PL195905B1

PL195905B1 - Sposób i układ do oczyszczania strumienia gazu

Info

Publication number: PL195905B1
Application number: PL99345807A
Authority: PL
Inventors: Claudemiro Ferreira; Urs Georg Naef; Camille Borer
Original assignee: Buehler Ag
Priority date: 1998-08-04
Filing date: 1999-07-19
Publication date: 2007-11-30
Also published as: EP1100611A1; DE59903562D1; JP2002522195A; PT1100611E; AU4598799A; PL345807A1; DE19835186A1; CN1309582A; CN1167492C; EP1100611B1; BR9912725A; KR20010072226A; ATE228390T1; US6548031B1; ES2188185T3; TR200100420T2; KR100596263B1; CA2337840A1; AU752167B2; WO2000007698A1

Abstract

1. Sposób oczyszczania strumienia gazu wychodzace- go z reaktora do kondensacji w fazie stalej, korzystnie polie- strów aromatycznych, takich jak zywice poliestrowe i poliamidy, takie jak poliamidy aromatyczne, z zanieczyszczeniami utwo- rzonymi przez zwiazki organiczne, w którym gaz zawierajacy co najmniej tlen wprowadza sie do strumienia gazu zanie- czyszczonego i polaczony strumien gazu przepuszcza sie przez katalizator w podwyzszonych temperaturach, zwlaszcza od 280°C do 380°C, przy czym stosuje sie nizsza od stechio- metrycznej ilosc tlenu w stosunku do zanieczyszczen orga- nicznych, znamienny tym, ze stosunek tlenu do zanieczysz- czen kontroluje sie za pomoca co najmniej jednej, dolaczonej do kazdego z przewodów polaczonych z zespolem katalizato- ra, sondy lambda (? 1 lub ? 2). 11. Uklad do oczyszczania strumienia gazu wychodzacego z reaktora do kondensacji w fazie stalej zawierajacy reaktor do kondensacji fazy stalej, pierwszy przewód zasilajacy dla gazu zanieczyszczonego wyplywajacego z reaktora do zespolu katali- zatora, z którym to pierwszym przewodem zasilajacym polaczo- ne jest urzadzenie doprowadzajace powietrze dla gazu zawiera- jacego co najmniej tlen, dla wspólnego zasilania przez przewód zbiorczy, i co najmniej jeden przewód wyjsciowy polaczony jest z zespolem katalizatora, znamienny tym, ze do kazdego z przewodów (11, 24) polaczonych z zespolem katalizatora dolaczona jest co najmniej jedna sonda lambda (? 1, ? 2). PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do oczyszczania strumienia gazu.

Chodzi tu o oczyszczanie gazu wychodzącego z reaktora do kondensacji w fazie stałej, korzystnie poliestrów aromatycznych z zanieczyszczeniami utworzonymi przez związki organiczne.

Sposoby i urządzenia tego rodzaju są znane z opisu patentowego US-A-5,547,652 lub 5,612,011. Dotyczą one oczyszczania technologicznego gazu odlotowego za pomocą katalizatora (w przeciwieństwie do oczyszczania przez przemywanie gazu) lub, innymi słowami, dopalania (utleniania) substancji zanieczyszczających. Rozumie się, że stosunek ilości tlenu do substancji zanieczyszczających jest z tego powodu ogromnie ważny. W tym względzie dotychczas decydujące były dwie okoliczności: z jednej strony zakładano, że dla całkowitego utlenienia substancji zanieczyszczających wymagana jest co najmniej stechiometryczna ilość tlenu, z drugiej strony sądzono, że z uwagi na to wymaganie kontrolowanie ilości tlenu jest najlepszym sposobem nadzorowania procesu oczyszczania.

Z czasem stwierdzono, że pomimo dostarczania stechiometrycznej ilości tlenu nie zachodziło całkowite utlenienie, tak, że w pierwszym z wymienionych opisów patentowych dopuszczono jednak co najmniej 10 ppm (części na milion) nie spalonego tlenu. Okazało się również, że jest to poniżej optimum w odniesieniu do efektu oczyszczania i dlatego jeszcze zwiększono nadmiar ilości tlenu. W rezultacie w drugim z wymienionych opisów patentowych musiano zaakceptować jeszcze większą ilość nie spalonego tlenu wynoszącą 250 ppm, sądzono jednak, że prowadzi to do optymalnego wyniku.

Oba z wymienionych opisów patentowych dotyczą oczyszczania gazów technologicznych podczas wytwarzania poliestrów aromatycznych. Oczywiście, oczyszczanie gazu jest szczególne istotne w przypadku związków aromatycznych, a zwłaszcza w przypadku poliestrów, jednak oczywistym jest, że takie metody oczyszczania mogą również być stosowane dla innych gazów i substancji zanieczyszczających, na przykład również dla poliamidów, takich jak poliamid aromatyczny oraz także do oczyszczania gazów odlotowych podczas przetwarzania substancji naturalnych, na przykład przy paleniu kawy lub kakao.

