DE69921457T2

DE69921457T2 - Brennstoffemulsion mischsystem

Info

Publication number: DE69921457T2
Application number: DE69921457T
Authority: DE
Inventors: A. Richard CEMENSKA; N. Gerald COLEMAN; H. Carlos CORTES; Ed Jakush; W. Ted SCHEUERMANN
Original assignee: Clean Fuels Technology Inc
Current assignee: Talisman Capital Talon Fund Ltd Little Rock Us
Priority date: 1998-02-17
Filing date: 1999-02-05
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2019-02-06
Also published as: AU747185B2; AU2585099A; EP1058719B1; DK1058719T3; US5873916A; DE69921457D1; EP1058719A1; BR9908103B1; JP2002503758A; CA2321045A1; CA2321045C; BR9908103A; WO1999041339A1; ATE280819T1; JP4491133B2

Description

Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoff- bzw. Treibstoffmischsystem und spezieller ein Brennstoff- bzw. Treibstoffemulsionmischsystem zum Mischen einer wäßrigen Brennstoffemulsion von einer Quelle an Treib- bzw. Brennstoff auf Kohlenwasserstoffbasis, einer Quelle an Wasser und einer Quelle an wäßrigen Brennstoff- bzw. Treibstoffemulsionadditiven.
Hintergrund
Jüngste Entwicklungen in Bezug auf Brennstoff bzw. Treibstoff führten zu einer Reihe an wäßrigen Brennstoffemulsionen, bestehend im wesentlichen aus einem auf Kohlenstoff basierenden Treibstoff, Wasser und verschiedensten Additiven wie beispielsweise Schmierstoffe, Emulgatoren, oberflächenaktive Stoffe, Korosionshemmer, Cetan-Verbesserer bzw. Zündbeschleuniger und ähnlichem. Diese wäßrigen Brennstoffemulsionen können eine Schlüsselrolle spielen beim Auffinden kosteneffektiver Möglichkeiten für Brennkraftmaschinen, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, Verbrennungsmotoren mit Selbstzündung (d.h. Dieselmotoren), um die Reduzierung von Emissionen unterhalb die vorgeschriebenen Niveaus ohne wesentliche Modifikationen in Bezug auf die Motoren, Brennstoffsysteme oder die bestehende Infrastruktur für die Brennstoffzufuhr, zu erreichen.
In vorteilhafter Weise neigen wäßrige Brennstoffemulsionen dazu, die Ausbildung von Stickoxiden (NOx) und Feststoffteilchen bzw. Partikel (d.h. eine Kombination aus Ruß und Kohlen wasserstoffen) zu reduzieren oder zu hemmen durch Änderung der Weise, wie der Brennstoff in dem Motor verbrannt wird. Speziell werden die Brennstoffemulsionen aufgrund der Anwesenheit von Wasser bei etwas niedrigeren Temperaturen verbrannt als herkömmliche Brennstoffe. Dies in Verbindung mit der Erkenntnis, daß bei höheren Spitzenverbrennungstemperaturen mehr NOx typischerweise in den Motorabgasen produziert wird, führt leicht zum Verständnis des Vorteils der Verwendung wäßriger Brennstoffemulsionen.
Ein Hauptproblem flüssiger Brennstoffemulsionen oder mit Wasser gemischter Brennstoffe jedoch ist die Stabilität des Brennstoffs. Wie im Stand der Technik wohl bekannt, haben die Bestandteile derartiger wäßriger Brennstoffemulsionen die Neigung, sich im Laufe der Zeit zu trennen. Ein Mischen der Brennstoffemulsionen in einer Weise, daß eine Langzeitstabilität erzielt wird, ist wesentlich, falls derartige Brennstoffe wirtschaftlich erfolgreich sein sollen. Die Probleme im Zusammenhang mit der Trennung von Brennstoffemulsionen sind sehr schwerwiegend, insofern, als die meisten Betriebscharakteristiken für Motoren für eine vorbestimmte Brennstoffzusammensetzung eingestellt sind. Dort, wo sich die Brennstoffemulsionzusammensetzung aufgrund der Trennung der Bestandteile verändert hat, wird die Motorleistung merklich gemindert.
Mehrere Bezugschriften nach dem Stand der Technik haben verschiedene Vorrichtungen oder Techniken zum Herstellen oder Mischen einer Brennstoffemulsion für Brennkraftmaschinen offenbart. Beispielsweise offenbart das US-Patent Nr. 5,535,708 (Valentine) einen Prozeß zur Ausbildung einer Emulsion aus einer wäßrigen Harnstofflösung in Dieselöl und die Verbrennung dieser zu Zwecken einer Reduzierung der NOx-Ausstöße aus Dieselmotoren. Auch offenbart das US-Patent Nr. 4,938,606 (Kunz) eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Emulsion für Brennkraftmaschinen, die eine Ölleitung, eine Wasserleitung, einen Dosierapparat und verschiedene Misch- und Speicherkammern verwendet. Ein anderer Prozeß und ein System nach dem Stand der Technik zum Mischen einer Brennstoffemulsion ist in dem US-Patent Nr. 5,298,230 (Argabright) offenbart, das einen speziellen Prozeß zum Mischen eines Brennstoffemulgiersystems offenbart, das nützlich ist bei der Reduzierung von NOx in einer Gasturbine.
