DISPOSITIVO PARA EL TRATAMIENTO DE GASES, ESPECIALMENTE PARA EL SECADO DE GAS NATURAL Y BIOGAS.

1. Dispositivo para el tratamiento de gases, especialmente para el secado de gas natural y biogás,

mediante adsorción en un lecho de materia sólida y una posibilidad de regeneración térmica del lecho de materia sólida, comprendiendo:

- un cuerpo hueco (1) que forma un espacio para la adsorción,

- un lecho de materia sólida (4) dispuesto en el cuerpo hueco (1), que es adecuado para adsorber al menos parcialmente al menos un componentes de gas,

- un primer orificio (2) que es adecuado para introducir la mezcla de gases en el cuerpo hueco (1),

- un segundo orificio (3) que es adecuado para evacuar la mezcla de gases del cuerpo hueco (1) y

- al menos un electrodo (5, 6) que está conectado a un generador de alta frecuencia (AF) (8) con una frecuencia de entre 1 y 50 MHz,

caracterizado por el hecho de que el al menos un electrodo (5, 6) forma una parte del cuerpo hueco impermeable al gas (1) y/o está conectado eléctricamente a este y/o al menos una parte de al menos un electrodo (5, 6)está dispuesta dentro del lecho de materia sólida (4) y que adyacente al segundo orificio (3) en el lecho de materia sólida (4) está posicionado un sensor de humedad (15).

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el lecho de materia sólida (4) llena al menos 50%, preferiblemente 70%, aún más preferiblemente 90% del cuerpo hueco impermeable al gas(1).

3. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el primer orificio (2) y el segundo orificio (3) está dispuesto entre el cuerpo hueco impermeable al gas (1).

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que en el primer orificio (2) está dispuesto al menos un medio para el suministro de la mezcla de gases.

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que en el segundo orificio (3) está dispuesto al menos un medio para la evacuación de la mezcla de gases.

6. Dispositivo según la reivindicación 4 ó 5, caracterizado por el hecho de que los medios para el suministro y los medios para la evacuación de la mezcla de gases están formados de manera de realizar un flujo de gas continuo.

7. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el al menos un electrodo (5, 6) tensa al menos 50%, preferiblemente al menos 70%, aún mas preferiblemente al menos 90% el lecho de materia sólida (4) a lo largo de su expansión espacial máxima.

8. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el cuerpo hueco está realizado impermeable al gas (1) como cilindro o paralelepípedo.

9. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado por el hecho de que el al menos un electrodo (5, 6) forma la superficie base del cuerpo hueco cilíndrico o del cuerpo hueco (1) en forma de paralelepípedo.

10. Dispositivo según la reivindicación 8 ó 9, caracterizado por el hecho de que el al menos unelectrodo (5, 6) es impermeable al gas y/o perforado.

11. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el al menos un electrodo (5, 6) está conectado a un medio para la alimentación de una tensión de alta frecuencia.

12. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el al menos un electrodo (5, 6) es un electrodo de placas.

13. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado por el hecho de que el al menos un electrodo (5, 6) es un electrodo de barra.

14. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecha de que el dispositivo presenta dos electrodos (5, 6).

15. Dispositivo según la reivindicación 14, caracterizado par el hecho de que uno de los dos electrodos es un electrodo frío (5) puesto a tierra y uno de los dos electrodos es un electrodo caliente (6).

16. Dispositivo según la reivindicación 14 ó 15, caracterizada por el hecho deque los electrodos (5, 6) están dispuestos en paralelo.

17. Dispositivo según la reivindicación 14 ó 15, caracterizado por el hecho de que los electrodos (5, 6) están dispuestos coaxialmente.

18. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el dispositivo presenta más de dos electrodos (5, 6).

19. Dispositivo según la reivindicación 18, caracterizado por el hecho de que el dispositivo presenta un electrodo caliente (6) y varios electrodos fríos (5).

20. Dispositivo según una de las reivindicaciones 15 a 19, caracterizado por el hecho de que el electrodo frío (5) está conectado eléctricamente al cuerpo hueco (1).

21. Dispositivo según una de las reivindicaciones 15 a 20, caracterizado por el hecho de que el electrodo frío (5) es al menos 50%, preferiblemente al menos 70%, aún más preferiblemente al menos 90 % del cuerpo hueco impermeable al gas (1) mismo.

22. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que en el lecho de materia sólida (4) está dispuesto un sensor de temperatura fibróptico (9).

23. Dispositivo según la reivindicación 22, caracterizado por el hecho de que el sensor de temperatura de fibra óptica (9) está conectado a un aparato de evaluación (10).

24. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que en el primer orificio (2) y/o el segundo orificio (3) en el flujo de gas está dispuesto un sensor (12) para la caracterización de la mezcla de gases.

25. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el generador de AF (8) proporciona una tensión con una frecuencia de 13,56 o 27 MHz.

26. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que adyacente al primer orificio (2) está dispuesto un medio para la adición de un medio de transmisión (11) para la iniciación de un impulso termo-cromatográfico.

