DK152018B

DK152018B - Fremgangsmaade og apparat til gasfraktionering med varmereaktivering

Info

Publication number: DK152018B
Application number: DK104680AA
Authority: DK
Inventors: Marcel G Verrando
Original assignee: Pall Corp
Priority date: 1979-03-12
Filing date: 1980-03-11
Publication date: 1988-01-25
Also published as: ES489399A0; DK104680A; EP0016385B1; ATE2604T1; EP0016385A1; NO800695L; MX150569A; DE3062104D1; PT70937A; US4312640A; ZA801410B; FI800737A; IL59446A0; NO150825B; DK152018C; IL59446A; CA1136062A; ES8100098A1; JPS55124524A; AR221528A1

Description

i

DK 152018B

o

Opfindelsen angår fremgangsmåde og apparat til gasfraktionering ved varmereaktivering.

Tørreapparater, der anvender tørremidler, har været markedsført i mange år og er udbredt over hele verde-5 nen. Skønt ét tørremiddelleje er tilstrækkeligt ved mange anvendelser, kan det ikke levere en uafbrudt afgangsstrømning. Den almindelige type er sammensat af to tørremiddel-lejer, hvoraf det ene befinder sig i tørrecyklen, mens det andet regenereres. Den gas, som skal tørres, føres gennem 10 tørremiddellejet i én retning under tørrecyklen, og derefter, når tørremidlet har adsorberet fugt op til et niveau, hvor der ikke er sikkerhed for, at afgangsgassens fugtig-hedsniveau vil opfylde de krav, der stilles til apparatet, omskiftes tilgangsgassen til det andet leje, og det brugte 15 leje bliver regenereret, idet der ledes renseafgangsgas i modstrøm gennem dette.

Rensegassen kan blive opvarmet, før den strømmer ind i lejet, men almindeligvis er selve lejet forsynet med varmeapparater, og tørremidlet varmetørres i realiteten 20 med henblik på at fjerne den adsorberede fugt. Tørre- og regenerationscyklen er almindeligvis lige lange, og tørrecyklen kan og bliver almindeligvis udført ved et højere gastryk end regenerationscyklen. Rensegassen føres i modstrøm for at opnå en hurtig fjernelse af den adsorberede fugt 25 med mindst mulig rensegasvolumen.

Disse tørreapparaters anvendelse af varme til regenerering af lejer er næsten altid ineffektiv, fordi varmen tilføres gennem hele lejet, som følgelig overalt opvarmes til den samme temperatur og i det samme tidsrum, 30 selvom indholdet af adsorberet fugt normalt aftager betydeligt fra det sted, hvor tilgangsgassen strømmer ind, til det sted, hvor den tørrede afgangsgas strømmer ud. Desuden kræver lejet på grund af den høje temperatur, der er nødvendig til regeneration af det brugte leje, tilført en be-35 tydelig varmemængde under regenerationscyklen, og denne varmemængde tabes nødvendigvis, når lejet ved starten af 2

O

DK 152018B

tørrecyklen må afkøles til en temperatur, ved hvilken adsorptionen kan ske effektivt. Det er kendt, at et tørremiddels fugtadsorptionsproces ledsages af frigørelse af varme, og følgelig er adsorptionsvirkningsgraden en omvendt 5 funktion af temperaturen.

I U.S.A.-patentskrift nr. 3.513.631 angives en fremgangsmåde til fjernelse af fugt fra en gas, hvor et tørre-middelleje, som befinder sig i regenerationscyklen, opvarmes til mindst 100°C med henblik på at fjerne den adsorbe-10 rede fugt, men varmetilførslen til dette formål er begrænset til de dele af lejet, som har et højt fugtighedsindhold, hvorved der spares tid under regenerationen, og tabet ved tilførsel af varme, hvor det ikke er nødvendigt, desuden undgås.

15 Problemet med varmereaktiverede adsorberende qas- j i fraktioneringsapparater af denne art er, at der kræves j forholdsvis høje temperaturer af størrelsesordenen i ca. 315 til 345°C for at uddrive den vanddamp, der er ad-sorberet på tørremidlet. Ved sådanne temperaturer forkortes 20 tørremiddellejets levetid betydeligt, og det er endog mu- i ligt, at noget af hydratvandet fjernes ved hver af cyklens | varmeregenerationstrin, hvilket selvfølgelig ødelægger | tørremidlet. j I en artikel i Fuel, bind 48, nr. 3, 1969, Guildford, 25 Surrey, England, Koth og Campbell, "The Effect of Regeneration

Temperature and Pressure on the Adsorptive Capacity of Silica j Gel in a Hydrocarbon Environment", er vist, at adsorptionsevnen for adsorptionsmaterialer til kulbrinter aftager ved brug, i begyndelsen hurtigt og derefter mere jævnt. Denne 30 forringelse skyldes nedbrydning af de adsorberende kulbrinter, hvilket medfører aflejring af biprodukter fra nedbrydningen som forurening på adsorptionsmaterialet, og disse forureninger nedsætter naturligvis lejets adsorptionsevne.

Desuden undergår mange tørremidler såsom kiselgel 35 kemiske eller fysiske forandringer, når de holdes ved høje temperaturer, hvilket igen hæmmer adsorptionen. Således vil f.eks. kiselgel, skønt det normalt betragtes som amorft, ved forhøjede tempraturer undergå en strukturel ændring, i form

DK 152018 B

O

3 af en krystallisation. Forøgelse af tryk og temperatur fremkalder en mere ordnet molekylestruktur, hvilket reducerer overfladearealet og formindsker adsorptionsevnen. Resultatet kan være en nedsættelse af lejets leve-5 tid fra nogle år til nogle måneder.

DE patentskrift 896.042 omtaler en fremgangsmåde til regenerering af absorptionsmidler, som silicagel og aluminiumhydroxid, som indbefatter, at absorptionsmidlet påvirkes med en elektromagnetisk stråling med en frekvens 10 på fra 30 kHz til 300 GHz, hvor en komprimeret luftstrøm tilføres til fjernelse af fra absorptionsmidlet udskilt fugt.

Denne fremgangsmåde baseres imidlertid på opvarmning af absorptionsmidlet for bortdrivelse af sorberet ma-15 teriale, hvorved tidligere nævnte vanskeligheder også er knyttet til fremgangsmåden ifølge dette patentskrift.

I DE offentliggørelsesskrift 2.107.717 er ligeledes omtalt en fremgangsmåde til desorbering under anvendelse af elektromagnetiske svingninger. Virkningen heraf 20 beror sig dog ligeledes på opvarmning af sorptionsmateria-let ved mikrobølger.

Det er således formålet med den foreliggende opfindelse at tilvejebringe en fremgangsmåde og et apparat til gasfraktionering, hvorved de ovennævnte ulemper undgås.

25 Det angivne formål opnås ved en fremgangsmåde af den' indledningsvis omtalte art, som ifølge opfindelsen er ejendommelig ved de i krav l's kendetegnende del angivne foranstaltninger, og den i krav 7's kendetegnende del angivne udformning.

30 Ifølge opfindelsen er det fastslået, at tilfør sel af mikrobølgeenergi til at desorbere en første polær gas og andre polære gasser, som er adsorberet i et sorp-' tionsleje, i betydelig grad reducerer, hvis ikke det ikke fuldstændig overkommer følgerne af den nedbrydning af 35 sorptionsmaterialet og den sorberede gas, som forekommer i konventionelle varmeregenererede apparater. Desuden skader tilførelsen af mikrobølgeenergi ikke tørremidlets molekylestruktur .

OK 152018B

4

O

Mikrobølgeenergi er en art stråleenergis· der overføres som elektromagnetiske bølger med frekvenser inden for området fra ca. 0,03 til ca. 3.000 GHz. Se U.S.A.-patentskrift nr. 3.555.693, spalte 1, linie 51. Mikrobølgeenergi 5 må skelnes fra elektrisk energi såsom udladning af en elek- i trisk strøm direkte gennem et sorptions- eller tørre-middelleje, som omtalt i U.S.A.-patentskrifterne nr. 3.038.050 og 4.094.652, hvilket ikke er stråleenergi.

De fleste tørremidler eller sorptionsmaterialer 10 er ved forholdsvis lave temperaturer normalt i det mindste under 260°C gennemtrængelige for mikrobølgeenergi og absorberer følgelig ikke denne energi, og de hverken opvarmes eller aktiveres af denne undtagen ved høje temperaturer af størrelsesordenen ca. 1.095 til 1.650°C. Mikrobølgeenergien j i 15 absorberes fortrinsvis af polært stof, såsom det frie vand eller andet stof, der er sorberet på tørremidlet eller sorptionsmaterialet, og det polære stof, der er aktive- ! ret på denne måde, bliver desorberet. Ikke-polære stoffer absorberer ikke mikrobølgeenergi. Den således absorberede 20 mikrobølgeenergi er ikke til rådighed til aktivering af hydratvand i tørremidlet eller adsorptionsmaterialet, før al det adsorberede stof er blevet desorberet. Fjernelse af det til tørremidlet eller sorptionsmaterialet kemisk i bundne hydratvand er uønsket, idet det kan resultere i sam- j 25 menbrud af molekylestrukturen, hvilket selvfølgelig vil nedsætte adsorptionsevnen. Følgelig stoppes tilførelsen af mikrobølgeenergi, før der fjernes hydratvand, hvorved opnås, at tørremidlet eller adsorptionsmaterialet i ringe grad påvirkes af tilførelsen af mikrobølgeenergi.

30 Desuden bliver det sorberede vand eller andet sorberet polært stof desorberet ved lav temperatur, ca.

95°C. Da det er tilstrækkelig aktiveret til at undslippe sorptionsmaterialet ved disse lave temperaturer under tilførslen af mikrobølgeenergi, er det ikke nødvendigt at 35 opvarme sorptionsmaterialet eller tørremidlet. Følgelig kan mikrobølgeenergi påvirke tørremidler eller sorptionsmaterialer med stærkt bundet hydratvand, såsom molekylære sier og aluminiumoxid, der ikke kan opvarmes til højere

O

5

DK 152G18B

temperaturer end nævnt uden fare for dehydrering. F.eks. bliver hydratvandet i natriumaluminosilikat Na^((AIC^) (SiC^) -^) *^H2° fri9j°rt ve<^ ca* 925°C. I aluminiumoxid-gel A^O^-0,5^0 frigøres hydratvandet ved 815 til 871°C.

5 I ingen af tilfaldene fjernes hydratvandet ved tilførsel af mikrobølgeenergi.

Følgelig resulterer tilførelsen af mikrobølgeenergi i en ubetydelig opvarmning af selve tørremidlet, idet det er meget sandsynligt, at det ikke engang vil nå van-10 dets ligevægtstemperatur på ca. 87°C, ved hvilken det frie eller sorberede vand fjernes. Resultatet er, at der faktisk ikke sker nogen beskadigelse af tørremidlet under regenerationen. Desuden giver tilførelsen af mikrobølgeenergi en meget hurtigere regeneration end i konventionel-15 le varmereaktiverede absorptionsgasfraktioneringsapparater, og sorptionsléjerne kan derfor udføres mindre, end mindre spildtid for regenerationen og en betydelig resulterende besparelse af den krævede energi.

Da det ikke er nødvendigt at opvarme tørremiddel-20 lejet, er der ikke behov for at opvarme rensegassen. Faktisk er rensegassen kun nødvendig til at skylle den sorberede polære gas, f.eks. vand, der er desorberet, ud fra sorptionslejet med en betragtelig besparelse i mængden af den afgangsgas, der er nødvendig til rensningen.

25 Følgelig kan der anvendes mindre sorptionslejer, som virker med kortere regenerationscykler, når der anvendes mikrobølgeenergi til regeneration ifølge den foreliggende opfindelse.

I fremgangsmåden ifølge opfindelsen reduceres kon-30 centrationen af en første polær gas i en blanding af denne med en anden gas og fjernes som anført i krav 1 og 3.

Fremgangsmåden kan anvendes til sorption og desorption af en hvilket som helst polær gas i en blanding med andre polære og ikke-polære gasser. Polære gasser så-35 som vand, carbondioxid, carbonmonoxid, svovldioxid, svovl-trioxid, bortrifluorid, ozon og ethylalkohol, kan nemt

O

6

DK 152018B

desorberes ved hjælp af mikrobølgeenergi.

Som rensegas anvendes fortrinsvis den fra adsorptionscyklen udgående gas, og desorption ved et gastryk, som er lavere end adsorptionstrykket, normalt fra ca.

5 103 kPa til ca. 2413 kPa lavere og fortrinsvis mindst ca.

345 kPa lavere.

Fugtighedsfrontens fremadskriden i et tørremid-delleje, mens dette adsorberer fugten, er et velkendt fæ- * nornen inden for tørremiddelteknikken og er omtalt i flere j 10 patentskrifter f.eks. US-patent nr. 2.944.627. Under den største del af tørrecyklen sorberer sorptionsmaterialet effektivt fugt fra den gas, som passerer hen over det. Når tørremidlets adsorptionsevne nærmer sig nul, stiger fug-tighedsindholdet i den gas, som ledes over det, imidler-15 tid stærkt. Hvis fugtighedsindholdet, dugpunktet eller den relative fugtighed for gassen måles og optegnes i forhold til tiden, ses denne sædvanligvis pludselige stigning i fugtighedsindholdet som en ændring i hældningen, og det stigende fugtighedsindhold nærmer sig derefter hur-20 tigt tilgangsgassens fugtighedsindhold. Den fremkomne S--formige del af denne kurve repræsenterer i virkeligheden fugtighedsfronten, og hvis denne betragtes i forhold til lejets længde, vil det fremgå, at den skrider frem fra tilgangsenden til afgangsenden af lejet, efterhånden som ad- !

25 sorptionscyklen skrider frem. Målet er at afslutte cyklen, før fronten eller kurvens hældningsændring når enden af lejet, idet stigningen herefter sker så hurtigt, at det næppe kan forhindres, at der afgives afgangsgas med uøns- I

ket højt fugtighedsindhold.

30 Regenerationscyklen skal ikke nødvendigvis være og er i de fleste tilfælde ikke af samme varighed som tørrecyklen, sådan at tilførelsen af mikrobølgeenergi kan afbrydes, når regenerationen er fuldført, og den resterende tid kan anvendes til en eventuel nødvendig nedkøling af 35 det regenerede leje, så det har en for adsorptionen egnet og effektiv temperatur, når strømmen af tilgangsgas til 7

O

DK 152018B

dette leje genoptages.

Gasfraktioneringsapparatet ifølge opfindelsen omfatter et adsorptionsleje med en større affinitet til en første polær gas i en blanding af denne med en anden gas 5 og er indrettet til periodisk regeneration ved afslutningen af en adsorptionscyklus med fjernelse af den sorbe-rede, første polære gas ved tilførelse af mikrobølgeenergi og med en udskyllende strøm af rensegas til fjernelse af den desorberede, første polære gas fra lejet fortrins-Ίg vis i modstrøm i forhold til strømningen under adsorptio nen og organer for tilførsel af mikrobølgeenergi til sorp-tionslejet under regenerationen.

Skønt apparatet ifølge opfindelsen kan omfatte ét sorptionsleje, indbefatter det foretrukne apparat et par 15 sorptionslejer, som er anbragt i egnede beholdere, der er forbundet med ledninger til modtagelse af den tilgangsgas, som skal tørres, og til afgivelse af tørret afgangsgas.

Apparatet kan også indbefatte en styreventil el-20 ler en drøvleventil med det formål at reducere trykket under regenerationen og en flergangsventil til omskriftning af tilgangsgasstrømmen mellem lejerne og til modtagelse af afgangsstrømmen fra disse. Desuden kan der anbringes en måleventil eller drøvleventil til afledning af en del af 25 afgangsgassen som rensestrøm i modstrøm gennem det leje, der bliver regenereret.

Ifølge opfindelsen foretrækkes det at lede rense-gassen i modstrøm i forhold til den tilgangsgas, som bliver tørret, i overensstemmelse med den kendte teknik med 30 henblik på at få en effektiv udskyldning af den desorberede første polære gas med mindst muligt gastab. Det er imidlertid klart, at rensestrømmen, hvis sådan bestemmes, kan ledes gennem lejet i samme retning som tilgangsgassen med et tilsvarende tab i effektivitet.

