złoża, Materiały Na Studia
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
//-->RZECZPOSPOLITAPOLSKA(12)OPIS PATENTOWY(19)PL202307(13)B1(11)(51) Int.Cl.B01D 53/02 (2006.01)B01J 8/24 (2006.01)(21) Numer zgłoszenia:363819Urząd PatentowyRzeczypospolitej Polskiej(22) Data zgłoszenia:01.12.2003(54)Sposób prowadzenia procesu adsorpcyjnego w złożu stałym z ograniczoną fluidyzacją(73) Uprawniony z patentu:Akademia Górniczo-Hutniczaim. St. Staszica, Kraków, PL(43) Zgłoszenie ogłoszono:13.06.2005 BUP 12/05(72) Twórca(y) wynalazku:Bronisław Buczek, Kraków, PLPiotr Zabierowski, Kraków, PL(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:30.06.2009 WUP 06/09(74) Pełnomocnik:Postołek Elżbieta,Akademia Górniczo-Hutnicza(57)Sposób prowadzenia procesu adsorpcyjnego w złożu stałym z ograniczoną fluidyzacją, polegającyna przepuszczaniu mieszaniny gazów z dołu do góry przez co najmniej jedną kolumnę wypełnionązłożem z ograniczoną fluidyzacją,znamienny tym,żezłoże składa się z gruboziarnistych elementówupakowanego adsorbentu oraz fluidyzujących w jego przestrzeniach międzyziarnowych drobnychcząstek inertnego ciała stałego, przy czym stosunekśrednicydrobnych cząstek fazy fluidalnej dośrednicyadsorbentu jest mniejszy od 0,096, a porowatość fazy fluidalnej wynosi od 0,7 do 1,0 m3/m3.PL 202307 B12PL 202 307 B1Opis wynalazkuPrzedmiotem wynalazku jest sposób prowadzenia procesu adsorpcyjnego w złożu stałymz ograniczoną fluidyzacją, znajdujący zastosowanie głównie do osuszania gazów przemysłowych.Obecność pary wodnej w strumieniach technologicznych instalacji przemysłowych lub zamknię-tych przestrzeniach zbiorników obniża kaloryczność gazów, tworzy korki lodowe, zakłóca warunkitechnologiczne i pracę przyrządów kontrolno-pomiarowych. Z tego względu większość gazów przemy-słowych poddaje się osuszaniu. Gazy przemysłowe, transportowane na znaczne odległości, zawiera-jące wodę w postaci kropel o dużych rozmiarach najpierw poddaje się niskotemperaturowej separacji,usuwającej większość wilgoci, a następnie glikolowej absorpcji.Znane dynamiczne sposoby adsorpcyjnego usuwania niepożądanych składników z gazówprzemysłowych polegają na tym,żegazy przepuszcza się przez co najmniej jedną kolumnę adsorp-cyjną, zawierającą warstwę złoża stałego, ruchomego lub fluidalnego. Jako adsorbenty stosuje sięmiędzy innymi:żelkwasu krzemowego, aktywny tlenek glinu, aktywowany boksyt, zeolity oraz sitamolekularne. W przypadku złoża stałego gaz pozbawiany jest niepożądanych składników podczasprzepływu przez przestrzeń międzyziarnową nieruchomych, upakowanych ziaren adsorbentu, przystosowaniu złoża ruchomego adsorpcja następuje podczas przeciwprądowego przepływu gazu przezporuszającą się warstwę upakowanych ziaren adsorbentu, natomiast stosując złoże fluidalne, drobnecząstki adsorbentu pochłaniają adsorbowane składniki w warstwie rozluźnionej przez przepływającygaz, generujący fazę fluidalną.Stosowanie adsorpcji do osuszania i odgazolinowania gazu ziemnego ujawniono w opisachUS 3477206 i 3514396. Adsorpcję prowadzi się w pionowym adsorberze ze złożem stałym, które sta-nowiżelkwasu krzemowego lub węgiel aktywny. Firma Westvako opracowała ciągły proces oczysz-czania od SO2gazów odlotowych z elektrociepłowni i pieca dopalania instalacji Clausa w złożu fluidal-nym węgla aktywnego. Zanieczyszczony gaz ochładza się do temperatury 120°C, a następnie wpro-wadza częściowo do stref adsorpcji i odparowania.Znane są procesy, wykorzystujące złoże dwuskładnikowe zwane także złożem z ograniczonąfluidyzacją, stanowiące połączenie złoża stałego i fluidalnego.Zostało to ujawnione w artykule Roes A.W.M., Van Swaaij W.P.M., Chem. Eng. Jour., 18, 29,(1979). Proces adsorpcji oraz desorpcji freonu - 12 prowadzono w dwóch aparatach o jednakowejkonstrukcji, pomiędzy którymi krążyły drobne cząstki adsorbentu glinokrzemianowego ośrednicy0,3-0,045 mm w przeciwprądzie do strumienia gazu. Cząstki adsorbentu fluidyzowały w wolnych prze-strzeniach wypełnionych pierścieniami Pall′a, przy czym w pierwszym z aparatów pochłaniały freon - 12,a w drugim uwalniały go w strumieniu gazu regeneracyjnego. W polskim opisie patentowym nr 162 299opisano sposób termicznego rozkładu hydratów soli, polegający na tym,żezłoże elementów stałegonośnika ciepła przemieszczające się grawitacyjnie przez strefę kalcynacji i odwadniania kontaktuje siębezprzeponowo w przeciwprądzie z przemieszczającą się w wolnych przestrzeniach złoża fazą flu-idalną generowaną w strefie odwadniania strumieniem gazu z cząstek surowej soli lub mieszaninysoli odwadnianej, ewentualnie transportowanych pneumatycznie, a w strefie kalcynacji z cząsteksoli lub mieszaniny soli bezwodnej ewentualnie transportowanych pneumatycznie. Odwadnianiesurowej soli lub mieszaniny soli prowadzi się na drodze bezpośredniego przekazywania ciepław strefie odwadniania przez elementy stałego nośnika ciepła ogrzane uprzednio bezprzeponowow strefie kalcynacji.Istotą sposobu prowadzenia procesu adsorpcyjnego w złożu stałym z ograniczoną fluidyzacją,polegającego na przepuszczaniu mieszaniny gazów z dołu do góry przez co najmniej jedną kolumnęwypełnioną złożem z ograniczoną fluidyzacją, charakteryzuje się tym,żezłoże składa się z gruboziar-nistych elementów upakowanego adsorbentu oraz fluidyzujących w jego przestrzeniach międzyziar-nowych drobnych cząstek inertnego ciała stałego, przy czym stosunekśrednicydrobnych cząstek fazyfluidalnej dośrednicyadsorbentu jest mniejszy od 0,096, a porowatość fazy fluidalnej wynosi od 0,7do 1,0 m3/m3.Duże cząstki adsorbentu z uwagi na swoje selektywne właściwości adsorpcyjne pochłaniająwybrane składniki, a drobne cząstki fluidyzujące w ich przestrzeniach międzyziarnowych intensyfikująwymianę masy i ciepła w układzie adsorbent - gaz oraz wymianę ciepła w układzie gruboziarnistyadsorbent - fluidyzujące drobne cząstki - gaz - zewnętrzneścianykolumny.Zaletą sposobu, według wynalazku, jest to,żefluidyzujące drobne cząstki powodują ujednolice-nie temperatur w osi i promieniu warstwy gruboziarnistego adsorbentu, przez co proces adsorpcjiPL 202 307 B13przebiega w warunkach zbliżonych do izotermicznych. Ponadto zastosowanie złoża z ograniczonąfluidyzacją pozwala na wydłużenie jego czasu pracy oraz na zmniejszenie udziału nawet o 10% masygruboziarnistego adsorbentu.Przykład IKolumnę adsorpcyjną wypełniono złożem stałym z ograniczoną fluidyzacją składającym sięz gruboziarnistych cząstek adsorbentu, który stanowi szerokoporowatyżelkwasu krzemowegoośrednicyziaren 3,6 mm oraz cząstek inertnego ciała stałego w postaci szklanych kulek ośredni-cy 88μm.Przez kolumnę od dołu do góry przepuszczano z prędkością 0,185 m/s osuszany gaz,zawierający parę wodną o stężeniu na wejściu 0,403% masowych. Drobne cząstki zfluidyzowanew strumieniu gazu wypełniają wolne przestrzenie pomiędzy grubymi ziarnami wzdłuż całej wyso-kości nieruchomego złoża adsorbentu i zajmują w nim 8% wolnej przestrzeni, zatem porowatośćfazy fluidalnej wynosi 0,92 m3/m3.Podczas procesu adsorpcji, przebiegającego z wydzielaniem się ciepła, fluidyzujące drobno-ziarniste szklane kulki kontaktując się z gruboziarnistym adsorbentem odbierają od nich ciepło, któreprzekazują do przepływającego przez złoże gazu, co powoduje obniżenieśredniejtemperatury złożai jej wyrównanie w jego całej wysokości. Wymiana masy następuje w układzie gaz - adsorbent, a wy-miana ciepła w układzie gruboziarnisty adsorbent - fluidyzujące drobne cząstki - gaz - zewnętrzneścianykolumny.Czas, w którym za kolumną adsorpcyjną w złożu adsorbentu z ograniczoną fluidyzacją odbiera-no osuszony gaz o stężeniu nie przekraczającym 0,020% masowych wynosi 1660 sekund, a minimal-na masa adsorbentu, umożliwiająca usuwanie pary wodnej wynosi 0,739 kg.Dla porównania parę wodną usuwano również w kolumnie adsorpcyjnej wypełnionej złożemstałym, składającym się z gruboziarnistych cząstek adsorbentu, który tanowi szerokoporowatyżelkwasu krzemowego ośrednicyziaren 3,6 mm. Przez kolumnę od dołu do góry przepuszczano z pręd-kością 0,185 m/s osuszany gaz, zawierający parę wodną o stężeniu na wejściu 0,403% masowych.Wymiana masy następuje w układzie gaz - adsorbent, a wymiana ciepła w układzie gruboziarnistyadsorbent - gaz - zewnętrzneścianykolumny.Czas, w którym za kolumną adsorpcyjną w złożu stałym adsorbentu odbierano suszony gazo stężeniu nieprzekraczającym 0,020% masowych na wejściu do złoża, wynosi 1500 sekund, a mini-malna masa adsorbentu, umożliwiająca usuwanie pary wodnej wynosi 0,789 kg.P r z y kła d IIKolumnę adsorpcyjną wypełniono złożem z ograniczoną fluidyzacją składającym się z grubo-ziarnistych cząstek adsorbentu, który stanowi sito molekularne typu 4 A ośrednicyziaren 3,6 mm orazcząstek inertnego ciała stałego w postaci szklanych kulek ośrednicy125μm.Przez kolumnę od dołudo góry przepuszczano z prędkością 0,281 m/s osuszany gaz, zawierający parę wodną o stężeniu nawejściu 1,230% masowych. Drobne cząstki zfluidyzowane w strumieniu gazu wypełniają wolne prze-strzenie pomiędzy grubymi ziarnami wzdłuż całej wysokości nieruchomego złoża adsorbentu i zajmująw nim 1% wolnej przestrzeni, zatem porowatość fazy fluidalnej wynosi 0,99 m3/m3.Podczas egzotermicznego procesu adsorpcji fluidyzujące drobnoziarniste szklane kulki kontak-tując się z gruboziarnistym adsorbentem odbierają od nich ciepło, które przekazują do przepływające-go przez złoże gazu, co powoduje obniżenieśredniejtemperatury złoża i jej wyrównanie w jego całejwysokości. Wymiana masy następuje w układzie gaz - adsorbent, a wymiana ciepła w układzie grubo-ziarnisty adsorbent - fluidyzujące drobne cząstki - gaz - zewnętrzneścianykolumny.Czas, w którym za kolumną adsorpcyjną w złożu adsorbentu z ograniczoną fluidyzacją odbiera-no osuszony gaz o stężeniu nieprzekraczającym 0,062% masowych wynosi 15618 sekund, a mini-malna masa adsorbentu, umożliwiająca usuwanie pary wodnej wynosi 0,311 kg.Dla porównania parę wodną usuwano również w kolumnie adsorpcyjnej wypełnionej złożem sta-łym,składającym się z gruboziarnistych cząstek adsorbentu, który stanowi sito molekularne typu 4Aośrednicyziaren 3,6 mm. Przez kolumnę od dołu do góry przepuszczano z prędkością 0,281 m/sosuszany gaz, zawierający parę wodną o stężeniu na wejściu 1,230% masowych. Wymiana masynastępuje w układzie gaz - adsorbent, a wymiana ciepła w układzie gruboziarnisty adsorbent - gaz -- zewnętrzneścianykolumny.Czas, w którym za kolumną adsorpcyjną w złożu stałym adsorbentu odbierano osuszony gazo stężeniu nieprzekraczającym 0,062% masowych wynosi 15036 sekund a minimalna masa adsor-bentu, umożliwiająca usuwanie pary wodnej wynosi 0,384 kg.4PL 202 307 B1Zastrzeżenie patentoweSposób prowadzenia procesu adsorpcyjnego w złożu stałym z ograniczoną fluidyzacją, polega-jący na przepuszczaniu mieszaniny gazów z dołu do góry przez co najmniej jedną kolumnę wypełnio-ną złożem z ograniczoną fluidyzacją,znamienny tym,żezłoże składa się z gruboziarnistych elemen-tów upakowanego adsorbentu oraz fluidyzujących w jego przestrzeniach międzyziarnowych drobnychcząstek inertnego ciała stałego, przy czym stosunekśrednicydrobnych cząstek fazy fluidalnej dośrednicyadsorbentu jest mniejszy od 0,096, a porowatość fazy fluidalnej wynosi od 0,7 do 1,0 m3/m3.Departament Wydawnictw UP RPCena 2,00 zł.
[ Pobierz całość w formacie PDF ]