DE2852607A1 - Thixotrope gel-brennstoff-mischung - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. Cu rf" W all a c I

Dipl.-Ing. Günther Koch

** Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 5. Dezember I978

Unser Zeichen: 16 457 - Fk/Ne

Energy and Minerals Research Corporation
Kennett Square, Pennsylvania / USA

Thixotrope Gel-Brennstoff-Mischung

909823/0872

Z8526U7

Pacentenw&lto Dip!.-Ing. Curt Wallach

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Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 5. Dezember 1978

Unser Zeichen: \ß 457 _ Fk/Ne

Energy and Minerals Research Corporation Kennett Square, Pennsylvania / USA

Thixotrope Ge!-Brennstoff-Mischung

Die Erfindung bezieht sich auf eine thixotrope Gel-Brennstoff -Mischung, die zur Verbrennung als Brennstoff In üblichen ölbrennern in Privatwohnungen, In gewerblichen und industriellen Einrichtungen geeignet 1st.

Die Vorkommnisse der letzten Zelt haben die Notwendigkeit unterstrichen, die natürlichen Vorratsquellen so weit wie möglich zu schonen und zwar insbesonderepie schwindenden ölvorräte. Ein Vorschlag zur Behandlung des Energieproblems besteht darin, mehr Kohle und feste Brennstoffe zu verwenden, bis mehr öl oder alternative Energieformen entdeckt und kommerziell entwickelt werden können. Die Verwendung von festen Brennstoffen könnte weiterhin für viele Lander die Abhängigkeit von ausländischem öl verringern. Die meisten privaten, gewerblichen und industriellen Brennstoffverbraucher verfügen jedoch nicht über Ausrüstungen, die derzeit feste Brennstoffe verwenden können. Entsprechend müssen die Ausrüstungen, die im allgemeinen aus Gas- oder ölofen bestehen,

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entweder ersetzt oder umgewandelt werden, damit sie feste Brennstoffe verbrennen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine stabile thixotrope Gel-Brennstoff-Mischung zu schaffen, die in üblichen Arten von ölofen oder ölbrennern verbrannt werden kann, ohne daß sich die Kosten wesentlich erhöhen und ohne daß diese öfen oder ölbrenner durch einen erhöhten Ascheanfall verschmutzt werden.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei der erfindungsgemäßen stabilen thlxotropen Gel-Brennstoff-Mischung ist ein festes brennbares Material in einem flüssigen Brennstoff zusammen mit einem Geliermittel suspendiert, das gleichzeitig als Aschemodlflzierer wirkt.

Die erfindungsgemäße stabile thlxotrope Gel-Brennstoff-Mischung kann in üblichen Arten von ölbrennern verbrannt werden, wie sie beispielsweise in der Literaturstelle "Combustion of Coal-Oil Slurry in a 100 HP firetube Boiler", J.J. Demeter und andere, U.S. Energy Research and Development Administration publication Nr. PERC/ftl-77/8, Mai 1977» ohne daß sich die Kosten wesentlich erhöhen. Die "Library of Congress Congressional Research Service" hat berichtet, daß die bei der Umwandlung eines gasbefeuerten Ofens oder eines ölgefeuerten Ofens in einen Ofen, der derzeit bekannte Kohle-/Ölmlschungen verbrennen kann, auftretenden Kosten ungefähr 1/4 der Kosten betragen würden, die entstehen, wenn ein gasgefeuerter Ofen oder ein ölbefeuerter Ofen durch einen mit festen Brennstoffen befeuerten Ofen ersetzt werden. Es. wird angenommen, daß die Umwandlungskosten für die Verwendung der erfindungsgemäßen Mischung noch geringer sein werden.

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Die erfindungsgemäße Brennstoffmischung weist ein festes brennbares Material in einem flüssigen Brennstoff und einem ein Geliermittel bildenden Aschemodlfizierer ein, so daß eine stabile thixotrope Gel-Brennstoff-Mischung gebildet wird. Die Menge der Wärmeenergie, die unter Verwendung eines vorgegebenen Volumens von erfindungsgemäßen Brennstoffmischungen mit einem hohen Peststoffanteil gewonnen werden kann, dürfte beträchtlich größer sein, als die Wärmemenge, die aus dem gleichen Volumen an flüssigem Brennstoff gewonnen werden kann und zwar deshalb, weil das allgemein dichtere feste brennbare Material eine größere Wärmemenge liefern kann, als der allgemein weniger dichte flüssige Brennstoff. Daher kann durch die Verwendung des in größerem Umfang zur Verfügung stehenden festen brennbaren Materials anstelle desiin geringerem Umfang zur Verfügung stehenden flüssigen Brennstoffs mehr Wärmeenergie erzeugt werden, während gleichzeitig die Vorräte an flüssigen Brennstoffen geschont werden können.

