ПРОЦЕСС И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ТОПЛИВНОГО УГЛЕВОДОРОДНОГО МАСЛА Российский патент 2019 года по МПК C10L1/00 C10G99/00 C10L1/32 C12P1/00 C12M1/02 B01J8/10 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее изобретение относится к способу и устройству для производства углеводородного масла.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] В последнее время серьезной стала проблема глобального потепления из-за выбросов углекислого газа. В промышленном мире были приложены усилия к снижению выбросов и к разработке альтернативных источников энергии, и были достигнуты некоторые эффекты. Тем временем, выработка атомной энергии, на которую повлияло землетрясение на востоке Японии, практически прекращена в настоящее время, соответственно ископаемое топливо должно использоваться в больших масштабах, и таким образом выбросы двуокиси углерода увеличиваются.

Тем временем сегодня существует проблема разрушения окружающей среды, вызываемого энергией. Известно, что ископаемое топливо содержит серный компонент, азотный компонент и фенольный компонент, которые образуют опасный газ, приводящий к разрушению окружающей среды. Также неотложной задачей является принятие мер против глобального потепления, вызванного генерированием CO₂. Для того, чтобы предотвратить или подавить разрушение окружающей среды, эффективно уменьшить генерирование опасного газа, который производится при использовании ископаемого топлива, и улучшить топливную эффективность.

В качестве одного изобретения для улучшения топливной эффективности топливного углеводорода с такой точки зрения имеется изобретение, описанное в Патентном документе 1, выполненное автором настоящего изобретения. Изобретение, раскрытое в Патентном документе 1, является изобретением, в котором активная вода, подготовленная путем смешивания естественного растительного композитного фермента с водой, реагирует с маслом, и прореагировавшая вода также служит топливом благодаря реакции гидролиза значительной части масла ферментом; таким образом это изобретение может улучшить топливную эффективность, легко подавляет образование опасных веществ, предлагает способ и устройство для производства устойчивого топливного масла, и может способствовать предотвращению разрушения окружающей среды.

ДОКУМЕНТЫ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

[0003] Патентный документ 1: Японская отложенная патентная заявка № 2012-72199

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ПРОБЛЕМЫ, РЕШАЕМЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЕМ

[0004] Однако в последнее время были востребованы методики, способные к существенному решению проблемы глобального потепления из-за выбросов углекислого газа и проблемы альтернативных источников энергии из-за истощения запасов ископаемого топлива. Уже было выяснено, что топливные углеводороды, такие как бензиновая фракция, могут быть произведены посредством реакции между водородом и двуокисью углерода; однако для этого необходимы реакции при условиях высокой температуры и высокого давления. Для способа синтеза углеводородов путем использования двуокиси углерода в качестве материала без использования водорода были предприняты различные попытки реализации искусственного фотохимического синтеза. Однако топливные углеводороды до сих пор не были эффективно произведены.

Настоящее изобретение, сделанное в свете вышеописанных проблем, имеет своей задачей предложить способ и устройство, в которых метанол производится путем использования содержащего двуокись углерода газа или жидкости в качестве исходного материала без необходимости в условиях высокой температуры и высокого давления и без добавления водорода, и в которых топливные углеводороды, такие как дизельное топливо и тяжелое масло производятся с хорошим выходом.

СРЕДСТВА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ

[0005] Автор настоящего изобретения провел тщательные исследования для того, чтобы решить вышеописанную задачу, и в итоге преуспел в производстве углеводородного масла в количестве, превышающем количество углеводородного масла, используемого в качестве исходного материала, путем смешивания содержащей метанол воды, углеводородного масла (топливного углеводорода), и содержащего двуокись углерода газового или водного раствора при обычной температуре без приложения давления.

В частности, настоящее изобретение представляет собой следующее.

Способ для увеличения количества углеводородного масла в соответствии с настоящим изобретением представляет собой способ, в котором вода барботируется воздухом в присутствии катализатора и метанола, полученная жидкая смесь и исходное углеводородное масло смешиваются для того, чтобы подготовить эмульсию, и эта эмульсия и содержащий двуокись углерода газ или водный раствор вводятся в контакт друг с другом.

[0006] Способ для производства углеводородного масла в соответствии с настоящим изобретением представляет собой способ производства, в котором вода барботируется воздухом в присутствии катализатора и метанола, полученная жидкая смесь и исходное углеводородное масло смешиваются для того, чтобы подготовить эмульсию, эта эмульсия и содержащий двуокись углерода газ или водный раствор подвергаются контактной обработке, и углеводородное масло собирается из полученного обработанного продукта.

[0007] В вышеописанном способе для увеличения количества углеводородного масла или в вышеописанном способе для производства углеводородного масла углеводородное масло производится на основе следующих химических уравнений (1) и (2):

CO₂₊H₂O+C_nH_2n+2=C_n+1H_2n+4+3/2O₂ (1)

CH₃OH+C_nH_2n+2=C_n+1H_2n+4+H₂O (2)

[0008] Здесь в вышеописанном способе для увеличения количества углеводородного масла и в вышеописанном способе для производства углеводородного масла катализатор предпочтительно является ферментом и/или цеолитом, или подобным цеолиту веществом (катализатор может быть веществом, нанесенным на цеолит или подобное цеолиту вещество), вода предпочтительно содержит активные вещества, и углеводородное масло является предпочтительно любым из дизельного топлива, тяжелого масла, мазута, керосина и бензина.

[0009] Кроме того, устройство для производства углеводородного масла в соответствии с настоящим изобретением представляет собой устройство, включающее в себя: смесительный резервуар для смешивания барботируемой воздухом воды в присутствии катализатора и метанола; резервуар приготовления эмульсии для подготовки эмульсии путем смешивания жидкой смеси, содержащейся в в смесительном резервуаре, и углеводородного масла; и контактный резервуар для контакта приготовленной эмульсии и двуокиси углерода друг с другом.

