Устройство для регенерации адсорбента в осушительных колоннах для осушки газа

Техническое решение относится к области технологии подготовки и восстановления адсорбционных свойств адсорбента в осушительных колоннах и может быть использовано в осушителях газа для газотурбинных установок, газозаправочных станциях и т.д. Обеспечивает повышение качества и ускорения процесса регенерации адсорбента в осушительной колонне. Сущность. Технического решения в устройстве для регенерации адсорбентов в осушительной колонне для осушки газа содержащем осушительную колонну диаметром 2R _к, и длиной L_к заполненную адсорбентом с патрубками для ввода и вывода газа на входе и выходе колонны соответственно, источник СВЧ энергии соединенный с устройством ввода и распределения СВЧ энергии, размещенном в осушительной колонны, заключается в том, что устройство ввода и распределения СВЧ энергии выполнено в виде полосковой линии длиной L_лL_к, связанной по электромагнитному полю с адсорбентом с помощью элементов электромагнитной связи, которые расположены по боковым кромкам вдоль всей полосковой линии, а величина их коэффициента электромагнитной связи с адсорбентом в осушительной колонне нарастает вдоль линии от ее начала к ее концу в пределах 0<1. В качестве элементов электромагнитной связи с изменяющимися коэффициентами связи вдоль линии могут быть использованы полосковые линии в виде плавного перехода, у которых обе заземленные пластины шириной d и длиной L₁ и L₂ соответственно вдоль полосковой линии плавно сужаются от значения d₁ >w в ее начале полосковой линии до d₂=0 в конце, соответственно, каждой заземленной пластины. В качестве элемента электромагнитной связи с изменяющимся коэффициентом связи вдоль линии могут быть использованы полосковые линии, у которых центральный проводник выполнен в форме зигзага с шагом h и величиной размаха зигзага возрастающего от начала линии к ее концу и превышающей ширину заземленных пластин d от (-d/2)0 в начале полосковой линии, до d/2<<R_к в конце полсковой линии, где w - ширина центрального проводника продольно-неоднородной полосковой линии, L - длина продольно-неоднородной полосковой линии L₁ и L₂ длина верхней и нижней заземленных пластин полосковой линии L_к - длина колонны, d - ширина заземленных пластин, 2R_к - диаметр колонны, L_л - длина полосковой линии, - величина размаха зигзага центрального проводника полосковой линии, - коэффициент связи элемента связи полосковой линии с адсорбентом в осушительной колонне, h - шаг зигзага центрального проводника полосковой линии. 1 с.п. и 2 з.п. формулы, 3 ил.

Техническое решение относится к области технологии подготовки и восстановления адсорбционных свойств адсорбента в осушительных колоннах и может быть использовано в осушителях газа для газотурбинных установок, газозаправочных станциях и т.д.

Известны устройства регенерации адсорбента в осушительных колонах, см. например, патент РФ 2190458 МПК В01D 53/26 опубликованный 10.10.2002 г. Установка адсорбционной осушки газов, которая содержит осушительную колонну, заполненную адсорбентом и систему продувки колонны сухим газом. В установке регенерация силикагеля осуществляется путем продувки колонны теплым осушенным газом. Данное устройство не дает полного восстановления адсорбента и потому является не эффективным.

Прототипом полезной модели является патент РФ 2058183 МПК B01D 53/04 опубликованный 20.04.1996 г. Устройство для регенерации адсорбента от газообразных примесей. Устройство состоит из осушительной колонны с патрубками для ввода и вывода газа, в котором прогрев адсорбента производится электромагнитной энергией СВЧ, подводимой внутрь колонны от источника СВЧ энергии к одиночному излучателю, размещенному внутри колонны. Под воздействием энергии СВЧ адсорбент в колонне нагревается. Получаемое при этом распределение электромагнитного поля в колонне, из-за больших диэлектрических потерь в адсорбенте, характеризуется большой неравномерностью, локализуясь вблизи излучателя. Соответственно и распределение поля температуры в объеме колонны из-за плохой теплопроводности адсорбента будет также неравномерным. Таким образом, в данном устройстве из-за большой неравномерности нагрева процесс регенерации адсорбента будет очень не эффективным.

