(57)【要約】縦型塔（１）でガスおよび／または液体を分離するための方法および装置。塔（１）の頂部生成物（４）は、冷却され、部分的にリサイクルされる。塔（１）の底部生成物は加熱され、部分的にリサイクルされる。冷却と加熱は、外部からの加熱（２）により駆動され得る熱音響ヒートポンプ（１０）の補助によりなされる。頂部生成物と底部生成物との間の相対的に大きな温度差は、この手段により克服され得る。
2005519730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱が反応器内の１つの場所に供給され、熱が前記反応器内の別の場所から取り出され、前記１つの場所の温度が前記他の場所の温度より高く、前記他の場所から前記１つの場所への熱の輸送がヒートポンプによりもたらされるところの１以上の反応器で実施される物理化学的方法であって、前記ヒートポンプが熱音響ヒートポンプであることを特徴とする方法。
【請求項２】
ガスおよび／または液体の分離を含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記１つの場所が塔の底部にあり、前記他の場所が塔の頂部にある、縦型塔で実施される請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記熱音響ヒートポンプのモーターがエネルギーの供給および低温流の供給を有し、前記低温流が前記反応器から生じる請求項１ないし３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記低温流が前記塔の底部から生じる請求項３または４記載の方法。
【請求項６】
前記反応器からの前記低温流がまず前記モーターを通って供給され、次いで、前記熱音響ヒートポンプのポンプに供給される請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記低温流が前記熱音響ヒートポンプのポンプの高温出口から生じる請求項４記載の方法。
【請求項８】
前記熱音響ヒートポンプのポンプの高温入口が前記塔の底部に接続されている請求項７記載の方法。
【請求項９】
蒸留が前記反応器中で実施される請求項１ないし８のいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記液体がプロピレンオキサイドおよび／または第３ブチルアルコールを含む請求項９記載の方法。
【請求項１１】
底部と頂部に出口（４，３）を備える縦型塔（１）を備え、塔の底部の出口からの流れを加熱するためのおよび塔の頂部の出口からの流れを冷却するための手段が存在するガスおよび／または液体を分離するための装置であって、前記手段は熱音響ヒートポンプを備え、前記熱音響ヒートポンプのモーターは、前記反応器の底部の出口（３）およびエネルギー源（７）への接続を有し、かつ前記熱音響ヒートポンプのポンプは、前記反応器の頂部の出口（４）への接続を有する装置。
【請求項１２】
前記熱源がバーナー（７）である請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記熱音響ヒートポンプのモーターの低温出口が前記熱音響ヒートポンプのポンプの高温入口ポンプ（１６）に接続されている請求項１１または１２記載の装置。
【請求項１４】
前記熱音響ヒートポンプのポンプ（１７）の高温出口が前記塔の入口（９）に接続されている請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
前記熱音響ヒートポンプのポンプの低温出口（１９）が前記塔の入口（１４）に接続されている請求項１１ないし１４のいずれか１項記載の装置。
【請求項１６】
前記熱音響ヒートポンプのポンプの高温入口が前記塔の底部出口に接続され、前記熱音響ヒートポンプのポンプの高温出口が前記熱音響ヒートポンプのモーターの低温入口に接続され、前記熱音響ヒートポンプのモーターの低温出口が前記塔の入口に接続され、その入口は前記底部からいくらかの距離が離れて位置する、請求項１１または１２記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
本発明は、１以上の反応器で実施される物理化学的方法であって、熱が反応器内の１つの場所に供給され、熱が前記反応器内の別の場所から取り出され、前記１つの場所の温度が前記他の場所の温度より高く、前記他の場所から前記１つの場所への熱の輸送がヒートポンプによりもたらされる方法に関する。
このタイプの方法は、当該技術水準において公知である。液体からのガスまたはガス混合物の蒸留の場合には、頂部生成物および底部生成物が、縦型分離塔で製造される。このコンテキストにおいて、熱は、頂部生成物から回収され、底部生成物に送られ、その後、２つの生成物の１つは、塔に部分的にリサイクルされることが知られている。この方式では、分離のために必要とされる所望の温度差は、可能な限り最も高いエネルギー効率の様式で維持される。頂部生成物の絶対温度が底部生成物の絶対温度より低いので、単純な熱交換器では十分ではあり得ない。それゆえ、先行技術においては、ヒートポンプが、そのような温度差を埋め合せるために提案されている。エネルギーの相当量の節約は、この手段によりなされ得る。そのようなヒートポンプまたは昇温型ヒートポンプは、一般的に、コンプレッサーとして機能するモーターに基づき、それにより、高温のガスは、これを高圧にもたらすことにより、凝縮する。凝縮により、底部流への熱輸送は達成され得る。
【０００２】
ヒートポンプは、それが比較的小さな温度差を埋め合せるとき最大効率を有するという欠点を有する。公知のヒートポンプについては、大きな温度差を埋め合せ、多量の付加エネルギーが導入されねばならないとき、比較的強力なコンプレッサーが必要とされ、その結果として、ヒートポンプによるエネルギーの節約は急速に効果が低減する。
本発明の目的は、１つの場所と他の場所との間に比較的大きな温度差が存在するときでさえ、熱輸送が、付加エネルギーの比較的少ない供給で起こり得るような方式で上記方法をさらに改善することである。
この目的は、熱輸送が、熱音響ヒートポンプの助けにより起こることで上記方法により達成される。
熱音響ヒートポンプは、それ自体公知である。これは、共振器（共振管）により結合されたモーターとポンプからなるものである。モーターにより音波が発生し、エネルギーがこの音波の助けによって移動する。そのような音波の助けにより、比較的大きな温度差が、ポンプ内で埋め合わされ得る。
【０００３】
そのような音波は、当該技術水準で公知のいずれかの方式で発生させ得る。好ましくは、これは温度差により発生し、その結果として定在波が共振器内で作り出される。物理化学的方法と組み合わせてのそのような熱音響ポンプの使用は、驚くほど良好に機能することが見出されている。
本発明の有利な態様によれば、上記方法は液体からのガスの蒸留を含む。好ましくは、反応器は、１つの場所、すなわち高温場所が底部であり、他の場所、すなわち低温場所が塔の頂部である縦型塔を含む。
さらに有利な態様によれば、エネルギーは、別途熱音響ヒートポンプのモーターに供給される。このエネルギーは、機械的／電気的エネルギーまたは熱のいずれかであり得る。この熱は、例えば、バーナーから生じ得るものであるが、しかし、いずれか別の考えられ得る熱源からも等しく良好に生じ得る。冷却は、塔の高温底部出口により供給され、これは、ついで、さらに加熱される。加えて、さらに加熱されたこの流れは、熱音響ヒートポンプのポンプに供給され得るものであり、塔からの頂部流が冷却されるとき、熱音響ヒートポンプ内でさらに加熱され得る。もちろん、生成物は、所望の位置で頂部流および／または底部流から取り出される。底部流の場合には、取り出しは、好ましくは、熱音響ヒートポンプのモーターへの入口の上流で起こり、頂部流の場合には、生成物は、好ましくは、冷却（凝縮）後、すなわち、熱音響ヒートポンプのポンプを通過した後、引き出される。
上記方法は、極めて一般的な適用性を有することが上述したことから理解され得る。この方法は、当該技術の水準において、考えられる全ての物理化学的方法において用いられ得るものであり、特に蒸留が指摘される。特に、本発明の方法は、液体の分離にとって適切であり、プロピレンオキサイドおよび／または第３ブチルアルコールの分離が例により言及され得る。
【０００４】
本発明はまた、底部と頂部に出口を備える縦型塔を備え、塔の底部の出口からの流れを加熱するためのおよび塔の頂部の出口からの流れを冷却するための手段が存在するガスおよび／または液体を分離するための装置であって、前記手段は熱音響ヒートポンプを備え、前記熱音響ヒートポンプのモーターは、前記反応器の底部の出口および熱源への接続を有し、かつ前記熱音響ヒートポンプのポンプは、反応器の頂部の出口への接続を有する装置にも関する。
本発明は、図面に示される２つの例示態様を参照して以下により詳細に説明される。
これらの図において、蒸留塔は、１により示される。この塔は、蒸留される生成物のための入口２を備える。底部出口３および頂部出口４が存在する。
図１による態様において、底部出口３は、底部生成物のための枝管８を備え、一方、底部生成物の一部は、熱音響ヒートポンプ１０の低温入口モーター１１に供給される。この熱音響ヒートポンプは、共振器１３により互いに接続されているモーター１１およびポンプ１２からなる。熱音響ヒートポンプは、当該技術の水準において公知のいずれのポンプでもあり得る。音波は、このポンプのモーターで発生する。そのような音波は、温度差によりモーター内で発生し得る。この温度差は、モーターがバーナー７（高温セクション）および、そこからいくらかの距離を離れて、塔の出口３から流れる底部生成物により形成される低温流を備えるということで達成される。音波は、この温度差により発生する。ポンプ内で、この音波は、温度差に再変換される。
底部生成物は、６でモーター１１を離れ、その位置である程度まで加熱される。次いで、底部生成物は、ポンプ１２の高温入口ポンプ１６に供給され、ある程度までより加熱され、高温出口ポンプ１７でポンプ１２を離れ、次いで、９で塔１の底部にリサイクルされる。
塔１からの頂部生成物は、ポンプの低温入口ポンプ１８に供給され、さらにポンプ１２で冷却される。ここで、１８での頂部生成物の入口温度は、１６での底部生成物の入口温度より低い。相対的に低温の頂部生成物は、１９でポンプ１２を出て行く。このときその一部は生成物１５として利用可能であり、一方、他の部分は，入口１４で塔の頂部にリサイクルされる。底部生成物８および頂部生成物１５は、この方式で得られる。
図２は、図１を参照して上述された回路の変形を示す。ここで、底部出口３もやはり生成物のための枝管８を備えるが、しかし、底部生成物の残りは、２７により示されるポンプの高温入口にリサイクルされる。いくらか加熱された後、この生成物は、２６でポンプの高温出口を離れ、ライン２８を介して熱音響ヒートポンプのモーターの低温入口に供給される。２５で熱音響ヒートポンプのモーターの低温出口から出た後、生成物は、ライン２９を介して塔１の底部に供給される。
本発明は、例の助けにより以下により詳細に説明される。プロピレンオキサイドおよび第３ブチルアルコールからなる混合物の分離のために通常の塔が用いられることが仮定され、このことに基づいて、通常の構成（すなわち本発明によらない）のための出力を決定するための計算が実施される。
この分離は１１８℃（底部温度）ないし６２℃（頂部温度）で実施され得る。リボイラー中の典型的な出力は、例えば、ほぼ１０ＭＷである。
【０００５】
図１で示される本発明を用いるとき、出発点として以下の仮定がなされる。
６００℃のバーナー温度（７）が、熱音響ヒートポンプのモーターを駆動するために用いられる。バーナー効率は１００％であり、熱音響ヒートポンプのモーターの効率は、カルノー効率の４０％である。共振器（１３）は１００％の効率を有し、一方、ポンプの効率は、カルノー効率のほぼ５０％である。
【０００６】
６００℃ないし１１８℃（底部温度）の範囲で作動するモーターのカルノー効率は、６５％である。音響出力はそれの４０％である、すなわち、バーナー出力の２２％である。残りの出力（７８％）は、底部流を加熱するために用いられる。ポンプは、作動中、１１８℃（底部温度）ないし６２℃（頂部温度）である。カルノー効率は７．０である。ポンプで運ばれた熱はこれの５０％である、すなわち、音響出力の３．５倍である。高温での出力は、２２％の３．５倍＝バーナー出力の７７％である。モーターにおいて底部流に加えられる出力がこれに加えられる。これは、１５５％、すなわち１．５５の全効率（性能係数（ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｏｆ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）  ＣＯＰ）を与える。
このことは、１０ＭＷのリボイラーのための熱要求を有する上記塔について、１０／１．５５＝６．４５ＭＷのバーナー出力で十分となり得る、すなわち３．５５ＭＷの節約であることを意味する。
本発明は、例に基づいて上述されてきたけれども、本発明は、頂部流と底部流とのあいだに比較的大きな温度差が存在する、生成物の多くの他の分離法とともに用い得ることが理解されるであろう。そのようなプロセスは、一般的に、当該技術の水準において公知であり、それらのプロセスのどれがを本発明により熱音響ヒートポンプと組み合わせられ得るかは、当業者には即座に明らかになるであろう。そのような方法は、特許請求の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１の変形の構成の模式図である。
【図２】図１と同じ方式で示される第２の変形の構成の模式図である。
【符号の説明】
【０００８】
１…蒸留塔、７…バーナー、１０…熱音響ヒートポンプ、１１…モーター、１２…ポンプ、１３…共振器
【図１】
2005519730.tif 000003
【図２】
2005519730.tif 000004
【国際調査報告】
2005519730.tif 000005
2005519730.tif 000006