35 Mikrobølgegeneratoren kan være af en hvilken som helst art, der er i stand til at frembringe elektromagne-

O

8

DK 152018B

tiske bøluer med frekvenser inden for området fra ca. 0,03 7 til ca. 3.000 GHz (svarende til fra ca. 3x10 til ca.

1 2 3x10 svingninger pr. sekund). Mikrobølgegeneratorer af denne art er i handelen og udgør ikke en del af opfindel-5 sen. Mikrobølgegeneratorer, som anvender ampiitron-, magnetron-, mikroton- eller klystronrør, er egnede, men selvfølgelig kan et hvilket som helst mikrobølgefrembringende rør anvendes.

Mikrobølgegeneratorens størrelse og kapacitet 1Q vælges naturligvis afhængigt af kravene til apparatets regeneration. Hvor kravene til regenerationen er ualmindelig store, kan der anvendes en større generator, eller det kan være muligt at anvende flere generatorer og lede mikrobølgeenergien ind i adsorptionslejet på flere steder, 15 ét for hver generator. Det er også muligt at anvende ortogonale transducerer til at føre energien fra to eller flere generatorer ind i ét adsorptionsleje, idet der kun anvendes én åbning.

Mikrobølgegeneratoren er forbundet med en iso-20 lator for således at beskytte generatoren ved operatørfejl eller andre driftsfejl. ii ί I serie mellem isolatoren og mikrobølgegenera- j| toren er indskudt et fremad/reflekt-overvågningsorgan, hvis | funktion er at afbryde mikrobølgegeneratoren, når sorp-25 tionslejet er fuldt regenereret. Mens der er frit vand eller sorberet polær gas tilstede på sorptionsmaterialet eller tørremidlet, vil den mikrobølgeenergi, som føres ind i sorptionslejet, bliver absorberet. Når sorptionsmaterialet er blevet desorberet, falder absorptionen af mikro-30 nølgeenergi imidlertid væsentligt, og i stedet for at blive absorberet bliver mikrobølgerne reflekteret tilbage gennem overførselssystemet for mikrobølgerne mod mikrobølgegeneratoren. Indskydelsen af fremad/reflekt-overvågnings-organet før mikrobølgegeneratoren gør det muligt at detek-35 tere de tilbagekastede bølger og afbryde mikrobølgegeneratoren ved en på forhånd bestemt intensitet, svarende til

DK 152018 B

O

9 regeneration af sorptionsmaterialet. Den intensitet af de reflekterende bølger, som svarer til fuld regeneration, bestemmes ved forsøg med det bestemte adsorptions-desorp-tions-system, der anvendes.

§ Et hvilket som helst konventionelt fremad/reflekt- -overvågningsorgan kan anvendes. Disse er i handelen og udgør ikke en del af opfindelsen.

En sammensætning med en enkelt mikrobølgegenerator, et fremad/reflekt-overvågningsorgan og en isolator 10 er tilstrækkelig til et adsorptions/desorptionssystem med et hvilke som helst antal adsorptionslejer. Hvis der er mere end ét adsorptionsleje, er det imidlertid nødvendigt at tilvejebringe separate mikrobølgeledende indretninger, som overfører mikrobølgeenergien til hvert af lejerne med 15 en bølgelederomskifter til at lede energien til det leje, der er udvalgt til regeneration. Overføringssystemet udenfor omskifteren og før adsorptionslejerne omfatter bølge-lederdele, mikrobølgevinduer og underordnede afstemningsorganer, som alle er af kendt udformning og ikke udgør en 2o del af opfindelsen.

Mikrobølgevinduerne må naturligvis være gennem-trængelige for den mikrobølgeenergi, som anvendes, og være i stand til at modstå gastrykket inden i adsorpitonslejet, og er normalt anbragt ved eller i væggene af den beholder, 25 som indeholder sorptionslejet. Et hvilket som helst mikro-gølgegennemtrængeligt materiale kan anvendes til fremstillingen af vinduerne.

Mikrobølgelederdelene er ledere, som i det væsentlige kan lede mikrobølgeenergi uden tab til atmosfæren.

30 De mikrobølgeafstemningsorganer, der anvendes i forbindelse med bølgelederdelene og vinduerne, er impedanstilpasningsorganer .

Gasfraktioneringsapparatet ifølge opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning 35 til tegningen, hvor fig. 1 er en skitse af et tørreapparat med to le- 10

DK 152018B

o jer og to tanke, ifølge opfindelsen, og fig. 2 er en skitse af et tørreapparat ifølge opfindelsen med to lejer, der er indeholdt i en enkelt tank.

Det i fig. 1 viste tørreapparat indbefatter et par 5 tanke 10 og 11, som begge i enderne har en tilgang 2 og 3 j og i den anden ende en afgang 4 og 5. Over hver tilgang og | afgang er anbragt en rustfri stålstøtteskærm 6, som er ♦ fremstillet af trådnet eller perforeret stålplade, med det formål at tilbageholde tørremiddelpartiklerne inde i tan-1Q kene under gasstrømning i begge retninger og for at forhindre overførsel af mikrobølgeenergi både opstrøms og ned-strøms.

I dette tilfælde er tankene fyldt med tørremiddel i form af aktiveret alumina, men efter udpegning kan en j 15 molekylær si som Na^ (A102) (SiC^) -^) 31^0 e-^er kiselgel j anvendes.

Tankene 10 og 11 er indbyrdes forbundne med et ledningssystem til tilledning af tilgangsgas, som skal tørres, til tilgangen af begge lejer og bortledning af 20 tørret gas fra begge lejers afgang med ledninger til at føre rensestrøm, som er afledt fra afgangen, til toppen af begge tankene med henblik på regeneration og til at udluf- j te den til atmosfæren, efter at den har forladt bunden af ! hvert leje. Dette system omfatter en forsyningsledning 20 | 25 for våd gas, som leder våd gas til firevejs-omskifterventi- j len 21 og derefter gennem en af ledningerne 22 eller 23 til j toppen af tanken henholdsvis enten 10 eller 11. Lignende ledningsforbindelser 24 og 25 strækker sig mellem de to tankes afgang. Strømningen gennem disse ledninger til af-30 gangsledningen 26 styres af kontraventilerne 27 og 28. En anden ledning 29 forbinder ledningerne 24 og 25 gennem en rensestrømsmålende og trykreducerende åbning 30, som styrer volumenet af rensestrømmen, der er afledt fra afgangen af tør gas til regeneration af tørrelejet i regenerations- j

J

35 cyklus. Ledningen 29 leder rensestrømmen gennem åbningen j 30 til udgangene 4 og 5 på tankene 10 og 11. En renseaf- 11

DK 152Q18B

o gangsledning 36 forbinder ledningerne 22 og 23 gennem ud luftningsventilerne 34, 35 til udluftning af rensegas i atmosfæren gennem udluftningsledningen 37 og lyddæmperen 38.

5 Apparatet til frembringelse og tilføring af mikro bølgeenergi til sorptionslejet i hver tank med henblik på regeneration er anbragt mellem de to tanke og omfatter en mikrobølgegenerator 40, et fremad/reflekt-overvågnings-organ 41, en mikrobølgeisolator 42, en bølgelederomskif-10 ter 43, som leder mikrobølgeenergien gennem et af de to sæt bølgeledere 44, 45, mikrobølgeafstemningsorganer 46, 47 og mikrobølge-trykvinduer 48, 49, hvorigennem mikrobølgeenergien via overgangsorganerne 50, 51 passerer ind i adsorptionsmaterialet i én af de to tanke henholdsvis 15 10/ 11·

Hver tank er forsynet med en temperaturafbryder 52, 53.

Hvis tanken 10 befinder sig i tørrecyklen og tanken 11 i regenerationscyklen, fungerer tørreapparatet på 20 følgende måde: våd gas med ledningstryk på ca. 172 til ca. 2403 kPa, som strømmen til gennem ledningen 20, ledes af ventilen 21 ind i ledningen 22 til tanken 10 og passerer derfra nedad gennem lejet 9 til afgangen, hvorfra den gennem ledningen 24 føres gennem den åbne ventil 27 25 til afgangsledningen 26. Ventilerne 28 og 34 er lukkede og forhindrer strømning i ledningen 25 undtagen gennem ledningen 29 og åbningen 30 samt i ledningen 36 fra ledningen 22, mens ventilen 35 er åben og tillader rensestrøm fra tanken 11 at fortsætte til udluftningsledningen 37. En 30 del af afgangsgassen ledes derefter gennem ledningen 29, gennem åbningen 30, hvor dens tryk reduceres til atmosfæretryk på grund af den åbne ledning 37, ind i ledningen 25 til bunden 5 af den anden tank 11, som befinder sig i regenerationscyklen, og passerer derfra opad gennem lejet 35 9 til tilgangen 3 og derfra gennem ledningen 36 og udluf tes i atmosfæren gennem rensegasudluftningsledningen 37

O

12

DK 152018B

og lyddæmperen 38.

Mens dette foregårg frembringes mikrobølgeenergi i mikrobølgegeneratoren 40 og ledes gennem fremad/re-flekt-styreorganet 41 og isolatoren 42 ind i omskifteror-5 ganet 43, hvor mikrobølgerne ledes ind i tanken 11 gennem mikrobølgelederen 45, mikrobølgeafstemningsorganet 47, trykvinduet 49 og overgangsorganet 51. Mikrobølgeenergien absorberes af det vand, som er indeholdt i tørremidlet og vandet uddrives som vanddamp.

10 Rensestrømmen måles og får trykket reduceret gennem åbningen 30, passerer gennem ledningerne 29 og 25 ind i tanken 11 ved afgangen 5 og fører den desorberede vanddamp ud af tanken 11 gennem tilgangen 3 og forbi udluftningsventilen 35 i ledningen 36 til udluftningsledningen 15 37 og lyddæmperen 38, hvor den udluftes i atmosfæren. Når alt vandet er drevet ud af tanken 11, vil en stor del af mikrobølgeenergien blive reflekteret tilbage gennem bølgelederen 51 mod mikrobølgegeneratoren 40. Tilgangs- og afgangsskærmene 6 vil forhindre, at energien undslipper i nogen 20 anden retning, og overvågningsorganet 41 vil afføle den høje procent af reflekteret energi og vil afbryde mikrobølgegeneratoren 40. Højtemperaturafbryderen 53 tjener som en reserve til afbrydelse af mikrobølgegeneratoren i tilfælde af fejl ved overvågningsorganet.

25 Når den på forhånd bestemte cyklustid er gået, aktiveres en elektrisk omskifter, som først lukker ventilen 35 for at give mulighed for igen at opbygge trykket i tanken 11. Efter at der er forløbet en på forhånd fastlagt tidsperiode, som giver tilstrækkelig tid til opbygning 30 af trykket i tanken 11, aktiveres en motor til at dreje firevejs-omskifterventilen 21 180° for derved at lede tilgangsgas gennem ledningen 23 til toppen af den anden tank 11 i tørrecyklen, mens ventilerne 27 og 35 samtidigt lukkes, og ventilen 28 åbnes. Ventilen 34 er nu åbnet med 35 henblik på at tage trykket af tanken 10 og åbne rensesy-stemet til atmosfæren. Rensestrømmen passerer nu gennem

DK 152018 B

O

13 ledningen 29, åbningen 30 og ledningen 24 til bunden 4 af tanken 10, som nu befinder sig i regenerationscyklen.

Samtidigt med at ventilen 21 omskiftes, startes mikrobølgegeneratoren 40, og de frembragte mikrobølger ledes gennem 5 fremad/reflekt-styreorganet 41 og isolatoren 42 ind i omskifterorganet 43. Omskifterorganet leder nu mikrobølgerne ind i tanken 10 gennem mikrobølgelederen 44, mikrobølgeafstemningsorganet 46, trykvinduet 48 og overgangsorganet 50 ind i adsorptionslejet 9. Mikrobølgeenergien 10 absorberes af det frie vand, som er adsorberet på tørremidlet i tanken 10, og vandet drives ud som vanddamp. Rense-gassen fortsætter gennem åbningen 30, ledningerne 29 og 24 ind i bunden af tanken 10, fører den desorberede vanddamp ud af tanken 10 gennem tilgangen 2, udluftningsven-15 tilen 34, ledningerne 36 og 37, lyddæmperen 38 og ud i atmosfæren.

Når alt vandet er drevet ud af tanken 10, vil en stor procentdel af energien blive reflekteret tilbage gennem bølgelederen mod mikrobølgegeneratoren. Tilgangs- og 20 afgangsskærmene 6 vil forhindre energien i at undslippe i nogen anden retning. Overvågningsorganet 41 vil afføle den store procentdel reflekteret energi og vil automatisk afbryde generatoren. Højtemperaturafbryderen 52 tjener som en reserve til afbrydelse af mikrobølgegeneratoren 25 i tilfælde af fejl ved overvågningsorganet. Derefter omskiftes ventilerne 21, 27, 28, 34 og 35 igen ved afslutningen af den på forhånd fastlagte tørreperiode, og cyklen gentages.

Når som helst tanken 10 eller 11 befinder sig

Oft i regenerationscyklen er mikrogeneratoren 40 aktiveret, og tørremiddellejet desorberes, mens det udsættes for ren-sestrømmen i det tidsrum, som er nødvendigt til at regenerere tørremidlet fuldstændigt. Dette tidsrum kan være betydeligt mindre end tørrecyklustiden, som selvfølge-35 lig ikke bestemmes af en fast cyklustid, men som tidligere nævnt af gassens fugtighedsniveau i lejet, hvorefter mi-

O

14

DK 152018B

krobølgegeneratoren afbrydes.

Rensegasstrømmen fortsættes kun i et tidsrum, som er tilstrækkeligt til at nedkøle tørremiddellejet til rumtemperatur, ved hvilken temperatur adsorptionen er 5 mere effektiv, og derefter afbrydes denne også automatisk ved lukning af renseudluftningsventilerne 34 og 35, hvorved det brugte leje igen påføres tryk og gøres klar til den næste cyklus. Normalt er en halv til én time tilstrækkelig til at fuldføre regenerationen af et brugt le-10 je en til Sn time tilstrækkelig til at afkøle det.

Selvfølgelig kan der afhængigt af det anvendte tørremiddel anvendes andre tidsrum.

Den enkelte tørretank, som er vist i fig. 2, omfatter et enkelt tanksvøb 60, hvori der er anbragt en 15 midterskillevæg 61, der deler tanken i to kamre 62 og 63, som begge i den ene ende har en tilgang 64 og 65 og i den anden ende en afgang 66 og 67. Over udgangene af hver tank er anbragt rustfri stålstøtteskærme 68, som er fremstillet af trådnet eller perforeret stålplade med det fomål at 2o tilbageholde tørremiddelpartiklerne inden i tankene og at forhindre overførsel af mikrobølgeenergi enten opstrøms eller nedstrøms. i

Tankene er fyldt med et tørremiddel såsom aktiveret alumina.

25 Tankene 62, 63 er gensidigt forbundne med ledninger som sikrer at tilgangsgas, som skal tørres, ledes til tilgangen af et af lejerne og at tørret gas bortledes fra ét af lejernes udgang. Der er tilvejebragt ledninger, som leder en rensegas, som er afledt fra afgangen, til toppen 3Q af ét af lejerne med henblik på regeneration og for udluftning af denne gas til atmosfæren, efter at den har for^ ladt bunden af et af lejerne. Dette system omfatter en forsyningsledning 80 for våd gas, som leder våd gas til en fi-revejs-omskifterventil 81 og derefter gennem enten lednin-35 gen 82 eller 83 til toppen af kamrene henholdsvis 62 eller 63. Lignende ledningsforbindelser er ført mellem de to kam- 15

O

DK 152018B

res udgange. Strømning gennem disse ledninger til afgangsledningen 86 styres af omskifterventilerne 87 og 88. En anden ledning 89 leder fra samlingen mellem ledningerne 84 og 85 til en måleventil 90, som styrer det rensestrømsvo-5 lumen, der afledes fra afgangen af tør gas til regeneration af tørremiddellejet i regenerationscyklen. Ledningen 89 fører rensestrømmen gennem en trykreducerende åbning 72 til én af ledningerne 73, 74, til kontraventilerne 75 og 76 og til kamrene 62's og 63's afgange 66 oh 67. En rense-10 udfluftningsledning 92 fører fra firevejs-ventilen 81 gen nem renseudluftningsventilen 91 til atmosfæren med henblik på udluftning af rensegas.

Et system til frembringelse af mikrobølgeenergi er anbragt ved bunden af tanken 60, hvilket system er sammen-15 sat af en mikrobølgegenerator 100, hvorfra mikrobølgeenergi ledes gennem et fremad/reflekt-overvågningsorgan 101 og en isolator 102 ind i et omskifterorgan 103. Omskifterorganet leder mikrobølgerne ind i det kammer, som er afskåret fra hovedstrømmen, enten kammeret 62 eller 63, gen-20 nem mikrobølgeledere 104, 105, mikrobølgeafstemningsorganer 106, 107, trykvinduer 108, 109 og overgangsorganer 110, 111. Mikrobølgeenergien absorberes af det frie vand, som er adsorberet på tørremidlet, og vandet skylles som vanddamp ud gennem rensegasudluftningsventilen 91 af rense-25 gassen og udluftes til atmosfæren. Tilgangs- og afgangsskærmene 68 forhindrer energien i at undslippe fra tanken undtagen tilbage gennem bølgelederne mod mikrobølgegeneratoren. Fremad/reflekt-overvågningsorganet 101 vil afføle den store procentdel reflekteret energi, som forekommer i 30 kammeret, når al vandet er drevet ud, og vil derved afbryde mikrobølgegeneratoren 100. Højtemperaturafbryderne 112 og 113 tjener som reserve til at afbryde generatoren 100 i tilfælde af en fejl ved overvågningsorganet.

Hvis kammeret 62 befinder sig i tørrecyklen og tanken 35 63 i regenerationscyklen, fungerer tørreapparatet på føl gende måde: våd gas med ledningstryk på ca. 172 til ca. 2403 kPa, o 16

DK 152G18B

som strømmer til gennem ledningen 80, ledes af ventilen 81 ind i ledningen 82 til kammeret 62 og passerer derfra nedad gennem laget 78 til udgangen, hvorefter den gennem ledningen 84 føres gennem ventilen 87 til afgangsledningen 5 86. Ventilerne 88 og 75 er lukkede og forhindrer strøm ning i ledningerne henholdsvis 85 og 73. En del af afgangsgassen, som styres af renseventilen 90, føres derefter gennem ledningen 89, gennem åbningen 72, hvor dens tryk reduceres til atmosfæretryk på grund af den åbne renseventil 10 90, ind i ledningen 74, gennem den åbne ventil 76 (ventilen 75 er lukket og forhindrer strømning i ledningen 73) til bunden af det andet kammer 63, som befinder sig i regenerationscyklen, derfra passerer den opad gennem lejet til tilgangen 65 og derfra gennem ledningen 83 til firevejs-15 -omskifterventilen 81 og udluftes til atmosfæren gennem renseudluftningsledningen 92 og ventilen 91.

Medens dette foregår, frembringes mikrobølgeenergi i mikrobølgegeneratoren 100 og ledes gennem fremad/reflekt--overvågningsorganet 101 og isolatoren 102 ind i omskif-20 terorganet 103, hvor mikrobølgerne ledes ind i kammeret 63 gennem mikrobølgelederen 105, mikrobølgeafstemningsorganet 107, trykvinduet 109 og overgangsorganet 111. Mikrobølgeenergien absorberes af det vand, som er indeholdt i tørremidlet, og vandet føres bort som vanddamp.

25 Rens egas strømmen måles ved ventilen 70, får sit tryk reduceret gennem åbningen 72, passerer gennem ledningerne 89, 74 ind i kammeret 63 ved afgangen 67, fører den desorberede vanddamp ud af kammeret 63 og gennem udluftningsledningen 92, udluftningsventilen 91 og lyd-30 dæmperen 98, hvor den udluftes i atmosfæren. Når al vandet er drevet ud af kammeret 63, vil en stor procent af mikrobølgeenergien blive reflekteret tilbage gennem bølgelederen 105 mod mikrobølgegeneratoren 100. Tilgangs- og afgangsskærmene 68 vil forhindre energien i at undvige i nogen an-35 den retning. Overvågningsorganet 101 vil afføle den store procentdel reflekteret energi og vil afbryde mikrobølge-

DK 152018B

O

17 generatoren 100. Højtemperaturafbryderen 113 tjener som reserve til afbrydelse af mikrobølgegene rato ren i tilfælde af fejl ved overvågningsorganet.

Når den på forhånd bestemte cyklustid er forløbet, 5 aktiveres en elektrisk omskifter/ som først lukker renseud-luftningsventilen 91, med henblik på at genopbygge trykket i kammeret 63, og derefter, ca. 30 sekunder senere omskifter firevejs-omskifterventilen 81 180° for derved at lede tilgangsgas til ledningen 83 og toppen af det andet kam-10 mer 63 i tørrecyklus, mens ventilerne 87 og 76 samtidigt lukkes, og ventilerne 75, 88 og 91 åbnes. Rensestrømmen passerer nu gennem ledningen 89, åbningen 72, ledningen 73 og ventilen 75 til bunden 66 af kammeret 62, som nu befinder sig i regenerationscyklen. På det tidspunkt ven-15 tilen 81 omskiftes, startes mikrobølgegeneratoren 100, og de frembragte mikrobølger ledes gennem fremad/reflekt--overvågningsorganet 101 og isolatoren 102 ind i omskifterorganet 103. Omskifterorganet leder nu mikrobølgerne ind i kammeret 62 gennem mikrobølgelederen 104, mikro-20 bølgeafstemningsorganet 106, trykvinduet 108 og overgangsorganet 110 ind i tørremiddellejet 9. Mikrobølgeenergien absorberes af det frie vand, som er sorberet på tørre-midlet 9 i kammeret 62, og vandet uddrives som vanddamp. Rensegassen fortsætter gennem ventilen 90, åbningen 72, 25 og ledningerne 89, 73 til bunden af kammeret 62, fører den desorberede vanddamp ud af kammeret gennem ledningen 82 og ventilen 81 og derfra ud i atmosfæren gennem ledningen 91 og ventilen 92.

Når al vanddampen er drevet ud af kammeret 62, 30 vil en stor procentdel af energien blive reflekteret til bage gennem bølgelederen mod mikrobølgegeneratoren. Tilgangs-og afgangsskærmene 68 vil forhindre energien i at undslippe i nogen anden retning. Overvågningsorganet 101 vil derefter afføle en stor procentdel reflekteret energi og vil 35 automatisk afbryde generatoren 100. Højtemperaturafbry deren 112 tjener som en reserve til afbrydelse af genera-

O

18

DK 152018B

toren i tilfælde af fejl ved overvågningsorganet. Derefter i omskiftes ventilerne 81, 87, 88, 75 og 76 igen ved afslutningen af den på forhånd bestemte tørreperiode, og cyklen gentages.

5 Når som helst kammeret 62 eller 63 befinder sig i regenerationscyklen, er mikrobølgegeneratoren 100 aktiveret, og tørremiddellejet bliver desorberet, mens det ! j udsættes for rensestrømmen i det tidsrum, som kræves for at j regenerere tørremidlet fuldstændigt. Dette tidsrum kan j 10 være betydeligt mindre end tørrecyklustiden, som selvføl- j gelig ikke er bestemt af en fast tidscyklus, men som tid- i i ligere nævnt af gassens fugtighedsniveau i lejet, hvorefter mikrobølgegeneratoren afbrydes.

Rensestrømmen fortsættes kun for et tidsrum, som 15 er tilstrækkeligt til at afkøle tørremiddellejet til stue temperatur, som er den temperatur ved hvilken adsorptionen er mest effektiv, og derefter afbrydes denne også automatisk ved lukning af renseudluftningsventilen 91, genopbygning af trykket i det brugte leje og klargøring af dette 20 til den næste cyklus. Normalt er en halv til én time tilstrækkelig til at udføre en fuldstændig regeneration af et brugt leje, og en halv til én time er tilstrækkelig til at afkøle det. Naturligvis kan der også anvendes andre tider tisk ved lukning af renseudluftningsventilen 91, trykket 25 i det brugte genopbygges og dette klargøres til den næ ste cyklus. Normalt er en halv til én time tilstrækkelig til at udføre en fuldstændig regeneration af et brugt leje, og en halv til én time er tilstrækkelig til at afkøle det. Naturligvis kan der ogås anvendes andre tider af-30 hængigt af det anvendte tørremiddel.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen kan udøves under anvendelse af en hvilken som helst art at tørremiddel eller sorptionsmateriale, som er gennemtrængeligt for mikrobølgeenergi. Sådanne tørremidler eller sorptionsmateri-35 aler er kun gennemtrængelige ved forholdsvis lave tempe

raturer. Ved høje temperaturer på ca. 1095 til ca. 1650°C

0 19

DK 152018B

og derover er de fleste tørremidler eller adsorptionsmaterialer ikke gennemtrængelige for mikrobølgeenergi. Ved lave temperaturer under ca. 260°C er alle gennemtrænge-lige. Mellem ca. 260 og ca. 1095°C mister mange tørremid-5 ler og sorptionsmaterialer deres gennemtrængelighed. Følgelig udøves fremgangsmåden ifølge opfindelsen ved en temperatur, ved hvilken sorptionsmaterialet eller tørremidlet er gennemtrængeligt og fortrinsvis under 260°C.

Tørremidlet eller sorptionsmaterialet er fortrins-10 vis et materiale, som har stærkt bundet hydratvand såsom molekylære sier eller alumina. Andre eksempler er kiselgel, "Mobil Sorbeads", magniumsulfat, kalciumsulfat, zeolitter, både naturligt forekommende og syntetiske såsom chabasitter, analcit og de syntetiske zeolitter, som er 15 beskrevet i US-patentskrifterne nr. 2.306.610, 2.442.191 og 2.522.426.

Adsorptionen kan udføres ved atmosfæretryk. Da adsorptionshastigheden og -graden stiger med trykket, foretrækkes det imidlertid at den udføres ved et tryk høje-20 te end atmosfæretryk almindeligvis fra ca. 205 kPa til ca.

69 MPa. På den anden side foregår regenerationen mere effektivt ved et reduceret tryk, og det ville således i de fleste tilfælde være at foretrække at anvende et reduceret tryk i denne del af cyklen. Hvis adsorptionen udføres 25 ved et tryk højere end atmosfæretryk, udføres regenerationen hensigtsmæssigt ved atmosfæretryk eller ved et lavere tryk, f.eks. ved ca. 0,69 til ca. 69 kPa, f.eks. ved tilslutning af en vacuumpumpe, vandluftpumpe eller dampejek-tor.

30 Volumenhastigheden vil være bestemt af kravene til systemet. Jo hurtigere strømningen er, desto hyppigere omskiftning og/eller større tørremiddelvolumen kræves der.

3

Volumenhastigheder op til ca. 225 m pr. minut kan nemt udøves uden tab af effektivitet med de fleste tørremidler.

35

O

20

DK 152018B

Regenerationen af det brugte tørremiddel ifølge opfindelsen fuldføres effektivt ved anvendelsen af mikrobølgeenergi. Den energimængde, der tilføres, er tilstrækkelig til i det væsentlige at fjerne al den adsorberede fugt 5 med henblik på at opnå størst mulig ydeevne. Hvis størst mulig ydeevne ikke er nødvendig, behøver regenerationen naturligvis ikke at blive ført så langt som til i det væsentlige fuldstændig regeneration. Eftersom adsorptionens nyttevirkning falder, efterhånden som adsorptionsmateria-10 let optager fugtigheden, er det klart, at det i næsten alle tilfælde er mere fordelagtigt at regenerere fuldstændigt, hvis det er muligt.

Det skal bemærkes, at udtrykket "fuldstændig regeneration" er anvendt i dets normale betydning.

15 Det er selvfølgelig umuligt nogensinde at fjerne hele fug-tighedsindholdet i et adsorptionsmateriale, selv ved fortsat langvarig tilførsel af mikrobølgeenergi.

De krav, der stilles til tørreapparatets størrelse og funktion for en given våd gas, kan naturligvis 20 nemt fastlægges af en fagmand. De variable størrelser, som skal styres, omfatter den påførte mikrobølgeenergis frekvens og intensitet, tørremidlets volumen, regenereringens cyklustid og det fugtighedsindhold, som tørremidlet opnår under tørrecyklen. Følgende beregning er angivet som 25 et eksempel.

Det antages, at apparatet omfatter to tankkamre med en indre diameter på 30·48 cm, og at hele den effektive lejelængde er 12,7 cm, hvilket giver et 3 volumen af et tørremiddelleje i hver tank på 0,09 m .

30 Det antages endvidere, at der anvendes et leje med aktiveret alumina.

!

Tilgangsstrømmen går mod bunden af lejet gennem j aluminalaget, og rense-modstrømmen udgår fra afgangsen- !

35 den. I

O

21

DK 152018B

Det er almindeligt at dimensionere et varmerege-nereret tørreapparat på grundlag af, at tilgangsgassens totale fiagtigheds indhold i tørreperioden er mindre end 5% af vægten af tørremidlet i lejet, idet der regnes med en 5 nominel strømning af mættet gas. Sagt på en anden måde, antages det, at faktisk al vandet adsorberes af én tredie-del af lejet i tilgangsenden, og at det gennemsnitlige vandindhold i denne del af lejet er 15% efter vægt.

I dette eksempel er en trediedel af lejet en tre-3 3 10 diedel af 0,09 m eller 0,03 m . Vægten af tørremidlet i denne del af lejet er 24,7208 kg, og vægten af det vand, som skal opsamles, er 15% af 24,7208 kg eller 3,7 kg.

Desuden antages det almindeligvis i beregningerne, at tilgangsgassens maksimale temperatur er 37,78°C, med . 15 mindre mere nøjagtige data er tilgængelige for en given anvendelse. I dette tilfælde vil mættet gas ved 37,78°C inde-3 3 holde 28,3 m fugt pr. m . Med en tørrecyklus på én time kan dette leje således virke ved en volumenhastighed på 20 3,7 , „„ 3, ------- 1,38 cm /mm.

60 x 0,0447 3

Hvis tilgangstrykket er 7,03 kg/cm kan tilgangsvolumenhastigheden være 25 -8^06— _ 10,8 cm^/min 1,38 x 1,03

Det fremgår således klart af denne beregning, at dette 30 leje har en meget stor volumenhastighedskapacitet.

Beregningen af rensevolumenhastigheden for et sådant leje er følgende. Med en regenerationscyklus på 1 time vil der, idet der gives 2 minutter til sænkning af trykket, 2 minutter til opbygning af trykket og 2 minutters forsin-35 kelse før omskiftning af lejerne, mistes en regenerations-

DK 152018B

22 I

0 i tid på 6 minutter ud af en samlet cyklustid på 60 minutter. Mikrobølgegeneratoren kan fungere under sænkning af trykket, så denne tid ikke mistes, og det aktuelle tidstab er ; således kun 4 minutter. ! 5 I de resterende 56 minutter af cyklen opvarmes ! lejet og afkøles derefter. Kun ca. 1/2 af tidsperioden vil kunne udnyttes til regeneration, så rensestrømmen må -! være i stand til at kunne fjerne ca. 3,7 kg (8,2 eng. pund) fugt i løbet af 30 minutter med en afgangsgastemperatur på ; 10 95,56°C, idet det antages, at gassens fjernelse af fugt fra 1 tørremidlet kun sker med en virkningsgrad på 80%, dvs., at j gassen har en relativ fugtighed på 80%. Under disse antagel- i ser vil rensegassen indeholde :

15 0,80 x 0,213 = 0,170 eng. pund pr. kubikfod I

eller 2,723 kg/cm^ i ! \ i s

Rensestrømmen ,'skal derfor være j { ! ( jj 20 8 2 * --- = 1,9 standardkubikfod pr. minut 0,170 x 26 ,, Λ Λ_. . , 3, .

eller ca. 0,054 stand, cm /mm.

O

Baseret på en tilgangsstrøm på 10,8 cm /min er 3 0,054 cm /min rensestrøm ca. 1/2% af tilgangsstrømmen.

25

Kravene til opvarmning beregnes på følgende måde.

Vægten af tørremiddel i den opvarmede del af lejet er 64 eng. pund (29,02 kg). Den varmemængde, der kræves til at opvarme denne mængde tørremiddel fra 37,78°C til 93,33°C

er 30 64 x 100 x 0,25 = 1,600 B.t.u. (403,2 kcal)

Den varmemængde, der kræves til at desorbere 8,2 eng. pund (3,7 kg) vand er 35 8,2 x 1450 = 11,890 B.t.u. (2996 kcal)

Lejet kan afkøles tilstrækkeligt på 26 minutter, hvilket giver 26 minutter til opvarmning.

O

23

DK 152018B

Den varmemængde, der kræves til at opvarme ren-segassen fra 37,78°C til 93,33°C i opvarmningsperioden er 1,9 x 0,075 x 0,25 x 104 x 26 = 96 B.t.u.

(24,2 kcal) 5

Den nødvendige samlede varmemængde er således, idet der gives ca. 5% til varmetab, 14,265 B.t.u. (3594 kcal). For at tilføre denne varmemængde på 36 minutter kræves ialt en effekt på 10 14./265.. . .6.P_. = g 64 kw 3414 26 f

Hvis hele lejet skulle opvarmes til 148,89°C, som i et konventionelt apparat, og cyklustiden blev fastholdt, 15 ville den varmemængde, der kræves til at opvarme hele tør-remiddellejet fra 37,78°C til 148,89°C, være 9600 B.t.u.

(2419 kcal). Denne varmemængde kunne ikke bortføres på 26 minutter af 1,9 scfm (0,057 m3/min) rensegas, så rense- 3 strømmen måtte forøges til ca. 60 scfm (1,7 cm /min). Op-20 varmningsperioden er 26 minutter, og den varmemængde, der kræves til at opvarme rensegassen er 60 x 0,075 x 0,25 x 200 x 26 = 5850 B.t.u.(1474 kcal) 25 Den nødvendige samlede varmemængde er nu, idet der på grund af den højere temperatur gives 10% til varmetab, ca. 30,100 B.t.u. (7585 kcal) en forøgelse på 111%. Desuden må varmeapparaterne nu have en effekt på 30 30,100 „ 60 _ „n , ...

3414 X ~2T " 2°'4 kW

en forøgelse på 111%.

Disse store varmeapparater forøger fremstillings-35 omkostningerne betydeligt, og den ekstra effekt, som kræves til regenerationen forøger driftsomkostningerne betydeligt.

Det er selvfølgelig muligt at forsyne et fuldt opvarmet

O

24

DK 152018B

tørreapparat, som indeholder 192 eng. pund (87,09 kg) tørremiddel i hver tank, med mindre varmeapparater såsom på 10,4 kW. Under disse omstændigheder må cyklustiden forlænges for at give længere opvarmnings- og afkølningsperioder, og til-5 gangsvolumenhastigheden må reduceres tilsvarende for at undgå overmætning af lejet. Således kunne et tørreapparat med samme størrelse og drevet med en cyklustid på to timer anvende 10,4 kW varmeapparater, men skulle kun dimensione- 3 res for 190 scfm (5,38 m /min), et fald i kapaciteten på 50%. 10 Tørreapparaterne ifølge opfindelsen kan anvendes til at tørre alle arter af gasser såsom til tørring af små strømninger af komprimerede gasser i instrumentluft, til tørring af inaktive luftarter og i renseapparater til tørring af forholdsvis store mængder af trykluft til industri-15 og laboratoriebrug samt med forholdsvis stor kapacitet til at frembringe luft eller gasser med dugpunkter under nulpunktet .

Det krævede volumen af tørremiddellejet vil være tilstrækkelig til at give den opvarmede del af lejet den 20 kapacitet, der er nødvendig til normal drift. Der må desu den anbringes et tilstrækkeligt stort reservelejevolumen uden opvarmningsorganer til at dække behovet i enhver nødsituation som følge af midlertidig overbelastning af appa-ratet, tilførsel af gas med et usædvanligt højt fugtigheds-25 indhold, eller tilførsel af gas med en større volumenhastig hed.

Tørreapparatet ifølge opfindelsen kan omfatte fugtindikatorer og fugtighedsstyresystemer af forskellig art til måling af tilgangsstrømningen og til styring af omskift-30 ningen mellem de brugte og regenererede lejer. Der kan anbringes åbninger til udtagning og påfyldning af tørremiddel med henblik på at lette vedligeholdelse af tørremidlet, der kan desuden anbringes afgangsfiltre, som forhindrer overførelsen af tørremiddelpartikler fra lejet og ind i an-35 dre dele af systemet.

I drift vil tørreapparatet ifølge opfindelsen levere gas med lavt fugtighedsindhold med betydeligt lavere

O

25

DK 152018B

driftsomkostninger end kendte varmereaktiverede tørreapparater. Reduktionen i opvarmningseffekt formindsker også den tid, der kræves til at afkøle lejet, og behovet for rensegas kan også reduceres sammenlignet med kendte 5 tørreapparater.

Skønt opfindelsen er blevet beskrevet med principiel vægt på et tørreapparat med tørremiddel og en fremgangsmåde til tørring af gasser, vil det være indlysende for en fagmand, at dette apparat med passende valg af adsorp-10 tionsmateriale kan anvendes til at adsorbere en eller flere polære luftformige komponenter fra en luftformig blanding med andre polære og/eller ikke-polære gasser. I dette tilfælde, kan den adsorberede polære komponent også fjernes fra adsorptionsmaterialet ved tilførsel af mikro-15 bølgeenergi og efter forudbestemmelse desuden ved en reduktion i trykket under regenerationen. Således kan fremgangsmåden anvendes til at fjerne fugt og/eller ozon og/eller carbondioxid eller carbonmonoxid fra petroleumkulbrintestrøm-me eller andre gasblandinger med samme indhold, til udskillel-20 se af fugt og/eller ozon og/eller carondioxid eller carbonmonoxid fra kvælstof, til udskillelse af fugt og/eller ozon og/eller carbondioxid eller carbonmonoxid fra mættede kulbrinter og lignende. En fagmand vil vide hvilke sorptions-materialer, der er egnede til disse formål.

25 I mange tilfælde kan sorptionsmaterialer, som anvendes til fjernelse af fugtighed fra luft, også anvendes til fortrinsvis at adsorbere en eller flere gaskomponenter fra en blanding af disse, f.eks. aktiveret carbon, glasuld, metaloxider, lerarter såsom attapulgit og 30 bentonit, valkejord, benkul og naturligt forekommende og syntetiske zeolitter. En zeolits selektivitet afhænger af materialets porestørrelse. Den tilgængelige litteratur angiver den selektive adsorptionsevne for tilgængelige zeolitter, så valget af et materiale til et bestemt formål 35 er temmelig simpelt og udgør ikke en del af opfindelsen.

O

26

DK 152018B

I nogle tilfælde kan adsorptionsmaterialet bruges til at udskille et antal stoffer under en enkelt passage.

F.eks. vil aktiveret alumina adsorbere polære gasser såsom vanddamp, carbondioxid og ethylalkoholdamp, i modsætning 5 til "Mobil Beads", som kun vil adsorbere vanddamp fra denne blanding.

Det apparat, som anvendes til dette formål, vil være det samme, som det, der er beskrevet ovenfor og vist i fig. 1 og 2, og fremgangsmåden er også som beskrevet 10 ovenfor, dog modificeret passende i overensstemmelse med størrelserne af de komponenter, der skal adskilles, drifttryk og -temperatur samt volumenet af det tilgængelige adsorptionsmateriale.

Det fremgår imidlertid, at fremgangsmåden især 15 er anvendelig til tørring af gasser, og at dette er den foretrukne udførelsesform ifølge opfindelsen.

Det følgende eksempel repræsenterer en foretrukken fremgangsmåde til drift af et tørreapparat ifølge opfindelsen^ 20 Eksempel 1

Et tørreapparat med to lejer, som reaktiveres ved mikrobølgeenergi og er af den art, der er vist i fig. 1, har to tørremiddellejer, der er 48 eng. tommer (121,92 cm) 25 lange og indeholder 150 eng. pund (ca. 68 mg) aktiveret alumina. Apparatet blev anvendt til at tørre atmosfærisk luft med en relativ fugtighed på 90% til 100% ved 37,78°C til rt 21,11°C og med et tilgangstryk på 90 psig (6,3 kp/cnr).

Luftens overfladiske strømningshastighed var 47 eng. kubik-

O

30 fod pr. minut (1,3 m /min) , tilgangsstrømningen var 380 scfm (10,76 m /min), og tørrecyklen var på én time, idet der blev givet to minutter til nedsættelse af trykket, to minutter til opbygning af trykket og to minutters forsinkelse ved omskiftning af lejerne. Mikrobølgegeneratoren 35 var i drift under trykreduceringen, og under regenerationen var afgangsrensegassens temperatur 71,11°C og dens relative 0 27

DK 152018B

3 fugtighed 80%. Rensestrømningen var 1,9 scfm (0,053 m ), regenerationstiden var 30 minutter og afkølningstiden 30 minutter.

Det fremgik af de data, som fremkom fra et stort 5 antal cykler, at mikrobølgesystemet i det væsentlige havde regenereret lejet fuldstændigt i hver cyklus på det tidspunkt, hvor cyklen var afsluttet ved et sikkert fug-tighedsniveau i afgangsgassen. Det var desuden ud fra de forskellige cyklustider klart, at det var muligt, at juste-10 re cykluslængden til at stemme overens med variationer i tilgangsluftens fugtighedsniveau og dermed forlænge tørremidlets levetid ved at skære betydeligt ned på antallet af regenerationer uden at påvirke færdiggørelsen af regenerationen.

15 20 25 30 35

Claims

1. Fremgangsmåde til.'fjernelse af en første polær gas fra en blanding af denne med en anden gas ved c at lade gasblandingen strømme kontinuert gennem et sorptionsleje, som har større affinitet til den første polære gas, hvilken fremgangsmåde omfatter følgende trin a) at gasblandingen føres i kontakt med og fra den ene til den anden ende af et første sorptionsleje, 10 b) at den første polære gas sorberes på dette og, c) at der samtidigt dannes en koncentrationsgradient af den første polære gas i det første leje, hvilken gradient aftager progressivt fra den ene til den anden ende 15 af lejet, spændende fra en væsentlig del af dets første sorptionskapacitet i den ene ende til mindre end 20% af dets kapacitet i den anden ende, således at der frembringes en gasformig afgang, som har en koncentration af den første polære gas, som er mindre end et på forhånd fastlagt maksimum, 20 d) at den første polære gas, som er sorbe- ret i det andet sorptionsleje fjernes, ved at lade en rensestrøm af afgangsgas komme i kontakt med sorp-tionslejet, e) at rensestrømmen afbrydes og 25 f) at gasblandingen derefter påny føres i kon takt med sorptionslejet, kendetegnet ved, at den polære gas, som er sorberet i det andet sorptionsleje, desorberes ved den under rensestrømningen tilførte mikrobølgeenergi med en frekvens inden for området 0,03 30 til 3000 GHz ved en temperatur, ved hvilken sorptionsmateri-alet er gennemtrængeligt for mikrobølgeenergi, idet mikrobølgeenergien fortrinsvis absorberes af den første polære gas, som er sorberet på sorptionsmaterialet, hvorved denne gas desorberes, og at tilførslen af mikrobølgeenergi afbry-35 des, når desorptionen af den første polære gas er i det væsentlige fuldstændig, og før sorptionsmaterialets hydratvand fjernes. 0 DK 152018B

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegne t ved, at rensegassen har afgangsgassens temperatur og ikke opvarmes.

3. Fremgangsmåde til reduktion af koncentrationen 5 af en første polær gas i en blanding af denne med en anden gas til under en maksimal koncentrationsgrænse af denne i den anden gas omfattende a) at blandingen føres i kontakt med og fra den ene til den anden ende af et leje af sorptionsma- 10 teriale, som har større affinitet til den første polære gas, b) at den første_polære gas adsorberes herpå for tilvejebringelse af en afgangsgas, som har en koncentration af denne under det nævnte maksimum, 15 c) at der mens adsorptionen fortsætter, dannes en koncentrationsgradient af den første polære gas, som progressivt aftager fra den ene til den anden ende, og en aftagende koncentration af den første polære gas i den anden gas, hvilken koncentration definerer en kon-20 centrationsfront, der progressivt skrider frem i lejet fra den ene ende til den anden ende, efterhånden som sorptionslejets kapacitet aftager, d) at føringen af den gasformige blanding i kontakt med lejet afbrydes, før fronten kan forlade lejet, 25 0g den maksimale koncentrationsgrænse af den første polære gas i den anden gas, kan blive overskredet, kendetegnet ved, at den første polære gas, som er sorberet i sorptionslejet, derefter desorberes medens en rensningsstrøm ledes derigennem til bortspuling 30 af desorberet polær gas fra lejet, karakteristisk ved, at desorberingen tilvejebringes ved tilførsel af mikrobølgeenergi med en frekvens inden for området 0,03 til 3000 GHz ved en temperatur ved hvilken sorptionsma-terialet er gennemtrængeligt for æLJarobØlgeenergi, i hoved-35 sagen uden opvarmning af sorptionsmaterialet ved tilførsel af mikrobølgeenergi. 3D DK 152018B O

4. Fremgangsmåde ifølge krav 3/ kendetegnet ved, at tilførslen af mikrobølgeenergi sker ved en temperatur, som er lavere end ca. 260°C.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 3, kendeteg-5 net ved, at desorptionen sker ved et lavere gastryk end adsorptionen.

6. Fremgangsmåde ifølge krav 3, kendetegnet ved, at desorptionens varighed er mindre end sorp-tionens, og at tilførslen af mikrobølgeenergi afbrydes, 10 når desorptionen er i det væsentlige fuldstændig.

7. Apparat til reduktion af koncentrationen af en første polær gas i en blanding af denne med en anden gas til under en maksimal koncentrationsgrænse af denne, hvilket apparat omfatter et sorptionsleje (9) med en 15 større affinitet til den første polære gas, en tilgangsledning (22,23,82,83) for tilledning af tilgangsgas ved j lejets (9) feilgangsende (2,3,64,65) og en afgangsledning ! (24.25.84.85) til bortledning af afgangsgas fra lejets afgangsende, og et organ (29) for tilførsel af en spule- 20 strøm af rensegas til· fjernelse af detdesorberede polære gas fra lejet, kendetegnet ved a) organer (40,100) til at tilføre sorptionslejet (9) mikrobølgeenergi med en frekvens inden for området fra ca. 0,03 til ca. 3000 GHz under tilførsel af en spule- 25 strøm med henblik på at desorbere den første polære gas fra lejet (9) ved afslutningen af en adsorptionscyklus, og b) at sorptionsmidlet er gennemtrængeligt for mikrobølgeenergi .

8. Apparat ifølge krav 7, kendetegnet ved, 30 a) at indbefatte mindst to adsorptionslejer (9,9), der er anbragt i adskilte kamre (10,11) og forbundet med ledningerne (22.23.24.25.29.84.85) til modtagelse af den tilgangsgas, som skal tørres, og til afgivelse af afgangsgas, og b) mindst én ventil (21,34,35) til at lede tilgangs-35 gasstrømmen til ét af lejerne (9,9) ad gangen og til modtagelse af afgangsstrømmen fra ét leje (9,9) ad gangen, DK 152018B o c) en trykreduktionsventil (30) til reduktion af trykket under desorption.

9. Apparat ifølge krav 7, kendetegnet ved, at mikrobølgegeneratoren (40,100) indbefatter et 5 magnetronrør som mikrobølgeenergikilde.

10. Apparat ifølge kav 7,kendetegnet ved, at mikrobølgegeneratoren (40,100) indbefatter et amplitronrør som mikrobølgeenergikilde. 10 15 20 25 30 35