PL217778B1

PL217778B1 - Sposób osuszania glikolu i układ do osuszania glikolu

Info

Publication number: PL217778B1
Application number: PL395358A
Authority: PL
Inventors: Edward Reszke; Piotr Medoń
Original assignee: Piotr Medoń; Edward Reszke
Priority date: 2011-06-20
Filing date: 2011-06-20
Publication date: 2014-08-29
Also published as: US9044691B2; US20120318659A1; PL395358A1

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest sposób osuszania glikolu i układ do osuszania glikolu, przeznaczony do oczyszczania glikolu z wody. Sposób polega na tym, że elektrody galwaniczne (E1, E2, ..., EN) zanurza się w glikolu i zasila się impulsowo ze źródła prądu stałego (UDC) przy czym za pomocą półprzewodnikowych kluczy energoelektronicznych steruje 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 (E1, E2, ..., EN) zanurzonych w zbiorniku (ZB) z glikolem (GL), natomiast zmiennym prądem jonowym wywołanym impulsowym zasilaniem elektrod (E1, E2, ..., EN) z dostatecznie małą częstotliwością przełączania 1/T miesza się glikolem i jednocześnie oczyszcza się elektrody (E1, E2, ..., EN) z produktów gazowych. Układ w zbiorniku (ZB) ma zanurzony co najmniej jeden moduł elektrod wyposażony w co najmniej dwie elektrody galwaniczne (E1, E2, ..., EN), z których każda podłączana jest impulsowo poprzez półprzewodnikowe klucze energoelektroniczne (T11 i T12, T21 i T22..., T2N-1,2N i T2N2N) cyklicznie naprzemiennie do dodatnich i ujemnych zacisków źródła prądu stałego (UDC).

Description

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 195 588 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 196 671, 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 przy₅ najmniej 1x10⁵ 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 ci₅ śnienie w części odpędowej wynosi 2 do 30x10⁵ Pa.

PL 217 778 B1

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 E1, E2 i podgrzewa się glikol GL prądem Joule'a. Elektrody galwaniczne E1, E2 zasila się impulsowo ze źródła prądu stałego UDC za pomocą półprzewodnikowych kluczy energoelektronicznych T1 i T2, T3, T4, 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 E1, E2 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 E1, E2 zmiennym prądem impulsowym o dostatecznie małej częstotliwości miesza się glikolem GL i jednocześnie oczyszcza się elektrody E1, E2 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 E1, E2 zanurzone w prostopadłościennym zbiorniku ZB z glikolem GL. Elektrody galwaniczne E1, E2 podłączane są impulsowo poprzez cztery półprzewodnikowe klucze energoelektroniczne T11, T12, T21, T22, cyklicznie naprzemiennie do dodatnich i ujemnych zacisków źródła prądu stałego UDC, przy czym każda elektroda E1, E2 połączona jest z zaciskiem źródła prądu stałego UDC przez dwa półprzewodnikowe klucze energoelektroniczne T11 i T12, T21 i T22.

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 E1, E2.

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 E1, E2, E3, E4 E5, E6, E7, E8 zanurzonych w cylindrycznym zbiorniku ZB z glikolem GL. Elektrody galwaniczne E1, E2, E3, E4 E5, E6, E7, E8 podłączane są impulsowo poprzez szesnaście półprzewodnikowych kluczy energoelektronicznych T11, T12, T21, T22,..., T81 i T82.

PL 217 778 B1

Działanie układu polega na tym, że w pierwszym etapie przy podgrzewaniu do temperatury około 100°C, nieparzyste elektrody galwaniczne E1, E3, E5, E7 w czasie trwania pierwszego impulsu, podłączane są poprzez osiem półprzewodnikowych kluczy energoelektronicznych T11, T31, T51 T71, do dodatnich zacisków źródła prądu stałego UDC, natomiast parzyste elektrody galwaniczne E2, E4, E6, E8 podłączane są poprzez osiem półprzewodnikowych kluczy energoelektronicznych T22, T42, T62 i T82, do ujemnych zacisków źródła prądu stałego UDC, a w czasie trwania drugiego impulsu, podłączane są poprzez osiem półprzewodnikowych kluczy energoelektronicznych T12, T32, T52, i T72, do ujemnych zacisków źródła prądu stałego UDC, natomiast parzyste elektrody galwaniczne E2, E4, E6, E8 podłączane są poprzez osiem półprzewodnikowych kluczy energoelektronicznych T21, T41, T61 i T81 do dodatnich zacisków źródła prądu stałego UDC, 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 UDC podłączane są cyklicznie i kolejno pary elektrod E1 i E5, E2 i E6, E3 i E7, E4 i E8. Dzięki kluczowaniu elektrod E1, E2, E3, E4 E5, E6, E7, E8 półprzewodnikowymi kluczami energoelektronicznymi T11, T12, T21 T22, ..., T81 i T82 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 E1, E2, E3, E4, E5, E6, podłączanych impulsowo poprzez dwanaście półprzewodnikowych kluczy energoelektronicznych T11, T12, T21 T22,..., T61 i T62.

Należy podkreślić, że konfiguracja geometryczna i ilość elektrod E1, E2, ..., EN 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 E1, E2,..., EN w postaci kondensatora cylindrycznego, zaś w zbiornikach ZB o niskiej smukłości i prostokątnych przekrojach warto stosować układ elektrod E1, E2, EN w postaci kondensatora płaskiego. Kontrolowanie skutecznych wartości natężenia prądu elektrod E1, E2, ..., EN, uzyskuje się trzema sposobami: przez grupowanie elektrod E1, E2, ..., EN, zewnętrzną regulację napięcia źródła prądu stałego UDC, na przykład z użyciem energoelektronicznego prostownika sterowanego i poprzez zastosowanie impulsowej modulacji szerokości impulsów realizowanej za pomocą półprzewodnikowych kluczy energoelektronicznych T1, T2, T3, ..., TN sterowanych cyfrowymi układami małej mocy z ewentualnym użyciem mikroprocesora. Ponadto elektrody E1, E2,..., EN układu zasilane są z dostatecznie małą częstotliwością przełączania 1/T przykładowo wynoszącą około 2 Hz.

Claims

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 (E1, E2,..., EN) zanurzone w glikolu, zasila się impulsowo ze źródła prądu stałego (UDC), przy czym za pomocą półprzewodnikowych kluczy energoelektronicznych (T11, T12,..., TN1 i TN2) 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 (E1, E2, ..., EN) 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 (E1, E2, ..., EN), przy czym każda elektroda galwaniczna (E1, E2, ..., EN) podłączana jest poprzez dwa półprzewodnikowe klucze energoelektroniczne (T11 i T12, T21 i T22..., TN1 i TN2) do zacisków źródła prądu stałego (UDC).