AT11393U1 - DEVICE FOR TREATING GASES, IN PARTICULAR FOR DRYING NATURAL GAS OR BIOGAS - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur Abtrennung von Komponenten eines Gasgemisches mittels Adsorption an einem Feststoffbett und Möglichkeit zur thermischen Regeneration des Feststoffbettes umfassend:- einen Hohlkörper (1), der einen Raum zur Adsorption bildet,- ein in dem Hohlkörper (1) angeordnetes Feststoffbett (4), das geeignet ist, mindestens eine Gaskomponente zumindest teilweise zu adsorbieren,- eine erste Öffnung (2), die geeignet ist, das Gasgemisch in den Hohlkörper (1) einzuführen,- eine zweite Öffnung (3), die geeignet ist, das Gasgemisch aus dem Hohlkörper (1) abzuführen und- mindestens eine Elektrode (5, 6), die mit einem Hochfrequenz (HF)-Generator (8) mit einer Frequenz zwischen 1 und 50 MHz verbunden ist,wobeidie mindestens eine Elektrode ein Teil des gasdichten Hohlkörpers ausbildet und/ oder mit diesem elektrisch leitend verbunden ist und/oder zumindest ein Teil der min¬destens einen Elektrode innerhalb des Feststoffbetts angeordnet ist, und wobei benachbart zur zweiten Öffnung im Feststoffbett ein Feuchtesensor (15) positioniert ist.Device for the separation of components of a gas mixture by means of adsorption on a solid bed and possibility for thermal regeneration of the solid bed comprising: - a hollow body (1) forming a space for adsorption, - a solid bed (4) arranged in the hollow body (1) is suitable to at least partially adsorb at least one gas component, - a first opening (2) which is adapted to introduce the gas mixture into the hollow body (1), - a second opening (3) which is suitable, the gas mixture from the hollow body (1) and at least one electrode (5, 6) connected to a radio frequency (RF) generator (8) with a frequency between 1 and 50 MHz, the at least one electrode forming part of the gas-tight hollow body and / or is electrically conductively connected thereto and / or at least a part of the at least one electrode is arranged within the solid bed, and wherein adjacent to the second Öffnu ng in the solid bed, a humidity sensor (15) is positioned.
Description
österreichisches Patentamt AT 11 393 U1 2010-10-15Austrian Patent Office AT 11 393 U1 2010-10-15
Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Gasgemischen mit dem Ziel der Entfernung von ausgewählten Bestandteilen, enthaltend ein Feststoffbett mit einer Adsorberkomponente, das in der Lage ist, diese Komponenten zumindest temporär anzureichern, welches sich zumindest teilweise im Einflussbereich mindestens einer Elektrode zum Einbringen von Hochfrequenz(HF)-Energie befindet, die wiederum, vorzugsweise über ein elektronisches Anpassnetzwerk, mit einer FIF-Spannungsquelle verbunden ist, um das Festbett dielektrisch zu erwärmen.Description: The invention relates to a device for treating gas mixtures with the aim of removing selected constituents, comprising a solid bed with an adsorber component capable of at least temporarily enriching these components, which is at least partially within the influence of at least one electrode for introducing radio frequency (RF) energy, which in turn, preferably via an electronic matching network, is connected to a FIF voltage source to dielectrically heat the fixed bed.
[0002] Insbesondere kann die Vorrichtung zur Trocknung von Gasen, vorzugsweise Erdgas und Biogas, eingesetzt werden, indem in einer ersten Phase Wasser adsorptiv aus dem Gasstrom entfernt und in einer weiteren Phase das Wasser durch Thermodesorption aus dem Festbett entfernt wird, wobei das Festbett direkt dielektrisch mittels HF-Energie erwärmt wird.In particular, the apparatus for drying gases, preferably natural gas and biogas can be used by water adsorptively removed in a first phase from the gas stream and in a further phase, the water is removed by thermodisorption from the fixed bed, the fixed bed directly is heated dielectrically by means of HF energy.
[0003] Die Stofftrennung mittels Adsorption und nachfolgender thermischer Regeneration des Adsorbermaterials ist ein weit verbreiteter Prozess in der chemischen Verfahrenstechnik. Insbesondere stellt sich diese Aufgabe bei der Behandlung von Erdgas und Biogas, um diese gemäß der technischen Spezifikation in bestehende Gasversorgungsnetze einspeisen zu können.The separation of substances by adsorption and subsequent thermal regeneration of the adsorber is a widespread process in chemical engineering. In particular, this task arises in the treatment of natural gas and biogas in order to feed them into existing gas supply networks according to the technical specification.
[0004] Die Gastrocknung ist beispielsweise zwingend erforderlich, um bei der Druckerhöhung Kondensationserscheinungen zu verhindern. Darüber hinaus kann es durch das Zusammenwirken von Wasser und anderen Gaskomponenten (z.B. H2S im Fall von Biogas) zu unerwünschter Korrosion kommen.The gas drying, for example, is absolutely necessary to prevent condensation in the pressure increase. In addition, the interaction of water and other gas components (e.g., H2S in the case of biogas) can lead to undesirable corrosion.
[0005] Die technische Verwendung von Erdgas und Biogas erfordert darüber hinaus in vielen Fällen die Entfernung von Schwefelverbindungen, Kohlendioxid oder Sauerstoff sowie anderer Komponenten.In addition, the technical use of natural gas and biogas in many cases requires the removal of sulfur compounds, carbon dioxide or oxygen and other components.
[0006] Für die Gastrocknung stehen nach dem Stand der Technik grundsätzlich vor allem drei Verfahrensprinzipien zur Verfügung: Kondensationsverfahren, adsorptive und absorptive Gastrocknungsverfahren wie beispielsweise Glykolwäsche.For gas drying are basically according to the prior art, in principle, three process principles available: condensation method, adsorptive and absorptive gas drying processes such as glycol washing.
[0007] Die erfindungsgemäße Vorrichtung steht im Zusammenhang mit Adsorptionsverfahren zur Gastrennung. Das Grundprinzip besteht hierbei darin, dass die entsprechenden Gasbestandteile am Adsorber gebunden werden. Dies geschieht in der Regel bei relativ niedriger Temperatur, meist Umgebungstemperatur. Im Ergebnis verlässt ein Gasstrom das Feststoffbett, in dem die entsprechende Komponente abgereichert ist. Um eine quasi-kontinuierliche Prozessführung zu gewährleisten, muss die Adsorberkomponente wieder regeneriert werden. Die hierfür etabliertesten Verfahren beruhen auf der Desorption durch Druckabsenkung oder Temperaturerhöhung. Nach der Regenerierung und Ausschleusung der desorbierten Stoffe steht das Festbett wieder für die adsorptive Reinigung bzw. Gastrennung zur Verfügung.The device according to the invention is associated with adsorption processes for gas separation. The basic principle here is that the corresponding gas components are bound to the adsorber. This usually happens at relatively low temperature, usually ambient temperature. As a result, a gas stream leaves the solid bed in which the corresponding component is depleted. To ensure quasi-continuous process control, the adsorber component must be regenerated again. The most established methods for this purpose are based on desorption by reducing the pressure or increasing the temperature. After the regeneration and discharge of the desorbed substances, the fixed bed is again available for adsorptive cleaning or gas separation.