27. Dispositivo según la reivindicación 26, caracterizado por el hecho de que el medio de transmisión (11) es agua.

28. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el lecho de materia sólida (4) es un material adsorbente, preferiblemente carbón activado, una zeolita de diferentes estructuras, óxido de metal poroso o mezclas de eso.

29. Dispositivo según la reivindicación 28, caracterizado por el hecho de que el material adsorbente es hidrófilo, preferiblemente una zeolita hidrófila, especialmente zeolita 3A, zeolita 4A, zeolita NaY o zeolita 13X.

30. Dispositivo según la reivindicación 28, caracterizado por el hecho de que el material adsorbente es hidrófobo, preferiblemente una zeolita Y desaluminada con una alta relación de Si/Al.

31. Dispositivo según una de las reivindicaciones 28 a 30, caracterizado por el hecho de que el material adsorbente presenta una alta porosidad con superficies específicas mayores que 100 m{sup,2}/g, preferiblemente mayores que 200 m{sup,2}/g.

32. Dispositivo según una de las reivindicaciones 28 a 31, caracterizado por el hecho de que el material adsorbente es un producto a granel con una granulometría de 0,1 a 10 mm, preferiblemente de 1 a 5 mm y aún más preferiblemente de 1 a 3 mm.

33. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el componente adsorbido del flujo de gas es un gas inorgánico u orgánico, preferiblemente dióxido de carbono, oxígeno, compuestos orgánicos volátiles o compuestos sulfúricos y/o agua.

34. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el lecho de materia sólida (4) contiene un catalizador.

35. Dispositivo según la reivindicación 34, caracterizado por el hecho de que el catalizador es un metal noble, preferiblemente platino o paladio, o es un Perowskit.

36. Dispositivo según la reivindicación 34 o 35, caracterizado por el hecho de que el catalizador es aplicado sobre materiales de soporte porosos con una porosidad de entre 0,2 y 0,7.

37. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el volumen del lecho de materia sólida (4) es de 0,001 a 100 metros cúbicos, preferiblemente de 0,01 a 10 metros cúbicos, aún más preferiblemente de 0,1 a 10 metros cúbicos

Dispositivo para el tratamiento de gases, especialmente para el secado de gas natural y biogás.

La invención se refiere a un dispositivo para el tratamiento de gases, especialmente para el secado de gas natural y biogás, con el objetivo de eliminar componentes seleccionados, conteniendo un lecho de materia sólida con un componente adsorbente, que es apto para enriquecer al menos temporalmente estos componentes, que se halla al menos parcialmente en el margen de influencia de al menos un electrodo para introducir energía de alta frecuencia (AF), que a su vez está conectado, preferiblemente por medio de una red de adaptación electrónica, a una fuente de tensión de AF, para calentar dieléctricamente el lecho sólido.

Especialmente el dispositivo puede ser utilizado para el secado de gases, preferiblemente gas natural y biogás, eliminando agua en una primera fase de manera adsorbente del flujo de gas y eliminando el agua del lecho sólido en otra fase por terrnodesorción, por lo cual el lecho sólido es calentado dieléctricamente directamente mediante la energía de AF.

La separación de materia mediante adsorción y subsiguiente regeneración térmica del material adsorbente es un proceso ampliamente difundido en la técnica de los procesos químicos. Especialmente esta tarea se plantea durante el tratamiento de gas natural y biogás, para poder suministrarlos según la especificación técnica a las redes de abastecimiento de gas existentes.

El secado de gas por ejemplo es imprescindible para impedir fenómenos de condensación durante el aumento de presión. Además puede dar lugar a una corrosión indeseada por la acción conjunta del agua y otros componentes del gas (p. ej. H₂S en caso de biogás).

La utilización técnica de gas natural y biogás requiere en muchos casos además la eliminación de compuestos sulfúricos, dióxido de carbono u oxígeno así como otros componentes.

Para el secado de gas según el estado de la técnica hay disponibles fundamentalmente sobre todo tres principios del proceso: proceso de condensación, proceso de secado de gas por adsorción y absorción como por ejemplo el lavado de glicol.

El dispositivo según la invención está relacionado con el proceso de adsorción para la separación del gas. El principio básico consiste en este caso en que los componentes de gas correspondientes son ligados al adsorbedor. Esto ocurre generalmente a una temperatura relativamente más baja, en la mayoría de los casos a temperatura ambiente. Como resultado, un flujo de gas abandona el lecho de materia sólida, empobreciendo el componente correspondiente. Para garantizar una dirección del proceso casi continua, el componente del adsorbedor debe ser regenerado de nuevo. Los procedimientos más establecidos para ello se basan en la desorción por reducción de la presión o aumento de la temperatura. Después de la regeneración y el tamizaje de las materias desorbidas, el lecho sólido queda disponible de nuevo para la limpieza adsorptiva o separación del gas.

Otra posibilidad de eliminación de determinados componentes de gas de una mezcla consiste en transformar estas sustancias por reacción. Para ello se utilizan generalmente las reacciones catalíticas. Un ejemplo es la eliminación de trazas de oxigeno del gas natural o biogás utilizando un catalizador de metal noble que cataliza la oxidación. Este proceso en la mayoría de los casos tiene lugar en caso de temperatura elevada.

