WO1997043539A1 - Vorrichtung zur behandlung von aus mineralöl oder pflanzen gewonnenen treib- und brennstoffen - Google Patents

Vorrichtung zur behandlung von aus mineralöl oder pflanzen gewonnenen treib- und brennstoffen Download PDF

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WO1997043539A1
WO1997043539A1 PCT/EP1997/002405 EP9702405W WO9743539A1 WO 1997043539 A1 WO1997043539 A1 WO 1997043539A1 EP 9702405 W EP9702405 W EP 9702405W WO 9743539 A1 WO9743539 A1 WO 9743539A1
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reactor
tin
fuel
copper
alloy
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PCT/EP1997/002405
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Inventor
Christian Koch
Georg GÖTZELMANN
Jürgen STERZIK
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I.A.T. Technologies Limited
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M27/00—Apparatus for treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture, by catalysts, electric means, magnetism, rays, sound waves, or the like
    • F02M27/02—Apparatus for treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture, by catalysts, electric means, magnetism, rays, sound waves, or the like by catalysts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M31/00—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture
    • F02M31/02—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating
    • F02M31/12—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating electrically
    • F02M31/125—Fuel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
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    • B01J2219/0002—Plants assembled from modules joined together
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a device for the treatment of fuels and fuels obtained from mineral oil or plants, with a heating device for heating them and a flowable reactor containing at least one reactor element which consists at least partially of a tin alloy on the surface.
  • liquid fuels can be improved by the formation of fuels, which also ensure a more uniform combustion process and thus a reduction in nitrogen oxide emissions and the carbon monoxide content in the exhaust gas and in diesel oil to reduce soot formation.
  • additives are added to the fuel or fuel during its manufacture or during refueling.
  • the additives can also be added to the fuel or the combustion air from a separate tank via a metering device.
  • a disadvantage of these processes is that the additives are expensive and in many cases also toxic. The latter is particularly the case with the particularly effective organometallic substances.
  • An addition to the fuel or a fuel or a filling as a concentrate for refueling cannot be realized without danger because these toxic substances would have to be produced and traded in concentrated form.
  • a device of the type mentioned at the outset is also known, the reactor elements of which consisted of large grains with a transverse dimension of approximately 25 mm made of a tin alloy, the mercury, lead and
  • the invention is therefore based on the object of providing a device of the type mentioned at the outset which, with regard to the improvement in the combustion properties, leads to comparable results to the known device mentioned last, but pollutes the environment considerably less and also with widespread use is significantly less harmful to health, so that with optimal design practically no negative effects on the environment and health occur.
  • the tin alloy on the surface of the reactor element contains 0.2-20% by weight of copper as the alloy element added to the tin with the largest proportion by weight, and the reactor element consists of a large number of loose or bonded grains with a transverse dimension of at most 5 mm.
  • the tin alloy on the surface of the reactor element preferably contains, apart from the usual impurities, exclusively copper with a proportion within the stated limits. Particularly good results can be achieved if the proportion of copper is about 2 to 8% by weight of the tin alloy on the surface of the reactor element. A copper content of about 4-5% by weight has proven to be optimal in the previous experiments.
  • the grains forming the reactor element have a transverse dimension, i.e. for round grains have a diameter that is at most 5 mm.
  • the reactor element is in the form of a loose bed of the grains, which preferably have a largest transverse dimension of about 1-5 mm, it is expedient to accommodate them in a can, the end walls of which are dimensioned by sieves with a smaller than the largest transverse dimension of the smallest grains Mesh size are formed.
  • the reactor element can be prefabricated, stored and handled as a component during assembly.
  • an inner sieve with a relatively larger mesh size and an outer sieve with a relatively finer mesh size are arranged on at least one end of the can.
  • the reactor element consists of grains with a maximum transverse dimension of 0.05-1 mm, which are sintered together to form a block. Because in this case it would be difficult to sinter such small, homogeneous grains made of a tin alloy with only a relatively low copper content in such a way that the metal does not converge in places to form larger collections, but rather the cavities between the small grains are preserved as much as possible,
  • the grains have an inner core made of copper, to which a layer of tin is applied to form the alloy, e.g. B. is evaporated.
  • the grains can also have an inner core made of tin oxide and copper oxide.
  • a surface layer can be obtained from the tin-copper alloy specified by the grains being z. B. superficially reduced in a hydrogen stream and the alloy is produced by heating above the melting point of the reduced surface layer.
  • the heating device provided according to the invention expediently contains PTC (Positive Temperature Coefficient) heating elements for heating the fuel or fuel. It was found that the success is better, the higher in the individual case taking into account the respective boundary conditions such as e.g. B. Avoiding gas bubbles, maintaining lubricity etc., the temperature of the propellant or fuel in the reactor can be.
  • the PTC heating elements are expediently arranged in the liquid stream in front of the reactor, so that the fuel or fuel has the optimally high temperature when it enters the reactor.
  • the heating device for heating the fuel before entry into the reactor will normally be around 40-80 ° C for gasoline or 50-200 ° Lay out diesel oil. It is advisable to attach a fuel filter upstream of the heating device, but in any case in front of the reactor. It was found that a fuel filter arranged behind the reactor reduces the reactor effect. This negative effect is possibly due to a chemical reaction of the treated fuel with deposits in the filter. Also because of further chemical reactions of the treated fuel, which weaken the effect of the treatment over time, it has proven to be expedient to feed it to the combustion immediately after the treatment and not to treat it during manufacture and then in store the treated condition for a long time.
