PL65610Y1 - Urządzenie do obróbki gazów, zwłaszcza do suszenia gazu ziemnego lub biogazu - Google Patents

Description

2 PL65 610 Υ1

Opis wzoru

Wzór użytkowy dotyczy urządzenia do obróbki gazów, zwłaszcza do suszenia gazu ziemnego lub biogazu oraz usunięcia wybranych składników.

Urządzenie zawiera złoże materiału stałego ze składnikiem adsorpcyjnym, nadające się, do co najmniej czasowego adsorbowania tych składników. Złoże jest, co najmniej częściowo umieszczone w obszarze oddziaływania, co najmniej jednej elektrody przeznaczonej do wprowadzania energii wysokiej częstotliwości (HF), która z kolei jest korzystnie przez elektroniczny obwód dopasowujący połączona ze źródłem napięcia wysokiej częstotliwości, aby to złoże mogło być stale ogrzewane dielektrycznie. W szczególności urządzenie to może być stosowane do suszenia gazów, korzystnie gazu ziemnego i biogazu, przy czym w pierwszej fazie woda jest usuwana adsorpcyjnie ze strumienia gazu, a w dalszej fazie woda jest usuwana przez desorpcję cieplną ze złoża stałego, ogrzewanego bezpośrednio dielektrycznie przez energię wysokiej częstotliwości.

Rozdzielanie substancji przez adsorpcję i późniejsze cieplne regenerowanie materiału adsorp-cyjnego jest szeroko rozpowszechnionym procesem w technologii chemicznej. W szczególności zadanie takie występuje przy obróbce gazu ziemnego i biogazu, aby istniejące sieci rozprowadzania gazu można było zasilać zgodnie z wymaganiami technicznymi.

Suszenie gazu jest przykładowo konieczne, aby przy zwiększeniu ciśnienia uniknąć zjawisk kondensacji. Ponadto przez współdziałanie wody i innych składników gazu (np. H2S w przypadku biogazu) może dojść do niepożądanej korozji aparatury.

Techniczne wykorzystywanie gazu ziemnego i biogazu wymaga ponadto w wielu przypadkach usuwania związków siarki, dwutlenku węgla lub tlenu oraz innych składników.

Do suszenia gazu są według stanu techniki zasadniczo do dyspozycji przede wszystkim trzy zasady postępowania: metoda kondensacyjna, adsorpcyjna i absorpcyjna metoda suszenia, jak przykładowo kąpiel glikolowa.

Urządzenie według wzoru użytkowego służy do oddzielania gazu metodą adsorpcyjną. Podstawowa zasada polega tu na tym, że odpowiednie składniki gazu zostają związane w adsorberze. Odbywa się to z reguły przy stosunkowo niskiej temperaturze, przeważnie przy temperaturze otoczenia. Strumień gazu opuszcza złoże stałe, w którym odpowiednie składniki ulegają wzbogaceniu. Aby zapewnić quasi-ciągły przebieg procesu, trzeba z powrotem regenerować składniki adsorbera. Opracowane do tego sposoby oparte są na desorpcji przy zmniejszonym ciśnieniu lub zwiększonej temperaturze. Po regeneracji i oddzieleniu desorbowanej substancji złoże stałe jest z powrotem gotowe do adsorpcyjnego oczyszczania lub oddzielania gazu.

Dalsza możliwość usuwania określonych składników gazu z mieszaniny polega na reaktywnym przetwarzaniu tych substancji. Do tego celu stosuje się z reguły reakcje katalityczne. Przykładem jest usuwanie śladów tlenu z gazu ziemnego i biogazu przy użyciu katalizatora z metalu szlachetnego, który katalizuje utlenianie. Proces taki przebiega przeważnie przy podwyższonej temperaturze.

Urządzenie według wzoru użytkowego ma wydajne doprowadzania energii do służącego do obróbki mieszanin gazowych złoża substancji stałych, aby zainicjować w złożu procesy desorpcji i reakcji.

Sposób przemiany temperaturowej jest technicznie opracowany, jednakże ogrzanie złoża substancji stałych w porównaniu z ogrzewaniem mediów płynnych jest bardziej skomplikowane, ponieważ przewodzenie ciepła wewnątrz takiego złoża jest z reguły mniejsze. Transport ciepła pomiędzy cząsteczkami jest, więc ograniczony, ponieważ realizowany jest przez powierzchnie styku. Jeżeli ciepło jest doprowadzane poprzez ścianki lub elementy grzejne, wówczas przenoszenie ciepła przez powierzchnie graniczne do zasypu jest ograniczone.

Alternatywnie złoża substancji stałych ogrzewa się przepływem gazu nośnego. Jednakże niewielka pojemność cieplna takiego gazu ogranicza uzyskiwane prędkości nagrzewania. Stężenie uwolnionych substancji szkodliwych jest związane z przepływem gazu nośnego potrzebnego do ogrzewania. Prowadzi to po pierwsze do niepożądanego w wielu przypadkach rozcieńczenia gazu. Przykładowo następujące potem wskutek ogrzewania, utlenianie katalityczne organicznych substancji szkodliwych z adsorbera, ze względu na rozcieńczenie nie może już przebiegać autotermicznie, to znaczy sprawnie pod względem energetycznym.

Termiczna regeneracja parą wodną, która często jest stosowana w przypadku węgla aktywnego zawierającego substancje organiczne, nie nadaje się do przedmiotowych zastosowań przy obróbce gazu. 3 PL65 610 Υ1

Bezpośrednie ogrzewanie dielektryczne substancji stałych jest od kilku lat dyskutowane, jako innowacyjna i obiecująca dobre skutki alternatywa konwencjonalnych sposobów. Zasadnicza zaleta tego sposobu polega na tym, że energia jest doprowadzana nie do płynnego medium pomocniczego (np. do strumienia gazu nośnego), ale bezpośrednio bez przepływu materiału. Dotychczas jednak tylko w pewnych obszarach częściowych mogło przebić się grzanie mikrofalowe (MW). Przyczyną tego jest fakt, że jednorodność uzyskiwanych profili temperaturowych uzyskuje się tylko w małych objętościach (rzędu cm), a przy zastosowaniu technicznym, głębokości wnikania promieniowania mikrofalowego są za małe dla wielu mediów. Ponadto przy zmieniającej się wilgotności, osnowy zawierające wodę zmieniają znacznie swe właściwości dielektryczne. Ponadto w zakresie mikrofalowym możliwość doprowadzania energii wiąże się przeważnie z obecnością wody. Na skutek tego suche materiały lub materiały o niewielkiej wilgotności często nie mogą być ogrzewane przez mikrofale. Ponadto z reguły nie jest możliwe doprowadzanie zawsze skutecznie fal elektromagnetycznych podczas procesu ze zmieniającą się wilgotnością adsorbera. Następuje z reguły odbijanie się fal elektromagnetycznych po wysuszeniu materiału tak, że emitowana energia nie ogrzewa złoża stałego.

