PL214679B1 - Sposób wytwarzania plynnych weglowodorów na drodze rozszczepienia czasteczek wegla i wodoru - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania płynnych węglowodorów na drodze rozszczepiania cząsteczek węgla i wodoru. Wynalazek stanowi studium poważnego, uniwersalnego problemu, związanego z obserwowanym w obecnej dobie rzeczywistym niedostatkiem paliw, wynikającym z ich wysokiego zapotrzebowania i dotyczy badań nad paliwami, nie będącymi pochodnymi ropy naftowej i wysiłkami w kierunku zmniejszenia zanieczyszczania środowiska.

Znanych jest wiele sposobów wytwarzania paliw. W rafinerii stanowiącej ogromny kompleks przemysłowy, surowa ropa podlega destylacji i innym procesom fizyko-chemicznym. W zależności od składu grupowego rozróżnia się ropy o bazie parafinowej, naftenowej, asfaltowej i mieszane.

Rafinerie, w zależności od wykorzystywanych technologii, stosowanej aparatury i zdolności produkcyjnych, różnią się znacznie między sobą. Ich zadaniem jest przetwarzanie lekkich frakcji ropy naftowej, ciężkich frakcji ropy naftowej oraz ich mieszanin. Rafinowanie przeprowadzane jest w kilku stadiach. Pierwsze stadium procesu rafinacyjnego surowej ropy przeprowadzane jest we „wstępnych kolumnach destylacyjnych. Wnętrza tych kolumn, funkcjonują, w przybliżeniu przy ciśnieniu atmosferycznym i są podzielone na wiele sekcji. Surowa ropa dostaje się do kolumn po przejściu przez piec, w którym zostaje „wysuszona i przeprowadzona w stan pary. Para wprowadzana jest do kolumny destylacyjnej od dołu i unosi się pomiędzy półkami. Wznosząc się do góry traci ciepło i oziębia się. W miarę jak poszczególne, lotne komponenty osiągają właściwą im temperaturę kondensacji, podlegają skraplaniu i zbierają się na określonych półkach, łączących się z odnośnymi przewodami, zbierającymi poszczególne, rozdzielone w tym stadium, frakcje. Pozostałość, która nie odparowała opada na dno kolumny, po czym trafia do następnej kolumny, w której poddawana jest destylacji próżniowej. Oddzielany jest ciężki olej napędowy, oleje parafinowe oraz pozostałości. Frakcje te poddawane są procesowi krakingu celem wytworzenia głównie benzyny i gazowego propanu.

Podstawą procesu rafinacji jest destylacja. Węglowodory o niższej masie cząsteczkowej odparowują w temperaturach niższych, przy czym wraz ze wzrostem ciężaru cząsteczkowego temperatura ta wzrasta. W wyniku destylacji uzyskuje się benzynę, ciężką benzynę i naftę. Z drugiej strony, zachodzi proces termicznego krakingu zwiększający wydajność procesu destylacji. W procesie tym cięższe frakcje surowca podgrzewane są pod ciśnieniem do wysokiej temperatury. W takich warunkach cięższe cząsteczki węglowodorowe rozpadają się na mniejsze molekuły, co zwiększa uzysk benzyny wytwarzanej z baryłki surowej ropy.

W późniejszym okresie procesy destylacji i krakingu uzupełniono koksowaniem. Jest to proces wytwarzania koksu z ciężkich frakcji pochodzenia naftowego polegający na pirolizie pod ciśnieniem, który zaadoptowany został przez wiele rafinerii.

W latach trzydziestych XX wieku wprowadzone zostały dwa inne procesy: alkilacja oraz kraking katalityczny, które dodatkowo zwiększyły uzysk benzyny z baryłki surowej ropy. Wytwarzanie tych produktów zrodziło gigantyczny przemysł petrochemiczny, który produkuje alkohole, detergenty, gumy syntetyczne, glicerynę, nawozy sztuczne, siarkę, rozpuszczalniki oraz surowce do produkcji medykamentów, nylonu, tworzyw sztucznych, farb, poliestrów, dodatków i substancji uzupełniających do żywności, materiałów wybuchowych, barwników i materiałów izolacyjnych.