Die in der erfindungsgemäßen thlxotropen Gel^Brennstoff-Mlschung enthaltenen festen brennbaren Teilchen bleiben unbegrenzt suspendiert, so daß das Stabilitäts-r und Absetzproblem bekannter Mischungen beseitigt ist. Es tritt kein Absetzen oder keine Agglomeration der festen brennbaren Materialteilchen auf. Weiterhin besteht keine Notwendigkeit, die bekannte Technik des ultrafeinen Schleifens des festen brennbaren Materials zu verwenden_s die bisher benötigt wurde, um eine Suspension herzustellen, die lediglich für ungefähr 1 Monat stabil war. Das für die Verwendung bei der erfindungsgemäßen Brennstoffmischung bestimmte feste brennbare Material muß.lediglich In der üblichen Weise zerkleinert werden, wie sie auch zur Zerkleinerung von Material verwendet wird, das für Verbrennungszwecke bestimmt ist.

Die erfindungsgemäßen thlxotropen Gel-Brennstoff-Mischungen benötigen keine komplexen Suspendlerungsmlttel wie z.B. Kohlen-

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teer oder oberflächenaktive Materialien, die den Atomisierungsvorgang Im Ofen oder Brenner stören. Vielmehr werden die erfindungsgemäßen Brennstoffmischungen unter Verwendung spezieller ein Gliermlttel bildender Aschemodlfizierer hergestellt, um thixotrope Gele zu bilden, die unmittelbar beim Einspritzen in den Ofen aufbrechen oder sich verflüssigen. Die ein Geliermittel bildenden Aschemodifizierer oder ihre Verbrennungsprodukte modifizieren den Schmelzpunkt der Asche, die bei der Verbrennung der Brennstoffmischung gebildet wird, um die Neigung der Asche zur Verschmutzung der Ofenwände und Wärmetauscher zu verringern oder zu beseitigen.

Weiterhin neigen die erfindungsgemäßen thixotropen Gel-Brennstoff -Mischungen, die unter Verwendung der im folgenden beschriebenen ein Geliermittel bildenden Aschemodifizierer hergestellt sind, wesentlich weniger zu einer Zunahme der Dünnflüssigkeit b<?i steigender Temperatur als bekannte Brennstoffmischungen. Die thixotrope Gelierung ergibt Gele, die den Vorteil einer feststoffartigen Unbeweglichkeit ähnlich wie Fett während der Speicherung und Aufbewahrung sowie beim Transport aufweisen, wobei diese Mischungen jedoch die Fähigkeit aufweisen, durch Scherwirkung dünnflüssig zu werden und eine Viskosität anzunehmen, die der Viskosität des unmodiflzierten flüssigen Brennstoffs angenähert ist,wenn die Brennstoffmischung gepumpt oder zerstäubt wird. Daher können die erfindungsgemäßen thixotropen Gel-Brennstoff-Mischungen unter Verwendung üblicher Ausrüstungen und Verfahren für flüssige Brennstoffe, wie z.B. Heizöl transportiert, geliefert und verwendet werden.

Es wurden in der Vergangenheit viele Versuche gemacht, eine stabile Suspension oder einen Schlamm aus festem brennbarem Material in einem flüssigen brennbaren Material herzustellen, doch hatten alle diese Versuche wenig Erfolg. Die Probleme der Stabilität, des Transports, der Speicherung, der Handhabung und der Verwendung wurden bisher nicht gelöst. Die erfindungsge-

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mäße Brennstoff mischung: beseitigt diese Probleme und unterscheidet sich wesentlich von bekannten Mischungen unter Einschluß der Mischungen, die In den im folgenden erläuterten Patentschriften beschrieben sind, die als nächstkommender Stand der Technik angesehen werden,:

Die US-Patentschrift 2 938 779 beschreibt einen Düsenbrennstoff, der drei Bestandteile aufweist: einen flüssigen Kohlenwasserstoff-Brennstoff, Teilchen aus einem brennbaren Feststoff, der aus der Klasse ausgewählt fet, die aus Aluminium, Magnesium und Kohlenstoff besteht und einen Kohlenruß mit hohem Struktur Index. Es 1st in dieser Patentschrift beschrieben, daß diese Düsenbrennstoff-Mischungen allgemein eine halbflüssige oder gel-artige Struktur aufweisen, bei der die Teilchen des brennbaren Feststoffes gleichförmig mit Hilfe des Strukturrußes über den gesamten flüssigen Kohlenwasserstoffbestandteil suspendiert sind. Es ist weiterhin angegeben, daß diese Brennstoffe eine ausgeprägte strukturelle Stabilität und Gleichförmigkeit über einen weiten Bereich von Temperaturen aufweisen und daß sie Strömungseigenschaften aufweisen, die ihren Transport mit Hilfe von Pumpen, Leitungen usw. ermöglichen. In|dleser Patentschrift findet sich jedoch kein Hinweis darauf,daß die Gele thixotrop sind.

