Große natürlich Vorkommen an Rohtorf stellen potentiell einen sehr reichen Vorrat an Brennmaterial dar. Derzeit führen jedoch die Probleme der Entwässerung von Rohtorf auf eine Feststoffanteil, bei welchem der Torf autothermisch brennbar ist, zu dem Ergebnis, daß Torf als Brennmaterial zur kommerziellen Verwendung nicht in großem Maße verfügbar ist.

Die herkömmliche Art der Entwässerung von Torf umfaßt das Filtrieren unter Druck; leider ist jedoch die Filtration schwer durchführbar und kann in der Praxis den Wassergehalt nicht so ausreichend reduzieren, daß der Torf autothermisch brennbar wird (d.h. nicht mehr als etwa 60 % Wasser).

Die Entwässerung von Torf kann auch mit Hilfe eines Verfahrens durchgeführt werden, bei dem der Torf desintegriert wird, indem er einer Zerkleinerungsstufe unterworfen wird, z. B. in einer herkömmlichen Torf-"Breaker"-vorrichtung. Der zerkleinerte Torf wird dann in Wasser aufgeschlämmt, das ein Flockungsmittel enthält,und danach filtriert. Die Filtration kann unter Druck erfolgen, z. B. in einem Druckfilter wie z. B. einer Bandpresse.

Die bekannten Verfahren zum Trocknen von Torf waren entweder nicht in der Lage, einen ausreichend niedrigen Wassergehalt zu ergeben, oder sie haben so viel Energie verbraucht, daß sie ineffizient sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Entfernen von Wasser aus nassem Torf zum Erhalt eines festen, autothermisch brennbaren Brennmaterials umfaßt die Schritte des Inkontaktbringens des Materials mit einer entwässernden Flüssigkeit, die ein mit Wasser nicht mischbares Lösungsmittel und einen gelösten Wasser-in-Öl Emulgator enthält und das nachfolgende Extrahieren einer Wasser-in-Öl-Emulsion aus der Mischung.

Es wurde gefunden, daß mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens Wasser, das in nassem Torf selbst nach herkömmlichen Trocknungsverfahren verbleibt, entfernt werden kann,und man ein Produkt erhält, das einen Brennwert (Heizwert) hat, der es zur Verwendung als Brennstoff geeignet macht.

Um die Wirksamkeit des Verfahrens zu maximieren, wird die Emulsion, die von der Mischung extrahiert wird, in eine Lösungsmittelschicht und eine wässrige Schicht aufgespalten, das Lösungsmittel wird wiedergewonnen und für den Kontaktschritt wiederverwertet. Das Aufspalten der Emulsion kann mit Hilfe bekannter Verfahren durchgeführt werden, z. B. durch Veränderung des pH-Wertes, gewöhnlich indem die Emulsion angesäuert wird, und umfaßt auch die Zugabe eines gewöhnlichen Salzes, z. B. Calciumchlorid. Jeglicher Rückstand, der in der Zwischenschicht verbleibt, wird im allgemeinen verworfen. Obwohl das wiederverwertete Lösungsmittel einige Reste von Emulgator enthalten kann, ist es bei einem Recyclingverfahren im allgemeinen erforderlich, dem Lösungsmittel mehr Emulgator zuzugeben, um eine zufriedenstellende Entwässerungsflüssigkeit zu erhalten. Da auch etwas Lösungsmittel mit der wässrigen Schicht und der Zwischenschicht verworfen wird und einiges davon im Produkt verbleibt, ist es erforderlich, bei dem Recyclingverfahren ständig Lösungsmittel zuzugeben. Gewöhnlich werden mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 75 %, insbesondere mehr als 80 %, z. B. bis zu 90 % des Lösungsmittels wiederverwertet. Manchmal kann es erforderlich werden, das Lösungsmittel nach dem Gebrauch bei mehrern Kreisläufen zu reinigen, um unerwünschte Bestandteile, die im Lösungsmittel gelöst sind, zu entfernen. Das Lösungsmittel kann z. B. destilliert werden.

Die Kontaktstufe wird im allgemeinen in Form einer Aufschlämmung durchgeführt und erfolgt in einem Kessel unter Rühren, um ausreichendes Mischen der Bestandteile sicherzustellen. Eine geeignete Mischvorrichtung ist ein Rührer von Typ "Heidolph", der z. B. in einer Einstellung von 250 bis 300 UpM verwendet wird. Vorzugsweise sollte der Mischer mit Schaufeln ausgerüstet sein, um einen guten Kontakt, aber keine intensive Scherwirkung der Komponenten zu erreichen. Die Zeit des Mischens sollte ausreichend bemessen sein, um vollständiges Vermischen zu erreichen und beträgt vorzugsweise wenigstens 1 oder 2 Minuten, braucht im allgemeinen nicht mehr als 60 Minuten zu betragen, gewöhnlich weniger als 30 Minuten, z. B. 5 bis 20 Minuten. Wenn die entstandene Aufschlämmung mit höherer Geschwindigkeit gerührt oder Scherkräften unterworfen wird, verringert sich die Zeit. Es wurde allgemein gefunden, daß es nicht von Vorteil, sondern eher nachteilig ist, die Einwirkungszeit der Scherkräfte zu verlängern oder die Mischintensität über die für einen guten Kontakt der Komponeten erforderliche Minimalzeit hinaus zu erhöhen.

Das Extrahieren der Emulsion aus der Mischung wird im allgemeinen mit Verfahren der Art durchgeführt, wie sie zum Entwässern wässriger ausgeflockter Torfaufschlämmungen verwendet werden. Das Extrahieren umfaßt also im allgemeinen die Filtration, vorzugsweise Druckfiltration, z. B. auf einer Bandpresse. Das Material wird am besten einem Druck von wenigstens 5 bar, vorzugsweise wenigstens 10 bar, z.B. etwa 15 bar, ausgesetzt.

Der nasse Torf, der den erfindungsgemäß definierten Stufen unterzogen wird, wurde vorzugsweise bereits einem vorausgehenden Trocknungsschritt oder einer Vielzahl solcher Schritte unterzogen. Z. B. kann Torf dem herkömmlichen Aufschlämmen in Wasser, das ein Flockungsmittel enthält, mit nachfolgender Druckfiltration unterzogen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren schließt auch Verfahren z. B. mit einem solchen vorausgehenden Schritt ein.

Alternativ oder zusätzlich kann der Torf in einem vorausgehenden Schritt getrocknet werden, indem er mit absorbierenden Materialien, die Feuchtigkeit absorbieren können, in Kontakt gebracht wird. Solche Materialien werden später aus dem Torf entfernt. Beispiele geeigneter Materialien sind in Wasser quellbare, unlösliche Polymerteilchen. Geeignete Polymeren sind in GB 1.573.201 beschrieben worden und sind vorzugsweise von der Art, wie sie in EP-A 0.195.550 beschrieben worden sind. Solche Polymerteilchen werden z. B. verwendet, wenn desintegrierter Torf mit Polymerteilchen vermischt wird, wobei das gequollene Polymer dann durch Absieben der Mischung abgetrennt wird.

Das Material, aus dem die Emulsion extrahiert worden ist, kann einem nachfolgenden weiteren Trocknungsschritt oder einer anderen Behandlung unterzogen werden, z. B. um gegebenenfalls weiteres Lösungsmittel zu entfernen. Solche weiteren Schritte umfassen das Verdampfen von Wasser und/oder von Lösungsmittel z. B. durch Erhitzen.

Der nasse Torf hat im allgemeinen vor der Aufschlämmungsstufe in der Entwässerungsflüssigkeit einen Wassergehalt von weniger als 90 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 80 Gew.-%, mehr bevorzugt weniger als 70 Gew.-%. Der Feuchtigkeitsgehalt des Materials nach der Extraktion der Wasser-in-Öl-Emulsion beträgt vorzugsweise weniger als 80 %, mehr bevorzugt weniger als 70%, insbesondere weniger als 60 %. Im allgemeinen beträgt die Menge an Wasser, die aus dem nassen Material mit Hilfe der Entwässerungsflüssigkeit entfernt wird, mindestens 10 %, vorzugsweise mindestens 20 %, und sogar bis zu 25 %, 30 % oder mehr der gesamten Wassermenge, die in dem Material vor dem Kontaktschritt vorhanden war.

Es wird bevorzugt, die Menge des in dem Brennstoff verbleibendem Lösungsmittels minimal zu halten, und die Menge an Lösungsmittel in dem Brennstoff beträgt vorzugsweise weniger als 20 Gew.-%, mehr bevorzugt weniger als 15 Gew. %.

Lösungsmittel, die erfindungsgemäß gebräuchlich sind, sind Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel, im allgemeinen Petroleum- Lösungsmittel oder andere, nicht-polare Lösungsmittel. Die Lösungsmittel sollten so wenig wie möglich flüchtig sein, um die Probleme bei der Handhabung des getrockneten Material gering zu halten. Andererseits sollten die Lösungsmittel eine niedrige Viskosität aufweisen, um die Menge zu erhöhen, die aus dem Produkt extrahiert werden kann,und um eine leichtere Handhabung der Mischung während des Verfahrens zu garantieren. Bevorzugte Lösungsmittel sind Kerosine. Kerosine bestehen aus Petroleum-Kohlenwasserstoffen mit etwa 10 bis 60 Kohlenstoffatomen pro Molekül. Beispiele bevorzugter Kerosine umfassen Exxol D240/270, Solvent 41 und SBP11.

Als Emulgator kann jeder Wasser-in-Öl-Emulgator verwendet werden, der in dem Lösungsmittel löslich und fähig ist, bei dem Kontaktverfahren eine Emulsion zu bilden. Geeignete Emulgatoren sind nicht-ionische oberflächenaktive Mittel, z. B. Fettsäureester. Bevorzugte Emulgatoren umfassen ein Nonylphenyl-ethylenoxid-Kondensat (Span 80) und Sorbitanmonooleat (Montane 80). Der Emulgator wird in der Entwässerungsflüssigkeit in ausreichender Menge zur Emulgierung des Wassers verwendet. Die Menge sollte mindestens 0,1 Gew.-%, vorzugsweise mindenstens 0,5 Gew.-%, bezogen auf die Menge des Lösungsmittels plus Emulgator, betragen. Im allgemeinen ist es nicht erforderlich, mehr als etwa 10 oder nicht einmal mehr als 5 % zuzugeben.

Die Entwässerungsflüssigkeit kann zusätzlich zu dem Lösungsmittel und dem Emulgator andere Komponenten enthalten. Solche Zusatzmittel können die Veränderung der Viskosität der Flüssigkeit und/oder Emulsion oder die Bildung oder Aufspaltung der Emulsion bezwecken. Die Flüssigkeit kann auch Wasser enthalten und kann daher selbst eine Emulsion sein, wobei man gefunden hat, daß solche Emulsionen als Entwässerungsflüssigkeit agieren.

Die Entwässerungsflüssigkeit wird im allgemeinen dem nassen Material in einer Menge von nassem Material: Flüssigkeit im Bereich von 1:1 bis 1:10 (Gewicht/kg/:Volumen/l), vorzugsweise 1:2 bis 1:5 zugegeben.

Ein anderes Kontaktverfahren als das Aufschlämmen ist das Besprühen des nassen Materials mit der Entwässerungsflüssigkeit. Das Lösungsmittel durchdringt das nasse Material, welches dann gepreßt wird, um Wasser und überschüssiges Lösungsmittel zu entfernen. Das Lösungsmittel kann aus dem Verfahren durch Emulsionsaufspaltung durch Säure, wie vorher beschrieben, wiedergewonnen und wieder eingesetzt werden. Das Verfahren kann in kleinem oder großem Maßstab durchgeführt werden

Ein alternatives Verfahren in großem Maßstab wäre ein ansatzweises Konditionierungssystem.

