PL233280B1 - Sposób selektywnego odzyskiwania lotnych związków organicznych i kolumna do selektywnego odzyskiwania lotnych związków organicznych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób selektywnego odzyskiwania lotnych związków organicznych (LZO) i kolumna do selektywnego odzyskiwania lotnych związków organicznych ze strumienia gazu inertnego (nieadsorbującego się) na nieruchomym, dwuwarstwowym złożu sit molekularnych. Wynalazek dotyczy zmiennotemperaturowej adsorpcji i może być stosowany w instalacjach przemysłowych, do usuwania i odzyskiwania trzech LZO z gazów odlotowych.

W literaturze A.K. Ghoshal, S.D Manjare, Selection of appropriate Adsorption technique for recovery of VOCs: an analysis, Journal of loss Prevention in the Process Industries 15, 2002, 413-421, został omówiony sposób wyboru odpowiedniej techniki adsorpcyjnej do odzyskiwania LZO. W tej pracy przedstawiono różne odmiany cyklicznego procesu adsorpcji, różniące się między sobą głównie różnymi wartościami temperatury złoża adsorbentu i ciśnienia w kolumnie adsorpcyjnej w etapach adsorpcji i regeneracji złoża. Przedstawiono tutaj koncepcje złoża wielowarstwowego, jako procesu, który stanowi dobrą alternatywę dla złoża jednowarstwowego. Brak jest jednak szczegółowego opisu prowadzenia tego procesu. W opisie US 5529610 przedstawiono aparaturę i proces do oddzielania tlenu z powietrza za pomocą adsorpcji na wielowarstwowym złożu adsorbentów zeolitowych. Zastosowano tutaj cykliczny proces adsorpcji zmiennociśnieniowej. Głównym elementem aparatury jest kolumna adsorpcyjna, która składa się ze złoża wielowarstwowego, przez które przepuszczane jest powietrze, do rozdziału tlenu. W publikacji Jong-Ho Park, Jong-Nam Kim, Soon-Haeng Cho, Jong-Duk Kim, Ralph T. Yang, Adsorber dynamics and optimal design of layered beds for multicomponent gas adsorption, Chemical Engineering Science 53(23), 1998, 3951-3963, przedstawiono zastosowanie złoża wielowarstwowego do rozdziału wielo składnikowej mieszaniny gazowej przy pomocy cyklicznego procesu adsorpcji. Proces był stosowany do oddzielenia wodoru z typowej mieszaniny gazu krakingowego (H2/CO2/CH4/CO). Złoże wielowarstwowe w tym przypadku zastosowano w celu zmniejszenia całkowitej wysokości złoża oraz zwiększenia pojemności adsorpcyjnej złoża. W tej pracy skupiono się głównie na optymalizacji wysokości poszczególnych warstw w złożu kolumny. W literaturze Józef Nastaj, Tomasz Aleksandrzak, Usuwanie i odzyskiwanie lotnych związków organicznych na wielowarstwowym złożu adsorbentów w cyklicznym procesie adsorpcji zmiennotemperaturowej i zmiennociśnieniowej. Studia literaturowe, Przemysł Chemiczny, 90(3), 2011, 407-411 przedstawiono przegląd literatury dotyczącej odzyskiwania LZO w cyklicznych procesach adsorpcji oraz wykonano przegląd patentów związanych z wielowarstwowym złożem adsorbentów. We wszystkich przedstawionych przypadkach w etapach adsorpcji i desorpcji w cyklicznych procesach adsorpcji strumień gazu był przepuszczany przez złoże kolumny wzdłuż osi kolumny. W przypadku odzyskiwania kilku LZO ze strumienia powietrza powoduje to powstanie ciekłej mieszaniny, którą później należy rozdzielić innymi metodami, np. w procesie destylacji.

Sposób selektywnego rozdziału i odzyskiwania lotnych związków organicznych na nieruchomym, dwuwarstwowym złożu adsorbentów, według wynalazku, polegający na selektywnej adsorpcji i desorpcji poszczególnych lotnych związków organicznych, charakteryzuje się tym, że w etapie desorpcji oddziela się od siebie poszczególne warstwy i gorący gaz inertny przepuszcza się prostopadle do osi kolumny, odrębnie przez każdą z poszczególnych warstw z zaadsorbowanymi lotnymi związkami organicznymi. Poszczególne strumienie ochładza się w celu odzyskania (wykroplenia) poszczególnych LZO. LZO o najmniejszej wielkości cząstek adsorbuje się w pierwszej warstwie złoża, a LZO o wielkości cząstek pośredniej (większej od najmniejszej i mniejszej od największej) adsorbuje się w drugiej warstwie złoża. Selektywna adsorpcja jest osiągnięta poprzez zastosowanie sit molekularnych o odpowiednich oczkach sita. Po etapie selektywnej adsorpcji poszczególne warstwy złoża oddziela się za pomocą separatora w postaci na przykład cienkiej blachy, którą wsuwa się w przestrzeń pomiędzy warstwami bezpośrednio pod rusztem.

Kolumna do selektywnego rozdziału i odzyskiwania lotnych związków organicznych wypełniona dwuwarstwowym złożem adsorbentów oddzielonych od siebie rusztem, wyposażona w zawory na wlocie i wylocie, charakteryzuje się tym, że ma przestrzeń pomiędzy poszczególnymi warstwami złoża, bezpośrednio pod rusztem, w której to przestrzeni w etapie desorpcji umieszcza się separator. Z boku kolumna ma dodatkowo cztery króćce, dwa doprowadzające i dwa odprowadzające gaz inertny. Króćce umożliwiają przepuszczenie gazu bezpośrednio przez każdą z warstw. Kolumna ma kształt prostopadłościanu.

Sposób i urządzanie według wynalazku przedstawione są w przykładzie wykonania i na rysunku, na którym przedstawia schematycznie kolumnę adsorpcyjną w przekroju podłużnym.

PL 233 280 B1

Gazem odlotowym jest mieszanina powietrza oraz trzech LZO: acetonu, toluenu i m-dichlorobenzenu. Promienie tych cząsteczek wynoszą, odpowiednio, 2.746 A, 3.472 A oraz 4.389 A. Układ adsorpcyjny składa się z kolumny ze złożem dwuwarstwowym, pierwszą warstwę 1 stanowią sita molekularne o wielkości oczek 3 A, natomiast drugą warstwę 4 stanowią sita molekularne o wielkości oczek 4 A. Obie warstwy są usypane na rusztach 2 i 5. Kolumna ma przestrzeń pomiędzy poszczególnymi warstwami złoża, bezpośrednio pod rusztem 2, w której to przestrzeni w etapie desorpcji umieszcza się separator 3. Najpierw prowadzony jest etap adsorpcji, podczas którego mieszanina powietrza i LZO (aceton, toluen i m-dichlorobenzen) przepuszczana jest przez złoże wzdłuż osi kolumny przy pomocy króćca K1. W pierwszej warstwie 1 adsorbuje się aceton, mający cząsteczki o promieniu 2.746 A. W drugiej warstwie 4 adsorbuje się toluen, mający cząsteczki o promieniu 3.472 A. Na wyjściu z kolumny, na króćcu K6, uzyskiwana jest mieszanina powietrza z m-dichlorobenzenem, która przepuszczana jest przez układ kriogeniczny w celu ochłodzenia i wykroplenia m-dichlorobenzenu. Następnie przeprowadzany jest etap regeneracji złoża dwuwarstwowego. Dwie warstwy zostają rozdzielone fizycznie, poprzez wprowadzenie w wolną przestrzeń pomiędzy warstwami separatora 3 w postaci cienkiej blachy, w celu uniemożliwienia mieszania się strumieni acetonu i toluenu w etapie desorpcji. Następnie przez dwie warstwy złoża przepuszczany jest strumień gorącego powietrza prostopadle do osi kolumny, za pomocą króćców K3 i K5. Uzyskiwane są w ten sposób dwa osobne strumienie, pierwszy strumień składa się z acetonu i powietrza (króciec K2), natomiast drugi strumień składa się z toluenu i powietrza (króciec K4). Oba strumienie są przepuszczane oddzielnie przez układ kriogeniczny w celu ochłodzenia i odzyskania (wykroplenia) LZO.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób selektywnego rozdziału i odzyskiwania lotnych związków organicznych na nieruchomym, dwuwarstwowym złożu adsorbentów polegający na selektywnej adsorpcji i desorpcji poszczególnych lotnych związków organicznych, znamienny tym, że w etapie desorpcji oddziela się od siebie poszczególne warstwy i gorący gaz inertny przepuszcza się prostopadle do osi kolumny, odrębnie przez każdą z poszczególnych warstw z zaadsorbowanymi lotnymi związkami organicznymi, po czym poszczególne strumienie ochładza się.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że poszczególne warstwy oddziela się od siebie za pomocą separatora, który wsuwa się w przestrzeń pomiędzy warstwami bezpośrednio pod rusztem.
3. 3. Kolumna do selektywnego rozdziału i odzyskiwania lotnych związków organicznych wypełniona dwuwarstwowym złożem adsorbentów oddzielonych od siebie rusztem, wyposażona w zawory na wlocie i wylocie, znamienna tym, że ma przestrzeń pomiędzy poszczególnymi warstwami złoża, bezpośrednio pod rusztem (2), w której to przestrzeni w etapie deso rpcji umieszcza się separator (3), zaś z boku kolumna ma dodatkowo cztery króćce, dwa doprowadzające (K3, K5) i dwa odprowadzające (K2, K4) gaz inertny umożliwiające przepuszczenie gazu przez każdą z warstw.
4. 4. Kolumna według zastrz. 1, znamienna tym, że ma kształt prostopadłościanu.