Zadaniem przedmiotowego wzoru użytkowego jest przezwyciężenie opisanych wad stanu techniki i opracowanie urządzenia umożliwiającego sprawne pod względem energetycznym i w razie potrzeby równomierne grzanie złóż stałych z różnych materiałów o zmiennej wilgotności i biegunowości tak, aby umożliwić inicjowanie cieplnie różnych procesów, a w ogólności zwłaszcza desorpcję i w szczególności regenerację złóż stałych stosowanych do suszenia gazów oraz katalityczne przetwarzanie adsorbowanych substancji.

Urządzenie według wzoru użytkowego do obróbki gazów, zwłaszcza do suszenia gazu ziemnego lub biogazu za pomocą absorpcji w złożu stałym, które jest termicznie regenerowane ma: - wydrążony korpus z komorą do adsorpcji, - umieszczone w tym wydrążonym korpusie stałe złoże, które nadaje się, do co najmniej częściowego adsorbowania, co najmniej jednego składnika gazowego, - pierwszy otwór doprowadzania mieszaniny gazów do wydrążonego korpusu, - drugi otwór odprowadzania mieszaniny gazów z wydrążonego korpusu oraz - co najmniej jedną elektrodę, która jest połączona z generatorem wysokiej częstotliwości 1 -50 MHz, charakteryzuje się tym, że co najmniej jedna elektroda stanowi część gazoszczelnego wydrążonego korpusu i/lub jest z nim połączona elektrycznie i/lub, co najmniej jedna część, co najmniej jednej elektrody jest umieszczona wewnątrz stałego złoża, a ponadto w sąsiedztwie otworu odpływu gazu ze stałego złoża jest umieszczony czujnik wilgotności.

Stałe złoże wypełnia gazoszczelny, wydrążony korpus, co najmniej w 50%, korzystnie w 70%, najkorzystniej w 90%.

Otwory doprowadzenia i odprowadzenia gazu w gazoszczelnym wydrążonym korpusie, są umieszczone naprzeciw siebie.

Przy pierwszym otworze jest umieszczony, co najmniej jeden element do doprowadzania mieszaniny gazów, a przy drugim otworze umieszczony jest, co najmniej jeden element do odprowadzania mieszaniny gazów.

Elementy do doprowadzania i do odprowadzania mieszaniny gazów są dostosowane do ciągłego przepływu gazu.

Co najmniej jedna elektroda obejmuje stałe złoże wzdłuż jego największego wymiaru przestrzennego, w co najmniej 50%, korzystnie, co najmniej 70%, najkorzystniej, w co najmniej 90%.

Gazoszczelny, wydrążony korpus ma kształt cylindra lub prostopadłościanu, a co najmniej jedna elektroda tworzy powierzchnię podstawy cylindrycznego lub prostopadłościennego wydrążonego korpusu, przy czym co najmniej jedna elektroda jest przepuszczalna dla gazu i/lub jest perforowana i jest połączona z doprowadzeniem napięcia wysokiej częstotliwości.

Co najmniej jedna elektroda jest elektrodą platynową i/lub jest elektrodą sztabkową.

Urządzenie korzystnie zawiera dwie elektrody, z których jedna jest zimną, uziemioną elektrodą a druga jest gorącą elektrodą.

Elektrody te są umieszczone równolegle i/lub współosiowo.

Urządzenie korzystnie ma więcej niż dwie elektrody, z których jedna jest gorącą elektrodę i ma kilka zimnych elektrod.

Zimna elektroda jest połączona przewodząco elektrycznie z wydrążonym korpusem tak, że obejmuje, co najmniej 50%, korzystnie, co najmniej 70%, najkorzystniej, co najmniej 90% powierzchni gazoszczelnego wydrążonego korpusu. 4 PL65 610Y1 W stałym złożu umieszczony jest światłowodowy czujnik temperatury, który jest połączony z urządzeniem do oceny podgrzewania.

Przy otworze doprowadzenia i/lub przy otworze odprowadzenia przepływającego gazu umieszczony jest czujnik do oznaczania mieszaniny gazów.

Urządzenie ma generator wysokiej częstotliwości wytwarzający napięcie o częstotliwości 13,56 lub 27 MHz. W sąsiedztwie doprowadzenia gazu umieszczony jest element do dodawania przenoszącego medium inicjującego impuls termo-chromatograficzny, korzystnie, jako przenoszące medium jest dodawana woda.

Stałe złoże jest materiałem adsorpcyjnym, korzystnie węglem aktywnym, zeolitem o różnej strukturze, porowatym tlenkiem metalu lub ich mieszaninami.

Adsorpcyjny materiał jest materiałem hydrofilowym, korzystnie hydrofilowym zeolitem, zwłaszcza zeolitem 3A, zeolitem 4A, zeolitem NaY lub zeolitem 13Χ i/lub jest materiałem hydrofobowym, korzystnie dealuminizowanym zeolitem Y o dużym stosunku Si/AI.

Adsorpcyjny materiał ma dużą porowatość z powierzchnią właściwą większą niż 100 m2/g, korzystnie większą niż 200 m2/g.

Materiałem adsorpcyjnym jest materiał sypki o wielkości ziarna 0,1 -10 mm, korzystnie 1 - 5 mm, najkorzystniej 1 - 3 mm.