W „Das Techniker Handbuch” Alfreda Boge, Vieweg-Verlag, str. 1158 i 1159 opisany jest specjalny czujnik tlenu ZrO2/Pt, jaki zwykle stosuje się w technice samochodowej.

W opisie zgłoszenia europejskiego EP 0 699 471 A1 opisany jest sposób oczyszczania w zasadzie wolnych od tlenu gazów technologicznych z obróbki cieplnej fazy stałej polimerów kondensacyjnych, przy czym dla katalitycznego utlenienia utlenialnych organicznych substancji zanieczyszczających dodawana jest najwyżej stechiometryczna, to znaczy ewentualnie podstechiometryczna ilość tlenu. Zawartość tlenku węgla, która pozostaje w związku z ilością tlenu, określana jest na wylocie z reaktora utleniania, na przykład za pomocą mikroogniwa spaleniowego, poprzez co może zostać pośrednio wyznaczona zawartość tlenu. Ma to jednak tę wadę, że muszą zostać zaakceptowane stosunkowo duże zawartości tlenku węgla.

Wynalazek niniejszy idzie w odwrotnym kierunku. Polega togłównie na tym, że zamiast stawiać na pierwszym miejscu ilość tlenu bierze się jako miarę ilość pozostałych zanieczyszczeń, ewentualnie stosunek ilości tlenu do pozostałych zanieczyszczeń. Ten pierwszy etap wynalazku doprowadził do zaskakujących konkluzji. Z jednej strony badania zgłaszającego wykazały, że - dokładnie przeciwnie do wcześniejszych rozważań fachowców- stechiometryczna lub większa niż stechiometryczna ilość tlenu nie prowadzi do optymalnego oczyszczenia i że dotychczasowe środki wymagały nie tylko dużej ilości tlenu (jeśli nie używano po prostu powietrza) lecz również cały układ stawał się nadwymiarowy i zbyt kosztowny. Z drugiej strony okazało się, że stosowana dotąd zasada pomiarowa była oparta na nieprawidłowych założeniach i wskutek tego dawała ostatecznie niedokładne wyniki.

Stąd zadaniem niniejszego wynalazku jest ulepszenie dotychczasowych sposobów oczyszczania strumienia gazu wychodzącego z reaktora do kondensacji w fazie stałej, korzystnie poliestrów aromatycznych, z zanieczyszczeniami utworzonymi przez związki organiczne pod względem ich efektywności.

Sposób oczyszczania strumienia gazu wychodzącego z reaktora do kondensacji w fazie stałej, korzystnie poliestrów aromatycznych, takich jak żywice poliestrowe i poliamidy, takie jak poliamidy aromatyczne, z zanieczyszczeniami utworzonymi przez związki organiczne, w którym gaz zawierający co najmniej tlen wprowadza się do strumienia gazu zanieczyszczonego i połączony strumień gazu przepuszcza się przez katalizator w podwyższonych temperaturach, zwłaszcza od 280°C do 380°C, przy czym stosuje się niższą od stechiometrycznej ilość tlenu w stosunku do zanieczyszczeń organicznych, odznacza się według wynalazku tym, że stosunek tlenu do zanieczyszczeń kontroluje się za

PL 195 905 B1 pomocą co najmniej jednej, dołączonej do każdego z przewodów połączonych z zespołem katalizatora, sondy lambda (Λ1 lub Λ2).

Korzystnie gaz zanieczyszczony stanowi gaz obojętny, który korzystnie zawraca się, co najmniej częściowo, do reaktora po oczyszczeniu.

Korzystnie niższa od stechiometrycznej ilość tlenu wynosi 98% do < 100%, korzystnie co najmniej 99% ilości stechiometrycznej.

Korzystnie kontrolę za pomocą co najmniej sondy lambda (Λ1) prowadzi się przed katalizatorem i/lub że kontrolę prowadzi się za pomocą co najmniej jednej sondy lambda na katalizatorze.

Korzystnie kontrolę prowadzi się za pomocą co najmniej jednej sondy lambda (Λ1 lub Λ2), odpowiednio przed i za katalizatorem.

Korzystnie sygnały kontrolne wysyłane przez sondy lambda (Λ1, Λ2) koryguje się przed dalszym przetwarzaniem za pomocą stopnia kształtownika sygnału na wejściu procesora.

Korzystnie sygnał względnie sygnały kontrolne sondy lub sond lambda (Λ2) za katalizatorem różniczkuje się przed dalszym przetwarzaniem za pomocą stopnia kształtownika sygnału na wejściu procesora.

Korzystnie jako ogniwo pomiarowe typu sondy lambda stosuje się sam katalizator.

Korzystnie sygnał kontrolny dostarczony przez ogniwo pomiarowe typu sondy lambda filtruje się odsprzęga i/lub demoduluje za pomocą stopnia kształtownika sygnału na wejściu procesora.

Korzystnie kontrolowanie dostarcza wartość rzeczywistą, którą porównuje się z wartością zadaną i wynikające stąd odchylenie stosuje się do regulacji ilości doprowadzanego tlenu.