[0008] Eine weitere Möglichkeit der Entfernung bestimmter Gaskomponenten aus einem Gemisch besteht darin, diese Stoffe reaktiv umzuwandeln. Hierfür werden in der Regel katalytische Reaktionen eingesetzt. Ein Beispiel ist die Entfernung von Sauerstoffspuren aus Erd- oder Biogas unter Verwendung eines Edelmetallkatalysators, der die Oxidation katalysiert. Dieser Prozess findet meist bei erhöhter Temperatur statt.Another way of removing certain gas components from a mixture is to reactively convert these substances. For this purpose, catalytic reactions are usually used. One example is the removal of oxygen traces from natural gas or biogas using a noble metal catalyst that catalyzes the oxidation. This process usually takes place at elevated temperature.
[0009] Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll dazu dienen, in einem Feststoffbett, das zur Behandlung von Gasgemischen dient, effizient Energie einzubringen, um Desorptions- und Reaktionsprozesse zu initiieren.The device according to the invention serves to efficiently introduce energy into a bed of solids, which serves for the treatment of gas mixtures, in order to initiate desorption and reaction processes.
[0010] Temperaturwechselverfahren sind technisch etabliert, jedoch ist die Erwärmung von Feststoffbetten im Vergleich zur Erwärmung fluider Medien komplizierter, da die Wärmeleitung innerhalb des Bettes in der Regel geringer ist. So ist der Wärmetransport zwischen den Partikeln eingeschränkt, da er vorzugsweise über die Berührungsflächen erfolgt. Wird die Wärme über Wände oder Heizelemente eingebracht, so wirkt der Wärmeübergang über die Grenzflächen in die Schüttung begrenzend. 1/14 österreichisches Patentamt AT 11 393 U1 2010-10-15 [0011] Alternativ werden Feststoffbetten über den Trägergasstrom erwärmt. Hier ist allerdings die geringe Wärmekapazität des Gases für die erzielbaren Aufheizraten limitierend. Die Konzentration der freigesetzten Schadstoffe ist an den zur Erwärmung notwendigen Trägergasstrom gekoppelt. Dies führt zu einer in vielen Fällen unerwünschten Verdünnung. Beispielsweise kann die nachfolgende katalytische Oxidation von organischen Schadstoffen, die aus dem Adsorber durch Erwärmung erfolgt, auf Grund der Verdünnung nicht mehr autotherm, das heißt energieeffizient, erfolgen.Temperature cycling processes are technically established, but the heating of solid beds in comparison to the heating of fluid media is more complicated because the heat conduction within the bed is usually lower. Thus, the heat transfer between the particles is limited, since it preferably takes place via the contact surfaces. If the heat is introduced via walls or heating elements, the heat transfer via the boundary surfaces into the bed restricts. Alternatively, solid beds are heated via the carrier gas stream. Here, however, the low heat capacity of the gas for the achievable heating rates is limiting. The concentration of released pollutants is coupled to the carrier gas flow necessary for heating. This leads to an undesirable dilution in many cases. For example, the subsequent catalytic oxidation of organic pollutants, which takes place from the adsorber by heating, due to the dilution no longer autothermal, that is, energy-efficient, take place.
[0012] Eine thermische Regeneration mit Wasserdampf, die oft im Fall von mit organischen Stoffen beladener Aktivkohle zum Einsatz kommt, ist für die vorliegenden Anwendungen zur Gasbehandlung nicht geeignet.A thermal regeneration with water vapor, which is often used in the case of organic carbon loaded activated carbon, is not suitable for the present applications for gas treatment.
[0013] Die direkte dielektrische Erwärmung fester Medien wird seit einigen Jahren als innovative und erfolgversprechende Alternative zu konventionellen Verfahren diskutiert. Der wesentliche Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass der Energieeintrag nicht an ein fluides Hilfsmedium (z.B. einen Trägergasstrom) gekoppelt ist, sondern direkt „stoffstromfrei" erfolgt. Bisher konnte sich allerdings nur in einigen Teilbereichen die Mikrowellen(MW)-Erwärmung durchsetzen. Ursache hierfür ist die Tatsache, dass die Homogenität der erreichten Temperaturprofile nur für kleine Volumina (im cm3-Bereich) akzeptabel ist und dass für viele Medien die Eindringtiefen der MW-Strahlung zu gering für eine technische Anwendung sind. Darüber hinaus ändern wasserhaltige Matrices mit sich ändernder Feuchte ihre dielektrischen Eigenschaften signifikant. Außerdem ist im Mikrowellenbereich die Möglichkeit der Energieeinkopplung an sich meist an das Vorhandensein von Wasser gekoppelt. Dies führt dazu, dass trockene Materialien oder Materialien mit geringer Feuchte oft mit Mikrowellen nicht erwärmt werden können. Darüber hinaus ist es in der Regel nicht möglich, die elektromagnetischen Wellen während des Prozesses mit sich ändernder Feuchte des Adsorbers stets effizient einzukoppeln. Das Resultat ist in der Regel eine Reflexion der elektromagnetischen Wellen nach Austrocknung des Materials, so dass die emittierte Energie nicht mehr zur Erwärmung des Festbettes führt.The direct dielectric heating of solid media has been discussed for some years as an innovative and promising alternative to conventional methods. The essential advantage of this method is that the energy input is not coupled to a fluid auxiliary medium (e.g., a carrier gas stream), but is directly " stream-free " he follows. So far, however, only in some areas, the microwave (MW) heating prevail. The reason for this is the fact that the homogeneity of the achieved temperature profiles is acceptable only for small volumes (in the cm3 range) and that for many media the penetration depths of the MW radiation are too low for a technical application. In addition, hydrous matrices with changing humidity significantly change their dielectric properties. In addition, in the microwave range, the possibility of energy coupling is usually coupled to the presence of water. As a result, dry or low moisture materials often can not be heated with microwaves. In addition, it is usually not possible to always efficiently couple the electromagnetic waves during the process with changing humidity of the adsorber. The result is usually a reflection of the electromagnetic waves after drying of the material, so that the emitted energy no longer leads to heating of the fixed bed.
[0014] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die beschriebenen Nachteile nach dem Stand der Technik zu überwinden und eine Vorrichtung bereitzustellen, die es erlaubt, Feststoffbetten unterschiedlicher Materialien mit variabler Feuchte und Polarität energieeffizient und bei Bedarf homogen zu erwärmen, um unterschiedliche thermisch initiierte Prozesse wie Desorption im Allgemeinen, Regeneration von zur Gastrocknung verwendeten Festbetten im Besonderen sowie katalytische Umsetzungen von adsorbierten Substanzen zu ermöglichen.The object of the present invention is to overcome the described disadvantages of the prior art and to provide a device that allows solids beds of different materials with variable humidity and polarity energy efficient and, if necessary, to heat homogeneously to different thermally initiated To enable processes such as desorption in general, regeneration of fixed beds used for gas drying in particular and catalytic reactions of adsorbed substances.