Składnikiem adsorbowanym z przepływu gazu jest nieorganiczny lub organiczny gaz, korzystnie dwutlenek węgla, tlen, lotne związki organiczne lub siarka i/lub woda. Złoże stałe zawiera katalizator, który jest metalem szlachetnym, korzystnie platyną lub palladem, albo perowskitem i/lub katalizator jest umieszczony na porowatych materiałach nośnych o porowatości 0,2 - 0,7.

Objętość stałego złoża wynosi 0,001 do 100 metrów sześciennych, korzystnie 0,01 do 10 metrów sześciennych, najkorzystniej 0,1 do 10 metrów sześciennych.

Jak już opisano powyżej, oddzielanie składników mieszaniny gazowej za pomocą adsorpcji na złożu stałym, wykonywane jest w wydrążonym korpusie mieszczącym komorę reakcyjną do przeprowadzania adsorpcji. W gazoszczelnym wydrążonym korpusie jest umieszczone złoże substancji stałych, które co najmniej nadaje się do częściowego adsorbowania, co najmniej jednego składnika gazu. Urządzenie ma pierwszy otwór doprowadzania mieszaniny gazowej do gazoszczelnego wydrążonego korpusu oraz drugi otwór przeznaczony do odprowadzania mieszaniny gazowej z tego gazoszczelnego korpusu i ma, co najmniej jedną elektrodą, która jest połączona z generatorem wysokiej częstotliwości, przy czym ta, co najmniej jedna elektroda jest częścią gazoszczelnego wydrążonego korpusu i/lub co najmniej część tej, co najmniej jednej elektrody jest umieszczona wewnątrz stałego złoża, a ponadto w sąsiedztwie drugiego otworu w złożu stałym jest umieszczony czujnik wilgotności. Pojęcie "gazoszczelny" tu i dalej należy rozumieć tak, że pasożytniczy przepływ gazu w sposób niezamierzony uchodzący ze zbiornika jest bardzo mały w porównaniu z przepływem gazu przez przewidziane do tego otwory. W szczególności przepływ gazu opuszczający zbiornik w sposób niezamierzony stanowi mniej niż 10%, korzystnie mniej niż 3%, jeszcze korzystniej mniej niż 0,3% przepływu gazu przez przewidziane do tego otwory.

Według wzoru użytkowego układ złożony jest z komory reaktora, która ma, co najmniej jedno wejście, i co najmniej jedno wyjście dla przepływu gazu. W komorze jest umieszczone złoże stałe, które może adsorbować, co najmniej częściowo, co najmniej jeden składnik gazowy. Złoże stałe umieszczone jest, co najmniej częściowo w obszarze oddziaływania, co najmniej jednej elektrody, która jest z kolei połączona z generatorem wysokiej częstotliwości. Pomiędzy tą, co najmniej jedną elektrodą a generatorem wysokiej częstotliwości umieszczony jest korzystnie elektroniczny obwód dopasowujący, który umożliwia dopasowanie zmiennej impedancji złoża stałego do wewnętrznej rezystancji generatora wysokiej częstotliwości.

Korzystnie ten pierwszy otwór i drugi otwór są umieszczone naprzeciw siebie w gazoszczelnym wydrążonym korpusie. Przy pierwszym otworze mogą być do wyboru umieszczone środki do doprowadzania mieszaniny gazów, a przy drugim otworze środki do odprowadzania mieszaniny gazów. Te środki do doprowadzania i do odprowadzania mieszaniny gazów są tak wykonane, że nadają się do tworzenia ciągłego przepływu gazu.

Pierwszy i drugi otwór w gazoszczelnym wydrążonym korpusie służą zasadniczo do doprowadzania i odprowadzania przepływu gazu. Dlatego przekrój tych otworów jest mały w porównaniu z całą powierzchnią wydrążonego korpusu. Korzystnie pole powierzchni przekroju poprzecznego pierwszego 5 PL 65 610 Υ1 i drugiego otworu jest mniejsze niż 20%, korzystnie mniejsze niż 10%, jeszcze korzystniej mniejsze niż 5% powierzchni gazoszczelnego wydrążonego korpusu. Według wzoru użytkowego wydrążony korpus może mieć dalsze otwory, przykładowo do wprowadzania czujników i podobnych elementów.

Gazoszczelny wydrążony korpus jest według wzoru użytkowego, co najmniej w 50%, korzystnie w 70%, jeszcze korzystniej w 90% wypełniony złożem z substancji stałych. W przypadku złoża substancji stałych chodzi korzystnie o złoże nasypowe z cząstek stałych. W innych korzystnych odmianach stosowane są jednak również ciała stałe, a zwłaszcza ceramiczna kształtka i szczególnie korzystnie, korpus typu plastra pszczelego. Zasadniczo nadają się w związku z tym wszystkie układy, które realizują wystarczający kontakt przepływu gazu ze stałym korpusem. W dalszym ciągu dla wszystkich opcji stosowane jest jednolite pojęcie złoża stałego. W korzystnym układzie, co najmniej jedna elektroda jest tak umieszczona w gazoszczelnym wydrążonym korpusie tak, że, w co najmniej 50%, korzystnie, w co najmniej 70%, a jeszcze korzystniej, w co najmniej 90% jest umieszczona w złożu stałym lub wzdłuż tego złoża stałego. Ta, co najmniej jedna elektroda obejmuje, więc złoże stałe według wzoru użytkowego wzdłuż jego największego wymiaru przestrzennego, w co najmniej 50%, korzystnie, w co najmniej 70%, a jeszcze korzystniej, w co najmniej 90%. W dalszym korzystnym układzie ta, co najmniej jedna elektroda jest umieszczona prostopadle do osi korpusu reaktora. W takim przypadku ta, co najmniej jedna elektroda zajmuje według wzoru użytkowego, co najmniej 50%, korzystnie, co najmniej 70%, jeszcze korzystniej, co najmniej 90% przekroju poprzecznego złoża stałego. W korzystnej postaci wykonania gazoszczelny, wydrążony korpus ma zewnętrzny, cylindryczny kształt. W dalszej korzystnej postaci wykonania ma on kształt o prostopadłościanu. Korzystne postaci wykonania charakteryzują się ponadto tym, że przekrój poprzeczny prostopadły do kierunku przepływu przez reaktor nie zmienia się znacznie (korzystnie mniej niż 30%, jeszcze korzystniej mniej niż 10%). Wzór użytkowy nie jest jednak zasadniczo ograniczony do jakiegoś określonego kształtu gazoszczelnego wydrążonego korpusu, a więc złoża stałego, ale są też możliwe dowolne inne kształty geometryczne bez ograniczania sprawności działania układów.

