DE69527797T2

DE69527797T2 - Elektrisch leitfähiges sorptions-system und -methode

Info

Publication number: DE69527797T2
Application number: DE69527797T
Authority: DE
Inventors: Harris Gold; Cecil Harvey; Edwin Hicks; Franklin Mccoy
Original assignee: Foster Miller Inc
Current assignee: Vencore Services and Solutions Inc
Priority date: 1994-09-20
Filing date: 1995-09-08
Publication date: 2003-04-10
Anticipated expiration: 2015-09-09
Also published as: EP0783360A1; MX9702074A; EP0783360B1; ATE222137T1; EP0783360A4; US5505825A; DE69527797D1; WO1996009104A1; JPH09511683A; JP3050918B2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft ein verbessertes elektrisch leitfähiges Sorptions-System und -Methode, was sowohl Adsorption und Regeneration in situ zum Trennen von Sorten/Substanzen unterschiedlicher Adsorptionskennlinien erreichen kann, und mehr im Einzelnen ein solches System, das Substanzen verschiedener Adsorptionskennlinien trennen kann.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Eine Art eines herkömmlichen Wasserreinigers verwendet Luft um flüchtige (niedrige Verdampfungstemperatur) organische Verunreinigungen aus Wasser abzustreifen. Früher wurde Luft, die von der Reinigung entsorgt wurde, einfach in die Atmosphäre entsorgt. Weil diese Luft verunreinigt ist, ist dies bei vielen Anwendungen nicht länger hinnehmbar. Die Luft muß auch gereinigt werden und die Verunreinigungen ordentlich beseitigt werden. Eine anerkannte und praktische Lösung ist, die verunreinigte Abstreif-Luft durch oder über ein adsorbierendes Bett so wie Aktivkohle, hiernach als Kohlenstoff bezeichnet, fließen zu lassen, was die Verunreinigungen ordentlich einfangen wird. Jedoch, da die Luft Verunreinigungen aus Wasser abstreift, ist die Luft auch mit Feuchtigkeit beladen. Dies begrenzt die Wirksamkeit des Kohlenstoffs, da die Feuchtigkeit viele der Absorptionsstellen auf dem Kohlenstoff besetzt, die idealerweise durch die Verunreinigungssubstanz besetzt würden, z. B. Trichloräthylen (TCE). Um die Wirksamkeit solcher Systeme zu verbessern, kann die Luft vor dem Eintritt in das Bett vorgeheizt werden, um die relative Luftfeuchtigkeit zu vermindern, aber dies erfordert eine besonderes Heizgerät und zusätzliche Energie um die große Menge von Luft, die durch das Bett fließt, zu heizen.
Nach einiger Zeit ist das Bett mit der flüchtigen organischen Verunreinigung (VOC, volatile organic contaminant) und Feuchtigkeit beladen und wird wirkungarm; das Bett muß dann regeneriert werden, durch Erwärmen, z. B. auf 100ºC, um sowohl die flüchtige Verunreinigung als auch die Feuchtigkeit zu vertreiben. Wenn das Kohlenstoffbett benutzt wird um Flüssigkeiten, die mit schwereren, komplexeren organischen Molekülen verunreinigt sind, zu reinigen, muß das Bett auf sogar höhere Temperaturen, z. B. 800ºC, zur Regeneration aufgeheizt werden. Bei diesen erhöhten Regenerationstemperaturen (800ºC) wird ein spezieller Ofen benötigt, und die Regeneration wird normalerweise nicht in situ durchgeführt: das gesamte Bett wird zu dem Hochtemperaturofen zur Regeneration befördert und dann zurückgeführt und wieder eingebaut um den Betrieb wieder aufzunehmen, ein teurer und zeitaufwendiger Vorgang.
Die Hauptbetriebskosten des Aktivkohle-Verfahrens sind die Kosten der Regeneration. Dampf ist das üblichste Mittel der Regenerierung von Kohlenstoff. Wasser wird zuerst in einem Boiler zu Dampf aufgeheizt und der Dampf wird dann über oder durch den Kohlenstoff hindurchgelassen. Während der Dampf die Kohle auf ihre Regenerationstemperatur aufheizt, werden die flüchtigen organischen Verunreinigungen freigegeben und durch den Dampf weggespült. Die flüchtigen organischen Verunreinigungen werden entweder in einer Mischung aus Wasser über die Kondensation wiedergewonnen oder getrennt über Kondensation und flüchtige organische Verbindung-/Wassertrennung (Dekantierung oder Destillation). Das Verfahren des Heizens des Kohlenstoffs mit Dampf ist wenig wirkungsvoll, weil die Hitze indirekt zuerst an das Wasser um Dampf zu erzeugen und dann an den Kohlenstoff über die Wärmekapazität des Dampfes übertragen wird. Dampfsysteme erfordern auch teure Destillationsausrüstung, die benötigt wird, um die flüchtigen organischen Verunreinigungen aus dem Wasser abzutrennen, was die Energieerfordernisse weiter erhöht.
