分子篩的微波再生技術的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明將微波通過波導管直接導入需要再生的分子篩容器中，相當于把需要再生的分子篩直接置于微波場中。在利用氣流通過分子篩容器，將被吸附物質(zhì)帶出，從而實現(xiàn)分子篩的再生。本發(fā)明所提供的再生方法可以在非常短的時間內(nèi)實現(xiàn)分子篩的再生，并且節(jié)能、高效、安全可控、裝置簡單、操作方便。
【專利說明】
分子篩的微波再生技術
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于分子篩應用領域，具體涉及分子篩的再生技術。
【背景技術】
[0002]分子篩(又稱合成沸石)是一種多孔的陶瓷類固體顆粒，它具有均勻的微孔，其孔徑與一般分子大小相當。分子篩對物質(zhì)的吸附來源于物理吸附(范德華力)，其晶體孔穴內(nèi)部有很強的極性和庫侖場，對極性分子(如水)和不飽和分子表現(xiàn)出強烈的吸附能力，一般分子篩的對水的飽和吸附量可以達到重量的8?12%。
[0003]由于分子篩可以選擇性吸附一些極性分子，因此在工業(yè)裝置中通常作為吸附劑來使用。例如:在天然氣的處理過程中，為了便于天然氣的儲存和運輸，需要用壓縮機把天然氣加壓液化，由于水和二氧化碳的冰點溫度太高，在這個處理過程中天然氣中含的微量水分或微量的二氧化碳很容固化(結冰)，從而導致工藝設備破壞。所以在實際工業(yè)裝置中必須要使天然氣中的含水量小于lppm，二氧化碳的含量少于50ppm。為了到達這個目的，使用分子篩作為吸收劑是較好的選擇。通常的天然氣處理裝置單套每天處理的天然氣量在I萬立方到300萬立方，要實現(xiàn)天然氣的水含量降低到3ppm以下每天需要的分子篩數(shù)以噸計(6?60噸)分子篩，分子篩吸附一定水分后(8?12% )達到飽和狀態(tài)，不再具有吸附功會K。
[0004]不再具備吸附功能的分子篩就需要再生處理。目前，分子篩再生的方法都是通過對分子篩加熱，把熱能通過分子篩傳給被吸附物質(zhì)的分子，被吸附的物質(zhì)分子獲得的熱能迅速變成分子能，分子運動加劇，當分子動能足以克服分子篩對它的吸附時，分子便游離出來，分子篩得以再生。由于分子篩的型號不同再生需要的溫度也不盡相同，一般需要加熱150-250攝氏度，分子篩才能取得較好的再生效果，在150-250度范圍內(nèi)，溫度越高分子篩的再生效果就越好。
[0005]對于傳統(tǒng)的再生方法來說，分子篩被加熱是再生過程中最關鍵和最重要的一個過程，在這個過程中被吸附的物質(zhì)分子獲得能力，運動加劇，擺脫了分子篩的吸附力，以多種狀態(tài)游離在分子篩的空腔內(nèi)或跑到分子篩顆粒與顆粒之間的空隙，這是通入一定量氣體就可以把被吸附的物質(zhì)帶出，這一過程也可以輔采取變壓(減壓)方式以加速被吸附物質(zhì)的排出。
[0006]常用方法有氣體加熱方式和直接加熱方式:
[0007]1，氣體加熱方式:選擇某種適合的氣體(空氣、氮氣、C02、其他原料氣等)，通過加熱爐把氣體加熱后連續(xù)通入分子篩容器，這樣逐步把分子篩加熱到需要的再生溫度。其缺點在于:由于分子篩到熱性能很差，傳熱速度慢，能耗非常大。由于氣流溫度高循環(huán)技術難度大，如果能夠使熱氣流循環(huán)通過分子篩容器，這樣就可以節(jié)省部分能源，由于分子篩需要被加熱到200多度，氣流的溫度需要近300度，解決循環(huán)動力也是一個難題，雖然有高溫風機可以提供循環(huán)動了，由于高溫條件下風機的密封問題、溫度變形問題等都會導致系統(tǒng)運行故障和裝置的使用壽命，所以大多數(shù)裝置都沒有采用循環(huán)系統(tǒng)。
