(57)【要約】  本発明の目的は、所定の反応器長に対して、保持時間が増大され、加工されるべき原料が回転軸からの放射方向距離にかかわらず実質的に同一速度で移送されるように既存の混合装置を改善することである。その結果、少なくとも１つのブレード列が各シャフト上に配列され、各ブレード列が少なくとも２つの個別ブレードを備え、それらブレードがシャフトの長手方向軸線に対して入射角αで該シャフトに固定されている。これらブレードは、ブレードがシャフト上の固定点で入射角αを形成すると共に外径ＤＡ上に入射角βを形成するように、それらブレード自体で湾曲されている。複数の個別ブレードから成る列が連続的スクリューの代わりに使用されることによって、入射角は内側から外側に向かって低減され、混合されるべき粒子の軸線方向速度が反応器の全横断面にわたって平らとなり、それによって得られるべき停止タイプ流を可能としている。
2007502207.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの回転シャフトから構成される、特に連続作業反応器用の混合装置であって、対向する少なくとも２つのブレード列が各シャフト上に取り付けられ、それらブレード列の各々が少なくとも２つの個別ブレードから成り、前記ブレードが前記シャフトの長手軸線に対して入射角αで該シャフトに固定されており、前記ブレードが前記シャフト上の固定点で入射角αを形成すると共に外径ＤＡ上に入射角βを形成するように前記ブレードがそれら自体を湾曲させていることを特徴とする混合装置。
【請求項２】
前記外径ＤＡ上の前記入射角βが前記シャフトの径ＤＷ上の前記入射角αと同程度に最大であることを特徴とする、請求項１に記載の混合装置。
【請求項３】
前記入射角αが、前記シャフトでの径ＤＷから出発して増大する径に伴って連続的に減少し、そして、外径ＤＡ上のより小さな角度βと同じ大きさとなることを特徴とする、請求項２に記載の混合装置。
【請求項４】
前記ブレードの固定点でのシャフト径ＤＷの２倍であるブレードの外径ＤＡによって、前記外径ＤＡ上の前記入射角βが前記シャフトの径ＤＷ上の前記入射角αの約半分の大きさであることを特徴とする、請求項３に記載の混合装置。
【請求項５】
液体と固体の出発原料を、請求項１乃至４の内の何れか一項に記載の混合装置において、例えばコークスまたは他の適切な固体物質等の固体粒状熱交換媒体と一緒に連続的に混合して反応させる方法であって、前記シャフトでの前記径ＤＷ上の前記媒体の軸線方向速度が前記外径ＤＡ上のものと同じ大きさであることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は混合装置に関すると共に、連続作動反応器用に関連された混合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
これらの連続作動反応器は、例えば原油の減圧残油、精油所残油、ビチューメン、プラスチックを、高温粒状熱交換媒体と混合しそれらを所望温度まで加熱することによって再生するために使用される。
【０００３】
通常このタイプの混合装置は、必要に応じて相互に異なる長さ及び径から成る少なくとも２つの水平方向の相互に噛み合うスクリューから構成されている。変換若しくは反応速度の増大、または、生産物歩留まり及び生産物品質の最大化等の特定の特性の獲得のため、この混合装置は固体保持時間、反応器における温度、または、システム圧力に関して変動される。
【０００４】
特許文献１及び２は、残油の再生のための方法を記載しており、そこでは熱交換媒体としての高温コークスと、別のパイプを介しての処理されるべき残油とが混合装置に導入される。熱交換媒体コークスは５００℃と７００℃の間の温度を有し、少なくとも２つの水平方向の相互に噛み合うスクリューによって残油と完全に混合されて、均一の厚い油膜がコークス粒子上に生成される。次いでこれが反応温度まで非常に迅速に加熱され、ガス、油蒸気、および、コークスを形成することによって反応する。ガス及び蒸気は、１乃至１０秒の短い保持時間後に、上方に向かって排出チャネルを通って立ち去る。
【０００５】
混合装置を通過して出口に到達した固体混合物を担持するコークスは、更なる処理と事後ガス抜きのために下方へ向かってバッファー・タンク内に排出される。
【０００６】
このタイプの混合装置によって、全ての固体粒子の出来る限り同等保持時間を、即ち、停止タイプ流を達成するように試みられる。これが意味することは、シャフトに近接しているそうした全ての粒子が、スクリューの外周部に位置決めされている粒子と同一軸線方向速度で移送されることである。同時に液体出発物質が、混合装置の末端に、ガス、蒸気、および、コークスに完全に変換されるように保持時間を設定する試みが為される。
【０００７】
従来シャフト、ハウジング壁、および、それに関連された望ましくない軸線方向混合の間での速度プロファイルによって、これら混合装置内の粒子が混合経路において様々な保持時間を有する。
【０００８】
保持時間は、反応器長、シャフトの回転速度、または、スクリューのピッチに適応によって変動され得る。反応器用に出来る限り多く保持時間を使用するために、初期混合時間、即ち、熱交換媒体を液体出発原料と完全に混合するために必要とされる時間を低減するように試みられる。理想的には、完全混合は混合経路の最初の部分での熱交換媒体の導入中に既に生じる。しかしこれはこれまでに達成され得なかった。先行技術によれば、液体出発原料は、反応器長の半分を通過した後にのみ完全に混合される。保持時間を増大するため、この問題を解決するより長い反応器は極端に費用がかかる解決策であり、それは、シャフト及びスクリューが高温鋼製であり且つ６乃至１５ｍ（メートル）の長さと共に０．８乃至３ｍの外径とを有するからである。
【０００９】
平均保持時間に影響するために、混合へリックスのピッチ及び外形が変動され得る。混合装置内の固体の速度はその混合へリックスのピッチ及び形態に依存する。混合へリックスのピッチを増大することで、固体粒子の軸線方向速度は一般に減少し、保持時間は増大する。
【特許文献１】ＤＥ-Ａ-１９７２４０７４
【特許文献２】ＤＥ-Ａ-１９９５９５８７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、この先行技術に基づき、所定の反応器長に対して、保持時間を増大させ、加工されるべき原料が回転軸線からの放射方向距離にかかわらず本質的に同一速度で移送されるように前者の混合装置を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、この目的は最初に述べた混合装置に対して達成され、そこでは、対向する少なくとも２つのブレード列が各シャフト上に取り付けられ、それらブレード列の各々が２個から２０個の個別ブレードから成り、それらブレードがシャフトの長手軸線に対して入射角αで該シャフトに固定されており、それらブレードがシャフト上の固定点で入射角αを形成すると共に外径上に入射角βを形成するようにそれらブレードがそれら自体を湾曲させている。複数の個別ブレードから成る列が連続スクリューの代わりに使用されるという事実によって、特に効率的な混合が達成される。ブレードの湾曲におかげで、シャフトの長手方向軸線に対する様々な入射角が増大する径によって得られ、混合されるべき粒子の軸線方向速度が反応器の全横断面にわたって平らにされ得る。
【００１２】
入射角βが約２αのこれまでの通常値と比較してブレードの外径ＤＡ上でより小さく保持されていることによって、軸線方向流速はより平らとなって、理想的には、停止タイプ流に近づく。これによって保持時間のより狭い配分が得られる。
【００１３】
もしブレードの入射角がシャフトの基本点ＤＷから外径ＤＡに向かって連続的に減少すれば、混合されるべき粒子の軸線方向速度はシャフトの径ＤＷ上での軸線方向速度と比例して外径ＤＡ上で減少する。外径ＤＡが径ＤＷの２倍であることを仮定すれば（ＤＡ＝２ＤＷ）、同一の軸線方向速度が反応器の全横断面にわたって得られ、その場合、外径ＤＡ上の入射角βはシャフトの径ＤＷ上の入射角αの半分となる。混合装置を通じての固体の移送中における剪断効果は、螺旋の多重的な妨害によって増大される。混合強度は増大され、そしてそれによって、完全な混合が反応器長の半分の所で得られるばかりではなく、明らかにより早期に得られる。同一の反応器長によって、化学反応に対するより長い時速時間が達成され、新プラントがより短い反応器長かまたは代替的により長い反応時間かの何れかを有し得るように為し、より低い反応温度となる。
【００１４】
混合シャフトの可能性ある実現モードは図面上に例示的に図示されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
高温熱交換媒体コークスは、例えばパイプ（２）を介して、図１の混合装置（１）内に導入され、加工されるべき残油はパイプ（３）を介して導入される。この場合、混合装置（１）は、少なくとも２つの水平方向の相互に噛み合うスクリューを備え、それらスクリューが導入された原料を完全に混合し、それらをアウトレット・チャネル（８）に移送する。ガス及び蒸気は凝縮器（５）のために排出チャネル（４）を介してこの混合装置を立ち去れることができる。凝縮器（５）からのガスは、パイプ（７）を介して排出される生産物油から分離してパイプ（６）を介して排出される。固体混合物を担持するコークスは、混合装置（１）を通過してアウトレット・チャネル（８）を介して容器（９）に案内される。この乾燥済みコークスはこの容器（９）からパイプ（１０）を介して排出されてプロセスに戻される。熱交換媒体コークスによって更に加工される残油の代わりに、勿論混合装置も、例えば、それによってプラント構成全体が変わり得るプラスチック、コークス、ピート、または、バイオマス等の再生に利用され得る。
【００１６】
図２は、先行技術に従った混合装置（１）の断面図を示す。この混合装置（１）において、２つの相互に噛み合うシャフト（１１，１４）は同一方向に回転する中空シャフトとして形成されている。各シャフト（１１，１４）は２つのスクリュー（１２，１３，１５，１６）を備え、それらがシャフトの全長にわたって連続的に延在している。１つのシャフトの２つのスクリューは１８０°オフセットされている。
【００１７】
図３は、本発明に従って使用される少なくとも２つのシャフトの内の一方を示す。連続的なスクリューの代わりに、複数の個別ブレード（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，．．．１２ｍ）が螺旋状に次々とシャフト（１１）上に配列されている。個別ブレード（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，．．．１２ｍ）から成る第１列は、そのシャフト上で１８０°オフセットされている個別ブレード（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，．．．１３ｍ）から成る第２列と関連されている。この表現において、複数ブレードから成る各列は、１２個の個別ブレードから構成されている。用語スクリューまたはウォーム様構成は、それらブレードの任意の規則的または不規則的な構成を包含し、それはブレード（１２ａ乃至１２ｍ，１３ａ乃至１３ｍ）をシャフト（１１）上に並べられるように配列させ、何等問題無く両シャフト（１１，１４）を相互に転がり接触させるように移動させることを可能としている。ブレードの数は反応器長、シャフト及びブレードの間の径関係、および、それらと関係させられたブレード曲率に依存して変動可能である。混合されるべき媒体の粘性または粒子サイズも影響を有し、それは、ブレードの相互距離が初期混合時間に影響し得るからである。ねじ筋と同様に、ブレードは１列または数列に配列され得る。
【００１８】
図４は、図３のシャフトの左前の平面図である。簡略化のため、ここでは複数ブレードから成る１列における６個のブレード（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，．．．１２ｆ）及び（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，．．．１３ｆ）だけが表現されている。ブレードの固定点におけるシャフト（１１）の径は径ＤＷと称され、ブレードにおけるシャフト（１１）の外径はＤＡと称される。
【００１９】
図５は、個別ブレード（１２ａ）の入射角を伴う図３の拡張切り出し「Ａ」を示す。角度αはシャフト上のブレードの入射角を示す。角度αは図４の径ＤＷと関連されている。角度βは最外部の径ＤＡにおけるブレード（１２ａ）の入射角である。よって、混合装置の断面を介してのブレードの様々な入射角によって媒体の軸線方向速度に影響することが可能である。仮に外径ＤＡが径ＤＷの２倍であり、且つ、入射角が絶えず同一（α＝β）に維持しているとすれば、外径ＤＡで混合されるべく媒体の軸線方向速度はシャフト（１１）の径ＤＷでのものと比べて２倍となる。もしブレードの外周部における入射角βがブレードの固定点での入射角αよりも小さければ、外形ＤＡの軸線方向速度は元の値の約半分まで減少する。径ＤＷ及びＤＡに対する入射角α及びβの変化によって、粒子の軸線方向速度は混合装置の横断面にわたって平らとなり得て、保持時間のより狭い配分となる。こうして軸線流は所望の停止タイプ流に近づく。
【００２０】
以上は図６でより一層明らかとなる。簡略化のため、ブレードにおけるシャフト（１１）の外径ＤＡがブレードの固定点でのシャフト（１１）の径ＤＷの２倍であることを再度仮定する→ＤＡ＝２ＤＷ。
【００２１】
ＤＷ＝１．０ｍと２０回転／分の一定回転速度とによって、ブレードの固定点での粒子の周速はＶＷ＝１．０５ｍ／ｓとなる。よってこれは放射方向速度ＶＷｒ＝１．０５ｍ／ｓでもある。シャフト上の固定点でのブレードの入射角α＝１６°によって、粒子の軸線方向速度はＶＷａ＝０．３ｍ／ｓとなる。
【００２２】
ＤＡ＝２．０ｍと２０回転／分の同一回転速度とによって、ブレードの外径での粒子の周速はＶＡ＝２．０９ｍ／ｓとなる。よってこれは放射方向速度ＶＡｒ＝２．０９ｍ／ｓでもある。シャフトの外径ＤＡでのブレードの入射角β＝８°によって、ＶＡａ＝０．３ｍ／ｓの粒子の同一軸線方向速度となる。勿論、混合装置の横断面にわたる粒子の同一軸線方向速度もその他の径の関係やその他の入射角によって実現され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本方法の流れ図である。
【図２】図２は、先行技術に従った混合装置の断面図を示す。
【図３】図３は、本発明に従った混合装置の個別のシャフトを示す。
【図４】図４は、図３に従ったシャフトの左前の平面図である。
【図５】図５は、図３の詳細図である。
【図６】図６は、ブレードに作用する放射方向及び軸線方向の速度の表現図である。
【符号の説明】
【００２４】
１    混合装置
２，３，６，７，１０    パイプ
４    排出チャネル
５    凝縮器
８    アウトレット・チャネル
９    容器
１１，１４    シャフト
１２，１３，１５，１６    スクリュー
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，．．．１２ｍ    ブレード
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，．．．１３ｍ    ブレード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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