NO175847B

NO175847B -

Info

Publication number: NO175847B
Application number: NO923927A
Authority: NO
Priority date: 1992-10-09
Filing date: 1992-10-09
Publication date: 1994-09-12
Also published as: WO1994008680A1; NO923927L; CZ86595A3; CA2145684C; NZ257189A; KR100303707B1; CA2145684A1; US5607558A; DK0667799T3; JPH08502205A; EP0667799A1; DE69312310D1; AU677252B2; ATE155355T1; NO923927D0; RU2122457C1; DE69312310T2; KR950703394A; RU95109942A; SK46695A3

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte ved selektiv og/eller uselektiv fordamping og/eller spalting av særlig hydrokarbonforbindelser i væskeform, hvor væsken anbringes i et kunstig tyngdekraftfelt og tilføres energi frembragt med mekaniske midler.

Oppfinnelsen vedrører også en innretning for gjennomføring av selektiv og/eller uselektiv fordamping og/eller spalting av særlig hydrokarbonforbindelser i væskeform, innbefattende et prosesskammer hvor væsken innføres, hvilket prosesskammer er roterbart opplagret for tilveiebringelse av et kunstig tyngdekraftfelt for væsken i kammeret, idet innretningen videre innbefatter mekaniske midler for tilveiebringelse av energi for tilføring til væsken i kammeret.

Ifølge oppfinnelsen foreslås det derfor en fremgangsmåte som angitt i innledningen til patentkrav 1, kjennetegnet ved at den mekaniske tilførsel av energi til væsken gjennomføres ved at mekaniske elementer bringes i direkte kontakt med den av kunstig tyngdekraft påvirkede væske, idet herunder væsken og de mekaniske midler bringes til å bevege seg i forhold til hverandre.

Ifølge oppfinnelsen foreslås det derfor også en innretning som nevnt i krav 4's innledning, kjennetegnet ved at de mekaniske midler er anordnet i det roterbare prosesskammer og er plassert og utformet for direkte mekanisk tilførsel av energi til væsken når denne befinner seg i det kunstige tyngdekraftfelt.

Oppfinnelsen angår således er metode for mekanisk tilførsel av energi til væsker ved å anbringe disse i et kunstig tyngdekraftfelt. Dette kan skje så intenst at en kan oppnå en partiell fordampning av væskeblandinger som f.eks. olje og vann og ellers oppnå en til nå ukjent metode for spaltning av molekylforbindelser som ellers blir foretatt i såkalte "crackere" ved høge trykk og temperaturer. I tillegg til dette, medfører metoden at en kan oppnå fusjonering av visse molekyler slik som kull og hydrogen i f.eks. olje slik at oljen blir sammensatt av lettere hydrokarbonforbindelser.

Alle kjente teknikker for separering av forskjellige stoff i blanding med hverandre, f.eks. olje og vann, tar sikte på å utnytte forskjellige typiske karakteristikker ved stoffene. I et grustak foregår separering av sand og stein simpelthen ved å utnytte forskjellen i størrelse mellom disse. Den altover-veiende forskjell mellom stoffene som benyttes i f.eks. forskjellige typer sentrifuger, er forskjellen i egenvekten mellom stoffene. Disse egenvektsforskjellene kan imidlertid være svært små. Ved f.eks. olje og vann er egenvektsforholdet ca 0,9:1. Dette fører til at separering av slike blandinger kan være svært vanskelig. Spesielt med små dispengerte oljemengder er det ofte uhyre vanskelig å separere olje fra vannet ved hjelp av sentrifuger.

For å lette separeringen, spesielt av olje og vann blandinger som representerer et alvorlig forurensingsproblem, ville det således være lettere dersom det var fysiske egenskaper mellom stoffene som skilte seg mer ut enn egenvekten. Når det gjelder vann som er blandet med andre flytende stoff og spesielt olje, er det flere fysiske forhold som gir større forskjeller, men som er desto vanskeligere å benytte til separeringsoppgaver. Slike fysiske egenskaper er termisk og elektrisk ledningsevne, egenvarme, spesifikk varme og ikke minst fordampningsvarmen mellom forskjellige stoffer. Det kan f.eks. settes opp følgende tabell for slike fysikalske egenskaper:

Det som utmerker seg her, er forskjellen i fordampnlngsvarme og det er i første rekke denne forskjellen som søkes utnyttet i herværende oppfinnelse. Dersom en betrakter 2 like store enheter V av olje og vann, og tilfører disse nøyaktig samme effekt P, vil volumet V av olje fordampe først etter følgende betraktning med samme begynnertemperatur t= 20"C:

Energimengde for fordampning av vannet er:

For oljen er denne når det regnes med en midlere fordamp-ningstemperatur på (150+500 )/2=325 °C:

Dette viser at det kreves 2.593/1.114 = 2,33 ganger mer energi å fordampe samme mengde vann som olje og følgelig vil oljen fordampe 2,33 ganger hurtigere enn vannet.

