DE3720216A1

DE3720216A1 - Verfahren und vorrichtung zur praeparation eines fluessigen brennstoffes

Info

Publication number: DE3720216A1
Application number: DE19873720216
Authority: DE
Inventors: Domingo Rodriguez; Ignacio Layrisse; Hercilio Rivas; Euler Jimenez; Lirio Quintero; Jose Salazar; Mayela Rivero; Emilio Guevara; Maria Chirinos
Original assignee: Intevep SA
Current assignee: Intevep SA
Priority date: 1986-06-17
Filing date: 1987-06-17
Publication date: 1987-12-23
Also published as: JPH01115996A; IT1211464B; FR2600074B1; JPS6354498A; DK305187D0; NL8701412A; ES2006507A6; DE3720216C2; GB8713969D0; BE1001169A5; US4801304A; JPH0441712B2; CA1339531C; DK305187A; GB2191783B; GB2191783A; BR8703535A; DK169746B1; IT8767523A0; FR2600074A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Präparation und Verbrennung eines flüssigen Brennstoffes

Natürliche Bitumen, welche in Kanada, der Sowjetunion, den USA, China und Venezuela vorkommen, sind normalerweise flüssig und weisen Viskositäten im Bereich von 10.000 bis 200.000 CP (CP = Centipoise = Zentipoise (dynamische Viskosität) und einer API (API = American Petroleum Insitute) Dichte von weniger als 10 auf. Diese natürlichen Bitumen werden derzeit entweder durch mechanisches Pumpen, durch Dampfinjektion oder durch Bergbautechniken produziert. Die breite Verwendung dieser Materialien als Brennstoffe wird aus mehreren Gründen hintangehalten, beispielsweise infolge von Schwierigkeiten bei der Produktion, bei Transport und Handhabung des Materials, und, was noch wichtiger ist, wegen ungünstiger Verbrennungseigenschaften wie Emission hochschwefeliger Oxide und unverbrannter Feststoffe. Aufgrund der vorstehenden Tatsachen wurden die natürlichen Bitumen auf kommerzieller Ebene als Brennstoffe nicht erfolgreich eingesetzt im Hinblick auf die hohen Kosten, welche mit der Dampfinjektion, den Pumpen und den Rauchgas-Entschwefelungssystemen verbunden sind, welche zur Überwindung der vorstehenden Schwierigkeiten notwendig sind.

Es ist natürlich wünschenswert, die natürlichen Bitumen der vorstehend genannten Art als natürlichen Brennstoff verwenden zu können.

Demgemäß ist die übergeordnete Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und Vorrichtung für die Präparation eines natürlichen, flüssigen Brennstoffes aus natürlichen Bitumen zu schaffen, insbesondere ein Verfahren, welches die Umwandlung eines hochschwefeligen, natürlichen Brennstoffes in Energie durch Verbrennung ermöglicht mit einer beträchtlichen Reduzierung der Schwefeloxid- Emissionen.

Es sollen optimale Verbrennungsbedingungen für das Verbrennen natürlicher Bitumen geschaffen werden, um so eine ausgezeichnete Verbrennungseffizienz, wenige unverbrannte Feststoffpartikel und geringe Schwefeloxid-Emissionen zu erzielen.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt, daß mit einem natürlichen flüssigen Brennstoff aus bitumenhaltigem Rohöl eine Öl-in- Wasser Emulsion gebildet und der Alkali-Metall-Gehalt dieser Emulsion so reguliert wird, daß dieser Alkali-Metall- Gehalt zumindest etwa 50 ppm beträgt, wonach die Öl-in-Wasser- Emulsion als Brennstoff verbrannt wird.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung soll die Emulsion in einem Bohrloch od. dgl. Förderort gebildet werden, indem in dieses eine Mischung aus Wasser und Emulgierungszusatz zur Bildung der Öl-in-Wasser-Emulsion injiziert wird, wobei letztere einen Wassergehalt von etwa 15 bis 35 Vol.-%, eine Tröpfchengröße von etwa 10 bis 60 µm und einen Alkali-Metall-Gehalt von mindestens 50 ppm aufweist. Erfindungsgemäß soll die Öl-in-Wasser-Emulsion vom Bohrloch oder Brunnen zu einer Durchflußstation gepumpt und von dieser zu einer Verbrennungsstation transportiert werden, wobei die Öl-in-Wasser-Emulsion zur Optimierung des Wassergehaltes, der Tröpfchengröße und des Alkali-Metall-Gehaltes der Öl-in-Wasser-Emulsion vor der Verbrennung zur Verringerung der Schwefeldioxid- und Schwefeltrioxid-Emissionen konditioniert wird, wodurch die Verbrennung der optimierten Öl-in-Wasser-Emulsion bei geringerem Schwefeldioxid- und Schwefeltrioxidausstoß erfolgt als dies bei Heizöl Nr. 6 der Fall ist.