Powierzchnia podstawy i powierzchnia górna cylindrycznie ukształtowanego gazoszczelnego wydrążonego korpusu są w korzystnej postaci wykonania utworzone, jako izolujące elementy konstrukcyjne, przy czym te izolujące elementy konstrukcyjne mogą być również wykonane, jako perforowane, a więc przepuszczalne dla gazu. Określenie "izolujące" w tym kontekście oznacza, że przewodność materiałów przy wysokiej częstotliwości jest pomijalnie mała. W dalszej korzystnej postaci wykonania pierwszy otwór lub drugi otwór są umieszczone na (izolującej) powierzchni podstawy lub na (izolującej) powierzchni górnej cylindrycznego gazoszczelnego wydrążonego korpusu, albo też otwory te są w całości realizowane przez materiały perforowane. W korzystnej odmianie według wzoru użytkowego, co najmniej jedna elektroda jest elektrycznie przewodząco połączona z wydrążonym korpusem, zwłaszcza z ekranowaniem lub z płaszczem zewnętrznym reaktora. W korzystnej odmianie według wzoru użytkowego wydrążony korpus lub część wydrążonego korpusu sama jest elektrodą według wzoru użytkowego. W innej korzystnej postaci wykonania, co najmniej jedna elektroda stanowi powierzchnię podstawy cylindrycznego lub prostopadło-ściennego wydrążonego korpusu. Korzystnie taka elektroda może być wykonana, jako przepuszczalna dla gazu lub perforowana.

Korzystnie elektrody są stosowane parami. Według wzoru użytkowego elektrody są później zasilane napięciem przemiennym wysokiej częstotliwości, przy czym jedna z tych elektrod jest oznaczana, jako elektroda zimna, a druga, jako elektroda gorąca. Jako elektrodę zimną definiuje się przy tym elektrodę uziemioną. W szczególnie korzystnej odmianie wykonania elektroda zimna jest połączona elektrycznie przewodząco z zewnętrznym płaszczem wydrążonego korpusu lub sam zewnętrzny płaszcz stanowi zimną elektrodę. W dalszym przykładzie wykonania wzoru użytkowego przewidziano więcej niż dwie elektrody, które są zasilane napięciem przemiennym wysokiej częstotliwości. Korzystnie przewidziano jedną elektrodę gorącą i kilka elektrod zimnych.

Elektrody zimna i gorąca są korzystnie połączone z elektronicznym obwodem dopasowującym, a pomiędzy obiema elektrodami umieszczone jest złoże stałe lub co najmniej część złoża stałego.

Jako elektrody stosuje się korzystnie elektrody sztabkowe lub płytkowe. W szczególnie korzystnym przykładzie wykonania wzoru użytkowego stosuje się równoległe elektrody płytkowe. Równoległe 6 PL 65 610 Υ1 elektrody płytkowe zapewniają dla jednorodnych złóż stałych profil temperatury z niewielkimi gradientami i są dzięki temu najlepiej dostosowane do równomiernego nagrzewania.

Według wzoru użytkowego elektrody mogą być również wykonane, jako współosiowe. Układ współosiowy nadaje się najlepiej do zmniejszania promieniowania elektromagnetycznego do otoczenia. W takim przypadku złoże stałe jest umieszczone pomiędzy zewnętrznymi cylindrycznymi elektrodami płaszczowymi, które są korzystnie dołączone, jako elektrody zimne, a sztabkową lub rurową elektrodą wewnętrzną, która korzystnie działa, jako elektroda gorąca. Konfiguracja taka stanowi kondensator cylindryczny. Chociaż malejące w kierunku na zewnątrz natężenie pola elektrycznego prowadzi do niejednorodnego nagrzewania, przez procesy przenoszenia ciepła w złożu stałym można zapewnić wystarczającą stałość temperatury złoża stałego.

Taki wybór kształtu geometrycznego elektrod, którego dalsze odmiany są jeszcze możliwe, określony został przez wymagania danego procesu (potrzebna równomierność temperatury, mechaniczne wymagania dotyczące konstrukcji, planowane prędkości nagrzewania itd.). Obie elektrody korzystnie są oddzielone przez izolujące, ewentualnie perforowane części konstrukcyjne.

Elektrody te według wzoru użytkowego są połączone z generatorem wysokiej częstotliwości, który daje do dyspozycji napięcia wysokiej częstotliwości w zakresie 1 - 50 MHz, poprzez elektroniczny obwód dopasowujący, tak zwany matchbox. Ten elektroniczny obwód dopasowujący umożliwia dopasowywanie zmiennej impedancji złoża stałego do wewnętrznej impedancji generatora wysokiej częstotliwości, a więc umożliwia bezodbiciowe przenoszenie energii wysokiej częstotliwości z generatora do złoża stałego. W przeciwieństwie do konwencjonalnych układów mikrofalowych istnieje, zatem możliwość bardzo wydajnego energetycznie nagrzewania złoża stałego, a oddawana energia wysokiej częstotliwości może być prawie całkowicie przetwarzana w ciepło technologiczne. Szczególnie korzystne jest stosowanie częstotliwości, które są dopuszczone do stosowania w przemyśle, w nauce i w medycynie, przykładowo częstotliwości ISM 13,56 lub 27 MHz.

