WO2021148673A1 - System and method for producing a stable hydrocarbon-water dispersion for improving combustion processes, and a water-hydrocarbon dispersion that is easily separable into at least two phases as part of the clean-up process at accident locations - Google Patents

System and method for producing a stable hydrocarbon-water dispersion for improving combustion processes, and a water-hydrocarbon dispersion that is easily separable into at least two phases as part of the clean-up process at accident locations Download PDF

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    • F02M25/022Adding fuel and water emulsion, water or steam
    • F02M25/0228Adding fuel and water emulsion

Definitions

  • the present invention relates to a plant for producing a stable hydrocarbon-water dispersion and a method for producing such a dispersion using thermal cavitation and supercavitation
  • the present invention relates to a plant for the production of a water-hydrocarbon dispersion which can easily be separated into at least two phases, as well as a process for the production of this dispersion and subsequent phase separation.
  • emulsifiers which the two Coupling heterogeneous phases
  • WO 01/55282 describes an emulsifier system for fuel-water emulsions which comprises alkoxyals of polyisobutene.
  • alcohols, peroxides and surfactants as additives for the production of microemulsions in internal combustion engines is known from WO 2011/042432.
  • the object of the present invention is to provide a stable hydrocarbon-water dispersion, in particular a stable fuel-water dispersion, the use of additives such as emulsifiers being dispensed with.
  • UADA versions without and with an integrated premixer.
  • the first version does not contain an integrated premixer for mixing the media.
  • the media are mixed with one another directly in the pre-mixer of the UADA body, which is integrated in the pre-sonic camera.
  • the first embodiment is used. More information on the two modifications can be found in patent RU 2130503 C1, RU 2462301 C1 and the patent for the useful technical model RU 134076 U1. The technical description of the UADA body and the acoustic panel are shown in FIGS.
  • upstream of the at least one unit for producing a hydrocarbon-water dispersion at least one premixing unit for producing a coarse dispersion from the at least one medium 1 and medium 2 is connected upstream.
  • the coarse disperser consists of at least two supply lines for two different media, each with a heat exchanger, an adjustment device for the media ratio and a premixer.
  • the premixer or coarse disperser is covered in claim 3.
  • the coarse disperser is the preliminary stage of the fine disperser (claim 2) or ultrafine disperser (claim 5).
  • a plant for the production of a stable hydrocarbon-water fine dispersion or a water-hydrocarbon separating dispersion (a water-hydrocarbon dispersion easily separable into at least two phases, or unstable separating dispersion) is provided, the plant having at least one unit to produce a hydrocarbon-water dispersion in the fine disperser from at least medium 1 as a hydrocarbon-containing medium and medium 2 as water (deionized water) and this unit has at least one premixer (coarse disperser), at least one first pump, for increasing pressure in the feed of the hydrocarbon-water mixture into the ultrasonic acoustic flow unit (UADA as part of the fine disperser); at least one ultrasonic acoustic flow unit (UADA) for the production of a hydrocarbon-water fine dispersion by means of hydrodynamic cavitation and at least one second pump for generating a negative pressure behind the UADA, or at least one unit for producing an unstable water-hydro
  • the present system thus comprises in the first aspect a fine disperser consisting of a coarse disperser, a UADA module and a pump upstream of the UADA and a pump downstream of the UADA and separating disperser consisting of a UADA module and a pump upstream of the UADA and a pump downstream of the UADA.
  • a plant for producing a stable hydrocarbon-water ultrafine dispersion comprises the ultrafine disperser downstream at least one unit for producing an ultrafine dispersion, from at least medium 1 as a hydrocarbon-containing medium and medium 2 as water (fully demineralized water) and at least one unit a heating device for initiating thermal cavitation, at least one first pump, for increasing the pressure in the inflow of the fine dispersion into the ultrasonic acoustic flow unit (UADA as part of the ultrafine disperser); at least one ultrasonic acoustic flow unit (UADA) for the production of a hydrocarbon-water ultrafine dispersion by means of hydrodynamic cavitation and at least one second pump for generating a negative pressure behind the ultrafine UADA or a unit of at least one premixer (coarse disperser), at least a heating device for initiating thermal cavitation, at least one first pump, for increasing the pressure in the inflow of the fine dispersion into the ultrasonic acoustic flow unit
  • the present system thus comprises in a second aspect a combination of an ultrafine disperser consisting of a heating device (heating cartridge with a screw-in heater) and UADA, the structure being as follows: heating device- first pump- first UADA- second pump (claims 8 and 8) 9) or consisting of a premixer (coarse disperser), a heating device (heating cartridge with a screw-in heater) and UADA, the structure being as follows: coarse disperser heating device - first pump - first UADA - second pump.
  • the object of the present invention is also achieved with a method having the features of claim 4, FIG. 5.
  • at least one ultrasonic acoustic flow unit (UADA) for producing a hydrocarbon-water fine dispersion by means of hydrodynamic cavitation, at least one heating device for initiating thermal cavitation,
  • at least one second pump for increasing the pressure in the inflow of the fine dispersion into the ultrasonic acoustics -Flow-through unit (UADA as part of the ultrafine disperser);
  • at least one second ultrasonic acoustic flow unit (UADA) for producing a hydrocarbon-water ultrafine dispersion by means of hydro
  • the present system thus comprises in a third aspect a combination of a coarse disperser, a fine disperser and a downstream ultrafine disperser.
  • the object of the present invention is also achieved with a method having the features of claim 6, FIG. 2.
  • the basis of the present system and the process is the principle of cavitation. Cavitation is the formation and implosive dissolution of vapor bubbles in liquids.
  • the UADA is used to produce a hydrocarbon-water dispersion by means of cavitation.
  • the principle of dispersion generation using the system according to the invention is based on the fact that a mixture of at least two different media is pressed through special nozzles in a UADA.
  • the at least two different media are premixed with one another.
  • the further steps in the production of a hydrocarbon-water dispersion by means of cavitation take place in at least one or two UADA modules.
  • a first UADA module supercavitation, as an individual case of hydrodynamic cavitation, takes place in the other, second UADA module, thermal and supercavitation.
  • the two UADA modules are connected one behind the other.
  • the size of the water droplets in the dispersion is varied by the type and intensity of the cavitation. Stronger cavitations result in a smaller diameter of the enclosed drop.
  • the present process enables the production of a hydrocarbon-water dispersion with a droplet size in the range from 10 to 100 ⁇ m. The stability of the dispersion increases with decreasing droplet diameter.
  • the droplet size in the dispersion is regulated by varying degrees of cavitation.
  • the droplet size, phase distribution and morphology in turn have an influence on the stability of the dispersion.
  • the cavitation is set, varied and controlled.
  • the droplet size, phase division and morphology have an influence on the stability (quality) of the dispersion.
  • the cavitation is set, varied and controlled.
  • the droplet size in the dispersion is regulated by varying degrees of cavitation. For the quality of the hydrocarbon-water dispersion to be produced with the present system, it is important to set the optimal intensity of the cavitation.
  • Droplet diameter in the coarse dispersion larger than 1 mm.
  • Droplet diameter in the fine dispersion smaller than 1 mm and larger than 100 ⁇ m
  • the present system makes it possible to keep the water content and the process parameters pressure, temperature and throughput constant in order to ensure a constant quality of the water-oil dispersion produced.
  • the developed process can be built up in two or three procedural stages. On the one hand, there is a technological implementation of coarse and fine dispersion. The other technological solution for deeper dispersion consists of coarse, fine and ultra dispersion.
  • a coarse dispersion of the pre-tempered medium 1 as a hydrocarbon-containing medium and the pre-tempered medium 2 as water is provided by mixing medium 1 and medium 2 in at least one pre-mixing unit (coarse disperser) before the fine dispersion is made (claim 13).
  • a method for producing a hydrocarbon-water dispersion (fine dispersion), or a water-hydrocarbon dispersion (separating dispersion) that can easily be separated into at least two phases is provided, the method being carried out in particular in a plant described above and comprising the following steps :
  • UADA ultrasonic acoustic flow unit
  • a pressure is set in front of the UADA module (pre-pressure) and a pressure behind the UADA (claim 11).
  • the pre-sonic velocity is a transversal deformation of currents through the formation of vortex-ring currents. In the range of the speed of sound, the resulting flow becomes so great that cavitation occurs. Furthermore, long-chain entangled hydrocarbons are torn apart thermomechanically. The inflow is accelerated tangentially in the radial direction, in which the chamber flows are sheared against one another and the relative speed is thus doubled. The high speed creates the vapor bubbles and the displaced eddy currents balance each other out. This creates constant, stable eddies that are separated according to hydrodynamic properties.
  • the ultrasonic velocity occurs after the currents meet and the energy of the currents in the confined volume is concentrated. With the help of the concentrated energy, the energy-mass exchange is promoted and the physical-chemical conversion is accelerated. The dispersion formed is discharged from the module through the drain.
  • the steam pressure of water must be undercut with the operating pressure by means of hydrostatic pressure and temperature setting (steam pressure curve) by increasing the speed (energy conversion / kinetic pressure component). This results from the vapor pressure curve for water as shown in FIG.
  • the type, strength and form of cavitation in the UADA is influenced by the pressure ratio between the pre-pressure and the negative pressure in the fine disperser or in the separating disperser. The more pronounced the cavitation, the smaller the diameter of the droplets in the dispersion,
  • the hydrocarbon-water fine dispersion is introduced into at least one further unit for producing an ultrafine dispersion (ultrafine disperser) after leaving the fine disperser, this unit at least one further ultrasonic acoustic flow unit (UADA ) for the production of a hydrocarbon-water ultrafine dispersion by means of a combination of thermodynamic and hydrodynamic cavitation,
  • thermocavitation catalyzes the hydrodynamic cavitation in the downstream UADA and thus intensifies the mixing of the dispersion.
  • the procedural insert is set up in such a way that there is negative pressure in the meat processing device.
  • the procedural insert is set up in such a way that there is negative pressure in the meat processing device.
  • thermodynamic and hydrodynamic or super cavitation creates better conditions for producing the ultra-stable and ultra-fine dispersion.
  • the type, strength and form of cavitation in the UADA is influenced by the pressure ratio between the pre-pressure and the negative pressure in the ultrafine disperser. The more pronounced the cavitation, the smaller the diameter of the droplets in the dispersion,
  • pre-pressure the pressure before the UADA of the ultrafine disperser
  • negative pressure the pressure after the UADA of the ultrafine disperser
  • the ultrafine dispersion can be achieved technologically either after the coarse dispersion or after the fine dispersion.
  • the object of the present invention is also achieved with a method having the features of claims 2 and 5.
  • the cavitation process used in the developed system in an ultrasonic acoustic flow unit (UADA) is known from the patents RU 2130503 C1, RU 2462301 C1 and the patent for the useful technical model RU 134076 U1 and enables the production of a stable dispersion Fuel and water.
  • this UADA is expanded in combination with heat exchangers and pressure boosting devices, so that the stability of the hydrocarbon-water dispersion formed is significantly increased.
  • the heat exchangers installed in the present system allow a separately temperature-controlled hydrocarbon and water supply.
  • a moisture sensor can also be installed in the feed line of the mixing device (UADA) in order to continuously check and control the water content.
  • there are control or metering valves in the hydrocarbon and water addition which allow the mixing ratio to be changed.
  • the technology developed is used to produce a long-term stable dispersion of water and hydrocarbons.
  • the long-term stability is significantly influenced by the droplet size. With a drop size of less than 100 ⁇ m, a stability of at least 1 year up to 7 years can be achieved. For example, the stability of bunker oils is increased, which means that the use of additives can be dispensed with. There are fewer or no unwanted reactions in the storage or transport fuel tank and the flocculation of paraffins can be reduced or even suppressed.
  • the fuel can be burned more optimally, as these evaporate suddenly in the combustion chamber and the combustion of the fuel takes place more homogeneously due to the increase in surface area to volume. Fewer soot particles are produced during combustion. The efficiency of the combustion, based on the primary energy introduced, is increased, with the fuel being converted almost entirely into energy.
  • the pollutants are decimated when the dispersion is burned compared to when the pure fuel is burned. With a water content of more than 10%, the combustion temperature is reduced, which in turn can minimize the emission of pollutants such as NO x.
  • liquid media with a viscosity of 1 mm 2 / s to 1,000 mm 2 / s, preferably from 100 mm 2 / s to 800 mm 2 / s, in particular from 300 mm 2 / s to 500 mm 2 / s are processed (claim 15).
  • Medium 1 (as the main medium) denotes the hydrocarbon-containing, oil-containing component which, in combustion processes, corresponds to over 60 wt% of the dispersion.
  • the proportion of medium 1 is less than 40 wt%.
  • Medium 2 (as the second medium) corresponds to the water-containing component, which corresponds to less than 40 wt% of the dispersion in combustion processes.
  • the effective proportion of medium 2 in separation processes is over 60 wt%.
  • demineralized (deionized) water is used to produce the hydrocarbon-water dispersion.
  • normal tap water or so-called brackish water can also be used. Premixing / coarse dispersion
  • the fine disperser can be preceded by a premixing unit.
  • the at least one premixing unit comprises at least one heat exchanger for medium 1, at least one heat exchanger for medium 2 and at least one mixing apparatus for premixing medium 1 and medium 2.
  • the heat exchangers for setting the temperature and, indirectly, the viscosity of the hydrocarbon the medium 1 can be designed as a heat exchanger with a bypass.
  • Medium 1 and medium 2 are heated to temperatures between 30 and 90 ° C., preferably between 40 and 80 ° C., and introduced into the premixer.
  • at least two different preheated media are mixed with one another in the coarse dispersion (claim 14).
  • the prerequisite for the optimal production of the coarse dispersion are identical absolute inlet pressures of the media.
  • devices for measuring the temperature and volume flow of the fuel in the fuel supply line can also be provided.
  • At least one filter for removing dirt particles from the medium 1 is provided on or in the supply line of medium 1 as a hydrocarbon-containing medium.
  • a pressure sensor is installed upstream of the filter and a pressure sensor is installed downstream.
  • At least one heat exchanger for adapting the water temperature to the temperature of the oil-containing component is provided in or on the supply line for medium 2 as water, in particular desalinated and deionized water.
  • Devices e.g. sensors
  • for measuring the volume flow and the temperature of the water are preferably provided upstream and downstream of the heat exchanger in the water pipe.
  • the premixing apparatus already mentioned above is used to premix the components described above.
  • This mixing apparatus is designed for media of different viscosity. With the help of a static mixer, the water is laminated into the oil flow Layers introduced. This coarse mixing optimizes the actual mixing process and protects the pump from the UADA, as a sudden change of hydrocarbon and water is prevented.
  • devices for measuring the temperature and pressure of the hydrocarbon-water coarse dispersion are provided downstream behind the premixer.
  • the temperature-controlled mixture with the preset volume or percentage is then passed to the next stage for fine dispersion after coarse dispersion.
  • the stable hydrocarbon-water dispersion is produced in the subsequent step.
  • the at least one fine disperser comprises at least one first pump for a first pressure increase in the feed of the coarse hydrocarbon-water dispersion; the at least one first ultrasonic acoustic flow unit (UADA) and at least one second pump.
  • UADA ultrasonic acoustic flow unit
  • the hydrocarbon-water coarse dispersion is, before entering at least one first ultrasonic acoustic flow unit (UADA), to pressures of up to 2.5 MPa, preferably to pressures between 0.1 MPa and 2 MPa, particularly preferably between 1 MPa and brought to 1.5 MPa using a first pump.
  • UADA ultrasonic acoustic flow unit
  • the pre-pressure built up before the first UADA can, for example, be between 0.6 and 2.5 MPa (claim 16).
  • the pump used for this can be used for high-volume refueling processes or for continuous low-volume production processes, e.g. for volume flows between 5 m 3 / h and 100 m 3 / h, preferably between 10 m 3 / h and 80 m 3 / h, particularly preferably between 20 m 3 / h h and 60 m 3 / h.
  • Typical volume flows can be, for example, 6 m 3 / h; 20 m 3 / h and 100 m 3 / h.
  • the system has a device arranged downstream of this first pump for measuring the water content in the coarse hydrocarbon-water dispersion.
  • This device for measuring the humidity can be designed in the form of a bypass, and allows in the event of deviations a readjustment of the water content of the desired water content, e.g. via a control valve from the water pipe.
  • the setting of the water content is preferably automated, which enables inline and more precise water metering as well as regulation of the volume flow and the temperature. These are prerequisites for a consistent quality of the dispersion to be produced. Furthermore, the amount of water in the fuel can be varied easily. The amount of water, the throughput of hydrocarbons, the temperature and the pressure in the cavitation area are important for consistent quality.
  • the water content in the dispersion can be set and measured variably.
  • the water content is important for the later use and properties of the combustion and is in a range from 1 wt% to 40 wt%, preferably 5 to 30 wt%, particularly preferably 10-15 wt% (based on the total volume of the dispersion to be produced) .
  • the device for measuring and adjusting the water content in the hydrocarbon-water coarse dispersion is followed downstream by further measuring devices (e.g. sensors) for temperature and pressure before entering the first ultrasonic-acoustic flow-through unit (UADA).
  • further measuring devices e.g. sensors
  • UADA ultrasonic-acoustic flow-through unit
  • the fine dispersion is produced in an ultrasonic acoustic flow unit (UADA) in that the cavitation is not actively introduced, but rather arises due to the currents in the UADA.
  • UADA ultrasonic acoustic flow unit
  • a pre-pressure between 0.6 and 2.5 MPa is set upstream of the UADA module (as described above) and approx. 0.06 MPa downstream of the UADA module.
  • the pressure setting of the fine dispersion on the ultrasonic acoustic flow unit in the fine disperser should therefore have the following pressure ratio:
  • the fine dispersion can be discharged from the system.
  • the present case is a two-stage process for producing the stable hydrocarbon-water dispersion by coarse dispersion (premixing to produce the mixture) and fine dispersion, with a determination of the procedural regime of the ultrasonic-acoustic flow-through units making a significant contribution .
  • the fine dispersion can also subsequently be converted into the ultrafine dispersion.
  • At least one unit for producing a stable hydrocarbon-water dispersion in the fine disperser downstream of the at least one unit for producing a stable hydrocarbon-water dispersion in the fine disperser, at least one unit for producing a stable hydrocarbon-water dispersion in the ultrafine disperser can be arranged, this unit at least a second Ultrasonic acoustic flow unit (UADA) for producing a stable hydrocarbon-water ultrafine dispersion by means of a combination of thermal and hydrodynamic cavitation (claim 17).
  • UADA Ultrasonic acoustic flow unit
  • the ultrafine disperser comprises at least one meat device for heating the fine dispersion flowing under negative pressure, at least one pump (downstream) for generating the negative pressure in the meat device and for increasing the pressure in the inlet of the heated hydrocarbon-water fine dispersion; (downstream) at least one second ultrasonic acoustic flow unit (UADA) and (downstream) at least one pump for setting the negative pressure, which leads to the setting, variation and control of the cavitation regime.
