbeute bei der Verbrennung eines flüssigen Kohlenwasserstoffbrennstoffes, dadurch gekennzeichnet , daß man in einer Heizeinheit einen flüssigen Kohlenwasserstoffbrennstoff, in dem ein hochmolekulares Polymeres gelöst oder dispergiert ist, im versprühten Zustand verbrennt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Brennstoff 10 bis 5000 ppm des Polymeren auf Gewichtsbasis enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Brennstoff 100 bis 1000 ppm des Polymeren enthält.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Polymere ein Molekulargewicht von 10 000 bis 15 000 000 hat.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Polymere ein Molekulargewicht von 50 000 bis 10 000 000 hat« .

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ORIGINAL INSPECTED

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6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Brennstoff Benzin, Methanol, Kerosin, Dieselöl, Heizöl oder Turbinenbrennstoff ist.

7« Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Brennstoff ein Nr. 2 Destillat oder ein Nr. 6 Rückstandsbrennstoff ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Polymere mindestens eines der Polymeren Polyisobutylen, PoIy-(1-buten), Poly(alpha-olefin), ein Äthylen-Propylen-Copolymeres, ein Äthylen-Propylen-Dien-Terpolymeres, ein Styrol-Butadien-Copolymeres oder ein,Styrol-Isopren-Co-_ polymeres oder eines ihrer hydrierten Analogen, Polybutadien, Polyisopren, ein alkyliertes Polystyrol oder ein Copolymeres eines alkylierten Styrole, ataktisches Polypropylen, Polyäthylen von niedriger Dichte, ein PoIy-(meth)acrylat oder ein Copolymeres von einem Methacrylat oder ein Polymeres oder Copolymeres eines Fumarate ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß das Polymere ein Äthylen-Propylen-Copolymeres mit einem Molekulargewicht von 50 000 bis

1 000 000 ist.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß das Polymere ein Polymethacrylat mit 1 bis 24 Kohlenstoffatomen in der Estergruppe ist.

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