[0008]2，直接加熱方式:對于用量較少的分子篩也可以直接通過電加熱棒、加熱板、遠紅外加熱板、導熱油等加熱方式，直接與分子篩物料接觸加熱。其缺點在于:由于分子篩的主要成分是結晶態(tài)的硅酸鹽或硅鋁酸鹽，加之分子篩的多空特性，使得分子篩的導熱性很差，升溫速度很慢，每次再生過程都需要較長時間5-8小時，同時也消耗大量能源。這種加熱方式熱效率底、加熱時間長、加熱不均勻、溫差太大，導致分子篩的再生效果差。此外，由于分子篩傳熱速度慢，加熱源控制不好就會導致加熱體本身過熱損壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明目的:為了解決如上所述的現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提供了一種快速、高效、便捷的再生方法微波再生技術”，它能夠使被吸附的物質(zhì)分子在微波場(快速變換的電磁場)，迅速擺脫分子篩的吸附作用，達到再生條件。
[0010]傳統(tǒng)的再生法是首先把分子篩加熱到一定溫度，吸附在分子篩內(nèi)物質(zhì)吸收熱能，熱能變化成分子動能，分子運動加劇從而擺脫分子篩的吸附作用，分子篩的溫度必須維持在一定溫度以上，溫度降低分子的動能變小，運動變慢，極性分子又會被分子篩吸附。
[0011]而本發(fā)明所提供的再生方法與其完全不同，第一，分子篩在微波場中它本身的極性和庫倫場遭受快速變化的強電場干擾，瞬間失去對被吸附分子吸附作用；第二，被吸附的極性分子在微波場中快速運動、震動等，可以直接擺脫分子篩對它的吸附并從分子篩的吸附表面游離出來。第三，由于極性分子在微波場的劇烈運動，溫度快速升高(在很短的時間內(nèi)就可以達到傳統(tǒng)方法要求的再生溫度)，從而加劇了分子運動，這使得分子篩的再生變得更加徹底。
[0012]為了實現(xiàn)這一目的，如何將微波引入容器中，以及如何使微波分散均勻，是至關重要的問題，本發(fā)明通過以下手段來實現(xiàn):
[0013]技術方案:本發(fā)明利用波導管將微波直接導入需要再生的分子篩容器中，并在容器內(nèi)產(chǎn)生均勻的微波場，使分子篩上的被吸附物游離出來；向該容器中通入氣體，利用氣流將被吸附物質(zhì)帶出。所述分子篩容器為金屬容器。
[0014]所述的波導管分為內(nèi)波導管和外波導管，分別設置于容器內(nèi)與容器外，容器的界面處設置非金屬盲板，或設置高壓閥門。所述的內(nèi)波導管管壁為非屏蔽的，可以使微波從管壁導出；所述外波導管管壁為屏蔽的。這是因為本發(fā)明的微波時通過磁控管產(chǎn)生，磁控管是不能受壓的電器設備，分子篩容器在生產(chǎn)過程中有很高的工作壓力，微波再生需要一個微波通道連接分子篩容器和磁控管，必然有一個高壓與常壓的過度面，本再生技術的過度面是選用高強度的非金屬材料盲板實現(xiàn)微波從常壓去向高壓區(qū)傳到，這種高強度盲板可以使微波通過，正常生產(chǎn)狀態(tài)下的高壓工藝氣體卻被很安全的阻止在容器內(nèi)部；另外的一個替代性的方案就是在該界面安裝高壓閥門建立個微波通道，再生時閥門打開，正常生產(chǎn)時閥門關閉。優(yōu)選的，在高強度非金屬盲板的外側(cè)安裝多孔金屬屏蔽板，能夠保證容器能夠在高壓下生產(chǎn)，同時又能保證再生過程中微波不泄漏，
[0015]微波在容器外的傳輸通過外波導管實現(xiàn)，所述的外波導管管壁為屏蔽的，為常見的波導管。外波導管可以是方形或圓形導管，材質(zhì)為常用金屬(鋁合金、不銹鋼、碳鋼)，外波導管不需要承壓。
[0016]微波在容器內(nèi)的傳輸和分布通過內(nèi)波導管實現(xiàn)，所述的內(nèi)波導管管壁為非屏蔽的，可以使微波從管壁導出。內(nèi)波導管可以是金屬或非金屬材料，需要承受正常生產(chǎn)過程的壓力，它可以是非金屬實心圓柱體，也可以是開有微波出口的金屬管。使用非金屬材料時，可以選用陶瓷或玻璃的實心管。也可以選用金屬管，所述的金屬管的管壁必須開設微波孔或微波槽。
[0017]在試驗中我們還發(fā)現(xiàn)，如果容器長度較長，會出現(xiàn)靠近微波輸入端的分子篩接受到的微波能量較多，而靠近波導管末端(即遠離入口處)的分子篩接受到的微波能量較少的這種現(xiàn)象，為了解決這一問題，我們將內(nèi)波導管微波槽的分布做了調(diào)整，從微波輸入端至末端，管壁上的孔或槽逐漸增多，其分布逐漸由疏到密。對于陶瓷或玻璃制成的波導管來說，從微波輸入端至末端，波導管的密度從大到小逐漸減少。通過調(diào)整孔的分布情況以及調(diào)整密度這兩種手段，可以使得微波在容器中分布的更加趨于均勻。
[0018]由于微波場中電場改變方向達每秒幾十億次，電場的強度也遠遠超過分子篩本身晶體孔穴內(nèi)部的極性和庫侖場，分子篩即刻失去對極性分子的吸附作用；如此同時，被吸附的極性分子在微波場(高速變換的電場)作用下也快速地運動、旋轉(zhuǎn)、碰撞、震動并產(chǎn)生大量的熱能，溫度快速升高，隨著溫度的升高，分子的運動進一步加劇，被吸附分子完全擺脫了分子篩的吸附，并游離出來。
[0019]此時，我們將氣體通過分子篩容器，利用氣流就可以把游離出來的被吸附物質(zhì)置換出來，從而實現(xiàn)分子篩的再生。在這一過程中，如果通入分子直徑小于分子篩孔徑的氣體，會有更好的效果，氣流可以完全進入分子篩的空腔，把所吸附物質(zhì)帶走，使得再生更加徹底。
[0020]微波波長越長，頻率就越低，但穿透能力就越好。本發(fā)明可以使用的微波的頻率范圍為500MHz?13GHz?？紤]到分子篩再生過程中微波的穿透力，本發(fā)明所述的再生方法優(yōu)選使用915Mhz微波或其它波長更長的微波。
[0021]由于微波也是一種不斷變化的電磁場，它只對極性分子起作用，這跟分子篩的吸附機理完全一致，微波再生適用于各種類型的分子篩的再生。極性分子能被分子篩吸附，同理其在微波場中也會劇烈運動。因此，本發(fā)明所提供的再生技術可以應用于多種類型和形狀的分子篩，如:3A型、4A型、5A型、13X等，也不論分子篩的形狀是柱狀、球星或其它多面體狀。
[0022]有益效果:本發(fā)明所提供的再生方法可以在非常短的時間內(nèi)實現(xiàn)分子篩的再生，通過專用微波導管把微波導入分子篩容其中，不需要把分子篩從容器其中取出，減少了分子篩的裝填困難，同時也避免了分子篩的損壞。并且節(jié)能、高效、安全可控、裝置簡單、操作方便。
[0023]本發(fā)明所提供的再生技術將會有利于分子篩的在各個工業(yè)領域的廣泛使用，尤其是各種工業(yè)氣體處理領域，如:天然氣的凈化裝置，各種空氣處理裝置等。它可以大大降低能耗，同時減少工業(yè)氣體的排放，改善環(huán)境。這一技術應用還可以大大降低工廠的運行成本，提尚經(jīng)濟效益。
【附圖說明】
[0024]圖1本發(fā)明的示意圖【具體實施方式】:
[0025]本發(fā)明通過合理設計分子篩容器、微波導管的尺寸和結構，把微波直接導入分子篩容器，實現(xiàn)分子篩的在線微波再生。如圖1所示，所述的波導管分為外波導管和內(nèi)波導管，外波導管可以是方形或圓形導管，材質(zhì)為常用金屬(鋁合金、不銹鋼、碳鋼)，外波導管不需要承壓，是常見的波導管；內(nèi)波導管可以是金屬或非金屬材料，需要承受正常生產(chǎn)過程的壓力，可以是陶瓷或玻璃制的實心圓柱體，也可以是開有微波孔或微波槽的不銹鋼管。
[0026]根據(jù)容器總長度選擇內(nèi)波導管的長度和開孔位置，使微波分布均勻。當容器長度較長時，為了使微波分布均勻，內(nèi)波導管微波槽的分布必須調(diào)整，從微波輸入端至末端，管壁上的孔或槽逐漸增多，其分布逐漸由疏到密。對于陶瓷或玻璃制成的波導管來說，從微波輸入端至末端，波導管的密度從大到小逐漸減少。通過調(diào)整孔的分布情況以及調(diào)整密度這兩種手段，可以使得微波在容器中分布的更加趨于均勻。
