DE3103512A1

DE3103512A1 - "verfahren und vorrichtung zur herstellung von oel-, wie schweroel- oder leichten heiz-oel-wasser-, insbesondere seewasser-emulsionen und von kohlenstaub-wasser-, insbesondere seewasser-suspensionen mit zur verbrennung geeigneter viskositaet zur einduesung in den heisswindstrom von hochoefen, brennstoffmischanlagen, heiz-kraftwerksanlagen u.dgl."

Info

Publication number: DE3103512A1
Application number: DE19813103512
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter 2000 Hamburg Bockwoldt
Original assignee: BOCKWOLDT HANS PETER
Current assignee: BOCKWOLDT HANS PETER
Priority date: 1981-02-03
Filing date: 1981-02-03
Publication date: 1982-08-26
Also published as: BE891989A; DE3103512C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Herstellung von Ö1-, wie Schweröl- oder leichten Heizöl-Wasser-, insb;odere Seewasser-Emulsionen und von Kohlenstaub-Wasser-, insbesondere Seewasser-Suspensionen mit zur Verbrennung geeigneter Viskosität zur Eindüsung in den Heißwindstrom von Hochöfen, Brennstoffmischanlagen,Heizkraftwerksanlagen u.dgl.
Unter Suspensionen und Emulsionen als unter den Oberbegriff "Dispersionen" fallend sind Systeme zu verstehen, deren eine Phase eine Flüssigkeit darstellt, während die andere Phase aus kleinen festen Teilchen (Suspensionen) oder aus flüssigeh Teilchen (Emulsionen) besteht, wobei im letzteren Fall die beiden nicht mischbaren flüssigen Phasen zunächst getrennt vorliegen. Wegen der feinen Verteilung der dispersen Phase besitzt eine Dispersion in der Regel eine extrem große Grenzflächenenergie mit der Folge, daß ein derartiges isothermes System bestrebt ist, seine freie Energie zu reduzieren, was leicht zu einer Instabilität des Systems führt. Aus diesem Grunde ist es bekannt, derartige Systeme mittels Dispergiermittel zu stabilisieren, die die Aufgabe haben, zum einen die Feststoffteilchen, die in einer Flüssigkeit verteilt werden sollen, gut zu benetzen und zum anderen die einmal getrennten Teilchen gegen Agglomeration zu schützen.
Vielfach ist dies mit einer einzigen Substanz nicht optimal erreichbar. Neben ionogenen Hilfsstoffen sind auch nicht ionoger Hilfsstoffe bekannt, wobei im letzteren Fall jeweils mit Hilfe des HLB-Wertes (hydrophile-lipophile-balance) abgeschätzt werden kann, welche nichtionogenen Tenside sich für bestimmte Anwendungsgebiete eignen. So kommen z.B. für die Emulgierung von Wasser in öl Tenside mit HLB-Werten zwischen 3 und 6 infrage. Soll dagegen öl in Wasser emulgiert werden, so werden Tenside in einem HLB-Bereich zwischen 8 und 18 angewandt werden.
Sowohl für das Suspensieren als auch für das Emulgieren sind Einrichtungen bekannt, wie z.B. verschiedenartige Rührwerke und Maschinen, die nach demRotor-Stator-Prinzip arbeiten, sowie ferner Schüttel- und Schlagmaschinen, Vibratoren, Mischpumpen, Ultraschallgeräte und die sogenannten Kolben-Homogenisatoren.
Besondere Schwierigkeiten ergaben sich jedoch bei der Herstellung von Schweröl/Wasser-Emulsionen, die durch Verwendung spezieller Katalysatoren überwunden werden konnten. Beim Einsatz von Schweröl in Kesseln und Motoren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn im Verbrennungsvorgang extrem kleine Wasserpartikel mit einem dünnen Mantel Schweröl umgeben und von einer Eingangstemperatur am Brenner von 750C unverzüglich auf eine Verbrennungstemperatur von 12000 bis 13000C aufgeheizt werden.
Die Wasserpartikel verwandeln sich dabei in überhitzten Dampf und die folgende Mikro-Explosion zerstäubt das Schweröl in Moleküle, wodurch eine bessere Verbrennung erreicht wird ("ö1 + Wasser", Energie Jahrg. 31, Nr. 2, Februar 1979).
Nach einem weiteren bekannten Verfahren zum Eindüsen einer Schweröl-Wasser-Emulsion in Betriebshochöfen erfolgt eine Verbesserung der ölzerstäubung durch Veränderung der Konsi tenz des Schweröls insofern, als durch den Zusatz von Wasser und Additiven zum öl eine erhebliche Verringerung der Teilchengröße erreicht werden konnte, nachdem die überlegungen vorausgegangen waren, eine Verringerung der Tröpfchengröße durch eine bessere Zerstäubung mittels aus Kesselfeuerungen bekannten Druckzerstäuberbrenner zu erreichen, die jedoch als nicht ausreichend angesehen worden war. Eine zeitbeständige Öl-Wasser-Emulsion wurde dann mit Homogenisatoren hergestellt, in denen das Öl bei Drücke von 90 bis 120 bar mit 3 bis 5% Wasser emulgiert wurden ("Eindüsen einer Schweröl-Wasser-Emulsion in Betriebshochöfen", Thyssen Technische Berichte, Heft 2/78, Seiten 1 bis 6).
Es hat sich jedoch gezeigt, daß die so hergestellten Emulsionen und Suspensionen keine große Zeitbeständigkeit aufweisen und nach der Herstellung nicht zwischengelagert werden können, sonderr gleich verwendet werden müssen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Öl-,insbesondere Schweröl- oder leichte Heizöl-Wasser-Emulsionen und Kohlenstaub-Wasser-Suspensionen im Niederdruckverfahren herzustellen, die eine hohe Langzeitbeständigkeit auch dann noch aufweisen, wenn anstelle Von Wasser Seewasser als wässrige Phase verwendet wird, so daß die erhaltenen Emulsionen und Suspensionen auch noch für eine Zeit zwischengelagert werden können, ohne daß eine Entmischung eintritt.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren zur Herstellung von langzeitbeständigen Emulsionen und Suspensionen, bei denen die eine Phase aus Wasser oder Seewasser besteht, vorgeschlagen, nach dem erfindungsgemäß die beiden Phasen der herzustellenden Emulsionen bzw. Suspensionen einzeln vordosiert mittels Niederdruck dem zwischen einem feststehenden Ringorgan und einem in diesem umlaufenden Drehorgang ausgebildeten ringförmigen Mahlraum zugeführt und in dem Mahlraum unter Ausbildung von wandreflektierenden Verwirbelungsströmen in einer ringförmigen und mittig in dem Mahlraum liegenden, sich spiralförmig und konisch in Fließrichtung verlaufenden Verwirbelungszone fein verteilt und vermischt werden, worauf anschließend die erhaltene Emulsion bzw. Suspension nach erfolgter Viskositätsmessung ohne Druckerhöhung einer Verbrennungskammer od.dgl. zugeführt oder bis auf Abruf zwischengelagert wird.
Als weitere Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung gemäß der eingangs beschriebenen Art vorgeschlagen, die erfindungsgemäß durch die Kombination folgender Merkmale gekennzeichnet ist: a) auf einem Traggestell sind zwei Mengendosierpumpen mit Ansaugstutzen und Druckstutzen angeordnet; b) die Druckstutzen der beiden Mengendosierpumpen sind in einer Zuführungsleitung zu einer Dispergiereinrichtung zv-ammengeführt; c) die Dispergiereinrichtung besteht aus einem Gehäuse mit einem feststehenden konischen, mit einer Verzahnung versehenen Außenring und mit einem sich in dem Außenring drehenden, konischen, mit einer der Verzahnung des Außenringes entsprechenden Verzahnung versehenen Drehkörper, wobei durch die Konizität des Außenringes und des Drehkörpers ein in Fließrichtung zum Austrittsquerschnitt hin sich verkleinernder, ringförmiger Mahlspalt ausgebildet ist, der durch die in den eineinander gegenüberliegenden Wandflächen des Außenringes und des Drehkörpers durch die Verzahnungen gebildeten kavernenartigen Vertiefungen begrenzt ist; d) an die Dispergiereinrichtung schließt sich austrittsseitig ein Viskosimeter mit einem Austrittsstutzen an.
Mit einem derartigen Verfahren und der hierfür ausgebildeten Vorrichtung ist die Herstellung langzeitbeständiger bl-,insbesondere Schweröl- oder leichte Heizöl-Wasser-Emulsionen und Kohlenstaub-Wasser-Suspensionen möglich, die aufgrund ihrer hohen Langzeitbeständigkeit nicht gleich einem Verbrauch zugeführt werden müssen, sondern eine Zwischenlagerung für eine längere Zeit erlauben, ohne dabei sich zu entmischen,wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, derartige Suspensionen und Emulsionen zu jederzeit für einen entsprechenden Einsatz zur Verfügung zu haben. Besonders vorteilhaft ist, daß mit der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung Emulsionen und Suspensionen hergestellt werden können, bei denen als wässrige Phase Seewasser verwendet wird. Dies ist besonders vorteilhaft bei der Anwendung der vorliegenden Brennstoff-Mischanlage für Antriebsaggregate,die in Wasserfahrzeugen eingebaut sind und die somit in Verbindung mit einer Viskositätsüberwachung eine einwandfreie Brennstoffabmischung erfordern.
Hinzu kommt, daß für das Erreichen einer hohen Langzeitbeständigkeit keine Zusätze den Suspensionen und Emulsionen hinzugefügt werden müssen, um die Stabilität der Emulsionen und Suspensionen aufrechtzuerhalten. Außerdem ist es nicht erforderlich, daß mit Hilfe von HLB-Werten abgeschätzt werden muß, welche nichtionogenen Tenside oder ionogenen Hilfsstoffe verwendet werden müssen, um die beiden Phasen miteinander emulgieren oder suspensieren zu können. Dabei es ist völlig unerheblich, ob Wasser in Öl oder Öl in Wasser emulgiert werden soll.
Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung ist mit gleich gutem Erfolg auch dann einsetzbar, wenn die äußere Phase Öl oder Wasser darstellt. Es hat sich nämlich überraschenderweise gezeigt, daß mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die im Niederdruckverfahren arbeitet, stabile Emulsionen und Suspensionen erhalten werden können, was einzig und allein auf die Zuordnung der beiden Dosierpumpen in Verbindung mit der speziell ausgebildeten Dispergiereinrichtung zurückzuführen ist.
Bei der Herstellung der Suspensionen werden feste Phasen, wie Kohlenstaub, mit einem sehr hohen Feinheitsgrad verwendet.
Besonders vorteilhaft hat sich darüber hinaus auch noch gezeigt, daß mit der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung schwelhaltige Schweröl-Wasser-Emulsionen erhalten werden, die über eine lange Zeit stabil bleiben. Standzeiten der Emulsionen und Suspensionen, die mit einer derartig ausgebildeten Vorrichtung erhalten werden, betragen mehrere Tage, und zwar auch dann, wenn als wässrige Phase Seewasser für die Herstellung der Emulsionen und Suspensionen verwendet wird.
Der erhaltene Emulsionsfeinheitsgrad beträgt maximal 3 und minimal 2 bei hoher, gleichmäßiger Verteilung der beiden Phasen.
Es hat sich überraschend gezeigt, daß die Ausbildung einer sehr großen und intensiven Wirbelsäule im Bereich des Mahlspaltes der Dispergiereinrichtung dann erreicht werden kann, wenn jede kavernenartige Vertiefung in den Wandflächen des Außenringes und des Drehkörpers der Dispergiereinrichtung einen elliptischen oder kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Des weiteren sieht die Erfindung die Verwendung einer Dispergiereinrichtung aus einem feststehenden konischen, mit einer Verzahnung versehenen Außenring und mit einem sich in dem Außenring drehenden konischen, mit einer der Verzahnung des Außenringes entsprechenden Verzahnung versehenen Drehkörper unter Ausbildung eines sich durch die Konizität des Außenringes und des Drehkörpers in Fließrichtung zum Austrittsquerschnitt hin sich zerkleinernden, ringförmigen Mahlspaltes mit in dessen seitlichen Begrenzungswänden durch die Verzahnungen ausgebildeten kavernenartigen Vertiefungen mit quadratischen, rechteckförmigen, kreisförmigen oder elliptischen Querschnitten zur Ausbildung von wandreflektierenden, einer ringförmigen Verwirbelungszone in den Mahlspalt laufend,unter Niederdruck zugeführten, aus den beiden Phasen flüssig/flüssig bzw. fest flüssig gebildeten Verwirbelungsströmen zur Herstellung von langzeitbeständigen Ö1-, wie Schweröl- oder leichten Heizöl-Wasser-, insbesondere Seewasser-Emulsionen und von Kohlenstaub-Wasser-, insbesondere Seewasser-Suspensionen mit zur Verbrennung geeigneter Viskosität zur Eindüsung in den Heißwindstrom von Hochöfen, Brennstoffmischanlagen, Heizkraftwerksanlagen u.dgl. vor.