Die vorliegende Erfindung widmet sich den zuvor erwähnten Problemen im Zusammenhang mit der Trennung flüssiger Brennstoffemulsionen durch Vorsehen eines Mischsystems und eines Verfahrens, welche die Langzeitstabilität derartiger Emulsionen verbessern.
EP-A-0 301 766 offenbart eine Vorrichtung zur Zubereitung einer Brennöl- bzw. Schwerölemulsion zum Mischen von Wasser, Brennstoff und oberflächenaktiven Stoffen.
Die vorliegende Erfindung umfaßt ein Brennstoffemulsionmischsystem gemäß Anspruch 1. Auch ist ein entsprechendes Verfahren vorgesehen.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel der Mischsystemsteuerung, die ausgelegt ist zum Regulieren des Stroms des Treibstoffs auf Kohlenwasserstoffbasis, Wassers und wäßriger Emulsionadditive steuert dabei das Mischverhältnis in Übereinstimmung mit vorgeschriebenen Mischverhältnissen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die obigen und andere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden offensichtlicher aus ihrer folgenden, anschaulicheren Beschreibung in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen, in denen:
1 eine schematische Darstellung der Mischstation für die wäßrige Brennstoffemulsion in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist;
2 ein Graph ist, der die bevorzugte Tröpfchengrößenverteilung für eine kontinuierliche Wasser-Brennstoffemulsion zeigt, die unter Verwendung des offenbarten Brennstoffemulsionmischsystems zubereitet würde;
3 ein Graph ist, der die bevorzugte Tröpfchengrößenverteilung für eine kontinuierliche Öl-Brennstoffemulsion zeigt; und
4 eine schematische Darstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels der Mischstation für eine wäßrige Brennstoffemulsion in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist.
Entsprechende Bezugszeichen geben in den unterschiedlichen, in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen, entsprechende Komponenten an.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die folgende Beschreibung erfolgt von der besten Weise, die momentan zur Durchführung der Erfindung vorgesehen ist. Diese Beschreibung soll nicht im einschränkenden Sinne verstanden werden, sondern dient lediglich dem Zweck der Beschreibung der allgemeinen Prinzipien der Erfindung. Der Bereich und die Breite der Erfindung soll unter Bezugnahme auf die Ansprüche bestimmt werden.
Bezugnehmend nun auf die Zeichnungen und insbesondere auf 1, ist dort eine schematische Darstellung des Mischsystems 12 für eine wäßrige Brennstoffemulsion gezeigt, die mehrere Einlässe für Bestandteile, sowie einen Auslaß 14 für eine wäßrige Brennstoffemulsion hat. Wie darin erkennbar, umfaßt das bevorzugte Ausführungsbeispiel des Brennstoffmischsystems 12 einen ersten Fluidkreis 16, der ausgelegt ist zur Aufnahme von Treibstoff auf Kohlenwasserstoffbasis bei einem Einlaß 18 für einen ersten Bestandteil von einer Quelle an Treibstoff auf Kohlenwasserstoffbasis (nicht gezeigt), sowie einen zweiten Fluidkreis 20, der ausgelegt ist zur Aufnahme von Brennstoffemulsionadditiven bei einem Einlaß 22 für einen zweiten Bestandteil von einem Speichertank 24 für Additive oder einer ähnlichen derartigen Quelle an Brennstoffemulsionadditiven. Der erste Fluidkreis 16 weist eine Brennstoffpumpe 26 auf zum Befördern des Treibstoffs auf Kohlenwasserstoffbasis, vorzugsweise eines Dieselbrennstoffs (obgleich andere Treibstoffe auf Kohlenwasserstoffbasis verwendet werden können) von der Quelle an Treibstoff auf Kohlenwasserstoffbasis zu dem Mischsystem 12 bei ausgewählter Strömungsrate bzw. -geschwindigkeit, einen 2-10 μm Filter 28 und eine Durchflußmeßvorrichtung 30, die ausgelegt ist zum Messen der Strömungsrate bzw. -geschwindigkeit des hereingelangenden Stroms an Treibstoff auf Kohlenwasserstoffbasis. Der zweite Fluidkreis 20 weist auch eine Pumpe 32 zum Befördern der Additive von dem Speichertank 24 zu dem Mischsystem 12 bei vorgeschriebenen Strömungsraten bzw. -geschwindigkeiten auf. Die Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoffadditivs innerhalb des zweiten Fluidkreises 30 wird gesteuert durch ein Durchfluß- bzw. Strömungssteuerventil 34, das zwischen dem Speichertank 24 für die Additive und der Pumpe 32 angeordnet ist. Wie beim ersten Fluidkreis 16, weist der zweite Fluidkreis 20 auch einen 2-10 μm Filter 36, sowie eine Durchflußmeßvorrichtung 38 auf, die ausgelegt ist zum Messen der gesteuerten Strömungsrate bzw. -geschwindigkeit des Stroms des hereingelangenden Additivs. Des weiteren werden die Signale 40, 42, die von den Durchflußmeßvorrichtungen 30, 38 in Verbindung mit dem ersten und zweiten Fluidkreis erzeugt werden, als Eingangssignale weitergekoppelt bzw. geleitet an eine Mischsystemsteuerung 44.