Gemäß vorliegender Erfindung wird also eine Mischung aus Wasser und Emulgator in ein Bohrloch oder einen Brunnen (well) injiziert, um in der Tiefe eine Öl-in-Wasser-Emulsion zu erhalten. Das US-Patent 34 67 195 von McAuliffe et al. offenbart ein geeignetes Verfahren zur Bildung einer downhole- Öl-in-Wasser-Emulsion, welche sich zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren eignet und auf welches hier Bezug genommen wird. Die Wassermenge im Emulgator, welche in das Bohrloch oder den Brunnen (well) injiziert wird, wird so eingestellt, daß eine Öl-in-Wasser-Emulsion mit spezifischen Eigenschaften hinsichtlich des Wassergehaltes, der Tröpfchengröße und des Alkali-Metall-Gehaltes entsteht. Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung hat man gefunden, daß zur Optimierung der Verbrennungseigenschaften der Öl-in-Wasser-Emulsion, die in der Tiefe gebildete Öl-in-Wasser-Emulsion durch einen Wassergehalt von 15 bis 35 Vol.-%, eine Tröpfchengröße von etwa 10 bis 60 µm, und einen Alkali-Metall-Gehalt von mehr als 50 ppm, (ppm = parts per million = Teile pro Million) bevorzugt etwa 50 bis 600 ppm, gekennzeichnet sein sollte. Der Emulgator ist in der Öl-in-Wasser-Emulsion bevorzugt in einem Verhältnis von 0.1 bis 5 Gew.-% vorhanden, ausgehend vom Gesamtgewicht der Öl-in-Wasser-Emulsion. Die Downhole-Öl-in-Wasser-Emulsion wird dann mittels einer beim Stande der Technik bekannten Tiefbrunnenpumpe zu einer Durchflußstation gepumt, wo eine gegebenenfalls erforderliche Entgasung erfolgen kann. Die Öl-in-Wasser-Emulsion wird danach zu einer Verbrennungsstation transportiert. In der Verbrennungsstation wird die Öl-in-Wasser-Emulsion so konditioniert, daß der Wassergehalt, die Tröpfchengröße und der Alkali-Metall-Gehalt zum Verbrennen optimiert werden.

Nach der Konditionierung ist die Öl-in-Wasser-Emulsion durch einen Wassergehalt von 15 bis 35 Vol.-%, eine Tröpfchengrösse von 10 bis 60 µm und einen Alkali-Metall-Gehalt von etwa 50 bis 600 ppm gekennzeichnet. Die Emulsion wird dann unter den folgenden Bedingungen verbrannt (burned): Brennstofftemperatur: in (°C): 20 bis 80, bevorzugt 20 bis 60; Verhältnis Dampf/ Brennstoff (wt/wt) (wt = weight = Gewicht) 0.05 bis 0,5, bevorzugt 0.05 bis 0.4; Verhältnis Luft/Brennstoff (wt/wt): 0.05 bis 0.4, bevorzugt 0.05 bis 0.3 und Dampfdruck (bar) 2 bis 6, bevorzugt 2 bis 4, oder Luftdruck (bar) 2 bis 7, bevorzugt 2 bis 4.

Gemäß vorliegender Erfindung hat es sich erwiesen, daß sich für die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Öl-in-Wasser-Emulsion - sofern sie erfindungsgemäß konditioniert und unter kontrollierten Betriebsbedingungen verbrannt wird - eine Verbrennungseffizienz von 99.9%, ein geringer Feststoffpartikelgehalt und geringe Schwefeloxid-Emissionen ergeben in Übereinstimmung mit den Werten, die man beim Verbrennen des traditionellen Heizöl Nr. 6 erhält.

Andere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:

Fig. 1: ein Fließschema zum erfindungsgemäßen Verfahren für die Produktion, das Behandeln, Konditionieren und Verbrennen eines emulgierten natürlichen Brennstoffes;

Fig. 2: ein Schaubild zur typischen Verteilung der Tröpfchengröße einer Öl-in-Wasser-Emulsion mit der Volumenverteilung D in % über der Tröpfchengröße T in µm nach einem dynamischen Mischer;

Fig. 3: ein Schaubild, welches einen Vergleich darstellt zwischen den Schwefeldioxid-Emissionen (3% 02 & 0.82 MMBTU/H) der erfindungsgemäßen Öl-in-Wasser- Emulsion und des Brennstofföls Nr. 6;

Fig. 4: ein Schaubild, welches einen Vergleich darstellt zwischen den Schwefeltrioxid-Emissionen der erfindungsgemäßen Öl-in-Wasser-Emulsion und des Brennstofföls Nr. 6.

Ein eine Tiefbrunnenpumpe enthaltendes tiefes Bohrloch 10 wird mit Wasser W und einem Emulgierungszusatz A zur Bildung einer Öl-in-Wasser-Emulsion gespeist, welches mittels der Tiefprunnenpumpe aus dem Bohrloch 10 gepumpt und über Leitung 12 zu einer Entgasungsstation 14 gefördert wird. Die vom Gas G befreite Öl-in-Wasser-Emulsion kann dann für den späteren Transport mit einem Transportmittel 18 - z. B. einem Tanken, einem LKW, einer Pipeline od. dgl. - in einer Speicherzone 16 gelagert werden. Nach dem Transport z. B. über den Ozean kann die Öl-in-Wasser-Emulsion in einem Speicherbereich 20 gelagert und/oder zu einer Konditionierzone 22 gebracht werden, wo sie vor dem Verbrennen in Brennstation 24 konditioniert wird.

Die Konditionierzone 22 enthält einen - bei 21 angedeuteten - On-line-Mischer, eine Kontrolleinrichtung 23 für die Tröpfchengröße sowie ein Kontrollorgan 26 für den Alkalispiegel.

Gemäß vorliegender Erfindung betrifft das erfindungsgemäße Verfahren das Präparieren und die Verbrennung eines von einem tiefen Bohrloch kommenden natürlichen Brennstoffes. Bei dem für das Verfahren geeigneten Brennstoff handelt es sich um ein Bitumen-Rohöl mit einem hohen Schwefelgehalt, wie ihn die Rohöle aufweisen, welche im Orinoco-Gürtel in Venezuela vorkommen. Die Bitumen-Rohöle besitzen folgende chemische und physikalische Eigenschaften: C Gew.-%: 78.2 bis 85.5; H Gew.-%: 10.0 bis 10.8; O Gew.-%: 0.26 bis 1.1; N Gew.-%: 0.50 bis 0.66; S Gew.-%: 3.68 bis 4.02; Asche Gew.-%: 0.05 bis 0.33; Vanadium ppm: 420 bis 520; Nickel ppm: 90 bis 120 Eisen ppm: 10 bis 60; Natrium ppm: 60 bis 200; Dichte °API: 1.0 bis 12.0; Viskosität (CST) (CST = Centistoke = (kinematische Viskosität) 50°C 1,400 bis 5,100,000 Viskosität (CST) 99°C (210°F): 70 bis 16,000; LHV (LHV = low heat value = geringer Wärmewert) (KCAL/KG): 8500 bis 10,000; Asphaltene Gew.-%: 9.0 bis 15.0. Erfindungsgemäß wird eine Mischung aus Wasser und einem Emulgierungszusatz in das Bohrloch oder den Brunnen (well) zur Bildung einer Öl-in-Wasser-Emulsion injiziert, welche mittels einer Tiefbrunnen- Pumpe aus dem Bohrloch oder Brunnen gepumpt wird. Es ist ein kritisches Kennzeichen der vorliegenden Erfindung, daß die Eigenschaften der Öl-in-Wasser-Emulsion so sein sollen, daß sie den Transport und die Verbrennung der Öl-in-Wasser-Emulsion optimieren. Die Öl-in- Wasser-Emulsion aus dem Bohrloch oder Brunnen sollte durch einen Wassergehalt von etwa 15 bis 35 Vol.-%, bevorzugt etwa 20 bis 30 Vol.-%, eine Tröpfchengröße von etwa 10 bis 60 µm, bevorzugt etwa 40 bis 60 µm, und einen Alkali-Metall-Gehalt von mehr als 50 ppm, bevorzugt 50 bis 600 ppm, gekennzeichnet sein. Es hat sich erwiesen, daß das Alkali-Metall-Niveau in der Öl-in-Wasser-Emulsion eine grosse Wirkung auf die Menge gasförmiger Emissionen und auf die Verbrennung der Emulsion hat. Während des Verfahrens zur Präparation des Bitumen-Rohöls durch Injizieren von Wasser wird ein Formationswasser (Wasser, welches mit dem Rohöl aus dem Bohrloch oder Brunnen rückgewonnen wird.) mit produziert. bzw. gefördert. Eine Analyse des Formationswassers, welches im Orinoco-Gürtel vorkommt, ist aus Tabelle I ersichtlich.
Cl^- (mg/L)23640 CO₃ ⁼ (mg/L)2.1 HCO₃ ^- (mg/L)284 NO^- ₃ (mg/L)10 SO⁼ ₄ (mg/L)- Na⁺(mg/L)14400 Ca⁺⁺ (mg/L)427 Mg⁺⁺ (mg/L)244 K⁺ (mg/L)462 NH⁺₄ (mg/L)32 SiO₂ (mg/L)64 pH8.0

