DE2800117A1

DE2800117A1 - Verfahren zum abtrennen von feststoffteilchen und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2800117A1
Application number: DE19782800117
Authority: DE
Inventors: H Lawrence Goldstein; Henry Shaw
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1977-01-11
Filing date: 1978-01-03
Publication date: 1978-07-13
Also published as: CA1103024A; IT1090299B; FR2392722A1; FR2392722B1; US4170447A; GB1597387A; JPS5388278A

Description

Unsere Nr. 21 ^93 Pr/br

Exxon Reeearch and Engineering Company Linden, N.J., V.St.A.

Verfahren zum Abtrennen von Peststoffteilchen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtrenne/? von in einem Gasstrom eingeschlossenen Feststoffteilchen und eine Vorrichtung zur Bewirkung dieser Abtrennung. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Abtrennen von Feststoffteilchen von einem Gasstrom, worin ein Magnetseparator verwendet wird, und den Magnetseparator.

Es ist bekannt, daß die Emission von Feststoffteilchen in die Atmosphäre eine Gefahr sowohl für tierisches als auch pflanzliches Leben, dqs sich in der Umgebung befindet, darstellt. In diesem Zusammenhang darf darauf hingewiesen werden, daß die Emission von Feststoffteilchen in die Atmosphäre im allgemeinen aus der Verbrennung von kohlehaltigen Brennstoffen wie Kohle oder öl während der Herstellung von Elektrizität und in verschiedenartigen chemischen Betrieben resultiert. Derartige Emissionen erfolgen außerdem während des Zerkleinere von Steinen und in verschiedenartigen Sand- und Kiesbetrieben. Derartige Emissionen erfolgen außerdem in verschiedenartigen landwirtschaftlichen Betrieben, wie bei Getreidehebern, Nahrungsmittelmühlen oder Baumwollspinnereien. Die Emission von Feststoffteilchen in die Atmosphäre erfolgt außerdem während verschiedenartiger Bergbau- und Metallbearbeitungsverfahren wie beim Abbau von Eisenerz und der Herstellung von Stahl, dem Abbau und der Herstellung von Kupfer und bei der Herstellung von Aluminium. Derartige Emissionen erfolgen außerdem während der Herstellung

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verschiedenartiger Düngemittel und dem Abbau und der Bearbeitung von Phosphatgestein, während der Herstellung und der Verwendung von Asphalt, beim Reinigen von Kohle und bei der Herstellung von Ruß. Die tatsächliche Wirkung sowohl auf tierisches als auch auf pflanzliches Leben eines bestimmten Peststoffs hängt selbstverständlich von verschiedenen Faktoren ab wie von den chemischen und physikalischen Eigenschaften des Feetstoffs und des jeweiligen tierischen oder pflanzlichen Lebens, welches dadurch beeinträchtigt wird.

Bisher wurden mehrere Methoden und damit zusammenhängende Apparaturen zum Zwecke der Abtrennung von Feststoffen aus verschiedenen Gasströmen vorgeschlagen, um ihre Emission in die Atmosphäre zu verhindern. Die wichtigeren Methoden sind Filtration, Anprall, Sedimentation, elektrostatische Ausfällung, thermische Ausfällung und Zentrifugierung. Magnetseparatoren wurden zwar ebenfalls vorgeschlagen, jedoch fanden sie begrenzte Anwendung für den Zweck der Abtrennung von Feststoffteilchen aus einem Gasstrom.

Im allgemeinen wurde jede dieser Methoden mit einem gewissen Grad an Erfolg angewandt. Jedes dieser bisher vorgeschlagenen Verfahren besitzt jedoch gewisse Nachteile und keine dieser bisher vorgeschlagenen Methoden war bisher besonders wirksam zum Abtrennen von submikronen Feststoffteilchen,von denen man heute weiß, daß sie die größte Bedrohung der Gesundheit und des Wohlergehens der Umgebung darstellen, insbesondere bei ziemlichem Druckabfall oder anderen Betriebsbedingungen. Beispielsweise kann die Filtration angewandt werden, um die Abtrennung von Feststoff mit relativ kleiner Teilchengröße zu bewirken. Jedoch erhöht sich der Druckabfall, der erforderlich ist, um das Medium durch das Filter zu führen, rapide, in dem Maß, in dem sich die Porengröße des Filters verkleinert. Außerdem, selbst wenn angemessener Druckabfall am Anfang angewandt werden kann, erhöht sich der erforderliche Druckabfall bedeutend, wenn sich

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die Menge an abgeschiedenen Feststoffen erhöht. Anprallvorrichtungen sind dagegen im allgemeinen nicht wirksam zum Abtrennen von Feststoffteilchen mit einer Teilchengröße von unter 2 u, außer wenn der Gasstrom, der diese Teilchen befördert, mit einer sehr hohen Geschwindigkeit strömt. Gleicherweise sind Sedimentationsmethoden nicht allgemein für die Abtrennung von Teilchen unter etwa 5 M Durchmesser geeignet. Elektrostatisches Ausfällen ist dagegen wirksam für die Abtrennung von Teilchen von nur 0,01 η Größe, jedoch sind Spannungsunterschiede zwischen etwa 12 000 und 30 000 Volt erforderlich, um auf diese Weise die Abtrennung zu bewirken. Thermische Ausfällung trennt seltr.tverständlich Teilchen, die nur 0,001 u groß sind, ab, jedoch sind hier Temperaturgradienten von 3 0 D°C/cm oft erforderlich. Cyclone sind andererseits nicht allgemein wirksam für die Abtrennung von Teilchen kleiner als etwa 5 u.

Wie bereits vorstehend angegeben, wurden Magnetseparatoren bereits vorgeschlagen. Bis heute fanden jedoch diese Separatoren keine weit verbreitete Anwendung, teils aufgrund ihrer schlechten Leistungsfähigkeit im submikronen Bereich und teils weil andere Abtrennvorrichtungen in Kombination damit verwendet werden müssen. In diesem Zusammenhang darf darauf hingewiesen werden, daß Magnetfilter bereits schon vorgeschlagen wurden, daß jedoch diese Vorrichtungen die gleichen Nachteile aufweisen wie sie bereits vorstehend mit Bezug auf Filtration im allgemeinen angegeben wurden. Auch die Verwendung von Permanentmagneten, um magnetische Feststoffteilchen anzuziehen oder abzutrennen, wurde schon vorgeschlagen. Jedoch ist die Verwendung in Kombination mit anderen Vorrichtungen zum Abtrennen nichtmagnetischer Feststoffteilchen allgemein erforderlich. Außerdem sind Permanentmagnete bezüglich ihrer Flexibilität begrenzt,und bedeutende Vorrichtungsveränderungen könnten erforderlich sein, wenn Materialien mit einem bedeutend unterschiedlichen magnetischen Moment abzutrennen wären.

Im Hinblick auf die vorstehenden Ausführungen dürfte der Bedarf an einem verbesserten Peststoffteilchenseparator, der verwendet werden könnte, um die Abtrennung von submikronen Feststoffteilchen zu bewirken, ohne übermäßigen Druckabfall oder extrem hohe Gasgeschwindigkeiten zu erfordern, klar ersichtlich sein. Gleichermaßen dürfte der Bedarf an einem Magnetseparator, der fähig ist, submikrone Teilchen abzutrennen und der eine höhere Flexibilität bezüglich seiner Fähigkeit, Feststoffteilchen mit verschiedenen magnetischen Momenten abzutrennen, bietet, klar ersichtlich sein.

