NL1037070C2

NL1037070C2 - Multifunctionele scheidingspomp met daarin opgesteld absorbens.

Info

Publication number: NL1037070C2
Application number: NL1037070A
Authority: NL
Inventors: Erik Alexander Bijpost; Alexander Maslow; Richard Joseph Gerardus Tersteeg
Original assignee: Holland Novochem B V
Priority date: 2009-06-24
Filing date: 2009-06-24
Publication date: 2010-12-27
Also published as: NL1038060C2

Description

Titel: Multifunctionele scheidingspomp met daarin opgesteld absorbens

De uitvinding heeft betrekking op een pompsysteem voor het scheiden van vloeistof-vloeistof-stromen, gas-vloeistof-stromen, vaste-stof-gas-stromen en vaste-stof-vloeistof-stromen.

5 Inleiding

De behoefte aan schone gassen en vloeistoffen neemt de laatste jaren sterk toe en zal de komende jaren alleen maar groeien. Men kan daarbij denken aan waterzuivering, luchtzuivering, destillatie etc.

10 Dit heeft ertoe geleid dat onderzoek naar absorptiematerialen, scheidings- en zuiveringstechnieken sterk is geïntensiveerd.

Absorptie

Actief kool is een veelgebruikt absorbens in allerlei zuive-15 ringsprocessen, bijvoorbeeld als filtermateriaal. Nadelen van actief kool zijn o.a. het beperkte absorptievermogen (afhankelijk van deeltjesgrootte en porositeit) en een bewerkelijk proces voor het hergebruik. Dit brengt hoge kosten met zich mee en leidt vaak tot verlies van het geabsorbeerde materiaal. Bovendien kan het ge-20 absorbeerde product niet of zeer moeizaam worden teruggewonnen.

Een verbetering voor de scheiding van organisch-chemische stoffen uit water wordt beschreven in EP1832554. Dit systeem omvat een absorbens dat selectief aromatische verontreinigingen, zoals tolueen, uit vloeistoffen, gassen of procesvloeistoffen verwijdert.

25 Hierbij wordt gebruik gemaakt van macroporeuze polymeren met een opbouw uit klassieke monomeren zoals styreen, butadieen, etheen en propeen. Nadeel van deze techniek is dat het opwerken, uitstoken met stoom, duur en bewerkelijk is.

30 Destillatie

Destillatie is een zuiveringstechniek waarbij vloeistoffen of gassen op basis van hun kookpunt gescheiden kunnen worden. Nadelen van deze techniek zijn o.a. het zeer hoge energieverbruik en het gegeven dat destillatie niet voor elke scheiding van vloeistoffen of T 0 3 7 0 7 0 2 gassen geschikt is (bijvoorbeeld door zeer hoog kokende componenten of azeotropische effecten zoals bij de ethanol-water-scheiding).

Scheiding van gas 5 Als alternatief voor het scheiden van gassen kunnen ook membra nen of zeolieten (zie bijvoorbeeld US5098880) toegepast worden. Nadelen van het gebruik van membranen of zeolieten zijn ook hier het hoge energieverbruik in combinatie met het gebruik van hoge drukken. Bovendien is voor het verkrijgen van een acceptabele zuiverheidgraad 10 een multistapsproces noodzakelijk.

Verwijdering van water

Het scheiden van water uit een organische vloeistofstroom is een scheidingsstap die in vele industrieën wordt toegepast. Bij het 15 winnen van olie wordt door middel van de-emulgeren water van olie gescheiden. Hiertoe worden centrifugetechnieken ingezet. Voor het verkrijgen van de gewenste zuiverheid wordt een kleine hoeveelheid oppervlakteactieve stof toegevoegd. Dit heeft tot gevolg dat de olie en/of water laag vervuild raakt. Nabehandeling van beide lagen is 20 dan ook noodzakelijk.

Een ander bekend proces waarbij water van een organische vloei-stofstroom moet worden gescheiden is het drogen van organische oplosmiddelen. Hiervoor wordt veelvuldig gebruik gemaakt van moleculaire zeven. Regeneratie van de zeven gebeurt door middel van ver-25 hitting of reiniging onder hoge of lage druk.

Verwijdering van vaste stof uit vloeistof

Vaste stoffen kunnen middels filtratie worden verwijderd uit een vloeistof. Frequent dienen de filters te worden gereinigd en/of 30 te worden vervangen. Dit is vaak een arbeidsintensief karwei. US2002 0110464 claimt een vloeistofzuiveringsmechanisme, waarbij gebruik gemaakt wordt van een plunjerpomp. Een afsluitende upstream filter-plunjer zuivert gedeeltelijk de vloeistof van vaste, zwevende deeltjes waarna de gezuiverde vloeistof aan de bovenkant uit de pomp 35 wordt geperst. De vloeistof met vaste, zwevende deeltjes wordt via een klep aan de onderzijde van de pomp weggeperst.

' 3

Doel van de uitvinding

Ondanks de vele voor handen zijnde technieken om gassen en vloeistoffen te zuiveren van verontreinigingen of gassen en vloei-5 stoffen te scheiden, is er behoefte aan een techniek die voldoet aan de volgende criteria: • Laag energieverbruik· • Economisch verantwoord • Selectieve scheiding 10 · Componenten eenvoudig winbaar of terugwinbaar • Eenvoudige regeneratie van gebruikte materialen • Effectieve scheiding • Robuust in gebruik • Compact 15 · Eenvoudig implementeerbaar in een bestaand proces • Toepasbaar als systeem voor meerdere scheidingsprocessen of zuiveringsstappen in serie • Ongeremde procesvoering • Gemakkelijk schaalbaar· 20

Beschrijving van de uitvinding

Er kan aan bovengenoemde voorwaarden worden voldaan door gebruik te maken van een pompsysteem met geïntegreerd absorbens.

25 Volgens de uitvinding wordt een pomp verschaft, die een uitpersbaar absorbens bevat, waarbij het geheel een vloeistof of gas kan zuiveren of van elkaar kan scheiden.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de hiernavolgende beschrijving van een pomp, in het bijzonder een 30 plunjerpomp. Het voorbeeld dient uitsluitend ter toelichting van de uitvinding en niet ter beperking van de geclaimde beschermingsomvang van de onderhavige uitvinding. Bij de beschrijving zal worden verwezen naar de tekening, waarin: figuur 1 een doorsnede van een voorbeeld van een pomp volgens de 35 uitvinding toont; figuur 2 schematisch een aantal pompen in serie toont; en figuur 3 schematisch een pompsysteem voor zuivering van een proces- stroom toont.

4

Figuur 1 toont een pomp 1 volgens de uitvinding, die een afgesloten cilinder 2 met absorbens 9 omvat, en een plunjer 3 die beweegbaar in de cilinder 2 is opgesteld. Door middel van drie regelbare kleppen 6, 7, 8 kan vloeistof of gas in of uit de cilinder 5 2 worden gelaten. Richtingen waarin een vloeistof of gas in of uit de cilinder 2 stromen, zijn in figuur 1 door middel van pijlen aangeduid. De pomp 1 is in figuur 1 in een normale oriëntatie weergegeven.

Wanneer de pomp 1 wordt toegepast om een scheiding uit te voe-10 ren, wordt allereerst de afsluitende plunjer 3 naar beneden bewogen, terwijl een inlaatklep 8 die zich aan de bovenzijde van de pomp 1 bevindt, in een open positie wordt gehouden. Als gevolg daarvan stroomt een fluïdum 5, in het bijzonder een vloeistof of een gas, de afgesloten cilinder 2 binnen. De vloeistof- of gasbeweging ver-15 oorzaakt een werveling, waardoor het fluïdum 5 met het absorbens 9 wordt gemengd. Met het oog op de gewenste werking van de pomp 1 is het gunstig wanneer het absorbens 9 direct bij de inlaatklep 8 is opgesteld, zoals in figuur 1 getoond is.

