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Title:
METHOD AND APPARATUS FOR MECHANICALLY HEATING A MIXTURE OF SUBSTANCES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/107888
Kind Code:
A1
Abstract:
A method for mechanically heating a liquid mixture of substances is described. In a liquid-ring pump (1), a foam phase is compressed and the compression heat is transferred to the mixture of substances. An apparatus designed as a liquid-ring pump (1) for mechanically heating a liquid mixture of substances is also described. Said liquid-ring pump (1) comprises an impeller (12) eccentrically arranged in a cup-shaped pump housing (11) as well as a tangential suction port (13) and a tangential delivery port (14). A gas port (15) for introducing an inert process gas extends into the suction port (13) and/or into the cup-shaped pump housing (1).

Inventors:
SPIESS, Wolfgang (Heinrichstr. 6, Roßtal, 90574, DE)
Application Number:
EP2013/050980
Publication Date:
July 25, 2013
Filing Date:
January 18, 2013
Export Citation:
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Assignee:
ECOTECFUEL LLC (200 South Virginia Street, Reno, Nevada, 89501, US)
SPIESS, Wolfgang (Heinrichstr. 6, Roßtal, 90574, DE)
International Classes:
C10G1/08; C10G31/06; F04C7/00; F04C19/00
Domestic Patent References:
WO1995015439A1
Foreign References:
EP2090783A2
DE102005056735B3
DE102005056735B3
DE102008009647A1
Attorney, Agent or Firm:
KÖHLER, Walter et al. (Patentanwälte Louis-Pöhlau-Lohrentz, Postfach 30 55, Nürnberg, 90014, DE)
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Claims:
Ansprüche

Verfahren zur mechanischen Aufheizung eines flüssigen

Stoffgemisches,

dadurch gekennzeichnet,

dass in einer Flüssigkeitsringpumpe (1) eine Schaumphase erzeugt wird und die Schaumphase komprimiert wird, um die

Kompressionswärme an das Stoffgemisch zu übertragen.

Verfahren nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Stoffgemisch ein Öl-, Reststoff- und Katalysatorgemisch ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Stoffgemisch in einem Kreislauf (12) umgewälzt wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Schaumphase durch die Einleitung (15s) eines unter einem geringen Überdruck stehenden inerten Prozessgases (15) in das Stoffgemisch erzeugt wird.

Verfahren nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Prozessgas (15) stromaufwärts vorder Flüssigkeitsringpumpe (1) in das Stoffgemisch (13) eingeleitet wird.

Verfahren nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Prozessgas (15) in der Flüssigkeitsringpumpe (1) in das Stoffgemisch (13) eingeleitet wird.

Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Anteil der Schaumphase 10 bis 30 Vol-% beträgt,

vorzugsweise 10 bis 25 Vol-%.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Anteil der Schaumphase so gewählt wird, dass am inneren Umfang der Flüssigkeitsringpumpe (1) ein Flüssigkeitsring ausgebildet ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Anteil der Schaumphase durch Temperaturmessung (34, vor und hinter der Flüssigkeitsringpumpe (1 ) und dem daraus errechneten Energieeintrag in das Stoffgemisch bestimmt wird.

Als Flüssigkeitsringpumpe (1) ausgebildete Vorrichtung zur

mechanischen Aufheizung eines flüssigen Stoffgemisches, wobei die Flüssigkeitsringpumpe (1) ein in einem topfförmigen Pumpengehäuse (11) exzentrisch angeordnetes Pumpenrad (12) sowie einen tangential angeordneten Saugstutzen (13) und einen tangential angeordneten Druckstutzen (14) umfasst,

dadurch gekennzeichnet,

dass ein Gasstutzen (15) zur Einleitung eines inerten Prozessgases in den Saugstutzen (13) und/oder in das topfförmige Pumpengehäuse (1) mündet.

Vorrichtung nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Gasstutzen (15) mit seiner Achse parallel oder fluchtend mit der Drehachse des Pumpenrads (12) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Auslass des Gasstutzens (15) als eine Schlitzdüse (15s) ausgebildet ist. Vorrichtung nach Anspruch 12,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Breite der Schlitzdüse (15s) größer als der Durchmesser des Gasstutzens (15) ist.

Description:
Verfahren und Vorrichtung zur mechanischen Aufheizung eines

Stoffgemisches

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur mechanischen Aufheizung eines Stoffgemisches.

