NO753987L - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte og apparat for å fjerne fuktighet i gass-strommen.

Foreliggende oppfinnelse vedrorer molekylarsil torkesysterner. Spesielt vedrorer den fremgangsmåter og apparatur for å fjerne fuktighet fra en væskestrbm og for å regenerere eller reaktivere fuktighetsbeladete zeolittpartikler av alkalimetallaluminium-silikat-typen. Molekylarsiler som er fremstilt fra naturlige eller syntetiske krystallinske alkalimetallaluminiumsilikater av 'zeolitt-typen har" blitt funnet anvendelige for fjerning av utvalgte forbindelser fra væskestrommer. Torking av væsker slik som luft, petroleum, forsyninger eller industrigasser har fremskaffet en betraktelig anvendelse for molekylarsiler.

Gasser kan torkes med molekylarsiler (zeolitter) ned til et vanninnhold på noen få ppm. I mange systemer som er konstruert for å behandle tilforselen til kryogene anlegg, må gassen torkes til en andel på 1 ppm - lavt nok til å gjore avriming av varme-vekslere til en meget sjelden nbdvendighet, selv når gassen blir tatt hele veien til væskefasen. Denne supertorkingen kan utfores selv når tilfbrselsesgassen har en hby temperatur fordi duggpunktene for molekylarsil-dehydreringen ikke er en funksjon av inntakstemperaturen, og fordi disse enestående adsorbentene beholder hby kapasitet selv under operasjon ved hbye temperaturer. Evnen til å behandle hbytemperaturtilfbrsel ved fremstilling av fullstendig torr gass er et enestående karakteris-tikum for molekylarsilsystemer. Dertil er molekylarsilenes virkning ikke berbrt av tilforselens metningsgrad.

Problemet å tbrke store væskevolumer med hby hastighet er særlig påtrengende under operasjonen av petroleumraffinerier, hvori

. store mengder av hiydrokarbonvæsker daglig håndteres. Utbytte-bkningen av produktet som medfblger sådann reduksjon av vann-

innholdet av tilforselsforrådet kompenserer i mange tilfeller mer enn omkostningene for torkingen av tilforselsforrådet med kjemiske tbrkereagenser. Skjont problemet å torke hydrokarbon-væsker på en- kontinuerlig basis er en typisk fabrikkskala-anvendelse av den foreliggende fremgangsmåte p.g.a. de store vo-lumene av hydrokarbonstrommene som benyttes i petroleumindustrien, kan fremgangsmåten benyttes i mange væskestrommer (så vel normale væsker som gasser) som er praktisk ureaktive overfor det spesielle torkemidlet som er involvert i prosessen. Således er fuktige strommer slik som luftnitrogen, karbonmonoksyd, karbon-dioksyd, det halogenerte hydrokarbon-klorbenzen og andre ureaktive overfor egnede uorganiske tbrkemidler og kan benyttes som tilfbrsier ved molekylarsil-tbrkeprosesser. Silene er inerte overfor de fleste prosessvæskene og fysikalsk stabile i normale beddybder selv når de er våte av vann.

Tbrkeegenskapene hos molekylarsiler kan utnyttes ved hbyere temperaturer enn de hos andre adsorbenter. Typisk kapasitet er 16,5% ved 95°C og 4% selv ved 230°C. Mengden av adsorbert vann har liten virkning på tbrkeeffekten deres opptil "briste-punktet" (punktet hvor damptrykket oker brått -). Duggpunkter under -75°C kan oppnås selv med gasser så vel som 100°C. Molekylarsiler tbrker gasser ved hbye overflatehastigheter

selv ved lav relativ fuktighet av tilfbrselsgassene. Hastigheten ligger vanligvis mellom 10-50 m/min med zeolittreagenser. For tbrkeformål benyttes ofte molekylarsiler med mindre pore-stbrrelse (3 Å) for å redusere koadsorpsjon av andre materialer.

Syntetiske krystallinske alkalimetallaluminiumsilikater

av faujasitt-typen er beskrevet i U.S. patent nr. 2.882.243, 2.882.244 som herved refereres til.

Det mettede bedet må regenereres for å fjerne adsorbatet under forberedelsen av det neste ad sorpsj onstrinnet. Normalt vil hovedstrbmmen sjaltes til et annet adsorpsjonstårn under denne regenereringen for å gi en kontinuerlig operasjon.

Ifolge teknikkens stand kan regenereringen utfores på forskjellige måter hvor valget avhenger av tekniske og bkono-

miske betraktninger. Regenereringsmetoder har tidligere vært

basert på det samme prinsippet - prosessbetingelsene rundt adsorbenten forandres til den som tilsvarer en meget lav likevekts-kapasitet. Generelt, jo storre forskjellen mellom likevekts-kapasiteten for adsorpsjon og regenerasjon, jo raskere og mer fullstendig er regenereringen.