Wyczerpywanie się tanich surowców roponośnych oraz nadciągający kryzys paliwowy spowodowały zainteresowanie surowcami alternatywnymi, takimi jak biodiesel czy bioetanol, neutralnymi jeśli chodzi o emisję dwutlenku węgla. Wynika to z faktu, że podczas ich spalania, absorbowany przez rośliny w czasie ich wzrostu dwutlenek węgla, zostaje zwrócony do atmosfery. Ograniczeniem tej alternatywy jest jednak niedostatek areału, jaki może zostać przeznaczony pod uprawę produktów roślinnych z przeznaczeniem na biopaliwa niezbędne do zaspokojenia ogromnych potrzeb na to źródło energii w krajach uprzemysłowionych. Według przemysłu produkującego biopaliwa, dla ich wytwarzania wymagane jest wybudowanie dużych zakładów rafineryjnych w pobliżu odnośnych areałów agrarnych albo masywów leśnych, gdzie jest dostatek surowca. Tak więc biopaliwa muszą być transportowane do stacji benzynowych tak samo jak i inne paliwa.

Alternatywnym surowcem paliwowym może być również metanol. Jego wykorzystanie eliminuje problem emisji benzyn do atmosfery i nie powoduje niszczenia warstwy ozonowej. Jednakże wartość kaloryczna metanolu jest w przybliżeniu dwukrotnie niższa niż wartość kaloryczna benzyn, co przemawia na ich korzyść. Początkowo, metanol produkowany był z wiórków drewnianych na drodze suchej destylacji. Dlatego nazywano go „spirytusem drzewnym”. Reakcja suchej destylacji przebiega pod

PL 214 679 B1 wysokimi ciśnieniami i w wysokiej temperaturze, wymaga dużych i skomplikowanych reaktorów przemysłowych. Znane sposoby wytwarzania metanolu to przykładowo procesy: „Lurgi” i „ICl”.

Na bazie rozwoju i analiz procesów już znanych, oraz w perspektywie wprowadzenia sposobu według wynalazku, należy uwidocznić niektóre jego zalety, wskazujące na jego przewagę nad procesami destylacji surowca roponośnego. Następuje przy tym redukcja zanieczyszczenia środowiska i wykorzystywane są zasoby naturalne.

W nowatorskim rozwiązaniu według wynalazku używane są takie surowce naturalne jak biomasa, wszelkiego rodzaju odpady, których wartość kaloryczna umożliwia transformację w benzynę albo inne węglowodory. Sposobem według wynalazku 1 kg benzyny o wartości kalorycznej 8000 kcal/kg wytwarzany jest z czterech kilogramów surowców o wartości kalorycznej 2500 kcal/kg.

Sposób według wynalazku umożliwia konwersję wyjściowych, trudnych do oceny, surowców w łatwe do oszacowania i zastosowania paliwo. Kolejną zaletą sposobu według wynalazku jest różnorodność jego zastosowań, które polepszają jego osiągi. Przykładowo przy wykorzystaniu biomasy do produkcji energii elektrycznej w cyklu kotła i turbiny parowej, osiąga się wydajność około 22%. Ale, jeżeli dokonać konwersji tej samej biomasy na benzynę z wydajnością powyżej 80% i uzyskaną benzynę zużyć do wytworzenia energii w zakładzie energetycznym, o kombinowanym cyklu z wydajnością 55%, całkowita wydajność wzrośnie do 44%.

Wytwarzane sposobem według wynalazku paliwo, może być używane w przeciwieństwie do surowca transportowane. Wytworzone sposobem według wynalazku dwa litry benzyny spożytkowywane są na wyprodukowanie 1 kilowata energii. Niekiedy wytworzona sposobem według wynalazku benzyna może być nieznacznie zmętniona. Może to być spowodowane użytym surowcem albo odstępstwem od procesu, z tej racji przewidziana jest oddzielna, zamontowana poza obiegiem głównego procesu, kolumna destylacyjna, w której będzie miała miejsce druga destylacja, a pozostałości po procesie będą zwracane do komory głównej. Woda zbierana wtórnie w skraplaczu przechodzi przez system filtrów celem wydzielenia niesionych przez nią węglowodorów, które następnie zawracane są do komory głównej. Woda ta jest następnie oddestylowywana i nie przysparza jakichkolwiek problemów. Odnośnie części stałych, zbieranych na końcu głównego procesu, jeżeli instalacja jest dostatecznie duża, istnieje możliwość odzyskiwania części zeolitów, o ile materiał ten został użyty, które uległy wytrąceniu albo były niesione w pozostałościach przez substancje nieorganiczne. Istnieje surowiec taki jak lignina drzewna, który zawiera znacznie większą ilość atomów węgla niż wodoru i wytwarza dużą ilość koksu węglowego, oddzielanego od innych stałych pozostałości na drodze elutriacji. Jeżeli materiałem surowcowym jest słoma i plewy, odzyskuje się zawarty w nich krzem. W przypadku pulpy papierowej, odzyskuje się krzem, aluminium oraz węgiel. Z surowca wysoce zasiarczonego, bezużytecznego dla konwencjonalnej destylacji, można uzyskać znaczne ilości siarki. Przykłady takie można mnożyć. Poszczególne składniki mogą być oddzielane od siebie na drodze różnorodnych technologii, wykorzystywanych w zależności od konkretnego przypadku. Koszt wytworzenia jednego litra benzyny w małym zakładzie może wynosić do 0,21 USD, podczas gdy w dużym zakładzie wynosi do 0,16 USD. Surowiec dostępny jest w każdym kraju, natura oferuje pełnię reagentów chemicznych. Stosowne instalacje mogą być budowane w każdym kraju, ponieważ jedynym stawianym wymogiem jest posiadanie kotłów parowych i turbin ze stali nierdzewnej, podczas gdy przyrządy pomiarowe i pompy próżniowe są bardzo pospolite i dostępne na rynku.

Prowadzony sposobem według wynalazku proces nie powoduje zwiększonej emisji dwutlenku węgla. W przypadku biomasy ma miejsce negatywna produkcja dwutlenku węgla. W tym aspekcie istnieje zatem zgodność z traktatem z Kyoto. Zaproponowana w sposobie według wynalazku technologia umożliwia eliminację wysypisk, stanowiących główne źródło skażenia wód gruntowych oraz uwalniających do atmosfery metan.

W sposobie według wynalazku, jako surowiec wykorzystuje się składniki biomasy, stałych odpadów miejskich, materiałów pochodzących z recyklingu, odpadów po pojazdach, odpadów szpitalnych na równi z odpadami petrochemicznymi, tekstylnymi, odpadami mięsnymi, tłuszczami zwierzęcymi, skórą i ekskrementami pośród innych.

Instalacje przemysłowe, w których sposób według wynalazku jest realizowany nazywane są SMRF, a wyżej wymieniony sposób jest procesem fizykochemicznym.

Pierwszym etapem procesu jest etap fizyczno/mechaniczny, tj. jest mielenie, ścinanie oraz rozcieranie materiału surowcowego zmieszanego ze sproszkowanym materiałem egzotermicznym, którym najczęściej są perełki syntetycznego zeolitu, takie same jak używane w przemyśle petrochemicznym.

PL 214 679 B1

Na tym etapie następuje rozdrobnienie materiału surowcowego do rozmiarów molekularnych oraz dalsze rozrywanie wiązań molekularnych wskutek tarcia.

Drugi etap jest procesem chemicznym, w którym wykorzystywane są reagenty, takie jak zeolity wapnia i sodu, jak również sód, wapń, potas albo magnez, stosowane zależnie od użytego materiału surowcowego w celu neutralizacji reakcji ubocznych oraz ukierunkowania procesu na otrzymanie pożądanych płynnych węglowodorów.

