PL B1. RESZKE EDWARD, Wrocław, PL MEDOŃ PIOTR, Wrocław, PL BUP 01/13. EDWARD RESZKE, Wrocław, PL PIOTR MEDOŃ, Wrocław, PL

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) Int.Cl. C07C 29/80 ( ) C07C 29/10 ( ) C07C 29/76 ( ) B01D 17/06 ( ) (54) Sposób osuszania glikolu i układ do osuszania glikolu (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 01/13 (73) Uprawniony z patentu: RESZKE EDWARD, Wrocław, PL MEDOŃ PIOTR, Wrocław, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 08/14 (72) Twórca(y) wynalazku: EDWARD RESZKE, Wrocław, PL PIOTR MEDOŃ, Wrocław, PL

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest sposób osuszania glikolu i układ do osuszania glikolu, przeznaczony do oczyszczania glikolu z wody. Glikole są stosowane są w wielu gałęziach przemysłowych takich jak chłodnictwo, ogrzewanie, petrochemia, synteza chemiczna - jednak szczególne pole zastosowań i duże zużycie glikolu przypada na oczyszczanie, a zwłaszcza odwadnianie gazu. Zanieczyszczony glikol najczęściej zawiera wodę w ilości do 15% obj. oraz sole mineralne o stężeniu zależnym od miejsca wydobycia odwadnianego nim gazu. Odwadnianie glikolu zwykle polega na cieplnym odparowaniu wody, podczas którego wykorzystuje się znaczną różnicę prężności par: ok. 200 Pa/100 C dla glikolu i ponad 0,10 MPa/100 C dla wody. Proces jest nieco skomplikowany przez fakt, że glikol posiada niższą temperaturę rozkładu termicznego niż temperaturę wrzenia, co znacznie utrudnia proces regeneracji. Proces prowadzi się w urządzeniach składających się z warnika i kolumny rektyfikacyjnej wypełnionej pierścieniami Raschiga lub Białeckiego. Zawsze zasadniczym elementem procesu jest podgrzanie mieszaniny glikolu i wody, podczas którego najczęściej podgrzewa mieszaninę podgrzewa się spalanym gazem z zastosowaniem wymiennika ciepła, grzałką omową zanurzoną w roztworze, podgrzanym azotem striping gas jak również poprzez podgrzanie zewnętrznym czynnikiem ciekłym np. olejem transformatorowym albo parą wodną. Znane są także sposoby podgrzewania przy pomocy pola elektrycznego. W tym przypadku możliwe jest wykorzystanie gazu jako napędu agregatu prądotwórczego i dalsze wykorzystanie prądu elektrycznego. Trzy elementy, istotne z punktu widzenia zastosowania przemysłowego nie są spełnione w znanych rozwiązaniach. Po pierwsze przy zastosowaniu grzania typu Joule a na elektrodach wydziela się gaz blokując przepływ prądu. Po drugie oporność glikolu w trakcie nagrzewania zmienia się o około 2 rzędy wielkości, co utrudnia sterowanie procesem. Bezpośrednie zastosowanie prądu przemiennego 50/60Hz jest utrudnione, jeśli system dystrybucji energii elektrycznej ma być rozłożony