DK153369B - Fremgangsmaade og apparat til gasfraktionering med anvendelse af mikroboelger - Google Patents

Description

r_; DK 153369 Β i ο Tørreapparater, der anvender tørremidler, har været markedsført i mange år og er udbredt over hele verdenen. Skønt ét tørremiddelleje er tilstrækkeligt ved mange anvendelser, kan det ikke levere en uafbrudt af-5 gangsstrømning. Den almindelige type er sammensat af to tørremiddellejer, hvoraf det ene befinder sig i tørrecyklen, mens det andet regenereres. Den gas, som skal tørres, føres gennem tørremiddellejet i én retning under tørrecyklen, og derefter, når tørremidlet har adsorberet 10 fugt op til et niveau, hvor der ikke er sikkerhed for, at afgangsgassens fugtighedsniveau vil opfylde de krav, der stilles til apparatet, omskiftes tilgangsgassen til det andet leje, og det brugte leje bliver regenereret, idet der ledes renseafgangsgas i modstrøm gennem dette.

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

Disse tørreapparaters anvendelse af varme til 25 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, ^ selvom indholdet af adsorberet fugt normalt aftager be- tydeligt fra det sted, hvor tilgangsgassen strømmer ind, 30 '''“^tj.l det sted, hvor den tørrede afgangsgas strømmer ud.

Desuden .kræver lejet på grund af den høje temperatur, der 'O-·· er nødvendig til regeneration af det brugte leje, tilført en betydelig varirtasængde under regenerationscyklen, og denne varmemængde spildes nødvendigvis, når lejet ved 35 starten af tørrecyklen må""afkøles -t-il en temperatur, ved hvilken adsorptionen kan ske effektivt. Det er kendt, at et tørremiddels fugtadsorptionsproces ledsages af frigø- ^DK 153369B , 2 0 relse af varme, og følgelig står adsorptionsvirkningsgraden i omvendt forhold til temperaturen.

I U.S.A.-patentskrift nr. 3.513.631 angives en fremgangsmåde til fjernelse af fugt fra en gas, hvor et 5 tørremiddelleje, som befinder sig i regenerationscyklen, opvarmes til mindst 100°C med henblik på at fjerne den adsorberede fugt, men varmetilførslen.til dette formål er begrænset til de dele af lejet, som har et højt fug-tighedsindhold, hvorved der spares tid under regenera-10 tionen, og spildet ved tilførsel af varme, hvor det ikke er nødvendigt, desuden undgås.

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til fjernelse af en første gas fra en blanding heraf med en anden gas ved kontinuert at lede gasblandingen gennem 15 et sorptionsleje med overvejende affinitet til den første gas, hvilken proces indbefatter følgende trin: føring af gasblandingen i berøring nred og fra den ene ende til den anden af et første sorptionsleje, sorption af den første gas til lejet., og under den fortsatte sorption af 20 den første gas til'®ejjebrii3^es af em ikonoemtratlOnsgra- diemt af den første gas i det første lejje, som er stadig aftagende fra den ene ende af lejet til den anden, med en væsentlig del af lejets sorptionskapacitet udnyttet i den ene ende af lejet til en udnyttelse af sorptions-— 25 - kapaciteten i den anden ende på mindre end 20%, således at der tilvejebringes en afgangsgas med en koncentration af den første gas deri, som er mindre end et forud fastsat maksimum, hvorefter den første sorberede gas fjernes i et andet sorptionsleje ved gennemstrømning med en 30 gangsgas, som ledes i berøring med det andet j|orpiffoj^leje, afbrydelse af rensegasstrømmen, hvorefterjg^nnemstrømning©®, med gasblandingen i berøring med s^pfefonslejet genoptages.

Yderligere omtales et^apaprat til redaktion af koncentrationen af^ifførste gas i en blanding deraf 35 med en anden gas tii_ en størrelse, som er mindre end en begrænset maJtslmumskoncentration deraf, med et gassorp-

DK 153369B

3

O

tionsleje med en overvejende affinitet til den første gas, en indgangsledning til fremføring af blandingen til indgangsenden af lejet, og en udgangsledning til bortledning af afgangsgas fra udgangsenden af lejet, 5 samt organer for tilvejebringelse af rensegas til fjernelse af den desorberede første gas eller damp fra lejet.

Problemet med varmeaktiverede gasfraktioneringsapparater af denne art er, at der kræves forholdsvis høje temperaturer af størrelsesordenen ca. 315 til ca. 345°C 10 for at uddrive den vanddamp, der er adsorberet på tørremidlet. Ved sådanne temperaturer forkortes tørremiddel-lejets levetid betydeligt, og det er endog muligt, at noget af hydratvandet fjernes ved hver af cyklens varme-regenerationstrin, hvilket selvfølgelig ødelægger tørre-15 midlet.

X et skrift med titlen "The Effect of Regeneration Temperature and Pressure on the Adsorptive Capacity of Silica Gel in a Hydrocarbon Environment", offentliggjort i "Fuel", bind nr. 48 (3) af "Science and Techno-20 logy Press", Guildford, Surrey, England, 1969, viste Kobt og Campbell, at adsorptionsevnen for sorptionsmaterialer til kulbrinter aftager ved brug, i begyndelsen hurtigt og derefter mere jævnt. Denne forringelse skyldes nedbrydelse af de adsorberede kulbrinter, hvilket medfører aflej-25 ring af biprodukter fra nedbrydningen som forurening på sorptionsmaterialet, . og disse forureninger nedsætter naturligvis lejets adsorptionsevne.

Desuden undergår mange tørremidler såsom kiselgel kemiske eller fysiske forandringer, når de holdes ved 30 høje temperaturer, hvilket igen hæmmer adsorptionen. Således vil f. eks. kiselgel, skønt det normalt betragtes som amorft, ved høje temperaturer undergå en strukturel ændring, kaldet krystallisation. Forøgelse af tryk og temperatur fremkalder en mere ordnet indretning af 35 molekylerne, hvilket reducerer overfladearealet og formindsker adsorptionsevnen. Resultatet kan være en afkortning af lejets levetid fra nogle år til nogle måneder.

DK 153369B

4

O

DE-patentskrift nr. 896042 omhandler en fremgangsmåde for desorbering af et opfyldt absorptionsorgan ved elektromagnetisk stråling ved frekvenser på 30 KHz til 300.000 MHz. En lignende fremgangsmåde og en 5 indretning til regeneration af faste absorptionsorganer, ligeledes ved mikrobølger, er omtalt i DE-offentliggørelsesskrift 2 107 717.

I US-patentskrift 3 555 693 omtales en fremgangsmåde til tørring eller opvarmning af metalstykker med mikrobølger 10 og til rensning af den til sådanne stykker sorberede gas, efter at i det mindste en del af mikrobølgeenergien er blevet absorberet af sådanne metalstykker, ligesom der i GB-patentskrift nr. 1 543 160 er omtalt en fremgangsmåde til tørring af en delvis hydreret natriumzeolit 15 ved dielektrisk opvarmning med mikrobølger.

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til fjernelse af en første gas fra en blanding deraf med en anden gas ved at lade gasblandingen kontinuert strømme gennem et sorptionsleje med en overvejende 20 affinitet til den første gas, hvilken proces indbefatter følgende trin: føring af gasblandingen i berøring med og fra den ene ende til den anden af et første sorptionsleje, sorption af den første gas til lejet, idet der under den første sorption af den første gas 25 tilvejebringes en koncentrationsgradient af den første gas i det første leje, som er stadig aftagende fra den ene ende af lejet til den anden, med en væsentlig del af lejets sorptionskapacitet udnyttet i den ene ende af lejet til en udnyttelse af sorptionskapaciteten i den 30 anden ende af lejet på mindre end 20%, således at der tilvejebringes en afgangsgas med en koncentration af den første gas deri, som er mindre end et forud fastsat maksimum, hvorefter den første sorberede gas fjernes i et andet sorptionsleje ved gennemstrømning med 35 en renseafgangsgas, som ledes i berøring med det andet sorptionsleje, afbrydelse af rensegasstrømmen, hvorefter gennem-

O

5

DK 153369B

strømningen med gasblandingen i berøring med sorp-tionslejet genoptages.

I overensstemmelse med den foreliggende opfindelse er den ovenfor forklarede fremgangsmåde 5 karakteristisk ved sammen med sorptionsmidlet at tilvejebringe et absorptionsmiddel for mikrobølger, som er udformet til at kunne absorbere mikrobølgeenergi i en sådan størrelsesorden, at den på sorptionsmidlet sorberede første gas kan aktiveres og desorberes, hvor-10 efter den første gas desorberes ved tilledning af mikrobølgeenergi under rensegasstrømmen ved en temperatur, ved hvilken gassorptionsmidlet kan gennemtrænges af mikrobølgeenergien, hvorved den første gas, som er sorberet på sorptionsmidlet, aktiveres og desorberes, 15 idet der ved fremgangsmåden virker to af de nævnte lejer, hvoraf det ene leje desorberes medens det andet virker ved adsorption.

Opfindelsen angår også et apparat til nedsættelse af koncentrationen af en første gas i en blanding deraf 20 med en anden gas til en størrelse, som er mindre end en begrænset maksimumskoncentration deraf, med et gassorp-tionsleje (9) med en overvejende affinitet til den første gas, en indgangsledning (22,23,82,83) til fremføring af blandingen til en indgangsende (2,3,64,65) af lejet, og 25 en udgangsledning (24,25,29,84,85) til bortledning af afgangsgas fra en udgangsende af lejet, samt organer (29) for tilvejebringelse af rensegas til fjernelse af den desorberede første gas eller damp fra lejet (9).

Det ved opfindelsen tilvejebragte og ovenfor 30 forklarede apparat er karakteristisk ved at være tilvejebragt med en generator til behandling af lejet med mikrobølgestråling, samt at lejet er udformet med et sorptionsmiddel, hvorigennem mikrobølgeenergien kan trænge, sammen med et mikrobølgeenergiabsorberende 35 materiale, som forårsager desorption af den første gas eller damp fra lejet.

6

O

DK 153369B

Ifølge opfindelsen er det fastslået, at til- ----førsel af mikrobølgeenergi til at desorbere en første gas og andre gasser, som er adsorberet i et sorptions-leje, i betydelig grad reducerer, hvis ikke det ikke fuld-5 stændig overkommer følgerne af den nedbrydning af sorp-.

tionsmaterialet og den sorberede gas, som forekommer i konventionelle varmeregenererende apparater. Desuden skader tilførelsen af mikrobølgeenergi ikke tørremidlets molekylestruktur.

10 Mikrobølgeenergi er en art stråleenergi, der overføres som elektromagnetiske bølger med frekvenser inden for området fra ca. 0,03 til ca. 3000 GHz se U.S.A.-patentskrift nr. 3.555.693, spalte 1 linie 51. Mikrobølgeenergi må skelnes fra elektrisk energi såsom udladning 15 af en elektrisk strøm direkte gennem et sorptions- eller tørremiddelleje, som det er beskrevet i U.S.A.-patentskrifterne nr. 3.038.050 og 4.Q94.652, hvilket ikke er stråleenergi.

De fleste tørremidler eller -sorptionsmateri-20 aler er ved forholdsvis lave temperaturer normalt i det mindste under260°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. L090 til 1650°C.

25 Følgelig indeholder tørremidlet eller sorp- tionsmaterialet ifølge opfindelsen et mikrobølgeabsorptionsmateriale, der kan absorbere mikrobølgeenergi og aktivere de på sorptionsmaterialet adsorberede første og andre gasser tilstrækkeligt til at desorbere disse.

30 Mikrobølgeabsorptionsmaterialet kan være iblandet eller belagt på eller adsorberet på dette. Mikrobølgeenergien absorberes derfor fortrinsvis af mikrobølgeabsorptionsmaterialet, som følgelig aktiverer det frie vand eller andet stof, der er sorberet på tørremidlet eller 35 sorptionsmaterialet, og det sorberede stof, der aktiveres på denne måde, bliver desorberet.

DK 153369B

7

O

Den således absorberede mikrobølgeenergi er ikke til rådighed til aktivering af hydratvand i tørremidlet eller sorptionsmaterialet, før alt det sor-berede stof er blevet desorberet. Fjernelse af det til 5 tørremidlet eller sorptionsmaterialet kemisk bundne hydratvand er uønsket, idet det kan resultere i sammenbrud af molekylestrukturen, hvilket selvfølgelig vil nedsætte adsorptionsevnen. Følgelig stoppes tilførelsen af mikrobølgeenergi, før der fjernes hydratvand, hvorved 10 det opnås, at tørremidlet eller sorptionsmaterialet i ringe grad påvirkes af tilførslen af mikrobølgeenergi.

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

93°C. Da det er tilstrækkelig aktiveret til at undslippe 15 sorptionsmaterialet ved disse lave temperaturer under tilførslen af mikrobølgeenergi, er det ikke nødvendigt at opvarme sorptionsmaterialet eller tørremidlet. Følgelig kan mikrobølgeenergi tilføres tørremidler eller sorptionsmaterialer med stærkt bundet hydratvand, såsom 20 molekylære sier og aluminiumoxid, der ikke kan opvarmes til højere temperaturer end disse uden fare for dehydrering. F. eks. bliver hydratvandet i natriumaluminiumsilikat

Nai2 ((AIO2) 12 (SiC^ 12^ *-^HjO frigjort ved ca. 925°C. I alu-miniumoxidgel ΑΙ,^Ο^·Ο,δΗ^Ο frigøres hydratvandet ved ca. 815 25 til 870°C. 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 30 vand-ligevægtstemperaturen på ca. 88°C, ved hvilken det frie eller . sorberede vand fjernes. Resultatet er, at der faktisk ikke sker nogen beskadigelse af tørremidlet under regenerationen. Desuden giver tilførslen af mikrobølgeenergi en meget hurtigere regeneration end i konven-35 tionelle varmereaktiverbare gasfraktioneringsåppa- rater, og .sorptionslejerne kan derfor udføres med mindre spildtid for regenerationen og en betydelig resulterende besparelse af den krævede energi.

8

O

DK 153369B

Da det ikke er nødvendigt at opvarme tørre-midellejet/ er der ikke behov for at opvarme rense-gassen. Faktisk er rensegassen kun nødvendig til at skylle den sorberede gas f. eks. vand, der er de-5 sorberet, ud fra . sorptionslejet med en betragtelig besparelse i mængden af den afgangsgas, der er nødvendig til rensningen. Følgelig kan der anvendes mindre sorptiohslejer, som virker med kortere regenerationscykler, når der anvendes mikrobølgeenergi til regene-10 ration ifølge den foreliggende opfindelse. Den temperatur, ved hvilken sorptionsmaterialet er gennemtrængeligt for mikrobølgeenergien ligger fortrinsvis under 260°C.

Mikrobølgeabsorptionsmaterialet kan være et hvilket som helst materiale, der kan absorbere mikro-15 bølgeenergi og aktivere den '.sorberede gas på sorptionsmaterialet, mens det iøvrigt er inaktiv i forhold til den .sorberede gas. Grafit er det foretrukne absorptionsmateriale, men ferritter, pulver af rustfrit stål, fosforpentoxid og andre stoffer med høje dielek-20 triske tabsfaktorer kan også anvendes.

Mikrobølgeabsorptionsmaterialet kan være iblandet sorptionsmaterialet, belagt på eller adsorberet på sorptionsmaterialet. Man kan fremstille en inderlig blanding af absorptions- og sorptionsmaterialet, som 25 derefter formes til små kugler, stænger, ringe eller "sad ler" , og på denne måde samle begge materialer i de samme partikler. En inderlig blanding af denne art sikrer mod en lagdeling af de to forskellige- materialer og fordeler absorptionsmaterialet overalt i ..sorptions-30 materialet, så det kommer i umiddelbar nærhed af den sorberede gas, hvorved der sikres en mere effektiv aktivering og desorption. Absorptionsmaterialet kan også lægges eller adsorberes på overfladen af .sorp-tionspartiklerne, idet det findelte pulveriserede ab-35 sorptionsmateriale blandes med de større sorptions- partikler. En ensartet fordeling kan også opnås ved at opslemme .sorptionspartiklerne i en opløsning eller dispersion med absorptionsmaterialet.

DK 153369 B

9

O

Mængden af absorptionsmateriale kan være meget lille. Så lidt som 0,0001% af sorptionsma-terialet efter vægt er virkningsfuldt. Større mængder giver hurtigere energiabsorption og desorption af den 5 sorberede gas. Det foretrækkes at anvende mængder på fra ca. 0,01% til ca. 1%. Så store mængder som 25% kan anvendes, men giver ikke en tilsvarende forøget virkning. En praktisk øvre grænse under hensyn til økonomi og effektivitet ligger på ca. 10%.

10 Fremgangsmåden kan anvendes til sorption og desorption af en hvilken som helst gas, enten den er polær eller ikke, i en blanding med andre gasser. Gasser såsom vand, hydrogen, oxygen, nitrogen, argon, helium, krypton, kuldioxid, kuloxid, svovldioxid, svovl-Ί5 trioxid, bortrifluorid, ozon og ethylalkohol kan nemt desorberes ved hjælp af mikrobølgeenergi.

Ved’ fremgangsmåden anvendes fortrinsvis den gas-formige afgang fra adsorptionscyklen som rensegas, og en desorption ved et gastryk, som er lavere end adsorp-20 tionstrykket, normalt fra 1 til 24,5 bar lavere*og fortrinsvis mindst 3,5 bar lavere.

Fugtighedsfrontens fremadskriden i et tørremid-delleje, mens dette adsorberer fugten, er et velkendt fænomen inden for tørremiddelteknikken og er behandlet nr i talrige patentskrifter, f.eks. U.S.A.-patentskrift nr. 2.944.627. Under den største del af tørrecyklen sorberer sorptionsmaterialet effektivt fugt fra den gas, som passerer hen over det. Når tørremidlets sorptionsevne nærmer sig nul, stiger fugtighedsindholdet i den gas, som 30 ledes over det, imidlertid stærkt. Hvis fugtighedsind holdet, 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 fugtig-

QC

hedsindhold nærmer sig derefter hurtigt tilgangsgassens fugtighedsindhold. Den fremkomne S-formige del af denne kurve repræsenterer i virkeligheden fugtighedsfronten,

DK 153369B

ίο

O

og hvis denne betragtes i forhold til lejets længde, vil det fremgå, at den skrider frem fra tilgangsenden til afgangsenden af lejet, efterhånden som adsorptionscyklen skrider frem. Målet er at afslutte cyklen, før 5 fronten eller kurvens hældningsændring når enden af lejet, idet stigningen herefter sker så hurtigt, at det ikke kan forhindres, at der afgives afgangsgas med uønsket højt fugtighedsindhold.

Som en yderligere ejendommelighed ifølge op-10 findelsen behøver regenerationscyklen ikke at være og er i de fleste tilfælde ikke af samme varighed som tørrecyklen, så at tilførelsen af mikrobølgeenergi kan afbrydes, når regenerationen er fuldført, og den resterende tid kan anvendes til en eventuel nødvendig ned-15 køling af det regenerede leje, så det har en for ad sorptionen passende og virkningsfuld temperatur, når strømmen af tilgangsgas til dette leje genoptages.

Gasfraktioneringsapparatet ifølge opfindelsen omfatter et sorptionsleje med en større affinitet til 20 en første gas i en blanding af denne med en anden gas, hvilket leje indeholder et mikrobølgeabsorptionsmateriale, som kan absorbere mikrobølgeenergi og derved aktivere og desorbere den på sorptionsmaterialet ad-sorberede første gas, idet sorptions/absorptionsmaterialet er 25 indrettet til periodisk regeneration ved afslutningen af en adsorptionscyklus med fjernelse af den sorberede første gas ved tilførsel af mikrobølgeenergi og med en udskyllende strøm af rensegas til fjernelse af den de-sorberede, første gas fra lejet fortrinsvis i modstrøm 30 i forhold til strømningen under adsorptionen, hvilket apparat omfatter organer til tilførsel af mikrobølgeenergi til adsorptionslejet under regenerationen.

Skønt apparatet ifølge opfindelsen kan omfatte ét sorptionsleje, udnytter det foretrukne apparat 35 to .sorptionslejer, som er anbragt i passende hol dere, der er forbundet med ledninger til modtagelse af 11

DK 153369B

o den tilgangsgas, som skal tørres, og til afgivelse af tørret afgangsgas.

Apparatet kan også indeholde en styreventil 5 eller en drøvleventil med det formål at reducere trykket under regenerationen og en flergangsventil til omskiftning af tilgangsgasstrømmen mellem lejerne og til modtagelse af afgangsgasstrømmen fra disse. Desuden kan der anbringes en begrænsende ventil eller drøvleventil 10 til afledning af en del af afgangsgassen som rensestrøm i modstrøm gennem det leje, der bliver regenereret.

Ifølge opfindelsen foretrækkes det at lede ren-segassen i modstrøm i forhold til den tilgangsgas, som bliver tørret i overensstemmelse med normal praksis inden 15 for teknikken med henblik på at få en effektiv udskyl ning af den desorberede første gas med mindst muligt gastab. Det er imidlertid klart, at rensestrømmen, hvis det ønskes, kan ledes gennem lejet i samme retning som tilgangsgassen med et tilsvarende tab i effektivitet.

20 Mikrobølgegeneratoren kan være af en hvilken som helst art, der er i stand til at frembringe elektromagnetiske bølger med frekvenser inden for området fra ca. 0,03 til ca. 3000 GHz (svarende til fra ca.

7 12 3x10 til ca. 3x10 svingninger pr. sekund). Mikrobølge-25 generatorer af denne art er i handelen og udgør ikke en del af opfindelsen. Mikrobølgegeneratorer, som anvender amplitron-, magnetron-, mikrotron- eller klystronrør, er egnede, men selvfølgelig kan et hvilket som helst mikrobølgefrembringende rør anvendes.

30 Mikrobølgegeneratorens størrelse og kapacitet vælges naturligvis afhængigt af kravene til apparatets regeneration. Hvor kravene til regenerationen :er ualmindelig store, kan der anvendes en større generator, eller det er muligt at anvende flere generatorer og 35 lede mikrobølgeenergien ind i sorptionslejet på flere

DK 153369B

12

O

på flere steder, ét for hver generator. Det er også muligt at anvende ortogonale transducere til at føre energien fra to eller flere generatorer ind i ét sorptionsleje, idet der kun anvendes en åbning.

5 Mikrobølgegeneratoren er forbundet med en iso lator for således at beskytte generatoren i tilfælde af operatørfejl eller fejl ved apparatet.

I serie mellem isolatoren og mikrobølgegeneratoren er indskudt et fremad/reflekt-overvågningsorgan, 10 hvis funktion er at afbryde mikrobølgegeneratoren, når sorptionslejet er fuldt regenereret. Mens der er frit vand eller adsorberet gas tilstede på sorptionsmateri-alet eller tørremidlet, vil den mikrobølgeenergi, som føres ind i sorptionslejet, blive absorberet. Når det 15 sorberede ; stof er blevet desorberet, falder absorptio nen af mikrobølgeenergi imidlertid væsentligt, og i stedet for at blive absorberet bliver mikrobølgerne reflekteret tilbage gennem overførselssystemet for mikrobølgerne mod mikrobølgegeneratoren. Indskydelsen af frem-20 ad/reflekt-overvågningsorganet før mikrobølgegeneratoren gør det muligt at detektere de tilbagekastede bølger og afbryde mikrobølgegeneratoren ved en på forhånd bestemt intensitet, svarende til regeneration af adsorptionsmaterialet. Den intensitet af de reflekterede bøl-25 ger, som svarer til fuld regeneration, bestemmes selv følgelig ved forsøg med det bestemte adsorptions-desorp-tions-system, der anvendes.

Et hvilket som helst konventionelt fremad/re-flekt-overvågningsorgan kan anvendes. Disse er i hande-30 len og udgør ikke en del af opfindelsen.

En kombination af en enkelt mikrobølgegenerator, et fremad/reflekt-overvågningsorgan og en isolator er tilstrækkelig til et adsorptions/desorptionssystem med et vilkårligt antal sorptionslejer. Hvis der er 35 mere end ét sorptionsleje, er det imidlertid nødven- 13

DK 153369 B

O

digt at anbringe separate mikrobølgeledende indretninger, som overfører mikrobølgeenergien til hvert af ~ lejerne med en bølgeomskifter til at lede energien til det leje, der er udvalgt til regeneration. Overføringssystemet efter omskifteren og før .sorptionslejerne omfatter bølgelederdele, mikrobølgevinduer og underordnede afstemningsorganer, som alle er af konventionel udformning og ikke udgør en del af opfindelsen.

0 Mikrobølgevinduerne må naturligvis være gennem- trængelige for den mikrobølgeenergi, som anvendes, og være i stand til at modstå gastrykket inden i sorp-tionslejet. De er normalt anbragt ved eller i væggene af den beholder,som indeholder sorptionslejet. Et 15 hvilket som helst mikrobølgegennemtrængeligt materiale kan anvendes til fremstillingen af vinduerne.

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

De mikrobølgeafstemningsorganer, der anvendes 20 i forbindelse med bølgelederne og vinduerne, er impedanstilpasningsorganer ,

Gasfraktioneringsapparatet ifølge opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvor 25 fig. i er en skitse af et tørreapparat med to lejer og to tanke, og fig. 2 er en skitse af et tørreapparat med to lejer, der er indeholdt i en enkelt tank.

Det i fig. 1 viste tørreapparat er sammensat 30 af to tanke 10 og 11, som begge i enderne har en tilgang 2 og 3 og i den anden ende en afgang 4 og 5.

Over hver tilgang og afgang er anbragt en rustfri stål-støtteskærm 6, som er fremstillet af trådnet eller perforeret stålplade, med det formål at tilbageholde tørre-35 middelpartiklerne inde i tankene under gasstrømning i

DK 153369B

14

O

begge retninger og for at forhindre overførsel af mikrobølgeenergi både opstrøms og nedstrøms.

I dette tilfælde er tankene fyldt med et tørremiddel, aktiveret aluminiumoxid, men efter valg 5 kan en molekylær si som Na·^ '((AIC^) ^ (Si02) 12) OI^O eller kiselgel anvendes. Tørremiddelpartiklerne er ensartet belagt med grafit i en tynd film med en tykkelse på nogle få mikrometer og i et vægtforhold, svarende til ca. 0,01%.

10 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 tørret gas fra begge lejers afgang med ledninger til at føre rensestrøm,som er afledt fra afgangen, til toppen 15 af begge tankene med henblik på regeneration og til at udlufte den til atmosfæren, efter at den har forladt bunden af hvert leje. Dette system omfatter en forsyningsledning 20 for våd gas, som leder våd gas til fire-vejs-omskifterventilen 21 og derefter gennem en af led-20 ningerne 22 eller 23 til toppen af tanken henholdsvis 10 eller 11. Lignende ledningsforbindelser 24 og 25 strækker sig mellem de to tankes afgang. Strømningen gennem disse ledninger styres af tilbageslagsventilerne 27 og 28. En anden ledning 29 forbinder ledningerne 24 25 og 25 gennem en rensestrøm-begrænsende og trykredu cerende åbning 30, som styrer volumenet af den rense-strøm, der er afledt fra afgangen af tør gas til regeneration af tørrelejet i regenerationscyklus. Ledningen 29 leder rensestrømmen gennem åbningen 30 til 30 udgangene 4 og 5 på tankene 10 og 11. En renseafgangs ledning 36 forbinder ledningerne 22 og 23 gennem udluftningsventilerne 34, 35 til udluftning af rensegas i atmosfæren gennem udluftningsledningen 37 og lyddæmperen 38.

35

Apparatet til frembringelse og tilførsel af mikrobølgeenergi til sorptionslejet i hver tank med henblik på regeneration er anbragt mellem de to tanke og omfatter en mikrobølgegenerator 40, et fremad/re-

, DK 153369B

15

O

flekt-overvågningsorgan 41, en mikrobølgeisolator 42, en bølgelederomskifter 43, som leder mikrobølgeenergien gennem ét af de to sæt bølgeledere 44, 45, mikrobølgeafstemningsorganer 46, 47 og mikrobølge-trykvinduer 48, 49, hvor-5 igennem mikrobølgeenergien via overgangsorganerne 50, 51 passerer ind i .sorptionsmaterialet i én af de to tanke henholdsvis 10, 11.

Hver tank 10, 11 er forsynet med en temperaturafbryder 52, 53.

10 Hvis tanken 10 befinder sig i tørrecyklen og tanken 11 i regenerationscyklen, fungerer tørreapparatet på følgende måde: våd gas med ledningstryk på 1.75 - 24.5 bar (25 til 350 psig, som strømmer til gennem ledningen 20, ledes af ventilen 21 ind i 15 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 til afgangsledningen 26. Ventilerne 28 og 34 er lukkede og forhindrer strømning i ledningen 25 undtagen gennem ledningen 29 og åbningen 20 30 samt i ledningen 36 fra ledningen 22, mens ventilen 35 er åben og tillader en rensestrømning fra tanken 11 at fortsætte til udluftningsledningen 37. En del af afgangsgassen ledes således gennem ledningen 29 gennem åbningen 30, hvor dens tryk reduceres til atmosfæretryk på 25 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 9 til tilgangen 3 og derfra gennem ledningen 36 og udluftes i atmosfæren gennem rensegasudluftningsledningen 37 og lyd-30 dæmperen 3 8.

Mens dette foregår, frembringes mikrobølgeenergi i mikrobølgegeneratoren 40 og ledes gennem fremad/reflekt-overvågningsorganet 41 og isolatoren 42 ind i omskifterorganet 43, hvor mikrobølgerne ledes ind i tanken 11 gen-35 nem mikrobølgelederen 45, mikrobølgeafstemningsorganet 47, trykvinduet 49 og overgangsorganet 51. Mikrobølgeenergien absorberes af mikrobølgeabsorptionsmaterialet, grafit, der

O

16

DK 153369B

overfører den til det vand, der er indeholdt i tørre- ~~ midlet, og vandet uddrives som vanddamp.

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

Når den på forhånd bestemte cyklustid er gået, aktiveres en elektrisk omskifter, som først lukker venti-20 len 35 for at give mulighed for, at trykket i tanken 11 igen opbygges. Efter at der er forløbet en på forhånd fastlagt tidsperiode, som giver tilstrækkelig tid til opbygning af trykket i tanken 11, aktiveres en motor til at dreje firevejs-omskifterventilen 21 180° for derved at 25 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 henblik på at tage trykket af tanken 10 og åbne rense-systemet til atmosfæren. Rensestrømmen passerer nu gennem 30 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 fremad/reflekt-overvågningsorganet 41 og isolatoren 42 ind 3S i omskifterorganet 43. Omskifterorganet leder nu mikrobølgerne ind i tanken 10 gennem mikrobølgelederen 44, mikrobølgeafstemningsorganet 46, trykvinduet 48 og overgangsor-

DK 153369B

17

O

ganet 50 ind i sorptionslejet 9. Mikrobølgeenergien absorberes af mikrobølgeabsorptionsmaterialet, grafit, der overfører den til det frie vand, som er sorberet på tørremidlet 9 i tanken 10, og vandet drives ud som vand-5 damp. Rensegassen fortsætter gennem åbningen 30, ledningerne 29 og 24 ind i bunden af tanken 10, fører den de-sorberede vanddamp ud af tanken 10 gennem tilgangen 2, udluftningsventilen 34, ledningerne 36 og 37, lyddæmperen 38 og ud i atmosfæren.

10 Når alt vandet er drevet ud af tanken 10, vil en stor procentdel af energien blive reflekteret tilbage gennem bølgelederen mod mikrobølgegeneratoren. Tilgangs- og afgangsskærmene 6 vil forhindre energien i at undslippe i nogen anden retning. Overvågningsorganet 41 vil afføle den 15 store procentdel reflekteret energi og vil automatisk afbryde generatoren. Højtemperaturafbryderen 52 tjener som en reserve til afbrydelse af mikrobølgegeneratoren i tilfælde af fejl ved overvågningsorganet. Derefter omskiftes ventilerne 21, 27, 28, 34 og 35 igen ved afslutningen af 20 den på forhånd fastlagte tørreperiode, og cyklen gentages.

Når som helst tanken 10 eller 11 befinder sig i regenerationscyklen,er mikrogeneratoren 40 aktiveret, og tørremiddellejet desorberes, mens det udsættes for rense-strømmen i det tidsrum, som er nødvendigt til at regene-25 rere tørremidlet fuldstændigt. Dette tidsrum kan være betydeligt mindre end tørrecyklustiden, som selvfølgelig ikke bestemmes af en fast cyklustid, men som tidligere nævnt af gassens fugtighedsniveau i lejet, hvorefter mikrobølgegeneratoren afbrydes.

30 Rensegasstrømmen fortsættes kun i et tidsrum, som er tilstrækkeligt til at nedkøle tørremiddellejet til rum-temperatur, ved hvilken temperatur adsorptionen er mere effektiv, og derefter afbrydes denne også automatisk ved lukning af renseudluftningsventilerne 34 og 35, hvorved 35 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 leje og 18

O

DK 153369B

en halv til én 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, om-5 fatter et enkelt tanksvøb 60, hvori der er anbragt en 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 10 trådnet eller perforeret stålplade med det formål at tilbageholde tørremiddelpartiklerne inden i tankene og at forhindre overførsel af mikrobølgeenergi enten opstrøms eller nedstrøms.

Kamrene er fyldt med et tørremiddel såsom aktive-15 ret aluminiumoxid. Tørremiddelpartiklerne er blandet med grafit i eri mængde på 0,05% efter vægt.

Tankene 62, 63 er gensidigt forbundne med ledninger til tilførsel af tilgangsgas, som skal tørres, til tilgangen af enten det ene eller det andet af lejerne og 20 til bortledning af tørret gas fra ét af lejernes udgang med ledninger til ledning af rensestrøm, som er afledt fra afgangen, til toppen af ét af lejerne med henblik på regeneration og til at udlufte den til atmosfæren, efter at den har forladt bunden af hvert leje. Dette system om-

Q C

fatter en forsyningsledning 80 for våd gas, som leder våd gas til en firevejs-omskifterventil 81 og derefter gennem enten ledningen 82 eller 83 til toppen af kamrene henholdsvis 62 eller 63. Lignende ledningsforbindelser strækker sig mellem de to kamres udgange. Strømning gennem disse led- 30 ninger til afgangsledningen 86 styres af omskifterventilerne 87 og 88. En anden ledning 89 leder fra samlingen mellem ledningerne 84 og 85 til en rensestrømsbegrænsende ventil 90, som styrer det rensestrømsvolumen, der afledes fra afgangen af tør gas til regeneration af tørremiddel- lejet i regenerationscyklen. Ledningen 89 fører rensestrøm-men gennem en trykreducerende åbning 72 til én af ledningerne 73, 74, til kontraventilerne 75 og 76 og til kamrene 35

DK 153369B

19

O

62's og 63's afgange 66 og 67. En renseudluftningsled-ning 92 fører fra firevejs-ventilen 81 gennem renseudluft-ningsventilen 91 til atmosfæren med henblik på udluftning af rensegas.

C

En indretning til frembringelse af mikrobølgeenergi er anbragt ved bunden af tanken 60, hvilken indretning er sammensat af en mikrobølgegenerator 100, hvorfra mikrobølgeenergi ledes gennem et fremad/reflekt-over-vågningsorgan 101 og en isolator 102 ind i et omskifteror-10 gan 103. Omskifterorganet leder mikrobølgerne ind i det kammer, som er afskåret fra hovedstrømmen, enten kammeret 62 eller 63, gennem mikroboilgeledere 104, 105, mikrobølgeafstemningsorganer 106, 107, trykvinduer 108, 109 og overgangsorganer 110, 111. Mikrobølgeenergien absorberes 15 af mikrobølgeabsorptionsmaterialet, grafit, der overfører den til det frie vand, som er sorberet på tørremidlet, og vandet skylles som vanddamp ud gennem rensegasudluft-ningsventilen 91 af rensegassen og udluftes til atmosfæren. Tilgangs- og afgangsskærmene 68 forhindrer energien 20 i at undslippe fra tanken undtagen tilbage gennem bølgelederne mod mikrobølgegeneratoren. Fremad/reflekt-overvåg-ningsorganet 101 vil afføle den store procentdel reflekteret energi, som forekommer i kammeret, når alt vand er drevet ud, og vil derved afbryde mikrobølgegeneratoren 25 100. Højtemperaturafbryderne 112 og 113 tjener som reserve til afbrydelse af generatoren 100 i tilfælde af en fejl ved overvågningsorganet.

Hvis kammeret 62 befinder sig i tørrecyklen og tanken 63 i regenerationscyklen, fungerer tørreapparatet 30 på følgende måde: våd gas med ledningstryk på 25 til 350 psig, som strømmer 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 afgangs-35 ledningen 86. Ventilerne 88 og 75 er lukkede og forhindrer strømning 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

DK 153369B

20

O

tryk reduceres til atmosfæretryk på grund af den åbne renseventil 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 5 63, som befinder sig i regenerationscyklen, derfra passerer den opad gennem lejet til tilgangen 65 og der-, fra gennem ledningen 83 til firevejs-omskifterventilen 81 og udluftes til atmosfæren gennem renseudluftnings-ledningen 92 og ventilen 91.

10 Medens dette foregår, frembringes mikrobølge energi i mikrobølgegeneratoren 100 og ledes gennem frem-ad/reflekt-overvågningsorganet 101 og isolatoren 102 ind i omskifterorganet 103, hvor mikrobølgerne ledes ind i kammeret 63 gennem mikrobølgelederen 105, mikrobølgeaf-15 stemningsorganet 107, trykvinduet 109 og overgangsorganet 111. Mikrobølgeenergien absorberes af mikrobølgeabsorptionsmaterialet, der overfører den til det vand, som er indeholdt i tørremidlet,og vandet føres bort som vanddamp.

20 Rensegasstrømmen begrænses gennem 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-25 dæmperen 98, hvor den udluftes i atmosfæren. Når alt vand 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 30 nogen anden retning. Overvågningsorganet 101 vil afføle den store procentdel reflekteret energi og vil afbryde mikrobølgegeneratoren 100. Højtemperaturafbryderen 113 tjener som reserve til afbrydelse af mikrobølgegeneratoren i tilfælde af fejl ved overvågningsorganet.

35 Når den på forhånd bestemte cyklustid er forlø bet, aktiveres en elektrisk omskifter, som først lukker renseudluftningsventilen 91, med henblik på genopbygning af trykket i kammeret 63, og derefter, ca. 30 sekunder 21

DK 153369B

O

senere,omskifter firevejs-omskifterventilen 81Γ180° for derved at lede tilgangsgas til ledningen 83 og toppen af det andet kammer 63 i tørrecyklen, mens ventilerne 87 og 76 samtidigt lukkes, og ventilerne 75, 88 og 91 åb-5 nes. 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 ventilen 81 omskiftes, startes mikrobølgegeneratoren 100, og de frembragte mikrobølger ledes 10 gennem fremad/reflekt-overvågningsorganet 101 og isolatoren 102 ind i omskifterorganet 103. Qmskifterorganet leder nu mikrobølgerne ind i kammeret 62 gennem mikrobølgelederen 104, mikrobølgeafstemningsorganet 106, trykvinduet 108 og overgangsorganet 110 ind i tørremiddel-15 lejet 9. Mikrobølgeenergien absorberes af mikrobølgeabsorptionsmaterialet, grafit, der overfører den til det frie vand, som er sorberet på tørremidlet 9 i kammeret 62, og vandet uddrives som vanddamp. Rensegassen fortsætter gennem ventilen 90, åbningen 72, og ledningerne 20 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 vanddamp er drevet ud af kammeret 62, 25 vil en stor procentdel af energien blive reflekteret tilbage gennem bølgelederen mod mikrobølgegeneratoren. Tilgangs- og afgangskærmene 68 vil forhindre energien i at undslippe i nogen anden retning. Overvågningsorganet 101 vil derefter afføle en stor procentdel reflekteret ener-30 gi og vil automatisk afbryde generatoren 100. Højtemperaturafbryderen 112 tjener som reserve til afbrydelse af generatoren i tilfælde af fejl ved overvågningsorganet.

Derefter omskiftes ventilerne 81, 87, 88, 75 og 76 igen ved afslutningen af den på forhånd bestemte tørreperiode, 35 og cyklen gentages.

Når som helst kammeret 62 eller 63 befinder sig i regenerationscyklen, er mikrobølgegeneratoren 100 akti-

DK 153369B

22

O

veret, og tørremiddellejet bliver desorberet, mens det udsættes for rensestrømmen i det tidsrum, som kræves for at regenerere tørremidlet fuldstændigt. Dette tidsrum kan være betydeligt mindre end tørrecyklustiden, som selv-5 følgelig ikke er bestemt af en fast tidscyklus, men som tidligere nævnt af gassens fugtighedsniveau i lejet, hvorefter mikrobølgegeneratoren afbrydes.

Rensestrømmen fortsættes kun i det tidsrum, der er tilstrækkeligt til at afkøle tørremiddellejet til stue-10 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 til den næste cyklus. Normalt er en halv til én time til-15 strækkelig til at udføre en fuldstændig regeneration af et brugt leje, og en halv til én time tilstrækkelig til at afkøle det. Naturligvis kan der også anvendes andre tider afhængigt af det anvendte tørremiddel.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen kan udøves 20 under anvendelse af en hvilken som helst art af tørremiddel eller sorptionsmateriale, som er gennemtrænge-ligt for mikrobølgeenergi. Sådanne tørremidler eller sorptionsmaterialer er kun gennemtrængelige ved forholdsvis lave temperaturer. Ved høje temperaturer på ' 1090 til 25 1650°C og derover er de fleste tørremidler eller sorp tionsmaterialer ikke gennemtrængelige for mikrobølgeenergi. Ved lave temperaturer, under 260°C, er alle gennemtrængelige. Mellem .250 og 10'90°C mister mange tørremidler og »sorptionsmaterialer deres gennemtrænge1ighed. Følge-30 lig udøves fremgangsmåden ifølge opfindelsen ved en temperatur, ved hvilken sorptionsmaterialet eller tørremidlet er gennemtrængeligt og fortrinsvis under 260°C.

Tørremidlet eller sorptionsmaterialet er fortrinsvis et materiale, som har stærkt bundet' hydratvand såsom mole-35 kylære sier eller aluminiumoxid. Andre eksempler er kiselgel, "Mobil Sorbeads", magnesiumsulfat, kalciumsulfat, zeolitter, både naturligt forekommende og syntetiske,

DK 153369 B

23

O

såsom chabasitter, analcit og de syntetiske zedlitter, som er beskrevet i US-patentskrifterne nr. 2.306.610, 2.442.191 og 2.522.426.

Adsorptionen kan udføres ved atmosfæretryk. Da 5 adsorptionshastigheden og -graden stiger med trykket, foretrækkes det imidlertid at den udføres ved et tryk højere end atmosfæretryk almindeligvis fra ca. 3.1 til ca. 704 bar. på den anden side foregår regenerationen mere effektivt ved et reduceret tryk, og det ville således i de 10 fleste tilfælde være at foretrække at anvende et reduceret tryk i denne del af cyklen. Hvis adsorptionen udføres ved et tryk højere end atmosfæretryk, udføres regenerationen hensigtsmæssigt ved atmosfæretryk eller ved et lavere tryk, f. eks. ved 0,007 til 0,7 bar, f.eks. ved tilslut-15 ning af en vakuumpumpe, vandpumpe eller dampejektor.

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 226 m pr. minut kan 20 nemt klares uden tab af effektivitet med de fleste tørremidler.

Regenerationen af det brugte tørremiddel ifølge opfindelsen fuldføres effektivt ved anvendelsen af mikrobølgeenergi, som absorberes via mikrobølgeabsorptionsma-25 terialet. Den energimængde, der tilføres, er tilstrækkelig til i det væsentlige at fjerne al den adsorberede fugt 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 30 fuldstændig regeneration. Eftersom adsorptionens nyttevirkning falder, efterhånden som adsorptionsmaterialet optager fugtigheden, er det klart, at det i næsten alle tilfælde er mere fordelagtigt at regenerere fuldstændigt, hvis det er muligt.

35 Det er selvfølgeligt klart, at udtrykket "fuld stændig regeneration" er anvendt i dets normale betydning.

Det er selvfølgelig umuligt nogensinde at fjerne hele fug-tighedsindholdet i et adsorptionsmateriale, selv ved fort-

DK 153369B

24

O

“t+'-v sat langvarig tilførsel af mikrobølgeenergi.

De krav, der stilles til tørreapparatets størrelse og funktion for en given våd gas, kan naturligvis nemt fastlægges af en fagmand. De variable størrelser, 5 som skal styres, omfatter den påførte mikrobølgeenergis frekvens og intensitet, tørremidlets volumen, mikrobølgeabsorptionsmater ialetsf:volumen og mængde, regenereringens cyklustid og det fugtighedsindhold, som tørremidlet opnår under tørrecyklen. Følgende beregning er angivet som et 1 o eksempel.

Det antages, at apparatet omfatter to tankkamre med en indre diameter på 30,5 cm,'og at hele den effektive lejelængde er 2,7 cm, hvilket giver et volumen 3 af et tørremiddelleje i hver tank på 0,0937 m .

15 Det antages endvidere, at der anvendes et leje med aktiveret aluminiumoxid med grafit som mikrobølgeabsorptionsmateriale i en mængde på 1% af tørremidlet efter vægt.

Tilgangsstrømmen går mod bunden af lejet gennem aluminiumoxidet, og rense-modstrømmen går fra afgangsenden.

20 Det er almindeligt at dimensionere et varmeregene- reret tørreapparat på grundlag af, at tilgangsgassens totale fugtighedsindhold i tørreperioden er mindre end 5% af vægten af tørremidlet i lejet, idet der regnes med en anslået strømning af mættet gas. Sagt på en anden måde, antages 25 det, at faktisk alt vand adsorberes af en trediedel 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 trediedel af 0,0937 eller 0,0312 m^. Vægten af tørre-30 middel i denne del af lejet er 24,7 kg, og vægten af det vand, som skal opsamles, er 15% af 24,7 kg · eller 3,7 kg.

Desuden antages det almindeligvis i beregningerne, at tilgangsgassens maksimale temperatur er 37,8°C med mindre 35 mere nøjagtige data er tilgængelige for en given anvendelse.

I dette tilfælde vil mættet gas ved37,8°C inde« holde 44,7' g/irr . Med 'en tørrecyklus på én time

O

25 DK 1533698 kan dette leje således klare en volumenhastighed på 1,38 — min

Hvis tilgangstrykket er .8 bar, kan tilgangsvolumenhastigheden være 10,78 _ mm

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

Beregningen af rensevolumenhastigheden for et 10 sådant leje er følgende. Med en regenerationscyklus på 1 time vil der, idet der gives 2 minutter til aftagning af trykket, 4 minutter.til opbygning af trykket og 4 minutters forsinkelse før omskiftning af lejerne, mistes en regenerationstid på 10 minutter ud af en samlet cyklustid 15 på 60 minutter. Mikrobølgegeneratoren kan fungere under aftagning af trykket, så denne tid ikke mistes, og det aktuelle tidstab er således kun 8 minutter.

I de resterende 52 minutter af cyklen opvarmes lejet og afkøles derefter. Kun ca. 1/2 af tidsperioden vil 20 kunne udnyttes til regeneration, så rensestrømmen må være i stand til at kunne bortføre 3,7 kg fugt'i løbet af 26 minutter med en afgangstemperatur på 96°C, idet det antages, at gassens fjernelse af fugt fra tørremidlet kun sker med en virkningsgrad på 80%., dvs. at gassen har en 25 relativ fugtighed på 80%. Under disse antagelser vil hver 3 m renseg.as.-indeholde 2,723 kg vand

Rensestrømmen skal derfor være 0,0565 m^/min 30

O

Baseret på en tilgangsstrøm på 10,72 m /min er 3 0,0565m Anin rensestrøm ca. 1/2% af tilgangsstrømmen.

Kravene til opvarmning beregnes på følgende måde. Vægten af tørremiddel i den opvarmede del af 35 lejet er 29 kg. Den varmemængde, der kræves til at opvarme denne mængde tørremiddel fra 38°C til 93°c er

1685 kJ

O

26

, DK 153369B

Den varmemængde, der kræves til at desorbere 3,7 kg vand er 12 540 kJ.

Lejet kan afkøles tilstrækkeligt på 26 minutter, 5 hvilket giver 26 minutter til opvarmning.

Den varmemængde, der kræves til at opvarme rense-gassen fra 38°C til 96°C i opvarmningsperioden er 101 kJ.

Den nødvendige samlede varmemængde er således, 10 idet der gives ca. 5% til varmetab, 15.000 kJ. For at tilføre denne varmemængde på 26 minutter kræves ialt en effekt på 9,64 kW.

Hvis hele lejet skulle opvarmes til 148°C, som i et konventionelt apparat, og cyklustiden blev fastholdt, ville den varmemængde, der kræves til at opvarme hele

tørremiddellejet 87,1 kg -fra 38°C til 148°C, være 10 100 kJ

Denne varmemængde kunne ikke bortføres på 26 minutter af 3 ?n 0,0565 m /min rensegas, så rensestrømmen måtte forøges til 3 ca. 1,7 m /min. Opvarmningsperioden er 26 minutter, og den varmemængde, der kræves til at opvarme rensegassen er

6160 kJ

Den nødvendige samlede varmemængde er nu, idet der 25 på grund af den højere temperatur gives 10% til varmetab, 31 750 kJ, en forøgelse på 111%. Desuden må varmeapparaterne nu have en effekt på

20,4 kW

en forøgelse på 111%.

30

Disse store varmeapparater forøger fremstillingsomkostningerne betydeligt, og den ekstra effekt, som kræves til regenerationen,forøger driftomkostningerne betydeligt.

Det er selvfølgelig muligt at forsyne et fuldt opvarmet tørreapparat, som indeholder 87,1 kg tørre- 35 e o middel i hver tank med mindre varmeapparater såsom pa 10,4 kW. Under disse omstændigheder må cyklustiden forlæn-

B DK 153369B

27 0 ges for at give længere opvarmnings- og afkølingsperioder/ og tilgangsvoluroenhastigheden må reduceres tilsvarende for at undgå overmætning af lejet. Således kunne et tørreapparat med samme størrelse og drevet med en cyklustid på to 5 timer anvende 10,4 kW varmeapparater, men skulle kun di- 3 mensioneres for 5,65 m /min, et fald i kapaciteten oå 50%.

Tørreapparatet ifølge opfindelsen kan anvendes til at tørre alle arter af gasser,såsom til tørring af små strømninger af komprimerede gasser i instrumentluft, 10 til tørring af inaktive luftarter,og i renseapparater til tørring af forholdsvis store mængder af trykluft til industri- og laboratoriebrug som med forholdsvis stor kapacitet til at frembringe luft eller gasser med dugpunkter under nulpunktet.

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

Tørreapparatet ifølge opfindelsen kan omfatte fugt-25 indikatorer og fugtighedsstyresystemer af forskellig art til måling af tilgangsstrømningen og til styring af omskiftningen mellem de brugte og regenererede lejer. Der kan anbringes åbninger til udtagning og påfyldning af tørremiddel med henblik på at lette vedligeholdelse af tørre-30 midlet, der kan desuden anbringes afgangsfiltre, som forhindrer overføring af tørremiddelpartikler fra lejet og ind i andre dele af systemet.

I drift vil tørreapparatet ifølge opfindelsen levere gas med lavt fugtighedsindhold med betydeligt lave-35 re driftomkostninger end et konventionelt varmeaktiveret tørreapparat. Reduktionen i opvarmningseffekt formindsker også den tid, der kræves til at afkøle lejet, og behovet for rensegas kan også reduceres sammenlignet med et kon-

DK 153369B

28

O

ventionelt tørreapparat.

Skønt opfindelsen er blevet beskrevet med principiel vægt på et tørreapparat med tørremiddel og en fremgangsmåde til tørring af gasser, vil det være indlysende 5 for en fagmand, at dette apparat med passende valg af adsorptionsmateriale kan anvendes til at adsorbere én eller flere polære luftformige komponenter fra en luftformig blanding med andre polære og/eller ikkepolære gasser. I dette tilfælde kan den adsorberede polære komponent også 10 fjernes fra .sorptionsmaterialet ved påførsel af mikrobølgeenergi og gunstigst desuden ved en reduktion i trykket under regenerationen. Således kan fremgangsmåden anvendes til at fjerne fugt og/eller ozon og/eller kultveilte eller kulilte fra petroleumkulbrintestrømme eller 15 andre gasblandinger med samme indhold, til udskillelse af fugt og/eller ozon og/eller kultveilte eller kulilte fra kvælstof, til udskillelse af fugt og/eller ozon og/eller kultveilte eller kulilte fra mættede kulbrinter og lignende. En fagmand vil vide,hvilke sorptionsmaterialer 20 der kan anvendes til disse formål.

I mange tilfælde kan sorptionsmaterialer, som anvendes til fjernelse af fugtighed fra luft, også anvendes til fortrinsvis at adsorbere én eller flere gaskomponenter fra en blanding af disse, eksempler herpå er ak-25 tiveret carbon, glasuld, metaloxider, lerarter såsom atta-pulgit og bentonit, vlakejord, benkul og naturligt forekommende syntetiske zeolitter. En zeolits selektivitet afhænger af materialets porestørrelse. Den tilgængelige litteratur angiver den selektive adsorptionsevne for til-30 gængelige zeolitter, så valget af et materiale til et bestem formål er temmelig simpelt og udgør ikke en del af opfindelsen.

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

35 F. eks. vil aktiveret aluminiumoxid adsorbere polære gasser såsom vanddamp, kultveilte, ætylalkoholdamp i modsætning til "Mobil Beads", som kun vil adsorbere vanddamp fra denne blanding.

ODK 153369B

29

O

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 ovenfor dog modificeret passende i overensstemmelse med 5 størrelserne af de komponenter, der skal adskilles, driftstryk og -temperatur samt volumenet af det tilgængelige sorptionsmateriale.

Det fremgår imidlertid, at fremgangsmåden især er anvendelig til tørring af gasser, og at dette er den 10 foretrukne udførelse ifølge opfindelsen.

Det følgende eksempel repræsenterer efter opfinderens mening en foretrukken fremgangsmåde til drift af et tørreapparat ifølge opfindelsen.

15 Eksempel

Et tørreapparat med to lejer, som kan reaktiveres ved hjælp af mikrobølgeenergi og er af den art, der er vist i fig. 1, har to tørremiddellejer, der er 121,9 cm lange og indeholder 68 kg aktiveret aluminiumoxid 20 og 1,0% grafit, anvendes til at tørre atmosfærisk luft med en relativ fugtighed på 90% til 100% ved 378°C til 21,1°C og med et tilgangstryk på 7,3 bar. Luftens overfla's diske strømningshastighed er 1,32 m /mm, tilgangsstrømningen var 10,72 -m3/min, og tørrecyklen var på 25 én time, idet der blev givet to minutter til aftagelse af trykket, fire minutter til opbygning af trykket og fire minutters forsinkelse til omskiftning af lejerne. Mikrobølgegeneratoren var i drift under trykreduceringen, og under regenerationen var afgangsrensegassens temperatur 30 71 C og dens relative fugtighed 80%. Rensestrømningen er 3 0,0565 "m /min, regenerationstiden er 26 minutter og afkølingstiden er 26 minutter.

Mikrobølgesystemet regenererer i det væsentlige lejet fuldstændigt i hver cyklus på det tidspunkt, hvor 35 cyklen er afsluttet ved et sikkert fugtighedsniveau i afgangsgassen. Det er muligt at justere cykluslængden til at stemme overens med variationer i tilgangsluftens fug- 30

DK 153369B

0 tighedsniveau og dermed forlænge tørremidlets levetid ved at skære betydeligt ned på antallet af regenerationer uden at påvirke færdiggørelsen af regenerationen.

5 10 15 20 25 30 35

Claims (9)

1. Fremgangsmåde til fjernelse af en første gas fra en blanding af denne med en anden gas ved at lade gasblandingen strømme kontinuert gennem et adsorp-5 tionsleje, som har større affinitet til den første gas, hvilken fremgangsmåde omfatter følgende trin: at gasblandingen føres i kontakt med og fra den ene til den anden ende af et første sorptionsleje, at den første gas sorberes på dette, 10 at der, mens sorptionen af den første gas fortsætter, dannes en koncentrationsgradient af den første gas i det første leje, hvilken gradient aftager progressivt fra den ene til den anden ende af riejet spændende fra en væsentlig del af dets første .sorptionska-15 pacitet i den ene ende til mindre end 20% af dets kapacitet i den anden ende med henblik på på denne måde at frembringe en gasformig afgang, som har en koncentratiion af den første gas, som er mindre end et på forhånd fastlagt maksimum, 20 at den første gas, som er . sorberet på det andet sorptionsleje, fjernes ved at lade en rensestrøm af afgangsgas komme i kontakt med .sorptionslejet, at rensestrømmen afbrydes, og at gasblandingen derefter påny føres i kontakt 25 med adsorptionslejet, kendetegnet ved, at sorptionsmaterialet er kombineret med et mikrobølgeabsorptionsmateriale, som kan absorbere mikrobølgeenergi i en grad, der er tilstrækkelig til at aktivere og desorbere den første gas på sorptionsmaterialet, ΛΑ og herefter desorbere den første gas ved under rense-strømmens gennemløb at tillede mikrobølgeenergi ved en temperatur, hvor gassorptionsmaterialet ex gennemtrængeligt for mikrobølgeenergi, hvorved den første på sorptionsmaterialet sorberede gas aktiveres 35 og desorberes. DK 153369B 32 O

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der anvendes to sorptionslejer, og at adsorptionen udføres i det ene leje, mens det andet leje desorberes.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at mikrobølgeabsorptionsmaterialet er grafit.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1-3, kendetegnet ved, at mikrobølgeabsorptionsmaterialet er blandet 10 med sorptionsmaterialet.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 1-3, kendetegnet ved, at mikrobølgeabsorptionsmaterialet er lagt på sorptionsmaterialet som en belægning.

6. Fremgangsmåde ifølge krav 1-3, kendetegnet 15 ved, at mikrobølgeabsorptionsmaterialet er adsorberet på sorptionsmaterialet.

7. Apparat til reduktion af koncentrationen af en første gas i en blanding af denne med en anden gas til under en begrænset maksimumskoncentration af denne med et 20 leje af gassorptionsmaterialet (9), som har større affinitet til den første gas, en tilgangsledning (22,23,82,83) til tilledning af tilgangsgas ved en tilgangsende (2,3,64,65) i lejet, og en afgangsledning (24,25,29,84,85) til bortledning af afgangsgas fra 25 en afgangsende i lejet, organer til tilførsel af rensegas til fjernelse af den desorberede første gas eller damp fra lejet, kendetegnet ved, at der er tilvejebragt en generator (40,100) til lejet til udsendelse af mikrobølgestråling, og at lejet (9) 30 indbefatter et sorptionsmateriale, hvorigennem kan ledes mikrobølgeenergi, hvilket materiale er sammensat med et mikrobølgeenergiabsorberende materiale, som bevirker desorbering af den første gas eller damp fra lejet.

8. Apparat ifølge krav 7, kendetegnet gc ved, at mikrobølgegeneratoren (40,100) har et magnetron-rør som mikrobølgeenergikilde. 33 O DK 153369B

9. Apparat ifølge krav 7, kende te g n e t ved, at mikrobølgegeneratoren (40,100) har et amplitron-rør som mikrobølgeenergikilde. 5 10 15 20 25 30 35