Wie aus Tabelle I ersichtlich ist, enthält das Formationswasser erhebliche Mengen von Alkali-Metallen (Na⁺ und K⁺). Die Kontrolle der Menge und des Gehaltes an Alkali-Metall des mit dem Emulgator eingespritzten Wassers gewährleistet, daß die hergestellte Öl-in-Wasser-Emulsion den nötigen Alkali-Metall- und Wassergehalt - wie oben beschrieben - aufweist. Wie vorstehend gesagt, enthält das eingespritzte Wasser auch einen Emulgierungszusatz. Der Emulgator wird zugesetzt, um eine Menge von etwa 0.1 bis 5.0 Gew.-%, bevorzugt etwa 0.1 bis 1.0 Gew.-%, ausgehend vom Gesamtgewicht der hergestellten Öl-in-Wasser-Emulsion, zu erzielen. Erfindungsgemäß wird der Emulgierungszusatz aus der Gruppe ausgewählt, die anionische, grenzflächenaktive Stoffe, also Surfaktanten - die folgend kurz als Tenside bezeichnet werden - enthält, sowie nichtionische Tenside, kationische Tenside, Mischungen von anionischen und nichtionischen Tensiden sowie Mischungen von kationischen und nichtionischen Tensiden. Die für die Verwendung im Verfahren geeigneten nichtionischen Tenside werden aus der Gruppe ausgewählt, welche Äthoxyl-Alkyl- Phenole, Äthoxyl-Alkohole, Ähtoxyl-Sorbid-Ester und Mischungen davon enthält. Geeignete kationische Tenside werden aus der Gruppe ausgewählt, welche Hydrochloride von fetthaltigen Diaminen, Imidazol Äthoxyl-Amine, Amido- Amine, quartäre Ammoniumverbindungen bzw. Mischungen davon enthält, wogegen geeignete anionische Tenside aus der Gruppe ausgewählt werden, welche eine langkettige Carboxy- Sulfo-Säure bzw. Mischungen davon enthält. Ein bevorzugtes Tensid ist ein nichtionisches Tensid (surfactant) mit einer hydrophil- lipophilen Balance von mehr als 13, z. B. ein oxialkyliertes Nonyl-Phenol mit 20 Äthylen-Oxid-Einheiten. Bevorzugte anionische Surfaktanten oder Tenside werden aus der Gruppe ausgewählt, die Alkylarylsulfonate, Alkylarylsulfate oder Mischungen davon enthält.

Die in das Bohrloch injizierte Mischung aus Wasser und Zusatz stabilisiert die Öl-in-Wasser-Emulsion.

Das injizierte Wasser hängt von dem Fraktionswasser ab, welches mit den Bitumen zusammen produziert wird. Auch sein Salzgehalt hängt vom Verhältnis Bitumen/Wasser ab, welches für eine entsprechende Handhabung und Verbrennung nötig ist, und letztlich vom Typ und der Menge des Emulgators. Auf dieser Stufe wird der Brennstoff angesetzt, damit er die gewünschten Eigenschaften für die Handhabung und die Verbrennung aufweist. Sobald die Emulsion gebildet und aus dem Bohrloch oder Brunnen 10 gepumpt ist, kann sie aufgrund ihrer geringen Viskosität ohne große Probleme entgast werden. Dies ist nicht der Fall, wenn Bitumen allein entgast werden muß; hierfür ist ein Erhitzen vor der Trennung des Gases notwendig.