Op het moment dat de plunjer 3 op een laagste punt komt, wordt 20 de inlaatklep 8 gesloten. Een onderste uitlaatklep 6 wordt vervolgens geopend, waarna de plunjer 3 naar boven wordt bewogen. Het naar aanleiding van de interactie met het absorbens 9 gezuiverde fluïdum stroomt via de onderste uitlaatklep 6 naar buiten.

Op het moment dat de plunjer 3 ter hoogte van de onderste uit-25 laatklep 6 is, wordt deze gesloten, waarna een bovenste uitlaatklep 7 geopend wordt. In de ruimte tussen de plunjer 3 en de bovenkant van de afgesloten cilinder 2 bevindt zich het uitpersbare absorbens 9 dat de te verwijderen component(en) bevat. Door de plunjer 3 nog verder naar boven te verplaatsen wordt het absorbens 9 uitgeperst 30 waardoor de component(en) via de bovenste uitlaatklep 7 verwijderd wordt/worden. Om dit proces optimaal te kunnen laten verlopen, is het gunstig wanneer het absorbens 9 bij de bovenste uitlaatklep 7 is opgesteld. Verder is het gunstig voor de scheiding wanneer het absorbens 9 zich tussen de uitlaatkleppen 6, 7 uitstrekt, zodat in 35 de pomp 1 een gedeelte voor het gezuiverde fluïdum en een gedeelte voor het absorbens 9 met (een) uit het fluïdum 5 verwijderde component (en) te onderscheiden zijn, met voor elk gedeelte een eigen uitlaatklep 6, 7.

N

5

De plunjer 3 is voorzien van een axiale stop 4 die zorgt voor een dood volume waarin het uitgeperste absorbens 9 achterblijft. Op een gegeven moment wordt de bovenste uitlaatklep 7 weer gesloten, waarna de inlaatklep 8 wordt geopend voor een volgende scheiding.

5 Door de plunjer 3 naar beneden te laten bewegen, wordt ongezuiverd fluïdum 5 aangezogen: het proces herhaalt zich.

Het absorbens 9 in de pomp 1 kan als los poeder, in een pad, in een uitwisselbare cartridge of in een uitwisselbare cassette toegepast worden. Het is bijzonder gunstig wanneer het toegepaste 10 absorbens 9 herhaaldelijk uitpersbaar is. Dit kan bereikt worden doordat het absorbens 9 uit zichzelf uitpersbaar is of dat het absorbens 9 op een drager is geplaatst welke uitpersbaar is.

-\

Door gebruik te maken van uitwisselbare cartridges of uitwisselbare cassettes kan de pomp 1 eenvoudig voor een andere schei-15 ding ingezet worden. De keuze van het absorbens 9 bepaalt de gewenste scheidingsstap. Hierdoor wordt het systeem inzetbaar voor alle vloeistof- en/of gasscheidingen.

Met de keuze van het absorbens 9 wordt de selectiviteit van de scheiding gestuurd. Deze selectiviteit kan betrekking hebben op de 20 soort scheiding, bijvoorbeeld het scheiden van olie uit water, tot een specifieke selectiviteit zoals het scheiden van aromaten of een enkel aromaat uit olie. Deze selectiviteit kan bewerkstelligd worden door variatie in de deeltjesgrootte en/of poriegrootte, of door fysische en/of chemische aanpassingen van het absorbens 9 alsmede door 25 de keuze van het absorbens 9 zelf. Voorbeelden van absorptiemateria-len welke toegepast kunnen worden zijn o.a. schuimrubber, cellulose acetaat en polystyreen. Meer geavanceerde absorptiematerialen zoals macroporeuze polymeren kunnen ook worden toegepast. De genoemde absorptiematerialen zijn ter toelichting van de uitvinding en niet be-30 doeld als beperking van de uitvinding.