Układ do oczyszczania strumienia gazu wychodzącego z reaktora do kondensacji w fazie stałej zawierający reaktor do kondensacji fazy stałej, pierwszy przewód zasilający dla gazu zanieczyszczonego wypływającego z reaktora do zespołu katalizatora, z którym to pierwszym przewodem zasilającym połączone jest urządzenie doprowadzające powietrze dla gazu zawierającego co najmniej tlen, dla wspólnego zasilania przez przewód zbiorczy, i co najmniej jeden przewód wyjściowy połączony jest z zespołem katalizatora, charakteryzuje się według wynalazku tym, że do każdego z przewodów połączonych z zespołem katalizatora dołączona jest co najmniej jedna sonda lambda (Λ1, Λ2).

Korzystnie jedna (Λ1) z sond lambda (Λ1, Λ2) połączona jest z jednym z przewodów prowadzących do zespołu katalizatora, zwłaszcza za wlotem przewodu doprowadzającego powietrze do pierwszego przewodu zasilającego.

Korzystnie korpus katalizatora zawiera rod, a korzystnie stop rodu.

Korzystnie w przewodzie pomiędzy sondą lambda (Λ2) umieszczoną za katalizatorem i procesorem (μ) umieszczony jest człon różniczkujący.

Zalecana podstechiometryczna ilość tlenu wynosi 98% do < 100%, korzystnie conajmniej 99% ilości stechiometrycznej.

Kompletnie zaskakujące jest, że nawet podstechiometryczna ilość tlenu prowadzi do lepszego rezultatu i nie istnieje jak dotąd teoretyczne wyjaśnienie tego zjawiska. Testy jednak potwierdziły ten fakt, mianowicie nie stwierdzono prawie żadnych mierzalnych ilości pozostałych zanieczyszczeń lub pozostałości nie spalonego tlenu. Naturalnie kontrolowanie tak małych ilości pozostałości jest w ogóle trudne. Stwierdzono, że - jeśli chce się istotnie dokonać ulepszenia w odniesieniu do oczyszczania w najwyższym stopniu - zwykły czujnik tlenu daje niedoskonałe wyniki. Z tego powodu według wynalazku przewiduje się zastosowanie sondy lambda.

Oczywistym, jest w tym względzie, że taka sonda lambda umożliwia lepsze kontrolowanie również w przypadku znanych dotychczas sposobów, w których stosuje się stechiometryczne lub większe niż stechiometryczne ilości tlenu, i że jest to szczególnie korzystne, gdy ilości, które mają być kontrolowane, są szczególnie małe.

Sonda lambda (według Rompps Chemical Lexicon, „Λ” używa się jako symbolu molowego przewodnictwa elektrolitu) stanowidwie warstwy z metalu szlachetnego, takiego jak platyna, na stałym elektrolicie z dołączonymi elektrodami. Widoczne jest,że układ ten jest bardzo podobny do katalizatora, który ma byćkontrolowany. Zgodnie z tym, jest w pełni możliwe w zakresie wynalazku użycie samego katalizatora jako ogniwa pomiarowego typu sondy lambda, przy czym sygnał kontrolny musi oczywiście być odpowiednio filtrowany,odsprzęgany i względniedemodulowany.

Niezależnie od tego, jak i gdzie może być włączona sonda lambda, ważną cechą charakterystyczną jej zastosowania jest to, że obecnie możliwy jest bezpośredni pomiar elementów składowych względnie elektrolitów, zamiast dotychczasowego pomiaru pośredniego, przy czym dodatkowo sonda lambda wykazuje charakterystykę szczególnie korzystną dla dokładnego pomiaru. To, że dotychczas

PL 195 905 B1 nie była ona stosowana prawdopodobnie wynikało z faktu tak dalekiego sugerowania się stechiometryczną lub większą od stechiometrycznej ilością tlenu, iż uważano, że musi być mierzony nie spalony tlen. Przy zastosowaniu sondy lambda z drugiej strony ma się również większą swobodę przyprowadzeniu procesu, ponieważ gdy sposób według wynalazku stosuje się do procesów innych niż polikondensacja żywic syntetycznych, wówczas nie jest w ogóle potrzebny gaz obojętny, przy czym przy pomiarze według sposobu pomiaru znanego w stanie techniki, na pomiar dodatkowo ujemnie wpływałby występujący w procesie tlen.

W każdym przypadku, jak wiadomo w tej dziedzinie, można jednak użyć gazu obojętnego jako gazu zanieczyszczonego, który korzystnie co najmniej częściowo zawracany jest po oczyszczeniu do reaktora.

Aby przekształcić samo kontrolowanie, które właściwie może być wykonywane przez personel obsługujący, w reagujące jak najszybciej regulowanie lub przynajmniej je umożliwić, jest w istocie korzystne, gdy kontrolowanie wykonuje się za pomocą co najmniej jednej sondy lambda przed katalizatorem i/lub gdy kontrolowanie wykonuje się za pomocą co najmniej jednej sondy lambda na katalizatorze. Wprawdzie ogromnie istotna jest oczywiście kontrola końcowych wyników oczyszczania, to znaczy za katalizatorem, to jednak takie kontrolowanie może być również dodatkowo wpływać na regulowanie.

Przedmiot wynalazku jest objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat sposobu według wynalazku z przykładem wykonania według wynalazku, fig.2 - budowę sondy lambda stosowanej zgodnie z wynalazkiem, fig.3 -jej charakterystykę, a fig. 4 przedstawia dalszą charakterystykę sondy lambda.

Przewidziany jest reaktor 1dla kondensacji w fazie stałej żywic, takich jak poli(tereftalan etylenu). Jest on skonstruowany w sposób typowy, tak, że szczegółowy opis jest niepotrzebny, przy czym dostarczanie i usuwanie materiału żywicy zachodzi za pomocą komorowych śluz kołowych 2 lub 3. Gaz odlotowy z procesu kondensacji prowadzony jest przewodem 4 gazu odlotowego przez filtr 5 w celu usunięcia zanieczyszczeń w postaci cząstek. Następnie ciepło odpadowe tego gazu zawierającego zanieczyszczenia gazowe jest wykorzystywane w wymienniku ciepła 6, który znajduje się w przewodzie zasilającym 7 katalizator 8.

Przewód doprowadzający 9 powietrze zapewnia zasilanie gazem zawierającym co najmniej tlen, to znaczy albo czysty tlen, albo gaz taki jak powietrze zawierający odpowiedni udział tlenu. Tlen ten jest potrzebny do utlenienia zanieczyszczeń zawartych w gazie przepływającym w przewodzie zasilającym 7 i wpływa do przewodu zasilającego 7tuż przed katalizatorem 8. Tak połączone ze sobą i prowadzone w przewodzie zbiorczym 11 strumienie gazów są korzystnie skutecznie ogrzewane do optymalnej temperatury za pomocą grzejnika elektrycznego 10 przed katalizatorem 8 w celu utlenienia zachodzącego na katalizatorze 8. Zakres właściwych temperatur wynosi od 280°C do 380°C. W końcu przewód zbiorczy 11 trafia do katalizatora 8. Zespół katalizatora 8, 8' zawiera również przewód wyjściowy 24, który korzystnie prowadzi z powrotem do reaktora, na przykład poprzez grzejnik 23 lub przed nim przez wymiennik ciepła 6, zwłaszcza wtedy, jak to jest typowe przy polikondensacji, gdy gazem który ma być oczyszczany jest gaz obojętny, taki jak azot.

Sonda lambda Λ1 jest umieszczona tuż przed wejściem do katalizatora 8 w przewodzie zbiorczym 11, rozkłada ona połączone gazy na elektrolity ewentualnie pierwiastki oraz analizuje je ilościowo. Odpowiednio do tej analizy wysyłany jest poprzez przewód elektryczny 12 odpowiedni, korzystnie cyfrowy sygnał wyjściowy. W przedstawionym przykładzie wykonania jest jednak dodatkowo przewidziany kolejny przewód elektryczny 13, który jest bezpośrednio połączony z katalizatorem 8.

Korpus 8' katalizatora skonstruowany jest podobnie do sondy lambda Λ pokazanej w przekroju na fig. 2, to znaczy przewidziana jest porowata obojętna warstwa nośna 16, na której powierzchni umieszczona jest warstwa 14 z metalu szlachetnego. Sonda lambda zawiera również elektrolit stały 17, który jest pokryty warstwą 15 z metalu szlachetnego. Warstwa elektrolitu stałego 17 może przykładowo składać się z dwutlenku cyrkonu ZrO2, podczas gdy warstwy 14 i 15 najczęściej zawierają platynę, to znaczy składają się albo w całości z platyny albo ze stopu. Podczas gdy typowe są na przykład stopy palladu, zgodnie z wynalazkiem na korpus 8' katalizatora korzystnie przewidziany jest stop rodu, zaś sama sonda lambda może zawierać warstwy 14, 15 z czystej platyny. Pomiędzy warstwami 14, 15 przyłożone jest napięcie stałe U, które wytwarza pożądane działanie elektrolityczne. W związku z tym gaz, który się bada, znajduje się od strony warstwy 16, natomiast powietrze (jako odniesienie) znajduje się po stronie warstwy 15 z metalu szlachetnego.

PL 195 905 B1

Dzięki podobnej budowie sondy lambda Λ i katalizatora 8, możliwe jest zastosowanie samego katalizatora 8 jako urządzenia pomiarowego typu sondy lambda, na przykład do oznaczania elektrolitów i podawanie otrzymanego w ten sposób sygnału wyjściowego do przewodu 13 (fig.1).

Alternatywnie albo kumulatywnie może być również zastosowana dodatkowa sonda lambda Λ2, zwłaszcza na wyjściu z zespołu 8, 8' katalizatora. Może ona mierzyć wynik oczyszczania i dostarczać odpowiedni sygnał do przewodu 18. Rozumie się, że ewentualnie może być również potrzebne stosowanie tylko jednej sondy lambda, jakkolwiek odwrotnie do tego, stosowanie kolejnych punktów pomiarowych z sondami lambda leży również w zakresie wynalazku. Jakkolwiek sonda lambda Λ2 mierzy osiągnięty rezultat, nie można przeoczyć faktu, że w przebiegu strumienia gazu dokonuje ona pomiaru w stosunkowo późnym czasie, co może być nieodpowiednie dla szybkiej regulacji. Z tego powodu korzystne może być umieszczenie w przewodzie 18 członu różniczkującego dla umożliwienia szybszego określenia tendencji do ewentualnego odchylenia regulacji. Z drugiej strony ogólnie jest bardziej korzystne dla szybkiej regulacji, jeśli stosowana jest przynajmniej sonda lambda Λ1. W przypadku stosowania obu sond lambda Λ1 i A2 uzyskuje się w wyniku dodatkową korzyść w postaci możliwości określenia starzenia się katalizatora, wpływającego ujemnie na wynik pomiaru,jak to już zostało stwierdzone w przypadku katalizatorów samochodowych (Hansjorg Germann i in., „Differences in Pre- and Post-Converter Lambda-Sensor Characteristics”, Electronic Engine Controls 1996, SP-1149, str. 143-147).

W przedstawionym przykładzie wykonania z trzema punktami pomiarowymi przewody elektryczne 12, 13 i 18 prowadzą do procesora μ, który bezpośrednio otrzymuje sygnały (o ile tylko są one już dostępne w postaci cyfrowej) z przewodów 12 i 18, lub ma na wejściu odpowiednio konwerter analogowo-cyfrowy. Cosię tyczy przewodu 13 wymagane jest ogólnie wstępne przetworzenie doprowadzanego przezeń sygnału pomiarowego w celu jego oddzielenia od przypadkowych sygnałów zakłóceń lub innych tym podobnych. Może to być dokonane w stopniu 19 filtra, demodulatora względnie (zazwyczaj) kształtownika sygnału na wejściu do procesora μ.

W procesorze μ musi być najpierw uwzględniona kolejność pomiarów w czasie. Sekwencja staje się krótsza (i tym samym mniej znacząca dla regulacji) ze wzrostem prędkości przepływu gazów.

Jeśli to jest potrzebne, sygnały wejściowe otrzymywane z przewodów 12, 13 i 18 są również korygowane zanim sąporównywanezeznamionowymsygnałemz,korzystnieregulowalnego, nastawnika 20 wartości zadanej.W oparciu o wynik takiego porównania wytwarzany jest sygnał odchylenia lub regulacji, który przenoszony jest z wyjścia procesora μ, przez przewód 21 do regulatora 22. Regulator22 korzystnie reguluje w odpowiedni sposób zawór V w przewodzie 9.

Budowa sondy lambda Λ została już opisana powyżej w odniesieniu do fig.2. Zaleta zastosowania takiej sondy nie polega w końcu na tym, że wykazuje ona bardzo stromą charakterystykę, jak to jest widoczne na fig. 3. Jest na niej naniesione na osi rzędnych równowagowe ciśnienie cząstkowe tlenu w barach (1 bar= 10⁵Pa), a na osi odciętych stosunek tlenu do zanieczyszczonego gazu, który ma być spalony. Alternatywnie, naniesione może być napięcie wyjściowe odpowiedniej sondy lambda (patrz wartości Λ2 w tabeli 2), wktórym to przypadku krzywa C odwraca się i opada z lewej strony od góry ku dołowi z prawej strony.

Sonda lambda Λ ma obecnie charakterystykę C, która wykazuje szczególnie stromy wzrost zwłaszcza w obszarze kropkowo-kreskowej linii S. Linia S odpowiada stechiometrycznemu stosunkowi tlenu do zanieczyszczonego gazudo spalenia. Z lewej strony linii Sleżą wartości „bogatej mieszanki”, to znaczy znajduje się tu obszar podstechiometryczny z małymi ilościami tlenu, w którym zgodnie z wynalazkiem prowadzony jest proces. Jeśli stechiometryczną ilość tlenu przyjmuje się jako 100%, wówczas po lewej stronie zachodzi spadek do zakresu 99 %, podczas gdy po prawej stronie leżą obszary ponadstechiometryczne odpowiadające ilości tlenu większej od 100%. Przy regulacji zgodnej z wynalazkiem, regulowanie przeprowadza się właściwie w obszarze krzywej C, która leży pomiędzy dwoma punktami P1i P2, których rozstawienie odpowiada zakresowi regulacyjnemu R.

Dalsza charakterystyka sondy lambda pokazana jest na fig.4.

W nie przedstawionym, ale dobrze znanym czujniku tlenu, składniki gazu odlotowego dyfundują przez kanał dyfuzyjny do elektrod pompy i ogniwa Nernsta. Elektroniczne urządzenie sterujące mierzy napięcie Nernsta i zaopatruje ogniwo pompy w zmienne napięcie. Ten obwód regulacji jest zbudowany tak, że skład mieszanki gazu odlotowego w obszarze elektrod może być utrzymywany przy stałej wartości współczynnika λ = 1. Regulator porównuje zmierzone napięcie Nernsta z zadaną wartością i zasila ogniwo pompy takim prądem, który powoduje, że stężenie tlenu zbliża się coraz bardziej do zadanej wartości.

