JP2001503369A - 炭化水素流体のコンディショニング方法およびその方法を実施するための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 機械的振動により、分留を行なう前に、炭化水素流体をコンディシヨニングするための方法および装置（図１）であって、流体を回転作用ホイール（２）の空間（１）内に供給する工程と、作用ホイールおよび固定子（７）により形成される円形チャンバ（４）内へ、一連の出口開口（８）を介して流体を放出する工程と、かつ流体を流出させる工程を含む。この間、以下のような好ましい経験的に得られた関係が観察される。すなわち ただし、Ｒは作用ホイールの周囲の円箇状表面の半径であり、ΔＲは円形チャンバの半径方向の寸法であり、ｎは作用ホイールの回転度数であり、Ｋは作用ホイールの出口開口の数であり、かつＢは１からＫ／５の範囲の整数である。

Description

【発明の詳細な説明】 炭化水素流体のコンディショニング方法 およびその方法を実施するための装置発明の背景 本発明は、後の処理のために炭化水素流体を調製する技術に関し、かつ直接的 には機械的作用の助けを借りて処理を行なう、後の分留に先立ち炭化水素を予備 的にコンディショニングする方法および装置に関する。（この文脈では、「コン ディショニング」は、後の処理に鑑み好ましい物理的性質を原材料に与えること を意味する。） 分留に先立ち、機械的作用の助けを借りて、特に望ましくない含有物を予備的 にろ過して排除することにより行なわれる、炭化水素流体原料を予備的にコンデ ィショニングする周知の方法が前提技術から知られている。このような処理は後 の分留工程を容易にするが、炭化水素の出発原料または半生成品の物理的性質や 中間または最終留分の生成に何ら影響を与えない。また、前提技術において、機 械的振動による流体処理方法が知られており（国際特許出願番号第ＰＣＴ／ＲＵ ９２／００１９４号、１９９２年出願）、同方法は、回転作用ホイールの空間内 へ、処理する流体を供給する工程と、ホイールの周囲の円箇表面上に作られた一 連の出口開口を介して同作用ホイールの空間から流体を放出する工程と、最小限 の隙間をあけて作用ホイールの周囲の円箇表面に隣接する固定子の同心表面につ くられた少なくとも１つの入口開口を介して固定子の空間内へ流体を取込む工程 とを含み、それにより作用ホイールの出口開口から流れる流体が周期的に急激に 遮断され、音波または超音波レンジの機械的振動が内部に生じる。 この流体処理方法を実施する装置は、軸受において動くシャフトと、シャフト に接続され円筒状内側および外側表面を有する周囲の環状壁を備えるディスクと して形成される作用ホイールを含み、同作用ホイールを含む固定子の円周に沿っ て等間隔で、流体を通すための一連の開口が作られ、前記固定子は、流体を供給 するための取込開口、流体を流出させるための放出開口、両側に最小の隙間をあ けて作用ホイールの周囲の環状壁に隣接する２つの同心の壁を有し、いずれの固 定子開口の同心壁にも、流体を通すための開口が作られ、これら開口は、作用ホ イールの一連の開口の配置平面内に存在する。 炭化水素流体に適用した場合、上記の流体処理方法および装置も同様に、ある 種の加熱を伴う場合は除いて、流体の物理的性質に影響を与えず、また後の分留 による中間および有限生成物の生成にも影響を与えない。発明の概要 本発明は、先行技術および独自の研究に基づき、軽留分の生成を増大させるよ うなやり方で炭化水素の物理的性質に影響を与える、後の分留に先立ち炭化水素 流体をコンディショニングする方法およびその方法を実施するための装置を提供 するという課題に関する。 本発明によれば、流体に対し、一定の回転半径で一定の線速度の回転動作とい う機械的作用の助けを借りかつさらに一定の振動数での振動工程を行なうことに よって流体を処理することによりこの課題が解決される。 