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Verfahren zum Transportieren körnigen Materials
Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zum Transportieren körnigen Materials. Derartige Verfahren
sind bereits bekannt. Es wird das zu fördernde körnige Material mit einer Flüssigkeit
gemischt, die Mischung wird durch eine Förderleitung gefördert, und am Bestimmungsort
werden das Material und die Flüssigkeit getrennt. Bekannt ist auch ein Verfahren
zum Fördern festen, stückigen Gutes in Rohrleitungen, Gerinnen od. dgl., bei welchem
als Fördermittel Schaum als solcher oder zusätzlich zu gasförmigen Fördermitteln
verwendet wird. Der Schaum kann hierbei aus einer Seifenlösung oder gewissen Laugen
durch Einführung von Luft in der jeweils erforderlichen Zähigkeit und Blasengröße
erzeugt werden.
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Die Versandkosten fester Stoffe auf den gewöhnlichen Wegen sind oftmals
übermäßig hoch. Dies trifft besonders auf den Transport bestimmter Materialien,
z. B. Pottasche, Sodaasche, Natriumsulfat, Natriumchlorid, Phosphatgestein, Eisenerz,
Kohle, Walkerde usw., zu, wenn sie in bestimmten Gegenden mit langen Förderwegen
zu den Bestimmungsorten transportiert werden müssen.
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Werden solche Materialien dagegen an Orten gefördert, in deren Nähe
Petroleumprodukte gewonnen werden, so wird gemäß der Erfindung das Problem der Verbilligung
der Versandkosten dadurch gelöst, daß das feste, körnige Fördergut mit einem normal
flüssigen Petroleumprodukt mit bestimmter Viskosität vermischt wird, wobei dieses
Petroleumprodukt gleichzeitig nicht nur als Fördergut, sondern auch als Suspensionsmittel
dient und wobei ferner die Geschwindigkeit des Sichabsetzens des körnigen Gutes
in der Flüssigkeit gesteuert wird.
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Durch den Erfindungsvorschlag werden dadurch wesentliche Vorteile
gegenüber den bisherigen Verfahren zum Transport festen, körnigen Materials erreicht.
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Das Prinzip der Erfindung kann nach dem -Gesetz von Stokes in bezug
auf die Kraft der Flüssigkeitsreibung betrachtet werden. Die mathematische Darstellung
dieses Gesetzes ist: F = klar.
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Hierbei ist F die Kraft der Flüssigkeitsreibung auf die in einer Flüssigkeit
infolge der Schwerkraft sinkenden Teilchen, k eine Konstante, n Viskosität der Substanz,
a Radius der Teilchen, v Geschwindigkeit der in der Substanz sinkenden Teilchen.
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Diese Formel zeigt, daß die Viskosität, die Teilchengröße und die
Geschwindigkeit voneinander abhängig sind, so daß die Änderung eines Faktors die
übrigen beeinflußt.
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Wird eine Flüssigkeit durch eine Röhrenleitung mit Geschwindigkeiten
gefördert, die für einen stürmischen Fluß hoch genug sind, so ist der erforderliche
Haltbetrag zu' Verhinderung des Sichabsetzens der darin suspendierten Teilchen geringer,
als wenn der Fluß nicht stürmisch ist. Dies ist der Schüttelbewegung und der Rührwirkung
in der Röhrenleitung zuzuschreiben, welche die Teilchen in Suspension zu halten
bestrebt ist. Die Förderkosten wachsen jedoch mit der Geschwindigkeit, so daß das
Verfahren der Verhinderung des Sichabsetzens unnötig teuer sein kann. Ein wirtschaftliches
Verfahren ist dadurch gegeben, wenn von den gezeigten Beziehungen der Formel von
Stokes vorteilhaft Gebrauch gemacht wird. Auf diese Weise können die Viskosität
und die Teilchengröße zur Verringerung der Geschwindigkeiten des Sichabsetzens reguliert
werden. Beispielsweise bei einem vertikalen Rohr ist eine Aufwärtsgeschwindigkeit
der Mischung aus Flüssigkeit und den Körnern groß genug, um V in der Formel zu überwinden,
was lediglich notwendig ist, um das Material nach oben zu transportieren. Bei einem
horizontalen Transport kann die kritische Geschwindigkeit etwas geringer sein als
die durch die Formel angezeigte, und zwar wegen eines gewissen Betrages der Turbulenz,
welche durch die erhöhte Reibung der sich am Boden des Rohres absetzenden Teilchen
verursacht wird. Um die geringsten Förderkosten zu erhalten, kann eine im Verhältnis
zum Teilchengewicht erhöhte Teilchengröße zur Verminderung der kritischen Geschwindigkeit
benutzt werden.