Aus der DE 10 2005 056 735 B3 ist ein Hochleistungskammermischer für katalytische Ölsuspensionen als Reaktor für die Depolymerisation und

Polymerisation von kohlenwasserstoffhaltigen Reststoffen zu Mitteldestillat im Kreislauf bekannt. Der Pumpenwirkungsgrad des

Hochleistungskammermischers ist niedrig, so dass die eingebrachte

mechanische Energie zum größten Teil in Vermischungs- und Reibenergie umgewandelt wird.

Aus der DE 2008 009 647 A1 ist eine Schlammreaktorpumpe zur gleichzeitigen Förderung von Feststoffen, Flüssigkeiten, Dämpfen und Gasen in einem gemeinsamen Förderstrom bekannt. Die Schlammreaktorpumpe ist eine Kombination aus einer Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe und einer Radialpumpe. Feste und flüssige Stoffe werden am Umfang der Pumpe gefördert, die abgetrennten Gase und Dämpfe davon getrennt im Innenraum.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Energieeintrag in ein flüssiges Stoffgemisch und zur Förderung desselben anzugeben. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren zur mechanischen Aufheizung eines flüssigen Stoffgemisches gelöst, wobei vorgesehen ist, dass in einer Flüssigkeitsringpumpe eine Schaumphase erzeugt wird und die Schaumphase komprimiert wird, um die Kompressionswärme an das

Stoffgemisch zu übertragen.

Die Aufgabe wird weiter mit einer als Flüssigkeitsringpumpe ausgebildeten Vorrichtung zur mechanischen Aufheizung eines flüssigen Stoffgemisches gelöst, wobei die Flüssigkeitsringpumpe ein in einem topfförmigen

Pumpengehäuse exzentrisch angeordnetes Pumpenrad sowie einen tangential angeordneten Saugstutzen und einen tangential angeordneten Druckstutzen umfasst, wobei vorgesehen ist, dass ein Gasstutzen zur Einleitung eines inerten Prozessgases in den Saugstutzen und/oder in das topfförmige Pumpengehäuse mündet. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglichen einen sehr effektiven Energieeintrag in das flüssige Stoffgemisch, wobei entgegen dem Vorbehalt des Fachmanns in der Flüssigkeitsringpumpe eine Schaumphase vorgesehen ist. Es hat sich gezeigt, dass die Energie, die zum Aufbau der Schaumphase aufgewendet wird, beim Abbau der

Schaumphase unmittelbar in Wärmeenergie umgesetzt wird, so dass

Einleitungsverluste, wie sie bei äußerer Erwärmung des Fluids auftreten, vermieden werden.

Es kann vorgesehen sein, dass das Stoffgemisch ein Öl-, Reststoff- und

Katalysatorgemisch ist. Bei dem Öl und den Reststoffen kann es sich um Abfallprodukte handeln, die wieder aufbereitet werden. Als Reststoffe können beispielsweise organische Reststoffe, wie sie in der Land- und Forstwirtschaft anfallen, eingesetzt werden.

Das Stoffgemisch kann in einem Kreislauf umgewälzt werden. Es kann durch die kontinuierliche oder diskontinuierliche Zugabe von Reststoffen während des Kreislaufs mit Kohlenwasserstoffen angereichert werden. Die Reststoffe werden teilweise oder vollständig in dem Öl gelöst.

Es kann vorgesehen sein, dass die Schaumphase durch die Einleitung eines unter einem geringen Überdruck stehenden inerten Prozessgases in das Stoffgemisch erzeugt wird.

Das Prozessgas kann stromaufwärts vor der Flüssigkeitsringpumpe in das Stoffgemisch eingeleitet werden.

Es kann vorgesehen sein, dass das Prozessgas in der Flüssigkeitsringpumpe in das Stoffgemisch eingeleitet wird.

In einer vorteilhaften Ausbildung kann vorgesehen sein, dass der Anteil der Schaumphase 10 bis 30 Vol-% beträgt, vorzugsweise 10 bis 25 Vol-%. Der Anteil der Schaumphase kann so gewählt werden, dass am inneren Umfang der Flüssigkeitsringpumpe ein Flüssigkeitsring ausgebildet ist. Auf diese Weise wird die Förderleistung der Flüssigkeitsringpumpe trotz

Schaumeintrag gewährleistet.

Es kann vorgesehen sein, dass der Anteil der Schaumphase durch

Temperaturmessung vor und hinter der Flüssigkeitsringpumpe und dem daraus errechneten Energieeintrag in das Stoffgemisch bestimmt wird.

Weitere Unteransprüche sind auf die Vorrichtung gerichtet.

Es kann vorgesehen sein, dass der Gasstutzen mit seiner Achse parallel oder fluchtend mit der Drehachse des Pumpenrads angeordnet ist.

Der Auslass des Gasstutzens kann als eine Schlitzdüse ausgebildet sein.

In einer vorteilhaften Ausbildung kann vorgesehen sein, dass die Breite der Schlitzdüse größer als der Durchmesser des Gasstutzens ist.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer perspektivischer Darstellung;

Fig. 2 die Vorrichtung in Fig. 1 in einer schematischen Schnittansicht;

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Anwendungsbeispiels der Vorrichtung in

Fig. 1 und 2. Fig. 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer als Flüssigkeitsringpumpe 1 ausgebildete Vorrichtung zur mechanischen Aufheizung eines flüssigen

Stoffgemisches, wobei die Flüssigkeitsringpumpe 1 ein in einem topfförmigen Pumpengehäuse 1 1 exzentrisch angeordnetes Pumpenrad 12 sowie einen tangential angeordneten Saugstutzen 13 und einen tangential angeordneten Druckstutzen 14 umfasst. Ein Gasstutzen 15 mündet in den Saugstutzen 13. Der Gasstutzen 15 weist hierfür eine Schlitzdüse 15s auf, die im axialen

Mündungsbereich des Saugstutzens 13 angeordnet ist und einmündet.

Das Pumpengehäuse 1 1 ist topfförmig ausgebildet. Wegen der exzentrischen Anordnung des Pumpenrads 12 in dem Pumpengehäuse 1 1 weisen die

Schaufelenden des schaufelradförmigen Pumpenrads 12 je nach Drehlage einen unterschiedlichen Abstand zur Innenwand des Pumpengehäuses 1 1 auf. Bei der Flüssigkeitsringpumpe 1 handelt es sich um eine Kreiselpumpe, das heißt um eine Strömungsmaschine. Flüssigkeit, die über den Saugstutzen 13 in die Flüssigkeitsringpumpe 1 eintritt, wird von dem rotierenden Pumpenrad 12 mitgerissen und wegen der auftretenden Fliehkräfte auf einer Kreisbahn nach außen gezwungen. Die dabei aufgenommene Bewegungsenergie der

Flüssigkeit erhöht den Druck innerhalb des Pumpengehäuses 1 1 und presst die Flüssigkeit in den Druckstutzen 14. Durch den Gasstutzen 15 in die Flüssigkeit eintretendes inertes Gas bildet in der Flüssigkeit eine Schaumphase aus, die ebenfalls Bewegungsenergie aufnimmt, wobei das in den Schaumbläschen eingeschlossene Gas komprimiert wird und dabei erhitzt wird. Zwischen den Schaumbläschen und der Flüssigkeit findet eine intensive Wärmeübertragung statt, so dass die Flüssigkeit erwärmt wird. Der Gasstutzen 15 ist mit seiner Achse parallel oder fluchtend mit der Drehachse des Pumpenrads (12) angeordnet. Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel zum Einsatz der Flüssigkeitsringpumpe 1 . Die Flüssigkeitsringpumpe 1 ist in einer KDV-Anlage 2 zur katalytischen drucklosen VerÖlung als Förder- und Mischpumpe eingesetzt. In der KDV- Anlage 2 werden bei einer Prozesstemperatur von 280 bis 320 °C langerkettige Kohlenwasserstoffe unter Einwirkung eines Katalysators in kurzkettige

Kohlenwasserstoffe, wie sie beispielsweise in Dieselöl enthalten sind, aufgespaltet. Dazu wird ein bei der Prozesstemperatur flüssiges Stoffgemisch, bei dem es sich um ein Öl-, Reststoff- und Katalysatorgemisch handelt, durch die Flüssigkeitsringpumpe 1 im Kreislauf gefördert.