[0015] Die Aufgabe der Erfindung wird gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst. Die Unteransprüche beinhalten bevorzugte Ausführungsformen.The object of the invention is achieved according to the independent claim. The subclaims contain preferred embodiments.
[0016] Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Abtrennung von Komponenten eines Gasgemisches mittels Adsorption an ein Feststoffbett bereitgestellt, die einen gasdichten Hohlkörper, der einen Reaktionsraum zur Adsorption bildet, ein in dem gasdichten Hohlkörper angeordnetes Feststoffbett, das geeignet ist, mindestens eine Gaskomponente zumindest teilweise zu adsorbieren, eine erste Öffnung, die geeignet ist, das Gasgemisch in den gasdichten Hohlkörper einzuführen, eine zweite Öffnung, die geeignet ist, das Gasgemisch aus dem gasdichten Hohlkörper abzuführen und mindestens eine Elektrode, die mit einem Hochfrequenz (HF)-Generator verbunden ist, umfasst, wobei die mindestens eine Elektrode ein Teil des gasdichten Hohlkörpers ist und/oder zumindest ein Teil der mindestens einen Elektrode innerhalb des Feststoffbetts angeordnet ist und wobei benachbart zur zweiten Öffnung im Feststoffbett ein Feuchtesensor positioniert ist. Der Begriff „gasdicht" wird hier und im Folgenden so verstanden, dass der parasitäre, den Behälter ungewollt verlassende Gasstrom sehr klein im Vergleich zu dem durch die dafür vorgesehenen Öffnungen tretenden Gasstrom ist. Insbesondere umfasst der den Behälter ungewollt verlassene Gasstrom weniger als 10%, vorzugsweise weniger als 3 %, noch bevorzugter weniger als 0,3 % des durch die dafür vorgesehenen Öffnungen tretenden Gasstromes.According to the invention an apparatus for separating components of a gas mixture by adsorption to a solid bed is provided, which forms a gas-tight hollow body, which forms a reaction space for adsorption, arranged in the gas-tight hollow body solid bed, which is suitable at least one gas component at least partially Adsorbieren, a first opening which is adapted to introduce the gas mixture in the gas-tight hollow body, a second opening which is adapted to discharge the gas mixture from the gas-tight hollow body and at least one electrode which is connected to a high frequency (RF) generator, wherein the at least one electrode is a part of the gas-tight hollow body and / or at least a part of the at least one electrode is disposed within the solid bed and wherein adjacent to the second opening in the solid bed, a humidity sensor is positioned. The term "gas-tight" is here and below understood that the parasitic, the container unintentionally leaving the gas stream is very small compared to the passing through the openings provided for gas flow. In particular, the gas stream unintentionally left the container comprises less than 10%, preferably less than 3%, more preferably less than 0.3% of the gas stream passing through the openings provided for this purpose.
[0017] Erfindungsgemäß besteht die Anordnung also aus einem Reaktorraum, der zumindest einen Eingang und zumindest einen Ausgang für den Gasstrom aufweist und worin ein Fest- 2/14 österreichisches Patentamt AT 11 393 U1 2010-10-15 stoffbett, welches mindestens eine Gaskomponente zumindest teilweise adsorbieren kann, angeordnet ist. Das Feststoffbett befindet sich zumindest teilweise im Einflussbereich der mindestens einen Elektrode, die wiederum mit einem HF-Generator verbunden ist. Zwischen der mindestens einen Elektrode und dem FIF-Generator ist vorzugsweise ein elektronisches Anpassnetzwerk angeordnet, das den Abgleich der variablen Impedanz des Feststoffbettes an den Innenwiderstand des HF-Generators ermöglicht.According to the invention, the arrangement thus consists of a reactor space, which has at least one inlet and at least one outlet for the gas stream and in which a solid bed, which at least one gas component at least can partially adsorb, is arranged. The solid bed is at least partially in the area of influence of the at least one electrode, which in turn is connected to an RF generator. Between the at least one electrode and the FIF generator, an electronic matching network is preferably arranged, which enables the adjustment of the variable impedance of the solid bed to the internal resistance of the HF generator.
[0018] Vorzugsweise sind die erste Öffnung und die zweite Öffnung einander gegenüberliegend an dem gasdichten Hohlkörper angeordnet. An der ersten Öffnung können wahlweise Mittel zum Zuführen des Gasgemisches und an der zweiten Öffnung Mittel zum Abführen des Gasgemisches angeordnet sein. Die Mittel zum Zuführen und zum Abführen des Gasgemisches sind derart ausgestaltet, dass sie geeignet sind, einen kontinuierlichen Gasstrom zu realisieren.Preferably, the first opening and the second opening are arranged opposite one another to the gas-tight hollow body. Means for supplying the gas mixture and at the second opening may be arranged at the first opening means for discharging the gas mixture. The means for supplying and discharging the gas mixture are designed such that they are suitable for realizing a continuous gas flow.
[0019] Die erste und zweite Öffnung an dem gasdichten Hohlkörper dienen im Wesentlichen der Zu- und Abfuhr des Gasstroms. Daher ist der Querschnitt der Öffnungen vergleichsweise klein gegenüber der Gesamtoberfläche des Hohlkörpers. Vorzugsweise ist die Querschnittsfläche der ersten oder zweiten Öffnung kleiner als je 20 %, vorzugsweise kleiner als je 10 %, noch bevorzugter kleiner als je 5 % der Oberfläche des gasdichten Hohlkörpers. Erfindungsgemäß kann der Hohlkörper weitere Öffnungen, beispielsweise zum Einbringen von Sensoren oder ähnlichem aufweisen.The first and second openings on the gas-tight hollow body essentially serve the supply and removal of the gas stream. Therefore, the cross section of the openings is comparatively small compared to the total surface of the hollow body. Preferably, the cross-sectional area of the first or second opening is less than 20% each, preferably less than 10% each, more preferably less than 5% each of the surface of the gas-tight hollow body. According to the invention, the hollow body may have further openings, for example for introducing sensors or the like.
[0020] Der gasdichte Hohlkörper ist erfindungsgemäß zumindest zu 50 %, vorzugsweise zu 70 %, noch bevorzugter zu 90 % mit dem Feststoffbett ausgefüllt. Bei dem Feststoffbett handelt es sich vorzugsweise um ein Schüttbett aus festen Partikeln. In anderen bevorzugten Varianten werden jedoch auch Feststoffe als keramische Formkörper, besonders bevorzugt als Wabenkörper, eingesetzt. Grundsätzlich sind in diesem Zusammenhang alle Anordnungen geeignet, die einen ausreichenden Kontakt des Gasstromes mit dem Festkörper realisieren. Im Weiteren wird jedoch für alle Optionen der einheitliche Begriff Feststoffbett verwendet.The gas-tight hollow body according to the invention at least 50%, preferably to 70%, more preferably filled to 90% with the solid bed. The solid bed is preferably a packed bed of solid particles. In other preferred variants, however, solids are also used as ceramic shaped bodies, particularly preferably as honeycomb bodies. Basically, all arrangements are suitable in this context, which realize a sufficient contact of the gas stream with the solid. In the following, however, the common term solid bed is used for all options.