Der erste Fluidkreis 60, welcher den Treibstoff auf Kohlenwasserstoffbasis befördert und der zweite Fluidkreis 20, der ausgelegt ist zum Zuführen der Brennstoffadditive, werden miteinander gekoppelt und darauffolgend unter Verwendung eines ersten Inline- bzw. kontinuierlich in der Leitung liegenden Mischers 46, zusammengemischt. Das daraus resultierende Gemisch aus Treibstoff auf Kohlenwasserstoffbasis und Brenn stoffadditiven wird dann in Verbindung gebracht mit einem Strom an purifiziertem Wasser, der zugeführt wird über einen dritten Fluidkreis 50 und darauffolgend zusammengemischt unter Verwendung eines zweiten Inline-Mischers 52.
Der dritte Fluidkreis 50 weist eine Wasserpumpe 54 auf zum Befördern des purifizierten Wassers von einer Quelle an reinem oder purifiziertem Wasser (nicht gezeigt) bei einer ausgewählten Strömungsrate bzw. -geschwindigkeit zu dem Mischsystem 12, einen Partikelfilter 56 und eine Durchflußmeßvorrichtung 58, die ausgelegt ist zum Messen der Strömungsrate bzw. -geschwindigkeit des Stroms an hereingelangendem, purifizierten Wasser. Die Wasserpumpe 54, der Filter 56 und die Durchflußmeßvorrichtung 58 sind in Reihe innerhalb des dritten Fluidkreises 50 angeordnet. Die Strömungsrate bzw. -geschwindigkeit des Wassers innerhalb des dritten Fluidkreises 50 ist vorzugsweise gesteuert unter Verwendung eines Strömungssteuerventils 60, das zwischen der Quelle an reinem Wasser und der Wasserpumpe 54, in der Nähe des dritten oder Wassereinlasses 62, angeordnet ist. Der dritte Fluidkreis 50 weist auch eine Vorrichtung 64 zur Messung des spezifischen elektrischen Leitwerts auf, die stromabwärts der Durchflußmeßvorrichtung 58 angeordnet ist und ausgelegt ist zum Überwachen der Qualität des Wassers, das dem Mischsystem 12 zugeführt wurde. Die Signale 66, 68, die generiert werden von der Durchflußmeßvorrichtung 58 und der Vorrichtung 64 für den spezifischen elektrischen Leitwert oder eine andere geeignete Meßvorrichtung in dem dritten Fluidkreis 50, werden als Eingangssignale der Mischsystemsteuerung 44 zugeführt. Ist die Wasserqualität zu schlecht oder unterhalb eines vorgeschriebenen Schwellwerts, so deaktiviert die Mischsystemsteuerung 44 das Mischsystem 12 solange, bis Korrekturmaßnahmen eingeleitet wurden. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sollte der Schwellwert für die Wasserqualität, gemessen unter Verwendung der Meßvorrichtung 64 für den spezifischen elektrischen Leitwert, nicht mehr als 20 Mikrosiemens/cm betragen. Wie oben angegeben, wird das purifizierte Wasser von dem dritten Fluidkreis 50 in Verbindung gebracht mit dem Treib- stoff auf Kohlenwasserstoffbasis – und Brennstoffadditivgemisch und darauffolgend wieder gemischt unter Verwendung des zweiten Inline-Mischers 52 oder einer äquivalenten Mischstationausrüstung.
Das daraus resultierende Gemisch oder die Kombination aus Treibstoff auf Kohlenwasserstoffbasis, Brennstoffemulsionadditiven und purifiziertem Wasser wird in eine Emulgierstation 70 verbracht. Die Emulgierstation 70 weist ein Vergütungs- bzw. Alterungsreservoir 72 und eine hochscherende Mischvorrichtung auf. Das Vergütungsreservoir 72 weist einen Einlaß 74, einen Auslaß 76 und eine Hochvolumenkammer 78 oder ein Reservoir bzw. einen Behälter auf. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel des Mischsystems 12 arbeitet unter Verwendung einer Veredelungszeit als Funktion der Emulsionstemperatur. Beispielsweise wäre eine Veredelungszeit von drei Minuten geeignet bei einem Gemisch an wäßriger Brennstoffemulsion bei Zimmertemperatur. Dadurch würde bei einer Veredelungszeit von drei Minuten ein Mischsystem, das mit einer Abgabeströmungsgeschwindigkeit von etwa 56,7 l (15 Gallonen) pro Minute arbeitet, einen Tank mit 170 l (45 Gallonen) als Veredelungsreservoir bzw. -behälter verwenden.
Der hereingelangende bzw. eingehende Strom an Treibstoff auf Kohlenwasserstoffbasis, Brennstoffemulsionadditiven und purifiziertem Wasser, wird in das Veredelungsreservoir 72 verbracht an einer Stelle, die vorzugsweise eine fortwährende Durchmischung bzw. Durchrührung für das Reservoir vorsieht. Alternativ kann das Veredelungsreservoir eine damit in Verbindung stehende, mechanische Mischvorrichtung aufweisen. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel des Mischsystems 12 weist auch eine fortwährend arbeitende Rotor-Stator-Dispersionsmühle 81 auf, wie beispielsweise das Kady Infiniti modell, das hergestellt wird von Kady International model, hergestellt von Kady International in Scarborough, Mi, das stromabwärts des Veredelungsreservoirs 72 angeordnet ist und die schließliche Brennstoffemulsion am Auslaß 14 des Mischsystems liefert.
Zum Zwecke einer optimalen Viskosität und Stabilität in einer kontinuierlichen Wasser-Brennstoffemulsion, sollte ein vorgeschriebener Prozentsatz an Strom des Brennstoffgemisches (d.h. 10-50%) an der Dispersionsmühle 81 vorbeiführen. Ein derartiger vorbeigeführter bzw. Bypassstrom kann bewerkstelligt werden unter Verwendung einer Bypassleitung 80 und eines dazugehörigen Ventils 82, die innerhalb oder nahe der Emulgierstation 70 angeordnet sind. Ein Vorbeiführen eines vorgeschriebenen Prozentsatzes an Gemischstrom um die Dispersionsmühle 81 erzielt eine schließliche Brennstoffemulsion mit einer bimodalen Tröfpchengrößenverteilung, wie dies allgemein in 2 wiedergeben ist. Umgekehrt sollte zur Erzielung einer optimalen Viskosität und Stabilität in einer kontinuierlichen Öl-Brennstoffemulsion, der gesamte Brennstoffgemischstrom durch die Dispersionsmühle 21 geleitet werden oder eine ähnliche derartig hochscherende Mischvorrichtung wie beispielsweise einen Ross X-Series Mixer Emulsifier, was zu einer schließlichen Brennstoffemulsion mit einer Tröpfchengrößenverteilung führt, wie dies allgemein in 3 wiedergegeben ist.
Wie oben angegeben, akzeptiert die Mischsystemsteuerung 44 als Eingangssignale die Signale, die generiert werden durch die verschiedenen Durchflußmeßvorrichtungen in den ersten, zweiten und dritten Fluidkreisen, wie auch jegliche Signale, die generiert werden durch die Meßvorrichtung für die Wasserqualität, zusammen mit verschiedenen Eingaben durch den Operateur wie beispielsweise vorgeschriebene Treibstoffmischverhältnisse und liefert Steuersignale an das Strömungssteuerungsventil in dem zweiten Fluidkreis und das Strömungssteuerungsventil in dem dritten Fluidkreis. Das dargestellte Ausführungsbeispiel des Mischsystems ist vorzugsweise derart ausgestaltet, daß der Strom an Treibstoff auf Kohlenwasserstoffbasis nicht präzise gesteuert, jedoch präzise gemessen wird. Umgekehrt werden die Zuführleitung für purifiziertes Wasser und die Zuführleitung für Brennstoffadditive präzise gesteuert und präzise gemessen, um ein vorgeschriebenes Brenn- bzw. Treibstoff-/Wassergemisch zu erzielen. Das darge stellte Ausführungsbeispiel zeigt auch, wie die Ströme an Treibstoff auf Kohlenwasserstoffbasis, purifiziertem Wasser und Brennstoffadditiv fortwährend zugeführt werden, so daß der Scherpumpe fortwährend das richtige Treibstoffmischverhältnis zugeführt wird. Alternativ jedoch kann es wünschenswert sein, das Mischsystem derart auszugestalten, daß der Strom an purifiziertem Wasser präzise gemessen, jedoch nicht präzise gesteuert wird, während die Zuführleitung für den Treibstoff auf Kohlenwasserstoffbasis und die Zuführleitung für das Brennstoffadditiv präzise gesteuert und gemessen wird, um ein vorgeschriebenes Wasser-/Brennstoffgemisch zu erzielen.
Das oben beschriebene Mischsystem ist insbesondere geeignet zur Zubereitung eines Wasser-/Brennstoffgemischs oder einer wäßrigen Brennstoffemulsion unter Verwendung eines Treibstoffs auf Kohlenwasserstoffbasis mit einer relativen Dichte im Bereich von etwa 0,70-0,90 und einer Viskosität im Bereich von etwa 1,0-3,0 cSt. Das bevorzugte Volumenverhältnis des Treibstoffs auf Kohlenwasserstoffbasis liegt zwischen etwa 50%-90% des Gesamtvolumens der wäßrigen Treibstoffemulsion. Demgemäß liegt das bevorzugte Volumenverhältnis des purifizierten Wassers zwischen etwa 10%-50% des Gesamtvolumens der wäßrigen Treibstoffemulsion, während das Volumenverhältnis der Additive zwischen etwa 0,5%-10,3% des Gesamtvolumens der wäßrigen Brennstoffemulsion liegt. Wie oben angegeben, ist der Treibstoff auf Kohlenwasserstoffbasis vorzugsweise ein Dieselöl, obgleich alternative Treibstoffe auf Kohlenwasserstoffbasis wie beispielsweise Benzin, Gasolin, synthetische Treibstoffe oder deren Kombinationen verwendet werden können als Basis für den Treibstoff auf Kohlenwasserstoffbasis. Die in dem oben beschriebenen Mischsystem verwendeten Brennstoffemulsionadditive können einen oder mehrere der folgenden Bestandteil aufweisen, einschließlich oberflächenaktive Stoffe, Emulgatoren, Detergenzien, Antischaummittel, Schmierstoffe, Korrosionshemmer und Gefrierschutzmittel wie beispielsweise Methanol. Gemeinsam haben die Additive eine relative Dichte im Bereich von etwa 0,80-0,90 und eine Viskosität von etwa 0,8 cSt.
