CN1974723A - 作为反应器的用于催化的油悬浮体的大功率箱式混合器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在一个由循环中用于从含烃的残料生产柴油的方法，包括通过由大功率箱式混合器的能量输入和由钾的、钠的、钙的和镁铝的硅酸盐构成的全压结晶的催化剂的应用产生的固体分离和用于柴油产品的产物蒸馏，其中主要在大功率箱式混合器中发生能量输入和转化。

Description

作为反应器的用于催化的油悬浮体的大功率箱式混合器
技术领域
本发明涉及一种方法和设备，用于在热油循环中在230至380℃的温度范围内从残料中萃取烃蒸汽，包括一个单级或多级的混合室，它实现一种泵，该泵在压力侧具有极低的效率并在输入侧产生达95％的真空。其中萃取的烃不仅被解聚、脱氧而且还脱除了无机的分子成分，例如卤素、硫和重金属原子。
背景技术
由德国专利No.100 49 377和公开的专利申请No.103 56 245.1已知一种包括热油循环的解聚装置。其中在热油循环中还加入离子交换的催化剂。借助于通过壁或通过导过一泵由摩擦热的热传导获得反应热。
该方法和设备的缺点关于德国专利No.100 49 377是热传导时壁上的过热，其导致热解的反应，而关于专利申请No.103 56 245.1是在一泵中低于一秒钟的逗留时间，这对于残料与催化剂油的反应是不够的。于是实际上的反应必须在后连的装置中实现，这比当可以较长的逗留时间在泵中较完全地实现反应时只在显著较高的温度下才是可能的。
此外缺点是，在泵中建立高的压力并且在接着必定较窄的管道中可能导致堵塞，在泵的输入区域内的可能的气穴、特别在含固体物质的材料时以及当该吸入不用较高的负压时输入区域的可能的堵塞是可能的。
发明内容
现在通过惊人发现的大功率箱式混合器将消除全部这些缺点继而决定性地改进生产过程的质量和设备的可靠性。其中将一个具有辊子的系统用于吸入气体在用于实现热油循环的应用中完全是新式的。
同样地至今只已知液体环形真空泵的原理，借其在大气压下压缩气体并且可以用作为达到约1.5巴的超压的压气机。未知的并由此惊人发现的是，该用于输送液体和液体/气体混合物的原理可以用作为混合反应器。通过利用极低的效率和在催化剂油与输入的含烃的残料之间的混合能和摩擦能的产生，该系统对于由残料制造柴油的方法和设备是理想的能量传输装置。
该基本原理只构成一个框架，其通过各部件对代替气体的新的载荷油的完全新的设计变为本发明的大功率箱式混合器。借此相对于专利申请No.103 56 245.1中至今的泵从压力管道中的6-100巴的超压变为0.5-2.0巴的压力载荷并且根据吸入管道中的最大负压为了避免气穴由0.1巴变为可能的0.95巴的负压，亦即95％的真空。
由大功率箱式混合器与连接的管道、容积控制阀和一个沉淀器、分离器构成一热油循环，其与分子的细微的100％结晶的催化剂作用从输入的预热的和脱水的含烃的残料中萃取烃并同时按照分子长度不仅解聚、聚合、脱氧而且排除无机的分子成分，如卤素、硫和重金属原子。由反应温度250-320℃在中间蒸馏区域内产生可应用于柴油机的燃料柴油产品。
该过程的基础是在强的能量输入和足够的逗留时间下的可能的快速的反应流程，如这只在一个大功率箱式混合器中才是可能的。泵系统只达到该逗留时间的很小的一部分并从不能达到必要的反应条件和与其相关的低的反应温度。在过程中正好关系到，保持热解温度与催化的解聚温度之间尽可能大的差距，亦即达到尽可能低的反应温度。
在这方面测得用大功率箱式混合器的平均温度比在相同的设备和其他的输送系统中低60℃后者例如用具有离心轮的泵系统。由此对已知的系统如在专利申请No.103 56 245.1中所描述的，得到决定性的改进，尤其在生产的产品的质量和臭味方面。
