NL1030149C1

NL1030149C1 - Werkwijze en inrichting voor het regenereren van een sorptiedroger of -reiniger.

Info

Publication number: NL1030149C1
Application number: NL1030149A
Authority: NL
Inventors: Willem Meijer
Original assignee: Eurocore Trading & Consultancy
Priority date: 2005-10-10
Filing date: 2005-10-10
Publication date: 2007-04-11
Also published as: JP2009511261A; CN101282777A; BRPI0617176A2; KR20080066932A; WO2007043863A1; EP1933970A1; US20090314160A1

Description

WERKWIJZE EN INRICHTING VOOR HET REGENEREREN VAN EEN SORPTIEDROGER OF -REINIGER

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze als beschreven in de aanhef van conclusie 1 en een inrichting als beschreven in de aanhef van conclusie 6.

Sorptiedrogers of -reinigers worden gebruikt om 5 media, met name gassen, te drogen of te reinigen door middel van het (ab- of ad- )sorberen van daarin aanwezig vocht, resp. daarin aanwezige verontreinigingen. Daarbij wordt gesproken van absorptie wanneer het materiaal dat het vocht aan het medium onttrekt daardoor een fysische of chemische 10 verandering ondergaat, bijvoorbeeld in het vocht opgelost wordt. Van adsorptie is sprake wanneer het onttrokken vocht slechts wordt vastgehouden op of in het oppervlak van het materiaal. Deze beide fenomenen worden hierna samengevat onder de noemer "sorptie", resp. "sorberen". Toepassingen van 15 dit principe zijn bijvoorbeeld het drogen van omgevingslucht door daarin aanwezig water te sorberen, zoals bijvoorbeeld gebeurt bij klimaatbeheersing. Een ander voorbeeld is het reinigen van een door een leidingenstelsel getransporteerd gas als methaan, door het sorberen van daarin aanwezige 20 methaanhydriden.

Het op deze wijze drogen of reinigen van gasstromen is in feite een tweetraps proces. In een eerste processtap worden de ongewenste stoffen, dus het vocht of de verontreinigingen, uit de te drogen of te reinigen gasstroom 25 gesorbeerd door het gas langs een materiaal te leiden dat een grotere affiniteit voor die stoffen, resp. een lagere dampdruk heeft dan het gas zelf. Vervolgens worden in een tweede stap van het proces de gesorbeerde stoffen weer afgegeven aan een ander medium, bijvoorbeeld een af te voeren 30 gasstroom. Om de stoffen vrij te maken uit het sorberend 1030149 2 materiaal moet in het algemeen de temperatuur aanzienlijk verhoogd worden, teneinde de dampdruk daarvan tot boven die van de af te voeren gasstroom te verhogen.

Zo wordt in het voorbeeld van het drogen van lucht 5 bij de klimaatbeheersing vocht onttrokken aan lucht die van buiten aangezogen wordt, en wordt dit vocht weer afgegeven aan lucht die aan het gebouw onttrokken is en weer naar buiten uitgeblazen wordt. Voor het onttrekken van water aan de buitenlucht wordt de lucht langs oppervlakken geleid die 10 bekleed zijn met een laag sterk wateradsorberend materiaal, zoals silicagel. Om het water vervolgens weer af te geven wordt lucht, bijvoorbeeld (een deel van) de afvoerlucht, verhit tot boven het kookpunt van water en langs het adsorberend materiaal geleid, waarna de waterdamp daaruit kan 15 ontsnappen en meegevoerd wordt in de uitgaande luchtstroom. Hierdoor wordt het adsorberend materiaal geregenereerd, en is dit weer in staat grote hoeveelheden water aan de lucht te onttrekken.

In de praktijk wordt daarbij meestal gebruik gemaakt 20 van een roterend wiel met een aantal zich in radiale richting uitstrekkende oppervlakken die bekleed zijn met het adsorberend materiaal. Dit wiel is tussen een toevoerkanaal en een afvoerkanaal geplaatst, met zijn rotatie-as evenwijdig aan de stromingsrichting van de lucht in de kanalen, zodanig 25 dat de beklede oppervlakken gedurende een deel van een omwenteling door het toevoerkanaal en gedurende het resterende deel van de omwenteling door het afvoerkanaal bewegen. Tijdens de passage door het toevoerkanaal onttrekken de beklede oppervlakken water aan de aangezogen lucht, en 30 tijdens de passage door het afvoerkanaal wordt dat water weer afgegeven. Teneinde in de korte tijd dat de oppervlakken door het afvoerkanaal bewegen zoveel mogelijk water uit het adsorberend materiaal vrij te maken, moet het wiel tot ver 1030149 3 boven het kookpunt van water, bijvoorbeeld tot 180°C worden verhit. Dit vergt veel energie; niet alleen voor het verhitten van het water tot het kookpunt en daar voorbij, maar vooral voor het verdampen van het water, aangezien de 5 verdampingswarmte van water veel groter is dan de soortelijke warmte daarvan.

