DE19641231C2

DE19641231C2 - Adsorber with adjustable microwave desorption system

Info

Publication number: DE19641231C2
Application number: DE1996141231
Authority: DE
Inventors: Dieter Bathen; Henner Schmidt-Traub
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-10-07
Filing date: 1996-10-07
Publication date: 1999-12-09
Anticipated expiration: 2016-10-08
Also published as: DE19641231A1

Description

Es ist bekannt, daß Mikrowellen zur Eintragung von Energie in ein Dielektrikum verwendet werden können. Im Rahmen verfahrenstechnischer Anwendungen wird die zugeführte elektromagnetische Energie u. a. benutzt, um chemische Reaktionen auszulösen und zu un terhalten oder um aus einem Feststoff eine unerwünschte Komponente auszutreiben (Mikrowellen-Trocknung bzw. -Desorption). Insbesondere im Bereich der Trocknung von Lebensmitteln und keramischen Werkstoffen sind industrielle Anwendungen veröffentlicht worden (z. B. Orth/Walter, Mikrowellenerwärmung - Anwendungen in der Industrie, Elek trowärme International 49 (1991) B3, B149-B155).It is known that microwaves are used to introduce energy into a dielectric can be. In the context of process engineering applications, the supplied electromagnetic energy u. a. used to trigger chemical reactions and to un maintain or to drive out an unwanted component from a solid (Microwave drying or desorption). Especially in the area of drying Food and ceramic materials are published in industrial applications (e.g. Orth / Walter, microwave heating - applications in industry, elec trowärme International 49 (1991) B3, B149-B155).

Sowohl im Rahmen der Katalyse als auch bei der Trocknung/Desorption sind bei der Auswahl der Reaktoren verschiedene Konzepte verfolgt worden, die im folgenden skizziert werden sollen.Both in the context of catalysis as well as in the drying / desorption Selection of reactors different concepts have been followed, outlined below should be.

Neben Desorptionskammern, die über Sicherheitsschleusen und durchlaufende Förderbän der befüllt werden (Gebrauchsmuster G 91 03 529.5), werden einfache vertikale Glasroh re, durch die das beladene Adsorbens mittels Schwerkraft gefördert wird (DE 35 11 766 A1), sowie zylindrische Kolonnen verwendet (DE 28 57 134 A1). Zusätzlich werden wabenförmige Adsorber beschrieben, bei denen einzelne Waben von den übrigen getrennt und mittels beweglicher Mikrowellen-Schlitten bestrahlt werden (CA 20 82 690 A1 (Application)).In addition to desorption chambers, which pass through security gates and continuous conveyor belts which are filled (utility model G 91 03 529.5) become simple vertical glass tubes re, through which the loaded adsorbent is promoted by gravity (DE 35 11 766 A1) and cylindrical columns are used (DE 28 57 134 A1). In addition described honeycomb-shaped adsorbers in which individual honeycombs are separated from the rest and are irradiated by means of movable microwave slides (CA 20 82 690 A1 (Application)).

Bei dem in DE 35 11 766 A1 beschriebenen Verfahren handelt es sich um ein Fließbett verfahren, bei dem das durch ein Fallrohr sinkende Adsorbens radial von außen mit Mikrowel len bestrahlt wird. Da hierbei keine Desorptionsfronten durch das Adsorbens laufen, existieren keine Zonen, die unterschiedlich mit Mikrowellen bestrahlt werden müssten. Demzufolge wird in DE 35 11 766 A1 auch kein Mechanismus vorgesehen, um den Ort der Bestrahlung ein zugrenzen. Der Abstrahlbereich des Senders wird nicht geregelt, sondern nur die Leistung des Mikrowellengenerators über eine Temperaturmessung im Fallrohr. Zusätzlich wird die Möglich keit erwähnt, das Gehäuse als Hohlleiter auszuführen und die Mikrowellen im Inneren des Gehäuses zu führen. The method described in DE 35 11 766 A1 is a fluidized bed procedure in which the adsorbent sinking through a downpipe radially from the outside with microwaves len is irradiated. Since no desorption fronts run through the adsorbent, they exist no zones that would have to be irradiated differently with microwaves. As a result DE 35 11 766 A1 also does not provide a mechanism for determining the location of the radiation limit. The emission range of the transmitter is not regulated, only the power of the Microwave generator via a temperature measurement in the downpipe. In addition, the possibility becomes speed mentioned to execute the housing as a waveguide and the microwaves inside the Housing.