このため、流体をコンディショニングする方法の基本的実施例において、回転 作用ホイールの空間内へ処理する流体を供給する工程と、同作用ホイールの空間 から、処理する流体を作用ホイールの周囲の円筒状表面と、固定子の同心表面に より構成される円形チャンバへ、作用ホイールの周囲の円筒状表面上でかつその 円周に沿って等間隔に配列された一連の出口開口を介して流体を放出する工程と 、少なくとも１つの放出開口を介して円形チャンバから流体を放出する工程が設 けられる。この場合、作用ホイールの周囲の円箇状表面の半径Ｒおよびその回転 度数ｎは、経験的に得られた以下の関係に従う範囲で、作用ホイールの出口開口 の数Ｋにより決定される。 Ｒ＝（１．０５〜１．２８）Ｋ（ｍｍ）および ｎ＝（３．６〜４．１）Ｋ^-1.5＊１０⁶（ｒ．ｐ．ｍ） このパラメータの範囲の限界を超える場合には、実験により確かめられた通り 、流体コンディショニングにより得られる効果は不十分な程度にしか現れない。 流体コンディショニング方法の最も好ましい実施例においては、作用ホイール の半径Ｒおよび回転度数ｎは経験的に得られた以下の関係に従いその選択された 出口開口の数Ｋにより明確に決定される。 Ｒ＝１．１６１４Ｋ（ｍｍ）および ｎ＝３．８３９６Ｋ^-1.5＊１０⁶（ｒ．ｐ．ｍ） 流体コンディショニング法のもう１つの好ましい実施例では、作用ホイールの 周囲の円筒状表面と固定子の同心表面により構成される円形チャンバからの被処 理流体の放出は、固定子の同心表面に配列された放出開口を通して行なわれるが 、これら開口は、作用ホイールが回転する間作用ホイールの出口開口と対向する 位置に連続して配列される。 実験により設定された前記パラメータの選択された範囲で炭化水素流体をコン ディショニングする方法の上記基本的実施例においては、基本的に、引続き行な われる分留において、最も貴重な低沸点留分が本質的に増加するように、すなわ ちさらに効率的な実際的な利用について言及できる程度にまで増加するように、 流体の物理的性質に対して影響が与えられる。この効果は、内部の物理的プロセ スについての徹底的分析に言及しなくても、ある臨界周波数およびその調波で、 流体に対し機械的作用を開始したことにより分子レベルで生じる、流体の内部結 合の破壊的転換によって説明することができる。流体コンディショニング方法の 最も好ましい実施例では、実験によって決定された上記明確なパラメータの値を 選択した場合、せいぜい後の分留にとって好ましい炭化水素流体の傾向が得られ るという効果が現れる程度である。 流体コンディショニング方法の他の好ましい実施例では、まず流体が作用ホイ ールの出口開口を通って放出されるとき、またその後固定子の同心表面上に作ら れた放出開口を通って円形チャンバから放出される際に、流体に与えられる組合 された振動作用によって得られる効果を改善することが可能である。 本発明による炭化水素流体のコンディショニング方法は、以下に説明する装置 によってのみ実施され得るものであり、同装置は発明者の一般的な意図の欠くべ からざる部分を構成しかつ他の目的においての使用を意図されていないものであ る。 流体コンディショニングのための装置は、その基本的実施例において、軸受に おいて動くシャフトを含む回転子と、同シャフトに接続されかつ円箇状外側表面 を有する周囲の環状壁を備えるディスクとして形成される少なくとも１つの作用 ホイール（同ホイールには流体用の一連の出口開口がその円周に沿って等間隔に 作られる）と、流体供給のための取込開口と流体流出のための放出開口とを有す る作用ホイールを含む固定子と、処理する流体のための空間（同空間はディスク 、作用ホイールの周囲の環状壁、および取込開口を有しかつ環状壁に隣接する固 定子壁によって構成されている）と、処理する流体のための円形チャンバ（作用 ホイールの周囲の環状壁および固定子の同心壁によって半径方向に制限されかつ 流体の流出用放出開口と連通状態にある）とを含む。作用ホイールおよび円形チ ャンバの特徴となる幾何学的寸法は、以下のとおりである。 Ｒ−（１．０５〜１．２８）Ｋ（ｍｍ） ただしＫは作用ホイールの出口開口の選択された数であり、Ｒは、作用ホイー ルの周囲の環状壁の外側円箇状表面の半径であり、 ΔＲ＝（１．０５〜１．２８）Ｂ（ｍｍ） ただしＢは１…Ｋ／２の範囲の選択された整数であり、 ΔＲは円形チャンバの半径方向の寸法である。 コンディショニングのための装置の最も好ましい実施例では、半径Ｒおよび寸 法ΔＲは、それぞれ以下のとおりである。 Ｒ＝１．１６１４Ｋ（ｍｍ） ΔＲ＝１．１６１４Ｂ（ｍｍ） ただし、Ｂは１…Ｋ／５の範囲の選択された整数である。 コンディショニングのための装置の他の好ましい実施例において、固定子は、 流体流出用放出開口と連通する円形チャンバから流体を取込むための同心円壁に 隣接する空間を有し、この固定子の空間は作用ホイール出口開口が配列されてい る平面において、円周に沿って等間隔に固定子の同心壁に作られた放出開口を通 して円形チャンバと連通する。円形チャンバの放出開口の数は１からＫの範囲で ある。 本発明の他の特徴についてはその実施例を詳細に説明することによって理解さ れるであろう。図面の簡単な説明 以下、本発明について模式図を参照しながら、その実施例を例にしてより詳細 に説明することにする。 図１は、基本的かつ最も好ましい実施例における流体処理のための装置の長手 方向の軸に沿って破断した断面図である。 図２および図４は、円形チャンバの横方向の部分断面図である。 図３は、好ましい実施例の１つにおける流体処理のための装置の長手方向の軸 に沿って破断した断面図である。発明の詳細な説明 機械的作用の助けを借りて処理を行なうことにより炭化水素流体をコンディシ ョニングする方法の基本的実施例（図１および図２）によれば、処理する流体を 入口開口３を介して回転作用ホイール２の空間１内へ供給する。作用ホイール２ が回転している間、処理する流体は、その空間１から、作用ホイール２の周囲の 円箇状表面５と固定子７の同心表面６により構成される円形チャンバ４内へ、作 用ホイール２の周囲円筒状表面５に沿ってかつその円周に沿って等間隔に配列さ れた一連の出口開口８を通って放出される。円形チャンバ４の範囲内で、自由流 れの法則から中心軸９に対して回転を続ける被処理流体は、作用ホイール２の各 出口開口８から流れ出た基本的流体流れと固定子７の同心表面６との相互作用に よって引き起こされる機械的振動の作用を受ける。処理された流体は、放出開口 １０を介して円形チャンバ４から放出される。 周囲の円箇状表面５の半径Ｒおよび作用ホイールの回転度数ｎは、経験的に得 られた以下の関係に従う範囲で作用ホイール２の出口開口８の選択された数Ｋに より決定される。 Ｒ＝（１．０５〜１．２８）Ｋ（ｍｍ）、 ｎ＝（３．６〜４．１）Ｋ^-1.5＊１０⁶（ｒ．ｐ．ｍ） コンディショニング方法の最も好ましい実施例によれば、半径Ｒおよび作用ホ イール２の回転度数ｎは、経験的に得られた以下の関係に従い作用ホイール２の 出口開口８の選択された数Ｋにより明確に決定される。 Ｒ＝１．１６１４Ｋ（ｍｍ）、 ｎ＝３．８３９６Ｋ^-1.5＊１０⁶（ｒ．ｐ．ｍ） コンディショニング方法の他の好ましい実施例（図３、図４）によれば、作用 ホイール２の周囲の円箇状表面５と固定子７の同心表面６により構成される円形 チャンバ４からの被処理流体の放出は、固定子７の同心表面６上に作られた１つ 、数個または一連の放出開口１１を介して行なわれる。作用ホイール２か回転し ている間、円形チャンバ４のこれら放出開口１１は、作用ホイール２の対応する 出口開口８に対して対向するように連続的に配列されており、これにより周期的 に流れが乱されかつこれに対応する機械的振動が流休に生じる。円形チャンバ４ の放出開口を通過した流体は固定子７の空間１２に進入し、そこから処理された 流体か放出開口１３を通って放出される。 円形チャンバ４の放出開口１１の数は、１からＫの範囲で選択され、この範囲 は放出開口１１の数が増えると、他のものも等しい数なので、プロセスの体積容 量が十分に増大するが、本発明が解決する課題を考えればコンディショニングの 効率が減少するという点を考慮する。 記載のコンディショニング方法を実行するための装置の基本的な実施例（図１ 、図２）によれば、同装置は、軸受１６および１７内で動きかつシール１８が設 けられたシャフト１５を含む回転子１４を含む。回転子１４は、シャフト１５に 接続されかつ円箇状外側表面５を有する周囲の環状壁２０を備えるディスク１９ として製作される少なくとも１つの作用ホイール２を含む。上記壁２０において は、流体のための一連の出口開口８がその円周に沿って等間隔に設けられる。 作用ホイール２を含む固定子７は、処理のための流体供給用取込開口３と、処 理された流体を放出するための放出開口１０を備える。被処理流体を入れるため の空間１が、ディスク１９、作用ホイール２の環状壁２０およびそれに隣接する 取込開口３を備える固定子７の壁２１により構成される。被処理流体を入れるた めの円形チャンバ４は、作用ホイール２の環状壁２０および固定子７の同心壁２ ２により半径方向に制限されかつ処理された流体を放出するための放出開口１０ と連通する。 作用ホイール２および円形チャンバ４の特徴となる幾何学的寸法は、以下のと おりである。 Ｒ＝（１．０５〜１．２８）Ｋ（ｍｍ）、 ΔＲ＝（１．０５〜１．２８）Ｂ（ｍｍ） ただし、Ｋは作用ホイールの出口開口の選択された数であり、Ｒは作用ホイール の周囲環状璧の円筒状外側表面の半径であり、Ｂは１からＫ／２の範囲で選択さ れる整数であり、かつΔＲは環状チャンバの半径方向の寸法である。 コンディショニングのための装置の最も好ましい実施例（図１、図２）では、 半径Ｒの公称値は以下のように明確に規定される。 Ｒ＝１．１６１４Ｋ（ｍｍ） 一方、半径方向の寸法ΔＲの公称値は、以下のとおりである。 ΔＲ＝１．１６１４Ｂ（ｍｍ） ただしＢは、１からＫ／５の範囲で選択される整数である。 コンディショニングのための装置の他の好ましい実施例（図３、図４）によれ ば、固定子７はその同心壁２２に隣接する空間１２を有し、処理された流体を放 出するための放出開口１３と連通する円形チャンバ４から流体を受ける。固定子 ７の空間１２は、円形チャンバ４から、流体を放出しかつ同時に流体を空間１２ 内へ進入させるための放出開口１１を通って円形チャンバ４と連通する。上記放 出開口は、固定子７の同心壁２２内に作られる。この放出開口１１は、作用ホイ ール２の一連の外側開口８の配列平面にありかつ円周に沿って等間隔に設けられ る。開口１１の数は１からＫの範囲であり、その数がＫを超える場合は、他のも のもすべて等しく増えるため、発振プロセスの強度が顕著に低下するため不利で ある。 回転子１４はシャフト１５および結合部２３を媒介して電気モータ２４等の、 計算された回転数を有する駆動手段に接続される。 回転子は、１本のシャフトに固定された数個の作用ホイールを含んでもよく、 該作用ホイールは流体の流れに沿って連続して接続される。各作用ホイールに羽 根を設けてもよい。 遮断および制御部材を有する内側または外側バイパスチャネルを設けて、装置 の出口からの処理された流体の一部をその入口へ逆流させて繰返し処理してもよ い。 装置全体は空間においてどの位置を占めてもよい。 作用ホイール２の出口開口８の数Ｋは、音波レンジにおいて流体に励起される 強制振動の所望の周波数に基づいて選択され、同周波数は、装置全体の達成可能 かつ有利な幾何学的寸法を考慮して、経験的に得られた以下の関係により決定さ れる。 Ｆ＝６３．