  • the device according to the invention has a catalyst in the flow direction upstream of the reactor, which is preferably arranged between the heating device and the reactor and is provided with a further heating device, by means of which it heats up to a temperature of approximately 400 ° C. during operation is heated.
  • the catalyst can e.g. B. from a honeycomb, flowable carrier body made of cordierite, which with a suitable catalyst material, for. B. LaCoO- ⁇ , be ⁇ exist.
  • a cracking process takes place in the catalyst at the temperature mentioned, in which the long molecular chains of the bio-oil are converted into shorter chain hydrocarbons, the burning properties of which are subsequently improved by the treatment in the reactor proposed according to the invention in such a way that the end product product of the treatment immediately afterwards can be used as fuel.
  • a particular advantage of the proposed arrangement of the catalyst and the reactor in the flow direction behind one another is that the heating of the bio-oil required for cracking in the catalyst can also be used for treatment in the reactor.
  • a heat exchanger is arranged in the fuel or fuel line downstream of the catalyst and / or behind the reactor, which on the one hand the fuel which has already been treated in the catalytic converter and, on the other hand, the fuel or fuel which is still to be treated in the catalytic converter.
  • At least one heat exchanger is expediently provided with a steam separator which is connected to an air suction line of the burner or motor.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a device for treating fuel
  • FIGS. 1 and 2 shows a longitudinal section through one of the reactor elements of the reactor according to FIGS. 1 and
  • FIG. 3 shows a longitudinal section through a device similar to FIG. 1 with an upstream catalytic converter.
  • the reactor shown in FIG. 1 has a housing 1 with an inlet opening 2 at the lower end with reference to FIG. 1.
  • a heating device 3 for example, in the interior of the reactor housing 1.
  • B. in the form of PTC heating elements, which without expensive control for heating the by the inlet opening 2 in the reactor housing 1 flowing fuel to a certain temperature of z. B. 70 ° C.
  • the heating device 3 could alternatively also be operated with a heating fluid heated in the engine or a heater.
  • two reactor elements 4 are inserted in series in the reactor housing 1.
  • a fine screen 5 which closes off the treatment chamber in the reactor housing 1 with reference to FIG. 1.
  • the reactor elements 4 are sealed off from the reactor housing 1 by means of circumferential seals 6 and 7 in the treatment chamber in such a way that there is no flow gap at the periphery.
  • the fuel is therefore forced to flow from the inlet opening 2 through the reactor elements 4 to an outlet opening 8 located at the upper end of the reactor housing 1 with reference to FIG. 1.
  • FIG. 2 shows one of the reactor elements 4 of the device according to FIG. 1 on a larger scale. It consists of a can-shaped casing 9 and two screens 10, 11 each on the lower and upper front end with reference to FIG. 2.
  • the two screens 10, 11 differ in their mesh size, which is coarse for the screen 11 and fine for the screen 10. You can e.g. B. in the sieve 11 0.5 - 3 mm and in the sieve 10 0.01 - 0.15 mm.
  • the interior delimited by the casing 9 and the sieves 10, 11 is filled with granular reactor particles 12 which, in the example shown, have a pastille-like shape. They consist of an alloy with 80-99.8% tin and 0.2-20% copper.
  • the grains or reactor particles 12 are in bulk in the casing 9. They are preferred after filling to remove oxides only in an organic acid, e.g. B. formic, acetic or oxalic acid, dipped and then in heating oil or gasoline. After this pretreatment, the reactor elements 4 can be stored and are ready for installation.
  • organic acid e.g. B. formic, acetic or oxalic acid
  • the reactor housing 1 has an inner diameter of 70 mm and a length of 200 mm.
  • the inlet and outlet openings 2, 8 have a clear width of 10 mm.
  • the heating device 3 with PTC heating elements reaches a maximum temperature of 120 ° C. and has a heating power of 140 W.
  • the casing 9 of the reactor elements 4 consists of aluminum. Their outer diameter is 66 mm and their length is 45 mm.
  • the flat reactor particles 12 consist of an alloy of 96% by weight of tin and 4% by weight of copper and have a diameter of 3 mm.
  • the mesh width of the inner sieves 11 is 1 mm and that of the sieves 10 is 0.08 mm.
  • the even finer sieve 5 in front of the outlet opening 8 has a mesh size of 0.04 mm.
  • the reactor elements 4 were immersed in succession in acetic acid and then diesel oil. In the practical embodiment, three reactor elements 4 are provided in series one behind the other.
  • the seals 6, 7 between the envelopes 9 and the reactor housing 1 are rubber sealing rings which have an outside diameter of 70 mm and an inside diameter of 65 mm.
  • the grains or reactor particles 12 are only 0.5 mm in diameter. They have a copper core and are vapor-coated with tin on the surface. Since a tin-copper alloy has a lower melting point than copper and tin each alone, when tin is vapor-deposited and at least superficial heating of the copper lower the desired alloy on the surface of the copper cores to a temperature somewhat below the melting temperature of tin.
  • the grains thus produced are suitable for sintering. In this way it is possible to produce porous blocks which can be inserted into a reactor housing 1 with or without a covering 9 by means of sealing rings 6, 7. Before installation, you can also rinse with an organic acid and then with petrol or diesel oil.
  • the manufacturing process is somewhat more expensive overall than that of reactor elements 4 with a loose granular bed according to FIG. 2, but because of the smaller grains with smaller outer dimensions of the reactor element, the same effective surface is achieved as for the reactor elements 4 with loose granular bed. Therefore, when using sintered blocks as reactor elements, the tubular reactor housing 1 can have an inner diameter of, for. B. only 44 mm and a length of 150 mm. There are inlet and outlet openings 2, 8 with a clear width of 6 mm.
  • the heating device 3 in turn contains PTC heating elements with a maximum temperature of 120 ° C., in which case the heating power is 45 W.
  • the two reactor bodies consist of an aluminum shell with an outer diameter of 40 mm and a length of 35 mm with a filling, each of which consists of a sinter block, which consists of tin and copper oxide particles of approximately 0 , 3 mm diameter was obtained.
  • the weight ratio of tin oxide to copper oxide was approximately 98 to 2.
  • the material was sintered at 1100 ° C. and has a water absorption of approximately 30%.
  • the sinter blocks were superficially re-exposed in a hydrogen stream at 300 ° C for 30 minutes.
  • the heat exchangers 30 and 32 are each connected to a steam separator 34 and 36, which is each connected to a steam line 38 leading to the air intake line of a burner (not shown).
  • the rapeseed oil to be treated or another oil obtained from plants is introduced into the heat exchanger 32 via a feed line 40 and thus absorbs heat from the finished treated fuel oil flowing out of the reactor elements 22, which after the flow through the heat exchanger flows through 32 flows via a line 42 to the burner, not shown.
  • the rapeseed oil which has already been preheated in the heat exchanger 32 is led via a line 44, on which the steam separator 36 is arranged, to the even hotter heat exchanger 30 between the catalyst 24 and the reactor elements 22.
  • the line 46 leads the rapeseed oil or other crude oil into an antechamber 48 of the honeycomb catalytic converter 24, where the heating device 28 heats the crude oil previously preheated in the heat exchangers before it enters the catalytic converter 24.
  • the crude oil in the catalyst 24 reaches a temperature of approximately 400 ° C.
  • the long molecular chains of the crude oil are cracked, and the oxygen content is reduced.
  • the still hot oil treated in this way is then cooled in the heat exchanger 30, but still has a temperature of z. B. about 200 ° C.
  • the reactor generates enough ignition seeds in the fuel oil so that when it comes after Flow through the heat exchanger 32 via the line 42 leaves the reactor housing 20, is suitable for sufficiently clean combustion or as a fuel.

Abstract

Die Vorrichtung dient zur Behandlung von aus Mineralöl oder Pflanzen gewonnenen Treib- und Brennstoffen. Sie hat eine Heizeinrichtung (3) zur Erwärmung des flüssigen Treib- oder Brennstoffs und einen Reaktor (1), der mindestens ein Reaktorelement (4) enthält, welches wenigstens teilweise an der Oberfläche aus einer Zinnlegierung besteht. Diese Zinnlegierung enthält als zum Zinn hinzugefügtes Legierungselement mit größtem Gewichtsanteil 0,2 - 20 Gew.-% Kupfer. Das Reaktorelement besteht aus einer Vielzahl loser oder miteinander verbundener Körner mit einem Quermaß von höchstens 5 mm.

Description

Vorrichtung zur Behandlung von aus Mineralöl oder Pflanzen gewonnenen Treib- und Brennstoffen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von aus Mineralöl oder Pflanzen gewonnen Treib- und Brennstof¬ fen mit einer Heizeinrichtung zu deren Erwärmung und einem durchströmbaren Reaktor, enthaltend mindestens ein Reaktor¬ element, das wenigstens teilsweise an der Oberfläche aus einer Zinnlegierung besteht.
Es ist bekannt, daß man die Verbrennungseigenschaften flüs¬ siger Brenn- und Treibstoffe durch die Bildung von Zündkei¬ men verbessern kann, die für einen gleichmäßigeren Verbren¬ nungsvorgang und damit für eine Verminderung des Stick- oxidausstosses und des Kohlenmonoxidanteils im Abgas sowie bei Dieselöl auch für eine Verringerung der Rußbildung sor¬ gen. Zu diesem Zweck werden dem Brenn- oder Treibstoff bei seiner Herstellung oder beim Tanken Additive zugesetzt. Al¬ ternativ können die Additive auch aus einem separaten Tank über eine Dosiereinrichtung dem Kraftstoff oder der Ver¬ brennungslu t beigemischt werden. Nachteilig bei diesen Verfahren ist, daß die Additive teuer und vielfach auch giftig sind. Letzteres ist vor allem bei den besonders wir¬ kungsvollen metallorganischen Stoffen der Fall. Eine Zugabe zum Brenn- oder Treibstoff oder ein Abfüllen als Konzentrat zum Tanken läßt sich deshalb nicht ohne Gefahren realisie¬ ren, weil diese giftigen Stoffe in konzentrierter Form her¬ gestellt und gehandelt werden müßten.
Es ist auch bereits eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt, deren Reaktorelemente aus großen Körnern mit einer Querabmessung von ca. 25 mm aus einer Zinnlegierung bestanden, die als Legierungselemente Quecksilber, Blei und
ERSATZBLÄΓΓ (REGEL 26) Antimon enthielt. Damit ließ sich zwar der Verbrennungsvor¬ gang positiv beeinflussen, aber eine derartige Vorrichtung kommt für eine breite Anwendung in Kraftfahrzeugen und Hei¬ zungen nicht in Frage, weil die giftigen Bestandteile des Reaktors zum Teil über die Abgase in die Atmosphäre gelan¬ gen.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vor¬ richtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die hin¬ sichtlich der Verbesserung der Verbrennungseigenschaften zu vergleichbaren Ergebnissen führt, wie die zuletzt genannte bekannte Vorrichtung, aber die Umwelt wesentlich weniger belastet und auch bei breiter Anwendung wesentlich weniger gesundheitsschädlich ist, so daß bei optimaler Auslegung praktisch keine negativen Auswirkungen für Umwelt und Ge¬ sundheit auftreten.
Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zinnlegierung an der Oberfläche des Reaktorelements als zum Zinn hinzugefügtes Legierungselement mit größtem Gewichtsanteil 0,2 - 20 Gew% Kupfer enthält und das Reak¬ torelement aus einer Vielzahl loser oder miteinander ver¬ bundener Körner mit einem Quermaß von höchstens 5 mm be¬ steht. Vorzugsweise enthält die Zinnlegierung an der Ober¬ fläche des Reaktorelements außer den üblichen Verunreini¬ gungen ausschließlich Kupfer mit einem Anteil in den ge¬ nannten Grenzen. Besonders gute Ergebnisse lassen sich da¬ bei erzielen, wenn der Anteil des Kupfers etwa 2 - 8 Gew% der Zinnlegierung an der Oberfläche des Reaktorelements be¬ trägt. Als optimal hat sich bei den bisherigen Versuchen ein Kupferanteil von etwa 4 - 5 Gew% erwiesen.
Während die Leistungssteigerung der Motoren und die Verbes¬ serung der Abgase bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ohne weiteres zu messen sind, ist der Verbrauch an Reaktormaterial so minimal, daß er sich bisher mit den verfügbaren Meßeinrichtungen noch nicht quantifizieren ließ. Dabei ist zu berücksichtigen, daß sich im praktischen Betrieb Bestandteile aus dem Treib- oder Brennstoff am Re¬ aktor ablagern. Auf jeden Fall übertrifft die mögliche Ge¬ brauchsdauer des vorgeschlagenen Reaktors im Normalfall die Lebensdauer eines Kraftfahrzeugmotors, so daß eine Auswech¬ selung nicht erforderlich ist.
Allein bereits der praktisch nicht meßbare Verbrauch an Re¬ aktormaterial und zusätzlich die Tatsache, daß es sich da¬ bei nur um die gut verträglichen Elemente Zinn und Kupfer handelt, zeigen, daß auch bei breitem Einsatz der vorge¬ schlagenen Vorrichtung für die ökologisch vorteilhaften Wirkungen der Senkung des Brenn- und Treibstoffverbrauchs und der Verbesserung der Abgase nicht schädliche Nebenwir¬ kungen in Kauf genommen werden müssen. Für die angestrebte positive Wirkung ist es allerdings wesentlich, daß der Treib- oder Brennstoff vor dem Durchströmen des Reaktors mittels der Heizeinrichtung erwärmt wird und die wirksame Oberfläche des Reaktorelements möglichst groß ist. Daher ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die das Reaktorelement bildenden Körner ein Quermaß, d.h. bei runden Körnern einen Durchmesser haben, der höchstens 5 mm beträgt.
Wenn das Reaktorelement in Form einer losen Schüttung der Körner vorliegt, die vorzugsweise ein größtes Quermaß von etwa 1 - 5 mm haben, ist es zweckmäßig, sie in einer Dose aufzunehmen, deren Endwände durch Siebe mit einer kleiner als das größte Quermaß der kleinsten Körner bemessenen Ma¬ schenweite gebildet sind. In dieser Form läßt sich das Re¬ aktorelement vorfertigen, lagern und bei der Montage als Bauelement handhaben. In der bevorzugten praktischen Aus- führung ist dabei an wenigstens einem Ende der Dose ein in¬ neres Sieb mit relativ größerer Maschenweite und ein äusse- res Sieb mit relativ feinerer Maschenweite angeordnet. Um zu gewährleisten, daß der Treib- oder Brennstoff durch die Körnerschüttung strömt, empfiehlt es sich, die Dose mittels wenigstens eines ihren Umfang umgebenden Dichtungsrings in ein äußeres Gehäuse des Reaktors einzusetzen.
In einer alternativen praktischen Ausführungsform besteht das Reaktorelement aus Körnern mit einem größten Quermaß von 0,05 - 1 mm, die zu einem Block zusammengesintert sind. Weil es in diesem Fall Schwierigkeiten bereiten würde, der¬ artig kleine, homogene Körner aus einer Zinnlegierung mit nur verhältnismäßig geringem Kupferanteil so zu sintern, daß das Metall nicht stellenweise zu größeren Ansammlungen zusammenläuft, sondern die Hohlräume zwischen den kleinen Körnern möglichst weitgehend erhalten bleiben, ist in wei¬ terer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Körner einen inneren Kern aus Kupfer haben, auf den unter Bildung der Legierung eine Schicht Zinn aufgetragen, z. B. aufgedampft ist. Selbst bei diesem Herstellungsver¬ fahren ist darauf zu achten, daß nicht zuviel Zinn aufge¬ dampft wird, um das erwähnte Verlaufen beim Sintern zu ver¬ meiden. Außerdem wäre eine reine Zinn-Oberfläche des Reak¬ tors bei weitem nicht so wirksam, wie die oben angegebene Zinnlegierung. Obgleich bisher der Wirkungsmechanismus des Reaktors noch nicht ergründet ist, besteht vermutlich ein Zusammenhang zwischen der Menge der beim Durchströmen des Reaktors durch chemische Reaktionen mit Anlagerung von Zinnatomen an Kohlenwasserstof moleküle des Brenn- oder Treibstoffs gebildeten Zinnorganika und der Schmelztempera¬ tur der Zinnlegierung, die bei einem Kupferanteil von 4 - 5 % optimal niedrig ist und sowohl mit höherem Kupfergehalt als auch mit einem höheren Zinnanteil als 95 - 96 % an¬ steigt.
Um ein Reaktorelement, insbesondere einen Sinterblock, mit einer Oberfläche aus einer wirksamen Zinn-Kupfer-Legierung zu erhalten, können die Körner auch einen inneren Kern aus Zinnoxid und Kupferoxid haben. In diesem Fall läßt sich eine Oberflächenschicht aus der angegebenen Zinn-Kupfer-Le¬ gierung gewinnen, indem die Körner z. B. in einem Wasser¬ stoffstrom oberflächlich reduziert und durch Erwärmung über den Schmelzpunkt der reduzierten Oberflächenschicht die Le¬ gierung hergestellt wird.
Zur Erwärmung des Treib- oder Brennstoffs enthält die er¬ findungsgemäß vorgesehene Heizeinrichtung zweckmäßigerweise PTC(Positive Temperature Coefficient) -Heizelemente. Es wur¬ de gefunden, daß der Erfolg um so besser ist, je höher im Einzelfall unter Berücksichtigung der dort jeweils gegeben¬ en Randbedingungen, wie z. B. Vermeidung von Gasblasen, Er¬ halt der Schmierfähigkeit usw. , die Temperatur des Treib¬ oder Brennstoffs im Reaktor sein kann. Die PTC-Heizele ente werden zweckmäßigerweise im Flüssigkeitsstrom vor dem Reak¬ tor angeordnet, so daß der Treib- oder Brennstoff bereits beim Eintritt in den Reaktor die optimal hohe Temperatur hat . Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung Teil einer Treibstoffleitung und vor einer Einspritzpumpe oder einem Vergaser angeordnet ist, wird man im Normalfall die Heiz- einrichtung für eine Erwärmung des Treibstoffs vor Eintritt in den Reaktor auf etwa 40 - 80° C bei Benzin oder 50 - 200° bei Dieselöl auslegen. Dabei empfiehlt es sich, einen Treibstofffilter in Strömungsrichtung vor der Heizeinrich¬ tung, auf jeden Fall aber vor dem Reaktor anzubringen. Es wurde nämlich festgestellt, daß ein hinter dem Reaktor an¬ geordneter Kraftstofffilter eine Verringerung der Reaktor- wirkung zur Folge hat. Dieser negative Effekt ist mögli¬ cherweise auf eine chemische Reaktion des behandelten Treibstoffs mit Ablagerungen im Filter zurückzuführen. Ebenfalls wegen weiterer chemischer Reaktionen des behan¬ delten Treibstoffs, die im Laufe der Zeit die Wirkung der Behandlung abschwächen, hat es sich als zweckmäßig erwie¬ sen, ihn unmittelbar nach der Behandlung der Verbrennung zuzuführen und nicht etwa bei der Herstellung zu behandeln und dann im behandelten Zustand längere Zeit zu lagern.
Bei weiteren Untersuchungen wurde überraschend gefunden, daß mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch sog. Bioöle, wie z. B. Raps- oder Sonnenblumenöl, die sich bis¬ her nicht zur Herstellung von Treib- oder Brennstoffen eigneten, hierzu gemacht werden können. Zu diesem Zweck weist die erfindungsgemäße Vorrichtung in Fließrichtung vor dem Reaktor einen Katalysator auf, der vorzugsweise zwi¬ schen der Heizeinrichtung und dem Reaktor angeordnet und mit einer weiteren Heizeinrichtung versehen ist, durch die er während des Betriebs auf eine Temperatur von ca. 400° C erwärmt wird. Der Katalysator kann z. B. aus einem waben- förmigen, durchströmbaren Trägerkörper aus Cordierit, der mit einem geeigneten Katalysatormaterial, z. B. LaCoO-^ , be¬ schichtet ist, bestehen. In dem Katalysator findet bei der genannten Temperatur ein Crackvorgang statt, bei dem die langen Molekülketten des Bioöls in kürzere Kettenkohlenwas¬ serstoffe umgewandelt werden, deren Brenneigenschaften an¬ schließend durch die Behandlung in dem erfindungsgemäß vor¬ geschlagenen Reaktor so verbessert werden, daß das Endpro¬ dukt der Behandlung unmittelbar im Anschluß daran als Brenn- oder Treibstoff benutzt werden kann.
Ein besonderer Vorteil der vorgeschlagenen Anordnung des Katalysators und des Reaktors in Strömungsrichtung hinter- einander besteht darin, daß die für das Cracken im Kataly¬ sator erforderliche Erwärmung des Bioöls gleichzeitig auch für die Behandlung im Reaktor ausnutzt werden kann. Da die im Katalysator erforderliche Temperatur wesentlich höher ist als die für den Reaktor gebrauchte Temperatur, ist in bevorzugter Ausführung der Erfindung in der Brenn- oder Treibstoffleitung in Strömungsrichtung hinter dem Katalysa¬ tor und/oder hinter dem Reaktor ein Wärmetauscher angeord¬ net, der einerseits von dem bereits im Katalysator behan¬ delten, andererseits von dem noch im Katalysator zu behan¬ delnden Brenn- oder Treibstoff durchströmt ist. Zweckmäßi¬ gerweise ist wenigstens ein Wärmetauscher mit einem Dampf- abscheider versehen, der an eine Luf -Ansaugleitung des Brenners oder Motors angeschlossen ist .
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an¬ hand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrich¬ tung zur Behandlung von Treibstoff;
Fig. 2 einen Längsschnitt durch eines der Re¬ aktorelemente des Reaktors nach Fig. 1 und
Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Vorrich¬ tung ähnlich Fig. 1 mit einem vorge¬ schalteten Katalysator.
Der in Fig. 1 dargestellte Reaktor hat ein Gehäuse 1 mit einer Einlaßöffnung 2 an dem mit Bezug auf Fig. 1 unteren Ende. Dort befindet sich im Inneren des Reaktorgehäuses 1 eine Heizeinrichtung 3, z. B. in Form von PTC-Heizelemen- ten, die ohne aufwendige Regelung für Erwärmung des durch die Einlaßöffnung 2 in das Reaktorgehäuse 1 einströmenden Treibstoffs auf eine bestimmte Temperatur von z. B. 70° C sorgen. Die Heizeinrichtung 3 könnte alternativ auch mit einem im Motor oder einer Heizung erwärmten Heizfluid be¬ trieben werden.
Im Beispielsfall sind in das Reaktorgehäuse 1 in Reihe hin¬ tereinander zwei Reaktorelemente 4 eingesetzt. In Strö¬ mungsrichtung dahinter befindet sich ein Feinsieb 5, das die Behandlungskammer im Reaktorgehäuse 1 mit Bezug auf Fig. 1 nach oben hin abschließt. Die Reaktorelemente 4 sind mittels Umfangsdichtungen 6 und 7 in der Behandlungskammer gegenüber dem Reaktorgehäuse 1 so abgedichtet, daß am Um¬ fang kein Strömungsspalt entsteht. Der Treibstoff ist daher gezwungen, von der Einlaßöffnung 2 durch die Reaktorele¬ mente 4 hindurch zu einer an dem mit Bezug auf Fig. 1 obe¬ ren Ende des Reaktorgehäuses 1 befindlichen Auslaßöffnung 8 zu strömen.
Fig. 2 zeigt eines des Reaktorelemente 4 der Vorrichtung nach Fig. 1 in größerem Maßstab. Es besteht aus einer do- senförmigen Umhüllung 9 und jeweils zwei Sieben 10, 11 an dem mit Bezug auf Fig. 2 unteren und oberen Stirnende. Die beiden Siebe 10, 11 unterscheiden sich in ihrer Maschen¬ weite, die bei dem Sieb 11 grob und bei dem Sieb 10 fein ist. Sie kann z. B. bei dem Sieb 11 0,5 - 3 mm betragen und bei dem Sieb 10 0,01 - 0,15 mm. Der von der Umhüllung 9 und den Sieben 10, 11 begrenzte Innenraum ist gefüllt mit körnigen Reaktorteilchen 12, die im gezeichneten Beispiels¬ fall eine pastillenartige Form haben. Sie bestehen aus ei¬ ner Legierung mit 80 - 99,8 % Zinn und 0,2 - 20 % Kupfer. Ihr Größtmaß, d.h. ihr größter Durchmesser, beträgt etwa 1 - 5 mm. Die Körner bzw. Reaktorteilchen 12 befinden sich in loser Schüttung in der Umhüllung 9. Sie werden vorzugsweise nach dem Einfüllen zur Beseitigung von Oxiden erst in eine organische Säure, z. B. Ameisen-, Essig- oder Oxalsäure, getaucht und dann in Heizöl oder Benzin. Nach dieser Vorbe¬ handlung sind die Reaktorelemente 4 lagerfähig und einbau¬ fertig.
Bei einer praktischen Ausführungsform hat das Reaktorge¬ häuse 1 einen inneren Durchmesser von 70 mm und eine Länge von 200 mm. Die Ein- und Auslaßöffnungen 2, 8 haben eine lichte Weite von 10 mm. Die Heizeinrichtung 3 mit PTC-Heiz- elementen erreicht eine maximale Temperatur von 120° C und hat eine Heizleistung von 140 W. Die Umhüllung 9 der Reak¬ torelemente 4 besteht aus Aluminium. Ihr Außendurchmesser beträgt 66 mm und ihre Länge 45 mm. Die flachen Reaktor¬ teilchen 12 bestehen aus einer Legierung von 96 Gew% Zinn und 4 Gew% Kupfer und haben 3 mm Durchmesser. Die Maschen¬ weite der inneren Siebe 11 beträgt 1 mm und die der Siebe 10 0,08 mm. Das noch feinere Sieb 5 vor der Auslaßöffnung 8 hat eine Maschenweite von 0,04 mm. Die Reaktorelemente 4 sind vor ihrem Einbau in das Reaktorgehäuse 1 nacheinander in Essigsäure und dann Dieselöl getaucht worden. In der praktischen Ausführung sind drei Reaktorelemente 4 in Reihe hintereinander vorgesehen. Die Dichtungen 6, 7 zwischen den Umhüllungen 9 und dem Reaktorgehäuse 1 sind Dichtungsringe aus Gummi, die einen Außendurchmesser von 70 mm und einen Innendurchmesser von 65 mm haben.
Bei einem nicht zeichnerisch dargestellten Ausführungsbei- spiel sind die Körner bzw. Reaktorteilchen 12 im Durchmes¬ ser nur 0,5 mm groß. Sie haben einen Kern aus Kupfer und sind auf der Oberfläche mit Zinn bedampft. Da eine Zinn- Kupfer-Legierung einen niedrigeren Schmelzpunkt hat als Kupfer und Zinn jeweils allein, bildet sich beim Aufdampfen von Zinn und wenigstens oberflächlicher Erwärmung der Kup- ferkerne auf eine Temperatur etwas unterhalb der Schmelz¬ temperatur von Zinn die gewünschte Legierung auf der Ober¬ fläche der Kupferkerne. Die so hergestellten Körner eignen sich zum Sintern. Es lassen sich auf diese Weise poröse Blöcke herstellen, die mit oder ohne Umhüllung 9 mittels Dichtungsringen 6, 7 in ein Reaktorgehäuse 1 eingesetzt werden können. Vor dem Einbau kann ebenfalls eine Spülung mit einer organischen Säure und anschließend mit Benzin oder Dieselöl vorgenommen werden. Der Herstellungsprozeß ist insgesamt etwas teurer als der von Reaktorelementen 4 mit einer losen Körnerschüttung gemäß Fig. 2, aber man er¬ reicht wegen der kleineren Körner mit kleineren äußeren Maßen des Reaktorelements dieselbe wirksame Oberfläche wie bei den Reaktorelementen 4 mit loser Körnerschüttung. Daher kann bei Einsatz von Sinterblöcken als Reaktorelemente das rohrförmige Reaktorgehäuse 1 einen Innendurchmesser von z . B. nur 44 mm und eine Länge von 150 mm haben. Es sind Ein- und Auslaßöffnungen 2, 8 mit einer lichten Weite von 6 mm vorgesehen. Die Heizeinrichtung 3 enthält wiederum PTC- Heizelemente mit einer maximalen Temperatur von 120° C, wo¬ bei in dem Fall die Heizleistung 45 W beträgt. Es sind nur zwei Reaktorkörper in Form der genannten Sinterblöcke vor¬ handen.
Bei einem gegenüber dem zuletzt genannten Ausführungsbei- spiel abgewandelten Reaktor bestehen die beiden Reaktorkör¬ per aus einer Aluminiumhülle von 40 mm Außendurchmesser und 35 mm Länge mit einer Füllung, die jeweils aus einem Sin¬ terblock besteht, der aus Zinn- und Kupferoxidteilchen von etwa 0,3 mm Durchmesser gewonnen wurde. Das Gewichtsver¬ hältnis von Zinnoxid zu Kupferoxid betrug dabei etwa 98 zu 2. Das Material wurde bei 1.100° C gesintert und hat eine Wasseraufnahme von etwa 30 %. Die Sinterblöcke wurden im Wasserstoffström bei 300° C über 30 Min. oberflächlich re-
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Die Wärmetauscher 30 und 32 sind auslaßseitig jeweils an einen Dampfabscheider 34 bzw. 36 angeschlossen, der jeweils mit einer zur Luft-Ansaugleitung eines nicht gezeigten Brenners führenden Dampfleitung 38 verbunden ist.
Bei der dargestellten Vorrichtung wird das zu behandelnde Rapsöl oder ein anderes aus Pfanzen gewonnenes Öl über eine Zufuhrleitung 40 in den Wärmetauscher 32 eingeleitet und nimmt damit Wärme von dem aus den Reaktorelementen 22 strö¬ menden, fertig behandelten Brennöl auf, welches nach dem Durchströmen des Wärmetauschers 32 über eine Leitung 42 zum nicht gezeigten Brenner fließt.
