Устройство для обработки газов, в частности для сушки природного или биологического газа

Полезная модель относится к устройству для обработки газовых смесей с целью удаления выбранных составных частей и может быть использовано для сушки газов, предпочтительным образом природного газа и биогаза. Устройство для отделения компонентов газовой смеси посредством адсорбции в твердое основание и возможности термической регенерации твердого основания включает в себя: газонепроницаемое полое тело (1), образующее реакционное пространство для адсорбции, твердое основание (4), расположенное в газонепроницаемом полом теле (1), которое способно адсорбировать, по меньшей мере, один компонент газа, по меньшей мере, частично, первое отверстие (2), которое подходит для ввода газовой смеси в газонепроницаемое полое тело (1), второе отверстие (3), которое подходит для вывода газовой смеси из газонепроницаемого полого тела (1), и, по меньшей мере, один электрод (5, 6), который соединен с высокочастотным генератором (8) с частотой от 1 до 50 МГц, при этом по меньшей мере, один электрод (5, 6) выполнен как часть газонепроницаемого полого тела (1) и/или связан с ним с электрической проводимостью и/или, по меньшей мере, одна часть электрода (5, 6) расположена внутри твердого основания (4), и при этом рядом со вторым отверстием (3) в твердом основании (4) расположен датчик влажности (15). Обеспечена возможность осуществления различных термически инициированных процессов, таких как десорбция в общем, регенерация твердых оснований, используемых для сушки газа, в частности, и каталитическое преобразование адсорбированных веществ.

Полезная модель относится к устройству для обработки газовых смесей с целью удаления выбранных составных частей, содержащему основание из твердого материала с адсорбирующим компонентом, которое может, по меньшей мере, временно обогащать эти компоненты, находящиеся, по меньшей мере, частично в зоне влияния, по меньшей мере, одного электрода для подачи высокочастотной (ВЧ-)энергии, который в свою очередь предпочтительным образом соединен посредством электронной корректирующей сети с источником ВЧ-напряжения, чтобы осуществлять диэлектрический нагрев твердого основания.

Устройство можно использовать, в частности для сушки газов, предпочтительным образом природного газа и биогаза, за счет того, что в первой фазе из газового потока адсорбцией удаляется вода, и в следующей фазе вода за счет термодесорбции удаляется из твердого основания, причем твердое основание непосредственно диэлектрически нагревается посредством ВЧ-энергии.

Разделение веществ посредством адсорбции и последующей термической регенерации адсорбционного материала является широко распространенным процессом в химической технологии. В частности эта задача возникает при обработке природного газа и биогаза, чтобы можно было подавать их согласно технической спецификации в существующие сети газоснабжения.

Сушка газа, например, обязательно требуется для предотвращения явлений конденсации при повышении давления. Кроме того, при взаимодействии воды и других компонентов газа (например, Н₂S в случае биогаза) возможно возникновение нежелательной коррозии.

Кроме того, техническое применение природного газа и биогаза требует во многих случаях удаления серных соединений, двуокиси углерода или кислорода и других компонентов.

По уровню техники для сушки газа в принципе имеется, прежде всего, три технологических принципа: конденсационный способ, адсорбционный и абсорбционный способ сушки газа, например, промывка гликолем.

Предлагаемое устройство предназначено для отделения газа в комбинации с адсорбционным способом. Основной принцип при этом заключается в том, что соответствующие составные части газа связываются на адсорбере. Это происходит, как правило, при относительно низкой температуре, обычно температуре окружающей среды. Как результат, газовый поток выходит из твердого основания с обеднением соответствующего компонента. Чтобы обеспечить квази-непрерывное выполнение процесса, необходимо снова регенерировать адсорбирующую компоненту. Самые зарекомендовавшее себя для этого способы основываются на десорбции за счет снижения давления или повышения температуры. После регенерации и выброса десорбированных веществ твердое основание снова готово к адсорбционной очистке или отделению газа.

Еще одна возможность удаления определенных компонентов газа из смеси заключается в том, чтобы выполнить реактивное преобразование этих веществ. Для этого, как правило, используются каталитические реакции. Примером является удаление следов кислорода из природного или биогаза с применением катализатора из благородного металла, который катализирует окисление. Этот процесс в большинстве случаев проводится при повышенной температуре.

Предлагаемое устройство должно обеспечивать возможность, чтобы в твердом основании, которое служит для обработки газовых смесей, эффективно подавать энергию для инициации процессов десорбции и реактивных процессов.