  • UADA ultrasonic acoustic flow unit
  • a three-stage process for producing the ultra-stable hydrocarbon-water dispersion by large-scale dispersion, fine dispersion and ultra-fine dispersion can be provided, with the recording of the procedural regime of the ultrasonic-acoustic flow-through units making a significant contribution, whereby the following applies: - the ratio of the pre-pressure before the UADA and the negative pressure after the UADA in the fine disperser is at least 10, according to
  • the ratio of the pre-pressure before the UADA and the pressure after the UADA of the negative pressure in the ultrafine disperser is at least 12, according to
  • the at least one heating device preferably consists of at least one heating cartridge. It is also possible to use several heating cartridges that can be switched on in parallel.
  • the at least one heating cartridge consists of a heating jacket and a screw-in heater.
  • the hydrocarbon-water fine dispersion is heated in the at least one heating device, in particular a heating cartridge, to up to 80 ° C. before entering the at least second ultrasonic acoustic flow unit (UADA) (claim 18).
  • UADA ultrasonic acoustic flow unit
  • thermal cavitation is combined with hydrodynamic cavitation to increase effectiveness and stability.
  • the conditions for initiating thermal cavitation are created in a low pressure heater.
  • the local heating in the heating device creates small vapor bubbles on the surface, which are released by the flow and collapse again in the liquid as a result of a drop in temperature.
  • This thermal cavitation intensifies the hydrodynamic cavitation in the downstream UADA and thus supports the mixing of the dispersion.
  • the procedural insert is designed in such a way that there is negative pressure in the heating device.
  • a renewed pressure build-up takes place in front of the UADA and the setting of the negative pressure behind the UADA.
  • the synergism of the effect of thermodynamic and hydrodynamic cavitation creates ideal conditions for the production of the stable and ultra-fine hydrocarbon-water dispersion.
  • At least one further pump is provided downstream of the second UADA for controlling the cavitation regime.
  • this additional pump serves to convey the hydrocarbon-water dispersion formed to the discharge line and further to the measuring section and to the storage tanks.
  • This pump is also equipped with a pump protection, which consists of a negative pressure sensor in front of and an overpressure sensor behind the pump.
  • At least one filter is provided downstream of the at least one additional pump for conveying the hydrocarbon-water dispersion formed.
  • the filter is arranged in particular in front of the measuring section in order to filter out coarse particles and thus protect sensitive sensors in the measuring section.
  • Pressure sensors are installed in front of and behind the filter, which allow the differential pressure to be measured in order to detect clogging of the filter at an early stage.
  • the aforementioned measuring section is used to record the temperature, pressure and volume flow of the hydrocarbon-water dispersion formed.
  • a branch is provided behind the measuring section, which makes it possible to guide the dispersion in an inner circle over the UADA modules during the start-up and shutdown process of the system.
  • a built-in control technology enables a smooth switchover from internal recirculation to production.
  • the recirculation line is also equipped with a check valve, a pressure sensor and a volume flow monitor.
  • the ultrafine dispersion can be achieved technologically either after the coarse dispersion or after the fine dispersion. Separation process
  • the separating disperser (unit constructed identically to the fine disperser, but either without or with a premixer - coarse disperser integrated in the UADA body) has at least one separation tank for separating the easily into at least two phases separable water-hydrocarbon dispersion (separating dispersion) in hydrocarbon and water connected downstream (claim 20).
  • a system for separating a water-carbon-hydrogen dispersion comprising the following elements:
  • At least one unit for producing a water-hydrocarbon separating dispersion comprising at least one first ultrasonic acoustic flow-through unit for producing a water-hydrocarbon separating dispersion by means of hydrodynamic cavitation and
  • At least one separation tank for separating the water-hydrocarbon separating dispersion into hydrocarbon and water.
  • the proportion of medium 1 as a hydrocarbon-containing medium is the water-hydrocarbon separation dispersion below 50 wt%.
  • the effective proportion of medium 2 as water in separation processes is over 50 wt%.
  • the one-step process for cleaning accordingly comprises the production of the water-hydrocarbon separating dispersion by dispersing it in the separating disperser on the ultrasonic-acoustic flow-through unit, whereby the following applies:
  • the separating dispersion is stored for subsequent separation until the at least two phases of the original media separate.
  • the phase formation takes place by means of coalescence of the hydrocarbon droplets. This creates the aggregates of the hydrocarbon droplets. According to Stokes's equation, gravity forces the hydrocarbon aggregates to form a hydrocarbon phase. After separation, the separated media are recycled.
  • the optimal water content is over 60 wt%.
  • the water-hydrocarbon dispersion thus formed shows instability.
  • the mobility of the separation system enables the emergency medium, contaminated water, to be fed directly into the separation disperser for the production of the water-hydrocarbon separation dispersion and then for phase separation. This allows the technology to be used as a separation process at the accident site.
  • An essential aspect of the present system is its modular structure, which enables several combinations in terms of system and process implementation.
  • Fine disperser consisting of a coarse disperser (premixer), a UADA module and upstream and downstream pumps,
  • Ultrafine disperser consisting of heating device, first pump, UADA module, second pump.
  • the fine disperser can be used individually.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a first embodiment of the dispersion plant according to the invention
  • Figure 3 is a schematic representation of an embodiment of a coarse
  • FIG. 4 shows a schematic representation of an embodiment of a fine disperser
  • Figure 5 is a schematic representation of an embodiment of an ultrafine
  • FIG. 6 shows a schematic representation of an embodiment of the separating disperser according to the invention.
  • FIG. 7 shows a detailed representation of an ultrasound acoustic flow unit used according to the invention.
  • FIG. 8 is a detailed view of an acoustic panel used in the assembly of FIG.
  • Figure 2 shows the schematic representation of a dispersion plant. The overall system is divided into three different areas: the coarse disperser, the fine disperser and the ultrafine disperser.
  • the main component of the system is the ultrasonic acoustic flow unit (UADA).
  • UADA ultrasonic acoustic flow unit
  • a UADA is always designed for a specific flow rate (6 m 3 / h; 20 m 3 / h and 100 m 3 / h).
  • the structure of the UADA module is shown in FIG.
  • the module consists of an inlet, pre-acoustic chamber, acoustic chamber, ultrasonic chamber and outlet.
  • the acoustic plate shown in FIG. 8, is located in the pre-acoustic chamber and is made up of the axial annular chamber and tangential vortex grooves.
  • the vortex tubes open into the ultrasonic chamber, which is connected to the drain.
  • filters are installed between the coarse and fine disperser and after the ultrafine disperser.
  • Coarse disperser In the coarse disperser area ( Figure 3), the system consists of at least two feed lines for two different media, each with a heat exchanger, a device for adjusting the media ratio and a premixer.
  • the temperature of the media can be regulated via the control technology of the system.
  • the media ratio is automatically set and monitored. This is transferred to the fine disperser plant area.
  • the coarse disperser is the preliminary stage of the fine disperser.
  • Fine disperser The fine disperser area in Figure 4 consists of two pumps (pre-pressure and vacuum pump), the UADA enclosed by these pumps and the associated control technology. After the fine disperser comes the ultrafine disperser.
  • the ultrafine disperser shown in FIG. 5, consists of a heating device, two pumps (pre-pressure and vacuum pump) and the UADA enclosed by these.
  • the design of the heating device (heating cartridge) consists of a heating jacket with an integrated screw-in heater.
  • the results are evaluated using an online viscometer via three measuring points after the coarse disperser, fine disperser and ultrafine disperser.
  • a branch is provided behind the measuring section, which enables the dispersion to be conducted in an inner circle over the UADA units during the start-up and shutdown process of the system.
  • the control enables a smooth switchover from internal recirculation to production.
  • the dispersion system is used to mix at least two different preheated media.
  • the first step is the rough physical premixing.
  • the second step involves fine dispersion based on the hydrodynamic and super- Cavitation. In a combination of thermo-, hydrodynamic and super-cavitation, the dispersion is refined in the last step.
  • the system In the event of a water disaster, the system is used to separate the media.
  • the system as shown in Figure 6, consists of two pumps (pre-pressure and vacuum pump), the UADA enclosed by these pumps and the associated control technology.
  • the system is fed by a collecting tank in which the damaged dispersion is located.
  • the separation tank is located behind the system, which is connected to at least two tanks (e.g. oil and water tank) for at least two already separated media.
  • the quality control purity control then takes place in the tanks.
  • the separation system is used to separate the water-hydrocarbon mixture at disaster sites and is constructed identically to the fine dispersion area.
  • Embodiment example 1 is a diagrammatic representation of Embodiment example 1
  • the principle of dispersion generation is based on the fact that a mixture of fuel and water is pressed through special nozzles in a UADA (ultrasonic acoustic flow unit) developed for this purpose.
  • UADA ultrasonic acoustic flow unit
  • the resulting flow velocities favor the development of cavitation.
  • the result is a very fine, stable dispersion which is flammable.
  • the UADA module can be shut off manually on the inlet side with manual shut-off valves and on the outlet side with manual shut-off valves.
  • the following safety shut-off valves are installed at the entrance, which automatically shut off the system in the event of a serious malfunction.
  • Safety valves are installed at the outlet, which separate the modules from the tank farm in the event of a serious malfunction.
  • the safety shut-off valves automatically separate the UADA module from the rest of the system in the event of an emergency stop, fire, power failure and unforeseen critical operating conditions.
  • the UADA module begins behind the fuel supply line in which the temperature and volume flow of the educt are measured.
  • the fuel line that continues is provided with a non-return valve that prevents backflow to the educt store.
  • a temperature sensor for monitoring the pour point and flash point is installed after the recirculation line.
  • a filter is then installed to keep dirt particles away from the system.
  • a pressure sensor is installed in front of and behind the filter in order to be able to detect an excessive pressure drop. If this rises too high, the filter must be changed or cleaned.
  • a heat exchanger with bypass is then installed. This should adjust the temperature in the input and bring it to the desired values (the current safety surcharges must be observed for the flash and ignition point temperatures). This adjusted temperature is continuously checked by the temperature sensor.
  • the oil flow is roughly premixed with the water content.
  • the desalinated (deionized) water is fed into the process from the water treatment via separate lines.
  • the addition of water is dosed with the control valve.
  • the volume flow and the temperature of the water are measured and recorded.
  • the water can be adjusted to the temperature of the hydrocarbon with the built-in heat exchanger.
  • a non-return valve is installed to prevent hydrocarbons from entering the water pipe.
  • the mixture temperature and the resulting pressure are measured in order to identify deviating operating conditions.
  • the mixture then comes into the first pressure increase.
  • the pressure is increased to up to 2.5 MPa.
  • the humidity is measured in a bypass behind the pump. If there are deviations from the desired water content, readjustment is carried out via the control valve from the water pipe.
  • the first ultrasonic acoustic flow unit UADA
  • the temperature and pressure are measured and recorded.
  • the dispersion is produced in this UADA, and the pressure built up by the pressure increase drops completely.
  • the temperature and pressure are measured and recorded behind the UADA.
  • a heating cartridge with a temperature sensor is then installed in order to be able to build up a subsequent thermal cavitation behind the UADA.
  • the second pressure increase is followed by the second pressure increase.
  • An additional function of the second pressure increase is the setting of the negative pressure behind the first UADA. This has a significant influence on the type, strength and form of cavitation in the first UADA.
  • the first UADA works optimally when the pressure behind it is set at 0.05 MPa.
  • the pump for the second pressure increase is equipped with a pressure sensor for monitoring the negative pressure in front of the UADA and a pressure sensor for monitoring the overpressure behind the UADA. This makes it possible to run the system in a targeted manner with the required negative and positive pressure.
  • the pressure sensors built into this section of the route give an alarm before a critical negative or positive pressure arises. The control can thus counteract this event.
  • This pump is also equipped with a pump protection, which again consists of a pressure sensor for monitoring the negative pressure in front of and a pressure sensor for monitoring the overpressure behind the pump.
  • a filter is installed to ensure that no coarse particles get into the measuring section and thus protect the sensitive sensors.
  • Pressure sensors are installed in front of and behind the filter, which allow the differential pressure to be measured in order to detect clogging of the filter at an early stage. The following data is recorded in the measuring section: the temperature, the pressure, the volume flow.
  • the control valve is built in for this purpose. This enables a smooth switchover from internal recirculation to production.
  • the control valve is paired with a check valve in order to prevent mixing of faulty batches in the event of recirculation from the product store from the line and finished dispersion from the line.
  • the recirculation line is equipped with a check valve, a pressure sensor and a volume flow monitor.
  • Embodiment 2 Method for making the dispersion Example 1: Storage tank, coarse disperser, fine disperser, product tank
  • Example 2 Storage tank, coarse disperser, fine disperser, ultrafine disperser, product tank
  • Example 3 Separation process
  • Example 3 Collection tank, fine disperser, oil tank and water tank.
  • Viscosity 180 mm 2 / s (DIN EN ISO 3104)
  • Predicted Product Three different levels of fineness of the droplets are achieved with the present system:
  • the droplet diameter in the coarse dispersion is greater than 1 mm

Abstract

The present invention relates to a system for producing a stable hydrocarbon-water fine dispersion or an unstable water-hydrocarbon separation dispersion, comprising at least one unit for producing a stable hydrocarbon-water dispersion in the fine disperser from at least medium 1 as a hydrocarbon-containing medium and medium 2 as water, wherein said unit comprises: at least one first pump for a first increase in pressure in the inflow of the hydrocarbon-water coarse dispersion; at least one ultrasonic acoustic flow machine for producing a hydrocarbon-water dispersion by means of hydrodynamic cavitation, and at least one second pump for generating a negative pressure for establishing the cavitation regime in the ultrasonic acoustic flow machine; at least one heating apparatus upstream of the second pump for generating the thermocavitation; at least one second ultrasonic acoustic flow machine for producing a stable hydrocarbon-water dispersion by means of combining thermo- and hydrodynamic cavitation and at least one third pump for generating a negative pressure for establishing the cavitation regime in the second ultrasonic acoustic flow machine. The present invention further relates to a method for producing a stable hydrocarbon-water fine dispersion or an unstable water-hydrocarbon separation dispersion using a system of this kind.

Description

Anlage und Verfahren zur Herstellung einer stabilen Kohlenwasserstoff-Wasser- Dispersion für die Verbesserung der Verbrennungsprozesse und einer leicht in mindestens zwei Phasen trennbaren Wasser-Kohlenwasserstoff-Dispersion im Rahmen des Reinigungsverfahrens von Havarieorten Plant and process for the production of a stable hydrocarbon-water dispersion for the improvement of the combustion processes and a water-hydrocarbon dispersion which can be easily separated into at least two phases in the context of the cleaning process of disaster sites
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung einer stabilen Kohlenwasserstoff-Wasser-Dispersion und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Dispersion unter Ausnutzung der Thermokavitation sowie Superkavitation The present invention relates to a plant for producing a stable hydrocarbon-water dispersion and a method for producing such a dispersion using thermal cavitation and supercavitation
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung einer leicht in mindestens zwei Phasen trennbaren Wasser-Kohlenwasserstoff-Dispersion sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Dispersion und anschließender Phasentrennung. The present invention relates to a plant for the production of a water-hydrocarbon dispersion which can easily be separated into at least two phases, as well as a process for the production of this dispersion and subsequent phase separation.
Beschreibung description
Es ist bekannt, dass durch das Beifügen von Wasser in den Verbrennungsprozess in Heizöl und Dieselkraftstoff, die Verbrennungstemperatur sinken kann und dass es zu einer vollständigeren Verbrennung kommt. Das bedeutet, es entstehen weniger Stickoxide und es werden weniger Rußpartikel emittiert. Vergleichbares gilt für Ölbrenner. Es kommt hierbei jedoch entscheidend darauf an, dass der Dieselkraftstoff bzw. das Heizöl und das Wasser in einer möglichst homogenen Mischung verwendet werden. Für die Standstabilität ist die Größe der Wassertröpfchen in der Dispersion entscheidend. It is known that adding water to the combustion process in heating oil and diesel fuel can lower the combustion temperature and result in more complete combustion. This means that fewer nitrogen oxides are produced and fewer soot particles are emitted. The same applies to oil burners. However, it is crucial that the diesel fuel or heating oil and water are used in a mixture that is as homogeneous as possible. The size of the water droplets in the dispersion is decisive for the stability.
Bei den Trennverfahren (Reinigungsverfahren), ist der Anteil des Wassers im Vergleich zur stabilen Kohlenwasserstoff-Wasser-Dispersion deutlich größer. Es führt dazu, dass eine leicht trennbare Dispersion entsteht. Diese physikalische Eigenschaft ist für das natürliche Ökosystem im Gegensatz zur Verwendung von Dispersionsmitteln vielversprechender. In the separation process (cleaning process), the proportion of water is significantly larger compared to the stable hydrocarbon-water dispersion. It results in an easily separable dispersion. This physical property is more promising for the natural ecosystem as opposed to the use of dispersants.
Verschiedene Vorrichtungen zur Erzeugung von derartigen Öl-Wasser-Emulsionen sind aus der Literatur bekannt. Beispielhaft sei auf die EP 674941 B1 , DE 4137179 C2 oder DE 4139782 A1 hingewiesen, in welchen jeweils Vorrichtungen zum Vermischen von Öl und Wasser zu einer Emulsion beschrieben sind. Various devices for generating such oil-water emulsions are known from the literature. For example, reference is made to EP 674941 B1, DE 4137179 C2 or DE 4139782 A1, in each of which devices for mixing oil and water to form an emulsion are described.
Die Problematik bei der Herstellung und Verwendung von Öl-Wasser-Emulsionen, insbesondere von Dieselkraftstoff-Wasser-Emulsionen, ist deren Stabilität. Ein Ansatz zur Stabilisierung der Emulsionen ist die Verwendung von Emulgatoren, welche die beiden heterogenen Phasen koppeln (sog. Emulsion). So beschreibt die WO 01/55282 ein Emulgatorsystem für Kraftstoff-Wasser-Emulsionen, welches Alkoxyale von Polyisobuten umfasst. Aus der WO 2011/042432 ist die Zugabe von Alkoholen, Peroxiden und Tensiden als Additive zur Herstellung von Mikroemulsionen im Verbrennungsmotoren bekannt. The problem with the production and use of oil-water emulsions, in particular diesel fuel-water emulsions, is their stability. One approach to stabilizing the emulsions is to use emulsifiers, which the two Coupling heterogeneous phases (so-called emulsion). Thus, WO 01/55282 describes an emulsifier system for fuel-water emulsions which comprises alkoxyals of polyisobutene. The addition of alcohols, peroxides and surfactants as additives for the production of microemulsions in internal combustion engines is known from WO 2011/042432.
Die Verwendung von Additiven zur Stabilisierung von Öl-Wasser-Emulsion führt jedoch häufig zu einer Verschlechterung der Eigenschaften der Emulsion, insbesondere zu einer Verschlechterung der Verbrennungseigenschaften und einer Erhöhung der Verbrennungskosten. However, the use of additives to stabilize oil-water emulsions often leads to a deterioration in the properties of the emulsion, in particular to a deterioration in the combustion properties and an increase in combustion costs.