Решаемая техническая задача предлагаемого технического решения заключается в повышении качества и ускорения процесса регенерации адсорбента в осушительной колонне.

Техническая задача в устройстве для регенерации адсорбентов в осушительной колонне для осушки газа содержащем осушительную колонну диаметром 2R_к, и длиной L_k заполненную адсорбентом с патрубками для ввода и вывода газа на входе и выходе колонны соответственно, источник СВЧ энергии соединенный с устройством ввода и распределения СВЧ энергии, размещенном в осушительной колонны, достигается тем, что устройство ввода и распределения СВЧ энергии выполнено в виде полосковой линии длиной L_лL_к, связанной по электромагнитному полю с адсорбентом с помощью элементов электромагнитной связи, которые расположены по боковым кромкам вдоль всей полосковой линии, а величина их коэффициента электромагнитной связи , с адсорбентом в осушительной колонне нарастает вдоль линии от ее начала к ее концу в пределах 0<1.

В качестве элементов электромагнитной связи с изменяющимися коэффициентами связи вдоль линии могут быть использованы полосковые линии в виде плавного перехода, у которых обе заземленные пластины шириной d и длиной L₁ и L₂ соответственно вдоль полосковой линии плавно сужаются от значения d₁>W в ее начале полосковой линии до d₂=0 в конце, соответственно, каждой заземленной пластины. В качестве элемента электромагнитной связи с изменяющимся коэффициентом связи вдоль линии могут быть использованы полосковые линии, у которых центральный проводник выполнен в форме зигзага с шагом h и величиной размаха зигзага , возрастающего от начала линии к ее концу и превышающей ширину заземленных пластин d от (-d/2)0 в начале полосковой линии, до d/2<<R_к в конце полосковой линии, где:

L - длина полосковой линии,

L₁ и L ₂ длина верхней и нижней заземленных пластин полосковой линии,

L_к - длина осушительной колонны,

d - ширина заземленных пластин,

2R _к - диаметр колонны,

- величина разноса элементов связи в поперечном сечении колоны,

- коэффициент связи элемента связи полосковой линии с адсорбентом в осушительной колонне,

w - ширина центрального проводника симметричной полосковой линии,

h - шаг зигзага центрального проводника полосковой линии.

На фигуре 1 Показано устройство для регенерации адсорбента в осушительной колонне для осушения газа с устройством ввода и распределения СВЧ энергии в виде продольно-неоднородной полосковой линии.

На фигуре 2 показана структура устройства ввода и распределения СВЧ энергии в виде плавного перехода продольно-неоднородной симметричной полосковой линии.

На фигуре 3 показана структура устройства ввода и распределения СВЧ энергии в виде продольно-неоднородной полосковой линии с топологией центрального проводника в форме зигзага.