Weiterhin vermag diese Patentschrift keinen Hinweis darauf zu geben, daß diese Düsenbrennstoffmischungen mit üblichen ölbrennern verwendet werden können. Eine Brennstoffmischung, die als Düsenbrennstoff geeignet ist, kann jedoch für die Verwendung für Heizzwecke und für andere gewerbliche und industrielle Zwecke nicht geeignet sein.

Die US-Patentschrift ... 5 414 44j5 beschreibt brennbare Mischungen, die für Notsignale und Notfeuer geeignet sind. Diese Mischungen weisen 30 bis 75 Volumenprozente von fein verteilten festen Brennstoffen mit einer Verbrennungswärme von mehr

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als 9,0 Kcal/ml auf, wobei diese festen Brennstoffe gleichförmig In einem gelierten schmelzbaren festen Brennstoff angeordnet sind. Die festen Brennstoffe schließen fein verteilt te Metallpulver, wie z.B. Bor, Aluminium, Zirkon, Magnesium, Lithium und Metallhydride ein. Die schmelzbaren festenBrennstoffe schließen Paraffinwachs oder Lithiummetall ein, wobei diese Brennstoffe im flüssigen Zustand geliert sind. Einige der in diesem Patent beschriebenen Geliermittel können zum Gelieren der erfindungsgemäßen Brennstoffmischungen verwendet werden. Es ist verständlich, daß die entzündbaren oder brennbaren Mischungen, die in diesem Patent beschrieben sind, nicht zur Verbrennung in ölbrennern geeignet sind. Auf Grund der schmelzbaren festen Brennstoffe in diesen bekannten Mischungen würden sich Probleme bezüglich des Transportes, der Aufbewahrung und Speicherung, der Lieferung und Verwendung ergeben.

Die US-Patentschrift J5 620 698 beschreibt ein mit partieller Oxydation arbeitendes Verfahren zur Erzeugung von Synthesegas aus einem thlxotropen Schlamm. Dieser Schlamm weist ungefähr 10 bis 75 Gewichtsprozente von teilchenförmigen festen kohlenstoffhaltigen Brennstoffen in Wasser oder In einem flüssigen Kohlenwasserstoff-Brennstoff auf, der ungefähr 2 bis 10 Gewichtsprozente an Ruß enthält, der beispielsweise durch partielle Oxydation von Rohöl hergestellt wird. Die partielle Oxydation der Schlämme wird unter Verwendung eines kreisringförmigen Brenners erreicht, bei dem ein oxydierendes Gas oder eine Mischung von oxydierendem Gas und Dampf auf einen eine relativ niedrige Geschwindigkeit aufweisenden Strom des Schlamms auftrifft, wodurch dieser zerstäubt wird und die zerstäubten Teilchen In Gas umgewandelt werden, um Synthesegas zu bilden.

Der Hauptzweck der vorliegenden Erfindung besteht In der Erzeugung von Wärme, die entsteht, wenn die erfindungsgemäßen

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Brennstoffmischungen während des Verbrennungsvorganges In einem üblichen ölbrenner im wesentlichen vollständig oxydiert öder verbrannt werden. Die hierbei gebildeten Verbrennungsprodukte schließen Kohlendioxyd und Wasserdampf und nicht Kohlenmonoxyd und Wasserstoff ein. Die bekannten Mischungen werden in Gas umgewandelt, während die erfindungsgemäßen Brennstoffmischungen verbrannt werden.

Die US-Patentschrift 1 j59O2j52 beschreibt ein Verfahren zur herstellung eines flüssigen Kohle-Ölschlamms, bei dem die Kohle in dem öl pulverisiert ist, um die Brennstoffstabilität zu fördern. Die Stabilität wird weiterhin durch die Hinzufügung von Verteilungsmitteln, wie z.B. Kohlederivaten oder -destillaten oder durch die Hinzufügung von Schutzkolloiden oder Seifen, wie z.B. Kalk-Kolophoniumseife verbessert. Die Stabilisierungsmittel dieser Patentschrift bilden kein thixotropes Gel des Kohle-Öl-Schiamms.

Die US-Patentschrift 1 647 4γΐ beschreibt eine sich nicht absetzende flüssige Suspension oder Emulsion von festem brenn-r baren kohlenstoffhaltigem Material in einem flüssigen Brennstoff. Wahlweise verwendbare Emulgatoren, die die Emulglerung beschleunigen, schließen Seifenlösungen, Gummilösungen oder anderes kolloidales Material ein. Um die beschriebene Emulsion zu bilden, 1st es wesentlich, eine Schlagkreuzmühle zu verwenden, um die Mischung für 1 bis 2 Stunden zu bearbeiten. Auch diese Patentschrift glbtkeinen Hinweis darauf, daß die Emulsion oder Suspension thixotrop 1st.

Die US-Patentschrift 3 095 3^4 beschreibt einen thixotropen Gel-Brennstoff mit einem fein verteilten unlöslichen festen Sauerstoffträger in einem nicht flüchtigen im wesentlichen stoßunempfindlichen flüssigen Brennstoff, der thixotrope Geliermittel .enthält, die mit dem nichtflüchtigen flüssigen Brennstoff kompatibel sinö. Fein verteilte feste Metallpulver können

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-MT-

der Mischung zugesetzt werden, um die Dichte zu vergrößern und die spezifische Antriebsleistung zu vergrößern, was Insbesondere dann wichtig ist, wenn der Brennstoff ein Einzeltreibstoff für Raketen ist. Die erfindungsgemäße Brennstoffmischung ist zur Verwendung in ölbrennern vom Standardtyp bestimmt, die für die Verwendung von Brennstoff ohne Sauerstoff träger in der Brennstoffmischung selbst geeignet sind.

Die US-Patentschrift 3 449 178 beschreibt thixotrope einen flüssigen Sauerstoffträger enthaltende Treibladungsmischungen, die eine Mischung aus einem speziellen Kohlenstoffruß enthalten, der flüssigen Sauerstoffträger-Treibladungsmitteln zugesetzt ist. Dieses Gel weist eine Fließspannung von ungefähr 40 bis

ρ
I50O Dyn pro cm auf und kann oberflächenaktive Mittel oder feste Materialien enthalten, die bei Speichertemperaturen nicht reagieren. Die Mischungen werden durch Scherbearbeitung oder Ultraschalldispersion gebildet. Diese bekannten Mischungen sind zur Verbrennung in üblichen ölbrennern nicht gut geeignet.

Andere Patente, die sich auf Kohle In ülschlämmen beziehen, die Jedoch der Erfindung ferner liegen, sind folgende:

2 397 859, 2 668 757,2 754 267, 3 210 168, 3 539 4o6, 3 613 372,

3 617 095» 3 732 084 und 4 030 894.

Keine der vorstehend diskutierten Patentschriften vermag einen Hinwels auf die erfindungsgemäße Ausgestaltung der thixotropen Gel-Brennstoff-Mischung unter Verwendung von Aschemodifizierern zu geben. Weiterhin gibt keine dieser Patentschriften einen Hinweis darauf, daß die Geliermittel außerdem als Aschemodif izier er ^dienen können.

Die erfindungsgemäßen thixotropen Gel-Brennstoff-Mischungen weisen ungefähr 5 bis ungefähr 75 Volumenprozente eines festen brennbaren Materials, das In einem flüssigen Brennstoff sus-

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pendiert 1st, und einen ein Geliermittel bildenden Aschemodifizierer in einer wirksamen Menge auf, damit (Sie aus dem festen brennbaren. Material und dem flüssigen Brennstoff bestehende Suspension thixotroplsch geliert wird und der Schmelzpunkt der Asche modifiziert wird, die bei der Verbrennung der Mischung entsteht, um eine Verschmutzung der Verbrennungseinrichtung durch die Asche so weit wie möglich zu verringern oder zu verhindern.

Einige der ein Geliermittel bildenden AschemodIfizierer heben den Schmelzpunkt der Asche so weit an, daß sie mit den Rauchgasen ausströmt.

Eine weitere Art des ein Geliermittel bildenden Aschemodifizierers verringert den Schmelzpunkt der Asche, so daß die· Brennstoffmischungen in Schmelzkammeröfen verwendet werden kann, bei denen die Asche eine Art von Schlacke bildet, die zum Boden des Ofens strömt.

Die erfindungsgemäßen thixotropen Gel-Brennstoff-Mischungen sind zur Verwendung in ölbrennern vom Standardtyp bestimmt. Entsprechend umfaßt die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Wärmeerzeugung durch Verbrennen der erfindungsgemäßen Brennstoffmischungen In einem ölbrenner vom Standardtyp.

Die Hauptbestandteile der erfindungsgemäßen Brennstoffmischungen sind ein festes brennbares Material, ein flüssiger Brennstoff und ein ein Geliermittel bildender AschemodIfizierer.

Das feste brennbare Material, das in dem thixotropen Gel-Brennstoff enthalten ist, kann irgendein brennbares Material sein, das In dem flüssigen Brennstoff unlösbar ist und das in dem thixotropen Gel suspendierbar ist. Kohlenstoffhaltige brennbare Materialien werden bevorzugt, obwohl irgendein brennbares festes Material zur Verwendung in der Brennstoff-

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mischung geeignet 1st, so lange es In den flüssigen Brennst off !component en unlösbar ist. Geeignete kohlenstoffhaltige Materialien schließen Kohle, Koks, Pech, Holzkohle, Teersand, ölschiefer, Holzfasern, Papierabfälle, Kohlepapierabfälle, Bagasse, Abfälle von landwirtschaftlichen Produkten, verkohlte Materialien usw.' ein.

