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Verfahren zum Verbrennen wäßriger Emulsionen brennbarer Stoffe (Ölemulsionen)
Bei der Verarbeitung von Erdöl und Erdöldestillaten sowie von anderen Ölarten fallen
häufig Rückstände an, in denen ölige Stoffe mit solchen Wassermengen vermischt sind,
daß sie als Brennstoff nicht mehr verwendet werden können. Dies trifft vor allem
für die Waschwässer von der alkalischen und insbesondere auch von der sauren Waschung
von Ölen und Öldestillaten zu. Hier geht ein Teil der organischen Substanz in Form
von Alkalisalzen, Sulfonsäuren und Sulfonsäuresalzen in Lösung und begünstigt dadurch
die Bildung von schwer entmischbaren Emulsionen in hohem Maße. In Ermangelung eines
passenden Verwendungszweckes war man bisher gezwungen, diese häufig sehr übelriechenden
Emulsionen und Schlämme in Teichen oder Becken einzusumpfen. Versuche, die Emulsionen
zu entmischen, um das Öl verbrennen zu können, haben sich als praktisch undurchführbar
erwiesen.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, das die Verbrennung solcher
Ölemulsionen sowie auch anderer wäßriger Emulsionen brennbarer Stoffe gestatten
soll. Solche Emulsionen werden erfindungsgemäß zur Verdampfung des in ihnen enthaltenen
-Wassers vorzugsweise bis auf 48o° C und darüber erhitzt, worauf man das Gemisch
von Wasserdampf und mitgerissenen Öltröpfchen oder Öldämpfen mit Luft vermischt
und verbrennt. Ist die Emulsion sehr wasserreich oder soll eine verhältnismäßig
hohe Verbrennungstemperatur erzielt werden, so kann man die Emulsion, gegebenenfalls
unter Druck, bis über die Entzündungstemperatur erhitzen. Auf diese Weise wird es
möglich, Ölemulsionen mit einem Wassergehalt bis zu 8o% mit gutem Wirkungsgrad zu
verbrennen, ja selbst noch ölärmere Emulsionen, wenn der Hauptwert auf ihre Beseitigung
gelegt wird. Die bei der Verbrennung entwickelte Wärme kann, wenn Abhitze nicht
zur Verfügung steht, zum Teil zur Erhitzung der Emulsion verwendet werden.
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Bei dem neuen Verfahren wird somit die mühevolle und kostspielige
Entmischung der Emulsion ganz vermieden. Dadurch, daß man dem Brennstoff die großen
zur Verdampfung des Wassers erforderlichen Wärmemengen schon vor Eintritt in den
Feuerraum zuführt, ist man in der Lage, die Entzündungstemperatur in allen Fällen
mit Sicherheit zu erreichen und meist auch eine so hohe Flammentemperatur aufrechtzuerhalten,
daß die Verbrennung selbst bei geringem Luftüberschuß rasch und vollständig verläuft.
Obwohl natürlich auch beim Verfahren gemäß der Erfindung die Wärmebilanz durch den
(unteren) Heizwert der zu verbrennenden Emulsion gegeben ist, so wird doch ein erheblicher
und in vielen Fällen sogar entscheidender Vorteil dadurch erzielt, daß man durch
vollständige Verdampfung des Wassers und gegebenenfalls auch des Öls außerhalb der
Flamme eine starke Steigerung der Flammentemperatur herbeiführt.
Die
Mitverwendung von Wasserdampf bei der Verbrennung von flüssigen Brennstoffen ist
zwar an sich nicht neu. So hat man vorgeschlagen, gespannten Wasserdampf mit Öltröpfchen
zu beladen und dann durch ein erhitztes Vergaserrohr zu führen. Hier -dient
der absichtlich zugesetzte Wasserdampf als Träger für Öl und Öldampf, die auch ohne
Wasserdampfzusatz verbrennbar wären. Auch als Treibmittel für das Einsprühen von
Öl in Feuerungen ist Wasserdampf schon verwendet worden, gegebenenfalls auch mit
der Absicht, die Vergasung und-Verbrennung des Öls katalytisch zu begünstigen. Ein
anderer Vorschlag geht dahin, ih den flüssigen Brennstoffen gewisse, offenbar kleinere
Wassermengen zu emulgieren, damit die in die Feuerung tretenden, von Ölhäutchen
bedeckten Wassertröpfchen bei ihrer plötzlichen Verdampfung das Öl fein zerstäuben.
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In allen diesen Fällen handelt es sich um den absichtlichen Zusatz
von begrenzten Wassermengen zu einem an sich wasserfreien Öl, während beim Verfahren
der Erfindung das von vornherein vorhandene Wasser vor der Verbrennung in eine thermisch
weniger schädliche Form gebracht wird.
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Wie weit man mit der Verdampfung des Wassers und gegebenenfalls mit
der Überhitzung des Wasserdampfes zu gehen hat, hängt von der Beschaffenheit, dem
Heizwert und dem Wassergehalt des Öls sowie von der gewünschten Verbrennungstemperatur
ab. Während die bloße Vorwärmung des Wassers bis zum Siedepunkt auf die Flammentemperatur
kaum Einfluß hat, wird diese durch die mehr oder minder vollständige Verdampfung
des Wassers und gegebenenfalls auch des Öls außerordentlich stark gesteigert. Die
Überhitzung des Wasserdampfes führt der Flamme noch weitere, aber nicht mehr so
erhebliche Wärmemengen zu, kann aber in vielen Fällen von Bedeutung sein. Eine Überhitzung
bis auf 48o° C und darüber, z. B. bis 675, ja i ioo° C, ist praktisch durchführbar
und in vielen Fällen auch von Vorteil. Das Öl wird dabei je nach dem Ausmaß der
überhitzung mehr oder minder stark gespalten, wobei weitere Wärmemengen gebunden
werden.
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Um die erfindungsgemäß gesteigerte Flammentemperatur auf ihrer Höhe
zu erhalten, wird man natürlich so wenig überschußluft wie möglich verwenden, was
ja bei hinreichend hoher Flammentemperatur durchaus zulässig ist und die Vollständigkeit
der Verbrennung nicht beeinträchtigt. Daß man die Verbrennungsluft in bekannter
uTeise:ebenfalls vorwärmen kann, ist natürlich selbstverständlich. Bei der praktischen
Durchführung des neuen Verfahrens ist zu berücksichtigen, daß sich die Emulsion
bei der Verdampfung des Wassers in zwei Phasen scheidet, nämlich eine gasförmige
Wasserdampfphase und eine flüssige Ölphase. Um eine Verarmung des Dampfstroms an
Öltröpfchen zu vermeiden, wird man ihm eine Geschwindigkeit geben, die das Ausfallen
von Öltröpfchen. ausschließt. Ist durch weiteres Erhitzen auch das Öl verdampft,
so ist diese Vorsicht nicht mehr erforderlich.
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Eine Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung
ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.
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In dem Vorratsbehälter 2 ist eine Ölemulsion, beispielsweise Säureschlamm
von der Erdölraffination, enthalten und gelangt nach Maßgabe der Einstellung des
Regelventils 8 in eine Pumpe ¢, von der sie über die Leitung 6 in die Röhrenretorte
i o gespritzt wird.
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Diese Retorte wird durch Abhitze oder Brenner auf einer hinreichend
hohen Temperatur, z. B. auf q.50° C, gehalten, wobei ein Druck von etwa 7 kg/qcm
mit Hilfe des Reduzierventils 12 aufrechterhalten wird. Das gasförmige Gemisch gelangt
danach in eine zweite Retorte 14, die auf einer noch höheren Temperatur, z. B. auf
675° C, gehalten wird, und ein Rohr 16 zum fallweisen Einleiten von zusätzlichem
Wasserdampf aufweist.
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Das Dampfölgemisch gelangt schließlich in den Verteilkopf 2o,. der
sich im Feuerraum des Dampfkessels befindet, und wird hier glatt verbrannt.
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Wenn gewünscht, kann das Dampfölgemisch mit einer zur vollständigen
Verbrennung unzureichenden Luftmenge vermischt und nach Verwendung der dabei erzeugten
Wärme zur Kondensation des Wasserdampfes abgekühlt werden. Man erhält dann ein fixes
Gas, das eine Mittelstellung zwischen Ölgas und Kohlenoxyd einnimmt.