Urządzenie zawiera korzystnie ponadto światłowodowy czujnik temperatury, który jest połączony z urządzeniem oceny. Korzystnie w obszarze doprowadzania i/lub w obszarze odprowadzania przepływu mieszaniny gazowej umieszczone są czujniki do oznaczania składu gazu. W korzystnych odmianach tych urządzeń poszczególne czujniki i urządzenia oceny są połączone z komputerem osobistym systemu prowadzenia procesu. W korzystnej odmianie urządzenia, przed końcem złoża stałego umieszczony jest czujnik wilgotności, który wykrywa stan obciążenia adsorbera i sygnalizuje zbliżające się przebicie czoła obciążenia wodą.

Opcjonalnie w dopływie do reaktora lub w obszarze wejściowym reaktora zmieszczony jest element służący do dodawania i/lub dozowania medium przenoszącego. Ten element do wprowadzania medium przenoszącego może być stosowany do inicjowania impulsu termo-chromatograficznego. Korzystnie, jako medium przenoszące stosuje się wodę. Impuls termo-chromatograficzny nie jest przeznaczony tylko do termodesorpcji adsorbowanych organicznych składników gazu lub do inicjowania reakcji katalitycznej. Ten impuls termo-chromatograficzny może być również wykorzystywany do procesów suszenia, kiedy złoże stałe nie jest obciążone aż do całkowitego wykorzystania pojemności obciążania. W takim przypadku wstrzyknięcie wody i powstający impuls mogą doprowadzić do dodatkowego wyprowadzenia wody ze złoża stałego.

Jako materiały złoża stałego stosuje się korzystne substancje adsorbujące, takie jak węgiel aktywny, zeolity o różnej strukturze lub porowate tlenki metali oraz ich mieszaniny. Mają one korzystnie dużą porowatość z dużymi powierzchniami właściwymi (zwykle powyżej 100 m2/g, korzystnie więcej niż 200 m2/g). W wielu przypadkach do materiałów tych przed prasowaniem dodaje się substancji wiążącej, aby uzyskać lepszą stabilność mechaniczną. W dalszej części niniejszego opisu materiały domieszkowane dla uproszczenia nazywane są składnikami aktywnymi sorpcyjnie. W korzystnej odmianie suszenia gazu chodzi o hydrofilowe zeolity, przy czym szczególnie korzystne są zeolity 3A, 4A, NaY i 13Χ. W innej korzystnej odmianie do usuwania z przepływu gazu substancji hydrofobowych, takich jak przykładowo niebiegunowe związki organiczne, stosuje się materiały hydrofobowe. Szczególnie korzystne jest tu stosowanie materiału złoża stałego, który zawiera dealu-minizowane zeolity Y o dużym stosunku Si/AI. W przypadku zamierzonego reaktywnego przetwarzania uprzednio adsorbowanych składników gazu korzystne jest zastosowanie dodatkowych składników katalitycznych w złożu stałym. Jako katalizatory stosuje się przykładowo metale szlachetne, korzystnie platynę perwskit lub inne materiały tlenkowe. Katalizatory takie są korzystnie umieszczane na porowatych materiałach nośnych. Takie porowate materiały mają zwykle porowatość w zakresie od 0,2 do 0,7. 7 PL 65 610 Υ1

Substancją stałą, którą stosuje się, jako adsorber i/lub jako katalizator, jest zwłaszcza granulat lub inny materiał sypki, przy czym średnica ziarna jest korzystnie rzędu milimetrów. Według wzoru użytkowego szczególnie odpowiednie są wielkości ziarna w zakresie od 0,1 do 10 mm, korzystnie od 1 do 5 mm, jeszcze korzystniej od 1 do 3 mm.

Korzystnie z mieszaniny gazów usuwa się nieorganiczne lub organiczne składniki gazowe. Przykładowo z oczyszczanych mieszanin gazowych można usuwać dwutlenek węgla, tlen lub związki siarki.

Urządzenie według wzoru użytkowego stosuje się do suszenia mieszanin gazowych, a usuwaną substancją korzystnie jest woda.

Regeneracja adsorbera może być przeprowadzana przykładowo za pomocą fal radiowych, przy czym można uzyskać zmniejszenie ciśnienia w urządzeniu. W takim przykładzie realizacji wzoru użytkowego urządzenie zawiera dodatkowo środek do wytwarzania fal radiowych.

Opisane urządzenie umożliwia wychodząc poza stan techniki szereg opcji zastosowania, z których niektóre zostaną przykładowo opisane, poniżej, aby bliżej opisać działanie urządzenia i rolę poszczególnych części składowych.

Jest zrozumiałe, że wzór użytkowy ten nie jest ograniczony do specyficznych urządzeń, składów i warunków, które tu opisano, ponieważ mogą się one zmieniać. Ponadto jest zrozumiałe, że stosowana tu terminologia służy wyłącznie do opisania specjalnych postaci realizacji i nie powinna ograniczać zakresu ochrony wzoru użytkowego. Użyte w powyższym opisie oraz w zastrzeżeniu niezależnym słowa w liczbie pojedynczej obejmują swym znaczeniem swoje odpowiedniki w liczbie mnogiej, jeżeli z kontekstu nie wynika wyraźnie coś innego. Przykładowo wyrażenie "środek do dozowania medium przenoszącego" obejmuje pojedynczy środek lub wiele środków, które z kolei mogą być identyczne lub różne.

Urządzenie według wzoru użytkowego umożliwia różne tryby doprowadzania energii, a zwłaszcza grzania złoża stałego i realizacji różnych profili temperatury. W szczególności możliwe jest grzanie złoża stałego jednorodnie i bez powiązania z gazem nośnym, przy czym można również obrabiać odpowiednie technicznie objętości w skali litrów i metrów sześciennych. Korzystnie objętość złoża stałego wynosi w urządzeniu według wzoru użytkowego 0,001 do 100 metrów sześciennych, najkorzystniej 0,01 -10 metrów sześciennych.