Prowadzony sposobem według wynalazku proces obejmuje także etap wypełnienia komory głównej i co najmniej jednej turbiny olejem z płynnych węglowodorów nasyconych, przy czym na etapie fizycznym/mechanicznym surowiec poddawany jest kontrolowanej temperaturze aż do osiągnięcia

240°C i jest mieszany z olejem oraz z reagentami egzotermicznymi, a mielenie surowca odbywa się w turbinach, gdzie zostaje rozdrobniony do wielkości około 20 mikronów, zaś w drugim etapie chemicznym dodawane są zeolity wapnia i sodu oraz reagenty wybrane z grupy składającej się z sodu, wapnia, potasu lub magnezu w celu neutralizacji, a lekkie i ciężkie węglowodory są odbierane odpowiednio u ujścia turbiny w postaci pary i cieczy.

Surowce przed dostarczeniem do pierwszego fizycznego/mechanicznego etapu rozdrabniane są do osiągnięcia wielkości cząstek do 3 mm. Rozdrabnianie następuje w turbinach samozasysających, przy czym temperatura wzrasta do 270-400°C.

Urządzenie przemysłowe, w którym prowadzi się proces zawiera komorę główną i co najmniej jedną turbinę zasilaną olejem wytworzonym z płynnych nasyconych węglowodorów, wprowadzanym przy kontrolowanej temperaturze, który dodawany jest jako reagent do masy zawierającej węgiel i wodór jako komponenty oraz reagenty, przy czym wielkość jego przepływu regulowana jest lepkością. Fizyczne/mechaniczne warunki powodują reakcję i neutralizację aktywnych chemicznie substancji zarówno wolnych jak i przyłączonych do łańcuchów. Zachodzi rozpad cząsteczek utworzonych z atomów węgla i wodoru, które nasycone lub nie i chemicznie stabilne, poddawane są działaniu sił kinetycznych i tarciu z reagentami.

W rezultacie otrzymuje się zdekantowane stałe składniki nieorganiczne, ciekłe i gazowe węglowodory nasycone oraz dwutlenek węgla, uzyskiwany z atomów tlenu z odparowanej wody i połączonych z nimi atomów węgla.

Wstępnie, jeśli to konieczne, usuwa się z surowca wyjściowego wodę. W tym celu surowiec podgrzewa się w wymiennikach ciepła do 240°C. Wsad zostaje całkowicie odwodniony, a następnie, przy zachowaniu takiej samej temperatury, wprowadzony do głównego obiegu.

Traktowanie odwodnionych surowców o wysokiej lepkości, np. smoły, taką temperaturą znacznie zmniejsza ich lepkość, zwiększa płynność, a tym samym ułatwia wprowadzenie surowca do głównego obiegu. Odwodnione surowce stałe, jak przykładowo tworzywo sztuczne, podlegają wstępnej operacji mielenia do uzyskania rozdrobnienia o wielkości ziaren do 3 mm, co umożliwia ich bezpośrednie wprowadzenie do obiegu według wynalazku. Stały, wilgotny surowiec, jak przykładowo biomasa, poddawana jest jednoczesnemu odwadnianiu i mieleniu do osiągnięcia rozmiarów cząstek do 3 mm. Standardowy proces odwadniania stosowany na rynku, wykonywany w licznych procedurach daje materiał o wilgotności 10% do 15%, ponieważ redukcja wilgoci biomasy poniżej 10% jest bardzo trudna. Taki wsad jest normalnie wprowadzany do procesu. Niezbędnym jest również wstępne traktowanie materiału zawierającego wodę krystaliczną, która nie może być wyeliminowana w pierwszym etapie procesu.

Na początkowym etapie procesu głównego ma miejsce kondycjonowanie surowców. Przeprowadzana jest analiza jakościowa i ilościowa reagentów w temperaturach poniżej 400°C, jak również cząsteczek nieorganicznych przyłączonych do łańcuchów molekuł węglowodorowych. Często spotykanymi pierwiastkami są halogenki, jak chlor i fluor, które traktowane są z kolei wapnem, sodem, potasem albo magnezem. Rzadko spotykanymi pierwiastkami są rtęć i chrom, metale ciężkie, aktywne w temperaturach procesu i neutralizowane na drodze wymiany jonowej. Proces wymaga obecności jednego istotnego czynnika, którego podstawowe własności są następujące: jest w postaci drobnego pyłu, kształt jego cząsteczek umożliwia zjawisko tarcia z molekułami surowca, posiada własności egzotermiczne. Materiały takie są powszechnie stosowane w przemyśle chemicznym i wybierane są spośród: ziemi lub gliny, zawierających aluminium i krzem, chlorków aluminium oraz syntetycznych zeolitów, wykorzystywanych najczęściej, ze względu na ich szeroką dostępność w przemyśle petrochemicznym od lat 60-tych XX wieku. Materiały te umożliwiają sterowanie temperaturą w trakcie procesu, ponieważ ich główną funkcją jest wywoływanie tarcia z molekułami surowca wewnątrz turbiny. Czynnik egzotermiczny powoduje, że temperatura mieszaniny wzrasta. Dlatego właśnie surowce