Bezugnehmend nun auf 4, ist dort eine schematische Darstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels des Brennstoffemulsionmischsystems 84 gezeigt. In vieler Hinsicht ist das Ausführungsbeispiel der 4 gleich dem Ausführungsbeispiel der 1, mit der Ausnahme eines vierten Fluidkreises 86 und mehrerer anderer Merkmale des hierin beschriebenen Brennstoffemulsionmischsystems 84. Vieles der detaillierten Beschreibung mehrerer Komponenten oder Elemente, die beiden Ausführungsbeispielen gemein sind, wurde schon unter Bezugnahme auf 1 geliefert und wird daher hier nicht wiederholt.
Das in 4 dargestellte Brennstoffemulsionmischsystem 84 weist vier Fluidkreiseinlasse 18, 22, 62, 88 und einen Brennstoffemulsionauslaß 14 auf. Wie unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wurde, ist der erste Fluidkreis 16 ausgelegt zur Aufnahme von Treibstoff auf Kohlenwasserstoffbasis bei dem ersten Einlaß 18 für Bestandteile von einer Quelle an Treibstoff auf Kohlenwasserstoffbasis (nicht gezeigt), während der zweite Fluidkreis 20 ausgelegt ist zur Aufnahme von Brennstoffemulsionadditiven bei einem zweiten Einlaß 22 für Bestandteile von einem Speichertank 24' für Additive, vorzugsweise einer beheizten Quelle an Brennstoffemulsionadditiven. Der dritte Fluidkreis 50 ist ausgelegt zur Aufnahme von Wasser bei dem dritten Einlaß 62 für Bestandteile von einer Quelle an Wasser (nicht gezeigt), während der vierte Fluidkreis 86 ausgelegt ist zur Aufnahme von Methanol bei dem vierten Einlaß 88 für Bestandteile von einer geeigneten Quelle an Methanol (nicht gezeigt).
Wie oben beschrieben wurde, weist der erste Fluidkreis 16 eine Treibstoffpumpe 26 auf zum Befördern des Treibstoffs auf Kohlenwasserstoffbasis, vorzugsweise eines Dieselöls, von der Quelle an Treibstoff auf Kohlenwasserstoffbasis zu dem Mischsystem 84 mit vorgewählter Strömungsrate bzw. -geschwindigkeit, einen Filter 28 und eine Durchflußmeßvorrichtung 30, die ausgelegt ist zum Messen der Strömungsrate bzw. -geschwindigkeit des angelangenden Stromes an Treibstoff auf Kohlenwasserstoffbasis. Zudem weist der erste Fluidkreis 16 einen Heizer 90 oder andere Mittel zum Heizen der Treibstoff auf Kohlenwasserstoffbasiskomponente auf eine spezielle Minimaltemperatur (beispielsweise 10°C), auf. In ähnlicher Weise weist der zweite Fluidkreis 20 ebenfalls eine Pumpe 22 auf zum Befördern der Brennstoffemulsionadditive von dem Speichertank 24', wo die Additive bei einer speziellen Minimaltemperatur gehalten sind, zu dem Mischsystem 84 bei vorgeschriebener Strömungsrate bzw. -geschwindigkeit. Die Strömungsrate der Brennstoffadditive innerhalb des zweiten Fluidkreises 20 wird gesteuert über ein Strömungssteuerungsventil 34, das zwischen dem Speichertank 24' für Additive und der Brennstoffemulsionadditivpumpe 32 liegt. Wie beim ersten Fluidkreis 16, weist der zweite Fluidkreis 20 ebenfalls einen Filter 36 und eine Durchflußmeßvorrichtung 38 auf, die ausgelegt ist zum Messen der Strömungsrate bzw. -geschwindigkeit des angelangenden Stroms an Additiven.
Der vierte Fluidkreis 86 weist eine Pumpe 92 und ein Strömungssteuerungsventil 94, einen Filter 96, ein Heizelement 98 und eine Durchflußmeßvorrichtung 100 auf. Die Pumpe 92, der Filter 96, der Heizer 98 und die Durchflußmeßvorrichtung 100 sind in Reihe innerhalb des vierten Fluidkreises 86 angeordnet. Die Strömungsrate des Methanols, Ethanols oder anderer Gefrierschutzmittel innerhalb des vierten Fluidkreises 86 wird vorzugsweise unter Verwendung des Strömungssteuerungsventils 94 gesteuert, das zwischen der Methanolquelle (nicht gezeigt) und der Pumpe 92, in der Nähe des vierten Einlasses 88 für Bestandteile, angeordnet ist. Der letzte oder dritte Fluidkreis 50 ist der Wasserfluidkreis, der vorzugsweise ein Wasserpurifiziersystem 102 aufweist, wie beispielsweise ein mit umgekehrter Osmose arbeitendes Purifiziersystem, welches das zugeführte Wasser auf vorgeschriebene Temperaturen bzw. Reinheitsniveaus erwärmt und purifiziert. Dieser dritte Fluidkreis 50 weist auch eine Wasserpumpe 54 und ein Wasser strömungssteuerungsventil 60 auf zum Befördern des purifizierten Wassers bei ausgewählter Strömungsrate bzw. -geschwindigkeit zu dem Mischsystem 84. Wie bei dem früher beschriebenen Ausführungsbeispiel, weist der dritte Fluidkreis 50 auch eine Durchflußmeßvorrichtung 58 auf, die ausgelegt ist zum Messen der Strömungsrate des angelangenden Stroms an purifizierten Wassers und eine Meßvorrichtung 64 für den spezifischen elektrischen Leitwert oder andere geeignete Meßvorrichtungen, die ausgelegt sind zum Überwachen der Qualität des dem Mischsystem 84 zugeführten Wassers.