Das in der Flüssigkeitsringpumpe 1 gebildete, mit einer Schaumphase versetzte Stoffgemisch 29 wird in einen Separator 21 eingetragen, bei dem es sich beispielsweise um einen trichterförmigen Behälter handelt, an dessen

Innenwand das Stoffgemisch herab rinnt und dabei ausdampft. Dieseldampf 24d strömt in eine Destillationskolonne 22, die über dem Separator 21 angeordnet ist und gelangt sodann in einen stromabwärts nach der

Destillationskolonne 22 angeordneten Kondensator 23. In dem Kondensator 23 sammelt sich so Kondensat in Form von Dieselöl 24, das in einem Produkttank 25 gesammelt wird. Der Produkttank 25 ist mittels einer Vakuumpumpe 26 entlüftbar, wobei über dem Dieselöl 24 angesammeltes Abgas 27 zu einem Teil dem Gasstutzen 15 der Flüssigkeitsringpumpe 1 zugeführt wird. Zum Start des Prozesses wird anstelle des Abgases ein inertes Gas aus einem

Druckgasbehälter eingespeist, beispielsweise Stickstoff. Unter dem Separator 21 ist ein Zentralbehälter 28 angeordnet, in den ausgedampftes Stoffgemisch 29r fließt. Der Zentralbehälter 28 kann einen Eintragstutzen 28e aufweisen, über den kohlenwasserstoffhaltiger Reststoff 30 aus einem Reststoff-Vorratsbehälter 31 in das Stoffgemisch 29r eingebracht werden kann. Der Reststoff 30 wird in dem ausgedampften Stoffgemisch 29r aufgelöst und bei dem Weg durch den Zentralbehälter 28 homogen verteilt. Reststoff 30 kann jedoch auch stromabwärts hinter dem Zentralbehälter 28 in den Stoffgemisch-Kreislauf eingespeist werden. Es wird so ein angereichertes Stoffgemisch 29a erhalten, das dem Saugstutzen 13 der Flüssigkeitsringpumpe 1 zugeführt wird, wodurch der Stoffkreislauf geschlossen ist.

Am Boden des Zentralbehälters 28 können aus dem Stoffgemisch ausgefällte Sedimentpartikel 32 entnommen werden, die gegebenenfalls als Brennstoff nutzbar sind oder zu entsorgen sind.

Die optimale Betriebsweise der Flüssigkeitsringpumpe 1 kann nach zwei Verfahren eingestellt werden.

Zum einen kann der Anteil der Schaumphase so gewählt werden, dass am inneren Umfang der Flüssigkeitsringpumpe 1 ein Flüssigkeitsring ausgebildet ist. Zum anderen kann der Anteil der Schaumphase aus dem Energieeintrag in das Stoffgemisch bestimmt werden. Dazu sind zwei Temperatursensoren vorgesehen. Ein erster Temperatursensor 33 ist stromabwärts hinter der Flüssigkeitsringpumpe 1 in der Stoffgemisch-Leitung angeordnet. Ein zweiter Temperatursensor 34 ist stromaufwärts vor der Flüssigkeitsringpumpe 1 in der Stoffgemisch-Leitung angeordnet. Die Signale beider Temperatursensoren 33, 34 werden in einer Steuereinrichtung 35 ausgewertet, und es wird ein

Steuersignal für ein Regelventil 36 gebildet, das in der Verbindungsrohrleitung zwischen der Vakuumpumpe 26 und dem Gasstutzen 15 der

Flüssigkeitsringpumpe 1 angeordnet ist und die Menge des zur Schaumbildu vorgesehenen Gases regelt.

Es hat sich bewährt, wenn der Anteil der Schaumphase 10 bis 30 Vol-% beträgt, vorzugsweise 10 bis 25 Vol-%.

Bezugszeichenliste

1 Flüssigkeitsringpumpe

2 KDV-Anlage

1 1 Pumpengehäuse

12 Laufrad

13 Saugstutzen

14 Druckstutzen

15 Gasstutzen

15s Schlitzdüse

21 Verdampfersystem

22 Destillationskolonne

23 Kondensator

24 Dieselöl

24d Dieseldampf

25 Produkttank

26 Vakuumpumpe

27 Abgas

28 Zentralbehälter

28e Eintragstutzen

29 Stoffgemisch

29a angereichertes Stoffgemisch

29r ausgedampftes Stoffgemisch

30 Reststoff

31 Reststoff- Vorratsbehälter

32 Sedimentpartikel

33 erster Temperatursensor zweiter Temperatursensor Steuereinrichtung