Im Hinblick auf den Verbrennungswirkungsgrad ist es vorzuziehen, daß das feste kohlenstoffhaltige brennbare Material fein verteilt ist, doch ist es nicht erforderlich, daß die Teilchen eine kolloidale Größe aufweisen. Bei geeigneten öfen können sogar körnige oder granulierte Materialien verwendet werden. Eine geeignete Teilchengröße würde beispielsweise diejenige sein, bei der 80 Gewichtsprozente durch ein US-Prüfsleb Nr. 200 fallen (entsprechend einer Teilchengröße von weniger als ungefähr 0,075 mm) während sie auf einem US-Prüfsieb Nr. 325 festgehalten werden (Teilchengröße größer als ungefähr 0,046 mm) , obwohl kleinere Teilchen verwendet werden können. Das feste brennbare Material bildet vorzugsweise ungefähr 5 bis ungefähr 75 Volumenprozente der Mischung.

Der flüssige Brennstoff, in dem das feste brennbare Material suspendiert ist, muß lediglich brennbar und gelierbar sein. Vorzugsweise weist der flüssige Brennstoff einen niedrigeren Zündpunkt auf als das feste Material, um die Zündung des festen Materials einzuleiten, wenn die Brennstoffmischung In dem Ofen zerstäubt wird.

Geeignete flüssige Brennstoffe schließen Heizölarten, Alkohole, organische Lösungsmittelabfälle, wie z.B. Benzol, Azeton, chlorierte Lösungsmittel, die im allgemeinen durch die Wärme zersetzt werden, die bei der Verbrennung der Gele erzeugt wird, und andere brennbare gelierbare Abfälle von Industriellen oder chemischen Verfahren, Gasolin, Kerosen, Naphta und ähnliches ein. Verschiedene Mischungen von flüssigen Brennstoffen können ebenfalls verwendet werden.

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Der dritte allgemeine Bestandteil der erfindungsgemäßen Brennstoffmischungen ist ein ein Geliermittel bildender Aschemodifizierer. Irgendein Material ist es geeignet, so lange es der aus dem festen Material und dem flüssigen Brennstoff bestehenden Suspension oder dem Schlamm thixotrope Gel-Eigenschaften verleiht, die Verbrennung der Brennstoffmischung nicht in wesentlichem Ausmaß stört und den Schmelzpunkt der Asche modifizieren kann, die bei der Verbrennung der Brennstoffmischung entsteht, um auf diese Weise die Verschmutzung des Ofens oder anderer Verbrennungseinrichtungen so weit wie möglich zu verringern oder zu verhindern.

Eine Funktion des ein Geliermittel bildenden Aschemodifizierers besteht darin, die festen Teilchen der Brennstoffmischung daran zu hindern, daß sie einander berühren, so daß sie nicht aneinander anhaften, beispielsweise durch Sinterung oder durch die Van der WaaIs-Anziehung.

Die erfindungsgemäßen thixotropen Gel-Brennstoffmlschungen weisen eine reversible Pseudoplastizität auf. Das heißt, daß unter Bedingungen mit relativ kurzer Relaxationszelt der Fließspannungswert dieser Brennstoffmischungen es ermöglicht, daß diese BrEnnstoffmischungen Ihre Geleigenschaften oder ihre gelartige Form beibehalten können wenn sie nur geringen oder keinen äußeren Kräften ausgesetzt sind. Wenn diese Brennstoffmischungen Jedoch solchen äußeren Kräften ausgesetzt werden, wie sie beim Pumpen der Brennstoffmischungen zur Zuführung an einen Vorratstank auftreten oder wie sie bei der Strömung durch die kleinen Öffnungenauftreten, die typisch für Einspritzdüsen bei üblichen ölbrennern und anderen Verbrennungsausrüstungen sind, so weisen diese Brennstoffmischungen eine flüssige Form auf. Die erfindungsgemäßeri Brennstoffmischungen nehmen ihre Gelstruktur oder ihre gelartige Struktur fast unmittelbar nach dem Ende der Strömungskräfte wieder an.

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nc

Die Fließspannung stellt die Kraft dar, die erforderlich Ist, damit sich das Gel verflüssigt und-zu strömen beginnt. Die Fließspannung, be.l der die thlxotropen Gel-Brennstoff mischungen flüssig werden, kann in einfacher Welse durch Ändern der Mengen der Bestandteile der Mischungen geändert werden. Es 1st erforderlich, daß diese Fließspannung ausreichend hoch ist, damit die auf ein suspendiertes Teilchen wirkende Schwerkraft nicht dazu führt, daß das Teilchen das Gel unter diesem Teilchen verflüssigt, so daß sich das Teilchen absetzt. Um eine geeignete Beweglichkeit und Transportfähigkeit der thixotropen Gel-Brennstoffmischungen zu erzielen, die es ermöglicht, daß diese Brennstoffmischungen mit Hilfe üblicher Ausrüstungen gepumpt werden können und Vorrats- und Transporttanks so vollständig wie möglich entleert werden können, 1st es andererseits wünschenswert, daß die Fließspannung so niedrig wie möglich gehalten wird. Die Fließspannung sollte so eingestellt werden, daß die selbsttragende Höhe des Gels sehr niedrig ist und in der Größenordnung von höchstens einigen Zentimetern liegt, so daß die Tanks i-n wesentlichen vollständig geleert werden können, ohne daß' spezielle mechanische Reinigungs- oder Ablaßeinrichtungen erforderlich sind. Geeignete Flleßspannungs-