Teneinde het energieverbruik van sorptiedrogers en -reinigers drastisch te verlagen is in de niet vóórgepubliceerde Nederlandse octrooiaanvrage 1029822 al 10 voorgesteld om als sorberend materiaal een zogeheten LCST

(Lower Critical Solution Temperature) polymeer te gebruiken. Een LCST polymeer is een polymeer die tot een bepaalde temperatuur, de kritieke oplostemperatuur of het kantelpunt, oplosbaar is in de af te scheiden stoffen, maar boven die 15 kritieke oplostemperatuur niet meer, zodat de geabsorbeerde stoffen in feite worden afgestoten. De stabiliteit van de polymeer in opgeloste toestand wordt daarbij gewaarborgd door geschikt gekozen 'crosslinkers'. Het kantelpunt ligt duidelijk onder het kookpunt van de af te scheiden stoffen.

20 Omdat het kantelpunt van een LCST polymeer zo laag ligt, bijvoorbeeld in de orde van 60-70°C, hoeft de polymeer veel minder ver verwarmd te worden dan bij gangbare sorberende materialen als silicagel nodig is. Bovendien hoeft de gesorbeerde stof niet verdampt te worden om deze vrij te 25 maken uit de LCST polymeer, waardoor de verdampingswarmte, die veruit de meeste energie vergt, wordt uitgespaard.

De onderhavige uitvinding heeft nu tot doel een werkwijze te verschaffen voor het regenereren van een sorptiedroger of -reiniger, die eenvoudiger uit te voeren is 30 en minder energie vergt dan de hiervoor beschreven conventionele regeneratiewijze. Ook wordt met de uitvinding beoogd een inrichting te verschaffen voor het regenereren van een sorptiedroger of -reiniger, die constructief eenvoudiger 1030149 * 4 en goedkoper is en een lager energieverbruik heeft dan de conventionele regeneratie-inrichting. Voor wat betreft de werkwijze wordt dit bereikt door de combinatie van maatregelen als beschreven in conclusie 1. Een regeneratie-5 inrichting volgens de uitvinding wordt gekenmerkt door de maatregelen als genoemd in conclusie 6.

Gebruikmakend van het feit dat bij toepassing van een polymeer met lage kritieke oplostemperatuur aanzienlijk minder warmte toegevoerd hoeft te worden om de gesorbeerde 10 stoffen weer vrij te geven, berust de uitvinding op het inzicht dat daarmee de noodzaak voor gecompliceerde bewegende constructies vervalt, en de regeneratiestap op dezelfde plaats als - en indien gewenst zelfs gelijktijdig met - de sorptiestap kan worden uitgevoerd. Zo kan dus het oppervlak 15 met het te regenereren sorptiemateriaal stationair gehouden worden en periodiek worden blootgesteld aan de werking van verwarmingsmiddelen.

Daarbij kan een werkzaam deel van de verwarmingsmiddelen langs het oppervlak verschuiven, zodat 20 telkens een ander gedeelte van het oppervlak wordt geregenereerd. Wanneer het regenereren tijdens normaal bedrijf van de sorptiedroger of - reiniger plaatsvindt, worden over het grootste deel van het oppervlak af te scheiden stoffen onttrokken aan de passerende gasstroom, maar 25 over een kleine fractie van het oppervlak weer stoffen daaruit afgegeven. Een klein deel daarvan wordt weer opgenomen in de gasstroom, terwijl het grootste deel langs het oppervlak weg zal stromen nar een opvangruimte. Weliswaar neemt hierdoor het totale rendement van de sorptiedroger of -30 reiniger iets af, maar dit wordt ruimschoots gecompenseerd door de aanzienlijke vereenvoudiging van de constructie - en daarmee verlaging van de kosten - die hierdoor wordt bereikt.

1030149 5

Bij voorkeur toe te passen varianten op de werkwijze volgens de uitvinding zijn beschreven in de volgconclusies 2 tot 5, terwijl voorkeursuitvoeringen van de regeneratie-inrichting de materie vormen van de volgconclusies 7 tot 12.