In der Industrie besteht großes Interesse an innovativen Lösungsansätzen zur Entwicklung eines kosteneffizienten Verfahrens sowie einer Anlage zur Herstellung einer stabilen Kohlenwasserstoff-Wasser-Dispersion. There is great interest in the industry in innovative approaches to the development of a cost-effective process and a plant for the production of a stable hydrocarbon-water dispersion.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer stabilen Kohlenwasserstoff- Wasser-Dispersion, insbesondere einer stabilen Kraftstoff-Wasser-Dispersion, wobei auf die Verwendung von Additiven wie zum Beispiel Emulgatoren verzichtet wird. The object of the present invention is to provide a stable hydrocarbon-water dispersion, in particular a stable fuel-water dispersion, the use of additives such as emulsifiers being dispensed with.
Es gibt zwei verschiedene UADA-Ausführungen: ohne und mit integriertem Vormischer. Die erste Ausführung enthält keinen integrierten Vormischer zur Vermengung der Medien. In der zweiten Ausführung werden die Medien direkt im in der Vorschallkamer integrierten Vormischer des UADA-Körpers miteinander vermischt. There are two different UADA versions: without and with an integrated premixer. The first version does not contain an integrated premixer for mixing the media. In the second version, the media are mixed with one another directly in the pre-mixer of the UADA body, which is integrated in the pre-sonic camera.
In der vorliegenden Erfindung wird die erste Ausführung verwendet. Nähere Informationen zu den beiden Modifikation finden Sie im Patent RU 2130503 C1 , RU 2462301 C1 und dem Patent für das nützliche technische Modell RU 134076 U1. Die technische Beschreibung des UADA-Körpers und der Akustikplatte sind in Figuren 6 und 7 dargestellt. In the present invention, the first embodiment is used. More information on the two modifications can be found in patent RU 2130503 C1, RU 2462301 C1 and the patent for the useful technical model RU 134076 U1. The technical description of the UADA body and the acoustic panel are shown in FIGS.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Anlage ist stromaufwärts der mindestens einen Einheit zur Herstellung einer Kohlenwasserstoff-Wasser-Dispersion mindestens eine Vormischeinheit zur Herstellung einer Grobdispersion aus dem mindestens einem Medium 1 und Medium 2 vorgeschaltet. In one embodiment of the present system, upstream of the at least one unit for producing a hydrocarbon-water dispersion, at least one premixing unit for producing a coarse dispersion from the at least one medium 1 and medium 2 is connected upstream.
Der Grob-Dispergator besteht aus mindestens zwei Zufuhrleitungen für zwei verschiedene Medien mit je einem Wärmeübertrager, einer Einstellapparatur für das Medienverhältnis und einem Vormischer. Der Vormischer, bzw. Grob-Dispergator ist im Anspruch 3 erfasst. The coarse disperser consists of at least two supply lines for two different media, each with a heat exchanger, an adjustment device for the media ratio and a premixer. The premixer or coarse disperser is covered in claim 3.
Der Grob-Dispergator ist die Vorstufe vom Fein-Dispergator (Anspruch 2) oder Ultrafein- Dispergator (Anspruch 5). The coarse disperser is the preliminary stage of the fine disperser (claim 2) or ultrafine disperser (claim 5).
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird mit einer Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. The object of the present invention is achieved with a system having the features of claim 1.
Entsprechend wird gemäß einem ersten Aspekt eine Anlage zur Herstellung einer stabilen Kohlenwasserstoff-Wasser-Feindispersion oder einer Wasser-Kohlenwasserstoff- Trenndispersion (eine leicht in mindestens zwei Phasen trennbare Wasser-Kohlenwasserstoff- Dispersion, oder instabile Trenndispersion) bereitgestellt, wobei die Anlage mindestens eine Einheit zur Herstellung einer Kohlenwasserstoff- Wasser-Dispersion im Fein-Dispergator aus mindestens Medium 1 als einem kohlenwasserstoffhaltigen Medium und Medium 2 als Wasser (VE-Wasser) und diese Einheit mindestens einen Vormischer (Grob-Dispergator), mindestens eine erste Pumpe, für eine Druckerhöhung im Zulauf der Kohlenwasserstoff-Wasser-Mischung in das Ultraschall-Akustik- Durchfluss-Aggregat (UADA als ein Teil des Fein-Dispergators); mindestens ein Ultraschall- Akustik-Durchfluss-Aggregat (UADA) zur Herstellung einer Kohlenwasserstoff-Wasser- Feindispersion mittels hydrodynamischer Kavitation und mindestens eine zweite Pumpe zur Erzeugung eines Unterdrucks hinter dem UADA, oder mindestens eine Einheit zur Herstellung einer instabilen Wasser- Kohlenwasserstoff-Trenndispersion aus mindestens Medium 1 als einem kohlenwasserstoffhaltigen Medium und Medium 2 als Wasser (VE-Wasser), wobei diese Einheit mindestens eine erste Pumpe, für eine Druckerhöhung im Zulauf Kohlenwasserstoff- Wasser-Mischung in das Ultraschall-Akustik-Durchfluss-Aggregat (UADA als ein Teil des Trenn-Dispergators); mindestens ein Ultraschall-Akustik-Durchfluss-Aggregat (UADA) zur Herstellung einer Kohlenwasserstoff-Wasser-Feindispersion mittels hydrodynamischer Kavitation, und mindestens eine zweite Pumpe zur Erzeugung eines Unterdrucks hinter dem UADA, umfasst. Correspondingly, according to a first aspect, a plant for the production of a stable hydrocarbon-water fine dispersion or a water-hydrocarbon separating dispersion (a water-hydrocarbon dispersion easily separable into at least two phases, or unstable separating dispersion) is provided, the plant having at least one unit to produce a hydrocarbon-water dispersion in the fine disperser from at least medium 1 as a hydrocarbon-containing medium and medium 2 as water (deionized water) and this unit has at least one premixer (coarse disperser), at least one first pump, for increasing pressure in the feed of the hydrocarbon-water mixture into the ultrasonic acoustic flow unit (UADA as part of the fine disperser); at least one ultrasonic acoustic flow unit (UADA) for the production of a hydrocarbon-water fine dispersion by means of hydrodynamic cavitation and at least one second pump for generating a negative pressure behind the UADA, or at least one unit for producing an unstable water-hydrocarbon separation dispersion at least medium 1 as a hydrocarbon-containing medium and medium 2 as water (fully demineralized water), this unit having at least one first pump for increasing the pressure in the inlet hydrocarbon-water mixture in the ultrasonic acoustic flow unit (UADA as one part of the separating disperser); at least one ultrasonic acoustic flow unit (UADA) for producing a hydrocarbon-water fine dispersion by means of hydrodynamic cavitation, and at least one second pump for generating a negative pressure behind the UADA.
Die vorliegende erfindungsgemäße Anlage umfasst somit im ersten Aspekt einen Fein- Dispergator bestehend aus einem Grob-Dispergator, einem UADA-Modul und einer dem UADA vorgeschalteten Pumpe und einer dem UADA nachgeschalteten Pumpe und Trenn-Dispergator bestehend aus einem UADA-Modul und einer dem UADA vorgeschalteten Pumpe und einer dem UADA nachgeschalteten Pumpe. The present system according to the invention thus comprises in the first aspect a fine disperser consisting of a coarse disperser, a UADA module and a pump upstream of the UADA and a pump downstream of the UADA and separating disperser consisting of a UADA module and a pump upstream of the UADA and a pump downstream of the UADA.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird ebenfalls mit einem Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 2 gelöst, Figur 3 und Figur 4. The object of the present invention is also achieved with a method having the features of claims 1 and 2, FIGS. 3 and 4.
In einer Ausführungsform umfasst eine Anlage zur Fierstellung einer stabilen Kohlenwasserstoff-Wasser-Ultrafeindispersion der Ultrafein-Dispergator stromabwärts mindestens eine Einheit zur Fierstellung einer Ultrafeindispersion, aus mindestens Medium 1 als einem kohlenwasserstoffhaltigen Medium und Medium 2 als Wasser (VE-Wasser) und eine Einheit mindestens eine Heizvorrichtung für die Initiierung der Thermokavitation, mindestens eine erste Pumpe, für eine Druckerhöhung im Zulauf der Feindispersion in das Ultraschall-Akustik-Durchfluss-Aggregat (UADA als ein Teil des Ultrafein-Dispergators); mindestens ein Ultraschall-Akustik-Durchfluss-Aggregat (UADA) zur Herstellung einer Kohlenwasserstoff-Wasser-Ultrafeindispersion mittels hydrodynamischer Kavitation und mindestens eine zweite Pumpe zur Erzeugung eines Unterdrucks hinter dem Ultrafein-UADA oder eine Einheit mindestens einen Vormischer (Grob-Dispergator), mindestens eine Heizvorrichtung für die Initiierung der Thermokavitation, mindestens eine erste Pumpe, für eine Druckerhöhung im Zulauf der Feindispersion in das Ultraschall-Akustik-Durchfluss-Aggregat (UADA als ein Teil des Ultrafein-Dispergators); mindestens ein Ultraschall-Akustik-Durchfluss- Aggregat (UADA) zur Herstellung einer Kohlenwasserstoff-Wasser-Ultrafeindispersion mittels hydrodynamischer Kavitation und mindestens eine zweite Pumpe zur Erzeugung eines Unterdrucks hinter dem Ultrafein-UADA. In one embodiment, a plant for producing a stable hydrocarbon-water ultrafine dispersion comprises the ultrafine disperser downstream at least one unit for producing an ultrafine dispersion, from at least medium 1 as a hydrocarbon-containing medium and medium 2 as water (fully demineralized water) and at least one unit a heating device for initiating thermal cavitation, at least one first pump, for increasing the pressure in the inflow of the fine dispersion into the ultrasonic acoustic flow unit (UADA as part of the ultrafine disperser); at least one ultrasonic acoustic flow unit (UADA) for the production of a hydrocarbon-water ultrafine dispersion by means of hydrodynamic cavitation and at least one second pump for generating a negative pressure behind the ultrafine UADA or a unit of at least one premixer (coarse disperser), at least a heating device for initiating thermal cavitation, at least one first pump, for increasing the pressure in the inflow of the fine dispersion into the ultrasonic acoustic flow unit (UADA as part of the ultrafine disperser); at least one ultrasonic acoustic flow unit (UADA) for the production of a hydrocarbon-water ultrafine dispersion by means of hydrodynamic cavitation and at least one second pump for generating a negative pressure behind the ultrafine UADA.
Die vorliegende Anlage umfasst somit in einem zweiten Aspekt eine Kombination aus einem Ultrafein-Dispergator bestehend aus einer Heizvorrichtung (Heizpatrone mit einem Einschraubheizkörper) und UADA, wobei der Aufbau wie folgt ist: Heizvorrichtung- erste Pumpe- erstes UADA- zweite Pumpe (Ansprüche 8 und 9) oder bestehend aus einen Vormischer (Grob-Dispergator), einer Heizvorrichtung (Heizpatrone mit einem Einschraubheizkörper) und UADA, wobei der Aufbau wie folgt ist: Grob-Dispergator- Heizvorrichtung- erste Pumpe- erstes UADA- zweite Pumpe. The present system thus comprises in a second aspect a combination of an ultrafine disperser consisting of a heating device (heating cartridge with a screw-in heater) and UADA, the structure being as follows: heating device- first pump- first UADA- second pump (claims 8 and 8) 9) or consisting of a premixer (coarse disperser), a heating device (heating cartridge with a screw-in heater) and UADA, the structure being as follows: coarse disperser heating device - first pump - first UADA - second pump.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird ebenfalls mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst, Figur 5. The object of the present invention is also achieved with a method having the features of claim 4, FIG. 5.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Anlage ist stromaufwärts der mindestens einen Einheit zur Herstellung einer stabilen Kohlenwasserstoff-Wasser-Ultrafeindispersion aus mindestens Medium 1 als einem kohlenwasserstoffhaltigen Medium und Medium 2 als Wasser (VE-Wasser) und diese Einheit mindestens einen Vormischer (Grob-Dispergator), mindestens eine erste Pumpe, für eine Druckerhöhung im Zulauf Kohlenwasserstoff-Wasser-Mischung in das Ultraschall-Akustik-Durchfluss-Aggregat (UADA als ein Teil des Fein-Dispergators); mindestens ein Ultraschall-Akustik-Durchfluss-Aggregat (UADA) zur Herstellung einer Kohlenwasserstoff-Wasser-Feindispersion mittels hydrodynamischer Kavitation, mindestens eine Heizvorrichtung für die Initiierung der Thermokavitation, mindestens eine zweite Pumpe, für eine Druckerhöhung im Zulauf der Feindispersion in das Ultraschall-Akustik-Durchfluss- Aggregat (UADA als ein Teil des Ultrafein-Dispergators); mindestens ein zweites Ultraschall- Akustik-Durchfluss-Aggregat (UADA) zur Herstellung einer Kohlenwasserstoff-Wasser- Ultrafeindispersion mittels hydrodynamischer Kavitation und mindestens eine dritte Pumpe zur Erzeugung eines Unterdrucks hinter dem Ultrafein-UADA umfasst (Anspruch 7). In one embodiment of the present system, upstream of the at least one unit for the production of a stable hydrocarbon-water ultrafine dispersion from at least medium 1 as a hydrocarbon-containing medium and medium 2 as water (fully demineralized water) and this unit at least one premixer (coarse disperser) At least one first pump for increasing the pressure in the inlet hydrocarbon-water mixture in the ultrasonic-acoustic-flow-through unit (UADA as part of the fine disperser); at least one ultrasonic acoustic flow unit (UADA) for producing a hydrocarbon-water fine dispersion by means of hydrodynamic cavitation, at least one heating device for initiating thermal cavitation, at least one second pump for increasing the pressure in the inflow of the fine dispersion into the ultrasonic acoustics -Flow-through unit (UADA as part of the ultrafine disperser); at least one second ultrasonic acoustic flow unit (UADA) for producing a hydrocarbon-water ultrafine dispersion by means of hydrodynamic cavitation and at least one third pump for generating a negative pressure behind the ultrafine UADA (claim 7).
Die vorliegende Anlage umfasst somit in einem dritten Aspekt eine Kombination aus einem Grob-Dispergator, einem Fein-Dispergator und einem nachgeschalteten Ultrafein-Dispergator. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird ebenfalls mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst, Figur 2. The present system thus comprises in a third aspect a combination of a coarse disperser, a fine disperser and a downstream ultrafine disperser. The object of the present invention is also achieved with a method having the features of claim 6, FIG. 2.
Die Basis der vorliegenden Anlage und des Verfahrens ist das Prinzip der Kavitation. Unter Kavitation ist die Bildung und Implosive Auflösung von Dampfblasen in Flüssigkeiten zu verstehen. Das UADA dient zur Herstellung einer Kohlenwasserstoff-Wasser-Dispersion mittels Kavitation. Das Prinzip der Dispersionserzeugung unter Verwendung der erfindungsgemäßen Anlage basiert darauf, dass ein Gemisch aus mindestens zwei verschiedenen Medien in einem UADA durch spezielle Düsen gepresst wird. The basis of the present system and the process is the principle of cavitation. Cavitation is the formation and implosive dissolution of vapor bubbles in liquids. The UADA is used to produce a hydrocarbon-water dispersion by means of cavitation. The principle of dispersion generation using the system according to the invention is based on the fact that a mixture of at least two different media is pressed through special nozzles in a UADA.
Die mindestens zwei verschiedenen Medien werden miteinander vorgemischt. Die weiteren Schritte der Herstellung einer Kohlenwasserstoff-Wasser-Dispersion mittels Kavitation erfolgen in mindestens einem oder auch zwei UADA-Modulen. In einem ersten UADA-Modul findet Superkavitation, als Einzelfall der hydrodynamischen Kavitation, im anderen zweiten UADA-Modul Thermo- und Superkavitation statt. Die beiden UADA-Module sind hintereinander angeschlossen. The at least two different media are premixed with one another. The further steps in the production of a hydrocarbon-water dispersion by means of cavitation take place in at least one or two UADA modules. In a first UADA module, supercavitation, as an individual case of hydrodynamic cavitation, takes place in the other, second UADA module, thermal and supercavitation. The two UADA modules are connected one behind the other.
Durch die Art und Intensität der Kavitation wird die Größe der Wassertropfen in der Dispersion variiert. Dabei bewirken stärkere Kavitationen einen geringeren Durchmesser des eingeschlossenen Tropfens. Das vorliegende Verfahren ermöglicht die Herstellung einer Kohlenwasserstoff-Wasser-Dispersion mit einer Tröpfchengröße im Bereich von 10 bis 100 pm. Die Stabilität der Dispersion erhöht sich mit sinkendem Tröpfchendurchmesser. The size of the water droplets in the dispersion is varied by the type and intensity of the cavitation. Stronger cavitations result in a smaller diameter of the enclosed drop. The present process enables the production of a hydrocarbon-water dispersion with a droplet size in the range from 10 to 100 μm. The stability of the dispersion increases with decreasing droplet diameter.
Für die Qualität der mit der vorliegenden Anlage herzustellenden Kohlenwasserstoff-Wasser- Dispersion ist es wichtig, die optimale Intensität der Kavitation einzustellen. Durch unterschiedliche starke Kavitation wird die Tropfengröße in der Dispersion geregelt. Die Tropfengröße, Phasenverteilung und Morphologie hat wiederum einen Einfluss auf die Standstabilität der Dispersion. Durch die Variation des Druckes hinter dem UADA wird die Kavitation eingestellt, variiert und gesteuert. For the quality of the hydrocarbon-water dispersion to be produced with the present system, it is important to set the optimal intensity of the cavitation. The droplet size in the dispersion is regulated by varying degrees of cavitation. The droplet size, phase distribution and morphology in turn have an influence on the stability of the dispersion. By varying the pressure behind the UADA, the cavitation is set, varied and controlled.
Die Tropfengröße, Phasenteilung und Morphologie haben einen Einfluss auf die Standstabilität (Qualität) der Dispersion. Durch die Variation des Druckes hinter dem UADA wird die Kavitation eingestellt, variiert und gesteuert. Durch unterschiedliche starke Kavitation wird die Tropfengröße in der Dispersion geregelt. Für die Qualität der mit der vorliegenden Anlage herzustellenden Kohlenwasserstoff-Wasser-Dispersion ist es wichtig, die optimale Intensität der Kavitation einzustellen. The droplet size, phase division and morphology have an influence on the stability (quality) of the dispersion. By varying the pressure behind the UADA, the cavitation is set, varied and controlled. The droplet size in the dispersion is regulated by varying degrees of cavitation. For the quality of the hydrocarbon-water dispersion to be produced with the present system, it is important to set the optimal intensity of the cavitation.