I typiske cykliske systemer fjernes adsorbatet fra molekylarsil-bedene ved å oppvarme og rense med en bæregass. Dette regenerer adsorbenten og forbereder den for den neste adsorpsjonssyklusen. Under regenereringen må tilstrekkelig varme være tilgjengelig til å heve adsorbentens, adsorbatets og kjelens temperatur pluss en ytterligere mengde for å fordampe væsken og kompensere fukte-varmen på molekylarsilens overflate. I de fleste praktiske konstruksjoner benyttes gasstemperaturer over adsorbatets koke-punkt for å oke hastigheten av varmetilforsel til systemet.

Med hensyn til regenereringstemperaturer er det bedtemperaturen (molekylarsilbedets temperatur) som er kritisk. Bedtemperaturer i 200-300°C område benyttes vanligvis.

Etter regenerering reduserer en kjoleperiode molekylarsil-temperaturen til rundt 15-20°C over temperaturen for den be-handlede strommen. Dette blir vanligvis gjort ved å bruke gass-strbm som for oppvarming, men uten noen varmetilfbrsel. Den termiske metoden omfatter oppvarming til en temperatur hvorved adsorpsjonskapasiteten reduseres til et lavt nivå slik at adsorbatet forlater molekylarsiloverflaten og lett fjernes av en liten rensegass-strbm. Dette kan gjbres ved•operasjonstrykk eller ved et redusert trykk.

"Pressure swing"-regenerasjonsmetoden baserer seg lignende på

å redusere adsorpsjonskapasiteten ved å senke trykket ved en praktisk talt konstant temperatur.

Ved en annen metode fjernes adsorbatet uten å endre temperaturen eller trykket ved gjennomfbring av en væske (flytende eller gass) som ikke inneholder noen adsorberbare molekyler og hvori adsorbatet er lbselig eller blandbart.

Å forandre temperatur eller trykk ved å fore en væske som inneholder en hby konsentrasjon av et adsorberbart molekyl kan også bevirke desorpsjon. P.g.a. denne hbye konsentrasjonen er disse molekylene i'stand til å fortrenge materialer som er forut adsorbert. I tilfelle av væsker blir den resulterende blandingen så adskilt ved destillasjon til et salgbart produkt med hoy ren-het og regenerasjonsvæsken (som blir brukt igjen).

Regenerering, av et vått molekylarsilbed ved elektrolyse er omfattet i U.S. patent nr. 3.474.023 ved anvendelse av et lavt DC potensial for å utvikle H_ og 0^. Videre er anvendelse av hoyfrekvens elektrisk energi vist i U.S. patent nr. 3.359.707

for å bevirke dielektrisk oppvarming av bedpartiklene.

Det er kjent at varmen for vannadsorpsjon er approksimativt

den samme som fordampningsvarmen. Regenerasjonsmetoder ifolge teknikkens stand konsumerer langt ut over dette for å gjenvinne adsorbatet. I betraktning av molekylarsiladsorpsjonens utstrakte bruk, spesielt ved lufttorkning, hydrokarbonforråd og industrigasser, foreligger et klart behov for en silregenererings-prosess som er rask og bkonomisk.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en forbedring i gass-torkningsapparatur som består av en gasspassasje med et inntak for gass som skal torkes og et uttak for torket gass og et bed for zeolitt-adsorbenten innen gasspassasjen mellom inntaket og utlopet. Forbedringen består av anordninger slik som et elek-_^trodepar for å fore en elektrisk strom gjennom adsorbentbedet.

Arrangementet er slik at strbmmen ligger ved en frekvens som er lav nok til å forebygge tilstrekkelig oppvarming av bedet til å fordampe adsorbert vann og er på en strbmtetthet lav nok til å utelukke hydrolyse av adsorbert vann.

I en form av oppfinnelsen brukes den elektriske strbmmen som en fblestrbm for å fastslå endringer i bedets ledningsevne som en indikasjon på bkning av bedets fuktighetsinnhold, slik at der er

advarsel når bedets fuktighetsinnhold når et forutbestemt nivå

og det er tid til å avbryte bedets adsorpsjonsfunksjon og til å regenerere bedet. I denne utforelsen av oppfinnelsen er de, til-veiebrakt anordninger for måling av lopejide strom som en indika-tor for bedets elektriske ledningsevne, anordninger påvirket av disse måleanordningene for å generere et signal som er representativt for bedets innhold av adsorbert vann og anordninger som reagerer på nevnte signal for å avbryte gass-strommen gjennom bedet ved et forutbestemt vanninnhold for metning.

I en annen for av oppfinnelsen brukes den eléktriske strommen

for å regenerere bedet. Vi har oppdaget at zeolitt-partiklene kan reaktiveres ved elektro-desorpsj on for å fjerne sorbert gass. Den nye elektro-desorpsjonsprosessen består av trinnene å begrense molekylarsilpartikelene belastet med sorbert gass mellom elektrodenepålegge et elektro-desorpsjonspotensial mellom elektrodene 5 og adskille desorbert gass fra molekylarsilen. Ved denne fremgangsmåten består molekylarsilen i det vesentlige av syntetisk krystallinsk alkalimetallaluminium-silikat av zeolitt-typen med en partikkelstbrrelse på minst rundt 1 fi. I den foretrukne utforelsesform ifolge oppfinnelsen, inneholder bedet pulveriserte zeolitt-partikler med en gjennomsnittlig partikkelstbrrelse på rundt 3u til 5 u eller sammenbundne partikler på rundt 100 u til 500 u stbrrelse. Systemet tilveiebringer også anordninger for å opprettholde en vesentlig konstant regenereringsstrbmtetthet gjennom bedet på rundt 0,01-100 ua/cm 2. Dette systemet er særlig anvendelig for regenerering av våte zeolitter.

Regenereringsstrommen kan være likestrbm eller vekselstrbm

med en frekvens på opptil 10 3 Hz. Det etablerte elektriske feltet for regenereringen bor være minst 0,2 Kv/cm.

Utforelsen av oppfinnelsen,hvori strbmledning brukes for å påvise vannadsorpsjon og signalisere nbdvendigheten av regenerering, og utforelsen av oppfinnelsen hvori strbmledning kan benyttes for å utfore regenereringjkan kombineres i en enkel konstruksjon som illustrert i fig. 1 i de vedlagte tegninger.

I tegningene er

Fig. 1 et blikk fra siden, delvis skåret vekk, av typisk elektro-desorpsj onsapparatur ifolge foreliggende oppfinnelse $ Fig. 2 er et kretsdiagram av et elektrisk kontrollsystem for en elektro-desorpsjonsprosess5Fig. 3 og 4 er skjematiske fremstillinger av alternative utfor-elser for regenerering^Fig. 5 er en grafisk plotning av adsorbert vann og motstandsevne mot strbmningstiden} Fig. 6 er en grafisk fremstilling av elektrisk motstandsevne og- fuktighetsinnhold for et molekylarsilbed^Fig. 7 er en utfbrelse for å fole forandring av fuktighetsinnholdet; og Fig 8 er en alternativ utfbrelsesform for å fole forandring av fuktighetsinnholdet.

Molekylarsil-materialene består vesentlig av krystallinske, hydrerte metallaluminiumsilikater med et antall av uvanlige egenskaper. De viktigste typene av molekylarsiler er syntetisk fremstilt, men strukturene deres ligner nok på visse naturlige forekommende mineraler til å klassifiseres som zeolitter.

Skjbnt krystallstrukturen hos noen av molekylarsilene er tem-melig forskjellige (to typer, A og X er viktigst), avhenger deres betydning som kommersielle adsorbenter av det faktum at hver av krystallene inneholder seg imellom forbindende hulrom av enhetlig stbrrelse adskilt av trangere åpninger eller porer av tilsvarende ensartethet. Når det dannes er dette krystallinske nettverket fylt med vann, men med moderat oppvarming kan fuktigheten drives ut av hulrommene uten å endre krystallstrukturen. Dette levner hulrommene med sitt kombinerte overflate-område og porevolum klar for adsorpsjon av vann eller andre materialer. Denne prosessen for evakuering og gjenfylling av hulrommene kan gjentas i det uendelige under egnede betingelser.

Med molekylarsiler er nbyaktig prosesskontroll mulig fordi po-rene i det krystallinske nettverket er heller enhetlig enn av varierende dimensjoner slik tilfellet er med andre adsorbenter. Med dette store overflateområdet og porevolumet kan molekylarsilene utfore separasjoner av molekyler ved å bruke porenes ensartethet til differensiering på basis av molekylarstorrelse og konfigurasjon.

Molekylarsiler er krystalline, metall.aluminiumsilikater med tredimensjonale nettverkstrukturer av silisiumoksyd og aluminum-oksyd-tetraédre . Denne meget enhetlige krystallinske struku-ren forer til molekylarsi1-egenskaper som gjor dem til utmer-kede torkemidler med en hoy kapasitet selv ved hoye temperaturer. Noen molekylarsiler har i tillegg til denne hoye adsorpsjonskapasiteten evnen til å indikere relativ fuktighet ved en fargeforandring som kan benyttes til å bestemme det punkt hvor reaktivering er nbdvendig.

De krystallinske metalialuminiumsilikatene har en tredimen-sjonal sammenbindende nettverkstruktur av silisiumoksyd og aluminiumoksyd-tetraedre . Tetraedrene er dannet av fire oksygenatomer som omgir et silisium eller aluminiumatom.

Hvert oksygen har to negative ladninger og hvert silisium har fire positive ladninger. Denne strukturen muliggjbr en andels-anordning som bygger opp tetraederet uniformt i fire retninger. Aluminiumstreverdighet forer til at aluminiumoksyd-tetræderet blir negativt ladet og trenger et ytterligere kation for å balansere systemet. Således har den endelige strukturen natrium, kalium, kalsium eller andre kationer i nettverket. Disse ladningene balanserende kationene er utbyttbare ioner

i zeolitt-strukturen.

I den krystallinske strukturen kan opp til halvparten av de fireverdige silisiumatomene erstattes av treverdige aluminium-atomer. Zeolitter som inneholder forskjellige forhold av silisium til aluminiumioner er tilgjengelige så vel som forskjellige krystallstrukturer som inneholder forskjellige kationer .