na wiele wanien czy zbiorników przepływowych. Sposób destylacyjnego odzyskiwania glikolu monoetylenowego o wysokiej czystości znany z polskiego opisu patentowego nr w etapie odwodnienia próżniowego wodny strumień zawiera glikol monoetylenowy w stężeniu poniżej 1% wagowo, korzystnie poniżej 0,1% wagowo, substancje średniowrzące i substancje niskowrzące odbiera się i po dodatkowej obróbce usuwa się z instalacji. Odwodnienie próżniowe można prowadzić w kolumnie do odwadniania próżniowego i wówczas wodny strumień zawierający substancje średniowrzące i substancje niskowrzące odbiera się jako strumień boczny. Kolumnę do odwadniania próżniowego zasila się strumieniem zawierającym 1-99% wagowo glikolu monoetylenowego, 1-99% wagowo wody i składniki drugorzędowe pogarszające własności, w ilości od 1 ppm do 5%. Kolumna do odwadniania próżniowego pracuje ponadto w taki sposób jak przy wytwarzaniu produktu ze szczytu kolumny, składającego się w przeważającej mierze z wody i zawierającego glikol monoetylenowy w ilości poniżej 5% wagowo, korzystnie poniżej 1% wagowo, korzystnie poniżej 1000 ppm i produkt podstawy kolumny składający się w głównej mierze z glikolu i mający zawartość wody poniżej 5% wagowo, korzystnie poniżej 1% wagowo, szczególnie korzystnie poniżej 1000 ppm. Z kolumny do odwadniania próżniowego odbiera się strumień boczny, który w zasadzie nie zawiera glikolu monoetylenowego, to jest ma zawartość glikolu monoetylenowego poniżej 5% wagowo i zawiera składniki drugorzędowe pogarszające własności, szczególnie substancje średniowrzące i także substancje niskowrzące. Kolumna odwadniająca pracuje w temperaturze podstawy kolumny nie większej niż 220 C. Sposób destylacyjnego uzyskiwania glikolu monoetylenowego o wysokiej czystości znany z polskiego opisu patentowego nr , polega na tym, że kolumny odwadniania ciśnieniowego lub przynajmniej pierwsza kolumna odwadniania ciśnieniowego w kaskadzie ma część odpędową z przynajmniej jednym stopniem rozdzielczym, korzystnie z 2-10 stopniami rozdzielczymi, a szczególnie korzystnie z 3-6 stopniami rozdzielczymi, przy czym część strumienia szczytowego kolumny względnie kolumn odwadniania ciśnieniowego odprowadza się za pomocą części odpędowej, a temperatura poniżej miejsca dopływu do kolumny odwadniania ciśnieniowego lub do pierwszej kolumny odwadniania ciśnieniowego w kaskadzie wynosi ponad 80 C, zaś ciśnienie w części odpędowej wynosi przynajmniej 1x10 5 Pa. Temperatura poniżej miejsca dopływu do kolumny odwadniania ciśnieniowego lub do pierwszej kolumny odwadniania ciśnieniowego w kaskadzie wynosi między 115 C a 230 C, a ciśnienie w części odpędowej wynosi 2 do 30x10 5 Pa.