[0027]以上詳細描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細節(jié)，在本發(fā)明的技術構思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術方案進行多種等同變換，這些等同變換均屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0028]實施例1:
[0029]在自然狀態(tài)下(常溫、常壓)，取球型(2-3mm)A3分子篩500克，裝入透明玻璃杯狀容器中，放在2.45GHz微波爐(功率0.7Kw)中3分鐘，測分子篩表面溫度約136攝氏度，觀察底層分子篩有液態(tài)水痕跡，部分分子篩被浸濕，自然環(huán)境下密封冷卻2分鐘，稱分子篩重為質(zhì)量減輕468克，減重6.4%。
[0030]實施例2:
[0031]第二次實驗，更換不同分子篩廠家生產(chǎn)的3A型號分子篩，取自然狀態(tài)下分子篩1000克放玻璃杯中，放在2.45GHz,0.7Kw微波爐中5分鐘，測分子篩表面溫度約156攝氏度，觀察杯壁有明顯霧氣，取出后冷卻3分鐘立即稱量(尚未完全冷卻)，此時分子篩重量為932克，推算分子篩減重68/1000 = 6.8%0
[0032]實施例3:
[0033]在自然狀態(tài)下(常溫、常壓)，取球型(2-3mm) A3分子篩6，000克，放在微波實驗專用容器里，分子篩厚度40mm，把裝有分子篩的容器放入915MHz的微波箱中，微波功率20Kw，啟動微波發(fā)生器，通過視窗可以觀察到分子篩表面有煙霧產(chǎn)生，溫度計顯示溫度逐步升高，五分鐘后篩表面溫度約150攝氏度。關閉微波發(fā)生器(磁控管)，分子篩在箱內(nèi)冷卻5分鐘后，取出稱重為5530克，減少重量470克，減重470/6000 = 7.8%。取相同條件和批次的分子篩500克，實測含水量為12%。
[0034]從實施例1?實施例3，采用微波進行再生，與傳統(tǒng)的加熱再生相比，具有再生速度快，能耗低等特點。無論是2.45GHz的微波場還是915MHz的微波場都對已吸附水的分子篩作用明顯，有著較好的減重效果，即分子篩中的吸附水被釋放，分子篩得到再生。
[0035]但是，工業(yè)生產(chǎn)中，如果從容器外側(cè)進行微波處理，將會損失大量的能量，且難以控制微波的泄露。如果采用本發(fā)明所提供的方法將微波引入容器內(nèi)部，將可以很好的解決這一難題。詳見下述實施例
[0036]實施例4:
[0037]常溫常壓下取3A分子篩700公斤(約I立方米)，放入金屬分子篩容器(1.2立方米)，直徑I米，高度1.6米。通過波導管把磁控管與容器連接，外波導管為常規(guī)波導管，設置于容器外，內(nèi)波導管為陶瓷實心圓柱體，設置于容器內(nèi)，容器的界面處設置高強度非金屬盲板，在高強度非金屬盲板的外側(cè)安裝多孔金屬屏蔽板，確保微波無泄漏的導入容器中，磁控管功率20Kw，頻率915MHz。一切準備就緒后開機，微波通過波導管進入分子篩容器，同時向容器內(nèi)通入氮氣，每分鐘流量約5立方米。通過安裝在分子篩罐上的測溫儀記錄溫度變化。
[0038]通過實驗數(shù)據(jù)分析，915MHz的微波對分子篩的穿透能較好，大約2小時分子篩溫度達到200度，3小時外層溫度達到230度，達到分子篩完全再生條件，分子篩的脫水率10.5%,分子篩的再生程度超過90%，完全滿足設計要求。
[0039]實施例5:
[0040]常溫常壓下取3A分子篩700公斤(約I立方米)，放入金屬分子篩容器(1.2立方米)，直徑I米，高度1.6米。通過波導管把磁控管與容器連接，外波導管為常規(guī)波導管，內(nèi)波導管為開有微波槽的不銹鋼管，內(nèi)波導管與外波導管分別設置于容器內(nèi)與容器外，容器的界面處設置高壓球閥，建立個微波通道，再生時閥門打開，正常生產(chǎn)時閥門關閉。確保微波無泄漏的導入容器中，磁控管功率20Kw，頻率915MHz。一切準備就緒后開機，微波通過波導管進入分子篩容器，同時向容器內(nèi)通入氮氣，每分鐘流量約3立方米。通過安裝在分子篩容器上的測溫儀記錄溫度變化。