PL 195 905 B1

Figurę 4 wykorzystano dla pokazania jak prąd pompy uzależniony jest od λ i stanowi wskutek tego miernik stężenia tlenu w gazie odlotowym. Na osi rzędnych naniesiony jest prąd pompy jako Ip, na osi odciętych współczynnik λ nadmiaru powietrza gazu odlotowego.

W obszarze ubogim rosnące stężenie tlenu prowadzi do liniowego wzrostu prądu pompy. Podobną liniową charakterystykę, chociaż z odwrotnym kierunkiem prądu, uzyskuje się w obszarze bogatym. Wynika z tego, że w pożądanym zakresie 0,98 < λ < 1,00 prąd pompy stanowi funkcję jednostajnie rosnącą w zależności od współczynnika lambda. Samoregulujący się prąd pompy IP jest miarą współczynnika lambda i tym samym miarą rzeczywistego stężenia tlenu w gazie odlotowym. W przypadku regulacji według wynalazku, odpowiednio reguluje się efektywnie w obszarze krzywej C1, który leży pomiędzy punktami P1 i P2 na fig. 4, których rozstawienie odpowiada zakresowi regulacji R.

Poniżej przedstawione są przykłady ilustrujące sposób według wynalazku i jego wyniki.

P r z y k ł a d 1:

Efektywna wielkość konwersji samego katalizatora stanowi pewien czynnik niepewności przy konwersji katalitycznej. Ogólnie mówiąc nie ulega utlenieniu pełne 100% zanieczyszczeń. Przyjmując, że mieszanina gazu płynąca w przewodzie zasilającym 7 zawierała 500 ppm (objętościowo) glikolu etylenowego i azotu należałoby dodać wyłącznie stechiometrycznie 1250 ppm tlenu. Wartość lambda wyniosłaby wówczas dokładnie 100% (współczynnik λ 1). Jeśli jednak wartość konwersji katalizatora 8 byłaby tylko 99%, wówczas pozostające stężenie tlenu, nie uczestniczącego w procesie spalania, za katalizatorem wynosiłoby ciągle 12,5 ppm, i odpowiednio stężenie nie spalonych zanieczyszczeń, mianowicie glikolu etylenowego, 5 ppm. Z tego powodu przeprowadzono początkową serię testów (patrz tabela 1) w celu określenia stężeń tlenu pozostającego we wspomnianej mieszaninie gazowej.

Tabe l a 1

Nr próby	Współczynnik stechiometrycznej ilości tlenu	Pozostający tlen przy konwersji katalitycznej wynoszącej
100%	99%	95%
1.1	1.01	12.5	25.0	75.0
1.2	1.00	0.0	12.5	62.5
1.3	0.99	0.0	0.0	50.0

W tabeli tej zastosowany został tak zwany współczynnik lambda, to znaczy współczynnik stechiometrycznej ilości tlenu względnie nadmiaru tlenu. Do testu zastosowano układ rodzaju przedstawionego na fig. 1, przy czym w celu określenia w ppm zawartości pozostającego tlenu stosowana była tyłko sonda łambda Λ2. Sonda lambda stanowiła produkt firmy Bosch, typ LSM 11. Stosowano przy tym katalizator Pt znany w stanie techniki, którego konwersja wynosząca 95% była znana. Wartości dla 100% i 99% zostały policzone na podstawie stwierdzonych ilości tlenu.

Początkowo, w próbie 1 stosowano nadmiar tlenu, ilość wynoszącą 101% ilości stechiometrycznej, odpowiednio do opisu patentowego US nr 5 547 652. Zgodnie z oczekiwaniami dało to w wyniku stosunkowo dużą zawartość pozostającego tlenu wynoszącą 75,0 ppm. Następnie w próbie 2 sprawdzono stechiometryczną zawartość tlenu 100%. Podczas próby nr 2 zmierzono wciąż pozostającą ilość tlenu wynoszącą 62,5 ppm. Tylko w przypadku, nie zachodzącym w praktyce, 100% konwersji katalitycznej utlenianego gazowego glikolu etylenowego, pozostająca ilość tlenu wyniosłaby 0 ppm.

Obecnie kontynuowano jednak serię testów z badaniami w zakresie poniżej stechiometrycznego. Tabela przedstawia jedynie wartości dla współczynnika lambda 0,99, przy którym ciągle występuje zawartość pozostałego tlenu wynosząca 50,0 ppm. W dalszych testach nie opisanych tutaj, aż do współczynnika 0,90, również cały pozostały tlen zniknął lub nie był już mierzalny. W tym przypadku interesujące było stwierdzenie, że dopiero przy 95% pozostała resztkowa zawartość tlenu 0 ppm (95% konwersja katalityczna). Kolejne testy zostały przeprowadzone przy jeszcze mniejszych udziałach tlenu, przy czym, uwzględniając tolerancję, ewidentnie 90% stechiometrycznej ilości tlenu stanowiło dolną granicę, dla której można było uzyskać jeszcze wyniki pomiarów wyższe od zera. Tabela wprawdzie pokazuje, że w przypadku wyższej konwersji katalitycznej, na przykład wynoszącej 99%, już przy zawartości tlenu wynoszącej tylko 99% ilości stechiometrycznej, można było utrzymać resztkową zawartość tlenu wynoszącą zero, jednak taka konwersja nie jest możliwa w każdych warunkach.