El dispositivo según la invención debe servir para introducir energía de manera eficiente en un lecho de materia sólida, que sirve para el tratamiento de mezclas de gases, para iniciar procesos de desorción y de reacción.

Los procesos con cambio de temperatura están técnicamente establecidos, sin embargo el calentamiento de lechos de materia sólida es complicado en comparación con el calentamiento de medios fluidos, puesto que la conducción del calor dentro del lecho es generalmente más escasa. Así, el transporte de calor entre las partículas es limitado, puesto que ocurre preferiblemente sobre las superficies de contacto. Si el calor es introducido a través de paredes o elementos calefactores, la transmisión térmica por las superficies en el relleno tiene un efecto limitador.

Alternativamente, los lechos de materia sólida son calentados por el flujo de gas de soporte. En este caso sin embargo la escasa capacidad térmica del gas es limitativa para poder alcanzar indices de calentamiento. La concentración de las sustancias nocivas liberadas se une al flujo de gas de soporte necesario para el calentamiento. Esto conduce en muchos casos a una dilución indeseada. Por ejemplo la oxidación catalítica consecutiva de sustancias nocivas orgánicas, que ocurre por calentamiento del adsorbedor, debido a la dilución, ya no puede efectuarse de manera autotérmica, es decir, energéticamente efectiva.

Una regeneración térmica con vapor de agua, que es utilizada a menudo en el caso de carbón activo cargado con sustancias orgánicas, no resulta adecuada para las presentes aplicaciones para el tratamiento de gases.

El calentamiento dieléctrico directo de medios sólidos es discutido desde hace unos años como una alternativa innovadora y prometedora de éxito en procesos convencionales. La ventaja esencial de este proceso consiste en que la acumulación de energía no depende de un medio fluido auxiliar (p. ej. un flujo de gas de soporte), sino que se realiza directamente "sin flujo de materia". Hasta ahora sin embargo se podía imponer el calentamiento de microondas (MO) solamente en algunas zonas parciales. La causa de ello reside en el hecho de que la homogeneidad de los perfiles de temperatura logrados solamente es aceptable para volúmenes pequeños (en el rango de cm³) y que para muchos medios las profundidades de penetración de la radiación de microondas son demasiado escasas para una aplicación técnica. Además, las matrices acuosas cambian sus características dieléctricas de manera significante con el cambio de la humedad. Además, en el rango de microondas la posibilidad de acumulación de energía en si depende en la mayoría de los casos de la existencia de agua. Esto da lugar a que los materiales secos o materiales con escasa humedad frecuentemente no puedan ser calentados con microondas. Además, generalmente es imposible de acoplar siempre eficientemente las ondas electromagnéticas durante el proceso con humedad variable del adsorbedor. El resultado generalmente es una reflexión de las ondas electromagnéticas después del secado del material, de modo que la energía acumulada ya no produce el calentamiento del lecho sólido.

La tarea de la presente invención es superar las desventajas descritas según el estado de la técnica y proveer un dispositivo que permita calentar los lechos de materia sólida de diferentes materiales con humedad y polaridad variable de manera eficiente en lo que se refiere a la energía y calentarlos de manera homogénea en caso de necesidad, para permitir diversos procesos iniciados térmicamente como la deserción en general, regeneración de lechos sólidos utilizados para el secado de gases en especial así como transformaciones catalíticas de sustancias adsorbidas.

La tarea de la invención es solucionada según la reivindicación independiente. Las reivindicaciones secundarias comprenden formas de realización preferidas.

Según la invención, se provee un dispositivo para la separación de componentes de una mezcla de gases mediante adsorción en un lecho de materia sólida, que comprende un cuerpo hueco impermeable al gas, que forma una cámara de reacción para la adsorción, un lecho de materia sólida dispuesto en el cuerpo hueco impermeable al gas, que es adecuado para adsorber al menos parcialmente al menos un componente de gas, un primer orificio, que es adecuado para introducir la mezcla de gas en el cuerpo hueco impermeable al gas, un segundo orificio que es adecuado para evacuar la mezcla de gas del cuerpo hueco impermeable al gas y al menos un electrodo que está conectado a un generador de alta frecuencia (AF), en el cual el al menos un electrodo es una parte del cuerpo hueco impermeable al gas y1o al menos una parte de al menos un electrodo está dispuesto dentro del lecho de materia sólida y donde un sensor de humedad está posicionado adyacente al segundo orificio en el lecho de materia sólida. El concepto "impermeable al gas" se entiende aquí y en lo sucesivo que el flujo de gas parasitario que abandona el receptáculo involuntariamente es muy pequeño en comparación con el flujo de gas que entra por los orificios previstos para...

1. Dispositivo para el tratamiento de gases, especialmente para el secado de gas natural y biogás, mediante adsorción en un lecho de materia sólida y una posibilidad de regeneración térmica del lecho de materia sólida, comprendiendo: