CN102325857A - 用于预处理的浆状残留物的催化油化反应的带有液压垫片的油料反应器真空泵及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种用于两阶段的含碳氢化合物的残留物的扩散-催化转换的方法和装置，在第一阶段，温度为120-200℃，利用发电机的废热进行加热以便将固体原料转换为反应浆液，在第二阶段，通过采用一个或多个油料反应真空泵的转换过程，将反应浆液转换为中间馏分，油料反应真空泵的内部覆有涂层而且配有液压垫片。

Description

用于预处理的浆状残留物的催化油化反应的带有液压垫片的油料反应器真空泵及其方法

技术领域

所有的石油和大气中的所有氧气都是地球超过十亿年的光合作用的结果。它们是海洋以及随后的陆地在14-17℃的平均温度下，通过扩散-催化过程对死亡的有机物进行处理的结果。

对于如何将该过程应用到对现有的含碳氢化合物的废物的处理中，从而以环境友好的方式处理这些废物的问题，需要采用无需外部加热的扩散-催化过程，该过程仅由催化油和残留物之间的摩擦来实现。该摩擦开启了该过程的可能性，所述过程包括以下五个步骤：混合（即催化剂和残留物之间的摩擦）、吸附、反应、解吸附和移除或蒸发。没有摩擦的话，该过程就不能以技术上可行的、迅速的方式进行下去。

以下发明示出了如何通过相应的方法和装置来从技术上在短时间内实施该过程，进而使得该过程寿命长、可靠且划算。该方法涉及在具有液压垫片的油料反应器真空泵中进行反应以及将该系统结合到中间馏分的生产设备中，其通过预处理工艺使可能的风险最小并使产量最优。该装置涉及该方法的具体实施方式，作为以工业规模实施该方法的教导，其采用了已有的元件。各个示例性的实施方式在实施例的基础上对本发明进行了说明。

技术背景

在专利DE102005056735中描述了这样的机器和设备。在该专利中，其核心元件是允许该过程的高性能室混合器，该核心元件允许在大约3分钟的时间内重复石油形成过程，然后根据加工温度使产品同样地变成中间馏分。

在该专利中，该过程的核心元件遵循液环真空泵的原则，在过压侧产生1.5巴的过压。这对于专利10356245而言是一个重要的进步，但在实施过程中仍然存在非常明显的缺陷。专利10356245具有泵和搅拌器，其具有很高的压力，在压力管线方面存在诸多问题。

液环真空泵及其相应的布置是专利DE 10 2005 056 735的核心元件和设备的核心，但它也具有一系列的缺陷，其限制了设备的可靠性，从而限制了工艺的成本效益。

具体地，业已证明的一个缺陷是液环真空泵的垫片系统基本上不适用于250-320℃的加工温度，引入固态的原料会夹杂很多空气以致于即使在高性能室混合器中，反应过程也不能持续的提供试验操作的预期结果。

缺陷集中于垫片系统和导入系统，垫片系统的缺陷会导致设备因故障而停用，由于固体物质粘着在壁上，导入系统的缺陷会引发导入容器内的气管结构上的燃烧反应，特别是在蒸馏区。 

令人惊喜的是，业已发现根据本发明的液压技术提供了关于该技术的可靠性问题的解决方案。该液压技术的建立，充分考虑到了250-320℃的高温确实意味着真空泵不能持续承受的高应力，但是输送单元的介质由水改为油，这样轴承和垫片可以重新设计从而使其即使在高温条件下也依然可靠。这对于原料也同样适用，其必需服从该过程，以确保泵和设备的持久运转。

发明内容

根据本发明的液压技术包含液压控制或调整的垫片系统和经过预处理的适用于设备和泵的条件的固体原料。图1示出了根据本发明的具有液压垫片系统的油料反应器真空泵，图2示出了根据本发明的油料反应器真空泵的运行所需的预处理的结合。图3示出了具有两个油料反应器真空泵部件和预处理技术的整个处理过程。

令人惊奇的是，人们还发现扩散-催化反应过程只在大量的工业碳氢化合物（例如塑料，橡胶和油料）中的情况下，才需要添加催化剂。对于生物有机物占主要成分的原料而言，例如来自农业的残留物，这些原料中的有机成分的催化效果对该过程已经足够了。而生物残留物中无机成分基本包含了作为催化剂的相同结构，即每个铝硅酸盐都含有第一或第二主族的金属之一。

具体实施例

图1的说明涉及用于改换真空泵的方法，其对于获得可靠的、热稳定的、不透油的单元而言是必要的，该单元可以获得长的寿命、全功能性能和易修理性能。元件示出了液压垫片和与热的反应油料接触的部件上的涂层如何允许技术实现。