产生的中间馏分的一致性在气体色谱法的浓缩的曲线、降低的能量输入中和最后在转化的完整性中可看到被显著地提高。显著地提高过程的选择性，亦即提高中间馏分的产量并且在植物的配料的情况下降低沉淀的碳的分量。几乎完全避免轻的产物(臭味物质(Geruchsstoffe))的分量。
附图说明
图1示出方法的组成部分，
图2示出本发明的设备，
图3示出本发明方法和本发明设备的中心单元。
具体实施方式
通过大功率箱式混合器1，其来自一个分离器的吸入管道2和在分离器3中的回路管道构成一个初级油循环。分离器3是一旋风分离器，其由一个或多个文丘里喷嘴(Venturidüsen)4和位于圆柱形部分下面的回路管道构成，各文丘里喷嘴切向地在压力侧安装到容器中。位于下面的圆锥形部分5用于沉积由无机的部分形成的固体的残料6。
在压力侧，按照大功率箱式混合器1的尺寸产生一个0.5至2.0巴压力的超压，而在吸入侧，按照固体物质含量产生绝对的0.9至0.05巴，亦即10％至95％的真空。在分离器3的下方，亦即在圆锥形部分的下方安装一个受控的卸料阀7，其根据温度，亦即根据在那里沉积的材料的无机的成分6的分量打开并由此使包括无机的成分的残留物沉积物6可以流入到一个挤压螺杆8中。
螺杆8具有一个过滤壁9，通过它返回油分量10并因此形成一个固体的残料饼11，向上进入到一个具有外面加热的第二输送装置。该输送装置12在一端具有一个喷嘴13，加热到400至500℃的无机的固体残留物通过该喷嘴进入到一个贮存容器14中。后者具有一个通向分离器的连接管道15，通过它将蒸发的中间馏分16导回到过程中。
在分离器3的上方设有一个蒸汽容器17。它具有一个或多个包括回流通道19的蒸馏底板18作为净化元件和一个加热系统20及围绕容器的绝缘件21，优选将来自产流器(Stromerzeuger)23的废气22导入该容器中。该蒸汽容器17与一个冷凝器24相连接，冷凝器利用来自冷却回路25的冷却水进行冷却。该冷凝器24具有多个隔板26。
借此形成各个具有溢流装置27的腔室，以便可以排除水。这些腔室在前面的部分由一管道28连接一个水和pH容器29，它具有一个用于测量pH值30和位于其上方的导电性测量装置31的装置和排水阀32。处于该容器中的水量根据液位31经由排水阀32来控制。
在冷凝器24的后面的部分中安装管道33，其可以将冷凝物导入到蒸馏装置34中。该蒸馏装置包括在该蒸馏装置的循环蒸发器36与产流器的废气热交换器之间的载热回路35，该载热回路包括连接的管道37和循环泵38、蒸馏装置34、具有多个钟形底板的蒸馏塔39以及冷凝器41和产物排出口42和43。
来自冷凝器的产物排出口42用于产流器23的动力燃料供给并且经由回流管道44、产物回程46的输入的回流阀45通入到上面的蒸馏底板。来自蒸馏装置34的上面的蒸馏塔底板47的产物排出口43用于排出产物。该分量一般包括70％与90％之间的总产量。
产物排放通过原料添加装置给予补充，原料添加装置设置在输入部分48中。原料添加装置包括输入漏斗49，它具有催化剂的定量装置50、中和剂石灰和苏打的定量装置51、液体的残料输入装置52和固体的残料输入装置53。
通常用于催化剂的定量装置50与一个大袋排放装置54连接，其由按大功率箱式混合器的测温装置55来控制。如果在大功率箱式混合器1中传输的热不足以转化为中间馏分的产量以及温度升高到一个极限值以上，则提高定量装置50中的催化剂添加量。
用于中和剂的定量装置51由pH传感器30控制。在低于一个输入的极限值约7.5时，提高定量装置51中的添加量。同样输入的残料52和53的添加量根据分离器3中的液位测量计56定量。
由此确保，大功率箱式混合器1由分离器3总是获得液体的混合物并防止装置变干。同样达到，不同的输入材料并从而变化的转化速度总是通过可变的添加量加以补偿并不会导致过程的破坏。
在油循环中，对于残油和焦油每千克蒸发的柴油需要约0.4kWh的能量用于裂解、蒸发和从输入温度250℃加热到反应温度300℃。在输入塑料时，能量几乎是双倍地高，因为其被冷地输入并且附加需要熔化能量。