PL 195 905 B1

P r zyk ł a d 2:

Następnie pojawia się pytanie, jakie ilości glikolu etylenowego i innych zanieczyszczeń będą pojawiać się na wyjściu z katalizatora 8. Można by oczekiwać, że ze zmniejszającą się zawartością pozostałego tlenu, ilość nie spalonego glikolu etylenowego będzie wzrastała. A zatem wybrano do testu układ, w którym zainstalowane zostały obie sondy lambda Λ1 i Λ2. Następująca tabela 2 przedstawia kolejność serii testów, w których nie tylko tlen (O2) w ppm, ale również zawartość glikolu etylenowego (EG) w μg/l i aldehydu octowego (AA) w μg/l były mierzone za pomocą sondy lambda Λ₁ jak również Λ2, a zawartość węglowodorów (HC) tylko przez Λ2. Wartości dla resztkowych ilości tych zanieczyszczeń są wartościami podanymi w ppm obj., to znaczy częściach objętościowych na milion. Wartość podana w ostatniej kolumnie na prawo stanowi w każdym przypadku wyjściowy sygnał elektryczny sondy lambda Λ2 w miliwoltach, który jest miernikiem współczynnika lambda.

T ab e l a 2

Nr pró- by	Λ1 Współczynnik	Wartości dla Λ1	Wartości resztkowe dla Λ2	mV dla Λ2
[EG]¹ppm obj	[AA]¹ppm obj	[O2] ppm obj	[EG]¹ppm obj	[AA]¹ppm obj	[O2] ppm obj	[HC]²ppm obj
2.1	1.02	-	-	1420	-	-	>1000	1.5	93
2.2	1.01	30.4	7.1	165	<1.6	<1.3	20	1.2	180
2.3	1.01	30.8	6.9	155	<1.6	<1.3	10	0.9	189
2.4	1.01	31.9	6.9	140	<1.6	<1.3	1.1	1.5	835
2.5	1.00	27.4	6.6	105	<1.6	<1.3	1.1	1.2	858
2.6	0.98	26.9	6.3	95	<1.6	<1.3	1.0	1.6	875
2.7	0.97	29.0	6.6	88	<1.6	<1.3	1.0	2.1	880
2.8	0.95	23.9	6.3	76	<1.6	<1.3	1.0	2.3	886

'Wartości EG i AA leżą poniżej minimalnej wartości mierzalnej ² Jako HC zostały określone ppm obj. węgla organicznego.

Powyższa tabela 2 pokazuje, że dla zakresu podstechiometrycznego resztkowe wartości EG i AA są zasadniczo tak sarno znikome, jak podczas pracy w zakresie stechiometrycznym (test 2.5), albo z nadmiarem tlenu ( testy 2.1 do 2.4), tak więc aktualna teoria specjalistów w tej dziedzinie okazała się być fałszywą. Wartości resztkowe węglowodorów leżały nieco, lecz tylko nieznacznie, ponad wartościami resztkowymi przy pracy według stanu techniki. Podsumowując powyższe, można zatem powiedzieć, że zalety sposobu według wynalazku znacznie przewyższają minimalnie większą ilość HC. Zwłaszcza pokazano również, że można uzyskać tu dużo dokładniejsze określenie ważnych wielkości za pomocą sond lambda Λ1 i Λ2, co również umożliwia znacznie dokładniejszą regulację i czyni ją użyteczną. Odpowiednio do tego oczyszczanie gazu może być przeprowadzone znacznie skuteczniej, niż było to możliwe zgodnie ze stanem techniki.

P r zyk ł a d 3:

Ponadto wybrano układ testowy, w którym zainstalowane zostały obie sondy Λ- i Λ₂ z fig. 1. Następująca tabela 3 przedstawia wyniki serii testów przed i za katalizatorem 8, przy czym zawartość węglowodorów jest równoważna (FID) zawartości gazowego propanu (C3H8).

Ponieważ przy analizie FID mierzony jest również tlenek węgla, dodatkowo zmierzono oddzielnie tlenek węgla (CO) i dwutlenek węgła (CO2) przed i za katalizatorem.

Pomiary gazu odlotowego za pomocą chromatografii gazowej (GC) potwierdziły, że nieobecny jest zarówno glikol etylenowy (EG) jak i aldehyd octowy (AA).