Der Betrieb des in 4 dargestellten Brennstoffemulsionmischsystems 84 umfaßt ein selektives Mischen der Bestandteile aus jedem der Fluidkreise. Speziell werden der vierte Fluidkreis 86, der dem Transport des Methanols dient und der zweite Fluidkreis 20, der ausgelegt ist zum Zuführen der Brennstoffadditive, miteinander gekoppelt und es erfolgt eine darauffolgende Zusammenmischung unter Verwendung eines Inline-Mischers 104. Das daraus resultierende Gemisch aus Methanol und Brennstoffadditiven wird dann in Verbindung gebracht mit dem ersten Fluidkreis 16, welcher die Treibstoff auf Kohlenwasserstoffbasiskomponente zuführt. Ein anderer Inline-Mischer 46 wird dazu verwendet, um den Treibstoff auf Kohlenwasserstoffbasis, Brennstoffadditive und Methanol zusammenzumischen. Der Strom an purifiziertem Wasser, der über einen dritten Fluidkreis 50 zugeführt wurde, wird dann dem Gemisch zugefügt und darauffolgend zusammengemischt unter Verwendung noch eines weiteren Inline-Mischers 52. Das resultierende Gemisch oder die Kombination aus Treibstoff an Kohlenwasserstoffbasis, Brennstoffemulsionadditiven, Methanol und purifiziertem Wasser wird dann in eine Emulgierstation 70 geführt. Die Emulgierstation 70 weist das Veredelungsreservoir 72 auf und weist ebenfalls eine kontinuierlich arbeitende, Rotor-Stator-Dispersionsmühle 81 auf, wie beispielsweise die Kady Infinity Dispersion Mill, die stromabwärts des Veredelungsreservoirs 72 angeordnet ist und die schließliche wäßrige Brennstoffemulsion am Auslaß 14 des Mischsystems liefert. In der Nähe des Brennstoffemulsionauslasses 14 ist eine Meßvorrichtung 106 für die schließliche Brennstoffemulsiondichte, -viskosität, -leitfähigkeit und/oder opazität vorgesehen, welche die Dichte und/oder Viskosität des schließlichen Brenn- bzw. Treibstoffgemischs überwacht.
Die Signale 40, 42, 66, 108, die von den Durchflußmeßvorrichtungen im Zusammenhang mit den vier Fluidkreisen generiert worden, zusammen mit den Signalen 68, 110, die von der Meßvorrichtung 64 für den spezifischen elektrischen Leitwert in dem dritten Fluidkreis 50 generiert wurden und der Meßvorrichtung 106 für die schließliche Emulsionsdichte, Opazität, Leitfähigkeit und/oder Viskosität, werden als Eingangssignale der Mischsystemsteuerung 44 zugeführt. Die Mischsystemsteuerung 44 nimmt auch verschiedene Eingaben 112 des Operateurs, wie beispielsweise vorgeschriebene Treibstoff-Mischverhältnisse auf und liefert Ausgangssteuerungssignale 114 für die Stromsteuerungsventile 34, 60, 94 in dem zweiten, dritten und vierten Fluidkreis und – falls geeignet, der Emulgierstation 70.
Aus dem Vorstehenden sollte erkennbar sein, daß die vorliegende Erfindung dadurch ein Treibstoff- bzw. Brennstoffemulsionmischsystem liefert zum Mischen einer wäßrigen Brennstoffemulsion von einer Quelle an Treibstoff auf Kohlenwasserstoffbasis, einer Quelle an Wasser und einer Quelle an Brennstoffemulsionadditiven, einschließlich Methanol. Während die hierin offenbarte Erfindung unter Zuhilfenahme spezieller Ausführungsbeispiele und damit in Verbindung stehender Prozesse beschrieben wurde, können viele Modifikationen und Variationen durch den Durchschnittsfachmann daran vorgenommen werden, ohne von dem Bereich der Erfindung abzuweichen, wie er in den Ansprüchen wiedergeben ist oder alle ihre materiellen Vorteile zu opfern.