Die Emulsion kann dann gespeichert und durch die Fließstation und die Hauptstationen gepumpt werden; Zusätze wie z. B. Imidazole können zugesetzt werden zur Verhinderung von Korrosion an den Metallwänden, da Wasser vorhanden ist. In jeder beliebigen Stufe (nach der Entgasung, vor dem Pumpen durch eine Pipeline, vor dem Laden eines Tankers, etc) kann ein Leitungs- oder Rohrmischer od. dgl. installiert werden, um eine gute Emulsion mit der entsprechenden Verteilung der Tröpfchengröße, wie oben gefordert, zu gewährleisten.

Sobald die Öl-in-Wasser-Emulsion zur Verbrennungsvorrichtung transportiert wird, wird der emulgierte Brennstoff zur Optimierung des Wassergehaltes, der Tröpfchengröße und des Alkali-Metall-Gehaltes der Öl-in-Wasser- Emulsion konditioniert. Das Konditionieren erfolgt mit einem On-line-Mischer 21 und einem Alkali-Metall-Pegel-Regler 26. Der On-line-Mischer 21 dient dazu, die durchschnittliche Tröpfchengröße des emulgierten, flüssigen Brennstoffes zu kontrollieren. Die Verteilung der Tröpfchengröße hat eine sehr wichtige Wirkung auf die Verbrennungseigenschaften dieses natürlichen Brennstoffes, besonders in Bezug auf Kontrollierbarkeit des Flußes und des Durchbrandes (burn-out). Die Größenverteilung der Tröpfchen ist in Fig. 2 dargestellt, unmittelbar vor und hinter dem On-Line-Mischer. Es ist ersichtlich, daß die durchschnittliche Tropfengröße von 65 auf 51 µm herabgesetzt wird, und ebenfalls, daß die Verteilung der Tropfengröße angeglichen wird, d. h. die Verteilungskurve glockenförmig ist. Erfindungsgemäß sollte die Öl-in-Wasser-Emulsion durch eine Tröpfchengröße von etwa 10 bis 60 µm gekennzeichnet sein.

Es hat sich auch erwiesen, daß der Gehalt an Alkali-Metallen in der Öl-in-Wasser-Emulsion eine große Wirkung auf ihre Verbrennungseigenschaften ausübt, insbesondere auf die Schwefeloxid-Emissionen. Alkali-Metalle wie z. B. Natrium und Kalium haben eine positive Wirkung auf die Verringerung der Schwefeldioxid-Emission. Es ist anzunehmen, daß aufgrund eines hohen Verhältnisses Fläche/Volumen der Grenzfläche Bitumen Wasser (high interfacial bitumen water surface to volume ratio) Alkali-Metalle mit den in den natürlichen Brennstoffen vorhandenen Schwefelverbindungen reagieren und so Alkali-Sulfide, z. B. Natrium-Sulfid und Kalium-Sulfid, produzieren. Während der Verbrennung werden diese Sulfide zu Sulfaten oxidiert, wodurch Sulfat an Verbrennungsrückstände bzw. -aschen gebunden und wodurch verhindert wird, daß Schwefel als Teil der Rauchgase in die Atmosphäre abgeht. Wie oben bemerkt, sind der Emulsion bereits Alkali-Metalle während der Produktionsstufe der natürlichen Brennstoff-Emulsion mittels einer natürlichen Mischung aus Alkali-Metallen, welche im Produktionswasser enthalten sind, zugesetzt. Wenn die Alkali-Metall-Niveaus im Emulsionsbrennstoff als nicht optimal anzusehen sind, kann der Emulsion im Alkali-Pegelregler eine zusätzliche Menge hinzugefügt werden. Dies erfolgt durch Zusatz von Produktionswasser, Salzwasser oder synthetischen wässrigen Lösungen von Alkali-Metallen. Erfindungsgemäß sollte die Öl-in-Wasser-Emulsion durch einen Alkali-Metall-Gehalt von mehr als 50 ppm, bevorzugt etwa 50 bis 600 ppm, am besten 50 bis 300 ppm, gekennzeichnet sein.