在这方面催化剂的添加量对过程的先决条件具有根本的重要性。该催化剂是钠一铝的硅酸盐。其中只对于塑料、沥青和残油，一个包括钠的全压结晶的Y分子的添加确定为最好的。对于生物的原料，如油脂和生物油，添加钙发现是最好的。对于用木料的转化，添加镁是必要的，以便生产优质的柴油。对于含高卤素的材料如变压器油(Trafo_l)和PVC，添加钾是必要的。
装置的产品是柴油，因为从在300-400℃下的循环中的产物排放没有任何其他的较轻的产物留在系统中。该产品达10％用来经由一个产流装置(Stromerzeugungsaggregat)产生流动形式的过程能量，其中用于产生流动的部分是产品的较轻的部分，其取自冷凝器。
来自蒸馏塔的产品因此没有任何的较轻的分馏成分(Siedeanteil)并且完全符合油库标准。这种能量转换的另一优点是，同时解决了包括从真空泵中产生的气体的问题，该气体被导入吸入空气中。
另一方面，发生器满足力—热—耦合的条件，因为利用了排出气体的热能，其应用于输入材料的预干燥和预热。
在接着的图2中说明本发明的设备：
大功率箱式混合器101具有一个吸入管道102，其由一管道与分离器103相连接。后者按0.95巴的负压设计。分离器103是一个旋风分离器，其由一个或多个文丘里喷嘴104和位于圆柱形部分下面的回路管道构成，各文丘里喷嘴切向地在压力侧安装到容器中。
位于下面的圆锥形部分105具有一个带一个卸料阀107的卸料口106。在大功率箱式混合器的压力侧设置一个压力管道，其按0.5至1.5巴的超压设计。在分离器103的下方，亦即在圆锥形部分的下方安装一个受控的卸料阀7，其具有一个温度传感器，后者按100至150℃的控制温度设计。
在其下面设置一个挤压螺杆108，其按来自卸料阀的残料沉积物设计并具有200℃的耐热性。挤压螺杆108具有一个包括排油孔110的过滤壁109和一个上面的用于残留物饼111的挤压螺杆部分以及一个通向一个具有外面加热的第二输送装置112的连接管道。
该输送装置112在一端具有一个喷嘴113。通过外面加热例如电加热，螺杆壁按400至500℃的温度设计。在其下面设置的贮存容器114同样按达400℃的温度设计并且构成为固体物质容器。该容器具有一个通向分离器的连接管道115，用于蒸发的烃蒸汽的回路管道。
在分离器103的上方设有一个蒸汽容器117。它具有一个或多个包括回流通道119的蒸馏底板118作为净化元件和一个加热系统120及围绕容器的绝缘件121，并且借助一个废气连接管道122通向产流器123。该蒸汽容器117与一个冷凝器124相连接。后者具有一个包括来自冷却回路125的冷却水的连接管道。该冷凝器124具有多个隔板126。
借此形成各个具有溢流装置127的腔室。这些腔室在前面的部分由一管道128连接一水和pH容器129，它具有一个用于测量pH值130和位于其上方的导电性测量装置131的装置和排水阀132。经由导电性测量的水位测量根据液位131经由排水阀132来控制。
在冷凝器124的后面的部分中安装管道133，其可以将冷凝物导入到蒸馏装置134中。该蒸馏装置包括在该蒸馏装置的循环蒸发器136与产流器的废气热交换器之间的载热回路135，该载热回路包括连接的管道137和循环泵138、具有多个钟形底板140的蒸馏装置139以及冷凝141和产物排出口142和143。
来自冷凝器的产物排出口142具有一个通向产流器的动力燃料供给罐的连接管道144并且经由产物回程146的输入管道的回流阀145通入到上面的蒸馏底板。来自蒸馏装置134的上面的蒸馏塔底板147的产物排出口143具有一个产物排出管道。该管道一般容纳70％与90％之间的总产量。
产物排放管道具有一个用于原料添加装置的附加的管道，其设置在输入部分148中。原料添加装置包括输入漏斗149，它具有催化剂的定量装置150、中和剂石灰或苏打的定量装置151、液体的残料输入装置152和固体的残料输入153。