Claims

Brennstoffemulsionmischsystem (12) zum Mischen einer Brennstoffemulsion von einer Quelle an Treibstoff auf Kohlenwasserstoffbasis, einer Quelle an Wasser und einer Quelle an Brennstoffemulsionadditiven, wobei das Brennstoffemulsionmischsystem (12) aufweist: einen ersten Fluidkreis (16), der ausgelegt ist zur Aufnahme von Treibstoff auf Kohlenwasserstoffbasis von der Quelle an Treibstoff auf Kohlenwasserstoffbasis; einen zweiten Fluidkreis (20), der ausgelegt ist zur Aufnahme von Brennstoffemulsionadditiven von der Quelle an Brennstoffemulsionadditiven; eine erste Mischstation (46), die in Strömungsverbindung steht mit dem ersten Fluidkreis (16) und dem zweiten Fluidkreis (20), wobei die erste Mischstation ausgelegt ist zum Mischen des Treibstoffs auf Kohlenwasserstoffbasis und der Brennstoffemulsionadditive; einen dritten Fluidkreis (50), der ausgelegt ist zur Aufnahme von Wasser von der Quelle an Wasser; eine zweite Mischstation (52), die in Strömungsverbindung mit der ersten Mischstation (46) und dem dritten Fluidkreis (50) steht, wobei die zweite Mischstation (52) ausgelegt ist zum Zusammenmischen des Treibstoff-auf Kohlenwasserstoffbasis und Additivgemisches von der ersten Mischstation mit Wasser; eine Emulgierstation (70), die in Strömungsverbindung mit der zweiten Mischstation (52) steht, wobei die Emulgierstation (70) ausgelegt ist zum Emulgieren des Treibstoff-auf Kohlenwasserstoffbasis, Brennstoffemulsionadditiven- und Wassergemischs zum Erzielen der Brennstoffemulsion; einen Auslaß (14), der in Strömungsverbindung mit der Emulgierstation (70) steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Emulgierstation (70) des weiteren ein Vergütungsreservoir (72) aufweist, das in Strömungsverbindung mit der zweiten Mischstation (52) steht, wobei das Vergütungsreservoir (72) ausgelegt ist zur Aufnahme und zum Halten des Treibstoff-auf Kohlenwasserstoffbasis, Brennstoffemulsionadditiv- und Wassergemischs über eine vorgeschriebene Dauer und daß die Emulgierstation (70) des weiteren einen hochscherenden Mischer (81) aufweist, der in Strömungsverbindung mit dem Vergütungsreservoir (72) steht und ausgelegt ist, um weiter das Treibstoff-auf Kohlenwasserstoffbasis, Brennstoffemulsionadditiv- und Wassergemisch zu emulgieren.
Brennstoffemulsionmischsystem (12) nach Anspruch 1, bei welchem die erste Mischstation (46) des weiteren aufweist: einen Einlaß (18) für Treibstoff auf Kohlenwasserstoffbasis, der in Strömungsverbindung mit dem ersten Fluidkreis (16) angeordnet ist; einen Einlaß (22) für Additiv, der in Strömungsverbindung mit dem zweiten Fluidkreis (20) angeordnet ist; einen Mischer (46), der ausgelegt ist, um den Treibstoff auf Kohlenwasserstoffbasis, der beim Einlaß (18) für den Treibstoff auf Kohlenwasserstoffbasis aufgenommen wurde, mit den Brennstoffemulsionadditiven zu mischen, die bei dem Einlaß (22) für das Additiv aufgenommen wurden; und einen Auslaß der ersten Mischstation, der in Strömungsverbindung mit dem Mischer (46) und stromabwärts zu diesem, angeordnet ist.
Brennstoffemulsionmischsystem (12) nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die zweite Mischstation (52) des weiteren aufweist: einen Einlaß für die zweite Mischstation, der in Strömungsverbindung mit dem Auslaß der ersten Mischstation angeordnet ist; einen Einlaß (62) für Wasser, der in Strömungsverbindung mit dem dritten Fluidkreis (50) angeordnet ist; einen Mischer (52), der ausgelegt ist, um das Treibstoff-auf Kohlenwasserstoffbasis und Additivgemisch, das bei dem Einlaß der zweiten Mischstation aufgenommen wurde, mit dem Wasser zu mischen, das bei dem Einlaß für das Wasser aufgenommen wurde; und einen Auslaß der zweiten Mischstation, der in Strömungsverbindung mit dem Mischer (52) und stromabwärts zu diesem, angeordnet ist.
Brennstoffemulsionmischsystem (12) nach Anspruch 1, des weiteren aufweisend: eine Mischsystemsteuerung (44), die betriebsmäßig verbunden ist mit einem oder mehreren Fluidkreisen und ausgelegt ist zum Steuern des Mischverhältnisses von dem Treibstoff auf Kohlenwasserstoffbasis, der Brennemulsionadditive und des Wassers.
Brennstoffemulsionmischsystem (12) nach Anspruch 4, bei welchem der erste Fluidkreis (16) weiters eine Durchflußmeßvorrichtung (30) aufweist, die in betriebsmäßiger Verbindung mit dem ersten Fluidkreis (16) angeordnet und ausgelegt ist zum Messen des Durchflusses des Treibstoffs auf Kohlenwasserstoffbasis durch den ersten Fluidkreis (16).
