DE102013111331A1 - Composite material, method for reducing the content of a low molecular weight substance in a carrier gas, method for transferring heat and method for carrying out a catalytic reaction - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Materialverbundteil (1) zur Speicherung und/ oder Leitung von Wärme, umfassend wenigstens eine metallische Komponente (10) sowie eine Komponente aus wenigstens einem Zeolithen (50), wobei das Materialverbundteil (1) mindestens einen Volumenbereich aufweist, in dem die metallische Komponente (10) von dem Zeolithen (50) zumindest abschnittsweise umhüllt ist. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Verringerung des Anteils eines niedermolekularen Stoffes in einem Trägergas, insbesondere zur Verringerung des Wasseranteils eines Trägergases, sowie ein Verfahren zur Übertragung von Wärme und ein Verfahren zur Durchführung einer katalytischen Reaktion.The invention relates to a material composite part (1) for storing and / or conducting heat, comprising at least one metallic component (10) and a component of at least one zeolite (50), wherein the composite material part (1) has at least one volume region in which the metallic component (10) of the zeolite (50) is at least partially wrapped. Furthermore, the present invention relates to a method for reducing the content of a low molecular weight substance in a carrier gas, in particular for reducing the water content of a carrier gas, and a method for transferring heat and a method for carrying out a catalytic reaction.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Materialverbundteil zur Speicherung und/oder Leitung von Wärme. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Verringerung des Anteils eines niedermolekularen Stoffes in einem Trägergas, insbesondere zur Verringerung des Wasseranteils eines Trägergases, sowie ein Verfahren zur Übertragung von Wärme und ein Verfahren zur Durchführung einer katalytischen Reaktion. The present invention relates to a composite material part for storing and / or conducting heat. Furthermore, the present invention relates to a method for reducing the content of a low molecular weight substance in a carrier gas, in particular for reducing the water content of a carrier gas, and a method for transferring heat and a method for carrying out a catalytic reaction.
Das erfindungsgemäße Materialverbundteil weist eine Komponente aus wenigstens einem Zeolithen auf. Unter Zeolithen versteht man üblicherweise wasserhaltige Gerüstsilikate, wobei ein Zeolith-Mineral eine kristalline Substanz ist, mit einer Struktur aus eckig verknüpften Tetraedern. Jeder Tetraeder hat vier Sauerstoffatome, die jeweils ein Kation umgeben. The composite material part according to the invention has a component of at least one zeolite. By zeolites is usually meant hydrous framework silicates wherein a zeolite mineral is a crystalline substance having a structure of angularly linked tetrahedra. Each tetrahedron has four oxygen atoms, each surrounding a cation.
Eine industrielle Anwendung eines Zeolithen ist unter anderem aus der
Zeolithe lassen sich als Wärmespeicher einsetzen. Nachteilig daran ist jedoch die geringe Wärmeleitfähigkeit der Zeolithe zwecks Abgabe der gespeicherten Wärme und/oder die starke Bindung von Flüssigkeiten durch die Zeolithe. Zeolites can be used as heat storage. The disadvantage of this, however, is the low thermal conductivity of the zeolites for the purpose of delivering the stored heat and / or the strong binding of liquids through the zeolites.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Materialverbundteil sowie ein Verfahren zur Verringerung des Anteils eines niedermolekularen Stoffes in einem Trägergas, insbesondere zur Verringerung des Wasseranteils, sowie ein Verfahren zur Übertragung von Wärme und ein Verfahren zur Durchführung einer katalytischen Reaktion zur Verfügung zu stellen, die in einfacher, zuverlässiger und kostengünstiger Weise die Speicherung bzw. Leitung von Wärme sowie die Verringerung des Anteils eines niedermolekularen Stoffes in einem Trägergas, ggf. unter Durchführung einer katalytischen Reaktion, gewährleisten. The present invention is therefore based on the object, a composite material part and a method for reducing the proportion of a low molecular weight substance in a carrier gas, in particular for reducing the proportion of water, and a method for transferring heat and a method for carrying out a catalytic reaction available provide, in a simple, reliable and cost-effective manner, the storage or conduction of heat and the reduction of the proportion of a low molecular weight substance in a carrier gas, if necessary, while performing a catalytic reaction.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Materialverbundteil nach Anspruch 1, durch das Verfahren zur Verringerung des Anteils eines niedermolekularen Stoffes in einem Trägergas nach Anspruch 7, durch ein Verfahren zur Übertragung von Wärme nach Anspruch 9 sowie durch ein Verfahren zur Durchführung einer katalytischen Reaktion nach Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Materialverbundteils sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 angegeben. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verringerung des Anteils eines niedermolekularen Stoffes in einem Trägergas ist in Anspruch 8 angegeben. This object is achieved by the composite material part according to the invention according to
Das erfindungsgemäße Materialverbundteil, welches zur Speicherung und/oder Leitung von Wärme dienen kann, umfasst wenigstens eine metallische Komponente sowie eine Komponente aus wenigstens einem Zeolithen, wobei das Materialverbundteil mindestens einen Volumenbereich aufweist, in dem die metallische Komponente von dem Zeolithen zumindest abschnittsweise umhüllt ist. Der verwendete Zeolith ist dabei als Zeolith-Mineral eine kristalline Substanz, deren Struktur durch ein Gerüst aus eckenverknüpften Tetraedern gebildet ist, wobei jeder Tetraeder vier Sauerstoffatome aufweist, die ein Kation umgeben. Dieses Gerüst kann dabei durch OH- und F-Gruppen unterbrochen sein. Diese Gruppen besetzen die Tetraederspitzen, werden jedoch nicht mit benachbarten Tetraedern geteilt. Typischerweise umfasst das Gerüst offene Hohlräume in Form von Käfigen und Kanälen. Diese lassen sich durch H2O-Moleküle und weitere Kationen besetzen. Die Kanäle sind dabei groß genug, dass Gastmoleküle durch sie hindurchtreten können. Derartige Zeolithe lassen sich bei Temperaturen von meist unter 400° C entwässern, wobei diese Entwässerung weitgehend reversibel ist. The composite material part according to the invention, which can serve for the storage and / or conduction of heat, comprises at least one metallic component and one component of at least one zeolite, wherein the composite material part has at least one volume region in which the metallic component is at least partially enveloped by the zeolite. The zeolite used as zeolite mineral is a crystalline substance whose structure is formed by a skeleton of corner-sharing tetrahedra, each tetrahedron having four oxygen atoms surrounding a cation. This framework can be interrupted by OH and F groups. These groups occupy the tetrahedral tips but are not shared with adjacent tetrahedra. Typically, the framework comprises open cavities in the form of cages and channels. These can be occupied by H 2 O molecules and other cations. The channels are large enough that guest molecules can pass through them. Such zeolites can be dewatered at temperatures of mostly below 400 ° C, this dewatering is largely reversible.
Insbesondere kann der verwendete Zeolith ein kristallines Aluminosilikat sein, wie zum Beispiel
M ist dabei ein Metall, insbesondere Alkali oder Erdalkalimetall, und n ist die Ladung des Metalles M. Das molare Verhältnis von SiO2 zu AIO2 (y/x) ist ≥ 1. M is a metal, in particular alkali or alkaline earth metal, and n is the charge of the metal M. The molar ratio of SiO 2 to AIO 2 (y / x) is ≥ 1.
Die Metalle dienen zum elektrischen Ladungsausgleich der negativ geladenen Aluminium-Tetraeder. Sie sind nicht in das Haupt-Gitter des Kristalls eingebaut, sondern sind leicht innerhalb des Gitters beweglich und im Nachhinein austauschbar. The metals are used for electrical charge compensation of the negatively charged aluminum tetrahedra. They are not built into the main lattice of the crystal, but are easily movable within the lattice and, in hindsight, interchangeable.
Die beschriebenen Zeolithe weisen demzufolge eine Struktur aus im Wesentlichen gleichförmigen Poren und/oder Kanälen auf, in denen Stoffe adsorbiert werden können. Das heißt, dass derartige Zeolithe Wasser und andere niedermolekulare Stoffe aufnehmen und bei Erhitzung wieder abgeben können, wobei ihre Kristallstruktur unverändert bleibt. The described zeolites accordingly have a structure of substantially uniform pores and / or channels in which substances can be adsorbed. This means that such zeolites can absorb water and other low molecular weight substances and release them again when heated, their crystal structure remaining unchanged.