[0021] In einer bevorzugten Anordnung ist die mindestens eine Elektrode derart in dem gasdichten Hohlkörper angeordnet, dass sie zu mindestens 50 %, vorzugsweise zu mindestens 70 %, noch bevorzugter zu mindestens 90 % in dem Feststoffbett oder entlang des Feststoffbetts angeordnet ist. Somit durchspannt die mindestens eine Elektrode das Feststoffbett erfindungsgemäß entlang seiner größten räumlichen Ausdehnung zu mindestens 50 %, vorzugsweise zu mindestens 70 %, noch bevorzugter zu mindestens 90 %.In a preferred arrangement, the at least one electrode is arranged in the gas-tight hollow body such that it is arranged at least 50%, preferably at least 70%, more preferably at least 90% in the solid bed or along the bed of solids. Thus, according to the invention, the at least one electrode traverses the solid bed along its greatest spatial extent to at least 50%, preferably to at least 70%, more preferably to at least 90%.
[0022] In einer weiteren bevorzugten Anordnung ist die mindestens eine Elektrode senkrecht zur Achse des Reaktorkörpers angeordnet. In diesem Fall nimmt die mindestens eine Elektrode erfindungsgemäß mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 70 %, noch bevorzugter mindestens 90 % des Feststoffbett-Querschnittes ein.In a further preferred arrangement, the at least one electrode is arranged perpendicular to the axis of the reactor body. In this case, the at least one electrode according to the invention assumes at least 50%, preferably at least 70%, more preferably at least 90%, of the solids bed cross-section.
[0023] In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem gasdichten Hohlkörper in seiner äußeren Form um einen Zylinder. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich um einen Quader. Bevorzugte Ausführungsformen sind weiterhin dadurch charakterisiert, dass der Querschnitt senkrecht zur Strömungsrichtung sich über den Reaktor nicht wesentlich (vorzugsweise weniger als 30 %, noch bevorzugter weniger als 10 %) ändert. Die Erfindung ist jedoch grundsätzlich nicht an eine bestimmte Form des gasdichten Hohlkörpers und somit des Feststoffbettes gebunden, es sind auch beliebige andere Geometrien möglich, ohne dass die Funktionsfähigkeit der Anordnungen eingeschränkt würde.In a preferred embodiment, the gas-tight hollow body in its outer shape is a cylinder. In a further preferred embodiment, it is a cuboid. Preferred embodiments are further characterized in that the cross section perpendicular to the flow direction does not change significantly (preferably less than 30%, more preferably less than 10%) across the reactor. However, the invention is basically not bound to a specific shape of the gas-tight hollow body and thus the solid bed, there are also any other geometries possible without the functionality of the arrangements would be limited.
[0024] Grundfläche und Deckfläche des zylinderförmigen gasdichten Hohlkörpers sind in einer bevorzugten Ausgestaltung als isolierende Bauteile ausgearbeitet, wobei die isolierenden Bauteile auch perforiert ausgelegt und damit gasdurchlässig sein können. Isolierend bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die HF-Leitfähigkeit der Materialien vernachlässigbar ist. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die erste Öffnung oder die zweite Öffnung auf der (isolierenden) Grundfläche bzw. der (isolierenden) Deckfläche des zylinderförmigen gasdichten Hohlkörpers angeordnet bzw. diese Öffnungen werden durch perforierte Materialien in ihrer Gesamtheit realisiert. 3/14 österreichisches Patentamt AT 11 393 U1 2010-10-15 [0025] In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Variante ist die mindestens eine Elektrode mit dem Hohlkörper, insbesondere mit der Schirmung bzw. dem Außenmantel des Reaktors, elektrisch leitend verbunden. In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Variante ist der Hohlkörper oder ein Teil des Hohlkörpers selbst die erfindungsgemäße Elektrode. In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung stellt die mindestens eine Elektrode eine Grundfläche des zylinderförmigen oder quaderförmigen Hohlkörpers dar. Vorzugsweise kann diese Elektrode gasdurchlässig oder perforiert ausgestaltet sein.Base and top surface of the cylindrical gas-tight hollow body are worked out in a preferred embodiment as insulating components, wherein the insulating components can also be designed perforated and thus gas permeable. Insulating in this context means that the RF conductivity of the materials is negligible. In a further preferred embodiment, the first opening or the second opening on the (insulating) base surface or the (insulating) top surface of the cylindrical gas-tight hollow body are arranged or these openings are realized by perforated materials in their entirety. In a preferred variant of the invention, the at least one electrode is electrically conductively connected to the hollow body, in particular to the shielding or the outer jacket of the reactor. In a preferred variant of the invention, the hollow body or a part of the hollow body itself is the electrode according to the invention. In another preferred embodiment, the at least one electrode is a base of the cylindrical or cuboid hollow body. Preferably, this electrode can be designed to be gas permeable or perforated.
[0026] Vorzugsweise werden die Elektroden paarweise eingesetzt. Erfindungsgemäß werden die Elektroden dann mit einer hochfrequenten Wechselspannung gespeist, wobei eine der Elektroden als kalte Elektrode und eine Elektrode als heiße Elektrode bezeichnet wird. Als kalte Elektrode wird dabei die geerdete Elektrode definiert. In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist die kalte Elektrode mit dem Außenmantel des Hohlkörpers elektrisch leitend verbunden bzw. der Außenmantel stellt selbst die kalte Elektrode dar.Preferably, the electrodes are used in pairs. According to the invention, the electrodes are then supplied with a high-frequency alternating voltage, wherein one of the electrodes is referred to as a cold electrode and an electrode as a hot electrode. The grounded electrode is defined as the cold electrode. In a particularly preferred embodiment variant, the cold electrode is electrically conductively connected to the outer jacket of the hollow body, or the outer jacket itself constitutes the cold electrode.
[0027] In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind mehr als zwei Elektroden vorgesehen, die mit einer hochfrequenten Wechselspannung gespeist werden. Vorzugsweise sind eine heiße und mehrere kalten Elektroden vorgesehen.In a further embodiment of the invention, more than two electrodes are provided, which are fed with a high-frequency AC voltage. Preferably, one hot and a plurality of cold electrodes are provided.
[0028] Kalte und heiße Elektroden sind vorzugsweise mit dem elektronischen Anpassnetzwerk verbunden und zwischen beiden Elektroden befindet sich das Feststoffbett oder zumindest ein Teil des Feststoffbettes.Cold and hot electrodes are preferably connected to the electronic matching network and between the two electrodes is the solid bed or at least part of the solid bed.