Fordampningstemperaturen som er vist for oljen, er området for typisk uraffinert råolje. Dersom oljen er raffinert, dvs. cracket til lettere oljefraksjoner, vil fordampningen gå lettere. Det samme er tilfelle om en fikk konsentrert energi-tilførselen i størst mulig grad til oljen og minst mulig til vannet.

Oppfinnelsen tar sikte på å utnytte alle disse fysikalske egenskapene sammen med en spaltning av olje for å få redusert fordampningstemperaturen. Dette skjer ved at væskeblandingen hvor en her konsentrerer seg om olje/vann, anbringes i en roterende beholder hvorved sentrifugalkraften vil slynge blandingen mot veggene og tilføre denne en g belastning uttrykt gjennom g=v<2>/r = m/s<2> hvor v= periferihastigheten og r er radien på beholderen. Ved å stikke en stav ned i den roterende væskeringen, vil det skje en hydrodynamisk energioverføring. Dersom arealet på staven som stikker ned i væsken er A og den gjennomsnittlige egenvekten av væsken er jj , blir ef f ektoverf ør ingen uttrykt med P=A'vjj-v*v = Ajjv<3 >Watt. Dvs. at energioverføringen øker med tredje potens av periferihastigheten. Innsatt for omdreiningen n i min., blir uttrykket P=Ajj (n2rn/60 )3 Watt.

I og med at massen anbringes i et roterende system som utsetter det for samme gravitasjonskrefter som i en sentri-fuge, vil også egenvektsdifferansen mellom oljen og vannet komme til uttrykk ved at vannet legger seg lengst ut mot beholderens vegg og olje mot den sentrum, dvs. på den innvendige væskeoverflaten. Dette fører til at ved å stikke staven så langt ned i væsken at det bare er oljen som for en stor del berøres, vil den største delen av energioverføringen skje til denne slik at oljen kan fordampes av først.

På grunn av det sterke tyngdekraftfeltet som kan settes opp i et slikt system, er det mulig å tilføre ualminnelig høg spesifikk energitilførsel pr. flateenhet. Over en bestemt periferihastighet, har det i forsøk vist seg at det i tillegg til fordampningen også skjer en spaltning av hydro-karbonene til lettere fraksjoner ved opp til 50$ lavere temperatur enn ved ren termisk spaltning. Dette forklares med at det i tillegg til den termiske stimuleringen som setter molekylene i svingninger, også tilføres svingninger p.g.a. den mekaniske bearbeidingen av væsken gjennom staven som er stukket inn i denne. Dette fenomenet som ikke er påvist tidligere, kalles heretter for termomekanisk spaltning.

Dette fenomenet fører ellers til at oppfinnelsen kan benyttes til spaltning av hydrokarboner i petroleumsprodukter slik at metoden åpner for en direkte raffinering og/eller forbe-handling av olje eller oljerester/residue fra oljeraffiner-ier. Samtidig med at det er mulig å spalte forskjellige hydrokarbonforbindelser som har den generelle formelen C<n>Hn+2-z i lettere forbindelser, er det også mulig å danne lettere forbindelser av karbonforbindelsene i petroleum som under normale forhold danner koks, ved å føre inn hydrogen i prosesskammeret slik at dette reagerer med kullet og danner ovennevnte forbindelser.

I et oljeraffineri blir råoljen typisk varmet opp til hydro-karbongass med gass som energikilde og destillert i en destillasjonskolonne hvor det tas ut en rekke lette fraksjoner fra oljen. De tyngre fraksjonene som utgjør ca 25% av råoljen, tas ut i nederste ende av destillasjonstårnet. Dersom råoljen er en lett olje med små innslag av nitrogen, svovel, tungmetaller og voks, kan destillasjonsresten (residuet) behandles videre i en såkalt cracker. Dette er en enorm enhet som for et typisk raffineri med en kapasitet på 150.000 fat olje i døgnet, koster omlag 4 mrd. kroner. I crackeren blir residuet sammen med forskjellige katalysatorer, utsatt for varierende trykk og en temperatur på ca. 550°C. Deretter blir det spaltede residuet fordampet med gass som energikilde, og ført inn i en ny destillasjonskolonne hvor de enkelte fraksjonene blir tatt ut som i det første destillasjonstårnet.