3 PL B1 3 Strumień szczytowy kolumny względnie kolumn odwadniających z częścią odpędową wprowadza się do skraplacza częściowego i/lub do kolumny odpędowej, zwłaszcza kolumny odpędowej z parą wodną, przy czym gazowy strumień względnie strumienie wzbogacone składnikami ubocznymi zostają odprowadzone. Skraplacz częściowy i kolumnę odpędową eksploatuje się przy temperaturach powyżej 90 C, korzystnie między 120 C a 250 C. Istota sposobu, według wynalazku, polega na tym, że elektrody galwaniczne zanurzone w glikolu, zasila się impulsowo ze źródła prądu stałego, przy czym za pomocą półprzewodnikowych kluczy energoelektronicznych steruje się polaryzacją i czasem przepływu prądu tak, że średnia algebraiczna wartość prądu jest równa zero, a częstotliwość przełączania jest współmierna z częstotliwością elektrohydrodynamiczną własną układu elektrod zanurzonych w glikolu. Istota układu, według wynalazku, polega na tym, że w zbiorniku ma umieszczony co najmniej jeden moduł elektrod, z których każdy wyposażony jest w co najmniej dwie elektrody galwaniczne, przy czym każda elektroda galwaniczna podłączana jest poprzez dwa półprzewodnikowe klucze energoelektroniczne do zacisków źródła prądu stałego. Zaletą wynalazku jest zastosowanie energetyki stałoprądowej połączonej z półprzewodnikowym kluczami energoelektronicznymi w celu uzyskania w układach nagrzewnic Joule a wolnozmiennych dwubiegunowych przebiegów prostokątnych o regulowanym wypełnieniu pozwalających precyzyjnie dobierać średnie wartości prądów a jednocześnie dzięki dobraniu podstawowej częstotliwości kluczowania współmiernej z częstotliwością hydrodynamiczną własną uzyskać efekt mieszania glikolu w trakcie osuszania. Warto zaznaczyć, że w celu poprawienia wydajności energetycznej procesu usuwania wody, część ciepła mieszaniny oczyszczonej należy użyć do wstępnego nagrzanie mieszaniny dostarczanej na początek procesu rekuperacja energii cieplnej. Przedmioty wynalazków objaśnione są w przykładzie wykonania i uwidocznione na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia moduł elektrod układu do osuszania glikolu wyposażony w dwie elektrody galwaniczne, fig. 2 - moduł elektrod układu do osuszania glikolu wyposażony w dwie grzebieniowe elektrody galwaniczne, fig. 3 - moduł elektrod układu do osuszania glikolu wyposażony w osiem elektrod galwanicznych, a fig. 4 - moduł elektrod układu do osuszania glikolu wyposażony w sześć elektrod galwanicznych. P r z y k ł a d 1 Sposób osuszania glikolu polega na tym, że w glikolu GL zawierającym wodę w ilości 15% obj., umieszczonym w zbiorniku ZB, zanurza się dwie galwaniczne elektrody E 1, E 2 i podgrzewa się glikol GL prądem Joule a. Elektrody galwaniczne E 1, E 2 zasila się impulsowo ze źródła prądu stałego U DC za pomocą półprzewodnikowych kluczy energoelektronicznych T 1 i T 2, T 3, T 4, którymi steruje się polaryzacją i czasem przepływu prądu tak, że średnia algebraiczna wartość prądu jest równa zero, a częstotliwość przełączania 1/T jest współmierna z częstotliwością elektrohydrodynamiczną własną układu elektrod E 1, E 2 zanurzonych w zbiorniku ZB z glikolem GL. Proces odwaniania glikolu GL etylenowego prowadzi się w narastającej temperaturze od 110 C do 230 C. Zauważono, że podczas zasilania elektrod E 1, E 2 zmiennym prądem impulsowym o dostatecznie małej częstotliwości miesza się glikolem GL i jednocześnie oczyszcza się elektrody E 1, E 2 z produktów gazowych. P r z y k ł a d 2 Układ do osuszania glikolu ma jeden moduł elektrod zawierający dwie płaskie elektrody galwaniczne E 1, E 2 zanurzone w prostopadłościennym zbiorniku ZB z glikolem GL. Elektrody galwaniczne E 1, E 2 podłączane są impulsowo poprzez cztery półprzewodnikowe klucze energoelektroniczne T 11, T 12, T 21, T 22, cyklicznie naprzemiennie do dodatnich i ujemnych zacisków źródła prądu stałego U DC, przy czym każda elektroda E 1, E 2 połączona jest z zaciskiem źródła prądu stałego U DC przez dwa półprzewodnikowe klucze energoelektroniczne T 11 i T 12, T 21 i T 22. P r z y k ł a d 3 Układ do osuszania glikolu wykonany jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że ma trzy moduły elektrod, z których każdy wyposażony jest w dwie grzebieniowe elektrody galwaniczne E 1, E 2. P r z y k ł a d 4 Układ do osuszania glikolu wykonany jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że wyposażony jest w osiem prętowych elektrod galwanicznych E 1, E 2, E 3, E 4 E 5, E 6, E 7, E 8 zanurzonych w cylindrycznym zbiorniku ZB z glikolem GL. Elektrody galwaniczne E 1, E 2, E 3, E 4 E 5, E 6, E 7, E 8 podłączane są impulsowo poprzez szesnaście półprzewodnikowych kluczy energoelektronicznych T 11, T 12, T 21, T 22,..., T 81 i T 82.

4 4 PL B1 Działanie układu polega na tym, że w pierwszym etapie przy podgrzewaniu do temperatury około 100 C, nieparzyste elektrody galwaniczne E 1, E 3, E 5, E 7 w czasie trwania pierwszego impulsu, podłączane są poprzez osiem półprzewodnikowych kluczy energoelektronicznych T 11, T 31, T 51 T 71, do dodatnich zacisków źródła prądu stałego U DC, natomiast parzyste elektrody galwaniczne E 2, E 4, E 6, E 8 podłączane są poprzez osiem półprzewodnikowych kluczy energoelektronicznych T 22, T 42, T 62 i T 82, do ujemnych zacisków źródła prądu stałego U DC, a w czasie trwania drugiego impulsu, podłączane są poprzez osiem półprzewodnikowych kluczy energoelektronicznych T 12, T 32, T 52, i T 72, do ujemnych zacisków źródła prądu stałego U DC, natomiast parzyste elektrody galwaniczne E 2, E 4, E 6, E 8 podłączane są poprzez osiem półprzewodnikowych kluczy energoelektronicznych T 21, T 41, T 61 i T 81 do dodatnich zacisków źródła prądu stałego U DC, proces ten zmienia się cyklicznie, aż do podgrzania glikolu GL do temperatury powyżej 100 C. W drugim etapie pracy układu do dodatnich i ujemnych zacisków źródła prądu stałego U DC podłączane są cyklicznie i kolejno pary elektrod E 1 i E 5, E 2 i E 6, E 3 i E 7, E 4 i E 8. Dzięki kluczowaniu elektrod E 1, E 2, E 3, E 4 E 5, E 6, E 7, E 8 półprzewodnikowymi kluczami energoelektronicznymi T 11, T 12, T 21 T 22,..., T 81 i T 82 z dostatecznie małą częstotliwością współmierną ze stałą czasową charakteryzującą procesy przyelektrodowe, uzyskuje się dodatkowo mieszanie glikolu GL co znacznie polepsza wydajność prowadzonego procesu osuszania. Proces odwaniania glikoli GL prowadzi się w narastającej temperaturze odpowiedniej do ich rodzajów, czyli w od 100 C do 250 C. P r z y k ł a d 5 Układ do osuszania glikolu wykonany jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że dwa moduły elektrod, z których każdy wyposażony jest w sześć płaskich elektrod galwanicznych E 1, E 2, E 3, E 4, E 5, E 6, podłączanych impulsowo poprzez dwanaście półprzewodnikowych kluczy energoelektronicznych T 11, T 12, T 21 T 22,..., T 61 i T 62. Należy podkreślić, że konfiguracja geometryczna i ilość elektrod E 1, E 2,..., E N może być dobierana w zależności od potrzeb, czyli kształtu zbiorników ZB z glikolem GL, ich rozmiarów liniowych i objętości, i tak na przykład w zbiorniku o dużej smukłości warto stosować układ elektrod E 1, E 2,..., E N w postaci kondensatora cylindrycznego, zaś w zbiornikach ZB o niskiej smukłości i prostokątnych przekrojach warto stosować układ elektrod E 1, E 2, E N w postaci kondensatora płaskiego. Kontrolowanie skutecznych wartości natężenia prądu elektrod E 1, E 2,..., E N, uzyskuje się trzema sposobami: przez grupowanie elektrod E 1, E 2,..., E N, zewnętrzną regulację napięcia źródła prądu stałego U DC, na przykład z użyciem energoelektronicznego prostownika sterowanego i poprzez zastosowanie impulsowej modulacji szerokości impulsów realizowanej za pomocą półprzewodnikowych kluczy energoelektronicznych T 1, T 2, T 3,..., T N sterowanych cyfrowymi układami małej mocy z ewentualnym użyciem mikroprocesora. Ponadto elektrody E 1, E 2,..., E N układu zasilane są z dostatecznie małą częstotliwością przełączania 1/T przykładowo wynoszącą około 2 Hz. Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób osuszania glikolu polegający na umieszczeniu glikolu zawierającego wodę w ilości do 15% obj., w zbiorniku, w którym to glikolu zanurza się elektrody i prądem Joule a podgrzewa się glikol do temperatury nie wyższej niż 230 C, w wyniku czego odparowuje się wodę, znamienny tym, że elektrody galwaniczne (E 1, E 2,..., E N ) zanurzone w glikolu, zasila się impulsowo ze źródła prądu stałego (U DC ), przy czym za pomocą półprzewodnikowych kluczy energoelektronicznych (T 11, T 12,..., T N1 i T N2 ) steruje się polaryzacją i czasem przepływu prądu tak, że średnia algebraiczna wartość prądu jest równa zero, a częstotliwość przełączania (1/T) jest współmierna z częstotliwością elektrohydrodynamiczną własną układu elektrod (E 1, E 2,..., E N ) zanurzonych w glikolu (GL). 2. Układ do osuszania glikolu zawierający elektrody galwaniczne zanurzone w zbiorniku z glikolem i podłączone do zacisków źródła prądu, znamienny tym, że w zbiorniku (ZB) ma umieszczony co najmniej jeden moduł elektrod, z których każdy wyposażony jest w co najmniej dwie elektrody galwaniczne (E 1, E 2,..., E N ), przy czym każda elektroda galwaniczna (E 1, E 2,..., E N ) podłączana jest poprzez dwa półprzewodnikowe klucze energoelektroniczne (T 11 i T 12, T 21 i T 22..., T N1 i T N2 ) do zacisków źródła prądu stałego (U DC ).

5 PL B1 5 Rysunki

6 6 PL B1

7 PL B1 7

8 8 PL B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)