[0029] Als Elektroden werden vorzugsweise Stab- oder Plattenelektroden eingesetzt. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden parallele Plattenelektroden verwendet. Parallele Plattenelektroden gewährleisten für homogene Feststoffbetten ein Temperaturprofil mit geringen Gradienten und sind somit für eine homogene Erwärmung am besten geeignet.As electrodes preferably rod or plate electrodes are used. In a particularly preferred embodiment of the invention, parallel plate electrodes are used. Parallel plate electrodes ensure a temperature profile with small gradients for homogeneous solid beds and are thus most suitable for homogeneous heating.
[0030] Erfindungsgemäß können die Elektroden auch koaxial angeordnet werden. Eine Koaxialanordnung ist am besten geeignet, um die elektromagnetische Abstrahlung in die Umgebung zu verringern. In diesem Fall befindet sich das Feststoffbett zwischen einer äußeren zylindrischen Mantelelektrode, die vorzugsweise als kalte Elektrode geschaltet ist, und einer stab- oder rohrförmigen Innenelektrode, die vorzugsweise als heiße Elektrode fungiert. Die Anordnung stellt somit einen Zylinderkondensator dar. Obwohl die radial nach außen abnehmende elektrische Feldstärke zu einer inhomogenen Erwärmung führt, kann durch Wärmetransportprozesse im Festbett eine ausreichende Temperaturkonstanz überdas Festbett gewährleistet werden.According to the invention, the electrodes can also be arranged coaxially. A coaxial arrangement is best suited to reduce the electromagnetic radiation into the environment. In this case, the solid bed is located between an outer cylindrical jacket electrode, which is preferably connected as a cold electrode, and a rod or tubular inner electrode, which preferably acts as a hot electrode. The arrangement thus represents a cylindrical capacitor. Although the radially outwardly decreasing electric field strength leads to an inhomogeneous heating, a sufficient temperature stability over the fixed bed can be ensured by heat transfer processes in a fixed bed.
[0031] Die Wahl der Elektrodengeometrie, von denen noch weitere Varianten möglich sind, wird durch die Anforderungen des jeweiligen Prozesses bestimmt (notwendige Temperaturhomogenität, mechanische Anforderungen an die Anordnung, zu erzielende Aufheizraten usw.). Vorzugsweise werden die beiden Elektroden durch isolierende, gegebenenfalls perforierte Bauteile separiert.The choice of the electrode geometry, of which further variants are possible, is determined by the requirements of the respective process (necessary temperature homogeneity, mechanical requirements of the arrangement, heating rates to be achieved, etc.). Preferably, the two electrodes are separated by insulating, optionally perforated components.
[0032] Die Elektroden sind erfindungsgemäß mit dem HF-Generator, der hochfrequente Spannungen mit einer Frequenz zwischen 1 und 50 MHz zur Verfügung stellt, über ein elektronisches Anpassnetzwerk, die so genannte Matchbox, verbunden. Das elektronische Anpassnetzwerk erlaubt den Abgleich der variablen Impedanz des Feststoffbettes an den Innenwiderstand des HF-Generators und ermöglicht somit eine reflexionsfreie Übertragung der HF-Energie vom Generator in das Feststoffbett. Damit besteht im Gegensatz zu konventionellen Mikrowellenanlagen die Möglichkeit einer sehr energieeffizienten Erwärmung des Feststoffbettes und die abgegebene HF-Energie kann nahezu vollständig in Prozesswärme umgewandelt werden. Besonders bevorzugt ist die Verwendung von Frequenzen, die für die Anwendung für den industriellen, wissenschaftlichen und medizinischen Bereich freigegeben sind, wie beispielsweise ISM-Frequenzen von 13,56 oder 27 MHz.According to the invention, the electrodes are connected to the HF generator, which provides high-frequency voltages with a frequency between 1 and 50 MHz, via an electronic matching network, the so-called matchbox. The electronic matching network allows the adjustment of the variable impedance of the solid bed to the internal resistance of the HF generator and thus allows a reflection-free transmission of the RF energy from the generator into the solid bed. This is in contrast to conventional microwave systems, the possibility of a very energy-efficient heating of the solid bed and the emitted RF energy can be almost completely converted into process heat. Particularly preferred is the use of frequencies released for the industrial, scientific and medical applications, such as 13.56 or 27 MHz ISM frequencies.
[0033] Vorzugsweise enthält die Anordnung ferner mindestens einen faseroptischen Temperatursensor, der mit einem Auswertegerät verbunden ist. Vorzugsweise befinden sich des Weiteren im Anstrombereich und/oder im Abstrombereich des Gasgemisches Sensoren zur Charak- 4/14 österreichisches Patentamt AT 11 393 U1 2010-10-15 terisierung der Gaszusammensetzung. In einer bevorzugten Variante der Anordnungen sind die einzelnen Sensoren und Auswertegeräte mit einem Personalcomputer mit Prozessleitsystem verbunden. In einer bevorzugten Variante der Vorrichtung ist vor dem Ende des Feststoffbettes ein Feuchtesensor positioniert, der den Beladungszustand des Adsorbers detektiert und einen bevorstehenden Durchbruch der Wasserbeladungsfront anzeigt.Preferably, the arrangement further includes at least one fiber optic temperature sensor which is connected to an evaluation device. In addition, sensors for the characterization of the gas composition are preferably located in the paint area and / or in the downstream area of the gas mixture. In a preferred variant of the arrangements, the individual sensors and evaluation devices are connected to a personal computer with a process control system. In a preferred variant of the device, a moisture sensor is positioned before the end of the solid bed, which detects the loading state of the adsorber and indicates an imminent breakthrough of the water loading front.
[0034] Optional befindet sich im Zustrom zum Reaktor oder im Eingangsbereich des Reaktors ein Mittel zur Zugabe und/oder Dosierung eines Übertragungsmediums. Das Mittel zum Einbringen eines Übertragungsmediums kann zum Initiieren eines thermochromatographischen Pulses eingesetzt werden. Vorzugsweise wird als Übertragungsmedium Wasser verwendet. Der thermo-chromatographische Puls ist nicht nur für die Thermodesorption von adsorbierten organischen Gaskomponenten oder zur Initiierung einer katalysierten Reaktion geeignet. Der thermo-chromatographische Puls kann auch für Trocknungsprozesse eingesetzt werden, wenn das Feststoffbett nicht bis zum Erreichen der Beladungskapazität beladen worden ist. In diesem Fall können die Wasserinjektion und der entstehende Puls zu einem zusätzlichen Austrag von Wasser aus dem Festbett führen.Optionally, in the feed to the reactor or in the inlet region of the reactor there is a means for adding and / or metering a transfer medium. The means for introducing a transmission medium can be used to initiate a thermochromatographic pulse. Preferably, water is used as the transfer medium. The thermochromatographic pulse is not only suitable for the thermal desorption of adsorbed organic gas components or for the initiation of a catalyzed reaction. The thermochromatographic pulse can also be used for drying processes, if the solid bed has not been loaded until reaching the loading capacity. In this case, the water injection and the resulting pulse can lead to an additional discharge of water from the fixed bed.
[0035] Als Feststoffbettmaterialien werden vorzugsweise adsorptive Substanzen, wie Aktivkohle, Zeolithe unterschiedlicher Struktur oder poröse Metalloxide sowie Mischungen davon verwendet. Sie weisen vorzugsweise eine hohe Porosität mit großen spezifischen Oberflächen (typischerweise mehr als 100 m2/g, bevorzugter mehr als 200 m2/g) auf. In vielen Fällen wird diesen Materialien vor dem Verpressen ein Bindemittel beigemischt, um eine bessere mechanische Stabilität zu erreichen. Im Folgenden werden diese Mischmaterialien jedoch vereinfachend so bezeichnet wie die sorptionsaktive Komponente.As solid bed materials adsorptive substances such as activated carbon, zeolites of different structure or porous metal oxides and mixtures thereof are preferably used. They preferably have a high porosity with large specific surface areas (typically more than 100 m2 / g, more preferably more than 200 m2 / g). In many cases, a binder is added to these materials before pressing in order to achieve better mechanical stability. In the following, however, these mixed materials are referred to simply as the sorption-active component.
[0036] In einer bevorzugten Variante zur Gastrocknung handelt es sich um hydrophile Zeolithe, besonders bevorzugt sind dabei die Zeolithe 3A, 4A, NaY und 13X. In einer anderen bevorzugten Variante zur Entfernung von hydrophoben Stoffen wie beispielsweise unpolaren organischen Verbindungen aus dem Gasstrom werden hydrophobe Materialien verwendet. Besonders bevorzugt ist hier der Einsatz eines Feststoffbettmaterials, das einen dealuminierten Y-Zeolithen mit hohem Si/Al-Verhältnis enthält.In a preferred variant for gas drying are hydrophilic zeolites, particularly preferred are the zeolites 3A, 4A, NaY and 13X. In another preferred variant for the removal of hydrophobic substances such as nonpolar organic compounds from the gas stream, hydrophobic materials are used. Particularly preferred here is the use of a solid bed material containing a dealuminated Y zeolite high Si / Al ratio.
[0037] Im Fall einer beabsichtigten reaktiven Umsetzung der zuvor adsorbierten Gaskomponente ist der Einsatz einer zusätzlichen Katalysatorkomponente im Feststoffbett vorteilhaft. Als Katalysatoren werden beispielsweise Edelmetalle, vorzugsweise Platin, oder Perowskit oder andere oxidische Materialien eingesetzt. Die Katalysatoren sind vorzugsweise auf porösen Trägermaterialien aufgebracht. Diese porösen Materialien weisen typischerweise Porositäten zwischen 0,2 und 0,7 auf.In the case of an intended reactive conversion of the previously adsorbed gas component, the use of an additional catalyst component in the solid bed is advantageous. Examples of catalysts used are noble metals, preferably platinum, or perovskite or other oxidic materials. The catalysts are preferably applied to porous support materials. These porous materials typically have porosities between 0.2 and 0.7.
[0038] Der Feststoff, der als Adsorber und/oder als Katalysator verwendet wird, ist insbesondere ein Granulat oder anderes Schüttgut, wobei die Korndurchmesser vorzugsweise im Millimeter-Bereich liegen. Erfindungsgemäß besonders geeignet sind Korngrößen im Bereich von 0,1 bis 10 mm, vorzugsweise von 1 bis 5 mm, noch bevorzugter von 1 bis 3 mm.The solid which is used as an adsorber and / or as a catalyst, in particular granules or other bulk material, wherein the grain diameters are preferably in the millimeter range. Particularly suitable according to the invention are particle sizes in the range from 0.1 to 10 mm, preferably from 1 to 5 mm, more preferably from 1 to 3 mm.
[0039] Vorzugsweise wird aus dem Gasgemisch eine anorganische oder organische gasförmige Komponente entfernt. Beispielsweise können Kohlendioxid, Sauerstoff oder Schwefelverbindungen aus zu reinigenden Gasgemischen entfernt werden.Preferably, an inorganic or organic gaseous component is removed from the gas mixture. For example, carbon dioxide, oxygen or sulfur compounds can be removed from gas mixtures to be cleaned.
[0040] Besonders bevorzugt wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Trocknen von Gasgemischen eingesetzt. Die besonders bevorzugt entfernte Substanz ist daher Wasser.The device according to the invention is particularly preferably used for drying gas mixtures. The most preferably removed substance is therefore water.
[0041] Die Regeneration des Adsorbers kann z.B. mittels Radiowellen erfolgen, wobei eine Reduzierung des Druckes in der Vorrichtung erreicht werden kann. In dieser Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Vorrichtung zusätzlich ein Mittel zur Erzeugung von Radiowellen.The regeneration of the adsorber can e.g. by means of radio waves, whereby a reduction of the pressure in the device can be achieved. In this embodiment of the invention, the device additionally comprises a means for generating radio waves.
[0042] Die beschriebene Vorrichtung ermöglicht über den Stand der Technik hinausgehend eine Reihe von Anwendungsoptionen, von denen exemplarisch im Folgenden einige beschrieben werden, um die Funktion der Vorrichtung und die Rolle der Einzelkomponenten näher zu beschreiben. 5/14 österreichisches Patentamt AT 11 393 U1 2010-10-15 [0043] Es versteht sich, dass diese Erfindung nicht auf die spezifischen Vorrichtungen, Zusammensetzungen und Bedingungen beschränkt ist, wie sie hierin beschrieben sind, da diese variieren können. Es versteht sich des Weiteren, dass die vorliegend verwendete Terminologie ausschließlich dem Zweck der Beschreibung besonderer Ausführungsformen dient und nicht den Schutzumfang der Erfindung einschränken soll. Wie vorliegend in der Spezifikation einschließlich der anhängigen Ansprüche verwendet, schließen Wortformen im Singular, wie z. B. "ein", "eine", "einer", "der", „die" oder "das" die Entsprechung im Plural ein, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes vorgibt. Beispielsweise enthält der Bezug auf "ein Mittel zum Dosieren eines Übertragungsmediums" ein einzelnes Mittel oder mehrere Mittel, die wiederum identisch oder verschieden sein können.The described device allows beyond the state of the art a number of application options, some of which are described below by way of example in order to describe the function of the device and the role of the individual components in more detail. It will be understood that this invention is not limited to the specific devices, compositions and conditions described herein as they may vary. It is further understood that the terminology used herein is for the sole purpose of describing particular embodiments and is not intended to limit the scope of the invention. As used herein in the specification including the appended claims, word forms in the singular, such as words, include "&Quot;, " a ", " a ", " the ", " the " or " the " correspondence in the plural, unless the context clearly dictates otherwise. For example, the reference to " includes means for dosing a transmission medium " a single agent or multiple agents, which in turn may be identical or different.