附图标记1标示出了垫片的外部包装单元，其实施为压紧螺母。采用螺钉2来致动压紧螺母以防止可能存在的油料从轴上泄露。当该压紧螺母完成了其密封作用后，位于其前的压紧螺母3允许进一步的垫片。

定位液压垫片以优化密封作用。其包括油室4，油室4位于压紧螺母和轴承之间，通过管线6和压力管线5连接，管线6上装有旋塞阀。油室4的压力通过管线7控制，其经过阀门9与油料反应真空泵8的局部真空管线20相连。这样，在油室4中只会有很小的过压。

因此，在油室4下半部收集的微粒可以经由阀门9排出而不会压入到轴承中。此外，可以从一侧引入足够的油以润滑轴承10，而在另一侧，作用在垫片的过压保持在较小的水平，这样垫片可以很容易的完成其任务。轴承内侧具有局部真空，其能吸入用于润滑的油。

根据类似的系统，轴承11的润滑在密封的相对侧进行。密封形成在另一侧的室12，其具有来自油料反应真空泵的压力管线的供应管线13和室下半部的微粒的排放管线15，供应管线上安装有截止阀14，排放管线上安装有截止阀16。从而，油料反应真空泵的内含物的润滑能力被用于轴承润滑。这样，即使在油料反应真空泵中的反应温度为250℃-320℃的情况下，也可以提供该润滑效果。

这些源自油料反应真空泵中的引入到反应中的物质，例如混合物中的纤维素、木质素、塑料和橡胶。在油料反应真空泵中还形成了一些沥青相的组分，这样在足够的流过量的情况下，即使在高温的情况下也可以确保足够的润滑。

油料反应真空泵17在所有与介质接触的零件上具有涂层，该涂层被施加到铸件的初始部分上。涂层可以是由氮化铝钛或氮化铬铝制成的单层或多层脱层，其施加在钢或GGG 50的铸件上。

这样可以在油料反应真空泵内获得足够的硬度和针对反应油料的化学防护。油料反应真空泵的入口侧的连接管线用附图标记8标识。在压力侧，油料反应真空泵具有压力管线18。装有叶片的叶轮19要么被涂覆，要么采用不锈钢制造。叶轮19的直径比真空泵的叶轮直径要小。这确实减小了入口侧的局部真空，也减少了在油化过程中油料中的固体成分的干扰。叶轮的壁间距从0.5-1mm增加到3-10mm。

图2示出了预处理技术与油料反应真空泵的结合。油料反应真空泵具有电动机、柴油机或燃气轮机形式的机械驱动。在上述所有三种情况中，均会产生废热。可以在用于预处理技术的热油循环中利用废热。由废气换热器21加热热油，其经热油管线22到达预处理容器23和25的套式加热器以及分离器28。在预处理容器的25的入口安装有入口档板或粉碎机。

从而在预处理容器23和25以及分离器28中加热材料。通过混合器及泵单元24维持循环。图3中示出的灰分设备的冷凝物和全过程中的含催化剂的油料的供应的结果是水被这些油料取代。由于热量的供应，水被蒸发，在蒸馏单元26进行纯化，冷凝，然后收集在水箱27中。在该单元中产生的浆液根据设备的填充水平经过输送单元和分离器28持续不断的供应给油料反应真空泵上方的存储容器29。

图3示出了在整个油化过程和油化设备中，油料反应真空泵和预处理技术的结合。带有储存容器的油料反应真空泵用31标识。灰分设备用32标示，其供应来自加热室的分离容器的支流（partial stream），加热室具有相邻的冷却室和灰分容器。该支流取决于金属、陶瓷、岩石、玻璃和盐类的原料中的未反应成分的比例。由于可回收的油料和催化剂也可以通过支流排放，因此输送给灰分设备的量是不能反应成分的1.5至3倍。

通过加热到400到500℃回收碳氢化合物，碳氢化合物通过蒸馏和冷凝来分离，然后导回到图中的预处理技术。由于催化剂会悬浮在水中，因此可以通过与水混合然后再过滤的方式来回收催化剂。

附图标记33标示出蒸馏单元，其位于蒸发器34的上方。位于蒸发器34内部的蒸发器条将来自油料反应真空泵的油料流分成大量的支流（100-3000）。这样可以获得用于得到的中间馏分的大的蒸发面积，其经蒸馏单元31向上排出，因而不再进入储存容器31中。

具有一个或两个实施方式的冷凝器35将蒸汽液化。其中一小部分经过蒸馏回送管线36返回到蒸馏塔内的柱中，以调节柱的上部的头温度。这决定了中间馏分的类型，是夏季柴油（summer diesel）、冬季柴油（winter diesel）还是煤油。管线37引导产品进入柴油罐，从而确保整个设备的安全，不发生产品泄漏，该柴油罐具有到一个或多个真空泵的连接管线。

在冷凝器的入口侧设有水分离槽38，以便将反应水组分排放到槽中。该水量与管线中的产品互相交换，直到水分离容器38中达到上部水平。

当达到上部水平时，电导传感器发出信号以打开排水阀直到信号不再施加。pH传感器连接在分离槽38的下部，其用于确定加入到图2中的容器25中的中和剂的输入量。

附图标记32标示出灰分设备，其与分离器的内部相连，其限制了设备中无机成分的浓度。灰分设备接收充足的物质，在原料（如玻璃、金属、陶瓷材料、以及由石灰添加形成的盐类）中也存在的组分在整个设备中是有限的。灰分设备具有加热器，其使得包括的碳氢化合物在450-500℃蒸发。它们被冷凝并供应到预处理设备中。

附图标记33标示出油化设备。它具有围绕容器系统24的多达10个单元的油料反应真空泵，其促使蒸发成分与液态油成分分离。蒸发成分由具有返回和冷凝单元35的蒸馏设备提纯。冷凝物具有两条输出管线36和37。它们在冷凝器内部通过溢流连接至不同的室。

管线36同样接收来自第一室的水的残留组分，借助于重力，在容器38中实现水分与产品的交换。该容器测量PH值，并定期地通过电导传感器和阀门排掉多余的水。管线37是产品管线。它具有浊度计，从而只允许符合质量要求的产品进入到槽中，而不适格的产品则被导入到灰分设备的冷凝物中。

图4的说明涉及改变真空泵的装置，这对于获得可靠的、热稳定的、不透油的单元而言是必要的，这样的单元可以获得长的寿命、全功能性能和易维修性能。元件示出了液压垫片和与热的反应油料接触的部件的涂层如何允许技术实现。

附图标记101标示出了垫片的外部包装单元，其具体实施为压紧螺母。其由内包装、套筒和螺钉组成。可以额外的安装第二压紧螺母，即位于压紧螺母103之前。

液压垫片室104位于朝向油料反应真空泵方向的轴线上，其包括位于压紧螺母和轴承之间的油室104，油室104通过管线106与压力管线105相连，管线106上具有截止阀。液压垫片室104通过管线107压力连接，其经阀门109与油料反应真空泵108的局部真空管线120相连。阀门109具有用于液压垫片室104的电子控制器。

轴承111位于油料反应真空泵的另一侧，其形成密封的相反侧。实施该密封，从而其具有一个室112和用于微粒的排放管线115，室112具有一个具有远离油料反应真空泵的压力管线的截止阀114的供应管线113，排放管线115在室下部装有截止阀116。

油料反应真空泵117在所有与介质接触的部件上具有涂层，涂层施加在铸件的初始部分上。涂层可以是由氮化铝钛或氮化铬铝制成的单层或多层，其施加在钢或50号GGG 50铸件上。

附图标记118标示出了在油料反应真空泵的入口侧的连接管线。而在压力侧，油料反应真空泵具有压力管线118。装有叶片的叶轮119要么被涂覆，要么采用不锈钢制造，其直径比真空泵的叶轮直径要小。叶轮的壁间间隙从0.5-1mm增加到3-10mm。

图5示出了预处理技术与油料反应真空泵的结合。油料反应真空泵具有电动机、柴油机或燃气轮机形式的机械驱动。废气换热器121提供热油。废气换热器121经热油管线122与预处理容器123和125的套式加热器以及分离器128相连。在预处理容器的125的入口设有入口档板或粉碎机。

预处理容器123和125以及分离器128与混合器及泵单元124相连以形成一个回路。预处理容器的连接管线与灰分设备一起安装（如图6所示）。蒸馏单元126与水箱127相连，蒸馏单元126位于预处理容器123上。储存容器129的连接管线Z位于分离器128的出口。

图6示出了油化设备的布置。附图标记131标示了带有储存容器的油料反应真空泵。附图标记132标示出了灰分设备，灰分设备具有到分离器138的连接管线。在灰分设备后，设有水混合室，该室配有作为催化剂回收设备的催化剂筛选装置。

附图标记133标示出了蒸馏单元，其位于蒸发器134的上方。位于蒸发器134内部的蒸发器条具有大量的排出孔（100-3000）。蒸馏单元133位于上部，而油料收集容器位于下部，蒸馏单元133具有与存储容器131相连的连接管线。

蒸馏塔133位于具有一个或两个实施方式的冷凝器135的下游，该蒸馏塔具有连接蒸馏塔133的蒸馏物回送管线136。管线137连接到柴油槽，该槽具有到一个或多个真空泵的连接管线。

在冷凝器的入口侧设有水分离槽138。pH传感器连接在分离槽138的下部，其用于确定加入到图2中的容器125中的中和剂的加入量。

附图标记132标示出灰分设备，灰分设备连接到分离器的内部。灰分设备具有加热器，其设计成加热温度为600℃。

附图标记131标示出油化设备。它具有围绕容器系统134的多达10个单元的油料反应真空泵。蒸馏设备具有再循环和冷凝单元135。冷凝器具有两条输出管线136和137。它们在冷凝器内部通过溢流连接到不同室。

管线136连接容器138，其具有电导计和pH值计。管线137是产品管线。它具有浊度感应器，并采用两条管线分别与柴油槽和预处理设备相连。

在特定典型实施方式中，对根据本发明的方法进行了详细的说明。对于每小时油化处理500升碎木材尾料的实例，油料反应真空泵，其同时也是用于中间馏分转换的反应器，其主轴为90mm，采用200KW的电动机作为驱动电源，轴承内径为90.8mm，外径为130mm。

油料反应真空泵的压力侧的压力为1巴，而吸入侧的局部真空为0.3巴。通过安全阀9将液压垫片室4的过压调为0.05巴。通过阀14调节室12的压力从而使其过压。根据油料反应真空泵的运行噪音，此处的过压明显要比室4中的大。其他尺寸根据图1中的比例来具体实施。

图2中的废气换热器是基于500 kW的发电机的气流进行设计的。热油回路22在流动时温度保持在360℃，回流时温度保持为240℃，通过预处理技术收回热量。容器23、25和28均通过热油来加热，其外直径为1.4m，高1.4m。蒸馏塔26的直径为300mm，高为2m。油料反应真空泵前的储存容器的直径为1.5m，高1.5m。

图3示出的灰分设备具有空心螺钉和蒸馏设备，它们的直径均为200mm。加热螺钉的直径为400mm，而冷却螺钉的直径为300mm。实际的油化设备包括两个油料反应真空泵和具有蒸发器34的回路，蒸发器的直径为1.8m。位于其上方的蒸馏塔为泡罩板精馏塔，其直径为600mm，高3m。冷凝器采用50/90℃的冷却水，每个冷凝器的最大冷却功率输出为200 kW。

反应水分离器38具有电导传感器和pH计，它具有通往顶部蒸馏塔的回流管线。通过空气换热器的返回冷却，将冷却水控制在50℃。以下，在另外的特定具体实施方式中，将对根据本发明的装置进行更加详细的说明。一套每小时从碎木材尾料中获取500升中间馏分的设备，其包括油料反应真空泵，该泵主轴直径为90mm, 采用200KW的电动机作为驱动电源，其轴承内径为90.8mm，外径为130mm。

油料反应真空泵的压力侧的压力为1巴，而吸入侧的局部真空为0.3巴。通过安全阀109将液压垫片室104的过压调为0.05巴。通过阀114调节室112的压力从而使其过压。根据油料反应真空泵的运行噪音，此处的过压明显要比室4中的大。其他尺寸根据附图4中的比例来具体实施。

图5中的废气换热器是基于500kW的发电机的气流进行设计的。热油回路22中在流动时温度保持在360℃，回流温度保持为240℃，通过预处理技术回收热量。容器123、125和128具有连接废气换热器与容器壁加热器的连接管线，以及用于液压油的输送泵。这些容器的外直径为1.4m，高1.4m。蒸馏塔126的直径为300mm，高为2m。油料反应真空泵前的储存容器的直径为1.5m，高1.5m。

图6示出的灰分设备具有空心螺钉和蒸馏设备，它们的直径均为200mm。加热螺钉的直径为400mm，而冷却螺钉的直径为300mm。实际的油化设备包括两个油料反应真空泵和具有蒸发器34的回路，蒸发器的直径为1.8m。位于其上方的蒸馏塔为泡罩板精馏塔，其直径为600mm，高3m。冷凝器采用50/90℃的冷却水，每个冷凝器的最大冷却功率输出为200KW。

反应水分离器138具有电导传感器和pH计，它具有通往顶部蒸馏塔的回流管线。通过空气换热器返回冷却，将冷却水控制在50℃。

附图标记列表

图1

1  垫片的外部包装单元

2  螺钉

3  压紧螺母

4   油室

5   到压力管线的连接

6  旋塞阀

7  管线

8  油料反应真空泵的吸入管线

9  阀门

10  吸入侧的轴承

11  轴承

12  压力侧的室

13  供应管线

14  截止阀

15  排放管线

16  截止阀

17  油料反应真空泵

18  压力管线

19  叶轮

20  局部真空管线

图2

21  废气换热器

22  热油管线

23  预处理容器的套式加热器

24  混合器和泵单元

25  预处理容器

26  蒸馏单元

27  水箱

28  分离器

29  储存容器

图3

31  带有储存容器的油料反应真空泵

32  灰分设备

33  蒸馏单元

34  蒸发器

35  冷凝器

36  蒸馏回送管线

37  产品管线

38  水分离槽

图4

101  外包装单元

102  包装螺钉

103  压紧螺母

104  液压垫片室

105  压力管线

106  带旋塞阀的管线

107  管线

108  油料反应真空泵

109  阀门

110  轴侧的轴承

111  密封压力侧的轴承

112  压力侧室

113  供应管线

114  截止阀

115  排放管线

116  截止阀

117  油料反应真空泵

118  连接管线

119  叶轮

120  局部真空管线

图5

121      废气换热器

122      热油管线

123      预处理容器

124      泵单元

125      预处理容器

126      蒸馏单元

127      水箱

128      分离器

129      储存容器

图6

131        具有存储容器的油料反应真空泵

132        灰分设备

133        蒸馏器

134        蒸发器

135        冷凝器

136        蒸馏物回送管线

137        产品管线

138        水分离槽

Claims (8)

1.一种根据地球的石油生成模式对含碳氢化合物的残留物进行扩散-催化转换的方法，其包括以下步骤：与催化剂充分混合、吸附、反应、脱吸附和以蒸发的方式排出产品，其特征在于，产品的开始、剧烈混合，在两个阶段进行，在第一阶段，在200℃以下的温度内在30-200分钟内将固体和液体原料与来自主反应的含催化剂的油料进行混合，同时利用发电机的废热进行加热，以形成浆液，在第二阶段，将一个或多个油料反应真空泵中的浆液在250-320℃下在数分钟内转换为石油中间馏分。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，油料反应真空泵在驱动侧具有液压垫片，液压垫片位于机械垫片和轴承之间，在该室上部区域具有连接该室与油料反应真空泵的输入压力管线的连接管线，在该室的下部区域有连接该室与油料反应真空泵的吸入管线的压力控制连接管线，通过这样方式来利用循环润滑油为轴承提供充分的润滑，并将该室在密封方向的过压保持在较低水平。

3.根据权利要求1和2所述的方法，其特征在于，在驱动侧的相对一侧设有密闭室，如权利要求2中所述，该密闭室在其上部区域具有连接油料反应真空泵的压力侧的连接管线，在下部区域则具有连接油料反应真空泵的吸入侧的可调的或可变的返回管线，以便将反应油中的微粒从该室中排出并调节轴承压力。

4.根据权利要求1和2所述的方法，其特征在于，所述油料反应真空泵在其与反应混合物接触的所有部件上都具有耐磨的、热稳定的、由氮化铝钛或氮化铬铝形成的坚硬的表面涂层。

5.实施该方法的设备，其特征在于，所述设备包括至少三段，第一段，采用预处理技术，其包括带气锁、泵、混合器的入料容器、到第二容器的连接，第二容器具有蒸馏设备形式的水蒸汽的出口和分离容器形式的糊状物质的出口，以及用于回路的管线形式的装置，第二段，通过气锁阀连接到分离容器的下部，具有热的灰分设备，第三段，包括入料容器、油料反应真空泵和连接管线以及用于循环物的容器和产品输出管线。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，油料反应真空泵在驱动侧具有液压垫片，液压垫片位于机械垫片和轴承之间，在该室上部区域具有连接该室与油料反应真空泵的输出压力管线的连接管线，吸入管线位于该室的下部区域，其具有连接该室与油料反应真空泵的压力控制连接，其具有手动调节单元或与压力计电连接。

7.根据权利要求5和6所述的装置，其特征在于，在驱动侧的相对侧具有密闭室，如权利要求6中所述，该密闭室在其上部区域具有连接油料反应真空泵的压力侧的连接管线，在下部区域则具有连接油料反应真空泵的吸入侧的可调的或可变的返回管线，其足够大以便反应油中的微粒能够从该室中排出。

8.根据权利要求1和2所述的装置，其特征在于，所述油料反应真空泵在其与反应混合物接触的所有部件上都具有耐磨的、热稳定的、由氮化铝钛或氮化铬铝形成的坚硬的表面涂层。

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