Drei verschiedene Feinheitsstufen der T röpfchen werden mit der vorliegenden Anlage erreicht (Anspruch 21): Three different levels of fineness of the droplets are achieved with the present system (claim 21):
Tröpfchendurchmesser in der Grobdispergierung größer als 1 mm Tröpfchendurchmesser in der Feindispergierung kleiner als 1 mm und größer als 100 pm Tröpfchendurchmesser in der Ultrafeindispergierung kleiner alsl OO pm Droplet diameter in the coarse dispersion larger than 1 mm. Droplet diameter in the fine dispersion smaller than 1 mm and larger than 100 μm Droplet diameter in the ultrafine dispersion less than 100 pm
Die vorliegende Anlage ermöglicht es, den Wasseranteil und die Prozessparameter Druck, Temperatur und Durchsatz konstant zu halten, um eine gleichbleibende Qualität der hergestellten Wasser-Öl-Dispersion zu gewährleisten. The present system makes it possible to keep the water content and the process parameters pressure, temperature and throughput constant in order to ensure a constant quality of the water-oil dispersion produced.
Das entwickelte Verfahren kann in zwei oder drei verfahrenstechnischen Stufen aufgebaut werden. Zum einen gehört eine technologische Realisierung aus Grob- und Feindispergierung. Die andere technologische Lösung für eine vertiefte Dispergierung besteht aus der Grob-, Fein- und Ultradispergierung. The developed process can be built up in two or three procedural stages. On the one hand, there is a technological implementation of coarse and fine dispersion. The other technological solution for deeper dispersion consists of coarse, fine and ultra dispersion.
Gemäß dem vorliegenden Verfahren wird vor dem Fierstellen der Feindispersion eine Grobdispersion aus dem vortemperierten Medium 1 als kohlenwasserstoffhaltiges Medium und dem vortemperierten Medium 2 als Wasser durch Vermischen von Medium 1 und Medium 2 in mindestens einer Vormischeinheit (Grob-Dispergator) bereitgestellt (Anspruch 13). According to the present method, a coarse dispersion of the pre-tempered medium 1 as a hydrocarbon-containing medium and the pre-tempered medium 2 as water is provided by mixing medium 1 and medium 2 in at least one pre-mixing unit (coarse disperser) before the fine dispersion is made (claim 13).
Demnach wird ein Verfahren zur Fierstellung einer Kohlenwasserstoff-Wasser-Dispersion (Feindispersion), oder einer leicht in mindestens zwei Phasen trennbaren Wasser- Kohlenwasserstoff-Dispersion (Trenndispersion) bereitgestellt, wobei das Verfahren insbesondere in einer oben beschriebenen Anlage durchgeführt wird und die folgenden Schritte umfasst: Accordingly, a method for producing a hydrocarbon-water dispersion (fine dispersion), or a water-hydrocarbon dispersion (separating dispersion) that can easily be separated into at least two phases is provided, the method being carried out in particular in a plant described above and comprising the following steps :
- Fierstellen einer Kohlenwasserstoff-Wasser-Feindispersion, oder einer Wasser- Kohlenwasserstoff-Trenndispersion in einem Ultraschall-Akustik-Durchflussaggregat (UADA), indem die Kavitation nicht aktiv eingebracht wird, sondern entsteht aufgrund der Strömungen im UADA (Anspruch 12). - Fierstellen a hydrocarbon-water fine dispersion, or a water-hydrocarbon separating dispersion in an ultrasonic acoustic flow unit (UADA), in which the cavitation is not actively introduced, but arises due to the currents in the UADA (claim 12).
Für die Einstellung, Variation und Steuerung der Kavitation bzw. Kavitationsregime wird ein Druck vor dem UADA-Modul (Vordruck) und ein Druck hinter dem UADA eingestellt (Anspruch 11). For the setting, variation and control of the cavitation or cavitation regime, a pressure is set in front of the UADA module (pre-pressure) and a pressure behind the UADA (claim 11).
Im UADA-Modul werden nacheinander drei Geschwindigkeitsbereiche der Strömung aufgebaut: Vorschall-, Schall- und Ultraschallgeschwindigkeit. In the UADA module, three speed ranges of the flow are built up one after the other: pre-sonic, sonic and ultrasonic speed.
Die Vorschallgeschwindigkeit ist eine transversale Verformung von Strömen durch Bildung von Wirbel-Ring-Strömen. Im Bereich der Schallgeschwindigkeit wird die resultierende Strömung so groß, dass eine Kavitation auftritt. Weiterhin werden langkettig verschlaufte Kohlenwasserstoffe thermomechanisch auseinandergerissen. Der Zustrom wird in radialer Richtung tangential beschleunigt, in welchem die Kammerströmungen aneinander geschert werden und sich so die relative Geschwindigkeit verdoppelt. Durch die hohe Geschwindigkeit entstehen die Dampfblasen und die verdrängten Wirbelströmungen gleichen sich untereinander aus. Dadurch bilden sich konstante, stabile und nach hydrodynamischen Eigenschaften getrennte Wirbel. The pre-sonic velocity is a transversal deformation of currents through the formation of vortex-ring currents. In the range of the speed of sound, the resulting flow becomes so great that cavitation occurs. Furthermore, long-chain entangled hydrocarbons are torn apart thermomechanically. The inflow is accelerated tangentially in the radial direction, in which the chamber flows are sheared against one another and the relative speed is thus doubled. The high speed creates the vapor bubbles and the displaced eddy currents balance each other out. This creates constant, stable eddies that are separated according to hydrodynamic properties.
Dies führt zur akustischen Initiierung des Produktes, der sogenannten Ultraschallkavitation, was weiterhin zur Änderung des Aggregatzustandes und zur Aktivierung chemischer Verbindungen führt. This leads to the acoustic initiation of the product, the so-called ultrasonic cavitation, which also leads to a change in the physical state and to the activation of chemical compounds.
Die Ultraschall-Geschwindigkeit tritt nach dem Zusammentreffen der Strömungen auf und die Energie der Strömungen im begrenzten Volumen wird konzentriert. Mithilfe der konzentrierten Energie wird der Energie-Masseaustausch gefördert und die physikalisch-chemische- Umwandlung beschleunigt. Die gebildete Dispersion wird durch den Ablauf aus dem Modul abgeführt. The ultrasonic velocity occurs after the currents meet and the energy of the currents in the confined volume is concentrated. With the help of the concentrated energy, the energy-mass exchange is promoted and the physical-chemical conversion is accelerated. The dispersion formed is discharged from the module through the drain.
Stromabwärts, nach dem ersten UADA-Modul wird Unterdrück erzeugt. Downstream, after the first UADA module, negative pressure is generated.
Der Dampfdruck von Wasser muss mit dem Betriebsdruck mittels hydrostatischer Druck- und Temperatureinstellung (Dampfdruckkurve) durch Geschwindigkeitserhöhung (Energieumwandlung/ kinetischer Druckanteil) unterschritten werden. Dies ergibt sich aus der Dampfdruckkurve für Wasser wie in Figur 1 gezeigt. The steam pressure of water must be undercut with the operating pressure by means of hydrostatic pressure and temperature setting (steam pressure curve) by increasing the speed (energy conversion / kinetic pressure component). This results from the vapor pressure curve for water as shown in FIG.
Durch das Druckverhältnis zwischen dem Vordruck und dem Unterdrück im Fein-Dispergator, bzw. im Trenn-Dispergator wird die Art, Stärke und Form der Kavitation im UADA beeinflusst. Je stärker die Kavitation ausgeprägt ist, desto geringer ist der Durchmesser der Tröpfchen in der Dispersion, The type, strength and form of cavitation in the UADA is influenced by the pressure ratio between the pre-pressure and the negative pressure in the fine disperser or in the separating disperser. The more pronounced the cavitation, the smaller the diameter of the droplets in the dispersion,
- wobei das Verhältnis des Vordruckes vor dem UADA des Fein-Dispergators und des Unterdruckes nach dem UADA des Fein-Dispergators bei mindestens 10 liegt. In einer Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens wird die Kohlenwasserstoff-Wasser- Feindispersion nach Verlassen des Fein-Dispergators in mindestens eine weitere Einheit zur Herstellung einer Ultrafeindispersion (Ultrafein-Dispergator) eingeführt, wobei diese Einheit mindestens ein weiteres Ultraschall-Akustik-Durchfluss-Aggregat (UADA) zur Herstellung einer Kohlenwasserstoff-Wasser-Ultrafeindispersion mittels Kombination aus der Thermo- und hydrodynamischer Kavitation umfasst, - where the ratio of the pre-pressure before the UADA of the fine disperser and the negative pressure after the UADA of the fine disperser is at least 10. In one embodiment of the present method, the hydrocarbon-water fine dispersion is introduced into at least one further unit for producing an ultrafine dispersion (ultrafine disperser) after leaving the fine disperser, this unit at least one further ultrasonic acoustic flow unit (UADA ) for the production of a hydrocarbon-water ultrafine dispersion by means of a combination of thermodynamic and hydrodynamic cavitation,
- wobei diese Einheit zur Verstärkung der Effektivität und Stabilität die hydrodynamische Kavitation mit der Thermokavitation kombiniert (Anspruch 19). - this unit combining hydrodynamic cavitation with thermal cavitation to increase the effectiveness and stability (claim 19).
Die Bedingungen für die Initiierung der Thermokavitation werden in einer Fleizvorrichtung mit niedrigem Druck und erhöhter Temperatur erzeugt. Durch die lokale Erwärmung in der Fleizvorrichtung entstehen an der Oberfläche kleine Dampfblasen, die abgelöst durch die Strömung, in der Flüssigkeit durch eine Temperatursenkung wieder kollabieren. Diese Thermische Kavitation katalysiert die hydrodynamische Kavitation im nachfolgenden UADA und verstärkt somit die Durchmischung der Dispersion. The conditions for the initiation of thermocavitation are created in a low-pressure, elevated temperature meat sausage device. Due to the local heating in the meat peeling device, small vapor bubbles are created on the surface, which are released by the flow and collapse again in the liquid as a result of a drop in temperature. This thermal cavitation catalyzes the hydrodynamic cavitation in the downstream UADA and thus intensifies the mixing of the dispersion.
Der verfahrenstechnische Einsatz ist so aufgebaut, dass in der Fleizvorrichtung Unterdrück herrscht. Für die Initiierung der Ultraschallkavitation im nachfolgenden UADA erfolgt ein erneuter Druckaufbau und hinter dem UADA Druckabbau. The procedural insert is set up in such a way that there is negative pressure in the meat processing device. For the initiation of the ultrasonic cavitation in the downstream UADA, there is a renewed pressure build-up and pressure reduction behind the UADA.
Durch die Kombination der Thermo- und hydrodynamischer bzw. Super-Kavitation werden bessere Bedingungen zur Herstellung der ultrastabilen und ultrafeinen Dispersion geschaffen. The combination of thermodynamic and hydrodynamic or super cavitation creates better conditions for producing the ultra-stable and ultra-fine dispersion.
Durch das Druckverhältnis zwischen dem Vordruck und dem Unterdrück im Ultrafein- Dispergator wird die Art, Stärke und Form der Kavitation im UADA beeinflusst. Je stärker die Kavitation ausgeprägt ist, desto geringer ist der Durchmesser der T röpfchen in der Dispersion,The type, strength and form of cavitation in the UADA is influenced by the pressure ratio between the pre-pressure and the negative pressure in the ultrafine disperser. The more pronounced the cavitation, the smaller the diameter of the droplets in the dispersion,
- wobei das Verhältnis des Druckes vor dem UADA des Ultrafein-Dispergators (Vordruck) und des Druckes nach dem UADA des Ultrafein-Dispergators (Unterdrück) bei mindestens 12 liegt. - where the ratio of the pressure before the UADA of the ultrafine disperser (pre-pressure) and the pressure after the UADA of the ultrafine disperser (negative pressure) is at least 12.
Die ultrafeine Dispergierung kann technologisch entweder nach der Grobdispergierung oder nach der Feindispergierung realisiert werden. The ultrafine dispersion can be achieved technologically either after the coarse dispersion or after the fine dispersion.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird ebenfalls mit einem Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 2 und 5 gelöst. Das in der entwickelten Anlage verwendete Kavitationsverfahren in einem Ultraschall-Akustik- Durchfluss-Aggregat (UADA) ist aus den Patenten RU 2130503 C1 , RU 2462301 C1 und dem Patent für das nützliche technische Modell RU 134076 U1 bekannt und ermöglicht die Herstellung einer standstabilen Dispersion aus Kraftstoff und Wasser. In der vorliegenden Anlage wird dieses UADA in Kombination mit Wärmeübertragern und Druckerhöhungsvorrichtungen erweitert, so dass die Stabilität der gebildeten Kohlenwasserstoff-Wasser-Dispersion wesentlich erhöht wird. Die in der vorliegenden Anlage installierten Wärmeübertrager erlauben eine separat temperierte Kohlenwasserstoff- und Wasserzufuhr. In die Zuführungsleitung der Mischeinrichtung (UADA) kann zusätzlich ein Feuchtigkeitssensor eingebaut werden, um den Wassergehalt kontinuierlich zu überprüfen und zu steuern. Hinzu kommen in die Kohlenwasserstoff- und Wasserzugabe Regel- oder Dosierventile, die eine Änderung des Mischungsverhältnisses erlauben. The object of the present invention is also achieved with a method having the features of claims 2 and 5. The cavitation process used in the developed system in an ultrasonic acoustic flow unit (UADA) is known from the patents RU 2130503 C1, RU 2462301 C1 and the patent for the useful technical model RU 134076 U1 and enables the production of a stable dispersion Fuel and water. In the present system, this UADA is expanded in combination with heat exchangers and pressure boosting devices, so that the stability of the hydrocarbon-water dispersion formed is significantly increased. The heat exchangers installed in the present system allow a separately temperature-controlled hydrocarbon and water supply. A moisture sensor can also be installed in the feed line of the mixing device (UADA) in order to continuously check and control the water content. In addition, there are control or metering valves in the hydrocarbon and water addition, which allow the mixing ratio to be changed.
Mit der entwickelten Technologie wird eine langzeitstabile Dispersion aus Wasser und Kohlenwasserstoff hergestellt. Die Langzeitstabilität wird wesentlich von der Tropfengröße beeinflusst. So kann durch eine Tropfengröße von kleiner 100 pm eine Standstabilität von mindestens 1 Jahr bis zu 7 Jahren erreicht werden. So wird z.B. die Standstabilität von Bunkerölen erhöht, wodurch auf den Einsatz von Additiven verzichtet werden kann. Es kommen weniger, bis keine ungewollten Reaktionen im Lager- oder Transportkraftstofftank vor und das Ausflocken von Paraffinen kann reduziert oder sogar unterdrückt werden. The technology developed is used to produce a long-term stable dispersion of water and hydrocarbons. The long-term stability is significantly influenced by the droplet size. With a drop size of less than 100 μm, a stability of at least 1 year up to 7 years can be achieved. For example, the stability of bunker oils is increased, which means that the use of additives can be dispensed with. There are fewer or no unwanted reactions in the storage or transport fuel tank and the flocculation of paraffins can be reduced or even suppressed.
Durch die feinen Tröpfchen in der Dispersion kann der Kraftstoff optimaler verbrannt werden, da diese in der Brennkammer schlagartig verdampfen und die Verbrennung des Brennstoffes durch Oberflächen-zu-Volumen-Vergrößerung homogener erfolgt. Es entstehen weniger Rußpartikel bei der Verbrennung. Der Wirkungsgrad der Verbrennung, bezogen auf die eingebrachte Primärenergie, wird erhöht, wobei der Kraftstoff fast vollständig energetisch umgesetzt wird. Due to the fine droplets in the dispersion, the fuel can be burned more optimally, as these evaporate suddenly in the combustion chamber and the combustion of the fuel takes place more homogeneously due to the increase in surface area to volume. Fewer soot particles are produced during combustion. The efficiency of the combustion, based on the primary energy introduced, is increased, with the fuel being converted almost entirely into energy.
Zudem erfolgt eine Dezimierung der Schadstoffe bei der Verbrennung der Dispersion gegenüber der Verbrennung des reinen Kraftstoffes. So wird bei einem Wasseranteil von mehr als 10 % die Verbrennungstemperatur reduziert, wodurch wiederum der Ausstoß an Schadstoffen wie NOx minimiert werden kann. In addition, the pollutants are decimated when the dispersion is burned compared to when the pure fuel is burned. With a water content of more than 10%, the combustion temperature is reduced, which in turn can minimize the emission of pollutants such as NO x.
Die Entwicklung des vorliegenden additivfreien Verfahrens zur kosteneffizienten Beseitigung von Öl-Katastrophen mittels Herstellung der Trenndispersion leistet einen enormen Beitrag zum Natur- und Artenschutz. Ölverschmutzungen der Umwelt, besonders der Meere durch Rohöl oder Mineralölprodukte von havarierten Öltankern oder -Plattformen können mithilfe dieser Technologie und der dazugehörigen Anlage gereinigt und die separierten Kohlenwasserstoffe wiederverwertet werden. Medien The development of the present additive-free process for the cost-efficient elimination of oil disasters by means of the production of the separating dispersion makes an enormous contribution to nature and species protection. Oil pollution of the environment, especially the oceans Crude oil or mineral oil products from damaged oil tankers or platforms can be cleaned using this technology and the associated system and the separated hydrocarbons can be recycled. media
Das vorliegende Verfahren erlaubt die Vermischung mindestens zweier verschiedenartiger Medien. In der vorliegenden Anlage können flüssige Medien mit einer Viskosität von 1 mm2/s bis 1.000 mm2/s, bevorzugt von 100 mm2/s bis 800 mm2/s, insbesondere von 300 mm2/s bis 500 mm2/s verarbeitet werden (Anspruch 15). The present method allows the mixing of at least two different types of media. In the present system, liquid media with a viscosity of 1 mm 2 / s to 1,000 mm 2 / s, preferably from 100 mm 2 / s to 800 mm 2 / s, in particular from 300 mm 2 / s to 500 mm 2 / s are processed (claim 15).
Die verwendeten Medien sind in Tabelle 1 zusammengefasst. The media used are summarized in Table 1.
Medium 1 Medium 2
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Medium 1 Medium 2
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Tabelle 1 : Medien zur Herstellung der Kohlenwasserstoff-Wasser-Dispersion Table 1: Media for producing the hydrocarbon-water dispersion
Medium 1 (als Hauptmedium) bezeichnet die kohlenwasserstoffhaltige, ölhaltige Komponente, die bei Verbrennungsprozessen über 60 wt% der Dispersion entspricht. Bei der Anwendung des Verfahrens als Trennverfahren beträgt der Anteil von Medium 1 unter 40 wt%. Medium 1 (as the main medium) denotes the hydrocarbon-containing, oil-containing component which, in combustion processes, corresponds to over 60 wt% of the dispersion. When using the process as a separation process, the proportion of medium 1 is less than 40 wt%.
Medium 2 (als zweites Medium) entspricht der wasserhaltigen Komponente, die bei Verbrennungsprozessen unter 40 wt% der Dispersion entspricht. Der effektive Anteil von Medium 2 bei Trennverfahren beträgt über 60 wt%. Medium 2 (as the second medium) corresponds to the water-containing component, which corresponds to less than 40 wt% of the dispersion in combustion processes. The effective proportion of medium 2 in separation processes is over 60 wt%.