PL 214 679 B1 przed wprowadzeniem do układu, muszą być wstępnie wymieszane z reagentami oraz z zeolitem. Ilości poszczególnych składników mieszaniny zależą od poprzedzających analiz.

Z chwilą, gdy surowiec zostanie przygotowany, następuje główne stadium procesu.

Na początku, komora główna i obwód turbiny zostają wypełnione olejem wytworzonym z nasyconych węglowodorów w stanie płynnym. Następnie turbina zostaje wprowadzona na obroty, aż do osiągnięcia temperatury około 370°C. W tej temperaturze instalacja jest gotowa do przyjęcia kondycjonowanego surowca. Objętość surowca wprowadzanego do komory głównej jest ograniczona jej objętością i lepkością płynnego oleju, ponieważ w trakcie dodawania surowca lepkość oleju wzrasta, a proces zachodzi do takiej lepkości płynu, która jeszcze gwarantuje płynność oleju. Większość dwukomorowych turbin to urządzenia samozasysające. w przeciwnym wypadku należałoby zainstalować pompę, która podawałaby płyn do turbiny. Płyn, który wpływa do turbiny składa się z oleju i surowca rozdrabnianego na wejściu do turbiny do uzyskania cząstek o wielkości koloidalnej (około 20 u). Proces ten oraz tarcie między cząstkami surowca i zeolitu, bądź innego czynnika egzotermicznego, sumujące się z mechanicznym działaniem turbiny, wytwarzają takie ciepło, że temperatura płynu, w zależności od użytego surowca, w trakcie procesu wzrasta od 270° do 400°C. Surowiec o cząsteczkach zredukowanych do rozmiaru koloidalnego (w przybliżeniu rozmiar molekularny) gwarantuje reakcję, zawartych we wsadzie, substancji aktywnych, tak wolnych jak i przyłączonych do cząsteczek węglowodorowych. Wyżej wymienione aktywne substancje chemiczne będą neutralizowane przez wprowadzone reagenty. W takich warunkach uwalniane są atomy tlenu, które wiążą się z węglem dając wolny dwutlenek węgla, co powoduje rozszczepianie początkowych łańcuchów węglowych. Jeżeli łańcuchy węglowe są krótkie, temperatury odparowania będą nieco niższe lub równe temperaturom procesu, co może powodować łączenie takich łańcuchów. Przeciwnie, jeżeli łańcuchy są długie ich temperatury odparowania będą wyższe niż temperatury procesu, następuje saturacja molekuły i utrata jednego albo większej ilości atomów węgla. Molekuły wody krystalicznej w surowcu uwalniane są w wyniku rozdrabniania i tarcia. Molekuły wody w postaci wilgoci ulegają odparowaniu.

Jakakolwiek cząsteczka utworzona z atomów węgla i wodoru, chociaż nasycona i chemicznie stabilna, poddana w turbinie działaniu siły kinetycznej i tarciu z zeolitami, bądź innym czynnikiem, ulegnie rozerwaniu, podobnie jak ma to miejsce w trakcie krakingu ropy naftowej. Jest to bardziej znaczący efekt sposobu według wynalazku.

Temperatura procesu może przekroczyć 400°C, co w konsekwencji może doprowadzić do uszkodzenia turbiny, dlatego wymagane jest jej chłodzenie. Temperatura nie powinna przekraczać 400°C również z chemicznego punktu widzenia dla uniknięcia tak zjawiska koksowania, jak i tworzenia smoły.