Способы, использующие изменение температуры, технически устоялись, однако, нагрев твердых оснований по сравнению с нагревом жидких сред сложнее, так как теплоотведение внутри основания, как правило, меньше. Поэтому теплопередача между частицами ограничена, так как осуществляется предпочтительным образом за счет контактных площадей. Если тепло подается через стены или нагревательные элементы, то теплопередача через пограничные площади в насыпном слое действует ограничительно.

В качестве альтернативы твердые основания нагреваются потоком газа-носителя. Однако здесь ограничивающей необходимую скорость нагрева является низкая теплоемкость газа. Концентрация высвобожденных вредных веществ связана с потоком газа-носителя, необходимым для нагрева. Это приводит во многих случаях к нежелательному разжижению. Например, последующее каталитическое окисление органических вредных веществ, которое выполняется из адсорбера путем нагрева, по причине разжижения больше не может выполняться аутотермично, что означает с эффективным использованием энергии.

Термическая регенерация водяным паром, которая часто используется в случае активированного угля, содержащего органические вещества, не подходит для данных случаев применения для обработки газа.

Непосредственный диэлектрический нагрев твердых сред уже несколько лет обсуждается как инновационная и многообещающая альтернатива обычным способам. Существенное преимущество этого способа заключается в том, что подача энергии не привязана к жидкой вспомогательной среде (например, потоку газа-носителя), а происходит непосредственно «без потока веществ». Однако до сих пор лишь в некоторых частичных сферах удалось начать применение микроволнового (МВ-)нагрева. Причина этого заключается в том, что однородность достигнутых температурных профилей применима только для небольших объемов (в диапазоне куб. см) и что для многих сред проникновение МВ-лучей слишком мало для технического применения. Кроме того, содержащие воду матрицы существенно изменяют свои диэлектрические свойства с изменением влажности. Кроме того, в микроволновом диапазоне возможность включения энергии, как таковой, в большинстве случаев привязана к наличию воды. Это приводит к тому, что сухие материалы или материалы с низкой влажностью часто не могут быть нагреты микроволнами. Кроме того, как правило, невозможно постоянно эффективно связывать электромагнитные волны во время процесса с изменяемой влажностью адсорбера. Результатом, как правило, является отражение электромагнитных волн после высыхания материала, за счет чего излученная энергия больше не приводит к нагреву твердого основания.

Задача настоящей полезной модели заключается в том, чтобы преодолеть описанные недостатки по уровню техники и предоставить устройство, которое позволяет нагревать твердые основания различных материалов с переменной влажностью и полярностью с эффективным использованием энергии и, при необходимости однородно, чтобы обеспечить возможность различных термически инициированных процессов, таких как десорбция в общем, регенерация твердых оснований, используемых для сушки газа, в частности, и каталитическое преобразование адсорбированных веществ.

Задача полезной модели решается согласно независимому пункту формулы. Зависимые пункты формулы содержат предпочтительные формы осуществления.

Согласно полезной модели предлагается устройство для отделения компонентов газовой смеси посредством адсорбции в твердое основание, которое включает в себя газонепроницаемое полое тело, образующее реакционное пространство для адсорбции, твердое основание, расположенное в газонепроницаемом полом теле, которое способно адсорбировать, по меньшей мере, один компонент газа, по меньшей мере, частично, первое отверстие, которое подходит для ввода газовой смеси в газонепроницаемое полое тело, второе отверстие, которое подходит для вывода газовой смеси из газонепроницаемого полого тела и, по меньшей мере, один электрод, который соединен с высокочастотным (ВЧ-)генератором, причем, по меньшей мере, один электрод является частью газонепроницаемого полого тела и/или, по меньшей мере, одна часть электрода расположена внутри твердого основания, и при этом рядом со вторым отверстием в твердом основании расположен датчик влажности. Понятие «газонепроницаемый» здесь и далее понимается так, что паразитный газовый поток, невольно выходящий из емкости, очень мал по сравнению с газовым потоком, выходящим через предусмотренные для этого отверстия. В частности, газовый поток, невольно выходящий из емкости, менее 10%, предпочтительным образом менее 3%, еще предпочтительнее менее 0,3% газового потока, выходящего через предусмотренные для этого отверстия.