I den mest vanlige kommersielle zeolitten, type A, er tetraedrene anordnet slik at det dannes et avskåret oktaeder med et silisium eller aluminiumtetraeder ved hvert punkt. Denne strukturen er kjent som et sodalittbur.

Når sodalittbur er anordnet i enkle kubiske former er resultatet et nettverk av hulrom med tilnærmet 11,5Å stbrrelse, som er tilgjengelig gjennom åpninger i alle seks sider. Disse åpningene er omgitt av 8 oksygenioner. Et eller flere utbyttbare kationer blokkerer også delvis sideflaten. I natriumformen tilveiebringer denne ringen av oksygenioner en åpning med 4,2Å i diameter inn til strukturens indre. Denne krystallstrukturen representeres kjemisk av den fblgende formel:

Hydratiseringsvannet som fyller hulrommene under krystallisa-sjonen er lost bundet og kan fjernes ved moderat oppvarming. Rommene som forut ble opptatt av dette vannet kan gjenfylles ved adsorpsjon av et utall av gasser og væsker.. Antallet av vannmolekyler i strukturen (verdien av X) kan være så stort som 2 7.

Natriumionene som er knyttet til aluminiumtetra.ederet. tenderer til å blokkere åpningene eller kan derimot hjelpe passasjen av molekyler med litt for stor stbrrelse ved sine elektriske ladninger. Fblgelig kan denne natriumformen av molekylsilen som kommersielt kalles 4A, betraktes som å ha enhetlige åpninger på omtrent 4Å diameter.

P.g.a. sine grunnleggende utbytningsegenskaper, kan zeolitter lett fremstilles med andre metaller som erstatter en del av natriumet.

Blant de syntetiske zeolittene har to modifikasjoner funnet særlig anvendelse i industrien. Ved å erstatte en stor del av natrium med kaliumioner, dannes 3A molekylarsilen (med åpninger på rundt 3Å). Lignende, når kalsiumioner benyttes for utbytning dannes 5A (med tilnærmet 5Å åpninger). Krystallstrukturen av type X zeolitten er oppbygget ved å anbringe de grunnleggende sodalittburene i en tetraedrisk anordning (diamantstruktur) med brodannelse gjennom den seksled-dede oksygenatomringen. Disse ringene tilveiebringer en åpning på 9-10Å i diameter inn i strukturens indre. Den totale elektriske ladningen utbalanseres ved positivt ladet kation(er) som i type A strukturen. Den kjemiske formelen som betegner enhetscellen i type X molekylarsilen i natriumformen er vist nedenfor:

Som i tilfellet av type A krystaller kan hydreringsvann fjernes ved moderat oppvarming og hulrommene som dannes slik kan gjenfylles med andre væsker eller gasser. Verdien av X kan være så stor som 276.

Et primært krav til enhver adsorbent er å besitte et stort over-flateområde pr. volumenhet. Dertil må overflaten være kjemisk inert og tilgjengelig for det onskede adsorbatet (ene). Fra et rent teoretisk synspunkt vil hastigheten hvorved molekylene kan adsorberes ved ellers slike faktorer avhenge av hastig-

heten, hvorved de kontakter overflaten av adsorbentpartiklene

og hastighetenjhvorved de diffunderer inn i partiklene etter kontakt. Den ene eller den andre av disse faktorer kan være kontrollerende i en hvilken som helst gitt situasjon. En måte å oke hastigheten av masseoverfbringen på er i ethvert tilfelle å redusere, storrelsen av adsorbentpartiklene.

Skjont de syntetiske zeolitt-krystallene er relativt små, d.v.s. 0,1 ji til 10 p., kan disse mindre partiklene være sammenbundet eller agglomerert til storre former. Typiske kommersielle sfæriske partikler har en gjennomsnittlig sammenbundet partikkelstbrrelse på 100 u til 500 u (4 x 12 mesh). Andre molekylarsil-former som pastiller (1-3 mm diameter), Rashig-ringer, sadler etc. kan brukes for kontinuerlig sorpsjonsprosesser. De foretrukne molekylarsilmaterialene er type A, L, X og Y zeolitter eller blandinger av disse zeolittene med en gjennomsnittlig partikkelstbrrelse på rundt 1 u til 10 u for pulver eller 100 u 500 u for sammenbundne former.

Under henvisning til fig. 1 på tegningen, er et væsketbrknings-apparat 10 med delvis utskjæring vist. Et vertikalt sylinderisk kar 12 utgjor et torkekammer. Væske som skal torkes innfores i kammer 12 gjennom væskeinnlopsanordninger som består av led-ningen 14 og T-forbindelsen 15. Sikten 18 er anbrakt i den nedre enden av karet 12 ved hjelp av en sirkulær ring 19. Sikten 18 kan være fremstilt av metall eller egnet materiale med tilstrekkelig styrke til å understotte et bed av dielektriske ab-sorbentpartikler 20 som zeolitt-molekylarsilpartikler. En konsentrisk metallelektrode 24 er fort gjennom karet 12 i kontakt med partikler 20. Elektrode 24 holdes i fast stilling av elektrisk isolert bossing 26 forbundet med T-forbindelsen 17. Elektroden 24 er operativt forbundet med kraftkilden 40

ved elektrisk ledning 41. Kraftkilden er forbundet med jord ved elektrisk ledning 42.