50 g-Proben von nassem Torf (variierender Trockenfeststoffgehalt, TG) wurde in 200 ml einer Mischung von Kerosin (Exxol D240/270), das 5 % Span-80-Emulgator enthielt, aufgeschlämmt. Die Aufschlämmung wurde mit einem Mischer vom Typ Heidolph bei Einstellung 0 (280 UpM) 20 Min. vermischt, ehe sie in einer Laborpresse unter Druck gesetzt wurde. In jedem Falle wurde ein Filtrat entfernt (etwa 160 ml) und die Endzusammensetzung des Produktes bestimmt.

Der Torf mit dem höheren Trockenfeststoffgehalt war vorher unter Verwendung eines Wasser-absorbierenden Polymers getrocknet worden. Die Ergebnisse werden in Tabelle 1 wie untenstehend angegeben.

Bei Versuch 2 und 3 hatte das Filtrat ein weißes Aussehen, was eine Emulsion anzeigte. Die Ergebnisse zeigen, daß bei Beispiel 2, das erfindungsgemäß ausgeführt wurde, das Verhältnis Wasser: Trockenfeststoff von 3,3:1 auf 2,1:1 reduziert wurde, was auf eine wesentliche Wasserauscheidung hindeutet. Darüberhinaus wurde in Versuch 3, der ebenfalls erfindungsgemäß durchgeführt wurde, das Verhältnis von Wasser: Trockenfeststoff von 1,6:1 auf 1,1.:1 erhöht, was ebenfalls eine wesentliche Wasserausscheidung anzeigt. Bei Versuch 1, wo das Kerosin keinen gelösten Emulgator enthielt, schien auch eine Vergrößerung des Verhältnisses von Wasser:Trockenfeststoff vorzuliegen, dies dürfte jedoch ein Irrtum sein, und die Ergebnisse zeigen, daß mit Gewißheit praktisch kein Entfernen von Wasser stattgefunden hat. Bei diesem Beispiel war die aus der Aufschlämmung extrahierte Flüssigkeit im wesentlichen klar, wobei eine sehr kleine Menge Wasser auf dem Grund des Behälters anfiel, in dem es gesammelt wurde.

Die Durchführung ähnlicher Versuche unter Verwendung anderer Kerosine einschließlich Exxol 21, Spindle Oil 50 und S 41 ergab ähnliche Verbesserungen. Spindle Oil 50 war am wenigstens bevorzugt, da es viskoser ist.

In diesem Beispiel wurde die Wirkung intensiveren Rührens der Aufschlämmung untersucht.

95 ml 541 und 5 ml Span-80 wurden zu jeweils 25 g-Proben Torf gegeben. (Trockenfeststoffgehalt 38,7 %)

Jede der Proben wurde wie nachstehend gerührt:

1. Rührer "Heidolph", Einstellung '0' (etwa 280 UpM) - 5 Min.

2. Rührer "Heidolph", Einstellung '0' (ca. 280 UpM) - 20 Min.

3. "Moulinex"-Hochgeschwindigkeits-Rührer - 30 Sek.

4. "Moulinex" Hochgeschwindigkeits-Rührer - 60 Sek.

5. "Heidolph" 5 Min, dann "Moulinex" 30 Sek.

Nach dem Pressen bis zur Trockene - wie nach Beispiel 1 -, wurde die Zusammensetzung der Endprodukte bestimmt. Die Ergebnisse werden in Tabelle 2 angegeben.

Die Ergebnisse zeigen, daß durch Anwendung von längerem oder intensiverem Mischen keine Verbesserung hinsichtlich des Trockengrades des Produktes erzielt wurde. Vom Aussehen der Filtrate her schien verstärktes Mischen sogar schädlich für das Wasser/Öl-Emulgierungsverfahren zu sein.

Es wurde gefunden, daß die während des Verfahrens gebildeten Wasser/Öl-Emulsionen durch Zugabe von konzentrierter Schwefelsäure 'aufgespalten' werden konnten. Dabei entstand eine große Menge klaren Kerosins und eine kleine Menge abgetrennten Wassers (einschließlich der Säure) mit einer dünnen Schicht Schlamm auf der Grenzfläche von Kerosin/Wasser. Wenn das Verfahren kostengünstig sein soll, dann sollte das Kerosin wiederverwertbar sein. Es wurde daher ein Versuch durchgeführt, um die Möglichkeit der Wiederverwertung des Kerosins zu untersuchen.