PL 195 905 B1

T a b e l a 3

Wlot	Wylot
Próba #	Λι	Λ1 μΑ	[FID]1 PPm obj	[CO]1 PPm obj	[CO2]1 % obj	Λ2	Λ2 μΑ	[FID]q PPm obj	[CO]0 PPm obj	[CO2]0 % obj	[GC]0 PPm obj	[O2]0 PPm obj
1	0.999	-1	62	72	6.5	0.999	-3	8.6	19	8	0	0....1
2	0.999	-1	63	50	7	0.999	-2	6.8	30	8.5	0	0....1
3	0.999	-1	63	65	4.5	0.999	-3	4.8	13	6	0	0....1
4	1.000	1	57	18	2	0.999	0	0.3	0	6	0	0....1
5	1.001	2	62	-	-	1.000	0	0.2	-	-	0	12...15

Powyższa tabela pokazuje, że w zakresie podstechiometrycznym (próby 1-3), ilość resztkowych zanieczyszczeń FID jest tylko nieznacznie większa od ich ilości podczas pracy w zakresie stechiometrycznym (próba 4). Ponadto widać, że wartości CO podczas pracy w zakresie nadstechiometrycznym (próba 5) leżą poniżej minimalnej wartości mierzalnej.

Pomimo tego, że do gazu odlotowego dodawany jest tlen w zakresie podstechiometrycznym (próby 1, 2, 3), niepożądane zanieczyszczenia są całkowicie spalane lub pozostają w tak małych ilościach, że nie są one mierzalne.

Claims

1. Sposób oczyszczania strumienia gazu wychodzącego z reaktora do kondensacji w fazie stałej, korzystnie poliestrów aromatycznych, takich jak żywice poliestrowe i poliamidy, takie jak poliamidy aromatyczne, z zanieczyszczeniami utworzonymi przez związki organiczne, w którym gaz zawierający co najmniej tlen wprowadza się do strumienia gazu zanieczyszczonego i połączony strumień gazu przepuszcza się przez katalizator w podwyższonych temperaturach, zwłaszcza od 280°C do 380°C, przy czym stosuje się niższą od stechiometrycznej ilość tlenu w stosunku do zanieczyszczeń organicznych, znamienny tym, że stosunek tlenu do zanieczyszczeń kontroluje się za pomocą co najmniej jednej, dołączonej do każdego z przewodów połączonych z zespołem katalizatora, sondy lambda (Λ1 lub Λ2).

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że gaz zanieczyszczony stanowi gaz obojętny, który korzystnie zawraca się, co najmniej częściowo, do reaktora (1) po oczyszczeniu.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że niższa od stechiometrycznej ilość tlenu wynosi 98% do < 100%, korzystnie co najmniej 99% ilości stechiometrycznej.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kontrolę za pomocą co najmniej sondy lambda (Λ1) prowadzi się przed katalizatorem (8) i/lub że kontrolę prowadzi się za pomocą co najmniej jednej sondy lambda na katalizatorze (8).

5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że kontrolę prowadzi się za pomocą co najmniej jednej sondy lambda (Λ1 lub Λ2), odpowiednio przed i za katalizatorem (8).

6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że sygnały kontrolne wysyłane przez sondy lambda (Λ1, Λ2) koryguje się przed dalszym przetwarzaniem za pomocą stopnia kształtownika sygnału na wejściu procesora.

7. Sposób według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, że sygnał względnie sygnały kontrolne sondy lub sond lambda (Λ2) za katalizatorem (8) różniczkuje się przed dalszym przetwarzaniem za pomocą stopnia kształtownika sygnału na wejściu procesora.

8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako ogniwo pomiarowe typu sondy lambda stosuje się sam katalizator (8).

9. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że sygnał kontrolny dostarczony przez ogniwo pomiarowe typu sondy lambda filtruje się odsprzęga i/lub demoduluje za pomocą stopnia kształtownika sygnału na wejściu procesora.

10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kontrolowanie dostarcza wartość rzeczywistą, którą porównuje się z wartością zadaną i wynikające stąd odchylenie stosuje się do regulacji ilości doprowadzanego tlenu.

PL 195 905 B1

11. Układ do oczyszczania strumienia gazu wychodzącego z reaktora do kondensacji w fazie stałej zawierający reaktor do kondensacji fazy stałej, pierwszy przewód zasilający dla gazu zanieczyszczonego wypływającego z reaktora do zespołu katalizatora, z którym to pierwszym przewodem zasilającym połączone jest urządzenie doprowadzające powietrze dla gazu zawierającego co najmniej tlen, dla wspólnego zasilania przez przewód zbiorczy, i co najmniej jeden przewód wyjściowy połączony jest z zespołem katalizatora, znamienny tym, że do każdego z przewodów (11, 24) połączonych z zespołem katalizatora dołączona jest co najmniej jedna sonda lambda (Λ1, Λ2).

12. Układ według zastrz. 11, znamienny tym, że jedna (Λ1) z sond lambda (Λ1, Λ2) połączona jest z jednym z przewodów (11) prowadzących do zespołu katalizatora (8, 8'), zwłaszcza za wlotem przewodu doprowadzającego (9) powietrze do pierwszego przewodu zasilającego (7).

13. Układ według zastrz. 11 albo 12, znamienny tym, że korpus (8') katalizatora zawiera rod, a korzystnie stop rodu.

14. Układ według zastrz. 12, znamienny tym, że w przewodzie (18) pomiędzy sondą lambda (Λ2) umieszczoną za katalizatorem (8) i procesorem (μ) umieszczony jest człon różniczkujący.