[0044] Die Vorrichtung ermöglicht unterschiedliche Modi des Energieeintrages und insbesondere der Aufheizung des Festbettes und der Realisierung unterschiedlicher Temperaturprofile. Insbesondere ist es möglich, das Festbett im Vergleich zu Alternativen nach dem Stand der Technik homogen und trägergasungebunden zu erwärmen, wobei auch technisch relevante Volumina im Liter- und Kubikmetermaßstab behandelt werden können. Vorzugsweise beträgt das Volumen des Feststoffbetts in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 0,001 bis 100 Kubikmeter, vorzugsweise 0,01 bis 10 Kubikmeter.The device allows different modes of energy input and in particular the heating of the fixed bed and the realization of different temperature profiles. In particular, it is possible to heat the fixed bed in comparison to alternatives according to the prior art homogeneous and carrier gas unbound, with technically relevant volumes in liters and cubic meters can be treated. The volume of the solids bed in a device according to the invention is preferably from 0.001 to 100 cubic meters, preferably from 0.01 to 10 cubic meters.
[0045] Darüber hinaus ist es als Option aber auch möglich, wie bereits beschrieben, durch die Injektion eines Übertragungsmediums einen das Festbett durchwandernden gekoppelten Stoff-strom-Temperatur-Puls, einen so genannten thermo-chromatographischen Puls, zu initiieren. Hierfür wird in den Gasstrom ein Übertragungsmedium, vorzugsweise Wasser, injiziert und zumindest teilweise am Festbettmaterial adsorbiert. Dies führt zu einer verstärkten Absorption von HF-Energie im entsprechenden Bereich des Festbettes, was wiederum zu einer verstärkten Aufheizung führt. Dadurch kommt es zur Desorption des Übertragungsmediums und zum Weitertransport mit dem Gasstrom. Werden kältere Festbettbereiche erreicht, so erfolgt erneut eine Adsorption und eine lokale Überhitzung. Dieser Prozess setzt sich kontinuierlich fort, bis der thermo-chromatographische Puls das Festbett durchlaufen hat und den Ausgang des Reaktors erreicht. Die selektive Temperaturerhöhung ermöglicht es, die gewünschten thermisch initiierten Prozesse wie beispielsweise Regeneration des Festbettes bei der Gastrocknung oder der ad-sorptiven Gastrennung und katalytische Umsetzung von adsorbierten Gaskomponenten sehr energieeffizient zu erreichen.In addition, it is also possible as an option, however, as already described, to initiate a so-called thermochromatographic pulse by the injection of a transfer medium through which the fixed bed passes through a coupled substance-flow-temperature pulse. For this purpose, a transfer medium, preferably water, is injected into the gas stream and at least partially adsorbed on the fixed bed material. This leads to an increased absorption of RF energy in the corresponding area of the fixed bed, which in turn leads to increased heating. This leads to the desorption of the transmission medium and further transport with the gas stream. If colder fixed bed areas are reached, adsorption and local overheating occur again. This process continues continuously until the thermochromatographic pulse has passed through the fixed bed and reaches the exit of the reactor. The selective increase in temperature makes it possible to achieve the desired thermally initiated processes such as regeneration of the fixed bed in the gas drying or the ad-sorptive gas separation and catalytic conversion of adsorbed gas components very energy efficient.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
[0046] Figur 1 Erfindungsgemäße Vorrichtung zur Behandlung von Gasen, insbesondere zurFIG. 1 Device according to the invention for the treatment of gases, in particular for
Trocknung von Erdgas oder Biogas.Drying of natural gas or biogas.
[0047] Figur 2 Bevorzugte Elektrodengeometrien zur Realisierung der dielektrischen Erwär mung eines Feststoffbettes.FIG. 2 Preferred electrode geometries for realizing the dielectric heating of a solid bed.
[0048] Figur 3a Gastrocknung übereinem Feststoffbett des Zeoliths 13X bei Raumtemperatur.Figure 3a gas drying over a solid bed of zeolite 13X at room temperature.
[0049] Figur 3b Thermische Regeneration des Festbettes (Zeolith 13X) mittels Hochfrequenz-FIG. 3b Thermal regeneration of the fixed bed (zeolite 13X) by means of high-frequency
Erwärmung.Warming.
[0050] Figur 4a Gastrocknung übereinem Schüttbett des Zeoliths NaY bei Raumtemperatur.FIG. 4a Gas drying over a packed bed of the zeolite NaY at room temperature.
[0051] Figur 4b Thermische Regeneration des Festbettes (Zeolith NaY) mittels Hochfrequenz-FIG. 4b Thermal regeneration of the fixed bed (zeolite NaY) by means of high frequency
Erwärmung.Warming.
[0052] Ein Realisierungsbeispiel für die erfindungsgemäße Anordnung ist in Figur 1 enthalten. Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Trocknung von Gasen mit den folgenden Komponenten. Ein quaderförmiger Hohlkörper 1 ist mit einem Feststoffbett 4 gefüllt. Durch eine erste Öffnung 2 strömt ein Gasgemisch in das Feststoffbett 4. Durch eine zweite Öffnung 3 verlässt das getrocknete Gas den Hohlkörper 1. Eine heiße Elektrode 6 ist in der Mitte des Feststoffbetts 4 entlang der Längsachse des Hohlkörpers 1 positioniert. Eine kalte Elektrode 5 stellt teilweise den Außenmantel des quaderförmigen Hohlkörpers 1 dar. Als Grundfläche und Deckfläche des Quaders sind perforierte Bauteile 14 angeordnet, welche die Elektroden 5 und 6 6/14 österreichisches Patentamt AT11 393 U1 2010-10-15 gegeneinander isolieren. Die Elektroden 5 und 6 sind über ein elektronisches Anpassnetzwerk 7 mit einem HF-Generator 8 zur Einspeisung von HF-Spannung verbunden. Über einen faseroptischen Temperatursensor 9, der mit einem Auswertegerät 10 verbunden ist, wird die Temperatur im Feststoffbett 4 kontrolliert. Vor der zweiten Öffnung 3, kurz bevor das Gas das Feststoffbett 4 wieder verlässt, ist ein Feuchte-Sensor 15 positioniert. Sensoren zur Charakterisierung der Gaszusammensetzung 12 sind sowohl im Zustrom als auch im Abstrombereich des Gases vorgesehen. Die einzelnen Sensoren und Auswertegeräte sind mit einem Personalcomputer 13 mit Prozessleitsystem verbunden. Ein Mittel zur Dosierung eines Übertragungsmediums 11 zur Initiierung eines thermo-chromatographischen Pulses ist am Beginn des Feststoffbetts 4 angeordnet.An implementation example of the arrangement according to the invention is contained in FIG. FIG. 1 shows an apparatus according to the invention for drying gases with the following components. A cuboid hollow body 1 is filled with a solid bed 4. A gas mixture flows through a first opening 2 into the solid bed 4. The dried gas leaves the hollow body 1 through a second opening 3. A hot electrode 6 is positioned in the middle of the bed of solids 4 along the longitudinal axis of the hollow body 1. A cold electrode 5 partially represents the outer shell of the cuboid hollow body 1. Perforated components 14 which isolate the electrodes 5 and 6 against each other are provided as the base surface and top surface of the cuboid. The electrodes 5 and 6 are connected via an electronic matching network 7 with an RF generator 8 for supplying RF voltage. Via a fiber-optic temperature sensor 9, which is connected to an evaluation device 10, the temperature in the solid bed 4 is controlled. Before the second opening 3, just before the gas leaves the solid bed 4 again, a humidity sensor 15 is positioned. Sensors for characterizing the gas composition 12 are provided both in the inflow and in the outflow region of the gas. The individual sensors and evaluation devices are connected to a personal computer 13 with a process control system. A means for metering a transfer medium 11 for initiating a thermo-chromatographic pulse is arranged at the beginning of the bed of solids 4.
