DE4309065A1 - Dosiersystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Dosiersystem zum Einbringen eines Feststoffes in eine Flüssigkeit, die diesen Feststoff zu lösen vermag. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Dosiersystem für die Additivierung von schwerem Schiffsdieselöl mit Ferrocen und/oder Ferrocenderivaten.

Aus der DE-OS 19 27 765 ist eine Dosiervorrichtung zum Auflösen eines Feststoffes in einem Nebenstrom einer Flüssigkeit bekannt. Allerdings ist diese Erfindung auf­ gabengemäß auf eine Dosiervorrichtung gerichtet, die zur Wasseraufbereitung von im Schwimmbecken fließendem Wasser mit einem chlorenthaltenden Stoff festgeleg­ ter Mengen, der sich zunächst in fester Form befindet (Granulat), geeignet ist. We­ sentlicher Bestandteil dieser Vorrichtung ist ein Behältnis mit einer relativ großen Vorratsmenge an Feststoff, der mit Flüssigkeit überschichtet ist. Dabei wird davon ausgegangen, daß die Konzentration des gelösten Feststoffes in dieser Flüssigkeit gleichbleibend ist. Diese wird dann entsprechend abgezogen und dem Hauptstrom zudosiert während Frischflüssigkeit in dem Behälter nachgefüllt wird. Damit die ab­ gehende Lösung jedoch immer die gleiche Konzentration aufweist, muß bei diesem System vorausgesetzt werden, daß die Verweildauer der frisch zugeführten Flüssig­ keit über dem Feststoff zur Einstellung des Lösungsgleichgewichtes stets die gleiche ist, der Behälter ruhig und fest steht, also keinen Erschütterungen ausgesetzt ist, die eine zusätzliche Relativbewegung der Flüssigkeit verursachen und somit die Lö­ sungsgeschwindigkeit beeinflussen, sowie die Temperatur gleichbleibend ist, da diese ebenfalls das Löslichkeitsverhalten beeinflußt.

Ein derartiges Dosiersystem wäre zur Verwendung an Bord hochseetauglicher Schiffe ungeeignet, da abhängig von der Motorleistung mit unterschiedlichen Durchströmungsgeschwindigkeiten zu rechnen ist, unterschiedlich hoher Seegang zu unterschiedlich großen Relativ-Bewegungen der Flüssigkeit im Behälter führt und unterschiedliche Temperaturen (je nach Breitengrad und Wetterlage) das Löslich­ keitsverhalten beeinflussen, so daß eine auch nur halbwegs genaue Dosierung nicht möglich wäre.

Aufgabe der Erfindung ist es also, ein Dosiersystem zur Verfügung zu stellen, das die geschilderten Nachteile nicht aufweist und für die genannten Anwendungsberei­ che einsetzbar ist. Dabei sollte das System relativ einfach und robust sein, um unter den genannten Bedingungen störungs- und wartungsfrei arbeiten zu können. Neben einer einfachen Handhabung soll zusätzlich die Möglichkeit bestehen, über die Zu­ dosierung des Feststoffes bzw. über eine Möglichkeit zur Regulierung des Flüssig­ keits-/Feststoffverhältnisses die Konzentration der Lösung im Bereich bis zur max. Löslichkeit beliebig einzustellen.

Gelöst wurde die Aufgabe durch ein Dosiersystem zum Einbringen von Feststoffen in Flüssigkeiten, die diese Feststoffe zu lösen vermögen, das folgende Merkmale aufweist:

• - einen Behälter (1) zur Aufnahme von Flüssigkeit,
• - einen über ein Ventil (2) regelbaren Zulauf (3),
• - ein Behältnis (4) für den Feststoff, das sich innerhalb des Behälters (1) befindet und von der darin befindlichen Flüssigkeit zumindest teilweise durchdrungen werden kann,
• - eine einem Ablauf (6) nachgeschaltete Dosierpumpe (7) sowie
• - ggf. weitere Aggregate oder Regeleinrichtungen zur Temperatur- und Füll­ standskontrolle.

Mit dem erfindungsgemäßen Dosiersystem läßt sich eine konstante Additivierung auch unter extremen Bedingungen z. B. an Bord eines hochseetauglichen Groß­ schiffes bei schwerem Seegang erzielen.

Eine bevorzugte Ausführungsform beinhaltet zusätzlich eine Vorrichtung (8), die die Flüssigkeit im Behälter (1) ständig mischt und durch das Behältnis (4), welches das Additiv in fester Form enthält, strömen läßt. Für diese Vorrichtung (8) sind verschie­ dene Ausführungsformen geeignet. So kann z. B. die Flüssigkeit im Behälter (1) durch eine Pumpe ständig umgewälzt werden. Bevorzugt wird jedoch ein Rührer eingesetzt. Die Gestaltung des Rührers (z. B. Propellerrührer), seine Dimensionie­ rung, Drehzahl sowie sein Antrieb sind frei wählbar und abhängig von der Form und Größe des Behälters (1), der Viskosität der Flüssigkeit usw. Der Fachmann weiß je­ doch, welchen Rührer er unter welchen Rahmenbedingungen am besten einsetzen kann.