通常用于催化剂的定量装置150与一个大袋排放装置154连接，其由按大功率箱式混合器的测温装置155来控制。如果在大功率箱式混合器101中传输的热不足以转化为中间馏分的产量以及温度升高到一个极限值以上，则提高定量装置150中的催化剂添加量。
用于中和剂的定量装置151由pH传感器130控制。在低于一个输入的极限值约7.5时，提高定量装置151中的添加量。同样输入的残料152和153的添加量根据分离器103中的液位测量计156定量。
由此确保，大功率箱式混合器101由分离器103总是获得液体的混合物并且防止装置变干。同样达到，不同的输入材料并从而变化的转化速度总是通过可变的添加量加以补偿并不会导致过程的破坏。
在油循环中，对于残油和焦油每千克蒸发的柴油需要约0.4kWh的能量以便裂解、蒸发和从输入温度250℃加热到反应温度300℃。在输入塑料时能量几乎是双倍地高，因为其被冷地输入并且附加需要熔化能量。
在这方面催化剂的添加量对过程的先决条件具有根本的重要性。该催化剂是钠—铝的硅酸盐。只对于塑料、沥青和残油，一个包括钠的全压结晶的Y分子的添加确定为最好的。
对于生物的原料如油脂和生物油，添加钙发现是最好的。对于用木料的转化，添加镁是必要的，以便生产优质的柴油。对于含高卤素的材料如变压器油和PVC，添加钾是必要的。
装置的产品是柴油，因为从在300-400℃下的循环中的产物排放没有任何其他的较轻的产物留在系统中。
该产品达10％用来经由一个产流装置以流动的形式产生过程能量，其中用于产生流动的部分是产品的较轻的部分，其取自冷凝器。
来自蒸馏塔的产品因此没有任何的较轻的分馏成分并且完全符合油库标准。这种能量转换的另一优点是同时解决了包括以真空泵中产生的气体的问题，该气体被导入吸入空气中。另一方面，发生器满足力—热—耦合的条件，因为利用了排出气体的热能，其应用于输入材料的预干燥和预加热。
图3示出本发明的方法和本发明的设备的中心单元，即大功率箱式混合器。用201标记壳体。用202标记具有法兰盘的吸入侧。包括在大功率箱式混合器中的各腔室用203和204标记。它们对于标准型式是不同的而在特别型式中是相同尺寸的。辊式轮205和206在各腔室中偏心地运转，各辊式轮在起端、中间和终端包括3个加强筋。
各辊式轮通过轴207驱动，其在一侧与一个电机或柴油机208连接。该轴207支承于在夹紧环内的烧结硬质合金制的专用轴承209、210、211、212中。在轴的一端分别安装一个球轴承213和一个密封轴承214。壳体通过夹紧螺栓215固定在一起。卸料口216与法兰盘217相连接。在两个工作轮之间设有流动控制盘218。
在一个实施例中将更详细地说明本发明。一个大功率箱式混合器以120kW的驱动功率经由一个吸入管道2输送2000l/h的吸入油并且经由材料输入装置3将300千克的残油和沥青形式的残料以总共2300l/h输入压力管道5，其切向通入到直径为800mm的分离器6中。
大功率箱式混合器1通过一个直径为200mm的连接管道与分离器相连接。在连接管道中设置一个受控的调节阀55，其控制后置装置中的压力。
分离器3具有一个1000mm的直径且在内部具有一个贴紧内壁的文丘里喷嘴4，其最窄的横截面为100×200mm，其同样降低剩余的超压并提高分离作用。在分离器的上方设有一个直径为2000mm的安全容器17。分离器具有一个包括油位测量装置的液位控制器56。
在安全容器17的上面是用于产生的柴油蒸汽的通向功率为100kW的冷凝器的产物蒸汽管道。一个直径为1.5英寸(Zoll)的管道从该冷凝器通向蒸馏塔直径为300mm的蒸馏装置40。全部容器为了便于加热阶段设有一个废气外面加热系统。
在分离器3的下方设有直径为250mm的挤压螺杆8，其考虑用于分离输入材料的不能转化为柴油的成分。该挤压螺杆8连接于直径为80mm的过滤管和阀7。在分离器3的底面设有一个温度测量6，其在因由残料的绝缘件温度降到一个极限值以下时使挤压螺杆8操作。
