CH616701A5 - - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffes in Form einer feinverteilte Kohle, Wasser und Öl enthaltenden Dispersion. Es sollen mit diesem Brennstoff vor allem die Probleme einer Explosionsgefahr bei Koh-lestaubverbrennungsanlagen vermieden werden, zu denen es kommt, wenn man diese Anlage nicht extrem sauber führt.

Das Verfahren ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass man Kohleteilchen mit einer Teilchengrösse von weniger als 100 zuerst in Wasser unter Bildung einer Aufschlämmung suspendiert, die Suspension anschliessend mit Öl versetzt und das erhaltene Gemisch dann kräftig in Bewegung hält, wodurch man eine stabile Dispersion erhält, aus der man einen Ölüberschuss als getrennte Phase abtrennt, wodurch man eine lagerungsstabile Kohle-Wasser-Öl-Dispersion erhält, die mit einer Flamme verbrennt, die einer Ölflamme und nicht einer Kohlenstaubflamme entspricht. Bei dem neuen Verfahren wird pulverisierte Kohle verwendet, die über eine Teilchengrösse von unter 100 Li verfügt, wobei ein ziemlicher Teil hiervon normalerweise viel feiner ist, nämlich bis zu einer Teilchengrösse von 1 u reicht. Dies entspricht etwa der gleichen Kohleform, die auch bei Kohlepulververbrennung verwendet wird. Untersucht man die winzigen Kohleteilchen unter einem Mikroskop, dann erscheint die Oberfläche ziemlich porös. Die pulverisierte Kohle wird mit Wasser aufge-schlämmt, worauf man die Aufschlämmung mit Öl versetzt, beispielsweise gewöhnlichem Heizöl, und die so erhaltene Aufschlämmung dann kräftig rührt, was vorzugsweise durch Beschallen erfolgt. Die Frequenz beim Beschallen liegt normalerweise im Ultraschallbereich, beispielsweise zwischen 20 000 und 30 000 Hz, oder auch bei höheren Frequenzen. In der Praxis erfolgt die Durchmischung zwar häufig mit Ultraschall, es können jedoch auch Hochschallfrequenzen eingesetzt werden, beispielsweise Frequenzen von 15 000 bis 20 000 Hz. Unter der allgemeinen Angabe Schall werden daher vorwiegend hörbare Frequenzen und auch Ultraschallfrequenzen verstanden. Eine intensive Durchmischung, die zu einer starken Hohlraumbildung führt, ist unbedingt notwendig, und dieses Verhalten wird als Intensität und nicht als Kraft gemessen. Beim hier beschriebenen Verfahren sollte die Intensität wenigstens 11,625 Watt pro cm2 betragen. Normalerweise wird bei Intensitäten von etwa 38,75 bis 54,25 Watt pro cm2 oder etwas darunter gearbeitet. Es gibt zwar eine definierte untere Grenze für die Schallintensität, unterhalb der keine zufriedenstellenden Brennstoffe gebildet werden, eine scharfe Obergrenze besteht jedoch nicht. Bei einer Intensität von über 54,25 Watt pro cm2 kommt es jedoch nicht mehr zu einer besonderen Verbesserung, und bei höheren Intensitäten erhöhen sich lediglich die Kosten bei der Brennstoffherstellung, ohne dass dies mit einer wesentlichen Verbesserung verbunden ist. Die obere Intensitätsgrenze ist somit keine scharfe physikalische Grenze, sie wird jedoch von wirtschaftlichen Überlegungen automatisch vorgegeben.

Wenn die obigen Bedingungen der Energiedichte erfüllt sind, dann spielt es keine Rolle, wie die Schallenergie erzeugt wird, und die Erfindung ist daher auch auf keine besondere Vorrichtung beschränkt. Ein sehr praktischer Schallgenerator ist eine sogenannte Schall- oder Ultraschallsonde. Longitudi-nalschwingungen werden in üblicher Weise durch eine piezoelektrische oder durch eine magnetostriktive Vorrichtung erzeugt. Der geeignete Schallgenerator wird dann mit einem festen Geschwindigkeitstransformator gekoppelt, der gelegentlich auch als akustischer Transformator bezeichnet wird, der sich zum Ende hin verjüngt, und zwar vorzugsweise expo-

