СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ СОРБЕНТА Российский патент 2015 года по МПК B01J20/34 H05B6/64 

Предлагаемое изобретение относится к технологии регенерации сорбентов - веществ, способных поглощать и удерживать нежелательную влагу (сорбаты). Изобретение может быть использовано в любой отрасли, где используют сорбенты, например в технологии осушки природного газа.

Известен способ регенерации сорбентов по патенту на изобретение №2438774, в котором сорбент помещают в камеру, где подвергают воздействию сверхвысокочастотного (СВЧ) излучения. Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является установка для адсорбционной сушки газа по патенту РФ на полезную модель №134441 - прототип. Указанное устройство содержит два вертикально установленных цилиндра, наполненных сорбентом. К верхнему основанию каждого цилиндра прикреплен источник СВЧ-излучения - магнетрон. Для осушки газ пропускают сначала через сорбент в первом цилиндре. После насыщения влагой сорбента в первом цилиндре поток газа для осушки переключают на второй цилиндр. В это время влажный сорбент в первом цилиндре регенерируют путем воздействия СВЧ-излучения, направленным сверху вниз. Излучение поглощается влагой, которая испаряется. Для удаления паров продувают сквозь сорбент сухой воздух, который подают через нижнее основание. Воздух выдавливает пар через патрубок у верхнего основания в окружающую атмосферу.

К недостаткам прототипа следует отнести неэкономичность и отсутствие экологической защиты, поскольку горячий пар, возможно, с нежелательными примесями выбрасывается прямо в атмосферу. Кроме того, данная технология недостаточно эффективна, поскольку при направленности сверху вниз СВЧ-излучение практически полностью поглощается в верхних, более влажных слоях сорбента, что увеличивает время, необходимое для регенерации всей засыпки сорбента.

Технической задачей является повышение эффективности, экономичности, экологической защищенности способа регенерации сорбента.

Технический результат достигается тем, что в способе регенерации сорбента, при котором сорбент помещают в емкость, оборудованную магнетроном, подвергают воздействию СВЧ-излучения от магнетрона для отделения сорбата, пропускают через сорбент продувочный газ для удаления паров сорбата, сорбент помещают в двустенную емкость, в межстенном пространстве которой расположен рекуперативный теплообменник, причем сорбент помещают во внутренний сосуд емкости слоями так, чтобы концентрация сорбата в сорбенте увеличивалась от нижнего слоя к верхнему слою, СВЧ-излучение направляют в сторону увеличения концентрации сорбата, при этом отработавший продувочный газ из внутреннего сосуда емкости пропускают через межстенное пространство для нагрева стенок внутреннего сосуда и рекуперативного теплообменника, направляют в конденсатор для охлаждения отработанного продувочного газа до точки росы, установленной для конденсации паров сорбата, указанный газ пропускают через рекуперативный теплообменник, после чего направляют во внутренний сосуд емкости.

В предложенном способе температуру сорбента измеряют двумя датчиками, расположенными на концах внутреннего сосуда, при этом мощность СВЧ-излучения регулируют по закону обратной зависимости от разности показаний датчиков. В способе образующийся в конденсаторе конденсат сорбата отводят в сборник для дальнейшей утилизации.

В конкретном примере предлагаемый способ использован в установке для регенерации цеолита - сорбента, который применяют для осушки природного газа. Доказано, что при прокачке природного газа для осушки через контейнер с цеолитом концентрация влаги в контейнере нарастает неравномерно. Ее величина больше у входного патрубка контейнера с цеолитом и меньше у выходного патрубка.

Цеолит регенерируют (восстанавливают) в следующем порядке. Контейнер с влажным цеолитом поворачивают так, чтобы слой с наибольшей концентрацией влаги располагался наверху. У контейнера отвинчивают крышку внизу и высыпают цеолит во внутренний сосуд двустенной емкости. Крышку сосуда закрывают. Затем включают магнетрон, встроенный в дно сосуда. Дно соединено патрубком с источником продувочного газа. В процессе регенерации цеолит подвергают воздействию СВЧ-излучения от магнетрона. Излучение направлено снизу вверх - от слоя цеолита с наименьшей влажностью к слою с наибольшей влажностью. Опытами доказано, что поглощение СВЧ-излучения прямо пропорционально концентрации влаги в цеолите. Таким образом, слабеющее при увеличении расстояния от магнетрона СВЧ-излучение равномерно поглощается столбом цеолита за счет увеличения влажности с высотой. При этом влага испаряется из всех слоев цеолита примерно с одинаковой скоростью (повышение эффективности).