Т.е. согласно полезной модели устройство состоит из реакционного пространства, которое имеет, по меньшей мере, один вход и, по меньшей мере, один выход для газового потока, и в котором расположено твердое основание, которое может адсорбировать, по меньшей мере, один компонент газа, по меньшей мере, частично. Твердое основание находится, по меньшей мере, частично в зоне влияния, по меньшей мере, одного электрода, который в свою очередь связан с ВЧ-генератором. Между, по меньшей мере, одним электродом и ВЧ-генератором предпочтительным образом расположена электронная корректирующая сеть, которая позволяет выполнять корректировку переменного импеданса твердого основания по внутреннему сопротивлению ВЧ-генератора.

Предпочтительным образом, первое отверстие и второе отверстие расположены друг напротив друга на газонепроницаемом полом теле. На первом отверстии по выбору могут располагаться средства для подачи газовой смеси, а на втором отверстии - средства для вывода газовой смеси. Средства для подачи и для вывода газовой смеси выполнены таким образом, что они подходят для реализации непрерывного газового потока.

Первое и второе отверстия на газонепроницаемом полом теле служат, в основном, для подачи и вывода газового потока. Поэтому сечение отверстий сравнительно мало по сравнению с общей поверхностью полого тела. Предпочтительным образом, площадь сечения каждого первого и второго отверстия меньше чем 20%, предпочтительным образом меньше 10%, еще предпочтительнее меньше 5% поверхности газонепроницаемого полого тела. Согласно полезной модели полое тело может иметь дополнительные отверстия, например, для введения датчиков и т.п.

Газонепроницаемое полое тело, согласно полезной модели, заполнено, по меньшей мере, на 50%, предпочтительным образом на 70%, еще предпочтительнее на 90% твердым основанием. Твердое основание предпочтительным образом является насыпным основанием из твердых частиц. Однако в других предпочтительных вариантах используются также твердые вещества, например, керамические фасонные детали, особенно предпочтительно в форме сот. Принципиально в этой связи подходят все устройства, которые реализуют достаточный контакт газового потока с твердым телом. Однако далее для всех опций используется единое понятие - твердое основание.

В предпочтительном варианте исполнения устройства, по меньшей мере, один электрод расположен в газонепроницаемом полом теле таким образом, что он расположен, по меньшей мере, на 50%, предпочтительным образом, по меньшей мере, на 70%, еще предпочтительнее, по меньшей мере, на 90% в твердом основании или вдоль твердого основания. Таким образом, по меньшей мере, один электрод проходит через твердое основание, согласно полезной модели, вдоль его большего пространственного расположения, по меньшей мере, на 50%, предпочтительным образом, по меньшей мере, на 70%, еще предпочтительнее, по меньшей мере, на 90%.

В еще одном предпочтительном варианте устройства, по меньшей мере, один электрод расположен вертикально оси тела реактора. В этом случае, по меньшей мере, один электрод, согласно полезной модели, занимает, по меньшей мере, 50%, предпочтительным образом, по меньшей мере, 70%, еще предпочтительнее, по меньшей мере, 90% сечения твердого основания.

В предпочтительной форме осуществления газонепроницаемое полое тело по своей внешней форме является цилиндром. В еще одной предпочтительной форме осуществления оно является прямоугольным параллелепипедом. Кроме того, предпочтительные формы осуществления отличаются тем, что сечение вертикально направлению потока во всем реакторе существенно не изменяется (предпочтительным образом менее, чем на 30%, еще предпочтительнее менее, чем на 10%). Однако полезная модель принципиально не привязана к какой-либо одной форме газонепроницаемого полого тела, а тем самым и твердого основания, также возможны любые другие геометрии, причем они не ограничивают работоспособность устройства.

Площадь основания и покрывная площадь цилиндрического газонепроницаемого полого тела в предпочтительной форме осуществления выполнены, как изолирующие конструктивные элементы, причем изолирующие конструктивные элементы также могут быть выполнены перфорированными, а тем самым газопроницаемыми. Изолирующий - в этой связи означает, что ВЧ-проводимостью материалов можно пренебречь. В еще одной предпочтительной форме осуществления первое отверстие и второе отверстие расположены на (изолирующей) площади основания или (изолирующей) покрывной площади цилиндрического газонепроницаемого полого тела, или эти отверстия в своей совокупности реализованы за счет перфорированных материалов.

В предпочтительном предлагаемом варианте, по меньшей мере, один электрод соединен с электрической проводимостью с полым телом, в частности с экраном или наружной поверхностью реактора. В предпочтительном предлагаемом варианте полое тело или часть полого тела является предлагаемым электродом. В еще одном предпочтительном предлагаемом варианте осуществления, по меньшей мере, один электрод представляет собой площадь основания полого тела в форме цилиндра или прямоугольного параллелепипеда. Предпочтительным образом этот электрод может быть выполнен газопроницаемым или перфорированным.

Предпочтительным образом электроды используются попарно. Согласно полезной модели электроды запитываются высокочастотным переменным напряжением, причем один из электродов называют холодным электродом, а другой электрод - горячим электродом. При этом холодным электродом называют заземленный электрод. В особенно предпочтительном варианте осуществления холодный электрод соединен с электрической проводимостью с наружной поверхностью полого тела, или наружная поверхность сама представляет собой холодный электрод.

В еще одной форме осуществления полезной модели предусмотрено более двух электродов, которые запитываются высокочастотным переменным напряжением. Предпочтительным образом предусмотрены один горячий и несколько холодных электродов.

Холодные и горячие электроды предпочтительным образом соединены с электронной корректирующей сетью, и между двумя электродами находится твердое основание или, по меньшей мере, одна часть твердого основания.

В качестве электродов предпочтительным образом используются стержневые или пластинчатые электроды. В особенно предпочтительном варианте осуществления полезной модели используются параллельные пластинчатые электроды. Параллельные пластинчатые электроды гарантируют температурный профиль с низкими градиентами для однородных твердых оснований и тем самым лучше всего подходят для однородного нагрева.

Согласно полезной модели электроды также могут располагаться коаксиально. Коаксиальное расположение лучше всего подходит для снижения электромагнитного отраженного излучения в окружающую среду. В этом случае твердое основание находится между наружным цилиндрическим электродом-оболочкой, который предпочтительным образом включен как холодный электрод, и внутренним электродом в форме стержня или трубки, который предпочтительным образом функционирует как горячий электрод. Тем самым полезная модель представляет собой цилиндрический конденсатор. Хотя снижающаяся радиально наружу электрическая сила поля приводит к неоднородному нагреву, за счет процессов теплопередачи в твердом основании можно гарантировать достаточное постоянство температуры над твердым основанием.

Выбор геометрии электродов, которая возможна еще в нескольких вариантах, определяется требованиями соответствующего процесса (необходимая однородность температуры, механические требования к устройству, необходимая скорость нагрева и т.п.). Предпочтительным образом оба электрода отделяются изолирующими, при необходимости перфорированными конструктивными элементами.

Электроды согласно полезной модели соединены с ВЧ-генератором, который обеспечивает высокочастотное напряжение с частотой от 1 до 50 МГц, посредством электронной корректирующей сети, так называемой коммутирующей коробки (Matchbox). Электронная корректирующая сеть позволяет выполнять корректировку переменного импеданса твердого основания по внутреннему сопротивлению ВЧ-генератора, и тем самым позволяет передавать ВЧ-энергию без отражения из генератора в твердое основание. Таким образом, в отличие от обычных микроволновых установок существует возможность нагрева твердого основания с очень эффективным использованием энергии, и отданная ВЧ-энергия может быть практически полностью преобразована в технологическое тепло. Особенно предпочтительным является применение частот, которые разрешены для применения в промышленной, научной и медицинской сфере, например, частот ISM 13,56 или 27 МГц.

Кроме того, предпочтительным образом устройство имеет, по меньшей мере, один оптоволоконный температурный датчик, который соединен с анализатором. Кроме того, предпочтительным образом в зоне подачи потока и/или в зоне выхода потока газовой смеси находятся датчики для определения состава газа. В предпочтительном варианте устройств отдельные датчики и анализаторы соединены с персональным компьютером в системе управления процессами. В предпочтительном варианте устройства перед концом твердого основания расположен датчик влажности, который определяет состояние загрузки адсорбера и показывает предстоящий пробой фронта водной загрузки.

В качестве опции в зоне подачи в реактор или во входной зоне реактора находится средство для подачи и/или дозирования передающей среды. Средство для подачи передающей среды может использоваться для инициации термо-хроматографического импульса. Предпочтительным образом в качестве передающей среды используется вода. Термо-хроматографический импульс подходит не только для термодесорбции адсорбированных органических компонентов газа или для инициации катализированной реакции. Термо-хроматографический импульс также может использоваться для процессов сушки, если твердое основание не было загружено до достижения емкости загрузки. В этом случае впрыск воды и возникающий импульс могут приводить к дополнительному выносу воды из твердого основания.