[0053] Figur 2 zeigt bevorzugte Elektrodengeometrien zur Realisierung der dielektrischen Erwärmung des Feststoffbettes 4. Parallele Plattenelektroden können parallel zur Strömungsrichtung angeordnet werden. Dabei ist die heiße Elektrode 6 im Feststoffbett angeordnet. Der Außenmantel des Hohlkörpers 1 stellt teilweise die kalte Elektrode 5 dar (Figur 2a). Eine alternative Variante zeigt Figur 2b. Die parallelen Plattenelektroden sind vertikal zur Strömungsrichtung angeordnet, das Feststoffbett 4 ist zwischen den Elektroden positioniert. Der Gasstrom erreicht und verlässt das Feststoffbett 4 indem er durch die Elektroden 5 und 6 strömt. Dazu sind die Elektroden 5 und 6 gasdurchlässig bzw. perforiert ausgestaltet. Parallele Plattenelektroden gewährleisten für homogene Feststoffbetten ein Temperaturprofil mit geringen Gradienten und sind somit für eine homogene Erwärmung am besten geeignet.FIG. 2 shows preferred electrode geometries for realizing the dielectric heating of the solid bed 4. Parallel plate electrodes can be arranged parallel to the flow direction. In this case, the hot electrode 6 is arranged in the solid bed. The outer shell of the hollow body 1 partially represents the cold electrode 5 (FIG. 2a). An alternative variant is shown in FIG. 2b. The parallel plate electrodes are arranged vertically to the flow direction, the solid bed 4 is positioned between the electrodes. The gas stream reaches and leaves the solid bed 4 by flowing through the electrodes 5 and 6. For this purpose, the electrodes 5 and 6 are gas-permeable or perforated. Parallel plate electrodes ensure a temperature profile with small gradients for homogeneous solid beds and are thus most suitable for homogeneous heating.
[0054] In einer weiteren Ausgestaltung werden die Elektroden koaxial angeordnet (Figur 2c). Die stab- oder rohrförmige heiße Elektrode 6 wird dabei von der kalten Mantelelektrode 5 umschlossen. Das Feststoffbett 4 befindet sich zwischen der Mantelelektrode 5 und der Innenelektrode 6. Eine Koaxialanordnung dieses Aufbaus ist am besten geeignet, um die elektromagnetische Abstrahlung in die Umgebung zu verringern. ANWENDUNGSBEISPIEL 1 [0055] Im Anwendungsbeispiel 1 wird die Vorrichtung dafür genutzt, einen Gasstrom über einen gewissen Zeitraum zu trocknen und anschließend das Adsorberbett, welches aus einem Zeolithen vom Typ 13X besteht, thermisch durch homogene Aufheizung mittels HF-Energie zu regenerieren. Figur 3 zeigt die Ergebnisse.In a further embodiment, the electrodes are arranged coaxially (Figure 2c). The rod-shaped or tubular hot electrode 6 is enclosed by the cold jacket electrode 5. The solid bed 4 is located between the sheath electrode 5 and the inner electrode 6. A coaxial arrangement of this construction is best suited to reduce the electromagnetic radiation into the environment. APPLICATION EXAMPLE 1 In Application Example 1, the apparatus is used to dry a gas stream over a period of time and then thermally regenerate the adsorbent bed, which consists of a 13X zeolite, by homogeneous heating by means of RF energy. Figure 3 shows the results.
[0056] Im Laborversuch wurden 0,8 g des Zeoliths 13X mit einer Körnung zwischen 1 und 3 mm eingesetzt. Der Zeolith wurde über den Gasstrom bis zu einer durchschnittlichen Feuchte von 6,4 Ma.-% beladen, wodurch ein getrockneter Gasstrom das Bett verließ (Figur 3a). Im vorliegenden Fall wurde das Bett teilweise überströmt, um die Desorption besser beobachten zu können. Diese Vorgehensweise weicht von der ab, die in der Praxis zur Gastrocknung zu bevorzugen ist. Hier sollte eine Durchströmung des Festbettes mit möglichst gutem Kontakt zwischen zu trocknendem Gasstrom und Adsorberpartikeln angestrebt werden. Der leichte Temperaturanstieg bei der Trocknung ist auf die Adsorptionswärme des Wassers am Zeolith zurückzuführen. Die Größe m repräsentiert den Massenfluss des Wassers, TProbe gibt die Probentemperatur an einer Messstelle in der Mitte des Feststoffbettes an. Die Differenz zwischen Eingangswert m vor und m naoh entspricht somit der Trocknungseffizienz. Während der Regenerationsphase (thermische Trocknung des Festbettes) wird die Probe mittels Radiowellen (Systemgesamtleistung ca. 100 W, hohe Verluste wegen der Kleinheit der Apparatur) erwärmt. Der Temperaturanstieg war über die Probe gleichmäßig und es wurde relativ schnell ein Plateauwert von ca. 150°C erreicht (Figur 3b). Bei dieser Temperatur erfolgten ein effizienter Wasser-austrag aus dem Festbett und eine regenerative Trocknung des Adsorbers 13X, der anschließend wieder zur Gastrocknung eingesetzt werden kann. Bei diesem Versuch betrug die Restfeuchte des Zeoliths ca. 1,6 Ma.-%. 7/14In the laboratory experiment 0.8 g of zeolite 13X were used with a grain size between 1 and 3 mm. The zeolite was loaded via the gas stream to an average moisture of 6.4 mass%, whereby a dried gas stream left the bed (Figure 3a). In the present case, the bed was partially overflowed to observe the desorption better. This approach differs from that which is preferred in practice for gas drying. Here, a flow through the fixed bed with the best possible contact between the gas stream to be dried and adsorber should be sought. The slight increase in temperature during drying is due to the heat of adsorption of the water on the zeolite. The size m represents the mass flow of the water, TProbe indicates the sample temperature at a measuring point in the middle of the solid bed. The difference between input value m before and m naoh thus corresponds to the drying efficiency. During the regeneration phase (thermal drying of the fixed bed), the sample is heated by means of radio waves (total system power approx. 100 W, high losses due to the small size of the apparatus). The temperature increase was uniform over the sample and it was relatively quickly reached a plateau value of about 150 ° C (Figure 3b). At this temperature, an efficient discharge of water from the fixed bed and a regenerative drying of the adsorber 13X was carried out, which can then be used again for gas drying. In this experiment, the residual moisture content of the zeolite was about 1.6% by mass. 7.14
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