FI57125C

FI57125C - Foerfarande foer framstaellning av braensle som en dispersion av pulveriserat kol och vatten och olja

Info

Publication number: FI57125C
Application number: FI752999A
Authority: FI
Inventors: Eric Charles Cottell
Original assignee: Convair Investments Ltd
Priority date: 1974-10-29
Filing date: 1975-10-28
Publication date: 1980-06-10
Also published as: DK137804B; CA1078182A; NL183590C; IT1043680B; DK484175A; ZA756733B; US3941552A; HK4882A; NO141941B; FI752999A; GB1496373A; ATA820675A; IN148834B; CH616701A5; MY8300205A; SE408307B; JPS5166302A; JPS554356B2; NO141941C; SG58881G

Description

- rBl m.KUUUUTUSJULICAISU „ _ (1) utlAggningsskrift 57125 C (45) Patentti -yo-n· tty 10 06 1900 T ” (51) Kv.lk.*/lnt,CI.* C 10 I 1/32 SUOMI — FINLAND (21) •’“•"««'•'‘•n*»-Ρ«·η«·η·βΜη| 752999 (22) Haktmlipilvl — An$öknln|*d»| 28.10.75 (23) Alkupilvl—GHtlfhatadaf 28.10.75 (41) Tullut |ulklMk«l — Bllvlt offwttlif 30.0U. 76 “ r*kl»t«rlh«jUtm (44) N«httv*Jc*lp«en j· kuuLlulltthun pvm.— ?q n? g0

Patent· och ragiBteratyraiMn v ' Anattkan utlafd och utl.akrlfttn publtearad d^.Ud.OU

(32)(33)(31) Pyydttty atuoikaui—Bajird prioritat 29.10.7^ USA(US) 518509 (71) Con vai r Investments Limited, Sassoon House, Nassau, Bahamas aaret-r _ Bahamaöarna(BS) (72) Eric Charles Cottell, Long Island, New York, USA(US) (7^) Leitzinger Oy (5H) Menetelmä polttoaineen valmistamiseksi hienojakoisen hiilen ja veden ja öljyn muodostamana dispersiona - Förfarande för framställning av bränsle som en dispersion av pulveriserat koi och vatten och oija

Hiiltä poltetaan tavallisesti joko kerroksena tai hienojakoisina hiukkasina, jos se on jauhennettiu ja sumutettu. Kun hiili sisältää huomattavia määriä rikkiä, tämä muuttuu palamisen aikana rikin oksideiksi, enimmäkseen rikkidioksidiksi. Rikkioksidit saastuttavat vaikeasti ilmakehää, ja viime vuosina Yhdysvalloissa on säädetty varsin tiukkoja standardeja rikkioksidien määrille, joita voidaan päästää ilmakehään. Tämän vuoksi on joko käytettävä vähän rikkiä sisältävää hiiltä, noin 1 % tai vähemmän, tai hiili voidaan käsitellä ylimääräisen rikin poistamiseksi. Kummassakin tapauksessa ylimääräiset kustannukset ovat huomattavia. Sen vuoksi on ehdotettu, että hiilen kanssa sekoitetaan hienojakoista kalkkia tai kalkkikiveä, jolloin palamisen aikana rikkidioksidista huomattava määrä hapettuu palamisprosessissa, jossa happea on aina ylimäärä, ja muodostuu kalsium-sulfaattia. Hiukkasmaisen kalsiumsulfaatin poistaminen voidaan suorittaa tavanomaisin keinoin, esimerkiksi sähköstaattisen saostamisen avulla. Palaminen ei ole niin täydellistä kuin olisi toivottavaa, ja ellei kalkkia ole hyvin suuri ylimäärä, poistuneiden rikkioksidien määrä voi olla riittämätön, kun kysymys on runsaasti rikkiä sisältävistä hiililaaduista.

Oheisessa keksinnössä on kysymys parannetusta hiilipolttoaineesta, 2 57125 jolloin vältetään räjähdysvaaran tapaiset ongelmat jauhemaista hiiltä käyttävissä laitoksissa, joita ei pidetä ehdottoman puhtaina.