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nentiell, und in einer Fläche endet, die wesentlich kleiner ist als die mit dem Schallgenerator gekoppelte Fläche. Nach dem Gesetz der Erhaltung der Energie bewegt sich die Oberfläche durch die Verteilung der Schwingungen über die kleinere Oberfläche dann wesentlich rascher. Dies führt zu einer wesentlich höheren Energiedichte. Da die Geamtkraft von einer grösseren Oberfläche auf eine kleinere Oberfläche übertragen wird, bezeichnet man eine derartige Vorrichtung in Analogie zu elektrischen Transformatoren, mit denen sich eine Spannung erhöhen lässt, ebenfalls als Transformator. Schallsonden der oben beschriebenen Art sind im Handel erhältlich, und ein Gerät dieser Art wird beispielsweise von Branson Instruments unter der Bezeichnung «Sonifier» vertrieben. Mit dieser Apparatur zur Erzeugung von Schall mit hoher Energiedichte (dieser Ausdruck sollte nicht mit Schallkraft verwechselt werden) lässt sich die erforderliche Schallenergieintensität äusserst wirtschaftlich und befriedigend produzieren. Ein derartiges Gerät wird beim erfindungsgemässen Verfahren daher bevorzugt eingesetzt. Der Gegenstand der Erfindung unterscheidet sich vom Stand der Technik jedoch natürlich nicht durch die genaue Art und Weise, wie die schwingende Oberfläche mit Energie gespeist wird.

Durch das Durchmischen mit Schall hoher Intensität dürfte Wasser in die Poren der porösen Kohleteilchen getrieben und dann eine Wasser-in-Öl-Emulsion gebildet werden. Es handelt sich dabei um keine wirliche Emulsion, da man es sowohl mit einer Suspension der feinen Kohleteilchen als auch einer Dispersion aus Öl und Wasser zu tun hat. Das auf diese Weise erhaltene Produkt, bei dem es sich um eine etwas viskose Flüssigkeit handelt, verhält sich jedoch nicht so wie eine typische Emulsion. Bei einer typischen Wasser-in-Öl-Emulsion lässt sich die kontinuierliche Ölphase unter Bildung einer stärker verdünnten Emulsion mit weiterem Öl verdünnen.

Beim erfindungsgemässen Verfahren kommt es bei Verwendung eines Öl Überschusses jedoch zur Abtrennung von Öl in Form einer separaten Phase, und in diesem Fall einer überstehenden Phase. Unter Einsatz eines genauen Verhältnisses aus Kohle, Wasser und Öl lässt sich theoretisch zwar ein Produkt herstellen, bei dem sich überhaupt keine Ölphase abscheidet, in der Praxis ist ein derartiges Vorgehen jedoch nicht zweckmässig, da die Abscheidung zu kritisch ist. Es ist daher viel besser, mit einem geringen Ölüberschuss zu arbeiten und die überstehende Phase abzutrennen und rückzuleiten. Das beim erfindungsgemässen Verfahren erhaltene Produkt ist, wie oben angeführt, technisch gesehen zwar keine Wasser-in-Öl-Emul-sion, sie verfügt jedoch über Eigenschaften, die denen einer solchen Emulsion ähneln. So bleibt beispielsweise nach Entfernen einer überstehenden Ölphase das zurückbleibende Gemisch aus Öl und Wasser in und um die Kohleteilchen herum stabil, und man kann das Produkt über eine ausreichende Zeit lagern, ohne dass es zu einer weiteren Abscheidung der Bestandteile kommt. Das Produkt wird aus diesem Grund daher auch als eine Emulsion bezeichnet, obwohl es technisch gesehen eigentlich keine wirkliche Emulsion ist. Es handelt sich dabei jedoch um eine Dispersion aus den Kohleteilchen und winzigen Wassertröpfchen, die, wie oben angeführt, stabil ist. Verbrennt man das erfindungsgemässe Produkt oder den erfindungsgemässen Brennstoff, dann verbrennt dieses Material sehr sauber mit einer Flamme, deren Farbe und Charakteristiken eher einer Ölflamme als einer Pulverkohleflamme entsprechen. Während der Verbrennungsvorgänge kommt es offensichtlich zu keiner physikalischen Bildung von Kohleteilchen. Der genaue Verbrennungsmechanis-mus wurde jedoch nicht völlig untersucht. Die Erfindung soll daher auch nicht auf irgendeine bestimmte Theorie beschränkt sein.

Das genaue Verhältnis aus Kohle, Wasser und Öl ist nicht kritisch, was sich als vorteilhaft erweist. Es hängt etwas von der Dichte des Öls und der jeweiligen Kohle ab. Ein hervorragendes praktisches Verhältnis besteht aus etwa 20 Teilen pulverisierter Kohle, 15 Teilen Öl und 10 Teilen Wasser. Bei diesem Produkt setzt sich als überstehende Flüssigkeit nur eine geringe Menge Öl ab, und man erhält eine sehr stabile Dispersion. Man kann auch etwas mehr Öl verwenden, und dies empfiehlt sich gelegentlich sogar, da sich die abgeschiedene Ölphase ohne weiteres rückleiten lässt. Das oben angegebene Verhältnis aus den einzelnen Bestandteilen stellt daher ein Beispiel für ein typisches geeignetes Produkt dar. Falls ein Überschuss an Wasser vorhanden ist, dann kann sich als getrennte Phase auch eine bestimmte Menge Wasser abscheiden. Zweckmässigerweise soll jeder Überschuss jedoch in Form von Öl vorliegen.

Die kräftige Bewegung durch den Schall dient auch noch einer weiteren Funktion. Es wird nämlich hierdurch die Teilchengrösse der Kohle herabgesetzt, was möglicherweise darauf zurückzuführen ist, dass sich die Kohleteilchen während des kräftigen Rührens aneinanderreihen. Das genaue Ausmass der TeilchengrössenVerringerung hängt sowohl von der Energiedichte der Schalldurchmischung als auch vom Charakter der jeweiligen Kohle ab. Eine stärker brüchige Kohle wird natürlich stärker zerkleinert, der am Ende erhaltene Teilchengrös-senbereich liegt jedoch immer zwischen etwa 1 u. und etwa 100 [i.

Die erhaltene Dispersion ist zwar ziemlich viskos, jedoch immer noch leicht fliessfähig. Sie muss daher vor der Einspei-sung in den Brenner nicht erhitzt werden. Dies bietet einen Vorteil gegenüber dem Verbrennen hochviskoser Brennöl-rückstände, die vor ihrer Atomisierung in einen Brenner durch Dampf erhitzt werden müssen. Hierin liegt ein besonderer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens. Man kann bei ihm nämlich ohne eine Heizvorrichtung auskommen, und erhält trotzdem das gleiche Ergebnis.

Für die tatsächliche Atomisierung in einem Brenner kann jeder geeignete bekannte Brenner verwendet werden. Eine derartige Brennerform ist eine Schallsonde, an deren Ende die Brennstoff dispersion atomisiert wird.

Verwendet man eine Kohle mit niedrigem Schwefelgehalt, dann hält sich die Schwefeloxidemission aus dem Ofen innerhalb der zulässigen Grenzen. Der Brennstoff kann m diesem Fall lediglich aus pulverisierter Kohle, Öl und Wasser bestehen. Das Verfahren ermöglicht jedoch eine sehr einfache und wirtschaftliche Eliminierung grosser Mengen an Schwefeloxiden. Dies ermöglicht den Einsatz von Kohle mit hohem Schwefelgehalt, was sonst aufgrund der zu starken Umweltverschmutzung nicht möglich wäre. Möchte man die Schwefeloxidemission herabssetzen, dann dispergiert man in dem Wasser vorzugsweise feinpulverisierten Kalk oder Kalkstein. Solche Materialien werden im allgemeinen als Kalk bezeichnet, und können entweder vor oder nach Zugabe des Öls eingesetzt werden. Vorzugsweise erfolgt der Kalkzusatz praktisch gleichzeitig mit der Einspeisung in das Schallemulgiergerät. Gewöhnlich pulverisierter Kalk wird normalerweise in Form einer Wasseraufschlämmung eingespeist, und die hierdurch eingeschleuste Wassermenge muss daher bei der Gesamtwassermenge im Endprodukt berücksichtigt werden. Der zugeführte pulverisierte Kalk bildet einen Teil der Suspension, ist stabil und setzt sich beim Stehen nicht ab. Hierdurch werden normalerweise weitere zusammenhängende Probleme unterbunden, und dies stellt einen zusätzlichen Vorteil des Verfahrens dar, bei dem die Menge an Schwefeloxiden herabgesetzt werden soll.