Kar 12 kan være konstruert av et elektrisk ledende materiale slik som stål for å gi en veg for direkte kontakt med partikkelbedet 20. Karet 12 kan være forbundet med jord ved elektrisk ledning 44. Anordning for drenering av karet 12 kan fremskaf-fes ved væskeledningen 28 med ventilen 29 innebygget. Lednin-gen 14 er utstyrt med anordning, såsom en kontrollventil for å avbryte utlopsstrommen under regenereringen. Kammer 12 er forbundet med T-forbindelsen 17 til uttbmningsåpningen 16

som er forbundet alternativt til en nedstrbms utnytning eller forbundet med atmosfæren under regenerering for å fjerne sor-batdamp.

Elektrodisorpsjonsregenereringsmetoden kan benyttes med en

torr rensegass som fores gjennom bedet under regenereringen, eller et vakuum kan opprettholdes ved egnede trykkforseglinger og ventiler i systemet.

Fig. 3 er en skjematisk fremstilling av en utfbrelsesform av konstruksjonen som viser parallelle faste elektrodeplater 12-24

i adskilte stillinger i direkte kontakt med partikkelbedet 20. Væske som skal torkes fores oppover gjennom bedet i en retning på tvers av strbmledningen gjennom elektrodene 12-24.

En annen utforelsesform er vist skjematisk i fig. 4, hvori den nedre siktelektroden 12 og den ovre siktelektroden 24 er anbrakt i torkeren 10 som inneholder et bed av absorbent 20. Væsken strbmmer oppover i et bed i samme retning som strommen mellom elektrodene 12 og 24.

Torkecellens konfigurasjon kan tilpasses til forskjellige pro-sesskrav. Stor gassgjennomforsel kan oppnås for mange proses-ser. Kondensasjon av vanndampi eller desorbert væske kan kreve en fallende væskestrom gjennom partikkelbedet til en drenerings-åpning som vist i fig. 1. I andre systemer fjernes den elektro-desorberte komponenten bare i dampfasen.

Karet 12 kan konstrueres av elektrisk isolerende materiale såsom polyvinylklorid (PVC), fenolisk nylon, akrylisk nylon, el-ler ABS-harpiks, glass, glassemaljert stål, eller opprullet fiberglass/harpiks. Hvor en kausal elektrode benyttes, kan skallet være metall eller metallbelagt.

Elektroder kan være konstruert av sintret metallpulver, stål-ull , drillet karbon eller andre foraminbse elektrisk ledende materialer. Pulverisert sil kan omfattes av porost metall-sikt/ull elektrodestrukturer.

Den fysikalske tilstanden av bedet under torkingen av en væske" behover ikke være den samme som under elektrodesorpsjons-trinnet. Graden av sammenpressing kan variere stort innen systemets operasjonsgrenser. Under regenereringen bor zeolitt-partiklene holdes i en slik fysikalsk tilstand at elektrisi-teten tillates å stromme fra en forste elektrode til en annen elektrode gjennom en elektrisk veg fra partikkel til partikkel. Vanligvis er et tomromsvolum på mindre enn 50 volum% egnet

for å. oppnå denne tilstanden. Lostpakket væskegjennomtrengelige molekylarsilbeder har en makroporbsitet eller tomromsvolum på rundt 30-40 volum%. Det antas at strbmningen av elektrisk strbm finner sted på partikkeloverflaten p.g.a. bevegeligheten til alkalimetallionene i den sorberte vannfasen.

En sammenligning av foreliggende metode for regenerering med en typisk metode for regenerering ifolge teknikkens stand, d.v.s. reaktivering, som innbefatter anvendelse av varme åpenbarer den effektive energibruken som oppnås ved den foreliggende metode. F.eks. er varmen for adsorpsjon og desorpsjon av vann som damp på type A natriummolekylarsil (NaA) rundt 1000 kalorier/g 1^0 ved 20°C. Den teoretiske desorpsjonsvarmen når vann desorberes i den flytende fasen kan beregnes som desorpsjonsvarmen minus fordampningsvarmen for vann, d.v.s. 1000 minus 540 eller rundt 460 kalorier/g. Fblgelig, i foreliggende metode hvor vann desorberes fra molekylarsilen vesentlig i form av vann, kan den minimale varme for regenerering teoretisk nå 460 kalorier/g. Imidlertid, er det i foreliggende metode observert at den nbd-vendige energi for å desorbere molekylært vann fra NaA med en rimelig hastighet er rundt 1 til .2 ganger desorpsjonsvarmen av- vann som damp, d.v.s. 1000-2000 kalorier/g f^O.

Derimot er den nodvendige varmemengden for å desorbere vann via en konvensjonell oppvarmingsprosess som damp fra NaA lik desorpsjonsvarmen pluss den varmen som kreves til adsorbentbedet og desorbert vanndamp til en hoyere regenereringstempera-tur, hvorved desorpsjon vil foregå ved en fornuftig hastighet.

Det folgende typiske eksempel illustrerer klart energiinnspa-ringen som oppnås ved bruken av den foreliggende nye prosess. Det folgende antas:

En typisk adsorpsjonskolonne med en diameter på 183 cm og en

6 3

hoyde på 305 cm og et volum på 8,02 x 10 cm vil inneholde 5,53 x 10<6>g NaA. Det er onsket å torke i luft til et dugg-

punkt på +10°C eller 3000 ppm I-^O. Det antas at for å oppnå luft med denne torrhetsgraden plasseres bedet på en adsorpsjons-syklus inntil 5% av dets metningskapasitet er oppnådd. Derfor er mengden H^O på bedet lik:

Hvis varmetapet ved utstråling og konveksjon under en typisk 2 til 4 timers regenereringssyklus neglisjeres, er mengden av nodvendig varme for å oppvarme NaA-et i bedet til 230°C fra 20° lik:

Desorpsjonsvarmen for vanndamp er lik:

Den nodvendige varme for å heve temperaturen av vanndampen til regenereringstemperaturen er lik:

Den totale nodvendige varmen for konvensjonell regenerering av bedet er summen av leddene (2) , (3) og (4) ovenfor eller

8

omtrent (5) 3,6 x 10 kal.

I motsetning til det ovenstående er det funnet at den nodvendige varme for å regenerere det samme bedet ved bruk av foreliggende nye metode er lik mellom en og to ganger adsorpsjons-varmen som flytende vann. Antatt at den nodvendige energi-mengden ved foreliggende prosess er to ganger adsorpsjonsvar-men av vanndamp, er nodvendig varmemengde for å regenerere bedet ifolge foreliggende prosess lik:

Sammenligning av verdien (5) ovenfor med (6) viser at energi-besparelsesfordelen oppnådd ifolge foreliggende teknikk kan

■ uttrykkes som folger:

D.v.s. foreliggende nye metode forbruker omtrent 1/3 av den nodvendige varme for å regenerere et molekylarsiltorkebed ved bruk av en standard-termisk reaktiveringsteknikk.

Fra det ovenstående fremgår det at fra et energi synspunkt er foreliggende metode for adsorbentregenerering flere ganger så effektiv som konvensjonelle termiske metoder. Enda viktigere, imidlertid, er at det fastslås at den nodvendige reaksjonstid for å oppnå regenerering ved foreliggende metode er flere ganger mindre enn den som kreves ved termiske anordninger. F.eks., i bedet ovenfor beskrevet er det funnet at det trengs rundt 3 timer for å oppnå tilfredsstillende regenerering ved 23£>°C. Ved å bruke- foreliggende teknikk er det beregnet at tilfredsstillende regenerering kan oppnås på så lite som 3 minutter. Disse raske regenereringstidene tillater bruken av mye mindre bed ved at storrelsen av bedene ikke lenger behers-kes av utstrakte reaktiveringstider.

Skjont mekanismen for elektrodesorpsjon av våte zeolitter ikke er fullt ut forstått, antas det at vann forst desorberes som en væske og fordampes fra en tynn elektrolyttfilm ved energien som trenger inn i filmen som varme under anvendelse av hoy spenning. Etter som vann fjernes fra partiklene ved desorpsjon og fordampning, oker bulkens spesifikke motstand.

Ved et forutbestemt fuktighetsinnhold som måles ved gassdugg-punkt, bedets ledningsevne, kraftforbruk eller andre anordninger, avsluttes, regenereringstrinnet og tbrkesyklusen fort-settes.

Disse data ble oppnådd ved å bruke poros duk #18 rustfrie skiveelektroder i et sylinderisk akrylplastror med et bed 3^2 cm i diameter og 28 cm lang. Partiklene var 4-5Å type x Davison Grade 714 zeolitt (8 x 12 mesh). Luftstrommen gjennom det pakkede bedet var 53 l/min. (STP) med et inntaksvanninnhold på 2500 ppm og et uttaksinnhold på rundt 2 ppm. Silen adsorberer rundt 6,8% B^ O pr. time under omgivelsesbetingelser. Elektriske målinger mellom adskilte endeelektroder ble foretatt ved bruk av et DC potensial på + 18,5 VDC anbrakt ved anoden i nedstromsstiIling. Det sterke oppsving i motstand på slutten av syklusen viser at bedet når fuktighetsmetning og krever regenerering.

Ved å pålegge en spenningsgradient på rundt 4000 VDC/cm på

bedet blir det regenerert på rundt 30-60 sekunder.

I fig. 6 er en plotting av elektrisk spesifikk motstand.som•funk-sjon av fuktighetsinnholdet gitt for to forskjellige celle-konfigurasjoner. Kurve A viser sammenhengen for ende-til-endeelektroder (fig. 4) sammenlignet med senter-stav-bur-elektroder (fig. 1).

I det folgende refereres til den utfbrelsesform av oppfinnelsen, hvori den elektriske strommen fores gjennom adsorbentbedet for å påvise endring i ledningsevnen som en indikasjon på okning av fuktighetsinnholdet og dermed signalet for nød-vendigheten av regenerering eller initiere regenerering.

Mens måleelektrodene kan være fullstendige med regenererings-elektroder, kan et separat sett anbringes for hver oppgave som vist i fig. 7. Elektroder 12A og 24A er forbundet med en hoyspenningskilde med vekselstrom 40A som frembringes som svar på et signal avledet fra en DC strbm mellom den foraminbse sikten som måler elektrodene 12B og 24B. Målestrommen er parallell til væskestrommen, mens regenereringsstrbmmen går på tvers. Det er klart at disse funksjonene kan ombyttes.

Den samme kilde for elektrisk energi kan benyttes for både fuktighetsmåling og regenerering. Siden 1/2 til 1 minutt eller lenger normalt trengs ved full kraft for å reaktivere et fuktighetsbelagt bed, kan en kort hbyspenningspuls benyt-

tes for fuktighetsmålinger uten vesentlig oppvarming av bedet.

F. eks. ble i et provet tilfelle en kilde på 20 KV-DC pålagt

en molekylarsilbed under tbrkesyklusen for å måle avlednings-strbm.

Et typisk integralelektrodesystem er vist i fig. 8, hvori en regenereringstype av molekylarsilapparatur bestående av elektrisk isolert kar 10 omfatter et molekylarsilbed. Adskilte elektroder 12 og' 24 er forbundet til kraftkilden 40. Et amperemeter forbundet i serie måler den elektriske strommen og frembringer et signal representativt for fuktighetsinnholdet i de pakkede partiklene mellom elektrodene. Et kontrollsystem, vist i blokk-diagram, reagerer på dette signalet ved å operere en ventil for å avbryte prosess-strommen under regenereringen. Under kom-mando av kontrollsystemet kan kraftkilden operers til å pålegge fullt regenereringspotensial over bedet gjennom elektrodene tilstrekkelig til å bevirke regenerering. Under denne delen av syklusen kan en rensegass eller vakuum pålegges karet 12.

Når amperemetersignalet indikerer at fuktigheten er blitt fjer-net til det onskede nivå, initierer kontrollsystemet torkesyk-lusen og forer kraftkilden tilbake til en folemodulus.

Aktiverings- eller regenereringssyklusen kan kontrolleres

eller avsluttes ved forutinnstilte timer, duggpunktmålinger i utlbpet av rensegassen, elektrisk motstandssignal i bedet, forbruk av regenereringsenergi eller annet.

Den fuktighetsmålende strbmmen kan være en kontinuerlig bblge eller en avbrutt pulserende type strbm. Pulsfrekvens og varig-het så vel som spenning kan. for å forbinde den fuktighetsmålende kretsen med andre funksjoner av kontrollsystemet velges. Sekvensinnstilling av regenereringsutstyret og væskebehand-lingsutstyr kan kontrolleres ved en sentral kontrollmodulus eller på linjen prosesskomputer. Disse funksjonene velges i overensstemmelse med prosessens krav.

Det skal forstås at visse elementer i apparaturen kan utfore flere funksjoner^f.eks. kan elektrodene for måling av bedets fuktighet også brukes for hbyspenningsregenerering av bedet. Dette kan kreve at kraftkilden sjaltes på en kjent måte.

Den fuktighetsmålende strbmmen kan selv frembringe det repre-sentative signalet for fuktighetsinnholdet eller et overfbr-ingsamperemeterinstrument kan omforme denne strbmmen til et onsket elektrisk, mekanisk eller væskesignal for å representere verdien. Signalet sammenlignes med en forutbestemt verdi for å igangsette regenereringssyklusen for periodisk fjerning av vann fra molekylarsilbedet.

Ved å bruke direkte lavfrekvens (0-1000 Hz) elektrisk energi

for fjerning av absorbatet, kan regenereringen utfores i et tidsrom som er en meget liten del av den tid det tar å belade molekylarsilen under sorpsjonssyklusen. Mens et typisk gass-torkesystem kan kreve mer enn 2 timer for å nå fuktighetsinnholdet (break point), kan den samme mengde vann fjernes fra torkemidlet i rundt 1 minutt eller mindre, hvilket gir en regenerasjonstid på mindre enn 1% av sorpsjonstiden.

I fig. 4 er gitt en plot av elektrisk spesifikk motstand som funksjon av fuktighetsinnholdet for to forskjellige cellekonfigera-sjoner. Dataene for kurve A ble oppnådd ved å bruke en poros sikt £ 18 av rustfrie skiveelektroder i et sylinderisk akryl-plastrbr med et bed 3,2 mm i diameter og 28 cm langt. Partiklene var av 4-5Å typen x Davison Grade 714 zéolitt (8 x 12 mesh). Luftstrommen gjennom det pakkede bedet var 53 l/min

(STP) med et vanninnhold i innlopet på 2500.,ppm og et utlops-innhold på rundt 2 ppm. Silen adsorberer rundt 6,8% H^0 pr.

time under omgivelsesbetingelser. Elektriske målinger mellom adskilte endeelektroder ble foretatt ved å bruke et DC potensial på + 18,5 VDC som var pålagt anoden i nedstromsstilling. Oppsvinget i motstandsevne:;.viser at bedet når fuktighetsmetning og krever regenerering. .Kurve B viser sammenhengen mellom sentrerte stav-bur-elektroder som fremstilt i fig. 1.

