Új kamerarendszer felügyeli az desztillációt és segít az energia megtakarításában

Markus Lichti (balra) és Jonas Schulz fejlesztik a kamerarendszert. (Fotó: TUK/Thomas Koziel)

A rendszer figyeli a cseppképződést az desztilláció során. (Fotó: TUK/Thomas Koziel)

Az ipari folyamatok során a vegyi keverékek szétválasztása egyedi összetevőikre általában energiaigényes desztillációval történik, például a nyersolaj finomításánál. A Kaiserslautern Műszaki Egyetem (TUK) kutatói egy kamerarendszert fejlesztenek, amely figyeli ezt a folyamatot. Ez méri, hogy alakul-e ki erős cseppeképződés, ami negatívan befolyásolhatja az összetevők szétválasztását. A technológia a jövőben automatikusan tudna ellenintézkedéseket tenni, ha a mérési adatok változnak. Így energiát is lehetne megtakarítani. A Frankfurtban megrendezett Achema folyamattechnológiai kiállításon 11. és 15. június között mutatják be a technológiát Rheinland-Pfalz tartomány kutatói standján (Halle 9.2, Stand A86a).

A desztilláció során folyadékokat párolással és a gőz utáni kondenzációval választanak szét összetevőikre. Egy ismert példa a nyersolaj finomítása, amely során a nyersolaj a nehezebben párolható bitumenig, dízel, kőolaj és könnyebben pároló kerozin vagy benzin felé szétválasztható. „Ez a gyakori eljárás magas energiafogyasztással jár”, mondja Jonas Schulz, aki a Termikus Folyamattechnika tanszéken dolgozik, Prof. Dr. Hans-Jörg Bart vezetése alatt, doktori munkája keretében. Csak az Egyesült Államokban a desztilláció felelős a kémiai ipar termikus szétválasztási eljárásainak energiaszámlájának feléért. Évente több mint 100 milliárd dollár költséget jelent ez.

A TUK mérnökei olyan technikát fejlesztenek, amellyel a jövőben javítható az energiahatékonyság. Egy kamerarendszert alkalmaznak, amely figyeli a folyamatot. „A kémiai iparban a desztillációt ún. szétválasztóoszlopokban végzik”, mondja Markus Lichti, aki szintén részt vesz a projektben. Ezek egyfajta henger alakú berendezések, amelyekben különböző szintek, ún. szétválasztási fokok vannak beépítve. Ezek a szintek a szükséglet szerint különböző kialakításúak lehetnek, például hálószerű felülettel ellátott padlókkal.

A szétválasztási eljárás folyamatos folyamat, amely során a kezdeti lépésben gőzt állítanak elő, amikor a szétválasztandó keveréket a középső részbe vezetik. Ez lefelé halad a padlók között, és az alsó részen melegítik. A gőz végül felfelé emelkedik. Annak érdekében, hogy a reakció ne álljon le, rendszeresen adagolnak keveréket. „A gőz ismét felmelegíti a folyadékot, amely ezután elkezd forrni, és gőzként felfelé halad”, magyarázza Schulz a működési elvet. „Ez lehűl, és folyadékként összegyűlik a következő szinten.” Ennek eredményeként a folyadék összetevői, amelyek alacsonyabb forrásponttal rendelkeznek, ismét párolódnak, és a kolonnában felfelé haladva a következő szétválasztási fokhoz jutnak. Ez a folyamat több szinten keresztül zajlik, amíg a legfelső padlón fel nem gyűlik a legkönnyebben pároló folyadék.

„A desztilláció során mindig keletkeznek szennyeződések, mert a folyadék nem válik megfelelően szét az összetevőkre”, folytatja Lichti. Ennek okai között szerepelhet túl magas gőzáramlás, túl magas nyomás vagy túl kevés folyadék a rendszerben. Előfordulhat például, hogy a folyadék és a gőz nagyon erősen összekeveredik a padlón, így sok csepp a folyékony fázisból a gőzzel együtt felfelé száll. A szakemberek ebben az összefüggésben entrainment-ről beszélnek, amely az angol „to entrain” (magyarul: magával ragad, elszállít) szóból ered. A cseppek a következő padlóra vándorolnak, ahol megmaradnak – például a nyersolaj finomításánál ez a nehéz olaj egy részét a dízelhez juttathatja, ami megváltoztatja kémiai tulajdonságait.

A Kaiserslautern-i kutatók kamerarendszere jövőben segíthet ebben: A kamera egy rozsdamentes acélból készült szondában helyezkedik el, amely védi a forró gőztől. A szondát egy nyíláson keresztül lehet betenni a szétválasztó oszlopba. Ez a nyílás egyfajta fiókhoz hasonló elven működik, ahol a szondát rögzítik. A kamera egy üvegfelületen keresztül lát be a kolonna belsejébe. A kontrasztos felvételek lehetővé tétele érdekében szemben egy másik nyílásban a megvilágítást biztosító technológia is elhelyezésre került. „Rendszerünk úgy van kialakítva, hogy ezeket a betéteket különböző helyeken lehet elhelyezni a szétválasztó oszlopban”, mondja Schulz. Így például a folyamat szélén vagy középen is vizsgálható. „A képek segítségével látjuk, mekkorák a cseppek vagy milyen gyorsan képződnek”, folytatja az mérnök. „Technológiánkkal olyan paramétereket mérhetünk, amelyek eddig nem voltak vizsgálhatók.” A kamerát egy szoftver irányítja, amely kiértékeli a képeket, és meghatározza az entrainment mértékét. Eddig nem voltak kutatások arról, pontosan hogyan zajlik ez a folyamat. A szerzett adatok többek között arra adnak választ, hogy a paramétereket módosítani kell-e a folyamat során.

A jövőben az ipar az automatizált szabályozórendszer szoftverét használhatja, amely automatikusan beavatkozik, ha a mérési adatok eltérnek a normától, és ez segít például a fűtési teljesítmény csökkentésében, így csökkentve a működési költségeket. Emellett a technológia anyagokat takaríthat meg, ha kiderül, hogy bizonyos szétválasztási fokok nem szükségesek vagy túl nagyok.

A kiállításon a Kaiserslautern-i mérnökök a gépészeti és folyamattechnikai tanszék munkatársai mutatják be rendszerüket. A projekt „Cseppek kialakulása és csökkentése anyagcsere készülékekben”, röviden TERESA, keretében zajlik, melyet a Szövetségi Gazdasági és Energiaügyi Minisztérium (BMWi) támogat. A kutatásban részt vesz a Ruhr-Universität Bochum, a Braunschweig Műszaki Egyetem, valamint a Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf. Az ipari partnerek között szerepel többek között az HZDR Innovation GmbH, valamint az Envimac Engineering GmbH, Falk & Thomas Engineering GmbH, Linde AG, Munters-Euroform GmbH, DencoHappel GmbH, Raschig GmbH, RVT Process Equipment GmbH, valamint a Horst Weyer és Partnerek GmbH.