[0010] Здесь контактный резервуар предпочтительно представляет собой резервуар, в котором эмульсия подвергается воздействию двуокиси углерода, содержащейся в атмосфере, или двуокиси углерода, получаемой из любого из резервуаров или устройств получения двуокиси углерода и т.п., либо содержащий двуокись углерода газ или водный раствор вводится в резервуар приготовления эмульсии.

ПОЛЕЗНЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0011] В соответствии с настоящим изобретением количество топливного углеводорода может быть увеличено по меньшей мере на 10% путем смешивания содержащей метанол воды, топливного углеводорода и двуокиси углерода. Соответственно, настоящее изобретение может производить топливный углеводород в качестве источника энергии путем использования в качестве исходного материала двуокиси углерода, рассматриваемой как причина глобального потепления, и таким образом может достичь эффекта, подобного использованию растениями углерода, содержащегося в атмосфере, в качестве энергии посредством фиксации атмосферного углерода с помощью фотохимического синтеза, и может решить как энергетическую проблему, так и проблему охраны окружающей среды, рассматриваемые как глобальные проблемы для всего человечества.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0012] [Фиг. 1] Фиг. 1 представляет собой структурный вид устройства для производства активной воды.

[Фиг. 2] Фиг. 2 представляет собой структурный вид устройства для равномерного смешения.

[Фиг. 3] Фиг. 3 представляет собой структурный вид резервуара перемешивания.

[Фиг. 4] Фиг. 4 иллюстрирует структуру смесительного резервуара.

[Фиг. 5] Фиг. 5 представляет собой вертикальное поперечное сечение, показывающее внутреннюю часть смесительного резервуара.

[Фиг. 6] Фиг. 6 иллюстрирует структуру импульсного фильтра и структуру тонкого фильтра.

[Фиг. 7] Фиг. 7 представляет собой вертикальное поперечное сечение ньютоновского резервуара разделения.

[Фиг. 8] Фиг. 8 представляет собой вертикальное поперечное сечение, показывающее другой пример смесительного резервуара.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0013] Настоящее изобретение направлено на увеличение количества топливного углеводорода следующим образом: содержащая метанол вода и топливный углеводород смешиваются в эмульгированное состояние, смешанный раствор метанол/вода/топливный углеводород в эмульгированном состоянии и содержащий двуокись углерода газовый или водный раствор контактируют друг с другом, и таким образом количество топливного углеводорода увеличивается. Количество топливного углеводорода, полученного с помощью способа по настоящему изобретению, увеличивается по сравнению с исходным количеством топливного углеводорода по меньшей мере на 10%, предпочтительно на 20%, более предпочтительно на 30%, и еще более предпочтительно на 40%. Например, доля увеличенного количества произведенного топливного углеводорода составляет от 10% до 100%, предпочтительно от 10% до 50%, и более предпочтительно от 30% до 50% от исходного количества топливного углеводорода.

Соответственно, настоящее изобретение позволяет чрезвычайно эффективно производить топливный углеводород.

Настоящее изобретение включает в себя следующие стадии (i) - (iii).

(i) Стадия активирования воды путем барботирования воды воздухом в присутствии катализатора.

(ii) Стадия подготовки эмульсии путем смешивания активированной воды, углеводородного масла и метанола.

[0014] (iii) Стадия контактирования эмульсии и двуокиси углерода друг с другом.

Здесь вместо выполнения стадии смешивания после стадии активирования воды и последующего выполнения стадии реакции, стадия активирования воды и стадия смешивания также могут быть выполнены одновременно, стадия смешивания и стадия реакции могут быть выполнены одновременно, и кроме того стадия активирования воды, стадия смешивания и стадия реакции все могут быть выполнены одновременно.

[0015] В настоящем изобретении реакции в вышеописанных стадиях (i) - (iii) представляются следующими уравнениями химических реакций (1) и (2).

[0016] CO₂+H₂O+C_nH_2n+2=C_n+1H_2n+4+3/2O₂ (1)

CH₃OH+C_nH_2n+2=C_n+1H_2n+4+H₂O (2)

Вышеописанное уравнение (1), включающее двуокись углерода, может быть представлено следующими цепными реакциями.

CO₂+2H₂O→ CH₃OH+3/2O₂ (3)

CH₃OH+C_nH_2n+2→ C_n+1H_2n+4+H₂O (4)

Используемая вода предпочтительно находится в таком состоянии, что она включает в себя активные вещества (такие как активный кислород и радикал гидроксила). Для того, чтобы вода включала в себя активные вещества, радикал гидроксила создается в воде, или альтернативно на стадии активирования воды фермент, такой как липаза, примешивается к воде, или цеолит или подобное цеолиту вещество включается в реакционную систему. В дополнение к этому, вода предпочтительно барботируется воздухом в течение предопределенного периода времени. Например, для того, чтобы активировать воду так, чтобы реакции, представленные вышеописанными уравнениями (1) и (2) выполнялись при обычной температуре, барботирование предпочтительно выполняется при обычной температуре в течение 72 час; однако в зависимости от состояния исходной воды время барботирования может быть подходящим образом изменено. Стадия смешивания предпочтительно выполняется так, чтобы реакционная смесь была однородной.

[0017] В настоящем изобретении углеводородное масло означает вещество, состоящее главным образом из углеводорода и имеющее жидкое состояние при обычной температуре и нормальном давлении (например, при температуре 15°C и давлении 1 атм), и имеющее общую формулу C_nH_2n+2 или C_n+1H_2n+4 (цепной насыщенный углеводород). Здесь n имеет значение, например, от 1 до 40, и предпочтительно от 1 до 20. Примеры такого углеводородного масла включают в себя, не ограничиваясь этим: тяжелое масло, дизельное топливо (например, n=10-20), бензин (например, n=4-10), лигроин, керосин (например, n=10-15), мазут (например, n=9-15), и т.п.

