DE69210289T2 - Verfahren zur Verringerung des Verunreinigungsgrades von Brennstoffen - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung des Kontaminationsgehaltes von Brennstoffen, wie Rückstandsbrennstoffe und andere, Rückstandskohlenwasserstoffe enthaltende flüssige Brennstoffe, die in Dieselmotoren und Gasturbinen verwendet werden. Die Erfindung ist auch auf andere Prozeßflüssigkeiten anzuwenden, die zur Verunreinigung mit Wasser und schließlich bzw. ggf. mit Feststoffen neigen.
• Insbesondere betrifft die Erfindung neue Techniken zur Verbesserung herkömmlicher Verfahren zur Verringerung des Kontaminationsgehaltes von Rückstandsbrennstoffen, die in Dieselmotoren verwendet werden, nämlich schwere Heizöle (Rückstandskohlenwasserstoffe bzw. Kohlenwasserstoffrückstände) und/oder Gemische aus schwerem Heizöl mit Destillaten, die die Spezifikationen gemäß der Klassifizierung ISO 8217(87) :F - RM10 bis RM H55 entsprechend dem britischen Standard BS MA 100: Klasse M 4 bis M 12, im Handel auch als IFO 30 bis IFO 700 oder IF 30 bis IF 700 bekannt, erfüllen, und ebenfalls von Rohölen.
• Die Erfindung betrifft auch eine Technik zur Reinigung weiterer Prozeßflüssigkeiten, die zur Kontamination mit Wasser und schließlich bzw. ggf. mit Feststoffen neigen, wobei die obigen Kontaminationen Emulsionen oder Dispersionen mit mindestens einem Teil des kontaminierenden Wassers entstehen lassen, und die Emulsionen die spezifischen Funktionen des Fluids stören, indem sie operative Unannehmlichkeiten, Korrosion, Abrieb, Verstopfen der Filter, Reaktion des Wassers mit dem Fluid und/oder fakultativ vorhandenen Additiven verursachen, wodurch die oben genannten spezifischen Funktionen Schaden nehmen.
• Die Gegenstände, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren umfaßt sind, sind wie folgt definiert:
Heizöl
• - gemäß der Herstellung mittels verschiedener Raffinerieverfahren und der Belieferung an den Endverbraucher: ein komplexes System aus asphaltenischen Micellen, die kolbidal in einer kontinuierlichen Phase dispergiert sind, bekannt als "Malthene".
Prozeßflüssigkeiten,
• die von dem vorgeschlagenen Verfahren profitieren können: Hydrauliköle, Schmiermittel für Präzisionsmechanismen mit geringem Spiel zwischen den sich bewegenden Oberflächen, Schmiermittel für Kühllagerungs- und Klimatisierungssysteme, Wärmeübertragungsöle und weitere.
• Prozeßflüssigkeiten bzw. -fluide, die, wenn sie mit Wasser kontaminiert sind, eine komplexe kolloidale Struktur ähnlich zu der der Heizölmicellen zeigen.
• Der erfindungsgemäße Ausdruck Reinigung bedeutet die Entfernung der diskontinuierlichen Phase aus der kontinuierlichen Phase.
• Wie gezeigt wird, sind Micellen für den Wirksamkeitsverlust der herkömmlichen Reinigungsverfahren von Brennstoffen und ggf. der oben genannten Prozeßflüssigkeiten verantwortlich.
Hintergrund der Erfindung
• Entspannungs- bzw. Flash-Verdampfung stellt ein wohlbekanntes in der Literatur beschriebenes Einheitsverfahren dar. Es wird bei einer großen Vielzahl an Herstellungsverfahren breit angewendet, u.a. bei der Destillation und der Raffinierung von Mineralöl und dessen Derivaten, Petrochemikalien, bei der Rückgewinnung von gebrauchtem Motoröl, bei der Herstellung von Milchpulver etc. Zahlreiche Patente machen von dem obigen Verfahren Gebrauch, u.a.:
• Die US-PS Nr. 3 923 644: Process and apparatus for rerefining used petroleum products (Verfahren und Vorrichtung zur Zweit-Raffination gebrauchter Petroleumprodukte) betrifft die Regenerierung gebrauchter Motorenöle.
• Die US-PS Nr. 3 625 881: Crank case oil refining (Motorenölraffination).
• Die US-PS Nr. 4 082 653: Crude oil distillation process (Rohöl-Destillationsverfahren).
• Die US-PS Nr. 3 888 760: Avoiding heat exchanger fouling after crude oil desalting (Vermeidung von Fouling des Wärmeaustauschers nach dem Entsalzen von Rohöl).
• Die US-PS Nr. 3 798 153: Crude oil processing (Rohölverarbeitung).
• Wie es ersichtlich ist, betrifft keines der obigen Patente die Konditionierung, im speziellen die Reinigung von Brennstoff und anderen Prozeßflüssigkeiten, wie dies der Zweck des hierin beschriebenen Verfahrens ist.
• Bei Rückstandsbrennstoffen, ebenso wie bei anderen Prozeßflüssigkeiten, mit denen die Erfindung befaßt ist, sind kontaminierende Substanzen, kolloidal dispergiert, wobei kontaminierendes Wasser als Stabilisator der Dispersion wirkt. Wasser verstärkt die Bildung von Micellen.
• Eine Micelle besteht aus einem festen oder flüssigen Kern, der in der umgebenden kontinuierlichen flüssigen Phase unlöslich ist, wobei die Dichte des obigen Kerns - im Falle von Heizöl - merklich höher ist als die der kontinuierlichen Phase.
• Jeder Kern ist von einer unbegrenzten Anzahl von konzentrisch angeordneten adsorbierten Schichten umgeben, deren Löslichkeit in der kontinuierlichen Phase systematisch zunimmt.
• Micellen stellen eine dispergierte oder diskontinuierliche Phase in einem kontinuierlichen Medium dar. Das Volumen jeder Micelle ist merklich größer als das ihres Kernes, und ihre Dichte nähert sich der der kontinuierlichen Phase an.
• Aufgrund des geringen Dichteunterschiedes zwischen der kontinuierlichen Malthenphase und der aus Micellen aufgebauten dispergierten asphaltenischen Phase, fällt das letztere nicht aus, und die Abtrennung der beiden Phasen, sei es durch Absitzenlassen oder Zentrifugieren, ist beeinträchtigt. Eine Dispersion dieses Typs wird als stabil definiert.
• Wasser verstärkt die Bildung von stabilen Dispersionen und beeinträchtigt somit die Abtrennung von gefährlichen bzw. schädlichen kontaminierenden Substanzen durch Absitzenlassen oder Zentrifugieren, selbst wenn die Dichte der festen kontaminierenden Substanzen merklich höher ist als die der kontinierlichen Phase.
• Andererseits tendieren die Micellen aufgrund ihrer klebrigen oder pastösen Konsistenz dazu, Filter zu verstopfen, wodurch vorzeitige Sättigung verursacht wird.
• Heizöl, wie es vom Endverbraucher bezogen wird, enthält immer kontaminierende Substanzen - unter anderem - Aluminiumoxide und -silikate (katalytische Feinstpartikel), Sand, Rost, Eisenteilchen und dispergierte kohlenstoffartige Substanzen.
• Rückstandsbrennstoffe wurden zum ersten Mal in den 40er Jahren dieses Jahrhunderts verwendet (J. Lamb, The burning of boiler fuel in marine diese engines (Die Verbrennung von Kesselbrennstoff in Dieselmotoren der Marine) - Transactions, The Institute of Marine Engineers - Bd. 60 Nr. 1, 1948, S. 1 bis 39).
• Gegenwärtig arbeiten nahezu alle großen langsamen Hochleistungs-Dieselmotoren (bis zu 64.320 bhp und 5590 bhp pro Zylinder, z.B. MAN-B&W 12 Zylinder K90MC bzw. K90MC-C) mit Rückstandsbrennstoff (Informationsquelle: Marine Engineers Review Directory of Marine Diesel Engines - 1990).
• Rückstandsbrennstoffe bis zu 750 cSt bei 50C (vorstehend genanntes BSMA 100 Klasse M 12 und ISO F-RMH55) werden verwendet, selbst bei Propulsionsmaschinen mit mittlerer Geschwindigkeit, z.B. Wartsila-Diesel-Reihe Vasa 46, die bei 450 bis 514 UpM arbeitet, und Hilfsmotoren, die bis zu 1200 UpM arbeiten. (W. Lowe, The use of heavy fuels in diesel engines of marine auxiliary sizes - Transactions, The Institute of Marine Engineers, Bd. 97, Aufsatz 13, 1985 und H. Sjoeberg, Combustion studies and endurance tests on low ingnition quality fuel oil - Transactions, The Institute of Marine Engineers, Bd. 99, Aufsatz 24, 1987.)
• Andererseits wird die Qualität und Kontaminierung des weltweit vertriebenen Rückstandsbrennstoffs von Jahr zu Jahr zunehmend schlechter, aufgrund von Veränderungen der Raffinationsverfahren, aufgrund einer steigenden Nachfrage nach Kohlenwasserstoffdestilaten und - seit 1973 - aufgrund der Kosten von Erdölprodukten. Es ist zu erwähnen, daß das meiste des tatsächlich gehandelten Brennstoffs unter anderen Komponenten "Aufschlämmungsöl" enthält, d.h. ein Nebenprodukt der katalytischen Crack-Arbeitsweise mit einem relativ hohen Prozentgehalt an sog. "Katalysatorfeinteilchen" d.h. sehr kleinen Teilchen von hochschmirgelnden Aluminiumoxiden und -silikaten. Aus diesem Grund geben die British Standards BSMA 100 eine Grenze von maximal 30 ppm für Aluminium und ISO 8217 und CIMAC eine Grenze von 80 ppm für Aluminium + Silicium für Marine-Brennstoffe, die verkauft werden sollen, vor. Umfangreiche Untersuchungen, die im Verlaufe der vergangenen Jahre durchgeführt worden sind, zeigen einen signifikanten Anstieg des Abriebs aufgrund der Anwesenheit von Schleifmitteln in dem Brennstoff auf (E.W. Hutchins, Fuel filtration to prevent engine damage - Shipbuilding Technology International 1990, Sterling Publication Ltd. London, 1990).
• Seit damit begonnen wurde, Dieselmotoren mit Rückstandsbrennstoff zu betreiben, traten aufgrund der kontaminierenden Substanzen in dem Brennstoff, der den Motoren zugeführt wurde, ernsthafte Probleme auf. Die Bedeutung der korrekten Reinigung wurde ebenso wie die Betriebsschwierigkeiten, die bei der Erreichung der korrekten Reinigung auftreten, erkannt (A. Norling, The burning of boiler fuels in diesel engines - Shipbuilding Section of the Swedish Society for Technology (Schiffsbauabteilung der schwedischen Gesellschaft für Technologie), 1. Oktober, 1949 und H.T. Winberg, The purification of heavy fuel oil for diesel engines - The Motor Ship, Juli, 1954).
• Nichtsdestotrotz sind die heutigen Verfahren zur Reinigung von Brennstoff nahezu identisch mit denen von 1950, nämlich Absitzenlassen, Zentrifugieren und Filtration in dieser Reihenfolge. Seitdem damit begonnen wurde, Rückstandskohlenwasserstoff-Fraktionen als Dieselbrennstoff zu verwenden, bestanden Verbesserungen im wesentlichen in der Automatisierung von Zentrifugen (Erikson, Practical experiences of ALCAP: a separation system for heavy fuel oil - Transactions, The Institute of Marine Engineers, Bd. 97, Aufsatz 22, 1985) und in der Bereitstellung von verbesserten Filtern und Filtrationsmedien (E. W. Hutchins, Fuel filtration to prevent engine damage - Shipbuilding Technology International 1990, Sterling Publications Ltd. London und M. V. Jones, Fuel system design features and operating practices - Transactions, The Institute of Marine Engineers, Bd. 96, Aufsatz 58, 1984).
• Mehr oder weniger ernsthafte Betriebsschwierigkeiten, Abrieb, Hauptbeschädigung und schlechte Ergiebigkeit von Dieselmotoren werden häufig durch das Vorhandensein von Verunreinigungen in dem den Motoren zugeführten Brennstoff verursacht, aufgrund von Effizienzverlust der gegenwärtig verwendeten Zentrifugen und Filter.
• Diejenigen, die mit großen Dieselmotoren, die mit Rück standsbrennstoff (z.B. in Kraftwerken und/oder Motorschiffen) zu tun haben und dafür verantwortlich sind, sind sich wohl bewußt, daß die Wirksamkeit der Brennstoffreinigung durch herkömmliche Verfahrensweisen von den physikalischen, chemischen und physikalisch chemischen Merkmalen des Brennstoffs, die von gebunkerter Lieferung zu gebunkerter Lieferung variiert, abhängt. Lieferungen unterscheiden sich u.a. in der Dichte, Viskosität, Molekulargewicht der Komponenten und dem Verhältnis von paraffinischen/naphthenischen/aromatischen Kohlenwasserstoffen und somit in der Zündfähigkeit, der Kompatibilität zwischen den Komponenten und der thermischen und Lagerstabilität.
• Weitere Variationen von Lieferung zu Lieferung sind die Konzentration der kontaminierenden Substanzen, die in dem Brennstoff, wie ihn der Endverbraucher erhält, immer anwesend sind, und der Dispersionszustand der obigen kontaminierenden Substanzen.
• Häufig sind Brennstoffe, die von verschiedenen Quellen stammen, miteinander unverträglich. Das Mischen solcher Brennstoffe in dem gleichen Tank führt zu übermäßiger Schlammansammlung in Tanks und Zentrifugenschüsseln, vorzeitigem Verstopfen von Filtern und weiteren Unannehmlichkeiten.
• Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten sind weltweit Verfahren untersucht worden. In MER - Marine Engineers Review, September 1990, S. 30 wird unter der Überschrift: "Combined ultrasonic/filtering concept claims improved fuel cleanliness ": Eine Vorrichtung - Ultrasaff - beschrieben, die von der Finnischen Gesellschaft Acomarin Oy als Antwort auf den Bedarf nach einer besseren Filter-, Homogenisierungs- und Emulgierungstechnologie entwickelt worden ist, um Katalysatorfeinteilchen, Wachse, Asphaltene, Wasser etc. -die Plagen eines wirksamen Dieselmotorbetriebs, in den Griff zu bekommen.
• Eine auf identischen Prinzipien basierende Vorrichtung wird von der japanischen Firma "MARISAVE" hergestellt und vermarktet.
Erfindungsgemäße Verbesserung
• Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf dem Aufbrechen von kolloidalen Systemen (Micellen).
• Erfindungsgemäß muß das Aufbrechen des kolloidalen Systems vor der Endstufe bzw. den Endstufen zur Eliminierung fester Kontaminanten, d.h. vor der Stufe des Klärzentrifugierens und/oder des Filtrierens, erfolgen. Ihm können ggf. auch Vorreinigungsarbeitsweisen vorangehen, z.B. Waschen mit Wasser, um wasserlösliche Kontaminanten, wie Natriumchlorid, zu eliminieren und Zentrifugieren in der Reinigungsbetriebsart, um "freies", d.h. nicht emulgiertes, Wasser zu eliminieren.
• Das Aufbrechen wird mittels Flash-Verdampfung des kontaminierenden Wassers erreicht.
• Die entscheidende Stufe, auf der die erfindungsgemäße Technik basiert, nämlich Aufbrechen der kolloidalen Struktur des Heizöls oder der kontaminierten Prozeßflüssigkeit, die die wirksame Reinigung verhindert, erfolgt in einer Verdampfer- Kondensator-Vorrichtung.
• Der Verdampfer-Kondensator ist so aufgebaut, um automatisch leichte Kohlenwasserstoff-Fraktionen, die ggf. gleichzeitig mit Wasser verdampfen, zurückzugewinnen und diese in den dehydratisierten Brennstoff oder die dehydratisierte Prozeßflüssigkeit wieder einzuarbeiten.
• Das erfindungsgemäße Verfahren ersetzt nicht, sondern ergänzt die üblicherweise vorhandene herkömmliche Reinigungs ausrüstung (Zentrifugen, Filter, Magnetstecker etc.). Es verbessert die Gesamtreinigungswirksamkeit und erweitert den Bereich ihrer Betriebsbedingungen.
• Die erforderliche zusätzliche Ausrüstung wird in die existierenden Installationen eingebracht. Somit kann die Nachrüstung einer existierenden Installation, wie sie normalerweise in Maschinenräumen gefunden wird, mit der zusätzlichen Ausrüstung bei niedrigen Kosten, ohne Störung des normalen Betriebs von Motoren und/oder der Systeme, die die Reinigung von ihrem Arbeitsmedium erfordern, bewerkstelligt werden.
• In Abhängigkeit von dem zu konditionierenden oder zu reinigenden Produkt kann die Destabilisierung der kolloidalen Struktur zusätzliche Stufen zur Eliminierung möglicherweise vorhandener, unerwünschter, fester Verunreinigungen vorgeschaltet oder nachgeschaltet sein.
• Deshalb können beispielsweise Heizöle, bevor das kolloidal dispergierte, kontaminierende Wasser durch Flash-Verdampfung entfernt wird, mittels Waschen mit Frischwasser entsalzt werden, um Natriumchlorid auf ein akzeptables Niveau abzusenken - Natrium ist höchst nachteilig - gefolgt von Zentrifugieren im Reinigungsmodus zur Abtrennung von "freiem" (nicht emulgiertem) Frischwasser. Das Entsalzen durch Waschen mit Wasser kann nur erreicht werden, falls die relative Dichte des Brennstoffs, bezogen auf Wasser, beide bei etwa 95ºC bis 98ºC, unterhalb 0,99 liegt.
• Nach dem Aufbrechen des kolloidalen Systems durch Flash-Verdampfung wird der Brennstoff der Zentrifugation im Klärmodus und der abschließenden Filtration zugeführt. In Abhängigkeit von dem verfügbaren Filtermedium kann auf das Klären verzichtet werden.
• Die Konditionierung durch das erfindungsgemäße Verfahren von anderen Fluiden, z.B. Hydraulikölen, unterscheidet sich von dem für Heizöl verwendeten Verfahren bezüglich der Stufen und der zu befolgenden Reihenfolge.
• Die Erfindung unterscheidet sich im wesentlichen von herkömmlichen Verfahren insofern, als sie die zusätzliche Stufe des Aufbrechens von hochstabilen kolloidalen Systemen einführt, wobei dies durch Eliminierung des kontaminierenden, kolloidal gebundenen Wassers mittels Verdampfung vor den weiteren Reinigungsstufen erzielt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren besteht aus dem Aufbrechen des kolloidalen Systems mittels Dehydratisierung der Micellen vor dem Zentrifugieren des Brennstoffs im Klärmodus und/oder der abschließenden Filtration.
• Das erfindungsgemäße Verfahren verändert die physikalisch chemische Struktur des Fluids, indem Wasser eliminiert wird, bevor die verbleibenden festen Kontaminanten im wesentlichen abgetrennt werden, wodurch die Effizienz des Zentrifugierens im Klärmodus und die Effizienz des Filtrierens erhöht werden.
• Keines der im Stand der Technik bekannten Verfahren zur Brennstoffreinigung eliminiert kolloidal gebundenes Wasser durch Flash-Verdampfung, noch brechen sie die Micellen, d.h. die kolloidale Struktur des Brennstoffs, vor den abschließenden Reinigungsschritten (Zentrifugierung und Filtration) auf, da sie nicht erkannt haben, daß die kolloidale Struktur die primäre Ursache für den Effizienzverlust der klassischen Reinigungsverfahren darstellt.
• Wie vorstehend ausgeführt, ist das Heizöl, so wie es den Endverbraucher erreicht, eine kolloidale Dispersion aus Asphaltenen, die in dem kontinuierlichen öligen Malthenmedium peptisiert sind.
• Malthene bestehen im wesentlichen aus miteinander mischbaren Kohlenwasserstoffen mit einem breiten Molekulargewichtsbereich.
• Asphaltene sind komplexe Kohlenwasserstoffverbindungen mit hohem Molekulargewicht und mit sehr hohem C/H-Verhältnis, die zusätzlich kleinere Mengen an Schwefel, Sauerstoff und Stickstoff enthalten. In Heizöl treten sie in einem ziemlich breiten Molekulargewichtsbereich auf.
• Physikalisch kann eine Asphaltenmicelle dahingehend betrachtet werden, daß sie aus einem festen oder halbfesten kohlenstoffartigen Kern mit sehr hohem C/H-Verhältnis besteht, der in der Malthenphase vollständig unlöslich ist und dessen Dichte merklich höher als die der letztgenannten ist.
• Jeder Kern ist von einer unbegrenzten Anzahl an adsorbierten Kohlenwasserstoffschichten umgeben, in denen das C/H-Verhältnis, das Molekulargewicht, die Viskosität und Dichte, ausgehend von dem Asphaltenkern, allmählich abnehmen, bis das C/H-Verhältnis der äußersten adsorbierten Schicht nahezu gleich zu dem der Malthenphase ist.
• Die adsorbierten Schichten sind in der Malthenphase teilweise löslich. Ihre Löslichkeit, d.h. ihre Desorption, von den Micellen hängt von ihrer chemischen Zusammensetzung und von der chemischen Zusammensetzung der Malthenphase ab. Die Löslichkeit nimmt mit der Temperatur zu.
• Aufgrund der polaren Natur der Asphaltenkerne, absorbieren sie auch Substanzen, die Schwefel, Stickstoff und Sauerstoff enthalten und die aus dem Rohöl stammen, ebenso wie Spuren an Wasser, welches seinerseits dazu neigt, nicht dazu gehörende feste Kontaminanten mit kleiner Größe zu adsorbieren.
• Feste Kontaminanten, die am meisten in Brennstoff nachgewiesen werden, sind: Rost, Sand und "katalytische Feinteilchen" (Oxide und Silikate von Aluminium), wobei all diese extrem schmirgelnd sind.
• Da sich schädliche Kontaminanten, nämlich Wasser und Feststoffe, ebenso wie Schwefelverbindungen, in der Nähe des asphaltenischen Kerns konzentrieren, muß jedes Reinigungssystem den asphaltenischen Kern und Verbindungen, die daran anhaften, d.h. die Micellen, eliminieren.
• Die Micellen sind auch für die kolloidalen Eigenschaften des Heizöls verantwortlich.
• Wie oben beschrieben, ist das Volumen der Asphaltenmicellen groß im Vergleich zum Volumen, ihrer schwereren Komponenten (nahezu fester Kern mit hohem Molekulargewicht, Wasser und anorganische Feststoffe). Somit ist das Volumen eines jeden festen hochdichten Kerns gegenüber dem Volumen seiner Micelle vernachlässigbar, und die Dichte der Micellen nähert sich der der malthenischen Phase an.
• Die chemische Zusammensetzung der Malthenphase und der der Asphaltene und das Verhältnis von Asphaltenen zu Malthenen variiert von Lieferung zu Lieferung des Heizöls in Abhängigkeit von der Natur des verarbeiteten Rohöls und der verwendeten Raffinierungsverfahren.
• Demgemäß müssen die Reinigungsbedingungen bei den herkömmlichen Verfahren an die physikalisch chemischen Eigenschaften jeder Brennstofflieferung und an ihre Tendenz, mit Wasser zu emulgieren und/oder feste Kontaminanten festzuhalten, angepaßt werden.
• Das Mischen von Brennstoffen verschiedener Herkunft und/oder von Rückstandskohlenwasserstoffen mit Destillaten führt häufig zur Ausflockung eines Teils der Micellen. Dieses Phänomen ist als "Verlust an Stabilität" oder "Unverträglichkeit der Komponenten" bekannt. Unter anderem kann die Unverträglichkeit verursachen: Schichtenbildung in Lagertanks, nicht homogene Brennstoffe, so wie sie Zentrifugen und Motoren zugeführt werden, vorzeitige Anreicherung von Schlamm in Zentrifugenschalen, vorzeitiges Verstopfen von Filtern und Effizienzverlust der verfügbaren Reinigungsausrüstung.
• Unverträglichkeit und Instabilität können mittels der ASTM- Methode D 2781 bestimmt werden. Der obige Test, der vor oder während des Bunkerns durchgeführt wird, warnt das für die Motoren verantwortliche Personal vor möglichen zukünftigen Betriebsschwierigkeiten.
• Herkömmliche Reinigungstechniken umfassen die folgenden Stufen:
• 1- Absetzenlassen: teilweises Entfernen von "freiem" (nicht emulgiertem) Wasser, wasserlöslichen Kontaminanten (im wesentlichen Natriumchlorid) und Feststoffen, die nicht durch Micellen adsorbiert sind.
• 2- Zentrifugieren im Reinigungsmodus: Eliminierung von Resten an "freiem" nicht emulgiertem Wasser, teilweise Eliminierung von wasserlöslichen Salzen, im wesentlichen Natriumchlorid und teilweise Eliminierung von Asphaltenmicellen, einschließlich fester Kontaminanten.
• 3- Zentrifugieren im Klärmodus: teilweises Entfernen von Micellen aus schweren Asphaltenen, einschließlich etwas des emulgierten Wasser und der adsorbierten festen Kontaminanten.
• 4- Filtration: mit der Neigung, Reste an schmirgelnden festen Verunreinigungen, die überwiegend kolloidal in bisher nicht abgetrennten Micellen dispergiert sind, zu eliminieren.
• Die Flash-Dehydratisierung vor der Stufe 3, wie sie erfindungsgemäß spezifiziert ist, beeinflußt die Wirksamkeit des Klärens und der Filtration aus den folgenden Gründen:
• Die Absetzgeschwindigkeit - gemäß dem Stokeschen Gesetz - ist direkt proportional zum Dichteunterschied zwischen der dispersen und der kontinuierlichen Phase und umgekehrt proportional zur Viskosität.
• Die Reinigungswirksamkeit der Zentrifuge im Klärmodus ist direkt proportional zur Absetzgeschwindigkeit und zur Verweilzeit im Zentrifugengefäß, wobei das letztgenannte naturgemäß durch die operativen Anforderungen beschränkt ist.
• Die Absetzgeschwindigkeit ist somit der die Kläreffizienz bestimmende Faktor, d.h. die Effizienz der Abtrennung durch Zentrifugieren im Klärmodus hängt aussschließlich von dem Dichteunterschied zwischen der diskontinuierlichen (asphaltenischen) und der kontinuierlichen (malthenischen) Phase und der Viskosität des zu reinigenden Fluids ab.
• Aus den vorstehend genannten Gründen sind die Dichteunterschiede zwischen der Asphalten- und der Malthenphase üblicherweise klein.
• Zum Erreichen einer optimalen Wirksamkeit wird herkömmlicherweise die Brennstofftemperatur auf etwa 98ºC erhöht, was dazu führt, daß:
• - die Dichte der Malthenphase abnimmt,
• - die externen Schichten der Micellen solubilisiert werden,
• - es zu einer geringen Abnahme des Volumens und somit zu einer Zunahme der Dichte der Micellen kommt,
• - die Viskosität erniedrigt wird.
• Da die Zentrifuge bei atmosphärischem Druck betrieben wird und das Wasser niemals vollständig vor der Klärung eliminiert ist, führt das Zentrifugieren bei höherer Temperatur zu Kochen, Schaumbilden und Turbulenzen innerhalb des Zentrifugengefäßes, wodurch die zentrifugale Abtrennung gestört wird.
• Eine weitere Beschränkung hinsichtlich korrekter zentrifugaler Trennung stellt die maximale zulässige Dichte des Brennstoffs, wie er bezogen wird, dar, die gegenwärtig bei 0,991 kg/l @ 15ºC gemäß dem British Standard BSMA 100 (1,010 kg/l ist für eine Anzahl von Brennstoffen gemäß der ISO 8217 (87) und CIMAC zugelassen) liegt.
• Statistiken des "Veritas Petroleum Services" haben einen weltweiten Trend der Zunahme der Dichten aufgezeigt. Neun von 32 Proben von Heizöl (G35), die bei verschiedenen Häfen gebunkert waren, zeigten Dichten bei 15ºC zwischen 0,992 und 1,008 kg/l. Verschiedene Proben besaßen bis zu 12,2 % Wasser und bis zu 0,30 % Aschegehalt (MER Marine Engineers Review - September 1990, S. 32).
• Ein relativ neuer Zentrifugentyp (Alfa-Laval ALCAP) erlaubt Dichtegrenzen bis zu 1,013 kg/l bei 15ºC (Erikson, Practical experiences of ALCAP: a separation system for heavy fuel oil - Transactions - The Institute of Marine Engineers, Bd. 97, Aufsatz 22, 1985). Jedoch ist ALCAP wie die übrigen Zentrifugen nicht in der Lage, emulgiertes Wasser vollständig zu eliminieren. Hochdichte Brennstoffe weisen üblicherweise einen hohen Gehalt an emulgiertern Wasser auf.
• Unter den gegebenen Bedingungen erlauben die meisten Motorenhersteller bei der Beschickung der Motoren einen maximalen Wassergehalt von 0,2 % aufgrund von Schwierigkeiten - bei einigen Brennstoffen - um niedrigere Kontaminationsniveaus mit herkömmlicher Reinigungsausrüstung zu erzielen. Die Erfahrung hat nichtsdestotrotz gezeigt, daß selbst diese Niveaus schädlich sein können.
• Zahlreiche Analysen von Brennstoffen, die im Verlauf von mehreren Jahren durchgeführt worden sind, haben bewiesen, daß nicht alle Micellen durch das herkömmliche Zentrifugieren eliminiert werden. Restliche Micellen in dem zentrifugierten Brennstoff sind von klebriger Konsistenz. Sie neigen dazu, Filter zu verstopfen, und sie sind deshalb für die vorzeitige Sättigung von Filtern bei der abschließenden Brennstoffkonditionierungsstufe, d.h. nach der abschließenden Zentrifugierung und vor der Zuführung zu den Motoren, verantwortlich.
• Um diese Sättigung zu verhindern oder zu verzögern, sind die zur Entfernung von festen Verunreinigungen verwendeten Filter üblicherweise Metallsiebe mit 30 bis 40 µm (nominal) Die meisten festen kontaminierenden Substanzen, die für Motoren schädlich sind, weisen eine nennenswert kleinere Größe auf.
• Die Zweckmäßigkeit der obigen Filter zur Verhinderung von Abrieb ist somit strittig. Häufige vorzeitige Sättigung von Filtern zwingt die Betreiber zur Verwendung von Filtern mit noch größerer Porengröße zum Schaden von Injektionspumpen, Injektoren, Kolbenringen und Linern, die nennenswerten Abrieb und erosiven Verschleiß nach nur wenigen Betriebsstunden erleiden.
• Die Analytikergebnisse von Brennstoffproben, die herkömmlich konditioniert und Motoren zugeführt worden sind, haben gezeigt, daß nur selten eine befriedigende Eliminierung aller kontaminierenden Substanzen erreicht worden ist. Die VPS (Veritas Petroleum Services), eine Tochtergesellschaft der Det Norske Veritas, die sich ausschließlich der Brennstoffanalyse und der Beratung bei Brennstofflagerung, -handhabung und der Konditionierung, basierend auf der Dienstleistung mit dem Titel "fuel System Check" (Brennstoffsystemcheck) bekundet: "VPS weiß, daß Brennstoffe, obwohl sie die Behandlungssysteme durchlaufen, bei den Motoren Fehler in der einen oder anderen Form, manchmal mit drastischen Konsequenzen, verursachen" ("How good is the fuel at the engine?" (Wie gut ist der Brennstoff für den Motor?) - MER - Marine Engineers Review, November 1990, S. 32).
• Die Erfindung überwindet all diese Schwierigkeiten und Beschränkungen, indem sie zwischen die Reinigungsvorrichtung und die Klärvorrichtung die zuvor beschriebene Flash-Vorrichtung einschiebt und somit die kolloidale Struktur von Brennstoff durch Abtreiben von freiem und emulgiertem Wasser aufbricht.
• Grundsätzlich umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden Einheitsarbeitsweisen:
• - Erhitzen unter Druck oberhalb von 100ºC
• - Dehydratisierung durch Flash-Verdampfung
• - Zurückgewinnung von flüchtigen mit Wasser co-destillierten Fraktionen
• - Entfernung von Feststoffen durch Zentrifugierung im Klärmodus bei z.B. 120ºC bis 180ºC
• - Filtration durch Filter mit kleiner Porengröße (z.B. 5 bis 10 µm).
• Unter dem operativen Gesichtspunkt unterscheidet es sich von herkömmlichen Verfahren durch die Tatsache der Einführung einer zusätzlichen Stufe vor der Zentrifugierung im Klärmodus und/oder der Filtration, nämlich durch die Eliminierung von Wasser mittels Flash-Verdampfung.
• Die erfindungsgemäßen Innovationen beeinflussen das Reinigungsverfahren wie folgt:
• 1.- Vor der Dehydratisierung kann der Brennstoff der Entsalzung mittels Waschen mit Frischwasser unterworfen werden. Diese Stufe benötigt eine relative Dichte des Brennstoffs, bezogen auf Wasser, jeweils bei etwa 98ºC, von nicht mehr als 0,99.
• Das Waschen mit Wasser führt zu einer stabilen Emulsion. Das Aufbrechen der obigen Emulsionen durch herkömmliche Reinigungsverfahren ist beschwerlich.
• Es wird deshalb weggelassen, wenn immer möglich. Demgegenüber ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Emulgierung nicht schädlich, da alles Wasser entfernt wird.
• Sensoren für Natriumchloridkonzentration können angepaßt werden, um das Brennstoff/Wasser-Verhältnis zu optimieren.
• 2.- Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das abschließende Zentrifugieren im Klärmodus (nach Dehydratisierung) bei Temperaturen oberhalb von 100ºC durchgeführt werden, was zu einer niedrigeren Viskosität des dehydratisierten Brennstoffs aufgrund der höheren Temperaturen führt, wodurch die Absetzgeschwindigkeit der frei fließenden, nicht kolloidal dispergierten festen Kontaminanten erhöht wird. Somit beträgt die typische Viskosität von IF 380 (ISO G35) - einem der am meisten verwendeten Brennstoffe - 33 bis 40 cSt bei 100ºC und 14 cSt bei 150ºC. Gemäß dem Stokeschen Gesetz ist aufgrund der verringerten Viskosität und dadurch, daß alle weiteren Merkmale (z.B. die Dichteunterschiede) konstant bleiben, die Absetzgeschwindigkeit in der Zentrifuge bei 150ºC 2,5- bis 2,8mal schneller, verglichen mit 100ºC.
• Im Falle, daß nur eine Zentrifuge verfügbar ist - Gefahr des Verschleppens von Wasser, das eliminiert worden ist - kann sie im Klärmodus und somit mit besserer Effizienz betrieben werden.
• 3.- Nach der Flash-Verdampfung sind die festen Kontaminanten nicht mehr länger kolloidal suspendiert. Die Dichte dieser festen Kontaminanten ist somit zu der der Kerne der ursprünglichen Micellen des Brennstoffs, wie erhalten, gleich, wobei diese Dichte nennenswert höher als die Dichte der Micellen ist. Der größere Dichteunterschied zwischen den festen Kontaminanten und der kontinuierlichen flüssigen Phase erhöht die zentrifugale Abtrennung.
• 4.- Bei dem Aufbrechen der Micellen wird ein Teil der absorbierten Außenschichten in der Malthenphase gelöst. Die vorstehenden solubilisierten Kohlenwasserstoffe, die bei den herkömmlichen Verfahren verloren gehen, werden nun in den Brennstoff eingearbeitet und erhöhen somit die Ausbeute.
• 5.- Dichten von Brennstoffen, die oberhalb der tatsächlich spezifizierten liegen, stellen nicht mehr länger ein Hindernis für die effiziente zentrifugale Reinigung dar. Diese Tatsache beeinflußt die Kosten des Brennstoffs erheblich, der bis zu 70 % der Betriebskosten bei Booten darstellt.
• 6.- Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Verwendung von Filtern mit niedriger Porengröße (versuchsweise 5 bis 10 µm, verglichen mit 30 bis 40 µm, die bei dem herkömmlich gereinigten Brennstoff verwendet werden) ohne das Risiko des vorzeitigen Verstopfens. Filtrierung nach dem Zentrifugieren im Klärmodus eliminiert die festen Kontaminanten, die zuvor aufgrund ihrer kleinen Größe nicht abgetrennt worden sind. Die obigen Kontaminanten scheiden sich auf dem Filtermedium unter Bildung eines relativ trockenen Kuchens ab. Ihre Tendenz, Filter zu verstopfen, ist nennenswert niedriger, verglichen mit den klebrigen oder pastösen Rückständen, die sich auf Filtern während der herkömmlichen Reinigungsverfahrensweisen abscheiden.
• 7.- Feste Kontaminanten mit geringer Größe bestehen im wesentlichen aus katalytischen Feinteilchen, Rost und Siliciumdioxidkristallen (Sand und Staub). Sie sind hart und höchst schmirgelnd. Wenn sie Dieselmotoren zusammen mit dem Brennstoff zugeführt werden, können sie gravierenden Verschleiß und bleibende Deformation von Injektionspumpen, Düsen, Kolbenringen und Linern verursachen. Ihre Abtrennung zusätzlich zur Vermeidung von Verschleiß erhöht die Verbrennungseffizienz und Gesamtausbeute und verringert die Umweltverschmutzung.
• 8.- Wartungsarbeiten von Zentrifugen und Filtern werden reduziert.
• 9.- Das Volumen von Schlamm aus Zentrifugen und Filtern, in bzw. auf denen er sich abscheidet, wird nennenswert verringert.
• 10.- Motoren- und Reinigungsausrüstungshersteller spezifizieren typischerweise:
• Maximaler Gebrauch der installierten Zentrifugenkapazität bei minimalem Durchsatz
• Vermeidung von Turbulenzen des der Zentrifuge bzw. den Zentrifugen zugeführten Brennstoffs.
• Strenge Temperaturkontrolle
• Wahl der korrekten Schwerkraftscheibe
• Konstante Fließgeschwindigkeit
• Die obigen Vorsichtsmaßnahmen sind für das erfindungsgemäße Verfahren nicht zwingend.
• Wie vorstehend beschrieben, ist die Eliminierung von Natriumchlorid, z.B. durch Kontaminierung mit Seewasser, aus Brennstoffen durch Zentrifugieren im Reinigungsmodus nicht sehr wirksam.
• Überschüssiges Natrium speziell in Anwesenheit von Vanadium, das aus dem Rohöl stammt, ist sehr schädlich. M.A.N., einer der wichtigsten Hersteller von Marine-Dieselmotoren, spezifiziert (D36 5692 Sp): Natrium 50 ppm bis 75 ppm maximal (in Abhängigkeit vom Modell) Natrium/Vanadiumverhältnis: 0,23 maximal. Wenn die obigen Spezifikationen nicht erfüllt sind, scheiden sich korrosive niedrigschmelzende Aschen auf Ventilverschlüssen, Ablaß-Manifolds und Turbogebläseflügeln ab, wodurch Korrosion, Ungleichgewicht der Turboflügel und andere Unannehmlichkeiten verursacht werden.
• Jedem, der mit Dieselmotoren, die mit Rückstandsbrennstoff betrieben werden, zu tun hat, sind die obigen Unannehmlichkeiten wohl bewußt.
• Für Brennstoffe mit relativer Dichte, bezogen auf Wasser, jeweils bei etwa 95ºC bis 98ºC, von unterhalb 0,99 sind die folgenden fakultativen Stufen vor der Dehydratisierung ratsam:
• a) Erhitzen des zu verarbeitenden Fluids auf etwa 90ºC oder darüber, z.B. 95ºC bis 98ºC.
• b) Entsalzung mit Frischwasser mittels im Handel erhältlicher Mischer (z.B. Sulzer Modell SMV).
• c) Zentrifugieren im Reinigungsmodus, um nicht emulgiertes Wasser abzutrennen.
• Das obige neue Reinigungsverfahren kann in einer Verdampfer- Kondensator-Vorrichtung durchgeführt werden. Diese Vorrichtung umfaßt im wesentlichen eine konisch geformte Flash-Kammer, die in ihrem oberen Teil mindestens eine Düse oder ein Druckverminderungsventil, die bzw. das mit einer Pumpe verbunden ist, und Vorrichtungen zur Verbindung des Verdampfer- Kondensators mit einem Druckregulator aufweist, die auch in ihrem Inneren eine Vielzahl von Baffles, die in adäquater Weise verteilt sind, und mindestens eine ringförmige Kollektorpfanne, die durch die konische Kammerwand zweigeteilt ist, zum Sammeln von Wasser und kondensierten flüchtigen Kohlenwasserstoffen aufweist, wobei die konische Kammerwand bei der ringförmigen Kollektorpfanne zwei Kompartimente, die zusammen durch Öffnungen verbunden sind, und eine Hauptkollektorpfanne am Boden des Verdampfer-Kondensators definiert, umfaßt.
Beschreibung der Zeichnungen
• Fig. 1 ist eine schematische Ansicht der Vorrichtung zur Reinigung von Heizöl gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.
• Fig. 2 zeigt den Verdampfer-Kondensator der Vorrichtung aus Fig. 1 in schematischer Weise.
• Fig. 3 ist eine detaillierte Ansicht des Kondensatkollektorrings und der Wasserabflußpfanne des Verdampfer-Kondensators aus Fig. 2.
• Fig. 4 ist eine schematische Ansicht der Vorrichtung, wie sie für die Reinigung von kontaminiertem Hydrauliköl angewendet wird.
• Fig. 5 ist eine Ansicht von oben auf den in Fig. 2 dargestellten Verdampfer-Kondensator, insbesondere mit modifizierten Pfannen.
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
• Unter Bezugnahme, insbesondere auf die Zeichnung Fig. 1, wird Brennstoff aus dem Absetztank 1 mittels der Pumpe 3, die mit dem Siebfilter 2 ausgerüstet ist, durch die Heizvorrichtung(en) 4 und schließlich bzw. ggf. zu der Entsalzungsvorrichtung 5 zu der im Reinigungsmodus betriebenen Zentrifuge 6 gepumpt.
• Von dort wird das Heizöl mittels der Pumpe 7 bei einem Druck oberhalb von etwa 5 bar bis 15 bar zu der Heizvorrichtung bzw. den Heizvorrichtungen 8 gepumpt, die Temperatur wird auf etwa 110ºC bis 180ºC erhöht, und es wird mittels einer oder mehrerer Düsen oder Druckminderungsventile 17 in den oberen Teil des Verdampfer-Kondensators 9, der im Detail in Fig. 2 gezeigt ist, gesprüht.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der Verdampfer-Kondensator (Fig. 2) aus einer konischen bzw. kegelförmigen oder abgestumpft konischen Flash- Kammer 19, die durch Metallwände 16 umgeben ist, wobei die Basis gegenüber der Atmosphäre offen ist. Der Druck innerhalb der Flash-Kammer 19 wird mittels des Druckregulators 18 in dem oberen Teil, in dem die oben genannten Düsen angeordnet sind, aufrechterhalten. Baffles 20 im Inneren der Flash- Kammer 19 dienen dazu, den gesprühten Brennstofffluß in Richtung der Hauptkollektorpfanne 21 zu führen.
• Die Vorrichtung ist auch mit einem oder mehreren Kondensatkollektorpfannen 22, wie in Fig. 3 und 5 gezeigt, ausgerüstet. Die Kollektorpfannen sind ringförmig und durch die konische Kammerwandung 16 zweigeteilt. Die Kollektorpfannen 22 sind so aufgebaut, daß sie zwei Kompartimente erzeugen: ein inneres Kompartiment 23 und ein äußeres Kompartiment 24. Die zwei Kompartimente sind durch Öffnungen 25 nahe ihrer Böden verbunden.
• Unter dem Kompartiment 24 der am niedrigsten gelegenen Kollektorpfanne 22 ist konzentrisch zu der Kollektorpfanne eine Wasserablaufpfanne 26 zu der Außenseite der Kammerwandung 16 angebracht.
• Die Außenseite der Kammerwandung 16 wird durch eine Wassersprühvorrichtung 27 gekühlt. Aus Vereinfachungsgründen sind nur die niedrigste bzw. unterste Kondensatkollektorpfanne und die Wasserablaufpfanne in Fig. 1, 2, 3 und 4 dargestellt.
• Gemäß einer in Fig. 5 gezeigten Modifizierung der obigen Ausführungsform sind die Kollektorpfannen 22 radial mittels von Trennwandungen 30 unterteilt, um die horizontale Verlagerung des Fluids im Falle von Schlingerbewegungen bei Motorschiffen zu verhindern.
• Aus Sicherheitsgründen kann die Flash-Kammer 19 mit Inertgas, wie beispielsweise Stickstoff, während des Betriebes gefüllt sein.
• Der Verdampfer-Kondensator sollte, wenn er an Bord eines Motorschiffes installiert ist, auf Universalgelenken so montiert sein, daß er eine vertikale Position während Schlingern bzw. Rollen und Neigen des Schiffes vermeidet.
Betrieb bzw. Arbeitsweise der Vorrichtung
• Kontaminierter Brennstoff, der unter Druck gesetzt und auf eine Temperatur oberhalb des Siedepunktes von Wasser erhitzt worden ist, wird in den Verdampfer-Kondensator injiziert, wobei der letztgenannte auf (oder unterhalb oder geringfügig oberhalb) Atmosphärendruck gehalten wird.
• Emulgiertes Wasser und ggf. vorhandene Leichtkohlenwasserstoff-Fraktionen flash-verdampfen und kondensieren an den von außen gekühlten Wänden der Vorrichtung, die mit einer oder mehreren Wasser-Kohlenwasserstoff-Schwerkraftabscheider-Boden bzw. Böden ausgerüstet sind.
• Die Kohlenwasserstoffe werden zurückgewonnen und dem dehydratisierten Brennstoff wieder zugeführt. Das kondensierte Wasser wird nach außen abgeführt und ablaufen gelassen. Der dehydratisierte Brennstoff, der schwere Asphaltene und anorganische Kontaminanten (katalytische Feinteilchen, Rost, Sand etc., die ursprünglich an den Micellen anhafteten), enthält, - die nun keine kolloidalen Stabilisatoren (im wesentlichen Wasser) mehr aufweisen -, wird dann der abschließenden Reinigung unterworfen.
• Bevor der Betrieb mittels der Wassersprühvorrichtung 27 gestartet wird, wird eine Wasserabdichtung in jeder Kondensatpfanne 22, die die Öffnungen, welche die Kompartimente 23 und 24 trennen, bedeckt, eingerichtet, wodurch verhindert wird, daß die kondensierten Kohlenwasserstoffe aus der Flash-Kammer entweichen.
• Wie erwähnt, verursacht der brüske Druckabfall durch die Düsen oder die Druckminderungsventile 17 (typischerweise von etwa 5 bar auf 1 bar) die Versprühung des Brennstoffs im Inneren der Flash-Kammer 19. Jedes Tröpfchen besteht aus einer Wasser-in-Öl (W/O)-Emulsion, d.h. Wasser als die diskontinuierliche Phase ist von der kontinuierlichen Ölphase umgeben. Die Temperatur jedes Tröpfchens liegt oberhalb des Siedepunktes von Wasser bei Atmosphärendruck, das Wasser verdampft explosionsartig, wodurch es zu einer weiteren Zerstäubung kommt. "Freies" nicht emulgiertes Wasser, das zuvor nicht entfernt worden ist, ebenso wie ggf. in dem Heizöl vorhandene Leichtkohlenwasserstoff-Fraktionen werden ebenfalls verdampft.
• Dieses Verfahren verursacht das Aufbrechen der kolloidalen Struktur des Brennöls.
• Der zerstäubte dehydratisierte Brennstoff bewegt sich entweder geradewegs zu der Hauptkollektorpfanne 21, oder er trifft auf Baffles 20, welche den Brennstoff zu der Hauptkollektorpfanne 21 leiten. Von dort wird er durch die Pumpe 10 zur weiteren Verarbeitung abgesaugt, anschließend durch die Heizvorrichtung 11 auf 110 bis 150ºC erhitzt und der im Klärmodus betriebenen Zentrifuge 12 zugeführt und daraus schließlich durch den Filter 14 mit 5 bis 10 um Porengröße zu dem Betriebstank 25 oder direkt in den Motor gepumpt.
• Dampf und irgendwelche verdampften co-destillierten Kohlenwasserstoff-Fraktionen expandieren und kondensieren an den von außen mit Wasser gekühlten Wänden 16 des Entwässerer- Kondensators 9.
• Das Kondensat fließt an der Innenfläche der Kammer nach unten in Richtung des inneren Kompartiments 23 der ringförmigen Kondensatkollektorpfanne 22.
• Die kondensierten Kohlenwasserstoffe mit einer geringeren Dichte als Wasser steigen an die Oberfläche der Flüssigkeit in dem inneren Kompartiment 23 des Kondensatkollektors. Kondensiertes Wasser sinkt auf den Boden und wird durch die Öffnungen 25 zu dem äußeren Kompartiment 24 überführt. Durch die Einstellung der Überflußniveaus in beiden Kompartimenten gleicht die Wassersäule des äußeren Kompartiments 24 die Wasser + Öl-Säule des inneren Kompartiments aus. Wenn mehr Wasser und Öl gesammelt wird, bauen sich die inneren und äußeren Säulen auf, und es kommt schließlich zum Überfluß: kondensierte Kohlenwasserstoffe fließen über und zurück in die Flash-Kammer 19, wo sie sich mit den schwereren Fraktionen vermischen. Wasser wird in eine konzentrische, niedriger gelegene Kollektorpfanne (falls vorhanden) und abschließend aus der untersten Kollektorpfanne in die Wasserablaufpfanne 26 abgeführt.
• Als eine weitere Verbesserung können die Temperaturen und der Druck des in die Flash-Kammer injizierten Brennstoffs verringert werden. In diesem Fall und um die vollständige Verdampfung des kontaminierenden Wassers zu erreichen, muß Vakuum an die Flash-Kammer angelegt werden.
• Unter erneuter Bezugnahme auf die Zeichnung Fig. 1 wird das entsalzte und dehydratisierte Brennöl, so wie es aus der Hauptkollektorpfanne 21 durch die Pumpe 10 abgesaugt worden ist, einer Heizvorrichtung oder einem Wärmeaustauscher 11 zugeführt, die bzw. der die Temperatur des Brennöls typischerweise auf 110ºC bis 150ºC erhöht (in Abhängigkeit von der Maximaltemperatur, die bei der Handhabung der Zentrifuge möglich ist) und von dort wird es der im Klärmodus betriebenen Zentrifuge 12 zugeführt.
• Wie erwähnt, kann das Zentrifugieren im Klärmodus durch Grobfiltration, gefolgt von Filtration mit kleinen Poren, ersetzt werden.
• Der dehydratisierte und geklärte Brennstoff wird mittels der Pumpe 13 durch einen Filter 14 mit Poren von 5 bis 10 µm und abschließend zu dem Betriebstank oder direkt in die Motoren gepumpt.
• Unter spezieller Bezugnahme auf Hydraulikflüssigkeiten:
• Es stellt eine wohlbekannte Tatsache dar, daß die Reinheit von Rydraulikflüssigkeiten von oberster Wichtigkeit ist, um optimale Ausbeute zu erzielen und um Verschleiß, festsitzende Ventile und andere betriebliche Schwierigkeiten zu vermeiden.
• Die Kontaminierung von Flüssigkeiten mit Feststoffen und Wasser ist häufig unvermeidbar. Feste Kontaminanten können von außen (Staub, Fusseln etc.) und von innen (hauptsächlich Verschleißteilchen und Rost) herrühren. Wasser stellt eine von außen herrührende Kontaminante dar.
• Filter mit kleinen Poren können in Hydraulikkreisläufen angepaßt sein, um feste Kontaminanten, die dort hinein penetrieren oder innerhalb der Hydrauliksysteme erzeugt werden, zu eliminieren.
• Die Erfahrung hat gezeigt, daß die Anwesenheit von Wasser unerwünscht ist. Selbst bei niedriger Konzentration neigt Wasser dazu, mit Additiven, die üblicherweise in Hydraulikflüssigkeiten eingearbeitet sind, zu reagieren. Die so gebildeten Verbindungen verstärken Schlammbildung und Verstopfung von Filtern.
• Die Additivverarmung ist häufig mit der Hydrolyse verbunden. Somit führt Wasser dazu, daß die Flüssigkeit, was ihre Antiverschleiß-, Antikorrosions- und Antioxidanseigenschaften betrifft, weniger wirksam wird.
• Aus den obigen Gründen ist aus einer Reihe von Spezifikationen, u.a. Hydrolysestabilität (ASTM D 2619) und Filtrierbarkeit (TP 02100), Denison HF-0 hervorgegangen, welches die Basis für die Entwicklung einer neuen Generation von Antiverschleiß-Hydraulikflüssigkeiten darstellt (K.B. Grover und R.J. Perez - The evolution of petroleum based hydraulic fluids, Lubrication Engineering - Bd. 46 (1990), S. 15).
• Selbst bei Flüssigkeiten, die die genannten Spezifikationen erfüllen, führt die Eliminierung von Wasser, soweit es die Flüssigkeit kontaminiert, zur Erhöhung von:
• der zweckmäßigen Lebensdauer der Komponenten der Hydrauliksysteme
• der Effizienz der Filter
• der Betriebslebensdauer der Filterelemente
• des Schutzes der Komponenten vor Korrosion
• und zur Verringerung von:
• Wartungsarbeiten
• Zeitverlust aufgrund von Reparaturen
• Additivverarmung der Hydraulikflüssigkeit
• Unter spezieller Bezugnahme auf Fig. 4 wird die kontaminierte Hydraulikflüssigkeit aus dem Sammelbehälter 1 mittels der Pumpe 3 bei einem Druck von 10 bis 15 bar durch die Heizvorrichtung(en) 4, wobei die Temperatur auf 110ºC bis 130ºC erhöht wird, zu der Dehydratisierungsvorrichtung 9 geleitet, wobei das Verfahren der Dehydratisierung in 9 mit dern identisch ist, wie es für das Brennöl gemäß Fig. 2 und 3 beschrieben worden ist.
• Wie vorstehend beschrieben, verursacht der brüske Druckabfall und die Temperatur von oberhalb des Siedepunktes von Wasser die Zerstäubung der Flüssigkeit und die Flash-Verdampfung des kontaminierenden Wassers.
• Die zerstäubte dehydratisierte Flüssigkeit wird entweder direkt oder nach dem Auftreffen auf die Baffles 20 (Fig. 2) zu der Hauptkollektorpfanne 21 geleitet, von wo aus sie mittels der Pumpe 10 durch den Filter 14 in die Hydrauliksysteme gepumpt wird. Nach Erfüllung seiner speziellen Funktionen wird es in den Sammelbehälter zurückgeführt.
Beispiel
• Es wurden Labortests durchgeführt, um die Brauchbarkeit und Wirksamkeit des vorgeschlagenen Verfahrens zu verifizieren.
• Für Testzwecke kann das Aufbrechen des kolloidalen Zustandes im Labormaßstab wie folgt erreicht werden:
• In einen Ofen, der mit einem Schornstein ausgerüstet ist, wird Luft durch den Brennstoff oder die Betriebsflüssigkeit perlen gelassen, wobei dessen bzw. deren Temperatur auf oberhalb 100ºC erhöht wird und bei dieser Temperatur gehalten wird, bis keine weiteren Dämpfe mehr erzeugt werden. Die erzeugten Dämpfe werden kondensiert und in einem Meßzylinder gesammelt. Die kondensierten Kohlenwasserstoffe, die sich durch Schwerkraft von dem kondensierten Wasser abscheiden, werden dem dehydratisierten Brennstoff wieder zugeführt.
• Der kontaminierte Brennstoff wird in einem Laborofen, der mit einem Schornstein ausgerüstet ist, auf 95 bis 98ºC, wobei trockene Luft durch den Brennstoff perit, erhitzt. Nach 3 bis 4 h wird die Temperatur auf 150ºC bis 170ºC erhöht und bei dieser Temperatur für weitere 5 bis 7 h gehalten, wobei ständig Luft durch den Brennstoff perlt.
• Die Dämpfe, die während dieser Arbeitsweise erzeugt und durch den Schornstein evakuiert werden, werden an den Wandungen eines luftgekühlten kegelförmigen Kondensators, der oberhalb des Schornsteins angeordnet ist, kondensiert. Das Kondensat, das aus destillierten Wasser und Leichtkohlenwasserstoffen besteht, wird in einer ringförmigen Kollektorpfanne gesammelt und in einen Meßzylinder ablaufen gelassen.
• Die dekantierten Kohlenwasserstoffe werden dem dehydratisierten Brennöl zugesetzt.
• Nach dem Einstellen der Viskosität auf die Viskosität des ursprünglichen Produktes wird der Brennstoff auf 105ºC bis 110ºC erhitzt und durch eine harzbehandelte Cellulosemembran mit einer nominalen Porengröße von 5 µm vakuumfiltriert, bis die Sättigung der Membran erreicht wurde. Die folgenden Parameter wurden aufgezeichnet und mit denen des ursprünglichen Produktes, das unter identischen Bedingungen filtriert wurde, verglichen: Viskosität, Wassergehalt, Volumen des bis zur Sättigung der Membran filtrierten Brennstoffs, Filtrationszeit, unlösliche Substanzen, die durch die gesättigte Membran zurückgehalten wurden, Aussehen der Filtermembran. Tabelle Analyse Nr. Brennstofftyp Probe wie erhalten Viskosität bei 100ºC cSt Wasser Vol.% Bis zur Membran-Sättigung filtriertes Volumen cc Filtrationszeit min Zurückgehaltene unlösliche Substanzen Masse/Vol.-% Aussehen der Filtermembran (*) Dehydratisierte Probe Bis zur Membransättigung filtriertes Volumen cc nichts S.U.S (***) Spuren
• (*) p: pastös t: trocken
• (**) nicht berichtet
• (***) Äquivalent zu 9,75 cSt bzw. 10,3 cSt.

Claims (5)

1. Verfahren zur Reinigung eines Kohlenwasserstoff-Fluids, das Kohlenwasserstoffrückstände oder ein Gemisch von Kohlenwasserstoffrückständen mit destillierten Kohlenwasserstoffen umfaßt, das als Brennstoff für Dieselmotoren oder Gasturbinen verwendet wird, wobei das Kohlenwasserstoff-Fluid kolloidal als stabile Micellen dispergierte Verunreinigungen enthält, umfassend die folgenden Stufen in Folge:

(a) Aufbrechen der kolloidalen Struktur des Kohlenwasserstoff-Fluids durch Erhitzen des Kohlenwasserstoff-Fluids unter Druck auf eine Temperatur von 110 bis 180ºC, gefolgt von anschließendem Einspritzen des erhitzten, unter Druck gesetzten Kohlenwasserstoff-Fluids in eine Flash-Kammer mit gekühlten Wänden, die auf einem Druck unterhalb des Drucks des Kohlenwasserstoff-Fluids gehalten wird, und Sammeln eines Ölphasenprodukts am Boden der Flash-Kammer, wobei die Druckdifferenz zwischen dem unter Druck gesetzten Kohlenwasserstoff-Fluid und der Druckkammer 5 bis 15 bar beträgt,

(b) Gewinnen der mit Wasser co-destillierten flüchtigen Produktfraktionen durch Kondensation an den gekühlten Wänden der Flash-Kammer, und

(c) Abtrennen der Feststoffe von dem gewonnenen Ölphasenprodukt durch Klärzentrifugieren und/oder Filtration durch mindestens einen niedrigporigen Filter.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Feststoffe von dem Ölphasenprodukt nur durch Klärzentrifugieren abtrennt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Feststoffe von der Ölphase nur durch Filtration abtrennt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlenwasserstoff-Fluid eine Dichte unterhalb von 0,99 bei etwa 98ºC in Bezug auf Wasser aufweist und vor der Stufe (a) einer Reinigungszentrifugation unterworfen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das Kohlenwasserstoff-Fluid vor dem Reinigungszentrifugieren entsalzt.