Es wurde nun gefunden, daß die vorstehenden und andere Nachteile von bisherigen Feststoffteilchen-Separatormethoden und Apparaturen vermieden werden können durch das erfindungsgemäße Verfahren und mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und daß ein verbessertes Verfahren zum Abtrennen von Feststoffteilchen aus einem Gasstrom und ein verbesserter Magnetseparator dadurch bereitgestellt werden.

Aufgabe der Erfindung war es somit, ein verbessertes Verfahren zum Abtrennen von Feststoffteilchen aus einem Gasstrom bereitzustellen, das zur Bewirkung der Abtrennung keinen hohen Druckabfall, keine hohen Geschwindigkeiten bei der Abtrennung von submikronen Teilchen und kein hohes elektrisches Potential erfordert.

Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Magnetseparator bereitzustellen, der kontinuierlich zur Bewirkung der Abtrennung von Feststoffteilchen aus einem Gasstrom verwendet werden kann und mit dem Feststoffteilchen, die unterschiedliche magnetische Momente aufweisen, abgetrennt werden können.

Und schließlich ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren, durch das nichtmagnetische Teilchen magnetisch gemacht werden,

so daß dieselben mit dem Magnetseparator abgetrennt werden können, und ein Verfahren zum Abtrennen nichtmagnetischer Teilchen, die durch dieses Verfahren magnetisch gemacht wurden, bereitzustellen.

Erfindungsgemäß läßt sich die erste Aufgabe dadurch lösen, daß man einen Gasstrom, der Feststoffteilchen eingeschlossen enthält, die magnetisch sind, durch ein Magnetfeld führt, das angelegt wurde und das stark genug ist, um die Abtrennung von submikronen Teilchen zu gestatten. Wie nachstehend genauer erläutert wird, kann die magnetische Abtrennung in Kombination mit anderen Abtrennmaßnahmen angewandt werden. Wie ebenfalls nachstehend genauer erläutert wird, kann das Verfahren dieser Ausführungsform der Erfindung kontinuierlich betrieben werden, wenn eine Vielzahl an Elektromagneten verwendet wird, um das Magnetfeld aufzubauen,und wenn einer oder mehrere dieser Elektromagneten intermittierend betrieben wird. Diese Aufgabe läßt sich ferner unter Verwendung eines Magnetseparators, der eine Vielzahl von Elektromagneten enthält, lösen. Ferner läßt sich diese Aufgabe dadurch lösen, daß man ein Material zusetzt, das den nichtmagnetischen Teilchen ein magnetisches Moment verleiht, oder das magnetische Moment von schwachmagnetischen Teilchen an irgendeinem Punkt in einer Verfahrensstufe erhöht und danach diese Teilchen von dieser Verfahrensstufe durch ein Magnetfeld führt. Wie nachstehend genauer erläutert wird, kann das Verfahren dieser Ausführungsform in Kombination mit anderen üblichen Abtrennmaßnahraen durchgeführt werden.

Figur i ist ein Aufriß mit weggeschnittenen Teilchen, wobei gewisse Einzelheiten zum Zwecke der Klarheit weggelassen warden, eines Teils eines Abzugskamins mit einem Magnetseparator;

Figur 2 ist ein horizontaler Querschnitt des Magnetseparators der Figur 1;

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Figur 3 ist ein vertikaler Querschnitt des Magnetseparators
der Figur 1;

Figur 4 ist ein Querschnitt, der die Verwendung eines Magnetseparators in Kombination mit einer üblicheren Filtervorrichtung veranschaulicht j

Figur 5 ist ein Querschnitt eines Boilers mit einem Magnetseparator, der im Abgasstrom installiert ist;

Figur 6 ist ein Aufriß mit weggeschnittenen Teilen, v:oL--i gewisse Einzelheiten zum Zwecke der Klarheit weggelassen wurden, eines Teils eines Abzugskamins mit einem Magnetseparator;

Figur 7 ist ein Querschnitt eines Magnetseparators, der eine Anordnung von Elementen zeigt, die in einem Separator wie er in den Figuren 1 und 6 veranschaulicht wird verwendet werden können;

Figur 8 ist ein Querschnitt eines Magnetseparators, der eine andere Anordnung von Elementen zeigt, die in einem Separator verwendet werden können, wie er in den Figuren 1 und *J veranschaulicht wird;

Figur 9 ist ein Querschnitt eines Magnetseparators, der noch eine andere Anordnung von Elementen zeigt, die in einem Separator wie er in den Figuren 1 und 7 veranschaulicht wird verwendet werden kann und

Figur 10 ist eine graphische Darstellung, in der die Sammeloder Abtrennleistung für verschiedene Teilchen und/oder magnetische Feldstärken gezeigt werden.

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Wie bereits vorstehend angegeben, betriftt die Erfindung ein Verfahren zum Abtrennen von Peststoffteilchen aus einem Gasstrom, worin magnetische Abtrennvorrichtungen verwendet werden, die tatsächlich verwendete magnetische Abtrennvorrichtung und ein Verfahren zum entweder Erhöhen des magnetischen Momentes eines teilchenförmigen Feststoffes oder zum Magnetischmachen des teilchenförmigen Peststoffs. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich leicht für die Abtrennung jedes teilchenförmigen Stoffes anwenden, dßf durch magnetische Maßnahmen abgetrennt werden kann, wozu teilchenförmige Stoffe gehören, die von Naturjaus magnetische^ Anziehung unterliegen oder die mit solchen feilchen kombiniert werden können,die einen teilchenförmigen Stoff ergeben , der Gegenstand magnetischer Anziehung wird.

Im allgemeinen kann somit das erfindungsgemäße Verfahren zum Abtrennen von teilchenförmigen! Stoff verwendet werden, der während verschiedener Förder- und Metallverarbeitungsbetriebe wie bei der Förderung von Eisenerz, Nickel oder Kobalt und bei der anschließenden Aufarbeitung dieser Erze,um verschiedene Metalle und/oder Metallverbindungen zu erzielenj entsteht. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich außerdem leicht für die Abtrennung von teilchenförmigen! Stoff anwenden, di?f bei verschiedenen Bearbeitungsbetrieben hergestellt wurde.» Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich somit auf die Abtrennung von Teilchen anwenden, die ein magnetisches Moment von mindestens etwa 1 χ 10 ³ E.M.E./cm aufweisen, ohne Verwendung zusätzlicher Stufen, die das magnetische Moment vergrößern würden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch am wirksamsten für die Abtrennung von Teilchen mit einem magnetischen Moment von mindestens etwa 5 χ 10 E.M.E./ort? und wird vorzugsweise zum Abtrennen von Teilchen mit einem magnetischen Moment von mindestens 1 χ 10 E.M.E./cm^ angewandt, ohne Anwendung derartiger zusätzlicher Stufen.

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Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner zum Abtrennen von Teilchen verwendet werden, die gegenüber magnetischer Anziehung empfindlich gemacht werden können. In dieser Ausführungsform werden die Teilchen im allgemeinen dadurch magnetisch gemacht, daß man ein Material zusetzt, das selbst magnetischer Anziehung unterliegt, oder ein Vorläufer einer solchen Verbindung ist, an irgend einem Punkt des Verfahren bevor die Feststoffteilchen

entstehen. Dies erfolgt leicht in Verfahren, wo die Teilchen sich als Ergebnis eines Hochtemperaturbetriebes bilden, wie eine Verbrennung oder eine Pyrolyse. Das Verfahren dieser Ausführungsform ist jedoch auch anwendbar auf die Abtrennung von Teilchen, die aus einer chemischen Reaktion stammen, insbesondere einer solchen, die in einem flüssigen Medium durchgefünrt wird, wie ein Lösungsmittel oder ein Verdünnungsmittel / wobei das metallische Material oder ein Vorläufer davon dem flüssigen Medium zugesetzt wird. Das magnetische Material würde sich dann mit den Teilchen verbinden, wenn das Produkt vom flüssigen Medium abgetrennt wird. Gleicherweise könnte das erfindungsgemäße Verfahren dazu verwendet werden, um zu irgendeinem Zeitpunkt, an dem das teilchenförmige Material in einem flüssigen Medium getragen wird, entweder das magnetische Moment der Feststoffteilchen zu verbessern oder dieselben zum Gegenstand magnetischer Anziehung zu machen, so daß das magnetische Material oder ein Vorläufer davon in der Flüssigkeit gelöst werden kann, so daß dasselbe sich mit dem teilchenförmigen Feststoff verbindet bzw. zusammentut, wenn das flüssige Material davon abgetrennt wird. Das Verfahren dieser Ausführungsform kann außerdem zum Abtrennen von teilchenförmigen Stoffen von allgemeinen Feststoffbeferieben verwendet werden, wenn und falls ein magnetisches Material mit dem Feststoff kombiniert werden kann, so daß der Gesamtfeststoff ein magnetisches Moment von über etwa 1 χ 10 E.M.E./cm , vorzugsweise ein magnetisches Moment von etwa 5 x 10 E.M.E./cm-* und besonders bevorzugt ein magnetisches Moment von über etwa 1 χ 10"² E.M.E./cm⁵ aufweist.

Im allgemeinen ist das errindungsgemäße Verfahren wirksam zum Abtrennen von Peststoffteilchen im Größenbereich von etwa 100 bis etwa 0,01 u, die in einem Gasstrom innerhalb des Separators mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,5 bis etwa 5 m/Sek. getragen werden. Die erforderliche Stärke des Magnetfeldes hängt vom magnetischen Moment der Teilchen ab, die man abzutrennen beabsichtigt, und insbesondere vom magnetischen Moment der kleinsten abzutrennenden Teilchen. Die Länge oder Größe des Magnetfeldes hängt andererseits von der Gasgeschwindigkeit ab und von der maximalen Entfernung, die die Teilchen zurücklegen müssen, bevor sie mit einem Magnet in Kontakt kommen. Aus diesem Grunde ist das erfindungsgemäße Verfahren am wirksamsten, wenn die Feststoffteilchen ein magnetisches Moment von mindestens etwa 1 χ 10 E.M.E./cm-' und vorzugsweise mindestens etwa 5 x 10 E.M.E./cnr aufweisen, und in Fällen, wo nur ein einstufiger Separator verwendet wird, ist derselbe am wirksamsten, wenn die Gasgeschwindigkeit unter etwa 2 m/Sek. liegt.

Im allgemeinen kann jede Methode zur Erzeugung des zur Bewirkung einer Abtrennung erforderlichen Magnetfeldes angewandt werden. Andererseits wird kontinuierlicher Betrieb am erfolgreichsten erzielt, wenn das Magnetfeld mit einer Vielzahl von Elektromagneten erzeugt wird, die intermittierend betrieben werden, so daß einer oder mehrere dieser Magneten in Betrieb sind und die Teilchen anziehen, während einer oder mehrere sich außer Betrieb befinden, um die tatsächliche Abtrennung der Teilchen und Entfernung vom Gasstrom zu erleichtern.

Im allgemeinen ist jeder dieser Magnete so konstruiert und wird so betrieben, daß ein Magnetfeld mit einer Stärke von etwa 100 bis etwa 10 000 Gauss an der Quelle erzeugt wird und ist so angeordnet, daß das Minimummagnetfeld an jedem Punkt innerhalb des Gasstromes sich im allgemeinen innerhalb dieses Bereichs befindet. Im allgemeinen erfolgt eine gewisse Abscheidung, wenn ein Feld der angegebenen Stärke über irgendeinen Teil des

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Ströraungsweges des Gasstroms aufrechterhalten wird. Beste Ergebnisse werden jedoch erzielt, wenn/das Feld mindestens eine Gesamtetrecke von mindestens 1,50 m entlang dem Strömungsweg aufrechterhalten wird, wobei eine maximale Abtrennleistung im allgemeinen erreicht wird, wenn die Magneten so abgemessen und so angeordnet sind, daß ein Magnetfeld dieeer Stärke entlang des Strömungsweges des Gasstroms über eine Strecke von etwa 3 bis 9 m aufrechterhalten wird. Wenn größere Abstände für größere Leistung erforderlich sind, kann ein^je Vielzahl von magnetischen Abschnitten vorgesehen sein. Außerdem können selbst innerhalb des angegebenen Abstandes eine Vielzahl von Abschnitten verwendet werden, insbesondere wo höhere Magnetfeldstärken die Verwendung eines einzelnen Magnets entweder unpraktisch oder unmöglich machen.

Im allgemeinen ist die Temperatur, bei der die Abtrennung erfolgt, nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Elektromagnete werden jedoch durch Temperaturen ungünstig beeinflußt. Aus diesem Grund erfolgt die Abtrennung im allgemeinen bei einer Temperatur unter etwa 1 150⁰C oder der Elektromagnet wird zumindest auf geeignete Weise isoliert, um die Anwendung höherer Temperaturen zu gestatten. Gleichermaßen ist der Druck, bei dem die Abtrennung erfolgt, nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

In den meisten Fällen, in denen die Feststoffteilchen nicht durch ein Magnetfeld angezogen werden oder wo das magnetische Moment der Feststoffteilchen zu gering ist, um eine praktische Abtrennung mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zu gestatten, ist es erforderlich, entweder die Teilchen magnetisch zu machen oder deren magnetisches Moment zu erhöhen. Wie bereits ausgeführt, kann dieses durch Zugabe eines Materials erfolgen, das seinerseits magnetisch ist oder das ein Vorläuger eines solchen Materials ist, und zwar in einer solchen Weise, daß dasselbe sich