В качестве материалов твердого основания предпочтительным образом используются адсорбирующие вещества, такие как активированный уголь, цеолит различной структуры или пористые оксиды металла, а также их смеси. Предпочтительным образом они имеют высокую пористость с большими удельными поверхностями (обычно более 100 кв.м/г, еще предпочтительнее более 200 кв.м./г). Во многих случаях к этим материалам перед запрессовкой подмешивается связующее средство, чтобы достичь лучшей механической стабильности. Однако в дальнейшем эти смешанные материалы для упрощения будут обозначаться как компонент с активной сорбцией.

В предпочтительном варианте для сушки газа это гидрофильный цеолит, особенно предпочтительными при этом являются цеолиты 3А, 4А, NaY и 13Х. В еще одном предпочтительном варианте для удаления гидрофобных веществ, например, таких как неполярные органические соединения, из газового потока, применяют гидрофобные материалы. Особенно предпочтительным здесь является применение материала твердого основания, который содержит деалюминированный Y-цеолит с высоким соотношением Si/Al.

В случае намеренного реактивного преобразования ранее адсорбированного компонента газа преимущественным является применение дополнительного компонента катализатора в твердом основании. В качестве катализаторов используются, например, благородные металлы, предпочтительным образом платина, или перовскит или другие окисные материалы. Катализаторы предпочтительным образом нанесены на пористые материалы-носители. Эти пористые материалы обычно имеют пористость от 0,2 до 0,7.

Твердое вещество, которое применяется в качестве адсорбера и/или катализатора, в частности является гранулятом или другим насыпным материалом, при этом диаметр частиц предпочтительным образом находится в миллиметровом диапазоне. Согласно полезной модели особенно подходящим является размер частиц в диапазоне от 0,1 до 10 мм, предпочтительным образом от 1 до 5 мм, еще предпочтительнее от 1 до 3 мм.

Предпочтительным образом из газовой смеси удаляется неорганический или органический газообразный компонент. Например, из очищаемых газовых смесей могут удаляться двуокись углерода, кислород или серные соединения.

Особенно предпочтительно использование предлагаемого устройства для сушки газовых смесей. Поэтому особенно предпочтительным удаленным веществом является вода.

Регенерация адсорбера может, например, выполняться посредством радиоволн, причем может достигаться снижение давления в устройстве. В этом варианте осуществления полезной модели устройство включает в себя дополнительно средство для генерации радиоволн.

Описанное устройство позволяет, выходя за пределы уровня техники, ряд опций применения, из которых в качестве примера далее описываются некоторые, чтобы подробнее описать работу устройства и роль отдельных компонентов.

Понятно, что эта полезная модель не ограничена специфическими устройствами, составами и условиями, как они описаны здесь, поскольку они могут варьироваться. Кроме того, понятно, что используемая здесь терминология служит исключительно в целях описания особых форм осуществления и не должна ограничивать объем защиты полезной модели. Если здесь в заявке, включая зависимые пункты формулы полезной модели, используются словоформы в единственном числе, такие, как например, артикли "ein", "eine", "einer", "der", die" или "das", то они включают в себя свое соответствие во множественном числе, если контекст однозначно не определяет ничего иного. Например, ссылка «на средство для дозирования передающей среды» содержит в себе одно единственное или несколько средств, которые в свою очередь могут быть идентичными или различными.

Устройство позволяет различные режимы подачи энергии и в частности нагрева твердого основания и реализации различных температурных профилей. В частности можно нагревать твердое основание по сравнению с альтернативами по уровню техники однородно и без привязки к газу-носителю, причем могут обрабатываться также и технические релевантные объемы в литрах и кубометрах. Предпочтительным образом объем твердого основания в предлагаемом устройстве составляет от 0,001 до 100 кубометров, предпочтительным образом, от 0,01 до 10 кубометров.

Кроме того, в качестве опции также возможно, как уже описано, за счет впрыска передающей среды инициировать сопряженный импульс потока вещества-температуры, проходящий через твердое основание, так называемый термо-хроматографический импульс. Для этого в газовый поток впрыскивается передающая среда, предпочтительным образом вода, и, по меньшей мере, частично адсорбируется материалом твердого основания. Это приводит к усиленной абсорбции ВЧ-энергии в соответствующей зоне твердого основания, что в свою очередь приводит к усиленному нагреву. За счет этого происходит десорбция передающей среды и дальнейшая транспортировка ее с газовым потоком. Если достигаются более холодные участки твердого основания, то снова происходит адсорбция и локальный перегрев. Этот процесс непрерывно продолжается, пока термо-хроматографический импульс не пройдет твердое основание и не достигнет выхода реактора. Селективное повышение температуры позволяет достигать желаемых термически инициированных процессов, например, таких как регенерация твердого основания при сушке газа или адсорбирующее отделение газа и каталитическое преобразование адсорбирующих компонентов газа с очень эффективным использованием энергии.

Краткое описание фигур

Фигура 1 Предлагаемое устройство для обработки газов, в частности для сушки природного газа и биогаза.

Фигура 2 Предпочтительные варианты геометрии электродов для реализации диэлектрического нагрева твердого основания.

Фигура 3а Сушка газа над твердым основанием из цеолита 13Х при комнатной температуре.

Фигура 3б Термическая регенерация твердого основания (цеолит 13Х) посредством высокочастотного нагрева.

Фигура 4а Сушка газа над насыпным основанием из цеолита NaY при комнатной температуре

Фигура 4б Термическая регенерация твердого основания (цеолит NaY) посредством высокочастотного нагрева.

Пример реализации для предлагаемого устройства представлен на фигуре 1. На фигуре 1 показано предлагаемое устройство для сушки газов со следующими компонентами. Полое тело 1 в форме прямоугольного параллелепипеда заполнено твердым основанием 4. Через первое отверстие 2 в твердое основание 4 проходит газовая смесь. Через второе отверстие 3 высушенный газ выходит из полого тела 1. Один горячий электрод 6 расположен в центре твердого основания 4 вдоль продольной оси полого тела 1. Один холодный электрод 5 представляет собой частично наружную оболочку полого тела 1 в форме прямоугольного параллелепипеда. В качестве площади основания и покрывной площади расположены перфорированные конструктивные элементы 14, которые должны изолировать электроды 5 и 6 друг от друга. Электроды 5 и 6 соединены посредством электронной корректирующей сети 7 с высокочастотным генератором 8 для запитывания высокочастотным напряжением. Посредством оптоволоконного температурного датчика 9, который соединен с анализатором 10, проверяется температура в твердом основании 9. Перед вторым отверстием 3, незадолго до того, как газ снова выйдет из твердого основания 4, размещен датчик 15 влажности. Датчики 12 для определения состава смеси предусмотрены как в зоне подаче, так и в зоне выхода газа. Отдельные датчики и анализаторы соединены с персональным компьютером 13 с системой управления процессами. Средство 11 для дозирования передающей среды для инициации термо-хроматографического импульса расположено в начале твердого основания 4.

На фигуре 2 показаны предпочтительные варианты геометрии электродов для реализации диэлектрического нагрева твердого основания 4. Параллельные пластинчатые электроды могут располагаться параллельно направлению потока. При этом горячий электрод 6 расположен на твердом основании. Наружная оболочка полого тела 1 частично представляет собой холодный электрод 5 (фигура 2а). Альтернативный вариант показан на фигуре 2б. Параллельные пластинчатые электроды расположены вертикально относительно направления потока, твердое основание 4 размещено между электродами. Газовый поток входит и выходит из твердого основания 4, проходя через электроды 5 и 6. Для этого электроды 5 и 6 выполнены как газопроницаемые или перфорированные. Параллельные пластинчатые электроды гарантируют для однородных твердых оснований температурный профиль с низкими градиентами, а тем самым лучше всего подходят для однородного нагрева.

В еще одном варианте осуществления электроды располагаются коаксиально (фигура 2в). Горячий электрод 6 в форме стержня или трубы при этом охватывается холодным электродом-оболочкой 5. Твердое основание 4 находится между электродом-оболочкой 5 и внутренним электродом 6. Коаксиальное расположение этой конструкции лучше всего подходит для снижения электромагнитного отраженного излучения в окружающую среду.

Пример применения 1

В примере применения 1 устройство используется для того, чтобы сушить газовый поток в течение определенного интервала времени и затем выполнить термическую регенерацию адсорбционного основания, которое состоит из цеолитов типа 13Х, за счет однородного нагревания посредством ВЧ-энергии. На фигуре 3 показаны результаты.