Ein anderes Verfahren des Regenerierens der Aktivkohle wurde kürzlich eingeführt und bringt die Verwendung eines trockenen, trägen Gases, so wie Stickstoff, für Anwendungen zur Wiedergewinnung von Lösungsmitteln mit sich. Das träge Gas wird erst auf oberhalb der Regenerationstemperatur der Kohle aufgeheizt und dann über das Kohlenstoffbett fließen gelassen. In dem Maße, wie sich das Kohlenstoffbett aufheizt, desorbieren die flüchtigen organischen Verunreinigungen aus dem Kohlenstoff und werden aus dem Kohlenstoffbett in einer Art ähnlich dem Dampf gereinigt. Der Hauptvorteil dieses Verfahrens ist, daß, weil das träge Gas trocken ist, die flüchtigen organischen Verunreinigungen direkt durch Kühlen und Kondensation ohne Wasser-/flüchtige organische Verunreinigungen-Trennung wiedergewonnen werden können. Die Betriebskosten dieses Systems können für die Entfernung und Trennung von wasserlöslichen Lösungsmitteln, wo andere Verdampfungsschritte erforderlich sind, z. B. Destillation, niedriger sein. Jedoch, da die Wärmekapazität des trägen Gases niedriger ist als für Dampf, wird mehr Gas benötigt um den Kohlenstoff zu erwärmen, sowohl unter dem Gesichtspunkt der Fließmenge als auch der Fließzeit. Folglich sind die Kapitalkosten des Rückgewinnungssystems für flüchtige organische Verunreinigungen für träges Gas viel höher als für Dampf.
Im Hinblick auf die Adsorption ist das Problem, obwohl die Probleme am Beispiel des Wassers, daß die Sorte/Substanz ist, die daran gehindert werden soll, die Adsorptionsstellen auf einem Kohlenstoffbett zu besetzten, so daß TCE wirksamer gesammelt werden kann, erklärt worden sind, umfänglicher als das. Es kann zwischen jeglichen zwei oder mehr Substanzen, die ein geeignetes Material für das reinigende Sorptionsmittel-Bett benutzen, auftreten.
Ein System im Stande der Technik, das im Tigglebeck et al.-Patent, U.S. Patent No. 5 187 131 gezeigt ist, lehrt die in situ-Regenerierung. Dieses System verwendet jedoch eine Technik, die der herkömmlichen Inertgastechnik, die oben beschrieben wurde, ähnlich ist.
Ein anderes System im Stande der Technik, das im Europäischen Patent von Ringtoul, EP 0 104 749 A1 gezeigt ist, lehrt die Fernregeneration von Aktivkohle im Gegensatz zur in situ- Regeneration. Dieses System erfordert auch die Verwendung eines trägen Gases oder Dampfes um die Verunreinigungen aus der Kohle herauszureinigen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher ein Gegenstand dieser Erfindung, ein verbessertes System und Verfahren der in situ-Regeneration von Kohlenstoff und anderen leitenden Sorptions-Medien zu schaffen.
Es ist ein weiterer Gegenstand dieser Erfindung, ein verbessertes Sorptions-System und -Methode zu schaffen.
Es ist ein weiterer Gegenstand dieser Erfindung, solch ein verbessertes Sorptions-System und -Methode zu schaffen, die die Ansammlung der weniger schädlichen Substanzen verhindert, die sich ebenfalls an die Adsorptionsstellen auf dem Kohlenstoff anlagern wollen.
Es ist ein weiterer Gegenstand dieser Erfindung, solch ein verbessertes Sorptions-System und -Methode zu schaffen, das im Wesentlichen die gleiche Ausrüstung nutzt, um zu regenerieren.
Es ist ein weiterer Gegenstand dieser Erfindung, solch ein verbessertes in situ- Regenerations- und Sorptions-System und -Verfahren zu schaffen, das wirtschaftlicher und einfacher ist.