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Im allgemeinen ist es vorzuziehen, die Viskosität zu erhöhen, insbesondere
wenn die Substanz schmierend ist, da diese Eigenschaft den Transport einer höheren
Konzentration fester Teilchen gestattet.
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An Hand einiger Beispiele wird die Erfindung nachstehend weiter im
einzelnen erläutert. Es ist klar, daß diese Beispiele bloß die verschiedenen Möglichkeiten
der Erfindung aufzeigen sollen.
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Beispiel I Gemäß diesem Beispiel wird die Geschwindigkeit durch Regulierung
der Teilchengröße des festen Materials gesteuert, welches in dem flüssigen Petroleumprodukt
suspendiert wird. Eine typische Analyse einer solchen Flüssigkeitsmischung ist:
ol .................... 65 Teile (Gewichtsteile) Kaliumchloridkristalle ... 35 -Wenn
es auch klar ist, daß das Öl irgendwelche physikalischen Eigenschaften haben kann,
die nach Meinung eines die Erfindung Ausführenden geeignet sind, daß es durch eine
Röhrenleitung fließt, so hat für die erwähnten Verhältnisse das Öl vorzugsweise
eine Baume-Schwere von 20 und bei ungefähr 2I° C eine Saybolt-Universal-Viskosität
von 3000 Sekunden.
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Sowohl das spezifische Gewicht als auch die Viskosität des Öles beeinflussen
die Geschwindigkeft des Sichabsetzens der Kristalle. Nimmt der Wert der Viskosität
zu und der Wert der Baume Schwere ab, so wird die Geschwindigkeit des Sichabsetzens
geringer. Die Kristallgröße beeinflußt ebenfalls wegen ihrer Wirkung auf das Verhältnis
der Oberfläche zum Kristallgewicht die Geschwindigkeit des Sichabsetzens. Nimmt
die Kristallgröße ab, wird die Geschwindigkeit des Sichabsetzens geringer.
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Im vorliegenden Beispiel sind das spezifische Gewicht und die Viskosität
des Öles fixiert. Infolgedessen ist es notwendig, die Geschwindigkeit des Sichabsetzens
durch die Kristallgröße zu steuern. Es wurde gefunden, daß eine brauchbare maximale
Geschwindigkeit des Sichabsetzens 0,305 m pro Minute ist, auch wenn diese Geschwindigkeit
in Abhängigkeit besonderer Umstände erhöht oder vermindert werden kann. Durch laufende
Laboratoriumsbeobachtungen der Geschwindigkeit des Sichabsetzens z. B. der Pottaschekristalle
verschiedener Größen in dem oben beschriebenen Öl ist die Bestimmung der erforderlichen
Kristallgröße möglich. Im vorliegenden Fall werden Pottaschekristalle, welche durch
ein Sieb mit 100 Maschenpro Quadratzoll gehen, eine Geschwindigkeit des Absetzens
haben, welche geringer ist als 0,305 m pro Minute. 35 Teile der Kristalle dieser
Größe werden dann mit 65 Teilen des Öles vermischt.
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Die Mischung wird dann durch eine Röhrenleitung gefördert. Am Ende
der Röhrenleitung können die Kristalle aus dem Öl gefiltert oder sonstwie in geeigneter
Weise getrennt werden.
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Eine Mischung von 35 Teilen Kaliumchloridkristallen und 65 Teilen
des Öles (Gewichtsteile) ergibt eine Flüssigkeit, die 4,358 kg pro 4,54 1 wiegt.
Diese Mischung hat ein Volumen von ungefähr 33,35 hl pro Tonne transportierten Kaliumchlorids.
Es mag oft zweckmäßig sein, die Kristalle etwas kleiner zu machen, so daß gleiche
Teile des Öles und Kaliumchlorids gepumpt und ein dünnes Öl benutzt werden kann.
Eine Mischung dieser Art hat ein Volumen von ungefähr 19,85 hl pro Tonne transportierten
Kaliumchlorids. Die Kosten für den Transport der Mischung sind nur ein wenig größer
als die Kosten des Transportes des Öles allein. Da das Kaliumchlorid ungefähr ein
Drittel des Volumens des Öles einnimmt, ist es klar, daß die Gesamttransportkosten
wesentlich verringert und beträchtliche Ersparnisse gemacht werden können. Die Teilchengröße
des festen Materials kann durch geeignete Verfahren geändert werden.
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Im allgemeinen geschieht dies auf mechanischem
Wege,
z. B. durch Pulverisier- oder Zermahlmaschinen. Bei Fördervorgängen in heißen Schächten
ist die Steuerung der Kristallgröße durch die Geschwindigkeit der Rekristallisierung
möglich. Im vorliegenden Beispiel würde dies die bevorzugte Methode für die Regulierung
der Größe der Pottaschekristalle sein.
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Beispiel 2 Gemäß diesem Beispiel wird die Viskosität des Petroleumproduktes
durch Zugabe geeigneter Materialien, z. B. metallischer Seifen, z. B. Kupferstearat,
Aluminiumstearat, geändert. Dies ist ein besonders brauchbares Verfahren zur Steuerung
der Geschwindigkeit des Sichabsetzens, wenn dünne Petroleumprodukte, z. B. Gasöl
oder Destillat, zu transportieren und als das Suspensionsmittel für die festen Teilchen
zu verwenden sind. Die Teilchengröße kann auch in Übereinstimmung mit der Viskosität
geändert werden, bis Beobachtungen der Geschwindigkeit des Sichabsetzens zeigen,
daß das Flüssigkeitsmittel ausreichend die Teilchen suspendieren kann. Wie angegeben,
geschieht dies bei Geschwindigkeiten von 0,305 m pro Minute oder weniger. Ist eine
gewünschte Mischung aus Öl, Seife und Körnern hergestellt, so kann sie durch eine
Röhrenleitung gefördert und die einzelnen Bestandteile können dann wieder durch
an sich bekannte geeignete Verfahren gewonnen werden.
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Eine typische Mischung gemäß diesem Beispiel ist: Öl .............................
63 Teile (Gewichtsteile) stearin- oder talgsaures Salz (Stearate) ... -Pottaschekristalle
(K Cl) . 35 -Zuerst hatte das Öl eine Saybolt-Viskosität von 200 Sekunden. Nach
Zufügen der metallischen Seife blieb das spezifische Gewicht ungefähr gleich, und
die Viskosität war 3200 Sekunden Saybolt-Universal.
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Die Pottaschekristalle gingen durch ein Sieb mit hundert Maschen pro
Quadratzoll und hatten eine Geschwindigkeit des Sichabsetzens von 0,0305 m pro Minute.
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Beispiel 3 Gemäß diesem Beispiel ist das Petroleumprodukt in einer
gesteuerten Weise so emulgiert, daß die entsprechende Emulsion eine Viskosität zum
Tragen der Körnchen, die transportiert werden sollen, hat. Verfahren und Mittel
zur Herstellung solcher Emulsionen sind bekannt. Infolgedessen ist es möglich, flüssige
Suspensionssubstanzen mit verschiedenen Viskositäten herzustellen. Diese Viskositäten
können in Verbindung mit der Teilchengröße zur Erzeugung der gewünschten Geschwindigkeiten
des Sichabsetzens gesteuert werden.
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Eine besondere wertvolle Änderung dieses Beispiels liegt in der Herstellung
einer Emulsion des Petroleumproduktes und einer Wasserlösung des zu transportierenden
festen Materials. Dieses Material und das Petroleumprodukt können am Ende der Röhrenleitung
durch geeignete Mittel getrennt werden. Eine besondere Ausführung dieser Abänderung
ist: Öl ........................... 60 Teile (Gewichtsteile) Wasser .......................
40 -Pottasche (K Cl) 14 - (in Lösung) Pottasche (KCl)-Kristalle 20 -Die Pottasche
bildet eine gesättigte Lösung im Wasser bei ungefähr 210 C. Diese Sole wird mit
Ö gemischt, und ein Emulsionsmittel wird hinzugefügt, damit die Emulsion permanent
wird. Ein solches Mittel kann von folgender Analyse sein: Vinsolharz .............
1 Teil (Gewichtsteil) rotes Öl ............... 1 bis ½ Teile 4%ige Natriumhydroxidlösung
. Teile, die ausreichend sind, um das rote Öl und das Salz zu verseifen.
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Ist dieses Mittel mit der Sole und dem Öl vermischt, so wird eine
Emulsion gemacht, die eine Viskosität von ungefähr 2000 Saybolt-Universal-Sekunden
und eine Baume-Schwere von ungefähr 10 hat. Die 20 Teile Pottaschekristalle in einer
Größenordnung, daß sie durch ein Sieb mit 200 Maschen pro Quadratzoll hindurchgehen,
können der Emulsion zugefügt werden, und die resultierende Mischung wird durch die
Röhrenleitung gebracht. Am Ende der Röhrenleitung können die wertvollen Bestandteile
durch gewöhnliche Verfahren getrennt werden. Es ist klar, daß andere feste Teilchen
als die Pottaschekristalle oder zusätzlich zu diesen Kristallen der Mischung zugefügt
werden können.
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Ein anderes Verfahren zur Erhöhung der Viskosität, welches sehr oft
vorteilhaft ist, besteht darin, im Öl zur Bildung einer Kolloidlösung ein Geliermittel
aufzulösen. Solch ein Mittel ist ein Asphalt mit ungefähr 70 bis 90% Asphaltenen,
welche gute Kolloidsuspensionseigenschaften haben, wenn sie im Petroleumgehalt des
Asphalts aufgelöst werden und auch wenn der Asphalt in bestimmten Lösungsmitteln,
z. B. Benzol oder Toluol, aufgelöst wird. Asphalt dieser Art ist löslicher in Ölen
mit einem verhältnismäßig hohen Naphtha- oder aromatischen Gehalt und ist mindestens
noch lösbarer in Ölen mit einem hohen Paraffingehalt. Mit dieser Art von Öl soll
genügender Asphalt aufgelöst werden, um die gewünschte Viskosität, vorzugsweise
eine Saybolt-Universal-Viskosität von ungefähr I000 bis 3000 Sekunden, entsprechend
den obigen Grundsätzen zu erhalten. Eine Formel, die diese Abänderung mit einem
typischen Westtexas-Schweröl zeigt, ist: Öl ......................... 60 Teile (Gewichtsteile)
Pottasche (KCl) 30 -Asphalt .............. 10 -Vorzugsweise sind das Öl und der
Asphalt heiß zu vermischen, um die Herstellung des Gels zu erleichtern In vielen
Fällen ist es gut, die Mischung zu rühren oder zu schütteln, wenn sie durch die
Röhrenleitung hindurchgeht. Dadurch werden die festen Teilchen in Suspension gehalten,
und infolgedessen ermöglicht dieses Rühren oder Schütteln die Benutzung einer höheren
Geschwindigkeit des Sichabsetzens. Ein besonders wirksames Schütteln wird durch
Riffelung
der Rohre erreicht. Es ist auch möglich, in Abständen
in die Röhrenleitung gewöhnliche Kratzvorrichtungen einzusetzen, wie sie zur Reinigung
von Röhrenleitungen benutzt werden, um irgendwelche Absetzungen aufzuhacken. Wie
oben dargelegt, beeinflußt die Geschwindigkeit des Flusses durch das Rohr auch die
Geschwindigkeit des Sichabsetzens wegen ihrer Wirkung auf das Schütteln. Gibt es
eine minimale Geschwindigkeit des Flusses durch die Röhrenleitung, wie sie durch
Faktoren bestimmt werden kann, die nichts mit der Erfindung zu tun haben, so kann
es möglich sein, die Viskosität der Trägerflüssigkeit auch unter die vorher erwähnten,
bevorzugten Werte zu reduzieren. Zum Beispiel wird eine Flüssigkeit mit einer Viskosität
von nur 60 Sekunden Saybolt-Universal-Kristalle, welche durch ein Sieb von 200 Maschen
pro Quadratzoll hindurchgehen können, suspendieren, wenn mit einer Geschwindigkeit
von 2,I35 m pro Sekunde gefördert wird.
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Wenn gewünscht, ist es natürlich möglich, den pH-Wert der Mischung
so zu steuern, daß durch das Hinzufügen geeigneter Mittel die Korrosion der Rohre
verhindert wird.