(57)【要約】  炭化水素物質から油への圧縮空気触媒変換の方法が、混合タービン内に炭化水素物質および触媒油を供給するステップと、触媒油と炭化水素物質を混合して混合物を得るステップであって、混合タービン内で触媒酸化のための熱を生成することを含む、混合するステップと、混合タービンの下流に蒸留装置を用意するステップと、混合物の液体成分を蒸留装置へと取り出すステップと、液体成分を蒸留するステップと、油および水を収集するステップとを有し、混合するステップが、混合タービン内へ酸素を導入することを含む。この方法を用いることができる装置が、触媒油および炭化水素物質のための第１の供給口ならびに触媒酸化後の液体成分のための出口を備える混合タービンを有する。加えて、この装置は、混合タービンから導出された液体成分を蒸留する蒸留装置と、蒸留装置から分離された油および水を収集する収集装置とを備え、混合タービンは、酸素のための第２の供給口を有する。【選択図】  図１
2020523469.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素物質から油への常圧触媒変換の方法であって、
混合タービン内に炭化水素物質および触媒油を供給するステップと、
前記触媒油と前記炭化水素物質を混合して混合物を得るステップであって、前記混合タービン内で触媒酸化のための熱を生成することを含む、混合するステップと、
前記混合タービンの下流に蒸留装置を用意するステップと、
前記混合物の液体成分を前記蒸留装置へと取り出すステップと、
前記液体成分を蒸留するステップと、
油および水を収集するステップとを含み、
前記混合するステップが、前記混合タービン内へ酸素を導入することを含む、方法。
【請求項２】
導入される酸素の量が、前記混合タービン内の反応温度に応じて制御される、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記混合タービン内の反応温度が下流方向において低下している場合、前記酸素の量が増大される、
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記混合タービン内の反応温度が下流方向において上昇している場合、前記酸素の量が低減される、
請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
前記導入される酸素が、９０％を超える純度レベルを有する酸素である、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記混合タービン内の前記反応温度が、前記酸素の導入によって下げられる、
請求項２〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
炭化水素物質から油への常圧触媒変換のための装置であって、
触媒油および少なくとも１つの炭化水素物質のための第１の供給口（５）ならびに触媒酸化後の液体成分のための出口（９）を備える混合タービン（１）と、
前記混合タービン（１）から導出された前記液体成分を蒸留する蒸留装置（１１）と、
前記蒸留装置（１１）から分離された油および水を収集する収集装置（１５）とを有し、
前記混合タービン（１）が、酸素のための第２の供給口（７）を有する、装置。
【請求項８】
前記第２の供給口（７）が、酸素生成装置へ結合される、
請求項７に記載の装置。
【請求項９】
制御装置（１７）が、前記第２の供給口を通って前記混合タービン内へ流れる酸素の量を制御する、
請求項７または８に記載の装置。
【請求項１０】
前記第２の供給口（７）が、前記混合タービン（１）の中間領域内に配置される、
請求項７〜９のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素物質から油への常圧触媒変換の方法に関し、この方法は、混合タービン内に炭化水素物質および触媒油を供給するステップと、触媒油と炭化水素物質を混合して混合物を得るステップであって、混合タービン内で触媒酸化のための熱を生成することを含む、混合するステップと、混合タービンの下流に蒸留装置を用意するステップと、混合物の液体成分を蒸留装置へと取り出すステップと、液体成分を蒸留するステップと、油および水を収集するステップとを含む。
【０００２】
本発明はまた、炭化水素物質から油への常圧触媒変換のための装置に関し、この装置は、触媒油および炭化水素物質のための第１の供給口ならびに触媒酸化後の液体成分のための出口を備える混合タービンと、混合タービンから導出された液体成分を蒸留する蒸留デバイスと、蒸留装置から分離された油および水を収集する収集装置とを有する。
【背景技術】
【０００３】
そのような方法およびそのような装置は、たとえば、特許文献１、特許文献２、および特許文献３から知られている。前述の公開文献は、混合タービンにおける炭化水素物質の常圧触媒変換を開示している。この従来技術では、混合タービンは回転体またはドラム回転体を有し、そのような回転体は、混合タービン内で回転し、混合タービン内に存在する炭化水素物質との摩擦を介して熱を生成する。そのような回転体は、別個に駆動する必要があり、それにはエネルギーを消費する。摩擦によって生成される熱は、反応温度を提供し、それぞれの混合タービン内で炭化水素物質の常圧触媒変換を開始する。
【０００４】
本発明の文脈では、炭化水素物質は、たとえば鉱油、鉱油残留物、石炭、バイオマス、および廃棄物であり、従来技術の混合タービン内の触媒油とともに混合されると、約２４０〜３４０℃の反応温度まで加熱される。本発明の文脈で「物質」とは、単一の物質だけでなく個々の物質の混合物も意味する。「触媒油」とは、物質がより自由に流れるように物質と混合される油を意味する。触媒油は、その目的で使用される方法の生成物であってもよく、またはこの方法に無関係の油であってもよい。触媒油は、好ましくは、カチオンアルミノケイ酸塩および石灰または石灰岩から構成される触媒を添加して、触媒油中に存在する酸を中和することによって形成される。触媒はさらに石炭内にも存在し、したがって上述した触媒の添加を石炭の添加に取り換えることもでき、この場合、生成物（ディーゼル）がさらに形成され、この方法がより安価になるという利点がある。
【０００５】
触媒酸化のための反応温度に到達するために加熱エネルギーを単独で提供することは、機械的に非常に複雑である。従来技術では、この目的で電気モータまたはディーゼルエンジンが提供される。このようにして生成される反応温度は、そのような方法またはそのような装置の効率を下げ、長い加熱時間を必要とする。生成された燃料の一部は、機械エネルギーから熱への変換のために再びすぐに使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１７９８２７７号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１００４９３７７号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１０２００５０５６７３５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明が対処する課題は、前述の方法および前述の装置の効率を確かに改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、この方法に関する課題は、混合するステップが混合タービン内へ酸素を導入することを含むことによって解決される。
【０００９】
本発明によれば、この装置に関する課題は、混合タービンが酸素のための第２の供給口を有することによって解決される。
【００１０】
驚くべきことに、上述した従来技術のプラントでは、炭化水素物質の触媒変換において高反応性の中間体が形成され、これらによって１００℃を下回る温度領域でも反応が誘発されることが、出願人によって発見された。このときこれらの中間体は、１４０℃を上回ると非常に活発に反応する。この驚くべき発見はまた、人間の血液中の触媒工程へ肺を使用して酸素を注入する、人体の働きで観察される方法と本質的に一致している。したがって、本発明の文脈で記載するプロセスは、機械エネルギーおよび脳の働きによって消費されるエネルギーの生成が食料からのエネルギー供給によってまかなわれている人体の生物学的な機構に近似している。しかし本発明の文脈で、機械エネルギーはそれほど重要ではない。
【００１１】
本発明の文脈では、出願人の観察に基づいて、機械エネルギーのための触媒油および炭化水素物質の混合物の加熱が、今まで混合タービン、すなわち触媒酸化の中心部によって供給されてきたが、本発明によれば、混合タービンにおいて、具体的には酸素の注入による触媒酸化が、これに取って代わることが実現される。
【００１２】
本発明で根本的に重要なことは、酸素の注入によって開始される加熱、および混合タービンのタービンホイールの摩擦によって生成される加熱の割合である。
【００１３】
したがって、本発明のさらなる利点は、導入される酸素の量が、混合タービン内の反応温度に応じて制御されることである。これにより、上述した２つの熱導入法の割合の間で任意の比を設定することが可能になる。
【００１４】
たとえば、混合タービン内の反応温度が下流方向において低下している場合、酸素の量を増大させることが有利である。
【００１５】
同様に、混合タービン内の反応温度が下流方向において上昇している場合、酸素の量を低減させることが有利である。
【００１６】
酸素または空気の注入が加熱に関して混合タービンの機械エネルギーに取って代わること、ならびに最高９０％の反応温度を達成および保持することが可能になる。これは、機械エネルギーから９０％を提供するために必要とされる燃料を不要にすることができることを意味する。その結果、本発明に係る方法および装置の効率が確かに増大する。
【００１７】
本発明のさらなる利点は、導入される酸素が、９０％を超える純度レベルを有する酸素であることである。したがって、本発明の文脈で、空気ではなく高い純度レベルを有する酸素が使用される場合、加熱に関して混合タービンの機械エネルギーに取って代わること、ならびに最高９５％の反応温度を達成および保持することがさらに可能になる。
【００１８】
本発明のさらなる利点は、非常に純粋な状態の酸素の注入により、混合タービン内に存在する触媒油および炭化水素物質の混合物の触媒酸化に必要とされる反応温度を１０〜２０℃下げることである。これは、窒素のストリッピング効果に帰すると考えられる。
【００１９】
以下、本発明の一実施形態について、図を参照して詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る炭化水素物質から油への常圧触媒変換のための装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
この図は、混合タービン１を概略図に示し、回転体またはドラム回転体３が、回転軸の周りを回転するように取り付けられている。本実施形態のドラム回転体３は直径５００ｍｍであり、３０００ｒｐｍで回転する。ドラム回転体は、３００ｋＷの電力を有する電気モータによって駆動される。混合タービン１は、第１の供給口５を有し、第１の供給口５を介して、炭化水素物質または炭化水素物質の混合物を混合タービン１へ供給することができる。さらに、第１の供給口５を介して触媒油を供給することも可能である。他の実施形態では、触媒油は、専用の供給口を介して混合タービン１へ導入することもできる。触媒油は、炭化水素物質が混合タービン１内で自由に流れるようにする。ドラム回転体３が回転することで、炭化水素物質が触媒油と混合する。摩擦エネルギーが熱を生成する。
【００２２】
混合タービン１は、第２の供給口７をさらに有し、第２の供給口７を介して、酸素を混合タービン１内へ導入することができる。好ましい実施形態では、酸素の純度レベルは９０％を超える。しかし本発明にはすでに、酸素混合物、たとえば空気が第２の供給口７を介して混合タービン１内へ導入されるという利点がある。酸素は、混合タービン１の動作中に、すなわち概してドラム回転体３の回転中に導入される。第２の供給口７を介して酸素を供給することで、継続動作中の電気モータによって必要とされる電力が１００ｋＷだけになる。この理由は、４００ｍ３／時の量の酸素が第２の供給口７を介して混合タービン１へ供給されることで、１０００ｋＷの電力に対応する加熱エネルギーが、触媒油および炭化水素物質の混合物へ解放されるからである。第２の供給口７を介して入力される空気からのこのエネルギーおよびドラム回転体３の回転により、触媒酸化が液体成分を生成し、出口９がそれらの液体成分を蒸留装置１１へ伝達する。本実施形態では、蒸留装置１１の端部で、油および水が凝縮装置１３によって収集される。全体として、触媒酸化の結果、２．５ｍ３の量の油（ディーゼルの量）が混合タービン１内で混合物から蒸発する。０．０７５ｍ３の量の油だけがＣＯ２およびＨ２Ｏに変換され、さらに０．０２５ｍ３の量の油が、熱電供給プラント内で電気モータの動作および１００ｋＷの電力の提供のために使用される。
【００２３】
本実施形態では、第２の供給口７には、直径１インチの開口７．１が設けられている。第２の供給口７は、酸素または圧力もしくは圧縮空気を生成する圧力装置１４に連結される。第１の供給口５および混合タービン１からの出口９は、混合タービン１内の材料の吸引および放出が渦を生じさせるように、混合タービン１に配置される。本実施形態では、第１の供給口５および出口９が混合タービン１上で接線方向に配置されることが想定される。
【００２４】
蒸留装置１１は、導管１１．１を介して凝縮装置１３に連結された少なくとも１つのいわゆる蒸留塔である。この凝縮装置１３は、気体成分があっても熱伝達を改善するために、蒸気側にフィン１３．１を有する。凝縮装置１３は、大型収集容器１５に連結され、したがってさらに混合することなく凝縮混合物が収集容器１５内へ案内される。２つの生成物、すなわち水および油（ディーゼル）は、収集容器１５内に穏やかに沈降することができる。凝縮装置１３と大型収集容器１５との間の連結は、収集容器１５への孔を有する横方向シャフトによって行われる。
【００２５】
収集容器１５内には、油（ディーゼル）と水との間のレベルを示す伝導度センサ（図示せず）が位置する。収集容器１５の下部には、水処理のために水を取り出すための第１の導管１５．１が位置する。その上には、油成分（ディーゼル成分）を蒸留装置１１内へ再循環させる第２の導管１５．２が位置する。このディーゼル成分の再循環は、水の取り出しによってディーゼル油のレベルがディーゼル放出開口を下回る高さまで下がった後に行われる。本発明の装置に対する収集容器のサイズは、体積２０ｍ３であり、したがって２．５ｍ３／時の生成率が可能である。
【００２６】
生成率２．５ｍ３／時の場合、蒸留装置１１内のさらなる蒸留は電気加熱槽内で行われ、そのため電力５００ｋＷの電気加熱が供給される。電気加熱槽の周りには、蒸発管が配置される。それぞれ１０ｋＷの個々の電力を有する合計５０本の電気加熱蒸発管が、槽の周りに配置され、それぞれの体積は１０ｍ３である。下流の空気冷却凝縮器も同様に、５００ｋＷの冷却力を有する。
【符号の説明】
【００２７】
１：  混合タービン
３：  回転体／ドラム回転体
５：  第１の供給口
７：  第２の供給口
７．１：  開口
９：  出口
１１：  蒸留装置
１１．１：  導管
１３：  凝縮装置
１３．１：  フィン
１４：  圧力装置
１５：  収集容器
１５．１：  第１の導管
１５．２：  第２の導管
１７：  制御装置
【図１】
2020523469.tif 000003
【国際調査報告】
2020523469.tif 000004
2020523469.tif 000005
2020523469.tif 000006
2020523469.tif 000007
2020523469.tif 000008
2020523469.tif 000009