Die Erfindung folgt aus der Erkenntnis, daß Aktivkohle und anderes leitendes Material wirkungsvoll unter Verwendung elektrischen Widerstands-Heizens erwärmt werden kann. Darüber hinaus kann verbesserte Sorption bewirkt werden durch elektrisches Erwärmen des Adsorptionsbettes (auf wenige Grade oberhalb der Raumtemperatur) statt der hereinkommenden feuchten, verunreinigten Luft um die Sammlung durch das Bett der stärker absorbierten Substanz (bei Raumtemperatur, z. B., Wasser) zu hindern und die Heizenergie mit Unterbrechungen anzulegen, um das Erwärmen des abfließenden Mediums, z. B. Luft, möglichst gering zu halten und das selbe Erwärmungsmittel zu verwenden um das Bett auf eine höhere Temperatur zu heben, um das Bett in situ zu regenerieren.
Diese Erfindung behandelt ein elektrisch leitfähiges Sorptions-Gerät zum Trennen von Substanzen unterschiedlicher Adsorptions-Kennlinien in einem Fluid, wobei das Gerät ein Aufnahmebehältnis und ein elektrisch leitfähiges permeables Sorptionsmittel-Bett in dem Behältnis mit einer Mehrzahl von Adsorptionsstellen aufweist. Es gibt eine Kanal-Struktur um verunreinigtes Fluid an einer Oberfläche des Bettes zu liefern und das gereinigte Fluid an einer anderen Oberfläche des Bettes zu empfangen. Ein Paar von beabstandeten Elektroden liefert Strom durch das Bett während der Adsorption um das Bett zu erwärmen um Adsorption der stärker adsorbierten Substanz, die Adsorptionsstellen im Bett besetzt, zu hindern, und vermehrt dadurch die Adsorptionsstellen, die für die Adsorption durch das Bett der weniger stark adsorbierten Substanz verfügbar sind. Es gibt auch eine Regeleinrichtung um intermittierend Strom an die Elektroden anzulegen um die Temperatur des Bettes periodisch zu erhöhen um die stärker adsorbierte Substanz zu vertreiben und mehr Adsorptionsstellen für die Adsorption der weniger stark adsorbierten Substanz freizumachen.
Das Sorptionsmittel-Bett kann granular, pelletisiert sein und es kann aus Kohlenstoff hergestellt sein. Das elektrisch leitfähige Sorptions-Gerät kann eine Zwischenlage aufweisen und die Zwischenlage kann aus Tetrafluoräthylen hergestellt sein. Die Kanal-Struktur kann eine oder mehrere Lochungen in den Elektroden aufweisen. Die Oberflächen können die entgegengesetzten Enden des Bettes sein. Die weniger stark adsorbierte Substanz kann Wasser sein. Das Bett kann auf ungefähr 20ºC oberhalb der Fluideinlaßtemperatur erwärmt werden. Das Aufnahmebehältnis kann elektrisch leitend sein und es kann ein elektrisch isolierendes Medium geben um das Bett von dem Behältnis elektrisch zu isolieren. Es kann eine Kanal-Struktur geben, um eine oder mehrere der adsorbierten Substanzen zu entfernen. Die Kanal-Struktur kann einen Auslaß ausweisen um ein Vakuum anzulegen, um eine oder mehrere adsorbierte Substanzen zu entfernen.
Die Erfindung behandelt auch ein Verfahren zum Trennen von Substanzen unterschiedlicher adsorptiver Kennlinien, aufweisend das Fließenlassen eines verunreinigten Fluides durch ein elektrisch leitfähiges Sorptionsmittel-Bett mit einer Mehrzahl von Adsorptionsstellen und das Zurverfügungstellen eines elektrischen Stroms durch das Sorptionsmittel-Bett um das Bett zu erwärmen und die Adsorption durch das Bett der stärker adsorbierten Substanz, welche Adsorptionsstellen im Bett besetzt, zu hindern, um die für die Adsorption durch das Bett für die weniger stark adsorptive Substanz verfügbaren Stellen zu erhöhen. Der elektrische Strom wird intermittierend angelegt um die Wärme des Bettes aufrecht zu erhalten und die Übertragung von Wärme an den verunreinigten Gasfluß möglichst gering zu halten. In einer bevorzugten Ausführungsform kann der elektrische Strom in erhöhtem Maße angelegt werden um das Beil auf eine erhöhte Temperatur für eine Regeneration in situ aufzuheizen.

OFFENBARUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Andere Gegenstände, Merkmale und Vorteile werden dem Fachmann aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und den begleitenden Zeichnungen deutlich werden, in denen:
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm eines elektrisch leitfähigen Sorbent-Systems zum Trennen von Substanzen unterschiedlicher Adsorptionskennwerte in einem Fluid gemäß dieser Erfindung ist;
Fig. 2 ein mehr ins Einzelne gehender Schnitt eines zylindrischen Sorptionsmittel-Bettes gemäß dieser Erfindung ist;
Fig. 3 eine Ansicht ähnlich der Fig. 2 eines alternativen Aufbaus eines Sorptionsmittel- Bettes gemäß dieser Erfindung ist;
Fig. 4 eine dreidimensionale Ansicht eines anderen alternativen Aufbaus eines Sorptionsmittel-Bettes gemäß dieser Erfindung ist;
Fig. 5 eine mehr ins Einzelne gehende Ansicht der Fig. 4 ist; und
Fig. 6 eine seitliche Querschnittsansicht des Kohlenstoffbettes der Fig. 5 ist.
Diese Erfindung kann in einem elektrisch leitfähigen Sorptions-System zum Trennen von Substanzen unterschiedlicher Adsorptionskennlinien in einem Fluid verwirklicht werden. Zum Beispiel kann das Fluid Luft sein, die Wasserdampf enthält und eine Verunreinigung wie Trichloräthylen (TCE), das durch die Luft aus verunreinigtem Wasser abgestreift wurde. Das System weist ein Aufnahmebehältnis so wie einen zylindrischen Metall- oder Kunststofftank, und ein elektrisch leitfähiges permeables Sorptionsmittel-Bett in dem Behältnis mit einer Mehrzahl von Adsorptionsstellen auf. Typischerweise kann das Sorptionsmittel-Bett Kohlenstoff sein, oder genauer Aktivkohle, oder es kann Aktiv-Aluminiumoxid sein, je nach der gewünschten Trennung und der Art der zu trennenden Substanzen. Wenn das Sorptionsmittel nichtleitend ist, so wie Silicagel oder Molekularsiebe, kann leitendes Material wie Kupfer- oder Silberfasern oder -kugeln zu dem Sorptionsmittel-Bett hinzugefügt werden. Typischerweise ist, wenn Kohlenstoff benutzt wird, dieser granular oder pelletisiert. Das elektrisch leitfähige Kohlenstoffbett wird von dem umgebendem Behältnis durch ein isolierendes Medium isoliert, das eine Trennlage, zum Beispiel aus Keramik oder Tetrafluoräthylen, sein kann. In dieser Beschreibung hängen die speziellen Materialien durchgehend von ihrer speziellen Fähigkeit, dem Angriff der Materialien, die in dem Verfahren auftauchen, zu widerstehen, und den Temperaturen, denen widerstanden werden muß, ab. Es gibt eine Kanal-Struktur um verunreinigtes Fluid an einer Oberfläche des Bettes zuzuführen und das gereinigte Fluid an einer anderen Oberfläche des Bettes zu empfangen. Es gibt ein Paar beabstandeter Elektroden um Strom durch das Bett während des Adsorptionszyklus anzulegen um das Bett zu erwärmen um die Adsorption durch das Bett der stärker adsorbierten Substanz zu hindern, z. B. des Wassers, das andernfalls Adsorptionsstellen in dem Bett besetzen würde. Dies vermehrt die Adsorptionsstellen, die für die Adsorption durch das Bett der weniger stark adsorbierten Substanz verfügbar sind. Das Behältnis kann wärmeisoliert sein, z. B. indem man es mit einer Glasfasermatte oder Hartschaum umgibt. Die Elektroden können eine oder mehrere Durchlochungen aufweisen, so daß sie einen Teil der Kanal-Struktur bilden. Alternativ kann die Kanal-Struktur seitliche Einlässe und Auslässe zu dem Bett aufweisen, die zwischen den beabstandeten Elektroden angeordnet sind. Im ersteren Falle sind die Enden des zylindrischen Bettes die Oberflächen, die das verunreinigte bzw. gereinigte Fluid empfangen bzw. entlassen. Im letzteren Falle, wo die Einlässe und Auslässe seitlich angeordnet sind, sind diese Oberflächen auf der Zylinderwand des Bettes. Typischerweise wird das Bett während des Adsorptionszyklus periodisch auf ungefähr 10ºC bis 20ºC oberhalb der