2 werte liegen bei ungefähr 20 bis ungefähr 200 Dyn pro cm .

Eine weitere Funktion des ein Geliermittel bildenden Aschemodifizierers besteht in der Modifikation des Schmelzpunktes der Asche, die bei der Verbrennung der Brennstoffmischung entsteht, um zu verhindern, daß die Asche den Ofen oder eine andere Verbrennungseinrichtung verschmutzt.

Eine Art des ein Gellermittel bildenden Aschemodifizierers bewirkt eine Vergrößerung des Schmelzpunktes der geschmolzenen Asche in der'Verbrennungszone, um die dauernde Abscheidung der Asche als viskose Flüssigkeit oder Feststoff auf den Wänden'des Ofens und den Wärmetauscheroberflächen zu verhindern. Die modifizierte Asche weist die Form eines trockenen Staubes auf, der zusammen mit den in dem Ofen erzeugten Rauch-

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gasen abströmt. Übliche Gaswäscher und ähnliche Ausrüstungen können zur Entfernung der Asche aus den Rauchgasen verwendet werden.

Verschiedene Arten von ein Geliermittel bildenden Aschemodifizierern sind zur Bildung eines thixotropen Gels und zur Modifikation der Asche durch Vergrößern des Schmelzpunktes dieser Asche geeignet.

Eine Art dieser ein Geliermittel bildenden Aschemodifizierer schließt metallo-organlsche Verbindungen ein, die allgemein in einer Menge von ungefähr 1 bis ungefähr 5 Gewichtsprozenten plus dem äquivalenten Gewicht der Asche in der Brennstoffmischung vorhanden sind. Bei diesen ein Geliermittel bildenden Aschemodifizlerern 1st die Dispersion von ihrer Natur her molekular, so daß das Reaktionsvermögen mit der Ofenasche während der Verbrennung sehr hoch ist. Beispiele geeigneter metallo-organischer Verbindungen schließen Pentaerythrit-Harzester, die mit Aluminium-Dilsopropylat-Azetoazetat-Chelaten vernetzt sind, und Verbindungen ein, die durch die Formel MR dargestellt sind, worin M Kalzium, Magnesium oder Aluminium ist während R durch Oktoate, Plamltate, Stearate, gemischte Fettsäuren oder Salze hiervon gebildet 1st. ALUMAGEL ist ein Aluminiumsalz von gemischten Fettsäuren, das von der Witco Chemical Corporation erhältlich ist.

Eine weitere Art eines ein Geliermittel bildenden Aschemodifizierers, der den Schmelzpunkt der Asche anheben kann, ist eine fein verteilte anorganische Verbindung. Zumindest 20 Gewichtsprozente der fein verteilten anorganischen Verbindung sollten eine Submlkron-Teilchengröße in der Größenordnung von ungefähr 0,2 Mikron oder weniger aufweisen. Die fein verteilte anorganische Verbindung sollte allgemein zumindest in einer Menge von 1 Gewichtsprozent bis ungefähr 15 Gewichtsprozent vorhanden sein, um die Bildung eines thixotropen Gels zu bewirken. Beispiele für derartige Verbindungen zur Verwendung

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als ein Geliermittel bildender Aschemodifizierer schließen pyrogenes Silika oder pyrogene Kieselerde, pyrogenes Aluminiumoxyd, pyrogenes Titandioxyd, pyrogenes Zirkondioxyd, modifiziertes kolloidales Attapulgit (hydratisiertes Aluminlum-Magnesium-Sillkat, das den Hauptbestandteil von Bleicherde oder Fullerde bildet) der Art, wie sie unter dem Warenzeichen "MIN-U-GEL" von der Florid In Company erhältlich ist, organomodiflzierten (ein Tetraalkyl-Ammonium-Smektit) wie es unter dem Warenzeichen "BENTONE 38" von der Fa. N.L. Industries Inc. erhältlich ist, Kaolin und Verbindungen ein, die durch die Formel MR dargestellt 1st, wobei M Kalzium oder Magnesium ist, während R aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Oxyden, Hydroxyden, Karbonaten und Mischungen hiervon besteht.