Die Zeolithe erwärmen sich bei Kontakt mit niedermolekularen Stoffen, wie zum Beispiel Wasserdampf aus feuchter Luft oder Rauchgasen, signifikant. Die Temperaturen können je nach Art des Zeolithen (in Abhängigkeit von der Kristallstruktur in Heteroatomen) bis auf 250°C ansteigen. Der Grund für den Temperaturanstieg ist die durch den Adsorptionsvorgang eines niedermolekularen Stoffes, insbesondere Wasser, freiwerdende Energie. Die Adsorption kann als Physisorption und/oder Chemiesorption erfolgen. Dadurch wird im Wesentlichen eine Fixierung des Wasserdampfes auf der inneren Oberfläche des Zeolithen erreicht. Das heißt, dass die Wassermoleküle ihre Beweglichkeit verlieren und die entsprechende Energie an den Zeolithen im Zuge eines Kondensationsvorganges sowie auch auf Grund der ablaufenden Adsorption abgeben. Dadurch erwärmt sich der Zeolith. The zeolites heat up significantly on contact with low molecular weight substances, such as, for example, water vapor from moist air or flue gases. Depending on the type of zeolite (depending on the crystal structure in heteroatoms), the temperatures can rise up to 250 ° C. The reason for the temperature rise is due to the adsorption process of a low molecular weight substance, especially water, released energy. Adsorption can be carried out as physisorption and / or chemisorption. As a result, essentially a fixation of the water vapor on the inner surface of the zeolite is achieved. This means that the water molecules lose their mobility and release the corresponding energy to the zeolite in the course of a condensation process as well as due to the expiring adsorption. As a result, the zeolite heats up.
Auf Grund dessen, dass die Zeolithe, verglichen mit metallischen Werkstoffen, eine geringe Wärmeleitfähigkeit haben, ist erfindungsgemäß vorgesehen, das zeolithische Material mit metallischen Komponenten zu vermischen, um die Wärmeleitfähigkeit des so entstehenden Verbundmaterials zu erhöhen. Die zeolithische Komponente kann dabei in Form eines Zeolithpulvers auf oder an der metallischen Komponente angeordnet sein, um eine vorzugsweise homogene Vermischung der beiden Komponenten zu realisieren. Es wird dadurch ein poröser Festkörper mit relativ hoher Wärmeleitfähigkeit zur Verfügung gestellt, so dass in den Zeolith eingetragene Energie in Form von Wärme über die metallische Komponente verfügbar ist. Demzufolge kann das erfindungsgemäße Materialverbundteil nicht nur zur Entfeuchtung eines Trägergases dienen, sondern auch zur Wärmespeicherung bzw. Wärmeleitung. Due to the fact that the zeolites have a low thermal conductivity compared to metallic materials, it is provided according to the invention to mix the zeolitic material with metallic components in order to increase the thermal conductivity of the resulting composite material. The zeolitic component can be arranged in the form of a zeolite powder on or on the metallic component in order to realize a preferably homogeneous mixing of the two components. It is thereby provided a porous solid having relatively high thermal conductivity, so that energy introduced into the zeolite is available in the form of heat via the metallic component. Consequently, the composite material part according to the invention can serve not only for dehumidifying a carrier gas, but also for heat storage or heat conduction.
In bevorzugter Ausgestaltungsform umfasst das erfindungsgemäße Materialverbundteil ein Basiselement wie z.B. ein Rohr oder eine Platte, an das Zeolith angrenzt. Dies kann insbesondere durch eine flächige Anlage der zeolithischen Komponente am Basiselement realisiert sein, wobei die Anordnung einer thermisch leitfähigen Zwischenschicht aus einem weiteren Material zwischen der zeolithischen Komponente und dem Basiselement nicht von der Erfindung ausgeschlossen sein soll. Das Basiselement selbst ist vorzugsweise ebenfalls aus einem metallischen Material. In dieser Ausgestaltung ist das Basiselement ebenfalls ein Bestandteil der metallischen Komponente des Materialverbundteils. Das Basiselement kann insbesondere ein Rohr sein, wobei der Verbund aus der metallischen Komponente und der zeolithischen Komponente an der Außen- und/oder Innenseite des Rohres angeordnet sein kann. In alternativer Ausführungsform ist das Basiselement ein plattenförmiges Element bzw. ein Blech mit darauf angeordneter zeolithischer Komponente oder auch einem Gemisch aus zeolithischer Komponente und metallischer Komponente. In a preferred embodiment, the composite material part according to the invention comprises a base element such as e.g. a tube or plate adjacent to the zeolite. This can be realized in particular by a flat contact of the zeolitic component on the base element, wherein the arrangement of a thermally conductive intermediate layer made of a further material between the zeolitic component and the base element should not be excluded from the invention. The base element itself is preferably also made of a metallic material. In this embodiment, the base member is also a component of the metallic component of the composite material part. The base element can in particular be a tube, wherein the composite of the metallic component and the zeolitic component can be arranged on the outside and / or inside of the tube. In an alternative embodiment, the base element is a plate-shaped element or a sheet with a zeolitic component arranged thereon or else a mixture of zeolitic component and metallic component.
In besonderer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Materialverbundteils weist dieses eine metallische Komponente in Form von mehreren, im Wesentlichen gleichmäßig in Zeolith verteilten Partikeln auf. In dieser Ausgestaltungsvariante sind die metallischen Partikel, insofern sie sich nicht an der Oberfläche des Verbundes befinden, vollständig mit der zeolithischen Komponente umhüllt. Die Partikel weisen dabei eine durchschnittliche maximale Erstreckung s auf und haben einen Abstand d zu benachbarten Partikeln, wobei die durchschnittliche maximale Erstreckung s und der Abstand d vorzugsweise die folgende Bedingung erfüllen:
Die benachbarten Partikel sind dabei diejenigen Partikel, die in den drei Raumkoordinatenrichtungen jeweils den geringsten Abstand zueinander aufweisen. The adjacent particles are those particles which have the smallest distance from each other in the three spatial coordinate directions.
In einer weiteren Ausgestaltungsvariante ist vorgesehen, dass die metallische Komponente des Materialverbundteils in Form von wenigstens einem, im Wesentlichen chaotisch verlaufenden Metalldraht im Zeolith vorliegt. Das heißt, dass hier der Materialverbund durch ein Drahtgewirr in der zeolithischen Komponente realisiert ist. In a further embodiment variant, it is provided that the metallic component of the composite material part is in the form of at least one, essentially chaotically extending metal wire in the zeolite. This means that here the material composite is realized by a wire tangle in the zeolitic component.
Weitere Ausgestaltungsformen des Materialverbundes sind die Anordnung einer metallischen Komponente in Form eines Drahtgestrickes, Drahtgewebes, Drahtgeleges, Drahtgehäkels oder Drahtgewirkes in der zeolithischen Komponente. Diese Gestricke, Gewebe, Gelege, Gehäkel oder Gewirke können aus einem oder auch mehreren Drähten realisiert sein. Further embodiments of the composite material are the arrangement of a metallic component in the form of a wire mesh, wire mesh, Drahtgeleges, Drahtgehäkels or Drahtgewirkes in the zeolitic component. These knits, fabrics, scrims, crochet or knitted fabric can be realized from one or more wires.
Bei der Verwendung von Drähten als metallische Komponente ist vorzugsweise vorgesehen, dass wenigstens ein Draht das Basiselement thermisch leitfähig kontaktiert. Bei Drahtgestricken, Drahtgeweben, Drahtgehäkeln, Drahtgelegen und Drahtgewirken kontaktieren vorzugsweise mehrere Drähte das Basiselement elektrisch leitfähig. When using wires as the metallic component, it is preferably provided that at least one wire makes thermal contact with the base element. For wire knits, wire mesh, wire crochet, wire gauze and wire knit, preferably several wires electrically contact the base member.