Sobald die Öl-in-Wasser-Emulsion konditioniert ist, ist sie brennfertig. Jeder herkömmliche Strahl- oder Spritzbrenner für Öl kann eingesetzt werden, z. B. ein integrierter Mischbrenner oder ein hyperbolischer Zwillingsölbrenner (twin hyperbolic atomizer). Bevorzugt erfolgt das Versprühen mit Dampf oder Luft unter den folgenden Betriebsbedingungen:

Brennstofftemperatur (°C): 20 bis 80, bevorzugt 20 bis 60; Verhältnis Dampf/Brennstoff (wt/wt) (wt = weight = Gewicht): 0.05 bis 0.5, bevorzugt 0.05 bis 0.4; Verhältnis Luft/Brennstoff (wt/ wt): 0.05 bis 0.4, bevorzugt 0.05 bis 0.3; Dampfdruck (bar): 1.5 bis 6, bevorzugt 2 bis 4; oder Luftdruck (bar): 2 bis 7, bevorzugt 2 bis 4. Unter diesen Bedingungen wurde ein ausgezeichnetes Versprühen bzw. Verteilen sowie eine wirksame Verbrennung erzielt, verbunden mit guter Flammenstabilität.

Anhand der folgenden Beispiele werden die Vorteile der vorliegenden Erfindung noch eingehender erläutert.

Beispiel 1

Um die Wirkung des Alkali-Metall-Pegels auf die Verbrennungseigenschaften von Öl-in-Wasser-Emulsionen im Vergleich zu Orinoco Bitumen darzulegen, wurden zwei Emulsionen mit dem in nachstehenden Tabelle II aufgeführten Eigenschaften hergestellt (Orinoco Bitumen ist ebenfalls aufgeführt). Als Alkali-Metall diente Natrium.

Tabelle II

Brennstoffeigenschaften

Alle Brennstoffe wurden unter den in Tabelle III aufgeführten Bedingungen verbrannt.

Tabelle III

Betriebsbedingungen

Die gasförmigen Emissionen und die Verbrennungseffiziens für jeden einzelnen Brennstoff sind nachfolgend in Tabelle IV aufgeführt.

Tabelle IV

Verbrennungseigenschaften

Aus den Ergebnissen geht hervor, daß sich die Verbrennungseffizienz bei emulgiertem Orinoco gegenüber reinem Orinoco Bitumen erhöht, d. h. 99-9% gegenüber 99.0% beträgt. Zudem zeigt ein Vergleich zwischen Emission ¢1 und Emulsion ¢2, daß die Schwefeloxid-Emissionen, SO₂ und SO₃ sich bei steigendem Alkali-Metall (Natrium)-Pegel verringern.

Beispiel II

Die Wirkung der Betriebsbedingungen auf die Verbrennungseigenschaften verschiedener Brennstoffe wurden untersucht. In Tabelle V wird Orinoco Rohöl mit acht Öl-in- Wasser-Emulsionen verglichen.

Tabelle V

Brennstoffeigenschaften

Das Orinoco Bitumen und die Emulsionen ¢3, ¢6, ¢7 und ¢10 wurden mit Dampf versprüht. Die Emulsionen ¢4, ¢5, ¢8 und ¢9 wurden mit Luft versprüht. Als Alkali-Metall wurde in den Emulsionen ¢3, ¢4, ¢5 und ¢6 Natrium verwendet, während den Emulsionen ¢7, ¢8, ¢9 und ¢10 Kalium zugesetzt wurde. Die Betriebsbedingungen sind in Tabelle VI aufgeführt.

Tabelle VI

Die Verbrennungseffizienz und die gasförmigen Emissionen sind in Tabelle VII aufgeführt.

Tabelle VII

Verbrennungseigenschaften

Die Ergebnisse weisen auf eine wesentliche Verringerung der Schwefeloxide hin, wenn alkali-metallhaltige Emulsionen verbrannt werden, sowie auf eine Erhöhung der Effizienz. Je geringer das Verhältnis Luft/Brennstoff, desto größer ist zudem die Verringerung der Schwefeloxide. Dasselbe würde für ein geringes Verhältnis Dampf/ Brennstoff gelten. Schließlich wurde die Stickstoff-Oxid- Menge verringert. Im Vergleich zur Orinoco Rohölen sind die Betriebsbedingungen im allgemeinen weniger hart, wenn emulgierte Brennstoffe verbrannt werden; Brennstoff-Versprühung, Temperaturen und Drücke waren geringer, und die Verwendung von entweder Luft oder Druck führte zudem zur Betriebsflexibilität. Die Verringerung der Schwefeloxid- Emission ist ein wichtiges Kennzeichen von alkali-haltigen Öl-in-Wasser-Emulsionen. Schwefeltrioxid-Emissionen sind für die sogenannte "Kalt-End-Korrosion" (cold- end corrosion) verantwortlich, d. h. Schwefelsäurekondensation in kühleren Teilen von Boilern (Lufterhitzer und Ekonomiser). Sie sind auch für die Azidität bzw. Schärfe der Asche in elektrostatischen Abscheidern und anderem Feststoff-Absorptionsgerät verantwortlich.