Ponadto opcjonalnie jest również możliwe, jak to już opisano, by przez iniekcję medium przenoszącego inicjować przechodzący przez złoże stałe impuls temperaturowy w sprzężeniu z przepływem materiału, czyli tak zwany impuls termo-chromatograficzny. W tym celu w przepływ gazu wstrzykuje się medium przenoszące, korzystnie wodę, która jest, co najmniej częściowo adsorbowana na materiale złoża stałego. Doprowadza to do wzmocnionej absorpcji energii wysokiej częstotliwości w odpowiednim obszarze złoża stałego, co z kolei prowadzi do silniejszego nagrzewania. Na skutek tego dochodzi do desorpcji medium przenoszącego i do dalszego transportu wraz z przepływem gazu. Po dojściu do zimniejszych obszarów złoża stałego następuje ponownie adsorpcja i lokalne przegrzewanie. Proces ten jest stale kontynuowany aż impuls termo-chromatograficzny przejdzie przez złoże stałe i pojawi się na wyjściu reaktora. Selektywne zwiększanie temperatury umożliwia bardzo sprawne pod względem energetycznym przeprowadzanie pożądanych procesów inicjowanych termicznie, jak przykładowo regeneracja złoża stałego przy suszeniu gazu lub adsorpcyjne rozdzielanie gazu i katalityczne przetwarzanie adsorbowanych składników gazu.

Krótki opis rysunków fig. 1 przedstawia urządzenie według wzoru użytkowego do obróbki gazów, zwłaszcza do suszenia gazu ziemnego lub biogazu, fig. 2 - korzystne kształty geometryczne elektrod do przeprowadzania dielektrycznego grzania złoża stałego, fig. 3a - suszenie gazu przez złoże stałe zeolitu 13Χ w temperaturze pokojowej, fig. 3b - termiczna regeneracja złoża stałego (zeolit 13Χ) za pomocą grzania wysokoczęstotli-wościowego, fig. 4a - suszenie gazu za pomocą złoża sypkiego z zeolitu NaY w temperaturze pokojowej, fig. 4b - termiczna regeneracja złoża stałego (zeolit NaY) za pomocą grzania wysokoczęstotli-wościowego.

Przykład realizacji układu według wzoru użytkowego przedstawiony jest na fig. 1. Fig. 1 przedstawia urządzenie według wzoru użytkowego do suszenia gazów z następującymi częściami składowymi. Prostopadłościenny wydrążony korpus 1 jest wypełniony stałym złożem 4. Przez pierwszy otwór 8 PL65 610 Υ1 2 mieszanina gazów dopływa do stałego złoża 3, a przez drugi otwór 3 wysuszony gaz wypływa z wydrążonego korpusu 1. Gorąca elektroda 6 jest w środku stałego złoża umieszczona wzdłuż osi wzdłużnej wydrążonego korpusu 1. Zimna elektroda 5 stanowi częściowo zewnętrzny płaszcz prostopadłościen-nego wydrążonego korpusu 1. Powierzchnia podstawy i powierzchnia górna korpusu 1 jest wykonana z perforowanych elementów 14, które izolują od siebie elektrody 5 i 6. Te elektrody 5 i 6 są poprzez elektroniczny dopasowujący obwód 7 połączone z generatorem 8 wysokiej częstotliwości w celu zasilania napięciem wysokiej częstotliwości. Światłowodowy czujnik temperatury 9 jest połączony z oceniającym urządzeniem 10 do kontrolowana temperatury stałego złoża 4. Przed drugim otworem 3, na krótko przed opuszczeniem stałego złoża 4 przez gaz, umieszczony jest czujnik wilgotności 15. Czujniki do oznaczania składu gazu 12, są przewidziane zarówno w dopływie jak też w obszarze odpływu gazu. Poszczególne czujniki i urządzenia oceniające są połączone z osobistym komputerem 13 i z systemem przeprowadzania procesu. Element dozowania przenoszącego medium 11 do inicjowania impulsu termo-chromatograficznego jest umieszczony na początku stałego złoża 4.

Fig. 2 przedstawia kształt geometryczny elektrody do dielektrycznego grzania stałego złoża 4. Równoległe elektrody płytkowe mogą być umieszczone równolegle do kierunku przepływu. Gorąca elektroda 6 jest przy tym umieszczona w złożu stałym. Zewnętrzny płaszcz wydrążonego korpusu 1 stanowi częściowo zimną elektrodę 5 (fig. 2a). Alternatywne odmiany przedstawia fig. 2b. Równoległe elektrody płytkowe są umieszczone prostopadle do kierunku przepływu, który ustawia położenie stałego złoża 4 pomiędzy elektrodami. Przepływający gaz dochodzi do stałego złoża 4 i opuszcza je przepływając przez elektrody 5 i 6. W tym celu elektrody 5 i 6 są wykonane, jako przepuszczające gaz lub jako elementy perforowane. Równoległe elektrody płytkowe zapewniają dla jednorodnego złoża stałego profil temperatury z niewielkimi gradientami i dlatego nadają się najlepiej do jednorodnego ogrzewania. W dalszym wykonaniu elektrody są umieszczone współosiowo (fig. 2c). Sztabkowa lub rurowa gorąca elektroda 6 jest przy tym otoczona przez zimną płaszczową elektrodę 5. Stałe złoże 4 umieszczone jest pomiędzy płaszczową elektrodą 5 i wewnętrzną elektrodą 6. Współosiowy układ takiej konstrukcji jest najodpowiedniejszy do zmniejszania promieniowania elektromagnetycznego do otoczenia.