In einer weiteren Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Materialverbundteils ist vorgesehen, dass die metallische Komponente in Form eines Steges vorliegt, der im Zeolith eingebettet ist. Das heißt, dass in dieser Ausgestaltungsvariante keine vollständige Umhüllung des Steges vorliegt, da dessen der Befestigung am Basiselement dienende Seite nicht an die zeolithische Komponente grenzt. Der Steg kann insbesondere die Form eines Stabes oder einer Rippe aufweisen und sich im Wesentlichen senkrecht oder in einem Winkel zwischen 5° und 85° zum Basiselement erstrecken. Insbesondere kann das Basiselement als Rohr ausgeführt sein und mehrere Rippen aufweisen, die sich zur Außenseite und/oder zur Innenseite des Rohres radial erstrecken, wobei die Rippen in die zeolithische Komponente eingebettet sind. Sie können sich quer oder längs zur Längsrichtung des Rohres erstrecken und sind dabei in Zeolith eingebettet. Bei der Ausrichtung quer zur Längsrichtung können die Rippen zum Beispiel als diskrete Scheiben ausgeführt sein, die den Umfang des Materialverbundteils entsprechend vergrößern. In a further embodiment of the composite material part according to the invention it is provided that the metallic component is in the form of a web which is embedded in the zeolite. That is, in this embodiment variant, there is no complete covering of the web, since its side serving for attachment to the base element does not adjoin the zeolitic component. In particular, the web can have the form of a rod or a rib and extend substantially perpendicularly or at an angle between 5 ° and 85 ° to the base element. In particular, the base element can be designed as a tube and have a plurality of ribs which extend radially to the outside and / or to the inside of the tube, wherein the ribs are embedded in the zeolitic component. They can extend transversely or longitudinally to the longitudinal direction of the tube and are embedded in zeolite. When aligned transversely to the longitudinal direction, the ribs for Example, be designed as discrete discs, which increase the circumference of the composite material part accordingly.
In besonderer Ausführungsform ist das Basiselement als ein Rohr ausgeführt und weist wenigstens eine Rippe auf, die an der Außenseite oder an der Innenseite des Rohres helixförmig verläuft und in Zeolith eingebettet ist. In a particular embodiment, the base element is designed as a tube and has at least one rib, which runs helically on the outside or on the inside of the tube and is embedded in zeolite.
Zur Zu- und/oder Abführung von Wärme kann wenigstens ein Teil der metallischen Komponente und/oder das Basiselement bzw. ein daran angeordneter Steg beheizbar und/oder kühlbar ausgestaltet sein. Zu diesem Zweck ist das Materialverbundteil zur Zu- bzw. Abfuhr eines Heiz- bzw. Kühlmediums, wie zum Beispiel Wasser, ausgestaltet, wie zum Beispiel mit Fluid-Kanälen in dem Basiselement und/oder den Rippen bzw. Stegen. For supplying and / or dissipating heat, at least a part of the metallic component and / or the base element or a web arranged thereon can be designed to be heatable and / or coolable. For this purpose, the composite material part for the supply and removal of a heating or cooling medium, such as water, configured, such as with fluid channels in the base member and / or the ribs or webs.
Mit dem erfindungsgemäßen Materialverbundteil ist eine Vorrichtung zur Durchführung einer katalytischen Reaktion realisierbar, wobei diese Vorrichtung neben dem Materialverbundteil eine Einrichtung zur Zuführung von Reaktanten zum Materialverbundteil und eine Einrichtung zur Zu- und/oder Ableitung von Wärme zur bzw. von der metallischen Komponente des Materialverbundteils aufweist. Dadurch ist das Materialverbundteil temperierbar, so dass Wärme vom Materialverbundteil auf die Reaktanten oder von den Reaktanten auf das Materialverbundteil zwecks Realisierung bzw. Erleichterung der katalytischen Reaktion übertragbar ist. With the composite material part according to the invention, a device for carrying out a catalytic reaction can be realized, this device having, in addition to the composite material part, a device for supplying reactants to the composite material part and a device for supplying and / or dissipating heat to or from the metallic component of the composite material part , Thereby, the composite material part is temperature-controlled, so that heat from the composite material part to the reactants or from the reactants to the composite material part for the purpose of realization or facilitation of the catalytic reaction is transferable.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Verringerung des Anteils eines niedermolekularen Stoffes in einem Trägergas, insbesondere zur Verringerung des Wasseranteils eines Trägergases. Bei diesem Verfahren wird ein erfindungsgemäßes Materialverbundteil zur Verfügung gestellt, und die zeolithische Komponente einem Trägergas mit einem Anteil eines niedermolekularen Stoffes, insbesondere einem Rauchgas mit Wasseranteil ausgesetzt. Der niedermolekulare Stoff des Trägergases kondensiert und/oder adsorbiert zumindest anteilig an und/oder in der zeolithischen Komponente des Materialverbundteils. Das erwähnte Trägergas kann dabei auch ein Gasgemisch sein, wie zum Beispiel feuchte Luft oder auch feuchtes Rauchgas. Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Trocknung beliebiger Gase verwendet werden, die feucht sind. Neben dem Zweck der Entfeuchtung des Trägergases dient dieses Verfahren ebenso zur Übertragung von Energie des niedermolekularen Stoffes auf das Materialverbundteil, da die Kondensationsenergie sowie die Adsorptionsenergie auf die zeolithische Komponente des Materialverbundteils übertragen wird. Dadurch wird ebenso eine Speicherung der eingetragenen Wärme im Materialverbundteil ermöglicht. Das heißt, dass das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur zur Entfeuchtung dient, sondern auch zur Speicherung bzw. Übertragung von Wärme. Die eingetragene Wärme kann einem technischen Prozess zur Verfügung gestellt werden. Another aspect of the present invention is a method for reducing the content of a low molecular weight substance in a carrier gas, in particular for reducing the water content of a carrier gas. In this method, a composite material part according to the invention is provided, and exposed the zeolitic component of a carrier gas with a proportion of a low molecular weight substance, in particular a flue gas with water content. The low molecular weight substance of the carrier gas condenses and / or adsorbs at least proportionally to and / or in the zeolitic component of the composite material part. The mentioned carrier gas may also be a gas mixture, such as moist air or moist flue gas. The process of the invention can be used to dry any gases that are moist. In addition to the purpose of dehumidifying the carrier gas, this method also serves to transfer energy of the low molecular weight substance to the material composite part, since the condensation energy and the adsorption energy is transferred to the zeolitic component of the composite material part. This also allows storage of the registered heat in the composite material part. This means that the method according to the invention not only serves for dehumidifying, but also for the storage or transfer of heat. The heat input can be made available to a technical process.
Nach Aufnahme eines Anteils des niedermolekularen Stoffes in Form einer Flüssigkeit im Zeolith kann dieser niedermolekulare Stoff aus der zeolithischen Komponente mittels Erwärmung des Materialverbundteils ausgetrieben werden. Dies wird vorzugsweise mittels Übertragung von Wärme auf die metallische Komponente und/oder direkt auf die zeolithische Komponente realisiert, wie zum Beispiel durch Kontaktierung des Materialverbundteils mit Wasserdampf. Das heißt, dass eine direkte Beheizung mit reinem Wasserdampf zur Desorption stattfinden kann. Um die belegten inneren Oberflächen der Zeolithkörper von den Molekülen des niedermolekularen Stoffes zu befreien, ist die Zufuhr thermischer Energie notwendig, die vorzugsweise auf einem Temperaturniveau liegen sollte, das den energetischen Vorteil der Energieabgabe nicht aufhebt. Das heißt, dass das erfindungsgemäße Verfahren derart ausgeführt werden sollte, dass insgesamt ein optimaler Wirkungsgrad in Bezug auf die bei Aufnahme des niedermolekularen Stoffes entstehende Wärme und die bei Desorption aufzuwendende Wärme besteht. Insgesamt sollte ein möglichst geringer Entropieanstieg des gesamten Kondensations- und Austreibungsvorganges zu verzeichnen sein. Der ausgetriebene gasförmige Anteil des niedermolekularen Stoffes, wie zum Beispiel Wasserdampf, kann zu Prozesszwecken an anderer Stelle genutzt werden. Bei Speicherung der Kondensationsenergie und bei folgender Austreibung des niedermolekularen Stoffes durch weitere Erwärmung lässt sich die mittels Kondensation bzw. Adsorption eingetragene Wärme zur Dispersion des niedermolekularen Stoffes, wie zum Beispiel Wasser, nutzen. After taking up a proportion of the low molecular weight substance in the form of a liquid in the zeolite, this low molecular weight substance can be expelled from the zeolitic component by heating the composite material part. This is preferably realized by transfer of heat to the metallic component and / or directly to the zeolitic component, such as by contacting the composite material part with water vapor. This means that direct heating with pure steam can take place for desorption. In order to free the occupied inner surfaces of the zeolite body of the molecules of the low molecular weight substance, the supply of thermal energy is necessary, which should preferably be at a temperature level that does not cancel the energetic advantage of the energy release. This means that the method according to the invention should be carried out in such a way that, overall, there is an optimum efficiency with respect to the heat produced when the low molecular weight substance is absorbed and the heat to be expended during desorption. Overall, the lowest possible increase in entropy of the entire condensation and expulsion process should be recorded. The expelled gaseous portion of the low molecular weight substance, such as water vapor, can be used elsewhere for process purposes. When storing the condensation energy and subsequent expulsion of the low molecular weight substance by further heating, the heat introduced by means of condensation or adsorption can be used to disperse the low molecular weight substance, such as water.