В данном описании углеводородное масло также упоминается как «топливный углеводород» или «мазут». Аналогичным образом вода, барботируемая воздухом в присутствии катализатора, может также упоминаться как «ферментированная вода» или просто «вода».

Способ для производства топливного углеводорода в соответствии с настоящим изобретением может быть осуществлен с использованием в качестве устройства для его производства устройства, раскрытого в японской отложенной патентной заявке № 2012-72199. Другими словами, Фиг. 1 изображает структуру устройства 1 обработки воды для ее активирования. Устройство 1 активирования воды включает в себя множество смесительных резервуаров 11 (11a - 11d), стабилизирующих резервуаров 14, воздуходувку 15 для нагнетания воздуха в каждый из резервуаров, насосы P для перекачки жидкости между резервуарами, а также фильтры F для удаления примесей во время перекачки. Смесительные резервуары 11a - 11d предусматриваются в двух системах, как показано на верхней и нижней частях чертежа, и смесительные резервуары 11a, 11b, 11c, 11d в каждой из систем соединены последовательно насосами P и фильтрами F.

[0018] В смесительный резервуар 11a, например, подаются мягкая вода и цеолит или подобное цеолиту вещество, содержащее порошок фермента (например, EP-10), в пропорции 1000 л и 500 г; мягкая вода, порошок фермента и цеолит размешиваются и перемешиваются, например, в течение 72 час воздухом, подаваемым из воздуходувки 15. Отношение воды и цеолита или подобного цеолиту вещества, содержащего порошок фермента, предпочтительно составляет, например, приблизительно 0,05 мас.% порошка фермента на 99,95 мас.% мягкой воды. Происхождение фермента, составляющего порошок фермента, особенно не ограничивается; фермент может быть получен из животных, растений или микроорганизмов. Предпочтительно фермент содержит липазу в качестве главного компонента, и более предпочтительно формируется из липазы и целлюлазы. Более предпочтительно, чтобы этот фермент содержал 98 мас.% липазы и 2 мас.% целлюлазы. Такой фермент может быть извлечен из фруктов, таких как манго, авокадо, ананас, цитрусолистная моринда, облепиха и т.п. Коммерчески доступные ферменты также могут использоваться. Предпочтительно порошок фермента получается путем термической сушки такого фермента и используется с улучшенной сохранностью.

[0019] Полученная в итоге водная смесь перекачивается в следующий смесительный резервуар 11b насосом P через некоторый период времени. Во время перекачки примеси удаляются с помощью фильтра F. В смесительном резервуаре 11b водная смесь снова размешивается и перемешивается с помощью воздуха, нагнетаемого воздуходувкой 15. Этот цикл повторяется до тех пор, пока он не завершится в смесительном резервуаре 11d, после чего водная смесь перекачивается из смесительного резервуара 11d в стабилизирующий резервуар 14, а затем спирт добавляется к водной смеси, находящейся в стабилизирующем резервуаре 14. Этот спирт может быть, например, метиловым спиртом или этиловым спиртом, и метиловый спирт является предпочтительным. Предпочтительное количество спирта составляет например, приблизительно от 5 мас.% до 20 мас.% метанола по массе водной смеси.

Активная вода, разбавленная спиртом, забирается из стабилизирующего резервуара 14 насосом P. Во время этого процесса примеси удаляются тремя фильтрами F. Очищенная активная вода перекачивается в различные соответствующие контейнеры или хранится в резервуаре 22 активной воды устройства 2 равномерного смешения, показанного на Фиг. 2.

В данном варианте осуществления вода, активированная устройством 1 активирования воды, активируется так, чтобы реакции в соответствии с уравнениями (1) и (2) протекали даже при обычной температуре, когда исходное масло добавляется на стадии реакции.

[Фиг. 0020] Фиг. 2 представляет собой структурный вид устройства 2 для равномерного смешения. Устройство 2 для равномерного смешения включает в себя резервуар 21 для исходного масла в качестве секции хранения исходного масла, резервуар 22 для активной воды в качестве секции хранения активной воды, два резервуара 23 перемешивания, пульт управления 24, секцию 25 добавления импульса, ньютоновский резервуар 26 разделения, резервуар 27 разделения, секцию 28 тонкого фильтра, продуктовый резервуар 29 и резервуар 30 для жидких отходов.

Резервуар 21 для исходного масла является резервуаром для хранения масла, используемого в качестве исходного материала, и подает хранящееся в нем исходное масло порциями необходимой величины в резервуар 23 перемешивания через трубопровод R. Исходное масло может представлять собой, например, тяжелое масло A, тяжелое масло B, тяжелое масло C, дизельное топливо, керосин и т.п. В настоящем варианте осуществления используется тяжелое масло A.

Резервуар 22 для активной воды является резервуаром для хранения активной воды, очищенной с помощью устройства 1 активирования воды, и подает хранящуюся в нем активную воду порциями необходимой величины в резервуар 23 перемешивания через трубопровод R.

Каждый из резервуаров 23 перемешивания представляет собой резервуар для производства топливного масла путем перемешивания и таким образом реагирования подаваемого исходного масла (например, тяжелого масла A) с активной водой. Реакция здесь представляет собой реакцию гидролиза исходного масла с помощью фермента. Соотношение исходного масла и активной воды, подаваемых в резервуар 23 перемешивания, может быть подходящим образом отрегулировано в соответствии с типом исходного масла. Например, предпочтительное соотношение составляет 60 мас.% тяжелого масла A и 40 мас.% активной воды, 70 мас.% дизельного топлива и 30 мас.% активной воды, или 70 мас.% керосина и 30 мас.% активной воды.

[0021] Пульт управления 24 предназначен для управления элементами устройства и выполняет различные виды управления, например, включает или выключает источник питания. Секция 25 добавления импульса сообщает вибрацию топливному маслу, произведенному в резервуаре 23 перемешивания, так, чтобы остаток легко удалялся. Этот остаток представляет собой, например, непрореагировавшую воду, примеси в тяжелом масле и т.п.