[0041]通過實驗數(shù)據(jù)分析，915MHz的微波對分子篩的穿透能較好，大約2小時分子篩溫度達到200度，3小時外層溫度達到230度，達到分子篩完全再生條件，分子篩的脫水率10%,分子篩的再生程度超過90%，完全滿足設計要求。
[0042]實施例6:
[0043]常溫常壓下取3A分子篩700公斤(約I立方米)，放入金屬分子篩容器(1.2立方米)，直徑I米，高度1.6米。通過波導管把磁控管與容器連接，外波導管為常規(guī)波導管，內(nèi)波導管為開有微波槽的不銹鋼管，從微波輸入端至末端，管壁上的孔或槽逐漸增多，其分布逐漸由疏到密。容器的界面處設置高強度非金屬盲板，在高強度非金屬盲板的外側(cè)安裝多孔金屬屏蔽板，確保微波無泄漏的導入容器中，磁控管功率20Kw，頻率915MHz。一切準備就緒后開機，微波通過波導管進入分子篩容器，同時向容器內(nèi)通入氮氣，每分鐘流量約6立方米。通過安裝在分子篩罐上的測溫儀記錄溫度變化。
[0044]通過實驗數(shù)據(jù)分析，915MHz的微波對分子篩的穿透能較好，大約2小時分子篩溫度達到200度，3小時外層溫度達到230度，達到分子篩完全再生條件，分子篩的脫水率10.8%,分子篩的再生程度超過91 %，完全滿足設計要求。
[0045]另外需要說明的是，本發(fā)明并不限于上述實施例中的具體細節(jié)，其工藝條件及參數(shù)都可以做相應的調(diào)整。例如分子篩的裝入量、容器的體積、磁控管的功率等。上述具體實施例中所描述的各個具體技術特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，例如，導入微波和通入氮氣的順序可以調(diào)整。
【主權項】
1.一種分子篩的再生方法，其特征在于利用波導管將微波直接導入需要再生的分子篩容器中，并在容器內(nèi)產(chǎn)生均勻的微波場，在微波的作用下，使分子篩上的被吸附物游離出來；向該容器中通入氣體，利用氣流將被吸附物質(zhì)帶出。2.如權利要求1所述的分子篩再生方法，其特征在于所述的波導管分為內(nèi)波導管和外波導管，分別設置于容器內(nèi)與容器外，容器的界面處設置非金屬盲板，或設置高壓閥門。3.如權利要求2所述的分子篩再生方法，其特征在于所述的內(nèi)波導管管壁為非屏蔽的，可以使微波從管壁導出；所述外波導管管壁為屏蔽的。4.如權利要求2所述的分子篩再生方法，其特征在于所述內(nèi)波導管為陶瓷或玻璃。5.如權利要求4所述的分子篩再生方法，其特征在于所述的內(nèi)波導管，從微波輸入端至波導管末端，其密度從大到小逐漸減少。6.如權利要求2所述的分子篩再生方法，其特征在于所述內(nèi)波導管為金屬管，其管壁開設微波孔或微波槽。7.如權利要求6所述的分子篩再生方法，其特征在于所述內(nèi)波導管，從微波輸入端至波導管末端，其管壁上的微波孔或微波槽逐漸增多，分布逐漸由疏到密。8.如權利要求1至7任意一項權利要求所述的分子篩再生方法，其特征在于所述氣體的分子直徑小于分子篩的孔徑。9.如權利要求1至7任意一項權利要求所述的分子篩再生方法，其特征在于所述的微波的頻率為500MHz?13GHz。10.如權利要求1所述的分子篩再生方法，其特征在于所述的分子篩容器為金屬容器。
【文檔編號】B01J20/18GK106031864SQ201510106787
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2015年3月11日
【發(fā)明人】公維生, 王錦勇, 王英軍
【申請人】公維生, 王錦勇, 王英軍