DK200900139U3 - Apparat til behandling af gasser, især til törring af jordgas eller biogas. - Google Patents

Description

DK 2009 00139 U3

Titel: Apparat til behandling af gasser, især til tørring af iordqas eller biogas.

Frembringelsen angår et apparat til behandling af gasblandinger med henblik på fjernelse af udvalgte bestanddele, omfattende et faststofbed med en adsorptionskomponent, der er i stand til i hvert fald midlertidigt at berige de komponenter, som i det mindste delvis befinder sig i indstrømningsområdet af en elektrode til indføring af højfrekvens(HF)-energi, der igen fortrinsvis via et elektronisk tilpasningsnetværk er forbundet med en HF-spændingskilde med henblik på dielektrisk opvarmning af faststofbedet.

Apparatet kan især anvendes til tørring af gasser fortrinsvis jordgas og biogas, idet under en første fase vand adsorptivt fjernes fra gasstrømmen, og i en yderligere fase vandet gennem termodesorption fjernes fra faststofbedet, hvorved fastbedet opvarmes direkte ved hjælp af HF-energi.

Stofudskillelsen ved adsorption og efterfølgende termisk regenerering af adsorptionsmaterialet er en vidt udbredt proces i den kemiske fremgangsmådeteknik. Især opstår denne opgave ved behandling af jordgas og biogas for at kunne indføre disse ifølge tekniske specifikationer i eksisterende gasforsyningsnet.

Gastørring er eksempelvis tvingende nødvendig for ved trykforøgelse at forhindre tilsynekomster af kondensering. Derudover kan det gennem samvirken af vand og andre gaskomponenter (f.eks. FhS i tilfælde af biogas) komme til uønsket korrosion.

Den tekniske anvendelse af jordgas og biogas fordrer derudover i mange tilfælde en fjernelse af svovlforbindelser, kuldioxid eller oxygen såvel som andre komponenter.

Til gastørring står der ifølge teknikkens stade grundlæggende først og fremmest tre fremgangsmådeprincipper til rådighed: kondenseringsmetoder, adsorptive og absorptive gastørringsmetoder såsom glycolvask.

2 DK 2009 00139 U3

Apparatet ifølge frembringelsen har sammenhæng med adsorptionsmetoder til gastørring. Grundprincippet består heri at de tilsvarende gasbestanddele bindes ved adsorperen. Dette sker i reglen ved relativ lav temperatur, for det meste omgivelsernes temperatur. Som et resultat heraf forlader en gasstrøm faststofbedet, i hvilket de tilsvarende komponenter er lagret. For at muliggøre en kvasi-kontinuerlig procesføring må adsorptionskomponenterne igen regenereres. Der hertil etablerede fremgangsmåde beror på desorption gennem tryksænkning eller temperaturforøgelse. Efter regenerering og udskillelse af de desorberede stoffer står fastbedet igen til rådighed for den adsorptive rensning henholdsvis gasudskillelse.

En yderligere mulighed for fjernelse af bestemte gaskomponenter fra en gasblanding består i en reaktiv omsætning af disse stoffer. Hertil anvendes i reglen katalytiske reaktioner. Et eksempel er fjernelsen af oxygenspor fra jord- eller biogas under anvendelse af en ædelmetalkatalysator, der katalyserer oxidationen. Denne proces sker for det meste ved for høje temperaturer.

Apparatet ifølge frembringelsen skal tjene til i et faststofbed til behandling af gasblandinger, at tilføre effektiv energi for at initiere desorptions- og reaktionsprocessen.

Temperaturskiftmetoder er teknisk etableret, dog er opvarmningen af faststofbed sammenlignet med opvarmning af fluide medier mere kompliceret, da var-meledningen i bedet i reglen er ringere. Således er varmetransporten mellem partiklerne indskrænket, da den fortrinsvis sker via berøringsflader. Hvis varmen tilføres via vægge eller varmeelementer, så virker varmeovergangen over grænsefladerne under hældningen begrænsende.

Alternativt bliver faststofbedet opvarmet via bæregasstrømmen. Her er kun den ringe varmekapacitet af gassen for de opnåelige opvarmningsrater begrænsende. Koncentrationen af frigjorte skadelige stoffer er koblet til den for opvarmningen nødvendige bæregasstrøm. Dette fører til en i mange tilfælde uønsket fortynding. Eksempelvis kan den efterfølgende katalytiske oxidation af organiske 3 DK 2009 00139 U3 skadelige stoffer, der fra adsorberen følger gennem opvarmning, på grund af fortyndingen ikke mere ske autotermt, dvs. energieffektivt.

En termisk regenerering med vanddamp, der ofte i tilfælde af med organiske stoffer ladet aktivt kul kommer til indsætning, er for de foreliggende anvendelser ikke egnet til gasbehandling.

Den direkte dielektriske opvarmning af faste medier er igennem nogle år blevet diskuteret som innovative og lovende alternativer til konventionelle fremgangsmåder. Den væsentlige fordel ved denne fremgangsmåde består i, at energiindtaget ikke er koblet til et fluidt hjælpemedium (f.eks. en bæregasstrøm), men sker direkte "stoffstromfrei". Hidtil kunne mikrobølge(MW)-opvarmning kun gennemføres i enkelte delområder. Årsagen hertil er den omstændighed, at homogeniteten af de opnåede temperaturprofiler kun er acceptable for små volumener (i cm3-området), og at for mange medier er indtrængningsdybden af MW-strålingen for ringe til teknisk anvendelse. Derudover ændrer vandholdige matricer med varierende fugt deres dielektriske egenskaber. Derudover er der i mikrobølgeområdet den mulighed, at energiindkoblingen i sig selv for det meste er koblet til tilstedeværelsen af vand. Dette fører til at tørre materialer eller materialer med ringe fugtighed ofte ikke vil kunne opvarmes ved hjælp af mikrobølger. Derudover er det i reglen ikke muligt altid at foretage en effektiv tilførsel af elektromagnetiske bølger under processer med varierende fugt af adsorberen. Dette indebærer i reglen en refleksion af de elektromagnetiske bølger efter udtørring af materialet, således at den emitterede energi ikke længere fører til opvarmning af fastbedet.

Formålet med den foreliggende frembringelse er at afhjælpe de beskrevne ulemper ved den kendte teknik og tilvejebringe et apparat, der gør det muligt at opvarme faststofbed af forskellige materialer med variabel fugt og polaritet energieffektivt og ved behov homogent for at muliggøre forskellige termisk initierede processer såsom desorption i almindelighed, regenerering af til gastørring anvendte fastbed i særlige såvel som katalytiske omsætninger af adsorbe-rede substanser.

4 DK 2009 00139 U3

Dette formål opnås ved hjælp af det uafhængige krav. Underkravene angår foretrukne udførelsesformer.

Ifølge frembringelsen tilvejebringes et apparat til udskillelse af komponenter af en gasblanding ved adsorption, ved et faststofbed omfattende et gastæt hult legeme, der danner et reaktionsrum til adsorption, et i det gastætte hule legeme anordnet faststofbed, der er egnet til at adsorbere i det mindste en gaskomponent i det mindste delvis, en første åbning, der er egnet til at indføre gasblandingen i det gastætte hule legeme, en anden åbning, der er egnet til at fjerne gasblandingen fra det gastætte hule legeme og i det mindste én elektrode, der er forbundet med en højfrekvens(HF)-generator, hvor den i hvert fald ene elektrode er en del af det gastætte hule legeme og/eller i det mindste en del af den i hvert fald ene elektrode er anordnet i faststofbedet, og hvor der ved siden af den anden åbning i faststofbedet er positioneret en fugtsensor. Begrebet "gastæt" skal her og i det følgende forstås således, at den parasitære, beholderen, utilsigtet forladende gasstrøm er meget lille sammenlignet med den gennem de dertil indrettede åbninger udtrædende gasstrøm. Især omfatter den gasstrøm, der utilsigtet forlader beholderen, mindre end 10% fortrinsvis mindre end 3% særlig foretrukket mindre end 0,3% af den gennem de dertil indrettede åbninger udtrædende gasstrøm.

Ifølge frembringelsen består anordningen også af et reaktorkammer, der i det mindste har en indgang og i det mindste en udgang for gasstrømmen, idet der er indernet et faststofbed, som i det mindste kan adsorbere en gaskomponent i det mindste delvis. Faststofbedet befinder sig i det mindste delvis i indstrømningsområdet af den i hvert fald ene elektrode, der igen er forbundet med en HF-generator. Mellem den mindst ene elektrode og FIF-generatoren er der fortrinsvis anordnet et elektronisk tilpasningsnetværk, der muliggør en udligning af den variable impedans af faststofbedet til den indre modstand af FIF-generato-ren.

Fortrinsvis er første og anden åbning anordnet over for hinanden ved det gastætte hule legeme. Ved den første åbning kan valgfrie midler til tilførsel af 5 DK 2009 00139 U3 gasblandingen og ved den anden åbning midler til fjernelse af gasblandingen være anordnet. Midlerne til tilførsel og fjernelse af gasblandingen er således udformet, at de er egnet til at kunne realisere en kontinuerlig gasstrøm.

Den første og den anden åbning ved det gastætte hule legeme tjener i det væsentlige til tilførsel og fjernelse af gasstrømmen. Derfra er tværsnittet af åbningerne forholdsvis lille i forhold til den samlede overflade af det hule legeme. Fortrinsvis er tværsnitsfladen af den første og den anden åbning mindre end 20%, fortrinsvis mindre end 10% særlig foretrukket mindre end 5% af overfladen af det gastætte hule legeme. Ifølge frembringelsen kan det hule legeme have yderligere åbninger eksempelvis til indføring af sensorer eller lignende.

Det gastætte hule legeme er ifølge frembringelsen i det mindste op til 50%, fortrinsvis op til 70% særlig foretrukket op til 90% udfyldt af faststofbedet. Ved faststofbedet drejer det sig fortrinsvis om et pulverbed af faste partikler. I andre foretrukne varianter indsættes dog også faste stoffer som keramiske form legemer, fortrinsvis som cellelegemer. Grundlæggende er i denne sammenhæng alle anordninger, der kan realisere en tilstrækkelig kontakt af gasstrøm med det faste legeme, egnet. Endvidere bliver for alle optioner anvendt enhedsbegrebet faststof bed.

I en foretrukken anordning er den i hvert fald ene elektrode således anordnet i det gastætte hule legeme, at den i det mindste 50%, fortrinsvis mindst 70%, mere foretrukket mindst 90% er anordnet i faststofbedet eller langs dette. Følgelig overspænder den mindst ene elektrode faststofbedet ifølge frembringelsen langs dettes største udstrækning i det mindste 50%, fortrinsvis mindst 70% og særlig foretrukket mindst 90%.

I en yderligere foretrukken anordning er den mindst ene elektrode anordnet vinkelret på aksen af reaktorlegemet. I dette tilfælde indtager den mindst ene elektrode ifølge frembringelsen mindst 50%, fortrinsvis mindst 70% særlig foretrukket mindst 90% af faststof bed-tværsnittet. I en foretrukken udførelsesform drejer det sig ved det gastætte hule legeme i dettes ydre form om en cylinder. I en 6 DK 2009 00139 U3 yderligere foretrukken udførelsesform drejer det sig om en kvadersten. Foretrukne udførelsesformer er desuden karakteriseret ved, at tværsnittet vinkelret på strømningsretningen over reaktoren ikke ændrer sig væsentligt (fortrinsvis mindre end 30% særlig foretrukket mindre end 10%). Frembringelsen er dog grundlæggende ikke bundet til en bestemt udformning af det gastætte hule legeme og følgelig med faststofbedet; andre passende geometrier er også mulige, uden at funktionsevnen af anordningen indskrænkes.

Grundflade og dækflade af det cylindriske gastætte hule legeme er i en foretrukken udformning udarbejdet som isolerende byggedele, hvor byggedelene også kan være perforerede og derigennem gennemtrængelige. Isolerende betyder i denne sammenhæng at FIF-ledningsevnen af materialerne kan være forsømt. I en yderligere foretrukken udformning er den første åbning eller den anden åbning anordnet på den (isolerende) grundflade henholdsvis den (isolerende) dækflade af det cylindriske gastætte hule legeme henholdsvis disse åbninger realiseret ved hjælp af perforerede materialer i deres helhed.

En foretrukken variant ifølge frembringelsen er den mindst ene elektrode elektrisk ledende forbundet med det hule legeme især med afskærmningen henholdsvis yderkappen af reaktoren. I en foretrukken variant ifølge frembringelsen er det hule legeme er en del af det hule legeme i sig selv elektroden ifølge frembringelsen. I en anden foretrukken udformning udgør den mindst ene elektrode en grundflade af det cylindriske eller kvaderstensformede hule legeme. Denne elektrode er fortrinsvis gennemtrængelig eller perforeret udformet.

Fortrinsvis bliver elektroderne indsat parvis. Ifølge frembringelsen bliver elektroderne da forsynet med en højfrekvent vekselspænding, hvorved én af elektroderne betegnes som kold elektrode og én af elektrode som varm elektrode. Den jordforbundne elektrode defineres som kold elektrode. I en særlige foretrukken udførelsesvariant er den kolde elektrode elektrisk ledende forbundet med yderkappen af det hule legeme henholdsvis yderkappen udgør i sig selv den kolde elektrode.

7 DK 2009 00139 U3 I en yderligere udformning ifølge frembringelsen er der indrettet mere end to elektroder, der forsynes med en højfrekvent vekselspænding. Fortrinsvis er der indrettet en varm og flere kolde elektroder.

Kolde og varme elektroder er fortrinsvis forbundet med det elektroniske tilpasningsnetværk, og mellem begge elektroder findes faststofbedet eller i hvert fald en del deraf.

Som elektroder anvendes fortrinsvis stav- eller pladeelektroder. I en særlig fore-trukken udførelsesform for frembringelsen anvendes parallelle pladeelektroder. Parallelle pladeelektroder muliggør for homogene faststofbed en temperaturprofil med ringe gradienter og er følgelig bedst egnet til homogen opvarmning.

Ifølge frembringelsen kan elektroderne også være koaksialt anordnet. En koak-sial anordning er bedst egnet til at reducere den elektromagnetiske udstråling til omgivelserne. I dette tilfælde befinder faststofbedet sig mellem en ydre cylindrisk kappeelektrode, der fortrinsvis er koblet som kold elektrode, og en staveller rørformet inderelektrode, der fortrinsvis fungerer som varm elektrode. Anordningen udviser følgelig en cylinderkondensator. Selv om den radialt udad aftagende elektriske feltstyrke fører til en inhomogen opvarmning, kan der gennem varmetransportprocesser i det faste bed opnås en tilstrækkelig konstant temperatur over bedet.

Valget af elektrodegeometri, hvoraf yderligere varianter er mulige, bestemmes af kravene til de respektive processer (nødvendig temperaturhomogenitet, mekaniske krav til anordningen, til tilstræbte opvarmningshastigheder osv.). Fortrinsvis bliver begge elektroder adskilt af isolerende, i givet fald perforerede byggedele.

Elektroderne er ifølge frembringelsen forbundet med FIF-generatoren, der tilvejebringer højfrekvente spændinger med en frekvens mellem 1 og 50 MFIz til rådighed via et elektronisk tilpasningsnetværk, den såkaldte matchboks. Det elektroniske tilpasningsnetværk muliggør en udligning af den variable impedans af 8 DK 2009 00139 U3 faststofbedet til den indre modstand af HF-generatoren og muliggør følgelig en refleksionsfri overføring af HF-energi fra generatoren i faststofbedet. Derved er der i modsætning til konventionelle mikrobølgeanlæg mulighed for en meget energieffektiv opvarmning af faststofbedet, og den afgivne FIF-energi kan næsten fuldstændigt omsættes til procesvarme. Særlig foretrukket er anvendelsen af frekvenser, der er frigivet til industrielle, videnskabelige og medicinske områder, såsom ISM-frekvenser fra 13,56 eller 27 MFIz.

Fortrinsvis indeholder anordningen desuden mindst én fiberoptisk temperatursensor, der er forbundet med et vurderingsapparat. Fortrinsvis er der desuden i tilstrømningsområdet og/eller i bortstrømningsområdet af gasblandingen sensorer til karakterisering af gassammensætningen. I en foretrukken variant af anordningen er de enkelte sensorer og vurderingsapparater forbundet med en PC med procesledesystem. I en foretrukken variant af apparatet er der foran enden af faststofbedet positioneret en fugtsensor, der detekterer ladetilstanden af ad-sorberen og viser et forestående gennembrud af vand ladefronten.

Eventuelt er der i tilstrømningen til reaktoren eller i indgangsområdet af reaktoren et middel til tilsætning og/eller dosering af et overføringsmedium. Midlerne til indføring af et overgangsmedium kan indsættes til initiering af en termo-chro-matografisk puls. Fortrinsvis bliver der som overføringsmedium anvendt vand. Den termo-chromatografiske puls er ikke kun egnet til termodesorption af absorberede organiske gaskomponenter eller til initiering af en katalyseret reaktion. Den termo-chromatografiske puls kan også indsættes til tørringsprocesser, når faststofbedet ikke er ladet til opnåelse af ladningskapacitet. I dette tilfælde kan vandinjektionen og den opstående puls føre til et yderligere udtag af vand fra det faste bed.

Som fastbedmaterialer anvendes fortrinsvis adsorptive substanser, såsom aktivt kul, zeolit af forskellige strukturer eller porøse metaloxider såvel som blandinger deraf. De udviser fortrinsvis en høj porøsitet med store specifikke overflader (typisk mere end 100 m2/g, fortrinsvis mere end 200 m2/g). I mange tilfælde bliver disse materialer før presningen iblandet et bindemiddel til opnåelse af en 9 DK 2009 00139 U3 bedre mekanisk stabilitet. I det følgende bliver disse blandingsmaterialer forenklet betegnet som sorptionsaktive komponenter.

I en foretrukken variant til gastørring drejer det sig om en hydrofil zeolit, særlig foretrukket zeolitterne 3A, 4A, NaY og 13X. I en anden foretrukken variant til fjernelse af hydrofobe stoffer såsom ikke polære organiske forbindelser fra gasstrømmen anvendes hydrofobe materialer. Særlig foretrukket er her indsætningen af et faststofbedmateriale, der indeholder en dealumineret Y-zeolit med højt Si/AI-forhold.

I tilfælde af en tilsigtet reaktiv omsætning af de forinden adsorberede gaskomponenter er indsætningen af en yderligere katalysatorkomponent i fastbedet fordelagtig. Som katalysatorer anvendes eksempelvis ædelmetaller fortrinsvis platin eller perowskit eller andre oxidiske materialer. Katalysatorerne er fortrinsvis påført på porøse bærematerialer. Disse porøse materialer udviser typisk porøsiteter mellem 0,2 og 0,7.

Det faste stof, der anvendes som adsorber og/eller som katalysator, er især i granulat eller andet rystegods, hvor korndiameteren fortrinsvis ligger i millimeterområdet. Særlig velegnet er ifølge frembringelsen kornstørrelser i området fra 0,1 til 10 mm, fortrinsvis fra 1 til 5 mm og særlig foretrukket fra 1 til 3 mm.

Fortrinsvis bliver der fra gasblandingen fjernet en uorganisk eller organisk gas-formig komponent. Eksempelvis kan kuldioxid, oxygen eller svovlforbindelser fjernes fra de gasblandinger, der skal renses.

Fortrinsvis anvendes apparatet ifølge frembringelsen til tørring af gasblandinger. Det er særlig foretrukket at fjerne vand.

Regenereringen af adsorberen kan f.eks. ske ved hjælp af radiobølger, hvor en reduktion af trykket i apparatet kan opnås. I denne udformning af frembringelsen omfatter apparatet desuden et middel til frembringelse af radiobølger.

10 DK 2009 00139 U3

Det beskrevne apparat muliggør i forhold til kendt teknik en række anvendelsesmuligheder, af hvilke enkelte beskrives i det følgende som eksempler for nærmere at beskrive funktionen af apparatet og rollen af de enkelte komponenter.

Det er underforstået, at denne frembringelse ikke er begrænset til de specifikke apparater, sammensætninger og betingelser som heri beskrevet, eftersom der er mulighed for variationer. Det er desuden underforstået, at den foreliggende anvendte terminologi udelukkende tjener til beskrivelse af særlige udførelsesformer og ikke skal begrænse frembringelsens beskyttelsesomfang. Som angivet i beskrivelsen og i de afhængige krav indbefatter formuleringen i ental som f.eks. "en" og "den" også flertal såfremt sammenhængen ikke entydigt angiver noget andet. Eksempelvis indeholder referencen til "et middel til dosering af et overføringsmedium" et eller flere midler, som igen kan være identiske eller forskellige.

Apparatet muliggør forskellige modi af energitilførslen og især opvarmningen af det faste bed og realiseringen af forskellige temperaturprofiler. Især er det muligt sammenlignet med alternativer ifølge kendt teknik at opvarme det faste bed homogent og ubundet af bæregassen, hvorved også teknisk relevante volumener i liter og kubikmeter målestok kan behandles. Fortrinsvis andrager volumenet af faststofbedet i et apparat ifølge frembringelsen 0,001 til 100 kubikmeter fortrinsvis 0,01 til 10 kubikmeter.

Derudover er det også muligt som før nævnt gennem injektion af et overføringsmedium at initiere en fastbedet gennemløbende koblet stofstrøm-tem pera-tur-puls, en såkaldt termochromatografisk puls. Hertil injiceres i gasstrømmen et overføringsmedium fortrinsvis vand og det absorberes i det mindste delvis ved fastbedmaterialet. Dette fører til en forstærket absorption af HF-energi i det tilsvarende område af fastbedet, hvilket igen fører til en forstærket opvarmning. Derved kommer det til desorption af overføringsmediet og til videre transport med gasstrømmen. Hvis der nås koldere fastbedområder, så sker der på ny en adsorption og en lokal overophedning. Denne proces fortsættes kontinuerligt, indtil den termochromatografiske puls har gennemløbet fastbedet og nået ud- 11 DK 2009 00139 U3 gangen af reaktoren. Den selektive temperaturforøgelse gør det muligt at opnå den ønskede termisk initierede proces, såsom regenerering af fastbedet ved gastørring eller adsorptiv gasudskillelse og katalytiske omsætning af absorberede gaskomponenter, meget energieffektivt.

Kort beskrivelse af figurerne.

Figur 1 et apparat ifølge frembringelsen til behandling af gasser, især til tørring af jordgas eller biogas, figur 2 foretrukne elektrodegeometrier til realisering af den dielektriske opvarmning af et faststofbed, figur 3a gastørring over et faststofbed af zeolitten 13X ved rumtemperatur, figur 3b termisk regenerering af faststofbedet (zeolit 13X) ved højfrekvensopvarmning, figur 4a gastørring over et rystebed af zeolitten NaY ved rumtemperatur, og figur 4b termisk regenerering af faststofbedet (zeolit NaY) ved højfrekvensopvarmning.

Et udførelseseksempel af anordningen ifølge frembringelsen er vist i figur 1. Figur 1 viser et apparat ifølge frembringelsen til tørring af gasser med følgende komponenter. Et kvaderformet hult legeme 1 er fyldt med et faststofbed 4. Gennem en første åbning 2 strømmer en gasblanding til faststofbedet 4. Gennem en anden åbning 3 forlader den tørrede gas det hule legeme 1. En varm elektrode 6 er positioneret i midten af faststofbedet 4 langs længdeaksen af det hule legeme 1. En kold elektrode 5 udgør delvis yderkappen af det kvaderformede hule legeme 1. Som grundflade og dækflade af kvaderterningen er anordnet perforerede byggedele 14, som isolerer elektroderne 5 og 6 i forhold til hinanden. Elektroderne 5 og 6 er via et elektronisk tilpasningsnetværk 7 forbundet 12 DK 2009 00139 U3 med en HF-generator 8 for tilførsel af HF-spænding. Via en fiberoptisk temperatursensor 9, der er forbundet med et vurderingsapparat 10, kontrolleres temperaturen i faststofbedet 4. Foran den anden åbning 3, kort før gassen igen forlader faststofbedet 4, er positioneret en fugtsensor 15. Sensorer til karakterisering af gassammensætningen 12 er indrettet såvel i tilstrømningen som i udstrømningsområdet af gassen. De enkelte sensorer og vurderingsapparater er forbundet med en PC 13 med et processtyresystem. Et middel til dosering af et overføringsmedium 11 til initiering af en termochromatografisk puls er anordnet ved begyndelsen af faststofbedet 4.

Figur 2 viser foretrukne elektrodegeometrier til realisering af den dielektriske opvarmning af faststofbedet 4. Parallelle planelektroder kan anordnes parallelt med strømningsretningen. Derved er den varme elektrode 6 anordnet i faststofbedet. Yderkappen af det hule legeme 1 danner til dels den kolde elektrode 5 (figur 2a). Figur 2b viser en alternativ variant. De parallelle pladeelektroder er anordnet vertikalt til strømningsretningen, faststofbedet 4 er positioneret mellem elektroderne. Gasstrømmen når og forlader faststofbedet 4, idet den strømmer gennem elektroderne 5 og 6. Dertil er elektroderne 5 og 6 udformet gasgen-nemtrængelige henholdsvis perforerede. Parallelle pladeelektroder muliggør for homogene faststofbed en temperaturprofil med ringe gradienter og er følgelig bedst egnet til en homogen opvarmning.

I en videreudvikling bliver elektroderne anordnet koaksialt (figur 2c). Den staveller rørformede varme elektrode 6 bliver derved omsluttet af den kolde kappeelektrode 5. Faststofbedet 4 befinder sig mellem kappeelektroden 5 og inder-elektroden 6. En koaksial anordning af denne opbygning er bedst egnet til at reducere den elektromagnetiske udstråling til omgivelserne.

Anvendelseseksempel 1 I anvendelseseksempel 1 anvendes apparatet til tørring af en gasstrøm over et vist tidsrum, og efterfølgende absorberbedet, som består af en zeolit af typen 13 DK 2009 00139 U3 13X, til termisk at regenerere gennem homogen opvarmning ved hjælp af HF-energi. Figur 3 viser resultatet.

Under laboratorieforsøg blev der indeholdt 0,8 g zeolit 13X med en kornstørrelse mellem 1 og 3 mm. Zeolitten blev ladet over gasstrømmen, indtil en gennemsnitlig fugtighed på 6,4 Ma-%, hvorigennem en tørret gasstrøm forlod bedet (figur 3a). I det foreliggende tilfælde blev bedet delvis overstrømmet for bedre at kunne iagttage desorptionen. Dette forløb afviger fra det, der i praksis er foretrukket til gastørring. Fler skal tilstræbes en gennemstrømning af det faste bed med bedst mulig kontakt mellem den gasstrøm, der skal tørres, og adsorberpar-tiklerne. Den svage temperaturstigning ved tørringen kan føres tilbage til adsorptionsvarmen af vandet ved zeolitten. Størrelsen m repræsenterer massestrømmen af vandet, Tpr0be angiver probetemperaturen ved målestedet i midten af faststofbedet. Differensen mellem indgangsværdien mvor og mnac svarer følgelig til tørringseffektiviteten. Under regenereringsfasen (termisk tørring af det faste bed) opvarmes proben ved hjælp af radiobølger (systemets samlede effekt er ca. 100 W, højt tab på grund af apparatets lidenhed). Temperaturstigningen var ensartet over proben, og der blev relativt hurtigt opnået en niveauværdi på ca. 150°C (figur 3b). Ved denne temperatur skete en effektiv vandudtræd-ning fra det faste bed og regenerativ tørring af adsorberen 13X, der efterfølgende igen kan indsættes til gastørring. Ved dette forsøg androg restfugten af zeolitten ca. 1,6 Ma-%.

Anvendelseseksempel 2 I anvendelseseksempel 2 bliver apparatet ifølge frembringelsen ligeledes indsat til at affugte en gasstrøm og termisk regenerere adsorberen efter gennembrud af vandet på grund af opnåelsen af ladekapaciteten af adsorberen. Regenereringen bliver i dette eksempel realiseret gennem initiering ved hjælp af en ter-mochromatografisk puls. Figur 4 viser resultatet.

I dette tilfælde blev en NaY-zeolit (5,7 g, kornstørrelse 1 til 2 mm) ladet ved stuetemperatur. Slutladningen androg ca. 26 Ma-%. Figur 4 viser tydeligt den 14 DK 2009 00139 U3 effektive tørring, indtil gennembruddet af vandet konstateres efter opnåelse af ladekapaciteten ved ca. 800 min og indgangsfugten også opnås ved udgangen af reaktoren. Den svage stigning af temperaturen ved flere målesteder i faststofbedet med 5 til 10°K kan igen føres tilbage til den frie adsorptionsenthal-pi. Temperaturindices kendetegner positionen af sensorerne i det faste bed i gennemstrømsretningen. Den successive stigning af temperaturerne gennem adsorptionsvarme kendetegner den fremad skridende vandfront i zeolitbedet.

Regenereringen af adsorberen sker ved hjælp af radiobølger, hvorved der ved begyndelsen af det faste bed opstår en termochromatografisk puls, der som temperaturfront gennemløber udhældningen. Den selektive temperaturforøgelse i pulsen (ca. 100°K ved begge de første, i figur 4 viste målesteder) muliggør en særlig energieffektiv tørring af det faste bed. Den gennemsnitlige restfugt af zeolitten efter tørring androg 1,5 Ma-%, hvilket muliggør en fornyet gastørring. Efter behov kan der også opnås en lavere restfugt i adsorberen.

Henvisningsliste 1 hult legeme 2 første åbning 3 anden åbning 4 faststofbed 5 kold elektrode 6 varm elektrode 7 elektronisk tilpasningsnetværk 8 højfrekvensgenerator 9 fiberoptisk temperatursensor 10 vurderingsapparat 11 middel til dosering af et overføringsmedium 12 sensor til karakterisering af gassammensætningen

13 PC

14 perforerede byggedele 15 fugtsensor 15 m massestrøm af vandet Tprobe probetemperatur.

DK 2009 00139 U3

Claims (4)

16 DK 2009 00139 U3

1. Apparat til udskillelse af komponenter af en gasblanding ved absorption ved et faststofbed og med mulighed for termisk regenerering af faststofbedet omfattende: - et hult legeme (1), der danner et adsorptionsrum, - et i det hule legeme (1) anordnet faststofbed (4), der er egnet til at adsorbere i det mindste én gaskomponent i hvert fald delvis, - en første åbning (2), der er egnet til at indføre gasblandingen i det hule legeme (1), - en anden åbning (3), der er egnet til at føre gasblandingen bort fra det hule legeme (1), og - i det mindste én elektrode (5, 6), der er forbundet med en højfrekvens(HF)-ge-nerator (8) med en frekvens mellem 1 og 50 MHz, som er nyt ved, at den mindst ene elektrode (5, 6) danner en del af det gastætte hule legeme (1) og/eller er elektrisk ledende forbundet med denne, og/eller i det mindste en del af den mindst ene elektrode (5, 6) er anordnet i faststofbedet (4), og at der ved siden af den anden åbning (3) i faststofbedet (4) er positioneret en fugtsensor (15).

2 DK 2009 00139 U3

DK 2009 00139 U3 20 I w- 0,5 ·

0. I 41 42§ 440 ll^te 100 »m P |« ^ t Hi 20 w I m , ssssi* T Ι^ΐϊ* lo· m m t .0Ί-Ι 1 i ; ·. i # # # i l t li ft·# ' ISO .»too " 140 - 120 ► 100 p •ao &* 60 m m ttS«SW.V.V.V.y.·. m m m m $io -40 520 ifi m V$# ¢. fr? KS«& Ψ DK 2009 00139 U3

2. Apparat ifølge krav 1, som er nyt ved, at faststofbedet (4) udfylder det gastætte hule legeme (1) i det mindste 50%, fortrinsvis 70% og mere foretrukket op til 90%.

3. Apparat ifølge et af de foregående krav, som er nyt ved, at den første åbning (2) og den anden åbning (3) er anordnet således, at de ligger over for hinanden ved det gastætte hule legeme (1).

4. Apparat ifølge et af de foregående krav, som er nyt ved, at der ved den første åbning (2) er anordnet i det mindste ét middel til tilførsel af gasblandingen. 17 DK 2009 00139 U3

5. Apparat ifølge et af de foregående krav, som et nyt ved, at der ved den anden åbning (3) er anordnet i det mindste ét middel til bortledning af gasblandingen.

6. Apparat ifølge krav 4 eller 5, som et nyt ved, at midlerne til tilførsel og midlerne til bortledning af gasblandingen er udformet til at realisere en kontinuerlig gasstrøm.

7. Apparat ifølge et af de foregående krav, som et nyt ved, at den i hvert fald ene elektrode (5, 6) overspænder faststofbedet (4) langs dettes største rumlige udstrækning i det mindste 50%, fortrinsvis mindst 70% og mere foretrukket mindst 90%.

8. Apparat ifølge et af de foregående krav, som et nyt ved, at det gastætte hule legeme (1) er udformet som en cylinder eller en kvaderterning.

9. Apparat ifølge krav 8, som et nyt ved, at den i hvert fald ene elektrode (5, 6) danner grundfladen af det cylinderformede eller kvaderformede hule legeme (1).

10. Apparat ifølge krav 8 eller 9, som et nyt ved, at den i hvert fald ene elektrode (5, 6) er gasgennemtrængelig og/eller perforeret.

11. Apparat ifølge et af de foregående krav, som et nyt ved, at den i hvert fald ene elektrode (5, 6) er forbundet med et middel til tilførsel af en højfrekvent spænding.

12. Apparat ifølge et af de foregående krav, som et nyt ved, at den i hvert fald ene elektrode (5, 6) er en pladeelektrode.

13. Apparat ifølge et af kravene 1 til 12, som et nyt ved, at den i hvert fald ene elektrode (5, 6) er en stabelelektrode. 18 DK 2009 00139 U3

14. Apparat ifølge et af de foregående krav, som et nyt ved, at det har to elektroder (5, 6).

15. Apparat ifølge krav 14, som et nyt ved, at en de to elektroder er en kold jordforbundet elektrode (5), og en af de to elektroder er en varm elektrode (6).

16. Apparat ifølge krav 14 eller 15, som et nyt ved, at elektroderne (5, 6) er anbragt parallelt.

17. Apparat ifølge krav 14 eller 15, som et nyt ved, at elektroderne (5, 6) er anordnet koaksialt.

18. Apparat ifølge et af de foregående krav, som et nyt ved, at det har mere end to elektroder (5, 6).

19. Apparat ifølge krav 18, som et nyt ved, at det har en varm elektrode (6) og flere kolde elektroder (5).

20. Apparat ifølge et af kravene 15-19, som et nyt ved, at den kolde elektrode (5) er elektrisk ledende forbundet med det hule legeme (1).

21. Apparat ifølge et af kravene 15-20, som et nyt ved, at den kolde elektrode (5) op til mindst 50%, fortrinsvis op til mindst 70% mere foretrukket op til mindst 90% er selve det gastætte hule legeme (1).

22. Apparat ifølge et af de foregående krav, som et nyt ved, at der i faststofbedet (4) er anordnet en fiberoptisk temperatursensor (9).

23. Apparat ifølge krav 22, som et nyt ved, at den fiberoptiske temperatursensor (9) er forbundet med et vurderingsapparat (10). 19 DK 2009 00139 U3

24. Apparat ifølge et af de foregående krav, som et nyt ved, at der ved den første åbning (2) og/eller den anden åbning (3) i gasstrømmen er anordnet en sensor (12) til karakterisering af gasblandingen.

25. Apparat ifølge et af de foregående krav, som et nyt ved, at HF-generato-ren (8) tilvejebringer en spænding med en frekvens på 13,56 eller 27 MHz.

26. Apparat ifølge et af de foregående krav, som et nyt ved, at der ved siden af den første åbning (2) er anordnet et middel til tilførsel af et overføringsmedium (11) til initiering af en termochromatografisk puls.

27. Apparat ifølge krav 26, som et nyt ved, at overføringsmediet (11) er vand.

28. Apparat ifølge et af de foregående krav, som et nyt ved, at faststofbedet (4) er et adsorberende materiale, fortrinsvis aktivt kul, zeolit af forskellig struktur, porøse metaloxider eller blandinger deraf.

29. Apparat ifølge krav 28, som et nyt ved, at det adsorberende materiale er hydrofilt, fortrinsvis en hydrofil zeolit, især zeolit 3A, zeolit 4A, zeolit NaY eller zeolit 13X.

30. Apparat ifølge krav 28, som et nyt ved, at det adsorberende materiale er hydrofobt, fortrinsvis en dealumineret Y-zeolit med et højt Si/AI-forhold.

31. Apparat ifølge et af kravene 28 til 30, som et nyt ved, at det absorberende materiale har en høj porøsitet med specifikke overflader større end 100 m2/g, fortrinsvis større end 200 m2/g.

32. Apparat ifølge et af kravene 28 til 31, som et nyt ved, at det absorberende materiale er rystegods med en kornstørrelse fra 0,1 til 10 mm, fortrinsvis fra 1 til 5 mm mere foretrukket fra 1 til 3 mm. 20 DK 2009 00139 U3

33. Apparat ifølge et af de foregående krav, som et nyt ved, at de af gasstrømmen adsorberede komponenter er en uorganisk eller organisk gas, fortrinsvis kuldioxid, oxygen, flygtige organiske forbindelser eller svovlforbindelser og/eller vand. 5

34. Apparat ifølge et af de foregående krav, som et nyt ved, at faststofbedet (4) indeholder en katalysator.

35. Apparat ifølge krav 34, som et nyt ved, at katalysatoren er et ædelmetal, 10 fortrinsvis platin eller palladium eller en perowskit.

36. Apparat ifølge krav 34 eller 35, som et nyt ved, at katalysatoren er anbragt på porøse bærematerialer med en porøsitet mellem 0,2 og 0,7.

37. Apparat ifølge et af de foregående krav, som et nyt ved, at volumenet af faststofbedet (4) andrager 0,001 til 100 kubikmeter, fortrinsvis 0,01 til 10 kubikmeter mere foretrukket 0,1 til 10 kubikmeter. 20 i DK 2009 00139 U3

4?0 β! «5 $00 510 $20 530 ti min