Ньютоновский резервуар 26 разделения хранит топливное масло и отделяет остаток с помощью силы тяжести так, чтобы он опускался вниз, и таким образом извлекает топливное масло, остающееся в его верхней части.

Резервуар 27 разделения дополнительно отделяет остаток от топливного масла. Тонкий фильтр 28 удаляет остаток из топливного масла с помощью фильтра. Продуктовый резервуар 29 хранит произведенное очищенное топливное масло. Резервуар 30 для жидких отходов хранит жидкие отходы, произведенные в секции добавления импульса 25 и в ньютоновском резервуаре 26 разделения.

[0022] Фиг. 3 представляет собой структурный вид резервуара 23 перемешивания. Каждый из резервуаров 23 перемешивания включает в себя в целом цилиндрическое пространство 40 перемешивания. В пространстве 40 перемешивания предусмотрены мешалки 43 (43L, 43R) и насосы 44 (44L, 44R). Среди мешалок 43 мешалка 43L, показанная слева на чертеже, предусматривается в нижней части пространства 40 перемешивания, а мешалка 43R, показанная справа на чертеже, предусматривается в верхней части пространства 40 перемешивания. Таким образом, мешалки 43 располагаются дискретно сверху и снизу, а также дискретно слева и справа. Мешалки 43 соответственно соединяются с насосами 44 (44L, 44R). Насосами 44 подается топливное масло, активная вода, или смесь активной воды и масла.

Насос 44L соединен с трубой, имеющей всасывающее отверстие 41L в его верхней части. Насос 44L подает топливное масло, активную воду или смесь активной воды и масла к мешалке 43L, и таким образом в целом равномерно осуществляет циркуляцию топливного масла, активной воды или смеси активной воды и масла в пространстве 40 перемешивания.

Насос 44R соединен с трубой, имеющей всасывающее отверстие 41R в его нижней части. Насос 44R подает топливное масло, активную воду или смесь активной воды и масла к мешалке 43R, и таким образом в целом равномерно осуществляет циркуляцию топливного масла, активной воды или смеси активной воды и масла в пространстве 40 перемешивания. В качестве каждого из насосов 44L и 44R предпочтительно использовать насосы с давлением от 30 до 40 атмосфер.

[0023] Фиг. 4 представляет собой пояснительный чертеж структуры мешалки 43. Мешалка 43 является полым металлическим элементом, и главным образом включает в себя в целом цилиндрическую головку 51, обратное коническое тело 59, которое является непрерывным от головки 51, и концевую секцию 60 ниже тела 59. На центральной части верхней поверхности головки 51 предусматривается цилиндрический центральный вал 53. Центральный вал 53 имеет входное отверстие 53a (см. Фиг. 5), проходящее через центральный вал 53 в направлении вверх/вниз. Топливное масло, активная вода или смесь активной воды и масла течет внутрь через входное отверстие 53a.

Головка 51 имеет входное отверстие 57 в части ее боковой поверхности, через которое топливное масло, активная вода или смесь активной воды и масла течет внутрь. Входное отверстие 57 проходит от внешней стороны до внутренней части головки 51, и окружено цилиндрической соединительной крышкой 55. Соединительная крышка 55 имеет внутреннюю резьбу 56 на своей внутренней поверхности, так что труба, соединенная с насосом 44, может присоединяться к ней.

Как показано на Фиг. 4(B), которая представляет собой поперечное сечение Фиг. 4(A) вдоль линии A-A, положение входного отверстия 57 и ориентация соединительной крышки 55 являются такими, что топливное масло, активная вода или смесь активной воды и масла течет к внутренней поверхности эксцентрическим образом относительно центра мешалки 43. Вследствие этого топливное масло и т.п., текущее внутрь через входное отверстие 57, эффективно закручивается вокруг цилиндрического центрального вала 53 в качестве оси вращения.

Как показано на Фиг. 5, которая представляет собой поперечное сечение Фиг. 4(B) по линии B-B, множество штырей 63 располагаются на внутренней поверхности мешалки 43. Множество штырей 63 располагаются с таким интервалом, чтобы не пересекать друг друга. Например, от 55 до 80 штырей, имеющих диаметр 0,03 мм, могут быть предусмотрены с интервалом приблизительно 10 мм.

[0024] В концевой секции 60 мешалки 43 предусматривается выпускное отверстие 61. Структурированная таким образом мешалка 43 может эффективно перемешивать масло и активную воду для того, чтобы вызвать реакцию разложения. Более подробно, топливное масло, активная вода или смесь активной воды и масла, текущая внутрь через входное отверстие 57, вращается вокруг центрального вала 53, перемещаясь к выпускному отверстию 61 с постепенно уменьшающимся радиусом вращения вихревым образом. Во время этого процесса топливное масло, активная вода или смесь активной воды и масла размешивается множеством штырей 63, предусмотренных в мешалке 43. За счет вихревого вращения в нижней части центральной оси 53 создается отрицательное давление, которое позволяет топливному маслу, активной воде или смеси активной воды и масла течь внутрь через входное отверстие 53a. А именно, мешалка 43L, показанная на Фиг. 3, главным образом забирает масло, всасываемое из всасывающего отверстия 41L насосом 44L, через входное отверстие 57, и главным образом забирает активную воду через входное отверстие 53a, и перемешивает масло и активную воду. В отличие от этого мешалка 43R главным образом забирает активную воду, всасываемую из всасывающего отверстия 41R насосом 44R, через входное отверстие 57, и главным образом забирает масло через входное отверстие 53a, и перемешивает масло и активную воду. Благодаря мешалке 43 активная вода и масло могут сталкиваться друг с другом, чтобы размешиваться в воде, имеющей высокое давление, и тем самым реакция в соответствии с вышеупомянутым уравнением (1) может быть ускорена.

Во время перемешивания в перемешивающем резервуаре 23, имеющем мешалку 43, в течение предопределенного интервала времени (например, в течение приблизительно от 15 до 20 мин), масло и активная вода перемешиваются при движении вихревым образом в мешалке 43 и контактируют друг с другом от 300 до 500 раз. Таким образом, реакция гидролиза ускоряется, и молекулы становятся более малыми, и плотность при этом уменьшается.

[0025] Фиг. 6(A) представляет собой вид в перспективе импульсного фильтра 70, предусмотренного в секции 25 добавления импульса. Импульсный фильтр 70 предусматривается между двумя линейными смесительными резервуарами и позволяет топливному маслу проходить через отверстия, сформированные на решетчатых перегородках 71. Секция 25 добавления импульса (особенно перегородки 71) формируется из спеченного керамического материала.

Перегородки 71 медленно крутятся внутри наподобие шнека и придают вибрацию топливному маслу, текущему внутрь, для того, чтобы поддержать реакцию. Вследствие этого топливное масло переходит в такое состояние, в котором примеси легко удаляются.

Фиг. 6(B) представляет собой вид в перспективе тонкого фильтра 80, предусмотренного в секции 28 тонкого фильтра. Тонкий фильтр 80 включает в себя подобный цилиндру элемент 82, сформированный из сетчатого материала, и фильтр 81, предусмотренный вокруг подобного цилиндру элемента 82. Фильтр 81 проходит радиально от его центра. Топливное масло проходит через фильтр 81 снаружи к подобному цилиндру элементу 82, и таким образом примеси могут быть удалены.

Фильтр 81 предусматривается радиально. Как показано на Фиг. 6(C), которая изображает часть поперечного сечения фильтра, топливное масло может проходить через всю плоскую поверхность 81b фильтра 81 от ее внутреннего конца 81a до ее внешнего конца 81c. Следовательно, даже когда примеси накапливаются у ее внутреннего конца 81a, и топливному маслу становится трудно проходить через фильтр 81, плоская поверхность 81b позволяет топливному маслу проходить без проблем и удалять примеси.

[0026] Фиг. 7 представляет собой вертикальное поперечное сечение ньютоновского резервуара 26 разделения. Ньютоновский резервуар 26 разделения главным образом включает в себя наклонную пластину 96, предусмотренную вблизи от нижней секции, а также множество пластин 92 верхнего уровня и множество пластин 93 нижнего уровня, которые поочередно предусматриваются над наклонной пластиной 96. Ньютоновский резервуар 26 разделения имеет входное отверстие 91 для жидкости, соединяющееся с элементом предыдущей стадии, и выпускное отверстие 95 для жидкости, соединяющееся с элементом последующей стадии. Некоторое пространство предусматривается между нижними концами пластин 92 верхнего уровня и наклонной пластиной 96, так, чтобы топливное масло могло перемещаться вперед и назад. Верхние концы пластин 93 нижнего уровня располагаются в более низком положении, чем верхние концы пластин 92 верхнего уровня, так, чтобы топливное масло переливалось через них и перемещалось в следующую секцию хранения. Каждая из пластин 93 нижнего уровня имеет подвижную пластину 94 на своем нижнем конце, и нижний конец подвижной пластины 94 контактирует с наклонной пластиной 96. Пластины 92 верхнего уровня и пластины 93 нижнего уровня располагаются поочередно в этом порядке так, что их нижние концы постепенно располагаются все выше вдоль наклонной пластины 96.

[0027] Благодаря такой структуре топливное масло течет внутрь через входное отверстие 91 для жидкости в первую секцию 90a хранения. Примеси накапливаются в ее нижней части, и очищенное топливное масло хранится в ее верхней части и переливается во вторую секцию 90b хранения, расположенную рядом с первой секцией 90a хранения. Этот процесс повторяется от первой секции 90a хранения до четвертой секции 90d хранения, и полученное чистое топливное масло выгружается из выпускного отверстия 95 для жидкости.

Примеси, осажденные в секциях хранения 90a - 90d, опускаются вдоль наклонной пластины 96. Для этого процесса подвижные пластины 94 открываются так, чтобы позволить примесям опускаться. Подвижные пластины 94 не открываются в противоположном направлении, и таким образом примеси не текут в противоположном направлении.

Примеси, опускающиеся вдоль наклонной пластины 96, передаются из отверстия 97 в секцию 98 извлечения через клапан 99a, и извлекаются из секции 98 извлечения. Клапан 99a открывается и закрывается периодически. Когда остаток накапливается в определенном количестве, клапан 99a открывается, чтобы позволить извлечь остаток из секции 98 извлечения, а затем закрывается. Затем воздух выпускается через клапан 99c выпуска воздуха, предусмотренный в верхней части секции 98 извлечения. Примеси, находящиеся в секции 98 извлечения, могут быть извлечены через клапан 99b и утилизированы.

[0028] В качестве мешалки 43 может также использоваться другой тип мешалки 43A, как показано на Фиг. 8. Мешалка 43A не имеет выпускного отверстия в концевой секции 60, и включает в себя центральную трубу 54 вместо центрального вала 53, предусмотренного в описанном выше варианте осуществления. Центральная труба 54 имеет цилиндрическую форму с полой секцией 67 внутри, и верхний конец 67a полой секции действует как выпускное отверстие для топливного масла. В мешалке 43A, имеющей такую структуру, активная вода и масло, текущие внутрь через входное отверстие 57, вращаются при движении вниз вихревым образом с постепенно уменьшающимся радиусом вращения, а затем перемещаются от нижнего конца до верхнего конца центральной трубы 54 и выгружаются из ее верхнего конца. Мешалка 43A также обеспечивает те же самые функцию и эффект, как и мешалка 43 вышеописанного варианта осуществления.

Топливное масло может быть произведено путем выполнения реакций, представленных уравнениями реакций (1) и (2), с использованием вышеописанного устройства 1 активирования воды, равномерно смешивающего устройства 2 и ньютоновского резервуара 26 для разделения.