Keksinnölle on tunnusomaista se, että hiilihiukkasten koko on pienempi kuin 10(y, hiili ensin tarvittaessa suspendoidaan veteen lietteeksi, minkä jälkeen lisätään öljyä, ja syntynyttä seosta sekoitetaan voimakkaasti ääniaaltojen avulla, intensiteetti tiheyden ollessa yli 11,625 Wattia per cm^, jolloin saadaan stabiili dispersio, jossa hiili ei eroa, vaikkakin, jos siinä on öljyä ylimäärä, se voi erota erillisenä faasina, joka poistetaan, jolloin syntyy hiili-vesi-öljy-dispersio, joka on stabiili säilytettäessä ja palaa liekillä, joka vastaa öljyliekkiä mutta ei jauhemaisesta hiilestä syntyvää liekkiä.

Käytettyjen aaltojen taajuus on tavallisesti ultraäänialueella, esimerkiksi 20.000 - 30.000 Hz, tai taajudet ovat jopa korkeampia. Vaikkakin käytännössä usein käytetään ultraääni sekoitusta, voidaan käyttää myös suuritaajuuksisiä ääniaaltoja, esimerkiksi 15.000 - 20.000 Hz. Tämän vuoksi koko tässä selityksessä käytetään nimitystä "ääni-allto", joka kattaa sekä kuultavat että ultraääni taajuudet. On ymmärrettävä, että voimakas sekoittaminen, joka aiheuttaa voimakasta kavitaatiota, on välttämätöntä, ja tätä mitataan intensiteettinä eikä tehona. Tässä keksinnössä intensiteetin tuli- p si olla vähintään 11,625 Wattia per cm . Tavallisesti käytetään intensiteettejä noin 38,75 - 54,25 Wattia per cm tai hieman pienempiä. Vaikkakin äänialltojen intensiteetille on olemassa selvä alaraja, jonka alapuolella ei saada tyydyttäviä polttoaineita, mitään tarkkaa ylärajaa ei ole olemassa. Mitään merkittävää parannusta ei kuitenkaan saada suuremmilla intensiteeteillä kuin 54,25 Wattia per cm ; suuremmat intensiteetit vain lisäävät polttoaineen valmistuskustannuksia johtamatta parempaan tulokseen. Ts. yläraja ei ole terävä fysikaalinen raja, vaan sen määrää taloudellisuus.

Mikäli energian tiheys täyttää asetetut vaatimukset, äänienergian synnyttämistavalla ei ole paljoa merkitystä, eikä oheinen keksintö rajoitu mihinkään tiettyyn laitteeseen. Eräs hyvin käytännöllinen äänigeneraattori on nk. ääni- tai ultraäänielektrodi. Pitkittäisvärähtelyjä synnytetään normaalilla tavalla, joko piatsosähköisellä laitteella, magnetostriktiivisella laitteella tai vastaavalla. Kyseinen äänigeneraattori kytketään kiinteään, joskus aksutiseksi muuntajaksi kutsuttuun nopeusmuuntajaan, joka kapenee, parhaiten eksponentiaalisesti ja päättyy pinta-alaltaan paljon pienempään pintaan kuin se pinta, joka oli kytketty äänigeneraattoriin. Energian säilymislain mukaisesti värähtelyjen jakaantuminen pienemmälle pinnalle pakottaa pinnan liik- 3 57125 kuntaan nopeammin. Tämä johtaa paljon suurempaan energian tiheyteen, ja koska kokonaisteho siirretään suuremmalta alueelta pienemmälle : alueelle, tätä kutsutaan muuntajaksi analogisesti sähköisten muuntajien kanssa, joissa voidaan nostaa jännitettä. Edellä kuvatun tyyppiset äänielektrodit ovat kaupallisia tuotteita, ja niitä myy esimerkiksi Branson Instruments kauppanimellä "Sonifier”. Tämän tyyppinen laite, jolla saadaan aikaan suuri äänienergian tiheys, jota ei tulisi sekoittaa äänitehoon, on hyvin taloudellinen ja tyydyttävä laite tarvittavan äänienergian intensiteetin synnyttämiseksi. Tämän tyyppisen laitteen käyttö on sisällytetty yksityiskohtaisempaan keksinnön suoritusmuotoon, mutta luonnollisesti tarkkaan määritetty tapa, jolla värähtelevä pinta energisoidaan, ei ole se seikka, joka erottaa oheisen keksinnön laajemmin katsottuna aikaisemmasta tekniikasta.