Von den Anmeldern dieses Patentes wurde zudem eine Kolonne zum Einbau in Mikrowel lenreaktoren (DE 195 26 628) vorgestellt, bei der die Mikrowellen radial von außen dem System zugeführt werden und der Wirkungsgrad des Prozesses durch Einbau eines Reflek tors gesteigert wird.The applicants of this patent also developed a column for installation in microwaves lenrea reactors (DE 195 26 628) presented, in which the microwaves radially from the outside System can be fed and the efficiency of the process by installing a reflect tors is increased.

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Adsorber-System, bei dem in das Zentrum des Adsorbers ein spezieller regelbarer Mikrowellen-Sender (Fig. 1), auf die in Fig. 2 gezeigte Art und Weise eingebaut wird. Über einen motorgetrieben Schieber kann der Bereich, in den der Sender Mikrowellen abstrahlt, variiert werden. Das Motor-Schieber-System kann zudem über ein Prozeßleitsystem mit der Mikrowellenquelle (z. B. einem Magnetron) gekoppelt werden, so daß die in den Sender eingespeiste Mikrowellenleistung in Abhängigkeit von der Schieberstellung geregelt werden kann.The present invention describes an adsorber system in which a special controllable microwave transmitter ( FIG. 1) is installed in the center of the adsorber in the manner shown in FIG. 2. The range into which the transmitter emits microwaves can be varied using a motor-driven slide. The motor-slide system can also be coupled to the microwave source (eg a magnetron) via a process control system, so that the microwave power fed into the transmitter can be regulated depending on the slide position.

Das vorgestellte System eignet sich für den Einsatz im Rahmen von Adsorptions-/Desorp tions-Prozessen, in denen das Adsorbens mit polaren Stoffen beladen wird.The system presented is suitable for use in the context of adsorption / desorp processes in which the adsorbent is loaded with polar substances.

Der Erfindung liegt die folgende Problemstellung zu Grunde:The invention is based on the following problem:

Während des Desorptionstaktes im Rahmen von Adsorptionsprozessen wird das beladene Adsorbens gleichzeitig mit Mikrowellen bestrahlt und von einem Spülgas durchspült, um den desorbierten Stoff aus dem System auszutragen. Dies führt dazu, daß der Bereich, in dem das frische, noch unbeladene Spülgas in das Festbett eintritt, auf Grund von kineti schen und Gleichgewichtseffekten schneller regeneriert wird als der Bereich, aus dem das dann beladene Spülgas das Festbett wieder verläßt. Somit stellt sich ein Beladungsprofil in dem Festbett ein (in der Kolonne in Fig. 2: höhere Beladung im oberen Teil, niedrigere Beladung im unteren Teil des Festbetts). Bei den bisherigen dielektrischen Desorptions verfahren wird die Mikrowellenenergie unabhängig von diesen Effekten dem System zugeführt, so daß auch bereits regenerierte Bereiche der Kolonne weiter bestrahlt werden, obwohl dort keine Energie mehr für die Desorption benötigt wird. Dies führt zu einer Senkung des energetischen Wirkungsgrades der Mikrowellendesorption. Zudem bewirkt diese Energiezufuhr eine (unerwünschte) Temperaturerhöhung in diesen Zonen, die im nachfolgenden Prozeßschritt (Abkühlen des Festbetts auf Adsorptionstemperatur) zusätzli che Kosten verursacht.During the desorption cycle in the context of adsorption processes, the loaded adsorbent is simultaneously irradiated with microwaves and flushed through with a purge gas in order to discharge the desorbed substance from the system. This means that the area in which the fresh, still unloaded purge gas enters the fixed bed is regenerated faster due to kinetic and equilibrium effects than the area from which the then loaded purge gas leaves the fixed bed again. This results in a loading profile in the fixed bed (in the column in FIG. 2: higher loading in the upper part, lower loading in the lower part of the fixed bed). In the previous dielectric desorption processes, the microwave energy is supplied to the system independently of these effects, so that regions of the column which have already been regenerated are also irradiated further, although there is no longer any energy required for the desorption. This leads to a reduction in the energy efficiency of microwave desorption. In addition, this energy supply causes an (undesirable) temperature increase in these zones, which causes additional costs in the subsequent process step (cooling the fixed bed to adsorption temperature).