Fluideinlaßtemperatur erwärmt. Eine Steuerung legt intermittierend Strom an die Elektroden an um die Temperatur des Bettes periodisch auf diejenige Stufe anzuheben um die stärker adsorbierte Substanz, in diesem Beispiel Wasser, zu vertreiben und dadurch mehr Adsorptionsstellen für die Adsorption durch die weniger stark adsorbierte Substanz, in diesem Falle TCE, freizumachen. Die Steuerung kann so eingestellt werden, daß ihre obere Einstellung bei 20ºC oberhalb der Fluideinlaßtemperatur ist, aber ihre untere Einstellung kann ein Bruchteil oder mehr Grad Celsius unterhalb der oberen Einstellung sein. Dies wird in der Weise bewerkstelligt, daß die zugeführte Energie gerade ausreicht um das Bett auf einer Temperatur zu haften, wodurch die stärker adsorbierte Substanz, z. B. Wasser, von den Adsorptionsstellen vertrieben wird um das Bett daran zu hindern, gesättigt zu werden, und um seine Wirksamkeit aufrecht zu erhalten und gleichzeitig sicherzustellen, daß das Bett nicht fortwährend bei 20ºC über der Umgebungstemperatur gehalten wird, denn wenn das geschähe, würde das System auch das Einlaßfluid (das ist die mit dem Wasser und der TCE-Verunreinigung beladene Luft) auf die gleiche Temperatur erwärmen. Es ist eines der Ziele dieser Erfindung, nur das Bett zu erwärmen und die Erwärmung des Fluides möglichst gering zu halten, denn es wurde erkannt, daß es nur das Bett ist, das geheizt werden muß, um das Wasser oder eine andere Substanz abzuhalten, das Bett zu sättigen und daß eine viel größere Energiemenge erforderlich ist um die Luft fortwährend zu erwärmen, als erforderlich ist, um das Bett periodisch zu erwärmen. Die Elektroden, ob gelocht oder nicht, können auch aus Kohlenstoff oder rostfreiem Stahl hergestellt sein, und sie können vorragende Bereiche, z. B. Finger, aufweisen, die sich in das Sorptionsmittel-Bett erstrecken, um den elektrischen Kontakt mit dem Bett zu erhöhen und eine Lichtbogenbildung zu vermindern. Dies berücksichtigt die Tatsache, daß sich das Kohlenstoffbett mit der Temperatur ausdehnen und zusammenziehen wird, was einen Wechsel beim elektrischen Kontakt verursacht. Die vorragenden Finger sind ein Mittel um den elektrischen Kontakt unter solchen Bedingungen zu verbessern. Ein anderes Mittel ist es, eine Art Vorspanneinrichtung so wie Federn zu benutzen, um die Elektroden an beiden Enden dauernd gegen das Bett hin zu drängen, so daß sie letztendlich der sich ausdehnenden und zusammenziehenden Grenze des Kohlenstoff-Bettes folgen.
Die Erfindung wird auch in einem solchen Aufbau verwirklicht, in dem das elektrisch leitfähige Sorptionsmittel-Bett nicht nur für die Adsorption, sondern auch für eine in situ- Regeneration des Kohlenstoffbettes benutzt werden kann. In einem solchen Falle kann eine erhöhte Temperatur von 100ºC mit dem gleichen Gerät wie oben beschrieben angewandt werden, um das Bett zu regenerieren, indem man die adsorbierte Substanz vertreibt, in dem speziell beschriebenen Beispiel das TCE. Die gleiche Kanal-Struktur kann verwendet werden, um ein Reinigungsfluid wie ein träges Gas, wie Stickstoff, durchzulassen, um die eine oder mehrere adsorbierte Substanzen während des Regenerationszyklus herauszureinigen. Alternativ kann statt eines Reinigungsfluids eine Vakuumeinheit an eine Auslaßöffnung verbunden werden, um die desorbierte Substanz während der Regeneration abzuziehen. Die Entfernung kann auch bewerkstelligt werden, indem man einfach die Kanal-Struktur zu einem Sammelsystem hin öffnet und es der freigegebenen adsorbierten Substanz erlaubt, abzuwandern.