Die fein verteilten anorganischen Geliermittel weisen eine sehr große Oberfläche in der Größenordnung von ungefähr 25 m /g oder mehr auf und sie können durch Schleifen, Ausfällung aus verdünnten wässrigen Lösungen mit nachfolgender Gefriertrocknung oder ähnliches hergestellt werden.

Wenn Schmelzkammeröfen verwendet werden, kann es wünschenswert sein, eine andere Art eines ein Geliermittel darstellenden Aschemodlfizierers hinzuzufügen, der die Viskosität und den Schmelzpunkt der Asche verringert, so daß die Asche nach unten in den Bodenteil des Ofens herabtropft, von wo aus sie entfernt wird, so daß keine dauernden Ascheabsche!düngen auf den Wänden und Wärmetauscheroberflächen des Ofens gebildet werden. Lehmarten mit einem erheblichen Natrium oder Kaliumgehalt sind zur Absenkung des Schmelzpunktes der Asche brauchbar, um zu verhindern, daß die Asche den Ofen verschmutzt. Beispiele geeigneter Lehmarten schließen Bentonite von Wyoming und Algerien ein, bei denen ein relativ hoher Nattrlum- oder Kaliumgehalt festgestellt wurde.

Im Fall des modifizierten Attapulgit oder des Montmorillonlt ist es in manchen Fällen erforderlich, eine sehr kleine Menge

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an Wasser, Alkohol oder einer anderen polaren Flüssigkeit zu verwenden, die die Mischung aufquellen läßt, um ihr Gelierpotential zu aktivieren.

Die ein Geliermittel bildenden Aschemodifizierer sollten in einer Menge hinzugefügt werden, die zumindest ausreicht, eine thixotrope Gelierung der Brennstoffmischung zu erzielen und sie sollte weiterhin in einer Menge hinzugefügt werden, die hinsichtlich des Gewichts äquivalent zum Aschegehalt des festen kohlenstoffhaltigen brennbaren Materials und des flüssigen Brennstoffs in der Brennstoffmischung ist. Wenn beispielsweise der resultierende Ascheanteil der Kohle und des Heizöls in einer erfindungsgemäßen Brennstoffmischung ungefähr 5 bis 10 % beträgt, so sollten der Brennstoffmischung ungefähr 5 bis 10 % des ein Geliermittel darstellenden Aschemodifizierers zugefügt werden. Ungefähr 1 bis ungefähr 15 Gewichtsprozente eines der ein Geliermittel darstellenden Aschemodifizierers ist zur thixotropen Gelierung der Brennstoffmischungen geeignet.

Die erfindungsgemäßen Brennstoffmischungen werden durch heftiges Rühren oder in In-Bewegung-Versetzen einer Mischung der Bestandteile der Brennstoffmischung hergestellt. Dies kann in vielen Fällen durch Scherbearbeitung unter Verwendung üblicher Ausrüstungen erreicht werden, doch kann auch eine Ultraschalldispergierung mit Vorteil angewandt werden, insbesondere dann, wenn es erwünscht ist, die Zubereitungszeit zu verkürzen und die Benetzung der Trägerflüssigkeit und der teilchenförmigen Feststoffe zu verbessern.

Die Reihenfolge der Hinzufügung der Bestandteile ist im allgemeinen nicht kritisch, so lange eine innige Mischung erzielt wird. In manchen Fällen ist es einfacher, die thixotropen Gele durch Mischen des ein Geliermittel darstellenden Aschemodifizierers mit einer kletien Menge des flüssigen Brennstoffes zu bilden, bevor der Rest des flüssigen Brennstoffs und die anderen Bestandteile hinzugefügt werden.

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Die erfindungsgemäßen Brennstoffmischungen können weiterhin gemäß dem Verfahren hergestellt werden, das in der deutschen

Patentschrift (deutsche Patentanmeldung

vom gleichen Anmeüetag, unser Aktenzeichen 16 456) des gleichen Anmelders beschrieben ist, wobei auf den Inhalt dieser Patentschrift ausdrücklich Bezug genommen wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von speziellen Ausführungsbeispielen noch näher erläutert, die jedoch in keiner Welse eine Beschränkung darstellen:

Bestandteil

Volumenprozent

	Beispiel 1	35
Kohlepulver		60
Heizöl Nr. 2		5
Aluminiums tearat
	Beispiel 2	30
Kohlepulver		55
Heizöl Nr. 6		10
Methanol		5
Aluminiumoktoat
	Beispiel 3	30
Kohlepulver		60
Heizöl Nr. 6		10
ALUMAGEL
	Beispiel 4	35
Kohlepulver		55
Heizöl Nr. 2		10
Magnesiumstearat

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Beispiel 5

Kohlepulver(Teilchengröße £ 0,075 mm) 10

Heizöl Nr. 6 89

pyrogenes Silika 1

Beispiel 6

Kohlepulver (Teilchengröße -C 0,075 mm) 50

Heizöl Nr. 2 49

pyrogenes Sillka 1

Beispiel 7

Kohlepulver (davon 1/3 Teilchengröße

C 0,75 mm, 1/3 mit Teilchengröße ^. 0,075 mm und

Teilchengröße <r 0,04b mm)	Heizöl Nr. 2	Beispiel 8	Kohlepulver	Beispiel 9	Kohlepulver	74
pyrogenes Aluminiumoxyd	Heizöl Nr. 6	Heizöl Nr. 6	24
pyrogenes Aluminiumoxyd	Wasser	2
pyrogenes Sillka
35
63
2
25
64
8
3

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	Beispiel 10	Beispiel 11	Beispiel 12	25
Kohlepulver				64
Heizöl Nr. 6
In den Kohleporen vorher absorbiertes	Magnesiumoxyd (Submlkrongröße)		8
Methanol		Beispiel 13	3
pyrogenes SIlika	Kohlepulver
	Heizöl Nr. 6		35
Kohlepulver	MIN-U-GEL		66
Heizöl Nr. 6			10
	Kohlepulver
	Heizöl Nr. 6	35
BENTONE 38	6o
5
35
60
5

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Claims (11)

Patentanwälte ü "■ ρ'. -1 η g. Curt Wallach Dipl.-Ing. Günther Koch Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d Datum: 5· Dezember 1978 Unser Zeichen: ig 457 - FK/Ne Patentans pr U c h e

1. Thixotrope Gel-Brennstoff-Mischung, dadurch g e k e η η ■ '■"'zeichnet, daß die Brennstoffmischung ungefähr 5 bis 75 Volumenprozent eines festen brennbaren Materials, das In einem flüssigen Brennstoff suspendiert ist, und einen ein Geliermittel bildenden Aschemodifizierer in einer wirksamen Menge zur thlxotropen Gelierung der aus dem festen brennbaren Material und dem flüssigen Brennstoff bestehenden Suspension und zur Modifikation des Schmelzpunktes der Asche enthält, die durch das Verbrennen der Brennstoffmischung erzeugt wird, so daß eine Ascheverschmutzung der Verbrennungseinrichtung so weit wie möglich verringert wird.

2. Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Brennstoff einen niedrigeren Entzündungspunkt als das feste brennbare Material aufweist.

3. Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennze lehnet, daß der flüssige Brennstoff aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Heizölen, Alkoholen und organischen Lösungsmittelabfällen besteht.

4. Mischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichne t , daß das feste brennbare Ma-

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ORIGINAL INSPECTS)

terial fein verteilte Kohle 1st.

5. Mischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennze lehnet , daß der ein Geliermittel bildende Aschemodiflzierer eine metallo-organische Verbindung ist, die'den Schmelzpunkt der Asche erhöht.

6. Mischung nach Anspruch 5j dadurch gekennzeichnet, daß der ein Geliermittel bildende Aschemodiflzierer aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus PentaerythrIt-RosInestern, die mit Aluminlum-Dilsopropylat-Azetoazetat-Chelaten vernetzt sind und Verbindungen einschließt, die durch die Formel MR dargestellt sind, wobei M aus der Gruppe ausgewählt 1st, die aus Kalzium, Magnesium und Aluminium besteht, während R aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Oktoaten, Palmitaten, Stearaten, gemischten Fettsäuren und Salzen hiervon besteht.

7. Mischung nach einem cbr Ansprüche 1 bis h, dadurch gekennzeichnet, daß der ein Geliermittel bildende Aschemodif izlerer eine fein verteilte-anorganische Verbindung ist, die den Schmelzpunkt der Asche erhöht.

8. Mischung nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß der ein Geliermittel bildende Aschemodifizierer aus der Gruppe ausgewählt 1st, die aus pyrogenem Silika, pyrogenem Aluminiumoxyd, pyrogenem Titandioxyd, pyrogenem Zirkondioxyd, organo-modifiziertem Montmorillonit, modifiziertem kolloidalem Attapulgit, Kaolin und Verbindungen besteht, die durch die Formel MR dargestellt sind, worin M aus der Gruppe ausgewählt 1st, die aus Kalzium und Magnesium besteht, während R aus der Gruppe ausgewählt Is t, die aus Ox./den, Hydrooxyden, Karbonaten und Mischungen hiervon ausgewählt ist.

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9· Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der ein Geliermittel bildende Aschemodifizierer den Schmelzpunkt der Asche verringert und durch einen Natrium und/oder Kalium enthaltenden Lehm gebildet ist, der in einer Menge von ungefähr 1 bis ungefähr 15 Gewichtsprozenten vorhanden ist.

10. Mischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet , daß die eine Fließspannung

' 2 von ungefäh"" 20 bis ungefähr J500 Dyn pro cm aufweist.

11. Verfahren zur Wärmeerzeugung durch Verbrennen der Mischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem üblichen ölbrenner vom Standardtyp.

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