In einer Ausführungsform wird zur Herstellung der Kohlenwasserstoff-Wasser-Dispersion entsalztes (entionsiertes) Wasser verwendet. In einer anderen Ausführung kann auch normales Leitungswasser oder sogenanntes Brackwasser benutzt werden. Vormischen / Grobdisperqierunq In one embodiment, demineralized (deionized) water is used to produce the hydrocarbon-water dispersion. In another version, normal tap water or so-called brackish water can also be used. Premixing / coarse dispersion
Wie oben angeführt, kann dem Fein-Dispergator eine Vormischeinheit vorgelagert sein. As stated above, the fine disperser can be preceded by a premixing unit.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Anlage umfasst die mindestens eine Vormischeinheit, mindestens einen Wärmeübertrager für Medium 1 , mindestens einen Wärmeübertrager für Medium 2 und mindestens eine Mischapparatur zum Vormischen von Medium 1 und Medium 2. Die Wärmeübertrager zur Einstellung der Temperatur und indirekt der Viskosität des Kohlenwasserstoffs als Medium 1 kann als Wärmeübertrager mit Bypass ausgebildet sein. In one embodiment of the present system, the at least one premixing unit comprises at least one heat exchanger for medium 1, at least one heat exchanger for medium 2 and at least one mixing apparatus for premixing medium 1 and medium 2. The heat exchangers for setting the temperature and, indirectly, the viscosity of the hydrocarbon the medium 1 can be designed as a heat exchanger with a bypass.
Medium 1 und Medium 2 werden auf Temperaturen zwischen 30 und 90 °C, bevorzugt zwischen 40 und 80 °C erwärmt und in den Vormischer eingeführt. Es werden somit mindestens zwei verschiedene vortemperierte Medien in der Grobdispergierung miteinander gemischt (Anspruch 14). Voraussetzung für die optimale Herstellung der Grobdispersion sind identische absolute Zulaufdrücke der Medien. Medium 1 and medium 2 are heated to temperatures between 30 and 90 ° C., preferably between 40 and 80 ° C., and introduced into the premixer. Thus, at least two different preheated media are mixed with one another in the coarse dispersion (claim 14). The prerequisite for the optimal production of the coarse dispersion are identical absolute inlet pressures of the media.
In der Zufuhrleitung für die kohlenwasserstoffhaltige Komponente, insbesondere für den Kraftstoff, können des Weiteren Vorrichtungen (z.B. Sensoren) zum Messen von Temperatur und Volumenstrom des Kraftstoffs in der Kraftstoffzuführungsleitung vorgesehen sein. In the supply line for the hydrocarbon-containing component, in particular for the fuel, devices (e.g. sensors) for measuring the temperature and volume flow of the fuel in the fuel supply line can also be provided.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Anlage ist an bzw. in der Zufuhrleitung von Medium 1 als einem kohlenwasserstoffhaltigen Medium mindestens ein Filter zur Entfernung von Schmutzpartikeln aus dem Medium 1 vorgesehen. Dem Filter ist für die Überwachung des Filterbelegungsgrades jeweils ein Drucksensor vorgelagert und ein Drucksensor nachgelagert. In a further embodiment of the present system, at least one filter for removing dirt particles from the medium 1 is provided on or in the supply line of medium 1 as a hydrocarbon-containing medium. To monitor the degree of filter occupancy, a pressure sensor is installed upstream of the filter and a pressure sensor is installed downstream.
Wie oben benannt, ist in oder an der Zufuhrleitung für Medium 2 als Wasser, insbesondere entsalztes und entionisiertes Wasser, mindestens ein Wärmeübertrager zur Anpassung der Wassertemperatur an die Temperatur der ölhaltigen Komponente vorgesehen. Vor und hinter dem Wärmeübertrager in der Wasserleitung sind bevorzugt Vorrichtungen (z.B. Sensoren) zum Messen des Volumenstroms und der Temperatur des Wassers vorgesehen. As mentioned above, at least one heat exchanger for adapting the water temperature to the temperature of the oil-containing component is provided in or on the supply line for medium 2 as water, in particular desalinated and deionized water. Devices (e.g. sensors) for measuring the volume flow and the temperature of the water are preferably provided upstream and downstream of the heat exchanger in the water pipe.
Die oben bereits erwähnte Vormischapparatur dient der Vormischung der oben beschriebenen Komponenten. Diese Mischapparatur ist für Medien unterschiedlicher Viskosität ausgelegt. Hierbei wird das Wasser mit Hilfe eines statischen Mischers in den Ölstrom in laminaren Schichten eingebracht. Diese grobe Vermischung optimiert den eigentlichen Vermischungsprozess und schont die Pumpe vor dem UADA, da ein schlagartiger Wechsel von Kohlenwasserstoff und Wasser damit verhindert wird. The premixing apparatus already mentioned above is used to premix the components described above. This mixing apparatus is designed for media of different viscosity. With the help of a static mixer, the water is laminated into the oil flow Layers introduced. This coarse mixing optimizes the actual mixing process and protects the pump from the UADA, as a sudden change of hydrocarbon and water is prevented.
In einer weitergehenden Ausführungsform sind stromabwärts hinter dem Vormischer Vorrichtungen (z.B. Sensoren) zum Messen der Temperatur und des Drucks der Kohlenwasserstoff-Wasser-Grobdispersion vorgesehen. In a further embodiment, devices (e.g. sensors) for measuring the temperature and pressure of the hydrocarbon-water coarse dispersion are provided downstream behind the premixer.
Anschießend kommt das temperierte Gemisch mit dem voreingestellten Volumen- oder Prozent-Anteil nach der Grobdispergierung in die nächste Stufe zur Feindispergierung. The temperature-controlled mixture with the preset volume or percentage is then passed to the next stage for fine dispersion after coarse dispersion.
Feindisoeroieruna Feindisoeroieruna
Nach der Fierstellung der Grobdispersion wird im nachfolgenden Schritt die stabile Kohlenwasserstoff-Wasser-Dispersion hergestellt. After the coarse dispersion has been prepared, the stable hydrocarbon-water dispersion is produced in the subsequent step.
Wie oben angeführt, umfasst der mindestens eine Fein-Dispergator mindestens eine erste Pumpe für eine erste Druckerhöhung im Zulauf der Kohlenwasserstoff-Wasser- Grobdispersion; das mindestens eine erste Ultraschall-Akustik-Durchfluss-Aggregat (UADA) und mindestens eine zweite Pumpe. As stated above, the at least one fine disperser comprises at least one first pump for a first pressure increase in the feed of the coarse hydrocarbon-water dispersion; the at least one first ultrasonic acoustic flow unit (UADA) and at least one second pump.
Die Kohlenwasserstoff-Wasser-Grobdispersion wird vor dem Eintritt in mindestens ein erstes Ultraschall-Akustik-Durchfluss-Aggregat (UADA) auf Drücke von bis zu 2,5 MPa, bevorzugt auf Drücke zwischen 0, MPa und 2 MPa, insbesondere bevorzugt zwischen 1 MPa und 1 ,5 MPa unter Verwendung einer ersten Pumpe gebracht. Der vor dem ersten UADA aufgebaute Vordruck kann z.B. zwischen 0,6 und 2,5 MPa liegen (Anspruch 16). The hydrocarbon-water coarse dispersion is, before entering at least one first ultrasonic acoustic flow unit (UADA), to pressures of up to 2.5 MPa, preferably to pressures between 0.1 MPa and 2 MPa, particularly preferably between 1 MPa and brought to 1.5 MPa using a first pump. The pre-pressure built up before the first UADA can, for example, be between 0.6 and 2.5 MPa (claim 16).
Die hierfür verwendete Pumpe kann für hochvolumenströmige Betankungsprozesse oder für kontinuierliche geringvolumenströmige Produktionsprozesse z.B. für Volumenströme zwischen 5 m3/h und 100 m3/h, bevorzugt zwischen 10 m3/h und 80 m3/h, insbesondere bevorzugt zwischen 20 m3/h und 60 m3/h ausgelegt sein. Typische Volumenströme können z.B. 6 m3/h; 20 m3/h und 100 m3/h sein. The pump used for this can be used for high-volume refueling processes or for continuous low-volume production processes, e.g. for volume flows between 5 m 3 / h and 100 m 3 / h, preferably between 10 m 3 / h and 80 m 3 / h, particularly preferably between 20 m 3 / h h and 60 m 3 / h. Typical volume flows can be, for example, 6 m 3 / h; 20 m 3 / h and 100 m 3 / h.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Anlage eine stromabwärts von dieser ersten Pumpe angeordnete Vorrichtung zum Messen des Wasseranteils in der Kohlenwasserstoff-Wasser-Grobdispersion auf. Diese Vorrichtung zum Messen der Feuchtigkeit kann in Form eines Bypasses ausgelegt sein, und ermöglicht bei Abweichungen vom gewünschten Wasseranteil eine Nachjustierung des Wasseranteils, z.B. über ein Regelventil aus der Wasserleitung. In a further preferred embodiment, the system has a device arranged downstream of this first pump for measuring the water content in the coarse hydrocarbon-water dispersion. This device for measuring the humidity can be designed in the form of a bypass, and allows in the event of deviations a readjustment of the water content of the desired water content, e.g. via a control valve from the water pipe.
Die Einstellung des Wasseranteils ist bevorzugt automatisiert, wodurch eine Inline- und genauere Wasserdosierung sowie eine Regelung des Volumenstromes und der Temperatur ermöglicht werden. Das sind Voraussetzungen für eine gleichbleibende Qualität der herzustellenden Dispersion. Weiterhin kann die Wassermenge im Brennstoff dadurch einfach variiert werden. Wichtig für die gleichbleibende Qualität sind die Wassermenge, Durchsatzmenge an Kohlenwasserstoff, die Temperatur und der Druck im Kavitationsbereich. The setting of the water content is preferably automated, which enables inline and more precise water metering as well as regulation of the volume flow and the temperature. These are prerequisites for a consistent quality of the dispersion to be produced. Furthermore, the amount of water in the fuel can be varied easily. The amount of water, the throughput of hydrocarbons, the temperature and the pressure in the cavitation area are important for consistent quality.
Zudem kann der Wasseranteil in der Dispersion variabel eingestellt und gemessen werden. Der Wasseranteil ist wichtig für die spätere Verwendung und Eigenschaften der Verbrennung und liegt in einem Bereich von 1 wt% bis 40 wt%, bevorzugt 5 bis 30 wt%, insbesondere bevorzugt bei 10-15 wt% (bezogen auf das Gesamtvolumen der herzustellenden Dispersion). In addition, the water content in the dispersion can be set and measured variably. The water content is important for the later use and properties of the combustion and is in a range from 1 wt% to 40 wt%, preferably 5 to 30 wt%, particularly preferably 10-15 wt% (based on the total volume of the dispersion to be produced) .
Der Vorrichtung zum Messen und Einstellen des Wasseranteils in der Kohlenwasserstoff- Wasser-Grobdispersion folgen stromabwärts weitere Messvorrichtungen (z.B. Sensoren) für Temperatur und Druck vor Eintritt in das erste Ultraschall-Akustik-Durchfluss-Aggregat (UADA). The device for measuring and adjusting the water content in the hydrocarbon-water coarse dispersion is followed downstream by further measuring devices (e.g. sensors) for temperature and pressure before entering the first ultrasonic-acoustic flow-through unit (UADA).
Erfindungsgemäß wird die Feindispersion in einem Ultraschall-Akustik-Durchflussaggregat (UADA) hergestellt, indem die Kavitation nicht aktiv eingebracht wird, sondern aufgrund der Strömungen im UADA entsteht. According to the invention, the fine dispersion is produced in an ultrasonic acoustic flow unit (UADA) in that the cavitation is not actively introduced, but rather arises due to the currents in the UADA.
Für die Einstellung der Kavitationsregime wird vor dem UADA-Modul (wie oben beschrieben) ein Vordruck zwischen 0,6 und 2,5 MPa und hinter dem UADA-Modul circa 0,06 MPa eingestellt. To set the cavitation regime, a pre-pressure between 0.6 and 2.5 MPa is set upstream of the UADA module (as described above) and approx. 0.06 MPa downstream of the UADA module.
Die Druckeinstellung der Feindispergierung am Ultraschall-Akustik-Durchfluss-Aggregat in dem Fein-Dispergator sollte somit folgendes Druck-Verhältnis aufweisen:
Figure imgf000016_0001
The pressure setting of the fine dispersion on the ultrasonic acoustic flow unit in the fine disperser should therefore have the following pressure ratio:
Figure imgf000016_0001
Hierdurch wird die Art, Stärke und Form der Kavitation im UADA beeinflusst. Je stärker die Kavitation ausgeprägt ist, desto geringer ist der Durchmesser der T röpfchen in der Dispersion. Nach der Feindispergierung kann eine weitere Überwachung und eventuelle Nachjustierung des Wasseranteiles, inline oder in Form eines Bypasses, erfolgen (analog zu dem oben beschriebenen). This influences the type, strength and form of cavitation in the UADA. The more pronounced the cavitation, the smaller the diameter of the droplets in the dispersion. After the fine dispersion, further monitoring and possible readjustment of the water content can take place, inline or in the form of a bypass (analogous to that described above).
Die Feindispersion kann aus der Anlage abgeführt werden. In diesem Fall handelt es sich vorliegend um ein zweistufiges Verfahren zur Fierstellung der stabilen Kohlenwasserstoff- Wasser-Dispersion durch Grobdispergierung (Vormischen zur Fierstellung des Gemisches) und Feindispergierung, wobei eine Erfassung der verfahrenstechnischen Regime der Ultraschall-Akustik-Durchfluss-Aggregate einen wesentlichen Beitrag liefert . The fine dispersion can be discharged from the system. In this case, the present case is a two-stage process for producing the stable hydrocarbon-water dispersion by coarse dispersion (premixing to produce the mixture) and fine dispersion, with a determination of the procedural regime of the ultrasonic-acoustic flow-through units making a significant contribution .
Alternativ kann die Feindispersion aber auch anschließend in die Ultrafeindispergierung überführt werden. Alternatively, however, the fine dispersion can also subsequently be converted into the ultrafine dispersion.
Ultrafeindisperqierunq Ultra fine dispersion
Wie oben bereits beschrieben, kann stromabwärts von der mindestens einen Einheit zur Fierstellung einer stabilen Kohlenwasserstoff-Wasser-Dispersion im Fein-Dispergator mindestens eine Einheit zur Fierstellung einer stabilen Kohlenwasserstoff-Wasser-Dispersion im Ultrafein-Dispergator angeordnet sein, wobei diese Einheit mindestens ein zweites Ultraschall-Akustik-Durchfluss-Aggregat (UADA) zur Fierstellung einer stabilen Kohlenwasserstoff-Wasser-Ultrafeindispersion mittels Kombination aus Thermischer und hydrodynamischer Kavitation umfasst (Anspruch 17). As already described above, downstream of the at least one unit for producing a stable hydrocarbon-water dispersion in the fine disperser, at least one unit for producing a stable hydrocarbon-water dispersion in the ultrafine disperser can be arranged, this unit at least a second Ultrasonic acoustic flow unit (UADA) for producing a stable hydrocarbon-water ultrafine dispersion by means of a combination of thermal and hydrodynamic cavitation (claim 17).
In einer Ausführungsform umfasst der Ultrafein-Dispergator mindestens eine Fleizvorrichtung, zur Erwärmung der unter Unterdrück fließenden Feindispersion, (stromabwärts) mindestens eine Pumpe für die Erzeugung des Unterdruckes in der Fleizvorrichtung und für eine Druckerhöhung im Zulauf der erwärmten Kohlenwasserstoff-Wasser-Feindispersion; (stromabwärts) mindestens ein zweites Ultraschall-Akustik-Durchfluss-Aggregat (UADA) und (stromabwärts) mindestens eine Pumpe zur Einstellung des Unterdruckes, was zur Einstellung, Variation und Steuerung der Kavitationsregime führt. In one embodiment, the ultrafine disperser comprises at least one meat device for heating the fine dispersion flowing under negative pressure, at least one pump (downstream) for generating the negative pressure in the meat device and for increasing the pressure in the inlet of the heated hydrocarbon-water fine dispersion; (downstream) at least one second ultrasonic acoustic flow unit (UADA) and (downstream) at least one pump for setting the negative pressure, which leads to the setting, variation and control of the cavitation regime.
Entsprechend kann somit ein dreistufiges Verfahren zur Fierstellung der ultrastabilen Kohlenwasserstoff-Wasser-Dispersion durch Grodispergierung, Feindispergierung sowie Ultrafeindispergierung bereitgestellt werden, wobei eine Erfassung der verfahrenstechnischen Regime der Ultraschall-Akustik-Durchfluss-Aggregate einen wesentlichen Beitrag liefern, wobei folgendes gilt: - das Verhältnis des Vordruckes vor dem UADA und des Untedruckes nach dem UADA im Fein-Dispergator liegt bei mindestens 10, gemäß
Figure imgf000018_0001
Accordingly, a three-stage process for producing the ultra-stable hydrocarbon-water dispersion by large-scale dispersion, fine dispersion and ultra-fine dispersion can be provided, with the recording of the procedural regime of the ultrasonic-acoustic flow-through units making a significant contribution, whereby the following applies: - the ratio of the pre-pressure before the UADA and the negative pressure after the UADA in the fine disperser is at least 10, according to
Figure imgf000018_0001
- das Verhältnis des Vordruckes vor dem UADA und des Druckes nach dem UADA des Unterdruckes im Ultrafein-Dispergators liegt bei mindestens 12, gemäß - the ratio of the pre-pressure before the UADA and the pressure after the UADA of the negative pressure in the ultrafine disperser is at least 12, according to
V ordruckvor UADA Preprint before UADA
Druckver hältnis uitrafein-Dispergator ~ j t ] > 12 Pressure ratio uit ra fein-Disp er g a t or ~ jt]> 12
Unter drucknach UADA Under pressure according to UADA
Die mindestens eine Heizvorrichtung besteht bevorzugt aus mindestens einer Heizpatrone. Es ist auch möglich mehrere Heizpatronen zu verwenden, die parallel eingeschaltet werden können. Die mindestens eine Heizpatrone besteht aus Heizmantel und Einschraubheizkörper. The at least one heating device preferably consists of at least one heating cartridge. It is also possible to use several heating cartridges that can be switched on in parallel. The at least one heating cartridge consists of a heating jacket and a screw-in heater.
Die Kohlenwasserstoff-Wasser-Feindispersion wird in der mindestens einen Heizvorrichtung, insbesondere einer Heizpatrone, auf bis zu 80 °C vor Eintritt in das mindestens zweite Ultraschall-Akustik-Durchfluss-Aggregat (UADA) erwärmt (Anspruch 18). The hydrocarbon-water fine dispersion is heated in the at least one heating device, in particular a heating cartridge, to up to 80 ° C. before entering the at least second ultrasonic acoustic flow unit (UADA) (claim 18).