Przykład wykonania 1 W przykładzie wykonania 1 urządzenie wykorzystywane jest do suszenia strumienia gazu w pewnym przedziale czasowym i następnie regenerowania złożonego z zeolitów typu 13Χ złoża adsorpcyj-nego, termicznie przez równomierne nagrzewanie energią wysokiej częstotliwości. Wyniki pokazano na fig. 3. W badaniu laboratoryjnym użyto 0,8 g zeolitu 13Χ o wielkości ziaren od 1 do 3 mm. Zeolit ten za pomocą strumienia gazu doprowadzono do przeciętnej wilgotności 6,4% wagowych na skutek czego ze złoża wypływał strumień osuszonego gazu (fig. 3a). W przedstawionym przypadku przepływ przez złoże był częściowy, aby można było lepiej obserwować desorpcję. Taki sposób postępowania różnił się od tego, który jest w praktyce korzystny przy suszeniu gazu. Należało tu dążyć do przepływu przez złoże stałe z możliwie dobrym kontaktem pomiędzy suszonym strumieniem gazu a cząstkami adsorbera. Niewielki wzrost temperatury przy suszeniu spowodowany jest ciepłem adsorpcji wody na zeolicie. Wielkość ta reprezentuje wagowe natężenie przepływu wody, a TProbe oznacza temperaturę próbki w miejscu pomiaru w środku złoża stałego. Różnica pomiędzy wartością wejściową mvor i mnach odpowiada, więc różnicy wysuszenia. Podczas fazy regenerowania (termiczne suszenie złoża stałego) próbkę ogrzewa się falami radiowymi (całkowita moc systemu około 100 W, duże straty ze względu na małe wymiary aparatury). Wzrost temperatury był w próbce równomierny i osiągnął stosunkowo szybko wartość plateau około 150°C (fig. 3b). W tej temperaturze nastąpiło wydajne odprowadzanie wody ze złoża stałego i regeneratywne suszenie adsorbera 13Χ, który następnie można było znów wykorzystać do suszenia gazu. Przy tym badaniu wilgotność resztkowa zeolitu wynosiła około 1,6% Wagowych.

Przykład zastosowania 2 W przykładzie zastosowania 2 również użyto urządzenia według wzoru użytkowego, aby usuwać wilgoć z przepływu gazu i termicznie regenerować adsorber po przebiciu się wody na skutek osiągnięcia pojemności obciążenia adsorbera. Regeneracja realizowana jest w tym przykładzie przez inicjowanie impulsu termo-chromatograficznego. Fig. 4 przedstawia wyniki. W tym przypadku zeolit NaY (5,7 g, ziarno 1 - 2 mm) był obciążany w temperaturze pokojowej. Ostateczne obciążenie wynosiło około 26% wagowych. Fig. 4a przedstawia wyraźnie skuteczne suszenie aż po osiągnięciu pojemności obciążenia przy około 800 min zanotowano przebicie wody i wilgotność wejściową osiągnięto również na wyjściu reaktora. Niewielki wzrost temperatury w wielu miej-

Claims (37)