Claims (12)

1. Gasstbrkeapparatur som består av en gasspassasje med et inntak for gass som skal torkes, et uttak for torket gass, et bed av zeolitt-adsorbent anbrakt i gasspassasjen mellom inntaket og uttaket og karakterisert ved anoder som er anbrakt for å fore en elektrisk strom gjennom adsorbentbedet med en frekvens som er lav nok til å utelukke oppvarming av bedet tilstrekkelig til å fordampe adsorbert vann og ved en strømtetthet lav nok til å utelukke hydrolyse av adsorbert vann.

2. Apparatur ifolge krav 1, karakterisert ved at nevnte elektrodeanordning er anordnet for å pålegge et elektrisk felt med frekvens 0-10 3Hz ved en potensial gra-dient på minst 0,2 Kv/cm og å opprettholde en strbmtetthet på 0,01-100 ua/cm <2> .

3. Apparatur ifolge krav 2, karakterisert ved en anordning som en mettet kjernereaktor for okning av spenningen etter som bedet befris for adsorbert vann under regenereringen slik at en hovedsakelig konstant stromtetthet opprettholdes for desorpsjon.

4. Apparatur ifolge krav 1-3, karakterisert ved en ledning (27) og ventil (28) for vekkdrenering av flytende vann som er desorbert av den elektriske strommen som fores mellom elektrodene.

5. Apparatur ifolge krav 1 og 2 karakterisert ved (1) anordning for kontroll av strbmmen som fores gjennom bedet mellom elektrodene og (2) anordning for gene-rering av et signal som indikerer at innholdet av adsorbert vann har nådd et forutbestemt nivå når nevnte strbm når et forutbestemt nivå som folge av bket elektrisk ledningsevne i bedet.

6. Apparatur ifolge krav 4, karakterisert ved anordninger for å stoppe gass-strommen gjennom bedet som folge av nevnte signal og anordninger for å igangsette en regenereringsstrom mellom nevnte elektroder når gass-stommen stoppes.

7. Metode for å regenerere vanndamp adsorbert på et bed av zeolitt-adsorbent i apparatur ifolge krav 1 ved å fore en elektrisk strom gjennom bedet, karakterisert ved at der etableres et elektrisk felt med en frekvens mindre enn 10 3 Hz for å unngå dielektrisk oppvarming av bedet og en stromtetthet på 0,01-100 ua/cm 2 for å unngå elektrolyse av adsorbert vann, og en spenningsgradient på minst 0,2 Kv/sm, hvorved adsorbert vann desorberes som flytende, molekylært vann.

8. Metode ifolge krav 7, karakterisert ved at det desorberte vann dreneres vekk ..som væske eller fordampes og bæres vekk av en rensegass.

9.. Metode for å fjerne vanndamp fra en gass ved å passere gassen gjennom et bed av zeolitt-adsorbent i apparatur ifolge krav 1 som selektivt adsorberer vanndamp fra gassen inntil bedet har nådd et forutbestemt nivå av adsorbert vann, og så avbryte gass-strommen og regenerere bedet ved å fjerne adsorbert vann, karakterisert ved at (a) en elektrisk strom fores gjennom bedet mens gassen strbmmer gjennom det og kontrolleres som et mål.for bedets elektriske ledningsevne som oker med bkende vanninnhold, (b) et signal gene-reres når nevnte ledningsevne når et forutbestemt nivå og (c) gass-strbmmen avbrytes og regenereringen påbegynnes som folge av nevnte signal.

10. Metode ifolge krav 8, karakterisert ved at elektrodeanordningen for levering av nevnte .strom hvis bkning kontrolleres som et mål på bkende ledningsevne hos bedet,også brukes for å etablere en regenererende strom med hovedsakelig konstant stromtetthet.

11. Integralt fuktighetsmålende og fuktighetsdesorberende system for utforelse av prosessen i krav 10 som består av et kar som inneholder zeolitt-adsorbent, karakterisert ved elektroder i kontakt med de pakkede zeolitt-torkepartiklene i karet; anordning for måling av strbmmen mellom elektrodene 5 og anordninger som reagerer på måleanordningen for å fore elektrisk regenereringsstrom mellom elektrodene, hvor stromraen er tilstrekkelig til å fjerne fuktighet fra de pakkede partikler som væskeformig, molekylært vann.

12. System ifolge krav 11, karakterisert ved en mettet kjernereaktoranordning som er slik forbundet at den■kontrollerer den elektriske kraftforsyningen til elektrodene, hvorved regenereringsstrommen opprettholdes på hovedsakelig konstant stromtetthet, mens adsorbentbedet torkes og får stbrre spesifikk motstand.