Für die Herstellung der Ultrafeindispersion wird die Thermokavitation für die Verstärkung der Effektivität und Stabilität mit hydrodynamischer Kavitation kombiniert. Die Bedingungen für die Initiierung der Thermokavitation werden in einer Heizvorrichtung mit niedrigem Druck erzeugt. Durch die lokale Erwärmung in der Heizvorrichtung entstehen an der Oberfläche kleine Dampfblasen, die abgelöst durch die Strömung, in der Flüssigkeit durch eine Temperatursenkung wieder kollabieren. Diese Thermische Kavitation verstärkt die hydrodynamische Kavitation im nachfolgenden UADA und unterstützt somit die Durchmischung der Dispersion. For the production of the ultrafine dispersion, thermal cavitation is combined with hydrodynamic cavitation to increase effectiveness and stability. The conditions for initiating thermal cavitation are created in a low pressure heater. The local heating in the heating device creates small vapor bubbles on the surface, which are released by the flow and collapse again in the liquid as a result of a drop in temperature. This thermal cavitation intensifies the hydrodynamic cavitation in the downstream UADA and thus supports the mixing of the dispersion.
Der verfahrenstechnische Einsatz ist so aufgebaut, dass in der Heizvorrichtung Unterdrück herrscht. Für die Initiierung der Ultraschallkavitation im nachfolgenden UADA erfolgt ein erneuter Druckaufbau vor dem UADA und die Einstellung des Unterdruckes hinter dem UADA. Durch den Synergismus der Wirkung der Thermo- und hydrodynamischen Kavitation werden ideale Bedingungen zur Herstellung der standstabilen und ultrafeinen Kohlenwasserstoff- Wasser-Dispersion geschaffen. The procedural insert is designed in such a way that there is negative pressure in the heating device. For the initiation of the ultrasonic cavitation in the downstream UADA, a renewed pressure build-up takes place in front of the UADA and the setting of the negative pressure behind the UADA. The synergism of the effect of thermodynamic and hydrodynamic cavitation creates ideal conditions for the production of the stable and ultra-fine hydrocarbon-water dispersion.
Wie bereits oben angedeutet, ist stromabwärts vom zweiten UADA mindestens eine weitere Pumpe für die Steuerung der Kavitationsregime vorgesehen. Gleichzeitig dient diese weitere Pumpe zur Förderung der gebildeten Kohlenwasserstoff-Wasser-Dispersion zur Abführleitung und weitergehend zur Messstrecke sowie zu den Lagertanks. Diese Pumpe ist auch mit einem Pumpenschutz ausgerüstet, der aus einem Unterdrucksensor vor und einem Überdrucksensor hinter der Pumpe besteht. As already indicated above, at least one further pump is provided downstream of the second UADA for controlling the cavitation regime. At the same time, this additional pump serves to convey the hydrocarbon-water dispersion formed to the discharge line and further to the measuring section and to the storage tanks. This pump is also equipped with a pump protection, which consists of a negative pressure sensor in front of and an overpressure sensor behind the pump.
Des Weiteren ist stromabwärts von der mindestens einen zusätzlichen Pumpe zur Förderung der gebildeten Kohlenwasserstoff-Wasser-Dispersion mindestens ein Filter vorgesehen. Der Filter ist insbesondere vor der Messstrecke angeordnet, um grobe Partikel herauszufiltern und so sensible Sensoren in der Messstrecke zu schützen. Vor und hinter dem Filter sind Drucksensoren eingebaut, die es erlauben den Differenzdruck zu messen, um ein Verstopfen des Filters frühzeitig zu erkennen. Furthermore, at least one filter is provided downstream of the at least one additional pump for conveying the hydrocarbon-water dispersion formed. The filter is arranged in particular in front of the measuring section in order to filter out coarse particles and thus protect sensitive sensors in the measuring section. Pressure sensors are installed in front of and behind the filter, which allow the differential pressure to be measured in order to detect clogging of the filter at an early stage.
Die erwähnte Messtrecke dient der Erfassung von Temperatur, Druck und Volumenstrom der gebildeten Kohlenwasserstoff-Wasser-Dispersion. The aforementioned measuring section is used to record the temperature, pressure and volume flow of the hydrocarbon-water dispersion formed.
Hinter der Messstrecke ist ein Abzweig vorgesehen, der es ermöglicht beim An- und Abfahrprozess der Anlage die Dispersion in einem inneren Kreis über die UADA-Module zu führen. Eine eingebaute Steuertechnik ermöglicht eine gleitende Umschaltung von der inneren Rezirkulation zur Produktion. Die Rezirkulationsleitung ist zudem mit einem Rückschlagventil, einem Drucksensor und einem Volumenstromwächter ausgerüstet. A branch is provided behind the measuring section, which makes it possible to guide the dispersion in an inner circle over the UADA modules during the start-up and shutdown process of the system. A built-in control technology enables a smooth switchover from internal recirculation to production. The recirculation line is also equipped with a check valve, a pressure sensor and a volume flow monitor.
Mit dem vorliegenden Verfahren kann eine stabile Kohlenwasserstoff-Wasser-Dispersion mit einer Wassertröpfchengröße von weniger als 10 pm bei einem Wasseranteil von 1 bis 50 wt%, bevorzugt 5 bis 30 wt%, insbesondere bevorzugt bei 10 bis 15 wt% (bezogen auf die Gesamtmasse der herzustellenden Dispersion) hergestellt werden. With the present method, a stable hydrocarbon-water dispersion with a water droplet size of less than 10 μm with a water content of 1 to 50 wt%, preferably 5 to 30 wt%, particularly preferably 10 to 15 wt% (based on the total mass the dispersion to be produced).
Die ultrafeine Dispergierung kann technologisch entweder nach der Grobdispergierung oder nach der Feindispergierung realisiert werden. Trennverfahren The ultrafine dispersion can be achieved technologically either after the coarse dispersion or after the fine dispersion. Separation process
In einem weiteren vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist dem Trenn-Dispergator (Einheit identisch wie der Fein-Dispergator aufgebaut, jedoch entweder ohne oder mit im UADA-Körper integriertem Vormischer - Grob-Dispergator) mindestens einen Separationstank zum Auftrennen der leicht in mindestens zwei Phasen trennbaren Wasser-Kohlenwasserstoff- Dispersion (Trenndispersion) in Kohlenwasserstoff und Wasser nachgeschaltet (Anspruch 20). In a further fourth aspect of the present invention, the separating disperser (unit constructed identically to the fine disperser, but either without or with a premixer - coarse disperser integrated in the UADA body) has at least one separation tank for separating the easily into at least two phases separable water-hydrocarbon dispersion (separating dispersion) in hydrocarbon and water connected downstream (claim 20).
In diesem Fall wird eine Anlage zur T rennung einer Wasser-Kohlenstoffwasserstoff-Dispersion bereitgestellt, wobei die Anlage folgende Elemente umfasst: In this case, a system for separating a water-carbon-hydrogen dispersion is provided, the system comprising the following elements:
- mindestens eine Einheit zur Herstellung einer Wasser-Kohlenwasserstoff- Trenndispersion, wobei diese Einheit mindestens ein erstes Ultraschall-Akustik-Durchfluss- Aggregat zur Herstellung einer Wasser-Kohlenwasserstoff-Trenndispersion mittels hydrodynamischer Kavitation umfasst und - At least one unit for producing a water-hydrocarbon separating dispersion, this unit comprising at least one first ultrasonic acoustic flow-through unit for producing a water-hydrocarbon separating dispersion by means of hydrodynamic cavitation and
- mindestens einen Separationstank zum Auftrennen der Wasser-Kohlenwasserstoff- Trenndispersion in Kohlenwasserstoff und Wasser. - At least one separation tank for separating the water-hydrocarbon separating dispersion into hydrocarbon and water.
Das in solch einer Anlage durchführbare Verfahren zur Trennung einer Wasser- Kohlenstoffwasserstoff-Dispersion umfasst die folgenden Schritte: The process for separating a water-carbon-hydrogen dispersion that can be carried out in such a plant comprises the following steps:
- Bereitstellen von mindestens einer in mindestens zwei Phasen trennbaren Wasser- Kohlenwasserstoff-Mischung (Verschmutzung aus Havarieorten) und - Provision of at least one water-hydrocarbon mixture that can be separated into at least two phases (pollution from accident sites) and
- Herstellen einer leicht in mindestens zwei Phasen trennbaren Wasser- Kohlenwasserstoff-Dispersion in mindestens einer Einheit zur Herstellung einer Wasser- Kohlenwasserstoff-Trenndispersion, wobei diese Einheit mindestens ein erstes Ultraschall- Akustik-Durchfluss-Aggregat (UADA) zur Herstellung einer Wasser-Kohlenwasserstoff- Trenndispersion mittels hydrodynamischer Kavitation umfasst und - Production of a water-hydrocarbon dispersion easily separable into at least two phases in at least one unit for the production of a water-hydrocarbon separation dispersion, this unit having at least one first ultrasonic acoustic flow-through unit (UADA) for the production of a water-hydrocarbon Separating dispersion by means of hydrodynamic cavitation includes and
- Einleiten der gebildeten und leicht in mindestens zwei Phasen trennbaren Wasser- Kohlenwasserstoff-Dispersion in mindestens einen Separationstank zum Auftrennen der Wasser-Kohlenwasserstoff-Trenndispersion in Kohlenwasserstoff und Wasser (Anspruch 10). - Introducing the water-hydrocarbon dispersion formed and easily separable into at least two phases into at least one separation tank for separating the water-hydrocarbon separating dispersion into hydrocarbon and water (claim 10).
Bei der Anwendung der Technologie als Trennverfahren beträgt der Anteil von Medium 1 als einem kohlenwasserstoffhaltigen Medium der Wasser-Kohlenwasserstoff-Trenndispersion unter 50 wt%. Der effektive Anteil von Medium 2 als Wasser bei Trennverfahren beträgt über 50 wt%. When the technology is used as a separation process, the proportion of medium 1 as a hydrocarbon-containing medium is the water-hydrocarbon separation dispersion below 50 wt%. The effective proportion of medium 2 as water in separation processes is over 50 wt%.
Für die Initiierung der Phasentrennung wird eine Trenndispersion mit einem angestrebten Wasseranteil von über 60 wt% hergestellt. To initiate the phase separation, a separation dispersion with a desired water content of over 60 wt% is produced.
Das einstufige Verfahren zur Reinigung umfasst demnach die Herstellung der Wasser- Kohlenwasserstoff-Trenndispersion durch Dispergierung im Trenn-Dispergator, am Ultraschall-Akustik-Durchfluss-Aggregat, wobei folgendes gilt: a) Festlegung der einstufigen Fierstellung mit Druckeinstellung der Dispergierung am Ultraschall-Akustik-Durchfluss-Aggregat des Druck-Verhältnisses: The one-step process for cleaning accordingly comprises the production of the water-hydrocarbon separating dispersion by dispersing it in the separating disperser on the ultrasonic-acoustic flow-through unit, whereby the following applies: Flow unit of the pressure ratio:
Vordruckvor UADA Form before UADA
DruckverhältnisDispergierung = > 12 Unter drucknach UADA Dispersion pressure ratio => 12 negative pressure according to UADA
Die Trenndispersion wird zur anschließenden Separierung gelagert, bis sich die mindestens zwei Phasen der Ursprungsmedien trennen. Die Phasenbildung erfolgt mittels Koaleszenz der Kohlenwasserstoff-Tröpfchen. Dadurch entstehen die Aggregate der Kohlenwasserstoff- Tröpfchen. Gemäß der Stokesschen Gleichung zwingt die Schwerkraft die Kohlenwasserstoff- Aggregate eine Kohlenwasserstoff-Phase zu bilden. Nach der Separierung werden die getrennten Medien wiederverwertet. The separating dispersion is stored for subsequent separation until the at least two phases of the original media separate. The phase formation takes place by means of coalescence of the hydrocarbon droplets. This creates the aggregates of the hydrocarbon droplets. According to Stokes's equation, gravity forces the hydrocarbon aggregates to form a hydrocarbon phase. After separation, the separated media are recycled.
Bei der Verwendung der Technologie als Trennverfahren, speziell der Trenndispergierung, liegt der optimale Wasseranteil über 60 wt%. Die dadurch gebildete Wasser- Kohlenwasserstoff-Dispersion weist Instabilität auf. Die Mobilität der Trennanlage ermöglicht das Havariemedium, verschmutztes Wasser, direkt in den Trenn-Dispergatorzur Herstellung der Wasser-Kohlenwasserstoff-Trenndispersion und anschließend zur Phasentrennung zu führen. Diese erlaubt die Verwendung der Technologie als Trennverfahren am Havarieort. Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Anlage ist deren modularer Aufbau, der mehrere Kombinationen bezüglich Anlage und Verfahrensdurchführung ermöglicht. When using the technology as a separation process, especially separation dispersion, the optimal water content is over 60 wt%. The water-hydrocarbon dispersion thus formed shows instability. The mobility of the separation system enables the emergency medium, contaminated water, to be fed directly into the separation disperser for the production of the water-hydrocarbon separation dispersion and then for phase separation. This allows the technology to be used as a separation process at the accident site. An essential aspect of the present system is its modular structure, which enables several combinations in terms of system and process implementation.
Einzelmodule: Individual modules:
- Grob-Dispergator, - coarse disperser,
- Fein-Dispergator, bestehend aus einem Grob-Dispergator (Vormischer), einem UADA-Modul und jeweils vor- und nachgeschalteter Pumpe, - Fine disperser, consisting of a coarse disperser (premixer), a UADA module and upstream and downstream pumps,
- Ultrafein-Dispergator, bestehend aus Heizvorrichtung, erster Pumpe, UADA-Modul, zweiter Pumpe. - Ultrafine disperser, consisting of heating device, first pump, UADA module, second pump.
Insbesondere der Fein-Dispergator ist einzeln einsetzbar. In particular, the fine disperser can be used individually.
Kombination der Einzelmodule: Combination of the individual modules:
- Fein-Dispergator; - fine dispersant;
- Fein-Dispergator mit vorgeschaltetem Grob-Dispergator; - Fine disperser with upstream coarse disperser;
- Fein-Dispergator mit nachgeschaltetem Ultrafein-Dispergator, wobei der Aufbau wie folgt ist: erste Pumpe- erstes UADA - Heizvorrichtung- zweite Pumpe zweites UADA - dritte Pumpe; d.h. es kann bei einer Kombination von Fein-Dispergator und Ultrafein-Dispergator auf eine Pumpe nach dem ersten UADA verzichtet werden; - Fine disperser with downstream ultrafine disperser, the structure being as follows: first pump - first UADA - heating device - second pump, second UADA - third pump; i.e. with a combination of fine disperser and ultrafine disperser there is no need for a pump after the first UADA;
- Fein-Dispergator - Separationstank. - Fine disperser - separation tank.
Daraus ergeben sich folgende mögliche Verfahrensvarianten: This results in the following possible process variants:
- einstufiges Verfahren bei singulärer Verwendung von Fein-Dispergator; - one-step process with single use of fine dispersant;
- einstufiges Verfahren aus Feindispergierung mit vorgeschalteter Grobdispergierung;- One-stage process consisting of fine dispersion with upstream coarse dispersion;
- zweistufiges-Verfahren aus Feindispergierung und anschließender Feindispergierung; - two-stage process consisting of fine dispersion and subsequent fine dispersion;
- einstufiges Trennverfahren mittels Trenndispergierung und anschließender Phasentrennung. - One-stage separation process by means of separation dispersion and subsequent phase separation.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend im Detail an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Es zeigen: Figur 1 Dampfdruckkurve von Wasser The present invention is explained in detail below using an exemplary embodiment with reference to the figures. Show it: Figure 1 vapor pressure curve of water
Figur 2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dispersions-Anlage; FIG. 2 shows a schematic representation of a first embodiment of the dispersion plant according to the invention;
Figur 3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Grob-Figure 3 is a schematic representation of an embodiment of a coarse
Dispergators; Dispersants;
Figur 4 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Fein-Dispergators; FIG. 4 shows a schematic representation of an embodiment of a fine disperser;
Figur 5 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Ultrafein-Figure 5 is a schematic representation of an embodiment of an ultrafine
Dispergators; Dispersants;
Figur 6 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trenn- Dispergators; FIG. 6 shows a schematic representation of an embodiment of the separating disperser according to the invention;
Figur 7 eine detaillierte Darstellung eines erfindungsgemäß verwendeten Ultraschall- Akustik-Durchfluss-Aggregates; und FIG. 7 shows a detailed representation of an ultrasound acoustic flow unit used according to the invention; and
Figur 8 eine detaillierte Ansicht einer in dem Aggregat der Figur 7 verwendeten akustischen Platte. FIG. 8 is a detailed view of an acoustic panel used in the assembly of FIG.
Anlage zur Herstellung einer stabilen Kohlenwasserstoff-Wasser-Dispersion Plant for the production of a stable hydrocarbon-water dispersion
Figur 2 zeigt die schematische Darstellung einer Dispersionsanlage. Die Gesamtanlage unterteilt sich in drei verschiedene Bereiche: den Grob-Dispergator, den Fein-Dispergator und den Ultrafein-Dispergator. Figure 2 shows the schematic representation of a dispersion plant. The overall system is divided into three different areas: the coarse disperser, the fine disperser and the ultrafine disperser.
Hauptbaustein der Anlage ist das Ultraschall-Akustik-Durchfluss-Aggregat (UADA). The main component of the system is the ultrasonic acoustic flow unit (UADA).
Ein UADA ist immer für eine bestimmte Durchflussrate (6 m3/h; 20 m3/h und 100 m3/h) ausgelegt. A UADA is always designed for a specific flow rate (6 m 3 / h; 20 m 3 / h and 100 m 3 / h).
Der Aufbau des UADA-Moduls ist in Figur 7 dargestellt. Das Modul besteht aus Zulauf, Vorschallkammer, Schallkammer, Ultraschallkammer und Ablauf. Die Akustische Platte, in Figur 8 dargestellt, befindet sich in der Vorschallkammer und ist aus der axialen Ringkammer und tangentialen Wirbelrillen aufgebaut. In der Schallkammer befinden sich Wirbelrohre, die mit konischen Wirbelkörpern gefüllt sind. Die Wirbelrohre münden in der Ultraschallkammer, welche mit dem Ablauf verbunden ist. The structure of the UADA module is shown in FIG. The module consists of an inlet, pre-acoustic chamber, acoustic chamber, ultrasonic chamber and outlet. The acoustic plate, shown in FIG. 8, is located in the pre-acoustic chamber and is made up of the axial annular chamber and tangential vortex grooves. In the sound chamber there are vortex tubes that are filled with conical vertebral bodies. The vortex tubes open into the ultrasonic chamber, which is connected to the drain.
Zum Schutz der Dispersionsanlage werden zwischen Grob- und Fein-Dispergator und nach dem Ultrafein-Dispergator Filter eingebaut. To protect the dispersion system, filters are installed between the coarse and fine disperser and after the ultrafine disperser.
Grob-Dispergator: Im Bereich Grob-Dispergator (Figur 3) besteht die Anlage aus mindestens zwei Zufuhrleitungen für zwei verschiedene Medien mit je einem Wärmeübertrager, einer Einstellapparatur für das Medienverhältnis und einem Vormischer. Die Temperatur der Medien ist über die Steuertechnik der Anlage regelbar. Coarse disperser: In the coarse disperser area (Figure 3), the system consists of at least two feed lines for two different media, each with a heat exchanger, a device for adjusting the media ratio and a premixer. The temperature of the media can be regulated via the control technology of the system.