1. 9 PL 65 610 Υ1 scach pomiaru w złożu stałym o 5 - 10 K sprowadza się do uwolnionej entalpii adsorpcji. Wskaźniki temperatury oznaczają położenie czujników w złożu stałym w kierunku przepływu. Sukcesywne narastanie temperatury na skutek ciepła adsorpcji oznacza postępowanie czoła wody w złożu zeolitowym. Regenerowanie adsorbera odbywa się za pomocą fal radiowych, przy czym na początku złoża stałego powstaje impuls termo-chromatograficzny, który przechodzi przez sypki materiał, jako czoło temperatury. Selektywne zwiększanie temperatury (około 100 K w obu pierwszych miejscach pomiaru, przedstawionych na fig. 4b) umożliwia szczególnie sprawne energetycznie suszenie złoża stałego. Średnia wilgotność resztkowa zeolitu po suszeniu wynosiła 1,5% wagowych, co umożliwia ponowne suszenie gazu. W razie potrzeby można osiągnąć również mniejsze wartości wilgotności resztkowej adsorbera. Wykaz oznaczeń 1 wydrążony korpus 2 pierwszy otwór 3 drugi otwór 4 stałe złoże 5 zimna elektroda 6 gorąca elektroda 7 elektroniczny obwód dopasowujący 8 generator wysokiej częstotliwości 9 światłowodowy czujnik temperatury 10 urządzenie do oceny 11 element do dozowania medium przenoszącego 12 czujnik do oznaczania składu gazu 13 komputer osobisty 14 elementy perforowane 15 czujnik wilgotności rrf wagowe natężenie przepływu wody Tprobe temperatura próbki Zastrzeżenia ochronne 1. Urządzenie do obróbki gazów, zwłaszcza do suszenia gazu ziemnego lub biogazu za pomocą adsorpcji na złożu stałym, które jest termicznie regenerowane, zawiera: - wydrążony korpus (1), który tworzy komorę do adsorpcji, - umieszczone w tym wydrążonym korpusie (1) stałe złoże (4), które nadaje się, do co najmniej częściowego adsorbowania, co najmniej jednego składnika gazowego, - pierwszy otwór (2) doprowadzania mieszaniny gazów do wydrążonego korpusu (1), - drugi otwór (3) odprowadzania mieszaniny gazów z wydrążonego korpusu (1) oraz - co najmniej jedną elektrodę (5, 6), która jest połączona z generatorem (8) wysokiej częstotliwości 1 - 50 MHz, znamienne tym, że co najmniej jedna elektroda (5, 6) stanowi część gazoszczelnego wydrążonego korpusu i/lub jest z nim połączona elektrycznie przewodząco i/lub, co najmniej jedna część, co najmniej jednej elektrody (5, 6) jest umieszczona wewnątrz stałego złoża (4), a ponadto w sąsiedztwie drugiego otworu (3) w stałym złożu (4) umieszczony jest czujnik (15) wilgotności.
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że stałe złoże (4) wypełnia gazoszczelny wydrążony korpus (4), co najmniej w 50%, korzystnie w 70%, najkorzystniej w 90%.
3. 3. Urządzenie, według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że, pierwszy otwór (2) i drugi otwór (3) jest umieszczony naprzeciw siebie w gazoszczelnym wydrążonym korpusie (1).
4. 4. Urządzenie według zastrz. 1 - 3, znamienne tym, że przy pierwszym otworze (2) umieszczony jest, co najmniej jeden element do doprowadzania mieszaniny gazów.
5. 5. Urządzenie według zastrz. 1 - 4, znamienne tym, że przy drugim otworze (3) umieszczony jest, co najmniej jeden element do odprowadzania mieszaniny gazów.
6. 6. Urządzenie według zastrz. 4 albo 5, znamienne tym, że elementy do doprowadzania i do odprowadzania mieszaniny gazów są dostosowane do ciągłego przepływu gazu. 10 PL 65 610 Υ1
7. 7. Urządzenie według zastrz. 1 - 6, znamienne tym, że co najmniej jedna elektroda (5, 6) obejmuje stałe złoże (4) wzdłuż jego największego wymiaru przestrzennego, w co najmniej 50%, korzystnie, co najmniej 70 %, najkorzystniej, w co najmniej 90%.
8. 8. Urządzenie według zastrz. 1 - 7, znamienne tym, że gazoszczelny wydrążony korpus (1) jest wykonany jako cylinder lub jako prostopadłościan.
9. 9. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że co najmniej jedna elektroda (5, 6) tworzy powierzchnię podstawy cylindrycznego lub prostopadłościennego wydrążonego korpusu (1).
10. 10. Urządzenie według zastrz. 8 albo 9, znamienne tym, że co najmniej jedna elektroda (5, 6) jest przepuszczalna dla gazu i/lub jest perforowana.
11. 11. Urządzenie według zastrz. 1-10, znamienne tym, że co najmniej jedna elektroda (5, 6) jest połączona z elementem do doprowadzania napięcia wysokiej częstotliwości.
12. 12. Urządzenie według zastrz. 1-11, znamienne tym, że co najmniej jedna elektroda (5, 6) jest elektrodą platynową.
13. 13. Urządzenie według zastrz. 1-12, znamienne tym, że co najmniej jedna elektroda (5, 6) jest elektrodą sztabkową.
14. 14. Urządzenie według zastrz. 1-13, znamienne tym, że zawiera dwie elektrody (5, 6).
15. 15. Urządzenie według zastrz. 14, znamienne tym, że jedna z tych dwóch elektrod jest zimną uziemioną elektrodą (5), a druga jest gorącą elektrodą (6).
16. 16. Urządzenie według zastrz. 14 albo 15, znamienne tym, że elektrody (5, 6) są umieszczone równolegle.
17. 17. Urządzenie według zastrz. 14 albo 15, znamienne tym, że elektrody (5, 6) są umieszczone współosiowo.
18. 18. Urządzenie według zastrz. 1-17, znamienne tym, że urządzenie ma więcej niż dwie elektrody (5, 6).
19. 19. Urządzenie według zastrz. 18, znamienne tym, że ma jedną gorącą elektrodę (6) i kilka zimnych elektrod (5).
20. 20. Urządzenie według zastrz. 15-19, znamienne tym, że zimna elektroda (5) jest połączona przewodząco elektrycznie z wydrążonym korpusem (1).
21. 21. Urządzenie według zastrz. 15-20, znamienne tym, że zimna elektroda (5) stanowi, co najmniej 50%, korzystnie co najmniej 70%, najkorzystniej co najmniej 90% powierzchni gazoszczelnego wydrążonego korpusu (1).
22. 22. Urządzenie według zastrz. 1 - 21, znamienne tym, że w stałym złożu (4) umieszczony jest światłowodowy czujnik (9) temperatury.
23. 23. Urządzenie według zastrz. 22, znamienne tym, że światłowodowy czujnik (9) temperatury jest połączony z urządzeniem (10) oceniającym.
24. 24. Urządzenie według zastrz. 1 - 23, znamienne tym, że przy pierwszym otworze (2) i/lub przy drugim otworze (3) przepływu gazu umieszczony jest czujnik (12) do oznaczania mieszaniny gazów.
25. 25. Urządzenie według zastrz. 1 - 24, znamienne tym, że generator (8) wysokiej częstotliwości wytwarza napięcie o częstotliwości 13,56 lub 27 MHz.
26. 26. Urządzenie według zastrz. 1 - 25, znamienne tym, że w sąsiedztwie pierwszego otworu (2) umieszczony jest element do dodawania przenoszącego medium (11) inicjującego impuls termo-chromatograficzny.
27. 27. Urządzenie według zastrz. 26, znamienne tym, że przenoszącym medium (11) jest woda.
28. 28. Urządzenie według zastrz. 1 - 27, znamienne tym, że stałe złoże (4) jest materiałem ad-sorpcyjnym, korzystnie węglem aktywnym, zeolitem o różnej strukturze, porowatym tlenkiem metalu lub ich mieszaninami.
29. 29. Urządzenie według zastrz. 28, znamienne tym, że adsorpcyjny materiał jest materiałem hydrofilowym, korzystnie hydrofilowym zeolitem, zwłaszcza zeolitem 3A, zeolitem 4A, zeolitem NaY lub zeolitem 13Χ.
30. 30. Urządzenie według zastrz. 28, znamienne tym, że adsorpcyjny materiał jest materiałem hydrofobowym, korzystnie dealuminizowanym zeolitem Y o dużym stosunku Si/AI.
31. 31. Urządzenie według zastrz. 28 - 30, znamienne tym, że adsorpcyjny materiał ma dużą porowatość z powierzchnią właściwą większą niż 100 m2/g, korzystnie większą niż 200 m2/g.
32. 32. Urządzenie według zastrz. 28 - 31, znamienne tym, że materiałem adsorpcyjnym jest materiał sypki o wielkości ziarna 0,1-10 mm, korzystnie 1-5 mm, najkorzystniej 1-3 mm. 11 PL 65 610 Υ1
33. 33. Urządzenie według zastrz. 1 - 32, znamienne tym, że składnikiem adsorbowanym z przepływu gazu jest nieorganiczny lub organiczny gaz, korzystnie dwutlenek węgla, tlen, lotne związki organiczne lub siarka i/lub woda.
34. 34. Urządzenie według zastrz. 1 - 33, znamienne tym, że złoże stałe (4) zawiera katalizator.
35. 35. Urządzenie według zastrz. 34, znamienne tym, że katalizator jest metalem szlachetnym, korzystnie platyną lub palladem, albo perowskitem.
36. 36. Urządzenie według zastrz. 34 albo 35, znamienne tym, że katalizator jest umieszczony na porowatych materiałach nośnych o porowatości 0,2 - 0,7.
37. 37. Urządzenie według zastrz. 1 - 36, znamienne tym, że objętość stałego złoża (4) wynosi 0,001 do 100 metrów sześciennych, korzystnie 0,01 do 10 metrów sześciennych, najkorzystniej 0,1 do 10 metrów sześciennych.