Suuri-intensiteettinen ääniaaltosekoitus näyttää ajavan vettä huokoisten hiilihiukkasten huokosiin, jolloin muodostuu vesi-öljyssä tyyppinen emulsio. Tämä ei ole todellinen emulsio, koska se sisältää pienen pienten hiilihiukkasten suspensiota sekä öljyn ja veden dispersiota. Saatu tuote, joka on hieman viskoosinen neste, ei kuitenkaan käyttäydy kuten tyypillinen emulsio. Tyypillisessä vesi-öljyssä emulsiossa jatkuva öljyfaasi voidaan laimentaa öljyllä, jolloin saadaan laimeampi emulsio. Oheisen keksinnön tapauksessa, jos öljyä käytetään ylimäärä, öljy eroaa kuitenkin erillisenä faasina, tässäi.tapauksessa päälle jäävänä faasina. Vaikkakin on teoriassa mahdollista saada käyttämällä hiiltä, vettä ja öljyä oikeassa suhteessa tuote, josta ei eroa mitään öljyfaasia, tämä ei ole käytännön kannalta toivottavaa, koska eroaminen on liian kriittinen, ja on paljon parempi toimia käyttämällä ylimäärä öljyä ja erottaa ja kierrättää päälle jäävä faasi. Vaikkakin, kuten edellä on mainittu, oheisen keksinnön mukainen tuote ei ole teknisesti vesi-öljyssä emulsio, sillä on joitakin samanlaisia ominaisuuksia. Siten esimerkiksi päälle jäävän öljyfaasin poistamisen jälkeen jäljelle jäänyt öljy ja vesi pysyvät hiilihiukkasissa ja niiden ympärillä, ja tuotetta voidaan säilyttää kohtuullinen aika komponenttien eroamatta enempää. Tästä syystä tuotetta kutsutaan selityksessä emulsioksi, vaikkakaan se ei teknisesti ole todellinen emulsio. Se on kuitenkin hiilihiukkasten ja pienten vesipisaroiden muodostama dispersio, ja kuten edellä mainittiin, se on stabiili. Kun oheisen keksinnön mukaista tuotetta eli polttoainetta poltetaan, se palaa hyvin puhtaasti liekillä, jonka väri ja ominaisuudet ovat pikemminkin öljyllekin kuin jauhemaisesta hiilestä syntyneen liekin. Ilmeisesti palamisen aikana ei muodostu fysikaalisesti hienojakoisia hiilihiukka- 57125 4 siä, vaikkakin täsmällistä palamismekanismia ei ole täysin määritetty, eikä oheinen keksintö siten rajoitu mihinkään erityiseen teoriaan.

Hiilen, veden ja öljyn täsmällinen suhde ei ole kriittinen, mikä on etu. Se vaihtelee hieman riippuen öljyn ominaispainosta ja kyseisestä hiilestä. Erinomainen suhde käytännössä on noin 20 osaa jauhennettua hiiltä, 15 osaa öljyä ja 10 osaa vettä. Tästä tuotteesta eroaa vain vähän öljyä päälle jäävänä nesteenä, ja saadaan erittäin pysyvä dispersio, öljyä voidaan kuitenkin käyttää jonkin verran enemmän, ja tämä on eräissä tapauksissa toivottavaa, koska eronnut öljyfaasi voidaan helposti kierrättää takaisin. Sen vuoksi edellä annettu aines·* osien suhde on vain havainnollinen esimerkki tyypillisestä hyödyllisestä tuotteesta. On huomattava, että jos vettä on ylimäärä, niin myös tällöin voi tapahtua veden eroamista erillisenä faasina. Käytännössä on tavallisesti toivottavaa, että 'mahdollinen ylimäärä on öljynä.

Voimakkaalla ääniaaltosekoittamisella on myös toinen toimintatapa.

Se pienentää hiilen hiukkaskokoa, mahdollisesti siksi, että hiili-hiukkaset iskeytyvät toisiinsa voimakkaan sekoittamisen aikana. Hiukkaskoon pienentyminen riippuu sekä äänisekoituksen energiatiheydestä että käytetyn hiilen laadusta. Hauraampi hiili pienenee luonnollisesti jonkin verran enemmän, mutta lopullinen hiukkaskoko pysyy yhä välillä noin 1μ ja noin 100μ.

Vaikkakin dispersio on jokseenkin viskoosinen, se kuitenkin virtaa helposti eikä sitä tarvitse kuumentaa ennen polttimeen syöttämistään. Tämä on etu verrattuna erittäin viskoosisten jäteöljyjen polttamiseen, joita on kuumennettava höyryn avulla ennen sulauttamistaan polttimeen. Tämä on eräs oheisen keksinnön eduista, koska tällöin voidaan jättää kuumennuslaitteet pois jättämättä pois niiden toimintaa.

Varsinainen sulauttaminen polttimeen ei erota oheista keksintöä aikaisemmasta tekniikasta; mitä tahansa sopivaa poltinmuotoa voidaan käyttää. Eräs tällainen muoto on äänielektrodi, joka sumuttaa päästään poltto-ainedispersion.

Kun käytetty hiili sisältää niin vähän rikkiä, että uunin piipusta poistuva rikkioksidien päästö pysyy asetettujen ympäristöstandardien sisällä, oheisen keksinnön mukainen polttoaine voi muodostua vain 5 571 25 jauhennetusta hiilestä, öljystä ja vedestä; keksinnön avulla voidaan kuitenkin hävittää suuria rikkioksidimääriä hyvin yksinkertaisella ja taloudellisella tavalla. Tällä tavoin voidaan halpaa, runsaasti rikkiä sisältävää hiiltä käyttää silloinkin, kun se ei muutoin täyttäisi ympäristöstandardeja. Kun halutaan pienentää rikkioksidipäästöjä, veteen voidaan dispergoida parhaiten hienojakoista jauhennettua kalkkia tai kalkkikiveä. Tätä kutsutaan yleisesti kalkiksi, ja se voidaan lisätä oheisen keksinnön mukaisessa menetelmässä joko ennen öljyn lisäämistä tai sen jälkeen; parhaiten se lisätään oleellisesti samanaikaisesti kuin syöttö ääniemulgointilaitteeseen. On huomattava, että tavallista jauhennettua kalkkia syötetään vesilietteenä, jolloin vesipitoisuus on otettava huomioon lopullisen tuotteen veden kokonaismäärissä. Kun lisätään jauhennettua kalkkia, se muodostaa osan suspensiosta ja on stabiili eikä laskeudu seisotettaessa. Näin vältytään ongelmilta, ja tämä on oheisen keksinnön eräs lisäetu pienennettäessä rikkioksidien määrää.

Kun runsasrikkistä hiiltä on tarkoitus polttaa, parhaimpana alkalina pidetään kalkkia. Sillä on monia käytännön etuja, kuten esimerkiksi sen alhainen hinta ja se seikka, että liekissä muodostuva kalsium-sulfaatti liukenee hyvin vähän veteen. Voidaan käyttää muita alkaleja, kuten esimerkiksi natriumkarbonaatteja. Useimmat näistä muista alkaleista muodostavat sulfaatteja, jotka liukenevat huomattavasti veteen. Polttoainetta poltettaessa muodostuu aina vesihöyryä. Tämä voi tuottaa vaikeuksia, erityisesti koska jossakin kaasun käsittelyvaiheessa lämpötilat laskevat, ja nestemäistä vettä voi kondensoitua. Tällaisessa tapauksessa se voi muodostaa jonkin verran tahnamaisia massoja alkalien kanssa, joiden sulfaatit liukenevat melko hyvin veteen. Tämä tekee sähköstaattisen saostamisen vaikeammaksi, koska saostimen vaatimuksena on tavallisesti se, että poistettavien hiukkasten on oltava kuivia.

Myös muissa palamiskaasun käsittelylaitteiston osissa on mahdollista, että kerrostuu tahnamaisia sulfaatteja. Puhdistuskustannukset ovat siten suurempia, ja tämä on eräs syistä, miksi kalkki on parhaana pidetty alkali. Kuitenkin voidaan käyttää myös muita alkaleja, ja laajemmassa muodossaan keksintö ei rajoitu kalkin käyttämiseen, vaikkakin tämä on suositeltu materiaali.