Lekkie węglowodory uchodzą z turbiny w postaci oparów, cięższe węglowodory w postaci płynnego oleju. Węglowodory uchodzące w postaci oparów absorbowane są w kolumnie destylacyjnej wskutek panującego w niej podciśnienia, podczas gdy węglowodory płynne, w zależności od swej gęstości, ulegają w komorze głównej wytrąceniu na różnych jej poziomach. Cięższe oleje są pierwszymi, które są wprowadzane w cykl turbiny. Nieorganiczne materiały w postaci stałej oraz te, które pochodzą z reakcji chemicznych, ulegają wytrąceniu w dolnej części komory głównej, w kolumnie destylacyjnej, węglowodorowe opary wydostają się z wnętrza skondensowanych olei na poziomach różnych sekcji kolumny destylacyjnej i uchodzą przez górny wylot. Cięższe molekuły zawracają do komory głównej i podlegają całemu procesowi powtórnie, co jest zasadniczo normalne w pracy kolumny destylacyjnej.

Molekuły wody i oparów po wyjściu z kolumny destylacyjnej przechodzą przez wymiennik ciepła, zasilany pompą próżniową na wylocie wymiennika. W wymienniku opary ulegają kondensacji, następnie przechodzą przez separator, w którym następuje dekantacja wody. Skondensowane węglowodory stanowią produkt końcowy w postaci benzyny samochodowej.

Na wylocie kolumny destylacyjnej znajduje się odpowietrzacz, przez który uchodzi dwutlenek węgla pochodzący z molekularnego tlenu z surowca. Na ogół wielkość tej emisji, za wyjątkiem gliceryny i alkoholi, jest bardzo niska. Pozostałości stałe gromadzą się w dolnej części komory głównej w kształcie zsypu i odprowadzane są przez rurę i umieszczony na niej zawór, który otwiera się, gdy materiał w zsypie osiąga określony poziom. Te stałe pozostałości nasycone są płynnymi węglowodorami, dlatego przeprowadzane są przez wymiennik ciepła albo opornik elektryczny celem odparowania węglowodorów, a następnie zawracane do górnej części komory głównej. Te stałe części zawierają na ogół: pozostałości nieorganiczne niesione przez surowiec, produkty reakcji chemicznych oraz pozostałości po reagentach zeolitowych i innych.

PL 214 679 B1

Reasumując, w procesie prowadzonym sposobem według wynalazku zachodzi kompletna rekonstrukcja cząsteczek surowca w nasycone węglowodory w stanie pary. Główną istotą sposobu jest wysokie rozdrobienie w turbinie z efektem jednoczesnego tarcia z materiałem egzotermicznym. Oba te procesy łącznie powodują rozrywanie fizycznych i chemicznych struktur surowca na składniki. Składniki nieorganiczne tworzą frakcje stałe, a ugrupowania CH2 tworzą nasycone węglowodory w stanie płynnym i gazowym. Woda odparowuje, ą atomy tlenu łączą się z atomami węgla, tworząc dwutlenek węgla. Atomy węgla, które nie związały się z dostępnymi atomami wodoru tworzą wiązania między sobą dając w ten sposób granulat węgla koksowego. Bez reagentów i ich neutralizującego działania, żądany efekt nie byłby osiągalny, ponieważ w przypadku aktywnych substancji chemicznych wchodziłyby one w reakcje i powstawałyby substancje inne niż pożądane.

Temperaturę procesu ustawia się tak, żeby nie była wyższa niż temperatura odparowania pożądanych węglowodorów. Przeznaczeniem komory głównej jest separacja substancji według ich gęstości.

Molekuły zawierające atomy tlenu, jak wspomniano powyżej, tracą atomy tlenu oraz atomy węgla, które łącząc się dają dwutlenek węgla, co w przypadku w długich łańcuchów implikuje ich rozszczepianie. Dla molekuł o krótkich łańcuchach, takich jak alkohole, gliceryna itd., efekt jest przeciwny. Molekuły takie łączą się ze sobą w dłuższe łańcuchy. Proces wytwarzania z alkoholi polimerów przebiega tak samo, ale zachodzi w niższych temperaturach, gdy polimery są otrzymywane przy użyciu zeolitów.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia różne widoki niedużego zakładu w rzucie perspektywicznym.

Instalacja ma tylko jedno wejście. Jeżeli używana jest więcej niż jedna turbina, wejście jest podzielone na osobne dla każdej turbiny. Wejściem tym wprowadzane są: dobrany surowiec oraz wymagane, sproszkowane reagenty chemiczne.

Istnieją natomiast cztery wyjścia, trzy z nich usytuowane są na wyjściu skraplacza, przy czym jedno przeznaczone jest do odprowadzania płynnego oleju, drugie do odprowadzania wody, a trzecie gazów. Czwarte wyjście dla pozostałości stałych znajduje się w dnie komory głównej.

Ilość wprowadzanego surowca zależy od dwóch czynników: po pierwsze od poziomu oleju w cyklu, ze względu na ograniczenie pojemnością komory, po drugie od lepkości materiału znajdującego się w obiegu turbina-komora główna. Materiał ten powinien być wystarczająco płynny by umożliwić poprawną cyrkulację, ponieważ wsad o zbyt dużej ilości materiału stałego albo materiału o dużej lepkości może mięć na tyle wysoką lepkość, że nie będzie możliwa prawidłowa cyrkulacja, a to może skutkować zakłóceniami w pracy turbiny.

Proces winien być przeprowadzany w stałej temperaturze odpowiadającej zakresowi temperatur, w których wybrane węglowodory są odparowywane. Dla osiągnięcia tej temperatury, jej utrzymywania i regulowania, winien być zachowany odpowiedni stosunek między materiałem egzotermicznym i zeolitami, bądź innymi materiałami, dla zachowania przewidywanej temperatury procesu.

Wskaźnikiem proporcji używanych reagentów jest pH. Odchylenia pH w górę lub w dół wskazują, który z reagentów powinien być dodany i w jakiej proporcji.

Przebieg procesu kontrolowany jest z pomocą mierników. Mierniki objętości, usytuowane w poszczególnych sektorach wskazują czy surowiec został dostarczony, mierzą ilości substancji na wejściu i wyjściach.

Takie same mierniki służą do kontroli poziomu wsadu w komorze głównej. Jeden miernik, kontrolujący poziom oleju, usytuowany jest w górnej części komory głównej. Drugi zamontowany jest w zsypie w dolnej części komory i służy do pomiaru zawartości części stałych. Na wyjściu turbiny znajduje się miernik pH, a na jej wejściu miernik lepkości.

Mierniki temperatury usytuowane są na wejściu i wyjściu z turbiny, w dolnej części komory głównej, na wyjściu kolumny destylacyjnej, na wyjściu skraplacza, oraz dwa na wejściu i wyjściu czynnika chłodzącego skraplacza.

Urządzenia te umożliwiają kontrolę i sterowanie procesem tak ręcznie jak i automatycznie, zarówno analogowo jak i cyfrowo.

Niekiedy wytwarzany w procesie olej napędowy czy benzyna mogą być zmętnione, co może być spowodowane użytym surowcem albo odstępstwami od procesu. Dla takich przypadków przewidziana jest odrębna kolumna destylacyjna poza obiegiem głównym, w której przeprowadzana jest druga destylacja, a pozostałości z tej operacji zwracane są do komory głównej. Woda zbierana w skraplaczu przechodzi przez system filtrów dla oddzielenia niesionych przez nią węglowodorów

PL 214 679 B1 i jest oddestylowywana. Węglowodory zwracane są do komory głównej. Odnośnie części stałych, zbieranych na końcu procesu głównego, jeżeli urządzenia są dostatecznie duże, możliwym jest odzyskiwanie części, strącanych albo przenoszonych przez substancje nieorganiczne, zeolitów, o ile były użyte.

W przypadku wykorzystania jako surowca ligniny drzewnej, która charakteryzuje się znacznie wyższą zawartością atomów węgla niż wodoru, powstają znaczne ilości koksu węglowego. Koks węglowy jest następnie odzyskiwany przez separacje z reszty stałych pozostałości, na drodze dekantacji. Jeżeli surowcem są słoma ryżowa i plewy, odzyskiwany jest zawarty w nich krzem. W przypadku pulpy papierowej odzyskiwany jest krzem, aluminium i węgiel. Z surowców wysoce zasiarczonych, bezużytecznych dla konwencjonalnej destylacji, może być pozyskana duża ilość siarki. Przykłady takie można mnożyć.

Poszczególne składniki mogą być oddzielane od siebie na drodze różnych technologii, przy czym w każdym przypadku stosowana będzie technologia najbardziej właściwa.

Nie ma problemów odnośnie produkcji płynnych węglowodorów z użyciem przedstawionego sposobu według wynalazku. Poszczególne urządzenia instalacji są proste w wytwarzaniu. Jedynym wymaganiem jest kocioł parowy ze stali nierdzewnej, turbiny, silniki i inne elementy, które mogą być nabyte w dowolnym kraju, ponieważ istnieje wielu ich producentów. Rozmiary i wydajność takich instalacji są bardzo zróżnicowane, i wynoszą od kilku do tysięcy litrów na godzinę. Nie stanowią one ryzyka dla środowiska i nie wymagają jakiejkolwiek obsługi z zewnątrz. Dlatego instalacje takie mogą być montowane w tych samych miejscach, w których występują odpowiednie surowce. Fizyczny wygląd urządzeń jest różny. W niniejszym opisie załączono diagram kompaktowej instalacji o wydajności

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania płynnych węglowodorów na drodze rozszczepienia cząsteczek węgla i wodoru pochodzących z surowców wyselekcjonowanych z grupy obejmującej biomasę, odpady szpitalne, stałe odpady miejskie, odpady po pojazdach, odpady petrochemiczne, odpady tekstylne, mięsne, tłuszcze zwierzęce, skóry i nawozy, składający się z pierwszego etapu fizycznego//mechanicznego i drugiego chemicznego, znamienny tym, że obejmuje także etap wypełnienia komory głównej i co najmniej jednej turbiny olejem z płynnych węglowodorów nasyconych, przy czym na etapie fizycznym/mechanicznym surowiec poddawany jest kontrolowanej temperaturze aż do osiągnięcia 240°C i jest mieszany z olejem oraz z reagentami egzotermicznymi, a mielenie surowca odbywa się w turbinach, gdzie zostaje rozdrobniony do wielkości około 20 mikronów, zaś w drugim etapie chemicznym dodawane są zeolity wapnia i sodu oraz reagenty wybrane z grupy składającej się z sodu, wapnia, potasu lub magnezu w celu neutralizacji, a lekkie i ciężkie węglowodory się odbierane są odpowiednio u ujścia turbiny w postaci pary i cieczy.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że surowce przed dostarczeniem do pierwszego fizycznego/mechanicznego etapu rozdrabniane są do osiągnięcia wielkości cząstek do 3 mm.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że podczas etapu fizycznego/mechanicznego, rozdrabnianie następuje w turbinach samozasysających, przy czym temperatura wzrasta do 270-400°C.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wykorzystuje się urządzenie przemysłowe, które zawiera komorę główną i co najmniej jedną turbinę zasilaną olejem wytworzonym z płynnych nasyconych węglowodorów, wprowadzanym przy kontrolowanej temperaturze, który dodawany jest jako reagent do masy zawierającej węgiel i wodór jako komponenty oraz reagenty, przy czym wielkość jego przepływu regulowana jest lepkością.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że fizyczne/mechaniczne warunki powodują reakcję i neutralizację aktywnych chemicznie substancji zarówno wolnych jak i przyłączonych do łańcuchów.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zachodzi rozpad cząsteczek utworzonych z atomów węgla i wodoru, które nasycone lub nie i chemicznie stabilne, poddawane są działaniu sił kinetycznych i tarciu z reagentami.
7. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w rezultacie otrzymuje się zdekantowane stałe składniki nieorganiczne, ciekłe i gazowe węglowodory nasycone oraz dwutlenek węgla, uzyskiwany z atomów tlenu z odparowanej wody i połączonych z nimi atomów węgla.