Bei der Verbrennung von Kohle mit hohem Schwefelgehalt ist Kalk das bevorzugte Alkali. Der Einsatz von Kalk bietet eine Reihe praktischer Vorteile, wie der geringen Gestehungskosten und der Tatsache, dass das in der Flamme entstandene Calciumsulfat in Wasser nur sehr begrenzt löslich ist. Es kön5

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nen jedoch auch andere Alkalien verwendet werden, wie beispielsweise Natriumcarbonat. Die meisten dieser.anderen Alkalien bilden jedoch Sulfate, die in Wasser ziemlich löslich sind. Bei der Vrebrennung von Brennstoff entsteht immer Wasserdampf, und dieser kann zu Problemen führen. Insbesondere kann es hierdurch an einer bestimmten Stufe der Gasbehandlung zu einer Temperaturerniedrigung kommen, wodurch flüssiges Wasser auskondensiert. In einem solchen Fall kann das Wasser dann mit Alkalien, deren Sulfate in Wasser verhältnismässig gut löslich sind, etwas pastenartige Massen bilden. Hierdurch wird eine elektrostatische Abscheidung erschwert, da hierbei die zu entfernenden Teilchen normalerweise trocken sein müssen. Die Möglichkeit einer Abscheidung pastenartiger Sulfate besteht auch in anderen Teilen der Vorrichtung zur Behandlung des Verbrennungsgases. In diesem Fall ist die Reinigung mit weiteren Kosten verbunden, und dies ist einer der Gründe, warum Kalk als Alkali bevorzugt wird. Wie bereits oben angegeben, können jedoch auch andere Alkalien verwendet werden, und die Erfindung ist daher insgesamt gesehen nicht auf den Einsatz von Kalk beschränkt, obwohl dieser das bevorzugte Material darstellt.

Die Entfernung von Schwefeloxiden hängt von der Menge an Kalk oder sonstigem Alkali ab. Der Kalk sollte normalerweise im Überschuss gegenüber dem auf den Schwefelgehalt der Kohle bezogenen stöchiometrischen Wert eingesetzt werden. Je mehr Kalk verwendet wird, umso weiter wird der Schwefeloxidgehalt herabgesetzt. Durch einen Kalküberschuss von 50% lassen sich beispielsweise 50% der vorhandenen Schwefeloxide in Form von Calciumsulfat entfernen oder binden. Bei Verwendung von mehr Kalk wird der Schwefeloxidgehalt weiter herabgesetzt. Eine Kalkmenge von etwa 80% entspricht dem zweifachen stöchiometrischen Verhältnis. Die weitere Schwefelentfernung mit noch mehr Kalk wird langsamer, da die diesbezügliche Kurve dann asymptotisch wird. Ein über dem doppelten stöchiometrischen Verhältnis liegender Kalküberschuss ist daher nicht wirtschaftlich. Bei Verwendung einer Kohle mit einem ziemlich hohen Schwefelgehalt ergibt eine etwa 80%ige Verringerung der Schwefelmenge einen Brennstoff, der den gesetzlichen Vorschriften einer zulässigen Umweltverschmutzung genügt. Kalk ist zwar kein sehr teures Material, die Kosten des Verfahrens werden jedoch hierdurch trotzdem erhöht. Bei Einsatz einer Kohle mit niedrigem Schwefelgehalt führt daher gelegentlich eine Entfernung von 50% Schwefel bereits zu einem Brennstoff, der den Bedingungen einer zulässigen Umweltverschmutzung genügt, und in einem solchen Fall kann man dann auch einen geringeren Überschuss an Kalk verwenden. Die diesbezüglichen Fragen hängen von wirtschaftlichen Überlegungen ab, und es gibt keine scharfe obere Grenze. Theoretisch lässt sich Calciumsulfat (Gips), das durch elektrostatische Abscheidung oder sonstwie gewonnen wird, verkaufen. Die Kosten zur Erzeugung des gewonnenen Gipses können jedoch höher sein als der eigentliche Verkaufspreis, so dass der Einsatz eines geringeren Kalküberschusses immer dann wirtschaftlicher ist und natürlich auch angestrebt wird, wenn dies die Bestimmungen der Umweltverschmutzung zulassen.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung weiter erläutert. In ihr zeigen:

Figur 1 eine graphische Darstellung einer Kohledispersion in einem Bett mit einem Ofen,

Figur 2 eine Kurve, die die Schwefeldioxidentfernung bei verschiedenen Kalkmengen bis zu einem Überschuss von 50% zeigt,

Figur 3 ein Fliessbild einer Anlage zur Atomisierung der Kohledispersion unter Bildung einer Flamme.