Brennstoffemulsionmischsystem (12) nach Anspruch 5, bei welchem der erste Fluidkreis (16) weiters eine Durchflußsteuervorrichtung (26) aufweist, die ausgelegt ist zum Einstellen des Durchflusses des Treibstoffs auf Kohlenwasserstoffbasis durch den ersten Fluidkreis (16) in Reaktion auf ein Brennstoffsteuersignal, das von der Mischsystemsteuerung (44) empfangen wurde.
Brennstoffemulsionmischsystem (12) nach Anspruch 1, bei welchem der erste Fluidkreis (16) weiters einen ersten Heizer (90) aufweist, der ausgelegt ist zum Erwärmen des Treibstoffs auf Kohlenwasserstoffbasis auf eine vorgeschriebene Temperatur.
Brennstoffemulsionmischsystem (12) nach Anspruch 4, bei weichem der zweite Fluidkreis (20) weiters eine Durchflußmeßvorrichtung (38) aufweist, die in betriebsmäßiger Verbindung mit dem zweiten Fluidkreis (20) angeordnet und ausgelegt ist zum Messen des Durchflusses der Brennstoffemulsionadditive durch den zweiten Fluidkreis (20).
Brennstoffemulsionmischsystem (12) nach Anspruch 8, bei welchem der zweite Fluidkreis (20) weiters eine Durchflußsteuerungsvorrichtung (34) aufweist, die ausgelegt ist zum Einstellen des Durchflusses der Brennstoffemulsionadditive durch den zweiten Fluidkreis (20) in Reaktion auf ein Steuersignal (40, 42), das von der Mischsystemsteuerung (44) empfangen wurde.
Brennstoffemulsionmischsystem (12) nach Anspruch 4, bei welchem der dritte Fluidkreis (50) weiters eine Durchflußmeßvorrichtung (58) aufweist, die in betriebsmäßiger Verbindung mit dem dritten Fluidkreis (50) angeordnet und ausgelegt ist zur Messung des Durchflusses des Wassers durch den dritten Fluidkreis (50).
Brennstoffemulsionmischsystem (12) nach Anspruch 10, bei welchem der dritte Fluidkreis (50) weiters eine Durchflußsteuerungsvorrichtung (60) aufweist, die ausgelegt ist zum Einstellen des Durchflusses des Wassers durch den dritten Fluidkreis (50) in Reaktion auf ein Wassersteuersignal (66, 68), das von der Mischsystemsteuerung (44) empfangen wurde.
Brennstoffemulsionmischsystem (12) nach Anspruch 1, bei welchem der dritte Fluidkreis (50) weiters eine Wasserpurifizierungseinheit (10) aufweist zum Reinigen des Wassers auf ein vorgeschriebenes Purifizierungsniveau.
Brennstoffemulsionmischsystem (12) nach Anspruch 1, bei welchem der dritte Fluidkreis (50) weiters einen Wasserleitfähigkeitssensor (64) aufweist, der in betriebsmäßiger Verbindung mit dem dritten Fluidkreis (50) angeordnet und ausgelegt ist zum Messen der Reinheit des durch den dritten Fluidkreis (50) strömenden Wassers.
Verfahren zum Mischen einer Brennstoffemulsion von einer Quelle an Treibstoff auf Kohlenwasserstoffbasis, einer Quelle an Wasser und einer Quelle an Brennstoffemulsionadditiven, das die Schritte aufweist: Empfangen eines Stroms an Treibstoff auf Kohlenwasserstoffbasis von der Quelle an Treibstoff auf Kohlenwasserstoffbasis; Empfangen eines Stroms an Brennstoffemulsionadditiven von der Quelle an Brennstoffemulsionadditiven; Mischen des Treibstoffs auf Kohlenwasserstoffbasis und der Brennstoffemulsionadditive zur Erzielung eines Treibstoff-auf Kohlenwasserstoffbasis und Additivgemischs Empfangen von Wasser von der Quelle an Wasser; Mischen des Treibstoff-auf Kohlenwasserstoffbasis und Additivgemischs mit dem Wasser; und Emulgieren des Treibstoff-auf Kohlenwasserstoffbasis-Brennstoffemulsionadditive- und Wassergemisches zur Erzielung der Brennstoffemulsion; gekennzeichnet durch die Schritte: Vergüten des Treibstoff-auf Kohlenwasserstoffbasis, Brennstoffemulsionadditive- und Wassergemisches und Emulgieren des Treibstoff-auf Kohlenwasserstoffbasis, Brennstoffemulsionadditive und Wassergemisches in einem hochscherenden Mischer (8) zur Erzielung der Brennstoffemulsion.
Verfahren nach Anspruch 14, des weiteren den Schritt aufweisend des Messens des Stromes an Treibstoff auf Kohlenwasserstoffbasis, Brennemulsionadditiven und Wasser.
Verfahren nach Anspruch 14, des weiteren den Schritt aufweisend des Steuerns des Stroms an Treibstoff auf Kohlenwasserstoffbasis, Brennstoffemulsionadditiven und/oder Wassers in Reaktion auf ein Brennstoffsteuersignal, das von einer Steuerung empfangen wurde.
Verfahren nach Anspruch 14, des weiteren den Schritt aufweisend des Heizens des Treibstoffs auf Kohlenwasserstoffbasis, der Brennstoffemulsionadditive und des Wassers auf eine vorbestimmte Temperatur.