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mit den nichtmagnetischen Teilchen zusammentut, so daß ein gesamter teilchenförmiger Feststoff entsteht, der Gegenstand magnetischer Anziehung ist und somit mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens abgetrennt werden kann. In Verfahren, in denen die Feststoffteilchen als Ergebnis einer Verbrennung entstehen und insbesondere wo die Feststoffteilchen eines oder mehrere Metalloxide enthalten, wie Vanadiumoxid, V_0 ; Nickeloxid, NiO, oder Kobaltoxid, COpO , kann dies durch Zugabe eines Salzes oder einer ähnlichen Verbindung eines Metalls (das Gegenstand der magnetischen Anziehung ist, wie das entsprechende Metalloxid) zu dem Material oder Materialien, aie zu verbrennen sind, erfolgen. Beispielsweise können, wo die Feststoffteilchen aus der Verbrennung von Kraft- oder Brennöl resultieren, diese Feststoffteilchen durch Zugabe einer organischen oder anorganischen Metallverbindung zu dem öl vor der Verbrennung magnetisch gemacht werden. Zwar ist die Löslichkeit der Metallverbindung in dem Öl nicht kritisch, jedoch ist die Verwendung einer öllöslichen Metallverbindung vorteilhaft. Wo die Verbrennung mit einem festen Brennstoff erfolgt, können andererseits die Feststoffteilchen wiederum magnetisch gemacht werden, indem man die gleichen Materialien dem festen Brennstoff vor der Verbrennung zusetzt. Die maximale Wirksamkeit wird erzielt, wenn der feste Brennstoff als solcher feinteilig ist vor der Verbrennung, um das Vermischen des magnetischen Materials oder dessen Vorläufer zu erleichtern. Ein solches V ermischen ist jedoch erfindungsgemäß nicht wesentlich, obgleich bedeutend bessere Ergebnisse erzielt werden können und nach dem Vermischen eines geeigneten Salzes mit Kohle, Kohlenstoff oder anderen festen Brennstoffen selbst auf Basis grobkörniger Stoffe magnetische Abtrennung tatsächlich wirkaam erfolgen kann.

Wenn eine geeignete Metallverbindung dem Brennstoff vor der Verbrennung zugesetzt wird, wird die Metallverbindung im allgemeinen zum entsprechenden Oxid während der Verbrennung umgewan-

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delt, obgleich andere Metallformen funktionieren würden. Daraus folgt, daß es für die vorliegende Erfindung wesentlich ist, daß der Metallteil der Metallverbindung in einer Wertigkeit vorliegt, die magnetischer Anziehung unterliegt, wenn dieselbe in das entsprechende Oxid umgewandelt wird. Außerdem ist es erfindungsgemäß wichtig, daß das entsprechende Oxid ein magnetisches Moment über etwa 5 x 10 E.M.E./cnr und vorzugsweise größer als etwa 1 χ 10 E.M.E./cnr aufweist, so daß das magnetische Moment der dabei entstehenden Gesamtfeststoffteilchen immernoch die vorstehend angegebenen Grenzen übersteigt.

i-.eni. ^. ,.-ό er findungs gemäße Verfahren zum Abtrennen von Feststoffteilchen angewandt wird, die bei einem Betrieb mit relativ niedriger Temperatur erzeugt wurden, wird die gleiche Technik angewendet j um den Gesamtfeststoffteilchengehalt magnetisch abtrennbar zu machen oder um deren magnetisches Moment zu erhöhen. Oft jedoch sind unterschiedliche Vorläufer erforderlich, da unterschiedliche chemische Reaktionen stattfinden können und in einigen Fällen ist es zumindest erforderlich, ein magnetisches Materia}, direkt dem Reaktionsmedium oder anderen Quellen der Feststoffteilchen zuzusetzen, wo anschließende Behandlungsoder Handhabungsbedingungen nicht in der Umwandlung eines Vorläufers in die magnetische Form resultieren. Eine derartige Zugabe könnte erfolgen durch Zugabe eines relativ feinteiligen magnetischen Materials in fester Form an irgendeinem Punkt während des Betriebes oder der Handhabung, solange dieselbe vor der Abtrennstufe erfolgt.

Im allgemeinen kann jede Verbindung, die dafür bekannt ist,

• einer magnetischen Abtrennung oder Anziehung unterworfen zu sein und ein magnetisches Moment in den vorstehend angegebenen Bereichen aufweist, dazu verwendet werden, einen sonst nicht magnetischen Feststoff magnetisch anziehend zu machen oder dessen magnetisches Moment zu erhöhen. Zu solchen Materialien

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gehören Eisen, Kobalt und Nickel, Metalloxide wie Ferrioxid, Nickeloxid, Kobaltoxid und Ferrite mit der chemischen Struktur Μ'Μ'^Ο^, worin M¹ ein zweiwertiges Metallion und M" ein drei-

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wertiges Metallion ist wie Fe . Gleichermaßen kann, wenn ein Vorläufer von einem dieser Materialien zu verwenden ist, im wesentlichen jede Verbindung verwendet werden, die während der anschließenden Behandlung zu einem oder mehreren der vorstehend genannten Materialien umgewandelt wird. Beispielsweise kann bei Verbrennungen oder anderen Hochtemperaturbetrieben, wo Sauerstoff vorhanden ist, jedes Salz mit der entsprechenden Wertigkeit, das in das Oxid oder in das Ferrit umgewandelt werden kann, dem Brennstoff oder anderen zu behandelnden Materialien bei der hohen Temperatur zugesetzt werden. Bezüglich des Verbrennungsbetriebes vermutet man, daß das entsprechende Oxid sich mit anderen Metalloxiden zusammentut, die als Verunreinigungen im Brennstoff vorhanden sind, um Spinel (oder Ferrit)-Strukturen zu bilden, die ihrerseits magnetischer Anziehung unterworfen sind. Außerdem fand man bei Verbrennungsvorgängen, daß die gesamten erzeugten Feststoffteilchen magnetischer Anziehung unterworfen sind, obgleich die magnetische Verbindung, die tatsächlich zugesetzt oder erzeugt wurde, sowie jede sich bildende spinelartige Struktur nur einen geringen Anteil der Gesamtfeststoffteilchen darstellen. .

In denjenigen Verfahren, in denen die Feststoffteilchen, die sonst in die Atmosphäre emittieren würden, sich als Ergebnis einer Ausfällung bilden, vermutet man, daß sich die magnetische Komponente an die Feststoffteilchen entweder als ein Copräzipi- tant anlagert oder, wenn die magnetische Komponente als Feststoff vorhanden ist, als Keim für die Ausfällung. In jedem Falle sollten die dabei entstehenden Feststoffteilchen ein magnetisches Moment aufweisen und sollten nach dem erfindungsgemäß en Verfahren magnetisch abtrennbar sein. In denjenigen Fällen,

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in denen die gemeinsame Ausfällung oder die Verwendung einer magnetischen Komponente als Keim für die Ausfällung nicht möglich sind, ist es wesentlich, daß die magnetische Komponente mindestens mit einem Teil der Feststoffteilchen verbunden ist, entweder chemisch wie durch die Bildung eines Komplexes oder physikalisch, bevor der Gesamtfeststoffteilchengehalt magnetischer Anziehung unterliegt. Fälle, worin eine solche Bindung möglich ist, sind dem Fachmann bekannt, so daß die Einfügung einer ausführlichen Liste hier nicht erforderlich ist. Es dürfte im vorliegenden ausreichen, lediglich darauf hinzuweisen, daß chemische Bindung bewirkt werden kann, wo die Feststoffteilchen Flugasche sind und das Material, das zur Erleichterung der magnetischen Abtrennung zugesetzt wird, Eisencarbonyl, Eisennaphthenat, Nickelacetylacetonat oder Kobaltnaphthenat ist. Gleichermaßen kann physikalische Bindung erzielt werden, wo die Feststoffteilchen Flugasche und das Material, das zur Erleichterung der magnetischen Abtrennung zugesetzt wird, Fe,O₁,, NiFe₂O₁, oder Eisencarbonyl sind. In jedem Falle wird das erfindungsgemäße Verfahren normalerweise nicht angewandt, wo die Gegenwart des Materials, das zur Erleichterung der magnetischen Anziehung zugesetzt wird, oder ein Vorläufer davon in den zu gewinnenden Produkten unerwünscht sind. Während ein Teil dieses Materials in die Feststoffteilchen, die andererseits in die Atmosphäre emittieren würden, eingeschlossen wäre, würde der Rest in den zu gewinnenden Produkten eingeschlossen sein.