Rikkioksidien poistuminen riippuu kalkin tai muun alkalin määrästä. Kalkkia tulisi tavallisesti olla enemmän kuin hiilen rikkipitoisuuteen perustuva stökiömetrinen määrä. Mitä enemmän kalkkia käytetään sitä suurempi on määrän pieneneminen. Esimerkiksi, kun ylimäärä on 50 %, 6 57125 rikkioksideista voidaan poistaa 50 % tai pikemminkin sanoen sitoa kalsiumsulfaatiksi. Kun kalkkia käytetään enemmän, rikkioksideja poistuu enemmän; määrä on noin 80 %, kun kalkkia käytetään kaksi kertaa stökiömetrinen määrä. Jos kalkkia käytetään vielä enemmän, rikkiä poistuu hitaammin, koska käyrä muuttuu asymptoottimaiseksi, ja sen vuoksi tavallisesti ei ole taloudellista käyttää paljon suurempia ylimääriä kuin kaksi kertaa stökiömetrinen määrä. Kun hiili sisältää hyvin runsaasti rikkiä, noin 80 % pienenemisellä saadaan polttoaine ympäristöstandardien sisälle. Vaikkakaan kalkki ei ole kovin kallista, se on kuitenkin kustannuslisä, ja eräissä tapauksissa vähän rikkiä sisältäviä hiiliä käytettäessä saadaan polttoaine ympäristöstandardien sisälle poistamalla rikkioksideista 50 %, ja eräissä tapauksissa voidaan käyttää vieläkin pienempiä kalkkiylimääriä. Tämä on taloudellinen kysymys, eikä mitään tarkkaa ylärajaa ole olemassa. Kalsiumsulfaatti (kipsi), joka otetaan talteen sähköstaattisen saostuksen avulla tai jollain muulla keinoin, voidaan teoriassa myydä. Talteenotetun kipsin tuottamiskustannukset voivat olla kuitenkin suurempia kuin sen myyntihinta, joten jos ympäristön kannalta on mahdollista, pienenpien kalkkiylimäärien käyttö voi olla taloudelliselta kannalta edullista.

Kuvio 1 esittää kaaviollisesti koeuunia, jossa hiilidispersiota poltetaan kerroksena.

Kuviossa 2 on esitetty käyrä, jossa näkyy rikkidioksidin poistuminen eri kalkkimäärillä aina 50 % ylimääriin asti.

Kuviossa 3 on esitetty kaaviollisesti virtauskaavio käytännön laitoksesta, jossa sumutetaan hiilidispersio liekiksi.

Kuvio 4 esittää puolittain kaaviollisesti ultraäänielektrodia.

Kuvioissa 1 ja 2 on kyseessä koejärjestely, jossa hiilidispersiota poltetaan kerroksena. Hiilidispersio valmistetaan tyypillisesti siten, että hiiltä dispergoidaan 20 osaa 10 osaan vettä, lisätään 15 osaa öljyä, kuten lämmitysöljyä n:o 2, ja tuotetta sekoitetaan voimakkaasti ultraäänen avulla energiatiheyksillä 38,75 - 54,25 wattia 2 per cm . Nopean dispergoitumisen kannalta on tärkeää värähtelevän pinnan kanssa kosketuksessa olevien nesteiden paksuus, esimerkiksi ultraäänielektrodissa, jota kuvataan yhdistelmänä kuviossa 4. Neste- 7 57125 kerroksen paksuus ei ole ehdottoman kriittinen, mutta sen tulisi tavallisesti olla huomattavasti pienempi kuin värähtelevän pinnan halkaisija. Jos nesteen paksuus tulee paljon suuremmaksi, ulostulomäärä pienenee, vaikkakin jos aikaa on riittävästi, tyydyttävä dispersio voidaan saada aikaan melko paksusssa nestekerroksessa; tämä ei ole kuitenkaan taloudellisesti suotavaa. Suspensiokerroksen paksuus värähtelevän pinnan ja säiliön välillä on luonnollisesti oltava suurempi kuin suurimpien hiilihiukkafeten koko. Kuten edellä on mainittu, hiukkaskokoalue on noin 1μ - 100μ. Vaikkakin tätä ei ole käytännössä tarpeen mitata täsmällisesti, dispersio näyttää olevan jokseenkin yhtenäinen.

Oheinen keksintö ei rajoitu mihinkään tiettyyn hienojakoiseen hiileen.

^ Erityisissä suoritusmuodoissa kuvattavia tyypillisiä hiiliä ovat idästä saatu bitumihiili, joka sisältää rikkiä 1 - 2 %, ja lännestä saatu Kentucky-hiili, jossa on hieman enemmän rikkiä.