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Übertragung von Wärme, bei dem das Verfahren zur Verringerung des Anteils eines niedermolekularen Stoffes in einem Trägergas durchgeführt wird, wobei die mittels Kondensation und/oder Adsorption aufgenommene Wärme zumindest teilweise über die metallische Komponente an ein weiteres Medium abgegeben wird. Es wird somit eine Wärmeübertragung von der zeolithischen Komponente auf die metallische Komponente und vorzugsweise auch auf das Basiselement des Materialverbundteils realisiert, welches ebenfalls aus einem metallischen Werkstoff besteht. Von der metallischen Komponente bzw. vom Basiselement lässt sich die Wärme auf ein weiteres Medium übertragen, wobei diese Wärmeübertragung auf Grund der guten Wärmeleitfähigkeit der metallischen Komponente sehr effizient erfolgt. A further aspect of the present invention is a method for transferring heat, in which the method for reducing the proportion of a low molecular weight substance in a carrier gas is carried out, wherein the heat absorbed by means of condensation and / or adsorption at least partially via the metallic component to another Medium is discharged. It is thus realized a heat transfer from the zeolitic component to the metallic component and preferably also to the base member of the composite material part, which also consists of a metallic material. From the metallic component or from the base element, the heat can be transferred to a further medium, wherein this heat transfer is very efficient due to the good thermal conductivity of the metallic component.
Ergänzt wird die vorliegende Erfindung durch ein Verfahren zur Durchführung einer katalytischen Reaktion, bei dem ein erfindungsgemäßes Materialverbundteil zur Verfügung gestellt wird und die zeolithische Komponente mit Reaktanten in Wechselwirkung tritt, wobei die zeolithische Komponente als Katalysator der Reaktion wirkt, und der Reaktion über die metallische Komponente Wärme zugeführt wird oder der Reaktion über die metallische Komponente Wärme entzogen wird. Gegebenenfalls kann während einer Reaktion sukzessiv eine Wärmezufuhr und eine Wärmeableitung erfolgen. Die umzusetzende Reaktion ist vorzugsweise eine heterogene katalytische Reaktion. Die katalytische Reaktion wird durch die erfindungsgemäße Zufuhr von Wärme oder auch Ableitung von Wärme ermöglicht bzw. erleichtert. The present invention is completed by a process for carrying out a catalytic reaction in which a composite material of the invention is provided and the zeolitic component interacts with reactants, the zeolitic component acting as a catalyst of the reaction and the reaction via the metallic component Heat is supplied or heat is removed from the reaction via the metallic component. Optionally, a heat supply and a heat dissipation can take place successively during a reaction. The reaction to be reacted is preferably a heterogeneous catalytic reaction. The catalytic reaction is made possible or facilitated by the inventive supply of heat or dissipation of heat.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. The present invention will be explained below with reference to the embodiments illustrated in the accompanying drawings.
Es zeigt It shows
Aus den einzelnen Figuren sind jeweils unterschiedliche Ausgestaltungsformen des erfindungsgemäßen Materialverbundteils ersichtlich. Die
In der Ausführungsform gemäß
Zur Erläuterung der einzelnen Ausführungsformen wird im Folgenden auf die einzelnen Figuren eingegangen. To explain the individual embodiments, the individual figures will be discussed below.
Die Ausführungsform gemäß
In der Ausführungsform gemäß
Bei der Ausführungsform gemäß
In
In
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- Materialverbundteil Material composite part
- 2 2
- Trägergas carrier gas
- 3 3
- weiteres Medium another medium
- 10 10
- metallische Komponente metallic component
- 11 11
- Basiselement base element
- 12 12
- Rohr pipe
- 13 13
- Innenseite inside
- 14 14
- Außenseite outside
- 20 20
- Partikel particle
- 30 30
- Metalldraht metal wire
- 40 40
- Steg web
- 50 50
- zeolithische Komponente zeolitic component
- 60 60
- Mischungsschicht mixing layer
- 70 70
- Wassermolekül water molecule
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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-
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- 2013-10-14 DE DE201310111331 patent/DE102013111331A1/en active Pending
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