In jeder dieser Ausführungsformen, d.h. wo Feststoffteilchen

selbst magnetischer Anziehungskraft unterliegen . oder magnetisch gemacht wurden, wird der Gasstrom, in dem sie eingeschlossen sind, durch einen Magnetseprator geführt. Wie vorstehend angegeben, enthält der Separator eine Vielzahl von Elektromagneten und jede Anzahl solcher Separatoren kann entweder in paralleler oder in Serienanordnung verwendet werden. Im allge-

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meinen strömt das Gas mit den eingeschlossenen Peststoffteilchen durch den Separator oder Serien von Separatoren mit einer Gasgeschwindigkeit zwischen etwa 0,5 bis etwa 5,0 m/Sek., wobei die Peststoffteilchen einem magnetischen Feld ausgesetzt sind mit einer Mindeststärke von etwa 100 bis etwa 10 000 Gauss. Während des Betriebes des Separators werden die Feststoffteilchen vom Magnetfeld angezogen, vom Hauptgasstrom abgezogen und schließlich aus demselben entfernt, wenn der Stromfluß durch den Elektromagneten unterbrochen wird. Während dieser Abzugsstufe können einer oder mehrere Elektromagneten weiter betrieben werden, wodurch das Minimummagnetfeld aufrechterhalten wird, das erforderlich ist, um die Abtrennung zu erleichtern.

Wie ebenfalls vorstehend bemerkt, kann der erfindungsgemäße Magnetseparator in Kombination mit anderen Abtrennvorrichtungen verwendet werden, wobei derselbe besonders wirksam ist, wenn er in Kombination mit Filtertüten wie Nomex verwendet wird. Wenn diese Betriebsweise angewendet wird, werden die Elektromagneten im allgemeinen um die Peripherie einer Filtertüte angeordnet ι und ferromagnetische Fasern werden innerhalb dieser Tüten angeordnet. In denjenigen Fällen, in denen der Druckabfall durch die Tüten den maximalen erwünschten Druckabfall in einem speziellen Abtrennverfahren übersteigt , kann die Abtrennung der Feststoffteilchen dadurch erleichtert werden, daß man einen oder mehrere Elektromagnete abdreht, so daß die Feststoffteilchen auf den Boden der Tüte fallen. Durch geeignete Vorrichtungstechniken können die Peststoffe, welche herunterfallen, so entfernt werden, daß ein Mxndestdruckabfall durch den Separator aufrechterhalten wird. Außerdem können wegen der erhöhten Abtrennung aufgrund des Magnetfeldes die Tüten mit größeren öffnungen ausgestattet werden, um einen großen Druckabfall zu vermeiden.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen genauer erläutert.

In den Figuren 1 b^is 3 werden ein Teil eines Abzugskamins, der einen erfindungsgemäßen Magnetseparator enthält und der Magnetseparator veranschaulicht. Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, strömt das Abgas durch das Kaminrohr 101 in der Richtung, wie sie allgemein durch Pfeile A und B angegeben ist, und strömt durch den Magnetseparator 102. Der Magnetseparator enthält eine Vielzahl von Elektromagneten 103-103, eine Vielzahl von magnetisierbaren Stäben 104-104, die am beuten in den Figuren 2 und 3 veransch aulicht sind, eine Vielzahl von Rohren 105-105 und 106-106 zum Abziehen der Feststoffteilchen, die sich vom Gasstrom abgetrennt haben. In der gezeigten Ausführungsform enthält der Magnetsepacator außerdem ein Gehäuse 107. Jedoch ist ein spezielles Gehäuse weder für das Verfahren noch für die Apparatur der Erfindung wesentlich und die Vielzahl an magnetisierbaren Stäben könnte einfach in einen vorhandenen Abzugskamin eingeführt und darin befestigt werden. Jedoch erleichtert das Gehäuse die Abtrennung,und, wenn dasselbe nicht verwendet wird, ist es erforderlich, andere geeignete Abzugsrohre zu installieren.

Wie am besten aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich ist, besitzt jaäes der magnetisierbaren Stäbe eine zylindrische Form und kann einen Durchmesser von etwa 0,012 bis etwa 1,2 cm aufweisen. Wie ebenfalls aus den Figuren ersichtlich ist, sind die Elektromagnete innerhalb der Peripherie des Abzugskamins angeordnet. Im allgemeinen sind in der dargestellten Ausführungeform die nächsten magnetisierbaren Stäbe durch einen Abstand von etwa 0,02 bis 5 cm voneinander getrennt. Die Anzahl an tatsächlich verwendeten Elektromagneten ist erfindungsgemäß nicht kritisch, und diese tatsächliche Anzahl hängt von der Stärke des tatsächlich erforderlichen Magnetfeldes und von der Stärke ab, die von jedem der verwendeten Elektromagneten erzeugt werden kann.

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Während des Betriebes wird ein elektrischer Strom durch einen oder mehrere dieser Elektromagneten, die um die Peripherie des Kamins angeordnet sind, geleitet, wodurch ein Magnetfeld entlang der Länge der magnetisierbaren Stäbe im Inneren des Kamins induziert wird. Der Gasstrom, der die magnetischen Teilchen eingeschlossen hat, wird im allgemeinen nach oben in der durch die Pfeile A und B veranschaulichten Richtung geführt, so daß der Strom durch oder um eine Vielzahl von Stäben fließt. Wenn der Gasstrom und die eingeschlossenen Feststoffe um oder durch die magnetisierbaren Stäbe strömt, werden die Feststoffteilchen durch die sich in Betrieb befindlichen Stäbe angezogen oder zu denselben hingezogen und haften daran, bis der Stromfluß zu den Elektromagneten unterbrochen wird. Die Menge an Teilchen, die tatsächlich an den magnetisieren Stäben haftet, erhöht sich immer mehr , wenn das Gas mit dem eingeschlossenen Feststoff

weiter . um oder durch die Magnetseparatoren strömt. Eine gewisse Menge an nichtmagnetische» Feststofftexlchenmaterial wird vom magnetischen Material eingeschlossen sein und auf den Stäben gesammelt. Die abgetrennten Teilchen können dann vom Separator abgezogen werden, indem man den Strom durch den Elektromagneten oder die Elektromagneten unterbricht und die Teilchen in das Abzugsrohr IO5-IO5 und/oder IO6-IO6 fallen läßt. Obgleich nicht gezeigt, kann ein Gas-oder Flüssigkeitsstrom in das Abzugsrohr eingeführt werden, um das Abziehen zu erleichtern. Im allgemeinen beeinträchtigt die Menge an Feststoffteilchen, die sich tatsächlich auf den Stäben ablagert, nicht die Stärke des Magnetfeldes.und somit ist die Menge, die sich während des Betriebes ablagern darf, im allgemeinen erfindungsgemäß nicht kritisch«