Mit Hilfe der Regeltechnik wird das Medienverhältnis automatisiert eingestellt und überwacht. Diese wird in den Anlagenbereich Fein-Dispergator überführt. Der Grob-Dispergator ist die Vorstufe vom Fein-Dispergator. With the help of the control technology, the media ratio is automatically set and monitored. This is transferred to the fine disperser plant area. The coarse disperser is the preliminary stage of the fine disperser.
Fein-Dispergator: Der Bereich Fein-Dispergator in Figur 4 besteht aus zwei Pumpen (Vordruck- und Unterdruckpumpe), dem von diesen Pumpen eingeschlossenen UADA und der dazugehörigen Steuertechnik. Nach dem Fein-Dispergator folgt der Ultrafein-Dispergator.Fine disperser: The fine disperser area in Figure 4 consists of two pumps (pre-pressure and vacuum pump), the UADA enclosed by these pumps and the associated control technology. After the fine disperser comes the ultrafine disperser.
Ultrafein-Dispergator: Der Ultrafein-Dispergator, in Figur 5 dargestellt, besteht aus einer Heizvorrichtung, zwei Pumpen (Vordruck- und Unterdruckpumpe) und dem von diesen eingeschlossenen UADA. Ultrafine disperser: The ultrafine disperser, shown in FIG. 5, consists of a heating device, two pumps (pre-pressure and vacuum pump) and the UADA enclosed by these.
Die Ausführung der Heizvorrichtung (Heizpatrone) besteht aus einem durchströmten Heizmantel mit integriertem Einschraubheizkörper. The design of the heating device (heating cartridge) consists of a heating jacket with an integrated screw-in heater.
Die Auswertung der Ergebnisse erfolgt mittels Onlineviskosimeter über drei Messstellen nach dem Grob-Dispergator, Fein-Dispergator und Ultrafein-Dispergator. The results are evaluated using an online viscometer via three measuring points after the coarse disperser, fine disperser and ultrafine disperser.
Rezirkulation: Hinter der Messstrecke ist ein Abzweig vorgesehen, der es ermöglicht beim An- und Abfahrprozess der Anlage die Dispersion in einem inneren Kreis über die UADA- Aggregate zu führen. Die Steuerung ermöglicht eine gleitende Umschaltung von der inneren Rezirkulation zur Produktion. Recirculation: A branch is provided behind the measuring section, which enables the dispersion to be conducted in an inner circle over the UADA units during the start-up and shutdown process of the system. The control enables a smooth switchover from internal recirculation to production.
Die Dispersions-Anlage dient der Mischung von mindestens zwei unterschiedlichen vortemperierten Medien. Im ersten Schritt erfolgt die grobe physikalische Vormischung. Der zweite Schritt umfasst die Feindispergierung basierend auf der hydrodynamischen und Super- Kavitation. In Kombination von Thermo-, hydrodynamischer und Super-Kavitation wird die Dispersion im letzten Schritt tiefgreifend verfeinert. The dispersion system is used to mix at least two different preheated media. The first step is the rough physical premixing. The second step involves fine dispersion based on the hydrodynamic and super- Cavitation. In a combination of thermo-, hydrodynamic and super-cavitation, the dispersion is refined in the last step.
Trennanlaae zur Herstellung einer phasenbildenden Dispersion Separation systems for the production of a phase-forming dispersion
Im Havariefall am Wasser wird die Anlage für die Trennung der Medien verwendet. In the event of a water disaster, the system is used to separate the media.
Die Anlage, wie in Figur 6 dargestellt, besteht aus zwei Pumpen (Vordruck- und Unterdruckpumpe), dem von diesen Pumpen eingeschlossenen UADA und der dazugehörigen Steuertechnik. The system, as shown in Figure 6, consists of two pumps (pre-pressure and vacuum pump), the UADA enclosed by these pumps and the associated control technology.
Die Anlage wird durch einen Sammeltank, in welchem sich die havarierte Dispersion befindet, gespeist. Hinter der Anlage befindet sich der Separationstank, welcher mit mindestens zwei Tanks (z.B. Öl- und Wassertank) für mindestens zwei bereits getrennte Medien angeschlossen ist. In den Tanks erfolgt anschließend die Qualitätskontrolle (Reinheitskontrolle). The system is fed by a collecting tank in which the damaged dispersion is located. The separation tank is located behind the system, which is connected to at least two tanks (e.g. oil and water tank) for at least two already separated media. The quality control (purity control) then takes place in the tanks.
Die Trennanlage dient der Separierung des Wasser-Kohlenwasserstoff-Gemsiches an Havarieorten und ist identisch zum Feindispergierungsbereich aufgebaut. The separation system is used to separate the water-hydrocarbon mixture at disaster sites and is constructed identically to the fine dispersion area.
Ausführunqsbeispiel 1 Embodiment example 1
Das Prinzip der Dispersionserzeugung basiert darauf, dass ein Gemisch aus Kraftstoff und Wasser in einem dafür entwickelten UADA (Ultraschall-Akustik-Durchfluss-Aggregat) durch spezielle Düsen gepresst wird. Die dabei entstehenden Strömungsgeschwindigkeiten begünstigen die Entstehung von Kavitation. Es entsteht eine sehr feintröpfige, stabile Dispersion, welche brennbar ist. The principle of dispersion generation is based on the fact that a mixture of fuel and water is pressed through special nozzles in a UADA (ultrasonic acoustic flow unit) developed for this purpose. The resulting flow velocities favor the development of cavitation. The result is a very fine, stable dispersion which is flammable.
Das UADA-Modul kann eingangsseitig durch Handabsperrarmaturen und ausgangsseitig durch Handabsperrarmaturen manuell abgesperrt werden. Zusätzlich sind am Eingang folgende Sicherheitsschließventile eingebaut, die bei einer gravierenden Störung die Anlage automatisch abriegeln. Am Ausgang sind Sicherheitsventile eingebaut, die bei einer gravierenden Störung die Module vom Tanklager trennen. The UADA module can be shut off manually on the inlet side with manual shut-off valves and on the outlet side with manual shut-off valves. In addition, the following safety shut-off valves are installed at the entrance, which automatically shut off the system in the event of a serious malfunction. Safety valves are installed at the outlet, which separate the modules from the tank farm in the event of a serious malfunction.
Die Sicherheitsabsperrventile trennen im Fall des NOT-Aus, Brand, Stromausfall und unvorhergesehenen kritischen Betriebszuständen automatisch das UADA-Modul von den restlichen Anlagenbereichen. Das UADA-Modul beginnt hinter der Kraftstoffzuführungsleitung in der Temperatur und Volumenstrom des Eduktes gemessen werden. Die fortführende Kraftstoffleitung ist mit einer Rückschlagklappe versehen, die einen Rückfluss zum Eduktlager verhindert. Weiterhin ist nach der Rezirkulationsleitung ein Temperatursensor zur Überwachung des Stockpunktes und Flammpunktes eingebaut. Anschließend ist ein Filter installiert, um Schmutzpartikel von der Anlage fernzuhalten. Vor und hinter dem Filter ist je ein Drucksensor installiert, um einen zu großen Druckabfall detektieren zu können. Sollte dieser zu hoch ansteigen, muss der Filter gewechselt oder gereinigt werden. Anschießend ist ein Wärmeübertrager mit Bypass eingebaut. Dieser soll die Temperatur im Eingang anpassen und auf die gewünschten Werte bringen (bei den Flamm- und Zündpunkttemperaturen sind die aktuellen Sicherheitsaufschläge zu beachten). Diese angepasste Temperatur wird vom Temperaturgeber kontinuierlich überprüft. The safety shut-off valves automatically separate the UADA module from the rest of the system in the event of an emergency stop, fire, power failure and unforeseen critical operating conditions. The UADA module begins behind the fuel supply line in which the temperature and volume flow of the educt are measured. The fuel line that continues is provided with a non-return valve that prevents backflow to the educt store. Furthermore, a temperature sensor for monitoring the pour point and flash point is installed after the recirculation line. A filter is then installed to keep dirt particles away from the system. A pressure sensor is installed in front of and behind the filter in order to be able to detect an excessive pressure drop. If this rises too high, the filter must be changed or cleaned. A heat exchanger with bypass is then installed. This should adjust the temperature in the input and bring it to the desired values (the current safety surcharges must be observed for the flash and ignition point temperatures). This adjusted temperature is continuously checked by the temperature sensor.
Im nachfolgenden Vormischer wird der Ölstrom mit dem Wasseranteil grob vorgemischt. In the following premixer, the oil flow is roughly premixed with the water content.
Das entsalzte (entionisierte) Wasser wird aus der Wasseraufbereitung über separate Leitungen dem Prozess zugeführt. Mit dem Regelventil wird die Wasserzugabe dosiert. Der Volumenstrom und die Temperatur des Wassers werden gemessen und aufgezeichnet. Das Wasser kann mit dem eingebauten Wärmeübertrager an die Temperatur des Kohlenwasserstoffes angepasst werden. Zur Temperaturüberwachung gibt es hinter dem Wärmeübertrager einen weiteren Temperaturgeber. Bevor das Wasser zum Vormischer gelangt ist ein Rückschlagventil eingebaut, welches das Eindringen von Kohlenwasserstoff in die Wasserleitung verhindern soll. The desalinated (deionized) water is fed into the process from the water treatment via separate lines. The addition of water is dosed with the control valve. The volume flow and the temperature of the water are measured and recorded. The water can be adjusted to the temperature of the hydrocarbon with the built-in heat exchanger. There is another temperature sensor behind the heat exchanger for temperature monitoring. Before the water reaches the premixer, a non-return valve is installed to prevent hydrocarbons from entering the water pipe.
Hinter dem Vormischer werden die Gemisch-Temperatur und der resultierende Druck gemessen, um abweichende Betriebszustände zu erkennen. Anschießend kommt die Mischung in die erste Druckerhöhung. Hier wird der Druck auf bis zu 2,5 MPa angehoben. Für eine genaue Überwachung des Wasseranteiles, wird hinter der Pumpe in einem Bypass die Feuchtigkeit gemessen. Bei Abweichungen vom gewollten Wasseranteil, wird über das Regelventil aus der Wasserleitung nachjustiert. Bevor die Mischung in das erste Ultraschall- Akustik-Durchfluss-Aggregat (UADA) kommt, werden die Temperatur und der Druck gemessen und aufgezeichnet. In diesem UADA wird die Dispersion hergestellt, dabei fällt der durch die Druckerhöhung aufgebaute Druck vollständig ab. Hinter dem UADA werden die Temperatur und der Druck gemessen und aufgezeichnet. Anschließend ist eine Heizpatrone mit einem Temperaturgeber eingebaut, um hinter dem UADA eine nachfolgende thermische Kavitation aufbauen zu können. Danach folgt die zweite Druckerhöhung. Eine zusätzliche Funktion der zweiten Druckerhöhung ist die Einstellung des Unterdruckes hinter dem ersten UADA. Das hat einen signifikanten Einfluss auf die Art, Stärke und Form der Kavitation im ersten UADA. Optimal arbeitet das erste UADA, wenn der Druck dahinter bei 0,05 MPa eingestellt wird. Die Pumpe der zweiten Druckerhöhung ist mit einem Drucksensor für die Überwachung des Unterdruckes vor und einem Drucksensor für die Überwachung des Überdruckes hinter dem UADA ausgestattet. Das erlaubt es, die Anlage gezielt in dem erforderlichen Unterdrück und Überdruck zu fahren. Die in diesem Streckenabschnitt eingebauten Drucksensoren geben einen Alarm, bevor ein kritischer Unter- bzw. Überdruck entsteht. Somit kann die Steuerung diesem Ereignis entgegenwirken. After the premixer, the mixture temperature and the resulting pressure are measured in order to identify deviating operating conditions. The mixture then comes into the first pressure increase. Here the pressure is increased to up to 2.5 MPa. For precise monitoring of the water content, the humidity is measured in a bypass behind the pump. If there are deviations from the desired water content, readjustment is carried out via the control valve from the water pipe. Before the mixture enters the first ultrasonic acoustic flow unit (UADA), the temperature and pressure are measured and recorded. The dispersion is produced in this UADA, and the pressure built up by the pressure increase drops completely. The temperature and pressure are measured and recorded behind the UADA. A heating cartridge with a temperature sensor is then installed in order to be able to build up a subsequent thermal cavitation behind the UADA. This is followed by the second pressure increase. An additional function of the second pressure increase is the setting of the negative pressure behind the first UADA. This has a significant influence on the type, strength and form of cavitation in the first UADA. The first UADA works optimally when the pressure behind it is set at 0.05 MPa. The pump for the second pressure increase is equipped with a pressure sensor for monitoring the negative pressure in front of the UADA and a pressure sensor for monitoring the overpressure behind the UADA. This makes it possible to run the system in a targeted manner with the required negative and positive pressure. The pressure sensors built into this section of the route give an alarm before a critical negative or positive pressure arises. The control can thus counteract this event.
Im Anschluss folgt eine weitere Pumpe. Diese soll die entstandene Dispersion weiter über die Messstrecke zu den Lagertanks befördern. Diese Pumpe ist auch mit einem Pumpenschutz ausgerüstet, der wieder aus einem Drucksensor für die Überwachung des Unterdruckes vor und einem Drucksensor für die Überwachung des Überdruckes hinter der Pumpe besteht. This is followed by another pump. This is supposed to transport the resulting dispersion over the measuring section to the storage tanks. This pump is also equipped with a pump protection, which again consists of a pressure sensor for monitoring the negative pressure in front of and a pressure sensor for monitoring the overpressure behind the pump.
Bevor die Messstrecke folgt, ist ein Filter eingebaut, der sicherstellen soll, dass keine groben Partikel in die Messstrecke gelangen und somit die sensiblen Sensoren schützt. Vor und hinter dem Filter sind Drucksensoren eingebaut, die es erlauben den Differenzdruck zu messen, um ein Verstopfen des Filters frühzeitig zu erkennen. In der Messstrecke werden folgende Daten erfasst: die Temperatur, der Druck, der Volumenstrom. Before the measuring section follows, a filter is installed to ensure that no coarse particles get into the measuring section and thus protect the sensitive sensors. Pressure sensors are installed in front of and behind the filter, which allow the differential pressure to be measured in order to detect clogging of the filter at an early stage. The following data is recorded in the measuring section: the temperature, the pressure, the volume flow.
Hinter der Messstrecke ist ein Abzweig, der es ermöglicht beim An- und Abfahrprozess die Dispersion im inneren Kreis über die UADA-Module zu fahren. Dazu ist das Regelventil eingebaut. Dieses ermöglicht eine gleitende Umschaltung von der inneren Rezirkulation zur Produktion. Das Regelventil ist mit einem Rückschlagventil gepaart, um ein Vermischen von Fehlchargen bei Rezirkulation aus dem Produktlager aus der Leitung und fertiger Dispersion aus der Leitung zu unterbinden. Behind the measuring section there is a branch that enables the dispersion in the inner circle to be run over the UADA modules during the start-up and shutdown process. The control valve is built in for this purpose. This enables a smooth switchover from internal recirculation to production. The control valve is paired with a check valve in order to prevent mixing of faulty batches in the event of recirculation from the product store from the line and finished dispersion from the line.
Die Rezirkulationsleitung ist mit einem Rückschlagventil, einem Drucksensor und einem Volumenstromwächter ausgerüstet. The recirculation line is equipped with a check valve, a pressure sensor and a volume flow monitor.
Ausführungsbeispiel 2: Verfahren zur Fierstellung der Dispersion Beispiel 1 : Lagertank, Grob-Dispergator, Fein-Dispergator, Produkttank Beispiel 2: Lagertank, Grob-Dispergator, Fein-Dispergator, Ultrafein-Dispergator, Produkttank Ausführungsbeipiel 3: Trennverfahren Embodiment 2: Method for making the dispersion Example 1: Storage tank, coarse disperser, fine disperser, product tank Example 2: Storage tank, coarse disperser, fine disperser, ultrafine disperser, product tank Example 3: Separation process
Beispiel 3: Sammeltank, Fein-Dispergator, Öltank und Wassertank. Example 3: Collection tank, fine disperser, oil tank and water tank.
Berechnungsbeispiele Calculation examples
Dem Berechnungsbeispiel wurden folgende Daten zugrunde gelegt: Produktionszeit = 5 h Medium 1 : Ölvorrat 45 m3 The calculation example was based on the following data: Production time = 5 h Medium 1: Oil supply 45 m 3
Bunkeröl IFO 180 - 3,5 % Bunker oil IFO 180 - 3.5%
Viskosität 180 mm2/s (DIN EN ISO 3104) Viscosity 180 mm 2 / s (DIN EN ISO 3104)
Flammpunkt 60 °C Flash point 60 ° C
Medium 2: Wasservorrat 10 % = 5 m3 Dispergierungstemperatur T = 50 °C Medium 2: water supply 10% = 5 m 3 dispersion temperature T = 50 ° C
Druckeinstellung am Fein-Dispergator / Ultrafein-Dispergator: V ordruckMinimum = 6 bar (variabel) Pressure setting on the fine disperser / ultrafine disperser: Minimum pre-pressure = 6 bar (variable)
Unterdrück = 0,5 bar (konstant)
Figure imgf000028_0001
Druckverhältnis 12
Negative pressure = 0.5 bar (constant)
Figure imgf000028_0001
Pressure ratio 12
- Fierstellung von 50 m3 einer 10 % igen wasserhaltigen Dispersion - Positioning of 50 m 3 of a 10% aqueous dispersion
- Temperierung Medium 1 und Medium 2 auf Dispergierungstemperatur - Tempering medium 1 and medium 2 to dispersion temperature
- Einstellung der Durchflussmenge je Medium: Medium 1 , Medium 2 - Setting the flow rate per medium: medium 1, medium 2
- Einstellung der Durchflussmenge Dispersion 10 m3/h - Adjustment of the flow rate dispersion 10 m 3 / h
- Grob-Mischung mit Temperatur- und Volumenstromkontrolle - Coarse mixing with temperature and volume flow control
- Feindispergierung mit Druckeinstellung und Temperaturkontrolle, Wassergehaltskontrolle und Nachjustierung (automatisiert) - Fine dispersion with pressure setting and temperature control, water content control and readjustment (automated)
- Ultrafeindispergierung mit Druck und Temperatureinstellung in der Heizvorrichtung mit T emperaturkontrolle (automatisiert) - Ultra-fine dispersion with pressure and temperature setting in the heating device with temperature control (automated)
- Qualitätskontrolle mittels Viskosität - Quality control by means of viscosity
- Lagerung des temperierten Produktes - Storage of the temperature-controlled product
Prognostiziertes Produkt: Drei verschiedene Feinheitsstufen der T röpfchen werden mit der vorliegenden Anlage erreicht:Predicted Product: Three different levels of fineness of the droplets are achieved with the present system:
- Tröpfchendurchmesser in der Grobdispergierung größer als 1 mm - The droplet diameter in the coarse dispersion is greater than 1 mm
- Tröpfchendurchmesser in der Feindispergierung kleiner als 1 mm und größer als 100 gm - Tröpfchendurchmesser in der Ultrafeindispergierung kleiner als100 gm- droplet diameter in the fine dispersion smaller than 1 mm and larger than 100 gm - droplet diameter in the ultrafine dispersion smaller than 100 gm
Prognostizierte Stabilität der Ultrafeindispergierung 5-7 Jahre. Predicted stability of ultrafine dispersion 5-7 years.