Устройство для регенерации адсорбентов в осушительной колонне для осушки газа, по фигуре 1 содержит: осушительную колонну 1 диаметром 2R_к и длиной L_к заполненную адсорбентом 2, с патрубками 3₁ и 3₂ для ввода и вывода газа, соответственно, на входе и выходе колонны 1, газораспределительное устройство 4 для подвода к колонне 1 природного газа или осушающего газа соединенного с патрубком 3₁ для ввода газа в колонну 1, источник СВЧ энергии 5 соединенный с входом устройства ввода и распределения СВЧ энергии 6, выполненного в виде неоднородной полосковой линии 7 длиной L_л, размещенной в осушительной колонне 1 и связанной по электромагнитному полю с адсорбентом 2 с помощью элементов электромагнитной связи 8, которые расположены по боковым кромкам 9 вдоль всей полосковой линии 7. Величина коэффициента электромагнитной связи элементов электромагнитной связи 8 с адсорбентом 2 в осушительной колонне 1 нарастает вдоль линии от ее начала к ее концу в пределах от 0 до 1. В устройстве по фигуре 2 элементы связи 8 по электромагнитному полю с адсорбентом 2 выполнены в виде плавного перехода симметричной полосковой линии 10, в которой обе заземленные пластины 11 и 12, длиной L₁ и L₂ соответственно, по ширине d выполнены сужающимися от значения d₁W в начале линии, до значения d₂=0 в конце каждой заземленной пластины, при этом, L₂L₁ и L₂L_л, W - ширина центрального проводника 13. В качестве элемента связи 8 с изменяющимся коэффициентом связи вдоль линии 7, по фигуре 3, использована полосковая линия 14 у которой центральный проводник выполнен в форме зигзага 15 с шагом h, который может изменяться вдоль полосковой линии 14, и величиной размаха зигзага 15 превышающим ширину заземленных пластин 16 с возрастающей амплитудой от начала полосковой линии 14 к ее концу: от (-d/2)0 в начале полосковой линии до d/2<<R_к, в конце полосковой линии. Форма зигзага центрального проводника 15 может быть произвольной, например: пилообразной или прямоугольной формы и т.д. В поперечных сечениях линии 14, где ее центральный проводник 15 выступает из-под заземленных пластин 16 на величину (-d/2) структура симметричной полосковой линии 14 переходит в двухпроводную линию, образуя на боковых кромках полосковой линии петлю электромагнитной связи 17. Форма зигзага 15 может быть произвольной, например: пилообразной или прямоугольной формы и т.д.

Рассмотрим работу устройства по фигуре 1. В режиме регенерации осушительная колонна 1 с помощью газораспределительного устройства 4 отключается от осушаемого газа и СВЧ энергия от источника СВЧ энергии 5 подается на устройство ввода и распределения СВЧ энергии 6. Чтобы устройство распределения электромагнитной энергии 6 равномерно распределяло бы энергию СВЧ в колонне заполненной адсорбентом 2 (адсорбент - материал с большими электромагнитными потерями), величина коэффициента электромагнитной связи должна возрастать вдоль линии передачи длиной L_л от ее начала, т.е. от ее входа, к ее концу. Благодаря этому обеспечивается равномерное распределение электромагнитной энергии вдоль колонны 1 и равномерное воздействие электромагнитного поля на адсорбент 2 во всем объеме колонны 1. Выбор типа элементов связи 8, например, типа зигзага 15 или в форме плавного перехода (фигура 2) или каких либо других может быть рекомендован в зависимости от размеров колонны ее диаметра 2R_к и длины L _к, а также от величины тангенса диэлектрических потерь адсорбента. В процессе нагрева электромагнитным полем СВЧ адсорбента 2 колонну 1 продувают осушенным газом, для чего газораспределительное устройство 4 переключают в режим подачи сухого газа в колонну 1. С его помощью выделенная влага из адсорбента уносится из колонны 1.

Элементы электромагнитной связи 8 с адсорбентом 2, выполненные в виде плавного перехода от симметричной полосковой линии 10 к открытой однопроводной линии в ее конце по фигуре 2, в котором обе заземленные пластины 11 и 12 длиной L₁ и L₂ соответственно по ширине d выполнены сужающимися от значения d₁W в начале линии, до значения d₂=0 в конце каждой заземленной пластины, обеспечивают возрастающую связь с вмещающей средой по мере сужения заземленных пластин 11 и 12 за счет возрастания внешнего поля в структуре распределения поля в линии.

Элементы электромагнитной связи 8 с адсорбентом 2, выполненные по фигуре 3 в виде зигзага 14, образуют при вершинах зигзага петли 17. Величина связи этой петли 17 с адсорбентом 2 зависит от ее размеров, т.е. от величины размаха зигзага 15 и площади петли. Чем больше размах зигзага 15 и чем больше площадь петли 17 образованной зигзагом 15 и заземленными пластинами 16, тем сильнее связь полосковой линии 14 с адсорбентом 2. Форма зигзага 15 может быть произвольной, например: пилообразной или прямоугольной формы и т.д.

Для сравнения с другими устройствами осушки адсорбентов следует отметить, что поглощение микроволновой энергии влажным адсорбентом и его нагрев носит объемный характер происходит тепловыделение внутри материала (т.е. температура внутри материала больше чем на поверхности) вследствие чего влага перемещается изнутри материала наружу, в отличии, от конвекционного нагрева, где высушивается в первую очередь поверхность а внутри материал остается сырой. Чтобы обеспечить эти преимущества микроволнового нагрева, очевидно, необходимо обеспечить хорошую равномерность распределения поля внутри колонны 1. Это и реализуется в данном техническом решении.

Моделирование в CTS Microwave Studio 2008 распределения поля в осушительной колонне с размером L=1200 мм и диаметром 150 мм при ее возбуждении в соответствии с прототипом с помощью одиночного вибратора показало, что равномерность распределения поля в колонне составляет не более 0,1. В то время как при возбуждении продольно-неоднородной симметричной полосковой линией и линией с центральным проводником в виде зигзага, та же равномерность распределения составляет не хуже 0,85, т.е. обеспечивается выигрыш в восемь с половиной раз.

1. Устройство для регенерации адсорбента в осушительной колонне для осушки газа, содержащее осушительную колонну диаметром 2R _к и длиной L_к, заполненную адсорбентом, с патрубками для ввода и вывода газа на входе и выходе колонны соответственно, источник СВЧ-энергии, соединенный с устройством ввода и распределения СВЧ-энергии, размещенном в осушительной колонне, отличающееся тем, что устройство ввода и распределения СВЧ-энергии выполнено в виде полосковой линии длиной L_л<L_к , связанной по электромагнитному полю с адсорбентом с помощью элементов электромагнитной связи, которые расположены по боковым кромкам вдоль всей полосковой линии, а величина их коэффициента электромагнитной связи с адсорбентом в осушительной колонне нарастает вдоль линии от ее начала к ее концу в пределах 0<<1, где

2R_к - диаметр колонны;

L_к - длина осушительной колонны;

L_л - длина полосковой линии;

- коэффициент связи элемента связи полосковой линии с адсорбентом в осушительной колонгне.

2. Устройство для регенерации адсорбента в осушительной колонне для осушки газа по п.1, отличающееся тем, что в качестве элементов электромагнитной связи с изменяющимися коэффициентами связи вдоль линии могут быть использованы полосковые линии, у которых обе заземленные пластины шириной d и длиной L₁ и L₂ соответственно вдоль полосковой линии плавно сужаются от значения d₁ >w в начале полосковой линии до d₂=0 в конце, соответственно, каждой заземленной пластины, где

d - ширина зазнмленных пластин;

L₁ и L₂ - длина верхней и нижней заземленных пластин полосковой линии;

d₁ - ширина заземленных пластин в начале полосковой линии;

w - ширина центрального проводника симметричной полосковой линии;

d₂ - ширина заземленных пластин в конце полосковой линии.

3. Устройство для регенерации адсорбента по п.1, отличающееся тем, что в качестве элемента электромагнитной связи с изменяющимся коэффициентом связи вдоль линии могут быть использованы полосковые линии, у которых центральный проводник выполнен в форме зигзага с шагом h и величиной размаха зигзага , возрастающего от начала линии к ее концу и превышающего ширину заземленных пластин d от (-d/2)0 в начале полосковой линии до d/2<<R_к в конце полосковой линии, где

h - шаг зигзага центрального проводника полосковой линии;

- величина размаха зигзага.