Beispiel 3

Die Schwefel-Emissionen der Öl-Emulsion ¢3 von Beispiel II wurden mit dem Fuel-Öl Nr. 6 verglichen; die Ergebnisse sind in Fig. 3 und 4 aufgeführt. Sie zeigen, daß die Schwefeloxid-Emissionen der Öl- in-Wasser-Emulsion günstig sind im Vergleich zum Fuel-Öl Nr. 6 und wesentlich hochwertiger als Orinoco Bitumen. Die Verringerung der SO₂-Emission beträgt 33% im Vergleich zum Fuel- oder Heiz-Öl Nr. 6 und 66% im Vergleich zum Orinoco Bitumen. Die Schwefeltrioxid- Emissionen sind auch wesentlich geringer bei der Emulsion ¢3 im Vergleich zum Heizöl Nr. 6 (2.5% S) und zum Orinoco Bitumen; diese Verminderungen belaufen sich auf 17% bzw. 50%.

Die Erfindung kann auch in anderen Ausführungsformen verkörpert und auf andere Weise durchgeführt werden, ohne daß man vom Erfindungsgedanken oder dem kennzeichnenden Merkmalen der Erfindung abwiche. Vorliegende Erfindung soll daher in jeder Hinsicht erläuternder und nicht beschränkender Art sein; auch sollen die nachstehenden Ansprüche alle Abänderungen, die in Bedeutung und Umfang einer Äquivalenz liegen, mit erfassen.

Claims

1. Verfahren zur Präparation und Verbrennung eines flüssigen Brennstoffes, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem natürlichen flüssigen Brennstoff aus bitumenhaltigem Rohöl eine Öl-in-Wasser-Emulsion gebildet und der Alkali-Metall-Gehalt dieser Emulsion so reguliert wird, daß dieser Alkali-Metall-Gehalt zumindest etwa 50 ppm beträgt, wonach die Öl-in-Wasser-Emulsion als Brennstoff verbrannt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Emulsion in einem Bohrloch od. dgl. Förderort gebildet wird, indem in dieses eine Mischung aus Wasser und Emulgierungszusatz zur Bildung der Öl-in-Wasser- Emulsion injiziert wird, wobei letztere einen Wassergehalt von etwa 15 bis 35 Vol.-%, eine Tröpfchengröße von etwa 10 bis 60 µm und einen Alkali- Metall-Gehalt von mindestens 50 ppm aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Alkali-Metall-Gehalt etwa 50 bis 600 ppm beträgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Öl-in-Wasser-Emulsion vom Bohrloch od. dgl. zu einer Durchflußstation gepumpt und von dieser zu einer Verbrennungsstation transportiert wird, wobei die Öl-in-Wasser-Emulsion zur Optimierung des Wassergehaltes, der Tröpfchengröße und des Alkali-Metall- Gehaltes der Öl-in-Wasser-Emulsion vor der Verbrennung zur Verringerung der Schwefeldioxid- und Schwefeltrioxid- Emissionen konditioniert wird, wonach die Verbrennung der optimierten Öl-in-Wasser-Emulsion bei geringerem Schwefeldioxid- und Schwefeltrioxidausstoß erfolgt als dies bei Heizöl Nr. 6 der Fall ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein bitumenhaltiges Rohöl folgender chemischer und physikalischer Eigenschaften
C Gew.-% 78.2 bis 85.5;
H Gew.-% 10.0 bis 10.8;
O Gew.-% 0.26 bis 1.1;
N Gew.-% 0.50 bis 0.66;
S Gew.-% 3.68 bis 4.02;
Asche Gew.-% 0.05 bis 0.33;
Vanadium ppm 420 bis 520;
Nickel, ppm 90 bis 120;
Eisen, ppm 10 bis 60;
Natrium, ppm 60 bis 200;
Dichte, °API 1.0 bis 12.0;
Viskosität (cst) 50°C 1,400 bis 5,100,00; 99°C 70 bis 16,000;
LHV (KCAL/KG) 8,500 bis 10,000 und
Asphaltene Gew.-% 9.0 bis 15.0.