25 g Torf (TG 37,8 %) wurden in 100 ml 'wiedergewonnenem' S41 aufgeschlämmt und in einem "Heidolph"-Rührer bei Einstellung '0' 5 Minuten gerührt. Eine andere Probe des gleichen Torfs wurde in einer Mischung aus 98 ml S41 und 2 ml Span-80 aufgeschlämmt und in der gleichen Weise vermischt. Nach dem Abtrennen der Öl/Wasser-Phase in den Labor-Kolben-Pressen bei 15 bar war die Zusammensetzung des Endproduktes wie folgt:

Das Filtrat der ersten Probe war trüb und von blaß-gelber Farbe und enthielt einige Tropfen Wasser. Die Probe mit zusätzlichem Emulgator jedoch ergab ein weißes, homogenes Filtrat.

Aufgrund dieses Ergebnises ist offensichtlich, daß - obwohl das wiedergewonnene S41 offensichtlich eine kleine Menge Emulgator enthält - zusätzlicher Emulgator zugegeben werden muß, um die Wirksamkeit des Verfahrens aufrecht zu erhalten. Das Prinzip der Wiederverwendung des wiedergewonnenen Kerosins wird jedoch bestätigt. Es wurde gefunden, daß 87-90% des Lösungsmittels wiederverwertet werden konnten.

Vergleichsversuche, die mit Torfproben mit einem Trockenfeststoffgehalt (TG) von 10,8, 23,1 und 38,4 % durchgeführt wurden, ergaben die folgenden Ergebnisse:

Die Analyse der Endprodukte zeigte eine wesentliche Erhöhung des Feuchtigkeitsgehaltes bei Erhöhung des Feuchtigkeitsgehaltes des Ausgangsmaterials. Dieser Trend war wie erwartet.

Der Brennwert des Testproduktes der Probe mit TG 38,4 wurde unter Verwendung der folgenden Zahlen errechnet:

Brennwert des Torfs (DCM) 18-25 MJ pro kg.

Brennwert des Kerosin = 36,4 MJ pro kg.

Aus diesen Werten und der Wärmekapazität und der Wärme des verdampften Wassers ergibt sich ein Brennwert des Torfs von durchschnittlich etwa 12,7 MJ pro kg Produkt. Das entspricht dem Brennwert der Kohle, die einen Brennwert von 16,75 MJ pro kg aufweist.

1 kg stark befeuchteter Rohtorf "Sphagnum" aus Schweden (TG 11,02 %) wurde mit 3 l Wasser verdünnt und ergab eine Aufschlämmung mit einem Trockenfeststoffgehalt von 2,49 %.

400 g Aliquot wurden mit einem 80:20 DMAEAqMeCl:ACM-Copolymer als flüssige Dispersion behandelt und dann unter Druck in der Labor-Kolbenpresse entwässert.

Die Trockenfeststoffgehalte der kombinierten Produkte ergaben 28,16 %.

Eine 50 g-Probe des entwässerten Torfs wurde in 200 cm³ einer Mischung aus Lösungsmittel (SBP11) mit 5 % Span-80-Emulgator aufgeschlämmt. Die Aufschlämmung wurde im "Heidolph"-Rührer bei Einstellung '0' 5 Minuten gerührt, ehe sie auf der Labor- Kolben-Presse bei 15 bar gepreßt wurde. Die Zusammensetzung des Endprodukts war:

Das Verfahren kann auf Abwasserschlamm und andere organische Aufschlämmungen angewendet werden, wie in Beispiel 6 dargestellt:

50 g ursprünglicher Schlamm (TG 30,03 %) wurde in 200 m³ einer Mischung aus Lösungsmittel (SBP11) mit 5 % Emulgator (Montane 80) aufgeschlämmt. Die Aufschlämmung wurde 20 Min. im "Heidolph"-Rührer vermischt, ehe sie auf der Labor-Kolbenpressse bei 15 bar gepreßt wurde. Die Zusammensetzung des Endproduktes war: