PL203208B1 - Sposób przygotowania i instalacja do przygotowania energetycznych paliw ciekłych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób przygotowania i instalacja do przygotowania paliw ciekłych w postaci mieszanki oleju ropopochodnego z olejem roś linnym.

Rośliny oleiste stanowią surowiec do produkcji estrów metylowych wyższych kwasów tłuszczowych. Pod względem chemicznym oleje roślinne niewiele różnią się od oleju napędowego czy opałowego, są palne i mogą być stosowane jako paliwa do silników wysokoprężnych oraz do opalania kotłów energetycznych. Wysoka lepkość i termiczna niestabilność olejów roślinnych jest istotnym utrudnieniem w stosowaniu ich w sposób bezpośredni w silnikach wysokoprężnych. Z tego powodu są prowadzone na szeroką skalę prace nad zastosowaniem pochodnych estrów metylowych olejów roślinnych, w tym szczególnie oleju rzepakowego. Problemem jest również zanieczyszczenie estru metylowego kwasów tłuszczowych oleju rzepakowego gliceryną i kwasami tłuszczowymi, które mogą powodować niestabilność chemiczną i agresywność korozyjną w stosunku do materiałów silnika i oddziaływać niekorzystnie w układzie smarowania silnika. W przypadku stosowania oleju rzepakowego jako paliwa rozpałkowego lub jako paliwa podstawowego w komorach kotłów energetycznych niestabilność chemiczna nie stanowi przeszkody w spalaniu zwłaszcza przy stosowaniu mieszaniny oleju rzepakowego z olejem opałowym lub z mazutem. W tych samych kotłach można spalać z tą samą sprawnością zarówno olej opałowy, jak i mazut oraz mieszaniny oleju rzepakowego z tymi olejami, przy czym należy podkreślić, że olej rzepakowy jest jednym z najbardziej kalorycznych produktów roślinnych, a wartość opał owa tego oleju jest porównywalna z olejami ropopochodnymi.

Sposób przygotowania energetycznych paliw ciekłych w postaci mieszanki oleju ropopochodnego z olejem roślinnym według wynalazku charakteryzuje się tym, że olej ciężki zwany mazutem podgrzany do temperatury w zakresie t1 + t2 lub olej lekki opałowy o temperaturze t3 + t4 miesza się z olejem rzepakowym podgrzanym do temperatury t5 + t6, przy ciśnieniu mieszanych składników P1 + P2, w każdej proporcji najkorzystniej przy udziale oleju rzepakowego w powstałej mieszance w ilości X1 + X2. Mieszankę oleju ciężkiego mazutu z olejem rzepakowym lub oleju lekkiego opałowego z olejem rzepakowym o ciśnieniu P3 + P4 przy prowadzeniu procesu wysokociśnieniowego lub o ciśnieniu P5 + P6 przy prowadzeniu procesu niskociśnieniowego doprowadza się do mieszalnika końcowego do którego jednocześnie doprowadza się roztwór koloidalny w proporcji do mieszanki olejowej od 600:1 do 200:1, a wytworzony w mieszalniku palny roztwór olejowo-wodny kieruje się do instalacji przykotłowej. Roztwór koloidalny otrzymuje się ze zmieszania wody ze środkiem powierzchniowo czynnym zwanym emulgatorem jak 100:1, przy czym stosuje się emulgator o nazwie handlowej rokafenol N-5 i chemicznej eter nonylo-fenylo-polioksy-etylenoglikolowy lub zamiennie środek o nazwie handlowej rokonol L-4 i nazwie chemicznej eter polioksy etylenowy alkoholu.

Instalacja do przygotowywania energetycznych paliw ciekłych z olejów ropopochodnych i roślinnych według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera zespoły instalacji A, B, C, D i mieszalnik końcowy, z których zespół instalacji A zawiera zbiornik oleju ciężkiego zwanego mazutem lub oleju lekkiego opałowego, zawory odcinająco-regulacyjne, filtr, pompę olejową, beipass, przepływomierz, manometr i termometr. Zespół instalacji B zawiera zbiornik oleju rzepakowego, zawory regulacyjnoodcinające filtr, pompę olejową, przepływomierz, manometr i termometr. Z zespołów A i B oleje doprowadza się do mieszalnika w zespole instalacji C, a następnie wytworzoną mieszankę olejową kieruje się do mieszalnika końcowego do którego doprowadza się roztwór koloidalny z zespołu instalacji D przewodem poprzez zawory regulacyjno-odcinające, pompę wodną, wodomierz, zawór regulacyjnoodcinający, manometr i termometr, natomiast zespół instalacji C zawiera zbiornik, mieszadło, nagrzewnicę, zawory regulacyjno-odcinające, manometr i termometr. Do wytwarzania palnego roztworu olejowo-wodnego jest stosowany mieszalnik jako ejektor strumieniowy lub mieszalnik rurowy, lub mieszalnik wyposażony w zbiornik z mieszadłem.

Przygotowane paliwo ciekłe według wynalazku jako palny roztwór olejowo-wodny zawierający stosunkowo duże ilości tlenu wewnętrznego charakteryzuje się wysoką reakcyjnością, która jest przynależną cechą paliw ciekłych o bardzo wysokiej szybkości spalania całkowitego i zupełnego. Palny roztwór olejowo-wodny wymaga do spalania mniejszej ilości doprowadzonego powietrza, w wyniku czego powstaje korzystniejszy bilans pomiędzy powietrzem niezbędnym do spalania i powietrzem doprowadzonym, co znacznie obniża straty ciepła na nagrzew balastowego azotu. Obecność cząstek wody w roztworze olejowo-wodnym przejawia się w dwojaki sposób w mechanizmie spalania. W przypadku spalania mieszaniny mazutu z olejem rzepakowym, przy ogrzewaniu roztworu do temperatury 120 + 130°C stan fizyczny cząsteczek wody ulega zmianie. Temperatura wrzenia wody jest o około

PL 203 208 B1

170 + 220°C niższa od temperatury wrzenia mazutu i w wyniku tego część palna roztworu pozostaje jeszcze w stanie ciekłym a woda przechodzi w stan pary. Dzięki temu kropla roztworu pod działaniem rozszerzającej się pary wodnej ulega rozczepieniu na części na drodze mikroeksplozji. Takie dodatkowe rozdrobnienie kropli zwiększa szybkość procesu spalania mieszanki przez zwiększenie ogólnej powierzchni parujących elementów paliwa, następuje poprawa procesu mieszania paliwa z tlenem, wzrasta wpływ katalitycznego oddziaływania pary wodnej na spalanie mieszanki. Cząsteczki wody podczas spalania roztworu mieszanki uczestniczą w procesach utleniania i redukcji cząsteczek gazów węglowodorowych. Rozpad termiczny cząsteczek wody powoduje powstanie rodników OH, które oddziaływują katalitycznie w procesie wstępnego utleniania węglowodorów ciężkich i sadzy.

W temperaturach większych od 850°C rozżarzone cząsteczki węgla w obecności rodnika OH łatwo ulegają utlenieniu do tlenku węgla. Przerwany zostaje w ten sposób proces powstawania sadzy w płomieniu i odkładania się części smolistych w postaci nagaru na powierzchniach ogrzewalnych komory spalania. Powstały w czasie termicznej dysocjacji cząsteczek wody, wodór ulega spaleniu w jądrze płomienia powodując ogólny wzrost szybkości spalania mieszanki. Żagiew płomienia jest w wyniku tego bardziej zwarta i stabilna niż w przypadku spalania czystego mazutu, oleju opałowego, czy ich mieszanek z olejem rzepakowym. W wyniku całkowitego i zupełnego spalania w spalinach nie ma sadzy i ciężkich węglowodorów aromatycznych a na powierzchniach ogrzewalnych nie odkłada się nagar. W wyniku stosowania koloidalnego roztworu olejowo-wodnego o wymieszaniu na poziomie cząsteczkowo-jonowym następuje zmniejszenie emisji tlenków azotu o 10 + 14%, dwutlenku siarki o 20 + 26%, tlenku węgla 10 + 30%, sadzy o 10 + 30%, obniża się efekt korozyjnego oddziaływania pięciotlenku wanadu, tlenku sodu i innych tlenków na powierzchnie ogrzewalne kotła oraz zmniejsza się efekt zabrudzenia rur ekranowych komory spalania.

Dzięki stosowaniu koloidalnego roztworu olejowo-wodnego uzyskuje się całkowite i zupełne spalanie, poprawę wymiany ciepła w komorze kotła, zmniejszenie korozyjnego wpływu spalin na powierzchnie ogrzewalne kotła oraz oszczędności paliwa ciekłego. W wyniku tych efektów można realnie zmniejszyć zużycie oleju na przeprowadzenie konkretnych procesów technologicznych o 10 + 15%, tzn. spalanie koloidalnego roztworu olejowo-wodnego jest bardziej ekonomiczne niż spalanie czystych mieszanek oleju rzepakowego z olejem opałowym lub mazutem.

Przedmiot wynalazku jest dokładniej objaśniony za pomocą rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat instalacji do przygotowania energetycznego paliwa ciekłego, a na fig. 2 i 3 pokazano stosowane odmiany mieszalników końcowych w instalacji jak na fig. 1.

Przygotowanie energetycznego paliwa ciekłego w postaci mieszanki oleju ropopochodnego z olejem roślinnym obejmuje przygotowanie oleju ciężkiego zwanego mazutem i oznaczonego w dalszej części opisu jako olej M lub oleju lekkiego opałowego oznaczonego jako olej OP w zespole instalacji A oraz oleju rzepakowego oznaczonego jako olej OR w zespole instalacji B. Do zbiornika 1 w zespole instalacji A doprowadza się olej M podgrzany przed wprowadzeniem do zbiornika 1 do temperatury t1 + t2, to jest 70 + 100°C lub olej OP podgrzany do temperatury t3 + t4, to jest 10 + 30°C, a następnie olej M lub olej OP przy ciśnieniu P1 + P2, to jest 0,01 + 0,2 MPa kieruje się do mieszalnika olejów w zespole instalacji C, w którym olej M podgrzewa się do temperatury t5 + t6, to jest 70 + 120°C, a olej OP do temperatury t1 + t8, to jest 20 + 40°C.

Do tego samego mieszalnika olejów doprowadza się olej rzepakowy OR o temperaturze t9 + t10, to jest 20 + 60°C ze zbiornika w zespole B o takim samym ciśnieniu jak oleju M i oleju OP, to jest 0,01 + 0,2 MPa i w każdej proporcji do oleju M lub OP najkorzystniej z udziałem oleju rzepakowego w mieszance olejowej od 5 do 20%. Wytworzoną mieszankę M + OR lub OP + OR z instalacji C kieruje się do mieszalnika końcowego 31 pod ciśnieniem P3 + P4, to jest 2,0 + 4,0 MPa przy prowadzeniu procesu wysokociśnieniowego lub pod ciśnieniem P5 + P6, to jest 0,6 + 2,0 MPa przy prowadzeniu procesu niskociśnieniowego.

Do mieszalnika końcowego 31 doprowadza się jednocześnie z mieszanką M + OR lub OP + OR roztwór koloidalny oznaczony dalej jako roztwór RK o temperaturze t11 + t12, to jest 20 + 30°C w proporcji do mieszanek olejowych od 600:1 do 200:1, przy czym roztwór koloidalny przygotowuje się w zespole instalacji D. Do zbiornika 32 w zespole instalacji D doprowadza się wodę i środek powierzchniowo czynny zwany dalej emulgatorem Eg w proporcji H2O:Eg jak 100:1 i po zmieszaniu wytworzony roztwór koloidalny kieruje się do mieszalnika końcowego 31, z którego palny roztwór olejowo-wodny powstały ze zmieszania M + OR + H₂O + Eg lub ze zmieszania OP + OR + H₂O + Eg kieruje się do instalacji przykotłowej. Do przygotowania roztworu koloidalnego stosuje się emulgator Eg

PL 203 208 B1 o nazwie handlowej rokafenol N-5 i chemicznej eter nonylo-fenylo-polioksy etylenoglikolowy lub zamiennie środek o nazwie handlowej rokonol L-4 i nazwie chemicznej eter polioksy etylenowy alkoholu.

Instalacja do przygotowania energetycznych paliw ciekłych składa się z zespołów instalacji oznaczonych na rysunku literami A, B, C, D i z mieszalnika końcowego 31. Zespół instalacji A zawiera wyposażenie instalacyjne do przygotowania oleju M lub oleju OP, zespół instalacji B do przygotowania oleju OR, zespół instalacji C do przygotowania mieszanki olejowej M + OR lub OP + OR, w zespole instalacji D przygotowuje się roztwór koloidalny RK, który wraz z mieszanką M + OR lub OP + OR wprowadza się do mieszalnika końcowego 31. Zespół A zawiera zbiornik 1, do którego przewodem 2 doprowadza się olej M podgrzany uprzednio do temperatury t1 + t2, to jest 70 + 120°C lub olej OP podgrzany do temperatury t3 + t4, to jest 10 + 30°C. Ze zbiornika 1 przewodem 3 poprzez wpięte w ten przewód zawory odcinająco-regulacyjne 4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e i 4f, filtr 5, pompę olejową 6, beipas 7, przepływomierz 8, manometr 9 i termometr 10. Olej M lub OP doprowadza się do mieszalnika olejowego w zespole C. Do zbiornika 11 w zespole B przewodem 12 doprowadza się olej OR o temperaturze t9 + t10, to jest 20 + 60°C.

Ze zbiornika 11 przewodem 19 poprzez wpięte w ten przewód filtr 13 zawory odcinającoregulacyjne 14, 14a, 14b, 14c, 14d, 14e i 14f, pompę olejową 15, beipass 15a, przepływomierz 16, manometr 17, termometr 18 doprowadza się olej OR do mieszalnika olejów w zespole C. Zespół C jako mieszalnik oleju M + OR lub oleju OP + OR zawiera zbiornik 20, mieszadło 21, nagrzewnicę 22, zawory regulacyjno-odcinające 23, 24, manometr 25 i termometr 26. W zbiorniku 20 zespołu C podgrzewa się olej M do temperatury t5 + t6, to jest 70 + 120°C lub olej OP do temperatury t7 + t8, to jest 20 + 40°C i miesza się olej M lub olej OP z olejem OR w każdej proporcji, najkorzystniej z udziałem oleju OR w mieszance olejowej od 5 do 20%. Mieszankę olejową M + OR lub OR + OR ze zbiornika 20 przewodem 27 poprzez zawory regulacyjno-odcinające 28, 28a, 28b, pompę olejową 29 i manometr 30 kieruje się do mieszalnika końcowego 31, do którego jednocześnie doprowadza się roztwór koloidalny RK z zespołu D.

Do zbiornika 32 w zespole D doprowadza się wodę i środek powierzchniowo czynny zwany dalej emulgatorem Eg, w proporcji H₂O:Eg jak 100:1 i po zmieszaniu za pomocą mieszadła 33, wytworzony roztwór koloidalny oznaczony dalej jako roztwór RK ze zbiornika 32 kieruje się do mieszalnika końcowego 31 przewodem 34 poprzez zawory regulacyjno-odcinające 35, 35a, 35b, 35c, pompę wodną 36, wodomierz 37, zawór regulacyjno-odcinający 38, manometr 39 i termometr 40. Z mieszalnika końcowego 31 mieszanka M + OR + H₂O + Eg lub OP + OR + H₂O + Eg jako palny roztwór olejowo-wodny jest kierowany do instalacji przy kotłowej przewodem 41 poprzez termometr 42, manometr 43 i zawór regulacyjno-odcinający 44. Do wytwarzania palnego roztworu olejowo-wodnego stosuje się mieszalnik końcowy 31 jako mieszalnik rurowy lub ejektor strumieniowy 31a, lub mieszalnik jako zbiornik 31b z mieszadłem 31c.