Dersom råoljen er tung, dvs. har innslag av ovennevnte "forurensinger", må residuet forbehandles før det føres inn i crackeren. Forbehandlingen består bl.a. annet av å "hydrogen-isere" residuet ved å tilsette hydrogen for å få dannet lettere forbindelser og ellers få fjernet mest mulig av "forurensingene". For samme raffineri koster en slik enhet typisk 2 mrd. kroner.

Med prosessen i herværende oppfinnelse, er det mulig å benytte denne som både en forbehandler av residuet og som en direkte crackingenhet. I og med at oljen i prosessen kommer ut som en spaltet oljegass, kan gasstrømmen ledes direkte inn i destillasjonstårnet eller til en kondensator hvor gassene kondenseres ned til væske. Prosessen vil således erstatte ovennevnte cracker og forbehandler av residuet.

Prosessen er nærmere beskrevet i etterfølgende tegninger: Fig. 1 viser en skjematisk fremstilling av prosessen. 1 er den roterende beholderen som, opplagret i lagrene 2, drives av en roterende energikilde 3. Inne i beholderen 1, er anordnet et rør 4 som er fast forankret i den ene ende. I den enden som stikker inn i beholderen, er det anordnet et antall armer 5 med en bredde b som stikker et stykke h ned i væsken 6 i beholderen. Mot beholderens vegg 7 er det anordnet en roterende pakkboks 8 hvori det er et hull 9 til tilkobling av et gassrør 10. I røret 4 er det ellers anordnet et annet rør 11 som føres ned i væsken 6. Ved denne enden av røret er det anordnet et 90° bend 12 med åpningen mot dreieretningen av beholderen slik at dersom væskenivået i beholderen kommer opp til bendet, vil væske bli pumpet ut av beholderen av sentrifugalkraften. Røret fungerer med andre ord som nivå-regulator og uttappingsrør for væsken som skal tappes ut fra prosessen.

Innmatingen av væsken som skal behandles, føres inn i røret 4 fra tank 13 med en pumpe 14 gjennom et rør 15. Gassene som fordamper i prosesskammeret, føres gjennom røret 10 til en kondensator 15 som også kan være et vanlig destillasjonstårn for separering av forskjellige oljefraksjoner. Kondensatet tappes fra røret 16. Kondensasjonsvarmen fjernes fra systemet av varmeveksleren 17 som kjøles med vann.

Fig. 2 og 3 viser et delvis gjennomskåret oppriss og et grunnriss av en praktisk utførelse av prosessen. Maskineriet er montert på en skid 18. Beholderen 19 er opphengt på to lagerbukker 20 via en roterende pakkboks 21 i drivenden og en pakkboks 22 i andre ende av beholderen. Beholderen drives av en motor 23 med en girutveksling 24 som for øvrig kan arran-geres på flere måter. På sentralrøret 25 er det anordnet en rekke med armer 26 som stikker ned i væsken 27. I sentral-røret er ellers anordnet et nivåregulatorrør 28 og et eget innmatningsrør 29 som føres inn mot endeplaten 30 i beholderen. Føden pumpes med pumpen 31. Ved dette arrangementet ledes dampen og gassene inn i sentralrøret via hullene 32 på dette og videre inn i kondensatoren 33. Kondensatet tappes ut fra røret 34 ved hjelp av sirkulasjonspumpen 35 og kondensasjonsvarmen fjernes med varmeveksleren 36 som kjøles med vann levert av pumpen 37. Prosessen reguleres ellers av tilhørende elektronikk anbrakt i kontrollskapet 38.