Das bereits im Wärmetauscher 32 vorgewärmte Rapsöl wird über eine Leitung 44, an welcher der Dampfabscheider 36 an¬ geordnet ist, zu dem noch heißeren Wärmetauscher 30 zwi¬ schen dem Katalysator 24 und den Reaktorelementen 22 ge¬ führt. Das dort noch weiter aufgeheizte Rapsöl verläßt den Wärmetauscher 30 über eine Leitung 46, an welcher der Dampfabscheider 34 angeordnet ist, der ebenfalls mit der Leitung 38 zur Ableitung des im Wärmetauscher gebildeten Dampfes verbunden ist. Die Leitung 46 führt das Rapsöl oder sonstige Rohöl in einen Vorraum 48 des Wabenkatalysators 24, wo die Heizeinrichtung 28 das bisher in den Wärmetau¬ schern vorgewärmte Rohöl noch weiter erwärmt, bevor es in den Katalysator 24 eintritt. Durch dessen Beheizung mittel der zusätzlichen Heizeinrichtung 26 erreicht das Rohöl im Katalysator 24 eine Temperatur von etwa 400° C. Dabei wer¬ den die langen Molekülketten des Rohöls gecrackt, und der Sauerstoffgehalt wird reduziert. Das so behandelte, noch heiße Öl wird anschließend im Wärmetauscher 30 gekühlt, hat aber beim Eintritt in die Reaktorelemente 22 immer noch ei¬ ne Temperatur von z. B. etwa 200° C. Der Reaktor erzeugt in dem Brennöl genügend Zündkeime, so daß es, wenn es nach Durchströmen des Wärmetauschers 32 über die Leitung 42 das Reaktorgehäuse 20 verläßt, für eine ausreichend saubere Verbrennung oder als Treibstoff geeignet ist.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Behandlung von aus Mineralöl oder Pflanzen gewonnenen Treib- und Brennstoffen mit einer Heizeinrichtung (3, 28) zu deren Erwärmung und einem durchströmbaren Reaktor (1, 20) , enthaltend mindestens ein Reaktorelement (4, 22) , das wenigstens teilweise an der Oberfläche aus einer Zinnlegierung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Zinnlegierung an der Oberfläche des Reaktorelements (4, 22) als zum Zinn hinzugefügtes Legierungselement mit größtem Gewichtsanteil 0,2 - 20 Gew% Kupfer enthält und das Reaktorelement {4, 22) aus einer Vielzahl loser oder miteinander verbundener Kör¬ ner (12) mit einem Quermaß von höchstens 5 mm besteht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zinnlegierung an der Oberfläche des Reaktorele¬ ments (4, 22) ausschließlich 0,2 - 20 Gew% Kupfer und die üblichen Verunreinigungen enthält.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Anteil des Kupfers etwa 2 - 8 Gew% der Zinnlegierung an der Oberfläche des Reaktorelements (4, 22) beträgt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Kupfers etwa 4 - 5 Gew% der Zinnle¬ gierung an der Oberfläche des Reaktorelements (4, 22) beträgt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktorelement (4, 22) durch eine lose Schüttung von Körnern (12) mit einem größten Quermaß von etwa 1 - 5 mm gebildet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktorelement (4, 22) in einer dosenförmigen Umhüllung (9) aufgenommen ist, deren Endwände durch Siebe (10, 11) mit einer kleiner als das größte Quermaß der kleinsten Körner (12) bemessenen Maschenweite ge¬ bildet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an wenigstens einem Ende der Dose (9) ein inneres Sieb (11) mit relativ größerer Maschenweite und ein äußeres Sieb (10) mit relativ feinerer Maschenweite angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Sieb (11) eine Maschenweite zwischen 0,5 und 3 mm und das äußere Sieb (10) eine Maschenweite zwischen 0,01 und 0,15 mm hat.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dose (9) mittels wenigstens eines ihren Umfang umgebenden Dichtungsrings (6, 7) in ein äußeres Gehäuse (1, 20) des Reaktors eingesetzt ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktorelement (4, 22) aus Körnern (12) mit einem größten Quermaß von etwa 0,05 - 1 mm besteht, die zu einem Block zusammengesintert sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Körner (12) einen inneren Kern aus Kupfer haben, auf den unter Bildung der Legierung eine Schicht Zinn aufgetragen, z. B. aufgedampft ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Körner (12) einen inneren Kern aus Zinnoxid und Kupferoxid haben, auf dem eine mittels eines Reduktionsvorgangs und einer Wärmebehandlung er¬ zeugte Oberflächenschicht aus der Zinn-Kupfer-Legierung vorhanden ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (3, 28) PCT- Heizelemente enthält.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie Teil einer Treibstoffleitung vor einer Einspritzpumpe oder einem Vergaser ist und die Heizeinrichtung (3) für eine Erwärmung des Treib¬ stoffs vor Eintritt in das Reaktorelement (4) auf etwa 40 - 80° C bei Benzin oder 50 - 200° C bei Dieselöl ausgelegt ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 13 , dadurch gekennzeichnet, daß sie Teil einer Brenn- oder Teib- stoffleitung vor einem Brenner oder einer Motor-Ein¬ spritzpumpe ist und in Fließrichtung vor dem Reaktor (22) ein Katalysator (24) angeordnet ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (24) zwischen der Heizeinrichtung
(28) und dem Reaktor (22) angeordnet ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Katalysator (24) mit einer weiteren Heizeinrichtung (26) versehen ist, durch welche er wäh¬ rend des Betriebs auf eine Temperatur von ca. 400° C erwärmbar ist .
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 - 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (24) aus einem wa- benförmigen, durchströmbaren Trägerkörper aus Cordie- rit, der mit einem Katalysatormaterial beschichtet ist, besteht .
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Katalysatormaterial LaCo03 ist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 - 19, dadurch gekennzeichnet, daß in der Brenn- oder Treibstofflei¬ tung in Strömungsrichtung hinter dem Katalysator (24) und/oder hinter dem Reaktor (22) ein Wärmetauscher (30, 32) angeordnet ist, der einerseits von dem bereits im Katalysator (24) behandelten, andererseits von dem noch im Katalysator (24) zu behandelnden Brenn- oder Treib¬ stoff durchströmt ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Wärmetauscher (30, 32) mit einem Dampfabscheider (34, 35) versehen ist, der an eine Luft-Ansaugleitung des Brenners oder Motors angeschlos¬ sen ist.
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