Desweiteren ist bevorzugt daß das Dosiersystem eine Zugabevorrichtung (9) zur Befüllung des Behältnisses (4) mit Feststoff aufweist. Über diese Zugabevorrichtung, die im einfachsten Falle ein Trichter ist, wird der Feststoff zugegeben. Diese in der Regel dosierte Zugabe kann in Form von konfektionierten Einheiten, per Meßbecher oder durch manuelles Abwiegen erfolgen. Es kann auch eine automatische Zufüh­ rung des Feststoffes installiert werden. Hierzu sind prinzipiell alle Vorrichtungen geeignet, die zum Messen und Dosieren von Feststoffen vorgesehen sind und sich in entsprechenden Nachschlagewerken finden, z. B. Bandwaagen.

Zusätzlich kann das Dosiersystem eine Vorrichtung zur Temperierung der Flüssig­ keit im Behälter (1) aufweisen. Diese können beispielsweise Kühl- oder Heizschlan­ gen sein, die sich im Behälter (1) befinden und ständig von Flüssigkeit umspült wer­ den. Geeignet ist aber auch ein doppelwandiger Behälter (1), zwischen dessen bei­ den Wände Kühl- oder Heizmedien (z. B. Dampf) durchgeleitet werden. Auch eine elektrische Heizvorrichtung ist möglich. Zusätzlich kann noch eine Regelung vorge­ sehen sein, die die Kühlung bzw. Heizung so steuert, daß der Behälterinhalt kon­ stant auf einer bestimmten Temperatur gehalten wird.

Das Behältnis (4) kann aus unterschiedlichem Material und unterschiedlicher Form sein. Wichtig dabei ist, daß das Material gegenüber den Einsatzstoffen inert sein sollte und darüber hinaus die Möglichkeit besteht, daß die Flüssigkeit das Behältnis (4) durchströmen kann. So kann das Behältnis (4) z. B. Poren, Maschen oder Löcher aufweisen, durch die die Flüssigkeit strömen kann. Bevorzugt ist es, eine Filterpa­ trone oder einen Filterkorb einzusetzen. Die Wahl der Art des Behältnisses ist ab­ hängig von der Art und Form des zu lösenden Festkörpers sowie von den Eigen­ schaften der Flüssigkeit. Der erfahrene Fachmann wird hier ohne Probleme die ge­ eignete Wahl treffen können. So hat sich beispielsweise für die Additivierung von Schweröl mit pulverförmigem verbackenem Ferrocen ein Filterkorb mit einem Me­ tallnetzgewebe mit einer Maschenweite von 0,5 bis 5 mm als bestens geeignet er­ wiesen. Die Feststoffe können prinzipiell in unterschiedlicher zerkleinerter Form zu­ geführt werden. Dabei sind alle Zwischenstufen zwischen grobstückigem bis fein gemahlenem Feststoff möglich. Dies umfaßt auch andere Formen wie Granulate Pellets oder Schuppen.

Das Dosiersystem enthält in einer bevorzugten Ausgestaltung eine Vorrichtung (5) über die der Flüssigkeitsstand innerhalb des Behälters (1) geregelt werden kann. Dabei ist diese Vorrichtung so ausgelegt daß bei einem bestimmten Tiefstand (low) der Flüssigkeit im Behälter (1) über den mit einem Ventil (2) geregelten Zulauf (3) wieder soviel Flüssigkeit in dem Behälter (1) eingebracht wird bis ein bestimmter Höchststand (high) des Flüssigkeitsspiegels erreicht ist. Zu dieser Regelung können verschiedene Ausführungsformen der Vorrichtung (5) Anwendung finden beispielsweise optische Systeme, Flüssigkeitsstandsanzeigen, Durchflußmeßgeräte usw. Derartige Meß- und Regelelemente sind dem Fachmann bekannt. Bevorzugt werden jedoch Schwimmschalter eingesetzt und zwar in der Weise, daß je ein Schwimmschalter für den unteren (low) und einer für den oberen (high) Flüssig­ keitsstand eingesetzt werden. Unhabhängig von der Art der Vorrichtung (5) ist wichtig, daß stets definierte Mengen an frischer Flüssigkeit zugeführt werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung verwendet als Dosierpumpe (7) eine frequenzgesteuerte Pumpe, die in Abhängigkeit von der Last bzw. der Drehzahl des Schiffsantriebsaggregats geregelt werden kann. Wird die über die Pumpe (7) transportierte Lösung einem Hauptstrom an Flüssigkeit zugeführt, so ist die Dosier­ pumpe (7) vorzugsweise mit der Pumpe zur Förderung des Hauptstroms aus dem Vorratstank gekoppelt, um eine gleichmäßige Additivierung zu gewährleisten. Vor­ zugsweise wird die Flüssigkeit, die über die Leitung (3) dem Behälter (1) zugeführt wird, als Nebenstrom von einem Hauptstrom der Flüssigkeit abgezweigt und dann die Lösung über die Leitung (6) wieder dem Hauptstrom zugeführt.

Es kann aber auch bevorzugt sein, die Flüssigkeit, die dem Behälter (1) zugeführt wird, einem separaten Vorratsbehälter oder Kraftstoffstrom zu entnehmen. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Flüssigkeit zum Lösen des Feststoffes eine andere Zusammensetzung haben soll als die des Hauptstroms.

Die erfindungsgemäße Dosiereinheit ist geeignet, zur Dosierung von Feststoff-Addi­ tiven zu flüssigen Brenn- bzw. Kraftstoffen, insbesondere zur Additiverung von schwerem Heizöl mit Ferrocen eingesetzt zu werden, vorzugsweise an Bord hoch­ seetauglicher Großschiffe. Schwere Diesel- bzw. Heizöle sind nach 150 8217 klas­ sifiziert und weisen eine Dichte von etwa 0,9 bis 1,0 kg/dm³ auf.

Die Dimensionierung der Vorrichtung hängt im wesentlichen von den Durchsatz­ mengen ab. Der Fachmann wird hier ohne Schwierigkeiten die geeignete Wahl tref­ fen. So ist beispielsweise bei einem Hauptstrom von mehreren Tonnen pro Stunde und bei einer beabsichtigten Additivkonzentration von bis zu 100 ppm ein Behälter (1) mit einem Fassungsvermögen von 100 bis 200 l geeignet. Das Behältnis (4) sollte dann einige kg Feststoff aufnehmen können.

Beschreibung der Fig. 1 und 2

Fig. 1 zeigt einen Behälter (1) zur Aufnahme von Flüssigkeit (hier nicht gezeigt), die über einen Zulauf (3), der über ein Ventil (2) gesteuert ist, eingebracht wird. Das Behältnis (4) enthält den Feststoff (hier nicht gezeigt), der über die Vorrichtung (9), im einfachsten Fall ein Trichter, eingefüllt werden kann. Desweiteren ist ein Rührer (8) zu erkennen. Durch zwei Schwimmschalter (5) wird der Zulauf frischer Flüssig­ keit geregelt. Erreicht der Flüssigkeitsspiegel den unteren Schwimmschalter, also die low-Position, so wird nach der Feststoffzugabe das Ventil (2) geöffnet. Dies kann manuell oder automatisch erfolgen. Erreicht der Flüssigkeitsspiegel den oberen Schwimmschalter, also die high-Position, schließt das Ventil (2). Über den Ablauf (6) und eine mittels Regeleinrichtung gesteuerte Dosierpumpe (7) kann die Lösung zum Verbraucher geleitet bzw. mit dem Hauptstrom vereinigt werden.

Fig. 2 zeigt im Sinne eines Ausführungsbeispiels die Einbindung des Dosiersy­ stems in eine Kraftstoffanlage. Über eine Leitung (10) wird der Hauptstrom des Kraftstoffes ggf. über eine Reinigungsanlage wie z. B. einen Separator (11) in einen gegenüber dem Vorratstank (hier nicht gezeigt) kleiner dimensionierten Servicetank (12) eingebracht. Ein Teilstrom wird über den Zulauf (3) dem Dosiersystem (hier nur schematisch dargestellt) zugeführt. Die Additiv-Lösung wird dann über die Dosier­ pumpe (7) und die Leitung (6) wieder in den Hauptstrom (10) eingebracht. Vom Ser­ vicetank (12) wird der Kraftstoff dann über eine Pumpe (13) dem Verbraucher zuge­ führt. Die Kraftstoffpumpe zur Förderung des Hauptstromes aus dem Vorratstank und die Dosierpumpe (7) können gekoppelt sein (hier nicht gezeigt).

Die vorliegende Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele 1 und 2 weiter erläutert.

Beispiel 1

Es wurde ein Mischtankmodell im Labor aufgebaut. Dieses Modell wurde ausge­ rüstet mit einem regelbaren Rührmotor und einem Impeller-Rührer mit 1.350 Umdre­ hungen/min. Für den den Ferrocen-Eintrag wurde ein Filterkorb mit 500 pm Ma­ schenweite benutzt. Zusätzlich wurde das Modell mit einer Heizschlange ausge­ rüstet, so daß eine Thermostatisierung möglich war. Es wurde die Abhängigkeit der Lösungsgeschwindigkeit von der Temperatur bei der Herstellung einer 3 gew.-%igen Ferrocen-Lösung geprüft.

DK: Dieselkraftstoff (marktübliche Ware nach DIN 51 601)
DMDO: dest. marine Dieseloil (marktübliche Ware nach 150 8217, DM-Typ)
MDO: marine Dieseloil (marktübliche Ware nach 150 8217, RM-Typ)

Beispiel 2

An Bord eines Containerschiffes (60 000 BRT) wurde die erfindungsgemäße Do­ siereinrichtung zur Ferrocenadditivierung des Kraftstoffes installiert. Zur Additivie­ rung wurde eine ca. 3 gew.-%ige Ferrocenlösung hergestellt und in die Kraftstofflei­ tung zwischen den Separatoren und dem Servicetank eindosiert (Fig. 2).

Während einer Testfahrt auf hoher See wurden verschiedene Additivierungsraten eingestellt. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung (Fig. 1) war es möglich, eine Lösungszeit von Ferrocen in MDO < 1h zu realisieren. Bei einem Feststoffeinsatz von 4,5 kg war dieser bei einer Konzentration der Lösung von 3,5 Gew.-% nach 60 min vollständig gelöst. Nach 30 min lag die Konzentration erst bei 2,4 Gew-%. Es wurde eine ca. 3 gew.-%ige Lösung in einen 40 t Service-Tank (12) im Durchfluß zuadditiviert. Der Tank war mit etwa 30 t gefüllt und die Durchflußmenge betrug ca. 6,5 t/h.

Um bei einem Wechsel der Additivierungsrate die gewünschte Endkonzentration (hier 10, 20, 50 und 100 ppm) schneller erreichen zu können, wurde gemäß folgen­ der Funktion zudosiert:

Konz_fuel = Konz_max · [1 - e^{-(time · flow/vol)}]

Konz_fuel = beabsichtigte Ferrocenkonzentration im Service-Tank
Konz_max = an der Dosierpumpe durch die max. Pumpleistung einstellbare max. Konz. (Konz_max < Konz_fuel)
flow = Durchfluß des Service-Tankes
vol = Inhalt des Service-Tankes
time = Zeit.

Die Ferrocenkonzentrationen wurden nach der Fahrt per Röntgenfluoreszenz ana­ lysiert. Die Ergebnisse sind in Tab. 1 dargestellt.

Tabelle 1

Ferrocenkonzentrationen

Claims (10)

1. Dosiersystem zum Einbringen eines Feststoffes in eine Flüssigkeit, die die­ sen Feststoff zu lösen vermag, das folgende Merkmale aufweist:

• - einen Behälter (1) zur Aufnahme von Flüssigkeit,
• - einen über ein Ventil (2) regelbaren Zulauf (3),
• - ein Behältnis (4) für den Feststoff, das sich innerhalb des Behälters (1) befindet und das von der in dem Behälter (1) befindlichen Flüssigkeit zumindest teilweise durchdrungen werden kann,
• - eine einem Ablauf (6) nachgeschaltete Dosierpumpe (7) sowie
• - ggf. weitere Aggregate oder Regeleinrichtungen zur Temperatur- und Füllstandskontrolle.

2. Dosiersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vor­ richtung (8) vorhanden ist, die die Flüssigkeit im Behälter (1) mischt und durch das Behältnis (4) strömen läßt.

3. Dosiersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrich­ tung (8) ein Rührer ist.

4. Dosiersystem nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Zugabevorrichtung (9) zur Befüllung des Behältnisses (4) mit Feststoff vorhanden ist.

5. Dosiersystem nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zur Temperierung der Flüs­ sigkeit im Behälter (1) vorhanden ist.

6. Dosiersystem nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Behältnis (4) eine Filterpatrone oder ein Filterkorb ist.

7. Dosiersystem nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (5) zur Bestimmung des Flüs­ sigkeitsstandes im Behälter (1), über die der Flüssigkeitszulauf mittels Ventil (2) zu regeln ist und die aus mindestens zwei Schwimmerschaltern besteht, vorgesehen ist.

8. Dosiersystem nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Dosierpumpe (7), frequenzgesteuert ist.

9. Dosiersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Flüssigkeit des Zulaufs (3) von einem Hauptstrom abge­ zweigt und die Lösung (6) über die Dosierpumpe (7) in den Hauptstrom zurückgeleitet wird.

10. Dosiersystem zur Additivierung von flüssigen Brennstoffen, insbesondere von schwerem Schiffsdieselöl mit Ferrocen und/oder Ferrocenderivaten.