挤压螺杆8具有一个80mm的直径和一个10-20kg/h的输送功率以及一个在容器内的过滤部分9，其可以使液体的分量通过滤网流回分离容器3，并且具有一个在加热功率为45kW的分离容器8外面的电加热的低温干馏部分13，其可以使残余的油分量从压缩饼中蒸发。为此设定一达500℃的温升。离开低温干馏螺杆13的油蒸汽经由蒸汽管道16进入安全容器17。
附图标记清单
图1：
1    大功率箱式混合器
2    大功率箱式混合器的吸入管道
3    分离器
4    文丘里喷嘴
5    分离器的圆锥形部分
6    固体的残留物(沉积物)
7    卸载阀
8    挤压螺杆
9    过滤壁
10   产物蒸汽回路管道
11   残留物饼
12   加热螺杆
13   喷嘴
14   热产物贮存容器
15   产物蒸气回路管道
16   中间馏分
17   蒸气容器
18   蒸馏底板
19   回流通道
20   加热系统
21   绝缘件
22   废气管道
23   产流器
24   冷凝器
25   冷却回路
26   隔板
27   溢流装置
28    排水管道
29    水和pH容器
30    pH测量计
31    导电性测量装置
32    排水阀
33    柴油管道
34    真空泵
35    载热回路
36    循环蒸发器
37    管道
38    循环泵
39    蒸馏装置
40    钟形底板
41    冷凝器
42    发生器的产物排出管道
43    成品的产物排出管道
44    通向产流器的管道
45    回流阀
46    产物回程
47    上面的蒸馏塔底板
48    原料和残料添加的输入部分
49    输入漏斗
50    催化剂的定量装置
51    中和剂的定量装置
52    液体的残料输入装置
53    固体的残料输入装置
54    大袋排放装置
55    按照大功率箱式混合器的测温装置
56    液位测量计
图2：
101    大功率箱式混合器
102    大功率箱式混合器的吸入管道
103    分离器
104    文丘里喷嘴
105    分离器的圆锥形部分
106    固体的残留物(沉积物)
107    卸料阀
108    挤压螺杆
109    过滤壁
110    产物蒸气回路管道
111    残留物饼
112    加热螺杆
113    喷嘴
114    热产物贮存容器
115    产物蒸气回路管道
116    中间馏分
117    蒸气容器
118    蒸馏底板
119    回流通道
120    加热系统
121    绝缘件
122    废气管道
123    产流器
124    冷凝器
125    冷却回路
126    隔板
127    溢流装置
128    排水管道
129    水和pH容器
130    pH测量计
131    导电性测量装置
132    排水阀
133    柴油管道
134    蒸馏装置
135    载热回路
136    循环蒸发器
137    管道
138    循环泵
139    蒸馏装置
140    钟形底板
141    冷凝器
142    发生器的产物排出管道
143    成品的产物排出管道
144    产流器
145    回流阀
146    产物回程
147    上面的蒸馏塔底板
148    原料和残料添加的输入部分
149    输入漏斗
150    催化剂的定量装置
151    中和剂的定量装置
152    液体的残料输入装置
153    固体的残料输入装置
154    大袋排放装置
155    按照大功率箱式混合器的测温装置
156    液位测量计
图3：
201    大功率箱式混合器的壳体