Dieses Problem wird durch die Verwendung der Erfindung nach Patentanspruch 1 gelöst. In Fig. 2 ist ein Querschnitt der Erfindung dargestellt.This problem is solved by using the invention according to claim 1. In Fig. 2 a cross section of the invention is shown.

In einen Adsorberbehälter bzw. eine Kolonne mit Festbett (4), Spülgaseintritts- (6) und - austrittsstutzen (9) wird konzentrisch zur Behälter- bzw. Kolonnenwand (7) ein Kupferrohr (1), das in direktem Kontakt zur Mikrowellenquelle (8) steht, eingebaut. In diesem Kupfer rohr befindet sich ein Schieber (3), der über einen Motor bewegt werden kann. In Abhän gigkeit der Schieberstellung kann die von der Mikrowellenquelle (8) in den Sender einge speiste Mikrowellenleistung über ein Prozeßleitsystem geregelt werden.In an adsorber vessel and a column packed bed (4), Spülgaseintritts- (6) and - outlet connection (9) is concentric to the container or column wall (7), a copper tube (1) which is in direct contact with the microwave source (8) stands, installed. In this copper tube there is a slide ( 3 ) that can be moved by a motor. Depending on the slide position, the microwave power fed into the transmitter by the microwave source ( 8 ) can be regulated via a process control system.

Der in die Kolonne einzubauende Mikrowellensender (Fig. 1) besteht aus einem Kupferrohr (1), das mit Schlitzen von mindestens 6 cm Länge (2) versehen ist. Dieser Wert ist fre quenzabhängig und entspricht in diesem Fall der halben Wellenlänge der Mikrowellen (2,45 Ghz), die an diesen Schlitzen (2) in das Festbett eingestrahlt werden. Der Schieber (3) steht in direktem elektrischen Kontakt mit dem Rohr.The microwave transmitter to be installed in the column ( FIG. 1) consists of a copper tube ( 1 ) which is provided with slots of at least 6 cm in length ( 2 ). This value is frequency-dependent and in this case corresponds to half the wavelength of the microwaves (2.45 Ghz) which are radiated into the fixed bed at these slots ( 2 ). The slide ( 3 ) is in direct electrical contact with the pipe.

Somit können die Mikrowellen nur im Bereich oberhalb des Schiebers abgestrahlt werden, d. h. daß über die Stellung des Schiebers die Abstrahlfläche des Mikrowellensenders beeinflußt werden kann. Koppelt man nun die eingespeiste Mikrowellenleistung über ein Prozeßleitsystem mit der Schieberstellung und verändert die Schieberstellung entsprechend dem Regenerationsfortschritt während des Desorptionsprozesses, so kann man die Energie zufuhr entsprechend regeln und insgesamt Energie sparen, da nun die bereits regenerierten Zonen (im Beispiel in Fig. 2 der untere Teil des Festbetts) nicht mehr bzw. in weitaus geringerem Ausmaß bestrahlt werden.Thus, the microwaves can only be emitted in the area above the slider, ie that the radiation surface of the microwave transmitter can be influenced by the position of the slider. If you couple the microwave power fed in via a process control system with the slide position and change the slide position according to the regeneration progress during the desorption process, you can regulate the energy supply accordingly and save energy overall, since now the already regenerated zones (in the example in Fig. 2 the lower part of the fixed bed) are no longer irradiated or to a much lesser extent.

Claims

1. Adsorber with adjustable microwave desorption system, characterized in that in a column with a fixed bed ( 4 ) concentrically to the column wall ( 7 ) with a Schlit zen tube made of copper ( 1 ) is installed as a microwave transmitter in which a motor-driven slide ( 3 ) is in direct electrical contact.

2. Adsorber according to claim 1, characterized in that the motor-driven slide ( 3 ) via a process control system with a microwave source ( 8 ) is coupled.