Claims (2)

1. Sposób przygotowania energetycznych paliw ciekłych w postaci mieszanki oleju ropopochodnego z olejem roślinnym, znamienny tym, że olej ciężki zwany mazutem oznaczony jako olej M podgrzany uprzednio do temperatury t1 + t2, to jest 70 + 120°C lub olej opałowy lekki oznaczony jako olej OP podgrzany uprzednio do temperatury t3 + t4, to jest 10 + 30°C, doprowadza się do zbiornika (1) w zespole instalacji (A), z którego poprzez przynależne wyposażenie tego zespołu olej M lub olej OP pod ciśnieniem P1 + P2, to jest 0,01 + 0,2 MPa doprowadza się do mieszalnika w zespole instalacji (C), jak również do tego mieszalnika doprowadza się olej rzepakowy oznaczony jako olej OR podgrzany przed wprowadzeniem do zbiornika (11) w zespole instalacji (B) do temperatury t5 + t6, to jest 20 + 60°C o ciśnieniu P1 + P2, to jest 0,01 + 0,2 MPa, a następnie powstałą mieszankę olejową M + OR lub OP + OR z zespołu instalacji (C) poprzez przynależne wyposażenie instalacyjne doprowadza się do mieszalnika końcowego (31) pod ciśnieniem P3 + P4, to jest 2,0 + 4,0 MPa przy prowadzeniu procesu wysokociśnieniowego lub pod ciśnieniem P5 + P6, to jest 0,6 + 2,0 przy prowadzeniu procesu niskociśnieniowego, natomiast z zespołu instalacji (D) do mieszalnika końcowego (31) doprowadza się roztwór koloidalny oznaczony jako roztwór RK w proporcji do mieszanki olejowej M + OR lub OP + OR od 600:1 do 200:1, przy czym roztwór RK wytwarza się w zbiorniku (32) zespołu (D) z wody i środka powierzchniowo czynnego oznaczonego jako emulgator Eg w proporcji H2O:Eg jak 100:1, a jako emulgator Eg stosuje się środek o nazwie handlowej rokafenol N-5 i chemicznej eter

PL 203 208 B1 nonylo-fenylo-polioksy etylenoglikolowy lub zamiennie środek o nazwie handlowej, rokonol L-4 i nazwie chemicznej eter polioksy etylenowy alkoholu.

2. Instalacja do przygotowania energetycznych paliw ciekłych, znamienna tym, że składa się z zespołów instalacji oznaczonych literami (A), (B), (C), (D) i z mieszalnika końcowego (31), z których zespół instalacji (A) zawiera zbiornik (1) oleju ciężkiego zwanego mazutem oznaczonego jako olej M lub oleju lekkiego opałowego oznaczonego jako olej OP połączony przewodem (3) i poprzez wpięte w ten przewód zawory regulacyjno-odcinające (4), (4a), (4b), (4c), (4d), (4e) i (4f), filtr (5), pompę olejową (6), beipass (7), przepływomierz (8), manometr (9) i termometr (10) olej M lub olej OP doprowadza się do mieszalnika olejowego zespołu (C) zawierającego zbiornik (20) mieszadło (21), nagrzewnicę (22), zawory regulacyjno-odcinające (23), (24), manometr (25) i termometr (26), a także do mieszalnika olejowego w zespole (C) jest doprowadzony olej rzepakowy oznaczony jako olej OR ze zbiornika (11) zespołu (B) przewodem (19) poprzez wpięte w ten przewód filtr (13), zawory odcinająco-regulacyjne (14), (14a), (14b), (14c), (14d), (14e) i (14f), pompa olejowa (15), przepływomierz (16), manometr (17), termometr (18), natomiast mieszankę olejową M + OR lub OP + OR powstałą w zespole (C) doprowadza się przewodem (27) poprzez zawory regulacyjno-odcinające (28), (28a), (28b), pompę olejową (29) i manometr (30) do mieszalnika końcowego (31), do którego jednocześnie doprowadza się roztwór koloidalny RK z zespołu (D) przewodem (34) poprzez wpięte w ten przewód zawory regulacyjno-odcinające (35), (35a), (35b), (35c), pompę wodną (36), wodomierz (37), zawór regulacyjno-odcinający (38), manometr (39) i termometr (40), przy czym stosuje się mieszalnik końcowy (31) jako mieszalnik rurowy lub ejektor strumienicowy (31 a) lub mieszalnik jako zbiornik (31b) z mieszadłem (31c).