Im allgemeinen, wie vorstehend bereits ausgeführt, ist die Anzahl der tatsächlich während eines gegebenen Ahtrennzyklus verwendeten magnetieierbaren Stäbe nicht kritisch, solange die selben ein Magnetfeld erzeugen, das stark genug ist, um die

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gewünschte Abtrennung über die Länge des Magnetseparators zu bewirken. Die Stärke des Magnetfeldes kann, wo ein einzelner Draht als Kollektor verwendet wird, für einen gegebenen Magnetseparator, bei gegebenen Feststoffteilchen und einer gegebenen Abtrennleistung durch Berücksichtigung des schwächsten magnetischen Momentes irgendwelcher Feststoffteilchen, der Gasgeschwindigkeit, der Länge des Magnetseparators und der maximalen Strecke, über die ein Teilchen laufen muß, bevor es mit dem Elektromagneten in Kontakt kommt, bestimmt werden. Insbesondere kann die erforderliche Stärke durch folgende Gleichungen bestimmt werden:

(1) E= (R /a)²-l+/Ö,955(sin«S) {A/a)-(«5/3O) (R„/a) 7 (R /a)

/0,2757 (A/a)²-l7

worin die Symbole folgende Bedeutung haben:

E = Abtrennleistung

R_c = Auffangradius

a = Radius des Elektromagneten (Draht) 6 - Verdrängungswinkel und

A = Abstand zwischen benachbarten Elektromagneten;

(2) (R_c/a)⁶ = 1 + (2/3) (X \²/ μοη) (R_p/a)²(H/V)

worin die Symbole folgende Bedeutung haben:

X = Empfindlichkeit (dimensionslos)j

M₀ = Magnetisierung:

,uo = Durchlässigkeit;

η = Fluidviskosität;

R = Teilchenradius;

a = Drahtradius;

H = Drahtlänge;

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R_c = Auffangradius und

V = Fließgeschwindigkeit.

(3) H_a = H_o + d M_s

worin die Symbole folgende Bedeutung haben:

H_a = angelegte Feldintensität;

H₀ = tatsächliche Feldintensität und

dM_ß = Entmagnetisierungs-Korrekturfaktor.

Nachdem die minimale erforderliche Feldstärke bestimmt worden ist, kann die Anzahl an magnetisierbaren Stäben oder Drähten, die erforderlich ist, um dieses Feld zu bilden, leicht aus den Konstruktions- oder Anordnungsparametern bestimmt werden. Nachdem die tatsächliche erforderliche Anzahl bestimmt worden ist, ist im allgemeinen die jeweilige Kombination, die zur Bewirkung der Abtrennung verwendet wird, nicht kritisch.

Wie bereits vorstehend ausgeführt, kann das erfindungsgemäße Verfahren in Kombination mit anderen Abtrennverfahren wie einer Filtertüte angewandt werden, wobei eine solche Ausführungsform in Figur 4 dargestellt wird. Wie darin gezeigt wird, ist das Hauptabzugsrohr in eine Vielzahl von getrennten Strömen wie 402 und 403 aufgeteilt, um die periodische Entfernung der Feststoffteilchen von den Filtertüten 405 und 406 zu erleichtern.

Während des Betriebes strömt das Gas, das die eingeschlossenen Magnetteilchen enthält, durch das Rohr 401 in einer Richtung, wie sie generell durch die Pfeile angezeigt ist, entweder in das Rohr 402 oder 403. Der Gasstrom fließt dann durch Filtertüte 405 oder 406 und Magnetseparator 407 oder 4O8. Das Gas ohne die eingeschlossenen Feststoffe fließt dann weiter entlang einem Weg, wie er allgemein durch die Pfeile d oder d* angezeigt wird.

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Die Konstruktion der MagnetSeparatoren 407 und 408 kann natürlich identisch mit den vorstehend in den Figuren 1 und 3 gezeigten sein, worin die magnetisiertaren Stäbe 103-103 innerhalb der Filtertüte angeordnet sind und hier nicht nochmal erläutert oder abgehandelt werden brauchen. Nicht gezeigte Vorrichtungen werden zum periodischen Ableiten des Stroms von Rohr 402 zu 403 und dann von 403 zu 402 verwendet, um die periodische Entfernung der Filtertüten 405 und 4O6 zu erleichtern.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Magnetseparator verwendet, um sonst nicht-magnetische Feststoffteilchen abzutrennen, die aus der Verbrennung eines flüssigen Brennstoffs stammen und die durch die Zugabe eines löslichen Salzes oder einer metallorganischen Verbindung von Eisen, Kobalt, Nickel oder Gemischen davon zum öl vor der Verbrennung magnetisch gemacht wurden. Wie vorstehend angegeben, ist es wesentlich, daß der Metallteil des Salzes oder der organometallischen Verbindung eine Wertigkeit von 3 aufweist, wenn dasselbe Eisen ist, eine Wertigkeit von 3, wenn dasselbe Kobalt ist und eine Wertigkeit von 2, wenn dasselbe Nickel ist. Wie ebenfalls vorstehend angegeben, ist der Anionenteil des Salzes oder des Liganden nicht kritisch. Zu den brauchbaren Salzen gehören somit Salze sowohl von schwachen als auch von starken Säuren und Salze sowohl von organischen als auch von anorganischen Säuren.

Im allgemeinen werden die Salze dem öl vor der Verbrennung zugesetzt bei einer Konzentration von etwa 50 bis etwa 1000 ppm (Gewicht), wobei beste Ergebnisse erzielt werden, wenn das Molverhältnis von Metallkomponente im zugesetzten Salz oder im Liganden zu Vanadium im öl, dem sie zugesetzt wurde, innerhalb eines Bereiches von etwa 0,25 bis etwa 2,0 liegt. Wie vorstehend angegeben ,vermutet man, daß der Metallteil, des Salzes,nachdem derselbe während der Verbrennung in das Oxid überführt worden ist, eine spinelartige Struktur mit dem Vanadium bildet, das als

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Verunreinigung im öl vorliegt, wodurch bei der Verbrennung Peststoffteilchen entstehen, die magnetisch sind.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird in Figur 5 dargestellt. Darin wird ein Querschnitt eines ölbeheizten Boilers mit einem Magnetseparator gezeigt, der in den Abgasstrom installiert ist. Wie aus dieser Figur ersichtlich ist, wird öl durch Verteiler 501 zugeführt. Wie leicht ersichtlich ist, kann das öl bereits ein lösliches Salz oder eine Suspension von Fe , Co , Ni oder ein Gemisch solcher Salze in der gewünschten Konzentration enthalten, oder das Salz kann durch Leitung 502 zugesetzt werden. Wenn das Salz unmittelbar vor der Verbrennung zugesetzt wird, wie in der Ausführungsform gezeigt, wird im allgemeinen eine geeignete Mischvorrichtung 503 verwendet. Nach dem Vermischen wird das öl durch die Leitung 5O4* abgezogen und in die Brenner 505-505 durch Beschickungsleitungen 506-506 zugeführt. Das öl wird dann mit einem geeigneten Luft- oder Sauerstoffgemisch verbrannt und ein Verbrennungsabgas, das die eingeschlossenen Feststoffteilchen enthält, bildet sich. Das Abgas und die eingeschlossenen Teilchen strömen dann durch den Energiegewinnungsabschnitt 507-507 zum Boiler 508 in ein Abgaskaminrohr 509. Wenn die Verbrennungsabgase und die eingeschlossenen Teilchen im Abgaskaminrohr 509 sind, strömen sie aufwärts durch den Magnetseparator 510, der in der gezeigten Ausführungsform sich in einem Gehäuse innerhalb des Abgasrohres befindet,und das von den eingeschlossenen Teilchen Wefreite Verbrennungsabgas entweicht durch Rohr 511·

