LV14612B - Bioetanola pussausās kongruentās dehidratēšanas iekārtas adsorbenta granulu reģenerācijas bloks - Google Patents

Description

IZGUDROJUMA APRAKSTS

Tehnikas joma

Izgudrojums attiecas uz spirta rūpniecību, konkrēti, uz bioetanola dehidratēšanu izmantojot pussausās kongruentās dehidratēšanas tehnoloģiju.

Tehnikas līmenis

Bioetanola pussausās kongruentās dehidratēšanas tehnoloģija balstās uz principa, ka ūdens atdalīšana no spirta notiek vienlaicīgas ūdens adsorbcijas un rektifikācijas ceļā, birstoša, lejup kustoša mitra adsorbenta granulu slānī, kad granulu slāni pastāvīgi atjauno, tā augšdaļā pievadot svaigas, aktīvas granulas, kas kustībā uz leju pakāpeniski piesātinās ar ūdeni, uzsūcot to no slāņa vidusdaļā ievadīta dehidratējamā spirta tvaika, kas plūstot cauri slānim uz augšu, tiek no ūdens atbrīvots, bet no slāņa apakšdaļas novada atstrādājušās, ar ūdeni piesātinātās granulas. Slāņa šķērsgriezumos, kur šķidrās fāzes spirta koncentrācija ir virs azeotropās 97,2%tilp, notiek tikai ūdens adsorbcija. Slāņa šķērsgriezumos, kur šķidrās fāzes spirta koncentrācija ir zem azeotropās 97,2%tilp, uz kustīgā slāņa granulu virsmas notiek masas un siltuma apmaiņa, kas nodrošina arī rektifikācijas procesa realizēšanos.

LV patenta iesniegumā Nr P-09-138, 05.08.2009 ir ieteikti bioetanola pussausās dehidratēšanas tehnoloģijas bloki, bet LV patenta iesniegumā Nr. P- 09-135, 03.08.2009. - bioetanola dehidratēšanas kolonnas izveidojums. Uz šo iesniegumu kā prioritāro dokumentu pamata Eiropas patentu birojā 13.07.2010 ir iesniegts un ar Nr. EP10169387.7 piereģistrēts E-patenta pieteikums Metode bioetanola pussausai kongruentai dehidratēšanai.

Minētajā E-patenta pieteikumā ir demonstrēts ūdens adsorbcijas granulu reģenerēšanas iekārtas variants, ( šeit tas parādīts Fig.l) ar sekojošu aprakstu:

“Piedāvātās metodes otrais posms ir atstrādājušo granulu reģenerācija blokā 2. Sadedzinot kurināmo kurtuvē 20 veidojās dūmgāzes, kas ieplūst dūmgāzu kanālā 26. Dūmgāžu kanāli 26 ir abās pusēs iekšējai, granulu pārvietošanās kamerai 23. Abu pušu dūmgāžu kanālos 26 ir izveidotas slīpas barjersieniņas 29, kas gāzu plūsmu virza cauri ejām 30 uz pretējo kameras 23 pusi, vēlams ..cik-caE' vai spirāles kustībā, tādējādi, apsildot slīpos granulu pārvietošanās kanālus 28 un, panākot garāku dūmgāžu pārvietošanās ceļu, pilnīgāk izmantojot siltuma potenciālu. Mitrās granulas slīpajos kanālos 28 iekļūst caur ievadu 24. Atdzisušās dūmgāzes izvada caur dūmeni 27, bet no granulām atdalītais ūdens tvaiks tiek aizvākts caur izvadu 22. Aizvākšanai noder ar saspiestu ūdens tvaiku darbināms inžektors, un tad abu tvaiku maisījums var tikt izmantots iejava pārtvaices kolonnas sildīšanai”.

Aprakstītais granulu reģenerators ir mūsu izgudrojuma prototips.

Aprakstītā granulu reģeneratora (prototipa) ekspluatēšanas grūtības var būt:

1. Plakanās sildvirsmas {ροζ 28} augstās temperatūrās (ap 600°C) var ievērojami deformēties traucējot vienmērīgu reģenerējamo granulu pārbiršanu, kā ari var samazināties sildvirsmu mehāniskā izturība.