6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Emulgierungszusatz aus der Gruppe ausgewählt wird, welche folgende grenzflächenaktive Stoffe resp. Tenside enthält: anionische Tenside, nichtionische Tenside, kationische Tenside und/oder Mischungen von kationischen und nichtionischen Tensiden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtionischen Tenside aus der Gruppe ausgewählt werden, welche Äthoxyl-Alkyl-Phenole, Äthoxyl-Alkohole, Äthoxyl-Sorbit-Ester und Mischungen davon enthält.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die kationischen Tenside aus der Gruppe ausgewählt werden, welche Hydrochloride von fetthaltigen Diaminen, Imidazole, Äthoxyl-Amine, Amido-Amine, quartäre Ammonium-Verbindungen und Mischungen davon enthält.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß anionische Tenside aus der Gruppe ausgewählt werden, welche eine langkettige Karbon-Sulfo-Säure und Mischungen davon enthält.

10. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Emulgierungszusatz ein nichtionisches Tensid mit einer hydrophl-lipophilen Balance von mehr als 13 ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch ein Nonyl-Phenol als nichtionisches Tensid, mit 20 Äthylen- Oxid-Einheiten oxialkyliert ist.

12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das anionische Tensid aus der Gruppe ausgewählt wird, welche Alkylaryl-Sulfonat, Alkylaryl-Sulfat oder Mischungen davon enthält.

13. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Emulgierungszusatz in einer Menge von etwa 0.1 bis 5 Gew.-%, ausgehend vom Gesamtgewicht der Öl-in-Wasser-Emulsion, vorhanden ist.

14. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch eine Öl-in-Wasser-Emulsion mit 20 bis 30 Vol.-% Wasser, mit einer durchschnittlichen Tröpfchengröße von 40 bis 60 µm und mit einem Alkali-Metall-Gehalt von 50 bis 600 ppm.

15. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Öl-in-Wasser-Emulsion vor dem Konditionieren für die Verbrennung entgast wird.

16. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Öl-in-Wasser-Emulsion vor dem Transport ein Anti-Korrosionsadditiv zugesetzt wird.

17. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch eine Konditionierung der Öl- in-Wasser-Emulsion dergestalt, daß ein Wassergehalt von etwa 20 bis 30 Vol.-%, eine Tröpfchengröße von etwa 10 bis 60 µm und ein Alkali-Metall-Gehalt von etwa 50 bis 300 ppm erreicht werden.

18. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Öl-in-Wasser-Emulsion unter folgenden Betriebsbedingungen verbrannt wird:
Brennstofftemperatur (°C): 20 bis 80;
Verhältnis Dampf/Brennstoff (wt/wt): 0.05 bis 0.5;
Verhältnis Luft/Brennstoff (wt/wt): 0.05 bis 0.4;
Dampfdruck (bar): 2 bis 6
oder
Luftdruck (bar): 2 bis 7.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die optimierte Öl-in-Wasser-Emulsion unter folgenden Betriebsbedingungen verbrannt wird:
Brennstofftemperatur (°C): 20 bis 60;
Verhältnis Dampf/Brennstoff (wt/wt): 0.05 bis 0.4;
Verhältnis Luft/Brennstoff (wt/wt): 0.05 bis 0.3;
Dampfdruck (bar): 2 bis 4
oder
Luftdruck (bar): 2 bis 4.

20. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verbrennung der optimierten Öl-in-Wasser-Emulsion eine beträchtliche Verringerung der Schwefeldioxid- und Schwefeltrioxid- Emission durch die chemische Bindung von Brennstoffschwefel in den Feststoffprodukten der Verbrennung durchgeführt wird.

21. Flüssiger Brennstoff, gekennzeichnet durch eine mit natürlichem Bitumen-Rohöl gebildeten Öl-in-Wasser-Emulsion, welche einen Wassergehalt von etwa 15 bis 35 Vol.-% und einen Alkali-Metall-Gehalt von wenigstens 50 ppm aufweist.

22. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 20, gekennzeichnet durch eine einem Bohrloch (10) nachgeschaltete Entgasungseinrichtung (14) für die Öl-in-Wasser-Emulsion, eine Transporteinrichtung (18) und eine zwischen dieser und einer Verbrennungseinrichtung (24) angeordnete Konditonierzone (22).

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch einen On-line-Mischer in der Konditionierzone (22).

24. Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, gekennzeichnet durch Speicherzonen (16, 20) beidends der Transporteinrichtung (18).