Далее настоящее изобретение описывается более конкретно посредством Примеров. Однако настоящее изобретение не ограничивается этими Примерами.

Пример 1

[0029] Тест производства топливного масла

Автор настоящего изобретения выполнил тест производства топливного углеводорода с использованием вышеописанных устройств. Этот тест использовал устройства, описанные в вышеописанном варианте осуществления, для того, чтобы выполнить настоящее изобретение, и использовал способы, описанные в том же самом варианте осуществления.

[0030] <Результаты теста>

В данном тесте дизельное топливо использовалось в качестве исходного масла, и в качестве нового масла было получено топливо, приготовленное путем смешивания исходного масла и метанола/активной воды (в объемном соотношении 370:150).

В данном тесте подаваемыми на вход веществами были следующие.

[0031]

Удельный вес Объем
(литры) Масса
(кг) Дизельное топливо 0,845 3364,30 2842,83 Ферментированная вода 1 7057,10 7057,10 Метанол 0,79 412,60 325,95 Всего 10834,00 10225,89

По сравнению с этим общее количество полученного нового топлива и остаточные количества в соответствующих резервуарах были следующими.

Удельный вес Объем
(литры) Масса (кг) Дизельное топливо 0,845 4923,92 4160,71 Смесь ферментированной воды и метанола 0,975 5587,96 5448,26 Всего 10511,88 9608,97

Следовательно, баланс дизельного топлива составил +1317,88 кг, баланс смеси ферментированной воды и метанола составил -1934,80 кг, полный баланс составил -616,92 кг, и достигнутое относительное увеличение массы дизельного топлива составило 46,36%.

Пример 2

[0032] Дополнительный тест

Аналогичный дополнительный тест, выполненный после Примера 1, также привел к следующим данным.

[0033] [Продукт Дополнительного теста 1]

Полный материальный баланс -16,0 кг

Покомпонентные материальные балансы

Дизельное топливо 126,5 кг

Вода -117,1 кг

Метанол -25,3 кг

Относительное увеличение массы дизельного топлива 40,2%

[Продукт Дополнительного теста 2]

Был выполнен непрерывный тест производства с 9 загрузками (370 литров дизельного топлива в каждой загрузке).

[0034] Исходное дизельное топливо: 2813,85 кг

Произведенное дизельное топливо: 3826,88 кг

Относительное увеличение массы дизельного топлива: 36%

[Продукт Дополнительного теста 3]

Исходное количество (всего: 9768,1 кг)

Подготовка ньютоновского резервуара

Смесь ферментированной воды и метанола (значение, измеренное с помощью динамометрического датчика: 7036,0 кг, концентрация метанола: 0,786%)

(Компоненты: ферментированная вода (6980,7 кг), метанол (55,3 кг), дизельное топливо (нет))

Общее исходное количество в одном прогоне (6 загрузок)

Смесь ферментированной воды и метанола: 868,6 кг ((i) 145,3, (ii) 144,0, (iii) 145,6, (iv) 143,6, (v) 145,2, (vi) 144,9) кг

Дизельное топливо: 1863,5 кг (2218,45l, удельный вес: 0,840) ((i) 310,3, (ii) 310,3, (iii) 311,1, (iv) 310,3, (v) 311,3, (vi) 310,2) кг

(Основная подготовка: ферментированная вода 130 кг/130 л, метанол 25,7 кг/32,5 л, дизельное топливо 319,2 кг/380 л)

Извлеченное количество (всего: 9608,6 кг)

После завершения первого прогона (6 загрузок), массы были измерены вручную.

[0035] Смесь ферментированной воды и метанола: 7092,7 кг

Дизельное топливо: 2515,9 кг (2995,12 л, удельный вес: 0,84)

Материальный баланс (-159,5 кг)

Исходное количество - извлеченное количество=9768,1 кг - 9608,6 кг=-159,5 кг

В соответствии с данными динамометрического датчика общий вес составил -140 кг, и следовательно реальное увеличение или уменьшение массы составило приблизительно 19,5 кг.

[0036] Увеличение или уменьшение массы смеси ферментированной воды и метанола: -811,9 кг (исходное количество 7904,6 кг - извлеченное количество 7092,7 кг)

Увеличение или уменьшение массы дизельного топлива: +652,4 кг (исходное количество 1863,5 кг - извлеченное количество 2515,9 кг, 776,6 л)

Относительное увеличение массы дизельного топлива: 35,0%

Пример 3

[0037] Проверка результатов теста

На основе данных материального баланса вышеописанных результатов теста был проверен источник углерода для увеличенного количества дизельного топлива.

Сначала путем проверки источника углерода для увеличенного количества дизельного топлива, основанной на данных материального баланса, были прояснены следующие моменты.

[0038] 1) Уменьшенное количество одного только метанола не смогло объяснить увеличение количества дизельного топлива, и таким образом было выяснено, что использовался также и другой источник углерода.

[0039] 2) Уменьшение количества воды было четко установлено, и следовательно требуется источник углерода, отличающийся от метанола; соответственно, следует полагать, что имеет место уравнение химической реакции (1) (использование двуокиси углерода в реакции, которая потребляет воду); таким образом, можно со всей определенностью считать, что двуокись углерода, содержащаяся в воздухе, является источником углерода для увеличения количества дизельного топлива.

Из предшествующего обсуждения следует, что требуется источник углерода, отличающийся от метанола, и участие двуокиси углерода в реакции потребляет воду, и следовательно было показано, что двуокись углерода, содержащаяся в воздухе, может быть источником углерода для увеличения количества дизельного топлива. Тот результат, что производительности по дизельному топливу в Примерах 1 и 2 отличаются друг от друга, может быть приписан тому, что, как можно увидеть из уравнений (1) - (4), вода является материалом для увеличения количества дизельного топлива, и производительность варьируется, например, в зависимости от природы воды (значение pH, жесткость, мутность и др.); однако предшествующие Примеры доказали, что увеличение приблизительно на 30% или больше является возможным.

Пример 4

[0040] Проверка источника углерода

Для того, чтобы исследовать, является ли двуокись углерода источником углерода для увеличения количества дизельного топлива, была выполнена проверка с помощью введения устойчивого изотопа углерода ¹³C в углеводород в дизельном топливе в соответствии со следующими процедурами.

<Экспериментальные процедуры>

1) Бутылка из полиэтилентерефталата (сосуд 1), имеющая внутренний объем 500 мл, была заполнена углекислым газом, маркированным изотопом ¹³C, и герметично запечатана.

2) В сосуд 1 было помещено 100 г жидкой смеси (температура жидкости: 30,5°C), вытекающей из резервуара придания импульса, и сосуд был плотно запечатан.

3) Сосуд встряхивался в течение приблизительно 5 с, а затем был оставлен для отстаивания. Во время встряхивания было подтверждено, что сосуд 1 смялся.

4) Через 6 дней после завершения вышеописанных операций доля устойчивого изотопа углерода δ¹³C была измерена с использованием прибора DELTA V ADVANTAGE производства компании Thermo Fischer Scientific K. K.

Это измерение было выполнено в компании Isotope Research Institute, Inc. (в Центре совместных исследований городской промышленной академии Йокогамы, 1-1-40 Suehiro-cho, Tsurumi-ku, Yokomama, президент: Akira Hanawa).

В соответствии с результатами двух прогонов анализа (анализ 1 и анализ 2), доля устойчивого изотопа углерода (δ¹³C по сравнению с PDB) составила -26,4 (%) в анализе 1 и -27,8 (%) в анализе 2.

Другими словами, этот результат показывает, что значение δ¹³C дизельного топлива, контактировавшего с изотопом ¹³C, было на 1,4% более высоким, чем значение δ¹³C первоначального дизельного топлива. Это показывает, что содержание изотопа ¹³C было более высоким по сравнению с первоначальным дизельным топливом. Следовательно, было продемонстрировано, что двуокись углерода является источником углерода для увеличения количества дизельного топлива.

[0041] Как было описано выше, материальный баланс в производстве нового топлива и в тесте реакции с использованием устойчивого изотопа углерода ¹³C продемонстрировал, что в качестве источника углерода для увеличения количества дизельного топлива используется не только метанол, но также и двуокись углерода.

Другими словами, когда углерод двуокиси углерода, содержащейся в атмосфере, использовался в качестве источника углерода, удалось искусственно фиксировать углерод, и было соответственно было показано, что топливо (дизельное топливо в вышеописанных примерах) синтезируется (увеличивается в количестве) путем использования такого углерода. В соответствии с уравнениями химических реакций, осуществленных настоящим изобретением, двуокись углерода потребляется, а кислород выделяется, и таким образом углерод преобразуется в источник энергии в форме топлива; соответственно, очевидно, что происходит реакция, которую можно уверенно назвать искусственным фотохимическим синтезом. Неожиданным оказалось то, что реакции, основанные на вышеописанных уравнениях реакций (1) и (2), были осуществлены в Примерах настоящего изобретения при обычной температуре, без применения высокой температуры и высокого давления. Конечно же, настоящее изобретение не ограничивается только тем случаем, когда все реакции, основанные на уравнениях реакции (1) и (2), выполняются при обычной температуре. Например, при выполнении некоторых стадий при нагревании или под давлением, метанол или топливный углеводород также могут быть произведены с высокой эффективностью и за более короткое время.

[0042] В вышеописанных Примерах двуокись углерода реагировала с топливом (дизельным топливом); однако углерод, потребляемый в соответствии с уравнением реакции (1), может использоваться как метанол, соответственно, метанол может быть обработан в материалы различных химических продуктов или непосредственно в топливо, и таким образом область применения такого углерода является широкой.

Кроме того, в последнее время был раскрыт ряд устройств для извлечения двуокиси углерода из газообразных продуктов сгорания. В настоящее время двуокись углерода, извлекаемая из такого устройства, захоранивается в земной коре на большой глубине; однако извлекаемая двуокись углерода может использоваться в реакционной системе настоящего изобретения, создавая таким образом эффект циркуляции углерод, становится возможным сжигание углерода без увеличения количества двуокиси углерода в атмосфере; в этом случае для реакции можно использовать двуокись углерода высокой концентрации, и может быть осуществлено более эффективное производство метанола или топлива.

[0043] Из вышеприведенного описания можно сказать, что настоящее изобретение является также эпохальной методикой с точки зрения глобальной окружающей среды.

В настоящем документе, для доли устойчивого изотопа углерода (δ¹³C: дельта ¹³C), необходимо сделать некоторые дополнительные замечания. Другими словами, прямое измерение абсолютной концентрации элемента или изотопа является чрезвычайно трудным, и, соответственно, обычно используется способ для измерения относительного содержания изотопов. Доля δ устойчивого изотопа представляется в терминах пермилле (1/1000) на основе того, как относительное содержание устойчивого изотопа стандартного вещества и относительное содержание устойчивого изотопа анализируемого образца отличаются (отклоняются) друг от друга. Стандартным веществом для углерода (C) является белемнит (PDB: белемнит Pee Dee, карбонат кальция белемнита (окаменелого кальмара), извлеченного из слоя Pee Dee в штате Северная Каролина, Соединенные Штаты Америки), в котором содержание изотопа ¹²C составляет 98,894%, а содержание изотопа ¹³C составляет 1,106%.

Пример 5

[0044] Проверка Примера 4

В предшествующем описании было теоретически подтверждено, что двуокись углерода является источником углерода для увеличения количества углеводородного масла; однако в настоящем документе фактически была выполнена проверка увеличения количества благодаря присутствию двуокиси углерода. Из-за структуры устройства невозможно полностью экранировать двуокись углерода (например, содержащуюся в атмосфере), и следовательно был выполнен тест на поведение в том случае, когда, двуокись углерода присутствует в обязательном порядке.