In der bevorzugten Ausführungsform enthält der Magnetseparator eine Anordnung von Einzelstrangdrähten , die in der am meisten bevorzugten Form aus ferromagnetischem Material hergestellt sind und einen Durchmesser von etwa 0,12 bis 0,25 cm aufweisen. Ein solcher Separator ist genauer in den Figuren 6 bis 9 er-

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läutert. In diesen Figuren, insbesondere in Figur 6, enthält der elektromagnetische Separator 601 eine Vielzahl von ferroraagnetischen Drähten 602-602, die sich im allgemeinen vertikal oder entlang des Weges des Gasstromes erstrecken und eine Vielzahl von ferromagnetischen Drähten 603-603, die sich im allgemeinen horizontal oder quer über den Weg des Stromes erstrecken. Im allgemeinen ist die genaue Konfiguration der elektromagnetischen Drahtanordnung nicht kritisch, solange der Zwischenraum zwischen den vertikalen undjhorizontalen Drähten innerhalb des vorstehend angegebenen Bereichs f^& 'Die in Figur 6 gezeigte Konfiguration enthält eine Vielzahl von linearen Drähten, jedoch Können auch andere Konfigurationen verwendet werden. Wie beispielsweise in Figur 7 gezeigt wird, können die horizontalen Drähte 703 in einem Zickzack-Muster angeordnet sein,und dieses Muster kann entweder mit oder ohne vertikale Drähte verwendet werden. Gleichermaßen können, wie in Figur 8 gezeigt wird, sich in den Zwischenräumen von horizontalen Drähten 803-803 lineare Drähte wie Draht 8O3¹ befinden und entweder mit oder ohne sich vertikal erstreckende Drähte verwendet werden. Außerdem können horizontale Drähte 903-903 in einem Rautenmuster angeordnet sein, wie in Figur 9 gezeigt wird. Wenn ein Rautenmuster verwendet wird, wird dasselbe jedoch allgemein in Kombination mit vertikalen Drähten, wie Drähte 902-902, verwendet, wobei die vertikalen Drähte in der Mitte oder in der Nähe der Mitte der Raute angeordnet sind, um die Stärke des Magnetfeldes in diesem Bereich zu erhöhen.

Mit allen diesen Konfigurationen wird das Magnetfeld vorzugsweise auf eine Stracke entlang des Weges des Gasstroms von etwa 3 bis etwa 9 m aufrechterhalten. Außerdem wird eine ausreichende Anzahl an Elektromagneten verwendet, um ein Minimumfeld innerhalb des Separators von mindestens 100 Gauss zu erzeugen. In der in den Figuren 6 bis 9 gezeigten Ausführungsform wird das in

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der

der Anordnung'Ferromagnetdrähte induzierte Magnetfeld durch die Verwendung eines Magnetfeldes erzeugt, das mit entfernten Magneten 604 und 605 in Figur 6, 704, 705 und 70j> wie in Figur 7 gezeigt, 8o4, 805 und 806 wie in Figur 8 gezeigt und 904,

wurde 905 und 906 wie in Figur 9 gezeigt, hergestellte Beim Betrieb wird ein Feststoffteilchen enthaltender Gasstrom, wobei die Feststoffteilchen magnetischer Abtrennung unterliegen, durch Rohr 606 geführt, allgemein in der Richtung, wie sie durch die Pfeile A und B gezeigt wird, und durch einen Magnetseparator 601. Die Feststoffteilchen werden dann von den Drähten,durch die Strom geführt wird, angezogen und bleiben dort, bis c-r· Strom entweder bedeutend reduziert oder unterbrochen wird. In der veranschaulichten Ausführungsform werden die Feststoffteilchen abgezogen, indem man zuerst den Gasstrom durch ein nicht gezeigtes Rohr ableitet, den Strom verringert oder unterbricht und dann die Teilchen durch Leitung 606 abzieht. Ein Ventil 607 ist vorgesehen, um das Abziehen zu erleichtern. Es könnte auch ein Trägergas durch nichtgezeigte Vorrichtungen bereitgestellt werden, um die Entfernung der Feststoffteilchen weiterhin zu erleichtern.

Nachstehendes Beispiel dient der weiteren Erläuterung der Erfindung.

Beispiel

Ferrichlorid wurde einem BrennÖl zugesetzt, das etwa 350 ppm Vanadin enthielt als Verunreinigung in einer Menge, daß 0,25 Mol Fe⁺^ je Mol Vanadin vorlagen. Das Brennöl wurde dann verbrannt, die Feststoffteilchen gewonnen und in drei Fraktionen getrennt, wobei eine Fraktion Feststoffteilchen mit einer Teilchengröße über etwa 1Ou enthielt, eine zweite Fraktion Feststoffteilchen mit einer Größe von etwa 1 bis etwa 10 η und eine Fraktion mit Feststoffteilchen mit einer Teilchengröße von weniger als etwa

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1 u . Das magnetische Moment der baden kleineren Fraktionen wurde dann bestimmt, indem man ein Vibrationsproben-Magnatometer verwendete, wobei die erzielten Werte nachstehend gezeigt werden:

Größe der Fraktion, η magnetisches Moment, E.M.E.

1-10 1,7 x 10"³

el 9,9 χ io"i|

Jede der Feststoffteilchenfraktionen, die als Ergebnis der Verbrennung eines Vanadin als Verunreinigung enthaltenden Brennöles erhalten wurden und denen Ferrichlorid zugesetzt wurde, wurden außerdem einem von einem Permanentmagnet stammenden Magnetfeld ausgesetzt, wobei man feststellte, daß mindestens 98 % der Gesamtfeststoffteilchen vom Magnet angezogen werden konnten. Die Analyse jeder der Fraktionen zeigte außerdem an, daß die Fraktion mit einer Teilchengröße von über 10 11 zu mindestens 75 Gew.-Jf aus Kohle bestand, wobei die Röntgenstrahlenanalyse die Gegenwart sowohl von Ferrivanadinspinel. als auch Ferrinickelspinel anzeigte.

Für Vergleichszwecke wurde eine Probe des gleichen Öles ohne Zugabe von Ferrichlorid verbrannt und die Feststoffteilchen in die gleichen Fraktionen unterteilt. Das magnetische Moment der zwei kleineren Fraktionen wurde ebenfalls unter Erzielung folgender Ergebnisse bestimmt:

Größe der Fraktion, u magnetisches Moment, E.M.E./cm·⁵

1-10 3,4 x 10"⁵

9,5 x 10"⁵

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Dieses Beispiel veranschaulicht deutlich, daß die Peststoffteilchen, die normalerweise als Ergebnis der Verbrennung eines Brennöles erzielt werden, durch die Zugabe eines Ferrisalzes z.B. FerriChlorid magnetisch gemacht werden können und daß die Peststoffteilchen dann von einem Magnet angezogen und folglich dadurch abgetrennt werden können.