Figur 4 eine halbgraphische Darstellung einer Ultraschallsonde.

In den Figuren 1 und 2 wird eine Versuchsapparatur beschrieben, bei der die Kohledispersion in einem Bett verbrannt wird. Die Herstellung der Kohledispersion erfolgt durch Verteilen von 20 Teilen Kohle in 10 Teilen Wasser, Zugabe von 15 Teilen Öl, beispielsweise Heizöl Nr. 2, und Behandeln des dabei erhaltenen Gemisches durch kräftiges Ultraschallrühren bei einer Energiedichte zwischen 38,75 und 54,25 Watt pro cm2. Für eine rasche Dispergierung spielt die Stärke der mit der schwingenden Oberfläche in Berührung stehenden Flüssigkeit eine Rolle, und hierzu wird beispielsweise eine Ultraschallsonde verwendet, wie sie zusammen mit Figur 4 beschrieben wird. Die Stärke der Flüssigkeitsschicht bildet keine scharfe kritische Grenze, diese Schicht sollte normalerweise jedoch wesentlich dünner sein als der Durchmesser der schwingenden Oberfläche. Wird die Flüssigkeitsschicht wesentlich stärker, dann wird der Durchsatz geringer, obwohl man auch bei ausreichender Zeit eine zufriedenstellende Dispersion bei einer ziemlich starken Flüssigkeitsschicht erhält. Ein derartiges Vorgehen ist jedoch nicht wirtschaftlich. Die Stärke der Schicht der Suspension zwischen der schwingenden Oberfläche und dem Behälter muss natürlich selbstverständlich grösser sein als die Abmessung des grössten Kohleteilchens. Der Teilchengrössenbereich für die Kohleteilchen beträgt, wie oben angegeben, etwa 1 |x bis etwa 100 |i.

Eine exakte Messung lässt sich in der Praxis zwar nicht durchführen, die Dispersion erscheint jedoch ziemlich gleichförmig.

Die Erfindung ist auf keine besondere feinverteilte Kohle beschränkt. Typische geeignete Kohlen sind eine bituminöse Kohle aus dem Osten der Vereinigten Staaten mit einem Schwefelgehalt von 1 bis 2 % und eine West-Kentucky-Kohle mit einem etwas höherem Schwefelgehalt.

Zur Herstellung einer Kohledispersion, bei deren Verbrennung es zu einer geringeren Schwefeloxidbildung kommt, führt man etwa gleichzeitig mit dem Öl eine Aufschlämmung von pulverisiertem Kalk in Wasser ein. Die in dieser Aufschlämmung enthaltene Wassermenge muss natürlich auch bei der Gesamtwassermenge berücksichtigt werden. Verwendet man eine Kohle mit sehr niedrigem Schwefelgehalt, dann kann man mit einem Kalküberschuss von etwa 50% der stöchiometrisch erforderlichen Menge arbeiten. Bei Einsatz einer Kohle mit höherem Schwefelgehalt, für die das Verfahren besonders geeignet ist, sollte der Kalküberschuss etwa das Zweifache der stöchiometrisch erforderlichen Menge betragen.

In Figur 1 ist mit 1 der Versuchsofen angegeben, der, wie gezeigt, über in einem elektrischen Heizmantel befindliche Drähte geheizt wird. Für diesen Versuch wird als Ofen ein zylindrischer Ofen mit etwa 3,5 cm Durchmesser verwendet. Die Kohledispersion wird in den Ofen eingebracht und bildet auf einem geeigneten Verbrennungsrost 2 ein Bett. Der Ofen wird mit Luft gespeist, wobei die Luftmenge etwa der entspricht, wie sie für die wirtschaftlichste Verbrennung erforderlich ist, was für einen geringen Luftüberschuss gilt. Die aus dem Verbrennungsbett kommenden Gase gehen über eine entsprechende Leitung zunächst in ein mit Glaswolle gefülltes Testrohr 3. In diesem Rohr werden einige Feststoffe und sonstige Verunreinigungen entfernt, worauf die Gase in einen Wasserwaschturm 4 weitergeleitet werden, der beim vorliegenden Versuch Wasser mit etwa 3 % Wasserstoffperoxid enthält. Die Gase gelangen anschliessend in eine Falle 5 und dann in eine Wasserfalle 6, wobei es sich in beiden Fällen um mit Seitenleitungen versehene Kolben handelt. Die Falle 6 enthält Glaswolle. Die Gase werden durch ein Teilvakuum, das von irgendeiner nicht gezeigten Vorrichtung stammt, durch die Anlage gezogen. Der Gasstrom wird über ein Rotameter 7 gemessen. Die bei diesen Versuchen erhaltenen Ergebnisse gehen aus der folgenden Tabelle I hervor.