5 De uitvinding wordt nu toegelicht aan de hand van een voorbeeld, waarbij wordt verwezen naar de bijgevoegde tekening, waarin:

Figuur 1 een perspectivisch detailaanzicht met uiteengenomen onderdelen is dat de opbouw toont van een 10 sorptiedroger of -reiniger die is voorzien van een regeneratie-inrichting volgens de uitvinding,

Figuur 2 een schematisch perspectivisch aanzicht is van de sorptiedroger of -reiniger met regeneratie-inrichting van figuur 1 tijdens het regenereren van een eerste deel van 15 de droger of reiniger, en

Figuur 3 een met figuur 2 overeenkomend aanzicht is van de sorptiedroger of -reiniger tijdens het regenereren van een ander deel daarvan.

Een sorptiedroger of -reiniger 1 wordt gevormd door 20 een plaatvormig substraat 2 waarop een laag (ab- of ad-) sorberend materiaal 3 is aangebracht. Het plaatvormig substraat 2 bepaalt daarbij een oppervlak S, bijvoorbeeld de wand van een kanaal voor het toevoeren van lucht aan een ruimte. Het sorberend materiaal 3 is een polymeer met lage 25 kritieke oplostemperatuur, bijvoorbeeld polyoxazoline, poly(dimethylamino ethyl methacrylaat) (pDMAEMa) of poly(N-isopropylacrylamide) (pNiPAAm). Overigens is het ook denkbaar dat de LCST-polymeer vrijdragend is, waardoor de noodzaak van een afzonderlijk substraat vervalt.

30 Teneinde de polymeer te verwarmen tot zijn kritieke oplostemperatuur, is de sorptiedroger of -reiniger 1 verder voorzien van verwarmingsmiddelen 4. Deze hebben hier de gedaante van een aantal verwarmingselementen, bijvoorbeeld 1030149 i 6 verwarmingsdraden 5, die zijn geschakeld in een netwerk. De verwarmingsmiddelen 4 omvatten verder een besturing 6, waardoor telkens een ander deel van het netwerk wordt ingeschakeld. Op deze wijze worden periodiek verschillende 5 delen van de verwarmingsmiddelen 4 werkzaam, waardoor het werkzame deel van de verwarmingsmiddelen 4 als het ware langs het oppervlak S verschuift.

De verwarmingsmiddelen 4 zijn aangebracht op een drager 7, die op het substraat 2 bevestigd is. In het 10 getoonde voorbeeld heeft de drager 7 zelfs de gedaante van een folie, waar de verwarmingselementen 5 en de besturing 6 op gedrukt zijn, en die tussen het substraat 2 en de laag sorptiemateriaal 3 is gelijmd. Hierdoor wordt een zeer compacte constructie verkregen. Dit is mogelijk, omdat de 15 verwarmingsdraden 5 slechts een gering vermogen hoeven te leveren, aangezien het adsorberend materiaal 3 immers een LCST-polymeer is.

Bij gebruik van de sorptiedroger of -reiniger 1 wordt vochtige lucht MA, bijvoorbeeld omgevingslucht, door middel 20 van een ventilator door een kanaal geblazen of gezogen, waarvan elke wand gevormd wordt door een substraat 2 met daarop de laag sorptiemateriaal 3. Bij het passeren van de vochtige luchtstroom MA wordt daaraan door het sorptiemateriaal 3 vocht M onttrokken, dat vervolgens wordt 25 vastgehouden. De op deze wijze gedroogde luchtstroom A

verlaat het kanaal en kan verder worden bewerkt, bijvoorbeeld gekoeld, alvorens aan een ruimte toegevoerd te worden.

Wanneer het sorptiemateriaal 3 zoveel vocht heeft opgenomen, dat dit verzadigd dreigt te worden, moet het 30 worden geregenereerd, door het vocht weer af te scheiden.

Daartoe wordt het sorptiemateriaal verwarmd tot boven een kritieke oplostemperatuur, waar de polymeer uit oplossing gaat en het vocht wordt afgesloten. Bij het gebruik van 1030149 i 7 polymeren met lage kritieke temperatuur (LCST-polymeer) als j sorptiemateriaal, zal dit kantelpunt zich voordoen bij een temperatuur die duidelijk lager is dan het kookpunt van water, bijvoorbeeld rond de 60 a 70°C.

5 De verwarmingsmiddelen 4 volgens de uitvinding zijn ingericht om telkens een deel van het sorptiemateriaal 3 tot boven de kritieke oplostemperatuur te verwarmen, terwijl de rest van het materiaal onder die temperatuur gehouden wordt, en dus zijn normale sorberende werking behoudt. Bijvoorbeeld 10 wordt onder invloed van de besturing 6 eerst een sectie Sj van het oppervlak S nabij de instroomzijde van het kanaal verwarmd en geregenereerd. Daar wordt dan een kleine hoeveelheid vocht V' afgegeven aan de passerende vochtige luchtstroom MA, die vervolgens bij passeren van het 15 resterende deel van het oppervlak S zijn vocht afgeeft aan het sorptiemateriaal 3 en zo gedroogd het kanaal verlaat. Het grootste deel van het door de verwarmde sectie Sx afgegeven vocht V" stroomt overigens langs het oppervlak S naar beneden en wordt dan ergens opgevangen.

20 Dan schakelt de besturing 6 een ander deel van het netwerk van verwarmingsdraden 5 in en wordt een volgende sectie S2 verwarmd en geregenereerd. De vochtige luchtstroom MA wordt dan dus eerst gedroogd bij het passeren van de eerste sectie SL, neemt daarna enig vocht V' op uit het 25 sorptiemateriaal 3 in de tweede sectie S2 en wordt vervolgens weer verder gedroogd door het resterend oppervlak S. Ook hier stroomt weer het grootste deel van het afgesloten vocht V" langs het oppervlak S naar beneden weg.

Zo kan door het achtereenvolgens in- en uitschakelen 30 van delen van het netwerk in kort tijdsbestek het gehele oppervlak worden geregenereerd.

Hoewel de uitvinding hiervoor is toegelicht aan de hand van een voorbeeld, zal het duidelijk zijn dat deze 1030149 8 daartoe niet is beperkt, en op velerlei wijze kan worden gevarieerd binnen het kader van de nu volgende conclusies.

! 1030149

Claims

1. Werkwijze voor het regenereren van een ten minste één sorberend oppervlak vertonende sorptiedroger of -reiniger door het periodiek verwarmen van het sorberend oppervlak tot een temperatuur waarbij gesorbeerde stoffen daaruit 5 afgescheiden worden, met het kenmerk, dat het oppervlak stationair gehouden wordt en periodiek blootgesteld wordt aan de werking van verwarmingsmiddelen.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat achtereenvolgens verschillende delen van het oppervlak 10 verwarmd worden.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat althans een werkzaam deel van de verwarmingsmiddelen langs het oppervlak verplaatst wordt.

4. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, 15 met het kenmerk, dat tijdens het regenereren van een deel van de sorptiedroger of -reiniger het resterende gedeelte van de sorptiedroger of -reiniger normaal werkzaam blijft.

5. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het oppervlak verwarmd wordt tot een 20 temperatuur die lager is dan een kookpunt van de daaruitaf te scheiden stoffen.

6. Inrichting voor het regenereren van een ten minste één sorberend oppervlak vertonende sorptiedroger of -reiniger, omvattende middelen voor het periodiek verwarmen 25 van het oppervlak tot een temperatuur waarbij gesorbeerde stoffen daaruit afgescheiden worden, met het kenmerk, dat het oppervlak stationair is en de verwarmingsmiddelen ingericht zijn voor het periodiek aan hun werking blootstellen van het oppervlak.

7. Regeneratie-inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de verwarmingsmiddelen ingericht zijn voor 1Λ 3 0 . - 'i ψ het achtereenvolgens verwarmen van verschillende delen van het oppervlak.

8. Regeneratie-inrichting volgens conclusie 6 of 7, met het kenmerk, dat de verwarmingsmiddelen ten minste één 5 langs het oppervlak verplaatsbaar, werkzaam deel omvatten.

9. Regeneratie-inrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de verwarmingsmiddelen een aantal verdeeld langs het oppervlak aangebrachte verwarmingselementen omvatten, alsmede een besturing voor het afwisselend in- en 10 uitschakelen van de verwarmingselementen.

10. Regeneratie-inrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de verwarmingselementen in een netwerk geschakelde verwarmingsdraden zijn.

11. Regeneratie-inrichting volgens conclusie 9 of 10, 15 met het kenmerk, dat de verwarmingselementen en de besturing zijn opgenomen in een met het oppervlak te verbinden drager.

12. Regeneratie-inrichting volgens één der conclusies 6 tot 11, met het kenmerk, dat de verwarmingsmiddelen ingericht zijn voor het verwarmen van het oppervlak tot een 20 temperatuur die lager is dan een kookpunt van de daaruit af te scheiden stoffen. | 1030149