2. Iekārtas ražīguma palielināšana var notikt vai nu palielinot plakano sildvirsmu laukumu, kad vēl vairāk izpaudīsies 1. punktā uzrādītie trūkumi vai palielinot iekārtas augstumu, kas prasīs arī palielinātu to uzstādīšanas telpu augstumu.

3. Lielgabarīta detaļu izgatavošana un to savstarpēja savienošana, kāda vajadzīga prototipa konstrukcijai, ir apgrūtināta.

4. Iekārtas izmantošanas laikā nevar mainīt aktīvo sildvirsmas laukumu.

Uzrādīto trūkumu novēršanai ir izstrādāta adsorbenta granulu reģeneratora konstrukcija, kura pamatsastāvdaļas ir slīpas caurules, kas ar slīpiem kolektoriem sasaistītas režģos. Principiāli konstrukcijas darbība ir pārbaudīta modeļiekārtā, kas parādīta Fig. 2. Izveidojot slīpu cauruļu komplektu, kurā cauruļu slīpums bija lielāks par granulu dabīgās biršanas leņķi, kaltējamās granulas šajā komplektā pārvietojās bez aizķeršanās, ja caurulēm, kuru iekšējais diametrs bija 28 mm, slīpuma leņķis bija 25°.

Modeļa darbības pārbaude notika sekojoši:

Aktīvās ūdens adsorbcijas granulas ievadīja spirta dehidratēšanas kolonnas augšdaļā 5, bet kolonnas vidusdaļā 12 vadīja dehidratējamā spirta tvaiku. Tvaikam virzoties pretī lejup kustošām granulām notika ūdens adsorbcijas un rektifikācijas, respektīvi, spirta dehidratēšanas procesi. Kolonnas apakšdaļā 13 granulas atbrīvojās no spirta atliekām un ar ūdeni piesātinātās, atstrādājušās granulas cauri kolonnas granulu izvadam 1 un slēgvārstam 2, iekļuva granulu reģeneratora stūrainas spirāles veidā saslēgtu slīpu cauruļu komplektā 3. Komplekts bija ieslēgts termoizolējošā apvalkā 6, kura iekšējo telpu ar relatīvi slēgtiem (neblīviem) plauktiem 8 sadalīja trijās kamerās. Slīpo cauruļu komplekta apakšdaļu pastāvīgi karsēja ar elektrisko sildītāju 7, kas atradās apakšējā kamerā, tādējādi uz caurules ārējās virsmas temperatūra sasniedza 500°C. Tas nodrošināja, ka reģeneratora apakšējā kamerā, caurules iekšpusē pārvietojošās granulas sakarsa līdz pilnīgas tajās piesaistītās gaistošās daļas, tai skaitā ūdens, atdalīšanas temperatūrai, kas ir 250°C [D. Brek. Ceolitovie molekulamie sita. - Moskva: Mir, 1976, 390 s.]. Šādos apstākļos izveidojās tvaiks, kuru novadīja pa komplektā dažādos augstumos izveidotiem sānu izvadiem 4 un kondensējot varēja kontrolēt spirta saturu tvaikā. Tvaika kondensāta pārbaude uzrādīja paredzamo rezultātu - no apakšējā tvaika izvada noņemtajos paraugos spirta piejaukuma nebija, vai bija minimāls piejaukums (zem 1%), augstāk ņemtajos paraugos spirta piejaukums jau bija lielāks.

Izvadīto granulu mitruma pārbaude parādīja, ka no modeļiekārtas izvadītās granulas bija pilnībā reģenerētas, jo atlikuma mitrums tajās bija no 0...1%, kas atbilst prasībām, un ļauj reģeneratora iekārtā aktivētās granulas atkārtoti ievadīt bioetanola dehidratēšanas ciklā.

Sekmīgie modeļiekārtas izmēģinājumu rezultāti ir pamats ieteikt jaunu ūdens adsorbcijas granulu reģeneratora konstrukciju.

Izgudrojuma atklāsme

Izgudrojuma mērķis ir optimizēt ūdens adsorbēšanas granulu reģeneratora konstrukciju veidojot to, salīdzinot ar prototipu, mehāniski stabilāku un tehnoloģiski drošāku. Izvirzītā mērķa realizēšanu var salīdzināt ar ūdens tvaika ģeneratoru konstrukciju attīstības gaitu, kad sākotnēji relatīvi plakano sildvirsmu konstrukcijas (piemēram, liesmu stobru tvaika katlu) aizstāja svelmju un, vēlāk, ūdens cauruļu katlu konstrukcijas [N.A.Kiselev, Kotelnie ustanovki.-Moskva: Viss. Skola, 1975,277s.].

Izvirzīto mērķi sasniedz ar Fig.3 parādīto konstrukciju.

Ūdens adsorbcijas granulu reģeneratora konstrukcijas apraksts

Granulu reģenerators ir tieši pievienots bioetanola dehidratēšanas kolonnas apakšdaļai 1, un granulu ievadīšanu tajā regulē ar aizbīdņiem 2. Reģeneratora konstrukcijas pamats ir slīpu cauruļu režģi 3, kurus sasaista ar slīpām kolektorcaurulēm 4. Režģi komplektēti plūsmās, kuras pieslēdz vai atslēdz ar aizbīdņiem 2. Fig.3 ir parādīta četru plūsmu reģeneratora konstrukcija. Atstrādātajām granulām piesaistītā ūdens atdalīšanai vajadzīgais siltums tiek piegādāts ar dūmgāzēm, kuras reģeneratora konstrukcijas apakšdaļai pievada no kurtuves 9. Dūmgāzēm pārvietojoties uz augšu, vienāda līmeņa kolektorcauruļu grupas vietā mainās dūmgāžu plūsmas virziens. Dūmgāžu virziena maiņu panāk šajā līmenī ievietojot plaukta veida barjeras 6. Atstrādājušās dūmgāzes no reģeneratora izplūst caur izvadu 10. Telpas starp dūmgāžu virziena maiņas plauktiem veido kameras. Kameru skaitu nosaka vajadzīgais iekārtas ražīgums un izvēlētais cauruļu skaits režģī. Kameru skaitu var samazināt, ja samazina granulu pārbiršanas caurplūdi cauruļu režģī. To panāk, ja režģī izvieto lielāku cauruļu skaitu.

Karstās dūmgāzes ievada apakšējā kamerā un tāpēc tur ir visaugstākā temperatūra (500-600°C). Dūmgāzēm pārplūstot uz augstākām kamerām, to temperatūra arvien samazinās, augšējā kamerā nepārsniedzot 150°C. Temperatūras ierobežojumi jāievēro darba drošības apsvērumu dēļ, jo granulām pārvietojoties no dehidratēšanas kolonnas uz reģeneratoru, līdz ar granulām reģeneratora augšdaļā var iekļūt arī neliels spirta daudzums (spirta koncentrācijai Šķidrumā nepārsniedzot 1%). Reģeneratora augšdaļā vājās koncentrācijas spirta šķīdums iztvaiko un veidojās tvaiks, kurā spirta koncentrācija, saskaņā ar pārtvaices norises likumsakarībām [V.N. Stabnikov. Peregonka i rektifikācijā spirta. Izd.2., 1969, s. 456, tab. 1-10], sasniedz 10%. Šis tvaiks ieplūst bioetanola dehidratēšanas kolonnas apakšdaļā, kur ieslēdzas kolonnā noritošā rektifikācijas procesā.