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Tabelle 1

Entfernung von SOz durch Kalkstein aus einer Kohle-Öl-Wasser-Suspension

Versuch

Art der

Kohle

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Kalkstein

Verbrannter

16 n NaOH

Prozentuale S02-

Nr.

Verbrennung

(g)

(g)

(g)

(g)

Brennstoff

(S02-Titrat ml)

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(g)

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Bett

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Atomisierte

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Brennstoff sprühung

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In der Tabelle I ist eine Reihe von Versuchen angegeben, die unter Verwendung verschiedener Mengen aus Öl und Wasser durchgeführt werden und jeweils entweder keinen feinverteilten Kalk oder die in Tabelle I angegebene Menge an 25 Kalk enthalten. Ferner gehen aus dieser Tabelle die jeweils verbrannten Brennstoffmengen hervor, wobei die Menge an Schwefeloxiden durch Titration mit einer Natriumhydroxidlösung bestimmt wird.

Bei den ersten vier Versuchen erfolgt eine Verbrennung in 30 einem Bett. Beim fünften Versuch wird der Brennstoff am Ende einer Ultraschallsonde atomisiert. Die prozentual entfernte Menge an Schwefeldioxid, die bis zu 50% reicht, ist im Verhältnis zur eingesetzten Kalkmenge in Figur 2 angegeben.

Wird der Kalküberschuss grösser als es der zweifachen stöchio- 35 metrisch erforderlichen Menge entspricht, dann flacht die Kurve ab und wird bei einer Entfernung von etwa 80 % asymptotisch. Die Kurve ist somit bei einem derartigen Bereich eine S-Kurve.

Figur 3 ist eine graphische Darstellung einès teilweisen 40 Fliessbildes einer technischen Anlage. Die Verbrennung erfolgt hierbei durch Atomisierung des Brennstoffes mit einer Ultraschallsonde. Die Kohle wird, wie in der Zeichnung gezeigt, in einer Kugelmühle und einem Pulverisiergerät 8 zerkleinert und auf eine Teilchengrösse von weniger als 100 (x 45 gebracht, wobei einige Teilchen auch nur 1 |j, gross sind. Anschliessend wird die Kohle über einen Vibrationsförderer 9 in einen Wasserstrom eingespeist, der mit gesteuerter Geschwindigkeit in einen Schlammtank 10 fliesst. Die Aufschlämmung erfolgt mit einem herkömmlichen Flügelrührer, 50 wobei eine entsprechende Entlüftungsleitung ins Freie führt. Der Schlamm wird dann über eine mit einem Regler versehene Leitung aus dem Schlammtank 10 abgezogen und über eine mit einem Regler 11 versehene Leitung mit Öl vermischt,

wobei nach der Ölzuleitung ebenfalls über eine mit einem 55 Regler 11 versehene Leitung ein Kalkschlamm zugesetzt wird. Das Mengenverhältnis aus Kalk und Schwefel in der Kohle beträgt etwa das Zweifache der stöchiometrisch erforderlichen Kalkmenge.

Der auf diese Weise erhaltene Schlamm wird dann in einem 60 Vormischer 12 geführt, in dem eine Ultraschallsonde der in Figur 4 beschriebenen Art bei 20 000 bis 22 000 Hertz betrieben wird, wobei das Ende der Sonde von der Vorderseite des Reaktors 13 in einem solchen Abstand angeordnet ist, dass man eine Flüssigkeitsstärke erhält, die wesentlich geringer ist 65 als der Querschnitt des Endes der Sonde. Eine kräftige Schallbewegung unter Hohlraumbildung führt zu einer Energieintensität von etwa 38,75 bis 54,25 Watt pro cm2. Die auf diese

Weise entstandene stabile Dispersion strömt dann in einen Separator 14, der mit einer Trennwand 15 versehen ist. Diese Trennwand erlaubt das Überfliessen einer bestimmten Menge an überstehendem Öl in eine Kammer, aus der es über eine Rückleitung 16 in einen Vormischer 12 geführt wird.