９９３Ｋ^-1.5＊１０⁶（ｋＨｚ） パラメータの値Ｂは、特定の被処理流体の物理的性質、特に粘度および加熱し た際の変化の性質に基づき、装置全体の妥当な幾何学的寸法を考慮して上記の範 囲で選択される。 円形チャンバ４から流出す流体用の放出開口１１の数は、体積容量とコンディ ショニングの許容可能な程度の望ましい比率によって選択される。 周囲表面５に沿った円周方向の作用ホイール２の出口開口８の幅は好ましくは 半径Ｒの円周に沿った円周ピッチの２分の１である。その数にかかわりなく、円 形チャンバ４の放出開口１１の同心表面６に沿った円周方向の幅は、好ましくは 出口開口８の幅を超えないようにする必要がある。開口８および１１の形状は図 １および図３に示すとおり好ましくは均一で、中心軸９に対し平行な方向に延び る。 本発明に従うコンディショニング用の装置は以下のように動作する。 装置の基本的かつ最も好ましい実施例（図１、図２）において、被処理流体は 図において矢印で示す方向に、取込開口３を介して作用ホイール２の空間１内へ 供給される。回転子１４は、作用ホイール２とともに、結合部２３および計算さ れた回転度数ｎのシャフト１５を介して電気モータ２４の助けを借りて回転する ようセットされる。この場合、作用ホイール２の空間１内に進入する流体は圧力 下に作用ホイール２の周囲の環状壁２０に作られた一連の出口開口８を通って空 間１を出、作用ホイール２の環状壁２０および固定子７の同心壁２２により極限 される円形チャンバ４内へ進入する。円形チャンバ４から、処理された流体は分 留によるさらなる処理を施すため、矢印で示す方向に放出開口１０を介して放出 される。 他の好ましい実施例では、装置（図３、図４）は、上記に説明したものと同様 の動作をするが、ただし被処理流体が円形チャンバ４を出て固定子７の同心壁２ ２に作られた放出開口を介して固定子７の空間１２内に進入する点が異なる。空 間１２から、処理された流体は、分留目的のさらなる処理を施すため、矢印で示 す方向に放出開口１３を介して供給される。 以下に、本発明に従う、コンディショニング方法および同方法を実施するため の装置の特定の実施例を記載する（表１および表２）。この場合、コンディショ ニングの効率とは、開始炭化水素流体を分留する際に軽留分（ガソリン、灯油、 ディーゼル燃料）の生成の相対的増大を意味する。記載の例では、コンディショ ニングの効率はコンディショニングの後蒸留に付される燃料油から軽留分を付加 的に抽出したものを水素の出発原料（原油）に対し検算することにより決定され 、これは発明に従い実施される。 産業上の利用可能性 本発明の産業上の利用分野は、化学、石油および、炭化水素流体（開始原料お よび処理により生じる中間生成品の双方の）の技術的処理に関連し、後の分留に 先立ちこれらの流体をコンディショニングする目的を持つ、他の産業の分野に及 ぶ。本発明による予備的コンディショニングは、特に蒸留する前の原油、繰返し 蒸留または分解する前の燃料油、触媒分解する前の軽油、改質する前のナフタ等 ならびに対応する分留を行なう前の人工炭化水素流体に利用可能である。本発明 に対応するプロセスを、技術的要素間での炭化水素流体の移動とうまく組合せて 、伝統的な一連の分留技術に組込むことも可能である。 作用ホイールは、類似する目的（電気、液圧、風力、機械等）に特に設計され たモータか、炭化水素流体の運搬用運搬施設のいくつかの部分を回転させること によって起動させることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．