In der Zeichnung ist zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise eine Vorrichtung dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 die Vorrichtung zur Herstellung von Emulsionen und Suspensionen in einer schaubildlichen Ansicht, Fig. 2 den feststehenden Außenring mit dem Drehkörper der Dispergiereinrichtung der Vorrichtung zum Herstellen von Emulsionen und Suspensionen in einem senkrechten Teil-Schnitt und Fig. 3 verschiedene Ausführungsformen der und 4 kavernenartigen Vertiefungen in dem Außenring und dem Drehkörper der Dispergiereinrichtung in senkrechten Teil-Schnitten.
Die Vorrichtung zur Herstellung von Suspensionen und Emulsionen besteht aus einem Traggestell 10, auf dem zwei Mengendosierpumpen 20 und 120 angeordnet sind, deren Ansaugstutzen mit 21 und 121 und deren Druckstutzen mit 22 und 122 bezeichnet sind (Fig.l).
Die Druckstutzen 22,122 der beiden Dosierpumpen 20,120 sind in einer Leitung 25 zusammengeführt, die in eine Dispergiereinrichtung 30 mündet, deren Austrittsstutzen 32 in ein in an sich bekannter Weise ausgebildetes Viskosimeter 40 mündet , dessen Gehäuse mit einem bei 42 angedeuteten Austrittsstutzen versehen ist, über den die hergestellte Emulsion bzw. Suspension abgezogen wird.
Die Dispergiereinrichtung 30 besteht aus einem Gehäuse 33, in dessen Innenraum ein Außenring 34 feststehend angeordnet ist, in dessen Innenraum wiederum ein Drehkörper 35 rotierend angetrieben ist. Zwischen den sich gegenüberliegenden Wandflächen 34a und 35a des AuBenringes 34 und des Drehkörpers 35 ist ein ringförmiger Mahlspalt ausgebildet, der in Fig. 2 bei 36 angedeutet ist. Der Außenring 34 ist konisch verlaufend ausgebildet und mit einer Innenverzahnung versehen. Der sich in dem Außenring 34 drehende Drehkörper 35 ist ebenfalls konisch verlaufend ausgebildet und mit einer der Verzahnung des Außenringes 34 entsprechenden Verzahnung versehen, wobei durch die Konizität des Außenringes 34 und des Drehkörpers 35 ein in Fließrichtung zum Austrittsquerschnitt hin sich verkleinernder ringförmiger Mahlspalt 36 sich ausbildet. Durch die in den einander gegenüberliegenden Wandflächen 34a,35a des Außenringes 34 und des Drehkörpers 35 vorgesehenen Verzahnungen sind kavernenartige Vertiefungen 134 und 135 ausgebildet, die, wie die Fig. 3 und 4 zeigen, eine spezielle Querschnittsformgebung aufweisen können. Hier weisen die kavernenartigen Vertiefungen 134,135 elliptische oder kreisförmige Querschnitte auf mit der Folge, daß im ringförmigen Mahlspalt eine Wirbel- und Mischzone ausgebildet wird, in der eine sehr intensive Verwirbelung und Mischung der beiden durch die Dosierpumpen 20,120 zugeführten Phasen erfolgt. Insbesondere durch diese spezielle Ausgestaltung der kavernenartigen Vertiefungen 134,135 in den Wandflächen 34a,35a des Außenringes 34 und des Drehkörpers 35 der Dispergiereinrichtung 30 werden starke Wirbelströme erzeugt, die zu einer innigen Vermischung,Verwirbelung und Verkleinerung der beiden Phasen führt mit der Folge, daß langzeitbeständige Emulsionen bzw. Suspensionen erhalten werden.
Die bei 42 abgezogene Emulsion bzw. Suspension kann sogleich in eine entsprechend in an sich bekannter Weise ausgebildete Verbrennungskammer eingeleitet werden, ohne daß eine Zuführung der Emulsion bzw. Suspension unter hohem Druck erforderlich ist.
Die gesamte Vorrichtung kann in einem Gehäuse oder in einem Teilgehäuse 200 untergebracht sein. Letzteres ist front-eitig vorgesehen und nimmt die erforderlichen Ein- und Ausschalter, Meßgeräte und Kontroll- und Signalleuchten sowie Bedienungsknöpfe auf (Fig.l).