Das Gemisch aus Kohle-Wasser-Öl-Kalk strömt dann in ein weiteres Ultraschallgerät 17, und wird durch dieses vom Ende der Ultraschallsonde in einen Brenner 18 atomisiert. Es wird darin verbrannt, und die dabei erhaltenen Tauchgase werden zur Abtrennung der Feststoffe in einen Trockner, Gips- und Aschesammler 19 auf elektrostatischer Basis geleitet. In diesem elektrostatischen Abscheider wird fein verteiltes Calciumsulfat abgetrennt, das man gewinnen und verkaufen kann. Ausgehend von einer Kohle mit einem Schwefelgehalt von 2 bis 3% erhält man eine Schwefeldioxidentfernung von etwa 80%, wodurch die Rauchgase solchen Bedingungen entsprechen, dass sie in die Atmosphäre entlassen werden dürfen.

Figur 4 ist eine halbschematische Darstellung einer typischen Ultraschallsonde 20. Die Ultraschallschwingungen mit 20 000 bis 22 000 Hertz stammen von einem elektrischen Strom mit der gleichen Frequenz, der über die gezeigte Leitung eingespeist wird. Die Schwingung wird in einer piezoelektrischen Anordnung 21 erzeugt, mit der das breite Ende 22 eines aus Stahl bestehenden Geschwindigkeitstransformators gekoppelt ist, der sich in seinen Abmessungen exponentiell auf ein Endstück 23 mit kleinem Durchmesser verringert. Durch dieses Endstück wird die Dispersion im Ultraschallreaktor 13 bei Figur 3 in Bewegung gehalten. Mit einer ähnlichen Sonde kommt es zu einer Atomisierung im Ultraschallatomisator 17 bei Figur 3.

Durch Verbrennung des atomisierten Brennstoffes entsteht eine Flamme, die klar ist, zu einer völligen Verbrennung führt und nicht aussieht wie die von einer Verbrennung pulverisierter Kohle herrührende Flamme. Die Qualität der Flamme und die vollständige Verbrennung führt möglicherweise von der Gegenwart von Wasser in der Brennstoffdisperison her. Die Verbrennung läuft so vollständig ab, dass es, wenn überhaupt, nur zu einem äusserst geringen Heizverlust durch das vorhandene Wasser kommt, das beim Brennen der Dispersion natürlich in Dampf verwandelt wird.

Die oben beschriebene Rührart ist natürlich die bevorzugte Rührung unter Einsatz von Schallreaktoren. Eine zufriedenstellende Rührung lässt sich jedoch auch durch andere Mittel als durch Schall erreichen. Hierzu eignen sich beispielsweise auf dem Scherprinzip beruhende Maschinen, wie Kolloidmaschinen und sonstige Homogenisatoren, und auch andere Vorrichtungen, bei denen sich Oberflächen, die entweder glatt

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oder rauh sind, in engem Abstand voneinander gegenseitig bewegen, Pumpen mit engen Pumpflächen, Zentrifugalmaschinen, Zerkleinerungsmühlen, Schlagmühlen und dergleichen. In jedem Fall muss, wie oben im Zusammenhang mit der bevorzugten Schallrührung beschrieben, die Schalldichte so hoch sein, wobei sich die Energiedichte jedoch bei einigen nicht auf Schall beruhenden Vorrichtungen nur schwer direkt messen lässt. Wie bei der bevorzugten Schallrührung braucht man auch hier im wesentlichen keine oberflächenaktiven Mittel oder Emulgiermittel zuzusetzen. Sind nämlich grössere Mengen an oberflächenaktiven Mitteln vorhanden, dann verteilt sich in dem Öl ständig eine überschüssige Menge der feinen