機械的作用の助けを借りて処理を行なうことにより炭化水素流体をコンディ ショニングする方法であって、 （１） 被処理流体を回転作用ホイールの空間内へ供給するステップと、 （２） 作用ホイールの空間から、被処理流体を、前記作用ホイールの周囲円 筒状表面と固定子の同心表面により構成される円形チャンバへ放出するステップ を含み、 （３） 前記放出が、作用ホイールの周囲円筒状表面上にその円周に沿って等 間隔で配列された一連の出口開口を介して行なわれ、さらに （４） 前記円形チャンバから、少なくとも１つの放出開口を介して前記流体 を放出するステップとを含み、 （５） 作用ホイールの周囲円筒状表面の半径Ｒが、以下の経験的に得られる 関係により前記作用ホイールの出口開口の選択された数Ｋにより決定され、すな わち Ｒ＝（１．０５〜１．２８）Ｋ（ｍｍ）、 （６） 作用ホイールの回転度数が経験的に得られる以下の関係、すなわち ｎ＝（３．６…４．１）Ｋ^-1.5＊１０⁶（ｒ．ｐ．ｍ．） に従い前記値Ｋにより決定される、方法。 ２．作用ホイールの周囲円箇状表面の半径Ｒが、経験的に得られる以下の関係に 従い前記作用ホイールの出口開口の選択された数Ｋにより決定され、すなわち Ｒ＝１．１６１４Ｋ（ｍｍ）、 作用ホイールの回転度数ｎが、以下の経験的に得られる関係、すなわち ｎ＝３．８３９６Ｋ^-1.5＊１０⁶（ｒ．ｐ．ｍ．） に従い値Ｋにより決定される、請求項１に記載の炭化水素流体をコンディショニ ングする方法。 ３．作用ホイールの周囲円箇状表面と固定子の同心表面とにより構成される円形 チャンバからの流体の放出が、作用ホイールが回転している間、作用ホイールの 出口開口に連続して対向する放出開口を介して行なわれる、請求項２に記載の炭 化水素流体をコンディショニングする方法。 ４．機械的作用の助けを借りて処理を行なうことにより炭化水素流体をコンディ ショニングするための装置であって、 （１） 軸受において動くシャフトを含む回転子と、 （２） シャフトに接続されかつ円箇状外側表面を有する周囲の角度を付けら れた壁を有するディスクとして作られた少なくとも１つの作用ホイールを含み、 流体のための一連の出口開口が、その円周に沿って等間隔に作られ、さらに （３） 流体の供給のための取込開口と流体の放出のための放出開口を有する 作用ホイールを含む固定子と、 （４） ディスク、作用ホイールの環状壁および前記ホイールに隣接する取込 開口を有する固定子の壁により形成される被処理流体のための空間と、 （５） 作用ホイールの周囲の環状壁および固定子の同心壁により半径方向に 制限されかつ流体の放出用放出開口と連通する、被処理流体のための円形チャン バを含み、作用ホイールおよび円形チャンバの特徴となる幾何学的寸法が以下の とおりであり、すなわち （６） 作用ホイールの周囲の環状壁の円筒状外側表面の半径Ｒは以下の式で 表わされ、すなわち Ｒ＝（１．０５〜１．２８）Ｋ（ｍｍ）、 ただしＫは作用ホイールの出口開口の選択された数であり、 （７） 円形チャンバの半径方向の寸法ΔＲは以下の式で表わされ、すなわち ΔＲ＝（１．０５〜１．２８）Ｂ（ｍｍ）、 ただしＢは１からＫ／２の範囲の選択された整数であり、さらに （８） 計算された回転度数で回転子を駆動するための手段とを含む、炭化水 素流体をコンディショニングするための装置。 ５．作用ホイールの周囲の環状壁の円筒状外側表面の半径Ｒが、以下の式により 表わされ、すなわち Ｒ＝１．１６１４Ｋ（ｍｍ）、 ただしＫは作用ホイールの出口開口の選択された数であり、かつ円形チャンバの 半径方向の寸法ΔＲは以下の式で表わされ、すなわち ΔＲ＝１．１６１４Ｂ（ｍｍ） ただしＢは、１からＫ／５の範囲の選択された整数である、請求項４に記載の炭 化水素流体をコンディショニングするための装置。 ６．炭化水素流体をコンディショニングするための装置であって、 （１） 固定子は、円形チャンバから流体を取込むための、その同心壁に隣接 する空間を有し、前記空間は流体の放出用放出開口と連通し、 （２） 固定子の空間が、作用ホイールの出口開口の配列平面においてかつそ の円周に沿って等間隔に固定子同心壁に設けられた放出開口を介して円形チャン バと連通し、 （３） 円形チャンバの放出開口の数が１からＫの範囲である、請求項５に記 載の装置。