[0045] <Тестовая процедура 1>

Жидкая смесь, вытекающая из резервуара для придания импульса, была взята в количестве 50 г и помещена в запечатанный сосуд объемом 500 мл; и степень увеличения количества была измерена при следующих условиях. Измерение было выполнено через 1 час после вышеописанного взятия образца

[0046] (i) Случай, в котором пространство в сосуде было заполнено воздухом (в обычном случае концентрация двуокиси углерода составляла приблизительно 300 частей на миллион)

Степень увеличения количества: Приблизительно 15%

(ii) Случай, в котором пространство в сосуде было полностью заполнено двуокисью углерода

Степень увеличения количества: Приблизительно 26%

Увеличение количества даже в случае (i) приписывается открытой структуре внутренностей резервуара перемешивания/резервуара для придания импульса, и реакционная смесь подвергается воздействию атмосферы и реагирует с поданным метанолом. Разница между случаями (i) и (ii) заключается в концентрации двуокиси углерода; большая степень увеличения количества в случае (ii) может быть приписана высокой концентрации двуокиси углерода, взаимодействующей с жидкой смесью, и ускоренной тем самым реакции.

Из вышеописанного теста после 1 часа удалось проверить разность между степенями увеличения количества для того, чтобы предположить сокращение времени реакции за счет присутствия двуокиси углерода, и, соответственно, был выполнен тест на разницу во времени реакции в зависимости от разницы в концентрации двуокиси углерода.

[0047] <Тестовая процедура 2>

Жидкая смесь, вытекающая из резервуара для придания импульса, была взята в количестве 50 г и помещена в прозрачный запечатанный сосуд объемом 500 мл; и динамика увеличения количества была измерена при следующих условиях.

[0048] - Случай, в котором сосуд не был запечатан и сообщался с атмосферой (в обычном случае концентрация двуокиси углерода составляла приблизительно 300 частей на миллион).

Время, необходимое для увеличения количества приблизительно на 30%: приблизительно 22 часа.

- Случай, в котором пространство в сосуде было полностью заполнено двуокисью углерода, и сосуд был запечатан.

Время, необходимое для увеличения количества приблизительно на 30%: приблизительно 90 мин.

Вышеописанные результаты испытаний подтверждают возможность сокращения времени реакции за счет увеличения воздействия двуокиси углерода.

Пример 6

[0049] Путем использования трубки для обнаружения кислорода было качественно проверено, образуется ли кислород фактически во время реакции, как в формуле химической реакции (1) CO₂ +H₂O+C_nH_2n+2=C_n+1H_2n+4+3/2O₂, показывающей образование кислорода.

[0050] <Тестовая процедура>

Во время работы резервуара перемешивания был взят образец газа, находящегося в верхней части резервуара, и концентрация кислорода была измерена с помощью трубки для обнаружения кислорода. То же самое измерение было также выполнено для атмосферы (фон) рядом с резервуаром.

[0051] - Атмосфера (фон) рядом с резервуаром

Концентрация кислорода: Приблизительно 21%

- Газ в резервуаре перемешивания

Концентрация кислорода: Приблизительно от 22,5% до 23%

Результаты этого теста подтверждают образование кислорода в вышеописанной формуле химической реакции (1).

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

[0052] Настоящее изобретение может быть использовано для того, чтобы увеличить количество различных масел, таких как тяжелое масло A, тяжелое масло B, тяжелое масло C, дизельное топливо, керосин и т.п.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

[0053] 1 - устройство обработки воды; 2 - устройство равномерного смешения; 23 - перемешивающий резервуар; 25 - секция добавления импульса; 26 - ньютоновский резервуар разделения (контактный резервуар); 27 - резервуар разделения; 43L, 43R, 43A - мешалка; 63 - штырь.

Изобретение раскрывает способ для увеличения количества дизельного топлива, в котором вода, барботируемая воздухом в присутствии фермента, содержащего липазу, цеолит, смешивается с метанолом, причем вода содержит активный кислород и гидроксильный радикал; полученная жидкая смесь и исходное дизельное топливо смешиваются для того, чтобы подготовить эмульсию; и эта эмульсия и содержащий двуокись углерода газ вводятся в контакт друг с другом, причем способ дополнительно содержит извлечение газа, содержащего двуокись углерода из газообразного продукта сгорания. Также раскрывается способ для производства дизельного топлива. Технический результат: получение дизельного топлива, при использовании которого снижаются вредные выбросы в атмосферу и повышается топливная эффективность. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 8 ил., 5 пр.

1. Способ для увеличения количества дизельного топлива, в котором вода, барботируемая воздухом в присутствии фермента, содержащего липазу, цеолит, смешивается с метанолом, причем вода содержит активный кислород и гидроксильный радикал; полученная жидкая смесь и исходное дизельное топливо смешиваются для того, чтобы подготовить эмульсию; и эта эмульсия и содержащий двуокись углерода газ вводятся в контакт друг с другом,

причем способ дополнительно содержит извлечение газа, содержащего двуокись углерода из газообразного продукта сгорания.

2. Способ для производства дизельного топлива, в котором вода, барботируемая воздухом в присутствии фермента, содержащего липазу, цеолит, смешивается с метанолом, причем вода содержит активный кислород и гидроксильный радикал; полученная жидкая смесь и исходное дизельное топливо смешиваются для того, чтобы подготовить эмульсию; эта эмульсия и содержащий двуокись углерода газ подвергаются контактной обработке; и дизельное топливо собирается из полученного обработанного продукта,

причем способ дополнительно содержит извлечение содержащего двуокись углерода газа из газообразного продукта сгорания.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором дизельное топливо производится на основе реакций, представленных следующими уравнениями (1) и (2):

CO₂+H₂O+C_nH_2n+2=C_n+1H_2n+4+3/2O₂ (1)

CH₃OH+C_nH_2n+2=C_n+1H_2n+4+H₂O (2)