Wassertröpfchen, so dass es in der Flamme nicht zu der gewünschten Serie von Mikroexplosionen kommt. Für solche Mikroexplosionen braucht man Tröpfchen im Bereich von etwa 2 |x bis 20 |x Teilchen, die wesentlich kleiner als 2 jx sind, 5 explodieren nicht. Sind solche Teilchen daher in überschüssiger Menge vorhanden, dann reduziert sich hierdurch die Qualität der Flamme und die Effiziens des Brennvorganges. Auf den Zusatz von oberflächenaktiven Mitteln wurde nur deshalb hingewiesen, weil einige Öle, wie Rückstandsbrennöle.

geringe Mengen oberflächenaktiver Materialien enthalten, und solche Öle können natürlich auch beim erfindungsgemässen Verfahren eingesetzt werden.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

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1. Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffes in Form einer feinverteilten Kohle, Wasser und Öl enthaltenden Dispersion, dadurch gekennzeichnet, dass man Kohleteilchen mit einer Teilchengrösse von weniger als lOOu zuerst in Wasser unter Bildung einer Aufschlämmung suspendiert, die Suspension anschliessend mit Öl versetzt und das erhaltene Gemisch dann kräftig in Bewegung hält, wodurch man eine stabile Dispersion erhält, aus der man einen Ölüberschuss als getrennte Phase abtrennt, wodurch man eine lagerungsstabile Kohle-Wasser-Öl-Dispersion erhält, die mit einer Flamme verbrennt, die einer Ölflamme und nicht einer Kohlenstaubflamme entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man das Gemisch unter Anwendung von Schall mit einer Intensitätsdichte von über 11,625 Watt pro cm2 in Bewegung hält.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Kohle mit einem Schwefelgehalt verwendet, die bei Verbrennung zu einer Menge an Schwefeloxiden führt, die über der aus Umweltverschmutzungsgründen zulässigen Menge liegt, wobei man neben dem Zusatz von Öl zu der Aufschlämmung aus Kohle und Wasser eine Dispersion mit soviel feinverteiltem Alkali zugibt, dass die Menge an Alkali wenigstens etwa einem 50%igen Überschuss gegenüber der auf Basis des Schwefelgehalts der Kohle erforderlichen stö-chiometrischen Menge entspricht.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass man als Alkali pulverisierten Kalk oder pulverisierten Kalkstein verwendet.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Alkalimenge verwendet, die, bezogen auf den Schwefelgehalt der Kohle, wenigstens der zweifachen erforderlichen stöchiometrischen Menge entspricht.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Kohle in einem Gewichtsüberschuss gegenüber dem im fertigen Brennmaterial vorhandenen Wasser verwendet.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man das Gemisch durch eine Relativbewegung von Flüssigkeit und Oberflächen, die Schereffekte erzeugen, in Bewegung hält.

Die Verbrennung von Kohle erfolgt gewöhnlich entweder in einem Kohlebett oder, falls diese pulverisiert und atomisiert ist, in Form feiner Teilchen. Enthält die Kohle wesentliche Mengen Schwefel, dann wird dieser während der Verbrennung in Schwefeloxide, vorwiegend Schwefeldioxid, überführt. Diese Schwefeloxide führen oft zu einer starken Luftverunreinigung. Es wurden deshalb in den letzten Jahren in den Vereinigten Staaten und auch anderen Ländern einschneidende Vorschriften erlassen, welche Konzentrationen an Schwefeloxiden in die Atmosphäre abgeführt werden dürfen. Man braucht daher entweder eine Kohle mit niedrigem Schwefelgehalt, etwa einen Schwefelgehalt von 1 % oder darunter, oder man muss die Kohle zur Entfernung von überschüssigem Schwefel entsprechend behandeln. Beides ist mit grossen Nachteilen verbunden. Es wurde daher bereits vorgeschlagen, feinverteilten Kalk oder Kalkstein mit der Kohle zu vermischen, wobei dann während des Verbrennungsverfahrens, das stets mit Sauerstoff-überschuss durchgeführt wird, eine ziemliche Menge Schwefeldioxid oxydiert wird und so Calciumsulfat entsteht. Das dabei erhaltene stückige Calciumsulfat kann in üblicher Weise abgetrennt werden, beispielsweise auf elektrostatischem Weg. Die

Verbrennung ist jedoch nicht so vollständig, wie man dies haben möchte. Bei Verwendung einer Kohle mit hohem Schwefelgehalt braucht man einen sehr grossen Überschuss an Kalk, da sonst die Schwefeloxide nicht ausreichend entfernt werden.