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von Ö1-, wie Schweröl- oder leichten Heiz-Öl-Wasser-, insbesondere Seewasser-Emulsionen und von Kohlenstaub-Wasser-, insbesondere Seewasser-Suspensionen mit zur Verbrennung geeigneter Viskosität zur Eindüsung in den Heißwindstrom von Hochöfen,Brennstoffmischanlagen, Heizkraftwerksanlagen u.dgl., dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Phasen der herzustellenden Emulsionen bzw. Suspensionen einzeln vordosiert mittels Niederdruck dem zwischen einem feststehenden Ringorgan und einem in diesem umlaufenden Drehorgan ausgebildeten ringförmigen Mahlraum zugeführt und in dem Mahlraum unter Ausbildung von wandreflektierenden Verwirbelungsströmen in einer ringförmigen und mittig in dem Mahlraum liegenden, sich spiralförmig und konisch in Fließrichtung verlaufenden Verwirbelungszone fein verteilt und vermischt werden, worauf anschließend die erhaltene Emulsion bzw. Suspension nach erfolgter Viskositätsmessung ohne Druckerhöhung einer Verbrennungskammer od.dgl. zugeführt oder bis auf Abruf zwischengelagert wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung von Ö1-, wie Schweröl- oder leichten Heizöl-Wasser-, insbesondere Seewasser-Emulsionen und von Kohlenstaub-Wasser- , insbesondere Seewasser-Suspensionen mit zur Verbrennung geeigneter Viskosität zur Eindüsung in den Heißwindstrom von Hochöfen, Brennstoffmischanlagen, Heizkraftwerksanlagen u.dgl. nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: a) auf einem Traggestell (10) sind zwei Mengendosierpumpen (12,120) mit Ansaugstutzen (21,121) und Druckstutzen (22,122) angeordnet; b) die Druckstutzen (22,122) der beiden Mengendosierpumpen (20,120) sind in einer Zuführungsleitung (25) zu einer Dispergiereinrichtung (30) zusammengeführt, c) die Dispergiereinrichtung (30) besteht aus einem Gehäuse (33) mit einem feststehenden konischen, mit einer Verzahnung versehenen Außenring (34) und mit einem sich in dem Außenring (34) drehenden konischen, mit einer der Verzahnung des Außenringes (34) entsprechenden VErzahnung versehenen Drehkörper (35), wobei durch die Konizität des Außenringes (34) und des Drehkörpers (35) ein in Fließrichtung zum Austrittsquerschnitt hin sich verkleinernder, ringförmiger Mahlspalt (36j ausgebildet ist, der durch die in den einander gegenüberliegenden Wandflächen (34a,35a) des Außenringes (34) und des Drehkörpers (35) durch die Verzahnungen gebildeten kavernenartigen Vertiefungen (134, 135) begrenzt ist; d) an die Dispergiereinrichtung (30) schließt sich austrittsseitig (32) ein Viskosimeter (40) mit einem Austrittsstutzen (42) an.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede kavernenartige Vertiefung (134,135) in den Wandflächen (34a,35a) des Außenringes (34) und des Drehkörpers (35) einen elliptischen oder kreisförmigen Querschnitt aufweist.
4. Verwendung einer Dispergiereinrichtung aus einem feststehenden konischen, mit einer Verzahnung versehenen Außenring und mit einem sich in dem Außenring drehenden konischen, mit einer der Verzahnung des Außenringes entsprechenden Verzahnung versehenen Drehkörper unter Ausbildung eines sich durch die Konizität des Außenringes und des Drehkörpers in Fließrichtung zum Austrittsquerschnitt hin sich zerkleinernden, ringförmigen Mahlspaltes mit in dessen seitlichen Begrenzungswänden durch die Verzahnungen ausgebildeten kavernenartigen Vertiefungen mit quadratischen, rechteckförmigen, kreisförmigen oder elliptischen Querschnitten zur Ausbildung von wandreflektierenden, einer ringförmigen Verwirbelungszone in den Mahlspalt laufend unter Niederdruck zugeführten, aus den beiden Phasen flüssig/flüssig bzw. fest/flüssig gebildeten Verwirbelungsströmen zur Herstellung von langzeitbeständigen ö1-, wie Schweröl- oder leichten Heizöl-Wasser-, insbesondere Seewasser-Emulsionen und von Kohlenstaub-Wasser-, insbesondere Seewasser-Suspensionen mit zur Verbrennung geeigneter Viskosität zur Eindüsung in den Heißwindstrom von Hochöfen, Brennstoffmischanlagen, Heizkraftwerksanlagen u.dgl.