Eventueel kunnen ten behoeve van een verbeterde scheiding organisch-chemische verbindingen, in het bijzonder oppervlakte-actieve stoffen, of anorganische zouten, zoals pekelwater, aan een te scheiden vloeistof- of gasstroom worden toegevoegd.

35 Door pompen in.serie met elkaar te schakelen kan een verdere scheiding bereikt worden, zoals in figuur 2 geïllustreerd is, waardoor de gescheiden componenten in hoge zuiverheid verkregen worden.

In figuur 2 zijn de pompen als blokken weergegeven en aangeduid met het verwijzingscijfer 1. Verder is een mix van componenten 1 en 6 2 als een blok aan de linkerzijde van figuur 2 weergegeven en aangeduid met het verwijzingscijfer 11, is een zuivere component 1 als een blok aan de rechterzijde van figuur 2 weergegeven en aangeduid met het verwijzingscijfer 12, en zijn componenten 2 als blokken aan 5 de onderzijde van figuur 2 weergegeven en aangeduid met het verwij-zingscijfer 13.

Dit systeem is uit te breiden door combinaties van pompen te maken welke andere scheidingen kunnen bewerkstelligen. Hierdoor wordt het mogelijk om met behulp van de pompen een volledige önt-10 leding van een processtroom te krijgen, zoals in figuur 3 is aangegeven. Bovendien kunnen middels dit proces vloeistoffen onder zeer milde omstandigheden worden gezuiverd. Dit betekent dat energieverslindende destillatie tot het verleden kan behoren. Daarnaast kan deze nieuwe technologie worden toegepast op elke schaalgrootte: van 15 laboratorium tot zware industrie.

In figuur 3 zijn de pompen als blokken weergegeven en aangeduid met het verwijzingscijfer 1. Verder is een vervuilde processtroom als een blok aan de linkerzijde van figuur 3 weergegeven en aangeduid met het verwijzingscijfer 14, en zijn componenten 1 tot en 20 met 12 als blokken aan de rechterzijde van figuur 3 weergegeven en aangeduid met een letter C en het bijbehorende nummer.

Het zal voor een deskundige duidelijk zijn dat de omvang van de uitvinding niet is beperkt tot de in het voorgaande besproken voor-25 beelden, maar dat diverse variaties en modificaties daarvan mogelijk zijn zonder af te wijken van de omvang van de uitvinding zoals gedefinieerd in de aangehechte conclusies.

Kort gezegd heeft de uivinding betrekking op een pompsysteem 30 voor het scheiden van vloeistof-vloeistof-stromen, gas-vloeistof- stromen, vaste-stof-gas-stromen en vaste-stof-vloeistof-stromen, dat een pomp 1 met een afgesloten cilinder 2 en een afsluitende plunjer 3 omvat, en absorbens 9 dat in de cilinder 2 is opgesteld, waarbij door middel van ten minste één regelbare inlaatklep 8 en ten minste 35 twee regelbare uitlaatkleppen 6, 7 vloeistof of gas in of uit de cilinder 2 kan worden gelaten. Bij een neergaande beweging van de plunjer 3 wordt de inlaatklep 8 in een open positie wordt gehouden. Als gevolg daarvan stroomt een fluïdum 5, in het bijzonder een vloeistof of een gas, de afgesloten cilinder 2 binnen, waarbij 40 menging van het fluïdum 5 met het absorbens 9 plaatsvindt. Het op 7 basis van de interactie met het absorbens 9 gezuiverde fluïdum wordt vervolgens bij een opgaande beweging van de plunjer 3 door een onderste uitlaatklep 6 uit de cilinder 2 geperst, waarna de te verwijderen component(en) uit het absorbens 9 wordt/worden geperst 5 . en door een bovenste uitlaatklep 7 wordt/worden afgevoerd. Het beschreven principe kan worden toegepast in zowel een axiale als een radiale plunjerpomp.

1037070

Claims

1. Een pompsysteem voor het scheiden van vloeistof-vloeistof-stromen, gas-vloeistof-stromen, vaste-stof-gas-stromen en vaste-stof-vloeistof-stromen, omvattende: - een pomp (1) die is voorzien van ten minste één regelbare inlaat-5 klep (8) en ten minste twee regelbare uitlaatkleppen (6, 7); en - in de pomp (1) opgesteld absorbens (9).

2. Pompsysteem volgens conclusie 1, waarbij het absorbens (9) uitpersbaar is. 3.0

3. Pompsysteem volgens conclusie 1, ‘waarbij het absorbens (9) op een uitpersbare drager is aangebracht.

4. Pompsysteem volgens een willekeurige der conclusies 1-3, waar-15 bij het absorbens (9) direct bij de regelbare inlaatklep (8) is opgesteld.

5. Pompsysteem volgens een willekeurige der conclusies 1-4, waarbij het absorbens (9) bij ten minste één van de uitlaatkleppen (6, 20 7) is opgesteld.

6. Pompsysteem volgens een willekeurige der conclusies 1-5, waarbij het absorbens (9) zich tussen de uitlaatkleppen (6, 7) uitstrekt . 25

7. Pompsysteem volgens een willekeurige der conclusies 1-6, waarbij de pomp ‘(1) een afgesloten cilinder (2), een regelbare inlaatklep (8), twee regelbare uitlaatkleppen (6, 7), en een zelf-afsluitende plunjer (3) met axiale stop (4) omvat. 30

8. Pompsysteem volgens een willekeurige der conclusies 1-7, waarbij de pomp (1) een plunjerpomp is.

9. Pompsysteem-volgens een willekeurige der conclusies 1-8, waar-35 bij het absorbens (9) poeder is. i o 3 7 0 7 0

10. Pompsysteem volgens een willekeurige der conclusies 1-9, waarbij het'absorbens (9) zich in een pad bevindt.

11. Pompsysteem volgens een willekeurige der conclusies 1-9, waar-5 bij het absorbens (9) zich in een uitwisselbare cartridge bevindt.

12. Pompsysteem volgens een willekeurige der conclusies 1-9, waarbij het absorbens (9) zich in een uitwisselbare cassette bevindt.

13. Pompsysteem volgens een willekeurige der conclusies 1-12, om vattende ten minste twee pompen (1) in serie ter zuivering van vloeistoffen en gassen.

14. Pompsysteem volgens een willekeurige der conclusies 1-12, om-15 vattende ten minste twee pompen (1) in combinatie ter scheiding van processtromen.

15. Pompsysteem volgens een willekeurige der conclusies 1-14, omvattende middelen voor het aan een te scheiden vloeistof- of gas- 20 stroom toevoeren van organisch-chemische verbindingen, in het bijzonder oppervlakteactieve stoffen.

16. Pompsysteem volgens een willekeurige der conclusies 1-15, omvattende middelen voor het aan een te scheiden vloeistof- of gas- 25 stroom toevoeren van anorganische verbindingen, in het bijzonder zouten.

17. Een werkwijze voor het scheiden van vloeistof-vloeistof-stromen, gas-vloeistof-stromen, vaste-stof-gas-stromen en vaste- 30 stof-vloeistof-stromen, waarbij een pompsysteem volgens een willekeurige der conclusies 1-16 wordt toegepast.

18. Werkwijze volgens conclusie 17, waarbij aan een te scheiden vloeistof- of gasstroom organisch-chemische verbindingen, in het 35 bijzonder oppervlakteactieve stoffen, worden toegevoegd.

19. Werkwijze volgens conclusie 17 of 18, waarbij aan een te scheiden vloeistof- of gasstroom anorganische verbindingen, in het bijzonder zouten, worden toegevoegd. 1037070