Nomenklatur
Figure imgf000030_0001
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nomenclature
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Claims

Ansprüche Expectations
1 . Anlage zur Herstellung einer stabilen Kohlenwasserstoff-Wasser-Dispersion oder einer instabilen Wasser-Kohlenwasserstoff-Trenndispersion umfassend mindestens eine Einheit zur Herstellung einer Kohlenwasserstoff-Wasser- Dispersion im Fein-Dispergator oder einer Wasser-Kohlenwasserstoff-T renndispersion im Trenn-Dispergator aus mindestens einem Medium 1 als kohlenwasserstoffhaltigen Medium und Medium 2 als Wasser, wobei diese Einheit mindestens eine erste Pumpe für eine erste Druckerhöhung im Zulauf der Kohlenwasserstoff-Wasser-Mischung; mindestens ein Ultraschall-Akustik-Durchfluss-Aggregat (UADA) zur Herstellung einer Kohlenwasserstoff-Wasser-Dispersion mittels hydrodynamischer Kavitation, und mindestens eine zweite Pumpe zur Erzeugung eines Unterdrucks der gebildeten Kohlenwasserstoff-Wasser-Dispersion umfasst. 1 . Plant for producing a stable hydrocarbon-water dispersion or an unstable water-hydrocarbon separating dispersion comprising at least one unit for producing a hydrocarbon-water dispersion in the fine disperser or a water-hydrocarbon separating dispersion in the separating disperser from at least one medium 1 as a hydrocarbon-containing medium and medium 2 as water, this unit having at least one first pump for a first pressure increase in the inlet of the hydrocarbon-water mixture; comprises at least one ultrasonic acoustic flow unit (UADA) for producing a hydrocarbon-water dispersion by means of hydrodynamic cavitation, and at least one second pump for generating a negative pressure of the hydrocarbon-water dispersion formed.
2. Anlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Einheit zur Herstellung einer stabilen Kohlenwasserstoff-Wasser-Dispersion im Fein- Dispergator mindestens eine Vormischeinheit zur Herstellung einer Grobdispersion aus dem mindestens einem Medium 1 und Medium 2 vorgeschaltet ist. 2. Plant according to claim 1, characterized in that the at least one unit for producing a stable hydrocarbon-water dispersion in the fine disperser is preceded by at least one premixing unit for producing a coarse dispersion from the at least one medium 1 and medium 2.
3. Anlage zur Herstellung einer Grobdispersion mindestens aus einem Medium 1 als kohlenwasserstoffhaltigem Medium und Medium 2 als Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Vormischeinheit mindestens ein Wärmeübertrager für Medium 1 , mindestens ein Wärmeübertrager für Medium 2 und mindestens ein Grob-Dispergator zum Vormischen von Medium 1 und Medium umfasst. 3. Plant for producing a coarse dispersion of at least one medium 1 as a hydrocarbon-containing medium and medium 2 as water, characterized in that the at least one premixing unit has at least one heat exchanger for medium 1, at least one heat exchanger for medium 2 and at least one coarse disperser for premixing comprised of medium 1 and medium.
4. Anlage zur Herstellung einer langzeitstabilen Kohlenwasserstoff-Wasser-Dispersion umfassend mindestens eine Einheit zur Herstellung einer Kohlenwasserstoff-Wasser- Dispersion im Ultrafein-Dispergator aus mindestens einem Medium 1 als kohlenwasserstoffhaltigen Medium und Medium 2 als Wasser, wobei diese Einheit mindestens eine Heizvorrichtung, für die Initiierung der Thermokavitation, durch Erhöhung der Temperatur; mindestens eine erste Pumpe, für Unterdruckeinstellung in der Heizvorrichtung und gleichzeitig für eine Druckerhöhung im Zulauf der Dispersion in das Ultraschall-Akustik-Durchfluss-Aggregat (UADA als ein Teil des Ultrafein-Dispergators) zur Herstellung langzeitstabilen Kohlenwasserstoff- Wasser-Dispersion mittels Kombination aus Thermo- und hydrodynamischer Kavitation; mindestens eine Pumpe zur Erzeugung eines Unterdrucks der gebildeten langzeitstabilen Kohlenwasserstoff-Wasser-Dispersion, für den Aufbau der Kavitationsregime im UADA umfasst. 4. Plant for the production of a long-term stable hydrocarbon-water dispersion comprising at least one unit for the production of a hydrocarbon-water dispersion in the ultrafine disperser from at least one medium 1 as a hydrocarbon-containing medium and medium 2 as water, this unit having at least one heating device for the initiation of thermal cavitation by increasing the temperature; At least one first pump, for setting the vacuum in the heating device and at the same time for increasing the pressure in the inflow of the dispersion into the ultrasonic acoustic flow unit (UADA as part of the ultrafine disperser) for the production of long-term stable hydrocarbon-water dispersion using a combination of thermal - and hydrodynamic cavitation; comprises at least one pump for generating a negative pressure of the long-term stable hydrocarbon-water dispersion formed, for building up the cavitation regime in the UADA.
5. Anlage nach Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Einheit zur Herstellung einer langzeitstabilen Kohlenwasserstoff-Wasser-Dispersion im Ultrafein-Dispergator mindestens eine Vormischeinheit zur Herstellung einer Grobdispersion aus dem mindestens einem Medium 1 und Medium 2 vorgeschaltet ist. 5. Plant according to claims 3 and 4, characterized in that the at least one unit for producing a long-term stable hydrocarbon-water dispersion in the ultrafine disperser is preceded by at least one premixing unit for producing a coarse dispersion from the at least one medium 1 and medium 2.
6. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts von der mindestens einen Vormischeinheit zur Herstellung einer Grobdispersion aus dem mindestens einem Medium 1 und Medium 2 vorgeschaltet ist, mindestens eine Einheit zur Herstellung einer stabilen Kohlenwasserstoff- Wasser-Dispersion im Fein-Dispergator mindestens eine Einheit zur Herstellung einer langzeitstabilen Dispersion im Ultrafein-Dispergator umfasst. 6. Plant according to one of the preceding claims 2 and 4, characterized in that downstream of the at least one premixing unit for producing a coarse dispersion from the at least one medium 1 and medium 2 is connected upstream, at least one unit for producing a stable hydrocarbon-water dispersion comprises in the fine disperser at least one unit for the production of a long-term stable dispersion in the ultrafine disperser.
7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle eines dem Fein- Dispergator nachgeschalteten Ultrafein-Dispergator der Aufbau wie folgt ist: erste - Pumpe - erstes UADA - Heizvorrichtung- zweite Pumpe-zweites UADA - dritte Pumpe. 7. Plant according to claim 6, characterized in that in the case of an ultrafine disperser connected downstream of the fine disperser, the structure is as follows: first - pump - first UADA - heating device - second pump - second UADA - third pump.
8. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Heizvorrichtung aus mindestens einer Heizpatrone besteht. 8. Plant according to claim 4, characterized in that the at least one heating device consists of at least one heating cartridge.
9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Heizpatrone aus Heizmantel und Einschraubheizkörper besteht. 9. Plant according to claim 8, characterized in that the at least one heating cartridge consists of a heating jacket and a screw-in heater.
10. Anlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass dem Trenn-Dispergator mindestens einen Separationstank zum Auftrennen der Kohlenwasserstoff-Wasser- Dispersion in Kohlenwasserstoff und Wasser nachgeschaltet ist. 10. Plant according to claim 1, characterized in that at least one separation tank for separating the hydrocarbon-water dispersion into hydrocarbon and water is connected downstream of the separating disperser.
11. Verfahren für die Einstellung, Variation und Steuerung der hydrodynamischen Kavitation in einem UADA-Modul durch den Aufbau eines Druckverhältnisses zwischen dem Druck vor dem UADA-Modul (Vordruck) und dem Druck nach dem UADA-Modul (Unterdrück), was bei mindestens 10 liegt.
Figure imgf000034_0001
11. Procedure for setting, varying and controlling the hydrodynamic cavitation in a UADA module by building up a pressure ratio between the pressure upstream of the UADA module (pre-pressure) and the pressure downstream of the UADA module (negative pressure), which is at least 10 lies.
Figure imgf000034_0001
12. Verfahren zur Fierstellung einer stabilen Kohlenwasserstoff-Wasser-Dispersion oder einer instabilen Wasser-Kohlenwasserstoff-Trenndispersion, insbesondere in einer Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die folgenden Schritte: 12. A method for producing a stable hydrocarbon-water dispersion or an unstable water-hydrocarbon separating dispersion, in particular in a plant according to one of the preceding claims, comprising the following steps:
- Fierstellen einer stabilen Kohlenwasserstoff-Wasser-Dispersion in mindestens einer Einheit zur Fierstellung einer Kohlenwasserstoff-Wasser-Dispersion im Fein- Dispergator aus mindestens Medium 1 als einem Kohlenwasserstoffhaltigen Medium und Medium 2 als Wasser, wobei diese Einheit mindestens eine erste Pumpe für eine erste Druckerhöhung im Zulauf der Kohlenwasserstoff-Wasser-Grobdispersion; mindestens ein Ultraschall-Akustik-Durchfluss-Aggregat (UADA) zur Fierstellung einer Kohlenwasserstoff-Wasser-Feindispersion mittels hydrodynamischer Kavitation, und mindestens eine zweite Pumpe zur Erzeugung eines Unterdrucks im Ablauf der gebildeten Kohlenwasserstoff-Wasser-Dispersion umfasst - Fierstellen a stable hydrocarbon-water dispersion in at least one unit for the preparation of a hydrocarbon-water dispersion in the fine disperser from at least medium 1 as a hydrocarbon-containing medium and medium 2 as water, this unit having at least one first pump for a first pressure increase in the feed of the hydrocarbon-water coarse dispersion; comprises at least one ultrasonic acoustic flow unit (UADA) for producing a hydrocarbon-water fine dispersion by means of hydrodynamic cavitation, and at least one second pump for generating a negative pressure in the outlet of the hydrocarbon-water dispersion formed
- oder einer Einheit zur Fierstellung einer Wasser-Kohlenwasserstoff- Trenndispersion im Trenn-Dispergator aus mindestens Medium 1 als einem Kohlenwasserstoffhaltigen Medium und Medium 2 als Wasser, wobei diese Einheit mindestens eine erste Pumpe für eine erste Druckerhöhung im Zulauf der Wasser- Kohlenwasserstoff-Dispersion in einer Vormischeinheit, im Grob-Dispergator; mindestens ein Ultraschall-Akustik-Durchfluss-Aggregat (UADA) zur Fierstellung einer Wasser-Kohlenwasserstoff-Trenndispersion mittels hydrodynamischer Kavitation, und mindestens eine zweite Pumpe zur Erzeugung eines Unterdrucks im Ablauf der gebildeten Wasser-Kohlenwasserstoff-Trenndispersion umfasst, - Or a unit for making a water-hydrocarbon separating dispersion in the separating disperser from at least medium 1 as a hydrocarbon-containing medium and medium 2 as water, this unit having at least one first pump for a first pressure increase in the inlet of the water-hydrocarbon dispersion in a premixing unit in the coarse disperser; comprises at least one ultrasonic acoustic flow unit (UADA) for producing a water-hydrocarbon separating dispersion by means of hydrodynamic cavitation, and at least one second pump for generating a negative pressure in the outlet of the water-hydrocarbon separating dispersion formed,
- wobei das Verhältnis des Druckes vor dem UADA (Vordruck) des Fein- oder Trenn- Dispergators und des Druckes nach dem UADA (Unterdrück) des Fein- oder Trenn- Dispergators bei mindestens 10 liegt. - where the ratio of the pressure before the UADA (pre-pressure) of the fine or separating disperser and the pressure after the UADA (negative pressure) of the fine or separating disperser is at least 10.
13. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Herstellen der Dispersion im Fein-Dispergator eine Grobdispersion aus dem Medium 1 und Medium 2 durch Vermischen von Medium 1 und Medium 2 in mindestens einer Vormischeinheit im Grob-Dispergator bereitgestellt wird. 13. The method according to claim 11, characterized in that before the preparation of the dispersion in the fine disperser, a coarse dispersion of medium 1 and medium 2 is provided by mixing medium 1 and medium 2 in at least one premixing unit in the coarse disperser.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium 1 und das Medium 2 mit Temperaturen zwischen 30 und 90 °C, bevorzugt zwischen 40 und 80 °C in einen Vormischer der Vormischeinheit eingeführt werden. 14. The method according to claim 12, characterized in that the medium 1 and the medium 2 are introduced into a premixer of the premixing unit at temperatures between 30 and 90 ° C, preferably between 40 and 80 ° C.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11-13, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten Medien 1 , eine Viskosität von 1 mm2/s bis 1 .000 mm2/s, bevorzugt von 100 mm2/s bis 800 mm2/s, insbesondere von 300 mm2/s bis 500 mm2/s aufweisen.15. The method according to any one of claims 11-13, characterized in that the media 1 used have a viscosity of 1 mm 2 / s to 1,000 mm 2 / s, preferably from 100 mm 2 / s to 800 mm 2 / s , in particular from 300 mm 2 / s to 500 mm 2 / s.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11-14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenwasserstoff-Grobdispersion vor dem Eintritt in das Ultraschall-Akustik- Durchfluss-Aggregat (UADA) auf Drücke von 0,5 MPa bis zu 2,5 MPa, bevorzugt auf Drücke zwischen 0,6 MPa und 2 MPa, insbesondere bevorzugt zwischen 1 MPa und 1 ,5 MPa unter Verwendung der ersten Pumpe des Fein-, Ultrafein- oder Trenn- Dispergators gebracht werden. Nach dem Austritt aus dem Ultraschall-Akustik- Durchfluss-Aggregat (UADA) auf Drücke von 0,02 MPa bis zu 0,1 MPa, bevorzugt auf Druck vom 0,06 MPa unter Verwendung der zweiten Pumpe des Fein-, Ultrafein- oder Trenn-Dispergators gebracht werden. 16. The method according to any one of claims 11-14, characterized in that the hydrocarbon coarse dispersion before entering the ultrasonic acoustic flow unit (UADA) to pressures of 0.5 MPa up to 2.5 MPa, preferably Pressures between 0.6 MPa and 2 MPa, particularly preferably between 1 MPa and 1.5 MPa, can be brought using the first pump of the fine, ultrafine or separating disperser. After exiting the ultrasonic acoustic flow unit (UADA) to pressures of 0.02 MPa up to 0.1 MPa, preferably to a pressure of 0.06 MPa using the second fine, ultrafine or separating pump -Dispergators are brought.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11-15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenwasserstoff-Wasser-Dispersion nach Verlassen des Ultraschall-Akustik- Durchfluss-Aggregats (UADA) des Fein-Dispergators in mindestens eine Einheit zur Herstellung einer Dispersion im Ultrafein-Dispergator eingeführt wird, 17. The method according to any one of claims 11-15, characterized in that the hydrocarbon-water dispersion after leaving the ultrasonic acoustic flow unit (UADA) of the fine disperser in at least one unit for producing a dispersion in the ultrafine disperser is introduced,
- wobei diese Einheit mindestens eine Heizvorrichtung, für Initiierung der Thermokavitation durch Erwärmen der unter Unterdrück fliesenden Dispersion, hergestellt im Fein-Dispergator, mindestens eine Pumpe für eine Druckerhöhung im Zulauf der erwärmten Kohlenwasserstoff-Wasser-Dispersion; mindestens ein zweites Ultraschall-Akustik-Durchfluss-Aggregat (UADA) und mindestens eine weitere Pumpe zur Erzeugung eines Unterdrucks im Ablauf der gebildeten Kohlenwasserstoff-Wasser- Dispersion, für den Aufbau der Kavitationsregime im UADA umfasst, - This unit has at least one heating device for initiating the thermal cavitation by heating the dispersion flowing under negative pressure, produced in the fine disperser, at least one pump for increasing the pressure in the inlet of the heated hydrocarbon-water dispersion; at least one second ultrasonic acoustic flow unit (UADA) and at least one further pump for generating a negative pressure in the discharge of the hydrocarbon-water dispersion formed, for the development of the cavitation regime in the UADA,
- wobei das Verhältnis des Druckes vor dem UADA des Ultrafein-Dispergators (Vordruck) und des Druckes nach dem UADA des Ultrafein-Dispergators (Unterdrück) bei mindestens 12 liegt. - where the ratio of the pressure before the UADA of the ultrafine disperser (pre-pressure) and the pressure after the UADA of the ultrafine disperser (negative pressure) is at least 12.
18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenwasserstoff- Wasser-Dispersion, hergestellt im Fein-Dispergator nach Verlassen der Fein- Dispergators zunächst in mindestens einer Fleizvorrichtung, insbesondere einer Fleizpatrone, auf bis zu 80 °C vor Eintritt in das mindestens zweite Ultraschall-Akustik-18. The method according to claim 16, characterized in that the hydrocarbon-water dispersion, produced in the fine disperser after leaving the fine disperser, first in at least one meat device, in particular a meat cartridge, to up to 80 ° C before entering the at least second ultrasonic acoustic
Durchfluss-Aggregat (UADA) erwärmt wird. Flow unit (UADA) is heated.
19. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Effekte der hydrodynamischen Kavitation, bzw. Superkavitation mittels vorgeschalteter Thermo- Kavitation verstärkt werden. 19. The method according to claim 16 or 17, characterized in that the effects of hydrodynamic cavitation or supercavitation are enhanced by means of upstream thermal cavitation.
20. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die im Trenn-Dispergator gebildete Wasser-Kohlenwasserstoff-Trenndispersion in mindestens einen Separationstank zum Auftrennen der Kohlenwasserstoff-Wasser-Dispersion in Kohlenwasserstoff und Wasser eingeleitet wird. 20. The method according to claim 11, characterized in that the water-hydrocarbon separating dispersion formed in the separating disperser is introduced into at least one separation tank for separating the hydrocarbon-water dispersion into hydrocarbon and water.
21. Stabile Kohlenwasserstoff-Wasser-Dispersion herstellbar in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 11-17 gekennzeichnet durch eine Tröpfchengröße von weniger als 100 gm, bevorzugt von weniger als 50 gm, insbesondere bevorzugt von weniger als 10 pm bei einem Wasseranteil von 1 bis 50 wt%, bevorzugt 5 bis 30 wt%, insbesondere bevorzugt bei 10 bis 15 wt % (bezogen auf die Gesamtmasse der herzustellenden Dispersion). 21. Stable hydrocarbon-water dispersion producible in a process according to one of claims 11-17, characterized by a droplet size of less than 100 μm, preferably less than 50 μm, particularly preferably less than 10 μm with a water content of 1 to 50 wt%, preferably 5 to 30 wt%, particularly preferably 10 to 15 wt% (based on the total mass of the dispersion to be produced).
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