Fig. 4, 5 og 6 viser et grunnriss og to sideriss (skjematisk) av en annen praktisk utførelse av en enhet for behandling av væske som inneholder faststoff som ikke kan fjernes med fordampning. Slike faststoff kan være rester av katalysatorer og andre mineralske forurensinger. Beholderen 39 er her opplageret i drivenden med lagrene 40 og blir drevet av motoren 41 via kileremsskivene 42 og 43 og kileremmene 44. Sentralrøret 45 med sine armer 46 er knyttet til en hopper 47 hvori væsken som skal pumpes inn anbringes. Denne mates inn i beholderen 39 med en skrue anbrakt i sentralrøret 45 av motoren 48 via kjedehjulsarrangementet 49. Ved utløpet av beholderen 39, er det anordnet en rekke skovler 50 som stikker inn i et hus 51 festet til sentralrøret med en klokke 52. På huset 51 er ellers anordnet et gasstett pakk-boksarrangement 53. Dampene og gassene forlater beholderen via hullet 54 og føres til kondensatoren 55 gjennom røret. Kondensatet blir tappet ut ved hjelp av sirkulasjonspumpen 57 gjennom røret 58. Kondensasjonsvarmen fjernes gjennom varmeveksleren 59 som kjøles med vann levert av pumpen 60. Faststoffet som akkumuleres i væsken i beholderen, blir ført over kanten 61 som en følge av kontinuerlig innmating av ny væske og blir slynget mot huset 51 av skovlene 5 og videre ut gjennom en roterende sluse 62 som drives av motoren 63. Alt er montert på en egen maskinskid 64 sammen med et ikke vist kontrollskap.

For å få testet prosessen, ble det bygget en liten pilot-modell på ca 50 kW. Denne ble testet med et reststoff fra oljeskiferproduksjonen i Estland som kalles "fushi" på russisk. Dette består av uraffinert skiferolje og finfordelte mineraler sammen med vann, fenoler og andre forurensinger. På tross av at oljen har et sluttkokepunkt (Final Boiling Point) på ca 650° C, oppnådde man å gjenvinne denne ved ca 250° C samtidig med en reduksjon av sluttkokepunktet til ca 500°C. Analysedataene for resultatene er angitt i nedenstående tabell.

Oppfinnelsen er foran beskrevet som en innretning hvor prosesskammeret settes i rotasjon om sin senterakse for etablering av det kunstige tyngdekraftfelt. Oppfinnelsen er ikke begrenset til denne konstruktive utførelse. Det vesentlige er at det kan etableres et kunstig tyngdekraftfelt hvor væsken mekanisk tilføres energi. Således vil også slynge-innretninger kunne være aktuelle.

Claims

1. Fremgangsmåte ved selektiv og/eller uselektiv fordamping og/eller spalting av særlig hydrokarbonforbindelser i væskeform, hvor væsken anbringes i et kunstig tyngdekraftfelt og tilføres energi frembragt med mekaniske midler, karakterisert ved at den mekaniske tilførsel av energi til væsken gjennomføres ved at mekaniske elementer (15) bringes i direkte kontakt med den av kunstig tyngdekraft påvirkede væske (16), idet herunder væsken og de mekaniske midler bringes til å bevege seg i forhold til hverandre.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at hydrogen eller en annen reaktiv gass tilføres prosessen for ved opptredende trykk- og temperaturforhold å reagere med andre molekyler i prosessen og danne nye kjemiske forbindelser.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at energien tilføres ved at stav- eller stangformede elementer (5) bringes inn i væsken (6).

4. Innretning for gjennomføring av selektiv og/eller uselektiv fordamping og/eller spalting av særlig hydrokarbonforbindelser i væskeform, innbefattende et prosesskammer (1) hvor væsken (6) innføres, hvilket prosesskammer (1) er roterbart opplagret (2) for tilveiebringelse av et kunstig tyngdekraftfelt for væsken (6) i kammeret, idet innretningen videre innbefatter mekaniske midler for tilveiebringelse av energi for tilføring til væsken i kammeret, karakterisert ved at de mekaniske midler (5) er anordnet i det roterbare prosesskammer (1) og er plassert og utformet for direkte mekanisk tilførsel av energi til væsken (6) når denne befinner seg i det kunstige tyngdekraftfelt.

5. Innretning ifølge krav 4, karakterisert ved at prosesskammeret (1) er roterbart opplagret (2) om sin senterakse.

6. Innretning ifølge krav 4 eller 5, karakterisert ved at de nevnte midler for mekanisk tilførsel av energi, innbefatter stav- eller stangformede elementer (5).

7. Innretning ifølge krav 6, karakterisert ved at stav eller stangformede elementer (5) er montert på et sentralt i prosesskammeret (1) plasserte rør (4) og/eller et annet feste som står i ro i forhold til elementet som frembringer det kunstige tyngdekraftfeltet.

8. Innretning ifølge et av kravene 4-7, karakterisert ved at prosesskammeret (39) er utformet med en endeoverløpskant (61) for faststoffer som akkumuleres i væsken, idet overløpskanten er tilordnet et til kammeret tilknyttet stasjonært hus (51) hvori kammerenden rager inn med omkretsskovler (50) radielt og aksielt utenfor overløps-kanten (fig. 5 )