Granulu temperatūrai apakšējā kamerā sasniedzot 250°C, tās pilnīgi atbrīvojas no ūdens, tam iztvaikojot. Reģenerētās granulas vispirms nokļūst savācējā 11 un no iekārtas tās izkļūst cauri izvadam 7. No granulām atdalītais tvaiks no iekārtas tiek aizvadīts cauri izvadiem 5, kas ierīkoti katrā vienāda līmeņa kolektoru grupā. Tas dod iespēju izvēlēties tehnoloģiski noderīgāko izvadītā tvaika sastāvu. No paša apakšējā līmeņa izvadītā tvaika sastāvā būs tikai ūdens, no augstākiem kolektoriem izvadītā tvaika sastāvā var būt neliels spirta piejaukums. Jo augstāka līmeņa kolektors, jo spirta piejaukums būs lielāks. Ja atdalīto tvaiku tehnoloģiski izmanto iejava kolonnas apsildīšanai, neliels spirta piejaukums (līdz 1%) ir pieļaujams un šāds variants ir enerģētiski izdevīgākais, jo iejava pārtvaices iekārtas apsildīšanai tad būs izmantots sekundārais tvaiks. Ja tvaiku lieto citām vajadzībām, vai izvada kā atlikuma produktu gaisā, spirta piejaukums rada spirta zudumus. Tādā gadījumā tvaiks jānovada no zemākās kameras, kur tvaikam spirta piejaukuma nav.

Bioetanola dehidratēšanas iekārtas ražīguma izmainīšanai granulu reģeneratoru veido ar palielinātu vai samazinātu cauruļu skaitu režģos, kā arī mainot plūsmu skaitu. Fig.3 parādītajā četru plūsmu variantā noslēdzot aizbīdņus 2, var darbināt tikai divas vai trīs plūsmas. Vajadzības gadījumā granulu reģeneratoru var gatavot ar lielāku plūsmu skaitu.

Piedāvātai ūdens adsorbcijas granulu reģeneratora konstrukcijai, salīdzinot ar prototipu, ir šādas priekšrocības:

1. Mainot cauruļu skaitu un kompaktumu režģī, iekārtas tilpuma izmantošanas lietderības koeficientu, kā arī iekārtas ražīgumu var mainīt plašās robežās;

2. Cauruļu konstrukcijai ir augstāka mehāniskā izturība nekā plakanām virsmām;

3. Cauruļu konstrukcijām materiāla patēriņš sildvirsmu izgatavošanai pie vienāda platības laukuma un mehāniskās izturības, salīdzinot ar plakano virsmu konstrukcijām, ir mazāks;

4. Cauruļu un kolektoru savienošanas vietās kustības virziena maiņas dēļ granulas labāk sajaucās;

5. Tā kā reģenerējamās granulas var iekārtā ievadīt vairākās plūsmās, kādu no tām atslēdzot vai pieslēdzot, ir iespējams operatīvi manevrēt ar aktīvā sildvirsmas laukuma lielumu.

Claims (4)

1. Pretenzijas

   1. Bioetanola pussausās kongruentās dehidratēšanas iekārtas adsorbenta granulu reģenerācijas bloks, kas atšķiras ar to, ka tā konstrukcijā ietilpst vairākas sekcijas un vertikālās plūsmas, kuras izveidotas kā slīpu cauruļu režģi, kas vairākos līmeņos pieslēgti slīpiem kolektoriem.
2. 2. Bioetanola pussausās kongruentās dehidratēšanas iekārtas adsorbenta granulu reģenerācijas bloks, kas pēc p.l. atšķiras ar to, ka slīpajiem kolektoriem ir pieslēgti ar vārstiem regulējami atzarojumi no granulām atdalītā ūdens tvaika aizvadīšanai no iekārtas.
3. 3. Bioetanola pussausās kongruentās dehidratēšanas iekārtas adsorbenta granulu reģenerācijas bloks, kas pēc p.l. atšķiras ar to, ka dūmgāžu plūsmas ceļā gar cauruļu režģa sildvirsmām ievietoti dūmgāžu plūsmas virziena maiņas plaukti.
4. 4. Bioetanola pussausās kongruentās dehidratēšanas iekārtas adsorbenta granulu reģenerācijas bloks, kas pēc p. 1. atšķiras ar to, ka tās ražīgumu var saskaņot ar bioetanola dehidratēšanas mezgla ražīgumu, operatīvi mainot aktīvi darbojošos sildvirsmas laukumu, pieslēdzot vai atslēdzot kādu no vertikālajām plūsmām.