В лабораторном испытании используются 0,8 г цеолита 13Х с размером частиц от 1 до 3 мм. Цеолит был доведен газовым потоком до средней влажности в 6,4 масс.-%, за счет чего из основания выходил сухой газовый поток (фигура 3а). В данном случае поток проходил через основание частично, чтобы можно было лучше наблюдать десорбцию. Такой подход отличается от того, который следует предпочесть на практике для сушки газа. На практике следует стремиться к прохождению через твердое основание с максимально хорошим контактом между осушаемым газовым потоком и адсорбирующими частицами. Легкое увеличение температуры при сушке происходит за счет адсорбционного тепла воды на цеолите. Величина представляет массовый поток воды, Т_проб указывает температуру пробы в точке изменения в центре твердого основания. Разница между значением на входе и на выходе соответствует тем самым эффективности сушки. Во время фазы регенерации (термическая сушка твердого основания) проба нагревается посредством радиоволн (общая мощность системы около 100 Вт, высокие потери из-за малого размера аппаратуры). Прирост температуры во всей пробе был равномерным, и относительно быстро было достигнуто постоянное значение около 150°С (фигура 3б). При этой температуре происходил эффективный вынос воды из твердого основания и регенеративная сушка абсорбера 13Х, который затем снова можно было использовать для сушки газа. При этом испытании остаточная влажность цеолита составила около 1,6 масс.-%.

Пример применения 2

В примере применения 2 предлагаемое устройство также используется для удаления влаги из газового потока и термической регенерации адсорбера после пробоя воды на основании достижения загрузочной емкости абсорбера. Регенерация в этом примере реализуется за счет инициации термо-хроматографического импульса. На фигуре 4 показаны результаты.

В этом случае загружался цеолит NaY (5,7 г, размер частиц 1-2 мм) при комнатной температуре. Конечная загрузка составила около 26 масс.-%. На фигуре 4а явно показана эффективная сушка, вплоть до достижения загрузочной емкости, при, примерно 80 мин. отмечается пробой воды, и достигается входная влажность также и на выходе реактора. Легкое увеличение температуры в нескольких точках измерения в твердом основании на 5-10 К в свою очередь происходит за счет высвобождающейся адсорбционной энтальпии. Показатели температуры показывают положение датчиков в твердом основании в направлении протока. Последовательное увеличение температур за счет адсорбционного тепла характеризует прогресс водного фронта в цеолитовом основании.

Регенерация адсорбера осуществляется посредством радиоволн, причем в начале твердого основания возникает термо-хроматографический импульс, который как температурный фронт проходит через насыпанный материал. Селективное увеличение температуры в пульсе (около 100 К в обеих первых очках измерения, показанных на фигуре 4б) позволяет сушку твердого основания с особенно эффективным использованием энергии. Средняя остаточная влажность цеолита после сушки составила 1,5 масс.-%, что позволяет повторную сушку газа. При необходимости также можно достичь и меньшей остаточной влажности адсорбера.

Список ссылочных позиций

1 полое тело

2 первое отверстие

3 второе отверстие

4 твердое основание

5 холодный электрод

6 горячий электрод

7 электронная корректирующая сеть

8 высокочастотный генератор

9 оптоволоконный температурный датчик

10 анализатор

11 средство для дозирования передающей среды

12 датчик для определения состава газа

13 персональный компьютер

14 перфорированные конструктивные элементы

15 датчик влажности

массовый поток воды

Т_проб температура пробы

1. Устройство для отделения компонентов газовой смеси посредством адсорбции в твердое основание и возможности термической регенерации твердого основания, включающее газонепроницаемое полое тело (1), образующее реакционное пространство для адсорбции, твердое основание (4), расположенное в газонепроницаемом полом теле (1), которое способно адсорбировать, по меньшей мере, один компонент газа, по меньшей мере, частично, первое отверстие (2), которое подходит для ввода газовой смеси в газонепроницаемое полое тело (1), второе отверстие (3), которое подходит для вывода газовой смеси из газонепроницаемого полого тела (1) и, по меньшей мере, один электрод (5, 6), который соединен с высокочастотным генератором (8) с частотой от 1 до 50 МГц, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один электрод (5, 6) выполнен как часть газонепроницаемого полого тела (1) и/или связан с ним с электрической проводимостью и/или, по меньшей мере, одна часть электрода (5, 6) расположена внутри твердого основания (4), при этом рядом со вторым отверстием (3) в твердом основании (4) расположен датчик влажности (15).

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что твердое основание (4) заполняет газонепроницаемое полое тело (1), по меньшей мере, на 50%, предпочтительным образом на 70%, еще предпочтительнее на 90%.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первое отверстие (2) и второе отверстие (3) расположены напротив друг друга на газонепроницаемом полом теле (1).

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что на первом отверстии (2) расположено, по меньшей мере, одно средство для подачи газовой смеси.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что на втором отверстии (3) расположено, по меньшей мере, одно средство для вывода газовой смеси.

6. Устройство по п.4 или 5, отличающееся тем, что средства для подачи средства для вывода газовой смеси выполнены для реализации непрерывного газового потока.