202    具有法兰盘的吸入侧
203    大功率箱式混合器的腔室1
204    大功率箱式混合器的腔室2
205    腔室1中的偏心辊式混合器
206    腔室2中的偏心辊式混合器
207    驱动轴
208    电机或柴油机
209    左边的具有密封轴承的专用轴承
210    左边的具有球轴承的专用轴承
211    右边的具有球轴承的专用轴承
212    右边的具有密封轴承的专用轴承
213    流动控制盘的滑动轴承
214    密封轴承
215    夹紧螺栓
216    卸料口
217    卸料法兰盘
218    流动控制盘

Claims (19)

1.在一个油循环中用于从含烃的残料生产柴油的方法，包括固体分离和用于柴油产品的产物蒸馏，其中，在方法中提供热量；其特征在于，通过一个或多个大功率箱式混合器提供主能量输入继而提供主加热。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，大功率箱式混合器的泵效率是低的，亦即输入的能量绝大部分转换为混合能和摩擦能。
3.按照权利要求1和2所述的方法，其特征在于，大功率箱式混合器在压力侧可以提供只微小的低于2巴的超压而在吸入侧可以提供达95％的可能的高的真空。
4.按照权利要求1-3所述的方法，其特征在于，混合器用于产生损耗能量并向过程介质传输损耗能量。
5.按照权利要求1-3所述的方法，其特征在于，混合器用于输送从纯的到污染的、磨蚀的和化学侵蚀的液体。
6.按照权利要求1-3所述的方法，其特征在于，混合器产生真空和超压继而自动吸入地用于输送液体并进行液体/气体混合。
7.按照权利要求1-3所述的方法，其特征在于，混合器可以固定式或移动式运行。
8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在大功率箱式混合器中的反应通过一个设置在其后的阀保持在5-50％的转化率继而将系统的加热时间降到短的时间。
9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，设备具有一个温度控制装置和一个液位控制装置，它们相互连接，其中将进料系统和能量输入系统控制成保持一定的液位。
10.用于实施按照权利要求1-9之一项所述的方法的设备，其特征在于，一个具有两个输出端的装置具有的部件包括大功率箱式混合器、带有在循环中的内部的文丘里喷嘴的分离器以及带有加热的卸料螺杆的分离容器和在两个输出端处的蒸馏装置。
11.按照权利要求10所述的设备，其特征在于，可以在大功率箱式混合器的至少一个腔室内中同心或偏心设置至少一个辊式轮。
12.按照权利要求10所述的设备，其特征在于，大功率箱式混合器以一在水平与垂直之间的定位进行安装。
13.按照权利要求10所述的设备，其特征在于，大功率箱式混合器用一个联轴器连接到一台发动机上并且可以向左或向右调节转向。
14.按照权利要求10所述的设备，其特征在于，大功率箱式混合器可以构成为单级和多级的并且在每一腔室中宽度是不同的。
15.按照权利要求10所述的设备，其特征在于，大功率箱式混合器具有用于从过程中排出残留物的凹槽。
16.按照权利要求10所述的设备，其特征在于，大功率箱式混合器在各辊式轮之间具有包括吸入侧和压力侧的孔的圆盘。
17.按照权利要求10所述的设备，其特征在于，各辊式轮是向前到向后弯曲的、圆柱形的或空间上弯曲的，设置是游动的或固定的。
18.按照权利要求10所述的设备，其特征在于，大功率箱式混合器是密封的并且由轴通过，其实施波纹管密封、填料盒或无密封地借助磁性联轴器实现。
19.按照权利要求10所述的设备，其特征在于，大功率箱式混合器具有一个从轴承和密封件到一个冷却系统的连接管道。
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