Jotta saataisiin hiilidispersio, joka poltettaessa pienentää rikki-oksidin muodostumista, lisätään jauhennettua kalkkia vesilietteessä samaan aikaan kuin öljyä. Tämän lietteen sisältämä vesi on luonnollisesti otettava huomioon veden määrään laskettaessa. Jos hiili sisältää hyvin vähän rikkiä, käytetään tavallisesti kalkkia noin 50 % yli stökiömetrisen määrän. Enemmän rikkiä sisältäviä hiiliä varten, joille tämä keksintö on erityisen edullinen, ylimäärän tulisi olla noin kaksi kertaa stökiömetrinen määrä.

Kuviossa 1 on esitetty koeuuni 1, jotai.esikutimennetaan sähköisesti, kuten käy ilmi sähköjohdoista, jotka kulkevat ympäröivään sähköiseen kuumennusvaippaan. Koejärjestelyssä uuni oli sylinteriuuni, jonka halkaisija oli noin 3,5 an. Hiilidispersio syötetään uuniin, jossa se muodostaa kerroksen sopivan polttoarinan 2 päällä. Ilma syötetään osoitetulla tavalla; ilman määrän tulisi suurin piirtein vastata kaikkein taloudellisinta palamista, so. ilmaa on pieni ylimäärä. Palamiskerroksesta poistuvat kaasut kulkevat lasivillalla täytetyn koeputken 3 sivuhaaraan. Lasivilla poistaa osan kiinteistä aineista ja muista epäpuhtauksista, minkä jälkeen kaasut kulkevat pesupulloon 4, joka koejärjestelyssä sisältää vettä, jossa on noin 3 % vetyperoksidia. Sen jälkeen kaasut kulkevat luukkuun 5 ja vesiluukkuun 6, jotka molemmat ovat sivuvarrella varustettuja pulloja, joista jälkimmäisessä on lasivillaa. Kaasut imetään piirustuksessa esitetyllä tavalla osit- β 57125 täisen tyhjön avulla, jjoka on muodostettu millä tahansa tavalla (ei esitetty). Virtaus mitataan rotametrillä 7. Kokeiden tulokset on esitetty seuraavassa taulukossa 1: 9 57125

<dt> I

*

3 -P P (0 O -P -P

••W. O vo O n> oo oo (nh m cn ^ m m 0 0 ϋ) Q.

( 1 10 Ul 3

(ti Λ M H

-p g •rf ^ % m m σ> oo ^ loo 1 (|] %k ^ ^ ^ ·* % ffi zs*io vo σ> ^ ^ oj cn ro

ZOO’H io (0 c/Tr 3 H2-4J

0' ^ β’ 3H +-K01 -pa O-P in o CTi ;.,4Jjd,ö» % «. *.

ΌΓ+*-Η·Λ-ζ σ> O oo r- OO ιοιο ιοιο

i ! 0 0 *“1 f—I i—I H

(UCU

m n en ° ·£ •H > cn -h G X 00 00 0 -h n· n* m in m p, ,¾ o> * * *· * s

W ~ OO OO OH OH OH

3 H

cn cti 1 *

•H

cn a) > i >i O -·

n cn tr» in m OO OO OO OO

f—I S i—I rH H H H H H H

:0 I

rH

-H >i -H -n—. O O OO OO OO m in

x; H O' CN CN CN CN CN CN CN CN rHi—I

O ~ ati

rH

" rH

0)

> H

•H rH

X H — -H H O' O O OO oo oo oo

X K — CN CN CN CN CN CN CN CN CN CN

Λί

rH

(0

X I

(1)

β fi 3 C

O O -PH

β g -P (0 h -h -h « cn cn cn o o 3 f-PDiO 'OO O -P-Pr* ΡΛΡ P P P 3 -Ρί

4-> H P PP P g H -H

Hcn O >i O OO O 303 -H ft -P « « UI Q.n

O O

X CU

X

3 C

rH ··

3 CN O O

(OO -r-i ·· H (N cn <d* in

cn < G

10 571 25

Taulukon 1 havaitaan sisältävän joukon kokeita, joissa käytettiin eri määriä öljyä ja vettä» jokaisessa tapauksessa taulukossa 1 on annettu käytetyn hienojakoisen kalkin määrä. Tässä taulukossa on annettu myös poltetun polttoaineen määrä» rikkioksidit määritettiin titraamalla natriumhydroksidiliuoksella.

Ensimmäiset neljä ajoa poltettiin kerroksena» viidennessä ajossa polttoaine sumutettiin ultraäänielektrodin päästä. Kuviossa 2 on esitetty poistetun rikkidioksidin määrä kalkin funktiona» kalkkia käytettiin 50 % ylimäärään asti. Kun ylimäärä tulee suuremmaksi kuin kaksi kertaa stökiömetrinen määrä, käyrä kääntyy, kun poistettu määrä on noin 80 %. Ts. tällaisella alueella käyrä on itse asiassa S-käyrä.

Kuviossa 3 on esitetty kaaviollisesti suuren laitoksen virtauskaavio. Tässä tapauksessa polttaminen tapahtuu sulauttamalla polttoaine ultraäänielektrodista. Kuten piirustuksissa on osoitettu, hiili jau-hennetaan kuulamyllyssä ja jauhentimessa 8, jossa se pienennetään hiukkaskokoon alle lOOu, osa hiukkasista on niinkin pieniä kuin lu. Sen jälkeen tärysyötin 9 syöttää hiilen vesivirtaan, joka virtaa säädetyllä nopeudella lietesäiliöön 10. Liettäminen suoritetaan tavanomaisen potkurin avulla» ilman poistaminen tapahtuu ilmanpoisto-reiän avulla. Sen jälkeen liete kulkee säätimen läpi ja siihen lisätään säätimen 11 ohjaamana öljyä ja vähän myöhemmin vielä kalkkilie-tettä, joka tulee säätimen 11 kautta. Kalkin määrä hiilessä olevaan rikkiin nähden on noin kaksi kertaa stökiömetrinen määrä.

Sen jälkeen liete esisekoitetaan esisekoittimessa 16. Esisekoitettu liete syötetään äänidispergointilaitteeseen 13, jossa kuviossa 4 esitetyn tyyppinen ultraäänielektrodi toimii taajuudella 20.000 - 22.000 Hz. Elektrodin pää on erotettu säiliön 13 etuosasta, jolloin syntyy nestekerros, jonka paksuus oleellisesti on pienempi kuin elektrodin pään poikkileikkauksen suuruus. Seurauksena on voimakas sekoittuminen ääniaaltojen avulla, jolloin samalla tapahtuu kavitaa- tiota, ja energian intensiteetiksi saadaan noin 38,75 - 54,25 wattia 2 per cm . Syntyy stabiili dispersio, joka virtaa ylijuoksulevyllä 15 varustettuun erottimeen 14. Tämä ylijuoksulevy päästää osan päälle-jääneestä öljystä virtaamaan kammioon, josta kierrätysputki 16 kierrättää sen takaisin esisekoittimeen 12.

11 57125

Sen jälkeen hiili-vesi-öljy-kalkki virtaa toiseen ultraäänielektrodin koteloon 17 ja ultraäänielektrodin päästä surautettuna palamiskammioon 18. Se palaa, ja savukaasut kulkevat hiukkaserottimen läpi, jona käytetään sähköstaattista saostinta 19. Tämä poistaa hienojakoisen kalsiumsulfaatin, joka voidaan ottaa talteen ja myydä. Kun hiili sisältää 2 - 3 % rikkiä, rikkidioksidi poistuu noin 80-prosentti-sesti, jolloin savukaasut vastaavat ympäristöstandardeja.

Kuviossa 4 on esitetty puolikaaviollisesti tyypillinen ultraäänielektro-di 20. Ultraäänivärähtelyt, joiden taajuus on 20.000 - 22.000 Hz, syntyvät samantaajuisen sähköisyyden vaikutuksesta, joka syötetään sähköjohtojen kautta. Värähtely syntyy diatsosähköisessä kappaleessa 21, johon on kytketty teräksisen äänimuuntajan leveä pää 22, joka „ kapenee eksponentiaalisesti pienemmäksi pääksi 23. Juuri tämä pää sekoittaa kuvion 3 sekoituslaitteessa 18 olevaa dispersiota, ja samanlainen elektrodi saa aikaan kuviossa 3 kohdassa 17 esitetyn sumuttumisen.

Sumutettu polttoaine synnyttää palaessaan liekin, joka on kirkas ja saa aikaan täydellisen palamisen. Liekin ulkonäkö ei ole samanlainen kuin liekin, joka syntyy jauhennetun hiilen palaessa. Liekin laatuun on luultavasti syynä polttoainedispersiossa oleva vesi, joka myös mahdollistaa hyvin täydellisen palamisen. Palaminen on niin täydellistä, että veden mukanaolosta aiheutuu vain hyvin vähän lämmön-menetystä, jos lainkaan. Vesi luonnollisesti haihtuu höyrynä dispersion palaessa.

Vaikkakin kuvattu sekoittaminen on suositeltu ääniaaltosekoitus, on mahdollista saada aikaan tyydyttävä sekoittaminen ei-äänilaitteiden avulla? esimerkiksi shear-tyyppiset koneet, kuten kolloidikoneet ja muut homogenointilaitteet? ja muut laitteet, joissa pinnat, jotka ovat joko sileitä tai karkeita, liikkuvat nopeasti toisiinsa nähden hyvin lähellä toisiaan? pumput, jotka pumppaavat hyvin lähelleä toisiaan olevien pintojen läpi? ja sentrifuugilaitteet, jauhatusmyllyt, iskumyllyt ja vastaavat. Kaikissa tapauksissa, kuten edellä on kuvattu äänen avulla tapahtuvan sekoittumisen yhteydessä, energian tiheyden tulisi olla suuri, vaikkakin joissakin ei-äänilaitteissa on vaikeampi mitata energian tiheys suoraan. Kuten suositellussa äänellä tapahtuvassa sekoittamisessakin, ei tarvita mitään oleellista pinta-aktiivis-t ' ten tai emulgointiaineiden lisäämistä, sillä jos pinta-aktiivisia aineita on mukana riittävän paljon, pieniä vesipisaroita dispergoituu Λ 12 571 25 Öljyyn liian suuri määrä eivätkä ne siten räjähdä liekissä mikrorä-jähdystfen sarjana. Tällaisiin mikroräjähdyksiin tarvitaan pisaroita/ joiden koko on noin 2u - 20u. Hiukkaset# jotka ovat huomattavasti pienempiä kuin 2μ# eivät räjähdä# ja jos niitä on mukana liian suuri määrä, ne pienentävät liekin laatua ja palamistehokkuutta. Edellä on viitattu pinta-aktiivisten aineiden lisäykseen, koska eräät öljyt, kuten jäännöspolttoöljy, sisältää pieniä määriä pinta-aktiivisia aineita, ja tällaisia öljyjä vdidaan käyttää oheisessa menetelmässä.

Claims

13 57125 Patentti vaatimukset

1. Menetelmä polttoaineen valmistamiseksi hienojakoisen hiilen ja veden ja öljyn muodostamana dispersiona, tunnettu siitä, että hiilihiukkasten koko on pienempi kuin lOOyu , hiili ensin tarvittaessa suspendoidaan veteen lietteeksi, minkä jälkeen lisätään öljyä, ja syntynyttä seosta sekoitetaan voimakkaasti ääniaaltojen avulla, intensiteetti tiheyden ollessa yli 11 ,625 Wattia per cm2, jolloin saadaan stabiili dispersio, jossa hiili ei eroa, vaikkakin, jos siinä on öljyä ylimäärä, se voi erota erillisenä faasina, joka poistetaan, jolloin syntyy hiili-vesi-öljy-dis-persio, joka on stabiili säilytettäessä ja palaa liekillä, joka vastaa öljyliekkiä mutta ei jauhemaisesta hiilestä syntyvää liekkiä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä silloin, kun hiilen rikkipitoisuus on ^ sellainen, että palaessa syntyisi rikkioksideja yli ympäristöstandardien, tun nettu siitä, että öljyn lisäksi hiililietteeseen lisätään hienojakoisen alkalin dispersiota, jolloin alkalin määrä on vähintään noin 50 % yli hiilen rikkipitoisuudesta lasketun stökiömetrisen määrän.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että alkali on hienojakoista kalkkia tai kalkkikiveä.

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että alkalia käytetään vähintään noin kaksi kertaa hiilen rikkipitoisuudesta laskettu stökiömetrinen määrä.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hiiltä on painosta laskettuna enemmän kuin vettä valmiissa pottoaineessa.