7. Устройство по п.2, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один электрод (5, 6) проходит через твердое основание (4) вдоль его большего пространственного расположения, по меньшей мере, на 50%, предпочтительным образом, по меньшей мере, на 70%, еще предпочтительнее, по меньшей мере, на 90%.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что газонепроницаемое полое тело (1) выполнено как цилиндр или прямоугольный параллелепипед.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один электрод (5, 6) выполнен как площадь основания полого тела (1), выполненного в форме цилиндра или прямоугольного параллелепипеда.

10. Устройство по п.8 или 9, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один электрод (5, 6) выполнен газопроницаемо и/или с перфорацией.

11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один электрод (5, 6) соединен со средством для запитывания высокочастотным напряжением.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один электрод (5, 6) является пластинчатым электродом.

13. Устройство по п.11, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один электрод (5, 6) является стержневым электродом.

14. Устройство по п.11, отличающееся тем, что устройство имеет два электрода (5, 6).

15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что один из двух электродов является холодным заземленным электродом (5), а другой из двух электродов является горячим электродом (6).

16. Устройство по п.14 или 15, отличающееся тем, что электроды (5, 6) расположены параллельно.

17. Устройство по п.14 или 15, отличающееся тем, что электроды (5, 6) расположены коаксиально.

18. Устройство по п.11, отличающееся тем, что устройство имеет более двух электродов (5, 6).

19. Устройство по п.18, отличающееся тем, что устройство имеет один горячий электрод (6) и несколько холодных электродов (5).

20. Устройство по одному из пп.15 или 19, отличающееся тем, что холодный электрод (5) соединен с полым телом (1) с электрической проводимостью.

21. Устройство по одному из пп.15 или 19, отличающееся тем, что холодный электрод (5), по меньшей мере, на 50%, предпочтительным образом, по меньшей мере, на 70%, еще предпочтительнее, по меньшей мере, на 90% является самым газонепроницаемым полым телом (1).

22. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в твердом основании (4) расположен оптоволоконный температурный датчик (9).

23. Устройство по п.22, отличающееся тем, что оптоволоконный температурный датчик (9) соединен с анализатором (10).

24. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на первом отверстии (2) и/или втором отверстии (3) в газовом потоке расположен датчик (12) для определения газовой смеси.

25. Устройство по п.1, отличающееся тем, что высокочастотный генератор (8) дает напряжение с частотой 13,56 или 27 МГц.

26. Устройство по п.1, отличающееся тем, что рядом с первым отверстием (2) расположено средство для добавления передающей среды (11) для инициации термохроматографического импульса.

27. Устройство по п.26, отличающееся тем, что передающая среда (11) является водой.

28. Устройство по п.1, отличающееся тем, что твердое основание (4) является адсорбирующим материалом, предпочтительным образом активированным углем, цеолитом различной структуры, пористыми металлическими оксидами или их смесями.

29. Устройство по п.28, отличающееся тем, что адсорбирующий материал выполнен гидрофильным, предпочтительным образом является гидрофильным цеолитом, в частности цеолитом 3А, цеолитом 4А, цеолитом NaY или цеолитом 13Х.

30. Устройство по п.28, отличающееся тем, что адсорбирующий материал выполнен гидрофобным, предпочтительным образом является деалюминированным Y-цеолитом с высоким соотношением S1/Al.

31. Устройство по п.28, отличающееся тем, что адсорбирующий материал имеет высокую пористость с удельными поверхностями более 100 м²/г, предпочтительным образом более 200 м²/г.

32. Устройство по п.28, отличающееся тем, что адсорбирующий материал является насыпным веществом с размером частиц от 0,1 до 10 мм, предпочтительным образом от 1 до 5 мм, еще предпочтительнее от 1 до 3 мм.

33. Устройство по п.1, отличающееся тем, что адсорбированный из газового потока компонент является неорганическим или органическим газом, предпочтительным образом двуокисью углерода, кислородом, летучими органическими соединениями или серными соединения и/или водой.

34. Устройство по п.1, отличающееся тем, что твердое основание (4) содержит катализатор.

35. Устройство по п.34, отличающееся тем, что катализатор является благородным металлом, предпочтительным образом платиной или палладием, или перовскитом.

36. Устройство по п.34 или 35, отличающееся тем, что катализатор нанесен на пористые материалы-носители с пористостью 0,2-0,7.

37. Устройство по п.1, отличающееся тем, что объем твердого основания (4) составляет 0,001-100 м ³, предпочтительным образом 0,01-10 м³, еще предпочтительнее 0,1-10 м³.