Um die Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung weiter zu veranschaulichen, wurde eine Reihe von Berechnungen angestellt, um die relative Sammel- oder Abtrennleistung eines erfindungsgemäßen

Magnetseparators/einer Vielzahl von Stäben, die sich parallel zum Gasstrom erstrecken, für verschiedene Teilchengrößen und Magnetfeldstärken zu bestimmen. Die Ergebnisse dieser Berechnungen, die au.S einer Gasgeschwindigkeit von 1,5 m/Sek. und einer Stablänge von 3 m resultieren, werden in Figur 10 gezeigt. Darin gilt: Kurve 1 für eine Feldstärke von 19 480 Gauss, StabZwischenraum von 1,27 cm und Teilchenerapfindlichkeit von 0,0148 MKS-Einheiten; Kurve 2 für eine Feldstärke von 19 480 Gauss, einen Stabzwischenraum von 2,54 cm und eine Teilchenempfindlichkeit von 0,0148 MKS-Einheiten; Kurve 3 für eine Feldstärke von 19 480 Gauss, einen StabZwischenraum von 1,27 cm und eine Teilchenempfindlichkeit von 0,00296 MKS-Einheiten; Kurve 4 für eine Feldstärke von 19 480 Gauss, einen Stabzwischenraum von 1,27 cm und eine Teilchenempfindlichkeit von 0,0148 MKS-Einheiten, Kurve 5 für eine Feldstärke von 19 480 Gauss, einen StabZwischenraum von 1,27 cm und eine Teilchenempfindlichkeit von 0,0296 MKS-Einheiten und Kurve 6 für eine Feldstärke von 19 480 Gauss, einen StabZwischenraum von 1,27 cm und eine Teilchenempfindlichkeit von 0,148 MKS-Einheiten.

Für: Exxon Research and Engineering Company Linden ,fjti. J JJ V. St.A.

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DrTH. JK Wolff Rechtsanwalt

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Claims

623DR^NKFu1JAMMAINSO 280Ö 1 I? Patentansprüche:

1. Verfahren zum Abtrennen von Peststoffteilchen aus durch Verbrennung von kohlehaltigen Brennstoffen erzeugten Verbrennungsabgasen, dadurch gekennzeichnet daß man

(a) einen Feststoffteilchen enthaltenden kohlehaltigen Brennstoff unter oxidativen Bedingungen mit einem geeigneten Luftoder Sauerstoffgemisch verbrennt, worin der kohlehaltige Brennstoff zusätzlich ein lösliches Salz oder eine Suspension eines Metalls, nämlich Pe , Co , Ni oder ein Gemisch davon, enthält, das während der Verbrennung des Brennstoffs in ein magnetisches Oxid überführt wird und

(b) das die eingeschlossenen Feststoffteilchen und die magnetischen Oxide enthaltende oxidierte Verbrennungsabgas durch mindestens einen Magnetseparator mit einem angelegten Magnetfeld führt, um dadurch die Feststoffteilchen von dem das Verbrennungsgas enthaltender Gasstrom abzutrennen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Gasgeschwindigkeit des Verbrennungsabgases von etwa 0,5 bis etwa 5>0 m/Sek. anwendet.

3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Magnetseparator verwendet, worin das angelegte Magnetfeld etwa 100 bis etwa 10 000 Gauss beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen kohlehaltigen Brennstoff verwendet, worin das lösliche Salz oder die Suspension eines ferromagnetischen Metalls in einer Menge von etwa 50 bis etwa 1000 ppm (Gewicht) des Brennstoffs vorliegt.

809828/0802 cF'GiNAL INSPECTED

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Magnetseparator verwendet, der eine Anordnung von ferromagnetischen Einzelstrangdrähten enthält.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Elektromagnetseparator verwendet, der eine Vielzahl von ferromagnetischen Drähten enthält, die sich im allgemeinen vertikal oder entlang des Weges des Gasstroms erstrecken.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Elektromagnetseparator verwendet, der eine Vielzahl von ferromagnetischen Drähten enthält, die sich generell horizontal oder quer über den Weg des Gasstroms erstrecken.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Elektromagnetseparator verwendet, der eine Vielzahl von ferromagnetischen Drähten enthält, die in einem Zickzack-Muster horizontal über den Weg des Gasstroms angeordnet sind.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem oxidierten verbrannten kohlehaltigen Brennstoff vorliegenden magnetischen Oxide des löslichen Salzes oder der Suspension des Metalls ein magnetisches Moment von über etwa

-2 "5
1 χ 10 E.M.E./cnr aufweisen.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die

vom Magnetfeld im Magnetseparator angezogenen Feststoffteilchen vom Gasstrom abgezogen werden, wenn das angelegte Magnetfeld um den Magnets epa?at or unterbrochen wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß man ein lösliches Salz oder eine Suspension eines Metalls, nämlich Fe , Co , Ni oder ein Gemisch davon,

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dem die Feststoffteilchen enthaltenden kohlehaltigen Brennstoff zusetzt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man die in dem Verbrennungsabgas eingeschlossenen Feststoffteilchen mit einer Größe von etwa lOObis etwa 0,01 u entfernt, wenn die Gasgeschwindigkeit der Verbrennung im Bereich von etwa 0,5 bis etwa 5,0 m/Sek. und das angelegte Magnetfeld im Bereich von etwa 100 bis etwa 10 000 Gauss liegt.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch t-r-kennzeichnet, daß die in dem verbrannten kohlehaltigen Brennstoff vorliegenden magnetischen Oxide des löslichen Salzes oder der Suspension

_2 des Metalls ein magnetisches Moment von über etwa 1 χ 10 E.M.E, /cm"' aufweisen.

14. Feststoffteilchen enthaltendes kohlehaltiges Brennstoffgemisch, das als Additiv ein lösliches Salz oder eine Suspension eines Metalls, nämlich Fe , Co , Ni oder ein Gemisch davon, enthält.

15· Brennstoff zusammensetzung nach Anspruch-Y^, dadurch gekennzeichnet, daß das Additiv in einer Menge von etwa 50 bis etwa 1000 ppm (Gewicht) des Brennstoffs vorliegt.

16. Brennstoffzusammensetzung nach Anspruch Ik, dadurch gekennzeichnet, daß das Additiv Ferrichlorid ist.

17. Verfahren zum Magnetischmachen der Feststoffteilchen in einem verbrannten kohlehaltigen Brennstoff, dadurch gekennzeichnet, daß man dem kohlehaltigen Brennstoff eine wirksame Menge eines Additivs zusetzt, wobei das Additiv ein lösliches Salz oder eine Suspension eines Metalls, nämlich Fe , Co ,

+ 2
Ni oder ein Gemisch davon, ist.

8 0 9 R 7 θ / 0 8 η 2

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Additiv in einer Menge von etwa 50 bis etwa 1000 ppm (Gewicht) des Brennstoffs zugesetzt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß man

als Additiv Ferrichlorid verwendet.

20. Magnetseparator, enthaltend eine Vielzahl von Elektromagneten und Vorrichtungen zum Abziehen von abgetrennten Feststoffteilchen von demselben.

el. wagnetseparator nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Elektromagneten eine Anordnung von ferroraagnetischen Drähten ist.

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