In Fig. 1 ist ein elektrisch leitfähiges Sorptions-System 10 gemäß dieser Erfindung gezeigt, das ein Behältnis 12 mit einem Sorptionsmittel-Bett, einen Regler 14 zum Regeln der Temperatur des Bettes und eine Stromquelle 16, die auf den Regler 14 anspricht um über die Leitungen 17 und 19 die richtige Menge elektrische Energie zu liefern um das Bett auf der gewünschten Temperatur zu halten, aufweist. In der besonderen Ausführungsform die in Fig. 1 gezeigt ist, kann das System 10 auf drei verschiedene Arten betrieben werden: Der Adsorptions-/Hinderungs-Modus 18, wo das TCE adsorbiert wird, aber Adsorption der Feuchtigkeit oder des Wassers gehindert wird; ein Regenerationsmodus 20, wo das Kohlenstoffbett in situ regeneriert werden kann; und ein Wiederherstellungsmodus 22, wo der Kohlenstoff vollständig in situ wiederhergestellt werden kann. In diesem speziellen Beispiel, während des Adsorptions-/Hinderungs-Modus 18, wird die Temperatur der mit Feuchtigkeit und TCE beladenen Luft im Einlaß 24 eingeführt, wo die Einlaßtemperatur durch das Thermoelement 26 gefühlt und ein sie darstellendes Signal dem Regler 14 zugeführt wird. Die Temperatur des Bettes wird durch das Thermoelement 28 gefühlt und ein sie darstellendes Signal wird auch dem Regler 14 zugeführt. Im Adsorptions-/Hinderungs-Modus 18 kann die hohe Einstellung 30 für die Temperatur des Bettes auf die Einlaßtemperatur des Thermoelementes 26 + 20ºC eingestellt werden. Die niedrige Einstellung 32 kann bei 0,5ºC oder 5ºC oder 10ºC unterhalb dessen eingestellt werden. Die Einstellung hängt von den Energieerfordernissen und dem gewünschten Wirkungsgrad ab. Diese niedrigere Einstellung 32 wird so gewählt, daß das Bett durch die Stromversorgung 16 unter Regelung durch den Regler 14 intermittierend mit Energie versorgt wird, ausreichend um die adsorptivere Substanz, in diesem Falle Wasser, zu vertreiben, während dabei vermieden wird, das Bett bei einer festen Temperatur zu halten, die notwendigerweise die Luft, die beim Einlaß 24 hereinkommt auf im Wesentlichen die gleiche Temperatur erwärmen würde und dadurch die gleichen Schlechtwirkungen, wie sie im Stande der Technik auftraten, verursachen würde, wo Heizgeräte benutzt wurden, um die Gesamtheit der verunreinigten Luft zu heizen um ihre relative Feuchtigkeit und somit ihre Adsorption zu vermindern. Die gereinigte Luft wird durch den Auslaß 34 entfernt.
Nach einer Zeitspanne, wenn die Reinigung weniger wirksam wird, kann der Regenerationsmodus bewirkt werden, indem man einfach die Regelung zu ständigem Eingriff mit der Stromzuführung betätigt um die Temperatur des Bettes auf 180ºC zu erhöhen und das TCE zu vertreiben. Bei diesem Betrieb kann ein träges Gas so wie Stickstoff benutzt werden um das Bett zu läutern während es bei der Temperatur von 180ºC gehalten wird. Die Läuterung kann in der gleichen Richtung wie in Fig. 1 im Adsorptionsmittel-/Hinderungs-Modus angewendet gezeigt durchgeführt werden, oder die Läuterungsgasrichtung kann umgekehrt werden, so daß Auslaß 34 der Einlaß und der Einlaß 24 der Auslaß wird. Wenn die verunreinigenden Substanzen mehrere, weniger flüchtige organische Moleküle sind, kann das Bett durch einen Wiederherstellungsmodus 22 bis zu ungefähr 800ºC geführt werden müssen, um diese schwereren Moleküle aufzuspalten und sie zu veranlassen, ebenfalls aus dem Bett entfernt zu werden. Jedoch kann, gemäß dieser Erfindung, diese Wiederherstellung, ebenso wie die Regeneration, in situ unter Verwendung des gleichen Gerätes an der gleichen Stelle wie sie für den Adsorptionsmittel-/Hinderungs-Modus 18 - Betrieb verwendet wird, durchgeführt werden.
In einer Ausführungsform kann das Behältnis 12, Fig. 2, eine Wärmeisolierung 40 wie eine Glasfasermatte oder einen Hartschaum die das zylindrische Behältnis 12 umgeben, aufweisen. Das Kohlenstoffbett 42 wird durch eine Mehrzahl von Körnchen oder Pellets 44 gebildet, die vom Behältnis 12 durch ein isolierendes Medium 46, wie eine keramische oder Tetrafluoräthylen- Auskleidung, z. B., getrennt werden. Das Kohlenstoffbett 42 kann durch obere und untere Abschirmungen 48 und 50 an seiner Stelle gehalten werden. Ein Paar von Elektroden 52, 54, die auch aus Kohlenstoff hergestellt sein können, werden an beiden Enden des Bettes 42 angeordnet. Die Elektroden 52 und 54 können Durchlochungen 56 und 58 enthalten, die zusammen mit dem Einlaß 24 und dem Auslaß 34 eine Kanal-Struktur umfassen, um dem verunreinigten Gas zu erlauben, an einem Ende des Kohlenstoffbettes 42 einzutreten, gereinigt zu werden und als ein sauberes Fluid durch das andere Ende des Kohlenstoffbettes 42 hindurch auszutreten. Um den Kontakt zwischen den Kohlenstoffelektroden und dem Bett 42 zu verbessern, können Finger 60 hinzugefügt werden wie im Bezug auf Elektrode 54 gezeigt, die sich in das Kohlenstoffbett 42 erstrecken, um einen engen Kontakt aufrechtzuerhalten und die Kontaktoberfläche zwischen dem Bett und der Elektrode zu vergrößern. Dies vermindert die Lichtbogenbildung und stellt auch sicher, daß, selbst wenn sich das Bett 42 ausdehnt und zusammenzieht mit den Änderungen in der Temperatur, ausreichender elektrischer Kontakt zwischen Elektrode 54 und Kohlenstoffbett 42 vorhanden sein wird. Ähnliche Finger können im Hinblick auf Elektrode 52 verwendet werden. Um weiter sicherzustellen, daß die Elektroden 52 und 54 guten Kontakt mit dem Kohlenstoffbett 42 aufrechterhalten, können Vorspanneinrichtungen wie die Federn 62, 64 und Federn 66, 68 eine nach innen gerichtete Vorspannung an die Elektroden 52 bzw. 54 anlegen um sie dauernd gegen das Kohlenstoffbett 42 zu drängen.
In einer alternativen Ausführungsform, Fig. 3, können Elektroden 52a und 54a kompakt gemacht werden mit Ausnahme eines einzelnen Loches 70, 72 in jeder, durch das der verlängerte Auslaß 34a und Einlaß 24a sich erstrecken. Der Einlaß 24a erweitert sich, um eine Kammer 74 zu bilden, die mit einem Verteiler 76 in Verbindung steht um das hereinkommende verunreinigte Fluid in das Bett 42 zu verteilen. Ein ähnlicher Verteiler 78 steht in Verbindung mit einer ähnlichen Kammer 80, die am Ende des Einlasses 34a gebildet ist um als ein Sammler für das gereinigte Austritts-Fluidum zu wirken. Als eine weitere Alternative können der Einlaß 24a bzw. Auslaß 34a für einen seitlichen Zugang wie bei 24b und 34b gezeigt, ausgebildet sein, die seitlich mit dem Bett 42 auf der zylindrischen Seitenwand zwischen den Elektroden 52a und 54a anstatt an diesen oder durch diese Elektroden in Verbindung stehen. Wie insbesondere in Bezug auf Auslaß 34b gezeigt, kann die Entfernung der geklärten Substanz während der Regeneration und/oder der Wiederherstellung durch ein Ventil 84 bewirkt werden, entweder durch Öffnen des Ventils zu einem weiteren Sammelsystem 86, oder zu einer Vakuumeinheit 88, die die verunreinigende Substanz herausziehen wird, ohne die Notwendigkeit eines speziellen Klärfluids.
In einer alternativen Ausführungsform, Fig. 4, fließt das Gas senkrecht, Pfeile 100, 102, zur Ebene der Elektroden 104, 106, so daß die Elektroden nicht durchlocht sein müssen, um den Fluß zu verteilen. Das Kohlenstoff-Peilet-Bett 108, Fig. 5 und 6, ist in gewebtes Glasfasertuch 110 (als elektrische Isolierung) eingehüllt, das seinerseits in einem Metallgehäuse 112 mit Boden-Metallgewebestütze 113 eingeschlossen ist. Elektroden 104, 106 aus rostfreiem Stahl werden vvm Metallgehäuse 112 durch eine Teflonbeschichtung 114 isoliert. Stromleitungen 116, 118 sind an den Edelstahlelektroden 104, 106 angebracht. Das ganze Kohlenstoff- Pellet-Bett 108 ist im Stahlzylinder-Betthalter 120 eingeschlossen, Fig. 4. Einlaß- und Auslaßkanäle 122, 124 sind in dem Stahlzylinder 120 vorgesehen und ermöglichen es entweder dem verunreinigten Gas oder dem trägen Regenerationsgas in das System hinein und aus ihm heraus zu fließen. Die Kohlenstoff-Pellets verteilen den Fluß über den Querschnitt des Kohlenstoffbettes.

Claims

1. Elektrisch leitfähige Sorptions-Vorrichtung (10) zum Trennen von Sorten unterschiedlicher Adsorptions-Kennlinien in einem Fluid, welche Vorrichtung aufweist:

ein Aufnahmebehältnis (12);

ein elektrisch leitfähiges permeables Sorptionsmittef-Bett in besagtem Behältnis (12) das eine Mehrzahl von Adsorptionsstellen hat;

eine Kanal-Struktur um verunreinigtes Fluid an einer Oberfläche besagten Bettes zu liefern und das gereinigte Fluid an einer anderen Oberfläche besagten Bettes zu empfangen;

ein Paar beabstandeter Elektroden (52, 54) um Strom (16) durch besagtes Bett während der Adsorption anzulegen um besagtes Bett zu erwärmen um die Adsorption durch das Bett der stärker adsorbierten Sorte, die die Adsorptionsstellen in besagtem Bett besetzen würde, zu hindern, und dadurch die Adsorptionsstellen, die für die Adsorption durch das Bett der weniger stark adsorbierten Sorte verfügbar sind, zu erhöhen; und

einen Regeleinrichtung (14) um Strom intermittierend an besagte Elektroden anzulegen um die Temperatur besagten Bettes periodisch zu erhöhen um besagte stärker adsorbierte Sorte zu vertreiben und mehr Adsorptionsstellen für die Adsorption besagter weniger stark adsorbierten Sorte freizumachen.

2. Elektrisch leitfähige Sorptions-Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, bei der besagtes Sorptionsmittel-Bett granular ist.

3. Elektrisch leitfähige Sorptions-Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, bei der besagtes Sorptionsmittel-Bett pelletisiert ist.

4. Elektrisch leitfähige Sorptions-Vorrichtung (10) nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei der besagtes Sorptionsmittel-Bett Kohlenstoff (42) ist.

5. Elektrisch leitfähige Sorptions-Vorrichtung (10) nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche und eine Zwischenlage aufweisend.

6. Elektrisch leitfähige Sorptions-Vorrichtung (10) nach Anspruch 5, bei der besagte Zwischenlage Tetrafluoräthylen ist.

7. Elektrisch leitfähige Sorptions-Vorrichtung (10) nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei der besagte Kanal-Struktur eine oder mehrere Lochungen in besagten Elektroden aufweist.

8. Elektrisch leitfähige Sorptions-Vorrichtung (10) nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei der besagte Oberflächen die entgegengesetzten Enden besagten Bettes sind.

9. Elektrisch leitfähige Sorptions-Vorrichtung (10) nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei der besagte weniger stark adsorbierte Sorte Wasser ist.

10. Elektrisch leitfähige Sorptions-Vorrichtung (10) nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei der besagtes Bett auf näherungsweise 20ºC über Fluideinlaßtemperatur erwärmt ist.

11. Elektrisch leitfähige Sorptions-Vorrichtung (10) nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei der besagtes Aufnahmebehältnis elektrisch leitend ist und es ein elektrisch isolierendes Medium gibt um besagtes Bett von besagtem Behältnis (12) elektrisch zu isolieren.

12. Elektrisch leitfähige Sorptions-Vorrichtung (10) nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche und aufweisend eine Kanal-Struktur zum Entfernen einer oder mehrerer adsorbierter Sorten.

13. Elektrisch leitfähige Sorptions-Vorrichtung (10) nach Anspruch 12, bei der besagte Kanal-Struktur einen Auslaß zum Anlegen eines Vakuums, um eine oder mehrere adsorbierte Sorten zu entfernen, aufweist.

14. Ein Verfahren zum Trennen von Sorten unterschiedlicher adsorptiver Kennlinien, welches Verfahren aufweist:

Fließenlassen eines verunreinigten Fluids durch ein elektrisch leitfähiges Sorptionsmittel-Bett mit einer Mehrzahl von Adsorptionsstellen; und

Zurverfügungstellen eines elektrischen Stromes durch besagtes Sorptionsmittel-Bett um besagtes Bett zu erwärmen um die Adsorption durch das Bett der stärker adsorbierten Sorte, die Adsorptionsstellen in besagtem Bett besetzt, zu hindern um die für die Adsorption durch das Bett der weniger stark adsorptiven Sorte verfügbaren Adsorptionsstellen zu vermehren, wobei besagter elektrischer Strom intermittierend angelegt wird um die Temperatur des Bettes aufrechtzuerhalten und die Wärmeübertragung an den Fluß des verunreinigten Fluids möglichst gering zu halten.

15. Ein Verfahren nach Anspruch 14, bei dem besagter elektrischer Strom in erhöhter Menge geliefert wird, um das Bett zur Regeneration in situ auf eine erhöhte Temperatur zu erwärmen.