Продувочный газ выдувает пары влаги из внутреннего сосуда через патрубок в крышке, который соединен с межстенным пространством двустенной емкости. Здесь горячая смесь газа и водяного пара обдувает рекуперативный теплообменник (далее - теплообменник), а также стенки внутреннего сосуда, нагревая их для предотвращения нежелательной конденсации паров внутри сосуда. Далее, отдавшую часть тепла теплообменнику газовую смесь направляют в конденсатор, где ее охлаждают до точки росы. В конденсаторе водяной пар конденсируется в капли воды, которые стекают на дно и отводятся в конденсатоотводчик (повышение экологической защиты). Затем осушенный продувочный газ пропускают через теплообменник для подогрева. Так рекуперируется тепло, затраченное на испарение влаги во внутреннем сосуде (повышение экономичности). Подогретый газ направляют снова во внутренний сосуд для продувки цеолита.

Для оптимального управления магнетроном используют сигналы датчиков температуры, которые установлены на дне и на крышке внутреннего сосуда. Если разность показаний датчиков достаточно велика, регенерация цеолита протекает нормально. Если показания датчиков начинают сближаться, мощность излучения повышают, чтобы обеспечить оптимальную скорость регенерации всех слоев цеолита.

Согласно описанной схеме на предприятии заявителя испытан предлагаемый к патентованию способ регенерации сорбента. Испытания показали хороший результат. Так, при опытной проверке в столбе цеолита диаметром 130 мм с остаточной влажностью 15% (масс.) при мощности магнетрона 1000 Вт и расходе продувочного газа 15 м³/час скорость десорбции составляла до 10 см/час, что по меньшей мере на 20% выше скорости, достигнутой в известных методиках.

Возможно применение предлагаемого способа для удаления другого сорбата. Для это следует использовать частоту СВЧ-излучения, характерную для данного сорбата. Для воды эта частота равна 2,45 ГГц. Характерные частоты для других сорбатов опубликованы в литературе.

Литература

1. Нетушил А.В. и др. Высокочастотный нагрев диэлектриков и полупроводников. - М.: Госэнергоиздат, 1959.

2. Пюшнер Г. Нагрев энергией сверхвысоких частот. - М.: Энергия, 1968.

Изобретение относится к сорбционным процессам и может быть использовано, например, для регенерации цеолита, использованного при осушке природного газа. Предложен способ регенерации сорбента, в котором сорбент помещают в емкость, нагревают СВЧ-излучением для отделения сорбата от сорбента, пропускают через емкость продувочный газ для удаления паров сорбата. Сорбент располагают в емкости так, что концентрация сорбата в сорбенте увеличивается от нижнего слоя сорбента к верхнему слою, при этом СВЧ-излучение направляют в сторону увеличения концентрации сорбата. Отработавшим продувочным газом, выходящим из емкости, обдувают стенки емкости снаружи. Изобретение обеспечивает повышение производительности процесса. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ регенерации сорбента, насыщенного сорбатом, при котором сорбент помещают в емкость, оборудованную магнетроном, подвергают воздействию СВЧ-излучения для испарения сорбата, пропускают через сорбент продувочный газ для удаления паров сорбата, отличающийся тем, что сорбент помещают в двустенную емкость, в межстенном пространстве которой расположен рекуперативный теплообменник, причем сорбент помещают во внутренний сосуд емкости слоями так, чтобы концентрация сорбата в сорбенте увеличивалась от нижнего слоя к верхнему слою, СВЧ-излучение направляют в сторону увеличения концентрации сорбата, при этом отработавший продувочный газ из внутреннего сосуда емкости пропускают через межстенное пространство для нагрева стенок внутреннего сосуда и рекуперативного теплообменника, направляют в конденсатор для охлаждения отработанного продувочного газа до точки росы, установленной для конденсации паров сорбата, затем указанный газ пропускают через рекуперативный теплообменник, после чего направляют во внутренний сосуд емкости.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что температуру сорбента измеряют двумя датчиками, расположенными на концах внутреннего сосуда, при этом мощность СВЧ-излучения регулируют по закону обратной зависимости от разности показаний датчиков.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что образующийся в конденсаторе конденсат сорбата отводят в сборник для дальнейшей утилизации.